预浸料坯及其制造方法技术

预浸料坯，其中，在使热固性树脂含浸于沿单向排列的碳纤维而成的纤维层的至少一面上存在有树脂层，所述树脂层包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂，该预浸料坯中包含的碳纤维的纤维质量为120～300g/m2，树脂含有率为25～50质量％，将预浸料坯层叠，在拉拔速度为0.2mm/min、垂直应力为0.1bar、拉拔位移为1mm的条件下，在40～80℃的温度范围内每隔10℃测定层间摩擦系数时，于层间摩擦系数成为最低的温度将预浸料坯暴露24小时后，在纤维正交方向的直线上的表面形状的极值频率为30个/mm以下。提供下述预浸料坯，所述预浸料坯适用于航空器结构构件，在制成纤维增强塑料时呈现出高冲击强度，并且使预浸料坯层叠体追随三维形状时赋型性优异。

Prepreg billet and its manufacturing method

A prepreg blank, in which a resin layer is present on at least one side of a fiber layer containing a thermosetting resin immersed in a unidirectional carbon fiber. The resin layer contains a thermosetting resin and a thermoplastic resin insoluble in the thermosetting resin. The fiber quality of the carbon fiber contained in the prepreg is 120 ~ 300g/m2. The lipid containing rate is 25~50 mass%, and the prepreg billet is stacked. Under the condition of drawing speed of 0.2mm/min, vertical stress 0.1bar and drawing displacement 1mm, the interlayer friction coefficient becomes the lowest temperature when the interlayer friction coefficient is measured at the temperature range of 40~80 centigrade at 10 degrees C, and the prepreg blank is exposed for 24 hours. The extremum frequency of the surface shape on a straight line perpendicular to the fiber is less than 30 /mm. The prepreg billet is provided, the prepreg blank is suitable for the structural members of the aircraft, and presents a high impact strength when making fiber reinforced plastics, and makes the prepreg slab following the three-dimensional shape with excellent shape.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预浸料坯及其制造方法
本专利技术涉及用于得到纤维增强塑料的碳纤维增强预浸料坯。
技术介绍
纤维增强塑料由于比强度、比刚度优异，因而被广泛用于航空器结构构件、风车的叶片、汽车外板及IC托盘、笔记本电脑的壳体(外壳)等计算机用途等，其需求正逐渐增加。其中，碳纤维增强复合材料由于轻质且强度及刚性优异，因而被广泛用于以民用航空器为代表的航空器产业，近年来，也被用于主翼、机身等大型结构构件。对于这些结构构件，多使用将多片预浸料坯层叠后使其固化而得到的纤维增强塑料层叠板。对于纤维增强塑料层叠板而言，通过将碳纤维沿单向拉齐，从而能够提高纤维体积含有率，能够最大限度地利用碳纤维的高弹性模量及强度。另外，通过以单位面积重量的偏差小的方式预先使高功能树脂含浸于预浸料坯，从而使得到的纤维增强塑料层叠板的品质稳定。另一方面，作为纤维增强塑料层叠板的不足之处，可举出：当撞到来自面外的异物时，在预浸料坯的层间容易发生剥离。