JP2004035604A

JP2004035604A - セミ含浸プリプレグ

Info

Publication number: JP2004035604A
Application number: JP2002190870A
Authority: JP
Inventors: Toru Kaneko; 金子　徹; Sadataka Umemoto; 梅元　禎孝; Kiyoto Sasaki; 佐々木　清人
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】外部から加圧することのない真空バッグ成形を行ってもボイドが発生せず、成形品の反りを防止することができるプリプレグを提供する。
【解決手段】樹脂フィルムの片面又は両面に、面対称の繊維強化材を貼着したセミ含浸プリプレグ、及び樹脂フィルムの両面に、互いに面対称である繊維強化材を貼着したセミ含浸プリプレグ。面対称の繊維強化材として多軸織物を使用する。樹脂フィルムの樹脂量は、セミ含浸プリプレグ全重量に対して３５〜５５％とする。樹脂フィルムにはキャリアを用いることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂フィルムに繊維強化材を積重して繊維強化材の一部に樹脂フィルムの樹脂を含浸させたセミ含浸プリプレグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリプレグは、繊維強化材に熱硬化性樹脂を含浸し、手作業で容易に取扱うことができる程度に硬化反応を進めた成形材料である。主として、炭素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維などの繊維強化材とエポキシ系の樹脂を用いて構成したプリプレグが用いられている。
【０００３】
プリプレグの成形は、型の内面に敷設した複数枚のプリプレグを加圧下で加熱硬化させることにより行う。プリプレグはその構造から表面にタックがあり、積層する際にプリプレグ間にエアーを噛み込む。このため、外部から十分加圧することなく大気圧で加圧成型を行う真空バッグ成形の場合には、得られる成形品中にはエアーの残存によるボイドが発生し、成形品の物性が低下してしまうという問題がある。従って、プリプレグの成形は、外部から加圧を行うオートクレーブ成形等を行って、プリプレグ間に噛み込んだエアーを強制的に抜くことが必要である。
【０００４】
このようなボイドの発生を防ぐため、プリプレグに代えて繊維強化材と熱硬化性樹脂の樹脂フィルムを用いる方法が用いられている（特開平５−２６９９０９号公報）。この方法は、繊維強化材と樹脂フィルムを積重した後加熱して樹脂フィルムの樹脂を繊維強化材に含浸させるとともに硬化させ成形品とする。また、国際公開ＷＯ００／２７６３２には、樹脂層の少なくとも一面に繊維強化材を積重した成形材料が開示されている。
【０００５】
これらの成形材料はボイドの発生を抑制することができるものの、成形品とした場合に反りが生じるという問題を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、外部から機械的に加圧することのない真空バッグ成形による成形を行ってもボイドが発生せず、成形品の反りを防止することができる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】
上記課題を解決する本発明は、以下に記載するものである。
【０００８】
〔１〕　樹脂フィルムの片面又は両面に、面対称の繊維強化材を貼着したセミ含浸プリプレグ。
【０００９】
〔２〕　樹脂フィルムの両面に、互いに面対称である繊維強化材を貼着したセミ含浸プリプレグ。
【００１０】
〔３〕　繊維強化材が多軸織物である〔１〕又は〔２〕に記載のセミ含浸プリプレグ。
【００１１】
〔４〕　繊維強化材１枚当りの目付が２００〜３０００ｇ／ｍ^２である〔１〕又は〔２〕に記載のセミ含浸プリプレグ。
【００１２】
〔５〕　樹脂フィルムの樹脂量が、セミ含浸プリプレグ全重量に対して３５〜５５％である〔１〕又は〔２〕に記載のセミ含浸プリプレグ。
【００１３】
〔６〕　樹脂フィルムが、キャリアの少なくとも一面に樹脂を塗布したものである〔１〕又は〔２〕に記載のセミ含浸プリプレグ。
