JP2014015567A - プリプレグ - Google Patents

Abstract

【課題】 プリプレグの積層の際に、プリプレグ層間に取り込まれた空気を系外に排出し易くすることで、真空バッグ成形によってボイドの少ない複合材料成形物を安価に提供することにある。
【解決手段】 強化繊維シートに熱硬化性マトリックス樹脂組成物を含浸したプリプレグシートがロール状に多数回巻かれたプリプレグロールであって、凹凸を有するエンボスフィルムとプリプレグシートとが交互に配置され、プリプレグシートの両面でエンボスフィルムの凸部がプリプレグシートに接する部分において、エンボスフィルムの一方の面の凸部の総面積と、エンボスフィルムの他方の面の凸部の総面積の合計が、プリプレグシートの製品面積以下であるプリプレグロールにより解決される。
【選択図】 図６

Description

本発明は繊維強化複合材料成形物を製造する際に用いられる熱硬化性樹脂組成物をマトリックス樹脂とするプリプレグに関し、特に真空バッグ成形法によるボイドが少なく、大型成形物の製造に好適に用いられるプリプレグに関する。

従来から、強化繊維シートに熱硬化性マトリックス樹脂組成物を含浸したプリプレグは釣竿・ゴルフシャフトに代表されるスポーツレジャー用具や航空機用部材などの複合材料成形物の成形用中間材料として数多く利用されてきているが、近年では大型風力発電用風車翼の複合材料構造部材の成形用中間材料としても利用されてきている。風車翼の構造部材のように肉厚で長大な複合材料成形物の成形では比較的厚目付のプリプレグが使用され、安価に大型の成形ができる真空バッグ成形が採用されることが多い。

このようなプリプレグは一般に積層され加圧加熱下で硬化成形することでボイドの少ない複合材料成形物とされるが、積層枚数が多い場合や成形面積が大きい場合は元々プリプレグに内包される空気や、プリプレグの積層の際に、各層間に取り込まれた空気が、加圧加熱成形時にうまく系外に排出されず複合材料成形物に残存してボイドを形成し複合材料成形物の機械的特性や外観に悪影響を及ぼすことがあった。

特に真空バッグ成形は安価で大型成形に適した成形法であるが、プレス成形やオートクレーブ成形のようには大気圧以上に成形圧を上げられないため、成形時に積層プリプレグの層間及び層内に残存する空気を系外に排出し難く、ボイドの少ない複合材料成形物を得ることが難しいということが短所であった。

これを克服するために従来から様々の方法が提案されているが、それらの多くに共通する原理はプリプレグの表面タックを抑え積層時に層間に空気が取り込まれ難くするということ、成形過程の真空引き時に脱気経路を確保し積層間などに取り込まれた空気を系外に排出することにあった。表面がタック性（粘着性）を有する樹脂の層で覆われたプリプレグでは積層間に空気が取り込まれやすく、図１の模式図で示すように積層間に一旦取り込まれた空気は、真空引きによって排出されず成形物中に残存しボイドとなる。表面のタックが弱く、脱気経路が確保された状態で真空バッグ成形がなされるとプリプレグの層間に取り込まれた空気は容易に系外に排出され成形物に残存する層間ボイドが低減される。また、それに伴いプリプレグの層内の空気も拡散排出され易く、その結果、成形物中の層内ボイドも低減される。

これまでにも真空バッグ成形時に脱気経路を確保するための様々な提案がなされてきている。例えば、特許文献１ではプリプレグに薄い織物や不織布等の脱気用基材を貼り付け脱気経路とする方法が、特許文献２、特許文献３では部分含浸によりプリプレグの一部に樹脂が含浸していない強化繊維のみの部分を積極的に残し脱気経路とする方法が記載されている。さらに、特許文献４では図２の模式図で示すようにプリプレグにエンボスフィルムを貼り付けることでフィルム凸部とプリプレグ表面が接触する部分で表面張力によりプリプレグの表面に樹脂層が保持されるウェット部（特許文献４では樹脂含浸部分と記載）が形成され、又、フィルムとプリプレグ表面とが接せず空気層が残るフィルム凹部では強化繊維層に樹脂が吸収される現象、所謂、樹脂の沈み込み現象によりプリプレグの表面の一部にドライ部（特許文献４では繊維部分と記載）が形成されてドライ部とウェット部が海島構造を成しプリプレグ表面のドライ部が海部となるようにエンボスフィルム面を選択することで積層体の端部にまで脱気経路を確保する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献1に開示されているような脱気用基材を貼り付ける方法では、その分コストアップとなりまた質量アップともなるのに加えて、用いる脱気用基材によっては成形物の機械特性に悪影響を及ぼすことも考えられる。また、特許文献２、３に開示されているような部分含浸プリプレグでは脱気経路を形成するためには樹脂含浸の程度を適度にコントロールする必要があり、または、パターン状のマトリックス樹脂フィルムを形成する必要があるなどの製法上の困難さに加えて強化繊維が炭素繊維の場合ではプリプレグの裁断時や積層作業時に炭素繊維フライが発生し環境に浮遊して電気障害の原因となることも懸念される。

