WO2021024971A1 - 切込プリプレグおよび繊維強化プラスチック - Google Patents

切込プリプレグおよび繊維強化プラスチック Download PDF

Info

Publication number
WO2021024971A1
WO2021024971A1 PCT/JP2020/029617 JP2020029617W WO2021024971A1 WO 2021024971 A1 WO2021024971 A1 WO 2021024971A1 JP 2020029617 W JP2020029617 W JP 2020029617W WO 2021024971 A1 WO2021024971 A1 WO 2021024971A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cut
fiber
prepreg
row
notch
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/029617
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
内藤悠太
足立健太郎
松谷浩明
Original Assignee
東レ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東レ株式会社 filed Critical 東レ株式会社
Priority to CA3149387A priority Critical patent/CA3149387A1/en
Priority to EP20849707.3A priority patent/EP4011587A4/en
Priority to JP2020542470A priority patent/JP7447791B2/ja
Priority to US17/628,642 priority patent/US20220315718A1/en
Priority to KR1020227002273A priority patent/KR20220041086A/ko
Priority to CN202080054300.1A priority patent/CN114174032B/zh
Publication of WO2021024971A1 publication Critical patent/WO2021024971A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • B29C70/14—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat oriented
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B29C70/205—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres the structure being shaped to form a three-dimensional configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0036—Slitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0081—Shaping techniques involving a cutting or machining operation before shaping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00—Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2429/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal, or ketal radical; Hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Derivatives of such polymer
    • C08J2429/14—Homopolymers or copolymers of acetals or ketals obtained by polymerisation of unsaturated acetals or ketals or by after-treatment of polymers of unsaturated alcohols

