(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０℃での粘度が５０ポイズ以下のエポキシ樹脂組成物（Ａ）を、繊維からなる補強体（Ｃ）に含浸させ、その両面に５０℃での粘度が３０００ポイズ以上のエポキシ樹脂組成物（Ｂ）の樹脂フィルムを張り合わせてなるプリプレグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、繊維強化複合材料（以下ＦＲＰと略記）用のプリプレグ（中間材料）の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、マトリックス樹脂を強化繊維で補強したＦＲＰは軽量、高弾性且つ高強度のメリットを活かして、釣竿、ゴルフシャフト、テニスラケット等のスポーツ用途から、航空機、船舶、自動車等の構造材料、あるいはロール等の工業材料等々、様々な用途に用いられている。
【０００３】
このＦＲＰを成形する方法としてプリプレグを使用する方法があり、このプリプレグに要求される特性としては硬化後の物性に優れることはもちろんであるが、その取扱い性が良好であることも非常に重要である。取扱い性では特にタック（粘着性）及び柔軟性が重要である。このタック及び柔軟性はマトリックス樹脂の粘度に依存するところが大きく、粘度が高くなるとタックはドライになり、柔軟性は低下する。適度なタック及び柔軟性を有するためには、マトリックス樹脂は適当な粘度範囲に入らなければならない。この適当な範囲とは、もちろんマトリックス樹脂の組成によっても異なるが、経験的な一つの目安としてはおおよそ５０℃で１０００〜１０００００ポイズという範囲を挙げることができる。これより低い粘度では室温でのタックがきつくなりすぎ、これより高い粘度のものは室温で固いプリプレグとなってしまう。
【０００４】
このようにプリプレグのタックという観点からは比較的高粘度の樹脂が好ましいが、樹脂の粘度が高くなると補強繊維への含浸性が低下し、良好なプリプレグが得られない。含浸状態の良くないプリプレグを用いた場合には成形後の物性も満足のいくものとはならない。通常、高粘度樹脂の含浸性を向上させるためには、含浸工程での温度を上げて樹脂粘度を下げる方法が取られる。しかしあまり温度を上げるとマトリックス樹脂のゲル化が始まったり、プリプレグのライフが短くなったりするので好ましくない。特に最近では比較的低温（７０〜８０℃）で硬化するプリプレグが上市されているが、このようなプリプレグではプロセス的には汎用プリプレグ（１２０〜１３０℃硬化）より更に厳しいものとなっている。つまりあまり温度を上げることができないため、高い粘度で樹脂を含浸させなければならず含浸は非常に困難である。結果としてマトリックス樹脂と補強繊維は十分に接着せず、層間剪断強度（ＩＬＳＳ）や一方向材料の場合では９０゜方向の強度が低くなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点を解消し、取扱い性に優れ、且つ含浸性からくる成形後の物性の低下がないプリプレグの提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採る。
即ち、５０℃での粘度が５０ポイズ以下のエポキシ樹脂組成物（Ａ）を、繊維からなる補強体（Ｃ）に含浸させ、その両面に５０℃での粘度が３０００ポイズ以上のエポキシ樹脂組成物（Ｂ）の樹脂フィルムを張り合わせてなるプリプレグである。
【０００７】
つまり本発明のプリプレグは、そのマトリックス樹脂を含浸成分と取扱い成分に分け、含浸成分は含浸性の向上のみを目的とし、取扱い成分は取扱い性の向上のみをその目的とし、両者を合わせることにより全体として含浸性と取扱い性に優れたプリプレグを得るものである。
【０００８】
本発明の繊維からなる補強体（Ｃ）には特に制限はなく、その繊維としては炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が用いられ、補強体の形状としては一方向、クロス、不織布等が挙げられる。