これら脱気用基材を貼り付けたプリプレグや部分含浸プリプレグに対し、特許文献４に記載されているエンボスフィルムを利用する方法では、通常の方法で製造されるプリプレグに適用することで容易にプリプレグ表面に脱気経路を形成することができる。このような理由からもプリプレグを用いた風車翼構造部材のような大型の真空バッグ成形ではエンボスフィルムを貼付した厚目付のプリプレグが使用されることが多くなってきている。

一方、スポーツ用途などで使用される強化繊維目付が３００ｇ／ｍ^２以下の比較的薄い汎用的なプリプレグでは裁断工程や積層工程の作業性の観点から片面に離型紙が裏打ちされている。図３はプリプレグ製造工程の模式図を示すが、一般的なホットメルト法による一方向炭素繊維プリプレグはボビンから引き出した複数本の炭素繊維トウを引き揃えシート状とし、熱硬化性樹脂組成物を塗工した上下二枚の離型紙で挟みこみ、予熱工程を経て加熱ニップロールで繊維に熱硬化性樹脂組成物を含浸して作られる。そして、この工程で使用する上下の離型紙のいずれか一方をそのまま剥さずに裏打ち用とし残しロール状に巻かれて使用されることが多い。

風車翼構造部材のような厚い複合材料成形物を得ようとする場合は積層コスト削減の観点から強化繊維目付が４００ｇ／ｍ^２を超えるような厚目付のプリプレグが使用される。このような厚目付のプリプレグでは離型紙を裏打ちしたままロール状に巻こうとすると離型紙の剛性と厚みにより、裏打ちした離型紙とプリプレグの一体シートとしてのしなやかさが失われ、歪な巻き形状となりやすく、ひどい場合には強化繊維が蛇行する要因となる。そのため、厚目付のプリプレグでは裏打ち離型紙も外し、従来表面保護用として使用されるポリエチレンなどの柔いプラスチック製フィルムのみをプリプレグの片面に配置してロール状に巻き取られることが多い。厚目付のプリプレグでは離型紙による裏打ちがなくても薄いプリプレグのようには変形し難く裁断工程や積層工程の作業にもそれほど大きな支障を来たさない。図４に樹脂含浸後、上下離型紙を外し保護フィルムのみをプリプレグに貼付してロールに巻き取る場合のホットメルト法による一方向炭素繊維プリプレグ製造工程の模式図を示す。
また、このような厚目付のプリプレグでは樹脂含浸のし易さと含浸後のプリプレグ自体のドレープ性を確保するため繊維目付が３００ｇ／ｍ^２以下の汎用的なプリプレグに比べ粘度の低いマトリックス樹脂が用いられることが多い。

その際、その保護フィルムをエンボスフィルムとすることでプリプレグの表面に特許文献４中の図２で示されるように、プリプレグの表面にウェット部とドライ部の海島構造を形成できる。また、繊維目付が３００ｇ／ｍ^２以下の汎用的なプリプレグに比べより低粘度のマトリックス樹脂が採用される厚目付プリプレグでは表面張力による樹脂の移動が容易でこの海島構造を形成しやすい。但し、ここで言うエンボスフィルムには海島構造とはならないコルゲート形状のものは含まない。

しかしながら、通常のエンボスフィルムは独立した凸形状パターンの集合体であり、例えば、図５ａのような菱型パターンのエンボスフィルムでは片面から見れば図５ｂ−１で示すような菱形パターンの凸部あるいは島部の集合体である（凸面側）が、この面の凹部あるいは海部はもう片面（凹面側）から見れば図５ｂ−２で示すような菱形縁取り形状が連続した凸部（峰部）となる。従って、図４の製造工程のように樹脂含浸後、プリプレグ両面の離型紙を外し、このようなエンボスフィルムがプリプレグの片面に配置されてロール状に巻き取られると図６で模式的に示すようにエンボスフィルム表裏の凸部がプリプレグのいずれかの面に接することとなり、表面張力の作用でエンボスフィルムの凸部とプリプレグが接する部分にウェット部が形成される。エンボスフィルムの凸面側に接する一方のプリプレグ表面には図５ｂ−１のパターンを反映したウェット部を島部としドライ部を海部とする海島構造が形成され、脱気経路の確保に好都合なプリプレグ表面とすることができる。しかし、プリプレグのもう一方の面には図５ｂ−２のパターンを反映したドライ部を島部としウェット部を海部とする海島構造が形成され、プリプレグ表面の全面が樹脂の層で覆われた場合よりタックは低減されるものの必ずしも脱気経路確保に好都合なプリプレグ表面とはならない。

例えば、図５ｃ−１のパターンで示すようにプリプレグ表面のドライ部を太くするためにウェット部である島部を小さくすると、プリプレグのその面のタックはより軽減され脱気経路もより確実なものとすることができるが、プリプレグのもう一方の面では図５ｃ−２のようなパターンを反映したウェット部よりなる海部が形成され元々脱気経路の確保が難しいのに加えプリプレグ表面のウェット部の面積の割合も大きくなってプリプレグとしてのタックもより強くなり成形物中にボイドが残存し易くなる。