Definitions

  • the present invention relates to a cut prepreg that includes reinforcing fibers arranged in one direction and a matrix resin, and in which a plurality of cuts that divide the reinforcing fibers are formed.
  • prepregs in which continuous reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin are widely used.
  • the prepreg has high mechanical properties because it is possible to increase the content of the reinforcing fibers by orienting the reinforcing fibers in one direction, while the reinforcing fibers are continuous fibers, so that the prepreg has a complicated shape such as a three-dimensional shape. There was a problem that the shapeability to various shapes was poor.
  • a cut prepreg in which a cut is formed in a prepreg in which reinforcing fibers are oriented in one direction is disclosed as an intermediate base material having both mechanical properties and shapeability (for example, Patent Document 1).
  • this cut prepreg is composed of discontinuous fibers, it has a high fiber volume content peculiar to prepregs and orientation of reinforcing fibers, so that it has high mechanical properties but is not suitable for conventional continuous fiber prepregs. Molding into possible complex shapes is possible.
  • the formability may change even if the same cut pattern is formed depending on the state of the prepreg before the cut is inserted.
  • the reinforcing fibers easily escape when the cut is inserted, which is compared with the design fiber length. , The actual fiber length tended to be longer.
  • the basis weight of the reinforcing fibers contained in the prepreg is large, the same problem tends to occur.
  • An object of the present invention is to provide a cut prepreg that can stably obtain a desired shapeability.
  • the present invention for solving such a problem is a cut prepreg containing a reinforcing fiber oriented in one direction and a matrix resin, and having a cut region in which a plurality of cuts for dividing the reinforcing fiber are formed. Therefore, in the cut region, a plurality of cut rows in which a plurality of cuts having substantially the same projected length in the fiber direction are arranged at substantially regular intervals in the fiber direction are formed, and any one cut row can be formed.
  • L1 the distance between the two rows of cut rows existing on both sides in the fiber orthogonal direction
  • the projected length of one cut row in the fiber direction is L2
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of the cut area in this invention. It is a schematic diagram which shows an example of the cut pattern of this invention. It is explanatory drawing of the concept of a cut angle. It is a schematic diagram which shows an example of the cut pattern of this invention. It is a schematic diagram which shows an example of the cut pattern of this invention. It is a stress-strain diagram obtained in the Example of this invention. It is a schematic diagram which shows the cut pattern in Example 1.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of the cut area in this invention. It is a schematic diagram which shows an example of the cut pattern of this invention. It is explanatory drawing of the concept of a cut angle. It is a schematic diagram which shows an example of the cut pattern of this invention. It is a schematic diagram which shows an example of the cut pattern of this invention. It is a stress-strain diagram obtained in the Example of this invention. It is a schematic diagram which shows the cut pattern in Example 1.
  • the "cut prepreg” is a region in which the reinforcing fibers are divided by inserting a plurality of cuts into the prepreg containing the reinforcing fibers oriented in one direction and the resin composition (hereinafter, "" A prepreg having a notch area).
  • the boundary of the cut region is a line segment group connecting the line segments connecting the ends of the cuts, and all the cuts are included in the line segment, and the total length of the outer line segment group is the minimum. Let it be a line segment group.
  • FIG. 1 is a schematic view of a cut prepreg 1 including a cut region 4 in which a plurality of cuts 3 are inserted into a prepreg containing reinforcing fibers 2 oriented in one direction.
  • the cut area may be the entire area of the cut prepreg, but in some cases, the cut is formed only in the portion to be molded into a three-dimensional shape such as a curved surface or unevenness. In that case, the cut area is the prepreg. It may be present at least in the portion to be molded into a three-dimensional shape.
  • Fiber reinforced plastic can be obtained by molding such a cut prepreg by heating, pressurizing, etc., and in particular, the cut prepreg is obtained in order to obtain a fiber reinforced plastic in which the cut region is molded into a three-dimensional shape. Is used.
  • the cut prepreg of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as "prepreg") includes unidirectionally oriented reinforcing fibers and a resin composition.
  • "Oriented in one direction” means that, among the reinforcing fibers existing in the prepreg, the number of reinforcing fibers in the range of ⁇ 10 ° in the angle formed in the prepreg plane is 90% or more. It means that "direction” exists. More preferably, it means that there is a direction in which the number of reinforcing fibers within the range of ⁇ 5 ° is 90% or more. In the present specification, this "certain direction” is referred to as a fiber direction. Further, the direction orthogonal to the fiber direction in the prepreg plane is referred to as "fiber orthogonal direction”.
  • the reinforcing fibers contained in the prepreg are not particularly limited, and carbon fibers, glass fibers, Kevlar fibers, graphite fibers, boron fibers, etc. can be selected. Of these, carbon fiber is preferable from the viewpoint of specific strength and specific rigidity.
  • the type of matrix resin contained in the prepreg is not particularly limited, and may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
  • thermoplastic resin examples include polyamide, polyacetal, polyacrylate, polysulfone, ABS, polyester, acrylic, polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene, polypropylene, and polyphenylene sulfide (PPS). , Polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyetherketone (PEK), liquid crystal polymer, fluororesin such as polyvinyl chloride and polytetrafluoroethylene, silicone and the like.
  • thermosetting resin examples include saturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, benzoxazine resin, phenol resin, urea resin, melanin resin and polyimide resin. Modified products of these resins and resins of two or more blends may be used. Further, these thermosetting resins may be resins that are self-curing by heat, or may be blended with a curing agent, a curing accelerator, or the like.
  • a specific additive may be blended.
  • the additive is not particularly limited, but for example, a thermoplastic resin may be added to improve toughness, or an inorganic filler may be added to improve conductivity.
  • the form of the additive is also not particularly limited, and may be spherical, non-spherical, needle-shaped, or whisker-shaped, for example.
  • the fiber basis weight of the cut prepreg is not particularly limited, and any basis weight can be set.
  • An effect of the present invention is that it is possible to provide a cut prepreg showing stable shapeability by preventing the reinforcing fibers from escaping or meandering.
  • the strengthening is performed in the cut insertion step into the prepreg, which will be described later. From the viewpoint of suppressing fiber escape and serpentine itself, it is suitable for a cut prepreg having a relatively small grain, specifically, a cut prepreg having a reinforcing fiber with a grain of less than 150 g / m 2.
  • the embedded prepreg is excellent in shapeability because it can suppress the residual reinforcing fibers having a long fiber length.
  • the cut prepreg having a relatively large basis weight specifically, the weight of the reinforcing fibers is 150 g / m. Suitable for two or more notch prepregs.
  • the reinforcing fibers having a long fiber length are likely to remain due to the large escape and meandering of the reinforcing fibers during the cutting process, but since L1 / L2 is within the range of the present invention, the reinforcing fibers having a long fiber length are likely to remain. The residual amount of fibers can be suppressed and the shapeability is excellent.
  • the fiber volume content in the cut prepreg is also not particularly limited, but from the same viewpoint, the cut prepreg having a high fiber volume content such that an unimpregnated portion of the matrix resin is likely to occur in the cut prepreg. It is suitable for. Specifically, it is suitable for a cut prepreg having a fiber volume content of 50% or more. A more preferable range of the fiber volume content is 60% or more, and more preferably 65% or more. On the other hand, when the fiber volume content exceeds 70%, a large amount of uncut fibers are generated, and the shape followability tends to decrease. Therefore, the fiber volume content is preferably 70% or less. In this specification, the fiber volume content is defined by the following formula based on the fiber weight content.
  • Fiber volume content (%) ⁇ (weight content of reinforcing fibers) / (density of reinforcing fibers) ⁇ / ⁇ (weight content of reinforcing fibers) / (density of reinforcing fibers) + (weight content of matrix resin) ) / (Density of matrix resin) ⁇ x 100
  • a plurality of cut rows in which a plurality of cuts having substantially the same projected length in the fiber direction are arranged at substantially regular intervals in the fiber direction are formed in the cut region. Then, the distance between the two cutting rows existing on both sides of any one cutting row in the fiber orthogonal direction is L1, and the projected length of the one cutting row in the fiber direction is L2.
  • a cut arrangement pattern may be referred to as a “cut pattern of the present invention”.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the cutting pattern of the present invention.
  • the "projected length in the fiber direction” is the absolute value of the length L2 when a cut is projected from the fiber direction onto the projected surface, assuming a projection plane perpendicular to the fiber direction. It shall mean.
  • the "projection length in the fiber direction” may be simply referred to as the "projection length”
  • the "projection plane perpendicular to the fiber direction” may be simply referred to as the "projection plane”.
  • the projection length is substantially the same as the number of cuts in which the ratio to the average value (each L2 / the average value of the measured L2) is 0.8 or more and 1.2 or less in L2 measured by a plurality of cuts.
  • the ratio of is 90% or more, more preferably 0.9 or more and 1.1 or less is 90% or more, and more preferably the L2 of all the measured cuts is the same. It is in a certain state.
  • the cuts A1 and the cuts A2 having substantially the same projection length are arranged in the fiber direction to form a cut row (hereinafter referred to as a cut row A).
  • a cut row including the cut B (hereinafter referred to as the cut row B) is formed on the left side thereof, and a cut row including the cut C (hereinafter referred to as the cut row C) is formed on the right side. There is.
  • a cut row including the cut B (hereinafter referred to as the cut row B) is formed on the left side thereof
  • a cut row including the cut C hereinafter referred to as the cut row C) is formed on the right side.
  • the cut rows A to C are actually formed by a plurality of cuts arranged at substantially constant intervals in the fiber direction.
  • the substantially constant interval means that the ratio of the incision interval in which the difference from the average value is 10 mm or less in the incision interval L3 measured between a plurality of incisions included in one incision row is 90%. It means that it is more than that, and more preferably, the ratio of the difference of 5 mm or less is 90% or more.
  • two cut rows (cut rows B and cut rows in FIG. 2) existing on both sides of any one cut row (cut row A in FIG. 2).
  • the distance in the fiber orthogonal direction of C) is L1 and the projected length of the one cut row (cut row A in FIG. 2) in the fiber direction is L2, -1.0 ⁇ L1 / L2. ⁇ Satisfy 0.5.
  • the intervals in the fiber orthogonal direction represented by L1 are the notch end portion of the notch B near the notch C and the notch end of the notch C near the notch B in FIG. Refers to the distance between the part and the fiber in the orthogonal direction.
  • the cuts belonging to the two cut rows are located between two cuts adjacent to each other in the arbitrary one cut row. It is a state in which they do not overlap each other, and if it is negative, the cuts belonging to the two rows of cut rows overlap each other, and if it is 0, the cuts belonging to the two rows of cut rows overlap each other. It is shown that the distance between the ends of the fibers in the orthogonal direction of the fibers is 0.
  • the end points of the notch B and the notch C exist inside the straight line connecting the end points of the notch A1 and the notch A2 in the plane of the prepreg. Will be done. That is, the cut row A and the cut row B (and at least one of the cut row A and the cut row C) partially overlap each other on the projection plane.
  • the cut row A and the cut row B, and / or the cut row A and the cut row C “overlap”. It is sometimes expressed as "there is” and the size of the overlapping area is described as "the size of the overlap”.
  • the one cut row can be recognized as a cut row having a center line different from the center line of the one cut row. If there is another cut row on the left and right of the one cut row in the plan view of the cut prepreg, there are two rows on both sides of the one cut row. It is assumed that there is a notch column of.
  • the cut prepreg contains a matrix resin with low viscosity, is composed of flexible reinforcing fibers, has a prepreg structure with a resin-unimpregnated portion, or has a large grain of reinforcing fibers
  • the cut is made.
  • the reinforcing fibers bend in the direction perpendicular to the fibers and escape from the blade, so that the reinforcing fibers having a longer fiber length than expected may remain.
  • the present invention by setting ⁇ 1.0 ⁇ L1 / L2 ⁇ 0.5, the number of long reinforcing fibers remaining uncut at the time of such incision insertion can be sufficiently reduced. A prepreg having excellent shape can be obtained.
  • the cut prepreg of the present invention has a cut pattern of ⁇ 1.0 ⁇ L1 / L2 ⁇ 0.
  • the reinforcing fibers are still present. Since it is located near the center line of the cut A1 and the cut A2, it can be easily cut by the cut A1 and the cut A2.
  • L1 / L2 0 (FIG. 4) in order to arrange the reinforcing fibers that are not divided by the notch closer to the center of the notch A1 and the notch A2.
  • the fiber lengths of substantially all the reinforcing fibers in the cut forming region should be set to L3 or less, which is the distance between the cut A1 and the cut A2 in the fiber direction (that is, the pitch of the cuts constituting the cut row A). Even if there is a difference in the internal structure of the prepreg (volume of the unimpregnated portion of the resin, etc.), it is possible to manufacture a cut prepreg with stable quality. Further, when -1.0 ⁇ L1 / L2 ⁇ 0 (FIG. 5), a fiber having a length equal to the pitch L3 of the cuts existing between the cuts B and the cuts C and forming the cut row A. It is possible to make the existence probability smaller. Therefore, the load required for shaping can be made smaller.
  • the absolute value of the cutting angle with respect to the fiber direction of each cutting is not particularly limited, but is preferably 2 to 45 °.
  • the cut angle means the angle ⁇ formed by the fiber direction and the cut (0 ° ⁇ (absolute value of ⁇ ) ⁇ 90 °).
  • the absolute value of the cutting angle is 45 ° or less, the in-plane extensibility is excellent and the cutting opening becomes small.
  • the absolute value of the cutting angle is smaller than 2 °, it becomes difficult to make a stable cut. Further, if it is 25 ° or less, the mechanical properties are remarkably increased. Therefore, the absolute value of the cutting angle is more preferably 2 to 25 °, and particularly preferably 5 to 15 °.
  • the cut length of each cut is not particularly limited, but after setting the cut angle, the cut length is set so that the projected length L2 in the fiber direction of the cut row is within the range of 30 ⁇ m to 1.5 mm. It is preferable to adjust. By reducing L2, the amount of reinforcing fibers divided by each notch is reduced, and the strength is expected to be improved. In particular, by setting L2 to 1.5 mm or less, a large improvement in strength is expected. On the other hand, when L2 is smaller than 30 ⁇ m, the fibers may not be cut well due to the escape of the fibers, which may lead to a decrease in shape followability during shaping.
  • a more preferable form of the present invention is a cut prepreg in which the absolute value of the cut angle and the cut length are the same in all the cuts forming the cut region.
  • the same absolute value of the cut angle means that the absolute value of the angle in all the cuts is within ⁇ 1 ° of the average value obtained from the absolute value of the angle ⁇ in all the cuts.
  • the same cut length means that the cut length in all cuts is within ⁇ 5% of the average value.
  • another preferred embodiment of the present invention is a cut prepreg in which the positive and negative of the cut angle with respect to the fiber direction are different between one cut row and the cut rows existing on both sides thereof, as shown in FIG.
  • the positive cut angle means that the direction on the acute angle side from the straight line in the fiber direction to the cut is counterclockwise as shown in the cut 31 in FIG. 3A
  • the negative cut angle means.
  • the notch 32 of FIG. 3B it indicates that the same direction is clockwise.
  • the average fiber length of the cut reinforcing fibers is constant even when the cutting pitch (L3 in FIG. 2) constituting each cutting row is increased. It becomes easy to control the range. Therefore, even if the cutting pitch of each cutting row is made relatively large, the cutting prepreg can be made to have very high formability. Therefore, the manufacturing cost can be reduced, for example, the number of blades required for the cutting insertion process can be reduced.
  • the cutting pitch of each cutting row is preferably 200 mm or less, and more preferably 100 mm or less, from the viewpoint of ensuring the minimum extensibility and shapeability. Further, from the viewpoint of ensuring sufficient mechanical properties, it is preferably 20 mm or more. More preferably, it is 30 mm or more, more preferably 50 mm or more, so that a cut prepreg having excellent mechanical properties can be obtained.
  • the average fiber length in the cut region in the cut prepreg is preferably 10 mm to 100 mm.
  • the average fiber length is preferably in the range of 10 to 100 mm, more preferably 15 to 50 mm.
  • the method for producing the cut prepreg of the present invention is not particularly limited, but from the viewpoint of productivity, it is preferable to insert the cut into the prepreg using a rotary blade or an intermittent blade.
  • the fiber reinforced plastic formed by using the above-mentioned cut prepreg is preferable because it becomes a fiber reinforced plastic having a complicated shape including a three-dimensional shape and can be widely used as a member requiring a complicated shape.
  • the cut region is a fiber reinforced plastic formed into a three-dimensional shape, because the cut prepreg follows the three-dimensional shape, and the fiber reinforced plastic has excellent dimensional accuracy.
  • the prepared cut prepreg is cut into a size of 25 mm in the fiber orthogonal direction x 150 mm in the fiber direction, set in a constant temperature bath of Shimadzu Universal Testing Machine Co., Ltd. (manufactured by Shimadzu Corporation), and the conditions are a temperature of 100 ° C. and a tensile speed of 100 mm / min. Pulled in the fiber direction.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the stress-strain diagram obtained in this evaluation. As shown in FIG. 6, in the cut prepreg, the stress reaches a certain value and then gradually decreases. Since the maximum stress value during the tensile test is the stress value required to significantly extend the incision prepreg, this value was defined as the deformation resistance stress and used as an index of formability.
  • evaluation 1 and evaluation 2 shown below were carried out.
  • Evaluation 1 In order to evaluate the change in deformation resistance stress between the manufactured continuous fiber prepreg P and the continuous fiber prepreg Q in which the impregnation property of the matrix resin is enhanced by adding a heating and pressurizing step to the continuous fiber prepreg P, the following is performed.
  • the larger the deformation resistance stress ratio the more the shapeability of the cut prepreg depends on the structure of the continuous fiber prepreg before the cut insertion.
  • Epoxy resin (“jER (registered trademark)” 828: 35 parts by weight, “jER (registered trademark)” 1001:30 parts by weight, “jER (registered trademark)” 154: 35 parts by weight manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
  • Thermoplastic resin Polyvinylformal (“Vinirec (registered trademark)” K manufactured by Chisso Co., Ltd.) is heat-kneaded with a kneader to uniformly dissolve the polyvinylformal, and then the curing agent dicyandiamide (Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) ) DICY7) 3.5 parts by weight and curing accelerator 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea (DCMU99 manufactured by Hodoya Chemical Industry Co., Ltd.) 4 parts by weight are kneaded with a kneader.
  • the uncured epoxy resin composition was
  • the continuous fiber prepregs P and Q which are the sources thereof, were prepared by the following method.
  • a resin film having a grain size of 50 g / m 2 obtained by the above procedure was laminated on both sides of carbon fibers having a grain size of 200 g / m 2 arranged in one direction (“T700S” manufactured by Toray Industries, Inc.), and the temperature was 60 ° C. and the pressure was high. By impregnating the resin under the condition of 1 MPa, a continuous fiber prepreg P having a fiber volume content of 58% was produced.
  • the continuous fiber prepreg P was kept under vacuum conditions at a temperature of 90 ° C. for 5 minutes and further impregnated with the resin to prepare a continuous fiber prepreg Q.
  • a resin film having a grain of 25 g / m 2 obtained by the above procedure was laminated on both sides of a carbon fiber having a grain of 100 g / m 2 oriented in one direction (“T700S” manufactured by Toray Industries, Inc.), and the temperature was 60 ° C.
  • T700S manufactured by Toray Industries, Inc.
  • a continuous fiber prepreg R having a fiber volume content of 58% was produced.
  • the stress value in the stress-strain diagram did not show a certain constant value, and a very high stress was generated so that the deformation resistance stress could not be obtained.
  • Table 1 shows a summary of the cut patterns of the cut prepregs produced in each Example / Comparative Example, and Table 2 shows the results of evaluation of the shapeability and mechanical properties of the molded product.
  • Prepreg 2 Reinforcing fiber 3: Notch 31: Positive notch angle notch 32: Negative notch angle notch 4: Cut area 51: Notch A1 52: Cut A2 6: Notch B 7: Notch C 8: Deformation resistance stress

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

安定的に所望の賦形性を得ることのできる切込プリプレグを提供することを課題とする。　一方向に配向した強化繊維と、マトリックス樹脂とを含むとともに、強化繊維を分断する複数の切込が形成されてなる切込領域を有する切込プリプレグであって、 切込領域において、繊維方向の投影長が略同一の複数の切込が繊維方向に略一定間隔で配置された切込列が、複数列形成され、 任意の一の切込列の両側に存在する２列の切込列の、繊維直交方向の間隔をＬ１、 一の切込列の繊維方向の投影長をＬ２、 とした場合に、 －１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０．５ である切込プリプレグ。

Description

切込プリプレグおよび繊維強化プラスチック
　本発明は、一方向に配列した強化繊維とマトリックス樹脂を含むとともに、前記強化繊維を分断する複数の切込が形成されてなる切込プリプレグに関する。
　繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから、その需要が年々高まりつつある。
　繊維強化プラスチックの中間基材としては、連続した強化繊維にマトリクス樹脂を含浸したプリプレグが広く用いられている。プリプレグは、一方向に強化繊維を配向させることにより強化繊維の含有率を高めることが可能であるため、高い力学特性を有する一方、強化繊維が連続繊維であることから、３次元形状等の複雑な形状への賦形性が悪いという課題があった。
　この課題に対し、力学特性と賦形性を両立する中間基材として、一方向に強化繊維が配向したプリプレグに切込を形成した切込プリプレグが開示されている（例えば特許文献１）。この切込プリプレグは、不連続繊維で構成されつつも、プリプレグ特有の高い繊維体積含有率と強化繊維の配向性を持ち合わせているため、高い力学特性を有しながら、従来の連続繊維プリプレグでは不可能な複雑形状への成形が可能である。
特開２００７－１４６１５１号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の切込プリプレグにおいては、切込を挿入する前のプリプレグの状態によって、同一の切込パターンを形成した場合でも賦形性が変化する場合があった。例えば、プリプレグ内部に樹脂の未含浸部が存在する場合、当該領域内の強化繊維は周囲にマトリクス樹脂が存在していないため、切込挿入時に強化繊維が逃げやすく、設計上の繊維長と比べ、実際の繊維長が長くなる傾向にあった。また、プリプレグに含まれる強化繊維の目付が大きい場合も、同様の問題が発生する傾向にあった。
　本発明の課題は、安定的に所望の賦形性を得られる切込プリプレグを提供することにある。
　かかる課題を解決するための本発明は、一方向に配向した強化繊維と、マトリックス樹脂とを含むとともに、強化繊維を分断する複数の切込が形成されてなる切込領域を有する切込プリプレグであって、切込領域において、繊維方向の投影長が略同一の複数の切込が繊維方向に略一定間隔で配置された切込列が、複数列形成され、任意の一の切込列の両側に存在する２列の切込列の、繊維直交方向の間隔をＬ１、一の切込列の繊維方向の投影長をＬ２、とした場合に、
－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０．５
である切込プリプレグである。
　本発明によれば、安定的に所望の賦形性を得られることにより、賦形性に優れた切込プリプレグを提供することができる。
本発明における切込領域の模式図である。 本発明の切込パターンの一例を示す模式図である。 切込角度の概念の説明図である。 本発明の切込パターンの一例を示す模式図である。 本発明の切込パターンの一例を示す模式図である。 本発明における実施例で得られた応力ひずみ線図である。 実施例１における切込パターンを示す模式図である。
　本明細書において、「切込プリプレグ」とは、一方向に配向した強化繊維と樹脂組成物とを含むプリプレグに複数の切込が挿入されることによって強化繊維が分断された領域（以下、「切込領域」という）を有するプリプレグをいう。該切込領域の境界は、切込の端部同士を結ぶ線分を繋げた線分群であって、かつ該線分内に全ての切込が含まれ、外線分群の長さの合計が最小となる線分群とする。
　図１は、一方向に配向した強化繊維２を含むプリプレグに複数の切込３が挿入された切込領域４を含む切込プリプレグ１の模式図である。切込領域は、切込プリプレグの全域であってもよいが、曲面や凹凸など三次元形状に成形する部分のみに切込を形成する場合もあり、その場合には切込領域は、プリプレグの三次元形状に成形する部分に少なくとも存在すればよい。このような切込プリプレグを加熱・加圧等して成形することによって繊維強化プラスチックを得ることができ、特に切込領域が三次元形状に成形されてなる繊維強化プラスチックを得るために切込プリプレグが用いられる。
　本発明の切込プリプレグ（以下、単に「プリプレグ」と記す場合がある）は、一方向に配向した強化繊維と樹脂組成物とを含む。「一方向に配向した」とは、プリプレグ中に存在する強化繊維のうち、プリプレグ面内でなす角度が「ある方向」±１０°の範囲内の強化繊維の本数が９０％以上となる「ある方向」が存在することを指す。より好ましくは、当該角度が±５°の範囲内の強化繊維の本数が９０％以上という方向が存在することを指す。本明細書においては、この「ある方向」を繊維方向と表記する。また、プリプレグ面内において繊維方向と直交する方向を、「繊維直交方向」と表記する。
　プリプレグに含まれる強化繊維としては、特に限定はなく、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー繊維、グラファイト繊維またはボロン繊維などが選択できる。この内、比強度、比剛性の観点からは、炭素繊維が好ましい。
　プリプレグに含まれるマトリックス樹脂の種類についても特に限定はなく、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でも構わない。
　熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド、ポリアセタール、ポリアクリレート、ポリスルフォン、ＡＢＳ、ポリエステル、アクリル、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、液晶ポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどが挙げられる。
　熱硬化性樹脂としては、例えば飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラニン樹脂およびポリイミド樹脂が挙げられる。これらの樹脂の変性体および２種類以上のブレンドの樹脂を用いてもよい。また、これらの熱硬化性樹脂は熱により自己硬化する樹脂であってもよいし、硬化剤や硬化促進剤等とブレンドしてもよい。
　さらに、特定の添加物を配合してもよい。添加物については特に限定はないが、例えばじん性を向上させるために熱可塑性樹脂を添加してもよいし、導電性を向上させるために無機フィラーを添加してもよい。添加物の形態についても特に限定はなく、例えば、球状、非球状、針状、およびウィスカ状であってもよい。
　切込プリプレグの繊維目付については特に限定はなく、任意の目付を設定することができる。本発明の効果としては、強化繊維の逃げや蛇行を防止することにより安定した賦形性を示す切込プリプレグを提供できることが挙げられるが、後述する、プリプレグへの切込挿入工程において、前記強化繊維の逃げや蛇行そのものを抑制するという観点からは、比較的目付の小さい切込プリプレグ、具体的には強化繊維の目付が１５０ｇ／ｍ２未満の切込プリプレグにおいて好適であり、そのような切込プリプレグは繊維長の長い強化繊維の残存を抑えることができるため賦形性に優れる。一方、強化繊維の逃げや蛇行が発生した場合でも繊維長の長い強化繊維の残存を抑制するという観点からは、比較的目付の大きい切込プリプレグ、具体的には強化繊維の目付が１５０ｇ／ｍ２以上の切込プリプレグにおいて好適である。この場合、切込加工時に強化繊維の逃げや蛇行が大きくなることで繊維長の長い強化繊維が残存しやすくなるが、Ｌ１／Ｌ２が本発明の範囲内であることで、繊維長の長い強化繊維の残存量を抑えることができ、賦形性に優れる。
　切込プリプレグ中の繊維体積含有率についても特に限定はないが、同様の観点から、切込プリプレグ中にマトリクス樹脂の未含浸部が発生しやすいような、高い繊維体積含有率を有する切込プリプレグに好適である。具体的には、繊維体積含有率が５０％以上の切込プリプレグに好適である。繊維体積含有率のより好ましい範囲は６０％以上であり、より好ましくは６５％以上である。一方、繊維体積含有率が７０％を超えると、切り残される繊維が多く発生するため、形状追従性が低下する傾向にあるため７０％以下であることが好ましい。なお、本明細書において、繊維体積含有率は、繊維重量含有率をベースに次の式で定義される。
繊維体積含有率（％）＝｛（強化繊維の重量含有率）／（強化繊維の密度）｝／｛（強化繊維の重量含有率）／（強化繊維の密度）＋（マトリックス樹脂の重量含有率）／（マトリックス樹脂の密度）｝×１００
　本発明の切込プリプレグは、切込領域において、繊維方向の投影長が略同一の複数の切込が繊維方向に略一定間隔で配置された切込列が、複数列形成されている。そして、当該切込列のうち任意の一の切込列の両側に存在する２列の切込列の繊維直交方向の間隔をＬ１、当該一の切込列の繊維方向の投影長をＬ２、とした場合に、
－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０．５
を満たす。以下、このような切込の配置パターンを、「本発明の切込パターン」と記す場合がある。
　図２は本発明の切込パターンを説明するための模式図である。「繊維方向の投影長」とは、図２に示すように、繊維方向に垂直な投影面を仮定して、繊維方向から当該投影面へ切込を投影した際の長さＬ２の絶対値を意味するものとする。以下、「繊維方向の投影長」を、単に「投影長」と、「繊維方向に垂直な投影面」を単に「投影面」と、記す場合がある。また、投影長が略同一とは、複数の切込で測定したＬ２において、平均値に対する比率（各Ｌ２／測定したＬ２の平均値）が０．８以上１．２以下となる切込の数の割合が９０％以上であることを差し、より好ましくは０．９以上１．１以下となる割合が９０％以上であることを指し、より好ましくは測定した全ての切込のＬ２が同一である状態である。図２においては、投影長が略同一の切込Ａ１と切込Ａ２が、繊維方向に配置されて切込列（以下、切込列Ａという）を形成している。また、その左側には切込Ｂを含む切込列（以下、切込列Ｂという）が、右側には切込Ｃを含む切込列（以下、切込列Ｃという）がそれぞれ形成されている。なお、図２においては、切込列Ａを構成する切込として切込Ａ１と切込Ａ２の２つのみが、切込列Ｂ、切込列Ｃを構成する切込としてそれぞれ切込Ｂと切込Ｃのみが図示されているが、実際には切込列Ａ～Ｃはそれぞれ繊維方向に略一定間隔で配置された複数の切込によって形成されている。ここで、略一定間隔とは、１つの切込列に含まれる複数の切込の間で測定した切込間隔Ｌ３において、平均値との差が１０ｍｍ以下である切込間隔の割合が９０％以上であることを指し、より好ましくは差が５ｍｍ以下の割合が９０％以上であることを指す。
　本発明の切込パターンにおいては、任意の一の切込列（図２においては切込列Ａ）の両側に存在する２列の切込列（図２においては切込列Ｂと切込列Ｃ）の、繊維直交方向の間隔をＬ１、前記一の切込列（図２においては切込列Ａ）の繊維方向の投影長をＬ２、とした場合に、－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０．５を満たす。ここで、Ｌ１で表される繊維直交方向の間隔とは、図２において切込Ｂの切込Ｃに近い側の切込端部と、切込Ｃの切込Ｂに近い側の切込端部との繊維直交方向の距離を指す。
　なお、このあと詳しく説明するが、Ｌ１について、正の場合は、前記任意の一の切込列の、互いに隣接する二つの切込間において、前記２列の切込列に属する切込同士が互いにオーバーラップしない状態であり、負の場合は、前記２列の切込列に属する切込同士が互いにオーバーラップする状態であり、０の場合は、前記２列の切込列に属する切込の端部間の繊維直交方向の距離が０であることを示している。
　Ｌ１／Ｌ２＞１．０の場合、プリプレグの面内において切込Ａ１と切込Ａ２の同じ側の端点同士（繊維方向を上下方向に置いた場合の右側同士、および、左側同士。以下、このような「同じ側の端点同士」を単に、「端点同士」と記す場合がある）を結んだ直線の外側に切込Ｂおよび切込Ｃの端点が存在することになる。つまり、切込列Ａと切込列Ｂ（および切込列Ａと切込列Ｃ）は、投影面において互いに重ならずに、プリプレグの面内において並行して存在している。
　そして、Ｌ１／Ｌ２＝１．０の場合、プリプレグの面内において切込Ａ１と切込Ａ２の端点同士を結んだ直線上に切込Ｂおよび切込Ｃの端点が存在することになる。つまり、切込列Ａと切込列Ｂ（および切込列Ｃ）は、それぞれの切込列を構成する切込列の端点のみが投影面において互いに重なりつつ、プリプレグの面内において並行して存在している。
　そして、－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．０の場合、プリプレグの面内において切込Ａ１と切込Ａ２の端点同士を結んだ直線の内側に切込Ｂおよび切込Ｃの端点が存在することになる。つまり、切込列Ａと切込列Ｂ（および切込列Ａと切込列Ｃの少なくとも一方）は、投影面において一部が重なって存在している。本明細書においては、－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜１．０の場合を、切込列Ａと切込列Ｂ、および／または切込列Ａと切込列Ｃが「オーバーラップしている」と表現し、その重なる領域の大きさを「オーバーラップの大きさ」と表記することがある。なお、Ｌ１／Ｌ２≦－１．０の場合は、切込列Ｂと切込列Ｃが切込列Ａと重なるか、あるいは切込列Ｂと切込列Ｃの位置関係が入れ替わり、切込の位置関係は－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０の場合と同じ状態となることを意味するため、本明細書の前提においては常にＬ１／Ｌ２＞－１．０である。
　なお、本明細書においては、切込列同士がオーバーラップしていても、当該一の切込列の中心線とは異なる中心線を有する切込列として認識できる限り、当該一の切込列とは別の切込列が存在するものとし、切込プリプレグの平面視において当該一の切込列の左右に別の切込列が存在する場合、当該一の切込列の両側に２列の切込列が存在していると考えるものとする。
　Ｌ１／Ｌ２が１．０よりも小さくなるにつれて、切込列同士（切込列Ａと切込列Ｂ、および／または切込列Ａと切込列Ｃ）のオーバーラップは大きくなってゆく。そして、Ｌ１／Ｌ２＝０（すなわちＬ１＝０）のとき、図４に示すように。切込Ｂおよび切込Ｃの端点は繊維方向上に一直線に並び、切込列Ｂと切込列Ｃは、切込列Ａとオーバーラップしつつ、それぞれの切込列を構成する切込列の端点のみが互いに重なって並行して存在することとなる。
　そして、－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０のとき、図５に示すように、切込列Ｂと切込列Ｃは、切込列Ａとオーバーラップしつつ、切込列Ｂと切込列Ｃもまた互いにオーバーラップしつつ並行して存在することとなる。
　切込プリプレグが粘度の低いマトリックス樹脂を含む場合や、たわみやすい強化繊維で構成されている場合、あるいは樹脂未含浸部を有するプリプレグ構造である場合、強化繊維の目付が大きい場合等は、切込プリプレグの製造工程における切込挿入時に、強化繊維が繊維直交方向に撓んで刃から逃げることにより、想定よりも長い繊維長の強化繊維が残存してしまう場合がある。本発明においては、－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０．５とすることで、このような切込挿入時に切断されずに残存する長い強化繊維の数を十分に少なくすることができ、賦形性に優れたプリプレグを得ることができる。
　本発明の切込プリプレグは、－１．０＜Ｌ１／Ｌ２≦０の切込パターンを有することがより好ましい。－０．２＜Ｌ１／Ｌ２≦０．２の場合、仮に切込Ｂと切込Ｃの間に、これらの切込で切断されていない強化繊維が存在していた場合でも、該強化繊維は切込Ａ１および切込Ａ２の中央線付近に位置するため、切込Ａ１および切込Ａ２で容易に切断することができる。前記切込で分断されていない強化繊維を切込Ａ１および切込Ａ２のより中央付近に配置するために、Ｌ１／Ｌ２＝０であること（図４）がより好ましい。従って、実質的に切込形成領域における全ての強化繊維の繊維長を切込Ａ１と切込Ａ２の繊維方向の距離（すなわち、切込列Ａを構成する切込のピッチ）Ｌ３以下にすることができ、プリプレグの内部構造（樹脂の未含浸部分の体積等）に差がある場合においても、安定した品質の切込プリプレグを製造することが可能となる。また、－１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０の場合（図５）切込Ｂと切込Ｃの間に存在する、切込列Ａを構成する切込のピッチＬ３と等しい長さの繊維の存在確率をより小さくすることが可能となる。そのため、賦形に必要な荷重をより小さくすることができる。一方で、Ｌ１／Ｌ２＝０のときと比べると、切込Ｂと切込Ｃがオーバーラップしている部分の繊維の切断に対して、プリプレグの内部構造の影響を受ける可能性はあるが、切断されずに残存する強化繊維をより確実になくすという観点から、より好ましい場合もある。
　各切込の繊維方向に対する切込角度の絶対値については特に限定はないが、２～４５°であることが好ましい。切込角度は図３のように、繊維方向と切込とがなす角度θを意味する（０°＜（θの絶対値）＜９０°）。切込角度の絶対値が４５°以下であることで、面内の伸長性に優れ、切込の開口が小さくなる。一方で、切込角度の絶対値が２°より小さいと切込を安定して入れることが難しくなる。さらに、２５°以下であれば力学特性が著しく上昇するため、切込角度の絶対値は２～２５°であることがより好ましく、５～１５°であれば特に好ましい。
　各切込の切込長については特に限定はないが、切込角度を設定した後、切込列の繊維方向の投影長Ｌ２が３０μｍ～１．５ｍｍの範囲内となるように、切込長を調整することが好ましい。Ｌ２を小さくすることにより、一つ一つの切込により分断される強化繊維の量が減り、強度向上が見込まれる。特に、Ｌ２を１．５ｍｍ以下とすることで、大きな強度向上が見込まれる。一方で、Ｌ２が３０μｍより小さい場合は繊維の逃げによりうまく繊維を切れずに、賦形時に形状追従性低下を招く場合がある。
　本発明のより好ましい形態は、切込領域を形成する全ての切込において、切込角度の絶対値と切込長が同一である切込プリプレグである。切込角度の絶対値が同一とは、全ての切込における角度の絶対値が、全ての切込における角度θの絶対値から求めた平均値の±１°以内であることをいう。また、切込長が同一とは、全ての切込における切込長が平均値の±５％以内であることをいう。このような形態とすることで、切込領域中の物性のばらつきを抑制することができる。
　また、本発明の別の好ましい形態は、図７のように、一の切込列とその両側に存在する切込列とで、繊維方向に対する切込角度の正負が異なる切込プリプレグである。正の切込角度とは、図３（ａ）の切込３１のように、繊維方向の直線から切込に向かう鋭角側の方向が反時計回りであること、負の切込角度とは、図３（ｂ）の切込３２のように、同方向が時計回りであることを表す。かかる形態であることで、より均一な物性を得ることができる。また、切込プリプレグ製造時の切込挿入工程においても、母材プリプレグの蛇行を抑制することができ、安定した品質の切込プリプレグを得ることができる。
　また、本発明の切込パターンを有することで、各切込列を構成する切込のピッチ（図２のＬ３）を大きくした場合であっても、切断された強化繊維の平均繊維長を一定範囲に制御することが容易となる。そのため、各切込列の切込のピッチを比較的大きくしたとしても非常に高い賦形性を有する切込プリプレグとすることができる。したがって、切込挿入工程に必要な刃の本数を低減できるなど、製造コストを低下させることができる。なお、各切込列の切込のピッチは、最低限の伸長性・賦形性を担保する観点からは、２００ｍｍ以下が好ましく、１００ｍｍ以下がより好ましい。また、十分な力学特性を担保するという観点からは２０ｍｍ以上であることが好ましい。より好ましくは３０ｍｍ以上、さらには５０ｍｍ以上とすることで、力学特性に優れた切込プリプレグとすることができる。
　切込プリプレグにおける切込領域内の平均繊維長は１０ｍｍ～１００ｍｍであることが好ましい。平均繊維長が短いと賦形性が向上する一方で、炭素繊維強化プラスチックとしたときの力学特性が低下する。平均繊維長が長いと賦形性が低下するが、炭素繊維強化プラスチックとしたときの力学特性が向上する。賦形性と炭素繊維強化プラスチックとしたときの力学特性とのバランスを鑑みると、平均繊維長の好ましい範囲は１０～１００ｍｍであり、さらに好ましくは１５～５０ｍｍである。
　本発明の切込プリプレグを製造する方法については特に限定はないが、生産性の観点から、回転刃や間欠刃を用いてプリプレグに切込を挿入することが好ましい。
　上記の切込プリプレグを使用して成形されてなる繊維強化プラスチックは、３次元形状を含む複雑形状の繊維強化プラスチックとなり、複雑形状を要求される部材として広く活用できるため好ましい。
　特に、前記切込領域が三次元形状に成形されてなる繊維強化プラスチックであることで、上記切込プリプレグが三次元形状に追従するため、寸法精度に優れる繊維強化プラスチックとなるため好ましい。
　以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定されるものではない。
　＜賦形性評価＞
　作製した切込プリプレグを繊維直交方向２５ｍｍ×繊維方向１５０ｍｍのサイズに切り出し、島津万能試験機（（株）島津製作所製）の恒温槽内にセットし、温度１００℃、引張速度１００ｍｍ／分の条件で繊維方向に引っ張った。
　図６は、本評価で得られた応力ひずみ線図の概略図である。図６のように、切込プリプレグでは、応力はある一定の値となった後、徐々に低下する。引張試験中の最大の応力値は、切込プリプレグを大きく伸張するために必要な応力値であるため、本値を変形抵抗応力と定義し、賦形性の指標とした。
　実施例においては、下記に示す評価１および評価２を実施した。
　評価１：製造した連続繊維プリプレグＰと、連続繊維プリプレグＰにさらに加熱加圧工程を追加し、マトリックス樹脂の含浸性を高めた連続繊維プリプレグＱとの変形抵抗応力の変化を評価するため、下記の式で変形抵抗応力比１を定義し、賦形性の指標の１つとして評価した。
変形抵抗応力比１＝（連続繊維プリプレグＰに切込パターンを挿入した切込プリプレグの変形抵抗応力）／（連続繊維プリプレグＱに切込パターンを挿入した切込プリプレグの変形抵抗応力）。
　評価２：製造した連続繊維プリプレグＰと、連続繊維プリプレグＰよりも繊維の目付が小さい連続繊維プリプレグＲとの変形抵抗応力の変化を評価するため、下記の式で変形抵抗応力比２を定義し、賦形性の指標とした。
変形抵抗応力比２＝（連続繊維プリプレグＰに切込パターンを挿入した切込プリプレグの変形抵抗応力）／（連続繊維プリプレグＲに切込パターンを挿入した切込プリプレグの変形抵抗応力）。
　なお、変形抵抗応力比が１．０に近づくほど、切込挿入前の連続繊維プリプレグの構造によらず一定の賦形性を有することを示している。一方で、変形抵抗応力比が大きくなるほど、切込プリプレグの賦形性が切込挿入前の連続繊維プリプレグの構造に依存することを示す。
　＜連続繊維プリプレグの作製＞
　エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製“ｊＥＲ（登録商標）”８２８：３５重量部、“ｊＥＲ（登録商標）”１００１：３０重量部、“ｊＥＲ（登録商標）”１５４：３５重量部）に、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール（チッソ（株）製“ビニレック（登録商標）”Ｋ）５重量部をニーダーで加熱混練してポリビニルホルマールを均一に溶解させた後、硬化剤ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン（株）製ＤＩＣＹ７）３．５重量部と、硬化促進剤３－（３，４－ジクロロフェニル）－１，１－ジメチルウレア（保土谷化学工業（株）製ＤＣＭＵ９９）４重量部を、ニーダーで混練して未硬化のエポキシ樹脂組成物を調整した。このエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを用いて、シリコーンコーティング処理させた離型紙上に塗布して目付５０ｇ／ｍ２または２５ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。
　切込プリプレグを作製するため、その元となる連続繊維プリプレグＰとＱを下記の方法で作製した。
　一方向に配列させた目付２００ｇ／ｍ２の炭素繊維（東レ（株）製“Ｔ７００Ｓ”）の両面に上記手順により得られた目付５０ｇ／ｍ２の樹脂フィルムをそれぞれ重ね、温度６０℃、圧力１ＭＰａの条件で樹脂を含浸させることで、繊維体積含有率が５８％の連続繊維プリプレグＰを作製した。
　さらに連続繊維プリプレグＰを真空条件下、温度９０℃で５分間保ち、樹脂を更に含浸させることで、連続繊維プリプレグＱを作製した。
　また、一方向に配向させた目付１００ｇ／ｍ２の炭素繊維（東レ（株）製“Ｔ７００Ｓ”）の両面に上記手順により得られた目付２５ｇ／ｍ２の樹脂フィルムをそれぞれ重ね、温度６０℃、圧力１ＭＰａの条件で樹脂を含浸させることで、繊維体積含有率５８％の連続繊維プリプレグＲを作製した。
　（実施例１）
　連続繊維プリプレグＰ、および連続繊維プリプレグＱを、図７に示す切込パターンになるよう、全ての切込の切込長を３ｍｍ、切込角度θの絶対値を２０°、Ｌ１／Ｌ２＝０．２、切込のピッチＬ３＝６０ｍｍとして切込を挿入した。切込はローターカッターを用いてプリプレグ全体にわたって挿入することで作製した。
　（実施例２）
　Ｌ１／Ｌ２＝０とした以外は実施例１と同様にして、切込プリプレグを作製した。
　（実施例３）
　Ｌ１／Ｌ２＝－０．２とした以外は実施例１と同様にして、切込プリプレグを作製した。
　（実施例４）
　連続繊維プリプレグＰ、および連続繊維プリプレグＲを、図７に示す切込パターンになるよう、全ての切込長を３ｍｍ、切込角度の絶対値を２０°、Ｌ１／Ｌ２＝０．２、切込のピッチＬ３＝６０ｍｍとして切込を挿入した。切込はロータリーカッターを用いてプリプレグ全体にわたって挿入することで作製した。
　（実施例５）
　Ｌ１／Ｌ２＝０としたこと以外は実施例４と同様にして、切込プリプレグを作製した。
　（実施例６）
　Ｌ１／Ｌ２＝－０．２としたこと以外は実施例４と同様にして、切込プリプレグを作製した。
　（比較例１）
　Ｌ１／Ｌ２＝１．０とし、さらに平均繊維長を実施例１～３に近づける目的で切込のピッチを３０ｍｍとした以外は実施例１と同様にして、切込プリプレグを作製した。
　（比較例２）
　Ｌ１／Ｌ２＝１．２とした以外は比較例１と同様にして、切込プリプレグを作製した。賦形性評価を実施したところ、連続繊維の存在により、応力ひずみ線図の応力値がある一定値となる挙動を示さず、変形抵抗応力を取得できないほど、非常に高い応力が発生した。
　（比較例３）
　Ｌ１／Ｌ２＝１．０とし、さらに平均繊維長を実施例４～６に近づける目的で切込のピッチを３０ｍｍとした以外は実施例４と同様にして、切込プリプレグを作製した。
　各実施例・比較例で作製した切込プリプレグの切込パターンの要約を表１に、賦形性および成形品の力学特性評価結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
１：　プリプレグ
２：　強化繊維
３：　切込
３１：正の切込角度の切込
３２：負の切込角度の切込
４：　切込領域
５１：切込Ａ１
５２：切込Ａ２
６：　切込Ｂ
７：　切込Ｃ
８：　変形抵抗応力

