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JP7611086B2 - Thermoplastic resin film, prepreg, and prepreg laminate - Google Patents
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JP7611086B2 - Thermoplastic resin film, prepreg, and prepreg laminate - Google Patents

Thermoplastic resin film, prepreg, and prepreg laminate Download PDF

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Description

本発明は、炭素繊維に含浸させて、熱可塑性炭素繊維強化樹脂の中間材料であるプリプレグを形成するための熱可塑性樹脂フィルム、プリプレグ、およびこれを用いたプリプレグ積層体に関する。 The present invention relates to a thermoplastic resin film for impregnating carbon fiber to form a prepreg, which is an intermediate material for thermoplastic carbon fiber reinforced resin, a prepreg, and a prepreg laminate using the same.

炭素繊維強化樹脂は、軽量で優れた強度、および高い耐久性などの特性から、自動車、航空機、土木仮設資材など幅広い分野で利用されている。炭素繊維強化樹脂としては、含浸させる樹脂の性質の違いにより、熱硬化性炭素繊維強化樹脂と、熱可塑性炭素繊維強化樹脂とがある。このうち、熱可塑性炭素繊維強化樹脂は、成形時間が短く、また加熱によってリサイクル利用が可能であるといった利点から、特に自動車用の材料として用いられている。 Carbon fiber reinforced resin is used in a wide range of fields, including automobiles, aircraft, and civil engineering temporary construction materials, due to its characteristics of light weight, excellent strength, and high durability. Carbon fiber reinforced resin is classified into thermosetting carbon fiber reinforced resin and thermoplastic carbon fiber reinforced resin, depending on the properties of the resin used for impregnation. Of these, thermoplastic carbon fiber reinforced resin is used particularly as a material for automobiles, due to its advantages of short molding time and recyclability by heating.

熱可塑性炭素繊維強化樹脂は、中間材料であるプリプレグを用いて製造される。プリプレグは、炭素繊維のトウ(束)を開繊して、熱可塑性樹脂を炭素繊維に含浸させることによって得られ、プリプレグの中でも、炭素繊維のトウ(束)を開繊して一方向に整列させたものを、一方向(UD)プリプレグという。 Thermoplastic carbon fiber reinforced resin is manufactured using prepreg, an intermediate material. Prepreg is obtained by opening carbon fiber tows (bundles) and impregnating the carbon fibers with thermoplastic resin, and among prepregs, those in which carbon fiber tows (bundles) are opened and aligned in one direction are called unidirectional (UD) prepregs.

ここで、例えば、電気自動車のバッテリーケースを最終成形品とした場合、電池の発熱量が増大した場合の難燃性、リチウムイオン二次電池向け電解液の溶媒として使用されるエチレンカーボネートやバッテリーケースの塗装・接着工程において使用されるアセトン等の溶媒に対する耐溶剤性(耐薬品性)、及び炭素繊維と熱可塑性樹脂との接着性を向上するための薄肉製膜性が必要となる。 For example, if the final molded product is a battery case for an electric vehicle, it will require flame retardancy when the amount of heat generated by the battery increases, solvent resistance (chemical resistance) to solvents such as ethylene carbonate, which is used as a solvent for the electrolyte in lithium-ion secondary batteries, and acetone, which is used in the painting and bonding process for the battery case, and thin-wall film formability to improve adhesion between the carbon fiber and the thermoplastic resin.

そこで、例えば、60~88質量%のポリカーボネート樹脂と、12~40質量%のリン系難燃剤とを含有し、240℃におけるメルトマスフローレート(MFR)が9~120×0.01cc/secであるポリカーボネート樹脂組成物が提案されている。そして、このような構成により、連続繊維強化材の含浸性、及び難燃性に優れたポリカーボネート樹脂組成物、及び難燃性に優れたポリカーボネートプリプレグを提供することができると記載されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, for example, a polycarbonate resin composition has been proposed that contains 60-88% by mass of polycarbonate resin and 12-40% by mass of a phosphorus-based flame retardant, and has a melt mass flow rate (MFR) of 9-120 x 0.01 cc/sec at 240°C. It is described that such a composition can provide a polycarbonate resin composition with excellent impregnation properties for continuous fiber reinforcement and flame retardancy, and a polycarbonate prepreg with excellent flame retardancy (see, for example, Patent Document 1).

また、ポリブチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂と有機リン酸金属塩(b)とを溶融混練して得られた難燃性マスターバッチに、希釈樹脂である熱可塑性樹脂を溶融混練することにより形成された難燃性樹脂組成物が提案されている。そして、このような構成により、難燃性に優れた熱可塑性樹脂成形品を提供することができると記載されている(例えば、特許文献2参照)。 Furthermore, a flame-retardant resin composition has been proposed, which is formed by melt-kneading a thermoplastic resin, which is a diluent resin, with a flame-retardant master batch obtained by melt-kneading a thermoplastic resin such as polybutylene terephthalate resin and an organic metal phosphate (b). It is described that such a composition can provide a thermoplastic resin molded product with excellent flame retardancy (see, for example, Patent Document 2).

また、ポリカーボネート樹脂をポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル(他の結晶性樹脂)とアロイ化したポリカーボネート樹脂組成物が開示されている。そして、このような構成により、ポリカーボネート樹脂の耐溶剤性を向上させることができると記載されている(例えば、特許文献3参照)。 Also disclosed is a polycarbonate resin composition in which a polycarbonate resin is alloyed with a polyester (another crystalline resin) such as polybutylene terephthalate resin. It is described that this composition can improve the solvent resistance of the polycarbonate resin (see, for example, Patent Document 3).

国際公開第2016/186100号International Publication No. WO 2016/186100 特開2015-63646号公報JP 2015-63646 A 特開2019-151711号公報JP 2019-151711 A

しかし、上記特許文献1に記載のポリカーボネート樹脂組成物は、難燃性を有するものの、ポリカーボネート樹脂が非晶性樹脂であるため、耐溶剤性に乏しく、電気自動車のバッテリーケースに使用した場合、リチウムイオン二次電池の電解液の液漏れに起因する腐食を防止することができないという問題があった。 However, although the polycarbonate resin composition described in Patent Document 1 has flame retardancy, because the polycarbonate resin is an amorphous resin, it has poor solvent resistance, and when used in the battery cases of electric vehicles, there is a problem that it cannot prevent corrosion caused by leakage of the electrolyte from lithium-ion secondary batteries.

また、上記特許文献2に記載の難燃性樹脂組成物は、難燃剤フィラー(有機リン酸金属塩)を含有するため、20μmtの薄肉成形が困難であるという問題があった。 In addition, the flame-retardant resin composition described in Patent Document 2 contains a flame-retardant filler (organic metal phosphate), which makes it difficult to mold thin-walled components having thicknesses of 20 μm.

また、上記特許文献3に記載のポリカーボネート樹脂組成物においては、ポリカーボネート樹脂をポリブチレンテレフタレート樹脂とアロイ化した場合であっても、プリプレグ積層体に含まれる溶剤によりダメージを受けたポリカーボネート樹脂の部分から、プリプレグ積層体の全体にダメージが広がるため、アロイ化による耐溶剤性の向上は困難であるという問題があった。 In addition, in the polycarbonate resin composition described in Patent Document 3, even when the polycarbonate resin is alloyed with the polybutylene terephthalate resin, the damage spreads from the portion of the polycarbonate resin that was damaged by the solvent contained in the prepreg laminate to the entire prepreg laminate, making it difficult to improve the solvent resistance by alloying.

そこで、本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、難燃性と薄肉製膜性に優れるとともに、エチレンカーボネートやアセトン等の溶剤に対する耐溶剤性に優れた熱可塑性樹脂フィルム、プリプレグ、およびこれを用いたプリプレグ積層体を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a thermoplastic resin film, a prepreg, and a prepreg laminate using the same that are excellent in flame retardancy and thin-film forming properties as well as solvent resistance to solvents such as ethylene carbonate and acetone.

上記目的を達成するために、本発明の熱可塑性樹脂フィルムは、炭素繊維に含浸させてプリプレグを形成するための熱可塑性樹脂フィルムであって、ポリエステル樹脂とリン系難燃剤とを少なくとも含有し、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤におけるリン元素含有量が1.6質量%以上2質量%未満であり、JIS K 7114に準拠して測定された、エチレンカーボネート中及びアセトン中に23℃で30分浸漬した後の重量減少率が5%未満であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the thermoplastic resin film of the present invention is a thermoplastic resin film for impregnating carbon fibers to form a prepreg, which contains at least a polyester resin and a phosphorus-based flame retardant, the phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant relative to the entire thermoplastic resin film is 1.6% by mass or more and less than 2% by mass, and the weight loss rate after immersion in ethylene carbonate and acetone at 23°C for 30 minutes measured in accordance with JIS K 7114 is less than 5%.

本発明によれば、難燃性と薄肉製膜性に優れるとともに、エチレンカーボネートやアセトン等の溶剤に対する耐溶剤性に優れた熱可塑性樹脂フィルム、プリプレグ、およびこれを用いたプリプレグ積層体を提供することができる。 The present invention can provide a thermoplastic resin film, a prepreg, and a prepreg laminate using the same that are excellent in flame retardancy and thin-film forming properties as well as solvent resistance to solvents such as ethylene carbonate and acetone.

本発明の実施形態に係るプリプレグの製造方法の一例を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of a method for producing a prepreg according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るプリプレグの製造方法の他の一例を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining another example of the method for producing a prepreg according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明について具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して適用することができる。 The present invention will be described in detail below. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be modified as appropriate within the scope of the present invention.

<熱可塑性樹脂フィルム>
本発明の熱可塑性樹脂フィルムは、シート状の連続炭素繊維の一面および他面にそれぞれ配置して、または、シート状の連続炭素繊維を本発明の熱可塑性樹脂フィルムの一面および他面にそれぞれ配置して、後述のフィルムスタッキング法により、炭素繊維に含浸させて、プリプレグを形成するための樹脂フィルムである。
<Thermoplastic resin film>
The thermoplastic resin film of the present invention is a resin film for forming a prepreg by placing it on one side and the other side of a sheet-like continuous carbon fiber, or by placing sheet-like continuous carbon fiber on one side and the other side of the thermoplastic resin film of the present invention and impregnating the carbon fiber by a film stacking method described later.

この熱可塑性樹脂フィルムは、例えば、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノキシ樹脂等のポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂等の熱可塑性樹脂と、難燃剤とを含有するフィルムである。 This thermoplastic resin film is a film that contains a thermoplastic resin, such as a polyester resin such as polybutylene terephthalate resin, polycarbonate resin, or phenoxy resin, a polyphenylene sulfide resin, a polysulfone resin, a polyether ether ketone resin, a polyimide resin, a polystyrene resin, or an ABS resin, and a flame retardant.

また、熱可塑性樹脂としては、熱硬化性樹脂に比べて耐衝撃性、耐熱特性、及びリサイクル性に優れ、低コストであるポリカーボネート樹脂、フェノキシ樹脂、及びポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル樹脂を使用することが好ましい。 As the thermoplastic resin, it is preferable to use polyester resins such as polycarbonate resin, phenoxy resin, and polybutylene terephthalate resin, which have superior impact resistance, heat resistance, and recyclability compared to thermosetting resins and are low cost.

また、テレフタル酸(またはテレフタル酸ジメチル)と多価アルコール(1,4-ブタンジオール)を脱水縮合させて得られるポリブチレンテレフタレート樹脂は、耐溶剤性(耐薬品性)が高く、炭素繊維への含浸性に優れているため、特に好ましい。 In addition, polybutylene terephthalate resin obtained by dehydration condensation of terephthalic acid (or dimethyl terephthalate) and polyhydric alcohol (1,4-butanediol) is particularly preferred because it has high solvent resistance (chemical resistance) and excellent impregnation properties into carbon fibers.

また、ポリエステル樹脂としてポリブチレンテレフタレート樹脂を使用する場合、ポリエステル樹脂がポリブチレンテレフタレート樹脂を90質量%超含むことが好ましく、95質量%以上含むことがより好ましく、100質量%含むことがさらに好ましい。ポリエステル樹脂がポリブチレンテレフタレート樹脂を90質量%超含む場合は、耐溶剤性を有する熱可塑性樹脂フィルム及びプリプレグ積層体を得ることができる。 When polybutylene terephthalate resin is used as the polyester resin, the polyester resin preferably contains more than 90% by mass of polybutylene terephthalate resin, more preferably 95% by mass or more, and even more preferably 100% by mass. When the polyester resin contains more than 90% by mass of polybutylene terephthalate resin, a thermoplastic resin film and prepreg laminate having solvent resistance can be obtained.

また、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するポリブチレンテレフタレート樹脂の含有量が83質量%以上87質量%未満であることが好ましく、85質量%以上86質量%以下がより好ましい。ポリブチレンテレフタレート樹脂の含有量が83質量%未満の場合は、熱可塑性樹脂フィルムにおける難燃剤の割合が多くなるため、穴あき、及びブロッキングに起因する加工不良が生じる場合がある。また、ポリブチレンテレフタレート樹脂の含有量が87質量%以上の場合は、熱可塑性樹脂フィルムにおける難燃剤の割合が少なくなるため、難燃効果を十分に発揮することができない場合がある。 The content of polybutylene terephthalate resin in the entire thermoplastic resin film is preferably 83% by mass or more and less than 87% by mass, and more preferably 85% by mass or more and 86% by mass or less. If the content of polybutylene terephthalate resin is less than 83% by mass, the proportion of flame retardant in the thermoplastic resin film is high, which may cause processing defects due to holes and blocking. If the content of polybutylene terephthalate resin is 87% by mass or more, the proportion of flame retardant in the thermoplastic resin film is low, which may prevent the flame retardant effect from being fully exerted.

また、ポリブチレンテレフタレート樹脂のメルトマスフローレート(MFR)が1~10g/10分であることが好ましく、2~8g/10分であることがより好ましい。メルトマスフローレート(MFR)が1g/10分未満の場合は、難燃剤との混合が不十分になる場合があり、メルトマスフローレート(MFR)が10g/10分よりも大きい場合は、ポリブチレンテレフタレート樹脂は溶融張力が非常に低いため、ダイから押し出した直後に樹脂がドローダウンしてしまい、薄肉成形が困難になる場合がある。 The polybutylene terephthalate resin preferably has a melt mass flow rate (MFR) of 1 to 10 g/10 min, and more preferably 2 to 8 g/10 min. If the melt mass flow rate (MFR) is less than 1 g/10 min, mixing with the flame retardant may be insufficient, and if the melt mass flow rate (MFR) is greater than 10 g/10 min, the polybutylene terephthalate resin has a very low melt tension, so the resin may draw down immediately after extrusion from the die, making thin-wall molding difficult.

なお、上記のメルトマスフローレートは、JIS K 7210:1999の規定に準拠して測定することにより得られる。 The melt mass flow rate is obtained by measuring in accordance with the provisions of JIS K 7210:1999.

また、熱可塑性樹脂フィルムの厚さは、10~100μmが好ましく、12~60μmがより好ましく、15~30μmがさらに好ましい。熱可塑性樹脂フィルムの厚さが10μm以上であれば、プリプレグにおいて、炭素繊維に対して樹脂成分が不足することに起因する含浸不良(炭素繊維間における空隙の発生)を防止することができる。また、熱可塑性樹脂フィルムの厚さが100μm以下であれば、プリプレグにおいて、過剰な樹脂成分に起因する炭素繊維の体積含有率(Vf値)の低下を防止することができるため、プリプレグ積層体にした時の強度の低下を防止することができる。また、特に、熱可塑性樹脂フィルムの厚さが15~30μ(例えば、20μm)であれば、水素結合成分を含む樹脂からなる薄いフィルムを形成することができる(すなわち、薄肉製膜化ができる)ため、フィルムの界面における水素結合成分が増え、結果として、接着性を向上することが可能になる。 The thickness of the thermoplastic resin film is preferably 10 to 100 μm, more preferably 12 to 60 μm, and even more preferably 15 to 30 μm. If the thickness of the thermoplastic resin film is 10 μm or more, impregnation failure (occurrence of voids between carbon fibers) caused by insufficient resin components relative to the carbon fibers in the prepreg can be prevented. If the thickness of the thermoplastic resin film is 100 μm or less, a decrease in the volume content (Vf value) of the carbon fibers caused by excess resin components in the prepreg can be prevented, and therefore a decrease in strength when the prepreg is laminated can be prevented. In particular, if the thickness of the thermoplastic resin film is 15 to 30 μ (for example, 20 μm), a thin film made of a resin containing hydrogen bonding components can be formed (i.e., a thin film can be formed), and therefore the hydrogen bonding components at the interface of the film can be increased, and as a result, the adhesion can be improved.

なお、ここでいう「体積含有率(Vf値)」は、JIS K 7075(炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率および空洞率試験方法)の燃焼法に準拠して測定されたものをいう。 The "volume content (Vf value)" referred to here is measured in accordance with the combustion method of JIS K 7075 (Test method for fiber content and void content of carbon fiber reinforced plastics).

また、難燃剤としては、ポリブチレンテレフタレート樹脂に対する分散性に優れ、薄肉成形が可能なリン系難燃剤が使用される。より具体的には、例えば、リン酸エステル、ポリリン酸アンモニウム塩、環状ホスファゼン、及びポリホスフォネート等が挙げられる。なお、これらの難燃剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the flame retardant, a phosphorus-based flame retardant is used, which has excellent dispersibility in polybutylene terephthalate resin and allows thin-wall molding. More specifically, examples of such flame retardants include phosphate esters, ammonium polyphosphate salts, cyclic phosphazenes, and polyphosphonates. These flame retardants may be used alone or in combination of two or more.

このうち、耐熱性に優れ、ポリブチレンテレフタレート樹脂の加工温度において分解せず、高い難燃性を有する環状ホスファゼンや、リン化合物の共重合体であり、ブロッキングが小さく混錬が容易でありながらも、高い難燃性を有するポリホスフォネートを使用することが好ましい。 Among these, it is preferable to use cyclic phosphazenes, which have excellent heat resistance, do not decompose at the processing temperature of polybutylene terephthalate resin, and have high flame retardancy, and polyphosphonates, which are copolymers of phosphorus compounds, have little blocking, are easy to knead, and have high flame retardancy.

リン系難燃剤として環状ホスファゼンを使用する場合、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対する環状ホスファゼンの含有量が3質量%以上7質量%未満であることが好ましく、4質量%以上5質量%以下がさらに好ましい。環状ホスファゼンの含有量が3質量%未満の場合は、リン元素の含有率が低くなるため、難燃性を十分に発揮することができない場合がある。また、環状ホスファゼンの含有量が7質量%以上の場合は、リン系難燃剤の割合が多くなるため、穴あき、及びブロッキングに起因する加工不良が生じる場合がある。 When cyclic phosphazene is used as a phosphorus-based flame retardant, the content of the cyclic phosphazene relative to the entire thermoplastic resin film is preferably 3% by mass or more and less than 7% by mass, and more preferably 4% by mass or more and 5% by mass or less. If the content of the cyclic phosphazene is less than 3% by mass, the content of phosphorus element is low, and therefore the flame retardancy may not be fully exhibited. Also, if the content of the cyclic phosphazene is 7% by mass or more, the proportion of the phosphorus-based flame retardant is high, and therefore processing defects due to holes and blocking may occur.

また、リン系難燃剤としてポリホスフォネートを使用する場合、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するポリホスフォネートの含有量が7質量%以上12質量%未満であることが好ましく、10質量%以上11質量%以下がさらに好ましい。ポリホスフォネートの含有量が7質量%未満の場合は、リン元素の含有率が低くなるため、難燃性を十分に発揮することができない場合がある。また、ポリホスフォネートの含有量が12質量%以上の場合は、リン系難燃剤の割合が多くなるため、穴あき、及びブロッキングに起因する加工不良が生じる場合がある。 When polyphosphonate is used as a phosphorus-based flame retardant, the content of polyphosphonate in the entire thermoplastic resin film is preferably 7% by mass or more and less than 12% by mass, and more preferably 10% by mass or more and 11% by mass or less. When the polyphosphonate content is less than 7% by mass, the phosphorus content is low, and the flame retardancy may not be fully exhibited. When the polyphosphonate content is 12% by mass or more, the proportion of phosphorus-based flame retardant is high, and processing defects due to holes and blocking may occur.

なお、環状ホスファゼンとポリホスフォネートは、リン元素含有率が非常に高く、相溶性に良好であるため、併用することが好ましい。 In addition, it is preferable to use cyclic phosphazenes and polyphosphonates in combination because they have a very high phosphorus content and good compatibility.

また、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤におけるリン元素含有量が1.6質量%以上2重量%未満であることが好ましい。リン系難燃剤におけるリン元素含有量が1.6質量%未満の場合は、リン元素の含有量が低くなるため、難燃性を十分に発揮することができない場合がある。また、リン系難燃剤のリン元素含有量が2質量%以上場合は、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤の割合が多くなるため、穴あき、及びブロッキングに起因する加工不良が生じる場合がある。 It is also preferable that the phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant is 1.6% by mass or more and less than 2% by weight relative to the entire thermoplastic resin film. If the phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant is less than 1.6% by mass, the phosphorus content is low, and the flame retardancy may not be fully exhibited. If the phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant is 2% by mass or more, the proportion of the phosphorus-based flame retardant relative to the entire thermoplastic resin film is high, and processing defects due to holes and blocking may occur.

なお、2種類のリン系難燃剤(例えば、上述の環状ホスファゼンとポリホスフォネート)を併用する場合は、2種類のリン系難燃剤におけるリン元素の合計の含有量が1.6質量%以上2重量%未満であることが好ましい。 When two types of phosphorus-based flame retardants (e.g., the above-mentioned cyclic phosphazene and polyphosphonate) are used in combination, it is preferable that the total content of phosphorus elements in the two types of phosphorus-based flame retardants is 1.6 mass% or more and less than 2 weight%.

