(57)【要約】  【課題】  優れた機械特性を有し、成形時において確実に識別が可能であり、かつ、安価な複合材料の成形用素材であるプリプレグを提供すること。  【解決手段】  強化繊維とマトリックス樹脂からなるプリプレグにおいて、そのプリプレグ表面にマーキングが施されていることを特徴とするプリプレグであって、そのマーキングとプリプレグ表面との色彩色差ΔＥが３０以上の染料および／または顔料を用いてマーキングされており、その染料および／または顔料の含有量がプリプレグ１ｍ２あたり１００ｍｇ以下であるプリプレグ。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維とマトリックス樹脂からなるプリプレグにおいて、該プリプレグ表面にマーキングが施されていることを特徴とするプリプレグ。
【請求項２】
マーキングとプリプレグ表面との色相色差ΔＥが３０以上であることを特徴とする請求項１記載のプリプレグ。
【請求項３】
マーキングが染料および／または顔料からなることを特徴とする請求項１または２記載のプリプレグ。
【請求項４】
マーキングがプリプレグ１ｍ２あたり１００ｍｇ以下の含有量であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプリプレグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量化が要求される複合材料の成形用素材に好適なプリプレグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフシャフトや航空機の部品などに適用される複合材料部品は、織物状、テープ状あるいはトウ状のプリプレグを任意の繊維方向で成形治具上に配列積層し、加熱・硬化することによって製造されている。この場合、強化繊維の強度、弾性率あるいはその目付、さらにはマトリックス樹脂の重量比率が異なるプリプレグを併用する場合もある。また、特定のコンポジット特性を特異的に発現させる目的や、取り扱い性に関する要求に応じるために、プリプレグの表と裏に樹脂組成や樹脂量が異なるプリプレグシステムが用いられる場合もある。
【０００３】
しかしながら、これらプリプレグの積層作業の際には、材料やプリプレグ表裏を取り違える可能性があり、その結果、積層作業性に影響を与えるとともに目的とする強度の複合材料部品が得られないという問題があった。
従来、これらの問題に対して、プリプレグのキャリヤーとなる離型紙やプラスチックフィルムの色を変えたり、品名表示をしたりする方法が提案されている（特許文献１参照）。また、前記離型紙やプラスチックフィルムによって凹凸模様をつけたりする方法も提案されている。しかしながら、これらは、積層作業の際に剥ぎ取られるものであるため、剥ぎ取られた後では識別機能を発揮することができず、材料やプリプレグ表裏を取り違える可能性が依然として高かった。
また、良く知られているように多くの接着剤フィルムは、それ自身が着色されている。このように、マトリックス樹脂全体を着色することで、プリプレグ全体の色調を本来の色調と変えることも手法としては可能であるが、少量多品種を効率よく生産していくことが求められている昨今の事業環境においては、生産効率を著しく損なうこととなる。すなわち、限られた生産系列で着色品種と非着色品種を作り分ける場合、工程数の多い繊維強化プリプレグの各工程での生産機を洗浄することが必要なため切替時間および工数において多大なロスとなるのである。
【０００４】
一方、基材となる強化繊維やそれを用いた織物に対して、トレーサーヤーンを挿入する方法が知られている（特許文献２、特許文献３および特許文献４参照）。ここには強化繊維である炭素繊維などに、アラミド繊維、ガラス繊維、金属繊維などの無機繊維あるいは有機繊維をトレーサーヤーンとして使用する方法が示されている。また、これらのトレーサーヤーンを用いる場合、トレーサーヤーンをあらかじめ使用する織物基材などに組み入れておく方法や、トレーサーヤーンをプリプレグ製造時に同時に供給し、プリプレグを製造する方法などが提案されている。
これらの方法では、プリプレグの種類や表裏を識別することは可能とはなるが、複合材料の強度などを損なう場合があった。例えば、金属繊維では、マトリックス樹脂の吸湿による金属腐食の発生に伴う複合材料への強度低下問題がある。また、アラミド繊維では、それ自体の吸湿による複合材料への強度低下を発生させる問題を有する他、トレーサーヤーンを配したプリプレグを積層し成形体を製造する際、各層のトレーサーヤーン位置が重なり合う場合も多く、該部分の複合材料の強度が他の部分に対して低下するという問題が避けられなかった。さらに、トレーサーとして用いる素材によっては、高コスト化するという問題もあった。
【特許文献１】実開昭６２−８０６１６号公報
