特許 6471377 プリプレグ積層体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6471377

(24)【登録日】2019年2月1日

(45)【発行日】2019年2月20日

(54)【発明の名称】プリプレグ積層体

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/24 20060101AFI20190207BHJP

【ＦＩ】

   C08J5/24CER

   C08J5/24CFC

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-126790(P2014-126790)

(22)【出願日】2014年6月20日

(65)【公開番号】特開2016-6131(P2016-6131A)

(43)【公開日】2016年1月14日

【審査請求日】2017年6月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】503027931

【氏名又は名称】学校法人同志社

(73)【特許権者】

【識別番号】592029256

【氏名又は名称】福井県

(73)【特許権者】

【識別番号】000002886

【氏名又は名称】ＤＩＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076406

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 勝徳

(74)【代理人】

【識別番号】100117097

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 充浩

(72)【発明者】

【氏名】藤井 透

(72)【発明者】

【氏名】大窪 和也

(72)【発明者】

【氏名】梅木 亮

(72)【発明者】

【氏名】川邊 和正

(72)【発明者】

【氏名】近藤 慶一

(72)【発明者】

【氏名】伊與 寛史

(72)【発明者】

【氏名】濱田 健一

(72)【発明者】

【氏名】原田 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】山崎 剛

【審査官】 飛彈 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０４１５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２２１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第１９９６／０２１６９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１３８０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８０６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２４４１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｊ ５／０４−５／１０

５／２４

Ｂ２９Ｂ １１／１６

１５／０８−１５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プリプレグがその厚み方向に積層されてなるプリプレグ積層体であって、
前記プリプレグは、繊維方向が一方向に配向している補強繊維と、母材樹脂にナノファイバーを分散した状態で含む母材樹脂組成物とからなり、
複数枚のプリプレグがその繊維の配向方向を一致させた状態で積み重ねられたプライ群が、複数積層されているとともに、
厚み方向に隣接するプライ群同士は、その繊維の配向方向が交差するように設けられており、
前記ナノファイバーが、セルロースナノファイバー、ポリビニルアルコール樹脂ナノファイバー、ポリエチレンテレフタレート樹脂ナノファイバー、ポリアミド樹脂ナノファイバー及びガラスナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも１種である
ことを特徴とする、プリプレグ積層体。

【請求項2】

各プリプレグの厚みが１５〜２００μｍである、請求項１に記載のプリプレグ積層体。

【請求項3】

各プライ群の厚みが３０〜５００μｍである、請求項１又は２に記載のプリプレグ積層体。

【請求項4】

各プライ群におけるプリプレグの積層枚数が２〜１２枚である、請求項１から３までのいずれかに記載のプリプレグ積層体。

【請求項5】

前記母材樹脂が、エポキシ樹脂又はビニルエステル樹脂である、請求項１から４までのいずれかに記載のプリプレグ積層体。

【請求項6】

前記プリプレグにおける前記補強繊維の体積分率が３０〜６５％である、請求項１から５までのいずれかに記載のプリプレグ積層体。

【請求項7】

前記補強繊維がトウを開繊してなるものである、請求項１から６までのいずれかに記載のプリプレグ積層体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プリプレグ積層体に関し、詳しくは、プリプレグがその厚み方向に積層されてなる積層体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エポキシ樹脂などを母材樹脂とし、炭素繊維などの補強繊維を強化材とする繊維強化複合材料が知られており、軽量でありながら高い強度を有する材料として、様々な分野での応用が期待されている。
このような繊維強化複合材料としては、母材樹脂を補強繊維で強化した繊維強化複合材料において、さらに、母材樹脂中にミクロフィブリルセルロース（セルロースナノファイバー）を分散させたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、プリプレグを薄くすることによって微小なクラッキングの成長を防ぐ効果があることが知られており、例えば、繊維強化複合材料の強化材に利用できるものとして、マルチフィラメントの構成フィラメントが、吸引気流の通過によって幅方向に解き分けられて平行的に整列していることを特徴とするマルチフィラメントの開繊シートが提案されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２４４１３号公報