Claims (11)

  1. 一方向に配向した強化繊維と、マトリックス樹脂とを含むとともに、前記強化繊維を分断する複数の切込が形成されてなる切込領域を有する切込プリプレグであって、
    前記切込領域において、繊維方向の投影長が略同一の複数の切込が繊維方向に略一定間隔で配置された切込列が、複数列形成され、
    任意の一の切込列の両側に存在する２列の切込列の、繊維直交方向の間隔をＬ１、
    前記一の切込列の繊維方向の投影長をＬ２、
    とした場合に、
    －１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０．５
    である切込プリプレグ。
  2. －１．０＜Ｌ１／Ｌ２≦０である、請求項１に記載の切込プリプレグ。
  3. Ｌ１／Ｌ２＝０である、請求項２に記載の切込プリプレグ。
  4. －１．０＜Ｌ１／Ｌ２＜０である、請求項２に記載の切込プリプレグ。
  5. 前記一の切込列とその両側に存在する切込列とで、繊維方向に対する切込角度の正負が異なる、請求項１～４のいずれかに記載の切込プリプレグ。
  6. 前記一の切込列とその両側に存在する切込列とで、繊維方向に対する切込角度の絶対値が同一である、請求項１～５のいずれかに記載の切込プリプレグ。
  7. 前記切込列を構成する切込のピッチが２０ｍｍ以上である、請求項１～６のいずれかに記載の切込プリプレグ。
  8. 前記強化繊維の前記切込領域内の平均繊維長が１０～１００ｍｍである、請求項１～７のいずれかに記載の切込プリプレグ。
  9. 繊維体積含有率が５０％以上である、請求項１～８のいずれかに記載の切込プリプレグ。
  10. 請求項１～９のいずれかに記載の切込プリプレグが成形されてなる繊維強化プラスチック。
  11. 前記切込領域が三次元形状に成形されてなる、請求項１０に記載の繊維強化プラスチック。
PCT/JP2020/029617 2019-08-06 2020-08-03 切込プリプレグおよび繊維強化プラスチック WO2021024971A1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3149387A CA3149387A1 (en) 2019-08-06 2020-08-03 Incised prepreg and fiber-reinforced plastic
EP20849707.3A EP4011587A4 (en) 2019-08-06 2020-08-03 SCORED PREPREG AND FIBER REINFORCED PLASTIC
JP2020542470A JP7447791B2 (ja) 2019-08-06 2020-08-03 切込プリプレグおよび繊維強化プラスチック
US17/628,642 US20220315718A1 (en) 2019-08-06 2020-08-03 Incised prepreg and fiber-reinforced plastic
KR1020227002273A KR20220041086A (ko) 2019-08-06 2020-08-03 절입 프리프레그 및 섬유 강화 플라스틱
CN202080054300.1A CN114174032B (zh) 2019-08-06 2020-08-03 切口预浸料坯及纤维增强塑料

