JP6673474B2 - プリプレグおよび繊維強化複合材料 - Google Patents
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Description
本願は、2017年3月24日に、日本に出願された特願2017−058507号、2017年3月24日に、日本に出願された特願2017−058508号、及び2018年2月23日に、日本に出願された特願2018−030289号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)層間領域に高靱性なポリアミド等の微粒子を配置した繊維強化複合材料(特許文献1、2)。
(2)層間領域に特定の粒子径分布指数、真球度およびガラス転移温度を有する微粒子を配置し、マトリックス樹脂にエラストマー成分を含ませた特定の繊維強化複合材料(特許文献3)。
(3)層間領域に高靱性なポリアミドの微粒子を配置し特異なモルホロジーを形成させた繊維強化複合材料、および製造方法。(特許文献4、5)。
近年、航空機の構造材、風車のブレード等の大型かつ3次元的な曲面形状を有する部材への繊維強化複合材料の適応が進められている。大型部材や3次元的な曲面形状を有する部材に引張や圧縮の応力が負荷された場合、繊維強化複合材料の層間領域に面外方向への引き剥がし応力が発生する。よって、繊維強化複合材料の層間領域において生じた亀裂の進行を抑制するモードI層間破壊靱性およびモードII層間破壊靱性が重要な特性となっている。
(2)の繊維強化複合材料は、衝撃後圧縮強度の向上に有効なモードII層間破壊靱性および大型化や3次元的な曲面形状のような複雑化に必要なモードI層間破壊靱性が高い。しかし、成型後の微粒子のモルホロジーや微粒子とマトリックス樹脂組成物との界面性状に関して十分に考慮されておらず、繊維強化複合材料の製造条件によっては特許文献2と同様に繊維強化複合材料の層間領域に面外方向への引き剥がし応力により生じた亀裂が層間領域に安定して留まることが出来ないため、微粒子配置の効果が十分に得ることが出来ない。
(3)の特許文献には、層間領域に高靱性なポリアミドの微粒子を配置し特異なモルホロジーを形成させることで、モードI層間破壊靱性およびモードII層間破壊靱性に優れた繊維強化複合材料を製造できる方法が開示されている。しかし、硬化温度や昇温速度等の製造条件に制約がかかり、前記特異なモルホロジーを形成させることができなければ、十分なモードI層間破壊靱性およびモードII層間破壊靱性は発現しない。
[1] (A)成分、(B)成分および(C)成分を含むプリプレグであって、
前記(A)が強化繊維基材であり、
前記(B)がエポキシ樹脂組成物であり、
前記(C)成分が(c1)成分または(c2)成分であり、
前記(c1)成分がポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子とを含み、
前記(c2)成分が融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子を含む、プリプレグ。
[2] 前記(C)成分が前記(c1)成分である、[1]に記載のプリプレグ。
[3] 前記(C)成分が前記(c1)成分であり、
[ポリアミド粒子]:[熱硬化性ポリイミド粒子]で表される質量比が60:40〜95:5である、[1]または[2]に記載のプリプレグ。
[4] 前記(C)成分が前記(c1)成分であり、
前記(c1)成分中のポリアミド粒子の融点が140℃〜175℃である、[1]から[3]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[5] 前記(C)成分が前記(c1)成分であり、
前記(c1)中のポリアミド粒子が結晶性共重合ナイロン粒子である、[1]から[4]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[6] 前記(C)成分が前記(c1)成分であり、
前記(c1)中のポリアミド粒子が、ナイロン12とナイロン6との共重合体からなる真球形状の粒子である、[1]から[4]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[7] 前記(C)成分が前記(c2)成分である、[1]に記載のプリプレグ。
[8] 前記融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子が、結晶性共重合ナイロン粒子である、[7]に記載のプリプレグ。
[9] 前記融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子が、ナイロン12とナイロン6との共重合体からなる真球形状の粒子である、[7]に記載のプリプレグ。
[10] 前記(C)成分が前記(c2)成分であり、
前記(c2)が、更に熱硬化性ポリイミド粒子を含む、[1]、および[7]から[9]のいずれかに記載のプリプレグ。
[11]
前記(C)成分が前記(c2)成分であり、
前記(c2)が、更に熱硬化性ポリイミド粒子を含み、
前記熱硬化性ポリイミド粒子が、下記一般式(1)または下記一般式(2)の化学構造を含む、[1]、および[7]〜[10]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[13] 前記(A)成分が強化繊維を含み、前記強化繊維が炭素繊維である、[1]から[12]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[14] 前記(B)成分が、エポキシ樹脂、及び芳香族ポリアミンを含有し、
前記エポキシ樹脂が、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂を含有し、
前記ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂の総質量に対し、60〜100質量%である、[1]から[13]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[15] 前記(C)成分の含有量が、前記(B)成分100質量部に対し5〜25質量部である、[1]〜[14]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[16] [1]から[15]のいずれか一項に記載のプリプレグを2枚以上積層し、前記(B)成分の硬化温度以上で加熱してなる繊維強化複合材料。
[17] (A)成分、(B’)成分および(C)成分を含む繊維強化複合材料であって、
前記(A)成分が強化繊維基材であり、
前記(B’)成分がエポキシ樹脂組成物の硬化物であり、
前記(C)成分が(c1)成分又は(c2)成分であり、
前記(c1)成分がポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子とを含み、
前記(c2)成分が融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子を含み、
前記(A)成分が複数枚積層されており、かつ前記(C)成分が前記(A)成分の層間に存在する、繊維強化複合材料。
前記エポキシ樹脂が、オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂を含有する、[1]から[15]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[19] 前記オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂の割合は、前記(B)成分中の前記エポキシ樹脂100質量%に対し、10〜40質量%である、[18]に記載のプリプレグ。
[20] 前記(B)成分が、芳香族ポリアミンを含有し、
前記芳香族ポリアミンが4,4’−ジアミノジフェニルスルホンである、[1]から[15]、[18]、及び[19]のいずれか一項に記載のプリプレグ。
[21] 前記(B)成分が、エポキシ樹脂を含有し、
前記エポキシ樹脂が、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、及び3官能以上のエポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも1種のエポキシ樹脂を含む、[1]から[15]、および[18]から[20]に記載のプリプレグ。
本発明のプリプレグは、下記(A)成分、(B)成分および(C)成分を含むプリプレグである。
(A)成分:強化繊維基材
(B)成分:エポキシ樹脂組成物
(C)成分:(c1)成分又は(c2)成分であり、前記(c1)成分がポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子を含み、前記(c2)成分が融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子を含む。
また、本発明の繊維強化複合材料は、上記(A)成分、(B’)成分の硬化物および(C)成分を含む繊維強化複合材料であって、(A)成分が複数枚積層されており、かつ(C)成分が(A)成分の表層に存在する、繊維強化複合材料である。
更に本発明の繊維強化複合材料は、上記のプリプレグの2枚以上が積層された積層体の硬化物である。
本発明および本発明に関する説明において使用する用語は、以下の通りである。
「結晶性ポリアミド樹脂」とは、示差走査熱量測定(以下、DSCと記載する。)において融点が現れる樹脂のことを意味する。
「非晶性ポリアミド樹脂」とは、DSCにおいて融点が現れない樹脂のことを意味する。
・「層間」とはプリプレグを積層して製造された繊維強化複合材料において、積層されるプリプレグとプリプレグとの境界近傍の強化繊維の分率が小さくなっている領域を意味する。
「真球形状の粒子」とは、真球状の粒子とは、走査型電子顕微鏡(日本電子社製、JSM−6390)を用い、無作為に選ばれた10個の粒子について短径および長径を測定し、当該10個の粒子の長径に対する短径の比(短径/長径)の平均値が0.95以上である粒子のことを指す。
「融点」は、以下のように得られた結晶性樹脂のDSC曲線の融解ピーク温度である。結晶性樹脂を、室温から、推測される融点よりも約30℃高い温度まで、10℃/分で加熱し、推測される融点よりも約30℃高い温度にて10分間保った。次に結晶性樹脂を、推測される融点よりも約50℃低い温度まで10℃/分で冷却した。そして結晶性樹脂を、推測される融点よりも約30℃高い温度まで10℃/分で加熱した。
「ガラス転移温度」は、以下の通り非結晶性樹脂のDSC測定から求めた中間点ガラス転移温度である。非晶性樹脂を、室温から、推測されるガラス転移温度よりも約30℃高い温度まで、10℃/分で加熱し、推測されるガラス転移温度よりも約30℃高い温度にて10分間保った。非晶性樹脂を、推測されるガラス転移温度よりも約50℃低い温度まで急冷した非晶性樹脂を、推測されるガラス転移温度よりも約30℃高い温度まで20℃/分で加熱した。得られたDSC曲線のガラス転移温度に伴うベースラインの転移箇所において、低温側のベースラインを延長した直線と高温側のベースラインを延長した直線とから縦軸方向に等距離にある直線とベースラインの転移部分の曲線が交わる点をガラス転移温度とした。