【特許文献2】特開２０００−８２６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、繊維方向が一方向に配向している補強繊維と、母材樹脂にナノファイバーを分散した状態で含む母材樹脂組成物とからなるプリプレグがその厚み方向に積層されてなるプリプレグ積層体として、ナノファイバーの添加効果が十分に発揮されたプリプレグ積層体を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を行い、プリプレグ積層体の積層構造によってナノファイバーの添加効果に影響を与えることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0006】

すなわち、本発明にかかるプリプレグ積層体は、プリプレグがその厚み方向に積層されてなるプリプレグ積層体であって、前記プリプレグは、繊維方向が一方向に配向している補強繊維と、母材樹脂にナノファイバーを分散した状態で含む母材樹脂組成物とからなり、複数枚のプリプレグがその繊維の配向方向を一致させた状態で積み重ねられたプライ群が、複数積層されているとともに、厚み方向に隣接するプライ群同士は、その繊維の配向方向が交差するように設けられており、前記ナノファイバーが、セルロースナノファイバー、ポリビニルアルコール樹脂ナノファイバー、ポリエチレンテレフタレート樹脂ナノファイバー、ポリアミド樹脂ナノファイバー及びガラスナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも１種である、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ナノファイバーの添加効果の発揮により、引張強度が向上したプリプレグ積層体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１（ａ）は本発明のプリプレグ積層体の一実施形態を模式的に示す分解斜視図であり、図１（ｂ）は本発明に含まれないプリプレグ積層体の一例を模式的に示す分解斜視図である。

【図2】実施例及び比較例の各試験片の引張強度をまとめたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明にかかるプリプレグ積層体の好ましい実施形態について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更実施し得る。

【0010】

本発明のプリプレグ積層体はプリプレグがその厚み方向に積層されてなるものである。
そして、前記プリプレグは、補強繊維と母材樹脂組成物とからなる。

【0011】

〔補強繊維〕
前記補強繊維としては、特に限定するわけではないが、例えば、炭素繊維（ＰＡＮ系、ピッチ系など）、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ＰＢＯ繊維（ポリルーブパラフェニレンベンズオキサゾール）などが挙げられる。また、植物繊維（竹繊維、麻系繊維など）や動物繊維（ウールなど）等の天然繊維（天然由来の繊維も含む）も挙げられる。
中でも、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などが好ましく挙げられる。

【0012】

前記補強繊維としては、繊維方向が一方向に配向しているものを用いる。プリプレグとの関係では、繊維方向が、プリプレグの厚み方向に対して直交する１つの方向に配向することとなる。
繊維方向が一方向に配向した補強繊維としては、トウが開繊されてなるものを用いることが有効であり、特に限定するわけではないが、例えば、特開２０００−８２６１号公報に記載の開繊シート、すなわち、「マルチフィラメントの構成フィラメントが、吸引気流の通過によって幅方向に解き分けられて平行的に整列していることを特徴とするマルチフィラメントの開繊シート」を用いることができる。
プリプレグにおける補強繊維の体積分率は、例えば、３０〜６５％であることが好ましい。

【0013】

〔母材樹脂組成物〕
前記母材樹脂組成物は、母材樹脂にナノファイバーを分散した状態で含むものである。なお、本発明の効果を害しない範囲であれば、母材樹脂及びナノファイバー以外の成分を含有していても構わない。

【0014】

＜母材樹脂＞
前記母材樹脂としては、特に限定するわけではないが、例えば、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。また、メチルメタアクリレートなどの熱可塑性樹脂も挙げられる。
中でも、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂などが好ましい。ビニルエステル樹脂は粘度が低く、強度、耐薬品性が高い。また硬化も速い為、高性能な繊維強化複合材料を効率良く製造することができる。また、エポキシ樹脂は他の樹脂に比べて接着性能および弾性率が高い。繊維強化複合材料において繊維と繊維を強固に保持し、応力を良好に伝達することができるエポキシ樹脂が特に好ましい。

【0015】

エポキシ樹脂としては、１液型と２液型の別を問わず種々のタイプを使用することができる。また、使用可能なエポキシ樹脂には、ビニルエステル系など各種変性エポキシも含まれ、例えば、ＡＴＢＮ（アミン末端ブタジエン−アクリロニトリルゴム）やＣＴＢＮ（カルボン酸末端ブタジエン−アクリロニトリルゴム）などのゴム微粒子や、熱可塑性微粒子（ナイロン系など）により変性されたエポキシ樹脂も含まれる。この場合、母材樹脂としてのエポキシ樹脂中には後述のナノファイバーに加えてゴム微粒子が分散した形態となる。

【0016】

＜ナノファイバー＞
前記ナノファイバーとしては、特に限定するわけではないが、例えば、セルロースナノファイバー、ポリビニルアルコール樹脂ナノファイバー、ポリエチレンテレフタレート樹脂ナノファイバー、ポリアミド樹脂ナノファイバー、ガラスナノファイバーなどが挙げられる。好ましくは、セルロースナノファイバーである。

【0017】

ナノファイバーの平均繊維径としては、特に限定するわけではないが、１〜１０００ｎｍが好ましく、１０〜５００ｎｍがより好ましく、１００〜３００ｎｍが更に好ましい。ナノファイバーの平均繊維径が１ｎｍ未満では、母材樹脂組成物にナノファイバーを添加した場合、母材樹脂組成物の粘度が著しく増加し、ナノファイバーの均一分散が難しくなる。また平均繊維径が１０００ｎｍを超えると、母材樹脂組成物の物理的変性効果が十分に発揮されないおそれがある。

【0018】

また、ナノファイバーの繊維長としては、特に限定するわけではないが、例えば、アスペクト比が１０〜２００となる長さであることが好ましい。１０未満では母材樹脂組成物中でき裂が発生する欠陥源となるおそれがあり、２００を超えると母材樹脂組成物中でのナノファイバーの均一分散が難しいだけでなく、ナノファイバー同士が絡み合い、ダマとなるおそれがある。

【0019】

また、プリプレグにおけるナノファイバーの体積分率は０．０１〜２％であることが好ましい。０．０１％未満では母材樹脂組成物の物理的変性効果が十分発揮されないおそれがあり、２％を超えると成形品の耐久性が低下するおそれがある。

【0020】

〔プリプレグ積層体〕
本発明のプリプレグ積層体は、複数枚のプリプレグがその繊維の配向方向を一致させた状態で積み重ねられたプライ群が、複数積層されているとともに、厚み方向に隣接するプライ群同士は、その繊維の配向方向が交差するように設けられているものである。

【0021】

ひとつのプライ群の繊維の配向方向が、そのプライ群と隣接するプライ群の繊維の配向と異なるように設ければ、プライ群同士が交差してプリプレグ積層体を作製することができる。その交差の角度は０°より大きければよく、最大９０°である。

【0022】

交差の角度が０°の場合は、ひとつのプライ群の繊維の配向方向と、そのプライ群と隣接するプライ群の繊維の配向方向が同一方向となるプリプレグ積層体が得られる。この場合、繊維の配向方向、すなわち０°方向の物性、例えば引張強度等は高くなるが、その繊維の配向方向以外の物性、例えば９０°方向の引張強度等は著しく低くなる。繊維の配向方向、すなわち０°方向から９０°方向のいずれかの角度で物性を高めようとするならば、プライ群同士を交差させ、必要とする特性および方向に応じてプライ群同士の交差する角度を適宜調整すればよい。プライ群同士の交差する角度を適宜調整し、目的の性能に合うプリプレグ積層体を作製すればよい。

【0023】

これについて、図１を参照しながら、具体的に説明する。
図１（ａ）に示すプリプレグ積層体は本発明の一実施形態である。一方、図１（ｂ）に示すプリプレグ積層体は、本発明に含まれないものである。

【0024】

図１（ａ）のプリプレグ積層体は、プリプレグ１１の繊維の配向方向を０°とするとき、繊維の配向方向を０°で一致させた状態でプリプレグ１２，１３，１４が積み重ねられたプライ群１０を備えている。
また、繊維の配向方向を９０°で一致させた状態でプリプレグ２１，２２，２３，２４が積み重ねられたプライ群２０を備えている。
そして、プライ群１０とプライ群２０が、複数積層され、厚み方向に隣接するプライ群同士は、その繊維の配向方向が交差するように設けられた積層構造となっている。

【0025】

これに対し、図１（ｂ）に示すプリプレグ積層体は、プリプレグ１１の繊維の配向方向を０°とするとき、繊維の配向方向が０°のプリプレグと、繊維の配向方向を９０°のプリプレグとが交互に積み重ねられている。すなわち、プリプレグ１１，プリプレグ２１，プリプレグ１２，プリプレグ２２，プリプレグ１３，プリプレグ２３，プリプレグ１４，プリプレグ２４の順に積層されている。この積層構造は、図１（ａ）のプリプレグ積層体と異なり、複数枚のプリプレグがその繊維の配向方向を一致させた状態で積み重ねられたプライ群を備えないので、本発明には含まれない。

【0026】

なお、図１（ａ），（ｂ）では、一部図示を省略しているが、いずれも、全部でプリプレグ４８枚からなるものであり、具体的には、図１（ａ）に示すプリプレグ積層体は［０₄／９０₄］_3Sで表され、図１（ｂ）に示すプリプレグ積層体は［０／９０］_12Sで表されるものである。

【0027】

本発明のプリプレグ積層体において、各プリプレグの厚みは、特に限定するわけではないが、できるだけ薄い方が本発明の効果が高くなる傾向があり、かかる観点から、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。１００μｍを超えると、ナノファイバーがプリプレグの中央部まで含浸、分散せず、その効果が限定され、プリプレグ積層体成形物の耐久性を顕著に高める効果が減じるおそれがある。もっとも、薄すぎると、積層体を得るために必要な積層総数が増し、実用的でない。そこで、例えば、１５〜２００μｍとすることができる。
各プライ群の厚みも、特に限定されず、例えば、３０〜５００μｍとすることができる。

【0028】

図１（ａ）に示す積層構造では、各プライ群におけるプリプレグの積層枚数は４枚であり、プリプレグ積層体におけるプリプレグの積層総枚数は４８枚であり、隣接するプライ群同士の交差の角度は９０°となっているが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、各プライ群におけるプリプレグの積層枚数は、２〜１２枚とすることができる。

【0029】

〔プリプレグ積層体の製造方法〕
本発明の積層体は、特に限定するわけではないが、例えば、以下のようにして製造することができる。

【0030】

まず、母材樹脂組成物を作製する。
母材樹脂組成物は、未硬化の母材樹脂中にナノファイバーを分散させることにより作製することができる。
未硬化の母材樹脂中にナノファイバーを分散させる方法としては、特に限定するわけではないが、例えば、以下のような方法がある。

【0031】

すなわち、例えば、ナノファイバーの原料となるケミカルパルプを、高圧ホモジナイザ―、精密摩砕機、高精細ディスクリファイナーなどにより差し渡し径がナノレベルのナノファイバーになるまで解繊し、これを母材樹脂（主剤以外に硬化剤を含んでいてもよい）に分散する方法が挙げられる。
この方法において、特にセルロースナノファイバーなどにおいては、ナノレベルにまで解繊された微細なセルロースナノファイバーが互いに水素結合しやすく、そのまま乾燥したのでは塊になり母材樹脂に混合、分散させることが困難である。そのため、通常、セルロースナノファイバーは水を９０％以上含んだ状態で保管される。水を含んだままのセルロースナノファイバーを母材樹脂に混合、分散させたのでは、セルロースナノファイバーに含まれる水分による樹脂の硬化阻害が起こり、複合材料の母材樹脂組成物として用いることが困難となるおそれがある。
そこで、セルロースナノファイバーの水分を除去することが好ましい。そのためには、例えば、セルロースナノファイバーを母材樹脂に混合・分散させる方法として、エタノールやＭＥＫなどの溶剤でセルロースナノファイバーの水を置換し、溶剤中に分散しているセルロースナノファイバーを溶剤とともに母材樹脂に投入、混合・分散させ、その後、真空乾燥によりエポキシ樹脂中の溶剤を蒸発させる方法や、セルロースナノファイバーが互いにくっ付かないように、真空凍結乾燥により水分を取り去り、その後これをエポキシ樹脂中に分散させる方法などが考えられる。

