(57)【要約】【課題】  本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂を含むプリプレグを複数枚積層したプリプレグ積層体であって、プリプレグ積層体を構成するプリプレグに、大きさの異なるプリプレグを組み合わせて用いるプリプレグ積層体に関するものである。【解決手段】  強化繊維と熱可塑性樹脂とを含むプリプレグを積層した、プリプレグからなる層を複数有するプリプレグ積層体であって、プリプレグ積層体を構成する少なくとも１層が、その層を構成する２枚以上のプリプレグが互いに重なりあわないように配置され、それぞれのプリプレグが隣接する層を構成するプリプレグに点溶着されているプリプレグ積層体により達成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維と熱可塑性樹脂とを含むプリプレグを積層した、プリプレグからなる層を複数有するプリプレグ積層体であって、
プリプレグ積層体を構成する少なくとも１層が、その層を構成する２枚以上のプリプレグが互いに重なりあわないように配置され、それぞれのプリプレグが隣接する層を構成するプリプレグに点溶着されているプリプレグ積層体。
【請求項２】
前記点溶着されている箇所が、プリプレグの面積１ｍ２あたり１〜５０箇所である請求項１に記載のプリプレグ積層体。
【請求項３】
前記プリプレグに含まれる強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維である請求項１または２のいずれか一項に記載のプリプレグ積層体。
【請求項４】
前記隣接する層を構成するプリプレグに点溶着されている層を構成する２枚以上のプリプレグが突き合わされて配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のプリプレグ積層体。
【請求項５】
前記２枚以上のプリプレグに含まれる繊維方向のなす角度が０°または１８０°となるように配置されている請求項４に記載のプリプレグ積層体。
【請求項６】
前記プリプレグ積層体を構成するプリプレグの厚さが３０〜３００μｍである請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリプレグ積層体。
【請求項７】
前記プリプレグ積層体を構成するプリプレグに含まれる強化繊維の体積含有率が１０〜６０％である請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリプレグ積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂を含むプリプレグを複数枚積層したプリプレグ積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリプレグ積層体は、一般には、プリプレグ積層体と同じ縦横の長さ、面積を有するプリプレグを積層することによって得ることができる。しかしながら、常に、そのようなプリプレグが準備されているわけでなく、場合によっては、それよりも小さいプリプレグを有効に活用する必要がある。
【０００３】
プリプレグを構成するマトリクス樹脂として、従来、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂が使用されてきた。近年では、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を使用したプリプレグが開発されつつある。マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を使用したプリプレグは、プレス成形法、等により高速成形が可能であるという特徴を有する。
【０００４】
特許文献１は、チョップドストランドプリプレグを積層して、点溶着する方法を開示している。該特許はチョップドストランドプリプレグを対象にしており、点溶着数は、１０ｃｍ２当たり１〜４００箇所である。点溶着数がかなり多く、その作業に要する時間が長時間である問題があった。このような状況下、マトリクス樹脂が熱可塑性樹脂であって、最終的な積層プリプレグの外形寸法よりも小さいプリプレグを有効に使用でき、プリプレグの点溶着数の少ない積層プリプレグ、及びその製造方法が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６２３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
製造しようとするプリプレグ積層体よりも小さいプリプレグを用いたプリプレグ積層体を提供することである。特に、点溶着数を減らしたプリプレグ積層体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含むプリプレグを積層した、プリプレグからなる層を複数有するプリプレグ積層体であって、
プリプレグ積層体を構成する少なくとも１層が、その層を構成する２枚以上のプリプレグが互いに重なりあわないように配置され、それぞれのプリプレグが隣接する層を構成するプリプレグに点溶着されているプリプレグ積層体である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製作しようとするプリプレグ積層体よりも小さいプリプレグを使用でき、かつ、層内で強化繊維が折れ曲がることが無いので、強化繊維による補強効果が十分発現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成する一例を示す図。
【図２】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成する一例を示す図。
【図３】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成し、超音波溶着した一例を示す図。
【図４】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成する一例を示す図。
【図５】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成する一例を示す図。
【図６】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成し、超音波溶着した一例を示す図。
【図７】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成する一例を示す図。
【図８】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成する一例を示す図。
【図９】本発明のプリプレグ積層体を構成する１層を２枚のプリプレグで構成する一例において、２枚のプリプレグの繊維方向がなす角度θを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のプリプレグ積層体は、それを構成する１層あるいは２層以上が２枚以上のプリプレグから構成されることが必要である。１層を２枚以上のプリプレグで構成することにより、プリプレグ積層体の面積よりも、面積の小さいプリプレグを使用することができる。
【００１１】
１層を構成する２枚以上のプリプレグは、重なりあわないように配置することが必要である。プリプレグが重なりあうと厚みにムラが生じるので好ましくない。
【００１２】
１層を構成する２枚以上のプリプレグは、プリプレグを実質的に隙間が無いように突き合わせることが好ましい。隙間が無いように突き合せると、実質的に１枚のプリプレグとして扱うことができるので好ましい。
【００１３】
１層を構成する２枚以上のプリプレグは、それぞれ、その下層を構成するプリプレグと点溶着されていることが必要である。上下の層を構成するプリプレグが点溶着されていると、積層体を構成するプリプレグが一体化され、取り扱いやすくなるので好ましい。但し、最下層のプリプレグの場合には、第２層を最下層と点溶着することで一体化することが好ましい。
【００１４】
（点溶着の方法）
本発明のプリプレグ積層体のプリプレグを点溶着する方法として、加熱されたコテを当てる方法や、加熱された針状の物を突き刺す方法や、超音波溶着機を当てる方法がある。中でも、超音波溶着機は、短時間で効率よく、熱可塑性樹脂を溶融することができる。
【００１５】
本発明のプリプレグ積層体のプリプレグを点溶着する数は、プリプレグの面積１ｍ２あたり１〜５０箇所であることが好ましい。プリプレグの面積１ｍ２あたり１箇所以上とすることで、プリプレグを一体化し取り扱いやすくすることができる。プリプレグの面積１ｍ２あたり５０箇所以下とすることで、点溶着に要する時間を短縮することができる。
【００１６】
（プリプレグ）
本発明のプリプレグ積層体に用いることができるプリプレグとしては、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたプリプレグを使用することができる。強化繊維は連続繊維であっても良いし、不連続繊維であっても良い。不連続である強化繊維を用いる場合は、そのプリプレグを用いた積層体を成形した際に、流動性が良くなるので好ましい。連続繊維の場合、そのプリプレグの強度、弾性率、等の機械的物性が良くなるので好ましい。
【００１７】
本発明のプリプレグ積層体に用いることができるプリプレグの厚みは３０〜３００μｍが好ましい。プリプレグの厚みを３０μｍ以上とすることで、所定の厚みの積層プリプレグを作成する際に、その積層数を減らすことができ作業負荷の低減が可能となる。また、プリプレグ厚みを３００μｍ以下とすることで、それを紙管に巻き付けやすくなるなど取り扱い性が向上する。
【００１８】
本発明のプリプレグ積層体に用いることができるプリプレグに含まれる強化繊維の体積含有率（ＪＩＳ  Ｋ７０５２、Ｋ７０７５に準じて測定。）は、１０〜６０％であることが好ましい。強化繊維の体積含有率が１０％以上であれば、積層プリプレグを成形することによって得られる成形品に優れた物性を与えることができる。一方、強化繊維の体積含有率が６０％以下であれば、積層プリプレグをプレス成形法などの方法で成形する際に、いろいろな形状に賦形しやすくなる。
【００１９】
本発明のプリプレグ積層体に用いることができるプリプレグに、強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグを用いた場合には、プリプレグを突き合わせた箇所において、突き合わせた２枚のプリプレグの繊維方向が成す角度を任意に変えることができるので好ましい。プリプレグを突き合わせる箇所における、２枚のプリプレグの繊維方向が成す角度θ（図９に概念図を示す。）に制限はないが、０°〜１８０°であることが好ましい。前記２枚のプリプレグの繊維方向が成す角度θがθ=０°または１８０°の場合、２枚のプリプレグを突きあわせて作成した層は、１枚のプリプレグと同じ物として扱えるので、特に好ましい。２枚のプリプレグの繊維方向が平行の場合、その強度、弾性率等の物性は１枚のプリプレグと同じであるので、特に好ましい。ただし、２枚のプリプレグの繊維方向が平行でない場合、その層内において異方性を持たせることができる。
【００２０】
（熱可塑性樹脂）
本発明のプリプレグ積層体に用いることができる熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリアリレート等がある。
【００２１】
（強化繊維）
本発明のプリプレグ積層体に用いることができる強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維、等が例示される。
【実施例】
【００２２】
プリプレグＡ：横７５ｃｍ、縦２５ｃｍ、厚み０．１ｍｍのプリプレグであって、強化繊維としては、炭素繊維（三菱レイヨン社製、製品名：ＴＲ５０Ｓ）、マトリクス樹脂としては、ポリプロピレン（プライムポリマー社製、製品名：Ｊ１０８Ｍ）を用いた。炭素繊維の体積含有率は４５％であった。繊維方向は横方向である。
【００２３】
プリプレグＢ：横１００ｃｍ、縦５０ｃｍとした以外は、プリプレグＡと同じとした。
プリプレグＣ：繊維方向を縦方向とした以外は、プリプレグＢと同じとした。
プリプレグＤ：１辺の長さ１００ｃｍ、厚み０．１ｍｍの正方形状とし、繊維方向を正方形のある一辺と平行となる方向とした以外は、プリプレグＡと同じとした。
【００２４】
（製造例１）
プリプレグＤを用いて、表１に記載の通り、繊維方向が０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°／０°の方向に並ぶように１１枚を順に積層し、外形が一辺１００ｃｍの正方形のプリプレグ積層体を作成した。そのプリプレグ積層体を温度２２０℃、圧力３ＭＰａで加熱プレスした後、温度５０℃、圧力３ＭＰaで冷却プレスし、シート状のプレプレグ積層体を作成した。ＪＩＳ  Ｋ７０１７に準拠して、表層の繊維方向が試験片の長手方向と平行となるように幅１５ｍｍ、長さ１００ｍｍの試験片を切り出し、２５℃で曲げ試験を実施した。２５℃における曲げ強度は５３０ＭＰａ、曲げ弾性率は６０ＧＰａであった。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
（実施例１）
２層からなるプリプレグ積層体を以下の操作により製造した。
（１層目）
２枚のプリプレグＡを繊維方向が同じとなるように、２５ｃｍの間隔で並べた（図１）。
（２層目）
１層目の上に、２枚のプリプレグＡを繊維方向が同じで、２５ｃｍの間隔で、且つ、１層目のプリプレグＡの繊維方向と直交するように配置した（図２）。
そして、超音波溶着機（日本エマソン社製、製品名：２０００ＬＰｔ。チップの先端形状は、直径５ｍｍの円）を用いて、図３に示す４箇所を溶着させて、外形が７５ｃｍの正方形になるようにした。２層からなるプリプレグ積層体を手で持ち上げたところ、１層目と２層目は一体化されているので剥離するようなことは無かった。
【００２７】
（実施例２）
１１枚のプリプレグからなるプリプレグ積層体を以下の操作により製造した。
（１層目）
プリプレグＢを２枚、繊維方向が同じなるように、隙間が生じないように並べて、１ｍ角とした（図４）。
（２層目）
１層目の上にプリプレグＢ２枚を繊維方向が同じになるように、且つ、１層目のプリプレグＢの繊維方向と直交するように配置させた（図５）。そして、超音波溶着機（日本エマソン社製、製品名：２０００ＬＰｔ。チップの先端形状は、直径５ｍｍの円）を用いて、図６に示す４箇所を溶着した。各溶着箇所の中心と正方形（１辺の長さ１ｍ）の重心がなす角度は４５°であり、その距離は３５ｃｍであった。４箇所を点溶着することにより、１層目と２層目を一体化させた。２層からなるプリプレグ積層体を手で持ち上げたところ、剥離するようなことは無かった。
（３層目〜１１層目）
表２に示す条件にしたがって、プリプレグ積層体を作成した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
（積層プリプレグの作成）
１１層からなるプリプレグ積層体を、製造例１と同様な操作を実施し、シート状のプレプレグ積層体を作成した。実施例２のシート状のプリプレグ積層体の機械的強度、弾性率は製造例１のサンプルと同じであった。
【００３０】
（実施例３）
１１層からなるプリプレグ積層体を以下の操作により製造した。
（１層目）
プリプレグＢ１枚、プリプレグＣ１枚を、繊維方向が直交、隙間が無いように並べて、１ｍ角とした（図７）。
（２層目）
１層目の上にプリプレグＢ１枚、プリプレグＣ１枚を、繊維方向が直交になるように、配置した（図８）。実施例２と同様に、１層目、２層目を一体化させた。
（３層目〜１１層目）
表３に示す条件にしたがってプリプレグ積層体を作成した。得られたプリプレグ積層体は、左上、右上、右下、左下では、積層パターンが異なっており、異方性のプリプレグ積層体が得られた。
【００３１】
【表３】
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【符号の説明】
【００３２】
１・・・・プリプレグ
２・・・・点溶着
３・・・・突合せ
４・・・・プリプレグに含まれる繊維方向のなす角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014113714.tif 000010
【図６】
2014113714.tif 000011
【図７】
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【図８】
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【図９】
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