「平均粒子径」は、粒子径分布測定によって得られた体積基準による累積分布において累積頻度50%にあたる粒子径(D50)のことを意味する。
「エポキシ樹脂」とは、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物のことを意味する。
「層間破壊靱性」とは、単位面積辺りの層間剥離亀裂を生じる際に必要なエネルギーの限界値のことを意味する。
「GIC」とは、亀裂進展初期のモードI層間破壊靱性値のことを意味する。
「GIIC」とは、亀裂進展初期のモードII層間破壊靱性値のことを意味する。
「モードI」とは、亀裂開口変位の方向が各々亀裂面に対して垂直な(開口形)変形モードのことを意味する。
「モードII」とは、亀裂開口変位の方向が亀裂面に平行で、亀裂前縁に垂直な(縦せん断形)変形モードのことを意味する。
「亀裂開口変位」とは、亀裂上下面の相対的変位をいう。
本発明の一実施形態に係る繊維強化複合材料は、特定の条件を満たす2つ以上のプリプレグを積層して硬化させてなる繊維強化複合材料である。
プリプレグは、(A)成分、(B)成分、および(C)成分を含む。
(A)成分は、強化繊維基材であり、シート状であることが好ましい。強化繊維基材は、強化繊維が単一方向に配列したものであってもよく、ランダム方向に配列したものであってもよい。
(A)成分の形態としては強化繊維の織物、および不織布、並びに強化繊維の長繊維が一方向に引き揃えられたシート等が挙げられる。
(A)成分は、比強度や比弾性率が高い繊維強化複合材料を成形することができるという観点からは、長繊維が単一方向に引き揃えられた強化繊維の束からなるシートであることが好ましく、取り扱いが容易であるという観点からは、強化繊維の織物であることが好ましい。
強化繊維の材質としては、ガラス繊維、炭素繊維(黒鉛繊維を包含する。)、アラミド繊維、およびボロン繊維等が挙げられる。強化繊維基材は、繊維強化複合材料の機械的物性および軽量化の観点から、炭素繊維基材が好ましい。
炭素繊維束における炭素繊維の本数は、1,000〜70,000本が好ましい。
(B)成分は、エポキシ樹脂組成物である。
(B)成分は、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂の硬化剤を含むことが好ましい。(B)成分は、必要に応じてエポキシ樹脂および硬化剤以外の他の成分を含んでもよい。
エポキシ樹脂としては、通常、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する2官能以上のエポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂としては、(B)成分の硬化物の耐熱性、剛性を維持したまま、靱性を向上できる点からは、オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂が好ましい。
オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂は、ウレタン変性エポキシ樹脂またはイソシアネート変性エポキシ樹脂とも呼ばれる。オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、DIC社製のEPICLON(登録商標)TSR−400、新日鉄住金化学社製のエポトート(登録商標)YD−952、DOW社製のD.E.R.(登録商標)858、旭化成イーマテリアルズ社製のLSA3301等が挙げられる。
固形であるオキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂を用いた場合、(B)成分の粘度が高くなるため、25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂および25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂のいずれか一方または両方と併用することが好ましい。
ら好ましい。
3官能のエポキシ樹脂としては、トリアジン骨格含有エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、アミノクレゾール型エポキシ樹脂等が挙げられる。
中でもアミノフェノール型エポキシ樹脂である三菱ケミカル社製のjER(登録商標)630、HUNTSMAN製のAraldite(登録商標)MY0500、MY0510、MY0600、MY0610やジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂である三菱化学社製のjER(登録商標)604、HUNTSMAN製のAraldite(登録商標)MY720、新日鐵住金化学製のYH434Lは、配合することでマトリックス樹脂組成物の粘度を大きく上げることなく、硬化したマトリックス樹脂の耐熱性や弾性率を上げることができるため好ましく、さらにジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂は上記の点に加え、硬化したマトリックス樹脂の吸水率を過度に上げることが無いためより好ましい。
(B)成分は、必要に応じて、ビスフェノールS型、ナフタレン型、ジシクロペンタジエン型、レゾルシン型、ヒドロキノン型、ビスフェノキシエタノールフルオレン型、ビスフェノールフルオレン型、ビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂等の他のエポキシ樹脂を含んでいてもよい。
硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させ得るものであればよい。
(B)成分に含まれ得る他の成分としては、公知の各種添加剤が挙げられる。
(B)成分としては、エポキシ樹脂を含み、前記エポキシ樹脂100質量%に対し、60〜100質量%がナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂であり、さらに硬化剤として芳香族ポリアミンを含むエポキシ樹脂組成物も挙げられる。この(B)成分は、必要に応じてエポキシ樹脂および硬化剤以外の他の成分を含んでもよい。以下、(B)成分が、エポキシ樹脂を含み、エポキシ樹脂100質量%に対し60〜100質量%がナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂であり、さらに硬化剤として芳香族ポリアミンを含むエポキシ樹脂組成物である場合について説明する。
エポキシ樹脂とは、通常、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する2官能以上のエポキシ樹脂であり、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂とは分子内にナフタレン環を有し、かつ2つ以上のエポキシ基を有する2官能以上のエポキシ樹脂である。通常のビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂と比較してナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂はその剛直な骨格のため、硬化物に良好な耐熱性を付与することができる。
ナフタレン骨格を有する2官能のエポキシ樹脂とは、分子内にナフタレン環を有し、かつ2つのエポキシ基を有する2官能のエポキシ樹脂である。ナフタレン骨格を有する2官能のエポキシ樹脂は前述のとおり、その剛直な骨格のため硬化後のマトリックス樹脂に良好な耐熱性を付与することができる。通常、硬化物の耐熱性付与に使用される多官能エポキシ樹脂と異なり、硬化物の架橋密度を上げないため、硬化後のマトリックス樹脂の靭性が低下してしまったり、強化繊維とマトリックス樹脂との界面の密着性が低下してしまったりして、上述の微粒子配置の効果が十分に得ることが出来ないことを防ぐことができる。またさらに多量の多官能エポキシを使用すると硬化後のマトリックス樹脂の吸水量が多くなる傾向があるが、ナフタレン骨格を有する2官能のエポキシ樹脂は硬化後のマトリックス樹脂の吸水量を多くすることも防ぐことができる。ナフタレン骨格を有する2官能のエポキシ樹脂の市販品としては、DIC社製のEPICLON(登録商標)HP−4032D、HP−4032SS等が挙げられる。
ナフタレン骨格を有する2官能のエポキシ樹脂の割合は、(B)成分中の全エポキシ樹脂100質量%に対し、50〜100質量%が好ましく、55〜90質量%がより好ましく、60〜85質量%がより一層好ましい。ナフタレン骨格を有する2官能のエポキシ樹脂の割合が前記範囲の下限値以上であれば、(B)成分の硬化物の靱性、強化繊維とマトリックス樹脂との界面の密着性、吸水量を維持したまま、硬化物の耐熱性を十分に向上できる。またナフタレン骨格を有する2官能のエポキシ樹脂は通常、液状であるため固形のエポキシ樹脂やポリエーテルスルホンのようなエポキシ樹脂に可溶な熱可塑性樹脂を一緒に使用することで、(B)成分の取扱性がよくなり、プリプレグの作製が容易になったり、プリプレグのタック性およびドレープ性がよくなったりする。
ナフタレン骨格を有する3〜4官能のエポキシ樹脂とは、分子内にナフタレン骨格を有し、かつ3〜4個のエポキシ基を有する3〜4官能のエポキシ樹脂である。ナフタレン骨格を有する3〜4官能のエポキシ樹脂は前述のとおり、その剛直な骨格のため硬化後のマトリックス樹脂に良好な耐熱性を付与することができ、さらに硬化物の架橋密度を上げることでも硬化後のマトリックス樹脂に良好な耐熱性を付与することができる。ナフタレン骨格を有する3〜4官能のエポキシ樹脂の市販品としては、DIC株式会社製のEPICLON(登録商標)HP−4700、HP−4710、HP−4770、日本化薬株式会社製のNC−7000L、NC−7300L等が挙げられる。
ナフタレン骨格を有する3〜4官能のエポキシ樹脂の割合は、(B)成分中の全エポキシ樹脂100質量%に対し、5〜50質量%が好ましく、10〜40質量%がより好ましく、15〜35質量%がより一層好ましい。ナフタレン骨格を有する3〜4官能のエポキシ樹脂の割合が前記範囲の下限値以上であれば、(B)成分の硬化物の耐熱性を十分に向上できる。一方で上限値以下であれば(B)成分の硬化物の靱性、強化繊維とマトリックス樹脂との界面の密着性、吸水量を十分に維持でき、さらに(B)成分の粘度が高くなりすぎないため、(B)成分の取扱性がよく、プリプレグの作製が容易であり、プリプレグのタック性およびドレープ性がよくなる。
