JPS621749A - Prepreg for high-strength composite material - Google Patents

Prepreg for high-strength composite material

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JPS621749A
JPS621749A JP14018485A JP14018485A JPS621749A JP S621749 A JPS621749 A JP S621749A JP 14018485 A JP14018485 A JP 14018485A JP 14018485 A JP14018485 A JP 14018485A JP S621749 A JPS621749 A JP S621749A
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Akimitsu Matsuzaki
松崎 陽充
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Abstract

PURPOSE:The titled prepreg capable of giving composite materials having respective specific values or above of tensile strength at breaking point and glass transition temperature and improved strength and heat resistance and molding the composite materials using an autoclave. CONSTITUTION:A prepreg capable of giving cured articles having >=320kg/mm<2> tensile strength at breaking point and >=160 deg.C glass transition temperature at 60% fiber volume fraction thereof. Preferably, carbon fibers having >=1.9% tensile strength at breaking point of a resin-impregnated strand are used. A resin having >=3% tensile elongation at breaking point and >=160 deg.C glass transi tion temperature is preferably used. Preferably, the basic weight of the carbon fibers is 100-200g/m<2> and the content of the resin is 30-45%.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野] 本発明は、従来公知の炭素繊維を強化繊維とする複合材
料に比較して強度および耐熱性の優れた複合材料を与え
る高強度複合材料用プリプレグに関するものである。
Detailed Description of the Invention "Industrial Application Fields" The present invention is directed to high-strength composite materials that provide composite materials with superior strength and heat resistance compared to conventionally known composite materials that use carbon fibers as reinforcing fibers. It concerns prepreg.

[従来の技術] 従来、炭素繊維とエポキシ樹脂からなる複合材料は、そ
の高い比強度、比弾性率を生かしてゴルフシャツ1〜や
釣竿などのプレミア・スポーツ用途および航空機等の構
造材わ1用途に広く使用されている。しかし、近年、航
空機の翼や用などの一次構造材用途、宇宙構造材用途お
よび各種産業用途に複合材料を使用し、より一層の軽量
化を図るとの観点から、従来の複合材料にりもはるかに
優れた強度を有し、かつ耐熱性の優れた複合材1′31
の出現が強く望まれている。
[Prior Art] Conventionally, composite materials made of carbon fiber and epoxy resin have been used for premium sports applications such as golf shirts and fishing rods, and for structural materials such as aircraft, by taking advantage of their high specific strength and specific modulus. widely used. However, in recent years, composite materials have been used for primary structural materials such as aircraft wings and wings, space structural materials, and various industrial applications, and from the perspective of further reducing weight, conventional composite materials have been Composite material 1'31 with far superior strength and excellent heat resistance
It is strongly desired that the

複合材料の強度向上に関して、これまでいくつかの提案
がなさている。その一つは、炭素繊維の強度および伸度
の向上に関するものであり、例えば、炭素繊維そのもの
の強度を改良するために、炭素繊維を高濃度の硫酸、硝
酸、“燐酸などの無機酸中に長時間浸漬して該繊維表面
をエツチングし、次いで高温の不活性雰囲気中で加熱処
理して前記無機酸処理によって発生した繊維表面の官能
基を除去する方法が提案されてあり(たとえば、特開昭
54−59497号公報、特公昭52−35796@公
報、特開昭54.−59497号公報によれば、このよ
うなエツチング処理によってで、炭素繊維の製造工程で
形成された該繊維表面の傷が除去され、そ゛れによって
炭素繊維の機械的強度が向上するとされている。
Several proposals have been made to date to improve the strength of composite materials. One of these concerns improving the strength and elongation of carbon fibers. For example, in order to improve the strength of carbon fibers themselves, carbon fibers are soaked in highly concentrated inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid. A method has been proposed in which the fiber surface is etched by immersion for a long time, and then heat-treated in a high-temperature inert atmosphere to remove functional groups on the fiber surface generated by the inorganic acid treatment (for example, According to Japanese Patent Publication No. 54-59497, Japanese Patent Publication No. 52-35796@, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-59497, scratches on the surface of carbon fibers formed in the manufacturing process of carbon fibers are removed by such etching treatment. is removed, which is said to improve the mechanical strength of carbon fibers.

しかしながら、本発明者らの検討したところによれば、
炭素繊維のように耐薬品性の極めて良好な繊維に、その
表面がエツチングされるような厳しい処理を施すと、繊
維の表面領域、すなわち表層部のみならず、場合によっ
ては繊維の内部構造まで損傷され、必ずしも該炭素繊維
の機械的強度が向上するものではないことおよび機械的
強度が向上しても、樹脂含浸ストランド強度および伸度
は向上することがなく、複合材料の引張強度向上に寄与
しないことを見出した。
However, according to the inventors' investigation,
When a fiber with extremely good chemical resistance, such as carbon fiber, is subjected to severe treatment that etches its surface, it damages not only the surface area of the fiber, that is, the surface layer, but also the internal structure of the fiber in some cases. However, the mechanical strength of the carbon fibers does not necessarily improve, and even if the mechanical strength improves, the strength and elongation of the resin-impregnated strands do not improve, and do not contribute to improving the tensile strength of the composite material. I discovered that.

複合材料の強度を向上させる他の一つの方法として、マ
トリックス樹脂として高伸度のエポキシ樹脂を使用する
方法が提案されている(例えば、特開昭59−2177
21号公報)。
As another method for improving the strength of composite materials, a method of using a high elongation epoxy resin as a matrix resin has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-2177
Publication No. 21).

しかし、これらの技術によって確かに複合材料の強度は
向上するものの飛躍的な強度向上は期待できない。
However, although these techniques certainly improve the strength of composite materials, dramatic improvements in strength cannot be expected.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、強度および耐熱性の優れた複合材料用プリプ
レグを提供することを目的とするものであり、更に具体
的には硬化物の引張破断強度おにびガラス転移温度の高
い高強度複合材料用プリプレグを提供するものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The object of the present invention is to provide a prepreg for composite materials with excellent strength and heat resistance, and more specifically, to provide a prepreg for composite materials with excellent strength and heat resistance. The present invention provides a prepreg for high-strength composite materials with a high glass transition temperature.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、 (1)硬化物の繊維体積分率60%における引張破断強
度が320kg/mm2以上で、かつ、ガラス転移温度
が160℃以上の高強度相合材料用プリプレグ。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides: (1) A high-strength composite having a tensile strength at break of 320 kg/mm2 or higher at a fiber volume fraction of 60% and a glass transition temperature of 160°C or higher. Prepreg for materials.

(2)上記第(1)項において、樹脂含浸ストランドの
引張破断伸度が1.9%以上の炭素繊維を使用すること
を特徴とする高強度複合材利用プリプレグ。
(2) The prepreg using a high-strength composite material according to item (1) above, characterized in that carbon fibers of resin-impregnated strands having a tensile elongation at break of 1.9% or more are used.