层间剥离的存在导致结构构件的压缩强度的降低，因此在航空器的设计中，冲击后压缩强度(CAI)自古以来被认为是设计约束条件，CAI的提高是在进行纤维增强塑料的材料设计方面最重要的课题。在这样的背景下，专利文献1中提出了在将热塑性树脂微粒化后使其偏在化地存在于表面而得到的预浸料坯。若层叠多个该预浸料坯而得到纤维增强塑料层叠板，则能够使高韧性的热塑性树脂偏在化地存在于层间，能够使从面外施加冲击时的层间剥离面积降低，从而使CAI提高。目前，在航空器的一次结构构件中使用的纤维增强塑料中应用这样的“层间高韧化”预浸料坯已经成为主流。已知在结构构件的制造工序中，在利用高压釜等进行的成型固化工序之前，使预浸料坯追随目标三维形状而制成预成型体的赋型工序是决定构件品质的优劣的重要工序。虽然在将预浸料坯逐层赋型时能够得到高品质的预成型体，但是成本高且工序时间也变长。因此，为了提高生产效率，下述被称为热压成型(hot-forming)的赋型法已在使用，即，利用自动机床预先将预浸料坯高速层叠为平板状制成预浸料坯层叠体，然后一边对预浸料坯层叠体加热一边将其赋型为三维形状。专利文献2中公开了下述赋型法：将预浸料坯层叠体配置于心轴(mandrel)与膨胀性气囊之间，使气囊膨胀，由此一边将层叠体弯曲一边将其压靠至心轴。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平1-104624号公报专利文献2：国际公开96/06725号
技术实现思路
专利技术要解决的课题上述专利文献2的赋型法中，在预浸料坯层叠体各层弯曲变形的同时层间产生滑动，从而基材追随作为目标的形状。此时如各层的弯曲变形较层间滑动的进行而言更优先发生时，将存在下述这样的问题：基材将无法追随形状，从而在预成型体中产生褶皱。预成型体含有褶皱时，在得到的构件中由该褶皱导致的尺寸不齐也将承继，作为构件的结构强度降低，因而品质不稳定。鉴于上述
技术介绍
中的问题点，本专利技术的课题在于提供下述预浸料坯，所述预浸料坯适用于航空器结构构件，在制成纤维增强塑料时呈现出高冲击强度，并且使预浸料坯层叠体追随三维形状时赋型性优异。用于解决课题的手段本专利技术具有下述这样的构成。即，预浸料坯，其中，在使热固性树脂含浸于沿单向排列的碳纤维而成的纤维层的至少一面上存在有树脂层，所述树脂层包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂，该预浸料坯中包含的碳纤维的纤维质量为120～300g/m2，树脂含有率为25～50质量％，将预浸料坯层叠，在拉拔速度为0.2mm/min、垂直应力为0.1bar(0.1bar等于10kPa)、拉拔位移为1mm的条件下，在40～80℃的温度范围内每隔10℃测定层间摩擦系数时，于层间摩擦系数成为最低的温度将预浸料坯暴露24小时后，在纤维正交方向的直线上的表面形状的极值频率为30个/mm以下。另外，本专利技术的预浸料坯的其他方式为下述预浸料坯，其中，在使热固性树脂含浸于沿单向排列的碳纤维而成的纤维层的至少一面上存在有树脂层，所述树脂层包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂，该预浸料坯中包含的碳纤维的纤维质量为120～300g/m2，树脂含有率为25～50质量％，将以[45/0/-45/90]2S的方式层叠16片该预浸料坯而得到的150mm见方的预浸料坯层叠体用膜密封并进行抽真空，同时将所述预浸料坯层叠体设置于设有直径为100mm的孔的底座上，在将温度调节为规定温度的气氛下，以使直径为30mm的半球状的冲头对着预浸料坯层叠体的中央并使冲头的中央从上述底座的孔的中央通过的方式，一边将冲头压靠至预浸料坯层叠体一边压入，对从冲头与预浸料坯层叠体接触起直至预浸料坯层叠体中产生褶皱为止的冲头的位移进行测量，在40～80℃的温度范围内每隔10℃进行该测定时，在40～80℃的温度范围内存在从冲头与预浸料坯层叠体接触起直至预浸料坯层叠体中产生褶皱为止的冲头的位移为15mm以上的温度。此外，本专利技术的预浸料坯的制造方法为下述预浸料坯的制造方法，其中，在使热固性树脂含浸于沿单向排列的碳纤维而得到纤维层后，在该纤维层的至少一面配置25℃时为固体状、并且80℃时的粘度为10000Pa·s以下的固体状树脂，然后，在配置有该固体状树脂的面上配置树脂层，所述树脂层包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂，得到的预浸料坯中所包含的碳纤维的纤维质量为120～300g/m2，树脂含有率为25～50质量％。专利技术的效果根据本专利技术，能够得到下述预浸料坯，在使平板状的预浸料坯层叠体直接追随三维形状的热压成型赋型工序中，能够在不使用具有特殊机构的装置的情况下以高生产率制造无褶皱的预成型体，并且，使用该预成型体得到的纤维增强塑料呈现出高冲击强度。