JPH02218725A - 繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法
に係り、特に基材である繊維シートへの熱可塑性樹脂の
含浸を、熱可塑性樹脂ワニスに繊維シートを浸漬するこ
とにより行なう繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造
方法に関する。

［従来の技術］ 炭素繊維やガラス繊維等の補強繊維で強化された熱可塑
性樹脂ワニス料は、補強繊維に由来する優れた力学的特
性と、マトリックスの熱可塑性に由来する優れた成形性
、熱融着性、補修の容易さ、リサイクル性、保存の容易
性等を兼ね備えた材料として、近年とくに注目を集めて
いる。

繊維強化熱可塑性樹脂複合Ｈ料を製造する方法は、その
プリプレグを製造するにあたり、基材である繊維シート
に熱可塑性樹脂を含浸させる方法の違いから、 （イ）繊維シートとフィルム状等にした熱可塑性樹脂と
を交互に積層し、この交互積層物を加熱して熱可塑性樹
脂を溶融させることにより、繊維シートに熱可塑性樹脂
を含浸させる方法（以下、溶融含浸法と称す）と、 （ロ）熱可塑性樹脂ワニスに繊維シートを浸漬すること
により、繊維シートに熱可塑性樹脂を含浸させる方法（
以下、溶液含浸法と称す）とに大別することができる。

溶融含浸法は、生産効率に優れるために広く一般にその
技術の確立が試みられている。しかしながら、溶融含浸
法では熱可塑性樹脂の加熱溶融時における粘度が高いた
めに、繊維シートを構成する繊維間の内部にまで熱可塑
性樹脂を均一に含浸させることができず、良好な力学的
特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを得るこ
とが困難である。また、加熱温度を高くして加熱溶融時
における熱可塑性樹脂の粘度を低下させることにより繊
維シートへの浸透性を向上させる方法もあるが、この場
合には加熱により熱可塑性樹脂の分解あるいは変性が生
じるため、やはり良好な力学的特性を有する繊維強化熱
可塑性樹脂プリプレグを得ることが困難である。

一方、溶液含浸法では、繊維シートに熱可塑性樹脂を含
浸させる工程を二工程とし、一次含浸工程で低粘度の熱
可塑性樹脂ワニスを用いることにより繊維シートへ迅速
に熱可塑性樹脂を浸透させ、二次含浸工程で高粘度、高
濃度の熱可塑性樹脂ワニスを用いることにより繊維シー
トに充分な熱可塑性樹脂を含浸付着させることが可能で
ある。

そして、一次含浸工程および二次含浸工程で用いる熱可
塑性樹脂ワニスの溶剤としては、二次含浸工程後の熱処
理工程における乾燥効率および経済性を考慮して、アセ
トン、メチルエチルケトン、メタノール等の低沸点溶剤
を用いて、良好な力学特性を有する繊維強化熱可塑性樹
脂プリプレグを効率良く得る技術の確立が試みられる。

しかしながら、従来より提案されている」−述の方法で
は、一次含浸工程および二次含浸工程で用いる含浸槽内
の熱可塑性樹脂ワニスの粘度および濃度の管理が難しい
ため、熱可塑性樹脂ワニスの粘度および濃度変化に伴っ
て、繊維シートへの熱可塑性樹脂の含浸付着量に斑が発
生しやすい。このため、良好な力学的特性および成形性
を有する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを得ることが
困難である。また熱処理工程でのみならず一次含浸工程
と二次含浸工程の間、および二次含浸工程と熱処理工程
の間でも溶剤の揮散が進むために、溶剤の突沸に起因す
るボイドや、内層部の溶剤が揮散する前に表層部の熱可
塑性樹脂が固化してしまうことに起因する発泡が生じ易
い。このため、良好な力学的特性を存する繊維強化熱可
塑性樹脂プリプレグを効率良く得ることが困難である。

［発明が解決しようとする課題］ 繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、力学的特性や成形性
等の多くの点で優れているが、溶融含浸法および従来の
溶液含浸法のいずれの方法によっても、そのプリプレグ
を効率よ（製造することは困難である。

本発明は、特に溶液含浸法の技術的課題であった含浸付
着量の斑、ボイドおよび発泡の発生を抑止して、力学的
特性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを効率良
く得ることができる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの
製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ すなわち本発明の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製
造方法は、基材である繊維シートに対する浸透性に優れ
た粘度を有する熱可塑性樹脂ワニスを基材に含浸させる
一次含浸工程と、この一次含浸工程で得られた樹脂含浸
基材に最終的に得られるプリプレグに必要な樹脂付着量
を与えるに充分な粘度および濃度を有する熱可塑性樹脂
ワニスを含浸させる二次含浸工程と、この二次含浸工程
で得られた樹脂含浸基材を加熱して熱可塑性樹脂ワニス
の溶剤を揮散させる熱処理工程とを含む熱可塑性樹脂プ
リプレグの製造方法において、一次含浸工程および二次
含浸工程で用いる熱可塑性樹脂ワニスの溶剤として、ジ
メチルフォルムアミドを主体とする溶剤を用いることを
特徴とするものである。

本発明において基材として用いる繊維シートは、特に限
定されるものではないが、ガラス繊維、カーボン繊維あ
るいはアラミド繊維のクロスおよびマットが特に好まし
い。また、熱可塑性樹脂としてはジメチルフォルムアミ
ドに溶解するポリマーなら特に限定されるものではない
が、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタンエラストマー、ポリメチ
ルメタクリレート、アクリロニトリル−スチレン樹脂、
ポリスチレン等が好ましく用いられる。

一次含浸工程で用いる熱可塑性樹脂ワニスは、濃度１５
ｗＬ％以」二、粘度５０ポイ゛ズ以下であることが好ま
しく、濃度が１５ｗｔ％未満では樹脂付着量が不十分と
なり二次含浸工程前に新たに繊維間に間隙が生じ、一次
含浸工程の効果が低下するため、また粘度が５０ポイズ
を越えると基材への浸透性が低下し過ぎるため、共に実
用上好ましくない。一次含浸工程における熱可塑性樹脂
ワニスの粘度は、樹脂ワニス調製時に溶剤添加量を調整
することにより調節するのが好ましいが、高粘度樹脂ワ
ニスを加温してその粘度を下げることにより行なっても
良い。しかしながら、後者の場合は溶剤の蒸散が起らな
い程度の加温に調整する必要がある。

二次含浸工程で用いる熱可塑性樹脂ワニスの粘度および
濃度は、最終的に得られるプリプレグに必要な樹脂付着
量を与えるに十分な値に調節されるが、この値は目的と
する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの物性（特に所望
される樹脂付着量）等によって適宜設定される。

熱処理工程における加熱温度（乾燥温度）は、１５０〜
１９０℃とするのが好ましく、１５０℃未満では乾燥に
長時間を要するため、また１９０℃を超えると溶剤の揮
散が急激に進み発泡したり樹脂の熱劣化を招きやすくな
るため、共に実用」−好ましくない。

また、溶剤はジメチルフォルムアミド単独の使用が好ま
しいが、対象とする熱可塑性樹脂を溶解するとともに沸
点がジメチルフォルムアミドと近似する溶剤であれば混
合使用してもよい。ジメチルフォルムアミドと併用され
る溶剤としては、ジメチルアセトアミド、スチレン、キ
シレン、ジメチルスルフオキシド、シクロヘキサン等が
例示される。