反対に、図５ｄ−１のパターンで示すようにウェット部からなる島部を大きくすると、その面のタックがより強くなるために積層時に空気を取り込みやすくなると同時にドライ部からなる脱気経路が細く閉塞しやすくなり成形物中にボイドが残存し易くなる。しかし、プリプレグのもう一方の面には図５ｄ−２のパターンで示すようドライ部の面積が大きくなるためプリプレグ面のタックが大きく低減され積層時に空気を取り込みにくくなり、また、ドライ部を取り囲む樹脂部が細くなるためこの面に貼りあわされたプリプレグ表面との立体的な脱気経路も含めてより脱気し易い表面となる。但し、図５ｄ−２のようにドライ部の割合が大きい場合には、エンボスのユニットパターンの面積が大き過ぎるとエンボスが潰れ易くなり、エンボスフィルムとプリプレグの貼付圧力によってはドライ部を形成することを意図したエンボスのパターンの中央付近がプリプレグ面に接し新たな樹脂部を形成しプリプレグ面のタックが強くなってしまう。

図４の模式図で示すようなプリプレグ製造工程で両面の離型紙を外し片面に通常のフラットなプラスチックフィルムを保護フィルムとして貼付しロール状に巻いたプリプレグではプリプレグの両方の表面のほとんど全面が樹脂に覆われた状態となるため、このようなプリプレグを積層し真空バッグ成形しようとすると真空引き過程では、図１のように層間に取り込まれた空気が極めて排出され難く、大きな層間ボイド、層内ボイドの原因となる。

プリプレグの両方の表面がウェット部を島部とし十分な面積のドライ部を海部とする海島構造となるようにエンボスフィルムを２枚用いプリプレグのそれぞれの面に配置することもできるが、その場合はコストアップとなるとともにプリプレグをロール状に巻いた場合、巻き層間が非常に滑り易くなって巻きズレを起こすという問題も出て来る。

また、プリプレグの表面に貼付された保護フィルムを積層前に一旦剥し暫く放置することにより、樹脂の沈み込み現象利用してプリプレグ表面の樹脂層を消失させプリプレグのタックを低減させることもできるが、作業効率上極めて不利である。

特開２００４−０７４４７１号公報 特開２００７−０９８８１８号公報 特開２００２−２４９６０５号公報 特開２００２−３２７０７６号公報

本発明の課題は、強化繊維シートに熱硬化性マトリックス樹脂組成物を含浸した比較的厚目付けのプリプレグであって片面にのみエンボスフィルムを貼付し他方の面には何も貼付せずロール状に巻かれ実質上プリプレグの両面がエンボスフィルムのいずれかの面の凸底部が接しプリプレグの片面のエンボスフィルムに接する部分がウェット部を形成し、プリプレグの該片面のエンボスフィルムに接さない部分がドライ部を形成するプリプレグにおいて、ウェット部が島部を形成しドライ部が海部を形成してプリプレグの該片面の脱気経路を確保するだけでなく、ウェット部が海部を形成するプリプレグの他方の面においてもプリプレグ積層状態での脱気経路の形成を容易にしてプリプレグの両方の面ともにプリプレグ層間に取り込まれた空気を系外に排出し易くすることで、真空バッグ成形によってボイドの少ない複合材料成形物を安価に提供することにある。

上記課題は、強化繊維シートに熱硬化性マトリックス樹脂組成物を含浸したプリプレグシートがロール状に多数回巻かれたプリプレグロールであって、凹凸を有するエンボスフィルムとプリプレグシートとが交互に配置され、プリプレグシートの両面でエンボスフィルムの凸部がプリプレグシートに接する部分において、エンボスフィルムの一方の面の凸部の総面積と、エンボスフィルムの他方の面の凸部の総面積の合計が、プリプレグシートの製品面積以下であるプリプレグロールにより解決できる。

本発明によれば、強化繊維シートに熱硬化性マトリックス樹脂組成物を含浸したプリプレグであって片面にエンボスフィルムを貼付しもう片面には何も貼付せずにロール状に巻かれたプリプレグを用いて、真空バッグ成形過程でプリプレグの層間や層内に残存する空気を効率よく系外に排出しボイドの少ない複合材料成形物を得ることができる。

プリプレグの層間に空気が取り込まれた状態の模式図。 エンボスフィルムの貼付によって形成されるプリプレグ表面のウェット部とドライ部の模式図。 一般的なホットメルト法による一方向炭素繊維プリプレグ製造工程の模式図。 樹脂含浸後、離型紙を両面とも剥ぎ取り保護フィルムのみを貼付しロール状に巻き取る場合のホットメルト法による一方向炭素繊維プリプレグ製造工程の模式図。 菱形パターンエンボスフィルムの模式図。 エンボスフィルム貼付面のプリプレグ表面において、ウェット部が海島構造の島部となるエンボスパターン面の例の模式図。 エンボスフィルム貼付面のプリプレグ表面において、ウェット部が海島構造の海部を形成するエンボスパターン面の例の模式図。 海島構造の島部を成すウェット部を小さくした場合の模式図。 図５ｃ−１の反対面の模式図。 海島構造の島部を成すドライ部を大きくした場合の模式図。 図５ｄ−１の反対面の模式図。 片側表面にのみエンボスフィルムが貼付されロール状に巻かれたプリプレグの両面にウェット部が形成された様子を示す模式図。 片側表面にのみエンボスフィルムが貼付されたロール状に巻かれたプリプレグが積層時に引き出される時の模式図。 菱形柄エンボスパターンを説明するための模式図。 菱形柄ユニットパターンの平面図。 菱形柄ユニットパターンの短対角線におけるエンボスフィルムの横断面を示す模式図。 亀甲柄エンボスパターンを説明するための模式図。 亀甲柄ユニットパターンの平面図。 亀甲柄ユニットパターンの平行な２辺の中点を結ぶ線におけるエンボスフィルムの横断面を示す模式図。 本発明に特に適した亀甲柄エンボスパターンを説明するための模式図。 本発明に特に適した亀甲柄ユニットパターンの平面図。 本発明に特に適した亀甲柄ユニットパターンの短対角線におけるエンボスフィルムの横断面を示す模式図。 ドット柄エンボスパターンを説明するための模式図。 ドット柄ユニットパターンの平面図。 ドット柄ユニットパターンの平行な２辺の中点を結ぶ線におけるエンボスフィルムの横断面を示す模式図。 真空バッグ成形の際のバギング構成模式図。

本発明は、強化繊維シートに熱硬化性マトリックス樹脂組成物を含浸したプリプレグシートがロール状に多数回巻かれたプリプレグロールであって、凹凸を有するエンボスフィルムとプリプレグシートとが交互に配置され、プリプレグシートの両面でエンボスフィルムの凸部がプリプレグシートに接する部分において、エンボスフィルムの一方の面の凸部の総面積と、エンボスフィルムの他方の面の凸部の総面積の合計が、プリプレグシートの製品面積以下であるプリプレグロールである。

本発明のプリプレグは、プリプレグの片面に、凹凸を有するエンボスフィルムの片面が接するように貼付され、さらにプリプレグの他方の面と、エンボスフィルムの他方の面が接するようにプリプレグがロール状に巻かれたプリプレグロールであって、巻き圧によって貼付された状態になるので、表面張力の作用でプリプレグのいずれかの面にはウェット部を海島構造の島部とする面が形成され、プリプレグのもう一方の面にはウェット部を海島構造の海部とする面が形成される。本発明のプリプレグが、汎用のプリプレグに比べ、より低粘度のマトリックス樹脂を用いている場合には、表面張力による樹脂の移動が容易で、このウェット部、ドライ部から成る海島構造が比較的短時間に形成されるので実質上これらの海島構造を形成した状態で積層作業に供せられることになる。

図７にエンボスフィルムをプリプレグに貼付しロール状に巻き取ったものからプリプレグを引き出した時の模式図を示す。この時、図６で示すエンボスフィルムの凹面側底部と凸頂面部の境界にあるエンボスフィルムの法面はプリプレグのいずれの面にも接しないため、この法面部分に対応する面積の比率を大きくするほどエンボスフィルムとプリプレグとが接触する面積の比率が小さくなるので、プリプレグの両方の面のタックを一挙に低減することができる。

本発明のプリプレグロールでは、エンボスフィルムの両面がプリプレグの表面に接触する形となる。プリプレグがエンボスフィルムと接触している部分ではプリプレグ表層を覆う樹脂がプリプレグ内部に染み込まず、エンボスフィルムとの接触部分保持される現象が起き、逆に、プリプレグがエンボスフィルムと接触していない部分では樹脂がプリプレグ内部に染み込む現象が起きる。エンボスフィルムの凸面（図８ａ、図９ａ、図１０ａ、図１１ａの斜視図に示す上面）がプリプレグに対向している場合は、エンボスフィルムとプリプレグの接触部は海島構造の島部をなすウェット部となり、接触部の周辺はドライな海部となる。このようなプリプレグを積層した場合はドライな海部が脱気経路として作用し、成形して得られる成形板は層間にボイドのない良好なものとなる。一方、その裏側ではエンボスフィルムの凹面（図８ａ、図９ａ、図１０ａ、図１１ａの斜視図に示す下面）がプリプレグ表面に対向して接触することになるが、そのプリプレグ表面は海島構造の海部をなすウェット部とドライな島部を持つ表面となり、このようなプリプレグを積層した場合はドライな島部が全体の面積に対して小さいと脱気経路がうまく形成されないケースがある。

本発明者らは、脱気経路を塞いでしまう海部であるウェット部がプリプレグの製品面積の４０％未満であると脱気経路が塞がれることなく成形され、良好な成形物が得られることを見出した。ここでプリプレグの製品面積とは、プリプレグの表面の微細な構造に係りなくプリプレグの厚み方向に平面状に投影して得られる面積である。

本発明の強化繊維シートを構成する繊維基材は連続繊維からなり、繊維強化複合材料の使用目的に応じた様々なものが使用できる。本発明に用いる連続繊維の具体例としては、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、タングステンカーバイド繊維、ガラス繊維などが挙げられるが、中でも炭素繊維、ガラス繊維が好ましい。

本発明の強化繊維シートを構成する繊維基材の形態としては、連続繊維を一方向に引き揃えた形態、織布、またノンクリンプファブリックの形態などが挙げられる。中でも強度発現の点で、連続繊維を一方向に引き揃えた形態が好ましい。

本発明のプリプレグロールを構成するプリプレグは、肉厚成形の積層作業軽減の観点から繊維目付は４００ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、５００ｇ／ｍ^２以上であることが更に好ましく、特に６００ｇ／ｍ^２以上であることが最も好ましい。