(3)  上記第(1)〜(2)項において、引張破断
伸度が3%以上、ガラス転移温度が160℃以上の樹脂
を使用することを特徴とする高強度複合材料用プリプレ
グ。
(3) A prepreg for a high-strength composite material, characterized in that a resin having a tensile elongation at break of 3% or more and a glass transition temperature of 160° C. or more is used in items (1) and (2) above.

(4)  上記第(1)〜(3〉項において、炭素繊維
目付が100〜200C]/m2)樹脂重量含有率が3
0〜45%である高強度複合材料用プリプレグ。
(4) In items (1) to (3> above, carbon fiber basis weight is 100 to 200C]/m2) resin weight content is 3
A prepreg for high-strength composite materials having a content of 0 to 45%.

(5〉  上記第(1)〜(4)項において、繊維中心
部と対比して結晶の完全性が実質的に同一レベルにおる
表層部を有し、かつ該表層部は前記繊維中心部に対比し
て結晶の完全性が小でおる超薄最外層を有する炭素繊維
を使用することを特徴とする高強度複合材料用プリプレ
グ。
(5) In paragraphs (1) to (4) above, the fiber has a surface layer having substantially the same level of crystal integrity as the fiber center, and the surface layer is located at the center of the fiber. A prepreg for high-strength composite materials characterized by using carbon fiber having an ultra-thin outermost layer with low crystal integrity.

(6)上記第(5)項において、炭素繊維の熱分解性有
機物量が約0.05〜0.5重足%の範囲内およびX線
電子分光法(ES、CA)によって検出される炭素繊維
表面の官能基ffi (OIs/ Q Is)の比が0
.1〜0.4の範囲内で必る炭素繊維を使用することを
特徴とする高強度複合材料用プリプレグ。
(6) In item (5) above, the amount of pyrolyzable organic matter in the carbon fiber is within the range of about 0.05 to 0.5% by weight and the carbon detected by X-ray electron spectroscopy (ES, CA) The ratio of functional groups ffi (OIs/Q Is) on the fiber surface is 0.
.. A prepreg for a high-strength composite material, characterized in that carbon fiber is used within a range of 1 to 0.4.

に関するものである。It is related to.

本発明の高強度複合材料用プリプレグは高伸度の炭素繊
維および高伸度かつ耐熱性の優れた7トリツクス樹脂か
ら製造することができる。本発明で使用される炭素繊維
は、樹脂含浸ストランドの引張破断伸度が1.9%以上
の炭素繊維でおる。
The prepreg for high-strength composite materials of the present invention can be manufactured from high-elongation carbon fiber and 7-trix resin that has high elongation and excellent heat resistance. The carbon fiber used in the present invention is a carbon fiber whose resin-impregnated strand has a tensile elongation at break of 1.9% or more.

ここで引張伸度はJIS−R7601に規定されている
試験法に準じて測定される。含浸用樹脂としては、“チ
ッソノックス”221(100部)、三フッ化ホウ素モ
ノエヂルアミン錯体(3部)およびアセトン(42B 
)が使用され、130℃/30分の条件で硬化してスト
ランドを作製する。本発明で使用されるストランド引張
破断伸度1.9%以上の炭素繊維の製法については特に
限定がないが、繊維中心部と対比して結晶の完全性が実
質的に同一レベルにある表層部を有し、かつ該表層部は
前記繊維中心部に対比して結晶の完全性が小でおる超薄
最外層を有する炭素繊維が好ましく使用される。更に熱
分解性有機物量が約0.05〜0.5型組%の範囲内お
よびX線電子分光法(ESCA)によって検出される炭
素繊維表面の官能lff1 (OIs/ C1s)比が
0.1〜0.4(7)範囲内で必る炭素繊維が好ましい
Here, the tensile elongation is measured according to the test method specified in JIS-R7601. As impregnating resins, "Chissonox" 221 (100 parts), boron trifluoride monoedylamine complex (3 parts) and acetone (42B
) is used and cured at 130° C./30 minutes to produce a strand. There are no particular limitations on the manufacturing method of the carbon fibers with a strand tensile elongation at break of 1.9% or more used in the present invention, but the surface layer has substantially the same level of crystal integrity as the center of the fiber. Preferably used is a carbon fiber having a surface layer having an ultra-thin outermost layer whose crystal integrity is lower than that of the center portion of the fiber. Further, the amount of thermally decomposable organic matter is within the range of about 0.05 to 0.5 type% and the functional lff1 (OIs/C1s) ratio on the carbon fiber surface detected by X-ray electron spectroscopy (ESCA) is 0.1. Carbon fibers within the range of 0.4(7) are preferred.

ここで、繊維の中心部、表層部および該表層部の超薄最
外層の結晶の完全性はそれぞれ透過型電子線回折(TE
M>によって測定され、具体的には後述するように、繊
維中心部の結晶の完全性を基準として繊維表層部および
該表層部の超薄最外層の結晶の完全性の程度を対比した
場合に、該表層部は繊維中心部と対比して実質的に同一
レベルの結晶の完全性を示し、該表層部の超薄最外層は
繊維の中心部に対比して小さい結晶の完全性を示すこと
をいう。後述する測定法から、該表層部は炭素繊維の表
面から平均的1.5ミクロン領域の層であり、該超薄最
外層は繊維の表面から平均的0.2ミクロン、より好ま
しくは0.1ミクロン以下の領域の層をいう。
Here, the crystal integrity of the core, surface layer, and ultra-thin outermost layer of the fiber can be determined by transmission electron diffraction (TE).
M>, and specifically, as described later, when comparing the degree of crystal perfection of the fiber surface layer and the ultra-thin outermost layer of the surface layer with reference to the crystal perfection of the center of the fiber. , the surface layer exhibits substantially the same level of crystalline integrity relative to the fiber core, and the ultra-thin outermost layer of the surface layer exhibits less crystalline integrity relative to the fiber core. means. According to the measurement method described below, the surface layer is a layer with an average thickness of 1.5 microns from the surface of the carbon fiber, and the ultra-thin outermost layer has an average thickness of 0.2 microns from the surface of the fiber, and more preferably 0.1 microns from the surface of the fiber. A layer in the micron or smaller region.

また、繊維中心部と対比して実質的に同一レベルの結晶
の完全性とは、繊維中心部における結晶の完全性に対す
る該表層部の結晶の完全性の比率がほぼ同一もしくは大
であることを意味し、数値で表示すれば、約0.98以
上、好ましぐは1゜0以上であることをいう。
In addition, the term "substantially the same level of crystal perfection as in the center of the fiber" means that the ratio of the crystal perfection in the surface layer to that in the center of the fiber is approximately the same or greater. When expressed numerically, it means about 0.98 or more, preferably 1°0 or more.

ざらに、本発明になる炭素繊維の熱分解性有機物含有量
は、炭素繊維の表面および内部に存在する化学的官能基
の量、特に主として前記の超薄最外層の化学的官能基の
債を示す1尺度であり、この量が前記0.05〜0.5
重伍%、好ましくは0.1〜0.4、ざらに好ましくは
0.15〜0゜30%の範囲内でおることが必要でおり
、この量が0.05%よりも少なくなると、炭素繊維と
樹脂の接着性が低下し過ぎるために好ましくないし、他
方、0.5%よりも多くなると、樹脂含浸ストランド伸
度が低下する。
In general, the content of pyrolyzable organic substances in the carbon fiber of the present invention is determined by the amount of chemical functional groups present on the surface and inside of the carbon fiber, especially the chemical functional groups mainly in the ultra-thin outermost layer. This is a scale of 0.05 to 0.5.
The amount of carbon must be within the range of 5%, preferably 0.1 to 0.4, more preferably 0.15 to 0.30%, and if this amount is less than 0.05%, carbon This is not preferred because the adhesion between the fiber and the resin decreases too much, and on the other hand, if it exceeds 0.5%, the elongation of the resin-impregnated strand decreases.

そして、このような超薄最外層を有する本発明の炭素繊
維は、X線電子分光法によって検出される官能基St 
(01s/C15)比がO,,1〜0.4、好ましくは
0.15〜0.4、ざらに好ましくは0.20〜0.2
5の範囲であることが好ましい。
The carbon fiber of the present invention having such an ultra-thin outermost layer has a functional group St detected by X-ray electron spectroscopy.
(01s/C15) ratio is O, 1 to 0.4, preferably 0.15 to 0.4, more preferably 0.20 to 0.2
It is preferable that it is in the range of 5.

すなわち、不活性化された炭素繊維の表層部の官能1m
が上記範囲外の場合は、樹脂含浸ストランド伸度の高い
炭素繊維が1qられない。
That is, the functionality of the surface layer of the inactivated carbon fiber is 1 m.
is outside the above range, carbon fibers with high resin-impregnated strand elongation cannot be used.

本発明で使用されるプリプレグ用樹脂は、JIS−に7
113に規定された試験法に準じて測定した引張破断伸
度が3.0%以上の樹脂でおる。
The prepreg resin used in the present invention is JIS-7.
The resin has a tensile elongation at break of 3.0% or more, as measured in accordance with the test method specified in No. 113.

引張破断伸度が3.0%以下の脆い樹脂を使用する場合
には、本発明が目的とする高強度複合材料を得ることは
出来ない。
When using a brittle resin with a tensile elongation at break of 3.0% or less, it is not possible to obtain the high-strength composite material aimed at by the present invention.

なお、本発明で使用される樹脂は、複合材料が十分高い
耐熱性を発現するために160℃以上のガラス転移温度
を有するものである必要がおる。
Note that the resin used in the present invention needs to have a glass transition temperature of 160° C. or higher in order for the composite material to exhibit sufficiently high heat resistance.

マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ビスマレイ
ミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹
脂な、どを使用することができるが、中でもエポキシ樹
脂が最も好ましい。
As the matrix resin, epoxy resins, bismaleimide resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, etc. can be used, and among them, epoxy resins are most preferred.

本発明で使用されるエポキシ樹脂は、下記するポリエポ
キシドと硬化剤および/または硬化触媒を組合せること
により調製される。
The epoxy resin used in the present invention is prepared by combining the polyepoxide described below with a curing agent and/or a curing catalyst.

ポリエポキシドは、分子中に平均して一個より多いエポ
キシ基を有する化合物であり、このエポキシ基は末端塁
として存在するものであってもよく、また分子内部にあ
ってもよい。ポリエポキシドは、飽和あるいは不飽和の
脂肪族、環状脂肪族、芳香族または複素環式化合物でお
ってもよく、更、にハロゲン原子、水酸基、エーテル基
等を含む化。
Polyepoxides are compounds having on average more than one epoxy group in the molecule, and this epoxy group may be present as a terminal group or may be internal to the molecule. The polyepoxide may be a saturated or unsaturated aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic compound, and may further contain a halogen atom, a hydroxyl group, an ether group, etc.

合物でおってもよく、例えば、ビスフェノールA、Fお
よびSのグリシジル化合物、クレゾールノボラックまた
はフェノールノボラックのグリシジル化合物、芳香族ア
ミンのグリシジル化合物および環状脂肪族エポキシ樹脂
などがある。
Examples thereof include glycidyl compounds of bisphenols A, F, and S, glycidyl compounds of cresol novolak or phenol novolak, glycidyl compounds of aromatic amines, and cycloaliphatic epoxy resins.

そのようなポリエポキシドの具体例には、1,4−ビス
(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゼン、4,4゜−
ビス(2,3−■ボキシブロボキシ)ジフェニルエーテ
ルがある。
Specific examples of such polyepoxides include 1,4-bis(2,3-epoxypropoxy)benzene, 4,4°-
Bis(2,3-boxybroboxy)diphenyl ether.

ポリエポキシドの別の例として多価フェノールのグリシ
ジル化合物がある。これに使用し得る多価フェノールと
しては、例えばレゾルシノール、カテコール、ヒドロキ
ノン、2.2−ビス(4−ヒドロキシフェニル〉プロパ
ン(ビスフェノールA)、2.2−ビス(4−ヒドロキ
シフェニル)ブタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)
スルホン(ビスフェノールS)、ビス(4−ヒドロキシ
フェニル)メタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル)
メタン、3.9−ビス(3−メ1〜キシ、4−ヒドロキ
シフェニル) −2,4,8,10−テ1へラオキサス
ピロ[5,5]ウンデカン、更にハロゲン含有フェノー
ルとして2.2−ビス(4−ヒドロキシテトラブロムフ
ェニル)プロパンなどが含まれる。
Another example of a polyepoxide is a glycidyl compound of polyhydric phenol. Examples of polyhydric phenols that can be used for this purpose include resorcinol, catechol, hydroquinone, 2.2-bis(4-hydroxyphenyl)propane (bisphenol A), 2.2-bis(4-hydroxyphenyl)butane, and bis(4-hydroxyphenyl)butane. 4-hydroxyphenyl)
Sulfone (bisphenol S), bis(4-hydroxyphenyl)methane, tris(4-hydroxyphenyl)
methane, 3,9-bis(3-me1-xy,4-hydroxyphenyl)-2,4,8,10-te1helaoxaspiro[5,5]undecane, and also 2,2-bis as a halogen-containing phenol. (4-hydroxytetrabromphenyl)propane and the like.

ポリエポキシドの別の例として、多価アルコールのグリ
シジル化合物がある。この目的に使用し得るアルコール
としては、例えばグリセロール、エチレングリコール、
ペンタエリスリトール、2゜2−ビス(4−ヒドロキシ
シクロヘキシル)プロパンなどが挙げられる。
Another example of a polyepoxide is a glycidyl compound of a polyhydric alcohol. Alcohols that can be used for this purpose include, for example, glycerol, ethylene glycol,
Examples include pentaerythritol and 2°2-bis(4-hydroxycyclohexyl)propane.

内部エポキシ基を有するポリエポキシドの例として、4
−(1,2−エポキシエチル)−1,2−エボキシシク
ロヘキザン、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)
エーテル、3.4−エポキシシクロへキシルメチル−(
3,4−エポキシ)シクロヘキザン力ルポキシレートな
どが挙げられる。
Examples of polyepoxides with internal epoxy groups include 4
-(1,2-epoxyethyl)-1,2-epoxycyclohexane, bis(2,3-epoxycyclopentyl)
Ether, 3.4-epoxycyclohexylmethyl-(
Examples include 3,4-epoxy)cyclohexane hydroxylate.

ポリエポキシドの別の例として、芳香族アミンのジグリ
シジル化合物がある。この目的に使用し得る芳香族アミ
ンとしては、ジアミノジフェニルメタン、メタキシリレ
ンジアミン、m−アミンフェノール、p−アミンフェノ
ールなどがある。
Another example of a polyepoxide is a diglycidyl compound of an aromatic amine. Aromatic amines that can be used for this purpose include diaminodiphenylmethane, metaxylylene diamine, m-amine phenol, p-amine phenol, and the like.

これらのポリエポキシドのうち、ビスフェノ−Aのジグ
リシジルエーテル、タレゾールノボラックあるいはフェ
ノールノボラックのグリシジル化合物、ジアミノジフェ
ニルメタンのグリシジル化合物およびアミンフェノール
のグリシジル化合物が好ましく使用される。
Among these polyepoxides, diglycidyl ether of bispheno-A, glycidyl compounds of talesol novolak or phenol novolak, glycidyl compounds of diaminodiphenylmethane, and glycidyl compounds of aminephenol are preferably used.

本発明で使用される硬化剤としては、メタフェニレンジ
アミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニ
ルスルホン、メタあるいはバラアミノ安息香酸のジグリ
コールエステルなどの芳香族アミン系硬化剤、ジシアン
ジアミドおよびビス(パラヒドロキシフェニル〉スルホ
ンで代表されるフェノール系硬化剤などが挙げられる。
The curing agents used in the present invention include aromatic amine curing agents such as metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, diglycol esters of meta- or para-aminobenzoic acid, dicyandiamide, and bis(parahydroxyphenyl)sulfone. Typical examples include phenolic curing agents.

また、三フッ化ホウ素・アミン錯体、イミダゾール化合
物、トルエンジイソシアネ−1〜とジメチルアミンの付
加反応によって得られる尿素化合物などの硬化触媒を単
独で、あるいは上記硬化剤と併用して使用することがで
きる。
In addition, curing catalysts such as boron trifluoride/amine complexes, imidazole compounds, and urea compounds obtained by the addition reaction of toluene diisocyanate-1 and dimethylamine may be used alone or in combination with the above curing agents. I can do it.

本発明で使用される引張破断伸度が3%以上、かつ、ガ
ラス転移温度が160°C以上のエポキシ樹脂は上記し
たポリエポキシドの単独あるいは複数を、上記した硬化
剤あるいは硬化触媒の単独あるu%Gtl数8組合t!
″′C調製する08゛1きる・51れらの組合せにより
目的とする物性を有するエポ    11キシ樹脂を調
製することは当該業界において周知の手法で実施するこ
とができる。このようなエポキシ樹脂の典型的な例は実
施例において明らかにされる。
The epoxy resin used in the present invention with a tensile elongation at break of 3% or more and a glass transition temperature of 160°C or more contains one or more of the above-mentioned polyepoxides, and u% of the above-mentioned curing agent or curing catalyst alone. Gtl number 8 combinations t!
Epoxy resin having desired physical properties can be prepared by a method well known in the industry by combining these epoxy resins. Typical examples are revealed in the Examples.

本発明で使用されるエポキシ樹脂は、71〜リツクス樹
脂の粘度を適度に高めて成形性を向上させたり、複合材
料の靭性を高める目的で熱可塑性樹脂あるいはエラスト
マーを含有するものがしばしば好ましく使用される。含
有される樹脂としては、ポリビニルアセタール、ポリア
ミド、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスル
ホン、ポリエーテルイミド、ボリアリレート、ポリアミ
ドイミド、ポリエーテルアミド、ポリエーテルエステル
および二1〜リルゴムなどを挙げることかできる。
The epoxy resin used in the present invention is often preferably one containing a thermoplastic resin or an elastomer for the purpose of appropriately increasing the viscosity of the 71-Rix resin and improving the moldability, or increasing the toughness of the composite material. Ru. Examples of the resins included include polyvinyl acetal, polyamide, polyester, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyarylate, polyamideimide, polyetheramide, polyetherester, and 21-lyru rubber.

本発明のプリプレグの製造法については特に制限がなく
当業界において公知の種々の方法が用いられる。その典
型的な例は、炭素繊維糸条にマトリックス樹脂を含浸さ
せる方法、炭素繊維糸条にマ]・リックス樹脂の溶媒を
含浸させ、しかるのちに溶媒を全量あるいは適当量を除
いてプリプレグを製造する方法がある。
There are no particular limitations on the method for producing the prepreg of the present invention, and various methods known in the art can be used. A typical example is a method in which carbon fiber yarn is impregnated with a matrix resin, and carbon fiber yarn is impregnated with a matrix resin solvent, and then all or an appropriate amount of the solvent is removed to produce prepreg. There is a way to do it.

本発明のプリプレグの炭素繊維目付および樹脂含量に特
に制限はないが、それぞれ100〜200 Q / m
2.30〜45%のプリプレグが高強度複合材料を製造
するうえで最も好ましい。なお、本発明のプリプレグは
本発明の目的を損なわない限りにおいてポリアラミド繊
維などの他の高弾性率補強繊維を炭素繊維と併用して使
用することができる。
There is no particular limit to the carbon fiber basis weight and resin content of the prepreg of the present invention, but each is 100 to 200 Q/m.
2.30-45% prepreg is most preferred for producing high strength composites. In the prepreg of the present invention, other high modulus reinforcing fibers such as polyaramid fibers can be used in combination with carbon fibers as long as the purpose of the present invention is not impaired.

本発明で使用される炭素繊維の特性は、次の方法により
測定される。
The properties of the carbon fiber used in the present invention are measured by the following method.

透過型電子線回折法 炭素繊維をその繊維軸方向に引き揃えて常温硬化型のエ
ポキシ樹脂に包埋し、硬化する。硬化した炭素繊維包埋
10ツクを包埋された炭素繊維の少なくとも2〜3本が
露出するように1〜リミングした後、ダイレモンドナイ
フを装備したミクロ1〜−ムを用いて、厚ざ150−2
00オンゲス1〜ローム(A)の超薄切片を作製する。
Transmission electron diffraction method Carbon fibers are aligned in the fiber axis direction, embedded in a room temperature curing epoxy resin, and cured. After rimming 10 pieces of cured carbon fiber embedding to expose at least 2-3 of the embedded carbon fibers, use a micrometer equipped with a die lemon knife to cut the 150 mm thick -2
Ultrathin sections of 00 Onges 1 to Loam (A) are prepared.

この超薄切片を金で蒸着したマイクログツド上に載置し
て、高分解能電子顕微鏡を用いて電子線回折を行なう。
This ultrathin section is placed on a gold-deposited microglue and subjected to electron beam diffraction using a high-resolution electron microscope.

この場合に、炭素繊維の内外描造差を検出するために、
制限視野電子線回折法を用いて、特定部分からの電子線
回折像を調べる。
In this case, in order to detect the difference in drawing between the inside and outside of the carbon fiber,
Examine the electron diffraction image from a specific area using selected area electron diffraction.

測定条件としては、日立(株)製の電子顕微鏡H−80
0型(透過型)を用い、加速電圧200KV、直径0.
2ミクロンの制限視野絞りで、超薄切片のエツジ(ed
qe)からコア(core)までの電子線回折写真を囮
影する。
The measurement conditions were an electron microscope H-80 manufactured by Hitachi, Ltd.
0 type (transmission type), acceleration voltage 200KV, diameter 0.
With a 2 micron selected field aperture, the edge of the ultrathin section (ed
qe) to the core.

超薄最外層は、繊維表面から約0.1ミクロン深さの部
分、正確には、直径0.2ミクロンの制限視野絞りの半
分が繊維最外層にかかり、他の半分は繊維からはずれて
いる状態で@影する。また、表層部は繊維表面から約1
.5ミクロン以内の部分の電子線回折写真を用い、繊維
中心部は、はぼ繊維の中心近傍の電子線回折写真を用い
て、それら電子線回折像の(002)についてそれぞれ
赤道線方向の回折強度の走査プロフィルを作製し、これ
らの走査プロフィルにつぎ、半価巾を求める。
The ultra-thin outermost layer is approximately 0.1 micron deep from the fiber surface, more precisely, half of the selected area aperture with a diameter of 0.2 microns is on the outermost fiber layer, and the other half is outside the fiber. @shadow in the state. In addition, the surface layer is about 1 inch from the fiber surface.
.. Using an electron diffraction photograph of a portion within 5 microns, and using an electron diffraction photograph of the fiber center near the center of the fiber, the diffraction intensity in the equatorial direction for (002) of these electron diffraction images was determined. Create scanning profiles, and then calculate the half width using these scanning profiles.

半価巾の逆数が結晶の完全性の尺度になるから、繊維の
中心部に対する超薄最外層および表層部の半価巾の逆数
の比をそれぞれ求めた。
Since the reciprocal of the half-width is a measure of crystal integrity, the ratio of the reciprocal of the half-width of the ultra-thin outermost layer and the surface layer to the center of the fiber was determined.

なお、走査プロフィルから半価巾の測定に用いられる前
記電子線回折写真を用いて得られる電子線回折像の(0
02)における赤道線方向の回折強度の走査プロフィル
の測定チャートの例を第1図および第2図に示した。
Note that the electron beam diffraction image (0
Examples of measurement charts of the scanning profile of the diffraction intensity in the equatorial direction in 02) are shown in FIGS. 1 and 2.

図において、走査プロフィルのノイズは、ノイズの振幅
の中間点をとって平滑なプロフィルとし、図に示すよう
に、ベースラインを引いて平滑化された回折ピークとベ
ースラインとから常法にしたがって半価巾を求めた。特
に、第1図のように、ピークの高さの半分の位置がピー
クの谷より低い場合には、回折ピークのラインを外延し
て半価巾を求めた。
In the figure, the noise in the scanning profile is determined by taking the midpoint of the noise amplitude to create a smooth profile, and as shown in the figure, by subtracting the baseline and dividing the smoothed diffraction peak and the baseline by half according to the usual method. I asked for a price tag. Particularly, as shown in FIG. 1, when the half height of the peak was lower than the valley of the peak, the half width was determined by extending the line of the diffraction peak.

熱分解性有機物量 約20m(]の炭素繊維(ザンプル)を溶剤で洗浄し、
繊維表面にイ」着する“リイジングなどを除去し、柳本
製作所製のCHNコーダー・M下−3型装置を用いて、
次の条イ′[で測定した。
A carbon fiber (sample) with an amount of pyrolyzable organic matter of about 20 m () was washed with a solvent,
Removal of "reising" etc. that adheres to the fiber surface, using a CHN coder M-3 model manufactured by Yanagimoto Seisakusho,
Measurements were made on the following strip A′.

CHNコーダーの試料燃焼炉を950℃,酸化炉を85
0℃,還元炉を550°Cにそれぞれ昇温し5.へりr
クムを180m1/分の速度で流し、上記洗浄した炭素
繊維を精密に秤量した後、前記試料燃焼炉に入れる。
CHN coder sample combustion furnace at 950℃, oxidation furnace at 85℃
5. Raise the temperature of the reduction furnace to 0°C and 550°C. Edge r
The cum was flowed at a rate of 180 ml/min, and the washed carbon fibers were accurately weighed and placed in the sample combustion furnace.

吸引ポンプを用いて該試料燃焼炉中の分解ガスの一部を
約5分間、酸化炉および還元炉を経由して吸引した後、
C)−I Nコーダーの熱伝導度型検出器によってC0
2FLとして定量し、検量によって熱分解性有機物量を
試料に対するC (wt%)として求める。この測定法
の特徴は、通常のC,H。
After sucking a part of the cracked gas in the sample combustion furnace through the oxidation furnace and reduction furnace for about 5 minutes using a suction pump,
C0 by the thermal conductivity type detector of the C)-I N coder.
Quantitate as 2FL, and calculate the amount of thermally decomposable organic matter as C (wt%) with respect to the sample by calibration. The characteristics of this measurement method are ordinary C, H.

N元素分析装置において、酸素ガスを流さないで、ヘリ
ウムガスのみの雰囲気下で炭素繊維を加熱することによ
り、炭素繊維中のCo、CO2)CH4などの熱分解性
右−機物量を定量できることである。
By heating the carbon fiber in an atmosphere of helium gas only without flowing oxygen gas in the N elemental analyzer, it is possible to quantify the amount of thermally decomposable substances such as Co, CO2) CH4, etc. in the carbon fiber. be.

X線光電子分光法(ESCΔ〉 具体的な装置として、国際電機(株)製のモデルES−
200を用いた。
X-ray photoelectron spectroscopy (ESCΔ) A specific device is model ES- manufactured by Kokusai Denki Co., Ltd.
200 was used.

炭素繊維(ザンプル)を溶剤で洗浄し、サイジングなど
の表面付着物を除去した後、該炭素繊維をカッ1〜し、
銅製の試″rat支持台上に拡げて並べた後、X線源と
してAIKα1,2を用い、試料チvンバー中を1*1
0E (−8) Torrに保つ。そして運動エネルギ
ーが955cVのC1Sピーク面積および1202eV
のC1Sピーク面積の比から表面酸素原子/表面炭素原
子(OIs/ CIs)の比を求める。
After cleaning the carbon fiber (sample) with a solvent and removing surface deposits such as sizing, the carbon fiber is cut,
After spreading and arranging the specimens on a copper specimen rat support stand, using AIKα1,2 as an X-ray source, the inside of the specimen chamber was 1*1
Maintain at 0E (-8) Torr. and C1S peak area with kinetic energy of 955 cV and 1202 eV
The ratio of surface oxygen atoms/surface carbon atoms (OIs/CIs) is determined from the ratio of C1S peak areas.

