JP2012211310A - Carbon fiber-reinforced composite material, prepreg, and method of manufacturing carbon fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維強化複合材料、プリプレグ及び炭素繊維強化複合材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon fiber reinforced composite material, a prepreg, and a method for producing a carbon fiber reinforced composite material.
炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む炭素繊維強化複合材料(以下、場合により「CFRP」と称する。)は、強度、剛性及び導電性等に優れることから、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板、ICトレイやノートパソコンの筐体等の用途に広く展開されている。中でも航空機用部材、風車の羽根、自動車外板など軽量化のために構造部材に用いられるケースが増えている。 A carbon fiber reinforced composite material (hereinafter, referred to as “CFRP” in some cases) containing carbon fiber and a matrix resin is excellent in strength, rigidity, conductivity, and the like. Widely deployed in applications such as IC trays and notebook PC housings. Among them, there are an increasing number of cases used for structural members such as aircraft members, windmill blades, and automobile outer plates for weight reduction.
ところで、構造部材にはこれまで求められてきた耐衝撃性や層間靭性に加えて、近年、落雷などの大電流への対策として、炭素繊維強化複合材料には導電性の向上が求められている。特に、複数の炭素繊維層と該炭素繊維層の間に存在する樹脂層とを備えることで耐衝撃性や層間靭性を得ている、インターレイヤー構造を有する炭素繊維強化複合材料では、この樹脂層が絶縁層となるため、炭素繊維層間の導電性(すなわち、炭素繊維強化複合材料の厚さ方向の導電性(以下、場合により「Z軸方向の導電性」と称する。))のさらなる向上が求められている。 By the way, in addition to the impact resistance and interlaminar toughness that have been demanded so far for structural members, in recent years, carbon fiber reinforced composite materials have been required to have improved conductivity as a measure against large currents such as lightning strikes. . In particular, in a carbon fiber reinforced composite material having an interlayer structure, which has a plurality of carbon fiber layers and a resin layer existing between the carbon fiber layers, the impact resistance and interlayer toughness are obtained. Since this becomes an insulating layer, further improvement in conductivity between carbon fiber layers (that is, conductivity in the thickness direction of the carbon fiber reinforced composite material (hereinafter sometimes referred to as “conductivity in the Z-axis direction”)). It has been demanded.
このような炭素繊維強化複合材料として、特許文献1には、インターリーフ構造を有する複合材料であって、2プライの導電性繊維強化材と、2プライ間に配置された特定厚さの高分子樹脂の層と、高分子樹脂中に分散した特定量の導電性粒子とを含む複合材料が開示されている。しかし、高分子樹脂層のみでは、十分な靭性が発現しないケースがある。
As such a carbon fiber reinforced composite material,
また、特許文献2には、熱可塑性樹脂の粒子または繊維と、導電性の樹脂または繊維と、を特定の配合比で含む炭素繊維強化複合材料に高いレベルで耐衝撃性と導電性が両立されることが開示されているが、さらなる軽量化のためには、これらに加えて高いレベルの層間靭性が必要となる。
In
そこで本発明は、層間靭性及びZ軸方向の導電性に優れる炭素繊維強化複合材料、該炭素繊維強化複合材料の製造方法、並びに、該炭素繊維強化複合材料を形成することが可能なプリプレグを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a carbon fiber reinforced composite material excellent in interlayer toughness and conductivity in the Z-axis direction, a method for producing the carbon fiber reinforced composite material, and a prepreg capable of forming the carbon fiber reinforced composite material. The purpose is to do.
本発明は、マトリックス樹脂、下記式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子及び該樹脂粒子より平均粒径が大きい導電性粒子を含有する樹脂層と、前記樹脂層の両主面上にそれぞれ設けられた、炭素繊維を含有する炭素繊維層と、を備え、前記樹脂層の平均厚さと下記式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下、好ましくは10μm以下である、炭素繊維強化複合材料を提供する。 The present invention includes both a resin layer containing a matrix resin, resin particles containing a polyamide resin having a structure represented by the following formula (1), conductive particles having an average particle size larger than the resin particles, and the resin layer. A carbon fiber layer containing carbon fibers provided on each main surface, and an average particle size of resin particles comprising a polyamide resin having a structure represented by the average thickness of the resin layer and the following formula (1): A carbon fiber reinforced composite material having a difference from the diameter of 12 μm or less, preferably 10 μm or less is provided.
[式中、a及びbは0〜4の整数を示し、R1及びR2はそれぞれ独立にアルキル基又はハロゲン原子を示し、R3はアルカンジイル基、シクロアルカンジイル基又はアルケンジイル基を示す]。 [Wherein, a and b each represent an integer of 0 to 4, R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group or a halogen atom, and R 3 represents an alkanediyl group, a cycloalkanediyl group or an alkenediyl group] .
本発明の炭素繊維強化複合材料においては、導電性粒子の平均粒径が樹脂粒子の平均粒径より大きく、上記樹脂層の平均厚さと上記の式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下、好ましくは10μm以下であることから、導電性粒子により炭素繊維層間の導電パスが確実に形成される。そのため、本発明の炭素繊維強化複合材料は、Z軸方向の導電性に優れるものとなる。 In the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the polyamide resin having an average particle diameter of the conductive particles larger than the average particle diameter of the resin particles, the average thickness of the resin layer, and the structure represented by the above formula (1) Since the difference from the average particle diameter of the resin particles containing 12 is 12 μm or less, preferably 10 μm or less, the conductive path reliably forms the conductive path between the carbon fiber layers. Therefore, the carbon fiber reinforced composite material of the present invention has excellent conductivity in the Z-axis direction.
また、本発明の炭素繊維強化複合材料において、樹脂粒子は上記特定のポリアミド樹脂を含むため耐熱性及び耐衝撃性に優れる。そして、2つの炭素繊維層の間に存在する樹脂層は、当該樹脂粒子によってその厚さが保持されている。そのため、本発明の炭素繊維強化複合材料によれば、成形条件による樹脂層の厚さの変化することを十分に抑制することができる。 In the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, since the resin particles contain the specific polyamide resin, the resin particles are excellent in heat resistance and impact resistance. And the thickness of the resin layer which exists between two carbon fiber layers is hold | maintained by the said resin particle. Therefore, according to the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, a change in the thickness of the resin layer due to molding conditions can be sufficiently suppressed.
従来の炭素繊維強化複合材料では、樹脂粒子の変形によって樹脂層の厚さがばらつくことにより、耐衝撃性やGIIC(面内せん断モードの靭性)に代表される層間靭性が低下したり、導電性粒子による導電パスの形成が阻害されて導電性が低下する場合がある。これに対して本発明の炭素繊維強化複合材料は、樹脂層の厚さの変化が十分に抑制されるため、優れた層間靭性及び導電性が実現される。 In the conventional carbon fiber reinforced composite material, the thickness of the resin layer varies due to deformation of the resin particles, so that the interlaminar toughness represented by impact resistance and G IIC (in-plane shear mode toughness) decreases, The formation of a conductive path by the conductive particles may be hindered and the conductivity may be lowered. On the other hand, the carbon fiber reinforced composite material of the present invention sufficiently suppresses a change in the thickness of the resin layer, thereby realizing excellent interlayer toughness and conductivity.
本発明の炭素繊維強化複合材料において、a及びbのうち少なくとも一方が0であることが好ましい。a及びbのうち少なくとも一方が0であると、樹脂粒子の耐熱性及び耐衝撃性が一層良好になる。 In the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, at least one of a and b is preferably 0. When at least one of a and b is 0, the heat resistance and impact resistance of the resin particles are further improved.
また、本発明の炭素繊維強化複合材料において、上記樹脂層における上記樹脂粒子の含有量は、上記樹脂層の全体積を基準として、20〜70体積%であることが好ましい。このような炭素繊維複合材料によれば、樹脂層の厚さの変化が一層抑制されるため、一層優れた層間靭性及び導電性が実現される。なお、下記するナイロン12から構成される粒子などの他の樹脂粒子をさらに含む場合は、それら含有量の合計が上記樹脂層の全体積を基準として、20〜70体積%であることが好ましい。 In the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the content of the resin particles in the resin layer is preferably 20 to 70% by volume based on the total volume of the resin layer. According to such a carbon fiber composite material, since the change in the thickness of the resin layer is further suppressed, further excellent interlayer toughness and conductivity are realized. In addition, when other resin particles, such as the particle | grains comprised from the nylon 12 mentioned below are further included, it is preferable that the sum total of those contents is 20-70 volume% on the basis of the whole volume of the said resin layer.
また、本発明の炭素繊維強化複合材料において、上記導電性粒子は、炭素粒子、黒鉛粒子、金属コートしたガラス粒子及び金属コートした有機粒子からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。このような炭素繊維強化複合材料は、層間靭性及び導電性に一層優れる。 In the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the conductive particles preferably include at least one selected from the group consisting of carbon particles, graphite particles, metal-coated glass particles, and metal-coated organic particles. Such a carbon fiber reinforced composite material is further excellent in interlayer toughness and conductivity.
また、本発明の炭素繊維強化複合材料において、上記樹脂粒子及び上記導電性粒子の平均粒径は、5〜100μmであることが好ましい。このような炭素繊維複合材料は、樹脂層の厚さが安定するために、一層優れた層間靭性及び導電性が発現する。なお、下記するナイロン12から構成される粒子などの他の樹脂粒子をさらに含む場合は、それらいずれの平均粒径も、5〜100μmであることが好ましい。 In the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the resin particles and the conductive particles preferably have an average particle size of 5 to 100 μm. In such a carbon fiber composite material, since the thickness of the resin layer is stabilized, more excellent interlayer toughness and conductivity are exhibited. In addition, when other resin particles, such as the particle | grains comprised from the nylon 12 mentioned below are further included, it is preferable that those all average particle diameters are 5-100 micrometers.
本発明はまた、炭素繊維を含有する炭素繊維層と、上記炭素繊維層の少なくとも一方面上に設けられた熱硬化性樹脂層と、を備え、上記熱硬化性樹脂層が、熱硬化性樹脂組成物、下記式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子及び該樹脂粒子より平均粒径が大きい導電性粒子を含有し、上記熱硬化性樹脂層の平均厚さが上記樹脂粒子の平均粒径の3倍以下である、プリプレグを提供する。 The present invention also includes a carbon fiber layer containing carbon fibers, and a thermosetting resin layer provided on at least one surface of the carbon fiber layer, and the thermosetting resin layer is a thermosetting resin. The composition includes resin particles including a polyamide resin having a structure represented by the following formula (1), and conductive particles having an average particle size larger than the resin particles, and the average thickness of the thermosetting resin layer is the above Provided is a prepreg that is not more than 3 times the average particle diameter of resin particles.
[式中、a及びbは0〜4の整数を示し、R1及びR2はそれぞれ独立にアルキル基又はハロゲン原子を示し、R3はアルカンジイル基、シクロアルカンジイル基又はアルケンジイル基を示す]。 [Wherein, a and b each represent an integer of 0 to 4, R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group or a halogen atom, and R 3 represents an alkanediyl group, a cycloalkanediyl group or an alkenediyl group] .
本発明のプリプレグによれば、上記本発明の炭素繊維強化複合材料を容易に作製することができる。 According to the prepreg of the present invention, the carbon fiber reinforced composite material of the present invention can be easily produced.
本発明のプリプレグにおいて、上記炭素繊維層の平均厚さT1と上記熱硬化性樹脂層の平均厚さT2の比T2/T1は、0.1〜1であることが好ましい。このようなプリプレグによれば、上記本発明の炭素繊維強化複合材料を一層容易に作製することができる。 In the prepreg of the present invention, the ratio T 2 / T 1 of the average thickness T 1 of the carbon fiber layer and the average thickness T 2 of the thermosetting resin layer is preferably 0.1-1. According to such a prepreg, the carbon fiber reinforced composite material of the present invention can be more easily produced.
また、本発明のプリプレグにおいて、上記樹脂粒子及び上記導電性粒子の平均粒径は、5〜100μmであることが好ましい。なお、下記するナイロン12から構成される粒子などの他の樹脂粒子をさらに含む場合は、それらいずれの平均粒径も、5〜100μmであることが好ましい。 In the prepreg of the present invention, the resin particles and the conductive particles preferably have an average particle size of 5 to 100 μm. In addition, when other resin particles, such as the particle | grains comprised from the nylon 12 mentioned below are further included, it is preferable that those all average particle diameters are 5-100 micrometers.
