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JP3218075B2 - プリプレグ - Google Patents
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JP3218075B2 - プリプレグ - Google Patents

プリプレグ

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JP3218075B2
JP3218075B2 JP12004992A JP12004992A JP3218075B2 JP 3218075 B2 JP3218075 B2 JP 3218075B2 JP 12004992 A JP12004992 A JP 12004992A JP 12004992 A JP12004992 A JP 12004992A JP 3218075 B2 JP3218075 B2 JP 3218075B2
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prepreg
tape
fiber
toughness
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JP12004992A
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和也 後藤
繁次 林
正裕 杉森
武 加藤
多加志 村田
克幸 田中
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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靭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。
【0002】
【従来の技術】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
する一方で靭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靭性改良
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
公報に開示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とにより効
果的に複合材料の靭性が改善されることが開示されてい
る。しかし、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たに発生する。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】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術の傾向
をまとめると、複合材料の靭性を向上させるためにマト
リックスを高靭性化する方向から、層間のみを高靭性化
する方向に移行してきている。しかしながら従来の技術
ではプリプレグタックの低下、製造工程、品質管理の複
雑化等の問題があり、かつ高靭性樹脂の層間局在化もそ
の局在化効率があまり良くなく、充分とはいえないもの
であった。
【0006】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靭性を賦与でき、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、製造工
程、品質管理も比較的容易である繊維強化複合材料用プ
リプレグを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)補強用
繊維、(B)樹脂テープ及び(C)熱硬化性マトリック
ス樹脂から成る繊維強化複合材料用プリプレグに於い
て、(B)がプリプレグの表面に、樹脂テープの幅を
w、間隔をpとしたとき2w<pの関係を有し、厚みが
50μm以下の樹脂テープが配置され、かつ、硬化後に
おいても(C)とは本質的に分離した層を形成すること
を特徴とするプリプレグにある。
【0008】本発明における(A)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4500MPa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。
【0009】本発明における(C)の熱硬化性樹脂系の
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。
【0010】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。
【0011】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。
【0012】本発明のプリプレグの(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、重量比で(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)=60/40〜75/25である。
【0013】次に(B)の樹脂テープの樹脂成分として
は、高靭性熱可塑性樹脂が好ましいが、これに限定され
るものではない。例えばラテックス系その他のゴム系
でも充分な高靭性化が達成されるが、耐熱性の低いもの
を使用すると複合材料の耐熱性を低下させる場合がある
ので添加条件等注意が必要である。ただし、マトリック
スとの接着性は良好な程良く、接着性が充分でないとせ
っかく配置している樹脂テープの効果が発揮されない。
【0014】この樹脂テープの形態としては、厚みは1
00μm以下が好ましく、50μm以下が特に好まし
い。厚みが100μm以上であると(A)の繊維層へか
なり入り込み、圧縮強度、その他の機械的強度に悪影響
を及ぼす。テープの幅については特に限定はないが、一
定間隔で一方向に配置する場合は、配置する間隔pとの
間には、幅をwとすると2w<p、より好ましくは2.
5w<pの関係が成り立つほうがよい。2w≧pである
と、同方向にこのプリプレグを積層した場合に、(B)
の連続層ができてしまうことがあり、高靱性化には影響
ないが、樹脂テープの性質によっては、層間剪断強度や
耐熱性等が大幅に低下してしまう恐れがある。
【0015】本発明における(B)の樹脂テープはテー
プ状で配置するため、プリプレグを硬化したあとも成形
物の層間への局在化が比較的容易に達成され、しかも、
その局在化効率は極めて高く、極少量で高靭性化が達成
される。従って樹脂テープ配置による他の機械的強度
や、耐熱性等への影響も極めて少ない。また樹脂テープ
の配置間隔等を調節することにより適正タックレベルの
維持等が可能である。更にタックレベルを向上させたい
ような場合には、この樹脂テープの表面に予め硬化前に
(C)のマトリックス樹脂を塗布しておけば良い。
【0016】(B)の配置方向については特に制限はな
く補強用繊維(A)に対してあらゆる角度で存在し得る
が、補強用繊維と同じ方向に配置するのがプロセス上最
も容易である。また、配置方法についても制限はなく、
予めフィルム状にした(C)上に配置してから(A)を
配置しても、(A)に(C)を含浸させた中間材に
(B)を配置しても良い。これらの手段は、プロセス上
の簡便性やタック調製等により適宜決定される。
【0017】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 (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(株)製、商品名MR60
P、引張強度5600MPa、弾性率310GPs、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。このプリプレグのCF目付は190g/m
2 、樹脂含有率は34重量%であった。このプリプレグ
に厚さ10μm、幅2mmのナイロン12のテープを炭
素繊維(以下、CFと略記する)と同方向に5mm間隔
で配置し、プリプレグを製造した。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)。
【0018】(比較例1〜2)プリプレグの樹脂含有率
が36重量%となるような樹脂フィルムを用いる他は実
施例1,2と同様にして一方向プリプレグを製造した。
このプリプレグを用い、ナイロン12テープを付着させ
ることなしに実施例と同様に評価した。以上の結果を一
括して表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【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靭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、特に航空機用構造材料等として好適に使用される。
更に、本発明のプリプレグは、比較的容易な製造工程、
品質管理の下で製造でき、充分なタックレベル、ドレー
プ性等を有し、取り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対応可能であり、産業上の利用
性の極めて高いものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08L 101:00 C08L 101:00 (72)発明者 杉森 正裕 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60 号 三菱レイヨン株式会社 商品開発研 究所内 (72)発明者 加藤 武 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60 号 三菱レイヨン株式会社 商品開発研 究所内 (72)発明者 村田 多加志 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60 号 三菱レイヨン株式会社 商品開発研 究所内 (72)発明者 田中 克幸 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60 号 三菱レイヨン株式会社 商品開発研 究所内 (56)参考文献 特開 平1−135841(JP,A) 特開 昭62−45629(JP,A) 特開 昭63−97635(JP,A) 特開 平1−320146(JP,A) 特開 平2−235938(JP,A) 特開 平4−189541(JP,A) 実開 平1−90360(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 5/24 B29B 11/16 B29B 15/08 B32B 7/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)補強用繊維、(B)樹脂テープ及
    び(C)熱硬化性マトリックス樹脂から成る繊維強化複
    合材料用プリプレグに於いて、(B)がプリプレグの表
    面に、樹脂テープの幅をw、間隔をpとしたとき2w<
    pの関係を有し、厚みが50μm以下の樹脂テープが配
    置され、かつ、硬化後においても(C)とは本質的に分
    離した層を形成することを特徴とするプリプレグ。
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