[作用] 本発明では、特定の炭素繊維と特定の樹脂を組合せるこ
とにより、高強度かつ耐熱性の優れた複合材料用プリプ
レグが取得できる。
[Function] In the present invention, by combining a specific carbon fiber and a specific resin, a prepreg for composite material with high strength and excellent heat resistance can be obtained.

[実施例] 以下の実施例によって本発明を更に詳細に説明する。以
下の例で各成分の伍は重量部を表わす。
[Example] The present invention will be explained in further detail by the following example. In the examples below, each component number represents parts by weight.

参考例1 アクリロニ1〜リル(AN>99.5モル%、イタコン
10.5モル%からなる固有粘度[η]が1.80のA
N共重合体のジメチルスルホキシド(DMSO>溶液に
アンモニアを吹き込み、該共重合体のカルボキシル末端
基水素アンモニュウム基で置換してポリマを変性し、こ
の変性ポリマの濃度が20重量%であるDMS○溶液を
作成した。
Reference Example 1 A having an intrinsic viscosity [η] of 1.80, consisting of acryloni 1-lyl (AN>99.5 mol% and itacon 10.5 mol%)
Ammonia is blown into a dimethyl sulfoxide (DMSO) solution of a N copolymer, and the polymer is modified by substituting the carboxyl terminal group of the copolymer with an ammonium hydrogen group, and the concentration of the modified polymer is 20% by weight in a DMS○ solution. It was created.

この溶液を目開き5μの焼結金属フィルターを濾材とし
て;濾過した後、孔径0.15mm、孔数1500ホー
ルの紡糸口金を通して一旦空気中に露出し、約3mm空
間を走行させた後、約30℃130%のDMSO水溶液
中に導入して吐出繊維糸条を凝固せしめた。得られた凝
固繊維糸条を水洗し、温水中で4倍に延伸して水膨潤繊
維糸条を得た。
This solution was filtered using a sintered metal filter with an opening of 5 μm as a filter medium, and then exposed to the air through a spinneret with a pore diameter of 0.15 mm and 1500 holes. The discharged fiber yarn was coagulated by introducing it into a DMSO aqueous solution at 130%. The obtained coagulated fiber thread was washed with water and stretched 4 times in hot water to obtain a water-swollen fiber thread.

この水膨潤繊維糸条をポリエチレングリコール(PEG
)変性ポリジメチルシロキサン(PEG変性量50重量
%)の0.8%水溶液とアミノ変性ポリジメヂルシロキ
1ノーン(アミノ変性量1重ω%)85部とノニオン系
界面活性剤15部からなる0、8%水分散液の混合油剤
浴中に浸漬した後、表面温度130°Cの加熱ロール上
で乾燥、緻密化した。乾燥、緻密化した繊維糸条を加熱
スチーム中で3倍に延伸し、単糸繊度が0.8デニール
(d)、l−一タルデニール1200 (D>のアクリ
ル系繊維糸条をjqた。
This water-swellable fiber thread is made of polyethylene glycol (PEG).
) A 0.8% aqueous solution of modified polydimethylsiloxane (PEG modification amount: 50% by weight), 85 parts of amino-modified polydimethylsiloxane (amino modification amount: 1 wt. %), and 15 parts of a nonionic surfactant. After being immersed in a mixed oil bath containing an 8% aqueous dispersion, it was dried and densified on a heated roll with a surface temperature of 130°C. The dried and densified fiber yarn was drawn three times in heated steam to obtain an acrylic fiber yarn with a single filament fineness of 0.8 denier (d) and l-tal denier 1200 (D>).

このトータルデニールが1200Dのアクリル系繊維糸
条を3本合糸し、リング状ノズルを用いて、圧力0.7
kCJ/−のエアー開繊処理を施し、240〜260℃
の空気中で延伸倍率1.05の下に加熱し水分率が4.
5%の酸化繊維糸条を作成した。
Three of these acrylic fiber yarns with a total denier of 1200D were combined, and using a ring nozzle, the pressure was 0.7
kCJ/- air opening treatment, 240-260℃
Heated in air at a stretching ratio of 1.05 to a moisture content of 4.
A 5% oxidized fiber yarn was prepared.

次いで、この酸化繊維糸条を最高温度が1400℃の窒
素雰囲気仲で300〜700℃の温度域における昇温速
度を約250℃/分、1000〜1200℃の温度域に
おける昇温速度を約400°C/分に設定して炭素化し
、炭素繊維糸条を19だ。
Next, this oxidized fiber yarn was heated in a nitrogen atmosphere with a maximum temperature of 1400°C at a heating rate of about 250°C/min in the temperature range of 300 to 700°C, and at a heating rate of about 400°C in the temperature range of 1000 to 1200°C. The carbon fiber yarn was carbonized at a temperature of 19 °C/min.

得られた炭素繊維糸条の平均単繊維強度は45OkCJ
/mm2)樹脂含浸ストランド伸度は1.97%であっ
た。また、この炭素繊維糸条単繊維の縦断面の超薄切片
を作製し、制限視野電子線回折法によって繊維中心部、
繊維表面から約0.1μの深さの領域(超薄最外層領域
)および繊維表面から約0.4ミクロンの領域(表面層
領域)のそれぞれ結晶の完全性を測定し、繊維中心部の
結晶の完全性に対する繊維表面から0.1ミクロンおよ
び0.4ミクロンの深さの領域の結晶の完全性の比率を
求めた結果、それぞれ1.05および1゜03であり、
約0.1ミクロンの深さの領域(超薄最外層)の結晶の
完全性は繊維中心部のそれよりも大きい結晶性を示し、
かつ約0.4ミクロンの深さの領域(表面層)の結晶の
完全性は繊維中心部のそれと実質的に同じ結晶性を示し
た。
The average single fiber strength of the obtained carbon fiber yarn was 45OkCJ
/mm2) The resin-impregnated strand elongation was 1.97%. In addition, ultra-thin sections of the longitudinal cross section of this carbon fiber yarn single fiber were prepared, and the central part of the fiber was determined using selected area electron diffraction.
The completeness of the crystals was measured in a region approximately 0.1μ deep from the fiber surface (ultra-thin outermost layer region) and a region approximately 0.4 micrometers from the fiber surface (surface layer region), and the crystals in the center of the fiber were measured. The ratio of the crystal perfection in the 0.1 micron and 0.4 micron deep regions from the fiber surface to the perfection of the fiber was found to be 1.05 and 1°03, respectively.
The crystal integrity of the approximately 0.1 micron deep region (ultra-thin outermost layer) exhibits greater crystallinity than that of the fiber core;
The crystal integrity of the approximately 0.4 micron deep region (surface layer) showed substantially the same crystallinity as that of the fiber core.