また、プリプレグ積層体の難燃性を確保するとの観点から、本発明の熱可塑性樹脂フィルムは、UL94規格に準拠したVTM試験(UL94/VTM燃焼試験)において、VTM-2以上、好ましくはVTM-1以上、より好ましくはVTM-0以上の難燃性を有することが好ましい。 In addition, from the viewpoint of ensuring the flame retardancy of the prepreg laminate, it is preferable that the thermoplastic resin film of the present invention has a flame retardancy of VTM-2 or higher, preferably VTM-1 or higher, and more preferably VTM-0 or higher, in a VTM test conforming to the UL94 standard (UL94/VTM combustion test).

また、本発明の熱可塑性樹脂フィルムは、表面自由エネルギーが30mJ/m以上60mJ/m以下であることが好ましい。表面自由エネルギーが30mJ/m未満の場合は、炭素繊維との接着性が著しく低下し、高強度のプリプレグを製造できないという不都合が生じる場合がある。また、表面自由エネルギーが60mJ/mよりも大きい場合は、熱可塑性樹脂フィルムの巻き送りができないほどブロッキングする場合があるため、フィルム化が困難になる場合がある。 In addition, the thermoplastic resin film of the present invention preferably has a surface free energy of 30 mJ/m2 or more and 60 mJ/m2 or less . If the surface free energy is less than 30 mJ/ m2 , the adhesion to the carbon fiber may be significantly reduced, and a high-strength prepreg may not be produced. If the surface free energy is greater than 60 mJ/ m2 , blocking may occur to the extent that the thermoplastic resin film cannot be wound up, making it difficult to form the film.

また、本発明の熱可塑性樹脂フィルムにおいては、表面自由エネルギーに対する水素結合成分の割合が6%以上35%以下であることが好ましい。水素結合成分の割合が6%以上35%以下であれば、熱可塑性樹脂フィルムと炭素繊維のサイジング剤成分との相溶性が向上し、プリプレグにおいて熱可塑性樹脂フィルムと炭素繊維の接着性が向上するため、プリプレグ積層体における空隙率を低下させることが可能になる。その結果、空隙の周辺に発生する応力集中を緩和させることができるため、プリプレグ積層体の強度を長期にわたって向上させることが可能になる。 In addition, in the thermoplastic resin film of the present invention, it is preferable that the ratio of hydrogen bonding components to the surface free energy is 6% or more and 35% or less. If the ratio of hydrogen bonding components is 6% or more and 35% or less, the compatibility between the thermoplastic resin film and the sizing agent components of the carbon fiber is improved, and the adhesion between the thermoplastic resin film and the carbon fiber in the prepreg is improved, making it possible to reduce the void ratio in the prepreg laminate. As a result, the stress concentration occurring around the voids can be alleviated, making it possible to improve the strength of the prepreg laminate over the long term.

なお、ここで言う「空隙率」とは、プリプレグ積層体において、熱可塑性樹脂が未含浸である部分の体積比率のことをいい、JIS K 7075(炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率および空洞率試験方法)の燃焼法に準拠して測定したものをいう。 The term "void ratio" used here refers to the volume ratio of the portion of the prepreg laminate that is not impregnated with thermoplastic resin, measured in accordance with the combustion method of JIS K 7075 (Test method for fiber content and void ratio of carbon fiber reinforced plastics).

また、熱可塑性樹脂フィルムと炭素繊維の接着性が向上するため、プリプレグおよびプリプレグ積層体の表面における繊維の羽立が抑制され、外観や触感に優れたプリプレグおよびプリプレグ積層体を提供することができる。 In addition, because the adhesion between the thermoplastic resin film and the carbon fiber is improved, fiber feathering on the surface of the prepreg and prepreg laminate is suppressed, making it possible to provide a prepreg and prepreg laminate with excellent appearance and feel.

なお、プリプレグ積層体における空隙率をより一層低下させるとの観点から、表面自由エネルギーに対する水素結合成分の割合は10%以上30%以下が好ましい。 In order to further reduce the void ratio in the prepreg laminate, the ratio of hydrogen bonding components to the surface free energy is preferably 10% or more and 30% or less.

また、水素結合成分量としては、3.0mJ/m以上20mJ/m以下が好ましく、4.0mJ/m以上20mJ/m以下がより好ましい。 The amount of hydrogen bonding components is preferably 3.0 mJ/m 2 or more and 20 mJ/m 2 or less, and more preferably 4.0 mJ/m 2 or more and 20 mJ/m 2 or less.

このように、本発明の熱可塑性樹脂フィルムを使用することにより、空隙率が低く、長期にわたって強度に優れるプリプレグ積層体を得ることができる。 In this way, by using the thermoplastic resin film of the present invention, a prepreg laminate with low porosity and excellent strength over a long period of time can be obtained.

なお、この「表面自由エネルギー」は、各種液滴の接触角(測定温度:25℃)を測定し、その値に基づいて、OWRK理論(Owens-Wendt-Rable-Kaelble)により求めることができる。より具体的には、「分散成分」としてジヨードメタンの液滴を使用するとともに、「水素結合成分(=極性成分)」として純水の液滴を使用し、全自動接触角計を使用して、JIS R 3257に準拠して、温度が25℃、相対湿度が50%の条件下で、ジヨードメタンと純水の接触角を測定し、これらから分散成分と水素結合成分(極性成分)の各々の表面自由エネルギーを求め、求めた各表面自由エネルギーの和から、OWRK理論の計算式を用いて、熱可塑性樹脂フィルムの表面における表面自由エネルギー[mJ/m]を求めるとともに、表面自由エネルギーに対する水素結合成分の割合[%]を算出する。なお、各表面エネルギーは、例えば、表面自由エネルギー解析ソフトを使用して求めることができる。 The "surface free energy" can be determined by measuring the contact angle (measurement temperature: 25°C) of various droplets and calculating it based on the measured value using the OWRK theory (Owens-Wendt-Rable-Kaelble). More specifically, a droplet of diiodomethane is used as the "dispersion component" and a droplet of pure water is used as the "hydrogen bond component (= polar component)". Using a fully automatic contact angle meter, the contact angles of diiodomethane and pure water are measured in accordance with JIS R 3257 under conditions of a temperature of 25°C and a relative humidity of 50%, and the surface free energy of each of the dispersion component and the hydrogen bond component (polar component) is calculated from the sum of the calculated surface free energies, and the surface free energy [mJ/m 2 ] on the surface of the thermoplastic resin film is calculated using the calculation formula of the OWRK theory, and the ratio [%] of the hydrogen bond component to the surface free energy is calculated. Each surface energy can be determined, for example, using surface free energy analysis software.

また、本発明の熱可塑性樹脂フィルムにおいては、フィルムの機械軸(長手)方向(以下、「MD」という。)と直交する方向(以下、「TD」という。)において、熱可塑性樹脂の融点付近の加熱温度で2分間加熱した場合の加熱収縮率が7.0%未満であることが好ましく、3.0%未満であることがより好ましい。TDにおける加熱収縮率が7.0%未満の場合は、後述のフィルムスタッキング法によりプリプレグを製造する際に、熱可塑性樹脂フィルムのTDにおける熱収縮(ネックイン)が発生しないため、炭素繊維がプリプレグの中央部に寄ることを防止することができる。従って、面内で均一な特性を有するプリプレグを実現することができる。 In addition, in the thermoplastic resin film of the present invention, the heat shrinkage rate in the direction (hereinafter referred to as "TD") perpendicular to the mechanical axis (longitudinal) direction (hereinafter referred to as "MD") of the film when heated for 2 minutes at a heating temperature near the melting point of the thermoplastic resin is preferably less than 7.0%, and more preferably less than 3.0%. If the heat shrinkage rate in TD is less than 7.0%, when producing a prepreg by the film stacking method described below, heat shrinkage (neck-in) does not occur in the TD of the thermoplastic resin film, and therefore it is possible to prevent the carbon fibers from moving to the center of the prepreg. Therefore, a prepreg with uniform properties in the plane can be realized.

なお、この「加熱収縮率」は、50mm(TD)×100mm(MD)の熱可塑性樹脂フィルムのMDの両端部をTDに沿ってアルミニウムテープで厚さ0.3mmのSUS板上に固定し、オーブンに入れて、ダンパーの開度50%、融点近傍付近の加熱温度(170℃)で2分間維持した後に、樹脂フィルムのTDの最も収縮した部分の長さ(mm)を測定し、50mmに対する割合からTDの加熱収縮率を算出することができる。 The "heat shrinkage rate" can be calculated by fixing both ends of a 50 mm (TD) x 100 mm (MD) thermoplastic resin film in the MD along the TD with aluminum tape to a 0.3 mm thick SUS plate, placing it in an oven, opening the damper to 50% and maintaining the temperature at or near the melting point (170°C) for 2 minutes, then measuring the length (mm) of the most shrunk part in the TD of the resin film, and calculating the heat shrinkage rate in TD from the ratio to 50 mm.

また、本発明の熱可塑性樹脂フィルムにおいては、JIS K 7114の「プラスチック-液体薬品への浸せき効果を求める試験方法」に準拠して測定された、エチレンカーボネート中及びアセトン中に23℃で30分浸漬した後の重量減少率が5%未満である。重量減少率が5%未満であれば、例えば、プリプレグ積層体を電気自動車のバッテリーケースに使用した場合、リチウムイオン二次電池向け電解液の溶媒として使用されるエチレンカーボネートや、バッテリーケースの塗装・接着工程において使用されるアセトン等の溶媒に対する耐溶剤性(耐薬品性)を向上させることができる。 The thermoplastic resin film of the present invention has a weight loss rate of less than 5% after immersion in ethylene carbonate and acetone at 23°C for 30 minutes, measured in accordance with JIS K 7114 "Plastics - Test method for determining the effect of immersion in liquid chemicals". If the weight loss rate is less than 5%, for example, when the prepreg laminate is used in a battery case for an electric vehicle, it can improve solvent resistance (chemical resistance) against solvents such as ethylene carbonate, which is used as a solvent for electrolytes for lithium-ion secondary batteries, and acetone, which is used in the painting and bonding process of the battery case.

なお、ここで言う「重量減少率」とは、以下の式(1)により算出されるものを言う。 The "weight loss rate" referred to here is calculated using the following formula (1):

[数1]
重量減少率[%]=[(浸漬前のフィルムの重量-浸漬後のフィルムの重量)/浸漬前のフィルムの重量]×100 (1)
[Equation 1]
Weight reduction rate [%] = [(weight of film before immersion - weight of film after immersion) / weight of film before immersion] x 100 (1)

また、本発明の熱可塑性樹脂フィルムには、熱可塑性樹脂フィルムの特性を損なわない範囲において、上述の熱可塑性樹脂以外に、有機金属塩、帯電防止剤、及び相溶化剤が含有されていてもよい。 In addition, the thermoplastic resin film of the present invention may contain, in addition to the above-mentioned thermoplastic resin, an organic metal salt, an antistatic agent, and a compatibilizer, as long as the properties of the thermoplastic resin film are not impaired.

有機金属塩は、熱可塑性樹脂フィルムの難燃性を向上させるためのものであり、例えば、有機スルホン酸アルカリ金属塩等が挙げられる。なお、これらの有機金属塩は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The organic metal salt is used to improve the flame retardancy of the thermoplastic resin film, and examples of such salts include alkali metal salts of organic sulfonic acids. These organic metal salts may be used alone or in combination of two or more.

