JP4477271B2 - 空隙のない積層品の製造およびその使用法 - Google Patents

Description

【０００１】
米国政府は、本発明における払い込み済の実施権、および限定された状況のなかで、米国空軍が認可した契約番号Ｆ３３６１５−９５−２−５０１９の条件に規定された合理的な条件で他者に実施権を与えるよう特許所有者に要求する権利を有している。本出願は一部継続出願であり、１９９８年５月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／０８６，１４２の恩典を請求するものである。
【０００２】
発明の背景
（発明の分野）
本発明は、オートクレーブ圧力または減圧バッグ専用圧力のもとで、低温で空隙のない積層品を製造する方法に関する。特に、本発明は、得られる積層品の空隙率のレベルが、減圧バッグ専用圧力技術によって今日までに達成されたそれよりも低い部分含浸プレプレグの使用法に関する。
【０００３】
（関連する背景技術）
複合材料は、母材樹脂および強化繊維からなる。これらの材料は、高強度および低重量が重要である分野、例えば航空宇宙産業および航空機産業において典型的に使用されている。航空宇宙構造の用途に使用される多くの複合材は熱硬化性樹脂および炭素繊維材料を含む。一般に、これらの熱硬化性樹脂は、オートクレーブを使用して、高温（例えば２５０から３５０゜Ｆ）および高圧（例えば８５ｐｓｉ）のもとで硬化される。
【０００４】
一般的な複合材料製造方法は、プレプレグと呼ばれるいくつかの未硬化樹脂含浸フィラメントのシートを適切な工具により積層して、それらのシートを合着させるために熱および圧力を加え、それらを金型の構造に成形し、続いて樹脂をゲル化させる。次いで、最後に、得られた成形積層品の構造を固定するために、さらなる熱処理によって樹脂を硬化させる。
【０００５】
厚肉複合部品の製造において遭遇する大きな問題は、最終部品における空隙である。複合材料における空隙の発生については完全に把握されていないが、一部に、閉じこめられた空気が複合材料の製造に使用されるプレプレグから脱出できないという事実によるものと考えられる。Ｃａｍｐｂｅｌｌ等は、炭素繊維複合材における空隙の原因を調査した（Ｆｌａｋｅ Ｃ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ等、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、１８〜３３、１９９５年７月）。複合積層品における空隙の形成および成長は、主として閉じこめられた揮発物によるものである。樹脂がまだ液体の状態にあるなかで、空隙圧力（すなわち、揮発性蒸気圧）が液状樹脂に対する実圧力（すなわち静水樹脂圧）を超える場合に、空隙の成長が潜在的に発生する。同様の条件で処理された複合部品であっても空隙レベルが著しく異なり、生産の停滞にいたることが判明した。空隙の形成により、複合材料の機械特性が著しく劣化し、多くの場合には、それらが使用されうる前に部品を除去するため多大な費用を要する。
【０００６】
空隙のない積層品を製造しうる１つの方法は、オートクレーブを使用することである。オートクレーブは、積層されたプレプレグが容易に合着して補強合成材料を形成できるように、それらを高温および高圧にさらすことが可能である。この装置には、加えられた圧力のレベルに応じて、樹脂塊内部の静水圧が気体または蒸気の泡を著しく縮小するか、またはそれらを完全に溶液に送り込む十分な圧力を樹脂に供給できるという魅力がある。樹脂のゲル化およびそれに続く硬化を通じてその圧力を維持すれば、空隙のない母材が得られる。
【０００７】
しかしながら、オートクレーブは空隙のない補強複合部品を提供する可能性を考慮すれば魅力的であるが、にもかかわらず、必要とされる装置の投資費用が高いことを考慮すれば高価である。さらに、補強複合部品が大きいために当該方法では効率的に硬化できないときは、オートクレーブ処理は好ましくないと思われる。その上、低い生産速度で補強複合部品を製造するときは、低費用の木製工具またはガラス転移点の低いポリマーの工具が一般的に使用される。しかし、これらの工具を使用するときは、比較的低温および低圧でしか複合部品を硬化することができない。したがって、これらの状況においてオートクレーブを使用することは実用的ではない。
【０００８】
オートクレーブ処理に代わるより安価な代替手段は、積層されたプレプレグを工具の上に置き、次いで不透過性のメンブレンで覆う方法を使用することである。そのメンブレンで覆われた体積を排気し、その積層物を徐々に加熱する。周囲大気圧により、プレプレグを合着して成形積層品を形成するのに必要な力が与えられ、その昇温速度により、未硬化樹脂が最初に十分な流動性を有して、最大限の凝固を可能にし、最終的により高温で樹脂のゲル化および硬化を可能にする。
【０００９】
減圧バッグを使用した加圧は、オートクレーブを使用するよりもコスト効率がよいが、樹脂母材に空隙が生じるため、通常は得られる積層品の品質が劣る。積層内領域および積層間領域に空隙が取り込まれる。通常は、積層品の中央部は、積層品の端部に比べて非常に大きな影響を受ける。一般に、減圧成形繊維強化複合材料の最低空隙レベルは、約４から約６体積パーセントである。現在市販されている低温（１５０゜Ｆ）減圧バッグ専用圧力硬化プレプレグの状況を調査した。現行の技術では、減圧バッグ専用圧力および１５０゜Ｆの硬化処理によって空隙のない積層品を形成することができないという結論に達した（Ｃｈｒｉｓ Ｒｉｄｇａｒｄ、Ｉｎｔ'１ ＳＡＭＰＬＥ Ｓｙｍｐ．、１４７−１６１、１９９７）。
【００１０】