【０００９】
（Ａ）成分は、５０℃での粘度が５０ポイズ以下のエポキシ樹脂組成物でなければならない。何故なら（Ａ）成分は補強体（Ｃ）の隅々まで含浸し、本発明のプリプレグを硬化させて得られるＦＲＰが良好な機械特性を発揮するための成分であるからである。通常プリプレグ化の際の含浸条件としては、十分にマトリックス樹脂の粘度が下がり、かつゲル化しない温度が設定されるが、その粘度としては５０ポイズ以下が適当である。本発明の（Ａ）成分は比較的低温の５０℃で５０ポイズ以下であるので、含浸温度をそれほど上げなくても良好な含浸状態が得られる。２５℃での粘度が５０ポイズ以下の場合は室温で含浸させることができるので更に好ましい。
【００１０】
尚本発明における粘度は以下の測定法により測定した値である。
装置    ：レオメトリックス社製  ＲＤＡ−７００
モード  ：ディスクプレート（４０φ）
歪速度  ：１０ｒａｄ／ｓｅｃ
【００１１】
（Ｂ）成分としては、適当な取扱い性を有するために、５０℃での粘度が３０００ポイズ以上のエポキシ樹脂組成物でなければならない。３０００ポイズを下回ると室温におけるタックがきつくなりすぎ、取扱いが困難となる。５０℃での粘度が７０００ポイズ以上の場合は更に好ましい。また最終的な硬化物の物性に悪影響を与えなければ、（Ｂ）成分は熱可塑性樹脂、その他の添加物を含んでいても良い。
【００１２】
（Ａ）成分と（Ｂ）成分は同一条件で硬化できることが必要である。
（Ａ）／（Ｂ）／（Ｃ）の比率としては特に制限はないが、あまり（Ａ）成分の比率が高くなると（Ａ）成分が滲み出してくるので取扱いが困難になる。体積比率で（Ａ）／（Ｂ）は１．０以下が好ましく、０．５以下は更に好ましい。また同じく体積比率で０．１≦（Ａ）／（Ｃ）≦０．５の範囲が好ましく、０．１≦（Ａ）／（Ｃ）≦０．３の範囲は更に好ましい。（Ａ）／（Ｃ）が０．１より小さくなると（Ｃ）成分が十分に濡れなくなるため好ましくない。
【００１３】
本発明のプリプレグの用途には特に限定はなく、航空機用から一般工業用、スポーツ、レジャー用等、様々な用途のプリプレグに応用できるが、本発明のプリプレグは特にプリプレグ化の含浸工程での温度を上げる必要がないため、７０〜９０℃の比較的低温で硬化するプリプレグに適している。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、実施例及び比較例中の化合物の略号及び試験法は以下の通りである。
Ｅｐ８２８      ：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル社製）
Ｅｐ１００１    ：アミノグリシジル型エポキシ樹脂（住友化学社製）
Ｅｐ１５４      ：フェノールノボラック型エポキシ樹脂（油化シェル社製）
ＨＸ３７２２    ：マイクロカプセル型潜在性硬化剤（旭化成工業社製）
Ｄｉｃｙ        ：ジシアンジアミド
ＤＣＭＵ        ：ジクロロジメチルウレア
ＤＤＳ          ：ジアミノジフェニルスルホン
ＸＮ−１０４５  ：酸無水物系硬化剤（チバガイギー社製）
ＰＶＦ          ：ポリビニルホルマール  ビニレックＥ（チッソ社製）
【００１５】
＜粘度測定＞
装置    ：レオメトリックス社製  ＲＤＡ−７００
モード  ：ディスクプレート（４０φ）
歪速度  ：１０ｒａｄ／ｓｅｃ
【００１６】
＜強度試験＞
装置    ：オリエンテック社製  テンシロン
クロスヘッドスピード  ：２ｍｍ／ｍｉｎ
圧子先端半径  ：３．２ｍｍ
サンプル形状、Ｌ／Ｄ（支点間距離／厚み）
９０゜曲げ  ：６０ｍｍｌ×１０ｍｍｗ×２ｍｍｔ          Ｌ／Ｄ＝１６
ＩＬＳＳ    ：４０ｍｍｌ×１０ｍｍｗ×５ｍｍｔ          Ｌ／Ｄ＝４
【００１７】
（実施例１）
（Ａ）成分として表１に示す組成物を用いた。５０℃での粘度は５．２ポイズであった。（Ｃ）成分として一方向に引き揃えたカーボン繊維（三菱レイヨン社製、ＴＲ−３０Ｇ、目付１５０ｇ／ｍ２、密度１．８０ｇ／ｃｍ３）を用い、（Ａ）成分（密度１．１５ｇ／ｃｍ３）を樹脂目付２９ｇ／ｍ２で５０℃で含浸させた。体積比は（Ａ）／（Ｃ）＝０．３である。（Ｂ）成分としては表１に示す組成物を用い（密度１．１６ｇ／ｃｍ３）、ホットメルト法でフィルム化（目付２４ｇ／ｍ２）した。（Ｂ）成分の５０℃での粘度は４８００ポイズであった。このフィルムを上記（Ａ）成分を含浸させた（Ｃ）成分の両面に張り合わせた。体積比は（Ａ）／（Ｂ）＝０．６である。こうして得られたプリプレグを一方向に積層し、上記硬化条件で真空バッグ成形し、９０゜曲げ、ＩＬＳＳ用の試験片を作製した。強度試験の結果を表２に示す。試験片にはボイドはほとんどなく、試験後の試験片の破面を電子顕微鏡で観察したところ、マトリックス樹脂の強化繊維への濡れ性もよく、マトリックス樹脂の凝集破壊が観察された。
【００１８】
（比較例１）
実施例１で使用した（Ａ）と（Ｃ）成分を用い、５０℃で体積比（Ａ）／（Ｃ）＝０．８でプリプレグを調製した。得られたプリプレグの表面はかなりべとついていた。このプリプレグを用いて実施例１と同様に硬化させ、強度試験を実施した結果を表２に示す。強化繊維の濡れ性は良かったが、層間にボイドがかなり多かった。
【００１９】
（比較例２）
実施例１で用いた（Ｂ）及び（Ｃ）成分を用いて５０℃で体積比（Ａ）／（Ｃ）＝０．８でプリプレグ調製した。このプリプレグを用いて実施例１と同様に硬化させ、強度試験を実施した結果を表２に示す。層内のボイドが多く未含浸部も多く見られた。
【００２０】
（実施例２〜５）
（Ａ）、（Ｂ）成分としてそれぞれ表１に示した組成物を使用し、（Ｃ）成分は実施例１と同様のものを使用し、実施例１と同様にしてプリプレグを調製した。（Ａ）、（Ｂ）成分の５０℃での粘度はそれぞれ表１に示した。これらのプリプレグを用いて実施例１と同様に成形し、強度試験を実施した結果を表２に示す。試験片にはボイドはほとんどなく、マトリックス樹脂の強化繊維への濡れ性もよく、マトリックス樹脂の凝集破壊が観察された。
【００２１】
（実施例６）
（Ａ）、（Ｂ）成分としてそれぞれ表１に示した組成物を使用し、（Ｃ）成分は実施例１と同様のものを使用し、実施例１と同様にしてプリプレグを調製した。ただし（Ｂ）成分はＨＸ３７２２を加える前に、まずＰＶＦをエポキシ樹脂に１５０℃で溶解し、その後５０℃に冷却してＨＸ３７２２を加え、均一混合した。（Ａ）、（Ｂ）成分の５０℃での粘度はそれぞれ表１に示した。このプリプレグを用いて実施例１と同様に成形し、強度試験を実施した結果を表２に示す。試験片にはボイドはほとんどなく、マトリックス樹脂の強化繊維への濡れ性もよく、マトリックス樹脂の凝集破壊が観察された。
【００２２】
（比較例３）
実施例２で使用した（Ａ）、（Ｃ）成分を用い５０℃で体積比で（Ａ）／（Ｃ）＝０．８でプリプレグを調製した。得られたプリプレグの表面はかなりべとついていた。このプリプレグを用いて実施例１と同様に硬化させ、強度試験を実施した結果を表２に示す。マトリックス樹脂の強化繊維への濡れ性は良かったが、層間にボイドがかなり多かった。
【００２３】
（比較例４）
実施例２で用いた（Ｂ）、（Ｃ）成分を用いて５０℃で体積比（Ｂ）／（Ｃ）＝０．８でプリプレグ調製した。このプリプレグを用いて実施例１と同様に成形し、強度試験を実施した結果を表２に示す。層内のボイドが多く未含浸部も多く見られた。
【００２４】
【表１】
0003571775.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003571775.tif 000003
【００２６】
【発明の効果】
本発明のプリプレグは取扱い性に優れ、かつマトリックス樹脂は補強繊維に十分に濡れているので接着性が良好であり、成形後の物性も非常に優れている。また、含浸速度を大幅に向上させることができるため、全体としての製造速度の向上及びコストダウンも達成できる。更に本発明のプリプレグは含浸工程での温度を上げなくてもその調製が可能であるため、特に７０〜９０℃の低温で硬化するプリプレグに適している。