また、有機スルホン酸アルカリ金属塩としては、例えば、有機スルホン酸カリウム塩、有機スルホン酸リチウム塩、有機スルホン酸ナトリウム塩等が挙げられる。 Examples of alkali metal organic sulfonates include potassium organic sulfonates, lithium organic sulfonates, and sodium organic sulfonates.

また、有機金属塩を使用する場合、炭素繊維への含浸性の観点から、熱可塑性樹脂フィルム全体に対する有機金属塩の含有量は、0.01~1.0質量%が好ましく、0.05~0.5質量%がより好ましく、0.1~0.3質量%がさらに好ましい。 When using an organometallic salt, from the viewpoint of impregnation into the carbon fiber, the content of the organometallic salt relative to the entire thermoplastic resin film is preferably 0.01 to 1.0 mass%, more preferably 0.05 to 0.5 mass%, and even more preferably 0.1 to 0.3 mass%.

帯電防止剤としては、親水基を有する有機系帯電防止剤が使用でき、低分子型の導電性モノマー(界面活性剤)や高分子型の導電性ポリマーが挙げられる。また、低分子型の導電性モノマーとしては、非イオン、アニオン、カチオン、及び両性タイプが挙げられ、高分子型の導電性ポリマーとしては、ポリエーテルやイオン電導性ポリマーが挙げられる。 As the antistatic agent, an organic antistatic agent having a hydrophilic group can be used, and examples of such antistatic agents include low molecular weight conductive monomers (surfactants) and high molecular weight conductive polymers. Examples of low molecular weight conductive monomers include nonionic, anionic, cationic, and amphoteric types, and examples of high molecular weight conductive polymers include polyethers and ion conductive polymers.

なお、熱可塑性樹脂フィルムの水素結合成分量を増加させるとの観点から、低分子型の導電性モノマーを使用することが好ましい。低分子型の導電性モノマーとしては、例えば、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル等の多価アルコール脂肪酸エステル、塩化アルキルトリメチルアンモニウム等の第四級アンモニウム塩、及びアルカンスルホン酸ナトリウム等のスルホン酸系化合物が挙げられる。なお、これらの帯電防止剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 From the viewpoint of increasing the amount of hydrogen bonding components in the thermoplastic resin film, it is preferable to use a low molecular weight conductive monomer. Examples of low molecular weight conductive monomers include polyhydric alcohol fatty acid esters such as sorbitan fatty acid esters, sucrose fatty acid esters, and glycerin fatty acid esters, quaternary ammonium salts such as alkyltrimethylammonium chloride, and sulfonic acid compounds such as sodium alkanesulfonate. These antistatic agents may be used alone or in combination of two or more.

そして、親水基を有する有機系帯電防止剤を使用することにより、熱可塑性樹脂フィルムの水素結合成分量が増加するため、非常に高い極性を有する炭素繊維のサイジング剤成分との相溶性が向上し、結果として、プリプレグにおいて熱可塑性樹脂フィルムと炭素繊維の接着性が向上することになる。 The use of an organic antistatic agent with a hydrophilic group increases the amount of hydrogen bonding components in the thermoplastic resin film, improving compatibility with the sizing agent components of the carbon fiber, which has a very high polarity, and as a result, improving the adhesion between the thermoplastic resin film and the carbon fiber in the prepreg.

また、帯電防止剤を使用する場合、フィルム表面の親水化効果およびフィルム成型性を向上させるとの観点から、熱可塑性樹脂フィルム全体に対する帯電防止剤の含有量は、熱可塑性樹脂フィルム100質量%のうち、0.1~20質量%が好ましく、0.5~10質量%がより好ましい。 When an antistatic agent is used, the content of the antistatic agent in the entire thermoplastic resin film is preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.5 to 10% by mass, based on 100% by mass of the thermoplastic resin film, from the viewpoint of improving the hydrophilic effect of the film surface and the film moldability.

また、相溶化剤としては、ランダムポリマー型とグラフト・ブロックポリマー型が使用できる。より具体的には、例えば、ポリスチレンとポリカプロラクトンとのブロックコポリマー、カプロラクトンで変性させたスチレン/無水マレイン酸/不飽和誘導体コポリマー、無水マレイン酸をグラフトしたε-ポリカプロラクトン、及びメタクリル酸グリシジル-スチレン-アクリロニトリル共重合体とポリカーボネートとのブロック共重合体等が挙げられる。 As the compatibilizer, random polymer type and graft block polymer type can be used. More specifically, examples include block copolymers of polystyrene and polycaprolactone, styrene/maleic anhydride/unsaturated derivative copolymers modified with caprolactone, ε-polycaprolactone grafted with maleic anhydride, and block copolymers of glycidyl methacrylate-styrene-acrylonitrile copolymer and polycarbonate.

そして、本発明においては、このような相溶化剤を使用することにより、熱可塑性樹脂フィルムの成形性を向上することができる。 In the present invention, the use of such a compatibilizer can improve the moldability of the thermoplastic resin film.

また、相溶化剤を使用する場合、熱可塑性樹脂フィルムを所望の厚み(例えば、20μm)で製膜するとの観点から、熱可塑性樹脂フィルム全体に対する相溶化剤の含有量は、熱可塑性樹脂フィルム100質量%のうち、0.05~5質量%が好ましく、0.1~1質量%がより好ましい。 When a compatibilizer is used, from the viewpoint of forming a thermoplastic resin film with a desired thickness (e.g., 20 μm), the content of the compatibilizer relative to the entire thermoplastic resin film is preferably 0.05 to 5 mass %, and more preferably 0.1 to 1 mass %, of 100 mass % of the thermoplastic resin film.

また、本発明の熱可塑性樹脂フィルムは、例えば、インフレーション法、Tダイ押出し法、カレンダー法などによって製造される。 The thermoplastic resin film of the present invention is produced, for example, by an inflation method, a T-die extrusion method, a calendar method, etc.

また、本発明の熱可塑性樹脂フィルムをTダイ押出し法によって製造する場合は、単軸、または2軸押出機のシリンダー温度とダイス温度を熱可塑性樹脂組成物の融点、ガラス転移点より5℃から150℃高い温度に設定し、熱可塑性樹脂を押出機に投入し、スクリュー回転数5~50rpmで溶融混練し、Tダイから押し出し、厚さ10~100μmの熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる。 When the thermoplastic resin film of the present invention is produced by a T-die extrusion method, the cylinder temperature and die temperature of a single-screw or twin-screw extruder are set to a temperature 5°C to 150°C higher than the melting point and glass transition point of the thermoplastic resin composition, the thermoplastic resin is fed into the extruder, melt-kneaded at a screw rotation speed of 5 to 50 rpm, and extruded from a T-die to obtain a thermoplastic resin film having a thickness of 10 to 100 μm.

<プリプレグ>
本発明のプリプレグは、連続炭素繊維を開繊・含浸機に供給して、本発明の熱可塑性樹脂フィルムによって挟み込む、または本発明の熱可塑性樹脂フィルムを連続炭素繊維によって挟み込んで、炭素繊維に熱可塑性樹脂フィルムを積層し、加熱・加圧処理により、熱可塑性樹脂を炭素繊維に含浸させる、フィルムスタッキング法により得られる。
<Prepreg>
The prepreg of the present invention can be obtained by a film stacking method in which continuous carbon fibers are supplied to a fiber opening and impregnation machine and sandwiched between the thermoplastic resin films of the present invention, or the thermoplastic resin film of the present invention is sandwiched between continuous carbon fibers, the thermoplastic resin film is laminated onto the carbon fibers, and the carbon fibers are impregnated with the thermoplastic resin by heating and pressurizing treatment.

図1は、本発明の実施形態に係るプリプレグの製造方法の一例を説明するための模式図である。 Figure 1 is a schematic diagram for explaining an example of a method for manufacturing a prepreg according to an embodiment of the present invention.

プリプレグの製造する際には、まず、開繊・含浸機10の供給ローラ対11により、シート状の連続炭素繊維CSをプレートヒーター12に向けて搬送するとともに、連続炭素繊維CSの一面および他面に、熱可塑性樹脂フィルムRF1,RF2を積層して、シート状の連続炭素繊維CSと熱可塑性樹脂フィルムRF1,RF2からなる積層体を作製する。次に、この積層体を、図中の矢印の方向に搬送させて、第1ローラ対13と第2ローラ対14により挟持させた状態で、プレートヒーター12を通過させて、加熱・加圧処理を行う。そうすると、積層体の熱可塑性樹脂フィルムRF1,RF2が軟化して、シート状の連続炭素繊維CS中に含浸され、本発明のプリプレグPを得ることができる。 When manufacturing the prepreg, first, the sheet-like continuous carbon fiber CS is conveyed toward the plate heater 12 by the pair of supply rollers 11 of the opening and impregnation machine 10, and thermoplastic resin films RF1, RF2 are laminated on one side and the other side of the continuous carbon fiber CS to produce a laminate consisting of the sheet-like continuous carbon fiber CS and the thermoplastic resin films RF1, RF2. Next, this laminate is conveyed in the direction of the arrow in the figure, and passed through the plate heater 12 while being sandwiched between the first roller pair 13 and the second roller pair 14, to perform a heating and pressurizing treatment. This causes the thermoplastic resin films RF1, RF2 of the laminate to soften and be impregnated into the sheet-like continuous carbon fiber CS, and the prepreg P of the present invention can be obtained.

また、図2は、本発明の実施形態に係るプリプレグの製造方法の他の一例を説明するための模式図である。この場合、まず、開繊・含浸機10の供給ローラ対11により、熱可塑性樹脂フィルムRFをプレートヒーター12に向けて搬送するとともに、熱可塑性樹脂フィルムRFの一面および他面に、シート状の連続炭素繊維CS1,CS2を積層して、熱可塑性樹脂フィルムRFとシート状の連続炭素繊維CS1,CS2からなる積層体を作製する。次に、この積層体を、図中の矢印の方向に搬送させて、第1ローラ対13と第2ローラ対14により挟持させた状態で、プレートヒーター12を通過させて、加熱・加圧処理を行う。そうすると、積層体の熱可塑性樹脂フィルムRFが軟化して、シート状の連続炭素繊維CS中に含浸され、本発明のプリプレグPを得ることができる。 Also, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining another example of a method for producing a prepreg according to an embodiment of the present invention. In this case, first, the thermoplastic resin film RF is conveyed toward the plate heater 12 by the pair of supply rollers 11 of the opening and impregnation machine 10, and sheet-like continuous carbon fibers CS1, CS2 are laminated on one side and the other side of the thermoplastic resin film RF to produce a laminate consisting of the thermoplastic resin film RF and the sheet-like continuous carbon fibers CS1, CS2. Next, this laminate is conveyed in the direction of the arrow in the figure, and passed through the plate heater 12 while being sandwiched between the first roller pair 13 and the second roller pair 14, to perform a heating and pressurizing treatment. Then, the thermoplastic resin film RF of the laminate is softened and impregnated into the sheet-like continuous carbon fibers CS, and the prepreg P of the present invention can be obtained.

そして、上述の所定の厚さを有する熱可塑性樹脂フィルムを使用して、フィルムスタッキング法を用いてプリプレグを製造することにより、炭素繊維に対して樹脂成分を均一に含浸することが可能になるため、プリプレグを製造する際の歩留まりを向上させることができ、結果として、プリプレグの製造コストを抑制することが可能になる。 By using a thermoplastic resin film having the above-mentioned predetermined thickness to manufacture prepregs using a film stacking method, it becomes possible to uniformly impregnate the carbon fibers with the resin components, thereby improving the yield when manufacturing the prepregs and, as a result, making it possible to reduce the manufacturing costs of the prepregs.

また、フィルムスタッキング法で熱可塑性樹脂フィルムを炭素繊維に含浸させる場合、熱可塑性樹脂の融点付近の温度で予備含浸させて、本含浸を行う。熱可塑性樹脂の融点を超える温度域では熱可塑性樹脂フィルムが破断してしまい、それ以下の温度では予備含浸が不足する。また、熱可塑性樹脂の融点付近で熱可塑性樹脂フィルムのTDに熱収縮(ネックイン)が生じると、炭素繊維がプリプレグの中央部に寄ってしまい、面内で物性のバラつきが生じる可能性がある。このため、熱可塑性樹脂フィルムの寸法安定性が求められる。熱可塑性樹脂フィルムの寸法安定性の評価は、例えば、上述のごとく、庫内温度を熱可塑性樹脂の融点付近の加熱温度に設定したオーブンで2分間の加熱を行い、加熱収縮率を測定することにより行う。 When impregnating carbon fibers with a thermoplastic resin film using the film stacking method, the film is pre-impregnated at a temperature near the melting point of the thermoplastic resin, and then the main impregnation is performed. At temperatures above the melting point of the thermoplastic resin, the thermoplastic resin film breaks, and at temperatures below that temperature, the pre-impregnation is insufficient. Also, if thermal shrinkage (neck-in) occurs in the TD of the thermoplastic resin film near the melting point of the thermoplastic resin, the carbon fiber may move toward the center of the prepreg, resulting in in-plane variations in physical properties. For this reason, dimensional stability of the thermoplastic resin film is required. The dimensional stability of the thermoplastic resin film is evaluated, for example, by heating for 2 minutes in an oven with the inside temperature set to a heating temperature near the melting point of the thermoplastic resin, as described above, and measuring the heat shrinkage rate.

また、プリプレグの厚さは、50~300μmが好ましく、60~150μmがより好ましい。プリプレグの厚さが50μm未満の場合は、プリプレグ積層体を作製する際に、必要なプリプレグの枚数が増加してしまうため、加工時間が長くなり、生産性が低下する場合がある。また、プリプレグの厚さが小さいため、プリプレグを構成する熱可塑性樹脂フィルムの厚さも小さくする(例えば、10μm未満にする)必要があり、プリプレグにおいて、炭素繊維に対して樹脂成分が不足することに起因する含浸不良が発生する場合がある。一方、プリプレグの厚さが300μmよりも大きい場合は、プリプレグを構成する熱可塑性樹脂フィルムの厚さも大きくする(例えば、100μmよりも大きくする)必要があるため、プリプレグにおいて、過剰な樹脂成分に起因する炭素繊維の体積含有率(Vf値)の低下が生じて、プリプレグ積層体において強度が低下する場合がある。 The thickness of the prepreg is preferably 50 to 300 μm, more preferably 60 to 150 μm. If the thickness of the prepreg is less than 50 μm, the number of prepregs required to produce a prepreg laminate increases, which may result in a longer processing time and a decrease in productivity. In addition, since the thickness of the prepreg is small, the thickness of the thermoplastic resin film constituting the prepreg must also be small (for example, less than 10 μm), and impregnation failure may occur in the prepreg due to a shortage of resin components relative to the carbon fibers. On the other hand, if the thickness of the prepreg is greater than 300 μm, the thickness of the thermoplastic resin film constituting the prepreg must also be large (for example, greater than 100 μm), and therefore, in the prepreg, a decrease in the volume fraction (Vf value) of the carbon fibers due to excess resin components occurs, which may result in a decrease in the strength of the prepreg laminate.

<プリプレグ積層体>
本発明のプリプレグ積層体は、複数枚のプリプレグを、繊維が一方向に引き揃えられているUD(Unidirectional)方向に積層して、加熱・加圧処理を行うことにより作製される。なお、プリプレグの積層枚数は、プリプレグ積層体の厚さに基づいて、適宜変更することができる。例えば、プリプレグ積層体の厚さが1.5~2.5mmの場合、40~60枚のプリプレグを積層することができる。
<Prepreg Laminate>
The prepreg laminate of the present invention is produced by laminating a plurality of prepregs in a unidirectional (UD) direction in which the fibers are aligned in one direction, and then subjecting the laminate to a heat and pressure treatment. The number of prepregs to be laminated can be appropriately changed based on the thickness of the prepreg laminate. For example, when the thickness of the prepreg laminate is 1.5 to 2.5 mm, 40 to 60 prepregs can be laminated.

また、本発明のプリプレグ積層体においては、強度を向上させるとの観点から、空隙率が2.0%未満であることが好ましく、1.0%以下であることがより好ましい。 In addition, from the viewpoint of improving strength, the prepreg laminate of the present invention preferably has a void ratio of less than 2.0%, and more preferably 1.0% or less.

また、同様に、本発明のプリプレグ積層体の強度を向上させるとの観点から、プリプレグ積層体における炭素繊維の体積含有率(Vf値)が40~60%であることが好ましい。 Similarly, from the viewpoint of improving the strength of the prepreg laminate of the present invention, it is preferable that the volume content (Vf value) of carbon fibers in the prepreg laminate is 40 to 60%.

なお、この「空隙率、及び繊維体積含有率(Vf)」は、JIS K 7075(炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率および空洞率試験方法)の燃焼法に準拠して算出される。 The "void ratio and fiber volume content (Vf)" are calculated in accordance with the combustion method of JIS K 7075 (Test method for fiber content and void content of carbon fiber reinforced plastics).

また、上述のごとく、本発明のプリプレグ積層体は強度に優れており、自動車部品用途として使用するとの観点から、曲げ強度が1000MPa以上であることが好ましく、1100MPa以上であることがより好ましい。 As described above, the prepreg laminate of the present invention has excellent strength, and from the viewpoint of use as an automobile part, the bending strength is preferably 1000 MPa or more, and more preferably 1100 MPa or more.

また、例えば、アルミ合金の曲げ弾性率は70GPa以上の高弾性率を示すが、アルミ等の金属との代替を可能にするとの観点から、本発明のプリプレグ積層体の曲げ弾性率は90GPa以上であることが好ましい。 For example, aluminum alloys have a high flexural modulus of 70 GPa or more, but from the viewpoint of enabling replacement with metals such as aluminum, it is preferable that the flexural modulus of the prepreg laminate of the present invention is 90 GPa or more.

なお、ここで言う「曲げ強度、及び曲げ弾性率」とは、JIS K 7074の「炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法」の規定に準拠して測定した値のことをいう。 The "flexural strength and flexural modulus" referred to here are values measured in accordance with the provisions of JIS K 7074, "Flexural test method for carbon fiber reinforced plastics."

また、例えば、電気自動車のバッテリーケースとして使用可能な難燃性を確保するとの観点から、本発明のプリプレグ積層体は、UL94規格に準拠したV試験(UL94/V燃焼試験)において、V-1以上、好ましくはV-0以上の難燃性を有することが好ましい。 In addition, from the viewpoint of ensuring flame retardancy that allows use, for example, as a battery case for an electric vehicle, the prepreg laminate of the present invention preferably has a flame retardancy of V-1 or higher, preferably V-0 or higher, in a V test (UL94/V combustion test) conforming to the UL94 standard.

また、本発明のプリプレグ積層体においては、エチレンカーボネートに対する、JIS K 7070:1999の「繊維強化プラスチックの耐薬品性試験方法」に準拠して測定された曲げ強度の保持率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。また、同様に、アセトンに対する、JIS K 7070:1999の「繊維強化プラスチックの耐薬品性試験方法」に準拠して測定された曲げ強度の保持率が70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。このような構成により、エチレンカーボネート、及びアセトンに対する耐溶剤性(耐薬品性)を向上させることができる。 In addition, in the prepreg laminate of the present invention, the retention of bending strength against ethylene carbonate, measured in accordance with JIS K 7070:1999 "Testing method for chemical resistance of fiber reinforced plastics", is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. Similarly, the retention of bending strength against acetone, measured in accordance with JIS K 7070:1999 "Testing method for chemical resistance of fiber reinforced plastics", is preferably 70% or more, and more preferably 80% or more. With this configuration, it is possible to improve the solvent resistance (chemical resistance) against ethylene carbonate and acetone.

なお、ここで言う「曲げ強度の保持率」とは、以下の式(2)により算出されるものを言う。 The "bending strength retention rate" referred to here is calculated using the following formula (2).

[数2]
曲げ強度の保持率[%]=(エチレンカーボネート(またはアセトン)に浸漬後の曲げ強度/エチレンカーボネート(またはアセトン)に浸漬前の曲げ強度)×100 (2)
[Equation 2]
Flexural strength retention rate [%] = (flexural strength after immersion in ethylene carbonate (or acetone) / flexural strength before immersion in ethylene carbonate (or acetone)) × 100 (2)

また、ここで言う「曲げ強度」とは、JIS K 7074の「炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法」の規定に準拠して測定した値のことをいう。 The "flexural strength" referred to here is the value measured in accordance with the provisions of JIS K 7074, "Flexural test method for carbon fiber reinforced plastics."

また、本発明のプリプレグ積層体においては、JIS K 7070:1999の「繊維強化プラスチックの耐薬品性試験方法」に準拠して測定された吸水後の強度の保持率が80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。このような構成により、吸水後も高い強度を維持することができる。 In addition, in the prepreg laminate of the present invention, the strength retention rate after water absorption measured in accordance with JIS K 7070:1999 "Testing method for chemical resistance of fiber-reinforced plastics" is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more. With this configuration, high strength can be maintained even after water absorption.

なお、ここで言う「吸水後の強度の保持率」とは、以下の式(3)により算出されるものを言う。 The "strength retention rate after water absorption" referred to here is calculated using the following formula (3).

[数3]
吸水後の強度の保持率[%]=(水に浸漬後の強度/水に浸漬前の強度)×100 (3)
[Equation 3]
Strength retention after water absorption [%] = (strength after immersion in water / strength before immersion in water) × 100 (3)

また、ここで言う「強度」とは、JIS K 7074の「炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法」の規定に準拠して測定した値のことをいう。 The "strength" referred to here refers to the value measured in accordance with the provisions of JIS K 7074, "Bending test method for carbon fiber reinforced plastics."

以上に説明したように、本発明においては、耐溶剤性と難燃性に優れ、湿度の高い使用環境下でも強度の劣化を抑制することができるプリプレグ積層体を提供することができる。また、アルミ合金よりも軽量であり、強度も高いことから、金属の代替品として提供することが可能である。 As explained above, the present invention can provide a prepreg laminate that has excellent solvent resistance and flame retardancy, and can suppress deterioration of strength even in a humid usage environment. In addition, it is lighter and stronger than aluminum alloys, so it can be used as a substitute for metals.

以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これらの実施例を本発明の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。 The present invention will be described below based on examples. Note that the present invention is not limited to these examples, and these examples can be modified or changed based on the spirit of the present invention, and are not excluded from the scope of the present invention.

熱可塑性樹脂フィルムの作製に使用した材料を以下に示す。
(1)ポリブチレンテレフタレート樹脂1(ポリプラスチック社製、商品名:700FP、MFR:7g/10分)
(2)ポリブチレンテレフタレート樹脂2(Sobic社製、商品名:Valox357、MFR:8g/10分、ポリカーボネート樹脂を10~50質量%含有したもの、難燃性・耐薬品グレード)
(3)ポリブチレンテレフタレート樹脂3(BASF社製、商品名:B4500、MFR:21g/10分)
(4)ポリブチレンテレフタレート樹脂4(ポリプラスチック社製、商品名:201NF、MFR:9.4g/10分、難燃剤フィラー(径:5~20μm)を含有したもの)
(5)ポリブチレンテレフタレート樹脂5(三菱エンジニアリングプラスチックス社製、商品名:SEF-500、MFR:5g/10分、難燃剤フィラー(径:2~20μm)を含有したもの)
(6)ポリブチレンテレフタレート樹脂6(三菱エンジニアリングプラスチックス社製、商品名:5710N2、MFR:7g/10分、難燃剤フィラー(径:2~20μm)を含有したもの)
(7)ポリカーボネート樹脂1(住化ポリカーボネート社製、商品名:CR3440、MFR:7g/10分、ポリブチレンテレフタレート樹脂を10~50質量%含有したもの、耐薬品グレード)
(8)ポリカーボネート樹脂2(帝人社製、商品名:MN4400Z、MFR:6g/10分、難燃性グレード)
(9)ポリアミド樹脂フィルム(三菱ケミカル社製、商品名:ダイアミロンC-Z)
(10)リン系難燃剤1:環状ホスファゼン(伏見製薬所製、商品名:ラビトルFP110、リン元素の含有量:3.4質量%)
(11)リン系難燃剤2:ポリホスフォネート(エフアールエックスポリマーズ社製、商品名:Nofia HM1100、リン元素の含有量:10.6質量%)
(12)有機金属塩(有機スルホン酸カリウム塩、三菱マテリアル社製、商品名:ノナフルオロブタンスルホン酸カリウム)
The materials used in the preparation of the thermoplastic resin film are shown below.
(1) Polybutylene terephthalate resin 1 (manufactured by Polyplastics Co., Ltd., product name: 700FP, MFR: 7 g/10 min)
(2) Polybutylene terephthalate resin 2 (manufactured by Sobic, product name: Valox 357, MFR: 8 g/10 min, containing 10 to 50% by mass of polycarbonate resin, flame retardant and chemical resistant grade)
(3) Polybutylene terephthalate resin 3 (manufactured by BASF, product name: B4500, MFR: 21 g/10 min)
(4) Polybutylene terephthalate resin 4 (manufactured by Polyplastics Co., Ltd., product name: 201NF, MFR: 9.4 g/10 min, containing flame retardant filler (diameter: 5 to 20 μm))
(5) Polybutylene terephthalate resin 5 (manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Corporation, product name: SEF-500, MFR: 5 g/10 min, containing flame retardant filler (diameter: 2 to 20 μm))
(6) Polybutylene terephthalate resin 6 (manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Corporation, product name: 5710N2, MFR: 7 g/10 min, containing flame retardant filler (diameter: 2 to 20 μm))
(7) Polycarbonate resin 1 (manufactured by Sumika Polycarbonate Co., Ltd., product name: CR3440, MFR: 7 g/10 min, containing 10 to 50% by mass of polybutylene terephthalate resin, chemical resistant grade)
(8) Polycarbonate resin 2 (manufactured by Teijin Limited, product name: MN4400Z, MFR: 6 g/10 min, flame retardant grade)
(9) Polyamide resin film (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, product name: Diamiron C-Z)
(10) Phosphorus-based flame retardant 1: cyclic phosphazene (manufactured by Fushimi Pharmaceutical Co., Ltd., trade name: Rabitol FP110, phosphorus element content: 3.4% by mass)
(11) Phosphorus-based flame retardant 2: polyphosphonate (manufactured by FRX Polymers, product name: Nofia HM1100, phosphorus element content: 10.6% by mass)
(12) Organic metal salt (organic potassium sulfonate, manufactured by Mitsubishi Materials Corporation, trade name: potassium nonafluorobutanesulfonate)

(実施例1)
<熱可塑性樹脂フィルムの作製>
まず、ポリブチレンテレフタレート樹脂とリン系難燃剤と有機金属塩とを表1に記載の割合(いずれも質量%)で配合し、ブレンダーにて混合した後、二軸押出機(日本製鋼所社製)に投入して、ストランド状に溶融樹脂を押し出した後に冷却し、ペレタイザーを用いてペレット化した。次に、単軸押出機のシリンダー温度とダイス温度を230℃に設定し、上述のペレットをTダイから押し出すことにより、厚さが20μmの熱可塑性樹脂フィルムを得た。なお、2種類のリン系難燃剤(リン系難燃剤1、及びリン系難燃剤2)におけるリン元素の合計の含有量は1.6質量%であった。
Example 1
<Preparation of Thermoplastic Resin Film>
First, polybutylene terephthalate resin, phosphorus-based flame retardant, and organic metal salt were blended in the ratios (all by mass%) shown in Table 1, mixed in a blender, and then fed into a twin-screw extruder (manufactured by Japan Steel Works, Ltd.) to extrude the molten resin into strands, which were then cooled and pelletized using a pelletizer. Next, the cylinder temperature and die temperature of the single-screw extruder were set to 230°C, and the pellets were extruded from a T-die to obtain a thermoplastic resin film having a thickness of 20 μm. The total content of phosphorus element in the two types of phosphorus-based flame retardants (phosphorus-based flame retardant 1 and phosphorus-based flame retardant 2) was 1.6% by mass.

<熱可塑性樹脂フィルムの耐溶剤性評価>
次に、JIS K 7114(プラスチック-液体薬品への浸せき効果を求める試験方法)に従い、上述の式(1)を用いて、得られた熱可塑性樹脂フィルムの重量減少率を測定し、溶剤(エチレンカーボネートとアセトン)に対する耐溶剤性(耐薬品性)を評価した。
<Evaluation of Solvent Resistance of Thermoplastic Resin Film>
Next, in accordance with JIS K 7114 (Plastics - Test method for determining the effect of immersion in liquid chemicals), the weight loss rate of the obtained thermoplastic resin film was measured using the above-mentioned formula (1), and the solvent resistance (chemical resistance) to solvents (ethylene carbonate and acetone) was evaluated.

より具体的には、得られた熱可塑性樹脂フィルムを60mm四方に取り出したものを試料として、室温(23℃)において、20mLの溶剤(エチレンカーボネート中及びアセトン中)に30分間浸漬させて、重量変化率を測定した。以上の結果を表1に示す。 More specifically, a 60 mm square sample of the obtained thermoplastic resin film was taken and used as a sample. It was immersed in 20 mL of solvent (ethylene carbonate and acetone) for 30 minutes at room temperature (23°C) and the weight change rate was measured. The results are shown in Table 1.

<難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)>
次に、UL94規格に準拠したVTM試験(UL94/VTM燃焼試験)に従い、得られた熱可塑性樹脂フィルムの難燃性を評価した。なお、TDの難燃性は、50mm(MD)×200mm(TD)のフィルムを試料として、MDの難燃性は、50mm(TD)×200mm(MD)のフィルムを試料として用いた。MD、TD両方向で達成した結果を表1に示す。
<Flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test)>
Next, the flame retardancy of the obtained thermoplastic resin film was evaluated according to the VTM test (UL94/VTM combustion test) conforming to the UL94 standard. For the flame retardancy in TD, a film of 50 mm (MD) x 200 mm (TD) was used as a sample, and for the flame retardancy in MD, a film of 50 mm (TD) x 200 mm (MD) was used as a sample. The results achieved in both MD and TD are shown in Table 1.

<プリプレグの作製>
次に、得られた樹脂フィルムと炭素繊維トウ(東レ社製、商品名:T700SC-1200)を図2に示す開繊・含浸機10に供給し、熱可塑性樹脂フィルムを連続炭素繊維で挟み込み、230℃の温度において、10m/分の割合で加熱・加圧処理を御行うことにより、幅が130mm、厚さが65μmのプリプレグを得た。
<Preparation of prepreg>
Next, the obtained resin film and carbon fiber tow (manufactured by Toray Industries, Inc., product name: T700SC-1200) were supplied to a fiber spreading/impregnation machine 10 shown in FIG. 2, the thermoplastic resin film was sandwiched between continuous carbon fibers, and a heating/pressurization treatment was carried out at a temperature of 230° C. and a rate of 10 m/min, thereby obtaining a prepreg having a width of 130 mm and a thickness of 65 μm.

<プリプレグ積層体の作製>
次に、作製したプリプレグをプレス金型サイズ(200mm角)に切削したものを48枚用意し、炭素繊維が同一の方向に配列されるように重ね合わせた。そして、この積層体をプレス金型に入れ、245℃の温度、5MPaの圧力で15分間熱プレス処理を行い、厚さが2.0mmであるプリプレグ積層体を作製した。
<Preparation of prepreg laminate>
Next, 48 pieces of the prepreg were cut to the size of a press die (200 mm square), and stacked so that the carbon fibers were aligned in the same direction. This laminate was then placed in a press die and subjected to a heat press treatment at a temperature of 245° C. and a pressure of 5 MPa for 15 minutes to produce a prepreg laminate with a thickness of 2.0 mm.

<プリプレグ積層体の耐溶剤性評価>
次に、JIS K 7070:1999(繊維強化プラスチックの耐薬品性試験方法)に従い、上述の式(2)を用いて、得られたプリプレグ積層体の曲げ強度保持率を算出し、溶剤(エチレンカーボネートとアセトン)に対する耐溶剤性(耐薬品性)を評価した。
<Evaluation of Solvent Resistance of Prepreg Laminate>
Next, in accordance with JIS K 7070:1999 (Testing methods for chemical resistance of fiber reinforced plastics), the bending strength retention of the obtained prepreg laminate was calculated using the above-mentioned formula (2), and the solvent resistance (chemical resistance) to solvents (ethylene carbonate and acetone) was evaluated.