本発明のプリプレグロールの巻き取り径には特に制限はないが、目付けの高い肉厚のプリプレグは巻き取り状態の内面と外面の巻き取り周差が大きくなるので、巻き取り径は大きいほうが好ましい。具体的にはエンボスフィルムを含む本発明のプリプレグの厚みに対する巻き取り径の比率（（外直径）／（プリプレグ厚み））の値は、４００以上が好ましく、６００以上が更に好ましく、８００以上は特に好ましい。周差による不具合を回避するという目的にはこの比率が大きいほうが好ましいが、大きくなりすぎるとプリプレグロールの取り扱いが困難になるので２０００以下が好ましく、１５００以下はさらに好ましい。

本発明のプリプレグはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂組成物をマトリックス樹脂としたホットメルト法プリプレグであることが好ましい。溶剤法プリプレグは目付けの高い肉厚のプリプレグではその除去が難しく、残存溶剤が揮発し成形過程でボイドを形成する要因となるので好ましくない。

＜エンボスフィルム＞
本発明のプリプレグロールに使用されるエンボスフィルムとしては、エンボスフィルムを表裏から平面で挟んだ場合に、それぞれの平面とエンボスフィルムが接する部分の面積の合計がエンボスフィルムの製品面積以下であることが必要である。ここに言うエンボスフィルムの製品面積とは、エンボスフィルムの構造に係りなくエンボスフィルムの厚み方向に平面状に投影して得られる面積である。

本発明に使用されるエンボスフィルムを模式図にて説明する。図８ａに菱形柄パターンを単位とするエンボスフィルムの立体的な模式図を示し、そのユニットパターンの平面図を図８ｂに示し、またその短対角線におけるエンボスフィルム横断面の模式図と各部の平面投影長さを図８ｃに示す。ここで菱形の凸部あるいは島部と、それを取り囲む凹部（反対側から見た時の凸部）あるいは海部との間には、傾斜したエンボス法面部が存在する。エンボスパターンが潰されなければ基本的にこのエンボス法面部はエンボスフィルムのいずれの側においてもプリプレグに接しないため、このエンボス法面部が大きければ大きいほど相当するプリプレグ両面のドライ部の比率が大きくなりプリプレグ両面のタックを低減することができる。また、菱形の凸部を取り囲む凹部の底面部（反対面から見た凸部）の幅を小さくしたとしても、エンボスフィルムの凸部に由来するプリプレグのウェット部からなる島部と島部の間には、この法面部に相当するドライ部が確保されるので図５ｄ−１で示すようにドライ部の脱気経路が狭くなり過ぎて真空引き時に閉塞するという懸念も解消できる。

但し、このエンボス法面を大きく取り過ぎると基材の厚みや弾性率によっては、貼付圧力や巻き圧によってエンボス自体の潰れを生じるため限界がある。潰れると空気層が無くなりエンボスフィルムがプリプレグに接する面積が増えウェット部が増加してタックを強めることになり本発明の目的にそぐわなくなる。

ここで、エンボスの潰れ、法面の傾斜角度やエンボスフィルムの菱形島部の平坦度を無視し、図８ｂ、図８ｃのＡ（ユニットパターンの凸頂面部の菱形短対角線長さ）、Ｂ（エンボスフィルムのユニットパターンの凸頂面部と該島部を取り囲む凹部（エンボスフィルムの海部）の底面部をつなぐ法面部の短対角線上の平面投影長さ）、Ｃ（エンボスフィルムのユニットパターンの海部の菱形短対角線上の片側長さ）と、同様に定義される菱形長対角線方向の長さＡ’、Ｂ’、Ｃ’を用いると相当する片面のプリプレグ面積に対するエンボス法面部の平面投影面積の比率α（％）は次式で表される。
α＝２（Ａ×Ｂ’＋Ａ’×Ｂ＋２Ｂ×Ｂ’）／（（Ａ＋２Ｂ＋２Ｃ）×（Ａ’＋２Ｂ’＋２Ｃ’））×１００ （％） ・・・（１）
一方、エンボスフィルム海部のプリプレグ面積に対する面積比率βは次式で表される。
β＝（２Ｃ’×（Ａ＋２Ｂ）＋２Ｃ×（Ａ’＋２Ｂ’）＋４Ｃ×Ｃ’）／（（Ａ＋２Ｂ＋２Ｃ）×（Ａ’＋２Ｂ’＋２Ｃ’））×１００（％）・・・（２）
また、エンボスフィルムの島部のプリプレグ面積に対する面積比率γ（％）は次式で表される。
γ＝Ａ×Ａ’／（（Ａ＋２Ｂ＋２Ｃ）×（Ａ’＋２Ｂ’＋２Ｃ’））×１００（％）・・・（３）
工業生産されている菱形柄エンボスフィルムの場合、Ａ：Ｂ：Ｃ＝Ａ’：Ｂ’：Ｃ’であるものが多いので、上記α、β、γは簡略化され式（１）’、（２）’、（３）’で表される。
α＝４（Ａ×Ｂ＋Ｂ^２）／（Ａ＋２Ｂ＋２Ｃ）^２×１００ （％） ・・・（１）’
β＝４Ｃ×（Ａ＋２Ｂ＋Ｃ）／（Ａ＋２Ｂ＋２Ｃ）^２×１００（％）・・・（２）’
γ＝Ａ^２／（Ａ＋２Ｂ＋２Ｃ）^２×１００（％）・・・（３）’
長短角線比は１．０〜３．０の範囲のものが多いが（１．０の時は正方形柄）、上記面積比の式には無関係である。

