(57)【要約】【課題】オール炭素繊維のＦＲＰ（ＣＦＲＰ）でありながら、耐衝撃性が高く、しかも、成形時間を５分以下にすることが可能で成形費の低減を図ることができるプリプレグを提供すること。【解決手段】熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び硬化剤の混合物からなるマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸させて成るプリプレグであって、前記熱可塑性樹脂はフェノキシ樹脂であり、前記熱硬化性樹脂はウレタンアクリレート樹脂であり、前記熱可塑性樹脂と前記熱硬化性樹脂との配合比は質量％比で、熱可塑性樹脂：熱硬化性樹脂＝１５：８５〜３５：６５であり、前記硬化剤は、ラジカル重合反応により架橋を生じさせるもので、夫々開始反応温度が異なる第１及び第２の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物は前記第１の過酸化物の停止反応が起こる温度で開始反応が始まるものとする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び硬化剤の混合物からなるマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸させて成るプリプレグであって、
前記熱可塑性樹脂はフェノキシ樹脂であり、
前記熱硬化性樹脂はウレタンアクリレート樹脂であり、
前記熱可塑性樹脂と前記熱硬化性樹脂との配合比は質量％比で、熱可塑性樹脂：熱硬化性樹脂＝１５：８５〜３５：６５であり、
前記硬化剤は、ラジカル重合反応により架橋を生じさせるもので、夫々開始反応温度が異なる第１及び第２の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物は前記第１の過酸化物の停止反応が起こる温度で開始反応が始まるものであることを特徴とするプリプレグ。
【請求項２】
請求項１記載のプリプレグにおいて、前記硬化剤は、１分間半減期温度が異なる第１、第２及び第３の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第１の過酸化物より２０℃〜６０℃高く、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第２の過酸化物より１０℃〜４０℃高いことを特徴とするプリプレグ。
【請求項３】
請求項２記載のプリプレグにおいて、前記第１、第２及び第３の過酸化物は、前記熱硬化性樹脂１００質量部に対し、夫々０．５〜３質量部配合されていることを特徴とするプリプレグ。
【請求項４】
請求項３記載のプリプレグにおいて、前記第１、第２及び第３の過酸化物は、前記熱硬化性樹脂１００質量部に対し、夫々同質量部ずつ配合されていることを特徴とするプリプレグ。
【請求項５】
請求項２〜４いずれか１項に記載のプリプレグにおいて、前記第１の過酸化物の１分間半減期温度は９０℃±１０℃、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は１３０℃±１０℃、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は１５０℃±１０℃であることを特徴とするプリプレグ。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載のプリプレグを、温度１５０℃〜１６５℃、圧力２ＭＰａ〜５ＭＰａで２分〜５分プレスして硬化成形することでプリプレグ成形品を得ることを特徴とするプリプレグ成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリプレグ及びプリプレグ成形品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維に比べて炭素繊維は高強度（例えば、引張強度４．５ＧＰａ、ガラス繊維３ＧＰａの１．５倍）、高弾性率（例えば、引張弾性率２３０ＧＰａ、ガラス繊維７ＧＰａの３３倍）で、かつ軽量（例えば、密度１．８ｇ／ｃｍ３、ガラス繊維２．５４ｇ／ｃｍ３の７０％）であることから、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）は、「強くて軽い」と言われている。
【０００３】
一方、炭素繊維の伸び率は２％、ガラス繊維の伸び率は４％、そしてエポキシ樹脂の伸び率は４〜６％である。
【０００４】
エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とするＣＦＲＰは、上記伸び率の違いから、例えば、引張力をかけた場合や、衝撃力をかけた場合、破壊点付近で一気に壊れてしまう。これは、炭素繊維の伸び率がマトリックス樹脂の半分以下になっていることで、炭素繊維が力に対して粘りきれずに破断してしまうことに起因している。