かくして得られた原料炭素繊維糸条を温度80°C,温
度5規定の硝酸水溶液を渦たした処理浴槽中に、けラミ
ックス製ガイドを介して導入し、糸    ′速0.3
m/分で連続的に走行させ、かつ処理浴槽の直前に設置
した金属製ガイドローラによって該炭素繊維糸条に陽電
圧を印加し、処理浴槽中に設置した陰極板との間に0.
12Aの電流を流した。ここで炭素繊維糸条の処理浴槽
におりる浸漬長は約0.2m、処理時間は約4゛0秒、
炭素繊維10当りの電気量は150クーロンであった。
The raw carbon fiber yarn thus obtained was introduced into a treatment bath containing a 5N nitric acid aqueous solution swirled at a temperature of 80°C via a Keramix guide, and the yarn speed was 0.3.
The carbon fiber yarn was run continuously at a speed of m/min, and a positive voltage was applied to the carbon fiber yarn by a metal guide roller placed just before the processing bath, and a voltage of 0.00 m/min was applied between the carbon fiber yarn and the cathode plate placed in the processing bath.
A current of 12A was applied. Here, the immersion length of the carbon fiber yarn into the processing bath is about 0.2 m, the processing time is about 40 seconds,
The amount of electricity per 10 carbon fibers was 150 coulombs.

このような電気化学的酸化処理の施された炭素繊維糸条
を水洗し、約200″C加熱空気中で乾燥した後、70
0℃の窒素雰囲気中で約1分間加熱して、前記処理によ
って形成された繊維中の官能基を脱官能基した。1qら
れた炭素繊維糸条の平均単繊維強度および樹脂含浸スト
ランド伸度を測定した結果、それぞれ550にツ/mm
2および2.34%であった。
After washing the electrochemically oxidized carbon fiber yarn with water and drying it in heated air at about 200"C,
Heating in a nitrogen atmosphere at 0° C. for about 1 minute defunctionalized the functional groups in the fibers formed by the treatment. As a result of measuring the average single fiber strength and resin-impregnated strand elongation of the 1q carbon fiber yarn, each was found to be 550/mm.
2 and 2.34%.

かくして得られた炭素繊維糸条の超薄切片を作製し、前
述した方法と同様にして、繊維中心部、繊維表面からそ
れぞれ約0.1ミクロンおよび約0.4ミクロンの深ざ
の領域における結晶の完全性を測定し、繊維中心部の結
晶の完全性に対する表面から約0.1ミクロンおよび約
0.4ミクロンの領域の結晶の完全性の比を求めたとこ
ろ、それぞれ0.92および1.03であり、表面から
約0.1ミクロンの深さの領域(超薄最外層)は低い結
晶の完全性を示し、表面から約0.4ミクロンの深さの
領域(表面層)は繊維中心部と実質的に同じ結晶性を示
した。
An ultra-thin section of the carbon fiber yarn obtained in this way was prepared, and crystallization was performed in the same manner as described above at a depth of approximately 0.1 micron and approximately 0.4 micron from the fiber center and fiber surface, respectively. The ratio of the crystal perfection in the region of about 0.1 micron and about 0.4 micron from the surface to the crystal perfection in the center of the fiber was determined to be 0.92 and 1.0 microns, respectively. 03, the region at a depth of about 0.1 microns from the surface (ultra-thin outermost layer) shows low crystal integrity, and the region at a depth of about 0.4 microns from the surface (surface layer) shows fiber center The crystallinity was substantially the same as that of the other parts.

実施例1 ビスフェノール△ジグリジルエーテル(油化シェルエポ
キシ(株)製エピコート828)35部、ジアミノジフ
ェニルメタンのテトラグリシジル化合物(住友化学(株
)製ELM434)35部おJ:びテトラブロムビスフ
ェノール△ジグリシジルエーテル(大日本インキ(株)
製エピクロン152)30部からなるエポキシ化合物混
合物にジアミノジフェニルスルホン32部を添加混合し
プリプレグ用樹脂を調製した。このエポキシ樹脂をオー
ブン中で180℃12時間の条件で硬化して厚さ2mm
の透明な樹脂硬化板を得た。硬化物のガラス転移温度(
示差差動熱量計を使用し、40℃/分の昇温速度で測定
)は220℃であり、JIS−に7113の試験法に準
じて測定した引張破断伸度は4.4%でおった。
Example 1 35 parts of bisphenol △ diglydyl ether (Epicote 828, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.), 35 parts of a tetraglycidyl compound of diaminodiphenylmethane (ELM434, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and tetrabromo bisphenol △ diglycidyl Ether (Dainippon Ink Co., Ltd.)
A prepreg resin was prepared by adding and mixing 32 parts of diaminodiphenylsulfone to an epoxy compound mixture consisting of 30 parts of Epiclon 152) manufactured by Epiklon. This epoxy resin was cured in an oven at 180℃ for 12 hours to a thickness of 2mm.
A transparent cured resin plate was obtained. Glass transition temperature of cured product (
(Measured using a differential calorimeter at a heating rate of 40°C/min) was 220°C, and the tensile elongation at break measured according to JIS-7113 test method was 4.4%. .

参考例1に記載した炭素繊維を一方向に引き揃え、上記
プリプレグ用樹脂を含浸させ、炭素繊維目付145g/
Tr12)樹脂全損34%のプリプレグを得た。このプ
リプレグを8枚積層し、オートクレーブを使用して18
0℃12時間、圧力6に57m′の条件で成形し、厚さ
’l、’1mm、炭素繊維体積分率58.2%の複合材
を得た。この複合材から繊維方向に長さ230mm、巾
12.72mm(7)引張試験片を切り出した。この試
験片の両端の上下両端に長ざ5qmm、巾12.72m
mで一方の端に10mmのテーパ部を持つガラスクロス
/エポキシ樹脂タブを接着した。この試験片を1 mm
/分の引張速度で引張試験した結果、引張強度は319
kg/mm2であった。この引張強度から炭素繊維体積
分率を60%に換算した引張強度329 kv/mm2
を1qた。
The carbon fibers described in Reference Example 1 were aligned in one direction and impregnated with the above prepreg resin to obtain a carbon fiber fabric weight of 145 g/
Tr12) A prepreg with a total resin loss of 34% was obtained. Laminated 8 sheets of this prepreg and used an autoclave to
It was molded at 0° C. for 12 hours at a pressure of 6 and 57 m′ to obtain a composite material with a thickness of 1 mm and a carbon fiber volume fraction of 58.2%. A tensile test piece with a length of 230 mm and a width of 12.72 mm (7) was cut out from this composite material in the fiber direction. The length of this test piece is 5 qmm and the width is 12.72 m at both the upper and lower ends.
A glass cloth/epoxy resin tab with a 10 mm taper was glued to one end at m. This test piece is 1 mm
As a result of a tensile test at a tensile speed of /min, the tensile strength was 319.
kg/mm2. From this tensile strength, the carbon fiber volume fraction is converted to 60%, which gives a tensile strength of 329 kv/mm2.
1 q.

実施例2 ビスフェノールAジグリシジルエーテル(エピコート8
28)40部、3,9−ビス(3−メ1〜キシ、4−ヒ
ドロキシフェニル) −2,4,8,10−テ1〜ラオ
キリスピ口[5,5]ウンデ力ン30部およびテトラブ
ロムどスフエノールAジグリシジルエーテル(エピクロ
ン152)30部からなるエポキシ化合物混合物にジア
ミノジフェニルスルホン24部を添加混合し、プリプレ
グ用樹脂を調製した。このエポキシ樹脂を実施例1と同
様にして硬化させたところ、ガラス転移温度は180℃
1引張破断伸度は6.1%であった。また、実施例1と
同様にして作製した炭素繊維複合材の引張強度は350
kl/mm2 (炭素繊維体積分率60%)であった。
Example 2 Bisphenol A diglycidyl ether (Epicote 8
28) 40 parts, 30 parts of 3,9-bis(3-methoxy,4-hydroxyphenyl)-2,4,8,10-te1-laokirispi[5,5]unde, and tetrabrome, etc. A prepreg resin was prepared by adding and mixing 24 parts of diaminodiphenylsulfone to an epoxy compound mixture consisting of 30 parts of Suphenol A diglycidyl ether (Epiclon 152). When this epoxy resin was cured in the same manner as in Example 1, the glass transition temperature was 180°C.
The 1-tensile elongation at break was 6.1%. Furthermore, the tensile strength of the carbon fiber composite material produced in the same manner as in Example 1 was 350
kl/mm2 (carbon fiber volume fraction 60%).

比較例1 ジアミノジフェニルメタンのテトラグリシジル化合物(
ELM434)62部、N、N、O−トリグリシジルメ
タアミンフェノール(住友化学(株)製ELM120>
17部、フェノールノボラック型エポキシ化合物(ダウ
・ケミカル(株)製DEN485)22部およびジアミ
ノジフェニルスルホン45部を混合しプリプレグ用樹脂
を調製した。
Comparative Example 1 Diaminodiphenylmethane tetraglycidyl compound (
ELM434) 62 parts, N,N,O-triglycidylmethaminephenol (ELM120 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
A prepreg resin was prepared by mixing 17 parts of a phenol novolak type epoxy compound (DEN485 manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), 22 parts, and 45 parts of diaminodiphenylsulfone.

このエポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度は23O′C
1引張破断伸度は2,7%であった。上記プリプレグ用
樹脂と参考例1の炭素繊維から実施例1と同様にしてプ
リプレグを作製し、成形物の引張強度を測定したところ
、285 kCJ/mm2 (炭素繊維体積分率60%
)でおった。
The glass transition temperature of this cured epoxy resin is 23O'C
The 1-tensile elongation at break was 2.7%. A prepreg was produced from the above prepreg resin and the carbon fiber of Reference Example 1 in the same manner as in Example 1, and the tensile strength of the molded product was measured. It was 285 kCJ/mm2 (carbon fiber volume fraction 60%).
).

[発明の効果] (1)極めて高強度の複合vJわ1が取19できる。[Effect of the invention] (1) Extremely high strength composite vJ19 can be obtained.

(2)  耐熱性の高い複合材料が取得できる。(2) Composite materials with high heat resistance can be obtained.

(3)  品質の安定したプリプレグおよび複合材料が
取得できる。
(3) Prepreg and composite materials of stable quality can be obtained.

(4)  特殊な条イビ1を必要とゼす、オートクレー
ブを用いて複合材料が成形できる。
(4) Composite materials can be molded using an autoclave, which requires special striations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図は、それぞれ電子線回折法による結
晶の完全性の測定に使用される炭素繊維の超薄切片の電
子線顕微鏡写真における電子線回折像の赤道線方向にお
ける回折強度の走査プロフィルの一例を示すチャー1・
である。
Figures 1 and 2 are scans of diffraction intensities in the equatorial direction of electron diffraction images in electron micrographs of ultrathin sections of carbon fibers used to measure crystal integrity by electron diffraction, respectively. Char 1 showing an example of a profile.
It is.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)硬化物の繊維体積分率60%における引張破断強
度が320kg/mm^2以上で、かつ、ガラス転移温
度が160℃以上の高強度複合材料用プリプレグ。
(1) A prepreg for high-strength composite materials whose cured product has a tensile strength at break of 320 kg/mm^2 or higher at a fiber volume fraction of 60% and a glass transition temperature of 160° C. or higher.
(2)特許請求の範囲第(1)項において、樹脂含浸ス
トランドの引張破断伸度が1.9%以上の炭素繊維を使
用することを特徴とする高強度複合材料用プリプレグ。
(2) A prepreg for a high-strength composite material according to claim (1), characterized in that carbon fibers in which resin-impregnated strands have a tensile elongation at break of 1.9% or more are used.
(3)特許請求の範囲第(1)〜(2)項において、引
張破断伸度が3%以上、ガラス転移温度が160℃以上
の樹脂を使用することを特徴とする高強度複合材料用プ
リプレグ。
(3) A prepreg for high-strength composite materials according to claims (1) and (2), characterized in that a resin having a tensile elongation at break of 3% or more and a glass transition temperature of 160°C or more is used. .
(4)特許請求の範囲第(1)〜(3)項において、炭
素繊維目付が100〜200g/m^2、樹脂重量含有
率が30〜45%である高強度複合材料用プリプレグ。
(4) A prepreg for high-strength composite material according to claims (1) to (3), having a carbon fiber basis weight of 100 to 200 g/m^2 and a resin weight content of 30 to 45%.
(5)特許請求の範囲第(1)〜(4)項において、繊
維中心部と対比して結晶の完全性が実質的に同一レベル
にある表層部を有し、かつ該表層部は前記繊維中心部に
対比して結晶の完全性が小である超薄最外層を有する炭
素繊維を使用することを特徴とする高強度複合材料用プ
リプレグ。
(5) In claims (1) to (4), the fiber has a surface layer portion having substantially the same level of crystal integrity as the center portion of the fiber, and the surface layer portion is A prepreg for high-strength composite materials, characterized by using carbon fibers having an ultra-thin outermost layer whose crystal integrity is small compared to the center part.
(6)特許請求の範囲第(5)項において、炭素繊維の
熱分解性有機物量が約0.05〜0.5重量%の範囲内
およびX線電子分光法(ESCA)によつて検出される
炭素繊維表面の官能基量(O1s/C1s)の比が0.
1〜0.4の範囲内である炭素繊維を使用することを特
徴とする高強度複合材料用プリプレグ。
(6) In claim (5), the amount of pyrolyzable organic matter in the carbon fiber is within the range of about 0.05 to 0.5% by weight and detected by X-ray electron spectroscopy (ESCA). The ratio of the amount of functional groups (O1s/C1s) on the carbon fiber surface is 0.
A prepreg for a high-strength composite material, characterized by using carbon fiber having a carbon fiber content within the range of 1 to 0.4.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5235796A (en) * 1975-09-17 1977-03-18 Showa Koki Kk Neutralization by acidic gas
JPS5459497A (en) * 1977-10-04 1979-05-14 Rolls Royce Treatment of carbon fiber
JPS59217721A (en) * 1983-05-26 1984-12-07 Toray Ind Inc Epoxy resin composition for carbon fiber prepreg

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