より具体的には、プリプレグ積層体を120mm(繊維方向)×60mm(繊維方向と直行する方向)に取り出し、試験片の端面をガラス繊維テープで保護して、10日間、溶剤に浸漬させた。なお、溶剤がエチレンカーボネートの場合は50℃で浸漬させ、アセトンの場合は0℃にて浸漬を行った。浸漬後、100mm(繊維方向)×15mm(繊維方向と直行する方向)に切り出したものを試料として、曲げ強度を測定した。以上の結果を表1に示す。 More specifically, the prepreg laminate was cut to a size of 120 mm (in the fiber direction) x 60 mm (perpendicular to the fiber direction), the end faces of the test pieces were protected with glass fiber tape, and the pieces were immersed in the solvent for 10 days. When the solvent was ethylene carbonate, the immersion was performed at 50°C, and when the solvent was acetone, the immersion was performed at 0°C. After immersion, the pieces were cut to a size of 100 mm (in the fiber direction) x 15 mm (perpendicular to the fiber direction) and used as samples to measure bending strength. The results are shown in Table 1.

<難燃性評価(UL94/V燃焼試験)>
次に、UL94規格に準拠したV試験(UL94/V燃焼試験)に従い、得られたプリプレグ積層体の難燃性を評価した。なお、プリプレグ積層体を125mm(繊維方向)×13mm(繊維方向と直行する方向)に取り出したものを試料として用いた。以上の結果を表1に示す。
<Flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test)>
Next, the flame retardancy of the obtained prepreg laminate was evaluated according to the V test (UL94/V flame test) in accordance with the UL94 standard. The prepreg laminate was cut out to a size of 125 mm (in the fiber direction) x 13 mm (in the direction perpendicular to the fiber direction) and used as a sample. The results are shown in Table 1.

<曲げ強度の測定>
次に、JIS K 7074(炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法)に従い、4点曲げ法により、得られプリプレグ積層体における曲げ強度を算出した。
<Measurement of bending strength>
Next, in accordance with JIS K 7074 (bending test method for carbon fiber reinforced plastics), the bending strength of the obtained prepreg laminate was calculated by a four-point bending method.

より具体的には、得られたプリプレグ積層体から、幅が15mm、長さが100mmとなるように切り出したサンプルを作製し、4点曲げ治具を設置した引張試験機(島津製作所社製、商品名:オートグラフ5000)を用いて、クロスヘッド速度が5.0mm/分、支点スパンが81mm、圧子スパンが27mm、支点径が4mm、および圧子径が10mmの条件で、4点曲げ測定を行ない、曲げ強度[MPa]を測定した。以上の結果を表1に示す。 More specifically, samples were cut from the obtained prepreg laminate to a width of 15 mm and a length of 100 mm, and a four-point bending test was performed using a tensile tester (Shimadzu Corporation, product name: Autograph 5000) equipped with a four-point bending jig under the following conditions: crosshead speed 5.0 mm/min, support span 81 mm, indenter span 27 mm, support diameter 4 mm, and indenter diameter 10 mm, to measure the bending strength [MPa]. The results are shown in Table 1.

<耐吸水性評価>
次に、JIS K 7070:1999(繊維強化プラスチックの耐薬品性試験方法)に従い、上述の式(3)を用いて、得られたプリプレグ積層体における吸水後の強度保持率を算出し、耐吸水性を評価した。
<Evaluation of Water Absorption Resistance>
Next, in accordance with JIS K 7070:1999 (Testing method for chemical resistance of fiber reinforced plastics), the strength retention rate of the obtained prepreg laminate after water absorption was calculated using the above-mentioned formula (3) to evaluate the water absorption resistance.

より具体的には、プリプレグ積層体を120mm(繊維方向)×60mm(繊維方向と直行する方向)に取り出し、試験片の端面をガラス繊維テープで保護して、常温で10日間、純水に浸漬させた。浸漬後、100mm(繊維方向)×15mm(繊維方向と直行する方向)に切り出したものを試料として、曲げ強度を測定した。以上の結果を表1に示す。 More specifically, the prepreg laminate was taken out to a size of 120 mm (in the fiber direction) x 60 mm (perpendicular to the fiber direction), the end faces of the test pieces were protected with glass fiber tape, and the pieces were immersed in pure water at room temperature for 10 days. After immersion, the pieces were cut to a size of 100 mm (in the fiber direction) x 15 mm (perpendicular to the fiber direction) and used as samples to measure bending strength. The results are shown in Table 1.

(実施例2~3、比較例1~13)
熱可塑性樹脂フィルムを形成する材料、各材料の配合割合、及び各加工温度を表1~2に示す内容に変更したこと以外は、上述の実施例1と同様にして、表1~2に示す厚さを有する熱可塑性樹脂フィルム、プリプレグ、及びプリプレグ積層体を作製した。
(Examples 2 to 3, Comparative Examples 1 to 13)
Thermoplastic resin films, prepregs, and prepreg laminates having the thicknesses shown in Tables 1 and 2 were produced in the same manner as in Example 1 described above, except that the materials forming the thermoplastic resin film, the blending ratios of each material, and each processing temperature were changed to those shown in Tables 1 and 2.

そして、上述の実施例1と同様にして、耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)、プリプレグ積層体の耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/V燃焼試験)、曲げ強度の測定、及び耐吸水性評価を行った。以上の結果を表1~2に示す。 Then, in the same manner as in Example 1 described above, a solvent resistance evaluation, a flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test), a solvent resistance evaluation of the prepreg laminate, a flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test), bending strength measurement, and a water absorption resistance evaluation were performed. The results are shown in Tables 1 and 2.

なお、比較例1においては、リン系難燃剤1(環状ホスファゼン)の含有量が7質量%以上であるため、穴あきに起因する加工不良が生じ、熱可塑性樹脂フィルムを作製することができなかった。従って、耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)、プリプレグ積層体の耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/V燃焼試験)、曲げ強度の測定、及び耐吸水性評価を行わなかった。 In Comparative Example 1, since the content of phosphorus-based flame retardant 1 (cyclic phosphazene) was 7% by mass or more, processing defects due to holes occurred, and a thermoplastic resin film could not be produced. Therefore, solvent resistance evaluation, flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test), solvent resistance evaluation of the prepreg laminate, flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test), bending strength measurement, and water absorption resistance evaluation were not performed.

また、比較例2においては、リン系難燃剤2(ポリホスフォネート)の含有量が12質量%以上であるため、穴あきに起因する加工不良が生じ、熱可塑性樹脂フィルムを作製することができなかった。従って、耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)、プリプレグ積層体の耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/V燃焼試験)、曲げ強度の測定、及び耐吸水性評価を行わなかった。 In addition, in Comparative Example 2, since the content of phosphorus-based flame retardant 2 (polyphosphonate) was 12 mass% or more, processing defects due to holes occurred, and a thermoplastic resin film could not be produced. Therefore, solvent resistance evaluation, flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test), solvent resistance evaluation of the prepreg laminate, flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test), bending strength measurement, and water absorption resistance evaluation were not performed.

また、比較例4においては、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤のリン元素含有量が2.0質量%であるため、ブロッキングに起因する加工不良が生じ、熱可塑性樹脂フィルムを作製することができなかった。従って、耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)、プリプレグ積層体の耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/V燃焼試験)、曲げ強度の測定、及び耐吸水性評価を行わなかった。 In addition, in Comparative Example 4, the phosphorus element content of the phosphorus-based flame retardant relative to the entire thermoplastic resin film was 2.0 mass%, so processing defects due to blocking occurred and it was not possible to produce a thermoplastic resin film. Therefore, solvent resistance evaluation, flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test), solvent resistance evaluation of the prepreg laminate, flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test), bending strength measurement, and water absorption resistance evaluation were not performed.

また、比較例7においては、ポリブチレンテレフタレート樹脂のMFRが10g/10分よりも大きい(21g/10分)ため、ダイから押し出した直後に樹脂がドローダウンしてしまい、熱可塑性樹脂フィルムを作製することができなかった。従って、耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)、プリプレグ積層体の耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/V燃焼試験)、曲げ強度の測定、及び耐吸水性評価を行わなかった。 In Comparative Example 7, since the MFR of the polybutylene terephthalate resin was greater than 10 g/10 min (21 g/10 min), the resin drew down immediately after extrusion from the die, and a thermoplastic resin film could not be produced. Therefore, solvent resistance evaluation, flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test), solvent resistance evaluation of the prepreg laminate, flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test), bending strength measurement, and water absorption resistance evaluation were not performed.

また、比較例8においては、ポリブチレンテレフタレート樹脂が難燃剤フィラー(径:5~20μm)を含有しているため、20μm以下の厚さを有する熱可塑性樹脂フィルムを作製することができなかった(すなわち、薄肉成形を行うことができなかった)。従って、耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)、プリプレグ積層体の耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/V燃焼試験)、曲げ強度の測定、及び耐吸水性評価を行わなかった。 In addition, in Comparative Example 8, since the polybutylene terephthalate resin contains a flame retardant filler (diameter: 5 to 20 μm), it was not possible to produce a thermoplastic resin film having a thickness of 20 μm or less (i.e., thin-wall molding was not possible). Therefore, solvent resistance evaluation, flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test), solvent resistance evaluation of the prepreg laminate, flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test), bending strength measurement, and water absorption resistance evaluation were not performed.

また、比較例9においては、ポリブチレンテレフタレート樹脂が難燃剤フィラー(径:2~20μm)を含有しているため、20μm以下の厚さを有する熱可塑性樹脂フィルムを作製することができなかった(すなわち、薄肉成形を行うことができなかった)。従って、耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)、プリプレグ積層体の耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/V燃焼試験)、曲げ強度の測定、及び耐吸水性評価を行わなかった。 In Comparative Example 9, since the polybutylene terephthalate resin contains a flame retardant filler (diameter: 2 to 20 μm), it was not possible to produce a thermoplastic resin film having a thickness of 20 μm or less (i.e., thin-wall molding was not possible). Therefore, solvent resistance evaluation, flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test), solvent resistance evaluation of the prepreg laminate, flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test), bending strength measurement, and water absorption resistance evaluation were not performed.

また、比較例10においては、ポリブチレンテレフタレート樹脂が難燃剤フィラー(径:2~20μm)を含有しているため、20μm以下の厚さを有する熱可塑性樹脂フィルムを作製することができなかった(すなわち、薄肉成形を行うことができなかった)。従って、耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/VTM燃焼試験)、プリプレグ積層体の耐溶剤性評価、難燃性評価(UL94/V燃焼試験)、曲げ強度の測定、及び耐吸水性評価を行わなかった。 In addition, in Comparative Example 10, since the polybutylene terephthalate resin contains a flame retardant filler (diameter: 2 to 20 μm), it was not possible to produce a thermoplastic resin film having a thickness of 20 μm or less (i.e., thin-wall molding was not possible). Therefore, solvent resistance evaluation, flame retardancy evaluation (UL94/VTM combustion test), solvent resistance evaluation of the prepreg laminate, flame retardancy evaluation (UL94/V combustion test), bending strength measurement, and water absorption resistance evaluation were not performed.

Figure 0007611086000001
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Figure 0007611086000002
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表1に示すように、実施例1~3の熱可塑性樹脂フィルムにおいては、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤のリン元素含有量が1.6質量%以上2質量%未満であるため、穴あき、及びブロッキングに起因する加工不良を生じることなく(すなわち、薄肉製膜性に優れ)、UL94規格に準拠したVTM試験(UL94/VTM燃焼試験)において、VTM-2に適合する難燃性を有する熱可塑性樹脂フィルムを得ることができることが分かる。 As shown in Table 1, in the thermoplastic resin films of Examples 1 to 3, the phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant relative to the entire thermoplastic resin film is 1.6% by mass or more and less than 2% by mass, so it is possible to obtain a thermoplastic resin film with flame retardancy that meets VTM-2 in the VTM test (UL94/VTM combustion test) in accordance with the UL94 standard without processing defects due to holes and blocking (i.e., excellent thin-film formability).