【０００５】
しかし、構造材として考える場合、破壊点付近では一気に破壊せずに変形を伴いながら、徐々に破壊する（破壊靱性が高い）か、若しくは、衝撃を吸収できる方が安全上望ましい。この点、ガラス繊維の伸び率はエポキシ樹脂（マトリックス樹脂）の伸び率と同等であるため、破壊点付近では一気に破壊せずに変形を伴いながら、徐々に破壊する。
【０００６】
この特徴を利用してガラス繊維を炭素繊維とハイブリッドにして、耐衝撃性を補うＦＲＰ成形品が知られているが、炭素繊維とガラス繊維とのハイブリッドＦＲＰは、当然のことながら、ＣＦＲＰに比し、強度、弾性率が低下する欠点がある（特性がガラス繊維側に引っ張られる傾向がある。）。
【０００７】
また、成型という視点において、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とするＣＦＲＰは、エポキシ樹脂を加熱硬化させる工程が必要であり、この加熱硬化の工程は、カーボンプリプレグを所望の形状に賦型後、例えば、３．５℃／分で昇温、１３０℃で１時間保持、２℃／分で降温というような昇温・保持・降温のサイクルで行われ、この例では成形時間は２時間を超える（昇温・降温速度や保持温度・時間にもよるが、少なくとも１時間程度の成形時間は必要となる。）。
【０００８】
従って、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂としたＣＦＲＰには、
Ａ）引張力をかけた場合や、衝撃力をかけた場合、破壊点付近で一気に壊れてしまう。
Ｂ）成形に１〜２時間を要する。
というＡ）物性面（粘りがなく一気に破壊する）、及び、Ｂ）商業面（成形時間が長く、時間当たりの出来高が少ない）の課題がある。
【０００９】
これまで、物性面の問題を解決するために、特許文献１〜３等に記載されるように、エポキシ樹脂にフィラーやポリアミドを混ぜる技術が知られている。これらは全てエポキシ樹脂を母材マトリックス樹脂として、フィラーやポリアミドを母材マトリックス樹脂中に分散させることで圧縮特性や難燃性の改善を図るものであるが、上記Ａ）の耐衝撃性の改善は不十分である。
【００１０】
また、上記Ｂ）の商業面の問題を解決する技術はこれまで提案されていない。
【００１１】
例えば、特許文献１〜３に示されたマトリックス樹脂の硬化条件は次の通りである。
【００１２】
・特許文献１：１３５℃で２時間（段落[００７３]）
・特許文献２：昇温速度０．５℃／分、１３０℃で１時間（段落[００２９]）
常温を２５℃とすると昇温時間は（１３０−２５）／０．５＝２１０分
、合計の硬化時間は１時間（６０分）＋２１０分＝２７０分（４．５時
間）
・特許文献３：２５℃から昇温速度１．５℃／分、１５０℃で３分（段落[００６０]）
昇温時間は（１５０−２５）／１．５＝８４分、合計の硬化時間は８４
分＋３分＝８７分（約１．５時間）
【００１３】
即ち、特許文献１〜３では、１．５時間から４．５時間程もマトリックス樹脂の硬化に時間を費やしている。これは、その硬化（架橋）反応が、母材マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂に支配されているためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−７６１８号公報
【特許文献２】特開２００４−２９２５９４号公報
【特許文献３】特許第５６１４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、オール炭素繊維のＦＲＰ（ＣＦＲＰ）でありながら、マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を含む構成とすることで、耐衝撃性が高く、しかも、熱硬化性樹脂としてウレタンアクリレート樹脂を採用したことで、成形時間を５分以下にすることが可能で成形費の低減を図ることができる極めて実用的なプリプレグ及びプリプレグ成形品の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の要旨を説明する。
【００１７】
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び硬化剤の混合物からなるマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸させて成るプリプレグであって、
前記熱可塑性樹脂はフェノキシ樹脂であり、
前記熱硬化性樹脂はウレタンアクリレート樹脂であり、
前記熱可塑性樹脂と前記熱硬化性樹脂との配合比は質量％比で、熱可塑性樹脂：熱硬化性樹脂＝１５：８５〜３５：６５であり、
前記硬化剤は、ラジカル重合反応により架橋を生じさせるもので、夫々開始反応温度が異なる第１及び第２の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物は前記第１の過酸化物の停止反応が起こる温度で開始反応が始まるものであることを特徴とするプリプレグに係るものである。
【００１８】
また、請求項１記載のプリプレグにおいて、前記硬化剤は、１分間半減期温度が異なる第１、第２及び第３の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第１の過酸化物より２０℃〜６０℃高く、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第２の過酸化物より１０℃〜４０℃高いことを特徴とするプリプレグに係るものである。
【００１９】
また、請求項２記載のプリプレグにおいて、前記第１、第２及び第３の過酸化物は、前記熱硬化性樹脂１００質量部に対し、夫々０．５〜３質量部配合されていることを特徴とするプリプレグに係るものである。
【００２０】
また、請求項３記載のプリプレグにおいて、前記第１、第２及び第３の過酸化物は、前記熱硬化性樹脂１００質量部に対し、夫々同質量部ずつ配合されていることを特徴とするプリプレグに係るものである。
【００２１】
また、請求項２〜４いずれか１項に記載のプリプレグにおいて、前記第１の過酸化物の１分間半減期温度は９０℃±１０℃、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は１３０℃±１０℃、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は１５０℃±１０℃であることを特徴とするプリプレグに係るものである。
【００２２】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載のプリプレグを、温度１５０℃〜１６５℃、圧力２ＭＰａ〜５ＭＰａで２分〜５分プレスして硬化成形することでプリプレグ成形品を得ることを特徴とするプリプレグ成形品の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は上述のように構成したから、オール炭素繊維のＦＲＰ（ＣＦＲＰ）でありながら、耐衝撃性が高く、しかも、成形時間を５分以下にすることが可能で成形費の低減を図ることができる極めて実用的なプリプレグ及びプリプレグ成形品の製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実験例の実験条件及び実験結果を示す表である。
【図２】比較例の実験条件及び実験結果を示す表である。
【図３】過酸化物の反応性を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００２６】
マトリックス樹脂を構成するフェノキシ樹脂とウレタンアクリレート樹脂とは相溶性が良好であり、熱可塑成分と熱硬化成分とが良好に混ざり合う（過酸化物によりフェノキシ基がウレタン結合部位と反応して組み込まれ、相溶構造を形成する。）。
【００２７】
従って、熱可塑成分（柔軟成分）と熱硬化成分（剛直成分）とが良好に複合されたマトリックス樹脂となり、このマトリックス樹脂と炭素繊維とからなるプリプレグの成形品（ＣＦＲＰ）は、靱性が高く耐衝撃性に優れたものとなる。
【００２８】
また、このプリプレグを硬化成形する際、第１の過酸化物の停止反応が起こる温度で第２の過酸化物の開始反応が始まる（例えば、第１の過酸化物の停止反応が起こると考えられる温度で、第２の過酸化物の開始反応が始まるように各過酸化物の１分間半減期温度を設定する。）。よって、複数の過酸化物によりウレタンアクリレート樹脂の架橋のためのラジカル重合反応が継続的に行われる。即ち、第１の過酸化物の反応熱により第２の過酸化物の開始反応を促し、成長反応を継続的に行わせることで、硬化が迅速に且つ十分に行われることになる。
【実施例】
【００２９】
１  本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００３０】
本実施例は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び硬化剤の混合物からなるマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸させて成るプリプレグであって、前記熱可塑性樹脂はフェノキシ樹脂であり、前記熱硬化性樹脂はウレタンアクリレート樹脂であり、前記熱可塑性樹脂と前記熱硬化性樹脂との配合比は質量％比で、熱可塑性樹脂：熱硬化性樹脂＝１５：８５〜３５：６５であり、前記硬化剤は、ラジカル重合反応により架橋を生じさせるもので、夫々開始反応温度が異なる第１及び第２の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物は前記第１の過酸化物の停止反応が起こる温度で開始反応が始まるものである。