(B)成分は、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂に加えて、必要に応じて、オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂、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、トリアジン骨格含有エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、アミノクレゾール型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、芳香族グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型、レゾルシン型、ヒドロキノン型、ビスフェノキシエタノールフルオレン型、ビスフェノールフルオレン型、ビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂等の他のエポキシ樹脂を含んでいてもよい。
25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂および25℃で固形のビスフェノールF型エポキシ樹脂は、25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂および25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂に比べ、耐熱性がやや低下するものの、(B)成分の粘度調整や(B)成分の硬化物に靱性を付与することができる。
25℃で固形のビスフェノールF型エポキシ樹脂は、25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂に比べやや耐熱性が劣るものの、(B)成分の硬化物に比較的高い弾性率を付与できる点から好ましい。25℃で固形のビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、三菱ケミカル社製のjER(登録商標)4004P、jER(登録商標)4005P、jER(登録商標)4007P、jER(登録商標)4010P、新日鉄住金化学社製のエポトート(登録商標)YD−2001、エポトート(登録商標)YD−2004等が挙げられる。
より一層、(B)成分の硬化物の耐熱性を向上させるためにトリアジン骨格含有エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、アミノクレゾール型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、芳香族グリシジルアミン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂を含んでもよい。
(B)成分は、硬化剤として芳香族ポリアミンを含むことが好ましい。芳香族ポリアミンを硬化剤として使用することで良好な耐熱性の硬化物を得ることができる。
芳香族ポリアミンとしては、硬化剤としては、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、メタキシレンジアミン、メタフェニレンジアミンおよびこれらのアルキル置換体等の誘導体や異性体などがある。中でも(B)成分の硬化物により良好な耐熱性および靭性を付与できる点からジアミノジフェニルスルホンが好ましい。
硬化剤の添加量は、硬化剤の種類によって異なる。硬化剤がジアミノジフェニルスルホンである場合、ジアミノジフェニルスルホンの添加量は、エポキシ樹脂のエポキシ基1当量に対してジアミノジフェニルスルホンの活性水素当量数が0.9〜1.5倍となる量が好ましく、1.05〜1.4倍となる量がより好ましく1.1〜1.3倍となる量がより一層好ましい。ジアミノジフェニルスルホンの添加量が前記範囲内であれば、(B)成分の硬化物の耐熱性および靱性がさらに優れる。
3,3’−ジアミノジフェニルスルホンは、4,4’−ジアミノジフェニルスルホンと比較して、より高弾性の硬化物を得ることができるが、硬化物の耐熱性の面は劣ったり、後述の(C)成分、特に(C)成分と(B)成分との界面の接着が弱くなり、繊維強化複合材料の層間破壊靱性が低下したりする場合もある。4,4’−ジアミノジフェニルスルホンは、3,3’−ジアミノジフェニルスルホンと比較して、得られる硬化物の弾性が劣るが、硬化物の耐熱性に優れ、かつ後述の(C)成分、特に(C)成分と(B)成分との界面の接着が弱くなりにくく、繊維強化複合材料の層間破壊靱性をより高く発現できる場合がある。よって、繊維強化複合材料の圧縮特性が求められる用途においては3,3’−ジアミノジフェニルスルホンがより好ましく、繊維強化複合材料の耐熱性や層間破壊靱性が求められる用途においては4,4’−ジアミノジフェニルスルホンがより好ましい。また用途によっては、3,3’−ジアミノジフェニルスルホンと4,4’−ジアミノジフェニルスルホンとを共に使用することも可能である。3,3’−ジアミノジフェニルスルホンの市販品としては三井化学ファイン株式会社の3,3’−DASが挙げられ、4,4’−ジアミノジフェニルスルホンの市販品としては和歌山精化工業株式会社のセイカキュアSが挙げられる。
(B)成分に含まれ得る他の成分としては、公知の各種添加剤が挙げられる。
添加剤としては、ポリエーテルスルホン等のエポキシ樹脂に可溶な熱可塑性樹脂、エラストマー微粒子((C)成分を除く。)、コアシェル型エラストマー微粒子、アクリル樹脂等から構成されるブロック共重合体、分子中に1つのエポキシ基を有する化合物、希釈剤、無機粒子(シリカ等)、炭素質成分(カーボンナノチューブ等)、難燃剤(リン化合物等)、脱泡剤等が挙げられる。添加剤としては、(B)成分の硬化物の耐熱性を低下させることなく靱性を向上させる点から、コアシェル型エラストマー微粒子やアクリル樹脂等から構成されるブロック共重合体が好ましい。
コアシェル型エラストマー微粒子の市販品としては、三菱レイヨン社製のメタブレン(登録商標)、アイカ工業社製のスタフィロイド、ダウケミカル社製のパラロイド(登録商標)等が挙げられる。
コアシェル型エラストマー微粒子は、エポキシ樹脂にあらかじめ分散されていてもよい。コアシェル型エラストマー微粒子分散エポキシ樹脂の市販品としては、カネカ社製のカネエース(登録商標)、日本触媒社製のアクリセット(登録商標)BPシリーズ等が挙げられる。コアシェル型エラストマー微粒子分散エポキシ樹脂は、(B)成分の調製を容易にするだけでなく、(B)成分中のコアシェル型エラストマー微粒子の分散状態を良好にすることができる点から、好ましく用いられる。
アクリル樹脂等から構成されるブロック共重合体の市販品としては、Arkema社製のNanostrength(登録商標)シリーズ、例えばNanostrength(登録商標)M52N、Nanostrength(登録商標)M22Nが挙げられる。
(B)成分は、様々な公知の方法で調製できる。(B)成分の調製方法としては、例えば、各成分をプラネタリーミキサーやニーダーにて加熱、混練する方法が挙げられる。
(C)成分は、(c1)成分又は(c2)成分であり、(c1)成分が、ポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子を含み、(c2)成分が融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子を含む。
((c1)成分のポリアミド粒子)
(c1)成分のポリアミド粒子は、繊維強化複合材料により優れた層間破壊靱性を付与するものである。(c1)成分のポリアミド粒子を構成するポリアミド樹脂は、繰り返し構造中にアミド結合を有していれば、特に限定されない。前記ポリアミド樹脂は1種のポリアミド樹脂からなるポリアミド樹脂粒子でも、2種以上のポリアミド樹脂からなるポリアミド樹脂粒子でもよい。2種以上のポリアミド樹脂からなるポリアミド樹脂粒子である場合は、各ポリアミド樹脂が粒子中で均一に存在していても、層構造のように不均一に存在していてもよい。ポリアミド樹脂は例えばラクタム類の開環重合、ジアミンとジカルボン酸の重縮合、アミノカルボン酸の重縮合等の方法により得ることができる。前記ポリアミド樹脂の具体的な例としてはナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5T、またダイセル・エボニック社のトロガミド(登録商標)T5000、トロガミド(登録商標)CX7323のように芳香族環や脂環を含むポリアミド樹脂等が挙げられる。
また結晶性ポリアミド樹脂、非晶性ポリアミド樹脂、いずれも好ましく使用することができ、結晶性ポリアミド樹脂、非晶性ポリアミド樹脂をいずれか単独で使用しても、混合して使用してもよい。
(c1)のポリアミド粒子としては、結晶性共重合ナイロン粒子が好ましく、ナイロン12とナイロン6との共重合体からなる真球形状の粒子がより好ましい。
ポリアミド樹脂の市販品としては、ダイセル・エボニック社製のVESTOSINTシリーズ(VESTOSINT(登録商標)2158、VESTOSINT(登録商標)2159等)、エムスケミー社製のグリルアミド(登録商標)TR90NZ、グリルアミド(登録商標)TR55、ダイセル・エボニック社製のTOROGAMID(登録商標)CX7323、TOROGAMID(登録商標)T5000等が挙げられる。
ポリアミド粒子の融点は、140℃〜175℃が好ましく、155〜170℃がより好ましい。
ポリアミド粒子の融点が上記範囲内であると、プリプレグを硬化する過程でマトリックス樹脂とポリアミド粒子との界面を十分に強くすることができ、高い層間破壊靭性を持つ繊維強化複合材料とすることができる。
(c1)成分のポリアミド粒子の平均粒子径は、2〜50μmが好ましく、5〜35μmがより好ましい。前記ポリアミド粒子の平均粒子径が前記範囲の下限値以上であれば、プリプレグを製造する際に、前記ポリアミド粒子が(A)成分に入り込みにくくなる。そのため、後述の全ての(C)成分の70質量%以上が(A)成分の表層に存在する条件を満たすプリプレグを得やすく、結果として繊維強化複合材料にさらに優れた層間破壊靱性を付与できる。なお表層に存在する(C)成分は後述の偏在化率を持って判断できる。また、(B)成分と(C)成分とを混合した際の粘度の増加を抑制できる。前記ポリアミド粒子の平均粒子径が前記範囲の上限値以下であれば、繊維強化複合材料において(C)成分が(A)成分の強化繊維の真直性を害することを抑制できるため、繊維強化複合材料の機械特性の低下を抑えることができたり、面外方向への引き剥がし応力により繊維強化複合材料の層間領域生じた亀裂を層間領域に留めることができたりする。また、プリプレグの製造において、(B)成分と(C)成分との混合物を離型紙の表面に均一な厚さで塗工する際に、ロールコーター、ダイコーター等の設備で目詰まりを起こすことが抑えられる。
(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子を構成するポリイミド樹脂は、繰り返し構造中にイミド結合を有す高分子化合物である。ポリイミド樹脂の中で、主鎖の分子量が比較的小さく、かつ反応性末端基を有すものが熱硬化性ポリイミド樹脂である。反応性末端基を有すため、繊維強化複合材料中で熱硬化性ポリイミド粒子とマトリックス樹脂との界面性状を強固にすることができ、後述の前記熱硬化性ポリイミド粒子の効果を十分に発現させることができる。分子量が比較的大きく、かつほぼ反応性末端基を有さない熱可塑性ポリイミド樹脂はマトリックス樹脂との界面性状を強固にすることができず、さらに熱硬化性ポリイミドと比較的して靭性に優れるため、後述の熱硬化性ポリイミド粒子の効果を十分に発現させることができない。
熱硬化性ポリイミド粒子の構成樹脂として好ましく使用できる熱硬化性ポリイミド樹脂は、一般式(1)の化学構造を含む熱硬化性ポリイミド樹脂であり、さらに具体的にはベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)、4,4’−メチレンジアニリン(MDA)、および2,4−トルエンジアミン(TDA)から調製され、90〜92パーセントの芳香族炭素を含む非フタルイミド炭素含有量を有する熱硬化性ポリイミド樹脂である。市販の前記熱硬化性ポリイミド樹脂の粒子としては、HP Polymer社製のP84(登録商標)Polyimideがある。
(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子の平均粒子径は、2〜50μmが好ましく、5〜35μmがより好ましい。前記熱硬化性ポリイミド粒子の平均粒子径が前記範囲の下限値以上であれば、プリプレグを製造する際に、(C)成分が(A)成分に入り込みにくくなる。そのため、前述の全ての(C)成分の70質量%以上が(A)成分の表層に存在する条件を満たすプリプレグを得やすく、結果として繊維強化複合材料にさらに優れた層間破壊靱性を付与できる。また、(B)成分と(C)成分とを混合した際の粘度の増加を抑制できる。そして、さらに凝集して分散不良となることを防ぐこともできる。
前記熱硬化性ポリイミド粒子の平均粒子径が前記範囲の上限値以下であれば、繊維強化複合材料において(C)成分が(A)成分の強化繊維の真直性を害することを抑制できるため、繊維強化複合材料の機械特性の低下を抑えることができたり、面外方向への引き剥がし応力により繊維強化複合材料の層間領域生じた亀裂を層間領域に留めることができたりする。また、プリプレグの製造において、(B)成分と(C)成分との混合物を離型紙の表面に均一な厚さで塗工する際に、ロールコーター、ダイコーター等の設備で目詰まりを起こすことが抑えられる。
(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子の平均粒子径は、(c1)成分のポリアミド粒子の平均粒子径の0.5〜10倍の範囲であることが好ましい。(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子の平均粒子径が(c1)成分のポリアミド粒子の平均粒子径の0.5倍より大きくすると後述の(c1)成分のポリアミド粒子と(c1成分)の熱硬化性ポリイミド粒子の併用の効果が十分に発現することができる。また(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子の平均粒子径が(c1)成分のポリアミド粒子の平均粒子径の10倍以下にすると層間領域の厚みがより均一、すなわち(A)成分の強化繊維の真直性を害することを抑制できるため、繊維強化複合材料の機械特性の低下を抑えることができたり、面外方向への引き剥がし応力により繊維強化複合材料の層間領域生じた亀裂を層間領域に留めることができたりする。
一般的に熱硬化性ポリイミド樹脂は比較的靭性に乏しく、単独の使用では繊維強化複合材料により優れた層間破壊靱性を付与することはできない。一方で面外方向への引き剥がし応力により繊維強化複合材料の層間領域に生じた亀裂はより靭性に乏しい部分、例えばマトリックス樹脂と強化繊維束の界面を選択的に進行する性質がある。そのため、従来の高靭性のマトリックス樹脂や微粒子を層間領域に配置した場合、前記層間領域に生じた亀裂は進行に伴い徐々により靭性の乏しいマトリックス樹脂と強化繊維束の界面へ転移してゆき、最終的には層間領域から強化繊維層へ完全に転移してしまっており、安定して優れた層間破壊靱性を付与することはできなかった。しかし靭性に乏しい熱硬化性ポリイミド粒子を繊維強化複合材料の層間領域に配置した場合、前記層間領域に生じた亀裂は安定して層間領域を進行する(c1)成分のポリアミド粒子と(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子を併用することで、層間領域に生じた亀裂を安定して層間領域を進行させ、さらに(c1)成分のポリアミド粒子添加による層間破壊靱性付与することができるため、繊維強化複合材料の層間領域のモルホロジーや(c1)成分のポリアミド粒子とマトリックス樹脂組成物との界面性状に関わらず安定して得ることができる。
(c1)成分のポリアミド粒子と(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子の含有量の合計は(B)成分100質量部に対し5〜25質量部であり、さらに10〜25質量部が好ましく、12〜25質量部がより好ましく、15〜20質量部がより一層好ましい。(c1)成分のポリアミド粒子と(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子の含有量の合計が前記範囲の下限値以上であれば、層間領域に偏在する(c1)成分のポリアミド粒子と(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子の量が多くなり、上述の理由から繊維強化複合材料に優れた層間破壊靱性を安定して付与できる。(c1)成分のポリアミド粒子の含有量が前記範囲の上限値以下であれば、プリプレグが含む(B)成分、(c1)成分のポリアミド粒子および(c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子からなるマトリックス樹脂中に占める(B)成分が低くなりすぎることを抑制することができる。すなわち(B)成分不足に起因する繊維強化複合材料の機械特性低下を防ぐことができたり、マトリックス樹脂組成物の粘度が高くなりすぎることを抑制し、プリプレグを作製する際に(A)成分にマトリックス樹脂組成物を十分に含浸させることができたりする。
(c1)成分中の熱硬化性ポリイミド粒子の割合は、10〜40質量%が好ましい。熱硬化性ポリイミド粒子の割合が前記範囲の下限値以上であれば、熱硬化性ポリイミド粒子の効果を十分に得ることができ、上述の理由から繊維強化複合材料に優れた層間破壊靱性を安定して付与できる。熱硬化性ポリイミド粒子の割合が前記範囲の上限値以下であれば、靭性の乏しい熱硬化性ポリイミド粒子が繊維強化複合材料の層間破壊靱性に与える悪影響が大きくなることを抑えることが出来る。
(A)成分と(B)成分の界面が強いとは、ASTM D790に準拠して実施の一方向(強化繊維が全て同じ方向に配向する)繊維強化複合材料の90°曲げ試験の強度が125MPa以上であることをいう。
(B)成分と(C)成分の界面が弱いとは、ASTM D5528に準拠して実施の繊維強化複合材料のDCB(Double Cantilever Beam)試験の破面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を使用して観察して、図1に示すように(C)成分30の界面が露出している状態である。
(B)成分と(C)成分の界面が強いとは、ASTM D5528に準拠して実施の繊維強化複合材料のDCB(Double Cantilever Beam)試験の破面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を使用して観察して、図2に示すように(C)成分の界面が露出していない状態である。
ポリアミド粒子とは粒子形状のポリアミド樹脂のことであり、繊維強化複合材料により優れた層間破壊靱性を付与できる。ポリアミド樹脂とは、繰り返し構造中にアミド結合を有している化合物である。前記ポリアミド樹脂は1種のポリアミド樹脂からなるポリアミド樹脂でも、2種以上のポリアミド樹脂からなるポリアミド樹脂でもよい。2種以上のポリアミド樹脂からなるポリアミド樹脂粒子である場合は、各ポリアミド樹脂が粒子中で均一に存在していても、層構造のように不均一に存在していてもよい。ポリアミド樹脂は例えばラクタム類の開環重合、ジアミンとジカルボン酸の重縮合、アミノカルボン酸の重縮合等の方法により得ることができる。前記ポリアミド樹脂の具体的な例としてはナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5T、またダイセル・エボニック社のトロガミド(登録商標)T5000、トロガミド(登録商標)CX7323のように芳香族環や脂環を含むポリアミド樹脂等が挙げられる。 ポリアミド樹脂の市販品としては、ダイセル・エボニック社製のVESTOSINTシリーズ(VESTOSINT(登録商標)2158、VESTOSINT(登録商標)2159等)、エムスケミー社製のグリルアミド(登録商標)TR90NZ、グリルアミド(登録商標)TR55、ダイセル・エボニック社製のTOROGAMID(登録商標)CX7323、TOROGAMID(登録商標)T5000等が挙げられる。
融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子の形状は真球状である。具体的に真球状の粒子とは、走査型電子顕微鏡(日本電子社製、JSM−6390)を用い、無作為に選ばれた10個の粒子について短径および長径を測定し、前記10個の粒子の長径に対する短径の比(短径/長径)の平均値が0.9以上である粒子のことを指す。
融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子の平均粒子径は、2〜50μmが好ましく、5〜35μmがより好ましく、6〜25μmがより一層好ましい。前記真球形状のポリアミド粒子の平均粒子径が前記範囲の下限値以上であれば、プリプレグを製造する際に、(C)成分が(A)成分に入り込みにくくなる。そのため、後述の全ての(C)成分の70質量%以上が(A)成分の表層に存在する条件を満たすプリプレグを得やすく、結果として繊維強化複合材料にさらに優れた層間破壊靱性を付与できる。また、(B)成分と(C)成分とを混合した際の粘度の増加を抑制できる。前記真球形状のポリアミド粒子の平均粒子径が前記範囲の上限値以下であれば、繊維強化複合材料において(C)成分が(A)成分の強化繊維の真直性を害することを抑制できるため、繊維強化複合材料の機械特性の低下を抑えることができたり、面外方向への引き剥がし応力により繊維強化複合材料の層間領域生じた亀裂を層間領域に留めることができたりする。また、プリプレグの製造において、(B)成分と(C)成分との混合物を離型紙の表面に均一な厚さで塗工する際に、ロールコーター、ダイコーター等の設備で目詰まりを起こすことが抑えられる。
なお、本発明の(c2)は、更に熱硬化性ポリイミド粒子を含むことが好ましい。
(c2)成分に含めることができる熱硬化性ポリイミド粒子とは、(c2)成分の融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子とともに(C)成分として併用することができる熱硬化性ポリイミド粒子を意味する。(c2)成分に含めることができる熱硬化性ポリイミド粒子は、熱硬化性ポリイミド粒子である。ポリイミド樹脂とは繰り返し構造中にイミド結合を有す高分子化合物である。ポリイミド樹脂の中で、主鎖の分子量が比較的小さく、かつ反応性末端基を有すものが熱硬化性ポリイミド樹脂である。反応性末端基を有すため、繊維強化複合材料中で熱硬化性ポリイミド粒子とマトリックス樹脂との界面性状を強固にすることができ、後述の(c2)成分に含めることができる熱硬化性ポリイミド粒子の効果を十分に発現させることができる。分子量が比較的大きく、かつほぼ反応性末端基を有さない熱可塑性ポリイミド樹脂はマトリックス樹脂との界面性状を強固にすることができず、さらに熱硬化性ポリイミドと比較的して靭性に優れるため、後述の(c2)成分に含めることができる熱硬化性ポリイミド粒子の効果を十分に発現させることができない。
(c2)成分に含めることができる熱硬化性ポリイミド粒子の平均粒子径は、2〜50μmが好ましく、5〜35μmがより好ましい。前記熱硬化性ポリイミド粒子の平均粒子径が前記範囲の下限値以上であれば、プリプレグを製造する際に、前記熱硬化性ポリイミド粒子が(A)成分に入り込みにくくなる。そのため、前述の全ての(C)成分の70質量%以上が(A)成分の表層に存在する条件を満たすプリプレグを得やすく、結果として繊維強化複合材料にさらに優れた層間破壊靱性を付与できる。また、(B)成分と前記熱硬化性ポリイミド粒子とを混合した際の粘度の増加を抑制できる。そして、さらに凝集して分散不良となることを防ぐこともできる。
一般的に熱硬化性ポリイミド樹脂は比較的靭性に乏しく、単独の使用では繊維強化複合材料により優れた層間破壊靱性を付与することはできない。一方で面外方向への引き剥がし応力により繊維強化複合材料の層間領域に生じた亀裂はより靭性に乏しい部分、例えばマトリックス樹脂と強化繊維束の界面を選択的に進行する性質がある。そのため、従来の高靭性のマトリックス樹脂や微粒子を層間領域に配置した場合、前記層間領域に生じた亀裂は進行に伴い徐々により靭性の乏しいマトリックス樹脂と強化繊維束の界面へ転移してゆき、最終的には層間領域から強化繊維層へ完全に転移してしまっており、安定して優れた層間破壊靱性を付与することはできなかった。しかし靭性に乏しい熱硬化性ポリイミド粒子を繊維強化複合材料の層間領域に配置した場合、前記層間領域に生じた亀裂は安定して層間領域を進行する。融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子を併用することで、層間領域に生じた亀裂を安定して層間領域を進行させ、さらに融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子添加による層間破壊靱性付与することができるため、繊維強化複合材料の層間領域のモルホロジーや融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子とマトリックス樹脂組成物との界面性状に関わらず安定して得ることができる。
融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子の含有量は、(B)成分100質量部に対し5〜25質量部であり、さらに10〜25質量部が好ましく、12〜25質量部がより好ましく、15〜20質量部がより一層好ましい。(C)成分の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、層間領域に偏在する前記真球形状のポリアミド粒子の量が多くなり、上述の理由から繊維強化複合材料に優れた層間破壊靱性を安定して付与できる。前記真球形状のポリアミド粒子の含有量が前記範囲の上限値以下であれば、プリプレグが含む(B)成分と(C)成分からなるマトリックス樹脂中に占める(B)成分が低くなりすぎることを抑制することができる。すなわち(B)成分不足に起因する繊維強化複合材料の機械特性低下を防ぐことができたり、マトリックス樹脂組成物の粘度が高くなりすぎることを抑制し、プリプレグを作製する際に(A)成分にマトリックス樹脂組成物を十分に含浸させることができたりする。
(c2)成分が熱硬化性ポリイミド粒子を更に含有する場合、融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子との含有量の合計は(B)成分100質量部に対し5〜25質量部であり、さらに10〜25質量部が好ましく、12〜25質量部がより好ましく、15〜20質量部がより一層好ましい。融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子の含有量の合計が前記範囲の下限値以上であれば、層間領域に偏在する融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子の量が多くなり、上述の理由から繊維強化複合材料に優れた層間破壊靱性を安定して付与できる。融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子の含有量が前記範囲の上限値以下であれば、プリプレグが含む(B)成分、融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子および熱硬化性ポリイミド粒子からなるマトリックス樹脂中に占める(B)成分が低くなりすぎることを抑制することができる。すなわち(B)成分不足に起因する繊維強化複合材料の機械特性低下を防ぐことができたり、マトリックス樹脂組成物の粘度が高くなりすぎることを抑制し、プリプレグを作製する際に(A)成分にマトリックス樹脂組成物を十分に含浸させることができたりする。
融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子の混合物に占める熱硬化性ポリイミド粒子の割合は、融点140〜175℃の真球形状のポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子との含有量の合計に対し、5〜40質量%が好ましい。前記熱硬化性ポリイミド粒子の割合が前記範囲の下限値以上であれば、前記熱硬化性ポリイミド粒子の効果を十分に得ることができ、上述の理由から繊維強化複合材料に優れた層間破壊靱性を安定して付与できる。前記熱硬化性ポリイミド粒子の割合が前記範囲の上限値以下であれば、靭性の乏しい前記熱硬化性ポリイミド粒子が繊維強化複合材料の層間破壊靱性に与える悪影響が大きくなることを抑えることが出来る。
プリプレグの繊維目付(1m2あたりの強化繊維の含有量:FAW)は、プリプレグの用途に応じて適宜設定すればよく、通常、50〜300g/m2である。
プリプレグにおける樹脂含有率((B)成分および(C)成分の合計の割合)は、プリプレグの総質量に対し、25〜50質量%が好ましく、30〜40質量%がより好ましい。プリプレグにおける樹脂含有率が前記範囲の下限値以上であれば、プリプレグのタックが低くなりすぎることを抑制し、取扱に適したタックとすることができる。さらに(B)成分不足に起因する繊維強化複合材料の機械特性低下を防ぐこともできる。プリプレグにおける樹脂含有率が前記範囲の上限値以下であれば、プリプレグのタックが高くなりすぎることを抑制し、取扱に適したタックとすることができる。さらに(B)成分過剰に起因するVf(繊維強化複合材料中の強化繊維含有の体積率)向上に伴う繊維強化複合材料の機械特性低下を防ぐこともできる。
プリプレグの厚さは、プリプレグの用途に応じて適宜設定すればよく、通常、0.05〜0.3mmである。
なお、プリプレグの厚さはシックネスゲージで測定できる。
本発明におけるプリプレグは、特許文献2に開示された方法、その応用等によって製造できる。
ら、方法(α)、方法(β)、方法(γ)および方法(δ)からなる群から選ばれる1つの方法が好ましく、より均一に層間領域に(C)成分を偏在させることができる点、および製造過程で多くの(C)成分が舞い散り製造環境を悪化させることを防ぐことができる点から、方法(γ)または方法(δ)がより好ましい。
方法(α)は、(B)成分からなる樹脂フィルム(F1)を(A)成分の片面または両面に貼り合わせ、(B)成分を(A)成分に含浸させてベースプリプレグ(P1)を作製し、ベースプリプレグ(P1)の片面または両面に(C)成分を散布する方法である。
樹脂フィルム(F1)は、(B)成分を離型紙等の表面に塗工することによって作製できる。(B)成分を(A)成分に含浸させる方法としては、加熱プレスロールで加熱、加圧する方法等の公知の方法が挙げられる。
方法(β)は、(B)成分からなる樹脂フィルム(F1)を(A)成分の片面または両面に貼り合わせ、(B)成分を(A)成分に含浸させてベースプリプレグ(P1)を作製し、(B)成分の表面に(C)成分が散布された樹脂フィルム(F2)を、ベースプリプレグ(P1)の片面または両面に貼り合わせる方法である。
ベースプリプレグ(P1)にさらに樹脂フィルム(F2)を貼り合わせる方法(β)の性質上、ベースプリプレグ(P1)における(B)成分の含有率は、方法(α)に比べ低くしておくことが好ましい。
方法(γ)は、(B)成分からなる樹脂フィルム(F1)を(A)成分の片面または両面に貼り合わせ、(B)成分を(A)成分に含浸させてベースプリプレグ(P1)を作製し、(B)成分、(C)成分を含む樹脂フィルム(F3)を、ベースプリプレグ(P1)の片面、または両面に貼り合わせる方法である。
ベースプリプレグ(P1)は、方法(α)と同様にして作製できる。
方法(δ)は、(B)成分および(C)成分を含む樹脂フィルム(F3)、もしくは(B)成分、(C)成分を含む樹脂フィルム(F3)を、(A)成分の片面または両面に貼り合わせ、(B)成分を(A)成分に含浸させる方法である。
樹脂フィルム(F3)は、方法(γ)と同様にして作製できる。
本発明の第一の態様における繊維強化複合材料は、プリプレグを2つ以上積層し、(B)成分の硬化温度以上で加熱して(B)成分を硬化することによって得られる。
積層したプリプレグを加熱成形する際の温度は、(B)成分を適切に硬化可能な温度であればいずれの温度でもよいが、加熱成形に用いる設備の(B)成分の硬化に要する時間の点から170〜190℃が好ましい。加熱成形する際の温度が170℃以上であれば、(B)成分が十分に硬化し、より高い耐熱性を有する硬化物を得ることができる。加熱成形する際の温度が190℃以下であれば、加熱成形に用いる設備や副資材としてより安価なものを用いることができる。
本発明の第二の態様における繊維強化複合材料では、(A)成分は複数枚積層されており、かつ(C)成分が(A)成分の層間に存在している。
(A)成分、(C)成分としては、プリプレグの説明において述べた(A)成分、及び(C)成分と同様のものが挙げられる。
(B’)成分としては、プリプレグの説明において述べた(B)成分を硬化させたものが挙げられる。
(B)成分を硬化させる方法としては、(B)成分を170〜190℃に加熱することが好ましい。加熱時間は1〜4時間が好ましい。
(平均粒子径)
樹脂粒子の平均粒子径は、以下のようにして求めた。
樹脂粒子について、レーザー散乱式粒度測定機(日揮装社製、MODEL:7340 マイクロトラックFRA)を用いて粒子径分布測定を行い、累積分布を得た。累積分布にける体積基準での累積頻度が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径とした。
