JPH04325528A - プリプレグ - 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】

【０００１】

【技術分野】本発明はマトリックス樹脂の優れた熱的性
質、機械的性質を損なうことなく、それから得られる成
形物に優れた靱性を賦与出来る繊維強化複合材料用プリ
プレグに関する。本発明のプリプレグから得られる成形
物は航空機用構造材料等として好適に使用される。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】炭素
繊維等の高強度高弾性繊維を補強材とする複合材料は、
その比強度、比弾性に優れるという特徴を活かしてスポ
ーツ用途を中心に広く用いられてきている。通常マトリ
ックス樹脂として用いられるエポキシ樹脂をはじめとす
る熱硬化性樹脂は種々の特長を有する一方で靱性に乏し
いという欠点を有するためにその用途はかなり制限され
たものとなっていた。この熱硬化性樹脂の欠点を改良す
る方法としてはゴム成分や熱可塑性樹脂を添加する方法
が一般的であるが十分な靱性改良効果をあげるためには
多量に添加する必要があり、耐熱性、耐溶剤性等の低下
を招く結果となっていた。

【０００３】また例えば特開昭６３−１６２７３２号公
報に提案されているように熱可塑性樹脂を粉末状でマト
リックス樹脂中に添加することによっても達成可能であ
るが、熱可塑性樹脂の粉末をエポキシ樹脂中に均一に分
散あるいは溶解した場合には系全体の粘度上昇に伴なう
プリプレグ製造時の工程通過性の低下あるいはプリプレ
グのタックレベルの低下等の問題もさけれられない。

【０００４】更に例えば特開平１−１１０５３７号公報
には球状の微粒子をプリプレグの表面からプリプレグの
厚さの３０％以内の深さに局在化させるこにより効果的
に複合材料の靱性が改善されることが開示されているが
この場合でも、プリプレグタックの大幅な低下はさけら
れないだけでなく、工程の複雑化、品質管理の複雑化等
の問題が新に発生する。又インターリーフと呼ばれる一
種の接着剤層を層間に挿入する方法も提案されているが
繊維含有率が上げられないなどの理由から広く実用化さ
れるに至っていない。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的はマトリックス樹脂の優れ
た熱的性質、機械的性質を損なうことなく、それから得
られる成形物に優れた靱性を賦与出来更にその充分なタ
ックレベル、ドレープ性、含浸性を特徴とし、取扱い性
にも優れた繊維強化複合材料用プリプレグを提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は（Ａ）弾性率２
００ＧＰａ以上の補強用繊維（Ｂ）引張破断伸びが１０
％以上の熱可塑性樹脂を素材とする繊維 （Ｃ）マトリックス樹脂 からなる繊維強化複合材料用プリプレグにおいて、（Ａ
）、（Ｂ）、（Ｃ）各成分の比率が下記範囲内にあり、
かつ（Ｂ）の繊維状熱可塑性樹脂がプリプレグの外表面
に存在し、成形後のコンポジット中において（Ｂ）を添
加したことにより、（Ｂ）の添加体積の９０％以上の分
離相が形成されタプリプレグに関する。 （Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜７５／２５（Ｂ）／（Ｃ
）＝０．５／１００〜２０／１００

【０００７】本発明
における（Ａ）の弾性率２００ＧＰａ以上の補強用繊維
としては炭素繊維、黒鉛繊維、ボロン繊維等、通常の繊
維強化複合材料に用いられる補強用繊維がそのまま用い
られるが、引張強度３５００ＭＰａ以上の炭素繊維、黒
鉛繊維が好適に用いられる。中でも引張強度４５００Ｍ
Ｐａ以上、伸度１．７％以上の高強度・高伸度の炭素繊
維、黒鉛繊維が最も好適に用いられる。

【０００８】本発明における（Ｃ）のマトリックス樹脂
としてはアミン類、フェノール類を前駆体とするエポキ
シ系の樹脂や多官能性マレイミド系の樹脂が好ましく用
いられる。具体的には例えばエポキシ系の樹脂としては
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリ
シジル−ｐ−アミノフェノール、トリグリシジル−ｍ−
アミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾールの
各種異性体、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキ
シ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂及びこれらの２種以上の
混合物等があげられる。

【０００９】また多官能性マレイミド系の樹脂としては
１，２−ビスマレイミドドデカン、１，６−ビスマレイ
ミド−（２，２，４−トリメチル）ヘキサン等を主成分
とする樹脂組成物などがあげられるが、もちろんこれら
の熱硬化性樹脂に限られるものではなく、プリプレグの
成形性やタック、ドレープ性等の特性あるいはマトリッ
クス樹脂の取扱い性に悪影響を与えない範囲で熱可塑性
樹脂エラストマー成分、無機系微粒子等を添加し、マト
リックス樹脂とすることも可能である。

【００１０】また（Ａ）と（Ｃ）の比率はその目的に応
じて適宜設定することが可能であるが重量化で（Ａ）／
（Ｃ）＝５５／４５〜８５／１５の範囲が適当であり、
より好ましい範囲は、（Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜７
５／２５である。

【００１１】（Ｂ）成分の繊維としては、その素材であ
る熱可塑性樹脂の引張破断伸度が１０％以上でなければ
ないらいない。引張破断伸度が１０％未満の場合、衝撃
吸収の効果が弱く、複合材料としたときの耐衝撃性の向
上が充分でないため、好ましくない。引張破断伸度の評
価は（Ｂ）成分の素材である熱可塑性樹脂で板を成形し
、ＡＳＴＭ　　Ｄ６３８に従って行う。