【００３１】
即ち、本実施例は、熱可塑成分と熱硬化成分とを含むマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸させたプリプレグであり、その硬化剤を所定の複数種の過酸化物としたものである。
【００３２】
熱可塑成分としてはフェノキシ樹脂を採用し、熱硬化成分としてはウレタンアクリレート樹脂を採用している。なお、マトリックス樹脂には更に少量のイソシアネート樹脂を加えても良い。更に、スチレンを加えても良い。
【００３３】
また、これらの配合比は、質量％比で、熱可塑性樹脂：熱硬化性樹脂＝１５：８５〜３５：６５としている。熱可塑性樹脂が１５質量％未満であると熱可塑成分による耐衝撃性向上効果が得られず、３５質量％を超えると剛性が不十分となる可能性があるためである。
【００３４】
硬化剤は、１分間半減期温度が異なる第１、第２及び第３の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第１の過酸化物より２０℃〜６０℃高く、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第２の過酸化物より１０℃〜４０℃高くなるようにしている。
【００３５】
具体的には、前記第１の過酸化物の１分間半減期温度は９０℃±１０℃、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は１３０℃±１０℃、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は１５０℃±１０℃としている。
【００３６】
これらの温度は、第２の過酸化物の開始反応が第１の過酸化物の停止反応中に始まり、第３の過酸化物の開始反応が第１の過酸化物の停止反応中に始まる温度であれば、適宜設定して良いが、本実施例では、第１の過酸化物の１分間半減期温度は９０℃近傍、第２の過酸化物の１分間半減期温度は１３０℃近傍、第３の過酸化物の１分間半減期温度は１５℃近傍とした。即ち、第２の過酸化物の１分間半減期温度は第１の過酸化物より約４０℃高く、第３の過酸化物の１分間半減期温度は第２の過酸化物より約２０℃高くした。
【００３７】
具体的には、第１の過酸化物はパーカーボネート、第２の過酸化物はアルキルパーエステル、第３の過酸化物はパーオキシケタールである。なお、これらに限らず、例えば第１の過酸化物を１分間半減期温度が９０℃近傍のアルキルパーエステル、第２の過酸化物を１分間半減期温度が１３０℃近傍のジアシルパーオキサイド、第３の過酸化物を１分間半減期温度が１５０℃近傍のパーカーボネートとする等、他の過酸化物を採用しても良い。
【００３８】
上述の過酸化物を採用することで、加熱により第１の過酸化物の開始反応が生じた後、第１の過酸化物の停止反応が起こる際（停止反応によりラジカルが消滅してラジカル反応が終了する前）に第２の過酸化物の開始反応を生じさせ、同様に第２の過酸化物の開始反応が生じた後、第２の過酸化物の停止反応が起こる際に第３の過酸化物の開始反応を生じさせることができる。
【００３９】
また、前記第１、第２及び第３の過酸化物は、前記熱硬化性樹脂１００質量部に対し、夫々０．５〜３質量部配合されている。本実施例においては、前記第１、第２及び第３の過酸化物は、前記熱硬化性樹脂１００質量部に対し、夫々同質量部ずつ配合されている。
【００４０】
これらの配合量は、例えば、各過酸化物の活性酸素量を考慮して、各過酸化物の活性酸素量×各過酸化物の質量部の合計に対する（ラジカル重合）反応性を確認する実験を行う等して適宜決定する。
【００４１】
また、イソシアネート樹脂を加える場合には、熱硬化性樹脂１００質量部に対し、１〜５質量部を配合する。また、スチレンを加える場合には、熱硬化性樹脂１００質量部に対し３〜１５質量部を配合する。これらも過酸化物と同様に、スチレン量に対する反応性の実験や成形品の特性により適宜決定する。
【００４２】
炭素繊維としては、炭素繊維プリプレグに用いられる一般的なものを採用できる。即ち、一般的なカーボンクロスや一方向炭素繊維体を採用できる。
【００４３】
また、樹脂含浸量は、２０〜４０質量％となるように設定する。本実施例においては２５質量％となるように炭素繊維及びマトリックス樹脂の量を設定する。
【００４４】
以上の構成のプリプレグは、温度１５０℃〜１６５℃、圧力２ＭＰａ〜５ＭＰａで２分〜５分プレスして硬化成形することで、耐衝撃性に優れたプリプレグ成形品（ＣＦＲＰ）とすることができる。
【００４５】
２  本実施例が上述の構成を採用した理由について、以下詳述する。
【００４６】
発明者等は、背景技術の欄で述べたように、エポキシ樹脂の硬化に時間がかかる点を改良すべく、エポキシ樹脂と同じ熱硬化性樹脂であるエステル系樹脂を用いてラジカル反応で得られる反応熱を利用することに思い至った（通常用いられる熱硬化性樹脂のエステル系樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂もしくはビニルエステル樹脂がある。どちらも分子骨格内に二重結合を有していて、この部分がラジカル反応により架橋反応を起こす。）。
【００４７】
また、ラジカル反応では、開始反応・成長反応・停止反応の３つが起こることが知られている。
【００４８】
そこで、発明者等は、開始反応の温度の違う過酸化物を用いて、第１の過酸化物の停止反応が起こると考えられる温度で開始反応が始まるような第２の過酸化物を用い、同様に、第２の過酸化物の停止反応が起こると考えられる温度で開始反応が始まるような第３の過酸化物を用いることで、第１の過酸化物による開始反応と成長反応で発生する反応熱を利用して、第２の過酸化物の開始反応と成長反応を起こさせ、同様に、その反応熱を利用して第３の過酸化物の開始反応と成長反応を起こさせて成長反応を継続させ、成形時間を極めて短くできるのではないかと考えた。
【００４９】
そして、発明者等は、エステル系樹脂（不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂）を用いて引抜成形や加熱硬化の成形を多く行っており、これらの経験及び実験の中で第１の過酸化物と第２の過酸化物の１分間半減期温度の温度差、第２の過酸化物と第３の過酸化物の１分間半減期温度の温度差を上述のように定めた（図３の山状の実線Ａ，Ｂ，Ｃ参照）。
【００５０】
３  本実施例のマトリックス樹脂のラジカル重合反応の概略は以下の通りである。
【００５１】
加熱により第１の過酸化物の開始反応が始まり、９０℃まで加熱すると、第１の過酸化物によりラジカル重合反応は５０％進む。ラジカル重合反応は成長反応とともに漸減的に停止するのでラジカル重合反応は５０％にとどまらず、反応熱等により、例えば、５０％から累計６０％程度まで進む（図３中のＡ参照）。
【００５２】
第１の過酸化物の反応性（図３中のＡ）が下がったところで（停止反応が起こる際に）第２の過酸化物の開始反応が始まり、１３０℃で未反応分のラジカル重合反応が５０％進む（図３中のＢ参照）。例えば第１の過酸化物で６０％反応が進んでいるとすると、残りの４０％の５０％分である２０％、即ち累計８０％までラジカル重合反応が進む（図３中の破線Ｂ’参照）。第１の過酸化物による硬化と同様に、ラジカル重合反応は成長反応とともに漸減的に停止するので反応分は８０％にとどまらず、例えば、累計８０％から８５％程度までラジカル重合反応が進む。
【００５３】
第２の過酸化物の反応性（図３中のＢ）が下がったところで（停止反応が起こる際に）第３の過酸化物の開始反応が始まり、１５０℃で更に未反応分のラジカル重合反応が５０％進む（図３中のＣ参照）。例えば第２の過酸化物で８５％反応が進んでいるとすると、残りの１５％の５０％分である７．５％、即ち累計９２．５％までラジカル重合反応が進む（図３中の破線Ｃ’参照）。第２の過酸化物による硬化と同様に、ラジカル重合反応は成長反応とともに漸減的に停止するので反応は９２．５％にとどまらず、例えば、累計９２．５％から９６％程度までラジカル重合反応が進む。
【００５４】
以上は説明のために定量的にラジカル重合反応のパーセンテージを示したが、現実的には、本実施例に係るＣＦＲＰの残存スチレンの量から反応は９８％以上進み、エステル系樹脂によるＣＦＲＰ材料として実用上問題のない９５％以上のレベルまで重合、硬化していると考察している（硬化後の残存スチレンが多いということは硬化が十分ではないということである。）。
【００５５】
化学反応のメカニズムは現時点で解明できていないが、これまでの経験から、第１の過酸化物と第２の過酸化物だけを添加する配合よりも、第３の過酸化物を添加する配合の方が硬化後の残存スチレン量は少ないことがわかっている。これは、第３の過酸化物を加える方が、第１、第２の過酸化物だけの場合よりも重合、硬化が十分になることを裏付けている（実際に第３の過酸化物まで加える方がＣＦＲＰとして良好な製品が得られることを実験や引抜成形の生産で経験している。）。
【００５６】
また、樹脂の選定については、熱可塑／熱硬化の複合型のプリプレグを考える場合、熱可塑成分としてポリアミド樹脂（例えば、ナイロン６）を用いることがある。ポリアミド樹脂はその骨格にフェノキシ基のような官能基（官能基としては水酸基：Ｏ-、ＯＨの他、例えばカルボキシル基：ＣＯＯ-、ＣＯＯＨがある）がないために、エポキシ樹脂やウレタンアクリレート樹脂とは相溶し難い（混ぜ合わせ難い）。エポキシ樹脂とポリアミド樹脂とで熱可塑／熱硬化型の複合型のマトリックス樹脂とした場合は、エポキシ樹脂の海の中にポリアミド樹脂の島を点在させたような分散型の配合になる。この場合、プレプレグの塗工工程で塗工機の（樹脂が貯められ炭素繊維が通過する）樹脂バス内にポリアミド樹脂が沈降したり偏在したりするため、樹脂バス内の強制攪拌など、均一な分散性を維持するような工夫が必要となる。
【００５７】
この点、本実施例の樹脂配合は、ウレタンアクリレート樹脂とフェノキシ樹脂とが相溶しているため、樹脂バス内の強制攪拌の必要はない。従って、本実施例のプリプレグは、従来のエポキシ樹脂プリプレグを製造する場合と同様のプリプレグ塗工機（プリプレグ製造工程）によって生産できる点でも優れていると言える。
【００５８】
４  本実施例は上述のように構成したから、マトリックス樹脂を構成するフェノキシ樹脂とウレタンアクリレート樹脂とは相溶性が良好であり、熱可塑成分と熱硬化成分とが良好に混ざり合う（過酸化物によりフェノキシ基がウレタン結合部位と反応して組み込まれ、相溶構造を形成する。）。
【００５９】
従って、熱可塑成分（柔軟成分）と熱硬化成分（剛直成分）とが良好に複合されたマトリックス樹脂となり、このマトリックス樹脂と炭素繊維とからなるプリプレグの成形品（ＣＦＲＰ）は、靱性が高く耐衝撃性に優れたものとなる。
【００６０】
また、このプリプレグを硬化成形する際、第１の過酸化物の停止反応時に第２の過酸化物の開始反応が始まり、第２の過酸化物の停止反応時に第３の過酸化物の開始反応が始まることで、複数の過酸化物によりウレタンアクリレート樹脂の架橋のためのラジカル重合反応が継続的に行われる。即ち、第１の過酸化物の反応熱により第２の過酸化物の開始反応を促し、第２の過酸化物の反応熱により第３の過酸化物の開始反応を促して、成長反応を継続的に行わせることで、硬化が迅速に且つ十分に行われる。
【００６１】
よって、本実施例は、オール炭素繊維のＦＲＰ（ＣＦＲＰ）でありながら、耐衝撃性が高く、しかも、成形時間を５分以下にすることが可能で成形費の低減を図ることができる極めて実用的なものとなる。
【００６２】
５  本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
【００６３】
ウレタンアクリレート樹脂として日本ユピカ製５００ＬＭ−ＡＳを用い、フェノキシ樹脂として新日鐵化学製ＹＰ−５０Ｓを用いた。
【００６４】
また、ウレタンアクリレート樹脂の硬化材の、第１の過酸化物として１分間半減期温度が９０℃近傍のパーカーボネート（化薬アクゾ製パーカドックス１６：１分間半減期温度９２℃）、第２の過酸化物として１分間半減期温度が１３０℃近傍のアルキルパーエステル（化薬アクゾ製カヤエステルＯ：１分間半減期温度１３３℃）、第３の過酸化物として１分間の半減期温度が１５０℃近傍のパーオキシケタール（化薬アクゾ製トリゴノックス２２：１分間半減期温度１５１℃）を用いた。
【００６５】
先ず、ウレタンアクリレート樹脂１００ｇにフェノキシ樹脂３０ｇを加え、加温攪拌器によって６０℃の温度をかけて５〜６時間、攪拌混合する（通常、樹脂配合に当たっては主剤を１００としたＰＨＲ：Ｐａｒｔｓ ｐｅｒ Ｈｕｎｄｒｅｄ Ｒａｔｉｏ：質量百分比率が用いられるが、ここでは主剤を１００ｇとして質量で表記した。）。
【００６６】
続いて、得られたウレタンアクリレート樹脂とフェノキシ樹脂の混合の樹脂液１３０ｇに第１の過酸化物を１ｇ、第２の過酸化物を１ｇ、第３の過酸化物を１ｇ、高速ミキサーによって攪拌混合し、調合ワニス（マトリックス樹脂液）とする。
【００６７】
なお、成形品をより剛直にしたい場合は（例えば、耐衝撃性よりも曲げ強度、曲げ弾性率を重視する場合は）、この調合ワニス（マトリックス樹脂液）にイソシアネート成分として住化コベストロウレタン製Ｂａｙｄｕｒ  ＰＵＬ２５００を３ｇ加えても良い。
【００６８】
続いて、攪拌混合された調合ワニス（マトリックス樹脂液）を、プリプレグ塗工機の樹脂バスに注液する。
【００６９】
一方、カーボンクロス（実験例では、カーボン繊維３０００フィラメント、タテ糸、ヨコ糸とも１２．５本／２５ｍｍ、目付け１９８ｇ／m２、幅１０４０ｍｍ、長さ１００ｍからなるカーボンクロス）をプリプレグ塗工機にセットする。プリプレグ乾燥機の乾燥温度を１１０±１０℃にセットし（乾燥後のプリプレグの粘り具合で温度を調整）、０．５±０．２ｍ／分のスピードで（乾燥後のプリプレグの粘り具合でスピードを調整）、カーボンクロスに樹脂バスで調合ワニス（マトリックス樹脂液）を連続的に塗布し、樹脂含浸させる。
【００７０】
続いて、カーボンクロスへの樹脂含浸の度合いは樹脂の粘度を所望の樹脂量（樹脂含浸量）である２５質量％になるように調合ワニスにスチレンをわずかに加えることで調整する。スチレンが多いと（例えば、調合ワニスと同量程度までスチレンを加えると）、樹脂液の粘度が低下し、カーボンクロスへの含浸状態は良くなるが、所望の樹脂量である２５質量％の樹脂付着量まで樹脂が付着しなくなってしまう。カーボンクロスへの樹脂付着量は、調合ワニスの粘度とプリプレグの塗工機のスピード（スピードが速くなるとカーボンクロスへの樹脂付着量が多くなる）のバランスによって調整する。
【００７１】
続いて、プリプレグ塗工機によって所望の樹脂付着量の調合ワニスが付着したカーボンクロス（これをプリプレグと言う）を、３００ｍｍ□サイズに切断し、これを９層重ね、その上下面に離型フィルムを積層する。
【００７２】
この離型フィルムが積層された９層のカーボンクロスプリプレグを１６５℃に加熱されたプレス機に投入し３ＭＰａのプレス圧力を印加する。３分間、プレス圧締しカーボンクロスに付着した樹脂を硬化させ、ＣＦＲＰを得る（１５０℃に加熱されたプレス機に投入する場合は、５ＭＰａの圧力を印加し、５分間、プレス圧締しカーボンクロスに付着した樹脂を硬化させ、ＣＦＲＰを得る。）。
【００７３】
その後、プレス板に水を投入して１３０℃まで一気に冷却し、ＣＦＲＰをプレス機から取出す。１６５℃、３ＭＰａで３分プレスされたＣＦＲＰが実験例１、１５０℃、５ＭＰａで５分プレスされたＣＲＲＰが実験例２である。
【００７４】
得られた成形品（カーボンプリプレグ３００ｍｍ□の９層からなる平板）のガラス転移点、曲げ強度、曲げ弾性率、層間せん断力、そしてシャルピーによる衝撃値を測定する。
【００７５】
実験例１，２の測定結果を図１に示す。また、熱可塑性樹脂としてフェノキシ樹脂、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を採用したマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸したプリプレグ（エポキシ樹脂／フェノキシ樹脂プリプレグ）の成形品であるＣＦＲＰから成る比較例１、及び、熱可塑性樹脂を含まない（エポキシ樹脂１００％の）マトリックス樹脂を炭素繊維に含浸したプリプレグ（エポキシ樹脂プリプレグ）の成形品であるＣＦＲＰから成る比較例２の測定結果を図２に示す。比較例１，２でも実験例１，２と同一のカーボンクロスを用いている。
【００７６】
なお、エポキシ樹脂／フェノキシ樹脂プリプレグの成形品（比較例１）は、１８０℃、３ＭＰａで８分、エポキシ樹脂プリプレグの成形品（比較例２）は１５０℃、３ＭＰａで６０分、夫々プレス圧締し樹脂を硬化させたものである。
【００７７】
比較例２と本実施例に係る実験例１，２とを比較すると、比較例２はプレス圧締時間が６０分と実験例１，２の３分、５分に比べて、１２〜２０倍の成形時間を要している。この場合、単位時間当たりの出来高が上がらず、生産効率は良くない。一方、曲げ強度は比較例２が１０１０ＭＰａに対して実験例１が１２２５ＭＰａと２１％増し、曲げ弾性率については比較例２が６０ＧＰａ対して実験例１が５６ＧＰａと１４％減、層間せん断力ついては比較例２が７０ＭＰａに対して実験例１が８５ＭＰａと２１％増し、そしてシャルピーによる衝撃試験値は比較例２が６．２Ｊ／ｃｍ２に対して実験例１が９．９Ｊ／ｃｍ２と６０％増しと、耐衝撃性は比較例２よりも高い値となった。これは、実験例が極めて高い耐衝撃性があることを示している。
【００７８】
比較例１と実験例１，２とを比較すると、比較例１はプレス圧締時間が８分と実験例１，２の３分、５分に比べて、１．５〜２．５倍の成形時間を要している。比較例１は、プリプレグの常温（２３℃±２℃）での保存寿命を実用面から考えて２週間になるようにエポキシ樹脂の硬化剤を設計したものを用いた。比較例１でも、エポキシ樹脂の硬化剤量を上げれば、プレス圧締時間を５分程度にすることは可能であるが、この場合、プリプレグの保存寿命は１〜２日程度になり、実用の生産には向かない。一方、実験例１，２の保存寿命は常温で１ヶ月以上である。実験例１，２の配合は、加熱した時に（爆発的に）ラジカル反応がおこる。実験例１，２のプリプレグは、第１の過酸化物の１分間半減期温度９０℃近くでラジカル反応が起こり、常温では反応しにくい特徴があり、保存寿命を長くすることができる。
【００７９】
また、比較例１と実施例１との比較において、曲げ強度は比較例１が１２１３ＭＰａに対して実験例１が１２２５ＭＰａとほぼ同等、曲げ弾性率については比較例１が４９ＧＰａ対して実験例１が５６ＧＰａと１４％増し、層間せん断力ついては比較例１が８２ＭＰａに対して実験例１が８５ＭＰａと４％増し、そしてシャルピーによる衝撃試験値は比較例１が９．７Ｊ／ｃｍ２に対して実験例１が９．９Ｊ／ｃｍ２とほぼ同等となった。
【００８０】
しかし、比較例１はガラス転移点が１０６℃と比較例２の１００％エポキシ樹脂によるプリプレグの１３１℃よりも低く、また、実験例１の１２８℃、実験例２の１２２℃よりも低い。ガラス転移点は硬化の度合いを示す尺度のひとつであるが、比較例１は比較例２の１００％エポキシ樹脂によるプリプレグの１３１℃よりも２０℃以上低い結果になっている。ガラス転移点が低いというのは、架橋ポイントの数が少ないということであり、架橋ポイントが少ないということは、エポキシ樹脂の硬化が十分ではないことを示している。これは、フェノキシ樹脂にエポキシ樹脂の硬化が妨げられているためと考えられる。フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂のビスフェノール骨格とフェノキシ樹脂のフェノキシ基の骨格が近いこと、フェノキシ基が水酸基を有していることから、エポキシ樹脂との相溶性（エポキシ樹脂とフェノキシ樹脂のなじみ）は良好である。しかしながら、フェノキシ樹脂は水酸基を有した言わばアルコールの一種であり、アルコール成分はエポキシの硬化（例えば、アミン硬化）を遅くしたり、硬化を十分にしないことで柔軟性を得たりするために用いられる。即ち、エポキシ樹脂にアルコール成分が入った反応性希釈型のエポキシ樹脂のガラス転移点が上がらないのと同じ現象が起こっているものと考えられる。
【００８１】
比較例１は、ガラス転移点がエポキシ樹脂単体のガラス転移点にまで上がりきらず、比較例２よりも低弾性率のＣＦＲＰとなっている。また、実験例１，２よりも低弾性率のＣＦＲＰとなっている。従って、比較例１は実験例１，２より耐衝撃性に劣ると言える。
【図１】
2019151730.tif 000002
【図２】
2019151730.tif 000003
【図３】
2019151730.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月27日(2018.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び硬化剤の混合物からなるマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸させて成るプリプレグであって、
前記熱可塑性樹脂はフェノキシ樹脂であり、
前記熱硬化性樹脂はウレタンアクリレート樹脂であり、
前記熱可塑性樹脂と前記熱硬化性樹脂との配合比は質量％比で、熱可塑性樹脂：熱硬化性樹脂＝１５：８５〜３５：６５であり、
前記硬化剤は、ラジカル重合反応により架橋を生じさせるもので、夫々開始反応温度が異なる第１及び第２の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第１の過酸化物の１分間半減期温度より２０℃以上高いことを特徴とするプリプレグ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
請求項１記載のプリプレグにおいて、前記硬化剤は、１分間半減期温度が異なる第１、第２及び第３の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第１の過酸化物の１分間半減期温度より２０℃〜６０℃高く、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度より１０℃〜４０℃高いことを特徴とするプリプレグ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び硬化剤の混合物からなるマトリックス樹脂を炭素繊維に含浸させて成るプリプレグであって、
前記熱可塑性樹脂はフェノキシ樹脂であり、
前記熱硬化性樹脂はウレタンアクリレート樹脂であり、
前記熱可塑性樹脂と前記熱硬化性樹脂との配合比は質量％比で、熱可塑性樹脂：熱硬化性樹脂＝１５：８５〜３５：６５であり、
前記硬化剤は、ラジカル重合反応により架橋を生じさせるもので、夫々開始反応温度が異なる第１及び第２の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第１の過酸化物の１分間半減期温度より２０℃以上高いことを特徴とするプリプレグに係るものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、請求項１記載のプリプレグにおいて、前記硬化剤は、１分間半減期温度が異なる第１、第２及び第３の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第１の過酸化物の１分間半減期温度より２０℃〜６０℃高く、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度より１０℃〜４０℃高いことを特徴とするプリプレグに係るものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
硬化剤は、１分間半減期温度が異なる第１、第２及び第３の過酸化物を含んで成り、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第１の過酸化物の１分間半減期温度より２０℃〜６０℃高く、前記第３の過酸化物の１分間半減期温度は、前記第２の過酸化物の１分間半減期温度より１０℃〜４０℃高くなるようにしている。