また、本発明のプリプレグにおいて、上記の式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の累積10%粒径及び累積90%粒径と該樹脂粒子の平均粒径との差は、10μm以下であることが好ましい。このような粒径分布を有する樹脂粒子を用いることで、本発明の効果が一層顕著に奏される。 Further, in the prepreg of the present invention, the difference between the cumulative 10% particle size and the cumulative 90% particle size of the resin particles containing the polyamide resin having the structure represented by the above formula (1) and the average particle size of the resin particles Is preferably 10 μm or less. By using resin particles having such a particle size distribution, the effects of the present invention are more remarkably exhibited.
本発明はさらに、上記本発明のプリプレグを複数積層して、上記熱硬化性樹脂層の両主面上にそれぞれ上記炭素繊維層が配置された構造を少なくとも一つ有する、プリプレグ積層体を得る積層工程と、上記プリプレグ積層体を成形して、上記熱硬化性樹脂層が硬化してなる樹脂層を備える炭素繊維強化複合材料を得る成形工程と、を備え、上記成形工程において、上記樹脂層の平均厚さと上記の式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下、好ましくは10μm以下となるように上記プリプレグ積層体を成形する、炭素繊維強化複合材料の製造方法を提供する。 The present invention further provides a laminate in which a plurality of the prepregs of the present invention are laminated to obtain a prepreg laminate having at least one structure in which the carbon fiber layers are respectively disposed on both main surfaces of the thermosetting resin layer. Forming a prepreg laminate and obtaining a carbon fiber reinforced composite material comprising a resin layer formed by curing the thermosetting resin layer, wherein in the molding step, Carbon that forms the prepreg laminate so that the difference between the average thickness and the average particle size of the resin particles containing the polyamide resin having the structure represented by the above formula (1) is 12 μm or less, preferably 10 μm or less. A method for producing a fiber reinforced composite material is provided.
このような製造方法によれば、層間靭性及びZ軸方向の導電性に優れる炭素繊維強化複合材料を容易に得ることができる。 According to such a production method, a carbon fiber reinforced composite material having excellent interlayer toughness and conductivity in the Z-axis direction can be easily obtained.
本発明によれば、層間靭性及びZ軸方向の導電性に優れる炭素繊維強化複合材料、該炭素繊維強化複合材料の製造方法、並びに、該炭素繊維強化複合材料を形成することが可能なプリプレグが提供される。 According to the present invention, a carbon fiber reinforced composite material excellent in interlayer toughness and conductivity in the Z-axis direction, a method for producing the carbon fiber reinforced composite material, and a prepreg capable of forming the carbon fiber reinforced composite material are provided. Provided.
本発明の炭素繊維強化複合材料及びプリプレグの好適な実施形態について以下に説明する。 Preferred embodiments of the carbon fiber reinforced composite material and prepreg of the present invention will be described below.
(プリプレグ)
本実施形態に係るプリプレグは、炭素繊維を含有する炭素繊維層と、炭素繊維層の少なくとも一方面上に設けられた熱硬化性樹脂層と、を備える。ここで熱硬化性樹脂層は、熱硬化性樹脂組成物と、下記式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子と、樹脂粒子より平均粒径が大きい導電性粒子と、を含有し、熱硬化性樹脂層の平均厚さは、樹脂粒子の平均粒径の3倍以下である。
(Prepreg)
The prepreg according to the present embodiment includes a carbon fiber layer containing carbon fibers and a thermosetting resin layer provided on at least one surface of the carbon fiber layer. Here, the thermosetting resin layer includes a thermosetting resin composition, resin particles containing a polyamide resin having a structure represented by the following formula (1), conductive particles having an average particle size larger than the resin particles, The average thickness of the thermosetting resin layer is 3 times or less the average particle diameter of the resin particles.
式中、a及びbは0〜4の整数を示し、R1及びR2はそれぞれ独立にアルキル基又はハロゲン原子を示し、R3はアルカンジイル基、シクロアルカンジイル基又はアルケンジイル基を示す。 In the formula, a and b each represent an integer of 0 to 4, R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group or a halogen atom, and R 3 represents an alkanediyl group, a cycloalkanediyl group or an alkenediyl group.
本実施形態に係るプリプレグによれば、後述する炭素繊維強化複合材料を容易に作製することができる。 According to the prepreg according to the present embodiment, a carbon fiber reinforced composite material described later can be easily produced.
(熱硬化性樹脂層)
熱硬化性樹脂層は、(A)熱硬化性樹脂組成物と、(B)樹脂粒子と、(C)導電性粒子と、を含有する。熱硬化性樹脂層は、プリプレグから炭素繊維強化複合材料を作製する際の加熱によって硬化し、炭素繊維強化複合材料における樹脂層を形成する。
(Thermosetting resin layer)
The thermosetting resin layer contains (A) a thermosetting resin composition, (B) resin particles, and (C) conductive particles. The thermosetting resin layer is cured by heating when producing a carbon fiber reinforced composite material from a prepreg, and forms a resin layer in the carbon fiber reinforced composite material.
熱硬化性樹脂層の平均厚さは、樹脂粒子の平均粒径の3倍以下であり、好ましくは1〜3倍であり、より好ましくは1〜2.5倍である。熱硬化性樹脂層の平均厚さを上記範囲内とすることで、樹脂層の平均厚さと式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下、好ましくは10μm以下である炭素繊維強化複合材料を一層容易に作製することができる。 The average thickness of the thermosetting resin layer is 3 times or less of the average particle diameter of the resin particles, preferably 1 to 3 times, more preferably 1 to 2.5 times. By setting the average thickness of the thermosetting resin layer within the above range, the difference between the average thickness of the resin layer and the average particle diameter of the resin particles including the polyamide resin having the structure represented by the formula (1) is 12 μm. Hereinafter, a carbon fiber reinforced composite material preferably having a thickness of 10 μm or less can be produced more easily.
なお、本明細書において熱硬化性樹脂層の平均厚さは、後述の通り、加熱成形後の炭素繊維強化複合材料の断面を観察する方法で求められる。 In addition, in this specification, the average thickness of a thermosetting resin layer is calculated | required by the method of observing the cross section of the carbon fiber reinforced composite material after thermoforming as mentioned later.
(A)熱硬化性樹脂組成物
熱硬化性樹脂組成物は、少なくとも熱硬化性樹脂を含有し、熱により硬化して炭素繊維強化複合材料におけるマトリックス樹脂を形成する。
(A) Thermosetting resin composition The thermosetting resin composition contains at least a thermosetting resin and is cured by heat to form a matrix resin in the carbon fiber reinforced composite material.
熱硬化性樹脂としては、熱により架橋反応が進行して、少なくとも部分的に三次元架橋構造を形成し得る樹脂が好ましい。なお、熱硬化性樹脂は、熱により自己硬化(自己架橋)するものであってもよく、硬化剤等と共に硬化(架橋)するものであってもよい。後者の樹脂を用いる場合、熱硬化性樹脂組成物は、硬化剤をさらに含有することが好ましい。 As the thermosetting resin, a resin capable of at least partially forming a three-dimensional crosslinked structure by proceeding with a crosslinking reaction by heat is preferable. The thermosetting resin may be self-curing (self-crosslinking) by heat, or may be cured (cross-linking) with a curing agent or the like. When using the latter resin, it is preferable that the thermosetting resin composition further contains a curing agent.
熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、これらの樹脂の変性体、これらの樹脂を2種類以上ブレンドした樹脂、等を用いることもできる。 Examples of the thermosetting resin include unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, benzoxazine resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, and polyimide resin. Moreover, as a thermosetting resin, the modified body of these resin, resin which blended two or more types of these resin, etc. can also be used.
熱硬化性樹脂としては、耐熱性、力学特性及び炭素繊維との接着性のバランスに優れていることから、エポキシ樹脂が好適に用いられる。エポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を2個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。また、エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;ノボラック型エポキシ樹脂;ナフタレン型エポキシ樹脂;フルオレン骨格を有するエポキシ樹脂;フェノール化合物とジシクロペンタジエンの共重合体を原料とするエポキシ樹脂;ジグリシジルレゾルシノール;テトラキス(グリシジルオキシフェニル)エタン、トリス(グリシジルオキシフェニル)メタンのようなグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、テトラグリシジルキシレンジアミンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂;ビフェニル型エポキシ樹脂;イソシアネート変性エポキシ樹脂;等を用いることができる。 As the thermosetting resin, an epoxy resin is preferably used because of its excellent balance of heat resistance, mechanical properties, and adhesiveness with carbon fibers. As an epoxy resin, the epoxy resin which has 2 or more of epoxy groups in a molecule | numerator is mentioned. In addition, as the epoxy resin, bisphenol type epoxy resin such as bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, etc .; novolac type epoxy resin; naphthalene type epoxy resin; epoxy resin having fluorene skeleton; Resin based on a copolymer of ethylene and dicyclopentadiene; diglycidyl resorcinol; glycidyl ether type epoxy resin such as tetrakis (glycidyloxyphenyl) ethane, tris (glycidyloxyphenyl) methane; tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidyl Glycidylamine type epoxy resins such as aminophenol, triglycidylaminocresol, tetraglycidylxylenediamine; Carboxymethyl resin; isocyanate-modified epoxy resin; and the like can be used.
熱硬化性樹脂は、これらの樹脂単独でもこれらの樹脂の混合物であってもよい。特に、耐熱性、機械特性のバランスがとれた炭素繊維強化複合材料を要する場合には、多官能エポキシ樹脂(3官能以上のエポキシ樹脂)と2官能エポキシ樹脂とを組み合わせて用いることが好ましい。例えば、多官能エポキシ樹脂としてテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール等のグリシジルアミン型エポキシ樹脂、2官能エポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、を組み合わせて用いることができる。 The thermosetting resin may be a single resin or a mixture of these resins. In particular, when a carbon fiber reinforced composite material having a good balance between heat resistance and mechanical properties is required, it is preferable to use a combination of a polyfunctional epoxy resin (a trifunctional or higher functional epoxy resin) and a bifunctional epoxy resin. For example, combining glycidylamine type epoxy resins such as tetraglycidyldiaminodiphenylmethane and triglycidylaminophenol as polyfunctional epoxy resins, and bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resins and bisphenol F type epoxy resins as bifunctional epoxy resins Can be used.
熱硬化性樹脂組成物は、硬化剤を含有していてもよい。硬化剤の種類は、熱硬化性樹脂に応じて適宜選択することができる。例えば、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、硬化剤としては、例えば、アミン系硬化剤を用いることができる。 The thermosetting resin composition may contain a curing agent. The kind of hardening | curing agent can be suitably selected according to a thermosetting resin. For example, when an epoxy resin is used as the thermosetting resin, for example, an amine-based curing agent can be used as the curing agent.
アミン系硬化剤とは、硬化剤分子中に窒素原子を有する硬化剤をいう。かかる硬化剤としては、例えば、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、m−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン等の活性水素を有する芳香族ポリアミン化合物;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、ビス(アミノメチル)ノルボルナン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ポリエチレンイミンのダイマー酸エステル等の活性水素を有する脂肪族アミン;これらの活性水素を有するアミンにエポキシ化合物、アクリロニトリル、フェノールとホルムアルデヒド、チオ尿素などの化合物を反応させて得られる変性アミン;ジメチルアニリン、ジメチルベンジルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、1置換イミダゾール等の活性水素を持たない第三アミン;ジシアンジアミド;テトラメチルグアニジン;アジピン酸ヒドラジド、ナフタレンジカルボン酸ヒドラジド等のポリカルボン酸ヒドラジド;三フッ化ホウ素エチルアミン錯体等のルイス酸錯体;などを用いることができる。 The amine curing agent refers to a curing agent having a nitrogen atom in the curing agent molecule. Examples of the curing agent include 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, m-phenylenediamine, m-xylylenediamine, and diethyltoluenediamine. An aromatic polyamine compound having active hydrogen; an aliphatic amine having active hydrogen such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, isophoronediamine, bis (aminomethyl) norbornane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, dimer acid ester of polyethyleneimine; Modified amines obtained by reacting these active hydrogen-containing amines with compounds such as epoxy compounds, acrylonitrile, phenol and formaldehyde, thiourea; dimethylaniline, dimethylbenzylamine, 2, 4 Tertiary amines without active hydrogen such as 6-tris (dimethylaminomethyl) phenol, monosubstituted imidazole; dicyandiamide; tetramethylguanidine; polycarboxylic acid hydrazides such as adipic hydrazide and naphthalenedicarboxylic hydrazide; boron trifluoride ethylamine Lewis acid complexes such as complexes; and the like can be used.
アミン系硬化剤としては、上記のうち、ジシアンジアミド、芳香族ポリアミン化合物が好ましく用いられる。ジシアンジアミド又は芳香族ポリアミン化合物を用いると、弾性率及び耐熱性に一層優れるマトリックス樹脂が得られる。中でも、ジシアンジアミド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホンは、耐熱性、特に耐湿耐熱性に優れるマトリックス樹脂が得られること、エポキシ樹脂中に混合し一液化した場合に優れた貯蔵安定性を有すること、等の理由から特に好ましい。 Of the above, dicyandiamide and aromatic polyamine compounds are preferably used as the amine curing agent. When dicyandiamide or an aromatic polyamine compound is used, a matrix resin having further excellent elastic modulus and heat resistance can be obtained. Among them, dicyandiamide, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, and 4,4′-diaminodiphenylsulfone can provide a matrix resin having excellent heat resistance, particularly moisture and heat resistance, and can be mixed into an epoxy resin to form a single solution. It is particularly preferable for reasons such as having excellent storage stability.
熱硬化性樹脂組成物においては、上記硬化剤に、硬化活性を高めるための適当な硬化促進剤を組み合わせることができる。例えば、ジシアンジアミドに、3−フェニル−1,1−ジメチル尿素、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素(DCMU)、3−(3−クロロ−4−メチルフェニル)−1,1−ジメチル尿素、2,4−ビス(3,3−ジメチルウレイド)トルエンのような尿素誘導体やイミダゾール誘導体を、硬化促進剤として組み合わせて好適に用いることができる。特に、ジシアンジアミドと1分子中にウレア結合を2個以上有する化合物との組み合わせが好ましい。1分子中にウレア結合を2個以上有する化合物としては、1,1’−4(メチル−m−フェニレン)ビス(3,3−ジメチルウレア)、4,4’−メチレンビス(フェニルジメチルウレア)が挙げられる。これらを用いると、マトリックス樹脂の硬化時間が短縮されるので、高い生産性が求められる用途に好ましい。 In the thermosetting resin composition, an appropriate curing accelerator for enhancing the curing activity can be combined with the curing agent. For example, to dicyandiamide, 3-phenyl-1,1-dimethylurea, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea (DCMU), 3- (3-chloro-4-methylphenyl) -1 , 1-dimethylurea, urea derivatives such as 2,4-bis (3,3-dimethylureido) toluene and imidazole derivatives can be suitably used in combination as a curing accelerator. In particular, a combination of dicyandiamide and a compound having two or more urea bonds in one molecule is preferable. Examples of compounds having two or more urea bonds in one molecule include 1,1′-4 (methyl-m-phenylene) bis (3,3-dimethylurea) and 4,4′-methylenebis (phenyldimethylurea). Can be mentioned. When these are used, since the curing time of the matrix resin is shortened, it is preferable for applications that require high productivity.
このほかには、芳香族アミンに三フッ化ホウ素エチルアミン錯体を硬化促進剤として組合せる例などがあげられる。 In addition to this, there is an example in which a boron trifluoride ethylamine complex is combined with an aromatic amine as a curing accelerator.
熱硬化性樹脂組成物における硬化剤の含有量は、硬化剤の種類により適宜変更できるが、例えば活性水素を有するアミン系硬化剤の場合、熱硬化性樹脂の総量を100質量部として、1〜100質量部であることが好ましく、1〜70質量部であることがより好ましい。また、活性水素当量が、エポキシ基に対して0.6〜1.2当量となるように配合量を調整することで、好ましい耐熱性が得られる。 Although content of the hardening | curing agent in a thermosetting resin composition can be suitably changed with the kind of hardening | curing agent, in the case of the amine-type hardening | curing agent which has active hydrogen, for example, the total amount of thermosetting resin is 100 mass parts, The amount is preferably 100 parts by mass, and more preferably 1 to 70 parts by mass. Moreover, preferable heat resistance is obtained by adjusting a compounding quantity so that an active hydrogen equivalent may be 0.6-1.2 equivalent with respect to an epoxy group.
熱硬化性樹脂組成物は、上記以外の化合物を配合してもよく、例えば、粘弾性制御や靭性付与のために熱可塑性樹脂を配合することができる。また、難燃性を向上させるためにハロゲン化合物、リン系化合物、窒素系化合物、金属酸化物、金属水酸化物等を配合することもできる。 The thermosetting resin composition may contain a compound other than those described above. For example, a thermoplastic resin can be added to control viscoelasticity or impart toughness. Moreover, in order to improve a flame retardance, a halogen compound, a phosphorus compound, a nitrogen compound, a metal oxide, a metal hydroxide, etc. can also be mix | blended.
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリカーボナート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェニルトリメチルインダン構造を有するポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアラミド、ポリエーテルニトリル、ポリベンズイミダゾールが挙げられる。熱可塑性樹脂は、結晶性を有していても非晶性であってもよい。 Examples of the thermoplastic resin include polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherimide, polyimide having a phenyltrimethylindan structure, polysulfone, polyethersulfone, poly Examples include ether ketone, polyether ether ketone, polyaramid, polyether nitrile, and polybenzimidazole. The thermoplastic resin may have crystallinity or may be amorphous.
熱硬化性樹脂組成物における熱可塑性樹脂の含有量は、熱硬化性樹脂の総量を100質量部として、5〜50質量部であることが好ましく、10〜40質量部であることがより好ましい。 The content of the thermoplastic resin in the thermosetting resin composition is preferably 5 to 50 parts by mass, and more preferably 10 to 40 parts by mass, with the total amount of the thermosetting resin being 100 parts by mass.
(B)樹脂粒子
樹脂粒子は、式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む。
(B) Resin Particles The resin particles include a polyamide resin having a structure represented by the formula (1).
式中、a及びbは0〜4の整数を示し、R1及びR2はそれぞれ独立にアルキル基又はハロゲン原子を示し、R3はアルカンジイル基、シクロアルカンジイル基又はアルケンジイル基を示す。 In the formula, a and b each represent an integer of 0 to 4, R 1 and R 2 each independently represent an alkyl group or a halogen atom, and R 3 represents an alkanediyl group, a cycloalkanediyl group or an alkenediyl group.
アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられ、これらは直鎖状であっても分岐状であってもよい。 Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, and a decyl group. It may be.
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。 Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
アルカンジイル基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンタンジイル基、ヘキサンジイル基、ヘプタンジイル基、オクタンジイル基、ノナンジイル基、デカンジイル基、ウンデカンジイル基、ドデカンジイル基、トリデカンジイル基等が挙げられる。 Alkanediyl groups include methylene, ethylene, propylene, butylene, pentanediyl, hexanediyl, heptanediyl, octanediyl, nonanediyl, decandiyl, undecandiyl, dodecandiyl, tridecandiyl, etc. Is mentioned.
シクロアルカンジイル基としては、シクロプロパンジイル基、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロヘプタンジイル基等が挙げられる。これらのうち、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基、シクロヘプタンジイル基等が挙げられる。 Examples of the cycloalkanediyl group include a cyclopropanediyl group, a cyclobutanediyl group, a cyclopentanediyl group, a cyclohexanediyl group, and a cycloheptanediyl group. Among these, a cyclopentanediyl group, a cyclohexanediyl group, a cycloheptanediyl group, etc. are mentioned.
アルケンジイル基としては、エテンジイル基、プロペンジイル基、ブテンジイル基、ペンテンジイル基、ヘキセンジイル基、ヘプテンジイル基、オクテンジイル基等が挙げられる。 Examples of the alkenediyl group include ethenediyl group, propenediyl group, butenediyl group, pentenediyl group, hexenediyl group, heptenediyl group, and octenediyl group.
また、式中、a及びbの少なくとも一方が0であることが好ましい。 In the formula, at least one of a and b is preferably 0.
また、R1及びR2としては、メチル基、エチル基、プロピル基、塩素原子、臭素原子、フッ素原子が好ましい。 Moreover, as R < 1 > and R < 2 >, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a chlorine atom, a bromine atom, and a fluorine atom are preferable.
R3としては、オクタンジイル基、ノナンジイル基、デカンジイル基、ウンデカンジイル基、ドデカンジイル基、トリデカンジイル基が好ましい。 R 3 is preferably an octanediyl group, a nonanediyl group, a decanediyl group, an undecanediyl group, a dodecanediyl group, or a tridecanediyl group.
このようなポリアミド樹脂としては、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン又はその誘導体と、ジカルボン酸と、を単量体単位として有するポリアミド樹脂であることが好ましい。 Such a polyamide resin is preferably a polyamide resin having 4,4'-diaminodicyclohexylmethane or a derivative thereof and dicarboxylic acid as monomer units.
4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン(又はその誘導体)の具体例としては、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチルジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジプロピルジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジクロロジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジブロモジシクロヘキシルメタンなどが挙げられる。なかでも耐熱性の観点から、4, 4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタンが好ましい。 Specific examples of 4,4′-diaminodicyclohexylmethane (or derivatives thereof) include 4,4′-diaminodicyclohexylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-dimethyldicyclohexylmethane, and 4,4′-diamino. 3,3′-diethyldicyclohexylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-dipropyldicyclohexylmethane, 4,4′-diamino-3,3′-dichlorodicyclohexylmethane, 4,4′-diamino- 3,3′-dibromodicyclohexylmethane and the like. Of these, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane and 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldicyclohexylmethane are preferred from the viewpoint of heat resistance.
ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、レパルギル酸、セバシン酸、セバチン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸等の直鎖状飽和ジカルボン酸;マレイン酸、フマル酸等の鎖状不飽和ジカルボン酸;シクロプロパンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;が挙げられる。これらのうち、1,12−ドデカンジカルボン酸は、アルキル鎖が長く樹脂粒子の靱性を高くすることから特に好ましい。 Examples of the dicarboxylic acid include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, lepargic acid, sebacic acid, sebacic acid, 1,12-dodecanedicarboxylic acid and the like. A chain saturated dicarboxylic acid; a chain unsaturated dicarboxylic acid such as maleic acid and fumaric acid; and an alicyclic dicarboxylic acid such as cyclopropanedicarboxylic acid. Of these, 1,12-dodecanedicarboxylic acid is particularly preferable because of its long alkyl chain and high toughness of the resin particles.
このようなポリアミド樹脂の市販品としては、例えば、“グリルアミド(登録商標)”TR90(エムザベルケ社製)、“TROGAMID(登録商標)”CX7323(デグサ社製)が挙げられる。 Examples of such a commercially available polyamide resin include “Grillamide (registered trademark)” TR90 (manufactured by Mzavelke) and “TROGAMID (registered trademark)” CX7323 (manufactured by Degussa).
樹脂粒子は、ポリアミド樹脂以外の成分をさらに含有していてもよく、例えば、熱硬化性樹脂をさらに含有していてもよい。 The resin particles may further contain components other than the polyamide resin, and may further contain, for example, a thermosetting resin.
樹脂粒子は、さらに式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径のナイロン12から構成される粒子を含むことが好ましい。 The resin particles preferably further include particles composed of nylon 12 having an average particle size smaller than the average particle size of the resin particles including the polyamide resin having the structure represented by the formula (1).
ナイロン12は、靭性が高いことから、ナイロン12から構成される粒子を炭素繊維強化複合材料の層間に含むことで炭素繊維強化複合材料の層間靭性が向上する。 Since nylon 12 has high toughness, the interlayer toughness of the carbon fiber reinforced composite material is improved by including particles composed of nylon 12 between the layers of the carbon fiber reinforced composite material.
また、かかるナイロン12から構成される粒子は、(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径であることから、炭素繊維強化複合材料の層間厚さに大きく影響しないため、式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子と組み合わせることで層間厚さを制御できる。 Moreover, since the particle | grains comprised from this nylon 12 are an average particle diameter smaller than the average particle diameter of the resin particle containing the polyamide resin which has a structure represented by (1), it is the interlayer of a carbon fiber reinforced composite material. Since the thickness is not greatly affected, the interlayer thickness can be controlled by combining with resin particles containing a polyamide resin having a structure represented by the formula (1).
ナイロン12の市販品としては、例えば、“アミラン”(登録商標)SP−500、SP−10(東レ社製)などが挙げられる。 As a commercial item of nylon 12, "Amilan" (trademark) SP-500, SP-10 (made by Toray Industries, Inc.) etc. are mentioned, for example.
式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂から構成される粒子とナイロン12から構成される粒子の重量の混合比は、5:95〜95:5であることが好ましく、10:90〜10:90であることがより好ましく、30:70〜70:30であることがさらに好ましい。 The mixing ratio of the weight of the particles composed of the polyamide resin having the structure represented by the formula (1) and the particles composed of nylon 12 is preferably 5:95 to 95: 5, and 10:90 to 10:90 is more preferable, and 30:70 to 70:30 is even more preferable.
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、マレイミド樹脂、シアン酸エステル樹脂、尿素樹脂が挙げられる。 Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, benzoxazine resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, urethane resin, phenol resin, melamine resin, maleimide resin, cyanate ester resin, and urea resin.
また、樹脂粒子は、これらの熱硬化性樹脂とともに、硬化剤をさらに含有していてもよい。硬化剤の種類は熱硬化性樹脂に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂粒子が熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を含有するとき、硬化剤として上述のアミン系硬化剤を含有することが好ましい。 Moreover, the resin particle may further contain a curing agent together with these thermosetting resins. The kind of the curing agent can be appropriately selected according to the thermosetting resin. For example, when the resin particles contain an epoxy resin as the thermosetting resin, the above-described amine-based curing agent may be contained as the curing agent. preferable.
熱硬化性樹脂の配合量は、ポリアミド樹脂100質量部に対して、0.1〜25質量部であることが好ましく、0.1〜12質量部であることが好ましい。このような樹脂粒子においては、ポリアミド樹脂の靱性が十分に発揮されるとともに、熱硬化性樹脂との接着性が一層良好となる。 It is preferable that the compounding quantity of a thermosetting resin is 0.1-25 mass parts with respect to 100 mass parts of polyamide resins, and it is preferable that it is 0.1-12 mass parts. In such resin particles, the toughness of the polyamide resin is sufficiently exhibited and the adhesiveness with the thermosetting resin is further improved.
樹脂粒子の平均粒径は、5〜100μmであることが好ましく、7〜50μmであることがより好ましい。なお、上記ナイロン12から構成される粒子などの他の樹脂粒子をさらに含む場合は、それらいずれの平均粒径も、5〜100μmであることが好ましく、7〜50μmであることがより好ましい。 The average particle diameter of the resin particles is preferably 5 to 100 μm, and more preferably 7 to 50 μm. In addition, when other resin particles, such as the particle | grains comprised from the said nylon 12, are included further, it is preferable that those all average particle diameters are 5-100 micrometers, and it is more preferable that it is 7-50 micrometers.
熱硬化性樹脂層における樹脂粒子の含有量は、熱硬化性樹脂層の全体積を基準として、1〜90体積%であることが好ましく、5〜70体積%であることがより好ましい。 The resin particle content in the thermosetting resin layer is preferably 1 to 90% by volume, more preferably 5 to 70% by volume, based on the total volume of the thermosetting resin layer.
また、式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の累積10%粒径及び累積90%粒径と該樹脂粒子の平均粒径との差は、10μm以下であることが好ましい。このような粒径分布を有する樹脂粒子を用いることで、本発明の効果が一層顕著に奏される。 Further, the difference between the cumulative 10% particle size and the cumulative 90% particle size of the resin particles containing the polyamide resin having the structure represented by the formula (1) and the average particle size of the resin particles is 10 μm or less. preferable. By using resin particles having such a particle size distribution, the effects of the present invention are more remarkably exhibited.
ここで、樹脂粒子の平均粒径、累積10%粒径及び累積90%粒径は、樹脂粒子を分散媒中に分散させた後、レーザー回折法により求めることができる。具体的には、以下の測定装置、分散媒、測定条件でレーザー回折法を行って、平均粒径、累積10%粒径及び累積90%粒径を求めることができる。 Here, the average particle diameter, the cumulative 10% particle diameter, and the cumulative 90% particle diameter of the resin particles can be obtained by a laser diffraction method after dispersing the resin particles in a dispersion medium. Specifically, the average particle diameter, the cumulative 10% particle diameter, and the cumulative 90% particle diameter can be obtained by performing a laser diffraction method with the following measurement apparatus, dispersion medium, and measurement conditions.
測定装置:LA−950V2(堀場製作所製)
分散媒:“Triton X(登録商標)”100 0.5質量%水溶液
測定セル:フローセル
超音波照射時間:10秒
分散液:分散媒100mlに対して樹脂粒子1gを投入して撹拌した分散液。
Measuring device: LA-950V2 (manufactured by Horiba)
Dispersion medium: “Triton X (registered trademark)” 100 0.5 mass% aqueous solution Measurement cell: flow cell Ultrasonic irradiation time: 10 seconds Dispersion liquid: Dispersion liquid in which 1 g of resin particles was added to 100 ml of the dispersion medium and stirred.
樹脂粒子は、例えば、下記の方法により製造することができる。
(1)ポリアミド樹脂を加熱溶融させ、冷却させることにより晶析させる。この際、熱硬化性樹脂もポリアミド樹脂と均一に混合し添加することもできる。
(2)ポリアミド樹脂を溶媒に溶解させ、溶媒を揮発させて除去し晶析させる。この際、熱硬化性樹脂もポリアミド樹脂と同溶媒に溶解させ添加することもできる。
(3)ポリアミド樹脂を溶媒に溶解させ、霧状に飛散させ乾燥させる(スプレードライ法)。この際、熱硬化性樹脂もポリアミド樹脂と同溶媒に溶解させ添加することもできる。
(4)ポリアミド樹脂を溶媒に溶解させ、ポリアミド樹脂を溶解しない溶媒中に霧状に投入し、沈殿させる(スプレー再沈法)。この際、熱硬化性樹脂もポリアミド樹脂と同溶媒に溶解させ添加することもできる。
(5)ポリアミド樹脂を溶媒に溶解して得られたポリアミド溶液を該ポリアミド樹脂の貧溶媒でかつ該ポリアミド樹脂の溶媒に非相溶性の溶媒中に添加混合し、強く攪拌させ乳化、分散状態とした後、該分散液中の溶媒を除去し、ポリアミド樹脂を取り出す。この際、熱硬化性樹脂もポリアミド樹脂と同溶媒に溶解させ添加することもできる。
(6)ポリアミド樹脂を溶媒に溶解させ、溶液を攪拌しながら該溶液に不溶あるいは難溶である分散媒を徐々に加えることにより該溶液を乳化させ、さらに加え転相乳化させる。その後、溶媒を除去したのちに樹脂粒子として捕収する。この際、熱硬化性樹脂もポリアミド樹脂と同溶媒に溶解させ添加することもできる。
(7)ボールミル、ジェットミル等を用いる機械的粉砕機を使用し粉砕する。
(8)乳化重合、非水系分散重合、シード乳化重合及び懸濁重合等の重合法を用いて重合
モノマーを粒子状に重合させる。
The resin particles can be produced, for example, by the following method.
(1) The polyamide resin is melted by heating and crystallized by cooling. At this time, the thermosetting resin can also be mixed with the polyamide resin and added.
(2) The polyamide resin is dissolved in a solvent, and the solvent is volatilized and removed for crystallization. At this time, the thermosetting resin can also be dissolved in the same solvent as the polyamide resin and added.
(3) Polyamide resin is dissolved in a solvent, sprayed in a mist and dried (spray drying method). At this time, the thermosetting resin can also be dissolved in the same solvent as the polyamide resin and added.
(4) A polyamide resin is dissolved in a solvent, and is poured into a solvent that does not dissolve the polyamide resin in a mist state and precipitated (spray reprecipitation method). At this time, the thermosetting resin can also be dissolved in the same solvent as the polyamide resin and added.
(5) A polyamide solution obtained by dissolving a polyamide resin in a solvent is added and mixed in a poor solvent of the polyamide resin and incompatible with the solvent of the polyamide resin, and stirred vigorously to obtain an emulsified and dispersed state. After that, the solvent in the dispersion is removed, and the polyamide resin is taken out. At this time, the thermosetting resin can also be dissolved in the same solvent as the polyamide resin and added.
(6) The polyamide resin is dissolved in a solvent, and the solution is emulsified by gradually adding a dispersion medium that is insoluble or hardly soluble in the solution while stirring the solution. Then, after removing a solvent, it collects as a resin particle. At this time, the thermosetting resin can also be dissolved in the same solvent as the polyamide resin and added.
(7) Grind using a mechanical grinder using a ball mill, jet mill or the like.
(8) The polymerization monomer is polymerized into particles using a polymerization method such as emulsion polymerization, non-aqueous dispersion polymerization, seed emulsion polymerization, and suspension polymerization.
これらの方法のうち、化学的粉砕法として分類でき、かつ樹脂粒子が比較的得られやすい方法としては(6)が挙げられる。(6)の方法で用いられる溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、石油エーテル等の炭化水素類;塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロエチレン、1,1,1−トリクロロエチレン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類;ジエチルエーテル等のエーテル類;酢酸エチル等のエステル類;メチルエチルケトン等のケトン類;が挙げられ、これらは二種以上を混合して用いてもよい。 Among these methods, as a method that can be classified as a chemical pulverization method and that can easily obtain resin particles, (6) can be mentioned. Examples of the solvent used in the method (6) include hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, benzene, toluene, cyclohexane, petroleum ether; methylene chloride, chloroform, dichloroethane, dichloroethylene, 1,1,1-trichloroethylene. Halogenated hydrocarbons such as trichloroethylene and carbon tetrachloride; ethers such as diethyl ether; esters such as ethyl acetate; ketones such as methyl ethyl ketone; and these may be used as a mixture of two or more. Good.
また、ポリアミド樹脂の上記溶媒への溶解性をより向上させる目的で、メタノール、エタノールなどの溶媒を少量用いることも可能である。使用する溶媒は、ポリアミド樹脂の種類によって適宜選択され、またその量は、乳化開始時におけるポリアミド溶液の粘度が0.1〜800ミリパスカル秒となる量であることが好ましく、10〜500ミリパスカル秒となる量であることがより好ましく、50〜300ミリパスカル秒となる量であることがさらに好ましい。 A small amount of a solvent such as methanol or ethanol can be used for the purpose of further improving the solubility of the polyamide resin in the solvent. The solvent to be used is appropriately selected depending on the type of polyamide resin, and the amount thereof is preferably an amount such that the viscosity of the polyamide solution at the start of emulsification is 0.1 to 800 millipascal seconds, and 10 to 500 millipascals. It is more preferable that the amount is seconds, and even more preferable that the amount is 50 to 300 millipascal seconds.
(6)の方法で用いられる溶液に不溶あるいは難溶である分散媒としては、例えば水が挙げられ、溶媒と溶解度パラメーターが離れている分散媒を選択するのが好ましい。例えば溶媒としてクロロホルム、分散媒として水の組み合わせ、溶媒としてクロロホルムとメタノールの混合物、分散媒として水の組み合わせや、溶媒としてクロロホルム、分散媒として水とメタノールの混合物等が挙げられる。 Examples of the dispersion medium that is insoluble or hardly soluble in the solution used in the method (6) include water, and it is preferable to select a dispersion medium having a solubility parameter different from that of the solvent. For example, chloroform as a solvent, water as a dispersion medium, a mixture of chloroform and methanol as a solvent, water as a dispersion medium, chloroform as a solvent, and a mixture of water and methanol as a dispersion medium.
転相前のポリアミド溶液の粘度が0.1ミリパスカル秒未満になると、ポリアミド溶液の溶媒量が相対的に多くなり、その結果、溶媒の留去時間が長くなる可能性が高い。さらには、乳化操作時あるいは溶媒揮散操作中に粒子間の合着等が発生し、球状でない粒子が生成したり、餅状となったりして乳化液が得られない可能性がある。一方、乳化時におけるポリアミド溶液の粘度が800ミリパスカル秒を越えると、ポリアミド溶液が非常に粘稠となって、攪拌装置に多大な負荷がかかるとともに、円滑な乳化が行われないおそれがある。 When the viscosity of the polyamide solution before phase inversion is less than 0.1 millipascal second, the amount of the solvent in the polyamide solution is relatively large, and as a result, the solvent distillation time is likely to be long. Further, coalescence between the particles may occur during the emulsification operation or during the solvent volatilization operation, and non-spherical particles may be generated or may be in the form of a bowl, so that an emulsified liquid may not be obtained. On the other hand, when the viscosity of the polyamide solution at the time of emulsification exceeds 800 millipascal seconds, the polyamide solution becomes very viscous, and a large load is applied to the stirring device, and smooth emulsification may not be performed.