ブリード硬化処理とネット硬化処理の両方を利用して、空隙のない積層品の製造を試みた。ブリード硬化では、いくらかの熱硬化性樹脂をプレプレグから流出させて、捕捉されている空気や揮発物を排出する（Ｆｌａｋｅ Ｃ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、１８−３３、１９９５年７月）。この方法は、硬化後に空隙の少ない積層品を製造することが可能であるが、樹脂含有率を制御しにくい。したがって、最終複合材料は、信頼性があり一貫した部品を形成するものではない。この方法では、樹脂のオーバブリード量（over-bleeding）に依存する空隙を有する薄い積層品が形成される。
【００１１】
ネット樹脂硬化処理は、非ブリード法であり、反対のアプローチがとられる。すべての樹脂が硬化部品に残存し、硬化部品の樹脂含有率、寸法および重量に対する優れた制御を提供する。しかしながら、空隙のない積層品を製造するためには、オートクレーブ硬化を用いて、閉じこめられた空気および揮発物を硬化に先立ちプレプラグから追い出すのに十分な圧力を加えることが必要である。
【００１２】
空隙率を最小限に抑えた、または実質的にゼロの積層品を製造するために、追加的なアプローチが開発された。ＷＯ９８／３８０３１は、あらかじめ未硬化樹脂を含浸させた第１および第２の繊維材料を交互に金型上に敷くことを含む複合材成型方法を開示し、第１の層の樹脂含有率は第２の層の樹脂含有率と異なり、それらの層を脱気された不透過性メンブレンのなかに封じ、熱を加えて樹脂を部分的に硬化させて材料を固める。部分的に硬化した材料を、金型で支えることなく、金型から取り出し、最終的に高温で硬化させることができる。当該方法は、空隙率の低い所望の材料を作ることができるが、当該方法で製造された積層品にはいくつかの欠点がある。当該方法は、平均的な粘度または比較的低粘度の樹脂による樹脂含有率の高い第１のプレプレグ層、および比較的強固な高粘度の樹脂で作られた樹脂含有率の低い第２のプレプレグ層を使用する。結果として、異なる特性を有する２つのプレプレグ層の使用により、異なるタックを有するプレプラグができる。これによって、プレプレグの取扱いが複雑化し、所望の特性を有する積層体を提供するためには、使用するプレプレグを厳密に記録することが必要になる。それに加えて、樹脂の粘度は保管中および／または輸送中に変化しうるため、樹脂の粘度が異なるプレプレグを使用することにより、複雑さが増す。それゆえに、樹脂が所望の粘度特性を維持するためには、使用する各樹脂について異なる条件を制御しなければならないことにより、費用および労力が増えることになりうる。
【００１３】
空隙のない補強複合材料を作製する上でのそれら問題点を鑑み、減圧および低温の条件下で空隙のない複合材料をむらなく製造することを可能にする方法を開発することが望まれてきた。当該方法は、繊維補強樹脂複合材のための硬化部品の樹脂含有率、寸法および重量を制御する方法を提供するものである。当該方法は、積層品の品質を効果的に制御し、高価な自動硬化装置を必要としないため、費用が著しく節約されることにもなる。さらに、当該方法は、所望の機械特性および低重量を有する、航空宇宙産業および航空機産業における試作および仕上げに向けた空隙のない積層品を作製するための安定した方法を提供することになる。
【００１４】
（発明の概要）
本発明は、得られる積層品の空隙率のレベルを２％未満にし、さらには皆無にしうる積層品の形成方法に関する。
【００１５】
本発明は、樹脂組成物を部分的に含浸させた繊維層を含む部分含浸プレプレグであって、前記樹脂組成物は真空容器内で加熱すると前記繊維層に完全に浸入し、硬化して空隙のない積層品を形成する部分含浸プレプレグに関する。
【００１６】
本発明は、空隙のない積層品を形成する方法であって、
（ａ）部分含浸プレプレグを真空容器内に密封するステップであって、前記部分含浸プレプレグが部分的に樹脂組成物を含浸させた繊維層を有するステップと、
（ｂ）真空下で前記部分含浸プレプレグを加熱して前記部分含浸プレプレグ内に存在する空気を除去するとともに、前記樹脂組成物を、（ｉ）前記繊維層に十分に浸入させ、（ｉｉ）硬化させることによって前記空隙のない積層品を形成するステップとを有する方法に関する。
【００１７】
その方法は、第２の部分含浸プレプレグをステップ（ａ）の前記含浸プレプレグ上に設置するステップを有することができる。部分含浸プレプレグを加熱する前に真空容器を脱気すること、または容器を脱気しながら同時にプレプレグを加熱することは、本発明の範囲内である。
【００１８】
好ましい実施形態では、樹脂組成物は室温では半固体であり、硬化温度では粘度が約１００から約１２００ポアズの液体になる。
【００１９】
本発明は、
（ａ）トリス（ヒドロキシフェニル）メタンベースのエポキシ半固体樹脂約７０から約９０重量パーセントと、
（ｂ）テトラグリシジルメチレンジアニリン液状樹脂約１０から約３０重量パーセントとを有する樹脂組成物をも提供する。
【００２０】
本発明は、
（ａ）グリシジルエーテルのフェノールノボラック樹脂約４５から約６５重量パーセントと、
（ｂ）ビスフェノールＡエポキシ半固体樹脂約５から約２０重量パーセントと、
（ｃ）ビスフェノールＡエポキシ液状樹脂約１０から約３０重量パーセントとを有する樹脂組成物をさらに提供する。
【００２１】
本発明は、
（ａ）グリシジルエーテルのクレゾールノボラック樹脂約２０から約３０重量パーセントと、
（ｂ）テトラグリシジルメチレンジアニリン樹脂約３５から約４５重量パーセントと、
（ｃ）ビスフェノールＡエポキシ液状樹脂約１４から約２６重量パーセントと、
（ｄ）ビスフェノールＡエポキシ固体樹脂約０から約８重量パーセントとを有する樹脂組成物をも提供する。
【００２２】
本発明の１つの好ましい樹脂組成物は、
（ａ）約２０から約３０重量パーセントで下式のｎは２．８の
【００２３】
【化３２】

と、
（ｂ）約３５から約４５重量パーセントの
【００２４】
【化３３】

と、
（ｃ）約１４から約２６重量パーセントで下式のｎは２．５の
【００２５】
【化３４】

と、
（ｄ）約０から約８重量パーセントで下式のｎは３０．５の
【００２６】
【化３５】

とを有する。
【００２７】
本発明は、空隙のない積層品を形成する方法であって、
（ａ）部分含浸プレプレグを真空容器内に密封するステップであって、前記部分含浸プレプレグは樹脂組成物を部分的に含浸させた繊維層を有し、前記樹脂組成物はグリシジルエーテルのクレゾールノボラック樹脂を有するステップと、
（ｂ）真空下で前記部分含浸プレプレグを加熱して前記部分含浸プレプレグ内に存在する空気を除去するとともに、前記樹脂組成物を、（ｉ）前記繊維層に十分に浸入させ、（ｉｉ）硬化させることによって前記空隙のない積層品を形成するステップとを有する方法をも提供する。
【００２８】
あるいは、空隙のない積層品を形成する方法は、グリシジルエーテルのクレゾールノボラック樹脂を有する樹脂組成物の代わりに上述した他の樹脂組成物のいずれかを用いて構成することが可能である。
【００２９】
本発明の方法によって作製される空隙のない積層品を使用して、高強度および低重量が重要である分野、例えば航空機産業に使用される補強複合材料を形成することができる。
【００３０】
この発明の前述の目的、および付随する利点の多くは、ツール表面上に、部分含浸プレプレグを備える、減圧バッグ専用圧力による、多成分の積み上げの横断面図を示した添付の図面と共に、以下の詳細な説明を参照することによって、より良く理解されるにつれて、いっそう容易に理解されるであろう。
【００３１】
（発明の詳細な説明）
本明細書では、用語「積層体」は、硬化繊維強化樹脂の複合材料と定義する。
【００３２】
本明細書では、用語「繊維層」と「織物層」は、区別なく使用する。
【００３３】
本明細書では、語句「織物かさ密度」は、質量で除した含浸されていない織物が占める、体積を意味する。
【００３４】
本明細書では、用語「空隙のない積層体」は、空隙レベルが約２％未満、より好ましくは約１％未満である積層体と定義する。空隙は、超音波検査（パルスエコー反射板Ｃ−スキャン）、および積層体横断面の顕微鏡写真などの、当業者に良く知られた標準検査技法を用いて測定する。
【００３５】
本明細書では、語句「部分含浸された」は、加熱および／または圧力などを適用することによって、繊維層などの適切な基質の間隙中に、樹脂フィルム、粉末および／または液体を導入して、基質の間隙中に部分的な樹脂マトリックスを形成することをいう。通常、生成する部分含浸プレプレグは、樹脂と基質の合計重量をベースとして、約２５重量％から約５０重量％の樹脂ローディングを含んでいる。
【００３６】
部分含浸プレプレグは、連続工程中に、加熱および加圧をすることによって、樹脂組成物で織物層を部分的に含浸することによって製造する。樹脂組成物は、約１４０°Ｆから約１６０°Ｆに樹脂組成物を加熱することによって、先ず、必要とされる厚みを有するフィルムに形成されるのが好ましい。次に、ロールコーター、またはプレート上にブレードの付いたコーターを使用して、はく離紙上に熱い樹脂をコーティングする。こうして一重連続フィルムの形状となった樹脂を、織物層上に置く。この樹脂を１４０°Ｆから約２００°Ｆで、繊維にホットプレスする。プレプレグの中心に、十分な乾燥繊維が存在するように含浸を制御する。一方、この樹脂はまた、粉末の形状で織物層に適用することもでき、（アイロン掛けなどの）加熱および加圧下で、織物層に部分含浸される。
【００３７】
織物に樹脂を部分的に含浸する多くの従来の方法は、一般の当業者に知られており、例えば、樹脂フィルムの場合では、ラミネート加工などがある。粉末樹脂の場合には、ＣＴ、Ｎｅｗ Ｈａｖｅｎ、Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＰｈｅｒｏｓｔａｔｉｃ（商標）コーティング工程を使用することができる。これは、基質がＰｈｅｒｏｓｔａｔｉｃ（商標）コーティング機を通過する際に、荷電した粉末粒子が、基質に引き寄せられ、その結果、乾燥粉末の均一なコーティングがもたらされる静電工程である。基質は、コーティング機の直ぐ上部の熱源近くで処理されるが、ここで粉末は溶融し、基質上に均一なフィルムを形成する。
【００３８】
部分含浸プレプレグを製造するのに、液状樹脂もまた使用することができる。液状樹脂を例えば、織物層上に注ぎ、冷却してフィルムを形成し、その後、圧力下で加熱して、織物層中にフィルムを部分的に含浸することができる。一般に、織物層の一面を、樹脂組成物で部分含浸する。部分含浸プレプレグを調製する場合には、織物層の上面および下面の双方が部分的に含浸されるのが好ましい。
【００３９】
部分含浸プレプレグは、積層体を真空にした時に、プレプレグ中の、閉じ込められた空気および／または他の揮発性物を除去することのできる、排出路を提供する乾燥繊維を、プレプレグの中心に有している。部分含浸プレプレグはまた、厚い積層体プレプレグ（「ＴＬＰ」）とも呼ばれる。発明に従って、部分含浸プレプレグで、または多数の部分含浸プレプレグをともに積み重ねることによって、積み上げを作成する。多量の部分含浸プレプレグ中の、さまざまな層の配向は、生成される構造物の所望の方向強度に基づく。部分含浸プレプレグまたは部分含浸プレプレグのスタックを任意に、交差に重ねた方向に縫い合わせる。
【００４０】
部分含浸プレプレグまたは部分含浸プレプレグのスタックの硬化は、低温で真空バッグ法によって行うことができる。このような硬化の方法は、一般の当業者に良く知られている。
【００４１】
好ましい実施形態では、米国特許第４，６２２，０９１号に例示されたように、部分含浸プレプレグまたは部分含浸プレプレグのスタックを、ブリーザーテープなどのコンジットが通過する樹脂含量制御容器で密封する。次に、樹脂含量制御容器を真空容器に密封する。空気および他の気体は、この容器を介して除去される。その後、この複合物を加熱する。樹脂が、部分含浸プレプレグに浸入するにつれ、部分含浸プレプレグ中に残存する空気および他の気体が、部分含浸プレプレグ、およびブリーザーテープを形成する繊維によって造られたコンジットを経由して除去される。
【００４２】
部分含浸プレプレグは、ツール上に置かれ、これが真空容器の一部を形成することができるのが好ましい。ツールは、部分含浸プレプレグから、はく離フィルムによって引き離すことができるが、これが次に、樹脂含量制御容器の一部を形成する。このツールは、繊維強化樹脂複合物の隣接表面が形成されるにつれて、これを成形する。
【００４３】
この発明の別の側面によれば、第２のツールを、繊維強化複合構造の相対する表面が形成されるにつれて、これを成形するのに使用した第１のツールに対し、部分含浸プレプレグの別の側に設置することができる。第２のツールは、はく離層によって上部樹脂層から引き離すことができる。
【００４４】
この発明の別の側面によれば、木材、気泡、ハニカムなどから形成された中心芯を、部分含浸プレプレグ層の間に設置することができる。一方、または、さらに、二重層を、部分含浸プレプレグの一側面に設置して、伸長された強化領域を作成することができる。このような実施形態は、米国特許第４，６２２，０９１号に例示されている。
【００４５】
本発明の空隙のない積層体は、積み上げられた部分含浸プレプレグを、ツール上に設置した後、不浸透膜、例えば減圧バッグ専用圧力によって密封する工程を使用して調製されるのが好ましい。この膜によって密封された体積を真空排気し、アセンブリをゆっくりと加熱する。周囲大気圧により、プレプレグが合体して成形積層体を形成するのに必要な力が提供され、温度上昇率により、確実に、不硬化樹脂が十分に移動して最大に焼固され、最終的には、より高温で樹脂のゲル化および硬化がなされる。
【００４６】
一方、本発明の空隙のない積層体を製造する別の方法は、オートクレーブ圧を利用することである。オートクレーブは、積み上げられた部分含浸プレプレグが、容易に合体して強化複合材料を形成することができるように、これらを高温および高圧にさらすことができる。
【００４７】
強化織物層はそれぞれ、多数の強化連続繊維および／または支持連続繊維から形成される。繊維は、一方向、織り合わせ織物、メリヤス織物、渦巻きマット、フェルトマット、巻きつき、組み込みなどの、いずれの従来の形状であることもできる。繊維強化材料は、ガラス、石英、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）ポリアミドなどの有機物、炭素、黒鉛などであることができる。