図3に示す通り、プリプレグ2を、強化繊維の繊維軸方向が揃うように20枚積層した。図3において、矢印は強化繊維の繊維軸方向を表している。10枚目のプリプレグ2と11枚目のプリプレグ2との間に、強化繊維の繊維軸方向に対して長手方向が直角になるように、厚さ50μmの長尺のフッ素樹脂フィルム3を、フッ素樹脂フィルム3の幅70mm程度がプリプレグ2と重複するように挟んだ。積層されたプリプレグに隙間のないよう真空バッグを被せた。積層されたプリプレグを、オートクレーブを用いて2℃/分、または0.5℃/分の昇温速度で室温から180℃まで加熱し、2時間保持した。積層されたプリプレグを、3℃/minの降温スピードで50℃以下となるまでオートクレーブ内に保持した。オートクレーブ内から評価用成形板1を取り出した。加熱開始から取り出しまでの間、オートクレーブ内の圧力は0.6MPaとした。
(熱変形樹脂粒子の偏在化率)
評価用成形板から20mm角の試験片を切り出した。研磨機(リファインテック社製、REFINE−POLISHER APM−122)を用いて、試験片の断面を研磨した。デジタルマイクロスコープ(KEYENCE社製、VHX−5000)を用いて試験片の断面を500倍に拡大した写真を得た。写真から、強化繊維基材間の層間領域にある熱変形樹脂粒子と、強化繊維基材内にある熱変形樹脂粒子とを切り抜き、切り抜いた写真の質量を測定し下記式(3)から偏在化率を算出した。
偏在化率=層間領域に存在する熱変形樹脂粒子の質量/(層間領域に存在する熱変形樹脂粒子の質量+強化繊維基材内にある熱変形樹脂粒子の質量)×100 ・・・式(3)
評価用成形板について、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、ASTM D5528に準拠してGICを測定した。
評価用成形板について、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、ASTM D7905に準拠してGIICを測定した。
((A)成分)
(強化繊維束)
MR70:炭素繊維束(三菱ケミカル社製、PYROFIL(登録商標)MR70 12P、ストランド強度:7000MPa、炭素繊維の繊維径:5μm、炭素繊維の本数:12000本)。
((B)成分)
(エポキシ樹脂)
TSR−400:オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂(DIC社製、EPICLON TSR−400)。
jER807:ビスフェノールF型液状エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、jER(登録商標)807)。
jER604:ジアミノジフェニルメタン型半固形エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、jER(登録商標)604)。
(硬化剤)
セイカキュアーS:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(和歌山精化工業社製、セイカキュアーS)。
(任意成分)
E2020P:ポリエーテルスルホン(BASFジャパン社製、ULTRASON(登録商標)E2020 P SR MICRO)。
((C)成分)
((c1)成分のポリアミド粒子)
VESTOSINT2158:ポリアミド12粒子(ダイセル・エボニック社製、VESTOSINT(登録商標)2158 natural、融点:177℃、平均粒子径:21μm)。
((c1)成分の熱硬化性ポリイミド粒子)
p84:熱硬化性ポリイミド粒子(HP Polymer社製、P84(登録商標)Polyimide、平均粒子径:17.7μm)。
PIP−3:熱硬化性ポリイミド粒子(山曹ミクロン社製、ポリイミドパウダーPIP−3、平均粒子径:2.8μm)。
PIP−25:熱硬化性ポリイミド粒子(山曹ミクロン社製、ポリイミドパウダーPIP−25、平均粒子径:12.9μm)。
((c1)成分に含まれない樹脂粒子)
P84NT1:ポリイミド粒子(ダイセル・エボニック社製、ポリイミドP84(登録商標)NT1、平均粒子径:8.9μm)。
P84NT2:ポリイミド粒子(ダイセル・エボニック社製、ポリイミドP84(登録商標)NT2、平均粒子径:15.9μm)
((B)成分の調製)
プラネタリミキサーに、TSR−400の35質量部、jER807の49質量部、jER604の16質量部、E2020Pの2.8部質量を加えた。プラネタリミキサーのジャケット温度を140〜160℃に設定し、原料が均一となるまで混合した。内容物の温度が60℃以下となるまで放冷し、プラネタリミキサーにセイカキュアーSの40.6質量部を加えた。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、(B)成分を得た。
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を12.3質量部、およびp84を6.2質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158とp84の合計の含有量を12.9質量部、そしてVESTOSINT2158とp84の合計の含有量に占めるp84の割合を33.5質量%とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
(プリプレグの作製)
方法(δ)によってプリプレグを作製した。
ホットメルトコーターを用いて、混合物(BC)を離型紙の表面に均一な厚さで塗工して樹脂フィルム(F3)を作製した。
樹脂フィルム(F3)を、MR70の複数本を引き揃えてシート状にした(A)成分の両面に貼り合わせ、ヒュージングプレス機を用いて (B)成分を構成要素(A)に含浸させ、(C)成分は(A)成分上で濾し、プリプレグの表面近傍に(C)成分を偏在化させ、プリプレグを得た。プリプレグの組成、作製方法を表1に示す。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
上述した方法にしたがい、評価用成形板を作製した。評価用成形板について評価を行った。結果を表1に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を18.6質量部、およびp84を9.3質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158とp84の合計の含有量を19.5質量部、そしてVESTOSINT2158とp84の合計の含有量に占めるp84の割合を33.3質量%とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表1に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を14.3質量部、およびp84を4.2質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158とp84の合計の含有量を12.9質量部、そしてVESTOSINT2158とp84の合計の含有量に占めるp84の割合を22.7質量%とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表1に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を16.5質量部、およびp84を2.0質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158とp84の合計の含有量を12.9質量部、そしてVESTOSINT2158とp84の合計の含有量に占めるp84の割合を10.8質量%とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混
合物(BC)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表1に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を12.3質量部、およびPIP−3を6.2質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158とPIP−3の合計の含有量を12.9質量部、そしてVESTOSINT2158とPIP−3の合計の含有量に占めるPIP−3の割合を33.5質量%とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表1に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を12.3質量部、およびPIP−25を6.2質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158とPIP−25の合計の含有量を12.9質量部、そしてVESTOSINT2158とPIP−25の合計の含有量に占めるPIP−25の割合を33.5質量%とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表1に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC’)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT215
8を18.6質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158の含有量を13.0質量部とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表2に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC’)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を12.3質量部、およびP84NT1を6.2質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158とP84NT1の合計の含有量を12.9質量部、そしてVESTOSINT2158とP84NT1の合計の含有量に占めるP84NT1の割合を33.5質量%とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表2に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC’)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を12.3質量部、およびP84NT2を6.2質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158とP84NT2の合計の含有量を12.9質量部、そしてVESTOSINT2158とP84NT1の合計の含有量に占めるP84NT2の割合を33.5質量%とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表2に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC’)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にP84を18.6質量部加え、(B)成分の100質量部に対するP84の合計の含有量を13.0質量部とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例1と同様に、方法(δ)によってプリプレグを作製した。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例1と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表2に示す。
実施例1と実施例2とを比較すると、より多くの(C)成分を含む、実施例2の方がより高いGIIcを示した。優れたモードII層間破壊靱性の発現の観点において、(B)成分100質量部に対する(C)成分の含有量の合計は、実施例2の方がより好ましい。
また実施例1と実施例3、4とを比較すると、0.5℃/分の成型条件のGIIcは、実施例4、実施例3、実施例1の順で高くなっており、これらの実施例の(A)成分〜(C)の組み合わせにおいては、(C)成分((c1)ポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子)占める熱硬化性ポリイミド粒子の割合は、実施例4よりも実施例3が好ましく、実施例3よりも実施例1が好ましい。
本発明の繊維強化複合材料の製造方法によって得られた繊維強化複合材料は、製造条件に関わらず安定してモードI層間破壊靱性およびモードII層間破壊靱性に優れた繊維強化複合材料を提供するため、航空機用途をはじめスポーツ・レジャー用途、自動車用途、他の一般産業用途(緊張材)等として有用である。
((A)成分)
(強化繊維束)
MR70:炭素繊維束(三菱ケミカル社製、PYROFIL(登録商標)MR70 12P、ストランド強度:7000MPa、炭素繊維の繊維径:5μm、炭素繊維の本数:12000本)。
(エポキシ樹脂)
TSR−400:オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂(DIC社製、EPICLON TSR−400)。
jER807:ビスフェノールF型液状エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、jER(登録商標)807)。
(硬化剤)
セイカキュアーS:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(和歌山精化工業社製、セイカキュアーS)。
(任意成分)
E2020P:ポリエーテルスルホン(BASFジャパン社製、ULTRASON(登録商標)E2020 P SR MICRO)。
(c2)成分のポリアミド粒子
MW−330:真球状共重合ポリアミド粒子(住化エンバイロメンタルサイエンス社製、MW−330、融点:166℃、平均粒子径:8μm、短径/長径の平均値:0.96)。
p84:熱硬化性ポリイミド粒子(HP Polymer社製、P84(登録商標)Polyimide、平均粒子径:18μm)。
VESTOSINT2158:非真球状ポリアミド12粒子(ダイセル・エボニック社製、VESTOSINT(登録商標)2158 natural、融点:177℃、平均粒子径:21μm、短径/長径の平均値:0.65)。
Ny12粒子A:真球状ポリアミド12粒子(融点:177℃、平均粒子径:21μm、短径/長径の平均値:0.94)。
TR55:真球状非晶性ポリアミド粒子(エムスケミー社製グリルアミド(登録商標)TR55、融点:160℃、平均粒子径:10μm、短径/長径の平均値:0.91)。
特開平10−316750記載の真球状ポリアミドの製造方法とおり、真球状のポリアミド12粒子を作製した。
((B)成分の調製)
プラネタリミキサーに、TSR−400の35質量部、jER807の49質量部、jER604の16質量部、E2020Pの2.8部質量を加えた。プラネタリミキサーのジャケット温度を140〜160℃に設定し、原料が均一となるまで混合した。内容物の温度が60℃以下となるまで放冷し、プラネタリミキサーにセイカキュアーSの40.6質量部を加えた。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、(B)成分を得た。
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にMW−330を37.2質量部加え、(B)成分の100質量部に対するMW−330の含有量を25.9質量部とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
方法(γ)によってプリプレグを作製した。
樹脂フィルム(F1)を、MR70の複数本を引き揃えてシート状にした(A)成分の両面に貼り合わせ、ヒュージングプレス機を用いて (B)成分を(A)成分に含浸させベースプリプレグ(P1)を作製し、さらにベースプリプレグ(P1)の両面に樹脂フィルム(F3)を張り合わせることで、プリプレグを得た。得られたプリプレグの(B)成分 100質量部に対する(C)成分の含有量は13.0質量部となる。プリプレグの組成、作製方法を表4に示す。
上述した方法にしたがい、評価用成形板を作製した。評価用成形板について評価を行った。結果を表4に示す。
((B)成分の調製)
実施例1と同様にして(B)成分を得た。
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にMW−330を33.0質量部、およびp84を4.0質量部加え、(B)成分の100質量部に対するMW−330およびp84の合計の含有量を12.9質量部とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
実施例7と同様に、方法(γ)によってプリプレグを作製した。得られたプリプレグの(B)成分 100質量部に対する(C)成分の含有量は12.9質量部となる。プリプレグの組成、作製方法を表4に示す。
実施例7と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表4に示す。
((B)成分の調製)
実施例7と同様にして(B)成分を得た。
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にVESTOSINT2158を18.6質量部加え、(B)成分の100質量部に対するVESTOSINT2158の含有量を13.0質量部とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
方法(δ)によってプリプレグを作製した。
樹脂フィルム(F3)を、MR70の複数本を引き揃えてシート状にした(A)成分の両面に貼り合わせ、ヒュージングプレス機を用いて (B)成分を構成要素(A
)に含浸させ、VESTOSINT2158は(A)成分上で濾し、プリプレグの表面近傍にVESTOSINT2158を偏在化させ、プリプレグを得た。得られたプリプ
レグの(B)成分 100質量部に対するVESTOSINT2158の含有量の合
計は13.0質量部となる。プリプレグの組成、作製方法を表4に示す。
実施例7と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表4に示す。
((B)成分の調製)
実施例7と同様にして(B)成分を得た。
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にNy12粒子Aを18.6質量部加え、(B)成分の100質量部に対するNy12粒子Aの含有量を13.0質量部とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
方法(δ)によってプリプレグを作製した。
ホットメルトコーターを用いて、混合物(BC’)を離型紙の表面に均一な厚さで塗工して樹脂フィルム(F3)を作製した。
12粒子Aを偏在化させ、プリプレグを得た。得られたプリプレグの(B)成分 1
00質量部に対するNy12粒子Aの含有量は12.9質量部となる。プリプレグの組成、作製方法を表4に示す。
実施例7と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表4に示す。
((B)成分の調製)
実施例7と同様にして(B)成分を得た。
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にTR55を18.6質量部加え、(B)成分の100質量部に対するTR55粒子Aの含有量を13.0質量部とした。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
方法(δ)によってプリプレグを作製した。
ホットメルトコーターを用いて、混合物(BC’)を離型紙の表面に均一な厚さで塗工して樹脂フィルム(F3)を作製した。
実施例7と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表4に示す。
(繊維強化複合材料からなるガラス転移温度評価用成形板の作製)
プリプレグを、強化繊維の繊維軸方向が揃うように12枚積層した。積層されたプリプレグに隙間のないよう真空バッグを被せた。積層されたプリプレグを、オートクレーブを用いて2℃/分の昇温速度で室温から180℃まで加熱し、2時間保持した。積層されたプリプレグを、3℃/minの降温スピードで50℃以下となるまでオートクレーブ内に保持した。オートクレーブ内から評価用成形板を取り出した。加熱開始から取り出しまでの間、オートクレーブ内の圧力は0.6MPaとした。
ガラス転移温度評価用成形板について、ARES−RDA(TAインスツルメント社製)を用い、ASTM D4065に準拠してガラス転移温度を測定した。貯蔵弾性率G’曲線における、ガラス状態での接線と転移状態の変曲点での接線との交点の温度をガラス転移温度とした、測定用試験体のサイズは強化繊維の繊維軸方向の長さが55mm、強化繊維の繊維軸方向と垂直となる幅が12.7mmとした。昇温速度は5℃/分、周波数は1Hzとした。また測定用試験体を測定前に71℃の温水に2週間浸漬させることで吸湿処理を行った。
((A)成分)
(強化繊維束)
MR70:炭素繊維束(三菱ケミカル社製、PYROFIL(登録商標)MR70 12P、ストランド強度:7000MPa、炭素繊維の繊維径:5μm、炭素繊維の本数:12000本)。
((B)成分)
(エポキシ樹脂)
TSR−400:オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂(DIC社製、EPICLON(登録商標)TSR−400)。
HP−4032SS:2官能ナフタレン型エポキシ樹脂(DIC社製、EPICLON(登録商標)HP−4032SS)