［作　用］ 本発明において、熱可塑性樹脂ワニスの溶剤として用い
るジメチルフォルムアミドを主体とする溶剤は常温では
ほとんど揮散しないため、一次含浸工程および二次含浸
工程で用いる含浸槽内の熱可塑性樹脂ワニスの粘度およ
び濃度管理が非常に容易となる。これにより、従来、熱
可塑性樹脂ワニスの粘度および濃度変化に伴って生じて
いた含浸付着量の斑の発生を抑止することができる。ま
た、ジメチルフォルムアミドを揮散させる温度すなわち
、熱処理工程における乾燥温度下では、熱可塑性樹脂ワ
ニス中の熱可塑性樹脂も溶融状態にあるため、溶剤の突
沸に起因するボイドや、内層部の溶剤が揮散する前に表
層部の熱可塑性樹脂が固化してしまうことに起因する発
泡の発生が抑止される。

さらに、一次含浸工程と二次含浸工程の間および二次含
浸工程と熱処理工程の間でも基材への熱可塑性樹脂ワニ
スの浸透が進むとともに、熱処理工程においても熱可塑
性樹脂ワニスの粘度が低下して樹脂含浸が進行するため
、基材の繊維間にまで十分に熱可塑性樹脂を含浸させる
ことができる。

したがって、本発明によれば良好な力学的特性を有する
繊維強化可塑性樹脂プリプレグを効率良く得ることがで
きる。

［実施例］ 以下、実施例を挙げて本発明を更に説明する。

実施例１ 基材として、見掛は厚みが０．１８ｍｍで目付けが２０
５ｇ／ｒｒｉ’のガラス繊維クロス（商品名ＷＥ１８に
−ＢＹ−５８、日東紡株製）を使用し、一次含浸工程用
樹脂ワニスとして、ジメチルフォルムアミドにＡＢＳ樹
脂（商品名ＢＸ−２０１、宇部サイコン味製）を溶解さ
せて得た樹脂濃度２５ｗＬ％、粘度５ポイズ（２０°Ｃ
）の樹脂ワニスを、また二次含浸工程用樹脂ワニスとし
て、溶剤および溶質が一次含浸工程用樹脂ワニスと同一
で、樹脂濃度が３５ｗｔ％、粘度が２０ポイズ（２０℃
）の樹脂ワニスを用いて、第１図に示す含浸乾燥機によ
りＡＢＳ樹脂含浸ガラスクロスプリプレグを製造した。

第１図に示す含浸乾燥機において、基材１は一次含浸槽
２に入れられた一次含浸工程用樹脂ワニス３中を０．　
５ｍ／ｍｌｎの速さで２分かけて通過し、スクイズロー
ラ４により過剰の樹脂ワニスを絞り取られた後、二次含
浸槽５に入れられた二次含浸工程用樹脂ワニス６中を０
．　５ｍ／ｍｉｎの速さで３０秒かけて通過し、スクイ
ズローラ７により過剰の樹脂ワニスを絞り取られる。こ
の後、加熱乾燥機８により１７０℃で３．５分（ただし
、機内の滞留時間）熱処理されて、繊維強化熱可塑性樹
脂プリプレグとなる。

このようにして得られたＡＢＳ樹脂含浸ガラスクロスプ
リプレグの樹脂付着量は３９．８ｗｔ％で均一に付着し
ており、その表面状態も筋や発泡のない良好なものであ
った。また、透過型の実体顕微鏡により観察した結果、
ボイドがまったく認められないものであることが確認さ
れた。さらに、プリプレグの表面状態および樹脂付着量
の均一性は、含浸乾燥機を長時間連続運転した場合でも
ほぼ変動のないものであった。

また、このプリプレグを１４枚積層し、４０ｋｇ／Ｃ♂
の荷重をかけて１８０℃で２０分間熱プレスして、樹脂
量（レジンコンテント）３９．６ｗｔ％、厚さ２．４ｍ
ｍ、比重１．５９の繊維強化熱可塑性樹脂複合板を得た
。そして、この複合板から試験片を切り出しＡＳＴＭ規
格に準拠してその機械的物性を測定したところ、曲げ強
度２７ｋｇ／ｍＪ、曲げ弾性率１７７４　ｋｇ／−、ア
イゾツト（ノツチ付き）　８７ｋｇ−ｃｍ／ｃｍと優れ
たものであった。