【００４８】
一方向のテープが使用される場合には、各層は、多数の並列配向トウから形成される。トウは、多数の一方向強化合成繊維の、目の粗い、基本的にはよじれのないストランドである。各トウは、例えば１，０００、３，０００、６，０００、１２，０００、２４，０００、４８，０００、５６，０００、または１２５，０００の繊維などを有することができる。トウは、クロス−トウ編みによって、または熱可塑性樹脂などの少量の樹脂によって、所定の場所にゆるく保持されることができる。トウはまた、横糸を挿入したメリヤス編みによって結合することもできる。
【００４９】
層の配向は、生成される繊維強化樹脂複合物の、所望する方向強度に基づく。慣例的には、数層は、あらかじめ決められた方向と平行に置かれるが、これは通常、生成するモノリス構造にかかると思われる主力の方向である。トウがこの方向に置かれる層は、０°層と一般に呼ばれる。他の層は、０°層に角度をもって置かれる。普通、数層のトウの軸は、０°層のトウ方向と直角に置かれる。こうした層は、９０°層と一般に呼ばれる。
【００５０】
トウが、０°層のトウの方向に対して、多少の他の角度で置かれている層は、＋層および−層と呼ばれる。最も一般的には、こうした層のトウは、０°層のトウ方向に対して＋４５°および−４５°の角度を形成する。０°層、９０°層、＋層、および−層の数、および、これらがどのように差し込まれるかは、勿論、生成するモノリス構造に左右される。繊維強化樹脂複合物の層の数、および配向を測定する設計技法は、このような複合物の製造に精通した者に知られており、このような設計技法は、当業者に良く知られているので、ここでは記載しない。
【００５１】
本発明を、例を挙げて、添付の図面を参照してここで説明する。積み上げを、ツール表面２上の、繊維ガラス強化されたＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ポリテトラフルオロエチレン４上に置かれた、部分含浸プレプレグまたは部分含浸プレプレグのスタック６から形成する。次に、部分含浸プレプレグまたは部分含浸プレプレグのスタック６を、フィルム１６およびガラス布１８で覆う。その後、部分含浸プレプレグまたは部分含浸プレプレグのスタック６を、１層または複数層のブリーザーテープ２０などの、真空排気コンジットと接触するように配置する。上面および下面に接した樹脂フィルムの端が、真空下で接合するのを防止するために、ゴムダム１０および繊維ガラステープ１４を、部分含浸プレプレグまたは部分含浸プレプレグのスタック６の端に配置する。組み立て全体を、システムを封着する端で、粘着テープ１２によって、真空容器２２中に密封する。次いで、真空容器内の空気および他の気体を、バルブ２４を開けて真空排気して、真空をつくる。ひとたび真空容器中で真空がつくられたら、空気および他の気体を真空排気し、真空容器の内容を加熱する。加熱をする間、部分含浸された樹脂は、強化繊維層および／または支持繊維層の領域内に浸み込み、たとえあるとしてもわずかな多孔度を有する、繊維強化樹脂複合物を作成する。
【００５２】
好ましい実施形態では、部分含浸プレプレグまたは部分含浸プレプレグのスタックを、樹脂含量制御容器の中に密封し、樹脂含量制御容器を真空排気する。この技法は、積み上げからの樹脂のブリードを防止する。積み上げ樹脂の不測のブリードは、樹脂含量ひいては樹脂強度の予測のつかない、繊維強化樹脂複合物が生成される結果を招く。このような複合物は、宇宙船、航空機などの多くの状況では、不満足なものである。
【００５３】
真空容器内に樹脂含量制御容器を配置すると、一重バッグ配列では満たすことのできない、多くの利点を有する二重バッグ配列が作成される。二重バッグ配列を用いる第一の理由は、高温（約２５０°Ｆ）加工に使用される、従来のはく離フィルム（例えば、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ポリテトラフルオロエチレン）が、軟質で、それゆえ鋭利な物質と接触すると引き裂かれるため、低品質の真空バッグを作ることである。第二の理由は、二重バッグ配列は、多くの地点で、樹脂含量制御容器に通気孔を開ける経路を提供するためである。こうして、空気および揮発性物のための多くの排出路が提供される。樹脂の流動により数路が切断されても、他が残る。第三の理由は、二重バッグ配列は、樹脂が真空ライン中に流れ込むのを防止するために、多量のブリーザーテープを使用する必要性を回避する方法で、積み上げの周囲に樹脂含量制御容器がぴったり適合するようにするためである。
【００５４】
本発明は、ある特定なタイプの樹脂に限定するものではない。むしろ、含浸および硬化の間に、わずかな粘着性を有し、織物層全体に十分に流動する樹脂組成物が、使用できる。わずかな粘着性を有する樹脂は、加圧すると接触物に付着するが、容易に離れる。非粘着性樹脂は、加圧をしても貼り付かないが、一方、粘着性樹脂は、接触物に付着し、容易には離れない。
【００５５】
好ましい樹脂は、貯蔵に安定である。樹脂は、約５５℃から約７５℃で、約１００ポアズから約１２００ポアズの最小粘度を示すのが好ましい。本発明の樹脂は、約５５℃から約７５℃で、約１００ポアズから約４００ポアズの最小粘度を有するのがより好ましい。本発明の樹脂は、約６０℃から約７０℃で、約１００ポアズから約２００ポアズの最小粘度を有するのが最も好ましい。
【００５６】
本発明の樹脂組成物は、ある一定のさらなるレオロジー特性を有するのが好ましい。好ましい実施形態の一つでは、この樹脂組成物は、室温、例えば２０〜２２℃で、わずかな粘着性を有する半固体である。周囲温度では、樹脂組成物の粘度は、真空下で全揮発性物が除去される前に、プレプレグ中で流動して気体の経路を遮断することができないような粘度である。さらに、樹脂組成物が高い粘着性を示す場合には、プレプレグは、揮発性物および空気を閉じ込めることができる。一般に約５５℃から約７５℃（もっと高い硬化温度および低い硬化温度を使用することができるが）の、高い硬化温度では、樹脂は、プレプレグの繊維を完全に浸潤するために、液化され、約１００ポアズから１２００ポアズの範囲の粘度を有する必要がある。
【００５７】
使用に適切な樹脂タイプには、限定するものではないが、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂などがある。熱硬化性樹脂には、限定するものではないが、エポキシ樹脂、ビスマルイミド（ＢＭＩ）、フェノール類、シアン酸エステル類、ポリエステル類、ポリイミド類などがある。いずれにしても、使用される樹脂は、本発明の特定用途の真空／温度／圧力条件下で、沸騰したり発泡する共沸空気および不純物が、実質的に含まれていないのが好ましい。このような樹脂の混合物もまた、使用することができる。所望の均衡のとれた粘着性、粘度および安定性を備える樹脂組成物を提供するためには、樹脂混合物が好ましい。樹脂の所望の性質と適合する、従来の樹脂添加物もまた、使用することができる。
【００５８】
一般に、エポキシ樹脂およびＢＭＩ樹脂を使用するのが好ましい。特に好ましいエポキシ樹脂は、約６５℃で、約１００ポアズから約１２００ポアズの最小粘度を有する。特に好ましいＢＭＩ樹脂は、約６５℃で、約１００ポアズから約４００ポアズの最小粘度を有する。
【００５９】
好ましいレオロジー特性、例えば、室温では、わずかな粘着性を有する半固体状態で、約５５℃〜７５℃の硬化温度では、低粘度の液体であるエポキシ樹脂は、市販されている。このような特性を有する、エポキシクレゾールノボラック樹脂が好ましい。例えば、表１に、ＥＣＮ９５１１の１００部樹脂（「ｐｈｒ」）当たりの樹脂製剤の割合を示すが、ＥＣＮ９５１１は、ＮＹ、ＨａｗｔｈｏｒｎｅのＣｉｂａ−Ｇｅｉｇｙから市販されている、エポキシクレゾールノボラック樹脂であり、プレプレグを部分的に含浸するために使用する。ＥＣＮ９５１１は、室温で半固体樹脂である。Ｃｕｒｉｍｉｄ−ＣＮは、イミダゾール触媒であり、ＭＡ、Ｎｅｗｂｕｒｙ Ｐｏｒｔの、Ｐｏｌｙ Ｏｒｇａｎｉｘから市販されている。この樹脂製剤を使用して、空隙のない積層体を、低圧および低温で調製することができる。
【００６０】
【表１】

【００６１】
ＥＣＮ９５１１は、下記の式を有し、下式で、ｎは、１．７である。
【００６２】
【化３６】

【００６３】
本発明で使用する所望のレオロジー特性を有する樹脂組成物を調製するために、半固体樹脂と液状樹脂の組合せもまた使用することができる。例えば、本発明は、
（ａ）トリス（ヒドロキシフェニル）メタンをベースとしたエポキシ半固体樹脂、約７０から約９０重量パーセントと、
（ｂ）テトラグリシジルメチレンジアニリン液状樹脂約１０から約３０重量パーセントと
を有する樹脂組成物を使用する。
【００６４】
所望のレオロジー特性を有する樹脂組成物を形成するために、液状樹脂と共に半固体樹脂を使用する、典型的な製剤を表２に示す。ＴＡＣＴＩＸ７４２は、ＭＩ、Ｍｉｄｌａｎｄの、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から市販されている、半固体のトリス（ヒドロキシフェニル）メタンをベースとするエポキシ樹脂であり、ＭＹ９６１２は、ＮＹ、ＨａｗｔｈｏｒｎｅのＣｉｂａ−Ｇｅｉｇｙから市販されている、液体のテトラグリシジルメチレンジアニリン樹脂である。
【００６５】
【表２】

ＴＡＣＴＩＸ７４２は、下記の式を有し、
【００６６】
【化３７】

ＭＹ９６１２は、下記の化学式を有する。
【００６７】
【化３８】

【００６８】
所望のレオロジー特性を有する樹脂組成物を形成するために、固体樹脂、半固体樹脂、および液状樹脂の組合せもまた、使用することができる。このような樹脂組成物の好ましい実施形態は、
（ａ）フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル約４５から約６５重量パーセントと、
（ｂ）ビスフェノールＡエポキシ半固体樹脂約５から約２０重量パーセントと、
（ｃ）ビスフェノールＡエポキシ液状樹脂約１０から約３０重量パーセントとを有する。
【００６９】
固体樹脂、半固体樹脂、および液状樹脂それぞれの、適切な混合物の典型例を、表３に示す。
【００７０】
【表３】

【００７１】
フェノールノボラック固体樹脂のグリシジルエーテルであるＤＥＮ４３８、ビスフェノールＡエポキシ半固体樹脂であるＤＥＲ３３１、およびビスフェノールＡエポキシ液状樹脂であるＤＥＲ６６１はすべて、ＭＩ、ＭｉｄｌａｎｄのＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から市販されている。
【００７２】
ＤＥＮ４３８は、下記の式を有し、下式で、ｎは、２．６である。
【００７３】
【化３９】

【００７４】
ＤＥＲ３３１は、下記の式を有し、下式で、ｎは、０．１である。
【００７５】
【化４０】

【００７６】
ＤＥＲ６６１は、下記の式を有し、下式で、ｎは、２．５である。
【００７７】
【化４１】

【００７８】
所望のレオロジー特性を有する樹脂組成物を形成するために、固体樹脂と液状樹脂の組合せもまた使用することができる。このような樹脂組成物の好ましい実施形態は、
（ａ）クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル約２０から約３０重量パーセントと、
（ｂ）テトラグリシジルメチレンジアニリン樹脂約３５から約４５重量パーセントと、
（ｃ）ビスフェノールＡエポキシ液状樹脂約１４から約２６重量パーセントと、
（ｄ）ビスフェノールＡエポキシ固体樹脂約０から約８重量パーセントとを有する。
【００７９】
クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテルの好ましい例は、ＤＥＮ４３９であり、下記の式を有し、下式で、ｎは、２．８である。
【００８０】
【化４２】

テトラグリシジルメチレンジアニリン樹脂の好ましい例は、ＭＹ９６１２である。ビスフェノールＡエポキシ液状樹脂の好ましい例は、ＤＥＲ６６１である。ビスフェノールＡエポキシ固体樹脂の好ましい例は、ＤＥＲ６６９であり、下記の式を有し、下式で、ｎは、３０．５である。
【００８１】
【化４３】