【００１４】
〔７〕　樹脂フィルムが、樹脂層の両面にキャリアを積層したものである〔１〕又は〔２〕に記載のセミ含浸プリプレグ。
【００１５】
〔８〕　樹脂フィルムが、キャリアと樹脂層とを交互に積層したものである〔１〕又は〔２〕に記載のセミ含浸プリプレグ。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のセミ含浸プリプレグの一例を示す概略図である。セミ含浸プリプレグ１は、樹脂フィルム５に面対称の繊維強化材３を貼着してなる。繊維強化材は面対称のものであれば特に制限されないが、織物を用いることが好ましい。面対称の織物を用いることにより、成形品とした場合に成形品の反りを防止することができる。面対称の織物としては、多軸織物を挙げることができる。多軸織物とは、一方向に引き揃えたシート状の繊維強化材を角度を変えて積層し、ナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。
【００１７】
面対称の多軸織物の一例の概略図を図５に示す。この例では多軸織物１０は、繊維の引き揃えた方向が順に−４５°、＋４５°、０°、＋４５°、−４５°となるように積層した５層の繊維強化材を厚さ方向にパンチングしてなる。他の面対称の多軸織物の例としては、〔＋４５／−４５／−４５／＋４５〕、〔０／＋４５／−４５／−４５／＋４５／０〕等を挙げることができる。一方向に引き揃えた繊維強化材を積層する角度はこれらに限定されず、任意の角度とすることができる。
【００１８】
多軸織物の厚さは用途により適宜選択するものであるが、通常０．２〜３ｍｍが好ましい。
【００１９】
繊維強化材１枚当りの目付は２００〜３０００ｇ／ｍ^２が好ましく、４００〜２０００ｇ／ｍ^２がより好ましい。３０００ｇ／ｍ^２を超えると取扱い性が悪くなり、２００ｇ／ｍ^２未満では積層する際に手間がかかる傾向がある。
【００２０】
繊維強化材としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等の通常のプリプレグに用いる強化繊維が使用できる。中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。
【００２１】
図１において、繊維強化材３は、樹脂フィルム５の樹脂が含浸した樹脂含浸層７と樹脂が含浸していない未含浸層９とからなる。セミ含浸プリプレグ１は表面までは樹脂が含浸しておらず、従ってプリプレグの表面にタックが生じることがない。
【００２２】
樹脂フィルムに用いる樹脂は、通常のプレプリグ製造に用いる熱硬化性樹脂が使用できる。具体的には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂を予備重合した樹脂等が挙げられ、本発明においてはこれらの樹脂の混合物を使用することもできる。繊維強化複合材料を用途とする場合には、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂組成物が好ましい。
【００２３】
これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤等が含まれていてもよい。
【００２４】
熱硬化性樹脂の硬化温度は、６０〜１８０℃となるよう調製することが好ましく、７０〜１３０℃に調製することがより好ましい。また、樹脂フィルムに用いる樹脂の粘度は、加熱時に０．１〜１０Ｐａ・ｓに粘度減少するものを用いることが好ましい。
【００２５】
樹脂フィルムの樹脂量はセミ含浸プリプレグ全重量に対して３５〜５５％とすることが好ましい。
【００２６】
図１は樹脂フィルムの片面に繊維強化材を積重し貼着した場合を示すが、面対称の繊維強化材を両面に積重してもよい。
【００２７】
図２は、本発明のセミ含浸プリプレグの他の例を示す概略図である。セミ含浸プリプレグ１ａは、樹脂フィルム５ａに繊維強化材２ａ及び３ａを貼着してなる。繊維強化材２ａ及び３ａはそれ自体が面対称である必要はないが、繊維強化材２ａ及び３ａは樹脂フィルム５ａに対して互いに面対称である必要がある。繊維強化材２ａ及び３ａを互いに面対称とすることにより、成形品とした場合に成形品の反りを防止することができる。
【００２８】