【００１２】繊維状熱可塑性樹脂の形態としてはモノフ
ィラメントあるいはそれらを束にしたものが好ましいが
必ずしもそれらに限定されるものではない。繊維の直径
としては１００μ以下が好ましく、５０μ以下が特に好
ましい。繊維状熱可塑性樹脂の比率としては（Ｃ）のエ
ポキシ系マトリックス樹脂１００重量部に対し０．５〜
２０重量部が好ましい。０．５重量部以下では十分な靱
性改良効果が得られない。逆に２０重量部以上の繊維状
熱可塑性樹脂を用いても靱性改良効果は頭打ちになるば
かりでなく、用いる樹脂の種類によっては耐熱性、耐溶
剤性等の特性が大幅に低下するケースもあり好ましくな
い。

【００１３】本発明における繊維状熱可塑性樹脂はプリ
プレグ外表面付近に存在していることが重要である。プ
リプレグが中心部に完全に埋没した状態では十分な靱性
改良効果が得られない。しかしながら繊維状熱可塑性樹
脂がプリプレグ表面から完全に浮き出ている状態はやは
り好ましくなく、その大半が樹脂中に埋没していること
が好ましい。

【００１４】引き揃え方向は特に制限がなく補強用繊維
に対してあらゆる角度で存在しうるが補強用繊維と同じ
方向に引き揃えるのがプロセス上最も容易である。補強
用繊維とマトリックス樹脂ならびに繊維状熱可塑性樹脂
からこのようなプリプレグを製造する方法に関しては特
に制限がなく、繊維状熱可塑性樹脂をあらかじめ引き揃
えて含浸した樹脂フィルムと補強用繊維とから通常のプ
リプレグを製造するのと同様の方法でプリプレグ化する
方法や、通常の方法で製造したプリプレグに繊維状熱可
塑性樹脂を引き揃えて一体化する方法等、種々の方法で
製造出来る。

【００１５】

【発明の効果】本発明のプリプレグから得られる成形物
はマトリックス樹脂の優れた熱的性質、機械的性質を損
なうことなく優れた靱性が賦与されたものであり、しか
も発生したクラックを伝播させにくい特性を有するため
、航空機用構造材料等として好適に使用される。更には
、本発明のプリプレグは、十分なタックレベル、ドレー
プ性、含浸性を有し、取扱い性に優れているため、オー
トレイアップ装置での積層に十分対応し、産業用の利用
性の極めて高いものである。

【００１６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例１、２ 表１に示す樹脂組成物と高強度中弾性炭素繊維（三菱レ
イヨン製、ＭＲ６０Ｐ、引張強度５６００ＭＰａ、弾性
率３１０ＧＰａ、伸度１．９％）とから一方向プリプレ
グをホットメルト法で製造した。プリプレグのＣＦ目付
は１９０ｇ／ｍ２　、樹脂含有率は３４重量％であった
。 このプリプレグにナイロン１２のマルチフィラメント（
８１ｄ　／３６ｆｉｌ）をフィラメントワインディング
法でプリプレグ両面に３ｍｍピッチでワインドし本発明
のプリプレグを製造した。また、このナイロン１２をプ
レス成形し、樹脂板としたのち、ＡＳＴＭ　　Ｄ６３８
に基づき引張破断伸びを測定したところ２５０％であっ
た。このプリプレグから所定の寸法の小片を切り出し、
積層後、オートクレーブ成形で衝撃後圧縮強度測定用の
試験片を成形した（硬化条件：１８０℃×２時間）。こ
の試験片を用いて、２７０ｌｂ−ｉｎ衝撃後の圧縮強度
を測定し、表１に示す結果を得た（試験法：ＳＡＣＭＡ
　　ＳＲＭ２−８８）。 比較例１、２ 実施例１、２と同様にして、但しナイロン１２のフィラ
メントを、ポリメタクリル酸メチル系のフィラメント（
９２ｄ　／３６ｆｉｌ）に代えて実施例１、２と同様に
プリプレグを造り成形評価した。また、同様に引張破断
伸度を評価したところ、約８％であった。結果を表１に
示した。

【表１】 表１から明らかなように本発明のプリプレグから得られ
る成形体は比較例に比べ衝撃後の圧縮強度が高く、耐衝
撃性に優れることがわかる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）弾性率２００ＧＰａ以上の補強用繊
   維 （Ｂ）引張破断伸びが１０％以上の熱可塑性樹脂を素材
   とする繊維 （Ｃ）マトリックス樹脂 からなる繊維強化複合材料用プリプレグにおいて、（Ａ
   ）、（Ｂ）、（Ｃ）各成分の比率が下記範囲内にありか
   つ（Ｂ）の繊維がその外表面に存在していることを特徴
   とするプリプレグ。 （Ａ）／（Ｃ）＝６０／４０〜７５／２５　　　　　　
   　　　　　　重量比 （Ｂ）／（Ｃ）＝０．５／１００〜４０／１００　　　
   　　　重量比
2. 【請求項２】　　（Ａ）が引張強度３５００ＭＰａ以上
   の炭素繊維あるいは黒鉛繊維であることを特徴とする請
   求項１記載のプリプレグ。
3. 【請求項３】　　（Ｂ）が熱可塑性樹脂のモノあるいは
   マルチフィラメントであることを特徴とする請求項１記
   載のプリプレグ。
4. 【請求項４】　　（Ｂ）の繊維状熱可塑性樹脂が一方向
   に一定間隔でその外表面に埋めこまれていることを特徴
   とする請求項１記載のプリプレグ。