比較例１ 一次含浸工程用樹脂ワニスとして、アセトンにＡＢＳ樹
脂（商品名ＢＸ−２０１、宇部サイコン株製）を溶解さ
せて得た樹脂濃度２５ｗｔ％、粘度２ポイズ（２０°Ｃ
）の樹脂ワニスを、また二次含浸工程用樹脂ワニスとし
て、溶剤および溶質が一次含浸工程用樹脂ワニスと同一
で樹脂濃度が３５ｗｔ％、粘度が１０ポイズ（２０℃）
の樹脂ワニスを用いた以外は実施例１と同様の含浸熱処
理により、ＡＢＳ樹脂含浸ガラスクロスプリプレグを得
た。

得られたＡＢＳ樹脂含浸ガラスクロスプリプレグの樹脂
付着量は３９．３ｗｔ％と実施例１で得られたＡＢＳ樹
脂含浸ガラスクロスプリプレグとほぼ同等であったが、
樹脂付着量に斑が発生しており、その表面状態も筋や発
泡のみられるものであった。さらに、肉眼の観察でも解
るほどにＡＢＳ樹脂はガラス繊維クロスの繊維間に浸透
しておらず、ボイドを多く含んだプリプレグであった。

また、このＡＢＳ樹脂含浸ガラスクロスプリプレグを用
い、実施例１と同条件で積層、熱プレスして、樹脂量（
レジンコンテント）３９．２ｗｔ％、厚さ２．４ｍｍ、
比重１．５８の繊維強化熱可塑性樹脂複合板を得た。そ
して、実施例１と同様にしてその機械的物性を測定した
ところ、曲げ強度１９ｋｇ／ｍＪ、曲げ弾性率１５００
ｋｇ／ｍＪ、アイゾツト（ノツチ付）　４７ｋｇ−ｃｍ
／ｃｍと実施例１で得た複合板より明らかに低いもので
あった。

なお、実施例１および比較例１で得られた各ＡＢＳ樹脂
含浸ガラスクロスプリプレグの樹脂付着量、表面状態、
空隙（ボイド）の有無、並びに実施例１および比較例１
で得られた各繊維強化熱可塑性樹脂複合板の比重、曲げ
強度、曲げ弾性率、アイゾツト（ノツチ付）を−覧にし
て、表−１に示す。

（以下余白） 実施例２ 一次含浸工程用樹脂ワニスとして、ジメチルフォルムア
ミドに硬度９０’　Ａ　（ショア）のポリウレタンエラ
ストマー（商品名タケラックＴ−５９０、武田バディシ
ュ■製）を溶解させて得た樹脂濃度２０ｗｔ％、粘度３
０ポイズ（２０’Ｃ）の樹脂ワニスを、また二次含浸工
程用樹脂ワニスとして、溶剤および溶質が一次含浸工程
用樹脂ワニスと同一で樹脂濃度が３５ｗｔ％、粘度が１
３ｏＯボイズ（２０℃）の樹脂ワニスを用いた以外は実
施例１と同様の含浸熱処理により、ポリウレタン含浸ガ
ラスクロスプリプレグを得た。

得られたポリウレタン含浸ガラスクロスプリプレグの樹
脂付着量は４０．６ｗｔ％で均一に付着しており、その
表面状態も筋や発泡のない良好なものであった。また、
透過型の実体顕微鏡により観察した結果、ガラス繊維と
マトリックスの境界が不明なほどにガラス繊維間にマト
リックスが浸透していることが認められ、ボイドは全く
認められれなかった。