【特許文献２】特開平９−８５８９２号公報
【特許文献３】特開平１０−１９５２１３号公報
【特許文献４】特開２０００−１１００４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の目的は、優れた機械特性を有し、成形時において確実に識別が可能であり、かつ、安価な複合材料の成形用素材であるプリプレグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のプリプレグは、強化繊維とマトリックス樹脂からなるプリプレグにおいて、該プリプレグ表面にマーキングが施されていることを特徴とするプリプレグである。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、上記のマーキングとプリプレグ表面との色相色差ΔＥは３０以上であり、上記のマーキングは染料および／または顔料からなり、そして、上記のマーキングはプリプレグ１ｍ２あたり１００ｍｇ以下の含有量である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、優れた機械特性を維持し、かつ、識別性に優れた複合材料用素材であるプリプレグを得ることができる。その結果、あらかじめ所定の形状に裁断した積層用プリプレグの方向や表裏、複数種類のプリプレグを組み合わせて使用する際の積層順の取り違え等を防止することが可能となり、かつ、目的とする強度の複合材料部品を低コストで得られるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のプリプレグは、該プリプレグ表面に容易に識別が可能なマーキングがなされていることが必要である。該マーキングは、プリプレグ自体との色相色差ΔＥにおいて３０以上あれば、このプリプレグを目的とする製品（複合材料部品）の形状に合わせて積層する際においても、その色差から作業性を損なうことなく容易に識別することが可能であるが、色相色差ΔＥは好ましくは４０以上であり、さらに好ましくは５０以上である。色相色差ΔＥが３０未満であっては、十分な識別性が得られない場合がある。
【００１０】
本発明のプリプレグに使用するマーキングには、上記のとおりプリプレグとの色相色差ΔＥが３０以上あるものであれば特に制限はないが、染料および／または顔料であることが利便性の観点から好ましい。染料およびまたは顔料としては、その種類を特に限定するものではなく、公知の一般に市販されているものが使用可能である。一般に良く用いられる顔料や染料としては、白色なら酸化チタンや酸化亜鉛系の顔料が、赤色ならベンガラ（酸化鉄系）顔料が、また黒色ならカーボンブラック、酸化鉄系の顔料やアニリンブラック系の染料等が挙げられる。
【００１１】
また、マーキング方法は、スタンプ、インクジェットプリンター、エアブラシおよびスプレーなどによる方法を必要に応じて選択することが可能である。これらの中でも、汎用性、取り扱い性およびインク消費量の点において、インクジェットプリンターを用いることが好ましい。
【００１２】
本発明のプリプレグの製造方法は特に限定されないが、マトリックス樹脂を一旦フィルム状に形成、あるいは、直接加熱溶融させ強化繊維基材に含浸させるホットメルト法や溶剤に溶解して含浸させる溶剤法などの公知の方法を選択することが可能である。
【００１３】
ここで、マーキングされたプリプレグの製造方法は、あらかじめ表面にマーキングしておいた基材を用いてプリプレグを製造しても良いし、基材表面にマーキングした後、連続して樹脂含浸加工しプリプレグを製造しても良い。あるいは、樹脂含浸工程の後に、該プリプレグの最表面にマーキングしても良い。また、得られたプリプレグは、要求に応じて任意の幅にスリット加工して製品とすることも可能である。
【００１４】
マーキングされる面は、基材またはプリプレグの一方の面のみでも良いし両面でも良く、要求や目的に応じて選択可能である。
【００１５】
マーキングの間隔と配置は、プリプレグ加工時の長手方向や機幅方向に対して、任意の間隔、あるいは任意の大きさで配置することができる。
【００１６】
また、使用する染料および／または顔料（マーキング）の含有量は、プリプレグ１ｍ２あたり、好ましくは１００ｍｇ／ｍ２以下であり、より好ましくは８０ｍｇ／ｍ２である。含有量が１００ｍｇ／ｍ２を超える場合、強度などが低下する場合がある。
【００１７】
マーキングは、製品名称、ロット番号、「おもて」および「うら」などや任意の記号等の文字情報でも良いし、識別の用途や目的に応じて、バーコード等の情報や任意の形状模様であっても良い。
【００１８】
図１および図２は、本発明の実施において、マーキングの配置を例示する説明図である。