【0032】

また、上記とは異なり、母材樹脂中に、ナノファイバーの原料となるケミカルパルプを乾燥状態で投入し、加圧型ニーダ、２軸混練押出機（ラボブラストミルでも可）で混練することにより、パルプの解繊と母材樹脂中への分散を同時に達成する方法もある。
さらに、母材樹脂以外の樹脂（中でも、ポリエステル樹脂、ビニル樹脂、変性エポキシ樹脂などが好ましい）を用いて、パルプの解繊を行い、得られたナノファイバーを母材樹脂に分散させることとしても良い。この場合において、本発明の効果を害しないのであれば、ナノファイバーを前記母材樹脂以外の樹脂に分散させた状態のままで、母材樹脂に添加することとしても良い（この場合、得られる母材樹脂組成物には、母材樹脂以外の樹脂も含まれることとなる）。
これらの方法においては、混練時の温度やパルプの投入量などの制御により、樹脂の粘度を変えることができる。また、混練時間の長短によりパルプの解繊状態を制御できる。
２軸混練押出機の場合は、エレメントを調整（例えば、ミキシングエレメントやフルフライトなどを組み合わせる）することによって、解繊状態を制御できる。
また、これらの方法においては、水や有機溶剤を使用しなくてもよいので、水や有機溶剤の残存による物性への影響の懸念がないという利点がある。

【0033】

次に、上記のようにして得られた母材樹脂組成物と補強繊維とを組み合わせることによって、プリプレグを作製することができる。
例えば、離型紙上に未硬化の母材樹脂組成物を塗工し、母材樹脂組成物フィルムを形成する。そして、この母材樹脂組成物フィルムに、開繊シート（例えば、特開２０００−８２６１号公報に記載の開繊シート）を重ね合わせることにより、補強繊維に母材樹脂組成物が含浸されたプリプレグシートを得ることができる。

【0034】

次に、上記のようにして得られたプリプレグを、例えば、図１（ａ）に示す積層構造で厚み方向に積層することによって、本発明のプリプレグ積層体を作製することができる。
得られたプリプレグ積層体に対し、オートクレーブにより加圧・硬化するなどの適宜の処理を施すことで、炭素繊維強化プラスチックを製造することができる。

【実施例】

【0035】

以下、実施例を用いて、本発明にかかるプリプレグ積層体について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下において、単に「部」、「％」と示すときは、特に断りのない限り、「重量部」、「重量％」を意味する。

【0036】

〔実施例１〕
＜セルロースナノファイバーの製造＞
（ポリエステル系樹脂の合成）
窒素ガス導入管、還流コンデンサ、攪拌機を備えた２Ｌのガラス製フラスコにジエチレングリコール７５８．２部（７．１４ｍｏｌ、仕込みモル比０．５３）、アジピン酸６５２．６部（４．４７ｍｏｌ、仕込みモル比０．３３）、無水マレイン酸１８３．９部（１．８８ｍｏｌ、仕込みモル比０．１４）を仕込み、窒素気流下に、加熱を開始した。内温２００℃にて、常法にて脱水縮合反応を行った。酸価が１３ＫＯＨｍｇ／ｇになったところで、直ちに１５０℃まで冷却し、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾールを仕込み原料重量に対し１００ｐｐｍ添加した。さらに室温まで冷却し、酸価１３ＫＯＨｍｇ／ｇ、水酸基価８９ＫＯＨｍｇ／ｇ、エステル基濃度が９．１ｍｍｏｌ／ｇである、ポリエステル系樹脂を得た。

