JP2006241308A - Fiber-reinforced composite material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a resin transfer molding (RTM) fiber-reinforced composite material which has high compression strength after applying impact and excellent injury visibility. <P>SOLUTION: This RTM fiber-reinforced composite material prepared by injection-impregnating an epoxy resin composition which comprises a main agent comprising an epoxy resin and a curing agent containing a component capable of curing the epoxy resin and has a cured product tensile elongation of 3 to 10%, when thermally cured at 180°C for 2 hours, into a fiber-reinforced substrate containing carbon fibers or a preform prepared by laminating the fiber-reinforced substrates, is characterized in that a dent depth is ≥0.6 mm, after applying an impact energy of 20J per mm of the thickness of a test piece according to JIS K 7089 (1996) is given to a 4 to 5 mm-thick fiber-reinforced composite material obtained from the cross-laminated preform. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材などに好適に用いられ繊維強化複合材料に関し、より詳しくは損傷視認性が非常に優れた繊維強化複合材料に関する。   The present invention relates to a fiber reinforced composite material suitably used for aircraft members, spacecraft members, automobile members, ship members, and the like, and more particularly to a fiber reinforced composite material having excellent damage visibility.

従来、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維と不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂などの熱硬化性樹脂からなる繊維強化複合材料は、軽量でありながら、強度、剛性、耐衝撃性、耐疲労性などの機械物性や耐熱性、更には耐食性に優れるため、航空機、宇宙機、自動車、鉄道車両、船舶、土木建築、スポーツ用品などの数多くの分野に応用されてきた。特に高性能が要求される用途では、連続した強化繊維を用いた繊維強化複合材料が用いられ、強化繊維としては炭素繊維が、マトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂、なかんずくエポキシ樹脂が多く用いられている。   Conventionally, fiber reinforced composite materials composed of reinforced fibers such as glass fiber, carbon fiber, aramid fiber and thermosetting resins such as unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, phenol resin, cyanate resin, bismaleimide resin, Although it is lightweight, it has excellent mechanical properties and heat resistance such as strength, rigidity, impact resistance, fatigue resistance, and corrosion resistance. It has been applied to many fields. In applications that require particularly high performance, fiber reinforced composite materials using continuous reinforcing fibers are used. Carbon fibers are used as reinforcing fibers, thermosetting resins are used as matrix resins, and epoxy resins are especially used. Yes.

繊維強化複合材料を構造材料として用いる場合、圧縮特性および耐衝撃性が重要になる。この両特性に関して特に重要な物性に衝撃後圧縮強度(以下、CAI)がある。これは、工具落下、小石などの衝突による部材への衝撃で、外見上顕著な損傷が認められない場合でも複合材料の層間に剥離が生じ圧縮強度が低下する現象であり、これが著しいと構造材料として用いることができなくなるため、特に重視される特性となっている。   When fiber reinforced composite materials are used as structural materials, compression properties and impact resistance are important. A particularly important physical property regarding both of these properties is post-impact compressive strength (hereinafter referred to as CAI). This is a phenomenon in which the compressive strength decreases due to delamination between the layers of the composite material even when there is no apparent damage due to the impact on the member due to the impact of a tool fall, pebbles, etc. Therefore, it is a characteristic that is particularly emphasized.

CAIを向上させるためには、樹脂の靱性を高め、衝撃を受けたときの層間剥離など内部損傷を抑制することが有効であり、靱性を高めるための成分として熱可塑性樹脂成分を加えることが有効であるため、繊維強化複合材料の成形法の一つであるプリプレグ法では、熱可塑性樹脂を付与したプリプレグを積層し硬化させる手法でこの課題が解決された。プリプレグに付与する熱可塑性樹脂の形態には、特許文献1〜12に示すように様々な提案がなされている。   In order to improve CAI, it is effective to increase the toughness of the resin and suppress internal damage such as delamination when subjected to impact, and it is effective to add a thermoplastic resin component as a component to increase toughness Therefore, in the prepreg method, which is one of the molding methods for fiber-reinforced composite materials, this problem has been solved by a method of laminating and curing prepregs provided with a thermoplastic resin. Various proposals have been made on the form of the thermoplastic resin applied to the prepreg as shown in Patent Documents 1 to 12.

ところで、近年の繊維強化複合材料の動向として、プリプレグのような中間体を経由せず、強化繊維基材に直接液状の熱硬化性樹脂を含浸させ、硬化させるレジン・トランスファー・モールディング(Resin Transfer Molding、以下RTMと略記)法の適用拡大が挙げられる。RTM法は、成形コスト低減のポテンシャルを有するためにその適用が拡大されている。他面、RTM法においては、樹脂は注入させる際に低粘度の液状でなければならないという樹脂設計上の制約があり、このためプリプレグ法にくらべてCAIが一般に低くなってしまう傾向があり、従ってCAIを大きく向上させる技術が望まれていた。   By the way, as a trend of recent fiber reinforced composite materials, resin transfer molding (resin transfer molding) in which a reinforced fiber base material is directly impregnated with a liquid thermosetting resin without passing through an intermediate such as a prepreg and cured. (Hereinafter abbreviated as RTM). Since the RTM method has the potential to reduce the molding cost, its application has been expanded. On the other hand, in the RTM method, there is a restriction on the resin design that the resin must be in a low-viscosity liquid when injected, and therefore the CAI generally tends to be lower than that in the prepreg method. A technique for greatly improving the CAI has been desired.

そこで、RTM法においてもプリプレグ法と同様に耐衝撃性を高めるために熱可塑性樹脂を用いる方法が考えられるが、注入樹脂に直接熱可塑性樹脂成分を加えたのでは粘度が大幅に高くなり、プロセスが成立しない。そのため基材の側に熱可塑性成分を付与する方法が開示されている。   Therefore, in the RTM method as well as the prepreg method, a method using a thermoplastic resin can be considered in order to increase the impact resistance. However, if the thermoplastic resin component is added directly to the injection resin, the viscosity is significantly increased, and the process Does not hold. Therefore, a method for applying a thermoplastic component to the substrate side is disclosed.

その一つとして、特許文献13にガラス転移温度100℃以上、好ましくは150℃以上の熱可塑性樹脂で強化繊維基材の表面の少なくとも一部を被覆する方法が開示されている。被覆の方法としては、溶液被覆法、溶融液被覆法が挙げられている。さらに、特許文献14には、熱可塑性樹脂からなる繊維を高靭性化成分として基材上に付与する方法が開示されている。   As one of them, Patent Document 13 discloses a method in which at least a part of the surface of a reinforcing fiber base is coated with a thermoplastic resin having a glass transition temperature of 100 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher. Examples of the coating method include a solution coating method and a melt coating method. Furthermore, Patent Document 14 discloses a method of applying a fiber made of a thermoplastic resin onto a substrate as a toughening component.

RTM法においては、樹脂の注入/含浸に先だって強化繊維基材の形態を安定させプロセス性や成形物の機械物性を向上させることを目的として、強化繊維基材に少量のバインダー(加熱により軟化する樹脂)を付与して熱と圧力を加えて賦形するプリフォーミングの工程が含まれることが多い。バインダーとしては、特許文献15および16に熱可塑性樹脂が、特許文献17に、硬化剤を含まない熱硬化性樹脂が、特許文献18に硬化性の熱硬化性樹脂が開示されている。   In the RTM method, a small amount of binder (softened by heating) is added to the reinforcing fiber base in order to stabilize the form of the reinforcing fiber base and improve the processability and mechanical properties of the molded product prior to resin injection / impregnation. In many cases, a pre-forming step is included in which the resin is applied and shaped by applying heat and pressure. As binders, Patent Documents 15 and 16 disclose thermoplastic resins, Patent Document 17 discloses thermosetting resins not containing a curing agent, and Patent Document 18 discloses curable thermosetting resins.

以上から、バインダーとして適切な熱可塑性樹脂を用いると、賦形と高靭性化の両方の効果を共に実現できることが予想される。しかし、航空機部材など耐熱性が要求される用途では、複合材料の内部にガラス転移温度または融点の低い熱可塑性樹脂が含まれると高温時の機械物性が低下するため、ガラス転移温度または融点が多くの航空機の運用最高温度である100℃よりも十分高い、好ましくは150℃以上の熱可塑性樹脂を選ぶ必要がある。しかし、そのような熱可塑性樹脂を用いるとプリフォーミングにおける加工温度が高くなるため、経済的に不利なプロセスになる。   From the above, it is expected that both the effects of shaping and toughening can be realized by using an appropriate thermoplastic resin as the binder. However, in applications that require heat resistance, such as aircraft parts, if the composite material contains a thermoplastic resin with a low glass transition temperature or low melting point, the mechanical properties at high temperatures decrease, so the glass transition temperature or melting point is high. It is necessary to select a thermoplastic resin that is sufficiently higher than 100 ° C., which is the highest operating temperature of the aircraft, and preferably 150 ° C. or higher. However, when such a thermoplastic resin is used, the processing temperature in preforming becomes high, which is an economically disadvantageous process.

ガラス転移点あるいは融点の高い熱可塑性樹脂を用い、なおかつ比較的低温でのプリフォームの加工を可能にするための一つの提案として、特許文献19では、ガラス転移温度の高い熱可塑性樹脂と硬化性の熱硬化性樹脂からなり、比較的低温で軟化するバインダー組成物が開示されている。この方法は高靭性化剤である熱可塑性樹脂にガラス転移温度の高いものを用いることと、経済的に有利な比較的低温での加工を両立したという点で優れた方法であるが、硬化性の熱硬化性樹脂を成分として含むため、実用上好ましくない点があった。その一つは、保管中にバインダーの軟化温度が徐々に高くなり、ついには使用不可になるというシェルフライフの問題である。もう一つは、バインダー組成物の作製を高温で行えないため、押出機やニーダーなど溶剤不要で生産性のよい調製方法を用いるのが困難な点である。   As one proposal for enabling a preform to be processed at a relatively low temperature using a thermoplastic resin having a glass transition point or a high melting point, Patent Document 19 discloses a thermoplastic resin having a high glass transition temperature and curability. The binder composition which consists of the thermosetting resin of this, and softens at comparatively low temperature is disclosed. This method is an excellent method in that it uses both a high glass transition temperature thermoplastic resin as a toughening agent and economically advantageous processing at a relatively low temperature. Since the thermosetting resin was contained as a component, there was an unpreferable point in practical use. One of them is a shelf life problem that the softening temperature of the binder gradually increases during storage and eventually becomes unusable. The other is that it is difficult to use a preparation method with good productivity without using a solvent such as an extruder and a kneader because the binder composition cannot be produced at a high temperature.

この様に、RTM法による繊維強化複合材料のCAIを熱可塑性樹脂のような高靱性化材付与により向上する方法として様々な手法が提案されているが、いずれもそれぞれ課題を有しているうえに、CAI自体の向上も必ずしも十分とはいえなかった。さらには、CAIを高く保ったまま、外見上の損傷のみを顕著にする(すなわち、損傷視認性の改善)という観点からの課題とその解決についてはいずれにも記載がないものであった。   As described above, various methods have been proposed as methods for improving the CAI of a fiber-reinforced composite material by the RTM method by imparting a toughening material such as a thermoplastic resin. Furthermore, the improvement of CAI itself has not always been sufficient. Furthermore, none of the problems and solutions from the viewpoint of making only appearance damage conspicuous (that is, improving damage visibility) while keeping CAI high.

航空機の構造材のうち、主翼、尾翼、胴体などのいわゆる一次構造材への繊維強化複合材料の適用が進んでいる。一次構造材には、力学物性や強化繊維の体積含有率を高め部材の軽量化が可能になるなどの面から、強化繊維を実質的に一方向に引き揃えた一方向材料が多く採用される。強化繊維を実質的に一方向に引きそろえた基材を使用することで、RTM法によって一方向材料を成形することができるが、この場合、CAIが設計上の制約となることが特に多い。こうしたことから、従来、一次構造材としてはプリプレグ法に基づくものがほとんどといってよく、RTM法によるものは極めて限定的であった。
欧州特許第0366979A2号明細書 欧州特許第0496518A1号明細書 特開平01−320146号公報 特開平05−287091号公報 欧州特許第0274899A2号明細書 欧州特許第0707032A1号明細書 米国特許第4874661号明細書 欧州特許第0488389A2号明細書 特開平08−176322号公報 特開平02−032843号公報 欧州特許第0657492A1号明細書 特開平08−048796号公報 特開平08−300395号公報 国際公開第2000/58083A1号パンフレット 米国特許第4470862号明細書 米国特許第4988469号明細書 米国特許第4992228号明細書 国際公開第1994/26492A1号パンフレット 国際公開第1998/50211A1号パンフレット
Among aircraft structural materials, the application of fiber reinforced composite materials to so-called primary structural materials such as main wings, tail wings, and fuselage is advancing. Primary structural materials are often made from unidirectional materials that have the reinforcing fibers aligned substantially in one direction from the standpoints of increasing mechanical properties and volume content of the reinforcing fibers and making it possible to reduce the weight of the member. . By using a base material in which reinforcing fibers are substantially aligned in one direction, a unidirectional material can be formed by the RTM method. In this case, however, CAI is particularly often a design constraint. For these reasons, it can be said that most primary structural materials are based on the prepreg method, and those based on the RTM method are extremely limited.
European Patent No. 0366979A2 Specification European Patent No. 0495518A1 Japanese Patent Laid-Open No. 01-320146 Japanese Patent Laid-Open No. 05-287091 European Patent No. 0274899A2 European Patent No. 0707032A1 US Pat. No. 4,874,661 European Patent No. 0488389A2 Japanese Patent Laid-Open No. 08-176322 Japanese Patent Laid-Open No. 02-032843 European Patent No. 0657492A1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-048796 Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-300395 International Publication No. 2000 / 58083A1 Pamphlet U.S. Pat. No. 4,470,862 US Pat. No. 4,998,469 US Pat. No. 4,992,228 International Publication No. 1994 / 26492A1 Pamphlet International Publication No. 1998 / 50211A1 Pamphlet

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、損傷視認性が非常に優れ、且つ、高い衝撃後圧縮強度を有し、航空機一次構造等の部材として特に優れた繊維強化複合材料を提供せんとするものである。   In view of the background of such prior art, the present invention provides a fiber-reinforced composite material that is very excellent in damage visibility, has high post-impact compressive strength, and is particularly excellent as a member of an aircraft primary structure or the like. Is.

本発明者らは、実際の航空機において、最も頻繁に部材の損傷を確認する方法は目視確認であり、損傷の視認性を向上させることが強度低下の早期発見につながることに着目し、CAIの向上が難しいRTM成形部材において、樹脂伸度を適切な範囲にすることにより損傷視認性を向上させることが可能であり、更に衝撃後強度も併せて向上させうることを見いだし本発明に想到した。
すなわち、本発明の繊維強化複合材料はエポキシ樹脂を含む主剤とエポキシ樹脂を硬化させうる成分を含む硬化剤とから成り、180℃で2時間熱硬化させた硬化物の引張伸度が3〜10%であるエポキシ樹脂組成物を炭素繊維を含む強化繊維基材または該強化繊維基材を積層してなるプリフォームに注入含浸して加熱硬化されて成るレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料であり、且つ、交差積層された該プリフォームから得られる厚さ4〜5mmの該繊維強化複合材料について、JIS K 7089(1996)に従って試験片の厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与した後のデント深さが0.6mm以上であることを特徴とするものである。
The present inventors have focused on the fact that, in an actual aircraft, the most frequent method for confirming damage to members is visual confirmation, and improving the visibility of damage leads to early detection of strength reduction. In the RTM molded member which is difficult to improve, it has been found that damage visibility can be improved by setting the resin elongation to an appropriate range, and further the strength after impact can be improved.
That is, the fiber-reinforced composite material of the present invention is composed of a main agent containing an epoxy resin and a curing agent containing a component capable of curing the epoxy resin, and a tensile elongation of a cured product obtained by thermosetting at 180 ° C. for 2 hours is 3 to 10. % Of a resin-transfer-molded molded fiber-reinforced composite material that is injected and impregnated into a reinforcing fiber substrate containing carbon fiber or a preform formed by laminating the reinforcing fiber substrate and heat-cured. With respect to the fiber reinforced composite material having a thickness of 4 to 5 mm obtained from the preform that is cross-laminated, after applying an impact energy of 20 J per 1 mm thickness of the test piece according to JIS K 7089 (1996) The dent depth is 0.6 mm or more.