同様に、図９ａ、図９ｂ、図９ｃに正六角形亀甲柄パターンのエンボスフィルムの例を示す。この場合、図９ｂ、図９ｃに示すようにＡ、Ｂ、Ｃの長さをとるとα、β、γは菱型柄と同様の式（１）’〜（３）’で表される。
以上、ダイヤモンド柄と正六角形亀甲柄を代表例に説明したが、エンボスフィルムの柄は本発明の目的にかなうように任意に選択することができる。
例えば、ダイヤモンド柄の変形として、菱形の各ユニットパターンの中に円錐台を１個有する図１１ａ、図１１ｂ（ユニットの外形を正方形で図示した）、図１１ｃに示したもの（ドット柄）や、正三角形のユニットパターンによって構成されるもの、ユニットパターンの外形の中心と凸頂面部の中心が一致しないもの等が考えられる。
本発明に用いるエンボスフィルムのパターンは、１個のユニットパターンが１個の凸頂面部を有するパターンの他に、１個のユニットパターンに２個以上の凸頂面部を有するパターンもある。

本発明のプリプレグロールに用いることのできるエンボスフィルムのパターンは任意でかまわないが、エンボス構造がプリプレグへの貼付圧力やロール状に巻いた時の巻き圧によって潰されるとフィルム面とプリプレグ面が接する面積が増えプリプレグ表面にウェット部が新に形成されタックを抑えることができなくなってしまう。しかし、エンボスフィルムの潰し耐力を高めるためにエンボスフィルムの基材として厚すぎるものやヤング率の高すぎる素材を選択するとプリプレグに貼付してロール状に巻き取ると巻き形状が歪になり、また、エンボスフィルムを貼付したプリプレグのドレープ性が低下して積層作業性も悪化する。また、エンボスフィルムの基材が薄すぎるとエンボス構造が潰れ易いだけでなくプリプレグ製造工程や積層工程で千切れやすい。これらを踏まえ本発明者らが種々検討した結果、本発明に適するエンボスフィルムの基材のヤング率は０．３〜１．５ＧＰＡであることが好ましく、また、エンボスフィルムの基材の厚さは４０〜１４０μｍであることが好ましい。そして、工業的な汎用性も踏まえれば、ＣＰＰ（Ｃａｓｔ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ :無軸延伸ポリプロピレン）フィルムまたはＨＤＰＥ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ:高密度ポリエチレン）フィルムを基材とするエンボスフィルムであることが好ましい。

さらには、エンボス法面部の傾斜角を小さくし、高さを高くして法面部の水平投影面積を大きくすることも自ずと限界があり、基材のヤング率、厚さ、エンボス柄にもよるが一定以上に大きくとることはできない。したがって、潰し耐力を確保してエンボス法面部の水平投影面積比率を一定以上とするためにはエンボス柄のユニットサイズの大きさも制限される。しかし、あまりにユニットサイズを小さくしすぎるとプリプレグ表面に形成されるウェット部がつながり易く、タックが強くなって脱気経路も閉塞するので好ましくない。

それらを考慮してエンボス法面部の平面投影面積の比率αを５０％以上するためにはエンボスパターンのユニットパターンの外形の面積が、０．１〜９．０ｍｍ^２であることが好ましく、０．５〜５．０ｍｍ^２であることがさらに好ましい。そして、本発明者らの検討によれば、図１０ａ、ｂ、ｃに示すようなユニットサイズが小さく、エンボスパターンとしては菱形柄や正方形柄が好ましく、より潰しに強い亀甲柄とすることがさらに好ましい。

（実施例１）
ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（エポキシ当量１８９ｇ／ｅｑ、三菱化学株式会社製、製品名：ｊＥＲ８２８）４０質量部、ビスフェノールＡ型固形エポキシ樹脂（三菱化学株式会社製、製品名：ｊＥＲ−１００２）６０質量部に、硬化剤としてジシアンジアミド（三菱化学株式会社製、製品名：ｊＥＲキュア ＤＩＣＹ）５質量部、硬化助剤として、ＤＣＭＵ（ジクロロフェニルジメチルウレア）５質量部を均一に混合したものをマトリックス樹脂として用い、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、製品名：ＴＲＷ４０−５０Ｌ）を用いて、図４で例示されるプリプレグ製造装置により、繊維目付６００ｇ／ｍ^２、樹脂質量含有率３３．０質量％のプリプレグを作製した。このプリプレグに正六角形亀甲柄（Ａ＝０．５９ｍｍ、Ｂ＝０．３１ｍｍ、Ｃ＝０．０８ｍｍ、α＝５９％、β＝２２％）ＣＰＰ製エンボスフィルム（基材厚さ６０μｍ）をユニットパターンの正六角形錘台の凸頂面部がプリプレグ面に接するよう貼付して、直径３００ｍｍの紙管に、巻き取り張力３０．０Ｎ／ｍで１００ｍ長さ巻き取り、プリプレグロールを得て評価に供した。なお、エンボスフィルムを貼付した面をプリプレグの表（おもて）面とした。

