CN116981721A - 树脂组合物、预浸料和纤维强化塑料 - Google Patents
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Abstract
一种预浸料,是包含碳纤维和基体树脂的预浸料,上述基体树脂含有环氧树脂、固化剂、分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体和多官能(甲基)丙烯酸酯单体。
Description
技术领域
本发明涉及固化性树脂组合物、以及使用该固化性树脂组合物的膜、成型品、预浸料和纤维强化塑料,可适用于运动·休闲用途、一般产业用途、飞机用材料用途等。
本申请基于2021年3月15日在日本提出申请的日本特愿2021-041609号主张优先权,并在此援用其内容。
背景技术
作为纤维强化复合材料之一的纤维强化塑料由于轻型且高强度、高刚性,因此从运动·休闲用途到汽车、飞机等产业用途被广泛使用。作为纤维强化塑料的制造方法,有使用使由强化纤维等长纤维(连续纤维)构成的增强材料含浸基体树脂而得的中间材料、即预浸料的方法。根据该方法,具有容易管理纤维强化塑料的强化纤维的含量、并且能够将其含量设计得高这样的优点,通过层叠多片预浸料并进行加热固化,能够得到成型物。
从轻型化的需求出发,作为强化纤维,使用比强度、比弹性模量优异的碳纤维,作为基体树脂,多使用与该碳纤维的粘接性优异的环氧树脂。然而,环氧树脂一般有其固化物脆、韧性低的趋势。因此,为了改善纤维强化塑料的断裂韧性、刚性,技术课题在于提高环氧树脂的韧性。以往,通过利用聚醚砜等工程塑料的改性方法进行了环氧树脂的强韧性化。另外,近年来,正在研究添加嵌段共聚物等改性剂,使用在树脂的固化过程中产生的相分离结构来实现韧性提高。但是,在任一方法中均存在固化物的玻璃化转变温度(Tg)、弹性模量降低的趋势,而且无法避免添加聚合物所致的大幅的粘度上升。
为了解决这些课题,尝试了使作为改性剂的基础的单体通过“原位聚合法”在体系内聚合,同时进行改性剂的生成和环氧树脂的固化反应(非专利文献1)。该尝试中使用通过自由基聚合而生成的乙烯基聚合物作为改性剂,在纤维强化塑料的领域中,也正推进并用环氧树脂和自由基聚合性单体来制造中间材料的技术开发(专利文献1~3)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:大山俊幸著网状聚合物36 211(2015)
专利文献
专利文献1:日本专利第3669090号公报
专利文献2:日本特开平11-43547号公报
专利文献3:日本特许第5424021号公报
发明内容
本发明的目的之一在于提供进行固化而制成固化物时的韧性和弹性模量优异的预浸料。另外,本发明的另一目的在于提供能够形成可提高进行固化而制成固化物时的韧性的基体树脂的相分离结构的预浸料。
本发明具有以下[1]~[52]的方式。
[1]一种预浸料,包含碳纤维和基体树脂,上述基体树脂含有环氧树脂、固化剂、分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体和多官能(甲基)丙烯酸酯单体。
[2]根据[1]所述的预浸料,其中,上述固化剂包含选自双氰胺、脲类、咪唑类、芳香族胺类中的至少1种、即成分(b1)。
[3]根据[2]所述的预浸料,其中,上述固化剂包含双氰胺。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的预浸料,其中,上述固化剂包含至少1种自由基聚合引发剂、即成分(b2)。
[5]根据[4]所述的预浸料,其中,上述成分(b2)包含选自二酰基过氧化物、过氧化烷基酯、过氧化二碳酸酯、过氧化缩酮、二烷基过氧化物和过氧化氢中的至少1种过氧化物系化合物类。
[6]根据[1]~[5]中任一项所述的预浸料,其中,上述预浸料中的上述多官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有率大于上述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有率。
[7]根据[1]~[6]中任一项所述的预浸料,其中,上述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体包含选自(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯和(甲基)丙烯酸二环戊酯中的至少1种单体。
[8]根据[1]~[7]中任一项所述的预浸料,其中,上述多官能(甲基)丙烯酸酯单体包含下述结构式(1)的丙烯酸酯单体。
(式(1)中,X各自独立地表示环氧乙烷或环氧丙烷,n、m、l各自独立地表示0~10的整数,Y表示丙烯酰基或氢原子)
[9]根据[1]~[8]中任一项所述的预浸料,其中,相对于全部环氧树脂100质量份,包含5~45质量份的上述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体和多官能(甲基)丙烯酸酯单体。
[10]一种预浸料,包含强化纤维和基体树脂,基体树脂包含环氧树脂,将上述基体树脂在下述固化条件下固化时的固化物具有由结构域X和结构域Y构成的海岛相分离结构,上述结构域X构成由下述测定法测定的尺寸R为400nm以下的岛部分,上述结构域X间距离L与上述尺寸R之比L/R为1.1以上。
固化条件:
将基体树脂注入2片玻璃板之间而成型为厚度2mm的板状,以2℃/分钟升温至烘箱气氛温度130℃,并在130℃保持90分钟。
测定条件:
作为前处理,使用超薄切片机从固化物的截面切出60~90nm厚度的切片,将得到的切片在RuO4蒸汽中暴露7分钟而实施电子染色。或者使用超薄切片机从预先在OsO4蒸汽中暴露16小时后的固化物的截面切出60~90nm厚度的切片。使用透射式电子显微镜(TEM),在将加速电压设定为80kV的状态下观察通过前处理进行了电子染色的切片的相分离结构,获取TEM图像。使用图像解析软件对得到的TEM图像进行平滑和背景减除后,检测经二值化的图像的边界。尺寸R为结构域X的最大费雷特直径的中央值。结构域X间距离L为从结构域X的重心到最邻近的另一个结构域X的重心为止的距离的中央值。
[11]根据[10]所述的预浸料,其中,上述比L/R为100以下。
[12]根据[10]或[11]所述的预浸料,其中,上述尺寸R为1nm以上。
[13]根据[10]~[12]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂包含下述成分(A)和(B)。
成分(A):(甲基)丙烯酸酯单体
成分(B):固化剂。
[14]根据[13]所述的预浸料,其中,上述成分(A)包含单官能的(甲基)丙烯酸酯单体。
[15]根据[13]或[14]所述的预浸料,其中,上述成分(A)包含多官能的(甲基)丙烯酸酯单体。
[16]根据[10]~[15]中任一项所述的预浸料,其中,上述结构域X包含(甲基)丙烯酸酯单体的聚合物。
[17]根据[10]~[16]中任一项所述的预浸料,其中,上述结构域Y包含环氧树脂的固化物。
[18]根据[13]~[17]中任一项所述的预浸料,其中,上述成分(B)包含选自双氰胺、脲类、咪唑类、芳香族胺类中的至少1种、即成分(b1)。
[19]根据[18]所述的预浸料,其中,相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,包含1~15质量份的上述成分(b1)。
[20]根据[13]~[19]中任一项所述的预浸料,其中,上述成分(B)包含至少1种自由基聚合引发剂、即成分(b2)。
[21]根据[20]所述的预浸料,其中,相对于基体树脂整体100质量份,包含0.1~5质量份的上述成分(b2)。
[22]根据[20]或[21]所述的预浸料,其中,上述成分(b2)包含10小时半衰期温度为70℃以上的化合物。
[23]根据[20]~[22]中任一项所述的预浸料,其中,上述成分(b2)包含选自二酰基过氧化物、过氧化烷基酯、过氧化二碳酸酯、过氧化缩酮、二烷基过氧化物和过氧化氢中的至少1种过氧化物系化合物类。
[24]根据[10]~[23]中任一项所述的预浸料,其中,相对于全部环氧树脂100质量份,包含5~45质量份的上述成分(A)。
[25]根据[10]~[24]中任一项所述的预浸料,其中,上述强化纤维包含碳纤维。
[26]一种纤维强化塑料,是[10]~[25]中任一项所述的预浸料固化而成的。
[27]一种纤维强化塑料,由强化纤维和基体树脂构成,上述基体树脂具有由结构域X和结构域Y构成的海岛相分离结构,结构域X构成由下述测定法测定的尺寸R为400nm以下的岛部分,结构域X间距离L与上述尺寸R之比L/R为1.1以上。
测定条件:
作为前处理,对纤维强化塑料的截面进行机械研磨而得到镜面。将得到的平滑截面在RuO4蒸汽或OsO4蒸汽中暴露而实施电子染色。在实施导电处理后,使用将加速电压设定为5kV的扫描式电子显微镜(SEM)获取实施了电子染色的截面的反射电子图像,观察相分离结构。使用图像解析软件对得到的反射电子图像进行平滑和背景减除后,检测经二值化的图像的边界。尺寸R为结构域X的最大费雷特直径的中央值。结构域X间距离L为从结构域X的重心到最邻近的另一个结构域X的重心为止的距离的中央值。
[28]根据[27]所述的纤维强化塑料,其中,上述比L/R为100以下。
[29]根据[27]或[28]所述的纤维强化塑料,其中,上述尺寸R为1nm以上。
[30]根据[27]~[29]中任一项所述的纤维强化塑料,其中,上述结构域X包含(甲基)丙烯酸酯单体的聚合物。
[31]根据[27]~[30]中任一项所述的纤维强化塑料,其中,上述结构域Y包含环氧树脂的固化物。
[32]根据[27]~[31]中任一项所述的纤维强化塑料,其中,上述强化纤维包含碳纤维。
[34]根据[1]~[25]中任一项所述的预浸料,其中,将上述基体树脂在下述固化条件下固化时的固化物具有由结构域X和结构域Y构成的海岛相分离结构,上述结构域X构成由下述测定法测定的尺寸R为400nm以下的岛部分,上述结构域X间距离L与上述尺寸R之比L/R优选为1.1~100,更优选为1.1~50,进一步优选为1.25~10,特别优选为1.5~5.0。
[35]根据[1]~[25]和[34]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有环氧树脂和(甲基)丙烯酸酯单体,相对于预浸料中的全部环氧树脂100质量份,上述(甲基)丙烯酸酯单体的含量优选为5质量份~45质量份,更优选为10质量份~40质量份。
[36]根据[1]~[25]和[34]~[35]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有环氧树脂和使环氧树脂固化的成分(b1),相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,上述成分(b1)的含量优选为1质量份~15质量份,更优选为2质量份~12质量份。
[37]根据[1]~[25]和[34]~[36]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有环氧树脂和双氰胺,相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,双氰胺的含量优选为1~15质量份,更优选为2~10质量份。
[38]根据[1]~[25]和[34]~[37]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有(甲基)丙烯酸酯单体和使上述(甲基)丙烯酸酯单体固化的成分(b2),相对于基体树脂整体100质量份,成分(b2)的含量优选含有0.1质量份以上,更优选含有0.2质量份以上。
[39]根据[1]~[25]和[34]~[38]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有液态的环氧树脂,上述环氧树脂液态的环氧树脂的粘度在25℃下优选为0.1Pa·s~500Pa·s,更优选为0.1Pa·s~300Pa·s。
[40]根据[1]~[25]和[34]~[39]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有环氧树脂,相对于基体树脂100质量份,上述环氧树脂的含量优选为70质量份以上且小于100质量份,更优选为80质量份~95质量份。
[41]根据[1]~[25]和[34]~[40]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有液态的环氧树脂,相对于环氧树脂组合物中所含的全部环氧树脂100质量份,上述液态的环氧树脂的含量优选为20质量份~80质量份,更优选为20质量份~75质量份,进一步优选为25质量份~70质量份,特别优选为28质量份~50质量份。
[43]根据[1]~[25]和[34]~[42]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有固体的环氧树脂,相对于环氧树脂组合物中所含的全部环氧树脂100质量份,上述固体的环氧树脂的含量优选为10质量份~80质量份,更优选为13质量份~70质量份,进一步优选为15质量份~60质量份。
[44]根据[1]~[25]和[34]~[43]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有环氧树脂和热塑性树脂,相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,上述热塑性树脂的含量优选包含1质量份~30质量份,更优选包含2质量份~10质量份,进一步优选包含3质量份~6质量份。
[45]根据[1]~[25]和[34]~[44]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有液态的环氧树脂和固体的环氧树脂,由[液态的环氧树脂的含量]/[固体的环氧树脂的含量]表示的质量比优选为10/90~50/90,更优选为20/80~40/60,进一步优选为25/75~35/65。
[46]根据[1]~[25]和[34]~[45]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有环氧树脂和(甲基)丙烯酸酯单体,由[环氧树脂的含量]/[(甲基)丙烯酸酯单体的含量]表示的质量比优选为100/75~100/5,更优选为100/50~100/10,进一步优选为100/30~100/20。
[47]根据[1]~[25]和[34]~[46]中任一项所述的预浸料,其中,由上述基体树脂形成厚度2mm的树脂板时的上述树脂板的弯曲强度优选为170MPa~200MPa,更优选为175MPa~190MPa。
[48]根据[1]~[25]和[34]~[47]中任一项所述的预浸料,其中,由上述基体树脂形成厚度2mm的树脂板时的上述树脂板的弯曲弹性模量优选为3.60GPa~10.0GPa,更优选为3.65GPa~5.0GPa。
[49]根据[1]~[25]和[34]~[48]中任一项所述的预浸料,其中,由上述基体树脂形成厚度2mm的树脂板时的上述树脂板的最大应力应变优选大于0%且为7.0%以下,更优选大于0%且为6.5%以下。
[50]根据[1]~[25]和[34]~[49]中任一项所述的预浸料,其中,由上述基体树脂形成厚度2mm的树脂板时的上述树脂板的断裂应变优选为8.0%~20.0%,更优选为8.5%~15%。
[51]根据[1]~[25]和[34]~[50]中任一项所述的预浸料,其中,上述基体树脂含有(甲基)丙烯酸酯单体,上述(甲基)丙烯酸酯单体优选为三官能(甲基)丙烯酸酯单体,更优选为通过使三(2-羟乙基)异氰脲酸酯与(甲基)丙烯酸反应进行酯化而得到的三官能(甲基)丙烯酸酯单体,进一步优选为下述式(2)表示的三官能(甲基)丙烯酸酯单体。
[52]一种预浸料的制造方法,是[1]~[25]和[34]~[51]中任一项所述的预浸料的制造方法,包括含浸工序,其通过将由上述基体树脂构成的膜重叠并进行加热加压,从而使包含上述碳纤维或强化纤维的强化纤维基材含浸在上述基体树脂中。
另外,本发明也具有以下[1a]~[22a]的方式。
[1a]一种树脂组合物,含有环氧树脂、固化剂、分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体和多官能(甲基)丙烯酸酯单体。
[2a]根据[1a]所述的树脂组合物,其中,上述固化剂包含选自双氰胺、脲类、咪唑类、芳香族胺类中的至少1种、即成分(b1)。
[3a]根据[2a]所述的树脂组合物,其中,上述固化剂包含双氰胺。
[4a]根据[1a]~[3a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述固化剂包含过氧化物系化合物类。
[5a]根据[1a]~[4a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述树脂组合物中的上述多官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有率大于上述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有率。
[6a]根据[1a]~[5a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体包含选自(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯和(甲基)丙烯酸二环戊酯中的至少1种单体。
[7a]根据[1a]~[6a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述多官能(甲基)丙烯酸酯单体包含下述结构式(1)的丙烯酸酯单体。
(式(1)中,X各自独立地表示环氧乙烷或环氧丙烷,n、m、l各自独立地表示0~10的整数,Y表示丙烯酰基或氢原子)
[8a]根据[1a]~[7a]中任一项所述的树脂组合物,其中,相对于全部环氧树脂100质量份,包含5~45质量份的上述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体和多官能(甲基)丙烯酸酯单体。
[9a]根据[1a]~[8a]中任一项所述树脂组合物,其中,将上述树脂组合物在下述固化条件下固化时的固化物具有由结构域X和结构域Y构成的海岛相分离结构,上述结构域X构成由下述测定法测定的尺寸R为400nm以下的岛部分,上述结构域X间距离L与上述尺寸R之比L/R为1.1以上。
固化条件:
将基体树脂注入2片玻璃板之间而成型为厚度2mm的板状,以2℃/分钟升温至烘箱气氛温度130℃,并在130℃保持90分钟。
测定条件:
作为前处理,使用超薄切片机从固化物的截面切出60~90nm厚度的切片,将得到的切片在RuO4蒸汽中暴露7分钟而实施电子染色。或者使用超薄切片机从预先在OsO4蒸汽中暴露于16小时后的固化物的截面切出60~90nm厚度的切片。使用透射式电子显微镜(TEM),在将加速电压设定为80kV的状态下观察通过前处理进行了电子染色的切片的相分离结构,获取TEM图像。使用图像解析软件对得到的TEM图像进行平滑和背景减除后,检测经二值化的图像的边界。尺寸R为结构域X的最大费雷特直径的中央值。结构域X间距离L为从结构域X的重心到最邻近的另一个结构域X的重心为止的距离的中央值。
[10a]一种树脂组合物,包含环氧树脂,将上述树脂组合物在[9a]所述的固化条件下固化时的固化物具有由结构域X和结构域Y构成的海岛相分离结构,构成由[9a]所述的测定法测定的尺寸R为400nm以下的岛部分,上述结构域X间距离L与上述尺寸R之比L/R为1.1以上。
[11a]根据[10a]所述的树脂组合物,其中,上述比L/R为100以下。
[12a]根据[10a]或[11a]所述的树脂组合物,其中,上述尺寸R为1nm以上。
[13a]根据[10a]~[12a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述基体树脂包含下述成分(A)和(B)。
成分(A):(甲基)丙烯酸酯单体
成分(B):固化剂。
[14a]根据[13a]所述的树脂组合物,其中,上述成分(A)包含单官能的(甲基)丙烯酸酯单体。
[15a]根据[13a]或[14a]所述的树脂组合物,其中,上述成分(A)包含多官能的(甲基)丙烯酸酯单体。