本発明の繊維強化複合材料は、ある特定以上の衝撃エネルギーが付与された時のデント(へこみ)深さが大きく、損傷視認性が非常に優れており、また、その時の残存圧縮強度であるCAIが高いので、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材などの構造部材に好適に使用することが出来る。   The fiber reinforced composite material of the present invention has a large dent (dent) depth when given a certain or higher impact energy, and is very excellent in damage visibility, and also has a residual compressive strength at the CAI. Therefore, it can be suitably used for structural members such as aircraft members, spacecraft members, automobile members, and ship members.

先ず、本発明の繊維強化複合材料は、エポキシ樹脂を含む主剤とエポキシ樹脂を硬化させうる成分を含む硬化剤からなるエポキシ樹脂組成物が炭素繊維からなる強化繊維基材または該強化繊維基材を積層してなるプリフォームに注入含浸されており、且つ、交差積層された該プリフォームから得られる厚さ4〜5mmの該繊維強化複合材料について、JIS K 7089(1996)に従って試験片1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与した後のデント深さが0.6mm以上、より好ましくは0.8〜3mmの範囲であることを特徴とするものである。デント深さが0.6mm未満の場合、損傷部の視認性が著しく悪くなり、デント深さが3mmを超える場合は残存圧縮強度が低くなることがある。   First, the fiber reinforced composite material of the present invention comprises a reinforcing fiber base material composed of carbon fibers or an epoxy resin composition comprising a curing agent containing a main agent containing an epoxy resin and a component capable of curing the epoxy resin, or the reinforcing fiber base material. The fiber reinforced composite material having a thickness of 4 to 5 mm obtained by injection impregnation into a laminated preform and obtained from the cross-laminated preform is 20 J per mm of a test piece according to JIS K 7089 (1996). The dent depth after applying the impact energy is 0.6 mm or more, more preferably in the range of 0.8 to 3 mm. When the dent depth is less than 0.6 mm, the visibility of the damaged portion is remarkably deteriorated, and when the dent depth exceeds 3 mm, the residual compressive strength may be lowered.

また、該繊維強化複合材料にJIS K 7089(1996)に従って試験片の厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与した後のCAIが160MPa以上であることが好ましく180MPa以上であれば更に好ましい。CAIが上記範囲より低い場合は強度不足である場合があり、特に航空機等の構造部材には用いることが出来なくなる。   Further, the CAI after applying an impact energy of 20 J per 1 mm thickness of the test piece to the fiber reinforced composite material according to JIS K 7089 (1996) is preferably 160 MPa or more, and more preferably 180 MPa or more. When CAI is lower than the above range, the strength may be insufficient, and in particular, it cannot be used for structural members such as aircraft.

本発明において、主剤を構成するエポキシ樹脂は、1分子内に2個以上のエポキシ基を有する、いわゆる多官能エポキシ樹脂であり、単体あるいは複数種の混合物で使用する。かかるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールADジグリシジルエーテル、2,2’,6,6’−テトラメチル−4,4’−ビフェノールジグリシジルエーテル、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−3−メチルフェノール、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−2,2’−ジエチル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、1,3−ビス(ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、エチレングリコールジグリジジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサメチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、ビニルシクロヘキセンジエポキシド、3,4−エポキシシクロヘキサンカルボン酸−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、アジピン酸ビス−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、1,6−ジヒドロキシナフタレンのジグリシジルエーテル、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンのジグリシジルエーテル、トリス(p−ヒドロキシフェニル)メタンのトリグリシジルエーテル、テトラキス(p−ヒドロキシフェニル)エタンのテトラグリシジルエーテル、フェノールノボラックグリシジルエーテル、クレゾールノボラックグリシジルエーテル、フェノールとジシクロペンタジエンの縮合物のグリシジルエーテル、フェノールアラルキル樹脂のグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレート、N−グリシジルフタルイミド、5−エチル−1,3−ジグリシジル−5−メチルヒダントイン、1,3−ジグリシジル−5,5−ジメチルヒダントイン、ビスフェノールAジグリシジルエーテルとトリレンイソシアネートの付加により得られるオキサゾリドン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシなどを使用することができる。   In the present invention, the epoxy resin constituting the main agent is a so-called polyfunctional epoxy resin having two or more epoxy groups in one molecule, and is used alone or in a mixture of plural kinds. Such epoxy resins include bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, tetrabromobisphenol A diglycidyl ether, bisphenol AD diglycidyl ether, 2,2 ′, 6,6′-tetramethyl-4,4′-. Biphenol diglycidyl ether, N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-4-amino-3-methylphenol N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyl-o-toluidine, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-methylenedianiline, N, N, N ′, N ′ -Tetraglycidyl-2,2'-diethyl-4,4'-methylenedianiline, N, N, ', N'-tetraglycidyl-m-xylylenediamine, 1,3-bis (diglycidylaminomethyl) cyclohexane, ethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, hexamethylene glycol diglycidyl ether, neopentyl glycol di Glycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, phthalic acid diglycidyl ester, terephthalic acid diglycidyl ester, vinylcyclohexene diepoxide, 3,4-epoxycyclohexanecarboxylic acid-3,4-epoxy Diglycidyl of cyclohexylmethyl, bis-3,4-epoxycyclohexylmethyl adipate, 1,6-dihydroxynaphthalene Ether, diglycidyl ether of 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, triglycidyl ether of tris (p-hydroxyphenyl) methane, tetraglycidyl ether of tetrakis (p-hydroxyphenyl) ethane, phenol novolac glycidyl ether, Cresol novolac glycidyl ether, glycidyl ether of condensate of phenol and dicyclopentadiene, glycidyl ether of phenol aralkyl resin, triglycidyl isocyanurate, N-glycidyl phthalimide, 5-ethyl-1,3-diglycidyl-5-methylhydantoin, 1 , 3-Diglycidyl-5,5-dimethylhydantoin, oxazolide obtained by addition of bisphenol A diglycidyl ether and tolylene isocyanate Type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy and the like can be used.

硬化剤を構成するエポキシ樹脂を硬化させうる成分としては、脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン、ジシアンジアミド、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸ヒドラジド、酸無水物、ポリメルカプタン、ポリフェノールなど、量論的反応を行う硬化剤と、イミダゾール、ルイス酸錯体、オニウム塩のように触媒的に作用する硬化剤がある。量論的反応を行う硬化剤を用いる場合には、硬化促進剤、例えばイミダゾール、ルイス酸錯体、オニウム塩、ホスフィンなどを配合する場合がある。特に耐熱性に優れた構造材の製造を目的とする場合は、芳香族アミンが硬化剤として最も適している。   Components that can cure the epoxy resin that constitutes the curing agent undergo a quantitative reaction such as aliphatic polyamines, aromatic polyamines, dicyandiamide, polycarboxylic acids, polycarboxylic acid hydrazides, acid anhydrides, polymercaptans, polyphenols, etc. There are curing agents and curing agents that act catalytically, such as imidazoles, Lewis acid complexes, and onium salts. When a curing agent that performs a stoichiometric reaction is used, a curing accelerator such as imidazole, Lewis acid complex, onium salt, phosphine, and the like may be blended. In particular, when the purpose is to produce a structural material having excellent heat resistance, an aromatic amine is most suitable as a curing agent.

また、主剤および硬化剤にはその他の成分として、可塑剤、染料、有機顔料や無機充填材、高分子化合物、酸化防止剤、紫外線吸収剤、カップリング剤、界面活性剤などを適宜配合することもできる。   In addition, plasticizers, dyes, organic pigments and inorganic fillers, polymer compounds, antioxidants, ultraviolet absorbers, coupling agents, surfactants, and the like are appropriately added as other components to the main agent and the curing agent. You can also.

本発明において、エポキシ樹脂組成物の硬化物は該エポキシ樹脂組成物を構成する硬化剤の活性に応じて、50〜200℃の範囲の任意温度で0.5〜10時間の範囲の任意時間で加熱硬化することで得られる。加熱条件は1段階でも良く、複数の加熱条件を組み合わせた多段階条件でも良い。   In this invention, the hardened | cured material of an epoxy resin composition is arbitrary time of the range of 0.5 to 10 hours at the arbitrary temperature of the range of 50-200 degreeC according to the activity of the hardening | curing agent which comprises this epoxy resin composition. Obtained by heat curing. The heating condition may be one stage or may be a multistage condition in which a plurality of heating conditions are combined.

硬化剤を芳香族アミンとした場合は、最終硬化条件は180℃で2時間加熱硬化をすることで所望する硬化物を得ることが出来る。   When the curing agent is an aromatic amine, a desired cured product can be obtained by heat curing at 180 ° C. for 2 hours.

本発明において、繊維強化複合材料の耐衝撃性等を高めるため、該エポキシ樹脂組成物の硬化物の引張伸度はJIS K 7113(1981)に従って小型1(1/2)号形試験片を切り出して測定した場合、3〜10%であることが必要であり、4〜8%であることが好ましい。引張伸度が3%未満の場合、得られた繊維強化複合材料に衝撃を与えたときのデント深さが小さくなり損傷視認性が低下し、またCAIも低下することを本発明者らは見いだした。一方、10%を超えるの場合、耐衝撃性は良好であるが、大抵の場合は曲げ弾性率が低下する現象を生じる。そのため繊維強化複合材料の圧縮特性の低下が起こり、CAIが低下する傾向がある。   In the present invention, in order to improve the impact resistance and the like of the fiber reinforced composite material, the tensile elongation of the cured product of the epoxy resin composition is cut out from a small 1 (1/2) type test piece in accordance with JIS K 7113 (1981). Measured to be 3 to 10%, preferably 4 to 8%. The present inventors have found that when the tensile elongation is less than 3%, the dent depth when an impact is applied to the obtained fiber reinforced composite material is reduced, damage visibility is lowered, and CAI is also lowered. It was. On the other hand, if it exceeds 10%, the impact resistance is good, but in most cases, the phenomenon that the flexural modulus decreases is caused. Therefore, the compression characteristics of the fiber reinforced composite material are lowered, and the CAI tends to be lowered.

必要な引張伸度を得るためには、主剤を構成するエポキシ樹脂100重量部において、エポキシ当量が150g/eq以上のエポキシ樹脂を40重量部以上配合すると効果があり、特にエポキシ当量250g/eq以上のエポキシ樹脂を5重量部以上配合すると効果が高い。かかるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、フェノールノボラックとジシクロペンタジエンの縮合物のグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテルとトリレンイソシアネートの付加により得られるオキサゾリドン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂などを挙げることができる。   In order to obtain the necessary tensile elongation, it is effective to add 40 parts by weight or more of an epoxy resin having an epoxy equivalent of 150 g / eq or more in 100 parts by weight of the epoxy resin constituting the main agent, and in particular, an epoxy equivalent of 250 g / eq or more. When 5 parts by weight or more of the epoxy resin is blended, the effect is high. Examples of such epoxy resins include bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, glycidyl ether of a condensation product of phenol novolac and dicyclopentadiene, oxazolidone type epoxy resin obtained by addition of bisphenol A diglycidyl ether and tolylene isocyanate, A phenol aralkyl type epoxy resin etc. can be mentioned.

本発明に用いる炭素繊維とは、具体的にはアクリル系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維が使用でき、特に引張強度の高いアクリル系の炭素繊維が好ましい。炭素繊維の形態としては、有撚糸、解撚糸、無撚糸等が使用できるが、解撚糸または無撚糸が繊維強化複合材料の成形性と強度特性のバランスが良いため好ましい。   Specific examples of the carbon fiber used in the present invention include acrylic, pitch, and rayon carbon fibers, with acrylic carbon fibers having high tensile strength being particularly preferred. As the form of the carbon fiber, twisted yarn, untwisted yarn, untwisted yarn or the like can be used. However, untwisted yarn or untwisted yarn is preferable because the balance between moldability and strength characteristics of the fiber reinforced composite material is good.

炭素繊維の弾性率は、成形された部材の特性と重量との観点から、200GPa〜400GPaの範囲であることが好ましい。弾性率がこの範囲より低いと、部材の剛性が不足し軽量化が不十分となる場合があり、逆にこの範囲より高いと、一般に炭素繊維の強度が低下する傾向がある。好ましくは弾性率は250GPa〜370GPaの範囲内であり、さらに好ましくは290GPa〜350GPaの範囲内である。   The elastic modulus of the carbon fiber is preferably in the range of 200 GPa to 400 GPa from the viewpoint of the characteristics and weight of the molded member. If the elastic modulus is lower than this range, the rigidity of the member may be insufficient and weight reduction may be insufficient. Conversely, if the elastic modulus is higher than this range, the strength of the carbon fiber generally tends to decrease. Preferably, the elastic modulus is in the range of 250 GPa to 370 GPa, more preferably in the range of 290 GPa to 350 GPa.

本発明において強化繊維基材とは、炭素繊維単独またはガラス繊維や化学繊維などと組み合わせたものから成り、繊維方向がほぼ同方向に引き揃えられたものや、織物、ニット、ブレイド、マットなどが使用できるが、特に炭素繊維が実質的に一方向に配向されており、ガラス繊維または化学繊維で固定されたいわゆる一方向織物が高力学物性および強化繊維の体積含有率が高い繊維強化複合材料が得られるので好ましい。また、本発明による損傷視認性の向上効果は、一方向織物の場合特に顕著に得られる。   In the present invention, the reinforcing fiber base material is composed of carbon fibers alone or in combination with glass fibers, chemical fibers, and the like, and those in which the fiber directions are aligned substantially in the same direction, woven fabrics, knits, blades, mats, etc. In particular, a so-called unidirectional fabric in which carbon fibers are substantially oriented in one direction and fixed with glass fibers or chemical fibers is a fiber-reinforced composite material having high mechanical properties and a high volume content of reinforcing fibers. Since it is obtained, it is preferable. Moreover, the improvement effect of damage visibility by this invention is acquired notably especially in the case of a unidirectional fabric.

一方向織物としては、例えば炭素繊維からなるストランドを一方向に互いに平行に配置し、それと直交するガラス繊維または化学繊維からなるヨコ糸とが、互いに交差して平織組織をなしたものや、炭素繊維のストランドからなるタテ糸とこれに平行に配列されたガラス繊維または化学繊維からなる繊維束の補助タテ糸と、これらと直交するように配列されたガラス繊維または化学繊維からなるヨコ糸からなり、該補助タテ糸と該ヨコ糸が互いに交差することにより、炭素繊維ストランドが一体に保持されて織物が形成されているノンクリンプ構造の織物等がある。   Examples of unidirectional woven fabrics include strands made of carbon fibers arranged in parallel to each other in one direction, and weft fibers made of glass fibers or chemical fibers orthogonal to each other to form a plain weave structure, carbon It consists of a warp yarn composed of strands of fibers, an auxiliary warp yarn of a fiber bundle composed of glass fibers or chemical fibers arranged in parallel to this, and a weft yarn composed of glass fibers or chemical fibers arranged so as to be orthogonal thereto. There are non-crimp fabrics in which carbon fiber strands are integrally held to form a fabric by crossing the auxiliary warp yarn and the weft yarn.

本発明において、強化繊維の片面あるいは両面に、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなるバインダー組成物が付着しているものを使用することが出来る。特に熱可塑性樹脂からなるバインダー組成物が付着している場合、靱性に乏しいエポキシ樹脂組成物に高靱性の熱可塑性樹脂を分散させることができ、繊維強化複合材料に衝撃が加わった際に発生する内部、特に層間のクラックの伝播を抑制し、強度低下を防止することができるため好ましい。   In the present invention, one in which a binder composition made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin is attached to one side or both sides of a reinforcing fiber can be used. In particular, when a binder composition made of a thermoplastic resin is attached, it is possible to disperse a high-toughness thermoplastic resin in an epoxy resin composition with poor toughness, which occurs when an impact is applied to a fiber-reinforced composite material. It is preferable because the propagation of cracks inside, particularly between layers, can be suppressed and strength reduction can be prevented.

バインダー組成物を構成する熱可塑性樹脂としては、具体的にはポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレンオキシド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルスルホンなど、いわゆるエンジニアリングプラスチックスに属する樹脂が好ましく用いられる。   Specific examples of the thermoplastic resin constituting the binder composition include polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyamideimide, polyarylene oxide, polyetherketone, and polyetherethersulfone. A resin belonging to the above is preferably used.

熱可塑性樹脂からなるバインダー組成物には、適切な可塑剤成分を配合してバインダーとしてガラス転移温度を適当な範囲、具体的には50〜70℃に調整することが好ましい。ここで可塑剤成分についてはエポキシ樹脂組成物と反応しうる化合物を選ぶ必要がある。かかる可塑剤成分としては、特にエポキシ樹脂が好ましい。可塑剤成分として用いるエポキシ樹脂は特に限定されないが、具体例としてビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールADジグリシジルエーテル、2,2’,6,6’−テトラメチル−4,4’−ビフェノールジグリシジルエーテル、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−3−メチルフェノール、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−2,2’−ジエチル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、1,3−ビス(ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、エチレングリコールジグリジジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサメチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、ビニルシクロヘキセンジエポキシド、3,4−エポキシシクロヘキサンカルボン酸−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、アジピン酸ビス−3,4−エポキシシクロヘキシルメチル、1,6−ジヒドロキシナフタレンのジグリシジルエーテル、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンのジグリシジルエーテル、トリス(p−ヒドロキシフェニル)メタンのトリグリシジルエーテル、テトラキス(p−ヒドロキシフェニル)エタンのテトラグリシジルエーテル、フェノールノボラックグリシジルエーテル、クレゾールノボラックグリシジルエーテル、フェノールとジシクロペンタジエンの縮合物のグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレート、N−グリシジルフタルイミド、5−エチル−1,3−ジグリシジル−5−メチルヒダントイン、1,3−ジグリシジル−5,5−ジメチルヒダントイン、ビスフェノールAジグリシジルエーテルとトリレンイソシアネートの付加により得られるオキサゾリドン型エポキシ樹脂およびフェノールアラルキル型エポキシなどを挙げることができる。   It is preferable that a binder composition comprising a thermoplastic resin is mixed with an appropriate plasticizer component to adjust the glass transition temperature as a binder to an appropriate range, specifically 50 to 70 ° C. Here, for the plasticizer component, it is necessary to select a compound that can react with the epoxy resin composition. As such a plasticizer component, an epoxy resin is particularly preferable. The epoxy resin used as the plasticizer component is not particularly limited. Specific examples include bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, tetrabromobisphenol A diglycidyl ether, bisphenol AD diglycidyl ether, 2,2 ′, 6,6. '-Tetramethyl-4,4'-biphenol diglycidyl ether, N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol, N, N, O-tri Glycidyl-4-amino-3-methylphenol, N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyl-o-toluidine, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-methylenedianiline N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-2,2′-diethyl 4,4'-methylenedianiline, N, N, N ', N'-tetraglycidyl-m-xylylenediamine, 1,3-bis (diglycidylaminomethyl) cyclohexane, ethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol di Glycidyl ether, hexamethylene glycol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, phthalic acid diglycidyl ester, terephthalic acid diglycidyl ester, vinylcyclohexene diepoxide, 3,4-epoxycyclohexanecarboxylic acid-3,4-epoxycyclohexylmethyl, bis-3,4-epoxycyclohexylmethyl adipate, 1 Diglycidyl ether of 6-dihydroxynaphthalene, diglycidyl ether of 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, triglycidyl ether of tris (p-hydroxyphenyl) methane, tetraglycidyl of tetrakis (p-hydroxyphenyl) ethane Ether, phenol novolac glycidyl ether, cresol novolac glycidyl ether, glycidyl ether of condensate of phenol and dicyclopentadiene, triglycidyl isocyanurate, N-glycidyl phthalimide, 5-ethyl-1,3-diglycidyl-5-methylhydantoin, 1 , 3-Diglycidyl-5,5-dimethylhydantoin, bisphenol A diglycidyl ether and tolylene isocyanate are added to obtain an oxazolidone type ester Poxy resin and phenol aralkyl type epoxy can be mentioned.

可塑剤成分としてエポキシ樹脂以外では、ポリフェノール、ポリアミン、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸無水物、ポリアクリレート、スルホンアミドなどが好ましく用いられる。   As the plasticizer component, polyphenol, polyamine, polycarboxylic acid, polycarboxylic anhydride, polyacrylate, sulfonamide and the like are preferably used other than the epoxy resin.

例えば、ポリフェノールとしては、4−tert−ブチルカテコール、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、リモネン1分子とフェノール2分子の縮合に得られるビスフェノールなどを例示することができる。     For example, examples of polyphenols include 4-tert-butylcatechol, 2,5-di-tert-butylhydroquinone, bisphenol obtained by condensation of one molecule of limonene and two molecules of phenol.

ポリアミンとしては、ジエチルトルエンジアミンを例示することができる。   An example of the polyamine is diethyltoluenediamine.

ポリカルボン酸としては、5−tert−ブチルイソフタル酸を例示することができる。   An example of the polycarboxylic acid is 5-tert-butylisophthalic acid.

ポリカルボン酸無水物としては、メチルフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、ナジック酸無水物を例示することができる。   Examples of the polycarboxylic acid anhydride include methyl phthalic acid anhydride, methyl hexahydrophthalic acid anhydride, and nadic acid anhydride.

ポリアクリレートとしては、トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレートを例示することができる。   An example of the polyacrylate is tris (2-acryloyloxyethyl) isocyanurate.

スルホンアミドとしては、ベンゼンスルホンアミド、トルエンスルホンアミドを例示することができる。   Examples of the sulfonamide include benzenesulfonamide and toluenesulfonamide.

このような反応性可塑剤は、複数種組み合わせて用いることができるが、その場合は同系の化合物、たとえばエポキシ樹脂同士、あるいは互いに反応しない組み合わせ、あるいはエポキシ樹脂とポリアクリレートを選ぶ必要がある。エポキシ樹脂とポリアミンのように容易に反応する組み合わせは長期保管した場合に反応が進行してバインダーのガラス転移温度が上昇してしまいバインダーとして使用できなくなる恐れがあるので好ましくない。   Such reactive plasticizers can be used in combination of a plurality of types. In that case, it is necessary to select a similar compound, for example, an epoxy resin, a combination that does not react with each other, or an epoxy resin and a polyacrylate. Combinations that react easily such as epoxy resins and polyamines are not preferred because the reaction proceeds and the glass transition temperature of the binder rises when stored for a long period of time, making it unusable as a binder.

強化繊維基材の表面に付与するバインダー組成物の量は少なくとも片面に5〜50g/mの目付で付着していることが好ましく、10〜35g/mの範囲であれば更に好ましい。目付が上記範囲より少ないと、形態固定や高靭性化の効果が少なく、目付が多いと、該強化繊維基材を積層してなるプリフォームに注入含浸するエポキシ樹脂組成物の含浸性が乏しくなるなどの不利が生じることがある。 The amount of binder composition applied to the surface of the reinforcing fiber base material is preferably attached at least one side of 5 to 50 g / m 2 basis weight, further preferably ranges from 10~35g / m 2. If the basis weight is less than the above range, the effect of fixing the form and increasing the toughness is small, and if the basis weight is large, the impregnation property of the epoxy resin composition that is injected and impregnated into the preform formed by laminating the reinforcing fiber base becomes poor. Such disadvantages may occur.

本発明において、繊維強化複合材料は炭素繊維の体積含有率が50〜65%であることが好ましく、53〜60%であればより好ましい。体積含有率が上記範囲より少ないと繊維強化複合材料の重量が重くなり、また、応力集中の影響で強度が低下する傾向があるため好ましくなく、強化繊維の体積含有率が上記範囲より多いと繊維強化複合材料内部に未含浸部分やボイドといった欠陥部分が発生することが非常に多く物性低下を起こしてしまうことがあるため好ましくない。

本発明における好ましい成形方法としては、型内に配置した強化繊維基材からなるプリフォームにエポキシ樹脂組成物を25〜90℃のうちの任意温度において注入する。そのため、エポキシ樹脂組成物の初期粘度は25〜90℃のうちの任意温度において500mPa・s以下であることが好ましい。該初期粘度が、300mPa・s以下であればさらに好ましい。初期粘度が上記の範囲より高いとエポキシ樹脂組成物の含浸性が不十分になることがある。
In the present invention, the fiber reinforced composite material preferably has a carbon fiber volume content of 50 to 65%, more preferably 53 to 60%. If the volume content is less than the above range, the weight of the fiber reinforced composite material becomes heavy, and the strength tends to decrease due to the effect of stress concentration. It is not preferable because defective portions such as unimpregnated portions and voids are generated in the reinforced composite material so much that physical properties may be deteriorated.

As a preferable molding method in the present invention, an epoxy resin composition is injected at an arbitrary temperature of 25 to 90 ° C. into a preform composed of a reinforcing fiber base disposed in a mold. Therefore, the initial viscosity of the epoxy resin composition is preferably 500 mPa · s or less at an arbitrary temperature of 25 to 90 ° C. More preferably, the initial viscosity is 300 mPa · s or less. When the initial viscosity is higher than the above range, the impregnation property of the epoxy resin composition may be insufficient.

本発明において、RTM成形に用いる型は、剛体からなるクローズドモールドを用いてもよく、剛体のオープンモールドと可撓性のフィルム(バッグ)を用いる方法も可能である。後者の場合、強化繊維基材は剛体オープンモールドと可撓性フィルムの間に設置する。   In the present invention, the mold used for the RTM molding may be a closed mold made of a rigid body, and a method using a rigid open mold and a flexible film (bag) is also possible. In the latter case, the reinforcing fiber base is placed between the rigid open mold and the flexible film.

剛体型の材料としては、金属(スチール、アルミニウムなど)、FRP、木材、石膏など既存の各種のものが用いられる。可撓性のフィルムの材料にはナイロン、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが用いられる。   As the rigid material, various existing materials such as metal (steel, aluminum, etc.), FRP, wood, and plaster are used. Nylon, fluorine resin, silicone resin, or the like is used as the material for the flexible film.

剛体のクローズドモールドを用いる場合は、加圧して型締めし、エポキシ樹脂組成物を加圧して注入することが通常行われる。このとき、注入口とは別に吸引口を設け、真空ポンプに接続して吸引することも可能である。吸引を行い、かつ、特別な加圧手段を用いず、大気圧のみでエポキシ樹脂組成物を注入することも可能である。   When a rigid closed mold is used, it is usually performed by pressurizing and clamping and then injecting the epoxy resin composition under pressure. At this time, it is also possible to provide a suction port separately from the injection port and connect it to a vacuum pump for suction. It is also possible to inject the epoxy resin composition only at atmospheric pressure without performing any special pressurizing means.

剛体のオープンモールドと可撓性フィルムを用いる場合は、通常、吸引と大気圧による注入を用いる。大気圧による注入で、良好な含浸を実現するためには、樹脂拡散媒体を用いることが有効である。さらに、強化繊維基材あるいはプリフォームの設置に先立って、剛体型の表面にゲルコートを塗布することも好ましく行われる。
強化繊維基材あるいはプリフォームの設置が完了した後、型締めあるいはバギングが行われ、続いて熱硬化性樹脂の注入が行われた後に加熱硬化が行われる。加熱硬化時の型の温度は、通常液状熱硬化性樹脂の注入時における型の温度より高い温度が選ばれる。加熱硬化時の型の温度は80〜180℃であることが好ましい。加熱硬化の時間は1〜20時間が好ましい。加熱硬化が完了した後、脱型して繊維強化複合材料を取り出す。その後、得られた繊維強化複合材料を硬化温度より高い温度で加熱する後硬化を行ってもよい。後硬化の温度は150〜200℃が好ましく、時間は1〜4時間が好ましい。
In the case of using a rigid open mold and a flexible film, suction and injection by atmospheric pressure are usually used. In order to achieve good impregnation by injection at atmospheric pressure, it is effective to use a resin diffusion medium. Furthermore, it is also preferable to apply a gel coat to the rigid surface prior to installation of the reinforcing fiber substrate or preform.
After the installation of the reinforcing fiber base or preform is completed, mold clamping or bagging is performed, and then thermosetting resin is injected, and then heat curing is performed. The temperature of the mold at the time of heat curing is usually selected to be higher than the mold temperature at the time of injection of the liquid thermosetting resin. The mold temperature during heat curing is preferably 80 to 180 ° C. The heat curing time is preferably 1 to 20 hours. After the heat curing is completed, the mold is removed and the fiber reinforced composite material is taken out. Thereafter, post-curing may be performed in which the obtained fiber-reinforced composite material is heated at a temperature higher than the curing temperature. The post-curing temperature is preferably 150 to 200 ° C., and the time is preferably 1 to 4 hours.

本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維の体積含有率が高いため軽く、耐衝撃性、特に衝撃後圧縮強度に優れており、強い損傷エネルギーが付与されて損傷したときの視認性が非常に良いため、品質検査で損傷部を見逃すことがないため、胴体、主翼、尾翼、動翼、フェアリング、カウル、ドア、座席および内装材などの航空機部材、モーターケースおよび主翼などの宇宙機部材、構体およびアンテナなどの人工衛星部材、外板、シャシー、空力部材および座席などの自動車部材、構体および座席などの鉄道車両部材、船体および座席などの船舶部材など多くの構造材料に好適に用いることができる。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is light because the volume content of the reinforcing fiber is high, and is excellent in impact resistance, particularly compressive strength after impact, and is highly visible when it is damaged by applying strong damage energy. Because it is good, quality inspections do not miss damaged parts, fuselage, main wing, tail wing, moving blade, fairing, cowl, door, seat and interior materials such as aircraft parts, motor case and main wing spacecraft members, It is suitably used for many structural materials such as artificial satellite members such as structures and antennas, outer members, automobile members such as chassis, aerodynamic members and seats, railway vehicle members such as structures and seats, and ship members such as hulls and seats. it can.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。尚、組成比の単位「部」は、特に注釈のない限り重量部を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The unit “part” of the composition ratio means part by weight unless otherwise specified.

<樹脂硬化物の引張伸度の測定方法>
実施例で得られたエポキシ樹脂組成物を所定の型枠内に注入し、熱風オーブン中で室温から130℃まで1分間に1.5℃ずつ昇温した後、130℃で2時間保持し、次いで180℃まで1分間に1.5℃ずつ昇温した後、180℃で2時間保持して2mm厚の硬化板を作製した。
<Method for measuring tensile elongation of cured resin>
The epoxy resin composition obtained in the example was poured into a predetermined mold, heated from room temperature to 130 ° C. by 1.5 ° C. per minute in a hot air oven, then held at 130 ° C. for 2 hours, Next, the temperature was raised to 180 ° C. by 1.5 ° C. per minute and then held at 180 ° C. for 2 hours to produce a 2 mm thick cured plate.

得られた硬化板をJIS K 7113(1981)に従って小型1(1/2)号形試験片を切り出し、引張伸度を測定した。   From the obtained cured plate, a small 1 (1/2) type test piece was cut out according to JIS K 7113 (1981), and the tensile elongation was measured.

<炭素繊維織物の製造>
実施例で用いた炭素繊維織物は以下のように作製した。
<Manufacture of carbon fiber fabrics>
The carbon fiber fabric used in the examples was produced as follows.

炭素繊維T800S−24K−10C(東レ(株)製)をタテ糸とし、ガラス繊維ECE225 1/0 1Z(日東紡(株)製)をヨコ糸として実質的に炭素繊維が一方向に配列された平織組織の織物を作製した。タテ糸密度は7.2本/25mmとし、ヨコ糸密度は7.5本/25mmとした。織物の炭素繊維目付は190g/mであった。
<バインダー組成物の製造>
実施例で用いたバインダー組成物は以下のように作製した。
ポリエーテルスルホン(“スミカエクセル”PES5003P、住友化学(株)製)60部、トリグリシジルイソシアヌレート(TEPIC−P、日産化学(株)製)4部、液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“エピコート”806、ジャパンエポキシレジン(株)製)23部およびフェノールアラルキル型エポキシ樹脂(NC−3000、日本化薬(株)製)13部を2軸押出機にて210℃で混練して得られたペレットを凍結粉砕して平均粒径100μm(球相当径)のバインダー組成物を得た。
Carbon fiber T800S-24K-10C (manufactured by Toray Industries, Inc.) was used as warp yarns, and glass fibers ECE225 1/0 1Z (manufactured by Nittobo Co., Ltd.) were used as weft yarns so that the carbon fibers were substantially arranged in one direction. A plain weave fabric was prepared. The warp yarn density was 7.2 yarns / 25 mm, and the weft yarn density was 7.5 yarns / 25 mm. The carbon fiber basis weight of the woven fabric was 190 g / m 2 .
<Manufacture of binder composition>
The binder composition used in the examples was prepared as follows.
60 parts of polyethersulfone (“Sumika Excel” PES5003P, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 4 parts of triglycidyl isocyanurate (TEPIC-P, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.), liquid bisphenol F type epoxy resin (“Epicoat” 806) , Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) 23 parts and Phenol Aralkyl Type Epoxy Resin (NC-3000, Nippon Kayaku Co., Ltd.) 13 parts were kneaded at 210 ° C. with a twin screw extruder. The binder composition having an average particle diameter of 100 μm (equivalent sphere diameter) was obtained by freeze pulverization.

<繊維強化複合材料のデント深さおよびCAI試験体の作製方法>
以下実施例で使用した繊維強化複合材料はRTM成形法で作製したものである。
炭素繊維の長手方向を0°とした強化繊維基材を[+45°/0°/−45°/90°]を基本として3回繰り返したものを対称に積層し、プリフォームを作製する。
<Dent depth of fiber reinforced composite material and method for producing CAI specimen>
The fiber reinforced composite materials used in the examples below were produced by the RTM molding method.
A reinforced fiber base material having a carbon fiber longitudinal direction of 0 ° and repeated three times based on [+ 45 ° / 0 ° / −45 ° / 90 °] is laminated symmetrically to prepare a preform.

得られたプリフォームに80℃でエポキシ樹脂組成物を注入含浸した後、1分間に1.5℃ずつ130℃まで昇温して130℃で2時間予備硬化する。予備硬化品をRTM型から取り出した後、熱風オーブン中、180℃で2時間硬化して試験体とした。   The resulting preform is injected and impregnated with an epoxy resin composition at 80 ° C., and then heated to 130 ° C. at 1.5 ° C. per minute and pre-cured at 130 ° C. for 2 hours. After removing the precured product from the RTM mold, it was cured in a hot air oven at 180 ° C. for 2 hours to obtain a test specimen.

<繊維強化複合材料のデント深さおよびCAIの測定>
上記方法で得られた試験体から試験片の長手方向を炭素繊維配向角0°として縦150mm、横100mmの矩形試験片を切り出し、試験片の中心にJIS K 7089(1996)に従って試験片の厚さ1mmあたり20Jの落錘衝撃を与えた後、マイクロメータにて衝撃によりへこんだ部分のうちで最も大きいデント深さを求め、JIS K 7089(1996)に従い残存圧縮強度を測定した。
<Measurement of dent depth and CAI of fiber reinforced composite material>
From the specimen obtained by the above method, a rectangular specimen having a length of 150 mm and a width of 100 mm was cut out with the longitudinal direction of the specimen being a carbon fiber orientation angle of 0 °, and the thickness of the specimen was measured according to JIS K 7089 (1996) at the center of the specimen. After applying a falling weight impact of 20 J per 1 mm, the largest dent depth of the portions dented by the impact was obtained with a micrometer, and the residual compressive strength was measured according to JIS K 7089 (1996).

<実施例1>
以下の処方により、エポキシ樹脂組成物を得た。
・“アラルダイト”MY−721(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製エポキシ樹脂)
:30部
・AK−601(日本化薬(株)製エポキシ樹脂)
:20部
・“エピコート”825(ジャパンエポキシレジン(株)製エポキシ樹脂)
:20部
・“エピクロン”HP7200L(大日本インキ化学(株)製エポキシ樹脂)
:30部
・“エピキュア”W(ジャパンエポキシレジン(株)製芳香族アミン)
:18部
・“スミキュア”S(住友化学(株)製芳香族アミン)
:7部
・3,3’−DAS(三井化学(株)製芳香族アミン)
:7部
・TBC(宇部興産(株)製t−ブチルカテコール(硬化触媒))
:1部
このエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度をE型粘度計にて測定したところ、190mPa・sであった。
<Example 1>
An epoxy resin composition was obtained by the following formulation.
・ "Araldite" MY-721 (epoxy resin manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.)
: 30 parts AK-601 (Nippon Kayaku Co., Ltd. epoxy resin)
: 20 parts "Epicoat" 825 (epoxy resin manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
: 20 parts "Epiclon" HP7200L (Epoxy resin manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.)
: 30 parts "Epicure" W (Aromatic amine manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
: 18 parts ・ SumiCure S (Aromatic amine manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
: 7 parts, 3,3'-DAS (Aromatic amine manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.)
: 7 parts · TBC (t-butylcatechol (curing catalyst) manufactured by Ube Industries, Ltd.)
1 part The viscosity of this epoxy resin composition at 80 ° C. was measured with an E-type viscometer, and found to be 190 mPa · s.

また、このエポキシ樹脂組成物について前記方法にて硬化物を作製し、引張伸度を測定した結果5.4%であった。   Further, a cured product was produced by the above method for this epoxy resin composition, and the tensile elongation was measured. As a result, it was 5.4%.

更に、このエポキシ樹脂組成物を用い、前記方法にて強化繊維の体積含有率が58%の繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料に前記方法に従い試験片の厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与した結果、デント深さは1.1mmで損傷部の視認性は良好であり、CAIは190MPaと高い値であった。
<実施例2>
以下の処方により、エポキシ樹脂組成物を得た。
・“アラルダイト”MY−721(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製エポキシ樹脂)
:50部
・“エリシス”GE−20(CVC Specialty Chemicals社製エポキシ樹脂)
:20部
・“エピコート”807(ジャパンエポキシレジン(株)製エポキシ樹脂)
:30部
・“エピキュア”W(ジャパンエポキシレジン(株)製芳香族アミン)
:21部
・“スミキュア”S(住友化学(株)製芳香族アミン)
:5
・3,3’−DAS(三井化学(株)製芳香族アミン)
:5部
・TBC(宇部興産(株)製t−ブチルカテコール(硬化触媒))
:1部
このエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度をE型粘度計にて測定したところ、43mPa・sであった。
Furthermore, using this epoxy resin composition, a fiber-reinforced composite material having a volume content of reinforcing fibers of 58% was obtained by the above method. As a result of applying an impact energy of 20 J per 1 mm thickness of the test piece according to the above method to the obtained fiber reinforced composite material, the dent depth was 1.1 mm, the visibility of the damaged part was good, and the CAI was as high as 190 MPa. Value.
<Example 2>
An epoxy resin composition was obtained by the following formulation.
・ "Araldite" MY-721 (epoxy resin manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.)
: 50 parts "Elysis" GE-20 (CVC Specialty Chemicals epoxy resin)
: 20 parts "Epicoat" 807 (epoxy resin manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
: 30 parts "Epicure" W (Aromatic amine manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
: 21 parts "SumiCure" S (Aromatic amine manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
: 5
・ 3,3'-DAS (Aromatic amine manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.)
: 5 parts · TBC (Ube Industries, Ltd. t-butylcatechol (curing catalyst))
1 part The viscosity of the epoxy resin composition at 80 ° C. was measured with an E-type viscometer, and it was 43 mPa · s.

また、このエポキシ樹脂組成物について前記方法にて硬化物を作製し、引張伸度を測定した結果5.0%であった。   Further, a cured product was prepared by the above method for this epoxy resin composition, and the tensile elongation was measured and found to be 5.0%.

更に、このエポキシ樹脂組成物と前記炭素繊維織物の片面に前記バインダー組成物を30g/mの目付で散布して、遠赤ヒーターを用いて170℃に加熱して融着したバインダー付繊維強化基材を用い、前記方法にて強化繊維の体積含有率が58%の繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料に前記方法に従い試験片の厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与した結果、デント深さは1.4mmで損傷部の視認性は良好であり、CAIは260MPaと高い値であった。
<比較例1>
下記の処方により、エポキシ樹脂組成物を得た。
・“アラルダイト”MY−721(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製エポキシ樹脂)
:40部
・“エピコート”630(ジャパンエポキシレジン(株)製エポキシ樹脂)
:40部
・GAN(日本化薬(株)製エポキシ樹脂)
:20部
・“エピキュア”W(ジャパンエポキシレジン(株)製芳香族アミン)
:41.7部
・TBC(宇部興産(株)製t−ブチルカテコール(硬化触媒))
:1部
このエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度をE型粘度計にて測定したところ、20mPa・sであった。
Furthermore, the epoxy resin composition and the carbon fiber woven fabric are reinforced with a binder-bonded fiber reinforced by spraying the binder composition with a basis weight of 30 g / m 2 and heating to 170 ° C. using a far-red heater. Using the base material, a fiber-reinforced composite material having a volume content of reinforcing fibers of 58% was obtained by the above method. As a result of applying an impact energy of 20 J per 1 mm thickness of the test piece according to the above method to the obtained fiber reinforced composite material, the dent depth is 1.4 mm, the visibility of the damaged part is good, and the CAI is as high as 260 MPa. Value.
<Comparative Example 1>
An epoxy resin composition was obtained according to the following formulation.
・ "Araldite" MY-721 (epoxy resin manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.)
: 40 parts "Epicoat" 630 (Japan Epoxy Resin Co., Ltd. epoxy resin)
: 40 parts · GAN (Nippon Kayaku Co., Ltd. epoxy resin)
: 20 parts "Epicure" W (Aromatic amine manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
: 41.7 parts · TBC (t-butylcatechol (curing catalyst) manufactured by Ube Industries, Ltd.)
1 part The viscosity of the epoxy resin composition at 80 ° C. was measured with an E-type viscometer, and found to be 20 mPa · s.