乳化時の温度は、分散媒の沸点以下ならば特に問題ないが、好ましくは溶媒の沸点以下がよい。乳化時の圧力は、常圧又は加圧してもよい。常圧がより好ましい。このような圧力の反応系はそれを構築する部材が安価であるという利点がある。 The temperature during emulsification is not particularly problematic as long as it is not higher than the boiling point of the dispersion medium, but is preferably not higher than the boiling point of the solvent. The pressure during emulsification may be normal pressure or increased pressure. Normal pressure is more preferred. Such a pressure reaction system has the advantage that the members for constructing it are inexpensive.
(6)の方法で用いられる乳化剤としては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、変性デンプン、ポリビニルピロリドン、ゼラチン、アラビアゴム、カゼイン等が挙げられる。上記の乳化剤とともに、必要に応じてノニオン系、アニオン系及びカチオン系の界面活性剤を併用してもよい。これらの乳化剤は、ポリアミド溶液あるいは、該溶液に相溶しにくい分散媒に添加することができる。また、両溶液に添加してもよい。 Examples of the emulsifier used in the method (6) include polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, modified starch, polyvinylpyrrolidone, gelatin, gum arabic, and casein. You may use together nonionic, anionic, and cationic surfactant with said emulsifier as needed. These emulsifiers can be added to a polyamide solution or a dispersion medium that is hardly compatible with the solution. Moreover, you may add to both solutions.
かかる乳化剤は、転相前の乳化液中に0.01〜20質量%配合することが好ましく、0.1〜15質量%配合することがより好ましい。これにより乳化液の安定性が一層高くなる。攪拌されているポリアミド溶液に連続的あるいは間欠的に該溶液に不溶あるいは難溶である分散媒を徐々に加え転相乳化させることによって0.1〜150μmの粒径を有する溶媒含有ポリアミド溶液が得られる。その際の攪拌速度は、10〜1500rpmの速度が好ましく、粒径が均一になるという点から50〜1000rpmがより好ましい。 Such an emulsifier is preferably blended in an amount of 0.01 to 20% by weight, more preferably 0.1 to 15% by weight, in the emulsion before phase inversion. This further increases the stability of the emulsion. A solvent-containing polyamide solution having a particle diameter of 0.1 to 150 μm is obtained by gradually adding a dispersion medium that is insoluble or hardly soluble in the stirred polyamide solution gradually or by phase inversion emulsification. It is done. The stirring speed at that time is preferably 10 to 1500 rpm, and more preferably 50 to 1000 rpm from the viewpoint that the particle size becomes uniform.
得られた乳化液の有機溶媒は、使用した有機溶媒が揮発する温度で加熱し、必要に応じて減圧しながら揮散除去する。この際の好ましい温度は、100℃未満である。有機溶媒を除去したスラリーは、濾過や、遠心分離法によって固液分離し、得られた含液固形分を洗浄、乾燥することによって樹脂粒子が得られる。 The organic solvent of the obtained emulsion is heated at a temperature at which the used organic solvent volatilizes, and is volatilized and removed while reducing the pressure as necessary. A preferable temperature at this time is less than 100 ° C. The slurry from which the organic solvent has been removed is subjected to solid-liquid separation by filtration or centrifugal separation, and the resulting liquid-containing solid content is washed and dried to obtain resin particles.
このような方法によれば、平均粒径が上記の好ましい範囲である樹脂粒子を、容易に得ることができる。 According to such a method, it is possible to easily obtain resin particles having an average particle diameter in the above-mentioned preferable range.
なお、上記(2)〜(6)の方法では、ポリアミド溶液にさらに、シリカ、アルミナ、マイカ等の無機物、熱可塑性樹脂、ゴム、顔料、染料、酸化防止剤、滑剤、帯電防止剤、可塑剤などを分散・溶解させてもよい。また、乳化液状態又は乾燥状態の樹脂微粒子の表面に、シリカやアルミナ等の超微粒子を吸着あるいはまぶして、分散性や流動性を向上させることもできる。 In the above methods (2) to (6), the polyamide solution is further added with an inorganic substance such as silica, alumina, mica, thermoplastic resin, rubber, pigment, dye, antioxidant, lubricant, antistatic agent, plasticizer. Etc. may be dispersed and dissolved. Further, it is possible to improve the dispersibility and fluidity by adsorbing or spraying ultrafine particles such as silica and alumina on the surface of the resin fine particles in the emulsion or dry state.
(C)導電性粒子
熱硬化性樹脂層が含有する導電性粒子は、樹脂粒子より平均粒径大きいものであり、電気的に良好な導体として振る舞う粒子であれば良く、導体のみからなるものに限定されない。導電性粒子としては、体積固有抵抗が10〜10−9Ωcmである粒子が好ましく、1〜10−9Ωcmである粒子がより好ましい。
(C) Conductive Particles The conductive particles contained in the thermosetting resin layer are particles having an average particle size larger than that of the resin particles, and may be particles that behave as an electrically good conductor. It is not limited. The conductive particles are preferably particles having a volume resistivity of 10 to 10 −9 Ωcm, more preferably 1 to 10 −9 Ωcm.
導電性粒子の平均粒径は、5〜100μmであることが好ましく、7〜50μmであることがより好ましい。ここで、導電性粒子の平均粒径は、上述した樹脂粒子の平均粒径の測定と同様にして、レーザー回折法により求めることができる。 The average particle size of the conductive particles is preferably 5 to 100 μm, and more preferably 7 to 50 μm. Here, the average particle diameter of the conductive particles can be determined by a laser diffraction method in the same manner as the measurement of the average particle diameter of the resin particles described above.
熱硬化性樹脂層における導電性粒子の含有量は、熱硬化性樹脂層の全体積を基準として、0.1〜35体積%であることが好ましく、0.2〜20体積%であることがより好ましい。 The content of the conductive particles in the thermosetting resin layer is preferably 0.1 to 35% by volume and preferably 0.2 to 20% by volume based on the total volume of the thermosetting resin layer. More preferred.
導電性粒子としては、金属粒子;ポリアセチレン粒子、ポリアニリン粒子、ポリピロール粒子、ポリチオフェン粒子、ポリイソチアナフテン粒子、ポリエチレンジオキシチオフェン粒子等の導電性ポリマー粒子;炭素粒子;黒鉛粒子;導電性物質で被覆した無機粒子;導電性物質で被覆した有機粒子;等を使用することができる。 Conductive particles include metal particles; conductive polymer particles such as polyacetylene particles, polyaniline particles, polypyrrole particles, polythiophene particles, polyisothianaphthene particles, and polyethylenedioxythiophene particles; carbon particles; graphite particles; coated with a conductive material Inorganic particles; organic particles coated with a conductive substance; and the like can be used.
無機粒子としては、例えば、無機酸化物、無機有機複合物、炭素等からなる粒子が挙げられる。 As an inorganic particle, the particle | grains which consist of an inorganic oxide, an inorganic organic composite, carbon etc. are mentioned, for example.
無機酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の無機酸化物;シリカ・アルミナ、シリカ・ジルコニア等の複合無機酸化物;が挙げられる。 Examples of the inorganic oxide include inorganic oxides such as silica, alumina, zirconia, and titania; composite inorganic oxides such as silica / alumina and silica / zirconia.
また、無機有機複合物としては、例えば、金属アルコキシド及び/又は金属アルキルアルコキシドを加水分解して得られるポリオルガノシロキサンが挙げられる。 Moreover, as an inorganic organic composite, the polyorganosiloxane obtained by hydrolyzing a metal alkoxide and / or a metal alkyl alkoxide is mentioned, for example.
また、炭素としては、結晶質炭素、非晶質炭素が好ましく用いられる。非晶質炭素としては、例えば、“ベルパール”(登録商標)C−600、C−800、C−2000(エア・ウォーター(株)製)、“NICABEADS”(登録商標)ICB、PC、MC(日本カーボン(株)製)が挙げられる。 As carbon, crystalline carbon and amorphous carbon are preferably used. As the amorphous carbon, for example, “Bellpearl” (registered trademark) C-600, C-800, C-2000 (manufactured by Air Water Co., Ltd.), “NICABEADS” (registered trademark) ICB, PC, MC ( Nippon Carbon Co., Ltd.).
有機粒子としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アクリル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、ジビニルベンゼン樹脂等の熱可塑性樹脂からなる粒子が挙げられる。当該粒子は、これらの熱可塑性樹脂の2種以上を含有していても良い。これらの熱可塑性樹脂のうち、優れた耐熱性を有するアクリル樹脂やジビニルベンゼン樹脂、及び優れた耐衝撃性を有するポリアミド樹脂が、好ましく用いられる。 Examples of the organic particles include unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, benzoxazine resins, phenol resins, urea resins, melamine resins and polyimide resins, thermosetting resins, polyamide resins, phenol resins, amino resins, Examples thereof include particles made of a thermoplastic resin such as acrylic resin, ethylene-vinyl acetate resin, polyester resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin, polyimide resin, urethane resin, divinylbenzene resin. The particles may contain two or more of these thermoplastic resins. Of these thermoplastic resins, acrylic resins and divinylbenzene resins having excellent heat resistance, and polyamide resins having excellent impact resistance are preferably used.
無機粒子又は有機粒子を被覆する導電性物質は、電気的に良好な導体として振る舞う物質であれば良く、導電性物質としては、炭素、金属等が挙げられる。導電性物質として、炭素を用いる場合、チャネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、中空カーボンファイバー等が好ましく用いられる。 The conductive substance that coats the inorganic particles or the organic particles may be any substance that behaves as an electrically good conductor. Examples of the conductive substance include carbon, metal, and the like. When carbon is used as the conductive material, carbon black such as channel black, thermal black, furnace black, ketjen black, hollow carbon fiber, and the like are preferably used.
また、導電性物質として金属を用いる場合、何れの金属でも良いが、好ましくは標準電極電位が−2.0〜2.0Vの金属、より好ましくは−1.8〜1.8Vの金属である。標準電極電位が低すぎても、不安定であり安全上好ましくない場合があり、高すぎても加工性、生産性が低下する場合がある。ここで、標準電極電位とは、金属をその金属イオンを含む溶液中に浸した際の電極電位と、標準水素電極(1気圧で水素ガスと接触している1規定のHCl溶液に浸した白金よりなる電極)電位との差で表される。例えばTi:−1.74V、Ni:−0.26V、Cu:0.34V、Ag:0.80V、Au:1.52Vである。 When a metal is used as the conductive material, any metal may be used, but a metal having a standard electrode potential of −2.0 to 2.0 V, more preferably a metal having −1.8 to 1.8 V is preferable. . If the standard electrode potential is too low, it may be unstable and unfavorable for safety, and if it is too high, workability and productivity may be reduced. Here, the standard electrode potential refers to the electrode potential when a metal is immersed in a solution containing the metal ions and the standard hydrogen electrode (platinum immersed in a 1N HCl solution in contact with hydrogen gas at 1 atm. Electrode) expressed as a difference from the potential. For example, Ti: -1.74V, Ni: -0.26V, Cu: 0.34V, Ag: 0.80V, Au: 1.52V.
導電性粒子としては、炭素粒子、黒鉛粒子、金属コートしたガラス粒子及び金属コートした有機粒子からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。このような導電性粒子によれば、本発明の効果が一層顕著に奏される。 The conductive particles preferably include at least one selected from the group consisting of carbon particles, graphite particles, metal-coated glass particles, and metal-coated organic particles. According to such conductive particles, the effects of the present invention are more remarkably exhibited.
(炭素繊維層)
炭素繊維層は、(D)炭素繊維を含有する。また炭素繊維層は、例えば、炭素繊維と、該炭素繊維に含浸した熱硬化性樹脂組成物と、を含有するものであってもよい。
(Carbon fiber layer)
The carbon fiber layer contains (D) carbon fiber. The carbon fiber layer may contain, for example, carbon fibers and a thermosetting resin composition impregnated in the carbon fibers.
炭素繊維層の平均厚さT1と熱硬化性樹脂層の平均厚さT2の比T2/T1は、0.1〜1であることが好ましい。このようなプリプレグによれば、本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料を一層容易に作製することができる。 The ratio T 2 / T 1 of the average thickness T 1 of the carbon fiber layer and the average thickness T 2 of the thermosetting resin layer is preferably 0.1-1. According to such a prepreg, the carbon fiber reinforced composite material according to the present embodiment can be more easily produced.