得られたプリプレグを巻き出して積層し、エンボスフィルムを剥ぎ取ると言う作業の繰り返しで幅３００ｍｍ×長さ１０００ｍｍ×２５ｐｌｙの一方向積層体を作成し図１０に示すようなバッギング構成で真空バッグ成形を行った。
この時、プリプレグの一部をルーペ（倍率６倍）にて観察したところエンボスの潰れは見られず、エンボスフィルムを最初に貼付したプリプレグ表面にはエンボスの凸頂面部に相当する正六角形の、プリプレグの表層に樹脂が保持されたウェット部が観察され、また反対面（裏面）にはエンボスの凹底部に相当する正六角形の縁取り形状にウェット部が観察された。プリプレグの表（おもて）面、裏面のタックを手で触って調べたところ、ベタツキ感は強くなく良好なタックであった。また紙管からの巻き出し状態は良好であった。エンボスフィルムの貼り付き具合はやや強めであったが作業性に問題は無かった。

真空バッグ成形によって得られた一方向積層板を中央及び両端部から１００ｍｍのところでダイアモンドブレードカッターにて切断し、研磨後、肉眼観察とルーペによる全断面観察（端部１０ｍｍを除く）によりボイド評価を行った。
その結果、肉眼観察ではボイドは観察されずルーペで観察されるような数十μｍ程度の大きさのボイドも見られず、光学顕微鏡（１００倍）で一断面につきアトランダムに１０ヶ所の観察を行ったが、非常に小さい（最大でも十数μｍのサイズ）ボイドが数ヶ所散見される程度でボイドに関し良好な断面であった。評価結果を表１にまとめて示す。

（その他の実施例及び比較例）
実施例１で用いた亀甲柄ＣＰＰ製エンボスフィルムに替えて種々のエンボスフィルムを貼付してプリプレグをロール状に巻取り、真空バック成形にて同様の積層板を作成後ボイド観察した本発明の実施例及び比較例を表１に示す。なお、全ての例においてエンボスフィルムの凸面側をプリプレグ側に貼付した。

（実施例２）
表１に亀甲柄（Ａ＝０．４４ｍｍ、Ｂ＝０．４７ｍｍ、Ｃ＝０．１４ｍｍ、α＝６２％、β＝３１％）ＨＤＰＥ製エンボスフィルム（基材厚さ７０μｍ）とした場合の本発明の実施例を示す。

（実施例３）
表１に亀甲柄（Ａ＝０．４０ｍｍ、Ｂ＝０．３８ｍｍ、Ｃ＝０．１０ｍｍ、α＝６４％、β＝２７％）ＣＰＰ製エンボスフィルム（基材厚さ３５μｍ）とした場合の本発明の実施例を示す。エンボスフィルムをプリプレグから剥す際、貼り付き具合がやや強く、エンボスフィルムが伸ばされるような感じがあったが作業性に問題は無かった。

（実施例４）
表１に菱形柄（Ａ＝０．３５ｍｍ、Ｂ＝０．１８ｍｍ、Ｃ＝０．０６ｍｍ、α＝５５％、β＝２７％）ＨＤＰＥ製エンボスフィルム（基材厚さ６０μｍ）とした場合の本発明の実施例を示す。プリプレグ両面のタックは全般に抑えられているが、エンボスフィルムの一部に潰れが見られプリプレグ裏面のエンボスフィルムの跡の乱れが観察された。成形物中のボイドは他の実施例に比べ若干多い程度でほぼ良好であった。

（比較例１）
表１に亀甲柄（Ａ＝０．８０ｍｍ、Ｂ＝０．２３ｍｍ、Ｃ＝０．２０ｍｍ、α＝３４％、β＝４２％）ＨＤＰＥ製エンボスフィルム（基材厚さ６０μｍ）とした場合の本発明の比較例を示す。αは本発明の範囲を外れており、表面のタックは強く、裏面のタックもやや強かった。エンボスフィルムの貼り付き具合は強く作業性が悪かった。また成形物中のボイドも１００μｍを超えるものが散見された。

（比較例２）
表１に菱形柄（Ａ＝１．５０ｍｍ、Ｂ＝０．０９ｍｍ、Ｃ＝０．０５ｍｍ、α＝１８％、β＝１１％）ＬＤＰＥ製エンボスフィルム（基材厚さ１３０μｍ）とした場合の本発明の比較例を示す。αは本発明の範囲を外れており、表面のタックは非常に強く、エンボスフィルムの貼り付き具合も非常に強くて剥しにくく作業性が悪かった。成形物中のボイドも数百μｍを超える大きなものが散見された。

（比較例３）
表１に菱形柄（Ａ＝１．００ｍｍ、Ｂ＝０．０９ｍｍ、Ｃ＝０．１７ｍｍ、α＝１７％、β＝４０％）ＬＤＰＥ製エンボスフィルム（基材厚さ１３０μｍ）とした場合の本発明の比較例を示す。表面タックは強く裏面のタックもやや強かった。成形物中のボイドも数百μｍを超えるものが散見された。