【００８２】
好ましい実施形態では、樹脂組成物は、
（ａ）約２５重量パーセントで下式のｎは、２．８の
【００８３】
【化４４】

と、
（ｂ）約４０重量パーセントの下式の
【００８４】
【化４５】

と、
（ｃ）約１８重量パーセントで下式のｎは、２．５の
【００８５】
【化４６】

と、
（ｄ）約８重量パーセントで下式のｎは、３０．５の
【００８６】
【化４７】

と、を有する。
【００８７】
別の好ましい実施形態では、樹脂組成物は、
（ａ）約２４重量パーセントで、下式のｎは２．８の
【００８８】
【化４８】

と、
（ｂ）約４０重量パーセントの
【００８９】
【化４９】

と、
（ｃ）約２２重量パーセントで、下式のｎは２．５の
【００９０】
【化５０】

と、
（ｄ）約４重量パーセントで、下式のｎは３０．５の
【００９１】
【化５１】

と、を有する。
【００９２】
樹脂組成物中の各樹脂の量は、本発明の目的物を実現するために、広範な量に変化させることができる。一般に、約１００から１２００ポアズの粘度を有する、室温で半固体、硬化温度で液体である樹脂組成物を提供するために、十分な量の樹脂を使用する。
【００９３】
部分含浸プレプレグ中で、適切な樹脂ローディングを決定するためには、織物のかさ密度を考慮に入れなければならないことを理解されよう。織物のかさ密度が高いほど、より低い樹脂ローディングを要する。従って、多数の織物では、部分含浸プレプレグ中の樹脂の量は、部分含浸プレプレグの総量をベースとして、約５０重量パーセントまでが好ましく、２５重量パーセントから約４０重量パーセントがより好ましく、約３０重量パーセントから３５重量パーセントが最も好ましい。通常、部分含浸プレプレグの総量をベースとして、樹脂ローディングが２５重量パーセント未満であると、生成する積層体の空隙含量が増加し、この発明の目的物を実現することができない。積層体が基本的に空隙がないことが必須でない場合には、約２５重量パーセント未満の、より低い樹脂ローディングを使用することができる。高いかさ密度の織物を使用するか、複合材料の空隙レベルが、例えば２％をはるかに超えることが可能である場合には、樹脂ローディングは、実質上２５重量パーセント未満であることができる。
【００９４】
樹脂が、プレプレグ全体に均一に分配される場合には、いくつかの不都合がその結果生じる。第一に、閉じ込められた空気は、複合材料を製造するのに使用したプレプレグから逃げられない。空気が閉じ込められた結果、複合材料は、望ましくない空隙を有することになる。空隙が形成されると、複合材料の力学的性質を非常に損ない、多くの場合、部品が使用できるようになる前に、部品を排除するために、莫大な修理費を要する。第二に、樹脂がプレプレグ全体に分配される場合には、プレプレグ内の樹脂は、粘着性を一切もたらさず、これにより、製品に問題が生じる可能性がある。樹脂が全体に分配されたプレプレグの不都合は、本発明の部分含浸プレプレグによって対処される。部分含浸プレプレグは、閉じ込められた空気をプレプレグから排出するのを促進する経路を提供し、その結果、基本的に空隙のない複合材料が形成される。さらに、部分含浸プレプレグは、プレプレグの表面上に、より多くの樹脂が分配するようにさせ、粘着性の低い樹脂の粘着性を向上させる。樹脂の粘着性は、積み上げの目的にとって非常に重要である。例えば、型が垂直面である場合には、プレプレグは、その表面に付着して、重力による落下に抵抗できなければならない。さらに、部分含浸プレプレグは、多くの場合、例えば型に一致することができるようにするなど、プレプレグのドレープを改善する。改善されたドレープは、前駆形状が容易に積み上げられるのを促進する。
【００９５】
本発明で使用するのに適切な硬化剤は、当業者に良く知られており、使用する樹脂組成物に左右されるものである。例えば、エポキシ樹脂の場合には、使用に適する硬化剤には、限定するものではないが、シアノグアニジン約２ｐｈｒから約８ｐｈｒ、芳香族ジアミン約１５ｐｈｒから約４５ｐｈｒ、アミン約１ｐｈｒから約３０ｐｈｒ、イミダゾール約１ｐｈｒから約５ｐｈｒ、置換された尿素、約２ｐｈｒから約１０ｐｈｒ、第三級アミン約１ｐｈｒから約１０ｐｈｒ、酸無水物約３０ｐｈｒから約１３５ｐｈｒ、ＢＦ_３−ＭＥＡ（三フッ化ホウ素メチルエチルアミン）などのルイス酸約１ｐｈｒから約５ｐｈｒ、ヒドラジド約１０ｐｈｒから約４０ｐｈｒ、および、前述の硬化剤の組合せなどがある。ＢＭＩ類は一般に、約０．０５ｐｈｒから約２ｐｈｒのＴＰＰ（トリフェニルホスフィン）、またはイミダゾール硬化剤で触媒される。
【００９６】
好ましい硬化剤には、例えば、樹脂組成物（シアノグアニジン、またはジシアノジアミドとしても知られる、ジシアンジアミド）をベースとして、約３から約５重量パーセントのＨ_２ＮＣ（＝ＮＨ）ＮＨＣＮなどがあり、ＣＡ、Ｌｏｓ ＡｎｇｅｌｅｓのＰａｃｉｆｉｃ Ａｎｃｈｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から市販されている。
【００９７】
別の好ましい硬化剤は、約１．５から約２．５重量パーセントのトルエンビスジメチル尿素であり、ＭＤ、Ｈａｖｒｅ ｄｅ ＧｒａｃｅのＣｙｔｅｃ Ｆｉｂｅｒｉｔｅから、ＣＡ１５０として市販されており、下記のような構造である。
【００９８】
【化５２】

【００９９】
さらに好ましい硬化剤は、下記の約０．２から約０．５重量パーセントの１−（２−シアノエチル）−２−エチル−４−メチルイミダゾールであり、ＭＡ、Ｎｅｗｂｕｒｙ ＰｏｒｔのＰｏｌｙ Ｏｒｇａｎｉｘから市販されている。
【０１００】
【化５３】

【０１０１】
前述の説明から容易に理解されるように、本発明は、空隙のない繊維強化樹脂の複合物（「空隙のない積層体」）を作成するための新しい、改善された方法を使用するものである。この方法は、積み上げを作成するために、樹脂で部分含浸プレプレグを使用するので、予め含浸された繊維層を使用する、従来技術の積み上げに関連した難点が、回避される。より具体的には、硬化温度で部分含浸プレプレグ中で使用される樹脂は、液体の形状であり、１００ポアズから１２００ポアズの範囲の粘度を有するので、プレプレグの繊維を完全に浸潤する。さらに、樹脂が層内に浸入するにつれ、部分含浸プレプレグから、空気および気体が排気されるので、多孔性の最終製品が回避される。
【０１０２】
本発明樹脂の粘度を、樹脂がニュートン特性を有すると仮定して、６５℃〜７５℃で１ミリメートルの間隙を有する平行板を使用して、レオメトリクスレオメータ（ＲＤＳ−２）で測定した。
【０１０３】
この発明は、下記の実施例から、より良く理解されるであろう。しかし、論述された特定の方法および結果は、この発明の単に例示的なものであり、この発明を限定するものではないことを、当業者なら容易に理解されるであろう。
【０１０４】
（実施例１）
変性エポキシ樹脂の調製
下記の手順に従って、部分含浸するプレプレグ用の、変性エポキシ樹脂を調製した。樹脂組成物を調製するために使用した各成分の量を、表４に記載する。樹脂組成物Ａを、一方向のテーププレプレグを部分的に含浸するために上手に使用し、樹脂組成物Ｂを、布プレプレグを部分的に含浸するために上手に使用した。
【０１０５】
【表４】