HP−4700:4官能ナフタレン型エポキシ樹脂(DIC社製、EPICLON(登録商標)HP−4700)
jER807:ビスフェノールF型液状エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、jER(登録商標)807)
jER604:ジアミノジフェニルメタン型半固形エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、jER(登録商標)604)
(硬化剤)
セイカキュアーS:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(和歌山精化工業社製、セイカキュアーS)
(任意成分)
E2020P:ポリエーテルスルホン(BASFジャパン社製、ULTRASON(登録商標)E2020 P SR MICRO)
((C)成分)
(c2)成分のポリアミド粒子
MW−330:真球状共重合ポリアミド粒子(住化エンバイロメンタルサイエンス社製、MW−330、融点:166℃、平均粒子径:8μm、短径/長径の平均値:0.96)
(c2)成分に含めることができる熱硬化性ポリイミド粒子
p84:熱硬化性ポリイミド粒子(HP Polymer社製、P84(登録商標)Polyimide、平均粒子径:18μm)
((B)成分の調製)
プラネタリミキサーに、TSR−400の35質量部、HP−4032SSの65質量部、E2020Pの2.8部質量を加えた。プラネタリミキサーのジャケット温度を140〜160℃に設定し、原料が均一となるまで混合した。内容物の温度が60℃以下となるまで放冷し、プラネタリミキサーにセイカキュアーSの43質量部を加えた。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、(B)成分を得た。
(混合物(BC)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分145.8質量部にMW−330を43.3質量部加えた。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
(プリプレグの作製)
方法(γ)によってプリプレグを作製した。
ホットメルトコーターを用いて、(B)成分および混合物(BC)をそれぞれ離型紙の表面に均一な厚さで塗工して樹脂フィルム(F1)および(F3)を作製した。
樹脂フィルム(F1)を、MR70の複数本を引き揃えてシート状にした(A)成分の両面に貼り合わせ、ヒュージングプレス機を用いて (B)成分を(A)成分に含浸させベースプリプレグ(P1)を作製し、さらにベースプリプレグ(P1)の両面に樹脂フィルム(F3)を張り合わせることで、プリプレグを得た。得られたプリプレグの(B)成分100質量部に対する(C)成分の含有量の合計は13.0質量部となる。プリプレグの組成、作製方法を表5に示す。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
上述した方法にしたがい、評価用成形板を作製した。評価用成形板について評価を行った。結果を表5に示す。
((B)成分の調製)
実施例9と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC’)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分143.4質量部にMW−330を38.6質量部、およびp84を4.7質量部加えた。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
(プリプレグの作製)
ホットメルトコーターを用いて、(B)成分および混合物(BC’)をそれぞれ離型紙の表面に均一な厚さで塗工して樹脂フィルム(F1)および(F3)を作製した。
樹脂フィルム(F1)を、MR70の複数本を引き揃えてシート状にした(A)成分の両面に貼り合わせ、ヒュージングプレス機を用いて (B)成分を(A)成分に含浸させベースプリプレグ(P1)を作製し、さらにベースプリプレグ(P1)の両面に樹脂フィルム(F3)を張り合わせることで、プリプレグを得た。得られたプリプレグの(B)成分100質量部に対する構成要素(c2)成分の含有量の合計は13.0質量部となる。プリプレグの組成、作製方法を表5に示す。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例9と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表5に示す。
((B)成分の調製)
プラネタリミキサーに、HP−4700の35質量部、HP−4032SSの65質量部、E2020Pの2.8部質量を加えた。プラネタリミキサーのジャケット温度を140〜160℃に設定し、原料が均一となるまで混合した。内容物の温度が60℃以下となるまで放冷し、プラネタリミキサーにセイカキュアーSの51.5質量部を加えた。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、(B)成分を得た。
(混合物(BC)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分154.3質量部にMW−330を45.9質量部加えた。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC)を得た。
(プリプレグの作製)
方法(γ)によってプリプレグを作製した。
実施例9と同様に、方法(γ)によってプリプレグを作製した。得られたプリプレグの(B)成分 100質量部に対する(C)成分の含有量の合計は13.0質量部となる。プリプレグの組成、作製方法を表5に示す。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
上述した方法にしたがい、評価用成形板を作製した。評価用成形板について評価を行った。結果を表5に示す。
((B)成分の調製)
実施例11と同様にして(B)成分を得た。
(混合物(BC’)の調製)
プラネタリミキサー中の(B)成分154.3質量部にMW−330を35.4質量部、およびp84を10.5質量部加えた。ジャケット温度を55〜70℃に設定し、原料が均一となるまで混合し、混合物(BC’)を得た。
(プリプレグの作製)
実施例10と同様に、方法(γ)によってプリプレグを作製した。得られたプリプレグの(B)成分100質量部に対する構成要素(c2)めるの含有量の合計は13.0質量部となる。プリプレグの組成、作製方法を表5に示す。
(繊維強化複合材料の製造、および評価)
実施例9と同様に、評価用成形板を作製、および評価を行った。結果を表5に示す。
2 プリプレグ
3 フッ素樹脂フィルム
20 (B)成分
30 (C)成分
Claims (17)
- (A)成分、(B)成分および(C)成分を含むプリプレグであって、
前記(A)成分が強化繊維基材であり、
前記(B)成分がエポキシ樹脂組成物であり、
前記(C)成分が(c1)成分であり、
前記(c1)成分がポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子とを含む、プリプレグ。 - [ポリアミド粒子]:[熱硬化性ポリイミド粒子]で表される質量比が60:40〜95:5である、請求項1に記載のプリプレグ。
- 前記(c1)成分中のポリアミド粒子の融点が140℃〜175℃である、請求項1から2のいずれか一項に記載のプリプレグ。
- 前記(c1)中のポリアミド粒子が結晶性共重合ナイロン粒子である、請求項1から3のいずれか一項に記載のプリプレグ。
- 前記(c1)中のポリアミド粒子が、ナイロン12とナイロン6との共重合体からなる真球形状の粒子である、請求項1から3のいずれか一項に記載のプリプレグ。
- (A)成分、(B)成分および(C)成分を含むプリプレグであって、
前記(A)成分が強化繊維基材であり、
前記(B)成分がエポキシ樹脂組成物であり、
前記(C)成分が(c2)成分であり、
前記(c2)成分が融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子を含む、プリプレグ。 - 前記融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子が、結晶性共重合ナイロン粒子である、請求項6に記載のプリプレグ。
- 前記融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子が、ナイロン12とナイロン6との共重合体からなる真球形状の粒子である、請求項6に記載のプリプレグ。
- 前記(c2)が、更に熱硬化性ポリイミド粒子を含む、請求項6から8のいずれか一項に記載のプリプレグ。
- 前記(c2)が、更に熱硬化性ポリイミド粒子を含み、
前記熱硬化性ポリイミド粒子が、下記一般式(1)または下記一般式(2)の化学構造を含む、請求項6〜9のいずれか一項に記載のプリプレグ。
- 前記(C)成分の70質量%以上が前記(A)成分の表層に存在する、請求項1から10のいずれか一項に記載のプリプレグ。
- 前記(A)成分が強化繊維を含み、前記強化繊維が炭素繊維である、請求項1から11のいずれか一項に記載のプリプレグ。
- 前記(B)成分が、エポキシ樹脂、及び芳香族ポリアミンを含有し、
前記エポキシ樹脂が、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂を含有し、
前記ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂の総質量に対し、60〜100質量%である、請求項1から12のいずれか一項に記載のプリプレグ。 - 前記(C)成分の含有量が、前記(B)成分100質量部に対し5〜25質量部である、請求項1〜13のいずれか一項に記載のプリプレグ。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載のプリプレグを2枚以上積層し、前記(B)成分の硬化温度以上で加熱してなる繊維強化複合材料。
- (A)成分、(B’)成分および(C)成分を含む繊維強化複合材料であって、
前記(A)成分が強化繊維基材であり、
前記(B’)成分がエポキシ樹脂組成物の硬化物であり、
前記(C)成分が(c1)成分であり、
前記(c1)成分がポリアミド粒子と熱硬化性ポリイミド粒子とを含み、
前記(A)成分が複数枚積層されており、かつ前記(C)成分が前記(A)成分の層間に存在する、繊維強化複合材料。 - (A)成分、(B’)成分および(C)成分を含む繊維強化複合材料であって、
前記(A)成分が強化繊維基材であり、
前記(B’)成分がエポキシ樹脂組成物の硬化物であり、
前記(C)成分が(c2)成分であり、
前記(c2)成分が融点140〜175℃のポリアミドの真球形状の粒子を含み、
前記(A)成分が複数枚積層されており、かつ前記(C)成分が前記(A)成分の層間に存在する、繊維強化複合材料。
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