[16a]根据[10a]~[15a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述结构域X包含(甲基)丙烯酸酯单体的聚合物。
[17a]根据[10a]~[16a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述结构域Y包含环氧树脂的固化物。
[18a]根据[13a]~[17a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述成分(B)包含选自双氰胺、脲类、咪唑类、芳香族胺类中的至少1种、即成分(b1)。
[19a]根据[18a]所述的树脂组合物,其中,相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,包含1~15质量份的上述成分(b1)。
[20a]根据[13a]~[19a]中任一项所述的树脂组合物,其中,上述成分(B)包含过氧化物系化合物类。
[21a]根据[10a]~[20a]中任一项所述的树脂组合物,其中,相对于全部环氧树脂100质量份,包含5~45质量份的上述成分(A)。
[22a]一种膜,由[1a]~[21a]中任一项所述的树脂组合物构成。根据本发明,能够提供韧性和弹性模量优异的固化物和纤维强化塑料。
附图说明
图1是基体树脂固化物的截面图。
具体实施方式
[预浸料]
预浸料的一个方式包含碳纤维和基体树脂。基体树脂包含环氧树脂,将基体树脂在下述固化条件下固化时的固化物具有由结构域X和结构域Y构成的海岛相分离结构,结构域X构成由下述测定法测定的尺寸R为400nm以下的岛部分,结构域X间距离L与上述尺寸R之比L/R为1.1以上。弹性模量与韧性存在权衡的关系,但通过具有上述相分离结构,从而使弹性模量优异的结构域与韧性优异的结构域共存,由此能够兼顾弹性模量和韧性。基体树脂可以包含下述成分(A)和/或(B)。
成分(A):(甲基)丙烯酸酯单体
成分(B):固化剂
固化条件:
将基体树脂注入2片玻璃板之间而成型为厚度2mm的板状,以2℃/分钟升温至烘箱气氛温度130℃,并在130℃保持90分钟。
基体树脂的固化优选使用从预浸料仅取出基体树脂而得的基体树脂、或者含浸前的基体树脂。此外,也可以层叠将一部分切除后的预浸料,在先前的条件下使层叠体整体固化后,以填埋切除的部分的方式流动并由固化的基体树脂得到切片。或者也可以一边对预浸料进行加压一边加热固化时,由从碳纤维基材部分渗出的基体树脂的固化物得到切片。
测定条件:
作为前处理,使用超薄切片机从固化物的截面切出60~90nm厚度的切片,将得到的切片在RuO4蒸汽中暴露7分钟而实施电子染色。或者使用超薄切片机从预先在OsO4蒸汽中暴露16小时后的固化物的截面切出60~90nm厚度的切片而得到完成电子染色的切片。固化物的截面可以为500μm×300μm的大小。使用透射式电子显微镜(TEM),在将加速电压设定为80kV的状态下观察实施了电子染色的切片的相分离结构,获取TEM图像。使用图像解析软件对得到的TEM图像进行平滑和背景减除后,检测经二值化的图像的边界。尺寸R为结构域X的最大费雷特直径的中央值。结构域X间距离L为从结构域X的重心到最邻近的另一个结构域X的重心为止的距离的中央值。
<海岛相分离结构>
构成固化物的成分中,以不同的成分为主成分的相存在两相以上,由此能够形成形成相分离结构。可以从固化前各成分均匀相容的状态在固化过程中相分离成两相以上。在为以不同的成分为主成分的相的最大费雷特直径小于1nm的相分离结构的情况下为相容状态。
相分离结构可以利用扫描式电子显微镜、透射式电子显微镜或原子力显微镜等观察固化物的平滑截面。对于固化物的平滑截面,如果为不含强化纤维的固化物,则可以使用切片机法或冷冻割断法得到,如果为包含强化纤维的固化物,则可以通过机械研磨法、离子铣加工法、聚焦离子束加工法等而得到。所观察的截面优选为光均匀地反射的程度的平滑性(镜面)。在使用电子显微镜的情况下,根据需要可以实施电子染色。染色可以使用RuO4、OsO4等通常的染色剂进行。如果在电子显微镜图像中对比度不同的结构域为2种以上,则可以判断存在两相以上的相分离结构。
固化物通过具有连续相和分散相而形成海岛相分离结构。如图1所示,在使预浸料在特定条件下固化而成的固化物的截面中,将相当于岛的2所表示的相设为结构域X,将相当于海的1所表示的相设为结构域Y。结构域X的尺寸R为400nm以下,从韧性的观点考虑,优选为300nm以下。从兼顾韧性和弹性模量的观点考虑,尺寸R优选为1nm以上,更优选为20nm以上。结构域X间距离L与尺寸R之比L/R为1.1以上,结构域X不凝聚而均匀分散对提高韧性有效,因此优选为1.25以上,更优选为1.5以上。从能够通过适当地保持结构域X间距离而发挥韧性的观点考虑,优选为100以下。
如图1的3所示,结构域X的尺寸R相对于各结构域X为与对置的轮郭线相接的平行的切线间的最大距离(最大费雷特直径)的中央值。另外,结构域X间距离L为从某个结构域X的重心到最邻近的另一个结构域X的重心为止的距离(最邻近距离)的中央值。应予说明,各中央值是对150个以上的结构域X进行解析,并根据其尺寸R和距离L的分布而求出的。在提取出比作为解析对象的结构域小例如1/20的结构域的情况下,可以将它们作为噪声除去。
从提高韧性的观点考虑,结构域X优选包含(甲基)丙烯酸酯单体的聚合物。从与碳纤维的粘接性的观点考虑,成为连续相的结构域Y优选包含与碳纤维的粘接性优异的环氧树脂的固化物。
结构域X的尺寸R可以通过以下的调整方法中的至少一种方法而增大。
(1a)使基体树脂含有(甲基)丙烯酸酯单体并增大其配合比例。
(2a)使基体树脂含有(甲基)丙烯酸酯单体并减少(甲基)丙烯酸酯单体中的多官能体的比例。
(3a)使基体树脂含有2种以上的分子量不同的环氧树脂并增大环氧树脂中低分子量成分的比例。
结构域X的尺寸R可以通过以下的调整方法中的至少一种方法来减小。
(1b)使基体树脂含有(甲基)丙烯酸酯单体并减少其配合比例。
(2b)使基体树脂含有(甲基)丙烯酸酯单体并增大(甲基)丙烯酸酯单体中的多官能体的比例。
(3b)使基体树脂含有2种以上的分子量不同的环氧树脂并减少环氧树脂中低分子量成分的比例。
<成分(A)>
成分(A)为(甲基)丙烯酸酯单体。成分(A)有助于固化物的强度、弹性模量、韧性的提高。作为(甲基)丙烯酸酯单体,可举出单官能(甲基)丙烯酸酯单体、二官能以上的(甲基)丙烯酸酯单体(有时称为多官能(甲基)丙烯酸酯单体)。可以从这些中单独使用1种,也可以并用2种以上。为了取得固化物的强度或弹性模量与韧性的平衡,另外,从成型时的尺寸稳定性的观点考虑,优选并用单官能(甲基)丙烯酸酯单体与二~四官能的(甲基)丙烯酸酯单体。从能够提高用于预浸料时的含浸温度的方面出发,(甲基)丙烯酸酯单体的分子量优选为200以上,分子量更优选为250以上。从均匀地分散于基体树脂的观点考虑,分子量优选为2000以下,分子量更优选为1500以下。作为多官能(甲基)丙烯酸酯单体,从固化物的韧性的观点考虑,优选具有下述式(1)表示的结构式的单体。
(式(1)中,X各自独立地表示环氧乙烷或环氧丙烷,n、m、l各自独立地表示0~10的整数,Y表示丙烯酰基或氢原子)
作为单官能(甲基)丙烯酸酯单体,可举出(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟丁酯、(甲基)丙烯酸4-羟苄酯、(甲基)丙烯酸4-羟苯酯、环己烷二甲醇单(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸降冰片酯、2-(甲基)丙烯酰氧基甲基-2-甲基双环庚烷、(甲基)丙烯酸金刚烷酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、(甲基)丙烯酸四环十二烷酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十一烷酯、(甲基)丙烯酸十二烷酯、(甲基)丙烯酸二十烷酯、(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸3-甲氧基丁酯、甲氧基三乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸丁氧基乙酯、甲氧基二丙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇单甲醚(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸甲酯、4-丙烯酰氧基甲基-2-甲基-2-乙基-1,3-二氧戊环、4-丙烯酰氧基甲基-2-甲基-2-异丁基-1,3-二氧戊环、邻苯基苯酚(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化邻苯基苯酚(甲基)丙烯酸酯、N-(甲基)丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酰亚胺、对枯基苯酚(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化对枯基苯酚(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷缩甲醛(甲基)丙烯酸酯等(甲基)丙烯酸酯类等。从提高固化物的韧性、在制作预浸料时的含浸温度下抑制单体的挥发的观点考虑,优选(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯。
作为二官能(甲基)丙烯酸酯单体,可举出乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、四丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,4-二乙基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,9-壬二醇、2-甲基-1,8-辛二醇、1,10-癸二醇、新戊二醇羟基新戊酸酯、三环癸烷二甲醇、环己烷二甲醇、双酚A、氢化双酚A、二烷甘醇、双苯氧基芴乙醇等二醇,以及通过使环氧乙烷、环氧丙烷或己内酯加成于这些二醇而得到的二醇类与(甲基)丙烯酸反应进行酯化而得的二(甲基)丙烯酸酯类。从与环氧树脂的相容性的观点考虑,优选具有二元醇骨架的二官能(甲基)丙烯酸酯单体,从得到高的机械物性的观点考虑,优选具有双酚A骨架的二官能(甲基)丙烯酸酯单体。
作为三官能(甲基)丙烯酸酯单体,可举出通过使将环氧乙烷、环氧丙烷或己内酯等加成于三羟甲基丙烷、三(2-羟乙基)异氰脲酸酯、甘油、季戊四醇等三醇或四醇而得到的醇类与(甲基)丙烯酸反应进行酯化而得的三(甲基)丙烯酸酯类。优选由三(2-羟乙基)异氰脲酸酯得到的三官能(甲基)丙烯酸酯单体,更优选通过使三(2-羟乙基)异氰脲酸酯与(甲基)丙烯酸反应进行酯化而得的三官能(甲基)丙烯酸酯单体,进一步优选下述式(2)表示的三官能(甲基)丙烯酸酯单体。
作为四官能以上的(甲基)丙烯酸酯化合物,可举出二(三羟甲基)丙烷、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇等多元醇,以及通过使将环氧乙烷、环氧丙烷或己内酯加成于这些多元醇而得到的多元醇类与(甲基)丙烯酸反应进行酯化而得的聚(甲基)丙烯酸酯类。
基体树脂可以含有与成分(A)不同的下述成分(C)。含量相对于全部环氧树脂100质量份可以为0.5质量份~30质量份。
成分(C):(甲基)丙烯酸酯低聚物
作为(甲基)丙烯酸酯低聚物,可举出将(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、季戊四醇三丙烯酸酯等直接加成于1,3-和1,4-二异氰酸基环己烷、3-异氰酸甲酯基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯、4,4’-亚甲基二环己基二异氰酸酯、2,4-亚甲基二环己基二异氰酸酯、2,2’-亚甲基二环己基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等聚异氰酸酯中的至少1种上而得到的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯类等。它们可以单独使用一种或者并用二种以上。此外,也可以使用乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、己二酸二乙烯酯等乙烯基酯单体类;乙基乙烯基醚、苯基乙烯基醚等乙烯基醚类;丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-甲氧基甲基丙烯酰胺、N-丁氧基甲基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-苄基(甲基)丙烯酰胺、N-苯基(甲基)丙烯酰胺、N-(4-羟基苄基)(甲基)丙烯酰胺、N-(4-羟基苯基)(甲基)丙烯酰胺、丙烯酰吗啉、羟乙基丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺等丙烯酰胺类。
相对于预浸料中的全部环氧树脂100质量份,成分(A)优选含有5质量份以上,更优选含有10质量份以上。相对于预浸料中的全部环氧树脂100质量份,优选含有45质量份以下,更优选含有40质量份以下。通过成分(A)的含量在该范围内,相分离结构的尺寸成为适当的范围内,强度、弹性模量、应变的平衡变得良好。从能够得到与环氧成分的界面粘接性优异的固化物、强度优异的方面出发,成分(A)中的多官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有比例优选为5质量%以上,更优选为30质量%以上,进一步优选为70质量%以上。从相分离结构的控制以及伴随其的韧性提高的观点考虑,优选为90质量%以下,更优选为80质量%以下。从相分离结构的控制以及伴随其的韧性提高的观点考虑,成分(A)中的单官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有比例优选为1质量%以上,更优选为10质量%以上,进一步优选为20质量%以上。为了抑制弹性模量降低,优选为70质量%以下,更优选为30质量%以下。对于多官能(甲基)丙烯酸酯单体和单官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有比例,如果为预浸料,则可以通过气相色谱法、液相色谱法等分离分析法来确定,如果为固化物,则可以通过热解气相色谱法来确定。
<成分(B)>
成分(B)为固化剂。优选包含使环氧树脂固化的成分(b1)或使成分(A)固化的(b2),更优选并用。作为成分(b1),可以使用双氰胺、脲类、咪唑类、芳香族胺类、其它胺系固化剂、酸酐、氯化硼胺络合物等,特别优选使用选自双氰胺、脲类、咪唑类、芳香族胺类中的至少1种固化剂。
从进行环氧树脂的固化的观点考虑,相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,成分(b1)的含量优选含有1质量份以上,更优选含有2质量份以上。从抑制固化后的外观不良的观点考虑,优选含有15质量份以下,更优选含有12质量份以下。
双氰胺由于熔点高、在低温区域可抑制与环氧树脂的相容,因此,如果作为固化剂(b1)使用,则树脂组合物或预浸料的适用期优异。作为双氰胺的市售品,例如可举出DICY7、DICY15(以上为三菱化学株式会社制)、DICYANEX1400F(EvonikJapan株式会社制)等。相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,双氰胺的含量优选为1~15质量份,更优选为2~10质量份。相对于基体树脂中所含的环氧树脂所具有的环氧基的全部摩尔数,双氰胺的活性氢的摩尔数优选为0.4~1倍。从固化物的耐热性的观点考虑,双氰胺的活性氢的摩尔数更优选为0.5~0.8倍。
脲类通过加热使环氧基活化。作为脲类,可举出二甲基脲基键合于芳香环而成的芳香族二甲基脲、二甲基脲基键合于脂肪族化合物而成的脂肪族二甲基脲等。这些中,从存在固化速度变快、固化物的耐热性和弯曲强度变高的趋势的方面出发,优选芳香族二甲基脲。
作为芳香族二甲基脲,可举出苯基二甲基脲、亚甲基双(苯基二甲基脲)和甲苯双(二甲基脲)等。作为具体例,可举出4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲)(MBPDMU)、3-苯基-1,1-二甲基脲(PDMU)、3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲(DCMU)、3-(3-氯-4-甲基苯基)-1,1-二甲基脲、2,4-双(3,3-二甲基脲基)甲苯(TBDMU)、由间二甲苯二异氰酸酯与二甲胺得到的二甲基脲等。这些中,从促进固化能力、对固化物赋予耐热性之类的方面出发,更优选DCMU、MBPDMU、TBDMU、PDMU。作为脂肪族二甲基脲,例如可举出由异佛尔酮二异氰酸酯与二甲胺得到的二甲基脲、由六亚甲基二异氰酸酯与二甲胺得到的二甲基脲等。它们可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
作为脲类的市售品,作为DCMU,可举出DCMU-99(以上为保土谷化学工业公司制),作为MBPDMU,可举出Technicure MDU-11(以上为A&C Catalysts公司制);Omicure 52(以上为PTI Japan株式会社制)等,作为PDMU,可举出Omicure 94(以上为PTI Japan株式会社制)等,作为TBDMU,可举出Omicure 24(以上为PTI Japan株式会社制)、U-CAT 3512T(San-Apro株式会社制)等,作为脂肪族二甲基脲,可举出U-CAT 3513N(San-Apro株式会社制)等。
相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,脲类的含量优选为1~15质量份,更优选为2~10质量份。如果脲类的含量为1质量份以上,则存在能够促进环氧树脂的固化、提高固化物的机械物性的趋势。另一方面,如果脲类的含量为15质量份以下,则存在能够将固化物的韧性保持得高的趋势。
咪唑类在其结构中具有具备非共价电子对的氮原子,能够使环氧基活化。作为咪唑类,也可以使用咪唑、咪唑加合物、包合咪唑、微胶囊型咪唑、配位有稳定剂的咪唑化合物等。
作为咪唑的具体例,可举出2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑、1、2-二甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-苯基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰乙基-2-苯基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑偏苯三酸酯、1-氰乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三酸酯、1-氰乙基-2-苯基咪唑偏苯三酸酯、2,4-二氨基-6-(2’-甲基咪唑基-(1’))-乙基均三嗪、2,4-二氨基-6-(2’-十一烷基咪唑基-(1’))-乙基均三嗪、2,4-二氨基-6-(2’-乙基-4-甲基咪唑基-(1’))-乙基均三嗪、2,4-二氨基-6-(2’-甲基咪唑基-(1’))-乙基均三嗪·异氰脲酸加成物、2-苯基咪唑·异氰脲酸加成物、2-甲基咪唑·异氰脲酸加成物、1-氰乙基-2-苯基-4,5-二(2-氰基乙氧基)甲基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑等,但并不限定于这些。加合物处理、利用不同分子的包合处理、微胶囊处理或配位有稳定剂的咪唑是对咪唑进行修饰而得的。通过修饰使活性下降,能够在低温区域表现出优异的适用期,并且也促进固化。
作为咪唑的市售品,可举出2E4MZ、2P4MZ、2PZ-CN、C11Z-CNS、C11Z-A、2MZA-PW、2MA-OK、2P4MHZ-PW、2PHZ-PW(以上为四国化成工业公司制)等。作为咪唑加合物的市售品,可举出具有咪唑化合物在环氧树脂的环氧基上开环加成而得的结构的PN-50、PN-50J、PN-40、PN-40J、PN-31、PN-23、PN-H(以上为味之素精密技术株式会社制)等。作为包合咪唑的市售品,可举出TIC-188、KM-188、HIPA-2P4MHZ、NIPA-2P4MHZ、TEP-2E4MZ、HIPA-2E4MZ、NIPA-2E4MZ(以上为日本曹达株式会社制)等。作为微胶囊型咪唑的市售品,可举出NovacureHX3721、HX3722、HX3742、HX3748(以上为旭化成电子材料株式会社制);LC-80(以上为A&CCatalysts公司制)等。配位有稳定剂的咪唑化合物可以通过将四国化成工业株式会社制的作为咪唑加合物的CUREDUCT P-0505(双酚A二缩水甘油醚/2-乙基-4-甲基咪唑加合物)与四国化成工业株式会社制的作为稳定剂的L-07N(环氧-苯酚-硼酸酯配合物)组合来准备。使用先前举出的各种咪唑、咪唑加合物等咪唑化合物代替CUREDUCT P-0505也可得到同样的效果。
相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,咪唑类的含量优选为1~15质量份,更优选为2~10质量份。如果咪唑类的含量为1质量份以上,则存在能够进一步促进环氧树脂的固化的趋势。另一方面,如果咪唑类的含量为15质量份以下,则存在可得到机械特性更优异的固化物的趋势。
作为芳香族胺类,例如,可举出3,3’-二异丙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二叔丁基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二乙基-5,5’-二甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二异丙基-5,5’-二甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二叔丁基-5,5’-二甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二异丙基-5,5’-二乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二叔丁基-5,5’-二乙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’,5,5’-四异丙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’-二叔丁基-5,5’-二异丙基-4,4’-二氨基二苯甲烷、3,3’,5,5’-四叔丁基-4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯砜、3,3’-二氨基二苯砜、间苯二胺、间二甲苯二胺、二乙基甲苯二胺等。其中,优选可得到耐热性、弹性模量优异、进而线膨胀系数和吸湿所致的耐热性的降低小的固化物的4,4’-二氨基二苯砜和3,3’-二氨基二苯砜。从能够长时间保持预浸料的粘性寿命的方面出发,优选4,4’-二氨基二苯砜。3,3’-二氨基二苯砜能够提高固化物的弹性模量、韧性,因而优选。另外,也可以并用4,4’-二氨基二苯砜、3,3’-二氨基二苯砜。这些芳香族胺类可以单独使用,也可以并用。
相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,芳香族胺类的含量优选为1~15质量份,更优选为2~10质量份。如果芳香族胺类的含量为1质量份以上,则存在固化物的耐热性、弹性模量优异的趋势。另一方面,如果芳香族胺类的含量为15质量份以下,则存在固化物的韧性优异的趋势。氨基的活性氢当量数优选为基体树脂中所含的全部环氧树脂的环氧当量数的0.5~1.5倍,更优选为0.6~1.4倍。通过使这些环氧树脂固化剂的配合量为0.5~1.5倍,存在能够使树脂固化物的弹性模量、韧性和耐热性为良好的范围的趋势。
作为芳香族胺类的市售品,作为4,4’-二氨基二苯砜,可举出SEIKACURE S(活性氢当量62g/eq,和歌山精化工业株式会社制)、SUMICURE S(活性氢当量62g/eq,住友化学株式会社制)等,作为3,3’-二氨基二苯砜的市售品,可举出3,3’-DAS(活性氢当量62g/eq,三井精细化学株式会社制)等。作为其它芳香族胺类,可举出MDA-220(活性氢当量50g/eq,三井化学株式会社制)、“jER CURE(注册商标)”W(活性氢当量45g/eq,三菱化学株式会社制)、Lonzacure(注册商标)M-DEA(活性氢当量78g/eq)、“Lonzacure(注册商标)”M-DIPA(活性氢当量92g/eq)、“Lonzacure(注册商标)”M-MIPA(活性氢当量78g/eq)和“Lonzacure(注册商标)”DETDA80(活性氢当量45g/eq)(以上为Lonza株式会社制)等。
作为能够用作成分(b1)的其它胺系固化剂,可举出间苯二胺、二氨基二苯甲烷、间二甲苯二胺、异佛尔酮二胺、三乙烯四胺等。作为能够用作成分(b1)的酸酐,可举出氢化甲基纳迪克酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐等。
作为成分(b2),可举出自由基聚合引发剂。作为自由基聚合引发剂,可以使用热自由基聚合引发剂或光自由基聚合引发剂。其中,从能够在环氧树脂热固化的同时引发自由基聚合的方面出发,更优选使用热自由基聚合引发剂。作为热自由基聚合引发剂,可举出偶氮系化合物类、过氧化物系化合物类。其中,从在热分解时不产生气体的方面出发,优选过氧化物系化合物类。
作为偶氮系化合物类,例如可举出2,2-偶氮二(异丁腈)、2,2-偶氮二(2,4-二甲基戊腈)、二甲基2,2-偶氮二(2-甲基丙酸酯)、2,2-偶氮二(2-甲基丁腈)、1,1-偶氮二(环己烷-1-甲腈)、2,2-偶氮二(N-丁基-2-甲基丙酰胺)、二甲基1,1-偶氮二(1-环己烷羧酸酯)。
作为过氧化物系化合物类,例如可举出过氧化甲乙酮(110℃)、过氧化乙酰丙酮(130℃)等过氧化酮类,1,1-二(叔丁基过氧化)3,3,5-三甲基环己烷(95℃)、1,1-二(叔己基过氧化)环己烷(87.1℃)、1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷(90.7℃)、2,2-二(叔丁基过氧化)丁烷(103.1℃)、正丁基4,4-二(叔丁基过氧化)戊酸酯(104.5℃)、2,2-二(4,4-二叔丁基过氧化环己基)丙烷(94.7℃)、1,1-二(叔己基过氧化)3,3,5-三甲基环己烷(86.7℃)、1,1-二(叔丁基过氧化)环十二烷(95℃)等过氧化缩酮类,对薄荷烷过氧化氢(128℃)、二异丙苯过氧化氢(145.1℃)、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化氢(152.9℃)、过氧化氢枯烯(157.9℃)、叔丁基过氧化氢(166.5℃)等过氧化氢类,二(2-叔丁基过氧化异丙基)苯(119.2℃)、过氧化二枯基(116.4℃)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷(117.9℃)、叔丁基枯基过氧化物(119.5℃)、二叔己基过氧化物(116.4℃)、二叔丁基过氧化物(123.7℃)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己炔-3(128.4℃)等二烷基过氧化物类,过氧化二异丁酰(32.7℃)、过氧化二(3,5,5-三甲基己酰)(59.4℃)、过氧化月桂酰(61.6℃)、过氧化二琥珀酸(65.9℃)、过氧化间甲苯甲酰(73.1℃)、过氧化二苯甲酰(73.6℃)、过氧化二辛酰(63℃)等二酰基过氧化物类,过氧化二碳酸二正丙酯(40.3℃)、过氧化二碳酸二异丙酯(40.5℃)、过氧化二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯(40.8℃)、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯(43.6℃)、过氧化二碳酸二仲丁酯(40.5℃)、过氧化二碳酸二(3-甲氧基丁基)酯(43℃)等过氧化二碳酸酯类,过氧化新癸酸枯基酯(36.5℃)、过氧化新癸酸1,1,3,3-四甲基丁酯(40.7℃)、过氧化新癸酸叔己酯(44.5℃)、过氧化新癸酸叔丁酯(46.4℃)、过氧化新戊酸叔己酯(53.2℃)、过氧化新戊酸叔丁酯(54.6℃)、过氧化-2-乙基己酸1,1,3,3-四甲基丁酯(65.3℃)、2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己酰基过氧化)己烷(66.2℃)、过氧化-2-乙基己酸叔己酯(69.9℃)、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯(72.1℃)、过氧化异丙基单碳酸叔己酯(95℃)、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯(97.1℃)、过氧化月桂酸叔丁酯(98.3℃)、过氧化异丙基单碳酸叔丁酯(98.7℃)、过氧化-2-乙基己基单碳酸叔丁酯(99℃)、过氧化苯甲酸叔己酯(99.4℃)、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酰基过氧化)己烷(99.7℃)、过氧化乙酸叔丁酯(101.9℃)、过氧化苯甲酸叔丁酯(104.3℃)、过氧化马来酸叔丁酯(96.1℃)、过氧化异丁酸叔丁酯(75℃)等过氧化酯类。括号内表示10小时半衰期温度。
作为光自由基聚合引发剂,例如,可举出二苯甲酮、4,4-双(二乙基氨基)二苯甲酮、2,4,6-三甲基二苯甲酮、甲基邻苯甲酰基苯甲酸酯、4-苯基二苯甲酮、2-羟基-1-[4-[4-(2-羟基-2-甲基-丙酰基)苄基]苯基]-2-甲基丙烷-1-酮、叔丁基蒽醌、2-乙基蒽醌、二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、苯偶酰二甲基缩酮、1-羟基环己基-苯酮、苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丙醚、苯偶姻异丁醚、2-甲基-〔4-(甲硫基)苯基〕-2-吗啉基-1-丙酮、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)-丁酮-1、二乙基噻吨酮、异丙基噻吨酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦、苯甲酰甲酸甲酯。
成分(b2)为了使成分(A)聚合而高分子量化,优选包含选自二酰基过氧化物、过氧化烷基酯、过氧化二碳酸酯、过氧化缩酮、二烷基过氧化物和过氧化氢中的至少1种过氧化物系化合物类。
例示的化合物可作为成分(b2)单独使用一种,或者并用二种以上。从预浸料的保存稳定性的方面出发,优选10小时半衰期温度为70℃以上的化合物,更优选10小时半衰期温度为100℃以上的化合物。为了在环氧树脂的固化过程中容易进行成分(A)的聚合,10小时半衰期温度可以为150℃以下。
从进行固化的观点考虑,相对于基体树脂整体100质量份,成分(b2)的含量优选含有0.1质量份以上,更优选含有0.2质量份以上。从预浸料的保存稳定性的观点考虑,相对于基体树脂整体100质量份,优选含有5质量份以下,更优选含有3质量份以下。
<环氧树脂>
作为环氧树脂,可举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、具有唑烷酮环骨架的环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、氢邻苯二甲酸型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、间苯二酚型环氧树脂、对苯二酚型环氧树脂、双苯氧基乙醇芴型环氧树脂、双酚芴型环氧树脂、双甲酚芴型环氧树脂等。这些中,优选选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、具有唑烷酮环骨架的环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂中的1种以上的环氧树脂。可以并用后述的液态和固体的环氧树脂。通过组合多种环氧树脂,能够得到具有优异的操作性的预浸料、以及机械特性、耐热性优异的纤维强化塑料。
液态的环氧树脂是在25℃下为液态的环氧树脂。液态的环氧树脂有助于提高热塑性树脂的溶解性、提高固化物的强度、弹性模量、耐热性。在25℃下为液态的环氧树脂的粘度在25℃下优选为500Pa·s以下,更优选为300Pa·s以下。另外,优选为0.1Pa·s以上。通过使粘度为该范围,能够使环氧树脂组合物的作业性良好。粘度的测定可以通过利用旋转流变仪对试样赋予周期性的变形(应变)并对由此产生的应力和相位差进行检测来测定。优选为双酚型环氧树脂。相对于基体树脂100质量份,环氧树脂优选为70质量份以上,更优选为80质量份以上。相对于基体树脂100质量份,可以为95质量份以下。
相对于环氧树脂组合物中所含的全部环氧树脂100质量份,液态的环氧树脂的含量优选为20质量份~80质量份。从能够得到强度和弹性模量优异的树脂固化物的方面出发,液态的环氧树脂的含量的下限更优选为25质量份以上,进一步优选为28质量份以上。从可得到韧性优异的固化物的方面出发,液态的环氧树脂的含量的上限更优选为75质量份以下,进一步优选为70质量份以下,特别优选为50质量份以下。含量可以为制作树脂组合物时的混合量。
作为液态的环氧树脂的市售品,作为在25℃下为液态的双酚A型环氧树脂(液态的环氧树脂),可举出jER827(环氧当量185g/eq)、jER828(环氧当量189g/eq)(以上为三菱化学株式会社制),YD-127(环氧当量185g/eq)、YD-128(环氧当量189g/eq)(以上为日铁化学&材料株式会社制),EPICLON840(环氧当量185g/eq)、EPICLON850(环氧当量189g/eq)(以上为DIC株式会社制),D.E.R331(环氧当量187/eq)、D.E.R332(环氧当量173g/eq)(THE DOWCHEMICALCOMPANY公司制)等,作为在25℃下为液态的双酚F型环氧树脂(液态的环氧树脂),可举出jER806(环氧当量165g/eq)、jER807(环氧当量170g/eq)(以上为三菱化学株式会社制),YDF-170(环氧当量170g/eq)(日铁化学&材料株式会社制),EPICLON830(环氧当量170g/eq)、EPICLON835(环氧当量172g/eq)(以上为DIC株式会社制),D.E.R354(环氧当量170g/eq)(以上为THE DOW CHEMICALCOMPANY公司制)等,但不限于这些。可以从这些中单独使用1种,也可以组合2种以上并用。
通过含有固体的环氧树脂,能够提高室温的粘度,预浸料变得容易操作。固体的环氧树脂优选软化点为70℃以上的环氧树脂。可以使用软化点为70℃以上的双酚型环氧树脂、具有唑烷酮环骨架的环氧树脂以及预先与固化剂预反应的环氧树脂。从树脂固化物具有优异的韧性的方面出发,软化点优选为72℃以上,更优选为75℃以上。另一方面,从能够适当地保持树脂固化物的耐热性、得到悬垂性(模具形状跟随性)优异的预浸料的方面出发,优选为150℃以下,更优选为145℃以下。
相对于环氧树脂组合物中所含的全部环氧树脂100质量份,固体的环氧树脂的含量优选为10质量份~80质量份。从能够得到粘性优异的预浸料和韧性优异的树脂固化物的方面出发,固体的环氧树脂的含量的下限更优选为13质量份以上,进一步优选为15质量份以上。从能够得到模具形状追随性优异的预浸料的方面出发,固体的环氧树脂的含量的上限更优选为70质量份以下,进一步优选为60质量份以下。含量可以为制作树脂组合物时的混合量。
作为固体的环氧树脂的市售品,作为双酚A型环氧树脂,可举出jER1055、jER1004、jER1007、jER1009(均为商品名,三菱化学株式会社制),EPICLON2050、EPICLON3050、EPICLON4050、EPICLON7050、EPICLON HM-091、EPICLON HM-101(均为商品名,DIC株式会社制),YD-902、YD-903N、YD-904、YD-907、YD-7910、YD-6020(均为商品名,日铁化学&材料株式会社制)等,作为双酚F型环氧树脂,可举出jER4004P、jER4005P、jER4007P、jER4010P(均为商品名,三菱化学株式会社制),YDF-2004、YDF-2005RD(均为商品名,日铁化学&材料株式会社制)等,作为具有唑烷酮环骨架的环氧树脂,可举出AER4152、AER4151、LSA3301、LSA2102(均为商品名,旭化成电子材料株式会社制),ACR1348(商品名,株式会社ADEKA公司制),DER852、DER858(商品名,THE DOW CHEMICALCOMPANY公司制),TSR-400(商品名,DIC公司制),YD-952(商品名,日铁化学&材料株式会社制)等。作为固体的环氧树脂,可以从这些中单独使用1种,也可以组合2种以上并用。
基体树脂中可以包含除上述的环氧树脂以外的环氧树脂。作为其它环氧树脂,可举出jER834(商品名,三菱化学株式会社制),EPICLON860(商品名,DIC株式会社制),YD-134(商品名,日铁化学&材料株式会社制)等双酚A型环氧树脂,EPICLON N-740(商品名,DIC株式会社制),YDPN-638(商品名,日铁化学&材料株式会社制)等酚醛清漆型环氧树脂。可以从这些中单独使用1种,也可以组合2种以上并用。
<热塑性树脂、添加剂>
基体树脂组合物中可以使用热塑性树脂。作为热塑性树脂,例如可举出聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚、聚烯烃、液晶聚合物、聚芳酯、聚砜、聚丙烯腈苯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS(丙烯腈·丁二烯·苯乙烯共聚物)、AES(丙烯腈·乙烯丙烯橡胶·苯乙烯共聚物)、ASA(丙烯腈·丙烯酸橡胶·苯乙烯共聚物)、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩甲醛树脂、苯氧基树脂、嵌段聚合物等,但并不限定于这些。这些中,从向强化纤维的树脂流动控制性优异的方面出发,更优选聚醚砜、聚乙烯醇缩甲醛树脂、苯氧基树脂。从即便配合量为少量,树脂流动控制性也优异的方面出发,进一步优选聚乙烯醇缩甲醛树脂。热塑性树脂可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
作为热塑性树脂的含量,相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,优选包含1质量份~30质量份,更优选包含2质量份~10质量份,进一步优选包含3质量份~6质量份。如果热塑性树脂的含量为1质量份以上,则存在更良好地发挥树脂流动控制的趋势,因而优选。另一方面,如果热塑性树脂的含量为30质量份以下,则树脂含浸时的粘度上升少,因而优选。
热塑性树脂中,从树脂流动控制性等优异的观点考虑,优选苯氧基树脂、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇缩甲醛、嵌段聚合物。特别是如果使用苯氧基树脂、聚醚砜、聚醚酰亚胺,则树脂固化物的耐热性、阻燃性进一步提高。
作为添加剂,例如,可举出环氧树脂的固化促进剂、无机质填充材料、内部脱模剂、有机颜料、无机颜料等。环氧树脂组合物可以根据需要在不损害本发明的效果的范围内含有公知的各种添加剂。作为添加剂,可举出磷系阻燃剂(含磷环氧树脂、红磷、磷腈化合物、磷酸盐类、磷酸酯类等),作为无机系阻燃剂,可举出水合金属化合物系(氢氧化铝、氢氧化镁等)、无机氧化物和其它助剂系(锑化合物、硼酸锌、锡酸锌、Mo化合物、ZrO、硫化锌、沸石、氧化钛纳米填料系等)、硅油、湿润分散剂、消泡剂、脱泡剂、天然蜡类、合成蜡类、直链脂肪酸的金属盐、酸酰胺、酯类、石蜡类等的脱模剂、结晶二氧化硅、熔融二氧化硅、硅酸钙、氧化铝、碳酸钙、滑石、硫酸钡等的粉体、玻璃纤维、碳纤维等无机填充剂,炭黑、氧化铁红等着色剂、硅烷偶联剂等。它们可以单独使用1种,也可以组合2种以上使用。
<基体树脂组合物的制造方法>
基体树脂组合物例如可以通过将上述的各成分混合而得到。基体树脂组合物优选为热固化性树脂组合物。作为各成分的混合方法,可举出使用三辊磨机、行星式混合机、捏合机、均质机、均质分散机(homodisper)等混合机的方法。基体树脂组合物例如如后所述可以含浸于强化纤维基材而用于预浸料的制造。此外,也能够通过将基体树脂组合物涂布于脱模纸等进行固化而得到基体树脂组合物的膜。另外,30℃下的基体树脂组合物的粘度可以为100~1000000Pa·s。
<强化纤维>
强化纤维可以在预浸料中以强化纤维基材(强化纤维的集合体)的形式存在,优选为片材。强化纤维可以为强化纤维在单一方向排列而成的纤维,也可以为强化纤维在随机方向排列而成的纤维。作为强化纤维基材的形态,可举出强化纤维的织物、强化纤维的无纺布、强化纤维的长纤维在一个方向对齐的片材等。从能够成型出比强度、比弹性模量高的纤维强化复合材料的方面出发,强化纤维优选为由连续纤维在单一方向对齐而成的强化纤维的束构成的片材,从容易操作的观点考虑,优选为强化纤维的织物。
作为强化纤维的材质,可举出玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维等。从得到的纤维强化塑料的机械物性和轻型化的观点考虑,作为强化纤维,优选碳纤维。
碳纤维的纤维直径优选为3~12μm。碳纤维束中的碳纤维的根数优选为1000~70000根。从得到的纤维强化复合材料的刚性的观点考虑,碳纤维的股线拉伸强度优选为1.5~9GPa,碳纤维的股线拉伸弹性模量优选为150~260GPa。在此,碳纤维的股线拉伸强度和股线拉伸弹性模量为依据JIS R7601:1986测定的值。
<预浸料的制造方法>
预浸料例如通过使基体树脂组合物含浸于强化纤维基材而得到。作为使基体树脂组合物含浸于强化纤维基材的方法,例如可举出使环氧树脂组合物溶解于甲乙酮、甲醇等溶剂进行低粘度化后含浸于强化纤维基材的湿式法;通过加热使基体树脂组合物低粘度化后含浸于强化纤维基材的热熔法(干式法)等,但并不限定于这些。含浸温度根据基体树脂的粘度而设定,但从需要在不引发基体树脂的固化反应的情况下使基体树脂充分含浸于强化纤维中的观点考虑,优选为40~90℃,更优选为50~80℃。
湿式法是将强化纤维基材浸渍于基体树脂组合物的溶液中后提拉,使用烘箱等使溶剂蒸发的方法。热熔法有:使通过加热而低粘度化的基体树脂组合物直接含浸于强化纤维基材的方法;以及暂时将基体树脂组合物涂布于脱模纸等基材的表面而预先制作膜,接着从强化纤维基材的两侧或单侧重叠上述膜,通过加热加压使树脂含浸于强化纤维基材的方法。涂布于脱模纸等基材的表面而得到的涂布层可以在未固化的状态下用于热熔法,也可以在使涂布层固化后用于热熔法。根据热熔法,实质上不存在残留于预浸料中的溶剂,因而优选。
相对于预浸料的总质量,预浸料中的基体树脂组合物的含量(以下称为“树脂含量”)优选为15~50质量%,更优选为20~45质量%,进一步优选为25~40质量%。如果树脂含量为上述下限值以上,则能够充分确保强化纤维与基体树脂的粘接性,如果树脂含量为上述上限值以下,则纤维强化塑料的机械物性进一步提高。
[纤维强化塑料]
纤维强化塑料通过使预浸料固化而得到。即,纤维强化塑料包含预浸料中所含的基体树脂组合物的固化物和强化纤维。可以制成层叠有2片以上的预浸料的层叠体的固化物。例如,可以通过在层叠2片以上的上述的预浸料后,利用一边对得到的层叠体赋予压力一边加热固化的方法等进行成型而得到由纤维强化塑料构成的成型品。也可以层叠先前说明的预浸料以外的由热塑性树脂组合物和强化纤维构成的预浸料或由环氧树脂组合物和强化纤维构成的预浸料。
作为成型方法,可举出压制成型法、高压釜成型法、袋压成型法、缠绕带(wrappingtape)法、内压成型法、片材缠绕成型法、使基体树脂组合物含浸于强化纤维的长丝或预制件中并进行固化而得到成型品的RTM(Resin Transfer Molding:树脂传递模塑成型)、VaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding(真空辅助树脂传递模塑):真空树脂含浸制造法)、长丝缠绕(filament winding)、RFI(Resin Film Infusion:树脂膜熔渗)等,但并不限定于这些成型方法。从生产率高,容易得到优质的纤维强化塑料的观点考虑,优选压制成型法。
通过压制成型法制造纤维强化塑料时,优选将预浸料、或者层叠预浸料而制作的预制件夹在预先调节为固化温度的模具中进行加热加压,使预浸料或预制件固化。压制成型时的模具内的温度优选为100~160℃。另外,优选在1~15MPa的条件下使预浸料或预制件固化1~20分钟。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行具体说明,但本发明并不限定于这些实施例。以下示出实施例和比较例中使用的原料。
“原料”
<环氧树脂>
jER807:液态双酚F型环氧树脂(三菱化学株式会社制,制品名“jER 807”)。
jER828:液态双酚A型环氧树脂(三菱化学株式会社制,制品名“jER 828”)。
jER4007P:固体双酚F型环氧树脂(三菱化学株式会社制,制品名“jER 4007P”)。
jER1004:固体双酚A型环氧树脂(三菱化学株式会社制,制品名“jER 1004”)。
YD-952:具有唑烷酮环骨架的固体环氧树脂(新日铁住金株式会社制,制品名“Epotohto YD-952”)。
MY0600:三缩水甘油基间氨基苯酚(Huntsman Japan株式会社制,制品名“ARALDITE MY 0600”)。
<成分(A)>
A-9300S:三(2-丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯(三官能,新中村化学工业株式会社制,制品名“NK Ester A-9300S”)。
IBXA:丙烯酸异冰片酯(单官能,大阪有机化学工业株式会社制,制品名“IBXA”)。
M-315:异氰脲酸EO改性二丙烯酸酯和三丙烯酸酯(三官能,东亚合成株式会社制,制品名“Aronix M-315”)。
FA-310AH:丙烯酸苯氧基乙酯(单官能,日立化成株式会社制,制品名“FANCRYLFA-310AH”
<成分(b1)>
DICYANEX 1400F:双氰胺(活性氢当量21g/eq,Evonik Japan株式会社制,制品名“DICYANEX 1400F”)。
DCMU-99:3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲(保土谷化学工业公司制,制品名“DCMU-99”)。
<成分(b2)>
PERCUMYL D:过氧化二枯基(10小时半衰期温度116.4℃,日油株式会社制,制品名“PERCUMYL D”)。
<热塑性树脂>
VINYLEC E:聚乙烯醇缩甲醛树脂(JNC株式会社制,制品名“VINYLEC E”)。
VINYLEC K:聚乙烯醇缩甲醛树脂(JNC株式会社制,制品名“VINYLEC K”)。
(实验例1~4、比较例1)
使用jER807、jER4007P、YD-952作为环氧树脂,使用A-9300S、IBXA作为成分(A),使用DICYANEX 1400F以及DCMU-99作为成分(b1),使用PERCUMYL D作为成分(b2),使用VINYLEC E作为热塑性树脂,如下制备树脂组合物。
首先,依照表1中记载的组成,将成分(b1)(固体)和环氧树脂中的液态成分以固体成分与液态成分的质量比成为1:1的方式计量到容器中进行搅拌混合。利用三辊磨机将其进一步细密地混合,得到放入有固化剂的母料。
接下来,将表1所记载的组成中除在放入有固化剂的母料中使用以外的环氧树脂和热塑性树脂计量到烧瓶中,使用油浴在150℃下加热搅拌,进行溶解混合。其后冷却至65℃左右后,加入上述放入有固化剂的母料、成分(A)、成分(b2)并进行搅拌混合,由此得到未固化的热固化性树脂组合物。
(比较例2)
如表1所示的配合组成所示,不使用作为环氧树脂的YD-952和热塑性树脂,使用M-315作为成分(A),除此之外,与实验例1~4和比较例1同样地制备热固化性树脂组合物,制作树脂板,进行相分离结构的测定,但未确认到相分离结构。
(实验例5、比较例3)
使用jER828、jER1004、MY0600作为环氧树脂,使用DICYANEX 1400F和DCMU-99作为成分(b1),使用VINYLEC K作为热塑性树脂,如下制备树脂组合物。
首先,依照表1中记载的组成,将成分(b1)(固体)和环氧树脂中的液态成分以固体成分与液态成分的质量比成为1:1的方式计量到容器中进行搅拌混合。利用三辊磨机将其进一步细密地混合,得到放入有固化剂的母料。
接下来,将表1所记载的组成中除在放入有固化剂的母料中使用以外的环氧树脂和热塑性树脂计量到烧瓶中,使用油浴在150℃下加热搅拌,进行溶解混合。其后冷却至65℃左右后,加入上述放入有固化剂的母料并进行搅拌混合,由此得到未固化的热固化性树脂组合物。
“树脂板的制作”
将未固化的热固化性树脂组合物注入到2片玻璃板之间,成型为板状,以2℃/分钟升温,在烘箱气氛温度130℃下保持90分钟使其加热固化,制作厚度2mm的树脂板。
依照下述的各评价方法的记载对制作的树脂板进行各种测定和评价。将其结果示于表1。
“树脂板的弯曲强度、弯曲弹性模量、最大应力应变、断裂应变的测定”
将上述“树脂板的制作”中得到的厚度2mm的树脂板加工成长度60mm×宽度8mm而制成试验片。对于该试验片,在温度23℃、湿度50%RH的环境下,使用设置有三点弯曲夹具(压头R=3.2mm,支架R=3.2mm,支架间距离(L)=32mm)的万能试验机(INSTRON公司制,“INSTRON 5965”),在十字头速度2mm/分钟的条件下测定树脂板的弯曲强度、弯曲弹性模量、最大应力应变、断裂应变。具体而言,使用在上述测定条件下得到的应力-应变曲线,在弯曲应变0.05~0.25%的区间利用割线法算出弯曲弹性模量(单位:GPa)。另外,得到在上述测定条件下得到的应力-应变曲线的最大弯曲应力作为弯曲强度(单位:MPa),得到最大弯曲应力时的弯曲应变作为最大应力应变(单位:%)。得到在上述测定条件下试验片断裂时的弯曲应变作为断裂应变(单位:%)。
“相分离结构的测定”
从上述“树脂板的制作”中得到的厚度2mm的树脂板切出厚度70nm的超薄切片,将得到的切片在RuO4蒸汽中暴露7分钟而实施电子染色。使用透射式电子显微镜(TEM)将加速电压设定为80kV对染色的超薄切片进行相分离结构的观察。使用图像解析软件ImageJ对得到的TEM图像进行解析,由此测定结构域X尺寸R和结构域X间距离L。将结构域X的最大费雷特直径的中央值作为结构域X尺寸R,将结构域X的最邻近距离的中央值作为结构域X间距离L。结构域X的尺寸R相对于各结构域X为与对置的轮郭线相接的平行的切线间的最大距离(最大费雷特直径)的中央值。另外,结构域X间距离L是从某个结构域X的重心到最邻近的另一个结构域X的重心为止的距离(最邻近距离)的中央值。各中央值是对150个以上的结构域X进行解析,并根据其尺寸R和距离L的分布而求出的。