図１と図２において、符号プリプレグ１は離型紙２の上に保持されており、マーキング３によって識別のためのマーキングが施されている。図１においては、用いた強化繊維基材名称を表面に印字した例を、図２にはエアブラシを用いて識別のためのマーキングを施した例を示した。
【００１９】
本発明のプリプレグの基材となる強化繊維としては、例えば、炭素繊維やガラス繊維を挙げることができるが、ナイロン繊維やアラミド繊維などの有機繊維や、ボロン繊維や炭化珪素繊維などのセラミック繊維なども使用することができ、これらを組み合わせて使用することができる。これらの強化繊維は、一方向に引き揃えられた状態でプリプレグ化することもでき、あらかじめ織物にしておいてもよく、また、不織布やマット等の状態であっても良く、形態は限定されない。
【００２０】
また、本発明で用いられるマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂のほか不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド系樹脂、シアン酸エステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂などを挙げることができる。これらのマトリックス樹脂については、目的に合った樹脂を適宜選択できるが、得られる複合材料の機械的特性やプリプレグの取り扱い性の点から、特にエポキシ樹脂が好ましく用いられる。
【００２１】
また、本発明におけるプリプレグの強化繊維目付量（ＦＡＷ）やマトリックス樹脂の含有率（Ｗｒ）は特に限定されるものではなく、当該プリプレグ製品の用途や目的に応じて設定することができるが、ＦＡＷは、好ましくは１０〜１０００ｇ／ｍ２であり、より好ましくは３０〜７００ｇ／ｍ２である。また、Ｗｒは、プリプレグ製品の取り扱い性や最終製品となるコンポジット成形体の機械物性などから、好ましくは１０〜６０ｗｔ％であり、より好ましくは２５〜５０ｗｔ％である。
【００２２】
本発明のプリブレグは、航空機や自動車用の用部材、ゴルフシャフトやテニスラケット等のスポーツ用品等に好適に用いられる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。本発明における各特性の測定方法は、次のとおりである。
【００２４】
＜色彩色差ΔＥ＞
スガ試験機（株）製カラーコンピューターＳＭ−Ｔを使用し、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２２（２０００年）準拠の光源を用い、次の条件で、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２９（１９９４年）に規定される明度指数：Ｌ、色相と彩度の指標となるａ値およびｂ値を測定した。また、色彩色差ΔＥは、プリプレグ表面のＬ，ａ，ｂ測定値、および、各色のＬ’，ａ’，ｂ’測定値から、次式に従って求めた。
【００２５】
ΔＥ＝｛（Ｌ−Ｌ’）＾２＋（ａ−ａ’）＾２＋（ｂ−ｂ）＾２｝＾０．５
・光源  ハロゲンランプ
・光学条件  反射測定：８度照明、拡散光受光  ８／ｄ、測定孔径  直径３０ｍｍ
・受光器  Ｃ光２度視野
＜層間剪断強度＞  
プリプレグを所定の条件で積層、硬化し、ＡＳＴＭ  Ｄ２３４４に準拠して測定した。
【００２６】
＜インク含有量＞
プリプレグ製造中にマーキングを実施し、インクの消費重量を作製したプリプレグの面積で除することで、単位プリプレグ面積あたりのインク量とした。
【００２７】
＜積層作業時の識別性＞
図３に示した台形形状にパターンカットし、離型紙および／またはカバーフィルムの貼付されていないプリプレグを用いて、１００回積層したときの作業性を相対評価し、次のとおり区分した。
○：すべて表裏を迷うことなくスムーズに積層作業が可能であったもの。
△：表裏を迷うことおよび誤積層することが１０回未満であったもの。
×：表裏を迷うことおよび誤積層することが１０回以上であったもの。
【００２８】
［実施例１］
炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ７００Ｓ−１２Ｋ（東レ（株）製、引張強度４９００ＭＰａ、引張弾性率２３３ＧＰａ）を、炭素繊維目付が１５０ｇ／ｍ２となるように一方向に引き揃え、これに東レ（株）製エポキシ調製樹脂＃２５００を用いてあらかじめ作成した目付３２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムにて上下から挟み込み、加工温度１２０℃、加工速度度７ｍ／分のホットメルト法にて含浸させ、樹脂含有率３０ｗｔ％、機幅方向約１０１０ｍｍのプリプレグを連続して製造した。
【００２９】
