JP2008088342A - Epoxy resin composition and method for producing fiber-reinforced composite material - Google Patents

Epoxy resin composition and method for producing fiber-reinforced composite material Download PDF

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Shinji Izumiguchi
真二 泉口
Takeshi Tanaka
剛 田中
Shiro Honda
史郎 本田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epoxy resin composition excellent in molding property and usable in filament winding and pultrusion method and to provide a fiber-reinforced composite material excellent in mechanical property at a high temperature. <P>SOLUTION: The invention relates to the liquid epoxy resin composition for forming fiber-reinforced composite material comprising an epoxy resin (A) comprising a compound selected from cycloaliphatic epoxy compounds and triglycidyl aminophenol, a hardening agent for epoxy resin (B) comprising at least one compound selected from the group consisting of nadic acid anhydrides and a polycarboxylic acid anhydride containing two or more anhydride groups in the molecule, and (C) a hardening accelerator including an imidazole derivative, wherein the composition has 50-500 mPa s of viscosity at 50°C. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、航空・宇宙分野、輸送機器・産業機械分野、土木・建築分野、スポーツ・レジャー分野などで広く使用できるエポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料に関するものである。   The present invention relates to an epoxy resin composition and a fiber-reinforced composite material that can be widely used in the fields of aviation / space, transportation equipment / industrial machinery, civil engineering / architecture, sports / leisure.

ガラス繊維、炭素繊維および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、シアネート樹脂およびビスマレイミド樹脂等のマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料は、軽量でありながら、強度や剛性など機械物性に優れるため、航空・宇宙分野、輸送機器・産業機械分野、土木・建築分野、スポーツ・レジャー分野などで広く応用されてきた。この中で、繊維強化複合材料用のマトリックス樹脂としては、優れた耐熱性、弾性率および耐薬品性を有し、かつ硬化収縮が小さいエポキシ樹脂が最もよく用いられている。   Fiber reinforced composite materials consisting of glass fibers, carbon fibers and aramid fibers and other matrix resins such as unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, phenol resins, cyanate resins and bismaleimide resins are lightweight. However, because of its excellent mechanical properties such as strength and rigidity, it has been widely applied in the aerospace field, transportation equipment / industrial machinery field, civil engineering / architecture field, sports / leisure field and the like. Among these, epoxy resins having excellent heat resistance, elastic modulus and chemical resistance and having a small curing shrinkage are most often used as matrix resins for fiber reinforced composite materials.

また、繊維強化複合材料の製造には、プリプレグ法、ハンドレイアップ法、フィラメントワイディング法、引き抜き成形法、RTM法(レジン・トランスファー・モールディング法)などの各種方式が適用される。この中で、フィラメントワインディング法や引き抜き成形法は、製造できる形状には制限があるものの、比較的低コストで大量に繊維強化複合材料を製造できる方法として有益である。   Various methods such as a prepreg method, a hand lay-up method, a filament wiping method, a pultrusion method, and an RTM method (resin transfer molding method) are applied to the production of the fiber reinforced composite material. Among these, the filament winding method and the pultrusion method are useful as methods capable of producing a fiber-reinforced composite material in a large amount at a relatively low cost, although the shapes that can be produced are limited.

従来から、フィラメントワインディング法や引き抜き成形法に用いられるエポキシ樹脂としては低粘度の液状エポキシ樹脂を酸無水物硬化剤やアミン系硬化剤で硬化させる例が多く、近年の各適用分野の耐熱性向上要求に応えるべく、多官能エポキシ樹脂や芳香族アミン硬化剤を用いた樹脂が検討されているが、耐熱性と成形性の両立が困難であり、また、フィラメントワインディング法と引き抜き成形法の両方に使用できる樹脂ではなかった。(例えば、特許文献1、特許文献2)
特許第3531845号 特開平5−117412号
Conventionally, as an epoxy resin used for the filament winding method and the pultrusion method, there are many examples of curing a low-viscosity liquid epoxy resin with an acid anhydride curing agent or an amine curing agent, and in recent years, heat resistance has been improved in each application field. Responding to demands, polyfunctional epoxy resins and resins using aromatic amine curing agents are being studied, but it is difficult to achieve both heat resistance and moldability, and both the filament winding method and the pultrusion method are used. It was not a usable resin. (For example, Patent Document 1 and Patent Document 2)
Japanese Patent No. 3531845 Japanese Patent Laid-Open No. 5-117212

本発明の課題は、成形性に優れ、フィラメントワインディング法と引き抜き成形法のいずれにも使用可能なエポキシ樹脂組成物およびそれを用いて高温での機械特性に優れた繊維強化複合材料を提供することである。   An object of the present invention is to provide an epoxy resin composition that is excellent in moldability and can be used for both the filament winding method and the pultrusion method, and a fiber-reinforced composite material having excellent mechanical properties at high temperatures using the same. It is.

本発明はかかる課題を解決するために、次のような手段を採用する。
すなわち、
(1)(A)環状脂肪族エポキシ化合物およびトリグリシジルアミノフェノールから選ばれる化合物を含むエポキシ樹脂、(B)ナジック酸類無水物および一分子中に酸無水物基を2個以上有する多価酸無水物、からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含むエポキシ樹脂硬化剤、(C)イミダゾール誘導体を含む硬化促進剤を含んでなり、50℃における粘度が50mPa・s以上で、500mPa・s以下であることを特徴とする繊維強化複合材料成形用液状エポキシ樹脂組成物。
(2)引き揃えた強化繊維束を、前記(1)に記載の繊維強化複合材料成形用液状エポキシ樹脂組成物の含浸槽に連続的に通して、繊維束に前記液状エポキシ樹脂組成物を含浸させ、マンドレルに巻き付けた後、マンドレル上で樹脂を硬化させ、その後マンドレルを抜き取る繊維強化複合材料の製造方法。
(3)引き揃えた強化繊維束を、前記(1)に記載の繊維強化複合材料成形用液状エポキシ樹脂組成物の含浸槽に連続的に通し、スクイーズダイ及び、加熱金型を通して引張機によって連続的に引き抜き成形しつつ硬化させる工程を有する繊維強化複合材料の製造方法。
In order to solve this problem, the present invention employs the following means.
That is,
(1) (A) epoxy resin containing a compound selected from cycloaliphatic epoxy compounds and triglycidylaminophenol, (B) nadic acid anhydrides and polyhydric acid anhydrides having two or more acid anhydride groups in one molecule An epoxy resin curing agent containing at least one compound selected from the group consisting of a product, (C) a curing accelerator containing an imidazole derivative, and a viscosity at 50 ° C. of 50 mPa · s to 500 mPa · s. A liquid epoxy resin composition for molding a fiber-reinforced composite material.
(2) The aligned reinforcing fiber bundle is continuously passed through the impregnation tank of the liquid epoxy resin composition for molding a fiber reinforced composite material described in (1), and the fiber epoxy resin composition is impregnated into the fiber bundle. And then winding the mandrel, then curing the resin on the mandrel, and then drawing out the mandrel.
(3) The aligned reinforcing fiber bundle is continuously passed through the impregnation tank of the liquid epoxy resin composition for molding a fiber reinforced composite material as described in (1) above, and continuously with a squeeze die and a heating die by a tension machine. The manufacturing method of the fiber reinforced composite material which has the process of making it harden | cure while performing pultrusion.

本発明によれば、成形性に優れ、フィラメントワインディング法と引き抜き成形法のいずれにも使用可能なエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた高温での機械特性に優れた繊維強化複合材料が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the epoxy resin composition which is excellent in a moldability and can be used for both a filament winding method and a pultrusion method, and the fiber reinforced composite material excellent in the mechanical property at high temperature using the same are obtained.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)環状脂肪族エポキシ化合物およびトリグリシジルアミノフェノールから選ばれる化合物を含むエポキシ樹脂、(B)ナジック酸類無水物および一分子中に酸無水物基を2個以上有する多価酸無水物、からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含むエポキシ樹脂硬化剤、(C)イミダゾール誘導体を含む硬化促進剤を含んでなり、50℃における粘度が50mPa・s以上で、500mPa・s以下であることを特徴とする繊維強化複合材料用液状エポキシ樹脂組成物である。   The epoxy resin composition of the present invention comprises (A) an epoxy resin containing a compound selected from cycloaliphatic epoxy compounds and triglycidylaminophenol, (B) nadic acid anhydrides, and two acid anhydride groups in one molecule. An epoxy resin curing agent containing at least one compound selected from the group consisting of polyhydric acid anhydrides, and (C) a curing accelerator containing an imidazole derivative, and having a viscosity at 50 ° C. of 50 mPa · s or more. The liquid epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials is 500 mPa · s or less.

本発明における構成要素(A)は、環状脂肪族エポキシ化合物およびトリグリシジルアミノフェノールから選ばれる化合物を含むエポキシ樹脂である。これら、環状脂肪族エポキシ化合物およびトリグリシジルアミノフェノールから選ばれる化合物を用いることで、低粘度で成形性に優れ、耐熱性の高い硬化物が得られる。   The component (A) in the present invention is an epoxy resin containing a compound selected from a cycloaliphatic epoxy compound and triglycidylaminophenol. By using a compound selected from these cycloaliphatic epoxy compounds and triglycidylaminophenol, a cured product having low viscosity, excellent moldability, and high heat resistance can be obtained.

本発明における構成要素(A)は、環状脂肪族エポキシ化合物およびトリグリシジルアミノフェノールから選ばれる化合物を含んでいれば、その量の多少は問わないが、エポキシ樹脂中に15重量%以上含まれることが好ましく、25重量%以上含まれることがさらに好ましい。含有量の増加すれば耐熱性を一段と向上できることから好ましい。   As long as the component (A) in the present invention contains a compound selected from a cycloaliphatic epoxy compound and triglycidylaminophenol, the amount thereof is not limited, but it is contained in the epoxy resin by 15% by weight or more. It is more preferable that it is contained in an amount of 25% by weight or more. Increasing the content is preferable because the heat resistance can be further improved.

ここで、環状脂肪族エポキシ化合物とは、1,2−エポキシシクロアルカンを部分構造として有するエポキシ樹脂を意味する。具体例としては、ビニルシクロヘキサンジエポキシド(ダウケミカル(株)社製ERL−4206)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−シクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル化学工業(株)社製“セロキサイド”(登録商標)2021P)、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−m−ジオキサン(ダウケミカル(株)社製ERL−4234)、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート(ダウケミカル(株)社製ERL−4299)などがあげられるが、これらに限定されるものではない。   Here, the cycloaliphatic epoxy compound means an epoxy resin having 1,2-epoxycycloalkane as a partial structure. Specific examples include vinylcyclohexane diepoxide (ERL-4206, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxy-cyclohexanecarboxylate (“Celoxide, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) (Registered trademark 2021P), 2- (3,4-epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3,4-epoxy) cyclohexane-m-dioxane (ERL-4234 manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), bis ( 3,4-epoxycyclohexyl) adipate (ERL-4299 manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) and the like, but are not limited thereto.

また、トリグリシジルアミノフェノールとしては、トリグリシジル−p−アミノフェノール(ジャパンエポキシレジン(株)社製“jER”(登録商標)630)、トリグリシジル−m−アミノフェノール(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)社製“アラルダイト”(登録商標)MY0600)などがあげられるが、これらに限定される物ではない。   As triglycidylaminophenol, triglycidyl-p-aminophenol (“jER” (registered trademark) 630 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), triglycidyl-m-aminophenol (Huntsman Advanced Materials ( "Araldite" (registered trademark) MY0600) manufactured by Co., Ltd., but not limited thereto.

また、本発明における構成成分(A)には、上述以外のエポキシ樹脂を配合してもかまわない。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジグリシジルアニリン類、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジル−m−キシレンジアミンなどのグリシジルアミン型エポキシ樹脂などが使用できるが、これらに限定されるものではない。   Moreover, you may mix | blend the epoxy resin other than the above with the structural component (A) in this invention. Specifically, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, diglycidyl anilines, tetraglycidyl diaminodiphenyl methane, Glycidylamine type epoxy resins such as tetraglycidyl-m-xylenediamine can be used, but are not limited thereto.

本発明における構成要素(B)は、ナジック酸類無水物および一分子中に酸無水物基を2個以上有する多価酸無水物、からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含むエポキシ樹脂硬化剤である。これら、ナジック酸類無水物および一分子中に酸無水物基を2個以上有する多価酸無水物、からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を用いることで、低粘度で成形性に優れ、耐熱性の高い硬化物が得られる。   Component (B) in the present invention is a cured epoxy resin containing at least one compound selected from the group consisting of nadic acid anhydrides and polyhydric acid anhydrides having two or more acid anhydride groups in one molecule. It is an agent. By using at least one compound selected from the group consisting of these acid anhydrides and polyhydric acid anhydrides having two or more acid anhydride groups in one molecule, low viscosity and excellent moldability, A cured product having high heat resistance is obtained.

本発明における構成要素(B)は、ナジック酸類無水物および一分子中に酸無水物基を2個以上有する多価酸無水物、からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含んでいれば、その量の多少は問わないが、エポキシ樹脂硬化剤中に15重量%以上含まれることが好ましく、25重量%以上含まれることがさらに好ましい。含有量の増加は耐熱性を一段と向上できる。   The component (B) in the present invention includes at least one compound selected from the group consisting of nadic acid anhydrides and polyhydric acid anhydrides having two or more acid anhydride groups in one molecule. The amount thereof is not limited, but it is preferably 15% by weight or more, more preferably 25% by weight or more in the epoxy resin curing agent. Increasing the content can further improve the heat resistance.

ここで、ナジック酸類無水物とは、ノルボルネンまたはノルボルナンを部分構造として有する酸無水物を意味する。具体例としてはナジック酸無水物(日本化薬社製“カヤハード”(登録商標)CD)、メチルナジック酸無水物(日本化薬社製“カヤハード”(登録商標)MCD)、ノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物、メチルノルボルナン−2,3−ジカルボン酸無水物などがあげられるが、これらに限定されるものではない。   Here, nadic acid anhydride means an acid anhydride having norbornene or norbornane as a partial structure. Specific examples include nadic acid anhydride (“Kayahard” (registered trademark) CD manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), methyl nadic acid anhydride (“Kayahard” (registered trademark) MCD manufactured by Nippon Kayaku), norbornane-2,3. -Dicarboxylic acid anhydride, methylnorbornane-2,3-dicarboxylic acid anhydride, etc. are mentioned, but it is not limited to these.

また、一分子中に酸無水物基を2個以上有する多価酸無水物から選ばれる化合物の具体例としては、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、グリセロールビス(アンヒドロトリメリテート)モノアセテート、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメリテート)、ブタンテトラカルボン酸二無水物などがあげられるが、これらに限定されるものではない。   Specific examples of the compound selected from polyhydric acid anhydrides having two or more acid anhydride groups in one molecule include pyromellitic dianhydride, benzophenone tetracarboxylic dianhydride, biphenyl tetracarboxylic acid dioxygen. Examples thereof include, but are not limited to, anhydrides, glycerol bis (anhydrotrimellitate) monoacetate, ethylene glycol bis (anhydrotrimellitate), butanetetracarboxylic dianhydride, and the like.

また、本発明における構成成分(B)には、上述以外のエポキシ樹脂硬化剤を配合してもかまわない。配合できる硬化剤としてはアミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤などエポキシ樹脂を硬化させる化合物であれば種類を問わないが、硬化反応の制御の容易さから酸無水物系硬化剤が好ましい。具体的には、無水フタル酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などがあげられるが、これらに限定されるものではない。   Moreover, you may mix | blend the epoxy resin hardening | curing agent other than the above with the structural component (B) in this invention. The curing agent that can be blended is not limited as long as it is a compound that cures an epoxy resin, such as an amine curing agent, a phenol curing agent, and an acid anhydride curing agent. A curing agent is preferred. Specific examples include, but are not limited to, phthalic anhydride, succinic anhydride, maleic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, and the like. It is not a thing.

本発明における構成要素(C)は、イミダゾール誘導体を含む硬化促進剤である。これら、イミダゾール誘導体を用いることで、硬化性と粘度の安定性のバランスが取れ、優れた耐熱性と成形性が得られる。   The component (C) in the present invention is a curing accelerator containing an imidazole derivative. By using these imidazole derivatives, the balance between curability and viscosity stability can be achieved, and excellent heat resistance and moldability can be obtained.

ここで、イミダゾール誘導体とは、分子中にイミダゾール環を有する化合物を意味する。具体的には、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−アミノエチル−2−メチルイミダゾールなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。また、イミダゾール誘導体の中では、一位に置換基を有するイミダゾール誘導体が、粘度の安定性に優れ、特に好ましく使用され、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−アミノエチル−2−メチルイミダゾールなどが好ましい。   Here, the imidazole derivative means a compound having an imidazole ring in the molecule. Specifically, imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 2-phenylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, Examples include 2-phenyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-aminoethyl-2-methylimidazole, and the like. However, it is not limited to these. Among the imidazole derivatives, imidazole derivatives having a substituent at the 1-position are excellent in viscosity stability and are particularly preferably used. 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1 -Cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-aminoethyl-2-methylimidazole and the like are preferable.

本発明における構成要素(C)の配合量は、構成要素(A)100重量部に対して通常0.1〜10重量部、好ましくは0.2〜5重量部の範囲内である。0.1重量部より少ないと硬化が不十分となることがあり、10重量部より多いとポットライフが低下したり、機械特性が低下する場合がある。   The compounding quantity of the component (C) in this invention is 0.1-10 weight part normally with respect to 100 weight part of component (A), Preferably it exists in the range of 0.2-5 weight part. When the amount is less than 0.1 parts by weight, curing may be insufficient. When the amount is more than 10 parts by weight, the pot life may be reduced or the mechanical properties may be deteriorated.

また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記成要素以外の添加剤に、界面活性剤、内部離型剤、色素、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等を含むこともできる。   Moreover, the epoxy resin composition of this invention can also contain surfactant, an internal mold release agent, a pigment | dye, a flame retardant, antioxidant, a ultraviolet absorber etc. in additives other than the said component.

本発明におけるエポキシ樹脂組成物は、50℃における粘度が50mPa・s以上で、500mPa・s以下であることがフィラメントワインディング法と引き抜き成形法のいずれにも使用可能とするために必要である。粘度が50mPa・sより低いと成形時に強化繊維束に樹脂が十分に保持されず、粘度が500mPa・sより高いと成形時に強化繊維束に樹脂が十分に含浸されず、いずれも機械特性が低下する。   The epoxy resin composition in the present invention has a viscosity at 50 ° C. of 50 mPa · s or more and 500 mPa · s or less in order to be usable for both the filament winding method and the pultrusion method. If the viscosity is lower than 50 mPa · s, the resin is not sufficiently retained in the reinforcing fiber bundle at the time of molding, and if the viscosity is higher than 500 mPa · s, the resin is not sufficiently impregnated in the reinforcing fiber bundle at the time of molding. To do.

本発明におけるエポキシ樹脂組成物の粘度は、ISO 2884−1における円錐−平板型回転粘度計を使用した測定方法に従い求める。   The viscosity of the epoxy resin composition in the present invention is determined according to a measuring method using a cone-plate type rotational viscometer in ISO 2884-1.

本発明における繊維強化複合材料に使用される強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ボロン繊維、バサルト繊維、チラノ繊維、PBO繊維等が好ましいが、特に強度、弾性率に優れていることから炭素繊維を使用するのが好ましい。炭素繊維としては、PAN系、ピッチ系を問わず用いることができ、JIS R 7601(1986)に記載の方法によるストランド引張試験における引張弾性率が150GPa以上、950GPa以下の物が好ましく使用できる。   As the reinforcing fiber used for the fiber-reinforced composite material in the present invention, glass fiber, aramid fiber, carbon fiber, boron fiber, basalt fiber, Tyranno fiber, PBO fiber, etc. are preferable, but particularly excellent in strength and elastic modulus. Therefore, it is preferable to use carbon fiber. The carbon fiber can be used regardless of whether it is PAN-based or pitch-based, and preferably has a tensile elastic modulus of 150 GPa or more and 950 GPa or less in a strand tensile test according to the method described in JIS R7601 (1986).

本発明の繊維強化複合材料成形用液状エポキシ樹脂組成物は、粘度がフィラメントワインディング成形法において繊維束に対する含浸性に優れた領域にあり、その経時変化も小さいので、一般的なフィラメントワインディング成形法を用い、成形後に加熱硬化させて、繊維強化複合材料とする成形方法に好ましく用いることができる。   The liquid epoxy resin composition for molding a fiber reinforced composite material according to the present invention has a viscosity in a region excellent in impregnation with respect to a fiber bundle in the filament winding molding method, and its change with time is small, so a general filament winding molding method is used. It can be preferably used in a molding method in which a fiber-reinforced composite material is obtained by heating and curing after molding.

一般的なフィラメントワインディング成形法としては、まず、強化繊維束を引き揃え、これをエポキシ樹脂組成物の含浸槽に連続的に通して、繊維束に樹脂を含浸させ、マンドレルにその軸方向に対して種々の角度で螺旋状に巻き付ける。次に、表面を表層材などで巻締め、余剰の樹脂を絞り出した後、硬化炉等を用いてマンドレル上で樹脂を硬化させ、マンドレルから成形品を抜き取って繊維強化複合材料を得る。   As a general filament winding molding method, first, a bundle of reinforcing fibers is arranged, and this is continuously passed through an impregnation tank of an epoxy resin composition, so that the fiber bundle is impregnated with a resin, and a mandrel is made in the axial direction. And spirally wound at various angles. Next, after wrapping the surface with a surface layer material or the like to squeeze out excess resin, the resin is cured on a mandrel using a curing furnace or the like, and a molded product is extracted from the mandrel to obtain a fiber-reinforced composite material.

ここで含浸槽は、10〜80℃に保たれていることが好ましい。より好ましくは、20〜60℃である。含浸槽の温度が80℃以上では、エポキシ樹脂組成物の粘度安定性が悪くなることがある。また、含浸槽の温度が10℃以下では、繊維への含浸が悪くなることがある。   Here, the impregnation tank is preferably kept at 10 to 80 ° C. More preferably, it is 20-60 degreeC. When the temperature of the impregnation tank is 80 ° C. or higher, the viscosity stability of the epoxy resin composition may be deteriorated. Further, when the temperature of the impregnation tank is 10 ° C. or less, the impregnation of the fibers may be deteriorated.

なお、前記はフィラメントワインディング法の一例を示したものであり、これに限定されるものではない。   Note that the above shows an example of the filament winding method, and the present invention is not limited to this.

ここで、得られた繊維強化複合材料のWfは、JIS K7075(1991)に記載の燃焼法に基づいて、燃焼前後の重量を測定することにより求めることができる。   Here, Wf of the obtained fiber reinforced composite material can be obtained by measuring the weight before and after combustion based on the combustion method described in JIS K7075 (1991).

本発明のフィラメントワインディング成形法で成形される繊維強化複合材料は、軽量であり、強度や弾性率などの機械特性が優れ、かつ、耐熱性にも優れるため、自動車用プロペラシャフト、CNGタンク、フライホイールをはじめとした各種産業機械部品やゴルフシャフト、釣り竿などスポーツ・レジャー製品に好適である。   The fiber reinforced composite material molded by the filament winding molding method of the present invention is lightweight, has excellent mechanical properties such as strength and elastic modulus, and is excellent in heat resistance. Therefore, a propeller shaft for an automobile, a CNG tank, a fly It is suitable for sports and leisure products such as various industrial machine parts such as wheels, golf shafts and fishing rods.

本発明の繊維強化複合材料成形用液状エポキシ樹脂組成物は、粘度が引き抜き成形法において繊維束に対する含浸性に優れた領域にあり、その経時変化も小さいので、一般的な引き抜き成形法を行い、引き抜き成形と平行して、または引き抜き成形後に加熱硬化させて、繊維強化複合材料とする成形方法に好ましく用いることができる。   The liquid epoxy resin composition for molding a fiber reinforced composite material according to the present invention has a viscosity in a region excellent in impregnation with respect to a fiber bundle in the pultrusion molding method, and since its change with time is small, a general pultrusion molding method is performed. It can be preferably used in a molding method in which a fiber reinforced composite material is obtained by heat-curing in parallel with pultrusion or after pultrusion.

一般的な引き抜き成形法としては、強化繊維をエポキシ樹脂組成物の含浸槽に連続的に通し、スクイーズダイ及び、加熱金型を通して引張機によって連続的に引き抜き成形しつつ硬化させる。さらに、アフターキュアオーブン内にて硬化させ、繊維強化複合材料を得る。なお前記は引き抜き成形法の一例を示したものであり、これに限定されるものではない。   As a general pultrusion method, reinforcing fibers are continuously passed through an impregnation tank of an epoxy resin composition, and are cured while being continuously pultruded by a tension machine through a squeeze die and a heating mold. Further, it is cured in an after cure oven to obtain a fiber reinforced composite material. The above shows an example of the pultrusion method, and the present invention is not limited to this.

含浸槽は、10〜80℃に保たれていることが好ましい。より好ましくは、20〜60℃である。含浸槽の温度が80℃以上では、エポキシ樹脂組成物の粘度安定性が悪くなることがある。また、含浸槽の温度が10℃以下では、繊維への含浸が悪くなることがある。   The impregnation tank is preferably maintained at 10 to 80 ° C. More preferably, it is 20-60 degreeC. When the temperature of the impregnation tank is 80 ° C. or higher, the viscosity stability of the epoxy resin composition may be deteriorated. Further, when the temperature of the impregnation tank is 10 ° C. or less, the impregnation of the fibers may be deteriorated.

金型の温度は100〜250℃であることが好ましい。より好ましくは120〜220℃である。100℃以下では金型内での硬化不良を起こすことがあり、250℃以上ではエポキシ樹脂組成物の分解反応が起こることがある。   The temperature of the mold is preferably 100 to 250 ° C. More preferably, it is 120-220 degreeC. If it is 100 ° C. or lower, curing failure in the mold may occur, and if it is 250 ° C. or higher, the decomposition reaction of the epoxy resin composition may occur.

金型内の滞留時間としては、30秒から5分であることが好ましい、滞留時間が30秒以下では金型内での硬化が不十分であり、外観が悪くなることがある。また、5分以上であると金型内で完全に硬化し、引き抜けなくなることがある。   The residence time in the mold is preferably 30 seconds to 5 minutes. If the residence time is 30 seconds or less, curing in the mold is insufficient and the appearance may be deteriorated. If it is 5 minutes or longer, it may be completely cured in the mold and may not be pulled out.

耐熱性を向上させたり、エポキシ基の反応を完結させるために、アフターキュアを行っても良い。アフターキュアは、金型を通過後、アフターキュアオーブンを設置して、オンラインでキュアしても良いし、巻き取り後、オーブンに入れてキュアしてもよい。アフターキュアの温度は、耐熱性や物性の観点から130〜220℃であることが好ましい。より好ましくは、140〜200℃である。130℃以下であると、樹脂のガラス転移温度を超えないため反応が進みにくくなることがあり、アフターキュアの時間がかかり生産性が落ちることがある。一方、220℃以上であると、熱により変形したりすることがある。アフターキュア時間は、キュア温度にもよるが、5分から10時間であることが好ましい。5分よりも短いと十分に反応が完結しないことがあり、10時間よりも長いと、生産性が悪くなる。   After-curing may be performed to improve heat resistance or complete the reaction of the epoxy group. After curing, after passing through the mold, after-curing oven may be installed and cured online, or after winding, it may be cured in the oven. The after-curing temperature is preferably 130 to 220 ° C. from the viewpoint of heat resistance and physical properties. More preferably, it is 140-200 degreeC. If it is 130 ° C. or lower, the glass transition temperature of the resin is not exceeded, so that the reaction may not proceed easily, and it may take a long time for after-curing and productivity may be lowered. On the other hand, if it is 220 ° C. or higher, it may be deformed by heat. The after-curing time is preferably 5 minutes to 10 hours depending on the curing temperature. When the time is shorter than 5 minutes, the reaction may not be completed sufficiently. When the time is longer than 10 hours, the productivity is deteriorated.

本発明の引き抜き成形品の炭素繊維の重量含有率(Wf)は、軽量かつ高強度・高弾性率な特徴を十分に引き出すために50〜90%であることが好ましい。さらに好ましくは60〜85%である。50%以下であると、本発明の軽量かつ高強度・高弾性率の特徴が得にくく、90%以上であると、樹脂の強化繊維束への含浸が不十分になり内部にボイドが発生することがある。   The weight content (Wf) of the carbon fiber of the pultruded product of the present invention is preferably 50 to 90% in order to sufficiently draw out the characteristics of light weight, high strength and high elastic modulus. More preferably, it is 60 to 85%. When it is 50% or less, it is difficult to obtain the light weight, high strength, and high modulus characteristics of the present invention, and when it is 90% or more, the resin is not sufficiently impregnated into the reinforcing fiber bundle and voids are generated inside. Sometimes.

ここで、得られた繊維強化複合材料のWfは、JIS K7075(1991)に記載の燃焼法に基づいて、燃焼前後の重量を測定することにより求めることができる。   Here, Wf of the obtained fiber reinforced composite material can be obtained by measuring the weight before and after combustion based on the combustion method described in JIS K7075 (1991).

引き抜き成形法で成形される炭素繊維強化複合材料は、軽量であり、強度や弾性率などの機械特性が優れ、かつ、耐熱性にも優れるため、土木・建築用の補強材や産業機械の部品などに好適である。   Carbon fiber reinforced composite materials formed by pultrusion molding are lightweight, have excellent mechanical properties such as strength and elastic modulus, and have excellent heat resistance. It is suitable for such as.

以下に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<樹脂原料>
・エポキシ樹脂
“セロキサイド”(登録商標)2021P:3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−シクロヘキサンカルボキシレート、ダイセル化学工業(株)製
ERL4299:ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート、ダウケミカル(株)製
“jER”(登録商標)630:トリグリシジル−p−アミノフェノール、ジャパンエポキシレジン(株)製
“jER”(登録商標)828:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製
・酸無水物硬化剤
“カヤハード”(登録商標)MCD:メチルナジック酸無水物、日本化薬(株)製
“リカシッド”(登録商標)MTA−15:グリセロールビスアンヒドロトリメリテート/“リカシッド”(登録商標)MH700=33/67(重量比)の混合物、新日本理化(株)製
ピロメリット酸二無水物:シグマ・アルドリッチ・ジャパン(株)製
“リカシッド”(登録商標)MH700:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸/ヘキサヒドロ無水フタル酸=70/30(重量比)の混合物、新日本理化(株)製
・硬化促進剤
“jERキュア”(登録商標)EMI24:2−エチル−4−メチルイミダゾール、ジャパンエポキシレジン(株)製
“jERキュア”(登録商標)BMI12:1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、ジャパンエポキシレジン(株)製
TPP:トリフェニルホスフィン、北興化学工業(株)製
<強化繊維>
“トレカ”(登録商標)T700SC−24K:炭素繊維、東レ(株)製。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
<Resin raw material>
Epoxy resin “Celoxide” (registered trademark) 2021P: 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxy-cyclohexanecarboxylate, ERL4299 manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd .: bis (3,4-epoxycyclohexyl) adipate, "JER" (registered trademark) 630 manufactured by Dow Chemical Co., Ltd .: triglycidyl-p-aminophenol, "jER" (registered trademark) 828 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd .: bisphenol A type epoxy resin, Japan Epoxy Resin Co., Ltd. Acid anhydride curing agent “Kayahard” (registered trademark) MCD: Methyl nadic acid anhydride, “Rikacid” (registered trademark) MTA-15 manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd .: “glycerol bisanhydro trimellitate /“ Rikacid "(registered trademark) MH700 = 33/67 (heavy Ratio), Shinnippon Rika Co., Ltd. pyromellitic dianhydride: Sigma Aldrich Japan Co., Ltd. “Rikacid” (registered trademark) MH700: methylhexahydrophthalic anhydride / hexahydrophthalic anhydride = 70 / 30 (weight ratio) mixture, manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd., curing accelerator “jER Cure” (registered trademark) EMI24: 2-ethyl-4-methylimidazole, “JER Cure” manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd. (Registered Trademark) BMI12: 1-benzyl-2-methylimidazole, Japan Epoxy Resin Co., Ltd. TPP: Triphenylphosphine, Hokuko Chemical Industries Co., Ltd. <Reinforced fiber>
“Torayca” (registered trademark) T700SC-24K: carbon fiber, manufactured by Toray Industries, Inc.

(1)樹脂組成物の調製
表1に示す硬化剤に硬化促進剤を添加し、50℃に加温して溶解させた。次に、この溶液を50℃に保持し、さらに、50℃に加温したエポキシ樹脂を加えて、エポキシ樹脂組成物を調製した。
(1) Preparation of resin composition A curing accelerator was added to the curing agent shown in Table 1, and the mixture was heated to 50 ° C and dissolved. Next, this solution was kept at 50 ° C., and an epoxy resin heated to 50 ° C. was added to prepare an epoxy resin composition.

(2)樹脂組成物の粘度測定
ISO 2884−1における円錐−平板型回転粘度計を使用した測定方法に従い、エポキシ樹脂組成物を調整し、調整直後と50℃の恒温装置内に調整後4時間放置した粘度をそれぞれ50℃にて測定した。装置は東機産業(株)製のTVE−30H型を用いた。ここで、ローターは1°34′×R24を用い、サンプル量は1cmとした。
(2) Viscosity measurement of resin composition According to a measurement method using a cone-plate type rotational viscometer in ISO 2884-1, an epoxy resin composition was prepared, and adjusted for 4 hours immediately after adjustment and in a thermostat at 50 ° C. The viscosities that were allowed to stand were each measured at 50 ° C. As the apparatus, TVE-30H type manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. was used. Here, the rotor was 1 ° 34 ′ × R24, and the sample amount was 1 cm 3 .

(3)フィラメントワインディング成形品(プロペラシャフト)の作製
図1および図2を参照しながら説明する。東レ株式会社製炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700SC−24Kを3本引き揃え、(1)で調製した樹脂組成物を50℃に温調して含浸槽で含浸させながら、フィラメントワインディング法によって、φ70mmのマンドレルにその軸方向に対し内層に85°の螺旋巻き層2a0.2mmを形成した後、主層2bとして±12°で厚さ1mmを螺旋巻きした後、±45°にて厚さ0.5mm、更に±12°で厚さ1mmの螺旋巻きした後、最外層を85°の螺旋巻き層2c0.2mmを実施した。主層は合計2.9mmで構成される。なお、継手の装着部となる、本体筒の両端部の110mmの長さに相当する部分には、継手との接合強度を向上させるために、軸方向に対し±83°で構成される厚みが2.5mmからなる補強層2dを形成した。補強層2dは、厚さ2.5mm、軸方向長さ60mmのストレート部および軸中央方向に向かった長さ50mmのテーパー部にて形成されている。
(3) Fabrication of filament winding molded product (propeller shaft) This will be described with reference to FIGS. Three filaments of Toray Industries, Inc., “Torayca (registered trademark)” T700SC-24K are aligned, and the resin composition prepared in (1) is heated to 50 ° C. and impregnated in an impregnation tank, and then subjected to a filament winding method. After forming a spiral wound layer 2a 0.2mm of 85 ° on the inner layer with respect to its axial direction on a φ70mm mandrel, the main layer 2b is spirally wound with a thickness of 1mm at ± 12 ° and then at a thickness of ± 45 °. After spirally winding 0.5 mm and a thickness of 1 mm at ± 12 °, a spirally wound layer 2c of 0.2 mm having an outermost layer of 85 ° was implemented. The main layer is composed of a total of 2.9 mm. In addition, in a portion corresponding to a length of 110 mm at both ends of the main body cylinder, which is a fitting portion, a thickness constituted by ± 83 ° with respect to the axial direction is provided in order to improve the joint strength with the joint. A reinforcing layer 2d of 2.5 mm was formed. The reinforcing layer 2d is formed of a straight portion having a thickness of 2.5 mm and an axial length of 60 mm and a tapered portion having a length of 50 mm toward the axial center.

その後、硬化炉にて硬化を実施した。硬化温度は100℃×2hr+200℃×4hrにて実施しFRP製円筒体2を得た。   Thereafter, curing was performed in a curing furnace. The curing temperature was 100 ° C. × 2 hr + 200 ° C. × 4 hr, and an FRP cylinder 2 was obtained.

(4)フィラメントワインディング成形品のガラス転移温度
成形品硬化物のガラス転移温度の測定は、示差熱量計(DSC)を用いて、JIS K7121(1987)に基づいてもとめた中間点温度をガラス転移温度とした。
(4) Glass transition temperature of filament winding molded product The glass transition temperature of the cured product of the molded product is measured by using a differential calorimeter (DSC) to determine the intermediate temperature determined based on JIS K7121 (1987). It was.

(5)フィラメントワインディング成形品のねじり強度測定
図1および図2を参照しながら説明する。FRP製円筒体2の両端部に、接合される金属製継手3はセレーション部3aを有する。セレーションは、ピッチ約2mm、歯高さ0.9mm、先端R0.04mm、歯先角90度のセレーションを用い、外径は74.45mmに加工した。従って直径で0.40mmの圧入代を有している。この金属製継手3をFRP製円筒体2と圧入接合し、プロペラシャフト1とした後、ねじり試験機にかけて評価した。
図5は、ねじり試験の概要を示す。両端にねじり試験用継ぎ手4a、4bが圧入されたねじり試験用FRP本体筒4はねじり試験機のフランジ部に固定される。このとき、一方の可動部フランジ5aは油圧による回転駆動部を有しており試験体へのトルク負荷が可能となる。他方の固定部フランジ5bは試験器ベースに固定され、フランジ部に連結されたロードセル5cからトルクを検出することができる。また、本発明では試験温度が重要であることから、図5に示す恒温槽6を用い所定の温度に調節・保持後、ねじり試験を実施した。雰囲気温度は図中6aの温度計より検出した。ねじり試験時の試験速度、温度設定は図中8にしめす制御装置により設定される。
(5) Measurement of torsional strength of filament wound molded article This will be described with reference to FIGS. The metal joint 3 to be joined to both ends of the FRP cylindrical body 2 has a serration portion 3a. The serration used was a serration with a pitch of about 2 mm, a tooth height of 0.9 mm, a tip R of 0.04 mm, and a tooth tip angle of 90 degrees, and the outer diameter was processed to 74.45 mm. Therefore, it has a press-fitting allowance of 0.40 mm in diameter. The metal joint 3 was press-fitted and joined to the FRP cylindrical body 2 to form a propeller shaft 1 and then evaluated by a torsion tester.
FIG. 5 shows an overview of the torsion test. The torsion test FRP main body cylinder 4 in which the torsion test joints 4a and 4b are press-fitted at both ends is fixed to the flange portion of the torsion tester. At this time, one of the movable part flanges 5a has a rotational drive part by hydraulic pressure, and a torque load can be applied to the specimen. The other fixed portion flange 5b is fixed to the tester base, and torque can be detected from the load cell 5c connected to the flange portion. In addition, since the test temperature is important in the present invention, the torsion test was carried out after adjusting and holding at a predetermined temperature using the thermostatic bath 6 shown in FIG. The ambient temperature was detected from the thermometer 6a in the figure. The test speed and temperature setting during the torsion test are set by the control device shown in FIG.

(6)フィラメントワインディング成形品のボイド観察
成形品を切断し、断面を耐水ペーパー#240、400、800で適宜研磨後、デジタル顕微鏡(CCD)で50倍の倍率で撮影した。撮影した断面の正常部とボイド(空隙部)の面積率を測定し、ボイド率が1%未満の物を◎、1〜3%の物を○、3〜5%の物を△、5%を超える物を×と判定した。
(6) Void observation molded product of filament winding molded product was cut, and the cross-section was appropriately polished with water-resistant paper # 240, 400, 800, and photographed with a digital microscope (CCD) at a magnification of 50 times. Measure the area ratio of the normal part and void (gap part) of the photographed cross section, ◎ for those with a void ratio of less than 1%, ○ for 1-3%, △ 5% for 3-5% The thing exceeding was judged as x.

(7)引き抜き成形品の作製
(1)で調製した樹脂組成物を、25℃の含浸槽に2時間滞留させた。この樹脂組成物の入った含浸槽に強化繊維として東レ株式会社製炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700SC−24Kを112本ひき通して樹脂を含浸させ、次いでこれを型材に挿通し、170℃で2分加熱硬化させ、150℃で15分でアフターキュアを行い、幅100mm、厚み1.4mmの繊維強化複合材料を得た。
(7) Production of pultruded product The resin composition prepared in (1) was allowed to stay in an impregnation tank at 25 ° C. for 2 hours. 112 carbon fibers “Torayca (registered trademark)” T700SC-24K manufactured by Toray Industries, Inc. are passed through the impregnation tank containing the resin composition as impregnated resin, and then impregnated with the resin. And cured at 150 ° C. for 15 minutes to obtain a fiber-reinforced composite material having a width of 100 mm and a thickness of 1.4 mm.

(8)引き抜き成形品のガラス転移温度
成形品硬化物のガラス転移温度の測定は、示差熱量計(DSC)を用いて、JIS K7121(1987)に基づいてもとめた中間点温度をガラス転移温度とした。
(8) Glass transition temperature of pultruded molded product The glass transition temperature of the cured product of the molded product is measured by using a differential calorimeter (DSC) to determine the intermediate temperature determined based on JIS K7121 (1987) as the glass transition temperature. did.

(9)引き抜き成形品の引っ張り強度測定
(7)で作製した成形品から繊維方向に長さ200mm、幅12.5mmの試験片を切り出し、JIS K7073(1988)に準拠して、恒温槽を用い、150℃に調温した後、クロスヘッドスピード1mm/分で引っ張り試験を行い引っ張り強度を算出した。引っ張り強度はWf(繊維重量含有率)80%に規格化した。
(9) Tensile strength measurement of pultruded molded product A test piece having a length of 200 mm and a width of 12.5 mm is cut out from the molded product produced in (7) in a fiber direction, and a constant temperature bath is used according to JIS K7073 (1988). After adjusting the temperature to 150 ° C., a tensile test was performed at a crosshead speed of 1 mm / min to calculate the tensile strength. The tensile strength was normalized to 80% Wf (fiber weight content).

(10)引き抜き成形品のボイド観察
成形品を切断し、断面を耐水ペーパー#240、400、800で適宜研磨後、デジタル顕微鏡(CCD)で50倍の倍率で撮影した。撮影した断面の正常部とボイド(空隙部)の面積率を測定し、ボイド率が1%未満の物を◎、1〜3%の物を○、3〜5%の物を△、5%を超える物を×と判定した。
(10) Void observation molded product of pultruded product was cut, and the cross section was appropriately polished with water-resistant paper # 240, 400, 800, and photographed with a digital microscope (CCD) at a magnification of 50 times. Measure the area ratio of the normal part and void (gap part) of the photographed cross section, ◎ for those with a void ratio of less than 1%, ○ for 1-3%, △ 5% for 3-5% The thing exceeding was judged as x.

(11)引き抜き成形品の繊維重量含有率
上記(5)の方法で作成した炭素繊維強化複合材料を、JIS K7075(1991)に記載の燃焼法を用いて、燃焼前後の重量を測定することにより重量含有率を求めた。
(11) Fiber weight content of pultruded product By measuring the weight before and after combustion of the carbon fiber reinforced composite material prepared by the method of (5) above using the combustion method described in JIS K7075 (1991). The weight content was determined.

実施例1〜7と比較例1〜3との比較により、本発明の繊維強化複合材料用液状エポキシ樹脂組成物は低粘度で粘度の安定性に優れ、フィラメントワインディング成形や引き抜き成形に好適で、これらの方法で製造した繊維強化複合材料が、高温での機械特性に優れることがわかる。   By comparing Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3, the liquid epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material of the present invention has low viscosity and excellent viscosity stability, and is suitable for filament winding molding and pultrusion molding. It can be seen that the fiber-reinforced composite material produced by these methods is excellent in mechanical properties at high temperatures.

Figure 2008088342
Figure 2008088342

実施例1〜7の樹脂組成物は、いずれも調製直後および4時間放置後ともに50℃の粘度が低く、フィラメントワインディング成形性や引き抜き成形性に優れている。また、実施例1〜7のフィラメントワインディング成形品は、Tgが高く、150℃ねじり強度に優れ、ボイドも少ない。さらに、実施例1〜7の引き抜き成形品は、Tgが高く、150℃引っ張り強度に優れ、ボイドも少ない。また、1位に置換基を有するイミダゾールを硬化促進剤に用いた実施例2〜7の樹脂組成物は、4時間放置後の粘度及び調製直後からの粘度変化率が小さく、成形性や各成形品のボイドの少なさで特に優れている。   The resin compositions of Examples 1 to 7 each have a low viscosity at 50 ° C. both immediately after preparation and after standing for 4 hours, and are excellent in filament winding moldability and pultrusion moldability. Moreover, the filament winding molded products of Examples 1 to 7 have high Tg, excellent 150 ° C. torsional strength, and few voids. Furthermore, the pultruded molded products of Examples 1 to 7 have high Tg, excellent 150 ° C. tensile strength, and few voids. In addition, the resin compositions of Examples 2 to 7 using imidazole having a substituent at the 1-position as the curing accelerator have a small viscosity after standing for 4 hours and a rate of change in viscosity immediately after the preparation, and the moldability and each molding It is particularly excellent because of the small number of voids.

一方、本発明の構成成分(A)に該当するエポキシ樹脂を含まない比較例1では粘度が高く、成形性に劣り、各成形品はTgが低く、150℃ねじり強度や引っ張り強度が劣り、ボイド発生量も多い。   On the other hand, in Comparative Example 1 which does not contain the epoxy resin corresponding to the component (A) of the present invention, the viscosity is high and the moldability is inferior, each molded product has a low Tg, and the 150 ° C. torsional strength and tensile strength are inferior. The amount generated is also large.

また、本発明の構成成分(B)に該当する硬化剤を含まない比較例2では粘度は低く、成形性には優れるものの、成形品のTgが低く、150℃でのねじり強度や引っ張り強度が非常に劣っている。   In Comparative Example 2 not containing the curing agent corresponding to the component (B) of the present invention, the viscosity is low and the moldability is excellent, but the Tg of the molded product is low, and the torsional strength and tensile strength at 150 ° C. are low. Very inferior.

さらに、本発明の構成成分(C)に該当する硬化促進剤を含まない比較例3は、粘度変化率が大きく、4時間放置後の粘度が高く、成形性がやや悪い。また、成形品のTgも低めで150℃でのねじり強度や引っ張り強度がやや劣っている。   Furthermore, Comparative Example 3 which does not contain a curing accelerator corresponding to the component (C) of the present invention has a large viscosity change rate, a high viscosity after being left for 4 hours, and a slightly poor moldability. Also, the Tg of the molded product is low, and the torsional strength and tensile strength at 150 ° C. are slightly inferior.

本発明のプロペラシャフトの一例の要部を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the principal part of an example of the propeller shaft of this invention. 本発明のプロペラシャフトのFRP製本体筒の構成の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a structure of the main body cylinder made from FRP of the propeller shaft of this invention. ねじり試験の様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the mode of a twist test.

符号の説明Explanation of symbols

1 プロペラシャフト
2 FRP製円筒体
2a 内層
2b 主層
2c 外層
2d 補強層
3 金属製継手
3a セレーション部
4 ねじり試験用FRP本体筒
4a、b ねじり試験用継ぎ手
5 ねじり試験機
5a 可動部フランジ
5b 固定部フランジ
5c ロードセル
5d 回転部
6 恒温槽
6a 温度検出部
7 油圧ポンプ
8 制御装置
1 Propeller shaft 2 FRP cylinder 2a Inner layer
2b Main layer 2c Outer layer
2d reinforcement layer 3 metal joint 3a serration part 4 torsion test FRP main body cylinder 4a, b torsion test joint 5 torsion tester 5a movable part flange 5b fixed part flange 5c load cell 5d rotating part 6 thermostatic chamber 6a temperature detection part 7 hydraulic pressure Pump 8 controller

本発明によれば、成形性に優れ、フィラメントワインディング法と引き抜き成形法のいずれにも使用可能なエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた高温での機械特性に優れた繊維強化複合材料が得られる。中でもプロペラシャフトなどの自動車部品、ロボットアームなど産業機械部品、土木建築向けの補修・補強剤などに好適である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the epoxy resin composition which is excellent in a moldability and can be used for both a filament winding method and a pultrusion method, and the fiber reinforced composite material excellent in the mechanical property at high temperature using the same are obtained. Among them, it is suitable for automobile parts such as propeller shafts, industrial machine parts such as robot arms, and repair / reinforcing agents for civil engineering buildings.

Claims (3)

環状脂肪族エポキシ化合物およびトリグリシジルアミノフェノールから選ばれる化合物を含むエポキシ樹脂(A)、ナジック酸類無水物および一分子中に酸無水物基を2個以上有する多価酸無水物、からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含むエポキシ樹脂硬化剤(B)、イミダゾール誘導体を含む硬化促進剤(C)を含み、50℃における粘度が50〜500mPa・sであることを特徴とする繊維強化複合材料成形用液状エポキシ樹脂組成物。   From the group consisting of epoxy resin (A) containing a compound selected from cycloaliphatic epoxy compounds and triglycidylaminophenol, nadic acid anhydrides and polyhydric acid anhydrides having two or more acid anhydride groups in one molecule A fiber reinforced composite comprising an epoxy resin curing agent (B) containing at least one selected compound and a curing accelerator (C) containing an imidazole derivative, and having a viscosity at 50 ° C. of 50 to 500 mPa · s. Liquid epoxy resin composition for material molding. 引き揃えた強化繊維束を、請求項1に記載の繊維強化複合材料成形用液状エポキシ樹脂組成物の含浸槽に連続的に通して、繊維束に前記液状エポキシ樹脂組成物を含浸させ、マンドレルに巻き付けた後、マンドレル上で樹脂を硬化させ、その後マンドレルを抜き取る繊維強化複合材料の製造方法。   The aligned reinforcing fiber bundle is continuously passed through the impregnation tank of the liquid epoxy resin composition for molding a fiber reinforced composite material according to claim 1 to impregnate the fiber bundle with the liquid epoxy resin composition, A method for producing a fiber-reinforced composite material, after winding, curing a resin on a mandrel, and then extracting the mandrel. 引き揃えた強化繊維束を、請求項1に記載の繊維強化複合材料成形用液状エポキシ樹脂組成物の含浸槽に連続的に通し、スクイーズダイ及び、加熱金型を通して引張機によって連続的に引き抜き成形しつつ硬化させる工程を有する繊維強化複合材料の製造方法。   The aligned reinforcing fiber bundle is continuously passed through the impregnation tank of the liquid epoxy resin composition for molding a fiber reinforced composite material according to claim 1, and continuously drawn by a pulling machine through a squeeze die and a heating die. The manufacturing method of the fiber reinforced composite material which has the process hardened while doing.
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