附图说明[图1]a)为表示层间摩擦系数测定方法的剖视图，b)为表示层间摩擦系数测定方法的俯视图。[图2]为表示在纤维正交方向的直线上对本专利技术的预浸料坯表面进行扫描时的表面高度的例子的简图。[图3]为表示赋型性测定方法的简图。[图4]为表示热压成型赋型试验的简图。具体实施方式本申请专利技术人出于提高由预浸料坯层叠体得到的纤维增强塑料耐受从面外施加的冲击载荷的耐性的目的进行了研究。如上所述，使热塑性树脂偏在化地存在于预浸料坯层叠体的层间时，能够提高纤维增强塑料的冲击强度。但是，发现在该情况下存在于层间的热塑性树脂会妨碍预浸料坯层之间的滑动，从而导致赋型性降低。由此，探明了通过使预浸料坯为层叠有纤维层(包含碳纤维及热固性树脂)和树脂层(包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂)的结构，并且设计为制成预浸料坯层叠体时的相邻预浸料坯层之间的摩擦阻力降低，能够解决上述本专利技术的课题。由此发现，在使预浸料坯层叠体追随三维形状时，均衡性良好地引起预浸料坯层叠体的各层的弯曲变形和层间的滑动，抑制褶皱的产生，从而能够制造层间韧性高且力学特性高、品质偏差小的纤维增强塑料。具体而言，为下述预浸料坯，其中，在使热固性树脂含浸于沿单向排列的碳纤维而成的纤维层的至少一面上存在有树脂层，所述树脂层包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂，该预浸料坯中包含的碳纤维的纤维质量为120～300g/m2，树脂含有率为25～50质量％，将预浸料坯层叠，在拉拔速度为0.2mm/min、垂直应力为0.1bar、拉拔位移为1mm的条件下下，在40～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.预浸料坯，其中，在使热固性树脂含浸于沿单向排列的碳纤维而成的纤维层的至少一面上存在有树脂层，所述树脂层包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂，所述预浸料坯中包含的碳纤维的纤维质量为120～300g/m2，树脂含有率为25～50质量％，将预浸料坯层叠，在拉拔速度为0.2mm/min、垂直应力为0.1bar、拉拔位移为1mm的条件下，在40～80℃的温度范围内每隔10℃测定层间摩擦系数时，于层间摩擦系数成为最低的温度将预浸料坯暴露24小时后，在纤维正交方向的直线上的表面形状的极值频率为30个/mm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.25 JP 2015-2534901.预浸料坯，其中，在使热固性树脂含浸于沿单向排列的碳纤维而成的纤维层的至少一面上存在有树脂层，所述树脂层包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂，所述预浸料坯中包含的碳纤维的纤维质量为120～300g/m2，树脂含有率为25～50质量％，将预浸料坯层叠，在拉拔速度为0.2mm/min、垂直应力为0.1bar、拉拔位移为1mm的条件下，在40～80℃的温度范围内每隔10℃测定层间摩擦系数时，于层间摩擦系数成为最低的温度将预浸料坯暴露24小时后，在纤维正交方向的直线上的表面形状的极值频率为30个/mm以下。2.如权利要求1所述的预浸料坯，其中，所述热塑性树脂的形态为粒子。3.如权利要求1或2所述的预浸料坯，其中，将预浸料坯层叠，在拉拔速度为0.2mm/min、垂直应力为0.1bar、拉拔位移为1mm的条件下，在40～80℃的温度范围内每隔10℃测定层间摩擦系数时，层间摩擦系数成为0.1以下的温度区域以20℃以上的宽度存在。4.如权利要求1～3中任一项所述的预浸料坯，其中，将预浸料坯层叠，在拉拔速度为0.2mm/min、垂直应力为0.1bar的条件下，在40～80℃的温度范围内每隔10℃测定层间摩擦系数时，在拉拔位移为1mm时的层间摩擦系数成为最低的温度的上下10℃以内的范围内，存在拉拔位移为2mm时的层间摩擦系数相对于拉拔位移为1mm时的层间摩擦系数而言的上升率在20％以内的温度。5.预浸料坯，其中，在使热固性树脂含浸于沿单向排列的碳纤维而成的纤维层的至少一面上存在有树脂层，所述树脂层包含热固性树脂及不溶于该热固性树脂的热塑性树脂，所述预浸料坯中包含的碳纤维的纤维质量为120～300g/m2，树脂含有率为25～50质量％，将以[45/0/-45/90]2S的...

【专利技术属性】
技术研发人员：武田一朗，川本史织，坂田宏明，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP