JP2010031087A - Impregnating material for fibrous substrate, prepreg and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維基材用含浸材、プリプレグ及び繊維強化複合材料に関する。 The present invention relates to an impregnating material for a fiber substrate, a prepreg, and a fiber reinforced composite material.
エポキシ樹脂は硬化後の機械的特性、電気的特性や接着性に優れるため、電子材料用封止材、塗料・塗装用材料、接着剤等の分野に広く用いられている。従来、繊維強化複合材料(以下、FRPとも略される)の分野においては、硬化時の低収縮性、成形性、繊維との接着性、硬化物の耐熱性、強度向上などのため、一般にエポキシ樹脂を主成分とした熱硬化性樹脂が広く使用されている。とりわけ、加工性と耐熱性を両立させる観点から、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等の2官能エポキシ樹脂と、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン等の多官能エポキシ樹脂、さらにはフェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂を組み合わせた樹脂組成物が幅広く使用されている。 Epoxy resins are widely used in fields such as encapsulants for electronic materials, paints / coating materials, adhesives and the like because they are excellent in mechanical properties, electrical properties and adhesiveness after curing. Conventionally, in the field of fiber reinforced composite materials (hereinafter also abbreviated as FRP), epoxy is generally used for low shrinkage during curing, moldability, adhesion to fibers, heat resistance of cured products, and strength improvement. Thermosetting resins based on resins are widely used. In particular, from the viewpoint of achieving both workability and heat resistance, bifunctional epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resin and bisphenol F type epoxy resin, and polyfunctionals such as phenol novolac epoxy resin, cresol novolac epoxy resin, tetraglycidyl diaminodiphenylmethane, etc. Resin compositions combining thermoplastic resins such as epoxy resins and phenoxy resins are widely used.
また、昨今、FRPへのさらなる強靭化・高耐熱化・軽量化等の高機能化への要請がある。この要請を満たすため、例えば特許文献1のように、ビスフェノールA型エポキシ樹脂のトリレンジイソシアネート変性エポキシ樹脂を用いて、強靭性や耐熱性を両立させようと試みられている。特許文献2には、添加剤としてアクリロニトリル−ブタジエン共重合体を含むエポキシ樹脂組成物が記載されている。特許文献3には、樹脂組成物中に熱可塑性樹脂を含むエポキシ樹脂組成物が記載されている。
しかしながら、上記特許文献1で使用される変性エポキシ樹脂は、より粘度の低いエポキシ樹脂、例えばビスフェノールA型液状エポキシ樹脂やビスフェノールF型液状エポキシ樹脂の配合量を増やして、エポキシ樹脂組成物の粘度を下げる必要があるため、硬化品特性として充分な耐熱性を維持することが困難になる傾向となる。
また、上記特許文献2や特許文献3のエポキシ樹脂組成物のように、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体や熱可塑性樹脂を添加剤として併用すると、例えエポキシ樹脂と相溶したとしても、樹脂組成物の溶融粘度上昇が大きくなり、流動性が損なわれて、樹脂が均一に含浸したプリプレグを製造することが困難になる傾向となる。プリプレグに樹脂が均一に含浸されていないと、半硬化させる際にボイドが生じ、結果として、得られる半硬化物の外観不良や他のプリプレグとの接着性の低下を引き起こし、硬化品の強度面においても充分とは言えず、未だ改善の余地がある。
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、プリプレグ化した後の取り扱い性及び耐熱性や強靭性のバランスに優れた繊維基材用含浸材を提供することを目的とする。
However, the modified epoxy resin used in Patent Document 1 increases the blending amount of a lower viscosity epoxy resin, for example, bisphenol A type liquid epoxy resin or bisphenol F type liquid epoxy resin, to increase the viscosity of the epoxy resin composition. Since it needs to be lowered, it tends to be difficult to maintain sufficient heat resistance as a cured product characteristic.
Moreover, like the epoxy resin composition of the said patent document 2 and the patent document 3, when an acrylonitrile-butadiene copolymer and a thermoplastic resin are used together as an additive, even if it is compatible with an epoxy resin, the resin composition The increase in melt viscosity is increased, fluidity is impaired, and it tends to be difficult to produce a prepreg uniformly impregnated with resin. If the resin is not uniformly impregnated in the prepreg, voids are generated when it is semi-cured, resulting in poor appearance of the resulting semi-cured product and reduced adhesion to other prepregs. However, there is still room for improvement.
This invention is made | formed in view of this subject, and it aims at providing the impregnation material for fiber base materials excellent in the handleability after prepreg, heat resistance, and toughness balance.
本発明者は、上記課題を解決するために、変性して得られる変性エポキシ樹脂の性状、及び硬化物特性の関係に着目して鋭意研究を重ねた結果、特定の骨格を有したエポキシ化ポリフェニレンエーテルを含むエポキシ樹脂組成物からなる繊維基材用含浸材が、プリプレグ化した後の取り扱い性及び耐熱性や強靭性のバランスに優れることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
[1]
エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]、エポキシ樹脂[B]、硬化剤[C]を含み、前記[A]が下記一般式(1)で表される構造を有するエポキシ樹脂組成物からなる繊維基材用含浸材。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has conducted extensive research focusing on the relationship between the properties of the modified epoxy resin obtained by modification and the properties of the cured product, and as a result, epoxidized polyphenylene having a specific skeleton has been obtained. It has been found that an impregnating material for a fiber base material composed of an epoxy resin composition containing ether is excellent in the balance of handleability after being prepreg, heat resistance and toughness, and has made the present invention.
That is, the present invention is as follows.
[1]
For fiber base materials comprising an epoxy resin composition comprising an epoxidized polyphenylene ether [A], an epoxy resin [B], and a curing agent [C], wherein the [A] has a structure represented by the following general formula (1) Impregnating material.
(式中、Aは、水素原子もしくは下記一般式(2) (In the formula, A is a hydrogen atom or the following general formula (2)
で表される構造を示し、
m、nは1以上の整数を示し、
R1〜R8、Rx及びRyは、それぞれ独立に、水素原子又は1価の官能基を示し、
X1、X2、Zは、それぞれ独立に、2価の官能基を示し、
Y1、Y2は、それぞれ独立に炭素原子、酸素原子、水素原子、窒素原子を含む2価以上の官能基を示す。)
The structure represented by
m and n represent an integer of 1 or more,
R 1 to R 8 , Rx and Ry each independently represent a hydrogen atom or a monovalent functional group,
X 1 , X 2 and Z each independently represent a divalent functional group,
Y 1 and Y 2 each independently represent a divalent or higher functional group containing a carbon atom, an oxygen atom, a hydrogen atom, or a nitrogen atom. )
[2]
前記エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]が、1分子あたり平均2.5個以上のエポキシ基を有する前項[1]記載の繊維基材用含浸材。
[3]
前記エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]が、下記式(3)であらわされる骨格部を30〜90質量%の割合で含み、骨格部の数平均分子量が1000〜4000である前項[1]または[2]記載の繊維基材用含浸材。
[2]
The impregnation material for a fiber substrate according to [1] above, wherein the epoxidized polyphenylene ether [A] has an average of 2.5 or more epoxy groups per molecule.