また、このエポキシ樹脂組成物について実施例1と同様にして引張伸度を測定した結果1.3%であった。   Further, the tensile elongation of this epoxy resin composition was measured in the same manner as in Example 1, and the result was 1.3%.

更に、このエポキシ樹脂組成物を用い、実施例1と同様にして強化繊維の体積含有率が58%の繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料に実施例1と同様にして試験片の厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与した結果、デント深さは0.4mmで損傷部の視認性は不良であり、CAIは140MPaと低い値であった。
<比較例2>
以下の処方により、エポキシ樹脂を得た・
・“エピコート”630(ジャパンエポキシレジン(株)製エポキシ樹脂
:70
・GAN(日本化薬(株)製エポキシ樹脂)
:20部
・“エピコート”828(ジャパンエポキシレジン(株)製エポキシ樹脂
:10部
・“カヤハード”AA(日本化薬(株)製芳香族アミン)
:59.4部
・TBC(宇部興産(株)製t−ブチルカテコール(硬化触媒))
:1部
このエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度をE型粘度計にて測定したところ、15mPa・sであった。
Furthermore, using this epoxy resin composition, a fiber-reinforced composite material having a volume content of reinforcing fibers of 58% was obtained in the same manner as in Example 1. As a result of applying an impact energy of 20 J per 1 mm thickness of the test piece to the obtained fiber reinforced composite material in the same manner as in Example 1, the dent depth was 0.4 mm, and the visibility of the damaged portion was poor. Was a low value of 140 MPa.
<Comparative example 2>
An epoxy resin was obtained by the following formulation:
"Epicoat" 630 (Japan Epoxy Resin Co., Ltd. epoxy resin: 70
・ GAN (Nippon Kayaku Co., Ltd. epoxy resin)
: 20 parts “Epicoat” 828 (epoxy resin manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.): 10 parts “Kayahard” AA (aromatic amine manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)
: 59.4 parts TBC (t-butylcatechol (curing catalyst) manufactured by Ube Industries, Ltd.)
1 part The viscosity of the epoxy resin composition at 80 ° C. was measured with an E-type viscometer, and it was 15 mPa · s.

また、このエポキシ樹脂組成物について前記方法にて硬化物を作製し、引張伸度を測定した結果1.1%であった。   Moreover, it was 1.1% as a result of producing hardened | cured material about this epoxy resin composition by the said method, and measuring tensile elongation.

更に、このエポキシ樹脂組成物と前記炭素繊維織物の片面に前記バインダー組成物を3g/mの目付で散布して、遠赤ヒーターを用いて170℃に加熱して融着したバインダー付繊維強化基材を用い、前記方法にて強化繊維の体積含有率が58%の繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料に前記方法に従い試験片の厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与した結果、デント深さは0.4mmで損傷部の視認性は不良であり、CAIは110MPaと低い値であった。 Furthermore, the epoxy resin composition and the carbon fiber woven fabric are reinforced with a binder by spreading the binder composition with a basis weight of 3 g / m 2 and fusing by heating to 170 ° C. using a far red heater. Using the base material, a fiber-reinforced composite material having a volume content of reinforcing fibers of 58% was obtained by the above method. As a result of applying an impact energy of 20 J per 1 mm thickness of the test piece to the obtained fiber reinforced composite material according to the above method, the dent depth was 0.4 mm, the visibility of the damaged part was poor, and the CAI was as low as 110 MPa. Value.

本発明は、上述したように宇宙機、航空機、鉄道車両、自動車、船舶などの構造材料に好適に用いることができるが、その他テニスラケット、ゴルフシャフト、釣り竿などのレジャー産業や建築等の分野にも適用することが出来る。   As described above, the present invention can be suitably used for structural materials such as spacecrafts, aircrafts, railway vehicles, automobiles, ships, etc., but also in the fields of leisure industries such as tennis rackets, golf shafts, fishing rods, and construction. Can also be applied.

Claims (8)

エポキシ樹脂を含む主剤とエポキシ樹脂を硬化させうる成分を含む硬化剤とから成り、180℃で2時間熱硬化させた硬化物の引張伸度が3〜10%であるエポキシ樹脂組成物を炭素繊維を含む強化繊維基材または該強化繊維基材を積層してなるプリフォームに注入含浸して加熱硬化されて成るレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料であり、且つ、交差積層された該プリフォームから得られる厚さ4〜5mmの該繊維強化複合材料について、JIS K 7089(1996)に従って試験片の厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与した後のデント深さが0.6mm以上であることを特徴とするレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料。 An epoxy resin composition comprising a main agent containing an epoxy resin and a curing agent containing a component capable of curing the epoxy resin, and a cured product obtained by thermosetting at 180 ° C. for 2 hours, having a tensile elongation of 3 to 10% is a carbon fiber. A resin transfer molding molded fiber reinforced composite material which is injected and impregnated into a preform formed by laminating the reinforcing fiber substrate or heat-cured by a preform laminated with the reinforcing fiber substrate, and the cross-laminated The fiber-reinforced composite material having a thickness of 4 to 5 mm obtained from the reforming has a dent depth of 0.6 mm or more after applying an impact energy of 20 J per 1 mm thickness of the test piece according to JIS K 7089 (1996). A resin-transfer molding-reinforced fiber reinforced composite material. 交差積層された該プリフォームから得られる厚さ4〜5mmの該繊維強化複合材料について、JIS K 7089(1996)に従って試験片の厚さ1mmあたり20Jの衝撃を付与した後の残存圧縮強度が160MPa以上であることを特徴とする請求項1記載のレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料。 The fiber reinforced composite material having a thickness of 4 to 5 mm obtained from the cross-laminated preform has a residual compressive strength of 160 MPa after applying an impact of 20 J per 1 mm thickness of the test piece according to JIS K 7089 (1996). The resin transfer molding molded fiber reinforced composite material according to claim 1, which is as described above. 硬化剤が芳香族アミンを含む請求項1または2記載のレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料。 The resin transfer molding molded fiber reinforced composite material according to claim 1 or 2, wherein the curing agent contains an aromatic amine. 強化繊維の体積含有率が50〜65%の範囲である請求項1〜3のいずれかに記載のレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料。 The resin transfer molding molded fiber reinforced composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the volume content of the reinforcing fibers is in the range of 50 to 65%. 各層内において強化繊維基材を構成する強化繊維が実質的に一方向に配向されてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料。 The resin-transfer molding-formed fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the reinforcing fibers constituting the reinforcing fiber substrate are oriented substantially in one direction in each layer. 強化繊維基材の片面または両面に熱可塑性樹脂を含むバインダー組成物が5〜50g/mの範囲で付着されている請求項1〜5のいずれかに記載のレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料。 Resin transfer molding shaped fiber-reinforced according to claim 1, the binder composition is deposited in the range of 5 to 50 g / m 2 comprising a thermoplastic resin on one or both surfaces of the reinforcing fiber substrate Composite material. 該プリフォームに該主剤および硬化剤を混合したエポキシ樹脂組成物を加熱注入して含浸して得られる請求項1〜6のいずれかに記載のレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料。 The resin transfer molding molded fiber reinforced composite material according to any one of claims 1 to 6, which is obtained by heating and impregnating an epoxy resin composition obtained by mixing the main agent and a curing agent into the preform. エポキシ樹脂組成物の成型前の初期粘度が25〜90℃のうちの任意温度において500mPa・s以下である請求項1〜7のいずれかに記載のレジン・トランスファー・モールディング成形繊維強化複合材料。
The resin transfer molding molded fiber reinforced composite material according to any one of claims 1 to 7, wherein an initial viscosity of the epoxy resin composition before molding is 500 mPa · s or less at an arbitrary temperature of 25 to 90 ° C.
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