预浸料坯以及纤维增强复合材料制造技术

本发明专利技术的目的在于提供预浸料坯、以及使用其而得到的纤维增强复合材料，该预浸料坯适于在不使用高压釜的状态下、且在短时间内制造纤维增强复合材料，能够获得抑制孔隙的产生且显示出优异的耐冲击性的纤维增强复合材料且操作性优异。为实现上述目的，本发明专利技术的预浸料坯是下述这样的预浸料坯，其中，包含环氧树脂[B]以及固化剂[C]的环氧树脂组合物部分地含浸于配置为层状的增强纤维[A]中，其含浸率φ为30～95％，不溶于该环氧树脂[B]的热塑性树脂[D]集中存在于预浸料坯单侧表面，且在该增强纤维[A]的层中，环氧树脂组合物的未含浸部局在于该热塑性树脂[D]集中存在的一侧，且规定该局在化的程度的局在化参数σ在0.10＜σ＜0.45的范围内。

Prepreg blank and fiber reinforced composite

The object of the invention is to provide a prepreg blank and a fiber-reinforced composite material obtained by using the prepreg blank. The prepreg blank is suitable for manufacturing a fiber-reinforced composite material in a short time without using a autoclave, and can obtain a fiber-reinforced composite material which can inhibit the generation of pores and show excellent impact resistance, and has excellent operability. In order to achieve the above purpose, the prepreg blank of the present invention is the following prepreg blank, wherein the epoxy resin composition including epoxy resin [b] and curing agent [C] is partially immersed in the reinforcement fiber [a] configured as a layer, with the impregnation rate of \u03c6 30-95%, and the thermoplastic resin [D] insoluble in the epoxy resin [b] is concentrated on the single side surface of the prepreg blank, and is located in the reinforcement fiber In the layer of vitamin [a], the non impregnated part of the epoxy resin composition lies on the side where the thermoplastic resin [D] is concentrated, and the localization parameter \u03c3 of the degree of localization is specified to be within the range of 0.10 \uff1c\u03c3\uff1c 0.45.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预浸料坯以及纤维增强复合材料
本专利技术涉及预浸料坯以及纤维增强复合材料。
技术介绍
关于由碳纤维、玻璃纤维等增强纤维与基体树脂形成的纤维增强复合材料，由于其是轻质的，并且强度、刚性等力学特性、耐热性、以及耐蚀性优异，因而一直以来被适用于航空航天、汽车、铁道车辆、船舶、土木建筑以及运动用品等众多领域。其中，面向普通客机、支线喷气飞机等飞机的构件、面向人造卫星、火箭、航天飞机等宇宙飞船的构件需要特别优异的力学特性以及耐热性。因此，在这些用途上，大多使用轻质且高刚性的碳纤维作为增强纤维，并且大多使用耐热性、弹性模量以及耐化学品性优异的环氧树脂等热固性树脂作为基体树脂。作为纤维增强复合材料的力学特性降低的主要原因，可举出存在于纤维增强复合材料内部的孔隙(void)。对包含孔隙的纤维增强复合材料施加力学上的负荷时，容易产生裂纹、剥离等损伤，这使得力学强度以及刚性降低。因此，长期以来，已较多地研究了抑制上述孔隙的材料/成型技术。在纤维增强复合材料的制造方法之中，作为可特别地抑制孔隙的产生的成型法，有高压釜成型法。在此成型法中，由于能够一边施加压力一边将树脂加热固化，因而可减小孔隙的尺寸。另外，由于可抑制基体树脂中所含的挥发成分的气化，因而可大幅地抑制孔隙的产生量。然而，在高压釜成型法中，在导入可耐受高压力的压力容器(高压釜)方面需要高额的初期投资，作为制造数量少的面向航空航天用途的构件的技术而言，是导致高成本的主要原因。因此，提出了一种脱高压釜成型法，其不使用高压釜等昂贵的加压设备，仅使用了真空泵与烘箱。然而，在以往的脱高压釜成型法方面，由于在加热时环氧树脂中的挥发成分容易气化，因而为了去除此挥发成分，需要在预热状态(例如60～120℃)下在真空下长时间放置。因此，与以往的高压釜成型法相比，存在有如下的问题：成型时间变长，此外容易残留孔隙，不良品率高。作为解决这样的课题的手段，在专利文献1中提出了下述这样的部分含浸预浸料坯，其中，在对增强纤维层含浸基体树脂时，通过抑制树脂的含浸并且使得在预浸料坯内部存在未含浸部，从而设置了用于将预浸料坯的挥发成分以及所捕获的空气进行排放的空隙部。使用本技术时，即使是在仅使用了真空泵与烘箱而不使用高压釜的大气压环境下进行成型，也可介由前述空隙部而排除导致产生孔隙的挥发成分、所捕获的空气，能够在短时间内制造孔隙少的纤维增强复合材料。另外，在专利文献2中提出了如下的层间高韧性化的技术：作为面向航空器/宇宙飞船的纤维增强复合材料，通过使高韧性的热塑性树脂局在(日文：局在化)于纤维层的层间，从而显著提高耐冲击性。在航空器、宇宙飞船的实际运用中，与鸟类、冰雹等的撞击等冲击损伤成为问题，但是能够通过使用前述的层间高韧性化的技术，从而显著提高纤维增强复合材料的冲击强度。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利第6139942号说明书专利文献2：日本特开平10-231372号公报