TEM装置:JEM-1400Flash(日本电子公司制)
条件:加速电压80kV
观察倍率:3000倍
[表1]
(表1中,成分的含量表示质量份)
实验例1~4中制作的树脂组合物显示比比较例1优异的弹性模量和断裂应变的结果。比较例2中无法确认到相分离结构。实验例5中制作的树脂组合物显示比比较例3优异的断裂应变的结果。认为将实验例中制作的树脂组合物用于预浸料,并将该预浸料固化而得到的纤维强化塑料的弹性模量和伸长率优异。
(参考例1)
如表1所示的配合组成那样使用FA-310AH作为成分(A),使PERCUMYL D的配合量为0.53质量份,除此之外,与实验例1同样地制备热固化性树脂组合物1,制作树脂板1,进行相分离结构的测定,结果确认到相分离结构。
使用逗号涂布机(Hirano Tecseed株式会社制,“M-500”),将未固化的热固化性树脂组合物1以树脂单位面积重量27g/m2涂覆在脱模纸上而制作树脂膜。利用滚筒缠绕装置将碳纤维(TR 50S15L,三菱化学株式会社制)以成为纤维单位面积重量125g/m2的片材的方式卷绕在该树脂膜上。进一步将另一片树脂膜在滚筒缠绕装置上贴合于上述碳纤维片材。在温度70℃、压力0.2MPa、输送速度3m/分钟的条件下,使被2片树脂膜夹着的碳纤维片材通过熔压机(朝日纤维机械工业株式会社,JR-600LTSW),使未固化的热固化性树脂组合物1含浸于碳纤维片材,由此得到预浸料的单位面积重量为179g/m2、树脂含量为30质量%的单向预浸料。
将得到的预浸料以碳纤维成为同一方向的方式层叠18片,利用高压釜在压力0.7MPa下,以2℃/分钟升温至130℃,在130℃下加热固化90分钟,得到碳纤维强化塑料面板。
通过对得到的碳纤维强化塑料的截面进行机械研磨而得到高平滑的镜面。将得到的平滑截面在OsO4蒸汽中暴露16小时而实施电子染色,进一步实施导电处理后,使用将加速电压设定为5kV的扫描式电子显微镜(JSM-7610F,日本电子株式会社制)观察实施了电子染色的截面的反射电子图像,结果确认到在碳纤维间的基体树脂内部形成有与树脂板1同样的相分离结构。
产业上的可利用性
通过使用上述方式的预浸料,能够得到韧性和弹性模量优异的纤维强化塑料。因此,根据本发明,从机械物性优异的纤维强化塑料成型体、钓竿、高尔夫球杆、球拍等运动·休闲用途成型体到飞机、汽车等产业用途成型体可以被广泛使用。
符号说明
1 结构域Y
2 结构域X
3 费雷特直径
Claims (34)
1.一种预浸料,包含碳纤维和基体树脂,所述基体树脂含有环氧树脂、固化剂、分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体和多官能(甲基)丙烯酸酯单体。
2.根据权利要求1所述的预浸料,其中,所述固化剂包含选自双氰胺、脲类、咪唑类、芳香族胺类中的至少1种、即成分b1。
3.根据权利要求2所述的预浸料,其中,所述固化剂包含双氰胺。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的预浸料,其中,所述固化剂包含至少1种自由基聚合引发剂、即成分b2。
5.根据权利要求4所述的预浸料,其中,所述成分b2包含选自二酰基过氧化物、过氧化烷基酯、过氧化二碳酸酯、过氧化缩酮、二烷基过氧化物和过氧化氢中的至少1种过氧化物系化合物类。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的预浸料,其中,所述预浸料中的所述多官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有率大于所述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体的含有率。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的预浸料,其中,所述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体包含选自(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯和(甲基)丙烯酸二环戊酯中的至少1种单体。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的预浸料,其中,所述多官能(甲基)丙烯酸酯单体包含下述结构式(1)的丙烯酸酯单体,
式(1)中,X各自独立地表示环氧乙烷或环氧丙烷,n、m、l各自独立地表示0~10的整数,Y表示丙烯酰基或氢原子。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的预浸料,其中,相对于全部环氧树脂100质量份,包含5~45质量份的所述分子量为200以上的单官能(甲基)丙烯酸酯单体和多官能(甲基)丙烯酸酯单体。
10.一种预浸料,包含强化纤维和基体树脂,基体树脂包含环氧树脂,将所述基体树脂在下述固化条件下固化时的固化物具有由结构域X和结构域Y构成的海岛相分离结构,所述结构域X构成由下述测定法测定的尺寸R为400nm以下的岛部分,所述结构域X间距离L与所述尺寸R之比L/R为1.1以上,
固化条件:
将基体树脂注入2片玻璃板之间而成型为厚度2mm的板状,以2℃/分钟升温至烘箱气氛温度130℃,并在130℃保持90分钟,
测定条件:
作为前处理,使用超薄切片机从固化物的截面切出60~90nm厚度的切片,将得到的切片在RuO4蒸汽中暴露7分钟而实施电子染色,或者使用超薄切片机从预先在OsO4蒸汽中暴露16小时后的固化物的截面切出60~90nm厚度的切片,使用透射式电子显微镜(TEM),在将加速电压设定为80kV的状态下观察通过前处理进行了电子染色的切片的相分离结构,获取TEM图像,使用图像解析软件对得到的TEM图像进行平滑和背景减除后,检测经二值化的图像的边界,尺寸R为结构域X的最大费雷特直径的中央值,结构域X间距离L为从结构域X的重心到最邻近的另一个结构域X的重心为止的距离的中央值。
11.根据权利要求10所述的预浸料,其中,所述比L/R为100以下。
12.根据权利要求10或11所述的预浸料,其中,所述尺寸R为1nm以上。
13.根据权利要求10~12中任一项所述的预浸料,其中,所述基体树脂包含下述成分A和B,
成分A:(甲基)丙烯酸酯单体
成分B:固化剂。
14.根据权利要求13所述的预浸料,其中,所述成分A包含单官能的(甲基)丙烯酸酯单体。
15.根据权利要求13或14所述的预浸料,其中,所述成分A包含多官能的(甲基)丙烯酸酯单体。
16.根据权利要求10~15中任一项所述的预浸料,其中,所述结构域X包含(甲基)丙烯酸酯单体的聚合物。
17.根据权利要求10~16中任一项所述的预浸料,其中,所述结构域Y包含环氧树脂的固化物。
18.根据权利要求13~17中任一项所述的预浸料,其中,所述成分B包含选自双氰胺、脲类、咪唑类、芳香族胺类中的至少1种、即成分b1。
19.根据权利要求18所述的预浸料,其中,相对于基体树脂中所含的全部环氧树脂100质量份,包含1~15质量份的所述成分b1。
20.根据权利要求13~19中任一项所述的预浸料,其中,所述成分B包含至少1种自由基聚合引发剂、即成分b2。
21.根据权利要求20所述的预浸料,其中,相对于基体树脂整体100质量份,包含0.1~5质量份的所述成分b2。
22.根据权利要求20或21所述的预浸料,其中,所述成分b2包含10小时半衰期温度为70℃以上的化合物。
23.根据权利要求20~22中任一项所述的预浸料,其中,所述成分b2包含选自二酰基过氧化物、过氧化烷基酯、过氧化二碳酸酯、过氧化缩酮、二烷基过氧化物和过氧化氢中的至少1种过氧化物系化合物类。
24.根据权利要求10~23中任一项所述的预浸料,其中,相对于全部环氧树脂100质量份,包含5~45质量份的所述成分A。
25.根据权利要求10~24中任一项所述的预浸料,其中,所述强化纤维包含碳纤维。
26.一种纤维强化塑料,是权利要求10~25中任一项所述的预浸料固化而成的。
27.一种纤维强化塑料,由强化纤维和基体树脂构成,所述基体树脂具有由结构域X和结构域Y构成的海岛相分离结构,结构域X构成由下述测定法测定的尺寸R为400nm以下的岛部分,结构域X间距离L与所述尺寸R之比L/R为1.1以上,
测定条件:
作为前处理,对纤维强化塑料的截面进行机械研磨而得到镜面,将得到的平滑截面在RuO4蒸汽或OsO4蒸汽中暴露而实施电子染色,在实施导电处理后,使用将加速电压设定为5kV的扫描式电子显微镜(SEM)获取实施了电子染色的截面的反射电子图像,观察相分离结构,使用图像解析软件对得到的反射电子图像进行平滑和背景减除后,检测经二值化的图像的边界,尺寸R为结构域X的最大费雷特直径的中央值,结构域X间距离L为从结构域X的重心到最邻近的另一个结构域X的重心为止的距离的中央值。
28.根据权利要求27所述的纤维强化塑料,其中,所述比L/R为100以下。
29.根据权利要求27或28所述的纤维强化塑料,其中,所述尺寸R为1nm以上。
30.根据权利要求27~29中任一项所述的纤维强化塑料,其中,所述结构域X包含(甲基)丙烯酸酯单体的聚合物。
31.根据权利要求27~30中任一项所述的纤维强化塑料,其中,所述结构域Y包含环氧树脂的固化物。
32.根据权利要求27~31中任一项所述的纤维强化塑料,其中,所述强化纤维包含碳纤维。
33.一种预浸料的制造方法,是权利要求1~9中任一项所述的预浸料的制造方法,包括含浸工序,其通过将由所述基体树脂构成的膜重叠并进行加热加压,从而使包含所述碳纤维的强化纤维基材含浸在所述基体树脂中。
34.一种预浸料的制造方法,是权利要求10~25中任一项所述的预浸料的制造方法,包括含浸工序,其通过将由所述基体树脂构成的膜重叠并进行加热加压,从而使包含所述强化纤维的强化纤维基材含浸在所述基体树脂中。
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