さらに、このポリウレタン含浸ガラスクロスプリプレグ
と、本実施例の含浸工程で用いた熱可塑性樹脂と同一の
ポリウレタンエラストマーであるＴ−５９０の１ｍｍｍ
ｍ−トとを、３０ｋｇ／ｃＪの荷重をかけて１５０℃で
２０分間熱プレスして貼り合せ、剥離強力を７１１１定
したところ、３０ｋｇ／２５ｍｍでウレタンシートがＥ
’Ｊ材破断した。このことから、ポリウレタン含浸ガラ
スクロスプリプレグのガラス繊維クロスとマトリックス
とは強固に接着していたことが確認された。

比較例２ 一次含浸工程用樹脂ワニスとして、テトラヒドロフラン
に硬度９０°Ａ（ショア）のポリウレタンエラストマー
（商品名タケラックＴ−５９０、武ＩＩＩバディシュ■
製）を溶解させて得た樹脂濃度２０ｗｔ％、粘度２０ポ
イズ（２０℃）の樹脂ワニスを、また二次含浸工程用樹
脂ワニスとして、溶剤および溶質が一次含浸工程用樹脂
ワニスと同一で、樹脂濃度が３５ｗｔ％、粘度が９５０
ボイズ（２０°Ｃ）の樹脂ワニスを用いた以外は実施例
２と同様の含浸熱処理により、ポリウレタン含浸ガラス
クロスプリプレグを得た。

得られたポリウレタン含浸ガラスクロスプリプレグの樹
脂付着量は４０．２ｗＬ％と実施例２で得られたポリウ
レタン含浸ガラスクロスプリプレグとほぼ同等であった
が、樹脂付着量に斑が発生しており、その表面状態も筋
や発泡のみられるものであった。また、このポリウレタ
ン含浸ガラスクロスプリプレグの内面には、ボイドが多
数存在していることが認められた。

さらに、このポリウレタン含浸ガラスクロスプリプレグ
と、本比較例の含浸工程で用いた熱可塑性樹脂と同一の
ポリウレタンエラストマーであるＴ−５９０の１ｍｍｍ
ｍ−トとを、実施例２と同様に熱プレスして貼り合せ、
剥離強力を測定したところ、１１ｋｇ／　２５ｍｍでガ
ラス繊維クロスの表面からマトリックスが剥離した。こ
の剥離強力の弱さは、明らかにガラス繊維間へのマトリ
ックスの浸透が不十分であることに起因している。

なお、実施例２および比較例２で得られた各ポリウレタ
ン含浸ガラスクロスプリプレグの樹脂付着量、表面状態
、空隙（ボイド）の有無、並びに実施例２および比較例
２で測定した剥離強力の結果を一覧にして、表−２に示
す。

（以下余白） （発明の効果） 以−ト説明したように、本発明によれば、熱可塑性樹脂
の含浸付着量が十分かつ均一であるとともに、ボイドや
気泡の極めて少ない繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを
効率よ（製造することが可能となる。

したがって、本発明を実施することにより、力学特性や
成形性等の多くの点で優れている繊維強化熱可塑性樹脂
複合材料を安定供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づいて繊維強化熱可塑性樹脂プリ
プレグを製造するにあたり用いられる含浸乾燥機の一例
を示す概略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材である繊維シートに対する浸透性に優れた粘
   度を有する熱可塑性樹脂ワニスを前記基材に含浸させる
   一次含浸工程と、該一次含浸工程で得られた樹脂含浸基
   材に最終的に得られるプリプレグに必要な樹脂付着量を
   与えるに充分な粘度および濃度を有する熱可塑性樹脂ワ
   ニスを含浸させる二次含浸工程と、該二次含浸工程で得
   られた樹脂含浸基材を加熱して前記熱可塑性樹脂ワニス
   の溶剤を揮散させる熱処理工程とを含む繊維強化熱可塑
   性樹脂プリプレグの製造方法において、 前記一次含浸工程および前記二次含浸工程で用いる前記
   熱可塑性樹脂ワニスの溶剤が、ジメチルフォルムアミド
   を主体とする溶剤であることを特徴とする繊維強化熱可
   塑性樹脂プリプレグの製造方法。