（比較例４）
表１に菱形柄（Ａ＝１．５０ｍｍ、Ｂ＝０．１０ｍｍ、Ｃ＝０．１０ｍｍ、α＝１８％、β＝２０％）ＬＤＰＥ製エンボスフィルム（基材厚さ７０μｍ）とした場合の本発明の比較例を示す。表層樹脂部が島部を形成する面のタックが強く、またエンボスの潰れが多く観察され表層樹脂部が海部を形成する面のタックも強くなっており、成形物中のボイドも数百μｍを超えるものが散見された。

（比較例６）
表１にドット柄（Ａ＝０．４６ｍｍ、Ｂ＝０．２０ｍｍ、Ｃ＝０．３１ｍｍ、α＝３８％、β＝４７％）ＬＤＰＥ製エンボスフィルム（基材厚さ１３０μｍ）とした場合の本発明の比較例を示す。表層樹脂部が海部を形成する面のタックが非常に強く、成形物中のボイドも数百μｍを超えるものが散見された。

本発明によれば熱硬化性マトリックス樹脂を含浸した繊維目付の大きい厚物プリプレグを用いた真空バッグ成形にて、肉厚、長大であってもボイドの少ない良好な複合材料成形物を安価に得ることができる。

１・・・プリプレグ層（１プライ）、
２・・・プリプレグの表面の樹脂層、
３・・・プリプレグの積層時にプリプレグの層間に取り込まれた空気、
４・・・プリプレグ製造工程の樹脂含浸時にプリプレグの層内に残された空気、
５・・・プリプレグ、
６・・・裏打ち離型紙、
７・・・エンボスフィルム、
８・・・エンボスフィルム凹面側凸部、
９・・・エンボスフィルム凸頂面部
１０・・プリプレグ表層ドライ部、
１０´・プリプレグの反対面のプリプレグ表層ドライ部、
１１・・プリプレグ表層が樹脂で覆われたウェット部、
１１′・プリプレグの反対面のプリプレグ表層が樹脂で覆われたウェット部、
１２・・エンボス法面部、
１２´・エンボス法面の水平投影部分、
１３・・炭素繊維ボビン、
１４・・炭素繊維トウ、
１５・・開繊用バー、
１６・・プレニップロール、
１７・・樹脂組成物塗工離型紙、
１８・・予熱プレートヒーター、
１９・・含浸用加熱ニップロール、
２０・・トラクションニップロール、
２１・・離型紙巻取り軸、
２２・・離型紙付きプリプレグ、
２３・・プリプレグ巻きロール、
２４・・離型紙無しプリプレグ、
２５・・保護フィルム、
２６・・保護フィルム付きプリプレグ、
２７・・菱形パターンのエンボスフィルム例、
２８・・菱形エンボスパターン凸頂面部あるいは島部、
２９・・菱形エンボスパターンの凹面側凸部あるいは海部、
３０・・菱形パターンのエンボスフィルム付きプリプレグの巻きロール、
３１・・プリプレグ、
３２・・３１を裏返しに見た図、
３３・・菱形パターンのエンボスフィルム、
３４・・菱形パターン凸部面、
３５・・菱形パターン縁取り凸部面、
３６・・プリプレグの表層が樹脂で覆われたウェット部が海島構造の島部を構成するプリプレグ表面、
３７・・プリプレグの表層が樹脂で覆われたウェット部が海島構造の海部を構成するプリプレグ表面、
３８・・エンボスフィルムの凸頂面部あるいは島部、
３９・・エンボス法面部、
４０・・エンボスフィルム凹面側凸部あるいは海部、
４１・・プリプレグ積層体、
４２・・離型フィルム、
４３・・ベースプレート、
４４・・サーフェースブリーザー、
４５・・バギングフィルム、
４６・・エッジブリーザー、
４７・・ガラスヤーン、
４８・・シーラント

Claims (6)

1. 強化繊維シートに熱硬化性マトリックス樹脂組成物を含浸したプリプレグシートがロール状に多数回巻かれたプリプレグロールであって、
   凹凸を有するエンボスフィルムとプリプレグシートとが交互に配置され、
   プリプレグシートの両面でエンボスフィルムの凸部がプリプレグシートに接する部分において、
   エンボスフィルムの一方の面の凸部の総面積と、
   エンボスフィルムの他方の面の凸部の総面積の合計が、
   プリプレグシートの製品面積以下であるプリプレグロール。
2. 前記エンボスフィルムが、前記エンボスフィルムの一方の面の凸部が
   島となる海島構造である、請求項１に記載のプリプレグロール。
3. 前記エンボスフィルムが、前記エンボスフィルムの他方の面の凸部が海となる海島構造である請求項２に記載のプリプレグロール。
4. 前記エンボスフィルムの一方の面の凸部の総面積が、プリプレグシートの製品面積の４０％未満である請求項１〜３のいずれかに記載のプリプレグロール。
5. 前記エンボスフィルムの他方の面の凸部の総面積が、プリプレグシートの製品面積の４０％未満である請求項１〜４のいずれかに記載のプリプレグロール。
6. 前記エンボスフィルムの一方の面の凸部１個あたりのプリプレグの製品面積が、０．１〜９．０ｍｍ^２である請求項２〜５のいずれかに記載のプリプレグロール。