互いに面対称となる多軸織物の組合わせとしては、例えば〔＋４５／−４５〕及び〔−４５／＋４５〕、〔０／＋４５／−４５〕及び〔−４５／＋４５／０〕、〔＋４５／０／−４５／９０〕及び〔９０／−４５／０／＋４５〕等を挙げることができる。
【００２９】
上記セミ含浸プリプレグの製造方法は、樹脂フィルムの片面又は両面に繊維強化材を積重し、０．０１〜０．５ＭＰａで加圧下、室温〜１００℃で０．１〜５分加熱することにより製造することができる。
【００３０】
繊維強化材への熱硬化性樹脂フィルムの樹脂の含浸は、プリプレグ表面まで樹脂が含浸しない程度であれば良いが、繊維強化材の厚さの５〜５０％とすることが好ましい。
【００３１】
図３及び図４は本発明のセミ含浸プリプレグの他の例を示すものである。図３に示す例にあっては、樹脂フィルム５ｂのほぼ中央にシート状のキャリア１４を介装している。図４に示す例は、樹脂フィルム５ｃは樹脂層１６と樹脂層１６の両面に貼着した２枚のキャリア１７及び１８からなる。
【００３２】
本発明のセミ含浸プリプレグを製造する場合に使用する樹脂フィルムは高粘度で保形性が悪く、取扱い難い。高粘度樹脂の取扱い性を高めるため、キャリアを使用することが好ましい。キャリアの片面又は両面に樹脂を塗布し樹脂層を形成した樹脂フィルムは保形性が付与され取扱い性に優れる。この樹脂フィルムに繊維強化材を上記の条件で加熱して貼着することによりキャリアを使用したセミ含浸プリプレグを製造できる。図３に示す樹脂フィルムのほぼ中央にキャリアを介装したプリプレグは、キャリアの両面に樹脂層を形成し、更にこの樹脂層に繊維強化材を貼着することにより製造する。図４に示す樹脂層の両面にキャリアを貼着したプリプレグは、キャリアの片面に樹脂層を形成した後この樹脂層にキャリアを貼着し、更に繊維強化材を積重して上記の条件で加熱して貼着することにより製造する。キャリアとしては、ガラス繊維シート、炭素繊維シート、アラミド繊維シート、ポリエチレンフィルム、セルロース繊維シートを用いることができる。
【００３３】
なお、キャリアを使用した樹脂フィルムは２枚以上を重ねてもよい。キャリアを有する樹脂フィルムを複数枚積層してキャリアと樹脂層を交互に積層したものを本発明のセミ含浸プリプレグに使用できる。複数層のキャリアとすることによりセミ含浸プリプレグ全重量に対する樹脂の含有量を高めることができる。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００３５】
実施例１
エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン社製）を８０質量部、エピコート１００１（ジャパンエポキシレジン社製）を２０質量部、ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン社製）を５質量部、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルユリア（保士谷化学工業社製）を５質量部計量し、７０℃でロールミルで混錬し、樹脂組成物を得た。　その後、７０℃でドクターブレード法により樹脂目付１０００ｇ／ｍ^２の樹脂フィルムを作製し、樹脂フィルムの片面にガラス織物ＷＰ０３（日東紡績社製）を貼り付け、キャリア付き樹脂フィルムを得た。
【００３６】
キャリア付き樹脂フィルムの両面に、炭素繊維ＨＴＡ−１２Ｋ（東邦テナックス社製）を使用した多軸織物（〔０／＋４５／−４５〕：ＣＦ目付　６００ｇ／ｍ^２）と　（〔−４５／＋４５／０〕：ＣＦ目付６００ｇ／ｍ^２）とを７０℃に加熱した加熱ローラーで、圧力　０．０１ＭＰａで、２ｍ／分の速度で貼りあわせ、［０／＋４５／−４５〕／　樹脂フィルム　／　〔−４５／＋４５／０〕の樹脂フィルムに対し面対称であるセミ含浸プリプレグを得た。
【００３７】
離型処理をした平らなアルミ板の上に、寸法３００ｍｍ×４００ｍｍの実施例１で得た樹脂フィルムに対し面対称であるセミ含浸プリプレグ　　〔０／＋４５／−４５〕／　樹脂フィルム　／　〔−４５／＋４５／０〕　を積層し、その上にピールクロスを積層した。　その後、積層した材料全体をナイロンバック（ＷＲＩＧＨＴＬＯＮ　＃７４００、ＡＩＲＴＥＣＨ社製）で覆い、型とナイロンバックをシーラントテープでシールし、バック内を真空ポンプで減圧した。