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-144266 2019-08-06
JP2019144266 2019-08-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021024971A1 true WO2021024971A1 (ja) 2021-02-11

Family

ID=74502648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/029617 WO2021024971A1 (ja) 2019-08-06 2020-08-03 切込プリプレグおよび繊維強化プラスチック

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20220315718A1 (ja)
EP (1) EP4011587A4 (ja)
JP (1) JP7447791B2 (ja)
KR (1) KR20220041086A (ja)
CN (1) CN114174032B (ja)
CA (1) CA3149387A1 (ja)
TW (1) TW202112927A (ja)
WO (1) WO2021024971A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022202600A1 (ja) * 2021-03-26 2022-09-29 東レ株式会社 プリプレグ積層体および複合構造体および複合構造体の製造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007146151A (ja) 2005-10-31 2007-06-14 Toray Ind Inc プリプレグ基材、積層基材、繊維強化プラスチック
WO2008099670A1 (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Toray Industries, Inc. プリプレグ基材、積層基材、繊維強化プラスチック、プリプレグ基材の製造方法、および、繊維強化プラスチックの製造方法
JP2009537691A (ja) * 2006-05-22 2009-10-29 アドバンスト コンポジッツ グループ リミテッド 成形材料
JP2010018723A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Toray Ind Inc 切込プリプレグ基材、プリプレグ積層体、および繊維強化プラスチック
WO2016043156A1 (ja) * 2014-09-19 2016-03-24 東レ株式会社 切込プリプレグおよび切込プリプレグシート
JP2016108348A (ja) * 2014-12-02 2016-06-20 三菱レイヨン株式会社 積層基材およびその製造方法
WO2017022835A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 三菱レイヨン株式会社 繊維強化プラスチック及びその製造方法
JP2017082210A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 東レ株式会社 クロスプライ積層体および繊維強化プラスチックの製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10596778B2 (en) * 2015-04-13 2020-03-24 Howard E. Crawford, III Fiber-reinforced composite material
CN109415525A (zh) * 2016-09-26 2019-03-01 东丽株式会社 切口预浸料坯及切口预浸料坯的制造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007146151A (ja) 2005-10-31 2007-06-14 Toray Ind Inc プリプレグ基材、積層基材、繊維強化プラスチック
JP2009537691A (ja) * 2006-05-22 2009-10-29 アドバンスト コンポジッツ グループ リミテッド 成形材料
WO2008099670A1 (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Toray Industries, Inc. プリプレグ基材、積層基材、繊維強化プラスチック、プリプレグ基材の製造方法、および、繊維強化プラスチックの製造方法
JP2010018723A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Toray Ind Inc 切込プリプレグ基材、プリプレグ積層体、および繊維強化プラスチック
WO2016043156A1 (ja) * 2014-09-19 2016-03-24 東レ株式会社 切込プリプレグおよび切込プリプレグシート
JP2016108348A (ja) * 2014-12-02 2016-06-20 三菱レイヨン株式会社 積層基材およびその製造方法
WO2017022835A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 三菱レイヨン株式会社 繊維強化プラスチック及びその製造方法
JP2017082210A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 東レ株式会社 クロスプライ積層体および繊維強化プラスチックの製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4011587A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022202600A1 (ja) * 2021-03-26 2022-09-29 東レ株式会社 プリプレグ積層体および複合構造体および複合構造体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA3149387A1 (en) 2021-02-11
CN114174032A (zh) 2022-03-11
JP7447791B2 (ja) 2024-03-12
EP4011587A1 (en) 2022-06-15
US20220315718A1 (en) 2022-10-06
JPWO2021024971A1 (ja) 2021-02-11
CN114174032B (zh) 2024-05-03
EP4011587A4 (en) 2023-08-16
TW202112927A (zh) 2021-04-01
KR20220041086A (ko) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI751250B (zh) 複合構造體及其製造方法
JP6962191B2 (ja) 繊維強化プラスチックの製造方法および繊維強化プラスチック
CN102341429B (zh) 环氧树脂组合物、预浸料坯、碳纤维增强复合材料及电子电气部件箱体
EP3395524B1 (en) Method for manufacturing base material layered body and fiber-reinforced plastic
JP5353099B2 (ja) 繊維強化プラスチックの製造方法
JP6593620B2 (ja) エポキシ樹脂組成物、硬化物、繊維強化複合材料、繊維強化樹脂成形品、及び繊維強化樹脂成形品の製造方法
WO2021024971A1 (ja) 切込プリプレグおよび繊維強化プラスチック
JP2010018724A (ja) プリプレグ積層基材および繊維強化プラスチック
JP2010030193A (ja) 繊維強化プラスチックの製造方法
US20160200910A1 (en) Fiber-reinforced resin and method for producing same, and molded article
CN110612196B (zh) 纤维强化塑料
TWI795385B (zh) 纖維強化塑膠之製造方法
CN107108854A (zh) 用于复合材料的环氧基树脂组合物
JP6638306B2 (ja) タイヤ
EP4316801A1 (en) Prepreg laminate, composite structure, and method for manufacturing composite structure
EP4209319A1 (en) Thermoplastic prepreg, fiber-reinforced plastic, and manufacturing method therefor
JP7472480B2 (ja) 繊維強化プラスチックの製造方法
JP6965530B2 (ja) 切込プリプレグおよび切込プリプレグの製造方法
CN118043385A (zh) 预浸体、预制件和纤维强化树脂成形品
CN118076475A (zh) 多孔质体
JP2000327814A (ja) プリプレグ及びこれを用いた管状成形体

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020542470

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20849707

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3149387

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020849707

Country of ref document: EP

Effective date: 20220307