【0037】

ここで、酸価、水酸基価、エステル基濃度は以下の方法で規定した。
（ポリエステル系樹脂の酸価の測定方法）
５００ｍｌビーカーに試薬特級水酸化カリウム３３ｇを計量し、イオン交換水１５０ｍｌを徐々に加え冷却した（ＫＯＨ溶解液）。５リットル容器に半分の量の工業用メタノールを入れ、ＫＯＨ溶解液を混合しながら徐々に移した。更に工業用メタノールを徐々に加えて全量を５リットルとした（０．１ｍｏｌ水酸化カリウムアルコール溶液）。
１００ｍｌ三角マイヤーに試薬特級シュウ酸０．１ｇを精秤し、イオン交換水３０ｃｃを加えて溶かした。１％フェノールフタレイン指示薬数滴を加え、０．１ｍｏｌ水酸化カリウムアルコール溶液で滴定し、下記計算式（１）により力価を求めた。
力価＝シュウ酸重量（ｇ）×１０００／［滴定（ｍｌ）×６．３］・・・（１）
１００ｍｌ三角マイヤーに試料１ｇを採取し、トルエン、メタノール混合中性溶剤（トルエンとメタノールを７対３の割合で混合しフェノールフタレインを指示薬として０．１ｍｏｌ水酸化カリウムアルコール溶液で中和）３０ｇを加え、スターラーで撹拌した。更にエタノールで希釈した１％フェノールフタレイン指示薬を数滴加え、撹拌した。次に０．１ｍｏｌ水酸化カリウムアルコール溶液で滴定し、下記計算式（２）により酸価を求めた。
酸価＝滴定量（ｍｌ）×力価×５．６１１／試料の重量（ｇ）・・・（２）

【0038】

（ポリエステル系樹脂の水酸基価の測定）
末端水酸基価、¹³Ｃ−ＮＭＲスペクトルにおける、末端構造およびエステル結合に由来する各ピークの面積比から求めた。測定装置は、日本電子製ＪＮＭ−ＬＡ３００を用い、試料の１０％重クロロホルム溶液に緩和試薬としてＣｒ（ａｃａｃ）３ １０ｍｇを加え、ゲートデカップリング法による¹³Ｃ−ＮＭＲの定量測定を行なった。積算は４０００回行なった。

【0039】

（エステル基濃度の計算方法）
エステル基濃度は下記計算式（３）により求めた。
エステル基濃度（ｍｏｌ／ｇ）＝生成エステル基量（ｍｍｏｌ）／［仕込みモノマー量（ｇ）−生成水量（ｇ）］・・・（３）

【0040】

（セルロースの解繊）
上記ポリエステル系樹脂を６００部、日本製紙ケミカル社製のセルロースパウダー製品「ＫＣフロック Ｗ−５０ＧＫ」４００部を、森山製作所製加圧ニーダー（ＤＳ１−５ＧＨＨ−Ｈ）を用いて６０ｒｐｍで６００分加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行い、マスタバッチを得た。得られたマスタバッチを、走査型電子顕微鏡で確認したところ、パルプのセルロース繊維が直径数十ナノメートルまで細分化されていることが確認できた。

【0041】

＜母材樹脂組成物の製造＞
プラネタリーミキサー「ＰＬＭ−１５Ｈ」（井上製作所製）を用いて、母材樹脂としての熱硬化性エポキシ樹脂「ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）８５０Ｓ」（ＤＩＣ社製）４０部、「ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）１０５５」（ＤＩＣ社製）６０部に、上で得られたセルロースナノファイバーを含むマスタバッチ２．８部、硬化剤「ｊＥＲキュア（登録商標）ＤＩＣＹ１５」（三菱化学社製）を５部、ＤＣＭＵ９９（保土ヶ谷化学工業社製）２部を分散させ、母材樹脂組成物とした。母材樹脂組成物中のセルロースナノファイバーの含有量は１．０重量％となる。

【0042】

＜補強繊維の製造＞
炭素繊維トウ「パイロフィル」（登録商標）のタイプ「ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ」（引張強度４．９ＭＰａ、ヤング率２４０ＧＰａ、三菱レイヨン社製）を、配向方向と垂直の方向に気流を生じさせた開繊装置に通すことにより開繊して、繊維方向が一方向に配向した補強繊維（開繊シート）を作製した。

【0043】

＜プリプレグ積層体の製造＞
上で得られた母材樹脂組成物を、樹脂塗工装置「ＤＶコーター」（ヒラノテクシード社製）を用いて、離型紙上に膜厚１７μｍとなるように均一に塗工した。
次に、離型紙上に形成した上記母材樹脂組成物に、上記補強繊維（開繊シート）を重ね合わせ、補強繊維に母材樹脂組成物を含浸させて、繊維方向が一方向に配向したプリプレグを作製した。プリプレグの厚みは４０μｍであり、補強繊維の体積分率は５７％であった。
得られたプリプレグを３３０ｍｍ×３３０ｍｍに切断し、５０％ＲＨ、２３℃の条件下で、図１（ａ）に示す積層構造で積層した。

【0044】

〔比較例１〕
セルロースナノファイバーを添加しなかったこと以外は実施例１と同様にしてプリプレグを作製し、当該プリプレグを用いたこと以外は実施例１と同様にしてプリプレグ積層体を作製した。

【0045】

〔比較例２〕
実施例１と同様にしてプリプレグを作製し、当該プリプレグを用いて、プリプレグの積層構造を図１（ｂ）に示す積層構造に変更したこと以外は実施例１と同様にしてプリプレグ積層体を作製した。

【0046】

〔比較例３〕
セルロースナノファイバーを添加しなかったこと以外は比較例２と同様にしてプリプレグを作製し、当該プリプレグを用いたこと以外は比較例２と同様にしてプリプレグ積層体を作製した。

【0047】

〔引張試験〕
上記実施例１及び比較例１〜３で作製した各積層体を、真空バックに入れ、オートクレーブを用いて成形した。成形条件としては、０．５ＭＰａ、２時間、１３０℃の条件とした。
硬化した各積層体から、縦２００ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１．９２ｍｍの短冊試験片を得た。
これらの各試験片について、万能材料試験機（オートグラフ、定格荷重１００ｋＮ、島津製作所製）を用いて、クロスヘッドスピード１ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行った。

【0048】

試験結果を図２に示す。
図２において、「ｔｈｉｃｋ−ｌａｙｅｒｅｄ」とあるのは、繊維の配向方向が同方向の層が見かけ上厚い実施例１及び比較例１の試験片である。そのうち、「ＣＮＦ１．０ｗｔ％」が実施例１の試験片、「ＣＮＦ０ｗｔ％」が比較例１の試験片である。
「ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒｅｄ」とあるのは、繊維の配向方向が同方向の層が見かけ上薄い比較例２及び比較例３の試験片である。そのうち、「ＣＮＦ１．０ｗｔ％」が比較例２の試験片、「ＣＮＦ０ｗｔ％」が比較例３の試験片である。

【0049】

図２に示す結果から、以下のことが分かる。
すなわち、実施例１と比較例１の結果を対比すると、セルロースナノファイバーの添加により、引張強度が向上していることが確認できる。
これに対して、比較例２と比較例３の結果を対比すると、セルロースナノファイバーを添加しても、引張強度の向上が認められないことが確認できる。
これらの結果から、積層構造によって、セルロースナノファイバーの添加効果に違いが生じることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明にかかるプリプレグ積層体は、高い比強度や比剛性などの機械的特性に優れた構造用材料を得るために好適に利用でき、各種産業分野において広く利用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１０，２０ プライ群
１１〜１４，２１〜２４ プリプレグ

【図1】

【図2】