JPS58171945A - 多層プリプレグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多層プリプレグに関し、さらに詳しくる。

繊維強化樹脂（以下、ＦＲＰという）は、たとえば、炭
素繊維やガラス繊維の如き補強用繊維の。

厚み００５〜０．５　（ｍｍ　）程度の比較的薄い一方
向性プリプレグや織物プリプレグを、その補強用繊維が
所定の方向を向くようにして１枚ずつ積み重ね、加熱加
圧してプリプレグの熱硬化性樹脂を硬化させることによ
って成形している。しかしながら、そのようにして成形
したＦＲＰは、プリプレグの積層方向、つまりＦＲ’Ｐ
の厚み方向に補強用繊維が全く存在していないので、厚
み方向の引張応力や面内方向の剪断応力が加わったよう
な場合に層間剥離が起こりやすいという欠点があった。

また、製造方法上も、プリプレグをその補強用繊維が所
定の方向を向くようにして１枚ずつ積み重ねるのは大変
やっかいであるし、単純な作業であるゆえに作業員にあ
きがきて、補強用繊維の配列方向が乱れてきたり９時に
はプリプレグに付いている離型紙の剥ぎ取りを忘れたま
ま積層するといった問題があった。そして、そのような
場合、得られたＦＲＰの機械的強度は一層低いものであ
った。

一方、補強用繊維の、たとえば多重織物に熱硬化性樹脂
を含浸、硬化せしめることによるＦＲＰの成形方法も知
られている。しかしながら、この成形方法によるＦＲＰ
もまた９機械的強度が低いという欠点があった。すなわ
ち、多重織物のような厚い補強用繊維基材を使用し、そ
の内部まで−様に樹脂を含浸しようとすると、樹脂をメ
チルエチルケトンやアセトンなどの溶媒で希釈し、その
粘度を十分下げておく必要がある。しかして、成形時に
はその溶媒をとばしてしまうわけであるが。

基材の内部にあるものまでも完全にとばすのは困難で、
そのため樹脂マトリクス中に溶媒が残存したり、溶媒に
よる気泡が生成したりして、高い機械的強度を発現させ
るのが難しいのである。また。

多重織物であるとはいっても、その層数は通常４〜５層
程度までであり、したがってそれ以上の厚肉のＦＲＰを
成形しようとするとやはり積層を行うことになって、上
述した一方向性プリプレグや織物プリプレグを使用する
場合と同様の欠点を生じてしまう。

本発明の目的は、従来技術の上記欠点を解決し。

成形作業を容易に行うことができ、しかも機械的強度、
特に層間剥離強度の高いＦＲＰを得ることができる多層
プリプレグを提供するにある。

上記目的を達成するための本発明は、補強用繊維のシー
ト状プリプレグが少なくとも２枚積層さレグは、補強用
繊維のスティッチ糸、または金属線材によって一体に保
持されている多層プリプレグを特徴とするものである。

本発明の多層プリプレグを詳細に説明するに。

第１図は０本発明に係る多層プリプレグの一実施例を示
す、一部切欠した概略斜視図である。

第１図において、多層プリプレグ１は、補強用繊維の１
連続繊維を互いに並行かつシート状に引き揃えたものに
熱硬化性樹脂を含浸、予備硬化せしめてなる。いわゆる
一方向性プリプレグ２〜９を。

多層プリプレグ１の長手方向に対する補強用繊維の方向
が、最も下にある一方向性プリプレグ２から上に向かっ
て順に０°、＋４５°、−４５°ｍ　＋９０’、　＋９
０’。

−４５°、＋４５°、０°であるように積層してなる積
層体向に繰り返し貫通しながら長手方向に等ピッチで延
在して、上記８枚の一方向性ブリプレグ２，３゜４、５
．６．７．８および９を一体に保持している。

幅方向に等間隔で複数本設けられ、８枚の一方向性プリ
プレグ２〜９を多層プリプレグ１の全面にわたって一体
に保持している。そして、この実施例の多層プリプレグ
１は、その長手方向１幅方向およびバイアス方向の６方
向に補強用繊維が存在しているので、ＦＲＰを成形した
場合にそのＦＲＰに面内擬似等方の性質を与えることが
できるものである。また、真中の２枚の一方向性ブリプ
レグ５．６からみて対称の位置にある寺吹つ−サ年°會
２ 枚の一方向性プリプレグ、すなわち一方向性プリプレグ
４と７．６と８および２と９は、その補強用繊維の方向
が同一であり、また厚みも互いに同一であるので、補強
用繊維と熱硬化性樹脂との熱線膨張係数が異なることに
よる。ＦＲＰの反りの発生をも防止することができるも
のである。

第２図は、別の実施例の本発明の多層プリプレグを示す
ものである。この第２図に示すものは。

上記第１図の実施例のものにおいて、一方向性プリプレ
グ２〜９の一体保持を、ステイツチ糸１０に代えて、ア
ルミニウム、銅、チタン、ニッケルなどの単体金属また
は上記金属の少なくとも１種を主成分とする合金からな
るコの字状の金属線材１１によって行ったものである。

この場合、補強用繊維が導電性であると、それとの電位
差によって金属線材１１が腐蝕することがある。これを
防止するために、金属線材１１は、その表面に樹脂など
の電気絶縁性被膜が施されているようなものであるのが
好ましい。

上記実施例においては、一方向性プリプレグの積層枚数
が８枚である場合について説明したが。

８枚である必要は全くなく、２枚以上であればよい。ま
た、長手方向および／または幅方向において積層枚数を
変更すれば１部分的に厚みの異なるＦＲＰを成形するこ
ともできるようになる。

また、プリプレグの一体保持が多層プリプレグの全面に
わたって行われている必要は必ずしもなく、一体に保持
されている部分と、一体には保持されていない、少なく
とも２層に拡開可能な部分とからなっていてもよい。か
かる技術的思想は。

特願昭５６−１８５６４９号明細書で、同様のものが多
層基材について説明されているが、拡開可能な部分を開
くことによってＨ型や１型のＦＲＰを成形するような場
合に特に好ましいものである。

プリプレグは一方向性のものである必要は必ずしもない
。たとえば、織物プリプレグや短繊維マットプリプレグ
のようなものであってもよい。織物プリプレグとして、
特開昭５５−５０９７４号公報に記載されているような
、実質的に屈曲を有しない真直ぐな補強用繊維を互いに
略平行かつシート状に引き揃えてなる２個の糸条群を補
助繊維によって一体に織成した。いわゆるノンクリンプ
織物のプリプレグを使用すると、補強用繊維が応力の集
中するような屈曲を有していないために。

特に面内において補強用繊維の特性が十分に発現され、
ＦＲＰの機械的強度や破壊強度が一層高くなる。この点
では上記一方向性プリプレグも同様であるが、一方向性
プリプレグの場合には、補強用繊維が拡開しやすいため
に、一体保持に際して。

ステイツテ糸を通すニードルや、金属線材自身による補
強用繊維の切断が少ないという別の利点もある。また、
プリプレグは同一種類のものを積層することであっても
よいし、異なる種類のものを積層することであってもよ
い。たとえば、内層を織物プリプレグとし、外層を一方
向性プリプレグで構成するといった。異なる種類のプリ
プレグを組み合わせて使用することができる。さらに、
積層体は同一種類の補強用繊維のプリプレグからなって
いてもよいし、異なる種類の補強用繊維のプリプレグの
組み合わせであってもよい。たトエハ。

内層を炭素繊維のプリプレグとし、外層をガラス繊維の
プリプレグとするようなことができる。

上述したようなプリプレグを構成している補強用繊維は
、たとえば炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、
シリコンカーバイド繊維のような高強度、高弾性繊維で
ある。同一プリプレグについて異なる種類の補強用繊維
、たとえば炭素繊維とガラス繊維が併用されていてもよ
い。そして。

上記補強用繊維は６通常、マルチフィラメントからなっ
ており、その撚数は、プリプレグにする際の熱硬化性樹
脂の含浸性をよくするため、また補強用繊維の体積含有
率を高くするため、さらに一体に保持する際に切断され
るのを防止するため。

できるだけ少ないのが好ましい。特に、炭素繊維の場合
には、炭素繊維は弾性率が極めて高く、かつ破断伸度が
小さいために曲げの力に対して弱いという特性をもって
いるから、実質的に無撚りであるのが好ましい。

プリプレグを構成している熱硬化性樹脂は、たとえば不
飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂。

フェノール樹脂のようなものである。なかでも。

エポキシ樹脂が最も好ましい。プリプレグ中に占める熱
硬化性樹脂の割合は４０〜６０（体積％）程度である。

そして、このような熱硬化性樹脂は半硬化、つまりＢ−
ステージの状態にある。

ステイツチ糸や金属線材は、積層された各プリプレグを
一体に保持するとともに、ＦＲＰにおいてその層間剥離
を防止するものである。眉間剥離の防止を効果的に行う
ために、これらスティッチ糸や金属線材は、積層体の面
に垂直な方向に対して一１５〜＋１５＠の範囲にあるの
が好ましい。最も好ましいのは、０゜、つまり上記面と
垂直にあることである。すなわち、ＦＲＰは繊維軸方向
に最も高強度で、その方向から離れるのにしたがって強
度が急激に低下するという性質をもっているから。

層間剥離を効果的に防止するためには、スティッチ糸や
金属線材は上記角度範囲にあるのが好ましいわけである
。

ステイツチ糸は、プリプレグを構成している補強用繊維
と同様、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、金
属繊維などの高強度、高弾性繊維の、好ましくはマルチ
フィラメントからなっている。そして、ステイッチ糸は
単環縫いまたは本縫い、好ましくは単環縫いによって各
プリプレグを一体に保持しているが、そのため大きく屈
曲していて、ＦＲＰに応力が加わった場合にその屈曲部
に応力が集中し、プリプレグの補強用繊維の破断に先立
ってスティッチ糸が破断してその部分がらＦＲＰの破壊
が進行することがある。そのため。

ステインチ糸は、プリプレグを構成している補強用繊維
との関係においては、上記補強用繊維の破断伸度よりも
大きな破断伸度、できれば３倍以上の破断伸度をもつも
のであるのが好ましい。たとえば、プリプレグを構成し
ている補強用繊維が炭素繊維である場合には、ステイン
チ糸はポリアラミド繊維またはガラス繊維であるのが好
ましい。

上述したような多層プリプレグは、たとえば。

プリプレグをその補強用繊維が任意の方向を向くように
して所望の枚数積み重ね、それらプリプレグを、ニード
ルに通したステインチ糸により、捷たけ金属線材によっ
て一体に保持することによって製造することができる。

その場合９．グリプレグの補強用繊維はＢ−ステージ状
態の樹脂で結合されていて動きにくい状態にあるから、
ニードルや金属線材がプリプレグを貫通する際に、それ
らの断面積に相当する面積の補強用繊維が切断されてし
まうことがある。これを防止するために、プリプレグお
よび／またはニードルもしくは金属線材を、熱硬化性樹
脂のゲル化温度未満の温度に加熱維が逃げやすくしてや
るとよい。また、−棒保持の工程でプリプレグの積層体
がローラやガイド等に接触し、それらに熱硬化性樹脂が
付着してスムーズな走行が阻害されるような場合には、
積層体の面外表面に薄いガラス繊維織物やポリアラミド
繊維織物を重ね合わせ、プリプレグといっしょに一体保
持するようにしてもよい。さらに、ステインチ糸にプリ
プレグと同一種類の熱硬化性樹脂をあらかじめ含浸し、
プリプレグ化しておくと、−棒保持をやや行いにくくな
るという問題はあるものの、ＦＲＰ中における樹脂分布
をより一様にすることができ、またボイドもより少なく
なるので好ましい。

本発明の多層プリプレグにょるＦＲＰの成形は。

従来周知の、たとえばプレス成形法やオートクレーブ成
形法によって行うことができる。

以上説明したように９本発明の多層プリプレグは、補強
用繊維のシート状プリプレグを少なくとも２枚積層し、
かつそれら少なくとも２枚のシート状プリプレグを、補
強用繊維のステインチ糸。

または金属線材で一体に保持してなるものであるから０
機械的強度、特に層間剥離強度の高いＦＲＰを成形する
ことができるようになる。すなわちＦＲＰにその厚み方
向の引張応力や面内方向の剪断応力が加わったような場
合でも、それによる層間剥離が上記ステインチ糸または
金属線材によって防止されるわけである。また１本発明
の多層プリプレグによれば、プリプレグをその補強用繊
維が所定の方向を向くようにして１枚ずつ積み重ねると
いうやっかいな作業を行う必要がなくなり。

成形作業の手間が大幅に省けるばかりか、補強用繊維の
配列の乱れや、プリプレグの離型紙を剥ぎ取るのを忘れ
たまま積層するといった事故をも防止することができ、
一層高い機械的強度をもつＦＲＰを得ることができるよ
うになる。さらに１本発明の多層プヂプレグを使用すれ
ば、多層の補強用繊維基材を用いる場合のように、樹脂
マトリクス中に溶媒が残存したり、溶媒による気泡を生
成したりするようなことを防止できるので、この面でも
高い機械的強度のＦＲＰを得ることができるようになる
ｂ 本発明の多層プリプレグは、いろいろな用途のＦＲＰを
成形する場合に使用することができるが。

機械的強度、とりわけ層間剥離強度が高く、信頼性の高
いＦＲＰが得られることから、航空機のＦＲＰ−次槽造
材、たとえば翼のスキン材や、翼や床などの桁材として
使用するＨ型材、工型材、Ｔ型材などを成形するような
場合に特に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ異なる実施例の本発明
の多層プリプレグを示す概略斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 補強用繊維のシート状プリプレグが少なくとも２枚積層
   され、かつそれら少なくとも２枚のシート状プリプレグ
   は、補強用繊維のスティッチ糸。 または金属線材によって一体に保持されていることを特
   徴とする多層プリプレグ。