[3]
[1] or [2] in which the epoxidized polyphenylene ether [A] includes a skeleton represented by the following formula (3) at a ratio of 30 to 90% by mass, and the number average molecular weight of the skeleton is 1000 to 4000. ] The impregnation material for fiber base materials of description.
(式中、aは1以上の整数を示し、R9〜R12は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜3の炭化水素基を示す) (Wherein, a represents an integer of 1 or more, and R 9 to R 12 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms)
[4]
可塑剤[D]をさらに含む前項[1]〜[3]にいずれか一項に記載の繊維基材用含浸材。
[5]
前項[1]〜[4]のいずれか一項に記載の繊維基材用含浸材を繊維基材に含浸させてなるプリプレグ。
[6]
繊維基材が炭素繊維および/または全芳香族ポリアミド繊維である前項[5]記載のプリプレグ。
[7]
前項[5]または[6]に記載のプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料。
[4]
The impregnation material for a fiber substrate according to any one of [1] to [3], further including a plasticizer [D].
[5]
A prepreg obtained by impregnating a fiber base material with the fiber base impregnation material according to any one of [1] to [4].
[6]
The prepreg according to [5] above, wherein the fiber base material is carbon fiber and / or wholly aromatic polyamide fiber.
[7]
A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to [5] or [6] above.
本発明によれば、繊維基材への含浸性に優れ、プリプレグとしてのタック性などの作業性、強靭性に優れ、かつ耐熱性に優れる繊維強化複合材料に適した繊維基材用含浸材を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an impregnating material for a fiber base material suitable for a fiber-reinforced composite material having excellent impregnation properties to a fiber base material, workability such as tackiness as a prepreg, excellent toughness, and excellent heat resistance. Can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、本実施の形態)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as the present embodiment) will be described in detail. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can implement by changing variously within the range of the summary.
[繊維基材用含浸材]
本実施の形態の繊維基材用含浸材は後述の特定のエポキシ樹脂組成物からなる。該繊維基材用含浸材は繊維基材への含浸性に優れており、そのままでも繊維基材に均一に含浸させることが可能である。作業効率の観点から、好ましくは、溶媒中に均一に溶解又は分散させて使用される。(該溶媒中に均一に溶解または分散させた繊維基材用含浸材を「エポキシ樹脂ワニス」と呼ぶことがある)
ここで用いる溶媒は、繊維基材用含浸材を溶解又は分散可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、メチルイソブチルケトン、ジメチルホルムアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテル、トルエン、キシレン等及びこれらの混合溶媒が挙げられるがこの限りではない。
また、上記の繊維基材用含浸材に、硬化促進剤をさらに配合して、硬化速度の調整を行なうことも可能である。硬化促進剤としては、各種公知のものを特に制限なく用いることができるが、例えば、尿素化合物、イミダゾール類、第3級アミン類、ホスフィン類あるいはアミノトリアゾール類等が挙げられ、また、後述の[C]成分と公知の組み合わせを用いることができる。
[Impregnating material for fiber substrate]
The impregnating material for a fiber substrate of the present embodiment is composed of a specific epoxy resin composition described later. The impregnating material for fiber base material is excellent in impregnation property to the fiber base material and can be impregnated uniformly in the fiber base material as it is. From the viewpoint of working efficiency, it is preferably used by being uniformly dissolved or dispersed in a solvent. (An impregnation material for a fiber base material uniformly dissolved or dispersed in the solvent may be referred to as an “epoxy resin varnish”)
The solvent used here is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the fiber base impregnating material. For example, acetone, methyl ethyl ketone, methyl cellosolve, methyl isobutyl ketone, dimethylformamide, propylene glycol monomethyl ether , Toluene, xylene and the like, and mixed solvents thereof are not limited thereto.
It is also possible to adjust the curing rate by further blending a curing accelerator with the above-mentioned impregnating material for the fiber substrate. As the curing accelerator, various known ones can be used without particular limitation, and examples thereof include urea compounds, imidazoles, tertiary amines, phosphines, and aminotriazoles. C] component and a known combination can be used.
[エポキシ樹脂組成物]
本実施の形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]、エポキシ樹脂[B]及び硬化剤[C]を含み、前記[A]が上記一般式(1)で表される構造を有するエポキシ樹脂組成物である。
[Epoxy resin composition]
The epoxy resin composition of the present embodiment includes an epoxidized polyphenylene ether [A], an epoxy resin [B], and a curing agent [C], and the [A] is represented by the general formula (1). It is an epoxy resin composition.
[エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]]
エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]は、上記式(1)で表される構造を有するエポキシ化ポリフェニレンエーテルである。
一般式(1)のR1〜R4、Rxおよび/又は一般式(2)のR5〜R8、Ryで示される1価の官能基としては、例えば、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいシクロアルキル基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアラルキル基、置換されていてもよいアルコキシ基等が挙げられる。
R1〜R8、Rx及びRyで示される置換されていてもよいアルキル基の「アルキル基」としては、炭素数が1〜6、好ましくは1〜3の、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を示し、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などが挙げられ、好ましくは、メチル基、エチル基であり、より好ましくはメチル基である。
[Epoxidized polyphenylene ether [A]]
Epoxidized polyphenylene ether [A] is an epoxidized polyphenylene ether having a structure represented by the above formula (1).
The monovalent functional group represented by R 1 to R 4 , Rx in the general formula (1) and / or R 5 to R 8 and Ry in the general formula (2) is, for example, an optionally substituted alkyl group Cycloalkyl group which may be substituted, aryl group which may be substituted, aralkyl group which may be substituted, alkoxy group which may be substituted, and the like.
The “alkyl group” of the optionally substituted alkyl group represented by R 1 to R 8 , Rx and Ry is a linear or branched chain having 1 to 6 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms. Represents an alkyl group, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, and a hexyl group, and preferably a methyl group , An ethyl group, and more preferably a methyl group.
R1〜R8、Rx及びRyで示される置換されていてもよいシクロアルキル基の「シクロアルキル基」としては、炭素数が3〜8のシクロアルキル基を示し、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などが挙げられ、好ましくは、シクロペンチル基、シクロヘキシル基である。
R1〜R8、Rx及びRyで示される置換されていてもよいアリール基の「アリール基」としては、例えば、フェニル基、ナフチル基などが挙げられ、好ましくはフェニル基である。
The “cycloalkyl group” of the optionally substituted cycloalkyl group represented by R 1 to R 8 , Rx and Ry represents a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms, such as a cyclopropyl group, cyclobutyl Group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group and the like, and a cyclopentyl group and a cyclohexyl group are preferable.
Examples of the “aryl group” of the optionally substituted aryl group represented by R 1 to R 8 , Rx and Ry include a phenyl group and a naphthyl group, and a phenyl group is preferable.
R1〜R8、Rx及びRyで示される置換されていてもよいアラルキル基の「アラルキル基」としては、アルキル部分が上記で定義された「アルキル基」であり、アリール部分が上記で定義された「アリール基」であるアラルキル基が挙げられ、例えば、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、1−ナフチルメチル基などが挙げられ、好ましくはベンジル基である。
R1〜R8、Rx及びRyで示される置換されていてもよいアルコキシ基の「アルコキシ基」としては、炭素数が1〜6、好ましくは1〜3の、直鎖状又は分岐鎖状のアルコキシ基を示し、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基などが挙げられ、好ましくはメトキシ基、エトキシ基である。
As the “aralkyl group” of the optionally substituted aralkyl group represented by R 1 to R 8 , Rx and Ry, the alkyl moiety is the “alkyl group” defined above, and the aryl moiety is defined above. In addition, an aralkyl group which is an “aryl group” is exemplified, and examples thereof include a benzyl group, a phenethyl group, a phenylpropyl group, and a 1-naphthylmethyl group, and a benzyl group is preferable.
The “alkoxy group” of the optionally substituted alkoxy group represented by R 1 to R 8 , Rx and Ry is a linear or branched chain having 1 to 6 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms. An alkoxy group, for example, a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, a sec-butoxy group, a tert-butoxy group, a pentyloxy group, a hexyloxy group, and the like, preferably a methoxy group, An ethoxy group.
R1〜R8、Rx及びRyで示されるアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基は、置換可能な位置に、1又は2以上の置換基で置換されていてもよい。かかる置換基としては、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子)、炭素数1〜6のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基)、アラルキル基(例えば、ベンジル基、フェネチル基)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基)、
などが挙げられる。
R1〜R8としては、溶剤への可溶性の観点から、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基であり、より好ましくはメチル基、エチル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
The alkyl group, cycloalkyl group, aryl group, aralkyl group and alkoxy group represented by R 1 to R 8 , Rx and Ry may be substituted with one or more substituents at substitutable positions. Examples of the substituent include a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom), an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group), aryl group (for example, phenyl group, naphthyl group), aralkyl group (for example, benzyl group, phenethyl group), alkoxy group (for example, methoxy group, ethoxy group) Group),
Etc.
R 1 to R 8 are preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably a methyl group or an ethyl group, and still more preferably a methyl group, from the viewpoint of solubility in a solvent.
Rx及びRyとしては、接着性の観点から、好ましくは水素原子である。
また、一般式(1)において、mは、ポリフェニレンエーテル骨格部の平均の繰り返し数を表し、好ましくは1以上30以下、より好ましくは1以上15以下の整数を示す。mを30以下とすることにより、溶剤への可溶性が発現する傾向にある。
さらに、一般式(2)において、nは、ポリフェニレンエーテル骨格部の平均の繰り返し数を表し、好ましくは1以上30以下、より好ましくは 1以上15以下の整数を示す。nを30以下とすることにより、溶剤への可溶性が発現する傾向にある。
Rx and Ry are preferably hydrogen atoms from the viewpoint of adhesiveness.
Moreover, in General formula (1), m represents the average repeating number of a polyphenylene ether frame | skeleton part, Preferably it is 1-30, More preferably, it shows an integer of 1-15. When m is 30 or less, solubility in a solvent tends to be exhibited.
Furthermore, in General formula (2), n represents the average repeating number of a polyphenylene ether skeleton part, Preferably it is 1-30, More preferably, it shows an integer of 1-15. By setting n to 30 or less, solubility in a solvent tends to develop.
一般式(1)のX1、一般式(2)のX2、Zで示される2価の官能基としては、例えば、置換されていてもよいアルキレン基、置換されていてもよいアリーレン基等が挙げられる。
X1、X2、及びZで示される置換されていてもよいアルキレン基の「アルキレン基」としては、前記「アルキル基」から、任意の位置の水素原子をさらに1個除いて誘導される二価の基を意味し、メチレン基、エチレン基、メチルエチレン基、エチルエチレン基、1,1−ジメチルエチレン基、1,2−ジメチルエチレン基、トリメチレン基、1−メチルトリメチレン基、2−メチルトリメチレン基、テトラメチレン基等が挙げられ、好ましくは、メチレン基、エチレン基、メチルエチレン基、1,1−ジメチルエチレン基、トリメチレン基等である。
X 1 in the general formula (1), the divalent functional group represented by X 2, Z of the general formula (2), for example, an optionally substituted alkylene group, an optionally substituted arylene group Is mentioned.
The “alkylene group” of the optionally substituted alkylene group represented by X 1 , X 2 and Z is a group derived by removing one hydrogen atom at any position from the above “alkyl group”. Means a valent group, methylene group, ethylene group, methylethylene group, ethylethylene group, 1,1-dimethylethylene group, 1,2-dimethylethylene group, trimethylene group, 1-methyltrimethylene group, 2-methyl A trimethylene group, a tetramethylene group, etc. are mentioned, Preferably, they are a methylene group, ethylene group, methylethylene group, 1,1-dimethylethylene group, trimethylene group, etc.
X1、X2、及びZで示される置換されていてもよいアリーレン基の「アリーレン基」としては、前記「アリール基」から、任意の位置の水素原子をさらに1個除いて誘導される二価の基を意味する。
X1、X2、及びZで示される置換されていてもよいアルキレン基、アリーレン基は、置換可能な位置に、1又は2以上の置換基で置換されていてもよい。かかる置換基としては、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子)、炭素数1〜6のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基)、アラルキル基(例えば、ベンジル基、フェネチル基)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基)、などが挙げられる。
The “arylene group” of the optionally substituted arylene group represented by X 1 , X 2 , and Z is a group derived by further removing one hydrogen atom at an arbitrary position from the “aryl group”. Means a valent group.
The optionally substituted alkylene group and arylene group represented by X 1 , X 2 , and Z may be substituted with one or more substituents at substitutable positions. Examples of the substituent include a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom), an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group), aryl group (for example, phenyl group, naphthyl group), aralkyl group (for example, benzyl group, phenethyl group), alkoxy group (for example, methoxy group, ethoxy group) Group), and the like.