なお、本明細書において、プリプレグの炭素繊維層の平均厚さは、プリプレグを硬化させた後、断面観察し、20点以上厚さを計測し、平均することで求められる。 In the present specification, the average thickness of the carbon fiber layer of the prepreg is obtained by curing the prepreg, observing a cross section, measuring the thickness of 20 points or more, and averaging.
(D)炭素繊維
炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)繊維を炭素化して得られるPAN系炭素繊維、ピッチ繊維を炭素化して得られるピッチ系炭素繊維等が挙げられる。炭素繊維としては、高い引張、圧縮強度が得やすいため、PAN系炭素繊維が好ましい。
(D) Carbon fiber Examples of the carbon fiber include PAN-based carbon fiber obtained by carbonizing polyacrylonitrile (PAN) fiber, pitch-based carbon fiber obtained by carbonizing pitch fiber, and the like. As the carbon fiber, PAN-based carbon fiber is preferable because high tensile and compressive strength can be easily obtained.
炭素繊維の引張弾性率は、230GPa以上であることが好ましく、260GPa以上であることがより好ましい。このような炭素繊維を含有するプリプレグによれば、導電性に一層優れる炭素繊維強化複合材料が得られる。また、炭素繊維の引張弾性率は、440GPa以下であることが好ましく、400GPa以下であることがより好ましい。このような炭素繊維を含有するプリプレグによれば、耐衝撃性に一層優れる炭素繊維強化複合材料が得られる。 The tensile elastic modulus of the carbon fiber is preferably 230 GPa or more, and more preferably 260 GPa or more. According to the prepreg containing such a carbon fiber, a carbon fiber reinforced composite material having further excellent conductivity can be obtained. Moreover, it is preferable that the tensile elasticity modulus of carbon fiber is 440 GPa or less, and it is more preferable that it is 400 GPa or less. According to the prepreg containing such a carbon fiber, a carbon fiber reinforced composite material having further excellent impact resistance can be obtained.
すなわち、炭素繊維の引張弾性率は、好ましくは230〜440GPaであり、より好ましくは260〜440GPaである。このような炭素繊維を含有するプリプレグによれば、導電性と耐衝撃性とを一層高い次元で両立した炭素繊維強化複合材料が得られる。 That is, the tensile elastic modulus of the carbon fiber is preferably 230 to 440 GPa, more preferably 260 to 440 GPa. According to the prepreg containing such a carbon fiber, a carbon fiber reinforced composite material having both higher conductivity and impact resistance can be obtained.
炭素繊維の引張強度は、4.4〜6.5GPaであることが好ましい。また、炭素繊維の引張伸度は、1.7〜2.3%であることが好ましい。このような炭素繊維を含有するプリプレグによれば、耐衝撃性に一層優れるとともに、高い剛性及び機械強度を有する炭素繊維強化複合材料が得られる。 The tensile strength of the carbon fiber is preferably 4.4 to 6.5 GPa. Moreover, it is preferable that the tensile elongation of carbon fiber is 1.7 to 2.3%. According to the prepreg containing such carbon fibers, a carbon fiber reinforced composite material having further excellent impact resistance and high rigidity and mechanical strength can be obtained.
なお、上記の引張弾性率、引張強度及び引張伸度は、JIS R7601−1986に記載のストランド引張試験により測定することができる。 The tensile modulus, tensile strength, and tensile elongation can be measured by a strand tensile test described in JIS R7601-1986.
(プリプレグの製造)
本実施形態に係るプリプレグは、例えば、特開平1−26651号公報、特開昭63−170427号公報、特開昭63−170428号公報に開示されているような公知の方法を適用して製造することができる。具体的には、例えば、以下の方法で製造することができる。
(Manufacture of prepreg)
The prepreg according to the present embodiment is manufactured by applying a known method as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-226651, 63-170427, 63-170428. can do. Specifically, for example, it can be produced by the following method.
すなわち、熱硬化性樹脂組成物を離型紙などの上にコーティングして形成した樹脂フィルムを、シート状に引き揃えた炭素繊維の両面又は片面に当てて圧力を加えることにより、熱硬化性樹脂組成物を炭素繊維に含浸させて一次プリプレグ(炭素繊維層)を作製する。次いで、樹脂粒子及び導電性粒子を熱硬化性樹脂組成物中に分散させ、離型紙などの上にコーティングすることにより、粒子含有樹脂フィルム(熱硬化性樹脂層)を作製する。そして、一次プリプレグの両面又は片面に、粒子含有樹脂フィルムを貼着することで、プリプレグを作製ことができる。 That is, a thermosetting resin composition is formed by applying a pressure by applying a resin film formed by coating a thermosetting resin composition on release paper or the like to both or one side of a carbon fiber aligned in a sheet shape. Carbon fiber is impregnated with the product to produce a primary prepreg (carbon fiber layer). Next, the resin particles and the conductive particles are dispersed in the thermosetting resin composition and coated on a release paper or the like, thereby producing a particle-containing resin film (thermosetting resin layer). And a prepreg can be produced by sticking a particle content resin film on both sides or one side of a primary prepreg.
(炭素繊維強化複合材料)
本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料は、樹脂層と、図1の通り、樹脂層2の両主面7上にそれぞれ設けられた炭素繊維を含有する炭素繊維層1と、を備える。樹脂層2は、マトリックス樹脂6と、式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子3と、該樹脂粒子より平均粒径が大きい導電性粒子4と、を含有し、樹脂層2の平均厚さと式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子3の平均粒径との差は12μm以下、好ましくは10μm以下である。
(Carbon fiber reinforced composite material)
The carbon fiber reinforced composite material according to the present embodiment includes a resin layer and a
本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料では、導電性粒子の平均粒径が式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径より大きく、上記樹脂層の平均厚さと上記の式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下、好ましくは10μm以下であることから、導電性粒子により炭素繊維層間の導電パスが確実に形成される。そのため、本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料は、Z軸方向の導電性に優れるものとなる。 In the carbon fiber reinforced composite material according to the present embodiment, the average particle diameter of the conductive particles is larger than the average particle diameter of the resin particles including the polyamide resin having the structure represented by the formula (1), and the average thickness of the resin layer. And the average particle size of the resin particles containing the polyamide resin having the structure represented by the above formula (1) is 12 μm or less, preferably 10 μm or less. Is reliably formed. Therefore, the carbon fiber reinforced composite material according to this embodiment has excellent conductivity in the Z-axis direction.
また、別の本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料は、樹脂層と、図2の通り、樹脂層2の両主面7上にそれぞれ設けられた炭素繊維を含有する炭素繊維層1と、を備える。樹脂層2は、マトリックス樹脂6と、式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子3と、該樹脂粒子より平均粒径が大きい導電性粒子4と、さらに式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径のナイロン12から構成される粒子8、を含有し、樹脂層2の平均厚さと式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子3の平均粒径との差は12μm以下、好ましくは10μm以下である。
Moreover, the carbon fiber reinforced composite material according to another embodiment includes a resin layer and a
本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料でも、導電性粒子の平均粒径が式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径より大きく、式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径がナイロン12から構成される粒子の平均粒径と同じかまたは大きく、かつ、上記樹脂層の平均厚さと上記の式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下、好ましくは10μm以下であることから、導電性粒子により炭素繊維層間の導電パスが確実に形成される。そのため、本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料は、Z軸方向の導電性に優れるものとなる。 Even in the carbon fiber reinforced composite material according to the present embodiment, the average particle diameter of the conductive particles is larger than the average particle diameter of the resin particles including the polyamide resin having the structure represented by the formula (1), and is represented by the formula (1). The average particle size of the resin particles containing the polyamide resin having the structure is the same as or larger than the average particle size of the particles composed of nylon 12, and the average thickness of the resin layer is expressed by the above formula (1). Since the difference from the average particle diameter of the resin particles containing the polyamide resin having the structure is 12 μm or less, preferably 10 μm or less, the conductive path reliably forms the conductive path between the carbon fiber layers. Therefore, the carbon fiber reinforced composite material according to this embodiment has excellent conductivity in the Z-axis direction.
また、本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料において、樹脂粒子は上記特定のポリアミド樹脂を含むため耐熱性及び層間靭性に優れる。そして、2つの炭素繊維層の間に存在する樹脂層は、当該樹脂粒子によってその厚さが保持されている。そのため、本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料によれば、成形中の樹脂層の厚さが変化することを十分に抑制することができる。 Moreover, in the carbon fiber reinforced composite material according to this embodiment, the resin particles are excellent in heat resistance and interlayer toughness because they contain the specific polyamide resin. And the thickness of the resin layer which exists between two carbon fiber layers is hold | maintained by the said resin particle. Therefore, according to the carbon fiber reinforced composite material according to the present embodiment, the thickness of the resin layer being molded can be sufficiently prevented from changing.
従来の炭素繊維強化複合材料では、成形中の樹脂粒子の変形によって樹脂層の厚さがばらつくことにより、耐衝撃性やGIICに代表される層間靭性が低下したり、導電性粒子による導電パスの形成が阻害されて導電性が低下したりする場合がある。これに対して本実施形態に係る炭素繊維強化複合材料は、樹脂層の厚さの変化が十分に抑制されるため、優れた層間靭性及び導電性が実現される。 In the conventional carbon fiber reinforced composite material, the thickness of the resin layer varies due to deformation of the resin particles during molding, resulting in a decrease in impact resistance and interlayer toughness typified by GIIC , and a conductive path caused by conductive particles. In some cases, the formation of is hindered and the conductivity is lowered. On the other hand, the carbon fiber reinforced composite material according to the present embodiment sufficiently suppresses a change in the thickness of the resin layer, so that excellent interlayer toughness and conductivity are realized.
(樹脂層)
樹脂層は、マトリックス樹脂と、樹脂粒子と、導電性粒子と、を含有する。マトリックス樹脂は、好ましくは熱硬化性樹脂組成物の硬化物である。また、樹脂粒子及び導電性粒子としては、上記と同様のものを例示することができる。
(Resin layer)
The resin layer contains a matrix resin, resin particles, and conductive particles. The matrix resin is preferably a cured product of a thermosetting resin composition. Moreover, as a resin particle and electroconductive particle, the thing similar to the above can be illustrated.
樹脂層の平均厚さと式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差は12μm以下であり、10μm以下であることが好ましく、7μm以下であることがより好ましい。なお、本明細書において、樹脂層の平均厚さは、後述の方法で求められる。 The difference between the average thickness of the resin layer and the average particle diameter of the resin particles containing the polyamide resin having the structure represented by the formula (1) is 12 μm or less, preferably 10 μm or less, and preferably 7 μm or less. More preferred. In addition, in this specification, the average thickness of a resin layer is calculated | required by the below-mentioned method.
樹脂層における樹脂粒子の含有量は、樹脂層の全体積を基準として、20〜70体積%であることが好ましく、20〜65体積%であることがより好ましい。このような炭素繊維複合材料によれば、樹脂層の厚さの変化が一層抑制されるため、一層優れた層間靭性及び導電性が実現される。なお、上記ナイロン12から構成される粒子などの他の樹脂粒子をさらに含む場合は、同様に理由で、それら含有量の合計が上記樹脂層の全体積を基準として、20〜70体積%であることが好ましく、20〜65体積%であることがより好ましい。 The resin particle content in the resin layer is preferably 20 to 70% by volume, more preferably 20 to 65% by volume, based on the total volume of the resin layer. According to such a carbon fiber composite material, since the change in the thickness of the resin layer is further suppressed, further excellent interlayer toughness and conductivity are realized. In addition, when other resin particles such as particles composed of the nylon 12 are further included, for the same reason, the total content thereof is 20 to 70% by volume based on the total volume of the resin layer. It is preferably 20 to 65% by volume.
樹脂層における導電性粒子の含有量は、樹脂層の全体積を基準として、0.1〜35体積%であることが好ましく、0.2〜20体積%であることがより好ましい。このような炭素繊維複合材料によれば、導電パスがより確実に形成されるため、一層優れた導電性が得られる。 The content of the conductive particles in the resin layer is preferably 0.1 to 35% by volume, and more preferably 0.2 to 20% by volume based on the total volume of the resin layer. According to such a carbon fiber composite material, since a conductive path is more reliably formed, a further excellent conductivity can be obtained.