【０１０６】
樹脂組成物用の成分は、すべて市販されており、エポキシ樹脂ＤＥＮ４３９（フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル）、ＤＥＲ６６１（ビスフェノールＡエポキシ液状樹脂）、およびＤＥＲ６６９（ビスフェノールＡエポキシ固体樹脂）は、ＭＩ、ＭｉｄｌａｎｄのＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から、ＭＹ９６１２は、ＮＹ、ＨａｗｔｈｏｒｎｅのＣｉｂａ−Ｇｅｉｇｙから、尿素触媒ＣＡ１５０は、ＭＤ、Ｈａｖｒｅ ｄｅ ＧｒａｃｅのＣｙｔｅｃ Ｆｉｂｅｒｉｔｅから、イミダゾール触媒Ｃｕｒｉｍｉｄ−ＣＮは、ＭＡ、Ｎｅｗｂｕｒｙ ＰｏｒｔのＰｏｌｙ Ｏｒｇａｎｉｘから、ＤＩＣＹ（ジシアンジアミド）は、ＣＡ、Ｌｏｓ ＡｎｇｅｌｅｓのＡｎｃｈｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている。
【０１０７】
製剤ＡおよびＢを有する樹脂を調製するための一般的な手順
混合ブレード、および温度計を備えた混合機（ＭＹＥＲＳ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｉｎｃ．、Ｂｅｌｌ、ＣＡ）を、２７０°Ｆに加温した。ＭＹ９６１２を、混合機に加えた。ひとたびＭＹ９６１２の温度が２５０°Ｆに到達したら、混合ブレードを回転させ、ＤＥＲ６６９を加えた。生成混合物を、２５０＋２０°Ｆで１時間攪拌して、固体のＤＥＲ６６９をすべて溶解させた。次に、２５０°Ｆで、ＤＥＲ６６１を混合物へ加えた。この混合物を約３０分間攪拌して、ＤＥＲ６６１を溶解させた。次に、２５０°Ｆで、ＤＥＮ４３９を加え、１０分間混合した。混合物の温度を１８０°Ｆまで降下させた。次にＤＩＣＹを加え、１０分間混合した。こうして樹脂組成物は、プレプレグを部分的に含浸するのに使用する用意が整った。
【０１０８】
（実施例２）
横６１センチメートル、縦６１センチメートルの寸法の、２つの一方向に部分含浸プレプレグを、繊維強化テフロンフィルム上に積み上げた。このフィルムを、減圧バッグ専用圧力装置中のツール表面上に置いた。各プレプレグは、実施例１の変性エポキシ樹脂（樹脂組成物Ａ）で部分含浸された、Ｇ３０〜５００炭素繊維（日本のＴｏｈｏより入手）を含んだ。各プレプレグは、面積繊維重量が１４５ｇ／ｍ^２で、樹脂含量が３６重量パーセントであった。各プレプレグの上面、および下面を含浸した。
【０１０９】
積み上げられたプレプレグを、室温で１０分間、１／２インチの絶対圧力下で、かさを減らした。ゴムダム、および繊維ガラステープを使用して、端領域の周辺でプレプレグがはさみとられるのを回避した。真空の解除に続き、別の２つのプレプレグを、１組のかさを減らしたプレプレグ上に積み上げ、かさを減らす工程を繰り返した。プレプレグを積み上げるこの工程を、４０のプレプレグが、［０，９０］_１０Ｓの配置を有して積み上げられるまで繰り返した。プレプレグが、最も枝分かれの少ない配向であるので、この積み上げ配置は、空隙のない積層体の製造には、不向きであると考えられる。
【０１１０】
積み上げられたプレプレグの、かさを減らすことが完了したらすぐに、ＦＥＰフィルム、ガラス布、およびポリエステルブリーザーを、真空容器中の、多量のプレプレグの頂部上方に配置した。次に、完全な減圧バッグ専用圧力装置を、空気循環炉に入れ、１３ｍｍＨｇ以下の絶対圧力下で、１分間に１．７℃の昇温速度で、温度を室温から６５℃に上昇させた。プレプレグから気体を出し、合体し、ゲル化させるために、温度を６５℃に１４時間維持した。その後、真空を除去する前に、１分間に２．８℃の割合で、温度を室温にまで下げ、アセンブリを解体して、積層体を除去した。
【０１１１】
積層体を、１分間に１．７℃の昇温速度で１７７℃にまで加熱することによって、後硬化した。この温度を２時間維持した。次に、この温度を１分間に２．８℃の割合で室温にまで下げた。その後、生成積層体を、以下に記載するいくつかの試験に供した。
【０１１２】
空隙の仕上がり評価
硬化された積層体の空隙含量を、Ｃ−スキャナーを使用して検査した。鉛ドットを使って、Ｃ−スキャン信号の感度を測定した。Ｃ−スキャンによる検査の結果、積層体には、空隙がないことが認められた。
【０１１３】
硬化された積層体の、中心領域の顕微鏡写真を撮影することによって、空隙の仕上がりも検査した。試験前に、積層体を切断して磨いた。顕微鏡写真による試験から、積層体中に空隙が存在しないというＣ−スキャンの結果が立証された。
【０１１４】
ガラス転移温度（「Ｔｇ」）
ＤｕＰｏｎｔ ９８３ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒを使用して、ガラス転移温度を測定した。表５に報告したＴｇデータは、貯蔵率曲線から得た開始温度である。試験中、温度を１０℃／分で上昇させた。
【表５】

１）沸騰水に４８時間浸した。
【０１１５】
（実施例３）
衝撃試験後の圧縮強さ（「ＣＡＩ」）
実施例２に従って、以下の配置［４５，０，−４５，９０］_４Ｓを有する積層体を調製した。重さ５．１５５ｋｇ、直径１．５８ｃｍの半球状の先端衝撃物を備えた、装置化衝撃機、Ｄｙｎａｔｕｐ Ｍｏｄｅｌ ８２００（Ｄｙｎａｔｕｐ、Ｓａｎｔａ Ｂａｒｂａｒａ、ＣＡ）を、板厚あたり６．６７５ＫＪ／ｍ（１，５００ｉｎ−ｌｂ／ｉｎ）の目標衝撃エネルギーレベルを達成する高さにセットした。
【０１１６】
ＳＡＣＭＡ ＳＲＭ２Ｒ−９４に従って、試験用に積層体を調製し、鋼鉄製の衝撃支持台上に設置した。衝撃物の先端を、積層体に１回当てるものとする。
【０１１７】
衝撃試験の終了後、ＳＡＣＭＡ ＳＲＭ２Ｒ−９４に従って、積層体を圧縮試験器具中で組み立てて、衝撃試験後の圧縮強さを測定した。衝撃試験後の圧縮結果を表６に示す。
【０１１８】
【表６】

【０１１９】
（実施例４）
短ビームせん断試験（「ＳＢＳ」）
実施例２に従って、配置［０］_１６を有する積層体を調製した。試験では、ＡＳＴＭ Ｄ２３４４に従って、口径０．６３３ｃｍの荷重先、および口径０．３１６ｃｍの支持先を備える３点荷重試験器具を使用した。積層体のサイズは、４：１の積層体厚のスパンを有する、２．５３ｃｍ×０．６３３ｃｍ（１インチ×０．２５インチ）であった。短ビームせん断試験の結果を、表７に示す。
【０１２０】
【表７】

【０１２１】
２）沸騰水に２４時間含願する。
【０１２２】
（実施例５）
０°圧縮強さ試験
実施例２に従って、積層体を調製し、この積層体は、［０］_３の配置を有した。ＡＳＴＭ Ｄ６９５に従って、積層体上で、０°圧縮強さ試験を行った。試験用に積層体を所定の場所に保持するため、タブを使用した。タブは、Ｍｅｔａｌｂｏｕｎｄ^１５１５（商標）接着剤を使用して積層体に接着させた。０°圧縮強さ試験の結果を、表８に示す。
【０１２３】
【表８】

【０１２４】
（実施例６）
織り布プレプレグを、一方向テーププレプレグに代用する変更を加えて、実施例２の方法を繰り返した。各プレプレグは、実施例１からの変性エポキシ樹脂（樹脂組成物Ｂ）で部分含浸された、織られた材料Ｇ３０−５００−５ＳＨ−６Ｋ（日本のＴｏｈｏから入手）を含んだ。各プレプレグは、単位長さあたりの繊維重量が３７３ｇ／ｍであり、樹脂含量が４０重量％であった。実施例２に記載した方法に従って、硬化積層体の空隙含量を検討したところ、空隙は存在しなかった。
【０１２５】
特に指示のない限り、配置［０，４５，０，４５，０］_ｓを有する積層体に対して、実施例２〜５に記載したような追加の試験を実施した。ＳＢＳ試験に使用した積層体の積み上げ配置は、［０］_８であった。０°圧縮試験に使用した積層体の積み上げ配置は、［０］_８であった。ＣＡＩ試験に使用した積層体の積み上げ配置は、［４５，０］_３Ｓであった。試験結果を表９に示す。
【０１２６】
【表９】