また、実施例1~3の熱可塑性樹脂フィルムにおいては、JIS K 7114に準拠して測定された、エチレンカーボネート中及びアセトン中に23℃で30分浸漬した後の重量減少率が5%未満であるため、溶剤(エチレンカーボネートとアセトン)に対する耐溶剤性(耐薬品性)に優れていることが分かる。 In addition, the thermoplastic resin films of Examples 1 to 3 showed a weight loss of less than 5% after immersion in ethylene carbonate and acetone at 23°C for 30 minutes, as measured in accordance with JIS K 7114, demonstrating that they have excellent solvent resistance (chemical resistance) to solvents (ethylene carbonate and acetone).

また、実施例1~3のプリプレグ積層体においては、UL94規格に準拠したV試験(UL94/V燃焼試験)において、V-0に適合する難燃性を有するとともに、JIS K 7070:1999(繊維強化プラスチックの耐薬品性試験方法)に準拠して測定された曲げ強度の保持率が80%以上であるため、溶剤(エチレンカーボネートとアセトン)に対する耐溶剤性(耐薬品性)に優れていることが分かる。 The prepreg laminates of Examples 1 to 3 also have flame retardancy that meets V-0 in the V test (UL94/V combustion test) based on the UL94 standard, and the retention of bending strength measured in accordance with JIS K 7070:1999 (chemical resistance test method for fiber-reinforced plastics) is 80% or more, indicating that they have excellent solvent resistance (chemical resistance) to solvents (ethylene carbonate and acetone).

また、実施例1~3のプリプレグ積層体においては、曲げ強度が1000MPa以上であるため、強度に優れるとともに、吸水後の強度の保持率が90%以上であるため、吸水後も高い強度を維持することができることが分かる。 In addition, the prepreg laminates of Examples 1 to 3 have excellent strength, with a bending strength of 1000 MPa or more, and the strength retention rate after water absorption is 90% or more, indicating that high strength can be maintained even after water absorption.

一方、比較例3の熱可塑性樹脂フィルムにおいては、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤のリン元素含有量が1.6質量%未満(1.5質量%)であるため、UL94規格に準拠したVTM試験(UL94/VTM燃焼試験)において、VTM-notとなり、VTM-2に適合する難燃性を有する熱可塑性樹脂フィルムを得ることができないことが分かる。 On the other hand, in the thermoplastic resin film of Comparative Example 3, the phosphorus element content of the phosphorus-based flame retardant relative to the entire thermoplastic resin film is less than 1.6% by mass (1.5% by mass), so in the VTM test (UL94/VTM combustion test) in accordance with the UL94 standard, it was found to be VTM-not, and it is clear that a thermoplastic resin film having flame retardancy conforming to VTM-2 cannot be obtained.

また、比較例5の樹脂フィルムにおいては、難燃剤が含有されておらず、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤のリン元素含有量が1.6質量%未満であるため、UL94規格に準拠したVTM試験(UL94/VTM燃焼試験)において、VTM-notとなり、VTM-2に適合する難燃性を有する熱可塑性樹脂フィルムを得ることができないことが分かる。 In addition, the resin film of Comparative Example 5 does not contain a flame retardant, and the phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant in the entire thermoplastic resin film is less than 1.6 mass%, so in the VTM test (UL94/VTM combustion test) in accordance with the UL94 standard, it is VTM-not, and it is clear that a thermoplastic resin film with flame retardancy conforming to VTM-2 cannot be obtained.

また、比較例6の樹脂フィルムにおいては、樹脂とリン系難燃剤等との相溶性が悪く、加工不良によりフィルムに厚みムラが発生したため、UL94規格に準拠したVTM試験(UL94/VTM燃焼試験)において、VTM-notとなり、VTM-2に適合する難燃性を有する熱可塑性樹脂フィルムを得ることができないことが分かる。また、比較例6において使用されているポリブチレンテレフタレート樹脂2には、非晶性樹脂のポリカーボネート樹脂が10~50質量%含まれており、ポリエステル樹脂のうちポリブチレンテレフタレート樹脂が90質量%以下のため、JIS K 7114に準拠して測定された重量減少率が5%以上(16.1%)となり、アセトンに対する耐溶剤性(耐薬品性)に劣ることが分かる。 In addition, in the resin film of Comparative Example 6, the compatibility between the resin and phosphorus-based flame retardants, etc. was poor, and the thickness of the film was uneven due to poor processing, so the VTM test (UL94/VTM combustion test) in accordance with the UL94 standard resulted in a VTM-not, and it is clear that a thermoplastic resin film with flame retardancy conforming to VTM-2 cannot be obtained. In addition, the polybutylene terephthalate resin 2 used in Comparative Example 6 contains 10 to 50 mass% of polycarbonate resin, which is an amorphous resin, and the polybutylene terephthalate resin is 90 mass% or less of the polyester resin, so the weight loss rate measured in accordance with JIS K 7114 is 5% or more (16.1%), and it is clear that the solvent resistance (chemical resistance) to acetone is poor.

また、比較例11のの樹脂フィルムにおいては、ポリカーボネート樹脂が非晶性樹脂であるため、JIS K 7114に準拠して測定された重量減少率が5%以上となり、溶剤(エチレンカーボネートとアセトン)に対する耐溶剤性(耐薬品性)に劣ることが分かる。 In addition, in the resin film of Comparative Example 11, since the polycarbonate resin is an amorphous resin, the weight loss rate measured in accordance with JIS K 7114 is 5% or more, and it is clear that the solvent resistance (chemical resistance) to solvents (ethylene carbonate and acetone) is poor.

また、比較例12の樹脂フィルムにおいては、難燃剤が含有されておらず、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤のリン元素含有量が1.6質量%未満であるため、UL94規格に準拠したVTM試験(UL94/VTM燃焼試験)において、VTM-notとなり、VTM-2に適合する難燃性を有する熱可塑性樹脂フィルムを得ることができないことが分かる。 In addition, the resin film of Comparative Example 12 does not contain a flame retardant, and the phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant in the entire thermoplastic resin film is less than 1.6 mass%, so in the VTM test (UL94/VTM combustion test) in accordance with the UL94 standard, it is VTM-not, and it is clear that a thermoplastic resin film with flame retardancy conforming to VTM-2 cannot be obtained.

また、比較例13の樹脂フィルムにおいては、ポリアミド樹脂により形成されるとともに、難燃剤が含有されておらず、熱可塑性樹脂フィルムの全体に対するリン系難燃剤のリン元素含有量が1.6質量%未満であるため、UL94規格に準拠したVTM試験(UL94/VTM燃焼試験)において、VTM-notとなり、VTM-2に適合する難燃性を有する熱可塑性樹脂フィルムを得ることができないことが分かる。 In addition, the resin film of Comparative Example 13 is made of polyamide resin, does not contain a flame retardant, and the phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant in the entire thermoplastic resin film is less than 1.6 mass%, so in the VTM test (UL94/VTM combustion test) in accordance with the UL94 standard, it is VTM-not, and it is clear that a thermoplastic resin film with flame retardancy that meets VTM-2 cannot be obtained.

以上説明したように、本発明は、炭素繊維に含浸させて、プリプレグを形成するための熱可塑性樹脂フィルム、プリプレグ、およびこれを用いたプリプレグ積層体に適している。 As described above, the present invention is suitable for a thermoplastic resin film for impregnating carbon fibers to form a prepreg, a prepreg, and a prepreg laminate using the same.

10 開繊・含浸機
11 供給ローラ対
12 プレートヒーター
13 第1ローラ対
14 第2ローラ対
CS,CS1,CS2 炭素繊維
P プリプレグ
RF,RF1,RF2 熱可塑性樹脂フィルム
REFERENCE SIGNS LIST 10 Fiber opening and impregnation machine 11 Supply roller pair 12 Plate heater 13 First roller pair 14 Second roller pair CS, CS1, CS2 Carbon fiber P Prepreg RF, RF1, RF2 Thermoplastic resin film

Claims (6)

炭素繊維に含浸させてプリプレグを形成するための熱可塑性樹脂フィルムであって、
ポリエステル樹脂とリン系難燃剤とを少なくとも含有し、
前記熱可塑性樹脂フィルムの全体に対する前記リン系難燃剤におけるリン元素含有量が1.6質量%以上2質量%未満であり、
JIS K 7114に準拠して測定された、エチレンカーボネート中及びアセトン中に23℃で30分浸漬した後の重量減少率が5%未満であり、
前記リン系難燃剤が、環状ホスファゼンとポリホスフォネートとを含み、
前記熱可塑性樹脂フィルムの全体に対する前記環状ホスファゼンの含有量が4質量%以上5質量%以下であり、
前記熱可塑性樹脂フィルムの全体に対する前記ポリホスフォネートの含有量が10質量%以上11質量%以下であることを特徴とする熱可塑性樹脂フィルム。
A thermoplastic resin film for impregnating carbon fibers to form a prepreg,
Contains at least a polyester resin and a phosphorus-based flame retardant,
The phosphorus content of the phosphorus-based flame retardant relative to the entire thermoplastic resin film is 1.6% by mass or more and less than 2% by mass,
The weight loss rate after immersion in ethylene carbonate and acetone at 23° C. for 30 minutes, as measured in accordance with JIS K 7114, is less than 5%;
The phosphorus-based flame retardant comprises a cyclic phosphazene and a polyphosphonate;
The content of the cyclic phosphazene relative to the entirety of the thermoplastic resin film is 4% by mass or more and 5% by mass or less,
A thermoplastic resin film, characterized in that the content of the polyphosphonate relative to the entirety of the thermoplastic resin film is 10% by mass or more and 11% by mass or less .
前記ポリエステル樹脂がポリブチレンテレフタレート樹脂を90質量%超含むことを特徴とする請求項1に記載の熱可塑性樹脂フィルム。 The thermoplastic resin film according to claim 1, characterized in that the polyester resin contains more than 90% by mass of polybutylene terephthalate resin. 有機金属塩を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱可塑性樹脂フィルム。 3. The thermoplastic resin film according to claim 1, further comprising an organic metal salt. UL94規格に準拠したVTM試験において、VTM-2に適合する難燃性以上の難燃性を有することを特徴とする請求項1~のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂フィルム。 The thermoplastic resin film according to any one of claims 1 to 3 , characterized in that it has flame retardancy that satisfies VTM-2 or higher in a VTM test in accordance with the UL94 standard. 請求項1~請求項のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂フィルムを前記炭素繊維に含浸させたことを特徴とするプリプレグ。 A prepreg, comprising carbon fibers impregnated with the thermoplastic resin film according to any one of claims 1 to 4 . 請求項に記載のプリプレグを積層したことを特徴とするプリプレグ積層体。 A prepreg laminate comprising the prepreg according to claim 5 laminated thereon.
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