一般式(1)のY1、一般式(2)のY2は、炭素原子、酸素原子、水素原子、窒素原子を含む官能基を示し、エポキシ基を含んでもよい。官能基数は2以上であれば特に制限されず、例えば、2官能であればビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビフェニル型などの形態をとることができる。また多官能であればフェノールノボラック型、クレゾールノボラック型などの形態をとることができる。多官能型の形態であると耐熱性が向上する。
エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]に対して含まれるポリフェニレンエーテルの骨格部の割合は、好ましくは30〜90質量%であり、より好ましくは40〜80質量%である。ポリフェニレンエーテル骨格部の割合が30質量%以上であると、架橋密度の低下により靭性を高められる効果を発現する傾向にあり、90質量%以下であると、エポキシ基を有するポリフェニレンエーテル樹脂を製造する際の樹脂の粘度が適度に低く製造が容易となるため、プリプレグを作成したときの樹脂の含浸性が良好となる。また、エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]を含有する樹脂組成物は、他のエポキシ樹脂と相分離をすることなく硬化できるため、可塑剤[D]を含有させることに適している。
Y 1 in the general formula (1), Y 2 in the general formula (2) represents a functional group containing a carbon atom, an oxygen atom, a hydrogen atom, a nitrogen atom, may contain an epoxy group. The number of functional groups is not particularly limited as long as it is 2 or more. For example, if it is bifunctional, it can take forms such as bisphenol A type, bisphenol F type, and biphenyl type. Moreover, if it is polyfunctionality, forms, such as a phenol novolak type and a cresol novolak type, can be taken. Heat resistance improves in the case of a polyfunctional type.
The ratio of the skeleton part of the polyphenylene ether contained with respect to the epoxidized polyphenylene ether [A] is preferably 30 to 90% by mass, and more preferably 40 to 80% by mass. When the proportion of the polyphenylene ether skeleton is 30% by mass or more, there is a tendency to exhibit an effect of enhancing toughness due to a decrease in crosslinking density, and when it is 90% by mass or less, a polyphenylene ether resin having an epoxy group is produced. Since the viscosity of the resin at the time is moderately low and the production becomes easy, the impregnation property of the resin when the prepreg is prepared becomes good. Moreover, since the resin composition containing epoxidized polyphenylene ether [A] can be cured without phase separation from other epoxy resins, it is suitable for containing a plasticizer [D].
なお、ここでポリフェニレンエーテルの骨格部とは上記一般式(3)で表す部分を言う。
エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]は、いかなる方法で製造されてもよいが、ポリフェニレンエーテルとエポキシ化合物を付加反応させることによって製造するのが、好ましい。
原料のポリフェニレンエーテルとしては、特に限定されず、例えば、上記一般式(3)で表される繰り返し単位を有する樹脂を用いることができる。
具体的には、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンオキサイド)、ポリ(3,5−ジメチル−1,4−フェニレンオキサイド)、ポリ(2,3,6−トリメチル−1,4−フェニレンオキサイド等が挙げられる。
Here, the skeleton portion of polyphenylene ether refers to a portion represented by the general formula (3).
Epoxidized polyphenylene ether [A] may be produced by any method, but is preferably produced by addition reaction of polyphenylene ether and an epoxy compound.
The raw material polyphenylene ether is not particularly limited, and for example, a resin having a repeating unit represented by the general formula (3) can be used.
Specifically, poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide), poly (3,5-dimethyl-1,4-phenylene oxide), poly (2,3,6-trimethyl-1,4) -Phenylene oxide etc. are mentioned.
ポリフェニレンエーテルの数平均分子量は、好ましくは1000〜4000であり、より好ましくは 1500〜3000である。数平均分子量が4000以下であると、樹脂組成物の溶融粘度が適度に低く加工性が良好となる傾向にあり、1000以上であると、繊維強化複合材料の架橋密度の低下から優れた強靭性を示す。
変性ポリフェニレンエーテルを製造する方法としては、特に限定されず、例えば、フェノール性水酸基を2個以上有するフェノール性化合物を種結晶として、2,6−キシレノールを付加させていく方法や、高分子量ポリフェニレンエーテルを再分配反応に供し、数平均分子量を上記の好ましい範囲に調整する方法等が挙げられる。
The number average molecular weight of the polyphenylene ether is preferably 1000 to 4000, more preferably 1500 to 3000. If the number average molecular weight is 4000 or less, the melt viscosity of the resin composition tends to be moderately low and the processability tends to be good, and if it is 1000 or more, excellent toughness is obtained due to a decrease in the crosslinking density of the fiber-reinforced composite material. Indicates.
The method for producing the modified polyphenylene ether is not particularly limited. For example, a method of adding 2,6-xylenol using a phenolic compound having two or more phenolic hydroxyl groups as a seed crystal, or a high molecular weight polyphenylene ether Is subjected to a redistribution reaction, and the number average molecular weight is adjusted to the above preferred range.
高分子量ポリフェニレンエーテルを再分配反応に供する方法は、例えば、文献「Joural of Organic Chemistry,34,297〜303(1968)」に示されているように、高分子量ポリフェニレンエーテルをラジカル開始剤の存在下で、ビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビフェニル、ジヒドロキシジフェニルエーテル、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ピロガロール等のポリフェノール化合物と反応させて、高分子量ポリフェニレンエーテル樹脂の分子量を低下させる方法等を用いることができる。
上記ラジカル開始剤としては、特に限定されず、例えば、ジクミルパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−tert−ブチルクミルパーオキシヘキシン−3、2,5−ジメチル−2,5−ジ−tert−ブチルパーオキシヘキサン、α,α’−ビス(tert−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン〔1,4(又は1,3)−ビス(tert−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼンともいう〕、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシアセテート、tert−ブチルパーオキシベンゼン、過酸化ベンゾイル等の過酸化物を用いることができる。この際、ラジカル開始剤の触媒として、さらに、ナフテン酸コバルト、4級アンモニウム塩やアミン化合物等を用いてもよい。
A method for subjecting a high molecular weight polyphenylene ether to a redistribution reaction is described in, for example, the literature “Journal of Organic Chemistry, 34, 297 to 303 (1968)” in the presence of a radical initiator. And a method of reducing the molecular weight of the high molecular weight polyphenylene ether resin by reacting with a polyphenol compound such as bisphenol A, tetramethylbisphenol A, tetramethylbiphenyl, dihydroxydiphenyl ether, phenol novolak, cresol novolak, pyrogallol, etc. .
The radical initiator is not particularly limited, and examples thereof include dicumyl peroxide, tert-butyl cumyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di-tert-butyl cumi. Luperoxyhexyne-3,2,5-dimethyl-2,5-di-tert-butylperoxyhexane, α, α′-bis (tert-butylperoxy-m-isopropyl) benzene [1,4 (or 1,3) -bis (tert-butylperoxyisopropyl) benzene], diisopropylbenzene hydroperoxide, tert-butyl hydroperoxide, tert-butyl peroxyacetate, tert-butylperoxybenzene, benzoyl peroxide, etc. The peroxide can be used. At this time, cobalt naphthenate, a quaternary ammonium salt, an amine compound, or the like may be further used as a catalyst for the radical initiator.