【０１２７】
（実施例８）
炭素繊維布プレプレグを、表１〜４からの樹脂組成物で部分含浸した。部分含浸プレプレグを、実施例２と同様の方法で処理して、空隙のない積層体を形成した。Ｃ−スキャンおよび横断面の顕微鏡写真を使用した検査の結果、積層体には、１パーセント未満の空隙が存在することが認められた。
【０１２８】
（実施例９）
一方向テープを、表１〜４からの樹脂組成物で部分含浸した。部分含浸プレプレグを、実施例２と同様の方法で処理して、空隙のない積層体を形成した。Ｃ−スキャンおよび横断面の顕微鏡写真を使用した検査の結果、積層体には、１パーセント未満の空隙が存在することが認められた。
【０１２９】
（実施例１０）
変性エポキシ樹脂の寿命
室温（２４℃以下）で１０日間保管された、部分含浸プレプレグを用いて、積み上げ配置［０，９０］_１０Ｓを有する積層体を、実施例２に従って調製した。低温硬化できる部分含浸プレプレグの寿命は、通常短い。部分含浸プレプレグは、粘着性を失うことが知られており、時間が経つにつれて、樹脂粘度が増大する。したがって、粘度の高い樹脂は、低い硬化温度では、繊維を完全に浸潤できない可能性があり、その結果、空隙を発生させる可能性がある。実施例２に記載した方法に従って、積層体を試験した結果、空隙は存在しなかった。
【０１３０】
（実施例１１）
エポキシ変性樹脂の安定性
レオロジー分析器を使用して、６５℃で、実施例１からのエポキシ変性樹脂組成物（樹脂組成物Ｂ）の安定性を試験した。室温で１１日間貯蔵した後、６５℃での樹脂粘度は、２倍未満であった。
【０１３１】
（実施例１２）
オートクレーブで硬化された積層体とオートクレーブで硬化されなかった積層体のＣＡＩ値の比較
実施例２と６に従って、積層体を調製した。典型的な１７７℃のオートクレーブで硬化されたエポキシ／炭素繊維プレプレグシステム、Ｃｙｃｏｍ（登録商標）５２３９−１（ＣＡ、ＡｎａｈｅｉｍのＣｙｔｅｃＦｉｂｅｒｉｔｅから市販）と並んで、積層体のＣＡＩ値を測定した。０．５８６ＭＰａ（８５ｐｓｉ）の圧力をかけて、Ｃｙｃｏｍ（登録商標）５２３９−１積層体を加工処理した。同一の試験条件下では、実施例２と６、例えば、真空バッグ圧のみに従って調製された積層体は、オートクレーブで硬化された積層体のＣＡＩ値と非常に類似のＣＡＩ値を示した。
【０１３２】
本発明の他の目的、利点、特色、および変更は、当業者には明らかであろう。本発明は、以下の請求項に示したものを除いて、限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ツール表面上に、部分含浸プレプレグを備える、減圧バッグ専用圧力による、多成分の積み上げの横断面図である。

Claims (25)

1. 空隙のない積層品を形成する方法であって、
   （ａ）部分含浸プレプレグを減圧バッグ専用圧力装置の真空容器内に密封するステップであって、前記部分含浸プレプレグが樹脂組成物を部分的に含浸させた繊維層を有するステップと、
   （ｂ）１３ｍｍＨｇ以下の絶対圧力の真空下で前記部分含浸プレプレグを５５℃から７５℃の温度で加熱して前記部分含浸プレプレグ内に存在する空気を除去するとともに、前記樹脂組成物を（ｉ）前記繊維層に十分に浸入させ、（ｉｉ）硬化させることによって前記空隙のない積層品を形成するステップであって、前記樹脂組成物が、硬化温度で１００ポアズから１２００ポアズの粘度を有するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記繊維層は複数の並列配向トウで形成され、各々のトウは複数の一方向強化繊維で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の一方向強化繊維が、ガラス、石英、有機物、炭素および黒鉛からなるグループから選択されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記樹脂組成物を前記繊維層の片面に部分的に含浸させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記樹脂組成物を前記繊維層の両面に部分的に含浸させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記樹脂組成物がフィルム、粉末または液体であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 第２の部分含浸プレプレグをステップ（ａ）の前記部分含浸プレプレグ上に配置するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記第２の部分含浸プレプレグが、樹脂組成物を部分的に含浸させた繊維層を有ることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記繊維層は複数の並列配向トウで形成され、各々のトウは複数の一方向強化繊維で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の一方向強化繊維が、ガラス、石英、有機物、炭素および黒鉛からなるグループから選択されていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. ステップ（ａ）の前記部分含浸プレプレグと前記第２の部分含浸プレプレグとの間にコアを配置するステップを有することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記コアがハニカムコアであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記樹脂組成物は室温では半固体樹脂であり、硬化温度では粘度が１００から１２００ポアズの液体になっていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記加熱は６５℃の温度で、前記樹脂を硬化させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 前記温度が１４時間維持されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記空隙のない積層品を、前記積層品を１７５℃から１８５℃の温度に加熱することによって後硬化させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 前記空隙のない積層品は航空機または宇宙船の材料であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 樹脂組成物であって、
    （ａ）７０から９０重量パーセントの下式の化合物と、
    

    

    （ｂ）１０から３０重量パーセントの下式の化合物と、
    

    

    を有し、前記樹脂組成物が、５５℃から７５℃で１００から１２００ポアズの粘度を有することを特徴とする樹脂組成物。
19. 樹脂組成物であって、
    （ａ）４５から６５重量パーセントの下式の化合物と、
    

    

    上式中、ｎは２．６であり、
    （ｂ）５から２０重量パーセントの下式の化合物と、
    

    

    上式中、ｎは０．１であり、
    （ｃ）１０から３０重量パーセントの下式の化合物と
    

    

    上式中、ｎは２．５であり、
    を有し、前記樹脂組成物が、５５℃から７５℃で１００から１２００ポアズの粘度を有することを特徴とする樹脂組成物。
20. （ａ）２０から３０重量パーセントの下式の化合物と、
    

    

    上式中、ｎは２．８であり、
    （ｂ）３５から４５重量パーセントの下式の化合物と、
    

    

    （ｃ）１４から２６重量パーセントの下式の化合物と、
    

    

    上式でｎは２．５であり、
    （ｄ）０から８重量パーセントの下式の化合物と、
    

    

    上式でｎは３０．５であり、
    を有し、前記樹脂組成物が、５５℃から７５℃で１００から１２００ポアズの粘度を有することを特徴とする樹脂組成物。
21. 前記樹脂組成物が、
    （ａ）２５重量パーセントで下式のｎは２．８の
    

    

    と、
    （ｂ）４２重量パーセントの
    

    

    と、
    （ｃ）１９重量パーセントで下式のｎは２．５の
    

    

    と、
    （ｄ）８重量パーセントで下式のｎは３０．５の
    

    

    と、を有することを特徴とする請求項２０に記載の樹脂組成物。
22. 前記樹脂組成物が、
    （ａ）２５重量パーセントで下式のｎは２．８の
    

    

    と、
    （ｂ）４２重量パーセントの
    

    

    と、
    （ｃ）２３重量パーセントで下式のｎは２．５の
    

    

    と、
    （ｄ）４重量パーセントで下式のｎは３０．５の
    

    

    とを有することを特徴とする請求項２０に記載の樹脂組成物。
23. ３から５重量パーセントのジシアンジアミドをさらに有することを特徴とする請求項２０、請求項２１、または請求項２２に記載の樹脂組成物。
24. １．５から２．５重量パーセントの
    

    

    をさらに有することを特徴とする請求項２０、請求項２１、または請求項２２に記載の樹脂組成物。
25. ０．２から０．５重量パーセントの
    

    

    をさらに有することを特徴とする請求項２０、請求項２１、または請求項２２に記載の樹脂組成物。

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