(炭素繊維層)
炭素繊維層は、炭素繊維を含有し、好ましく熱硬化性樹脂組成物の硬化物であるマトリックス樹脂をさらに含有する。
(Carbon fiber layer)
The carbon fiber layer contains carbon fibers, and preferably further contains a matrix resin that is a cured product of the thermosetting resin composition.
炭素繊維強化複合材料において、炭素繊維層の平均厚さT3と樹脂層の平均厚さT4の比T3/T4は、1〜15であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。なお、本明細書において、炭素繊維強化複合材料の炭素繊維層の平均厚さは、後述の方法で求められる。 In the carbon fiber reinforced composite material, the ratio T 3 / T 4 of the average thickness T 3 of the carbon fiber layer and the average thickness T 4 of the resin layer is preferably 1 to 15, and preferably 1 to 10. More preferred. In addition, in this specification, the average thickness of the carbon fiber layer of a carbon fiber reinforced composite material is calculated | required by the below-mentioned method.
(炭素繊維強化複合材料の製造方法)
本実施形態において炭素繊維強化複合材料は、下記の積層工程及び成形工程を備える製造方法により、製造することができる。
(Method for producing carbon fiber reinforced composite material)
In the present embodiment, the carbon fiber reinforced composite material can be manufactured by a manufacturing method including the following lamination process and molding process.
(積層工程)
積層工程では、上記プリプレグを複数積層して、熱硬化性樹脂層の両主面上にそれぞれ上記炭素繊維層が配置された構造を少なくとも一つ有する、プリプレグ積層体を得る。プリプレグ積層体は、好適には、炭素繊維層と熱硬化性樹脂層とが交互に積層された構造を有する。
(Lamination process)
In the laminating step, a plurality of the prepregs are laminated to obtain a prepreg laminate having at least one structure in which the carbon fiber layers are respectively disposed on both main surfaces of the thermosetting resin layer. The prepreg laminate preferably has a structure in which carbon fiber layers and thermosetting resin layers are alternately laminated.
(成形工程)
成形工程では、上記プリプレグ積層体を加熱及び加圧して、樹脂層の平均厚さと式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下、好ましくは10μm以下である炭素繊維強化複合材料を成形する。ここで、加熱・加圧の方法としては、熱硬化性樹脂層中の熱硬化性樹脂組成物が硬化して、マトリックス樹脂を形成するような方法が選択される。
(Molding process)
In the molding step, the difference between the average thickness of the resin layer and the average particle diameter of the resin particles containing the polyamide resin having the structure represented by the formula (1) is preferably 12 μm or less by heating and pressing the prepreg laminate. Forms a carbon fiber reinforced composite material having a thickness of 10 μm or less. Here, as a heating / pressurizing method, a method is selected in which the thermosetting resin composition in the thermosetting resin layer is cured to form a matrix resin.
加熱・加圧の方法としては、例えば、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、内圧成形法等が挙げられ、これらのうちオートクレーブ成形法が好ましく用いられる。 Examples of the heating / pressurizing method include a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, and the like. Among these, the autoclave molding method is preferably used.
このような製造方法によれば、層間靭性及びZ軸方向の導電性に優れる炭素繊維強化複合材料を容易に得ることができる。 According to such a production method, a carbon fiber reinforced composite material having excellent interlayer toughness and conductivity in the Z-axis direction can be easily obtained.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to an Example.
各実施例及び比較例のプリプレグを得るために、下記の原料を用いた。 In order to obtain the prepreg of each Example and Comparative Example, the following raw materials were used.
(A)熱硬化性樹脂組成物
・“アラルダイト(登録商標)”MY721:N,N,N’,N’−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン (ハンツマン・アドヴァンスドマテリアル製、以下「(A1)」で表す。)
・“アラルダイト(登録商標)”MY0600:N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール(ハンツマン・アドヴァンスドマテリアル製、以下「(A2)」で表す。)
・“アラルダイト(登録商標)”GY282:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(ハンツマン・アドヴァンスドマテリアル製、以下「(A3)」で表す。)
・“スミカエクセル(登録商標)”5003P:ポリエーテルスルホン(住友化学製、以下「(A4)」で表す。)
・“Aradur(登録商標)”976−1:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(ハンツマン・アドヴァンスドマテリアル製、以下「(A5)」で表す)。
(A) Thermosetting resin composition “Araldite (registered trademark)” MY721: N, N, N ′, N′-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane (manufactured by Huntsman Advanced Materials, hereinafter referred to as “(A1)”). )
“Araldite (registered trademark)” MY0600: N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol (manufactured by Huntsman Advanced Materials, hereinafter referred to as “(A2)”)
"Araldite (registered trademark)" GY282: Bisphenol F type epoxy resin (manufactured by Huntsman Advanced Materials, hereinafter represented by "(A3)")
"Sumika Excel (registered trademark)" 5003P: polyethersulfone (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., hereinafter represented by "(A4)")
“Aradur (registered trademark)” 976-1: 4,4′-diaminodiphenyl sulfone (manufactured by Huntsman Advanced Materials, hereinafter referred to as “(A5)”).
(B)樹脂粒子
・“TROGAMID(登録商標)”CX7323を原料として作製した、平均粒径19.5μm、累積10%粒径10.5μm、累積90%粒径27.5μmの粒子(以下「(B1)」で表す。)
・“TROGAMID(登録商標)”CX7323を原料として作製した、粒径15.2μm、累積10%粒径7.5μm、累積90%粒径19.5の粒子(以下「(B2)」で表す)。
(B) Resin particles • Particles having an average particle diameter of 19.5 μm, a cumulative 10% particle diameter of 10.5 μm, and a cumulative 90% particle diameter of 27.5 μm (hereinafter referred to as “(” B1) ”)
-“TROGAMID (registered trademark)” CX7323 as a raw material and having a particle size of 15.2 μm, a cumulative 10% particle size of 7.5 μm, and a cumulative 90% particle size of 19.5 (hereinafter referred to as “(B2)”) .
<(B1)の作製>
1000mlの4口フラスコの中に、ポリマーAとしてポリアミド(重量平均分子量17,000、デグサ(株)社製“TROGAMID(登録商標)”CX7323)20g、有機溶媒としてギ酸500g、ポリマーBとしてポリビニルアルコール20g(和光純薬工業(株)社製 PVA 1000)を加え、80℃に加熱し、ポリマーが溶解するまで攪拌を行った。系の温度を55℃に下げた後に、900rpmで攪拌をしながら、貧溶媒としてイオン交換水500gを、送液ポンプを経由して滴下した。滴下は、0.5g/分のスピードで開始し、徐々に滴下速度を上げて、全量を90分かけて滴下した。なお、100gのイオン交換水を入れた時に系が白色に変化した。また滴下に際しては、半分量のイオン交換水を滴下した時点で系の温度を60℃まで昇温させ、引き続き、残りのイオン交換水を入れ、全量滴下した後に、引き続き30分間攪拌した。室温に戻した懸濁液を、ろ過し、イオン交換水500gで洗浄し、80℃、10時間真空乾燥を行い、粉状の白色固体11gを得た。得られた粉体についてレーザー回折法により粒径を測定したところ、平均粒径19.5μmのポリアミド微粒子であった。また、累積10%粒径は10.5μm、累積90%粒径は27.5μmであった。
<Production of (B1)>
In a 1000 ml four-necked flask, 20 g of polyamide as polymer A (weight average molecular weight 17,000, “TROGAMID (registered trademark)” CX7323 manufactured by Degussa Co., Ltd.), 500 g of formic acid as an organic solvent, and 20 g of polyvinyl alcohol as polymer B (PVA 1000 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, heated to 80 ° C., and stirred until the polymer was dissolved. After the temperature of the system was lowered to 55 ° C., 500 g of ion-exchanged water as a poor solvent was added dropwise via a liquid feed pump while stirring at 900 rpm. The dropping was started at a speed of 0.5 g / min, the dropping speed was gradually increased, and the whole amount was dropped over 90 minutes. The system turned white when 100 g of ion-exchanged water was added. In addition, the temperature of the system was raised to 60 ° C. when half the amount of ion-exchanged water was dropped, and then the remaining ion-exchanged water was added and the whole amount was dropped, followed by stirring for 30 minutes. The suspension returned to room temperature was filtered, washed with 500 g of ion-exchanged water, and vacuum-dried at 80 ° C. for 10 hours to obtain 11 g of a powdery white solid. When the particle size of the obtained powder was measured by a laser diffraction method, it was polyamide fine particles having an average particle size of 19.5 μm. The cumulative 10% particle size was 10.5 μm and the cumulative 90% particle size was 27.5 μm.
<(B2)の作製>
攪拌速度を1000rpmに変更したこと以外は実施例1と同様にして、粉状の白色固体10gを得た。得られた粉体についてレーザー回折法により粒径を測定したところ、平均粒径12.5μmのポリアミド微粒子であった。また、累積10%粒径は7.5μm、累積90%粒径は19.5であった。
・“アミラン(登録商標)” SP−500:ナイロン12粒子(平均粒径5μm、東レ(株)製、形状:真球)(以下「(B3)」で表す)。
・“アミラン(登録商標)” SP−10:ナイロン12粒子(平均粒径10μm、東レ(株)製、形状:真球)(以下「(B4)」で表す)。
<Production of (B2)>
Except having changed the stirring speed into 1000 rpm, it carried out similarly to Example 1, and obtained powdery white solid 10g. When the particle size of the obtained powder was measured by a laser diffraction method, it was polyamide fine particles having an average particle size of 12.5 μm. The cumulative 10% particle size was 7.5 μm, and the cumulative 90% particle size was 19.5.
“Amilan (registered trademark)” SP-500: Nylon 12 particles (average particle size: 5 μm, manufactured by Toray Industries, Inc., shape: true sphere) (hereinafter referred to as “(B3)”).
“Amilan (registered trademark)” SP-10: Nylon 12 particles (average particle size: 10 μm, manufactured by Toray Industries, Inc., shape: true sphere) (hereinafter referred to as “(B4)”).
(C)導電性粒子
・“ミクロパール(登録商標)”AU225:金コート導電性粒子(平均粒径25μm、積水化学、以下「(C1)」で表す。)
・“ベルパール(登録商標)”C−2000:アモルファス炭素粒子(平均粒径18μm、エア・ウォーター株式会社、以下「C2」で表す)。
(C) Conductive Particles “Micropearl (registered trademark)” AU225: Gold-coated conductive particles (average particle size 25 μm, Sekisui Chemical, hereinafter referred to as “(C1)”)
“Bellepearl (registered trademark)” C-2000: Amorphous carbon particles (average particle size 18 μm, Air Water Co., Ltd., hereinafter referred to as “C2”).
(D)炭素繊維
・“トレカ”(登録商標)T800G−24K−10E(繊維数24,000本、引張強度5.9GPa、引張弾性率290GPa、引張伸度2.0%の炭素繊維、総繊度1.03g/m、東レ(株)製、以下「(D1)」で表す)。
(D) Carbon fiber "Torayca" (registered trademark) T800G-24K-10E (24,000 fibers, tensile strength 5.9 GPa, tensile elastic modulus 290 GPa, tensile elongation 2.0% carbon fiber, total fineness 1.03 g / m, manufactured by Toray Industries, Inc., hereinafter referred to as “(D1)”).
(E)その他の粒子
・Orgasol(登録商標)”2002D:ナイロン12粒子(平均粒径20μm、アルケマ(株)製、以下「(E1)」で表す)。
(E) Other Particles • Orgasol (registered trademark) “2002D: Nylon 12 particles (average particle size 20 μm, manufactured by Arkema Co., Ltd., hereinafter referred to as“ (E1) ”).
(実施例1)
表1に示す組成の熱硬化性樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して、25g/m2の樹脂フィルムを作製した。次に、シート状に一方向に配列させた炭素繊維(D1)に、樹脂フィルム2枚を炭素繊維(D1)の両面から重ね、加熱加圧により樹脂を含浸させ、炭素繊維の目付が190g/m2の一方向予備含浸プリプレグを作製した。
Example 1
A thermosetting resin composition having the composition shown in Table 1 was applied onto release paper using a knife coater to prepare a 25 g / m 2 resin film. Next, on the carbon fibers (D1) arranged in one direction in a sheet shape, two resin films are stacked from both sides of the carbon fibers (D1) and impregnated with the resin by heating and pressurization, and the basis weight of the carbon fibers is 190 g / A m 2 unidirectional pre-impregnated prepreg was prepared.