【００３８】
その後、硬化炉内で１３０℃で２時間、真空ポンプで減圧しながらセミ含浸プリプレグを加熱硬化し、板圧１．５ｍｍのＣＦＲＰ板を得た。　ＣＦＲＰ板には反りが発生せず、平らな板が得られた。
【００３９】
実施例２
エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン社製）を８０質量部、エピコート１００１（ジャパンエポキシレジン社製）を２０質量部、ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン社製）を５質量部、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルユリア（保士谷化学工業社製）を５質量部計量し、７０℃でロールミルで混錬し、樹脂組成物を得た。　その後、７０℃でドクターブレード法により樹脂目付１０００ｇ／ｍ^２の樹脂フィルムを作製し、樹脂フィルムの片面にガラス織物ＷＰ０３（日東紡績社製）を貼り付け、キャリア付き樹脂フィルムを得た。
【００４０】
キャリア付き樹脂フィルムの樹脂面に、炭素繊維ＨＴＡ−１２Ｋ（東邦テナックス社製）を使用した面対称の多軸織物［０／＋４５／−４５／−４５／＋４５／０　：　ＣＦ目付　１２００ｇ／ｍ^２］　を７０℃に加熱した加熱ローラーで、圧力０．０１ＭＰａで、２ｍ／分の速度で貼りあわせ、セミ含浸プリプレグを得た。
【００４１】
離型処理をした平らなアルミ板の上に、寸法３００ｍｍ×４００ｍｍの上記セミ含浸プリプレグを積層し、その上にピールクロスを積層した。　その後、積層した材料全体をナイロンバック（ＷＲＩＧＨＴＬＯＮ　＃７４００、ＡＩＲＴＥＣＨ社製）で覆い、型とナイロンバックをシーラントテープでシールし、バック内を真空ポンプで減圧した。
【００４２】
その後、硬化炉内で１３０℃で２時間、真空ポンプで減圧しながらセミ含浸プリプレグを加熱硬化し、板圧１．５ｍｍのＣＦＲＰ板を得た。　ＣＦＲＰ板には反りが発生せず、平らな板が得られた。
【００４３】
比較例１
エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン社製）を８０質量部、エピコート１００１（ジャパンエポキシレジン社製）を２０質量部、ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン社製）を５質量部、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルユリア（保士谷化学工業社製）を５質量部計量し、７０℃でロールミルで混錬し、樹脂組成物を得る。　その後、７０℃でドクターブレード法により樹脂目付１０００ｇ／ｍ^２の樹脂フィルムを作製し、樹脂フィルムの片面にガラス織物ＷＰ０３（日東紡績社製）を貼り付け、キャリア付き樹脂フィルムを得た。
【００４４】
キャリア付き樹脂フィルムの両面に、炭素繊維ＨＴＡ−１２Ｋ（東邦テナックス社製）を使用した多軸織物（〔０／＋４５／−４５〕：ＣＦ目付　６００ｇ／ｍ^２）と　（〔＋４５／−４５／０〕：ＣＦ目付６００ｇ／ｍ^２）とを７０℃に加熱した加熱ローラーで、圧力０．０１ＭＰａで、２ｍ／分の速度で貼りあわせ、［０／＋４５／−４５〕／　樹脂フィルム　／　〔＋４５／−４５／０〕のセミ含浸プリプレグを得た。
離型処理をした平らなアルミ板の上に、寸法３００ｍｍ×４００ｍｍの上記セミ含浸プリプレグを積層し、その上にピールクロスを積層した。　その後、積層した材料全体をナイロンバック（ＷＲＩＧＨＴＬＯＮ　＃７４００、ＡＩＲＴＥＣＨ社製）で覆い、型とナイロンバックをシーラントテープでシールし、バック内を真空ポンプで減圧した。
【００４５】
その後、硬化炉内で１３０℃で２時間、真空ポンプで減圧しながらセミ含浸プリプレグを加熱硬化し、板圧１．５ｍｍのＣＦＲＰ板を得た。　ＣＦＲＰ板には１５ｍｍの反りが発生し、平らな板は得られなかった。
【００４６】
比較例２
エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン社製）を８０質量部、エピコート１００１（ジャパンエポキシレジン社製）を２０質量部、ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン社製）を５質量部、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルユリア（保士谷化学工業社製）を５質量部計量し、７０℃でロールミルで混錬し、樹脂組成物を得た。　その後、７０℃でドクターブレード法により樹脂目付１０００ｇ／ｍ^２の樹脂フィルムを作製し、樹脂フィルムの片面にガラス織物ＷＰ０３（日東紡績社製）を貼り付け、キャリア付き樹脂フィルムを得た。
【００４７】
キャリア付き樹脂フィルムの樹脂面に、炭素繊維ＨＴＡ−１２Ｋ（東邦テナックス社製）を使用した多軸織物〔＋４５／０／−４５／９０：　ＣＦ目付　１２００ｇ／ｍ^２］　を７０℃に加熱した加熱ローラーで、圧力０．０１ＭＰａで、２ｍ／分の速度で貼りあわせ、セミ含浸プリプレグを得た。
【００４８】
離型処理をした平らなアルミ板の上に、寸法３００ｍｍ×４００ｍｍの上記セミ含浸プリプレグを積層し、その上にピールクロスを積層した。　その後、積層した材料全体をナイロンバック（ＷＲＩＧＨＴＬＯＮ　＃７４００、ＡＩＲＴＥＣＨ社製）で覆い、型とナイロンバックをシーラントテープでシールし、バック内を真空ポンプで減圧した。
【００４９】
その後、硬化炉内で１３０℃で２時間、真空ポンプで減圧しながらセミ含浸プリプレグを加熱硬化し、板圧１．５ｍｍのＣＦＲＰ板を得た。　ＣＦＲＰ板には４０ｍｍの反りが発生し、平らな板は得られなかった。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のセミ含浸プリプレグは繊維強化材が面対称又は樹脂フィルムに貼着する繊維強化材が互いに面対称の構成となっているため、加熱成形後の成形品に反りが生じない。本発明のプリプレグは従来のプリプレグと同様の方法を用いて成形品とすることができるが、表面のタック性が低いため、真空バッグ成形に特に適したものである。真空バッグ成形を行っても、従来のプリプレグのようなボイドを生じることがなく、高品位の成形品を得ることができる。従って、オートクレーブ成形を行うことが不可能な大型の成形品であっても一体成形を行うことができる。更に、樹脂フィルムとして樹脂層にキャリアを使用する場合は、簡単に本発明セミ含浸プリプレグを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセミ含浸プリプレグの一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明のセミ含浸プリプレグの他の例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明のセミ含浸プリプレグの他の例を示す概略斜視図である。
【図４】本発明のセミ含浸プリプレグの他の例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明のセミ含浸プリプレグに用いられる多軸織物の一例をを示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ　　セミ含浸プリプレグ
２ａ、２ｂ、２ｃ、３、３ａ、３ｂ、３ｃ　　繊維強化材
５、５ａ、５ｂ、５ｃ　　樹脂フィルム
７、７ａ、７ｂ、７ｃ　　樹脂含浸層
９、９ａ、９ｂ、９ｃ　　未含浸層
１０　　多軸織物
１２、１３、１６　　樹脂層
１４、１７、１８　　キャリア

Claims

樹脂フィルムの片面又は両面に、面対称の繊維強化材を貼着したセミ含浸プリプレグ。
樹脂フィルムの両面に、互いに面対称である繊維強化材を貼着したセミ含浸プリプレグ。
繊維強化材が多軸織物である請求項１又は２に記載のセミ含浸プリプレグ。
繊維強化材１枚当りの目付が２００〜３０００ｇ／ｍ^２である請求項１又は２に記載のセミ含浸プリプレグ。
樹脂フィルムの樹脂量が、セミ含浸プリプレグ全重量に対して３５〜５５％である請求項１又は２に記載のセミ含浸プリプレグ。
樹脂フィルムが、キャリアの少なくとも一面に樹脂を塗布して樹脂層を形成したものである請求項１又は２に記載のセミ含浸プリプレグ。
樹脂フィルムが、樹脂層の両面にキャリアを積層したものである請求項１又は２に記載のセミ含浸プリプレグ。
樹脂フィルムが、キャリアと樹脂層とを交互に積層したものである請求項１又は２に記載のセミ含浸プリプレグ。