上記変性ポリフェニレンエーテルと反応させるエポキシ化合物としては、特に限定されず、例えば、エピクロロヒドリン等のハロゲン化グリシジルや、分子内にエポキシ基を2個以上有するエポキシ樹脂等を用いることができる。分子内にエポキシ基を2個以上有するエポキシ樹脂としては、例えば、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、ヒンダート型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、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及びこれらをハロゲン化したエポキシ樹脂;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール等のジグリシジルエーテル等を用いることができる。 The epoxy compound to be reacted with the modified polyphenylene ether is not particularly limited, and for example, glycidyl halide such as epichlorohydrin, an epoxy resin having two or more epoxy groups in the molecule, and the like can be used. Examples of epoxy resins having two or more epoxy groups in the molecule include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, bisphenol S type epoxy resins, hindered type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, and alicyclic epoxy resins. , Triphenylmethane type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin and epoxy resins halogenated from these; diglycidyl ethers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, butanediol, hexanediol, cyclohexanedimethanol, etc. Can be used.
エポキシ化合物としては、特に、分子内にエポキシ基を3個以上有する多官能エポキシ樹脂を併用するのが、耐熱性の観点から好ましい。分子内にエポキシ基を3個以上有する多官能エポキシ樹脂としては、例えば、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、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ビスAノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン/フェノールエポキシ樹脂、脂環式アミンエポキシ樹脂、脂肪族アミンエポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
エポキシ基を有するポリフェニレンエーテルを得るには、例えば、上記変性ポリフェニレンエーテルとエポキシ化合物を、触媒存在下、100〜200℃で1〜20時間反応させることにより得ることができる。触媒としては特に制限されないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、ナトリウムメチラート、ナトリウムブチラート等のアルキレート塩、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムブロミド等の4級アンモニウム塩、テトラフェニルホスホニウムブロミド、アミルトリフェニルホスホニウムブロミド等のホスホニウム塩、2−メチルイミダゾール、2−メチル−4−イミダゾール等のイミダゾール系、N,N―ジエチルエタノールアミン等のアミン類及び塩化カリウム等の金属ハロゲン化物、トリ−O−トリルホスフィン等の1種以上を用いることができる。
As the epoxy compound, it is particularly preferable to use a polyfunctional epoxy resin having 3 or more epoxy groups in the molecule from the viewpoint of heat resistance. Examples of polyfunctional epoxy resins having 3 or more epoxy groups in the molecule include phenol novolac epoxy resins, cresol novolac epoxy resins, naphthol novolac epoxy resins, bis A novolac epoxy resins, dicyclopentadiene / phenol epoxy Examples thereof include resins, alicyclic amine epoxy resins, aliphatic amine epoxy resins, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
In order to obtain a polyphenylene ether having an epoxy group, it can be obtained, for example, by reacting the modified polyphenylene ether and an epoxy compound at 100 to 200 ° C. for 1 to 20 hours in the presence of a catalyst. The catalyst is not particularly limited, but examples thereof include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, alkylate salts such as sodium methylate and sodium butyrate, tetrabutylammonium chloride, tetramethylammonium bromide and the like. Quaternary ammonium salts, phosphonium salts such as tetraphenylphosphonium bromide, amyltriphenylphosphonium bromide, imidazoles such as 2-methylimidazole and 2-methyl-4-imidazole, amines such as N, N-diethylethanolamine and potassium chloride One or more of metal halides such as tri-O-tolylphosphine can be used.
具体例として、エポキシ化合物がエピクロルヒドリンである場合、ポリフェニレンエーテルのフェノール性水酸基に対して1倍以上、好ましくは5倍以上のエピクロルヒドリンに変性ポリフェニレンエーテルを溶解後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物を添加し、加熱、攪拌することにより製造することができるが、本実施の形態これに制限されるものではない。アルカリ金属水酸化物の添加量は、フェノール性水酸基に対して、1当量以上を用い、反応条件は、50〜100℃で1〜10時間反応させる。得られた生成物を水洗又はろ過することにより生成塩を除去し、未反応のエピクロルヒドリンを揮発回収するか、あるいは、メタノール等の貧溶剤を投入し樹脂を析出させることによりエポキシ化ポリフェニレンエーテルを得ることができる。 As a specific example, when the epoxy compound is epichlorohydrin, after dissolving the modified polyphenylene ether in the epichlorohydrin at least 1 time, preferably at least 5 times the phenolic hydroxyl group of the polyphenylene ether, an alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide is dissolved. Although it can manufacture by adding a metal hydroxide, and heating and stirring, this embodiment is not limited to this. The addition amount of the alkali metal hydroxide is 1 equivalent or more with respect to the phenolic hydroxyl group, and the reaction condition is 50 to 100 ° C. for 1 to 10 hours. The resulting product is washed with water or filtered to remove the generated salt, and the unreacted epichlorohydrin is volatilized and recovered, or a poor solvent such as methanol is added to precipitate the resin to obtain an epoxidized polyphenylene ether be able to.
また、エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]は、分子内にエポキシ基を有しているため、芳香族系の溶剤のみでなく、ケトン類溶剤等の極性の溶剤を含む混合溶剤にも溶解する。
エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]は、好ましくは1分子あたり平均2.5個以上、より好ましくは平均3.0個以上、さらに好ましくは平均4.0個以上のエポキシ基を有する。分子内に平均2.5個以上のエポキシ基を有している場合、他のエポキシ樹脂とより相分離をすることなく硬化できるため、可塑剤[D]を含有させることにより適している。エポキシ基を分子内に平均2.5個以上有するエポキシ化ポリフェニレンエーテルを製造する方法は特に制限されないが、例えば、反応に使用するエポキシ化合物の、少なくとも5質量%、好ましくは10質量%、より好ましくは20質量%を3官能以上の多官能エポキシ樹脂を用いる方法が挙げられる。多官能エポキシ樹脂を多く含むことにより、得られるエポキシ化ポリフェニレンエーテルのエポキシ基の平均個数を多くすることができる。
In addition, since the epoxidized polyphenylene ether [A] has an epoxy group in the molecule, the epoxidized polyphenylene ether [A] dissolves not only in an aromatic solvent but also in a mixed solvent including a polar solvent such as a ketone solvent.
The epoxidized polyphenylene ether [A] preferably has an average of 2.5 or more, more preferably an average of 3.0 or more, and even more preferably an average of 4.0 or more epoxy groups per molecule. In the case where the molecule has an average of 2.5 or more epoxy groups in the molecule, it can be cured without further phase separation from other epoxy resins, so that it is more suitable to contain a plasticizer [D]. A method for producing an epoxidized polyphenylene ether having an average of 2.5 or more epoxy groups in the molecule is not particularly limited. For example, at least 5% by mass of the epoxy compound used in the reaction, preferably 10% by mass, more preferably Is a method using a polyfunctional epoxy resin having a functionality of 20% by mass or more. By including many polyfunctional epoxy resins, the average number of epoxy groups of the epoxidized polyphenylene ether obtained can be increased.
また、変性ポリフェニレンエーテルとエポキシ化合物を反応させる際には、エポキシ化合物を2種以上併用するのが好ましい。特に、多官能エポキシ樹脂と2官能エポキシ樹脂をそれぞれ1種以上用いるのが好ましい。多官能エポキシ樹脂は、得られるエポキシ化ポリフェニレンエーテル樹脂のエポキシ基の個数を増やす点で有用であるが、変性ポリフェニレンエーテルを溶解しづらく、また、ポリフェニレンエーテルとの反応によりゲル化を起こしやすいため溶剤を加える必要が生じる。しかしながら、反応時に2官能エポキシ樹脂を加えると、ポリフェニレンエーテルを溶解し易いため反応が起こりやすく、さらにゲル化を防ぐこともできるため、溶剤を加えない系でも反応が進行する。
エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]の含有量は、エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]、エポキシ樹脂[B]の合計100質量部に対して10質量部〜90質量部であることが好ましく、20質量部〜70質量部であることがより好ましい。
靭性向上の観点から10質量部以上が好ましく、タック性の観点から90質量部以下が好ましい。
Moreover, when making a modified polyphenylene ether and an epoxy compound react, it is preferable to use 2 or more types of epoxy compounds together. In particular, it is preferable to use one or more polyfunctional epoxy resins and bifunctional epoxy resins. Polyfunctional epoxy resin is useful in terms of increasing the number of epoxy groups in the resulting epoxidized polyphenylene ether resin, but it is difficult to dissolve modified polyphenylene ether, and it is easy to cause gelation by reaction with polyphenylene ether. Need to be added. However, when a bifunctional epoxy resin is added during the reaction, the reaction easily occurs because polyphenylene ether is easily dissolved, and further gelation can be prevented. Therefore, the reaction proceeds even in a system in which no solvent is added.
The content of the epoxidized polyphenylene ether [A] is preferably 10 parts by mass to 90 parts by mass, and 20 parts by mass to 100 parts by mass in total of the epoxidized polyphenylene ether [A] and the epoxy resin [B]. More preferably, it is 70 parts by mass.
10 parts by mass or more is preferable from the viewpoint of improving toughness, and 90 parts by mass or less is preferable from the viewpoint of tackiness.
[エポキシ樹脂[B]]
エポキシ樹脂[B]の成分としては、特に限定されるものではなく、各種公知のものを適宜選択して用いることができる。 例えば、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、ヒンダート型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、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及びこれらをハロゲン化したエポキシ樹脂;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール等のジグリシジルエーテル等を用いることができる。さらに、分子内にエポキシ基を3個以上有する多官能エポキシ樹脂から選ぶ場合、例えば、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、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ビスAノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン/フェノールエポキシ樹脂、脂環式アミンエポキシ樹脂、脂肪族アミンエポキシ樹脂等が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
エポキシ樹脂[B]は、タック性の観点から、エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]、エポキシ樹脂[B]の合計100質量部に対して10質量部〜90質量部であることが好ましく、20質量部〜70質量部であることがより好ましい。
[Epoxy resin [B]]
The component of the epoxy resin [B] is not particularly limited, and various known materials can be appropriately selected and used. For example, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, hindered type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, triphenylmethane type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol A novolak type epoxy resin and an epoxy resin obtained by halogenating these can be used; diglycidyl ethers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, butanediol, hexanediol, and cyclohexanedimethanol. Further, when selecting from polyfunctional epoxy resins having 3 or more epoxy groups in the molecule, for example, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, naphthol novolac type epoxy resin, bis A novolac type epoxy resin, dicyclopentadiene / Phenol epoxy resin, alicyclic amine epoxy resin, aliphatic amine epoxy resin and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
From the viewpoint of tackiness, the epoxy resin [B] is preferably 10 parts by mass to 90 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the epoxidized polyphenylene ether [A] and the epoxy resin [B], and 20 parts by mass. More preferably, it is -70 mass parts.
[硬化剤[C]]
硬化剤[C]としては、特に限定されるものではなく、各種公知のものを適宜選択して用いることができるが、硬化時の反応速度の観点から、グアニジン誘導体、芳香族アミン化合物及びノボラック型フェノール樹脂、イミダゾール系硬化剤からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
グアニジン誘導体の具体例としては、例えば、ジシアンジアミド、ジシアンジアミド−アニリン付加物、ジシアンジアミド−メチルアニリン付加物、ジシアンジアミド−ジアミノジフェニルメタン付加物、ジシアンジアミド−ジアミノジフェニルエーテル付加物等のジシアンジアミド誘導体、硝酸グアニジン、炭酸グアニジン、リン酸グアニジン、スルファミン酸グアニジン、重炭酸アミノグアニジン等のグアニジン塩、アセチルグアニジン、ジアセチルグアニジン、プロピオニルグアニジン、ジプロピオニルグアニジン、シアノアセチルグアニジン、コハク酸グアニジン、ジエチルシアノアセチルグアニジン、ジシアンジアミジン、N−オキシメチル−N’−シアノグアニジン、N、N’−ジカルボエトキシグアニジン等が挙げられるが、これらに特に限定されるものではない。
[Curing agent [C]]
The curing agent [C] is not particularly limited, and various known materials can be appropriately selected and used. From the viewpoint of the reaction rate at the time of curing, a guanidine derivative, an aromatic amine compound, and a novolak type. It is preferably at least one selected from the group consisting of phenol resins and imidazole curing agents.
Specific examples of guanidine derivatives include dicyandiamide derivatives such as dicyandiamide, dicyandiamide-aniline adduct, dicyandiamide-methylaniline adduct, dicyandiamide-diaminodiphenylmethane adduct, dicyandiamide-diaminodiphenyl ether adduct, guanidine nitrate, guanidine carbonate, phosphorus Guanidine salts such as guanidine acid, guanidine sulfamate, aminoguanidine bicarbonate, acetylguanidine, diacetylguanidine, propionylguanidine, dipropionylguanidine, cyanoacetylguanidine, guanidine succinate, diethylcyanoacetylguanidine, dicyandiamidine, N-oxymethyl -N'-cyanoguanidine, N, N'-dicarboethoxyguanidine, etc. Is not particularly limited et.
芳香族アミン化合物の具体例としては、例えば、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4、4’−ジアミノジフェニルエーテル等が挙げられるが、これらに特に限定されるものではない。
ノボラック型フェノール樹脂の具体例としては、例えば、フェノールノボラック、ビスフェノールAノボラック、クレゾールノボラック、ナフトールノボラック等が挙げられるが、これらに特に限定されるものではない。イミダゾール系硬化剤の具体例としては、例えば、2−メチルイミダゾール、2−メチル−4−エチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等が挙げられる。モル数の観点から2−メチルイミダゾールを用いることが望ましい。
Specific examples of the aromatic amine compound include, for example, metaphenylene diamine, paraphenylene diamine, 3,3′-diaminodiphenyl sulfone, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone, 4,4′-diaminodiphenyl methane, 4, 4 ′. -Diamino diphenyl ether etc. are mentioned, However, It does not specifically limit to these.
Specific examples of the novolak type phenol resin include, but are not limited to, phenol novolak, bisphenol A novolak, cresol novolak, naphthol novolak, and the like. Specific examples of the imidazole curing agent include 2-methylimidazole, 2-methyl-4-ethylimidazole, 2-phenylimidazole, and the like. It is desirable to use 2-methylimidazole from the viewpoint of the number of moles.
[C]成分の配合量は、特に制限されるものではなく、所望の設計に応じて適宜設定される。[C]成分がグアニジン誘導体の場合、[A]のエポキシ化ポリフェニレンエーテルとエポキシ樹脂[B]のエポキシ基の総モル数に対して0.6当量から1.0当量が好ましい。[C]成分が芳香族アミン化合物の場合は[A]のエポキシ化ポリフェニレンエーテルとエポキシ樹脂[B]のエポキシ基の総モル数に対して0.8当量から1.2当量であることが好ましく、[C]成分がノボラック型フェノール樹脂の場合はエポキシ樹脂のエポキシ基のモル数に対して0.8当量から1.2当量であることが好ましい。 [C]成分がイミダゾール系硬化剤の場合は、[A]のエポキシ化ポリフェニレンエーテルとエポキシ樹脂[B]の合計100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部であることが好ましく、1部〜5部であることが寄り好ましい。配合量をこれらの範囲とすることは、硬化物の架橋密度の低下及びTgの低下を抑制し、耐湿性を確保する観点から好適である。 The blending amount of the component [C] is not particularly limited, and is appropriately set according to a desired design. When the component [C] is a guanidine derivative, the amount is preferably 0.6 equivalent to 1.0 equivalent based on the total number of moles of the epoxy group of the epoxy resin [B] and the epoxidized polyphenylene ether of [A]. When the component [C] is an aromatic amine compound, it is preferably 0.8 to 1.2 equivalents relative to the total number of moles of the epoxy group of [A] and the epoxy group of the epoxy resin [B]. In the case where the [C] component is a novolak type phenol resin, the amount is preferably 0.8 equivalents to 1.2 equivalents relative to the number of moles of epoxy groups of the epoxy resin. When the component [C] is an imidazole curing agent, the amount is preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the epoxidized polyphenylene ether of [A] and the epoxy resin [B]. 1 to 5 parts is more preferable. Setting the blending amount within these ranges is preferable from the viewpoint of suppressing the decrease in the crosslinking density and the decrease in Tg of the cured product and ensuring the moisture resistance.
[可塑剤[D]]
本実施の形態のエポキシ樹脂組成物には、さらに、可塑剤[D]が含まれていてもよい。可塑剤としては、熱可塑性樹脂や架橋ゴムが用いられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエーテル系熱可塑性樹脂、ポリエステル系熱可塑性樹脂、ポリアミド系熱可塑性樹脂等が挙げられる。具体的には、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホンなどが用いられる。
架橋ゴムとしては、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体等が挙げられ、エポキシ樹脂との相溶性の点からアクリロニトリル−ブタジエン共重合体好ましい。
可塑剤[D]の含有量は本実施の形態の目的を損なわなければ特に制限されないが、エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]、エポキシ樹脂[B]の合計100質量部に対して1質量部〜80質量部であることが好ましく、2質量部〜70質量部であることがより好ましい。
上記範囲内であればガラス転移温度を低下させることなく、強靭化が可能であるため好ましい。
[Plasticizer [D]]
The epoxy resin composition of the present embodiment may further contain a plasticizer [D]. As the plasticizer, a thermoplastic resin or a crosslinked rubber is used.
Examples of the thermoplastic resin include polyether-based thermoplastic resins, polyester-based thermoplastic resins, polyamide-based thermoplastic resins, and the like. Specifically, polyethersulfone, polysulfone, polyimide, polyetherimide, polyetherethersulfone, polyphenylene ether, polysulfone and the like are used.
Examples of the crosslinked rubber include acrylonitrile-butadiene copolymer and styrene-butadiene copolymer, and acrylonitrile-butadiene copolymer is preferable from the viewpoint of compatibility with the epoxy resin.
The content of the plasticizer [D] is not particularly limited as long as the purpose of the present embodiment is not impaired, but 1 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the epoxidized polyphenylene ether [A] and the epoxy resin [B]. It is preferable that it is a mass part, and it is more preferable that it is 2 mass parts-70 mass parts.
If it is in the said range, since toughening is possible, without reducing a glass transition temperature, it is preferable.
[プリプレグ]
本実施の形態の繊維基材用含浸材を繊維基材に含浸させることにより、機械的強度が高められ且つ寸法安定性が増大された、プリプレグが作製される。
繊維基材としては、各種公知のものを適宜選択して用いることができ、例えば、ロービングクロス、クロス、チョップドマット、サーフェシングマット等の各種ガラス布、アスベスト布、金属繊維布、及び、その他合成若しくは天然の無機繊維布;ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、全芳香族ポリアミド繊維(アラミド繊維)、ポリテトラフルオロエチレン繊維等の合成繊維から得られる織布又は不織布;綿布、麻布、フェルト等の天然繊維;炭素繊維;クラフト紙、コットン紙、紙−ガラス混繊紙等の天然セルロース系布、等が挙げられ、中でも、低比重かつ比強度、比弾性率に優れた、炭素繊維布が好ましい。
[Prepreg]
By impregnating the fiber base material with the fiber base impregnating material of the present embodiment, a prepreg having increased mechanical strength and increased dimensional stability is produced.
As the fiber base material, various known materials can be appropriately selected and used, for example, various glass cloths such as roving cloth, cloth, chopped mat, and surfacing mat, asbestos cloth, metal fiber cloth, and other synthetic materials. Or natural inorganic fiber cloth; woven or non-woven fabric obtained from synthetic fibers such as polyvinyl alcohol fiber, polyester fiber, acrylic fiber, wholly aromatic polyamide fiber (aramid fiber), polytetrafluoroethylene fiber; cotton cloth, linen cloth, felt, etc. Natural fiber; carbon fiber; natural cellulosic cloth such as kraft paper, cotton paper, paper-glass mixed paper, etc., among others, carbon fiber cloth having low specific gravity, specific strength, and excellent specific elastic modulus. preferable.