マーキングは、含浸工程を出たプリプレグ表面に、ビデオジェットジャパン（株）製の産業用インクジェットプリンター４３Ｓおよび同社製白色インク１６−２９６０を用いて、表１のとおり使用した炭素繊維種名である「Ｔ７００Ｓ」を、図１に示す配置と頻度でプリプレグの片方の面に印字した。表１に示したとおり、使用したインクと印字のないプリプレグとの色彩色差ΔＥは６５であり、使用したインクの量はプリプレグｍ２あたり３２ｍｇであった。品質評価の結果、良好な層間剪断強度と積層作業における識別性が良好なプリプレグであることが確認された。
【００３０】
［比較例１］
マーキングを実施しなかったこと以外は、上記の実施例１と同様の方法でプリプレグを作成した。層間剪断強度は良好な値が得られたが、積層作業時に表裏が分からなくなる場合が多くあり、誤積層の修正が必要であったなど、積層作業性に問題があった。結果を表１に示す。
【００３１】
［実施例２］
炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｍ３０Ｓ−１８Ｋ（東レ（株）製、引張強度５６９０ＭＰａ、引張弾性率２９４ＧＰａ）を、炭素繊維目付が１５０ｇ／ｍ２となるように一方向に引き揃え、これに東レ（株）製エポキシ調製樹脂＃２５００をホットメルト法にて含浸させ、機幅方向約１０１０ｍｍのプリプレグを連続的に製造した。マーキングは、実施例１と同様の方法で行ったが、使用した炭素繊維種名に合わせて「Ｍ３０Ｓ」と印字した。表１に示したとおり、使用したインクの量はプリプレグ１ｍ２あたり３０ｍｇであり、良好な層間剪断強度と積層作業における識別性が良好なプリプレグであることが確認された。
【００３２】
［実施例３］
使用したインクがビデオジェットジャパン（株）製の赤色インク１６−２８００を使用したこと以外は、実施例２と同様にしてプリプレグを作製した。表１に示したとおり、使用したインクと印字のないプリプレグとの色彩色差ΔＥは６１であり、使用したインクの量はプリプレグ１ｍ２あたり３０ｍｇであった。品質確認の結果、良好な層間剪断強度と積層作業における識別性が良好なプリプレグであることが確認された。結果を表１に示す。
【００３３】
［実施例４］
使用したインクがビデオジェットジャパン（株）製の緑色インク１６−２９５０を使用したこと以外は、実施例２と同様にしてプリプレグを作製した。表１に示したとおり、使用したインクと印字のないプリプレグとの色彩色差ΔＥは３６であり、使用したインクの量はプリプレグ１ｍ２あたり３０ｍｇであった。品質確認の結果、良好な層間剪断強度は満足すべき値が得られたが、積層作業における識別性は他の実施例と比較すると若干劣るものの実質上問題は無く、比較例１に対する改善効果は十分と判断すべき結果であった。結果を表１に示す。
【００３４】
［実施例５］
炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ３００Ｂ−３Ｋ（東レ（株）製、引張強度３８００ＭＰａ、引張弾性率２３３ＧＰａ）を用いた炭素繊維目付が１９０ｇ／ｍ２幅約１０１０ｍｍの平織りクロス原反を用い、これに東レ（株）製エポキシ調製樹脂＃２５００をホットメルト法にて含浸させ、プリプレグを連続的に製造した。マーキングは、実施例１と同様の方法で行った。表１に示したとおり、インクとプリプレグとの色彩色差ΔＥは実施例１と同じく６５であり、使用したインクの量はプリプレグ１ｍ２あたり３２ｍｇであった。品質評価の結果、良好な層間剪断強度と積層作業における識別性が良好なプリプレグであることが確認された。結果を表１に示す。
【００３５】
［実施例６］
実施例５と同じ方法でプリプレグを作製したが、マーキングは、エアブラシを用い、図２のような配置と大きさでマーキングを実施した。表１に示したとおり、インクとプリプレグとの色彩色差ΔＥは実施例１と同じく６５であり、積層作業における識別性が良好なプリプレグであった。また、使用したインクの量はプリプレグ１ｍ２あたり９６ｍｇであり、若干の層間剪断強度が低下する傾向を認めるが、実害のない範囲であった。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2006152099.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、マーキングの配置を例示説明するための平面図である。
【図２】図２は、他のマーキングの配置を例示説明するための平面図である。
【図３】図３は、積層作業時の識別性を評価するためにカットされた台形形状パターンを例示する斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：プリプレグ
２：離型紙
３：マーキング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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