技术实现思路
专利技术想要解决的课题但是，即使在使用了专利文献1中记载的部分含浸预浸料坯的情况下，为了高效地去除挥发成分，减低孔隙的产生频度，仍需要使前述未含浸部变大，并且需要确保空隙部的连续性。然而，在使未含浸部过大的情况下，在将预浸料坯进行裁剪加工之时，发生从切断面生成增强纤维的绒毛、或者预浸料坯被向面外方向撕破的不良现象，导致预浸料坯的操作性的降低。即，在降低孔隙的产生风险与预浸料坯的操作性之间存在权衡的关系，还未提出将它们同时解决的手段。另外，专利文献2中记载的在层间配置的热塑性树脂通常在成型温度下是固形或者是高粘度的状态。因此，在成型时变得不易发生基体树脂的移动(以下，称为“流动”)，容易导致树脂在树脂未含浸于预浸料坯层叠体中所含的空隙部的状态下固化，较多产生孔隙，这成为了问题。鉴于上述
技术介绍
，本专利技术的课题在于提供一种预浸料坯，其为适于在不使用高压釜的情况下、且在短时间内制造纤维增强复合材料的预浸料坯，并且，能够获得抑制孔隙的产生且显示出优异的耐冲击性的纤维增强复合材料，并且操作性优异；此外，本专利技术的课题还在于提供一种使用该预浸料坯而得到的纤维增强复合材料。用于解决课题的手段本专利技术的专利技术人为了解决上述课题而进行深入研究，结果发现，通过使得预浸料坯的增强纤维的层的未含浸部局在于预浸料坯的单侧、特别是配置了热塑性树脂的一侧，从而可显著提高该未含浸部的连续性，可高效地将在层叠之时封入的空气、基体树脂中所含的挥发成分去除到预浸料坯层叠体之外。而且，还发现，由此，即使是未含浸部小的预浸料坯，也能够在短时间内成型孔隙的产生量少并且耐冲击性优异的纤维增强复合材料。根据上述见解，本专利技术采用下面的手段。即，本专利技术的预浸料坯是如下的预浸料坯，其中，包含环氧树脂[B]以及固化剂[C]的环氧树脂组合物部分地含浸于配置为层状的增强纤维[A]，环氧树脂组合物的含浸率φ为30～95％，不溶于该环氧树脂[B]的热塑性树脂[D]集中存在(日文：偏在)于预浸料坯单侧表面，且在该增强纤维[A]的层中，环氧树脂组合物的未含浸部局在于该热塑性树脂[D]集中存在的一侧，且规定该局在化的程度的局在化参数σ在0.10＜σ＜0.45的范围内。另外，本专利技术的纤维增强复合材料是将上述预浸料坯固化而成的。专利技术的效果本专利技术的预浸料坯是适于在不使用高压釜的情况下、且在短时间内制造纤维增强复合材料的预浸料坯，能够获得抑制孔隙的产生且显示出优异的耐冲击性的纤维增强复合材料，并且操作性优异。另外，本专利技术的纤维增强复合材料是抑制孔隙的产生且显示出优异的耐冲击性的纤维增强复合材料。附图说明图1为示出以往的对应于真空压成型的预浸料坯的概略截面图。图2为示出本专利技术的对应于真空压成型的预浸料坯的概略截面图。图3为示出局在化参数σ的算出方法的、预浸料坯的概略截面图。图4是示出对预浸料坯的面内方向的渗透系数K进行测量的构成的概略图。具体实施方式本专利技术的预浸料坯是如下的预浸料坯，其中，包含环氧树脂[B]以及固化剂[C]的环氧树脂组合物部分地含浸于配置为层状的增强纤维[A]中，环氧树脂组合物的含浸率φ为30～95％，不溶于该环氧树脂[B]的热塑性树脂[D]集中存在于预浸料坯单侧表面，且在该增强纤维[A]的层中，环氧树脂组合物的未含浸部局在于该热塑性树脂[D]集中存在的一侧，且规定该局在化的程度的局在化参数σ在0.10＜σ＜0.45的范围内。本专利技术中使用的增强纤维[A]可以是玻璃纤维、凯夫拉(Kevlar)纤维、碳纤维、石墨纤维、硼纤维等中的任意纤维。其中，特别是如果想要获得高轻质化效果，则优选为比强度以及比弹性模量(specificmodulus)优异的碳纤维。对于本专利技术的预浸料坯而言，增强纤维[A]为单向地排列的连续纤维是优选的实施方式之一。通过使用连续纤维，可显示出与较短地切断了的纤维相比较高的力学强度。此外，通过使纤维单向排列，可获得纤维含有率高并且强度、刚性优异的纤维增强复合材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.预浸料坯，其中，包含环氧树脂[B]以及固化剂[C]的环氧树脂组合物部分地含浸于配置为层状的增强纤维[A]，环氧树脂组合物的含浸率φ为30～95％，不溶于所述环氧树脂[B]的热塑性树脂[D]集中存在于预浸料坯单侧表面，并且，在所述增强纤维[A]的层中，环氧树脂组合物的未含浸部局在于所述热塑性树脂[D]集中存在的一侧，并且，规定所述局在的程度的局在化参数σ在0.10＜σ＜0.45的范围内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170329 JP 2017-0652301.预浸料坯，其中，包含环氧树脂[B]以及固化剂[C]的环氧树脂组合物部分地含浸于配置为层状的增强纤维[A]，环氧树脂组合物的含浸率φ为30～95％，不溶于所述环氧树脂[B]的热塑性树脂[D]集中存在于预浸料坯单侧表面，并且，在所述增强纤维[A]的层中，环氧树脂组合物的未含浸部局在于所述热塑性树脂[D]集中存在的一侧，并且，规定所述局在的程度的局在化参数σ在0.10...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡辽平，佐藤成道，小柳安德鲁秀夫，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP