TW202104398A - 預浸漬物、積層體及成形品 - Google Patents

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篠原響子
平野啓之
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Abstract

本發明之目的為提供用以製造作為結構材料為理想的積層體之預浸漬物及積層體，該積層體係具有優異的壓縮強度及層間破壞韌性值，且對於其他結構構件可藉由熔接而堅固地一體化。本發明為一種預浸漬物，其係包含以下的構成要素[A]強化纖維、[B]熱硬化性樹脂及[C]熱塑性樹脂之預浸漬物，[B]係對在硬化度為90%以上之狀態的玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為10MPa以上，[C]存在於預浸漬物的表面，且有跨接包含[B]之樹脂領域與包含[C]之樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維存在。

Description

預浸漬物、積層體及成形品
本發明係關於包含強化纖維、熱硬化性樹脂及熱塑性樹脂之預浸漬物、包含強化纖維、熱塑性樹脂及熱硬化性樹脂硬化物之積層體及成形品。
使用熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂作為基質，且經與碳纖維或玻璃纖維等強化纖維組合的纖維強化複合材料，係輕量且同時強度或剛性等力學特性或耐熱性、還有耐蝕性優異，因此至今被應用於航空･宇宙、汽車、鐵路車輛、船舶、土木建築及運動用品等許多領域。然而，此等之纖維強化複合材料，並不適於以單一的成形步驟來製造具有複雜之形狀的零件或結構體，於上述用途中，必須製作包含纖維強化複合材料的構件，且接著與同種或異種的構件進行一體化。作為將包含強化纖維與熱硬化性樹脂的纖維強化複合材料、和同種或異種的構件予以一體化的手法，係使用螺栓、鉚釘、螺釘等機械性接合方法或使用接著劑的接合方法。在機械性接合方法，因需要鑽孔等預先加工接合部分的步驟，而導致製造步驟的長期化及製造成本的增加，又有所謂因鑽孔而材料強度會降低的問題。在使用接著劑的接合方法，因需要包含接著劑的準備或接著劑的塗布作業之接著步驟及硬化步驟，而導致製造步驟的長期化，且於接著強度亦有所謂於可靠性無法得到充分滿足的課題。
於基質使用了熱塑性樹脂的纖維強化複合材料，除了上述之機械性接合方法及使用了接著劑的接合以外，可適用藉由熔接而接合構件間的方法，因此有可縮短構件間之接合所需要的時間之可能性。在另一方面，如飛行器用結構構件般地被要求在高溫之力學特性或優異的對化學藥品之耐性之情形，係有所謂與包含熱硬化性樹脂與強化纖維的纖維強化複合材料相比而耐熱性、耐化學性並不充分之課題。
此處，專利文獻1中揭示了透過接著劑而接合包含熱硬化性樹脂與強化纖維的纖維強化複合材料之方法。
專利文獻2中揭示了將由熱塑性樹脂所形成之構件、與由包含熱硬化性樹脂的纖維強化複合材料所形成之構件予以一體化之手法。亦即，於包含強化纖維與熱硬化性樹脂的預浸漬物片之表面積層熱塑性樹脂薄膜，且藉由加熱･加壓，而得到纖維強化複合材料。然後，將所得到的纖維強化複合材料放入模具，將熱塑性樹脂射出成形，使藉由射出成形而形成的熱塑性樹脂構件與纖維強化複合材料接合。
又，專利文獻3中揭示了於包含熱硬化性樹脂與強化纖維的複合材料之表面形成了熱塑性樹脂接著層的積層體之製造方法，且記述了透過熱塑性樹脂而顯示與其他構件之接著效果。 專利文獻4中揭示了於包含強化纖維與熱硬化性樹脂的預浸漬物之表層配置有包含熱塑性樹脂之粒子、或纖維、或薄膜而成之預浸漬物及其纖維強化複合材料。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-161801號公報 [專利文獻2]日本特開平10-138354號公報 [專利文獻3]日本專利第3906319號公報 [專利文獻4]日本特開平8-259713號公報
[發明欲解決之課題]
但是，專利文獻1所揭示的手法，係將包含強化纖維與熱硬化性樹脂的纖維強化複合材料藉由接著劑互相接合的方法，由於熱硬化性樹脂為基質樹脂，因此以其原樣並無法作為纖維強化複合材料間之接合的方法而適用熔接。由於接著劑的硬化需要時間，因此有所謂接合步驟需要時間之課題，再者，所表現的接合強度並不充分。
以專利文獻2所記載的方法，纖維強化複合材料中之熱硬化性樹脂與熱塑性樹脂薄膜的接合部的接合強度並不充分。
專利文獻3的纖維強化複合材料，係可透過熱塑性樹脂來進行利用熔接之一體化，且在室溫係顯示優異的接合強度，但在高溫之接合強度並不充分。
專利文獻4中揭示了藉由包含熱塑性樹脂之粒子、纖維或薄膜而層間破壞韌性值提升，但以此方法，在纖維強化複合材料中的熱硬化性樹脂與熱塑性樹脂之邊界的接合強度並不充分。
於是，本發明之目的在於提供預浸漬物、積層體及一體化成形品，該預浸漬物係能與同種或異種的構件藉由熔接接合，且表現優異的接合強度，尤其在高溫環境下表現優異的接合強度，進而壓縮強度及層間破壞韌性值亦優異，可供應作為結構材料為理想的積層體。 [用以解決課題之手段]
為了解決該課題，本發明之預浸漬物係具有以下的構成。
亦即，一種預浸漬物，其係包含以下的構成要素[A]、[B]及[C]之預浸漬物，[B]係對在硬化度為90%以上之狀態的玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為10MPa以上，[C]存在於預浸漬物的表面，且有跨接包含[B]之樹脂領域與包含[C]之樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維存在。 [A]強化纖維 [B]熱硬化性樹脂 [C]熱塑性樹脂。
再者，本發明之積層體係具有以下的構成之積層體。
亦即，一種積層體，其包含含以下的構成要素[A]、[C]及[D]之層，[D]係對玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為10MPa以上，且有跨接包含[C]之樹脂領域與包含[D]之樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維存在。 [A]強化纖維 [C]熱塑性樹脂 [D]熱硬化性樹脂硬化物。 [發明之效果]
本發明之預浸漬物係使用熱硬化性樹脂與熱塑性樹脂，而由於二者被堅固地接合，而且能夠與同種或異種的構件有良好的熔接，所以相對於先前之包含熱硬化性樹脂與強化纖維的纖維強化複合材料，可縮短接合步驟所需要的時間，且能夠使結構構件的成形高速化。再者，因指定溫度下的橡膠狀態彈性模數優異，而可得到表現優異的壓縮強度及在高溫環境下之接合強度，且作為結構材料為優異的積層體。本發明之積層體係藉由應用於飛行器結構構件、風車的葉片、汽車結構構件及IC承載盤或筆記型電腦的外殼等之電腦用途等，而會顯示作為結構體之優異的性能，而且若使用本發明之預浸漬物，則能夠大量減少上述用途之關聯製品的成形時間及成形成本。
[用以實施發明的形態]
就本發明中所用的構成要素[A]的強化纖維而言，有玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、芳香族聚醯胺纖維、聚芳醯胺纖維、氧化鋁纖維、碳化矽纖維、硼纖維、玄武岩纖維等。此等可單獨使用，亦可適當併用2種以上來使用。此等之強化纖維可為經實施有表面處理者。就表面處理而言，有金屬之黏附處理、利用偶合劑之處理、利用上漿劑之處理、添加劑之附著處理等。此等之強化纖維之中亦包含具有導電性之強化纖維。就強化纖維而言，因比重小且為高強度、高彈性模數，所以較佳使用碳纖維。
就碳纖維之市售品而言，可舉出「TORAYCA (註冊商標)」T800G-24K、「TORAYCA(註冊商標)」T800S-24K、「TORAYCA(註冊商標)」T700G-24K、「TORAYCA(註冊商標)」T700S-24K、「TORAYCA(註冊商標)」T300-3K、及「TORAYCA(註冊商標)」T1100G-24K(以上，TORAY INDUSTRIES, INC.製)等。
關於強化纖維的形態或配列，可從強化纖維被配列為單向、或經配列為單向者之積層物、或織物之形態等來適當選擇，但為了要得到輕量且耐久性於更高水準的積層體，較佳為於各預浸漬物中，強化纖維為經配列為單向之長纖維(纖維束)或織物等連續纖維之形態。
強化纖維束可由同一形態之複數條的纖維所構成，或者由不同形態之複數條的纖維所構成。構成一個強化纖維束之強化纖維數係通常為300～60,000，但若考量基材的製造，則較佳為300～48,000，更佳為1,000～24,000。可為由上述之上限之任一者與下限之任一者的組合所得之範圍。
關於構成要素[A]的強化纖維，若依據JIS R7608(2007)的樹脂含浸股束(strand)試驗法而測定之股束拉伸強度為5.5GPa以上，則可得到除了拉伸強度以外還具有優異的接合強度之積層體，所以為較佳。若該股束拉伸強度為5.8GPa，則進一步較佳。此處所謂的接合強度，係指依據ISO4587:1995(JIS K6850(1994))求得之拉伸剪切接合強度。
本發明中所用的構成要素[B]係對在硬化度為90%以上之狀態的玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為10MPa以上之熱硬化性樹脂。要使構成要素[B]成為硬化度90%以上之狀態，係可藉由將被特定作為構成要素[B]的熱硬化性樹脂及硬化劑之硬化前的熱硬化性樹脂組成物，以指定之條件加熱硬化來達成。所謂以指定之條件的加熱硬化，係指首先進行135℃ 2小時、或180℃ 2小時之加熱，且因應需要而進一步予以加熱到硬化度達到90%以上為止。測定以135℃ 2小時、或180℃ 2小時的加熱所得之熱硬化性樹脂硬化物的硬化度，若硬化度為90%以上，則可使用該熱硬化性樹脂硬化物而用於特性評價。以135℃ 2小時、或180℃ 2小時的加熱溫度･時間而硬化度小於90%之情形，予以180℃ 2小時的後加熱而確認硬化度。在已後加熱之狀態而硬化度小於90%之情形，係到硬化度成為90%以上為止，以200℃ 1小時、220℃ 1小時、240℃ 1小時順序予以加熱到硬化度達到90%為止。即使以240℃ 1小時的加熱而硬化度也未達到90%之情形，係可藉由以300℃以下的溫度予以加熱到硬化度達到90%以上為止，而得到目的之熱硬化性樹脂硬化物，用於特性評價。
此處硬化度，係將被特定作為構成要素[B]的熱硬化性樹脂及硬化劑之硬化前的熱硬化性樹脂組成物、及該熱硬化性樹脂之硬化物各自的發熱量，以於惰性氣體環境下以升溫速度10℃/分鐘進行了示差掃描熱量分析之際作為發熱反應而出現之各自之波峰的面積來各自算出，且由以下之式求得之值。亦可於預浸漬物中所包含的構成要素[B]外，另行準備與被特定作為熱硬化性樹脂及硬化劑者同一構造的樹脂來供作測定。此處，無法特定硬化劑之情形，亦可使用4,4’-二胺二苯碸作為上述組成物中之硬化劑。另外，可較佳使用硬化觸媒、黏度調節劑等實施例中後述之化合物作為可構成上述組成物之要素，但若不影響測定結果，則此等並不特別被限定。 硬化度(%)=((包含熱硬化性樹脂之組成物的硬化前的發熱量)-(熱硬化性樹脂之硬化物的發熱量))/(包含熱硬化性樹脂之組成物的硬化前的發熱量)×100。
又，將熱硬化性樹脂硬化物的動態黏彈性測定(扭力測定)，按照JIS K7244-7(2007)求出在對由儲存模數(storage modulus)曲線所求得之玻璃轉移溫度加上50℃之溫度的儲存模數，當作本發明之橡膠狀態彈性模數。若該本發明之橡膠狀態彈性模數不滿10MPa，則無法充分地提高積層體的壓縮強度、及將積層體與構件接合而予以一體化之際的在高溫之接合強度。若該橡膠狀態彈性模數為12MPa以上則進一步較佳，更佳為15MPa以上。關於橡膠狀態彈性模數的上限，並不特別被限定，但通常的熱硬化性樹脂硬化物係50MPa為上限。
本發明中之構成要素[D]的熱硬化性樹脂硬化物，係可藉由將熱硬化性樹脂進行加熱硬化而獲得。關於積層體中所包含的構成要素[D]之硬化的判定，若於將積層體在惰性氣體環境下以升溫速度10℃/分鐘進行了示差掃描熱量分析之際，作為發熱反應而出現之波峰的面積(殘存發熱)為50J/g以下，則可於實質上判定為硬化物。或者是可特定硬化前的熱硬化性樹脂組成物之情形，係藉由上式而求出硬化度，而若為90%以上則可當作是硬化物。使用本發明之預浸漬物之情形，熱硬化性樹脂對應於構成要素[B]。本發明之積層體並不一定為經由預浸漬物者，亦可以後述之樹脂轉注成形法等來製作。
就構成要素[B]所使用之熱硬化性樹脂而言，係有例如不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、苯并
Figure 109117060-A0304-12-0059-1
Figure 109117060-A0304-12-0000-4
樹脂、或此等之共聚物、改質物、及摻合此等之至少2種類之樹脂。為了耐衝擊性提升，熱硬化性樹脂中亦可添加彈性體或者是橡膠成分。其中又以環氧樹脂係力學特性、耐熱性及與強化纖維之接著性優異，而為較佳。就環氧樹脂之主劑而言，可舉出例如雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚AD型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂等之雙酚型環氧樹脂、四溴雙酚A二縮水甘油醚等之溴化環氧樹脂、具有聯苯骨架之環氧樹脂、具有萘骨架之環氧樹脂、具有雙環戊二烯骨架之環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂等之酚醛清漆型環氧樹脂、N,N,O-三縮水甘油基間胺基苯酚、N,N,O-三縮水甘油基對胺基苯酚、N,N,O-三縮水甘油基-4-胺基-3-甲苯酚、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-4,4’-亞甲二苯胺、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-2,2’-二乙基-4,4’-亞甲二苯胺、N,N,N’,N’-四縮水甘油基間二甲苯二胺、N,N-二縮水甘油基苯胺、N,N-二縮水甘油基鄰甲苯胺等之縮水甘油胺型環氧樹脂、間苯二酚二縮水甘油醚、三聚異氰酸三縮水甘油酯(triglycidyl isocyanurate)等。
本發明之構成要素[B]：熱硬化性樹脂，係較佳為包含環氧樹脂者，由於相對於熱硬化性樹脂中所包含的總環氧樹脂100質量份以40～100質量份包含含3個以上之縮水甘油基的縮水甘油胺型環氧樹脂，而可得到橡膠狀態彈性模數高的硬化物，故為更佳的態樣。就含3個以上之縮水甘油基的縮水甘油胺型環氧樹脂而言，可舉出N,N,O-三縮水甘油基間胺基苯酚、N,N,O-三縮水甘油基對胺基苯酚、N,N,O-三縮水甘油基-4-胺基-3-甲苯酚、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-4,4’-亞甲二苯胺、N,N,N’,N’-四縮水甘油基-2,2’-二乙基-4,4’-亞甲二苯胺、N,N,N’,N’-四縮水甘油基間二甲苯二胺等。
就環氧樹脂的硬化劑而言，可舉出例如雙氰胺(dicyandiamide)、芳香族胺化合物、苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、多酚化合物、咪唑衍生物、四甲基胍、硫脲加成胺、甲醯肼(carboxylic acid hydrazide)、甲醯胺(carboxylic acid amide)、聚硫醇(polymercaptan)等。
其中又藉由使用芳香族胺硬化劑作為環氧樹脂的硬化劑，而可得到耐熱性良好的環氧樹脂。就芳香族胺化合物而言，可舉出例如3,3’-二異丙基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’-二-三級丁基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’-二乙基-5,5’-二甲基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’-二異丙基-5,5’-二甲基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’-二-三級丁基-5,5’-二甲基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’-二異丙基-5,5’-二乙基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’-二-三級丁基-5,5’-二乙基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’,5,5’-四異丙基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’-二-三級丁基-5,5’-二異丙基-4,4’-二胺二苯碸、3,3’,5,5’-四-三級丁基-4,4’-二胺二苯碸、4,4’-二胺二苯碸、3,3’-二胺二苯碸等。
進一步，構成要素[B]的熱硬化性樹脂係較佳為作為黏度調節劑而以已溶解之狀態包含可溶於熱硬化性樹脂之熱塑性樹脂成分。該熱塑性樹脂成分係與構成要素[C]不同之別的熱塑性樹脂成分。此處所謂「可溶於熱硬化性樹脂」，係指藉由將於熱硬化性樹脂中混合有熱塑性樹脂成分者進行加熱、或加熱攪拌，而存有會形成均勻相的溫度領域。此處，所謂「會形成均勻相」，係指可得到目視下無分離之狀態。此處，所謂「已溶解之狀態」，係指使包含熱塑性樹脂成分的熱硬化性樹脂於某溫度領域，且已形成均勻相之狀態。若一旦在某溫度領域形成均勻相，則即使在該溫度領域以外，例如在室溫發生分離亦無妨。
就可溶於構成要素[B]的熱硬化性樹脂之熱塑性樹脂成分而言，一般較佳為於主鏈具有選自包含碳-碳鍵、醯胺鍵、醯亞胺鍵、酯鍵、醚鍵、碳酸酯鍵、胺基甲酸酯鍵、硫醚鍵、碸鍵(sulfone bond)及碳氧雙鍵(carbonyl bond)之群組的鍵結之熱塑性樹脂。又，此熱塑性樹脂成分係部分性地具有交聯結構亦無礙，可具有結晶性亦可為非晶性。特別適合為選自包含聚醯胺、聚碳酸酯、聚縮醛、聚苯醚(polyphenylene oxide)、聚苯硫、聚芳酯、聚酯、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、具有苯基三甲基茚烷(phenyl trimethyl indane)結構的聚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、聚醚酮、聚醚醚酮、聚芳醯胺、聚乙烯甲醛、聚乙烯丁醛、苯氧樹脂、聚醚腈及聚苯并咪唑之群組的至少一個樹脂。為了要得到良好的耐熱性，從所謂於作為成形體使用之時不易發生熱變形的觀點而言，較佳為具有150℃以上之玻璃轉移溫度，更佳為170℃以上，作為理想之例可舉出聚醚醯亞胺或聚醚碸。
包含構成要素[B]的熱硬化性樹脂之組成物中包含磷化合物，亦為從阻燃性提升之點來看較佳的態樣之一。然而，若磷的量多，則會有熱硬化性樹脂硬化物的彎曲強度降低之情形。由此來看，因該組成物中之磷原子濃度為0.1質量%以上1.0質量%以下，而可得到優異的彎曲強度之熱硬化性樹脂硬化物，而為較佳。
此外，無論是否包含磷化合物，本發明之預浸漬物中所包含的構成要素[B]係較佳為在硬化度為90%以上之狀態的彎曲強度為150MPa以上。又，本發明之積層體中所包含的構成要素[D]係彎曲強度為150MPa以上。若該硬化物被本發明之積層體所包含，則接合積層體與構件之際的接合強度優異，故較佳。彎曲強度係可藉由根據JIS K7171(1994)的3點彎曲試驗來求得。求出預浸漬物或積層體中所包含的上述構成要素的彎曲強度之情形，係於特定了熱硬化性樹脂的種類後，針對為同種樹脂而未硬化者，與上述硬化度的測定同樣地作成組成物，供作彎曲強度的測定。此時，亦可另行準備與測定對象之預浸漬物或積層體中所包含的熱硬化性樹脂為同一構造且未硬化之樹脂，來供作測定。又，關於彎曲強度的上限，並不特別被限定，但通常的熱硬化性樹脂硬化物係500MPa為上限。
就構成構成要素[C]的熱塑性樹脂而言，並無特別限制，可舉出例如聚酯系樹脂(聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、液晶聚酯等)、或聚烯烴系樹脂(聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等)、苯乙烯系樹脂、胺基甲酸酯樹脂、聚甲醛(polyoxymethylene)、聚醯胺系樹脂(聚醯胺6或聚醯胺66等之脂肪族聚醯胺、半芳香族聚醯胺、脂環式聚醯胺等)、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚苯硫、聚苯醚、改質聚苯醚、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚碸、改質聚碸、聚醚碸、或聚酮、聚芳醚酮(聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮等)、聚芳酯、聚醚腈、酚系樹脂、苯氧樹脂等。又，此等熱塑性樹脂可為上述之樹脂的共聚物或改質物、及/或將2種類以上摻合而成之樹脂等。
在此等之中，又從耐熱性的觀點而言，較佳為於構成要素[C]的熱塑性樹脂中包含60重量%以上選自玻璃轉移溫度為80℃以上之結晶性的熱塑性樹脂及玻璃轉移溫度為160℃以上之非晶性的熱塑性樹脂之1種或2種以上。又，特佳為於構成要素[C]的熱塑性樹脂中包含60重量%以上選自聚芳醚酮、聚苯硫及聚醚醯亞胺之1種或2種以上。
為了耐衝擊性提升，亦可於熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂添加彈性體或者是橡膠成分。進一步，因應用途等，熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂可在無損本發明的目的之範圍適當含有其他填料或添加劑。可舉出例如無機填料、阻燃劑、導電性賦予劑、成核劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、制振劑、抗菌劑、防蟲劑、除臭劑、著色防止劑、熱安定劑、脫模劑、抗靜電劑、塑化劑、潤滑劑、著色劑、顔料、染料、發泡劑、消泡劑、偶合劑等。
本發明之預浸漬物，係有跨接包含[B]之樹脂領域與包含[C]之樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維存在。
跨接兩樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的存在之確認，係可藉由對平面方向垂直地進行切斷而得之截面的觀察來確認。使用圖2來呈示一例。於圖2的觀察影像9中，預浸漬物之情形，包含構成要素[C]之樹脂領域7係與包含構成要素[B]之樹脂領域8密接，包含構成要素[C]之樹脂領域7與包含構成要素[B]之樹脂領域8所密接之面係圖示為分界面10。又，於分界面10上有複數的構成要素[A]6存在。分界面10上之構成要素[A]6係與包含構成要素[C]之樹脂領域7相接，亦與包含構成要素[B]之樹脂領域8相接。如此地構成要素[C]及構成要素[B]於強化纖維的周圍相接之狀態，即可謂強化纖維為「跨接分界面而包含在兩樹脂領域中」狀態。
進一步，較佳為俯視本發明之預浸漬物之時，從對該包含在兩樹脂領域中之任意之[A]的纖維方向而無關順時鐘或反時鐘相差45度之角度的方向，於與包含有跨接上述兩樹脂領域而存在之[A]的纖維之預浸漬物平面垂直的截面中，亦即於對預浸漬物平面方向垂直地進行切斷而得之截面中，兩樹脂的分界面所形成之截面曲線之以JIS B0601(2001)定義的粗糙度平均長度RSm為100μm以下，粗糙度平均高度Rc為3.5μm以上。
又，較佳為：前述包含[B]之樹脂領域與包含[C]之樹脂領域係各自形成層狀而鄰接，藉此而形成前述分界面。所謂形成層狀而鄰接，係如圖2所示之例的連續的兩樹脂領域鄰接而存在之狀態，可藉由對預浸漬物平面方向垂直地進行切斷而得之截面的觀察來確認。
由於有跨接包含構成要素[B]之樹脂領域與包含構成要素[C]之樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維存在，因此包含構成要素[C]之樹脂領域的強度提升，且接合強度提升。藉由於分界面上存在之構成要素[A]係與構成要素[B]及構成要素[C]化學性或/及物理性地結合，而包含構成要素[B]之樹脂領域與包含構成要素[C]之樹脂領域的密著力提升。於分界面上存在之構成要素[A]的條數有1條以上即可，上限條數並不特別被限定，但於後述之觀察範圍中為200條。
包含構成要素[B]之樹脂領域與包含構成要素[C]之樹脂領域的分界面，係於預浸漬物之俯視中，即於對預浸漬物平面方向垂直之視點下，從對前述包含在兩樹脂領域中之[A]的任意之纖維方向而無關順時鐘或反時鐘相差45度之角度的方向，於與包含有跨接上述兩樹脂領域而存在之[A]的纖維之預浸漬物平面垂直的截面中被觀察到。在該截面，可藉由觀察該分界面中之樹脂領域的態樣，而同時地評價纖維方向及與其正交之方向的密著力。
若於該截面觀察中，該分界面所形成之截面曲線之以JIS B0601(2001)定義的粗糙度平均長度RSm為100μm以下，則不僅是化學性或/及物理性的結合力，亦加上所謂交纏(interpenetration)之機械性的結合力，包含構成要素[B]之樹脂領域與包含構成要素[C]之樹脂領域會變得難剝離，而為較佳。下限值並不特別被限定，但從所謂迴避由應力集中所致之機械性的結合力的降低的觀點而言，較佳為15μm以上。又，藉由截面曲線的粗糙度平均高度Rc為3.5μm以上，而不僅是由交纏所致之機械性的結合力的表現，於分界面上存在之構成要素[A]係與構成要素[B]及構成要素[C]化學性或/及物理性地結合，且包含構成要素[B]之樹脂領域與包含構成要素[C]之樹脂領域的密著力提升，因而較佳。就截面曲線的粗糙度平均高度Rc之更佳的範圍而言，為構成要素[A]會變容易被包含在兩樹脂領域且密著力更為提升的10μm以上，特佳為20μm以上。上限值並不特別被限定，但從所謂迴避由應力集中所致之機械性的結合力的降低的觀點而言，較佳為100μm以下。
此處，就截面曲線的粗糙度平均高度Rc及粗糙度平均長度RSm之測定方法而言，可使用周知的手法。可舉出例如，使構成要素[B]硬化之後，自使用X射線CT而取得之截面影像來測定的方法、自利用能量分散式X射線分光計(EDS)之元素分析分布(mapping)影像來測定的方法、或者自利用光學顯微鏡或者掃描電子顯微鏡(SEM)或者穿透式電子顯微鏡(TEM)之截面觀察影像來測定的方法。於觀察中，為了調整對比度，構成要素[B]及/或構成要素[C]亦可被染色。於藉由上述之任一者的手法所得之影像中，在500μm見方的範圍中，測定截面曲線的粗糙度平均高度Rc及粗糙度平均長度RSm。
使用圖2來呈示截面曲線的粗糙度平均高度Rc及粗糙度平均長度RSm之測定方法的一例(截面曲線要素之測定方法1)。以長方形型的觀察影像9之包含構成要素[B]之樹脂領域側的端部11為基準線，自包含構成要素[B]之樹脂領域8朝向包含構成要素[C]之樹脂領域7，以5μm間隔描繪垂直基線12。將從基準線所描繪的垂直基線首次與構成要素[C]交會之點作圖，且以連接了所作圖之點的線為截面曲線13。對於所得之截面曲線13，進行根據JIS B0601(2001)之篩選(filtering)處理，算出截面曲線13的粗糙度平均高度Rc及粗糙度平均長度RSm。
又，從表現優異的力學特性的觀點而言，較佳為：前述包含[B]之樹脂領域與包含[C]之樹脂領域係各自形成層狀而鄰接，藉此而形成前述分界面。
本發明之預浸漬物中的構成要素[C]的熱塑性樹脂之基重，若為10g/m2 以上則為較佳。若為10g/m2 以上，則可得到用以表現優異的接合強度之充分的厚度，而為較佳。更佳為20g/m2 。上限值並不特別被限定，但由於熱塑性樹脂的量對比強化纖維不會變得過多，可得到比強度(specific strength)與比模數(specific modulus)優異的積層體，而較佳為500g/m2 以下。此處所謂基重，係指每1m2 預浸漬物中所包含的構成要素[C]之質量(g)。
本發明之預浸漬物係較佳為每單位面積之強化纖維量為30～2,000g/m2 。若該強化纖維量為30g/m2 以上，則可減少用以於積層體成形之際得到指定厚度的積層片數，作業容易變簡便。在另一方面，若強化纖維量為2,000g/m2 以下，則預浸漬物的懸垂性變容易提升。
本發明之預浸漬物的強化纖維質量含有率係較佳為30～90質量%，更佳為35～85質量%，進一步較佳為40～80質量%。可為由上述之上限之任一者與下限之任一者的組合所得之範圍。若強化纖維質量含有率為30質量%以上，則樹脂的量對比纖維不會變得過多，可變容易得到比強度與比模數優異之積層體的優點，又，積層體的成形之際，硬化時的發熱量不易過度變高。又，若強化纖維質量含有率為90質量%以下，則樹脂的含浸不良不易發生，且所得之積層體的空隙容易變少。
本發明之積層體滿足以下的形態。包含含構成要素[A]、[C]及[D]之層，[D]係對玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為10MPa以上，且有跨接包含[C]之樹脂領域與包含[D]之樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維存在。
跨接兩樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的存在之確認，係可與在前述之預浸漬物的確認方法同樣地，藉由對積層體的平面方向垂直地進行切斷而得之截面的觀察來確認。
使用圖2來呈示一例。於圖2的觀察影像9中，積層體之情形，包含構成要素[C]之樹脂領域7係與包含構成要素[D]之樹脂領域8密接，包含構成要素[C]之樹脂領域7與包含構成要素[D]之樹脂領域8所密接之面係圖示為分界面10。又，於分界面10上有複數的構成要素[A]6存在。分界面10上之構成要素[A]6係與包含構成要素[C]之樹脂領域7相接，亦與包含構成要素[D]之樹脂領域8相接。如此地構成要素[C]及構成要素[D]於強化纖維的周圍相接之狀態，即可謂強化纖維為「跨接分界面而包含在兩樹脂領域中」狀態。
進一步，較佳為俯視本發明之積層體之時，對該包含在兩樹脂領域中之任意之[A]的纖維方向而無關順時鐘或反時鐘，以對積層體的平面方向垂直之視點下的45度之角度，於與包含有跨接上述兩樹脂領域而存在之[A]之積層體的平面垂直的截面中，亦即於對積層體平面方向垂直地進行切斷而得之觀察截面中，兩樹脂領域密接的分界面所形成之截面曲線之以JIS B0601(2001)定義的粗糙度平均長度RSm為100μm以下，粗糙度平均高度Rc為3.5μm以上。粗糙度平均高度Rc更佳為10μm以上。RSm的下限值及Rc的上限值並不特別被限定，但從由應力集中所致之機械性的結合力的降低之憂慮的觀點而言，RSm較佳為15μm以上，Rc較佳為100μm以下。
就截面曲線的粗糙度平均高度Rc及粗糙度平均長度RSm之測定方法而言，可與本發明之預浸漬物之測定方法同樣地，藉由上述手法來求得。
又，從表現優異的力學特性的觀點而言，較佳為：前述包含[C]之樹脂領域與包含[D]之樹脂領域係各自形成層狀而鄰接，藉此而形成前述分界面。所謂形成層狀而鄰接，係如圖2所示之例的連續的兩樹脂領域鄰接而存在之狀態，可藉由對積層體平面方向垂直地進行切斷而得之截面的觀察來確認。
作為用以將本發明之積層體成形的方法，可利用例如壓機成形法、熱壓釜成形法、封袋成形(bagging molding)法、紮帶(wrapping tape)法、內壓成形法、手積層法、纏繞成形法、拉擠成形法、樹脂射出成形法、樹脂轉注成形法等之成形法來製作。
本發明之積層體係可藉由將上述之本發明之預浸漬物單獨、或與其他預浸漬物一起積層，且作為構成至少一部分之層者，而進行加壓･加熱使其硬化的方法來製造。此處，賦予熱及壓力的方法，係採用例如壓機成形法、熱壓釜成形法、封袋成形法、紮帶法、內壓成形法等。
於本發明之積層體中，於表面或者是層間有構成要素[C]的熱塑性樹脂存在。較佳為於表面及層間的兩方有構成要素[C]存在。由於在積層體的表面有構成要素[C]的熱塑性樹脂存在，而本發明之積層體可透過構成要素[C]以熔接來進行與同種或異種的構件之接合，另一方面，若於積層體之層間有構成要素[C]的熱塑性樹脂存在，則可得到優異的層間破壞韌性值(GIC 及GIIC )。
本發明之積層體，係可藉由某些加熱手段，使別的構件，即與構成積層體之構件同種及/或異種的構件(黏附材)，接合在存在於積層體之表面的構成要素[C]，而透過構成要素[C]與積層體一體化(熔接)。作為異種的構件(黏附材)，可舉出由熱塑性樹脂而成之構件、由金屬材料而成之構件。由熱塑性樹脂而成之構件中亦可包含強化纖維或填料等。一體化手法並無特別限制，可舉出例如熱熔接、振動熔接、超音波熔接、雷射熔接、電阻熔接、感應熔接、嵌入射出成形、外插射出成形等。
經一體化之構件的接合部的強度，係可根據ISO4587:1995(JIS K6850(1994))進行評價。若根據ISO4587:1995而測定之拉伸剪切接合強度於試驗環境溫度為23℃之時為25MPa以上，則為較佳，更佳為28MPa以上。一般而言，若有20MPa以上，則積層體可作為用於結構材料用的接合者而利用，且即便與一般之接著劑的試驗環境溫度為23℃之時的拉伸剪切接合強度(10MPa左右)相比亦為高強度。於要求在高溫環境下之力學特性的用途，較佳為試驗環境溫度為80℃之時，在根據ISO4587:1995之評價顯示13MPa以上之接合強度，更佳為16MPa以上。拉伸剪切接合強度越高越較佳，關於上限，並不特別被限定，但在通常的積層體之一體化成形品，在23℃或80℃的試驗環境溫度之拉伸剪切接合強度係200MPa為上限。
本發明之積層體可較佳用於飛行器結構構件、風車葉片、汽車外殼及IC承載盤或筆記型電腦的外殼等之電腦用途，還有高爾夫桿身或網球拍等運動用途。 [實施例]
以下，藉由實施例詳細說明本發明。但是，本發明之範圍並不受此等之實施例所限定。此外，組成比的單位「份」，無特別註釋時意指質量份。又，各種特性的測定，無特別註釋時在溫度23℃、相對濕度50%的環境下進行。
＜實施例及比較例中所使用的材料＞ 使用以下所示的構成要素[A]、[B]、[C]及[D]。各自之實施例及比較例中所使用的構成要素，係如表1至3所示。
構成要素[A]：強化纖維 ･T800：碳纖維(「TORAYCA(註冊商標)」T800S-24K，TORAY INDUSTRIES, INC.製，股束拉伸強度：5.9GPa) ･T1100：碳纖維(「TORAYCA(註冊商標)」T1100G-24K，TORAY INDUSTRIES, INC.製，股束拉伸強度：7.0GPa) ･T700：碳纖維(「TORAYCA(註冊商標)」T700S-24K，TORAY INDUSTRIES, INC.製，股束拉伸強度：4.9GPa)。
構成要素[C]：熱塑性樹脂 ･PA6：由聚醯胺6(「AMILAN」(註冊商標)CM1007 (TORAY INDUSTRIES, INC.製，熔點225℃，玻璃轉移溫度48℃))而成之基重120g/m2 的薄膜 ･PPS：由聚苯硫(「TORELINA」(註冊商標)A670T05 (TORAY INDUSTRIES, INC.製，熔點278℃，玻璃轉移溫度90℃))而成之基重120g/m2 的薄膜 ･PEKK1：由聚醚酮酮(「KEPSTAN」(註冊商標)6002 (ARKEMA公司製，熔點300℃，玻璃轉移溫度160℃))而成之基重120g/m2 的薄膜 ･PEKK2：由聚醚酮酮(「KEPSTAN」(註冊商標)7002 (ARKEMA公司製，熔點331℃，玻璃轉移溫度162℃))而成之基重120g/m2 的薄膜 ･PEEK：由聚醚醚酮(PEEK 450G(Victrex公司製，熔點343℃，玻璃轉移溫度143℃))而成之基重120g/m2 的薄膜 ･PEI：由聚醚醯亞胺(「ULTEM」(註冊商標)1010 SABIC社製、玻璃轉移溫度217℃)而成之基重120g/m2 的薄膜 ･半芳香族PA：由聚醯胺6T(熔點320℃，玻璃轉移溫度125℃)而成之基重120g/m2 的薄膜。
＜熱塑性樹脂之評價方法＞ (1)熱塑性樹脂的熔點及玻璃轉移溫度之測定方法 熱塑性樹脂的熔點及玻璃轉移溫度係根據JIS K7121(2012)，而使用示差掃描熱卡計(DSC)來測定。在混合物等會觀測到複數熔點或玻璃轉移溫度之情形，係採用最高的熔點作為該熱塑性樹脂的熔點。
＜熱硬化性樹脂組成物的製作方法及評價方法＞ 使用以下之化合物製作表1所記載的各具體例之熱硬化性樹脂組成物。
(1)構成要素[B]：熱硬化性樹脂(環氧樹脂) ･四縮水甘油二胺二苯甲烷(「ARALDITE」(註冊商標)MY721，Huntsman Advanced Materials公司製，環氧當量：113(g/eq.)，4官能之縮水甘油胺型環氧樹脂) ･雙酚A型環氧樹脂(「jER」(註冊商標)825，Mitsubishi Chemical Corporation製，環氧當量：175(g/eq.)) ･苯酚酚醛清漆型環氧樹脂(「jER」(註冊商標)154，Mitsubishi Chemical Corporation製，環氧當量：178(g/eq.)) ･雙酚A型環氧樹脂(「jER」(註冊商標)1001，Mitsubishi Chemical Corporation製，環氧當量：475(g/eq.))。
(2)胺化合物 ･4,4’-二胺二苯碸(SEIKACURE-S，Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.製) ･雙氰胺(DICY7，Mitsubishi Chemical Corporation製)。
(3)硬化觸媒 3-(3,4-二氯苯基)1,1-二甲基脲(DCMU99，Hodogaya Chemical Co.,Ltd.製)。
(4)黏度調節劑 ･聚醚碸(「SUMIKAEXCEL」(註冊商標)PES5003P SUMITOMO CHEMICAL COMPANY, LIMITED製)。
(5)磷化合物 ･赤磷系阻燃劑(「RINKA」(註冊商標)FR 120，RIN KAGAKU KOGYO Co.,Ltd.製，磷原子含量85質量%)。
(6)熱硬化性樹脂組成物之調製方法 於捏合裝置中投入表1所記載的環氧樹脂及黏度調節劑，進行加熱捏合，使黏度調節劑溶解(但是，亦有不添加黏度調節劑之情形)。接著，以持續進行捏合之狀態使降溫至100℃以下的溫度，加入由表1所記載的胺化合物、硬化觸媒及磷化合物所適當選擇者(硬化觸媒及磷化合物亦有不添加之情形)而進行攪拌，得到B-1～B-10的熱硬化性樹脂組成物。
＜熱硬化性樹脂硬化物的製作方法及評價方法＞ 將以上述方法所調製的熱硬化性樹脂組成物注入模具，在熱風乾燥機中由30℃以速度1.5℃/分鐘升溫至表1所記載的硬化溫度為止，表1所記載的硬化時間加熱硬化之後，以速度2.5℃/分鐘降溫至30℃為止，製作厚度2mm之板狀的熱硬化性樹脂硬化物。為構成要素[B]硬化性樹脂之硬化物，為構成要素[D]熱硬化性樹脂硬化物。自所得之熱硬化性樹脂硬化物，以以下之方法，實施表1所記載的各具體例之評價。
＜熱硬化性樹脂硬化物的玻璃轉移溫度及橡膠狀態彈性模數之測定方法＞ 由以上述方法所製作之樹脂硬化物板，切出寬12.7mm、長45mm的試驗片，使試驗片在60℃真空烘箱中乾燥24小時，按照JIS K 7244-7(2007)，藉由動態黏彈性試驗得到儲存模數曲線，以於該儲存模數曲線中在玻璃狀態之切線與在轉移狀態之切線的交點的溫度之值作為玻璃轉移溫度。此處係以升溫速度5℃/分鐘、頻率1Hz進行測定。以在高於所得之玻璃轉移溫度50℃之溫度的儲存模數，作為橡膠狀態彈性模數。
＜熱硬化性樹脂硬化物的彎曲強度之測定方法＞ 由以上述方法所製作之樹脂硬化物板，切出長60mm、寬10mm的試驗片，使試驗片在60℃真空烘箱中乾燥24小時，使用材料萬能測試機(Instron Japan(股)製、「INSTRON」(註冊商標)5565型P8564)，以試驗速度2.5mm/分鐘、支點間距離32mm進行3點彎曲試驗，按照JIS K7171(1994)，求出彎曲強度。
＜預浸漬物的製作方法＞ 預浸漬物係藉由以下之2種的方法製作。各例中所使用的構成要素係如表2、3各自所記載。
預浸漬物[I] 拉出構成要素[A]的強化纖維(基重193g/m2 )經整列成單向的連續之狀態的強化纖維片，使一邊於單向行進，並將由構成要素[C]而成之基重120g/m2 的樹脂片配置於連續強化纖維片上，而以IR加熱器加熱來熔融構成要素[C]，使附著於連續強化纖維片單面全面，以表面溫度被保持於構成要素[C]的熔點以下之軋輥來加壓，使含浸於強化纖維片中者冷卻，而得到纖維強化樹脂中間體。將有關如表2、3記載而選定之構成要素[B]的熱硬化性樹脂組成物，使用刀式塗布機以樹脂基重100g/m2 塗布於離型紙上，製作熱硬化性樹脂薄膜之後，於上述中間體之含浸有構成要素[C]之相反的表面重疊上述熱硬化性樹脂薄膜，一面藉由熱輥進行加熱加壓，一面使中間體含浸熱硬化性樹脂組成物，得到預浸漬物[I]。
預浸漬物[II] 將有關如表2、3記載而選定之構成要素[B]的熱硬化性樹脂組成物，使用刀式塗布機以樹脂基重50g/m2 塗布於離型紙上，製作樹脂薄膜。將此樹脂薄膜，重疊在經拉齊成單向的構成要素[A]的強化纖維(基重193g/m2 )之兩側而使用熱輥，一面進行加熱加壓，一面使碳纖維含浸熱硬化性樹脂組成物，得到預浸漬物[II]。
＜積層體的製作方法及力學特性評價＞ (1)拉伸剪切接合強度之測定方法 將上述所製作之預浸漬物[I]及[II]切斷成指定的大小，得到預浸漬物[I]2片與預浸漬物[II]6片。將強化纖維的軸方向定義為0°，軸正交方向定義為90°，而以[0°/90°]2s (記號s表示鏡像對稱)進行積層，製作預形體。此時預形體的兩面各自之最外層的2片係以成為預浸漬物[I]的方式進行積層。亦即，以預浸漬物[I]2片夾持預浸漬物[II]6片的方式進行積層。以預形體的兩個表層成為包含構成要素[C]之熱塑性樹脂層的方式進行配置。亦即，以預浸漬物[I]之含浸有構成要素[C]之面成為外側的方式進行配置。將此預形體裝設在壓機成形模具，因應需要，使用夾具或間隔物，而以維持此形狀之狀態，以壓機施加0.6MPa的壓力，以表2、3所記載的條件加溫，藉以得到積層體。構成要素[C]的存在位置為積層體的表面。
將所得之積層體，以0°方向為試驗片的長度方向，而切斷成寬250mm、長92.5mm之形狀的2片，使在真空烘箱中乾燥24小時。然後，將切斷成寬250mm、長92.5mm之形狀的2片之平板，以0°方向為長度方向，而層疊為寬25mm×長12.5mm，以比所使用之構成要素[C]的熱塑性樹脂之熔點還高20℃之溫度，施加3MPa的壓力，而維持1分鐘，以熔接經層疊之面，得到一體化成形品。依據ISO4587:1995(JIS K6850(1994))而將標記接著於所得之一體化成形品，以寬25mm切斷，藉此而得到目的之試驗片。
使所得之試驗片在真空烘箱中乾燥24小時，根據ISO4587:1995(JIS K6850(1994))，測定環境溫度23℃及80℃各自中之拉伸剪切接合強度，根據測定結果而如以下地進行評價。將結果呈示於表中。 (a)在23℃之拉伸剪切接合強度 28MPa以上：A 25MPa以上且小於28MPa：B 20MPa以上且小於25MPa：C 小於20MPa：D(不合格) (b)在80℃之拉伸剪切接合強度 16MPa以上：A 13MPa以上且小於16MPa：B 10MPa以上且小於13MPa：C 小於10MPa：D(不合格)。
(2)壓縮強度之測定方法 將上述所製作之預浸漬物[I]及[II]切斷成指定的大小，得到預浸漬物[I]2片與預浸漬物[II]4片。兩面各自之最外層的2片係作為預浸漬物[I]，而於其中夾住4片預浸漬物[II]，以全部成為同一強化纖維方向的方式，合計積層6片，製作預形體。此時，以預形體的兩個表層成為包含構成要素[C]之熱塑性樹脂層的方式進行配置。將此預形體裝設在壓機成形模具，因應需要，使用夾具或間隔物，而以維持此形狀之狀態，以壓機施加0.6MPa的壓力，以表2、3所記載的條件加溫，藉以得到積層體。構成要素[C]的存在位置為積層體的表面。
依據SACMA-SRM 1R-94而於所得之積層體接著標記之後，以強化纖維軸方向為試驗片的長度方向，而切出長80mm、寬15mm之矩形試驗片。使所得之試驗片在60℃的真空烘箱中乾燥24小時，依據SACMA-SRM 1R-94，使用材料萬能測試機(Instron Japan(股)製，「INSTRON」(註冊商標)5565型P8564)，於23℃環境下測定壓縮強度，根據測定結果而如以下地進行評價。將結果呈示於表中。 1.6GPa以上：A 1.4GPa以上且小於1.6GPa：B 1.2GPa以上且小於1.4GPa：C 小於1.2GPa：D(不合格)。
(3)層間破壞韌性值(GIC 及GIIC )之測定方法 將上述所製作之預浸漬物[I]切斷成指定的大小，以成為同一強化纖維方向的方式，將全部的預浸漬物，使有構成要素[C]存在之面朝上，而合計積層20片。此時，於中央的第10片與第11片之間的位置夾入預備龜裂導入用的離型膜，製作預形體。將此預形體裝設在壓機成形模具，因應需要，使用夾具或間隔物，而以維持此形狀之狀態，以壓機施加0.6MPa的壓力，以180℃加溫120分鐘，藉以得到積層體。構成要素[C]的存在位置為積層體之層間及單側之表面。
由所得之積層體，以強化纖維軸為試驗片的長度方向，而切出長150mm、寬20mm之矩形試驗片，使在60℃的真空烘箱中乾燥24小時。將所得之試驗片，按照JIS K7086(1993)，於23℃環境下，評價層間破壞韌性值(GIC 及GIIC )。
＜預浸漬物或積層體中之粗糙度平均長度RSm及粗糙度平均高度Rc的測定＞ 使用上述所製作之預浸漬物[I]或積層體。如圖1所示，於預浸漬物之情形，係相對於前述包含在兩樹脂領域中之任意之[A]的纖維方向4，於預浸漬物之俯視中，即對預浸漬物平面方向垂直之視點下以45度之角度，於對預浸漬物平面方向垂直地進行切斷而成之觀察截面5中，使用光學顯微鏡，而拍攝1000倍的影像。在所得之影像中的任意之500μm見方的觀察範圍中，測定藉由前述截面曲線要素之測定方法1所得之截面曲線要素之以JIS B0601(2001)定義的粗糙度平均長度RSm及粗糙度平均高度Rc。積層體之情形亦相同。
＜實施例1～16＞ 在實施例1～16，係以(1)拉伸剪切接合強度之測定方法所記載的方法、及(2)壓縮強度之測定方法所記載的方法製作積層體。
＜實施例1～3＞ 如表1所記載，在實施例1～3，係顯示了隨著3官能以上之縮水甘油胺型環氧樹脂(四縮水甘油二胺二苯甲烷)的摻合量增加，熱硬化性樹脂硬化物的橡膠狀態彈性模數提升之傾向。如表2所記載，隨著四縮水甘油二胺二苯甲烷的摻合量增加，拉伸剪切接合強度及壓縮強度提升，顯示了較佳的傾向。
＜實施例1及比較例1、2＞ 實施例1中，係如表2所記載，使用橡膠狀態彈性模數高的熱硬化性樹脂作為構成要素[B]，因此與表3所記載的比較例1及2(熱硬化性樹脂的橡膠狀態彈性模數小於10MPa)相比，作為積層體，顯示了拉伸剪切接合強度及壓縮強度優良。
＜實施例1及實施例4、5＞ 如表1所記載，在實施例4及實施例5，係使用與實施例1不同的熱硬化性樹脂組成物，結果如表2所記載，若與實施例1比較，則顯示了在80℃之拉伸剪切接合強度及壓縮強度些許降低之傾向，但任一者皆顯示了優異的特性。
＜實施例1及實施例6、7＞ 如表1所記載，在實施例6及實施例7，若與實施例1比較，則可見到伴隨著磷化合物摻合量的增加，熱硬化性樹脂硬化物的彎曲強度降低之傾向，如表2所記載，可見到在23℃之拉伸剪切接合強度及在80℃之拉伸剪切接合強度些許降低之傾向，但任一者皆顯示了優異的特性。
＜實施例1及實施例8＞ 如表2所記載，實施例8除了不使用黏度調節劑以外，係與實施例1同樣地進行製作。如表2所記載，實施例8係與實施例1同樣地顯示了優異的特性。
＜實施例1及實施例9、10＞ 如表2所記載，在實施例9及10，係使用股束拉伸強度不同的強化纖維，結果若與實施例1比較，則股束拉伸強度越高，在23℃之拉伸剪切接合強度及在80℃之拉伸剪切接合強度就越提升，顯示了較佳的特性。
＜實施例1及實施例11～16＞ 如表2所記載，相較於實施例1，在實施例11～16，係使用玻璃轉移溫度高的構成要素[C]，結果相較於實施例1，在80℃之拉伸剪切接合強度提升，顯示了較佳的特性。
＜實施例1及比較例3＞ 將薄膜基重50g/m2 之聚醯胺6(「AMILAN」(註冊商標) CM1007(TORAY INDUSTRIES, INC.製))的薄膜貼在已單向平面狀地配列之強化纖維片的兩面，以250℃加熱加壓，得到強化碳纖維基重193g/m2 的預浸漬物。將所得之預浸漬物切斷成指定的尺寸，且各自作為接合強度評價用及壓縮強度評價用，而於[0°/90°]2s 或同一方向積層6片之後，以壓機施加3MPa的壓力，以250℃加溫10分鐘，藉以各自得到積層體。自所得之積層體，以實施例所記載的方法測定接合強度與壓縮強度。如表3所示，由於並不含有熱硬化性樹脂，因此相較於實施例1，在80℃之拉伸剪切接合強度及壓縮強度低，且並未顯示作為結構材料充分之特性。
＜實施例17及比較例4、5＞ 在實施例17，係以(3)層間破壞韌性值(GIC 及GIIC )之測定方法所記載的方法製作積層體。將上述預浸漬物[I]切斷成指定的大小，以成為同一強化纖維方向的方式，將全部的預浸漬物，使有構成要素[C]存在之面朝上，而合計積層20片，於中央的第10片與第11片之間的位置夾入預備龜裂導入用的離型膜，製作預形體。在比較例4，係將預浸漬物[II](不含有構成要素[C])切斷成指定的大小，以與實施例17相同的方法積層，夾入離型膜，得到預形體。在比較例5，係於切斷成指定的大小之預浸漬物[II](不含有構成要素[C])的單側表面，以預浸漬物每單位面積之粒子量成為7g/m2 的方式均勻地散布聚醯胺粒子(SP-500，TORAY INDUSTRIES, INC.製)之後，以與實施例17相同的方法積層，夾入離型膜，得到預形體。實施例17、比較例4、5皆將所得之預形體，以壓機施加0.6MPa的壓力，以180℃加溫120分鐘，藉以得到積層體之後，以上述實施例所記載的方法，評價層間破壞韌性值(GIC 及GIIC )。如表2及3所記載，相較於不含有構成要素[C]的比較例4、及以不同形態包含熱塑性樹脂的比較例5，於積層體之層間包含構成要素[C]的實施例17顯示了優異的層間破壞韌性值。
[表1]
  B-1 B-2 B-3 B-4 B-5 B-6 B-7 B-8 B-9 B-10
熱硬化性 樹脂組成物 構成要素[B] 熱硬化性樹脂 (環氧樹脂) 四縮水甘油二胺二苯甲烷(「ARALDITE®」MY721) 50 70 30     50 50 50    
雙酚A型環氧化物(「jER®」825) 50 30 70 50 50 50 50 50 100 50
苯酚酚醛清漆型環氧化物(「jER®」154)       50 50          
雙酚A型環氧化物(「jER®」1001)                   50
胺化合物 4,4’-二胺二苯碸(SEIKACURE-S) 45.1 49 41.3 35.1   45.1 45.1 45.1 35.4 24.2
雙氰胺(DICY7)         6.8          
硬化觸煤 3-(3,4-二氯苯基)1,1-二甲基脲(DCMU99)         3          
黏度調節劑 聚醚碸 (「SUMIKAEXCEL®」PES5003P) 7 7 7 7 7 7 7   7 7
磷化合物 赤磷系阻燃劑(「RINKA®FR」120)           1.8 2.7      
磷原子濃度(wt%) 0 0 0 0 0 1.0 1.5 0 0 0
硬化條件 硬化溫度(℃) 180 180 180 180 135 180 180 180 180 180
硬化時間(小時) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
熱硬化性樹脂 硬化物特性 橡膠狀彈性模數(MPa) 15.2 19.3 12.4 13.9 12.1 14.8 14.3 15.2 9.1 6.8
玻璃轉移溫度(℃) 195 210 187 178 137 195 195 195 168 157
彎曲強度(MPa) 168 182 163 159 156 156 135 162 130 125
[表2-1]
  實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8
構成要素[A]：強化纖維 T800 T800 T800 T800 T800 T800 T800 T800
熱硬化性樹脂組成物(包含構成要素[B]) B-1 B-2 B-3 B-4 B-5 B-6 B-7 B-8
構成要素[C]：熱塑性樹脂 PA6 PA6 PA6 PA6 PA6 PA6 PA6 PA6
強化纖維特性 拉伸強度(GPa) 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9
熱硬化性樹脂硬化物特性 (構成要素[D]) 橡膠狀態彈性模數(MPa) 15.2 19.3 12.4 13.9 12.1 14.8 14.3 15.2
彎曲強度(MPa) 168 182 163 159 156 156 135 162
跨接分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維 存在 存在 存在 存在 存在 存在 存在 存在
包含[B]或[D]之樹脂領域與包含[C]之 樹脂領域的狀態和配置 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接
預浸漬物及積層體之粗糙度平均長度RSm(μm) 47 43 45 45 46 47 43 45
預浸漬物及積層體之粗糙度平均高度Rc(μm) 23 24 22 21 22 22 21 22
預形體 成形條件 硬化溫度(℃) 180 180 180 180 135 180 180 180
硬化時間(小時) 2 2 2 2 2 2 2 2
積層體特性 在23℃的拉伸剪切接合 強度(MPa) A A A A A B C A
29.9 30.1 29.0 28.3 28.1 26.5 24.4 29.1
在80℃的拉伸剪切接合 強度(MPa) A A B B B B B A
16.4 18.6 15.8 15.7 14.5 13.8 13.1 16.1
壓縮強度(GPa) B A B B C B B B
1.54 1.66 1.45 1.41 1.34 1.52 1.50 1.52
構成要素[C]的存在位置 表面 表面 表面 表面 表面 表面 表面 表面
層間破壞韌性 GIC (KJ/m2 ) - - - - - - - -
層間破壞韌性 GIIC (KJ/m2 ) - - - - - - - -
[表2-2]
  實施例9 實施例10 實施例11 實施例12 實施例13 實施例14 實施例15 實施例16 實施例17
構成要素[A]：強化纖維 T1100G T700 T800 T800 T800 T800 T800 T800 T800
熱硬化性樹脂組成物(包含構成要素[B]) B-1 B-1 B-1 B-1 B-1 B-1 B-1 B-1 B-1
構成要素[C]：熱塑性樹脂 PA6 PA6 PPS PEKK1 PEKK2 PEEK PEI 半芳香族P PA6
強化纖維特性 拉伸強度(GPa) 7.0 4.9 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9
熱硬化性樹脂硬化物特性 (構成要素[D]) 橡膠狀態彈性模數(MPa) 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2 15.2
彎曲強度(MPa) 168 168 168 168 168 168 168 168 168
跨接分界面而包含在兩樹脂領域中之 [A]的強化纖維 存在 存在 存在 存在 存在 存在 存在 存在 存在
包含[B]或[D]之樹脂領域與包含[C]之 樹脂領域的狀態和配置 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接 層狀/鄰接
預浸漬物及積層體之粗糙度平均長度RSm(μm) 56 41 57 48 53 49 55 51 45
預浸漬物及積層體之粗糙度平均高度Rc(μm) 20 26 19 22 20 21 19 22 22
預形體 成形條件 硬化溫度(℃) 180 180 180 180 180 180 180 180 180
硬化時間(小時) 2 2 2 2 2 2 2 2 2
積層體特性 在23℃的拉伸剪切 接合強度(MPa) A C B A A A A A  
32.8 24.8 26.4 29.9 30.6 30.3 29.3 30.2  
在80℃的拉伸剪切 接合強度(MPa) A B A A A A A A  
18.0 13.8 19.8 23.0 23.5 22.9 20.5 18.8  
壓縮強度(GPa) B B B B B B B B  
1.54 1.53 1.57 1.56 1.58 1.58 1.57 1.56  
構成要素[C]的 存在位置 表面 表面 表面 表面 表面 表面 表面 表面 表面+層間
層間破壞韌性 GIC (KJ/m2 ) - - - - - - - - 2.0
層間破壞韌性 GIIC (KJ/m2 ) - - - - - - - - 3.8
[表3]
  比較例1 比較例2 比較例3 比較例4 比較例5
構成要素[A]：強化纖維 T800 T800 T800 T800 T800
熱硬化性樹脂組成物(包含構成要素[B]) B-9 B-10 - B-1 B-1
構成要素[C]：熱塑性樹脂 PA6 PA6 PA6 - PA6粒子
強化纖維特性 拉伸強度(GPa) 5.9 5.9 5.9 5.9 5.9
熱硬化性樹脂硬化物特性(構成要素[D]) 橡膠狀態彈性模數(MPa) 9.1 6.8 - 15.2 15.2
彎曲強度(MPa) 130 125 - 168 168
跨接分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維 存在 存在 無 無 無
包含[B]或[D]之樹脂領域與包含[C]之樹脂領域的狀態和配置 層狀/鄰接 層狀/鄰接 [B]無 [C]無 非層狀
預浸漬物及積層體之粗糙度平均長度RSm(μm) 44 46 - - -
預浸漬物及積層體之粗糙度平均高度Rc(μm) 22 21 - - -
預形體 成形條件 硬化溫度(℃) 180 180 - 180 180
硬化時間(小時) 2 2   2 2
積層體特性 在23℃的拉伸剪切接合強度 (MPa) A A A    
28.2 28.1 28.7    
在80℃的拉伸剪切接合強度 (MPa) D D D    
9.7 9.1 9.5    
壓縮強度(GPa) C D D    
1.22 1.09 0.98    
構成要素[C]的存在位置 表面 表面 表面 - 表面+層間
層間破壞韌性 GIC (KJ/m2 ) - - - 0.4 0.5
層間破壞韌性 GIIC (KJ/m2 ) - - - 0.8 2.4
1:構成預浸漬物或積層體之一層 2:構成要素[A] 3:構成要素[C]及構成要素[B]或構成要素[C]及構成要素[D] 4:纖維方向 5:觀察截面 6:構成要素[A] 7:包含構成要素[C]之樹脂領域 8:包含構成要素[B]之樹脂領域或包含構成要素[D]之樹脂領域 9:觀察影像 10:分界面 11:基準線 12:垂直基線 13:截面曲線
[圖1]為本發明之預浸漬物或積層體之示意圖，係呈示與圖2之預浸漬物平面或積層體平面垂直的截面。 [圖2]為本發明中之與預浸漬物平面或積層體平面垂直的截面之示意圖，係有助於粗糙度平均長度RSm及粗糙度平均高度Rc之測定方法的說明。
6:構成要素[A]
7:包含構成要素[C]之樹脂領域
8:包含構成要素[B]之樹脂領域或包含構成要素[D]之樹脂領域
9:觀察影像
10:分界面
11:基準線
12:垂直基線
13:截面曲線

Claims (26)

  1. 一種預浸漬物，其係包含以下的構成要素[A]、[B]及[C]之預浸漬物：[A]強化纖維、[B]熱硬化性樹脂、[C]熱塑性樹脂， [B]係對在硬化度為90%以上之狀態的玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為10MPa以上， [C]存在於預浸漬物的表面， 且有跨接包含[B]之樹脂領域與包含[C]之樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維存在。
  2. 如請求項1之預浸漬物，其係於該預浸漬物之俯視中，從對該包含在兩樹脂領域中之任意之[A]的纖維方向相差45度之角度的方向，得到與包含該[A]之預浸漬物平面垂直的截面之情形時，於該截面中，兩樹脂領域密接的分界面所形成之截面曲線之以JIS B0601(2001)定義的粗糙度平均長度RSm為100μm以下，粗糙度平均高度Rc為3.5μm以上。
  3. 如請求項1或2之預浸漬物，其中該包含[B]之樹脂領域與包含[C]之樹脂領域係各自形成層狀而鄰接，藉此而形成該分界面。
  4. 如請求項1至3中任一項之預浸漬物，其中構成要素[B]係對在硬化度為90%以上之狀態的玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為12MPa以上。
  5. 如請求項1至3中任一項之預浸漬物，其中構成要素[B]係對在硬化度為90%以上之狀態的玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為15MPa以上。
  6. 如請求項1至5中任一項之預浸漬物，其中構成要素[B]包含環氧樹脂，且 相對於構成要素[B]中所包含的總環氧樹脂100質量份而包含40～100質量份3官能以上之縮水甘油胺型環氧化物(epoxy)。
  7. 如請求項1至6中任一項之預浸漬物，其中含構成要素[B]之組成物包含芳香族胺。
  8. 如請求項1至7中任一項之預浸漬物，其中含構成要素[B]之組成物以1.0質量%以下的原子濃度包含磷。
  9. 如請求項1至8中任一項之預浸漬物，其中構成要素[B]係在硬化度為90%以上之狀態的彎曲強度為150MPa以上。
  10. 如請求項1至9中任一項之預浸漬物，其中該粗糙度平均高度Rc為10μm以上。
  11. 如請求項1至10中任一項之預浸漬物，其中構成要素[C]係選自玻璃轉移溫度為80℃以上之結晶性的熱塑性樹脂或玻璃轉移溫度為160℃以上之非晶性的熱塑性樹脂之1種或2種以上。
  12. 如請求項1至11中任一項之預浸漬物，其中構成要素[C]係選自聚芳醚酮、聚苯硫或聚醚醯亞胺之1種或2種以上。
  13. 如請求項1至12中任一項之預浸漬物，其中構成要素[A]中包含股束(strand)拉伸強度為5.5GPa以上之碳纖維。
  14. 一種積層體，其係包含含以下的構成要素[A]、[C]及[D]之層的積層體：[A]強化纖維、[C]熱塑性樹脂、[D]熱硬化性樹脂硬化物， [D]係對玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為10MPa以上， 且有跨接包含[C]之樹脂領域與包含[D]之樹脂領域的分界面而包含在兩樹脂領域中之[A]的強化纖維存在。
  15. 如請求項14之積層體，其係於該積層體之俯視中，從對該包含在兩樹脂領域中之任意之[A]的纖維方向相差45度之角度的方向，得到與包含該[A]之積層體的平面垂直的截面之情形時，於該截面中，兩樹脂領域密接的分界面所形成之截面曲線之以JIS B0601(2001)定義的粗糙度平均長度RSm為100μm以下，粗糙度平均高度Rc為3.5μm以上。
  16. 如請求項14或15之積層體，其中該包含[C]之樹脂領域與包含[D]之樹脂領域係各自形成層狀而鄰接，藉此而形成該分界面。
  17. 如請求項14至16中任一項之積層體，其係於表面有構成要素[C]存在。
  18. 如請求項14至17中任一項之積層體，其係於層間有構成要素[C]存在。
  19. 如請求項14至18中任一項之積層體，其中構成要素[D]係對玻璃轉移溫度加上50℃之溫度下的橡膠狀態彈性模數為12MPa以上。
  20. 如請求項14至19中任一項之積層體，其中構成要素[D]係彎曲強度為150MPa以上。
  21. 如請求項14至20中任一項之積層體，其中該粗糙度平均高度Rc為10μm以上。
  22. 如請求項14至21中任一項之積層體，其中構成要素[C]係選自玻璃轉移溫度為80℃以上之結晶性的熱塑性樹脂或玻璃轉移溫度為160℃以上之非晶性的熱塑性樹脂之1種或2種以上。
  23. 如請求項14至22中任一項之積層體，其中構成要素[C]係選自聚芳醚酮、聚苯硫或聚醚醯亞胺之1種或2種以上。
  24. 如請求項14至23中任一項之積層體，其中構成要素[A]中包含股束拉伸強度為5.5GPa以上之碳纖維。
  25. 如請求項17或18之積層體，其係如請求項1至13中任一項之預浸漬物的硬化物構成至少一部分之層的積層體。
  26. 一種成形品，其係藉由別的構件接合於構成要素[C]之面，而與如請求項17至25中任一項之積層體被一體化而成。
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