次いで、表1に示す組成の熱硬化性樹脂組成物を用いて39g/m2の樹脂フィルムを離型紙上に作成し、該樹脂フィルム上に、1m2あたり樹脂粒子(B1)9.2g及び導電性粒子(C1)1.8gを均一に散布した後、離型紙をかぶせて100℃で1分加熱し粒子を樹脂フィルム中に沈降させた。この粒子含有樹脂フィルムを、一方向予備含浸プリプレグの片面に貼り付け、100℃1分間加熱することで転写し、プリプレグを得た。 Next, a 39 g / m 2 resin film was prepared on a release paper using the thermosetting resin composition having the composition shown in Table 1, and 9.2 g of resin particles (B1) per 1 m 2 on the resin film and After uniformly dispersing 1.8 g of conductive particles (C1), a release paper was placed on the particles and heated at 100 ° C. for 1 minute to precipitate the particles in the resin film. This particle-containing resin film was attached to one side of a unidirectional pre-impregnated prepreg and transferred by heating at 100 ° C. for 1 minute to obtain a prepreg.
得られたプリプレグについて、以下の方法で熱硬化性樹脂層及び炭素繊維層の平均厚さを測定した。また、以下の方法で、炭素繊維強化複合材料を作製してGIIc(ENF)試験及び体積固有抵抗の測定を行った。さらに、以下の方法で、炭素繊維強化複合材料の樹脂層の平均厚さ(層間厚さ)及び樹脂層中の導電性粒子の存在比率を測定した。結果を表1に示す。 About the obtained prepreg, the average thickness of a thermosetting resin layer and a carbon fiber layer was measured with the following method. Moreover, the carbon fiber reinforced composite material was produced with the following method, and the G IIc (ENF) test and the measurement of volume resistivity were performed. Further, the average thickness (interlayer thickness) of the resin layer of the carbon fiber reinforced composite material and the abundance ratio of the conductive particles in the resin layer were measured by the following methods. The results are shown in Table 1.
(プリプレグの熱硬化性樹脂層及び炭素繊維層の平均厚さの測定)
プリプレグ1枚をオーブン中で昇温速度0.05℃/分で室温から100℃まで昇温し1時間ホールド後、0.05℃/分で180℃まで昇温し180℃2時間で樹脂を硬化させた。炭素繊維の繊維方向に対して直向方向にプリプレグの硬化物を切断し、切断面を観察した。硬化した熱硬化性樹脂層の表面から炭素繊維層に接する面までの距離を20点測定して平均し、プリプレグの熱硬化性樹脂層の平均厚さとした。また、炭素繊維層の厚さを20点測定して平均し、プリプレグの炭素繊維層の平均厚さとした。得られた平均厚さから、下記式により、厚さ比を求めた。
(Measurement of average thickness of prepreg thermosetting resin layer and carbon fiber layer)
One prepreg is heated from room temperature to 100 ° C at a heating rate of 0.05 ° C / min in an oven, held for 1 hour, heated to 180 ° C at 0.05 ° C / min, and resin is added at 180 ° C for 2 hours. Cured. The cured product of the prepreg was cut in a direction perpendicular to the fiber direction of the carbon fiber, and the cut surface was observed. The distance from the surface of the cured thermosetting resin layer to the surface in contact with the carbon fiber layer was measured at 20 points and averaged to obtain the average thickness of the thermosetting resin layer of the prepreg. Moreover, the thickness of the carbon fiber layer was measured at 20 points and averaged to obtain the average thickness of the carbon fiber layer of the prepreg. From the average thickness obtained, the thickness ratio was determined by the following formula.
厚さ比=(熱硬化性樹脂層の平均厚さ)/(炭素繊維層の平均厚さ)。 Thickness ratio = (average thickness of thermosetting resin layer) / (average thickness of carbon fiber layer).
(GIIc(ENF)試験)
プリプレグを200×250mmのサイズで30枚切り出し、これを繊維方向が同じ方向になるように積層した。また、積層時に、初期亀裂導入のために、離型処理したポリイミドフィルム(厚さ0.3mm)を積層中央面に縁が繊維方向と直角になるよう挿入した。ポリイミドフィルムは、先端が積層体の縁から40mmに位置するように配置した。この積層体をオートクレーブ中で180℃、内圧0.59MPaで2時間加熱加圧して硬化し、一方向炭素繊維強化複合材料を成形した。かかる一方向炭素繊維強化複合材料を、20×195mmに切断し、試験片とした。この試験片について、JIS K7086(1993)付属書2に従って、ENF試験を行った。
(G IIc (ENF) test)
Thirty prepregs having a size of 200 × 250 mm were cut out and laminated so that the fiber directions were the same. Further, at the time of lamination, a polyimide film (thickness: 0.3 mm) subjected to mold release treatment was inserted into the central surface of the lamination so that the edge was perpendicular to the fiber direction in order to introduce an initial crack. The polyimide film was arrange | positioned so that the front-end | tip may be located in 40 mm from the edge of a laminated body. This laminate was cured by heating and pressing at 180 ° C. and an internal pressure of 0.59 MPa for 2 hours in an autoclave to form a unidirectional carbon fiber reinforced composite material. This unidirectional carbon fiber reinforced composite material was cut into 20 × 195 mm to obtain a test piece. This test piece was subjected to an ENF test in accordance with JIS K7086 (1993)
(体積固有抵抗の測定)
プリプレグを、それぞれ[−45°/0°/+45°/90°]3s構成で、擬似等方的に24プライ積層し、オートクレーブにて、180℃の温度で2時間、0.59MPaの圧力下、昇温速度1.5℃/分で成形して25個の積層体を作製した。これらの各積層体から、縦50mm×横50mm(厚さ3mm)のサンプルを切り出し、両表面の樹脂層を研磨により除去後、両面に導電性ペースト“ドータイト”(登録商標)D−550(藤倉化成(株)製)を塗布したサンプルを作製した。これらのサンプルを、アドバンテスト(株)製R6581デジタルマルチメーターを用いて、四端子法で積層方向の抵抗を測定し、体積固有抵抗を求めた。
(Measurement of volume resistivity)
Pre-pregs were each laminated in a [is -45 ° / 0 ° / + 45 ° / 90 °] 3s configuration in a quasi-isotropic 24 ply manner, and autoclaved at a temperature of 180 ° C. for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa. Then, 25 laminates were produced by molding at a heating rate of 1.5 ° C./min. From each of these laminates, a 50 mm long × 50 mm wide (
(層間厚さ及び導電性粒子の存在比率の測定)
上記の体積固有抵抗の測定で作製した積層体を、0度方向及び90度方向に切断し、2つの断面を得た。この断面に対して、切断方向に配列した炭素繊維層(0度方向で切断した場合は0度層、90度方向に切断した場合は90度層である)を含む2つの炭素繊維層の間は除外して、2つの炭素繊維層の間の樹脂層の厚さを1つの層間あたり20点測定し、2段面分平均したものを層間厚さ(樹脂層の平均厚さ)とした。測定した層間を写真にとり、層間に存在する樹脂(マトリックス樹脂及び樹脂粒子)と導電性粒子を色分けした後、樹脂と導電性粒子の存在面積比を計算した。この比を層間の(樹脂層の)導電性粒子の存在比率とした。
(Measurement of interlayer thickness and ratio of conductive particles)
The laminate produced by measuring the volume resistivity was cut in the 0 degree direction and the 90 degree direction to obtain two cross sections. Between the two carbon fiber layers including carbon fiber layers arranged in the cutting direction (0 degree layer when cut in the 0 degree direction and 90 degree layer when cut in the 90 degree direction) with respect to this cross section The thickness of the resin layer between the two carbon fiber layers was measured at 20 points per layer, and the average of the two steps was taken as the interlayer thickness (average thickness of the resin layer). The measured interlayer was photographed, and the resin (matrix resin and resin particles) and conductive particles existing between the layers were color-coded, and then the ratio of the area of the resin and conductive particles was calculated. This ratio was defined as the abundance ratio of the conductive particles (in the resin layer) between the layers.
(実施例2〜12、比較例1〜3)
表1〜4に示す組成の熱硬化性樹脂組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、一方向予備含浸プリプレグを作製し、表1〜4に示す配合比となるよう粒子含有樹脂フィルムを作製した。そして、一方向予備含浸プリプレグと粒子含有樹脂フィルムとを用いて、実施例1と同様にして、プリプレグを得た。
(Examples 2 to 12, Comparative Examples 1 to 3)
A unidirectional pre-impregnated prepreg was prepared in the same manner as in Example 1 except that the thermosetting resin compositions having the compositions shown in Tables 1 to 4 were used, and particles having the compounding ratios shown in Tables 1 to 4 were obtained. A containing resin film was prepared. And the prepreg was obtained like Example 1 using the unidirectional pre-impregnation prepreg and the particle-containing resin film.
得られたプリプレグについて、上記の方法で熱硬化性樹脂層及び炭素繊維層の平均厚さを測定した。また、上記の方法で、炭素繊維強化複合材料を作製してGIIc(ENF)試験及び体積固有抵抗の測定を行った。さらに、上記の方法で、炭素繊維強化複合材料の樹脂層の平均厚さ(層間厚さ)と、樹脂層中の導電性粒子の存在比率と、を測定した。結果を表1〜4に示す。 About the obtained prepreg, the average thickness of a thermosetting resin layer and a carbon fiber layer was measured by said method. In addition, a carbon fiber reinforced composite material was prepared by the above method, and a G IIc (ENF) test and volume resistivity were measured. Furthermore, the average thickness (interlayer thickness) of the resin layer of the carbon fiber reinforced composite material and the abundance ratio of the conductive particles in the resin layer were measured by the above method. The results are shown in Tables 1-4.
1:炭素繊維層
2:樹脂層
3:式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子
4:導電性粒子
5:炭素繊維
6:マトリックス樹脂
7:樹脂層の主面
8:ナイロン12から構成される粒子
1: Carbon fiber layer 2: Resin layer 3: Resin particles containing polyamide resin having a structure represented by the formula (1) 4: Conductive particles 5: Carbon fiber 6: Matrix resin 7: Main surface of resin layer 8: Particles composed of nylon 12
Claims (12)
前記樹脂層の両主面上にそれぞれ設けられた、炭素繊維を含有する炭素繊維層と、
を備え、
前記樹脂層の平均厚さと下記式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下である、炭素繊維強化複合材料。
Carbon fiber layers containing carbon fibers provided on both main surfaces of the resin layer,
With
A carbon fiber reinforced composite material, wherein a difference between an average thickness of the resin layer and an average particle diameter of resin particles containing a polyamide resin having a structure represented by the following formula (1) is 12 μm or less.
前記炭素繊維層の少なくとも一方面上に設けられた熱硬化性樹脂層と、
を備え、
前記熱硬化性樹脂層が、熱硬化性樹脂組成物、下記式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子及び該樹脂粒子より平均粒径が大きい導電性粒子を含有し、
前記熱硬化性樹脂層の平均厚さが下記式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径の3倍以下である、プリプレグ。
A thermosetting resin layer provided on at least one surface of the carbon fiber layer;
With
The thermosetting resin layer contains a thermosetting resin composition, resin particles including a polyamide resin having a structure represented by the following formula (1), and conductive particles having an average particle size larger than the resin particles,
The prepreg whose average thickness of the said thermosetting resin layer is 3 times or less of the average particle diameter of the resin particle containing the polyamide resin which has a structure represented by following formula (1).
前記プリプレグ積層体を成形して、前記熱硬化性樹脂層が硬化してなる樹脂層を備える炭素繊維強化複合材料を得る成形工程と、
を備え、
前記成形工程において、前記樹脂層の平均厚さと前記の式(1)で表される構造を有するポリアミド樹脂を含む樹脂粒子の平均粒径との差が12μm以下となるように前記プリプレグ積層体を成形する、炭素繊維強化複合材料の製造方法。 A prepreg laminate having a structure in which a plurality of the prepregs according to any one of claims 7 to 11 are laminated and the carbon fiber layers are respectively disposed on both main surfaces of the thermosetting resin layer. A laminating process for obtaining a body;
A molding step of forming the prepreg laminate and obtaining a carbon fiber reinforced composite material comprising a resin layer formed by curing the thermosetting resin layer;
With
In the molding step, the prepreg laminate is formed such that the difference between the average thickness of the resin layer and the average particle size of the resin particles containing the polyamide resin having the structure represented by the formula (1) is 12 μm or less. A method for producing a carbon fiber reinforced composite material to be molded.
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