また、これらの繊維基材は、1種を単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。さらに、有機及び/又は無機の短繊維をエポキシ樹脂組成物に加えた後に半硬化させて成形することでプリプレグを作製してもよい。
繊維基材の厚さは、プリプレグの厚さや、所望の機械的強度及び寸法安定性等に応じて適宜設定すればよく、通常、0.05〜0.30mm程度であるが、特に限定されるものではない。
プリプレグにおいて繊維基材の占める割合は、所望のプリプレグの性能に応じて適宜設定され、特に限定されるものではなく、プリプレグの総量に対し、30〜90質量%であることが好ましく、40〜80質量%であることがより好ましく、50〜70質量%であることがさらに好ましい。繊維基材を30質量%以上とすることは、寸法安定性及び強度により一層優れる硬化物を得る観点から好適である。一方、繊維基材を90質量%以下とすることは、密着性により一層優れる硬化物を得る観点から好適である。尚、プリプレグの総量に対し、30〜90質量%となる場合に、本実施の形態において、含浸性良好と呼ぶ。
Moreover, these fiber base materials can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. Further, a prepreg may be produced by adding organic and / or inorganic short fibers to the epoxy resin composition and then semi-curing and molding.
The thickness of the fiber substrate may be appropriately set according to the thickness of the prepreg, desired mechanical strength and dimensional stability, and is usually about 0.05 to 0.30 mm, but is particularly limited. It is not a thing.
The proportion of the fiber base material in the prepreg is appropriately set according to the desired performance of the prepreg, and is not particularly limited, and is preferably 30 to 90% by mass with respect to the total amount of the prepreg, and 40 to 80 More preferably, it is 50 mass%, and it is further more preferable that it is 50-70 mass%. Setting the fiber substrate to 30% by mass or more is preferable from the viewpoint of obtaining a cured product that is more excellent in dimensional stability and strength. On the other hand, setting the fiber substrate to 90% by mass or less is preferable from the viewpoint of obtaining a cured product that is more excellent in adhesion. In addition, in this Embodiment, when it becomes 30-90 mass% with respect to the total amount of a prepreg, it is called favorable impregnation property.
プリプレグの製造方法としては、例えば、繊維基材用含浸材及び必要に応じ他の成分を、繊維基材に含浸させた後に乾燥する方法が挙げられる。繊維基材への繊維基材用含浸材の含浸は、例えば、繊維基材用含浸材を基材に塗布したり、繊維基材を浸漬(ディッピング)したりすることより実施できる。この含浸処理は、必要に応じ複数回繰り返して行なうことも可能であり、また、その際に組成や濃度の異なる複数の繊維基材用含浸材を用いて含浸を繰り返して行ない、所望の樹脂組成及び樹脂量に調整することも可能である。さらに、含浸繊維基材の乾燥の際、加熱の程度を調節して繊維基材用含浸材を半硬化させた状態、いわゆるBステージ状態にすることが好ましい。ここでBステージとは、エポキシ樹脂と硬化剤の反応が一部しかしておらず、流動性を保っている状態のことをいう。含浸繊維基材の乾燥条件は、所望のプリプレグの素材や厚さ等に応じて適宜設定され、通常、乾燥温度100〜200℃、乾燥時間1〜30分程度の条件下である。 Examples of the method for producing a prepreg include a method in which a fiber base material is impregnated with an impregnation material for a fiber base material and, if necessary, the impregnation material and then dried. The impregnation of the fiber base material into the fiber base material can be performed by, for example, applying the fiber base material impregnation material to the base material or dipping the fiber base material. This impregnation treatment can be repeated a plurality of times as necessary, and the impregnation is repeated by using a plurality of impregnation materials for fiber bases having different compositions and concentrations at that time, and a desired resin composition is obtained. It is also possible to adjust the amount of resin. Furthermore, when the impregnated fiber base material is dried, it is preferable to adjust the degree of heating so that the fiber base material impregnated material is semi-cured, that is, a so-called B stage state. Here, the B stage refers to a state in which the reaction between the epoxy resin and the curing agent is only partially and the fluidity is maintained. The drying conditions of the impregnated fiber base material are appropriately set according to the desired material, thickness, etc. of the prepreg, and are usually conditions of a drying temperature of 100 to 200 ° C. and a drying time of about 1 to 30 minutes.
プリプレグの製造の際、繊維基材用含浸材と繊維基材との界面における接着性を改善する目的で、必要に応じ繊維基材用含浸材に、カップリング剤を添加することができる。ここで用いるカップリング剤としては、各種公知のものを適宜選択して用いることができ、例えば、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤が挙げられるが、これらに特に限定されるものではない。
プリプレグの段階で、タック性があることが望ましい。タック性が良好とは、繊維基材上で半硬化させた樹脂が室温で流動することなく、粘着性を保った状態のことを言う。タック性がないとは、粘着性がなく、プリプレグ同士を合わせたときに簡単に剥がれる状態をいう。
During the production of the prepreg, a coupling agent can be added to the fiber base impregnating agent as necessary for the purpose of improving the adhesion at the interface between the fiber base impregnating material and the fiber base. As a coupling agent used here, various well-known things can be selected suitably and can be used, for example, a silane coupling agent, a titanate coupling agent, an aluminum coupling agent, a zirco aluminate coupling agent is mentioned. However, it is not particularly limited to these.
It is desirable to have tackiness at the prepreg stage. Good tackiness means a state in which the resin semi-cured on the fiber base material maintains the adhesiveness without flowing at room temperature. The absence of tackiness means a state where there is no tackiness and it can be easily peeled off when the prepregs are put together.
[繊維強化複合材料]
繊維強化複合材料は、上記のプリプレグを積層し、加熱加圧成形することにより製造することができる。加熱加圧成形は、常法にしたがって行なえばよく、例えば、温度80〜300℃、圧力0.01〜100MPa、時間1分〜10時間の条件下、より好ましくは、温度120〜250℃、圧力0.1〜10MPa、時間1分〜5時間の条件下で行なうことができる。
[Fiber-reinforced composite materials]
The fiber reinforced composite material can be manufactured by laminating the above-described prepreg and heating and pressing. The heating and pressing may be performed according to a conventional method, for example, a temperature of 80 to 300 ° C., a pressure of 0.01 to 100 MPa, and a time of 1 minute to 10 hours, more preferably a temperature of 120 to 250 ° C. and a pressure. It can be carried out under conditions of 0.1 to 10 MPa and a time of 1 minute to 5 hours.
本実施の形態をさらに詳細に説明するために、以下に、実施例及び比較例を示すが、これらの実施例は本実施の形態の説明及びそれによって得られる効果などを具体的に示すものであって、本実施の形態を何ら制限するものではない。なお、以下において、「部」及び「%」は、「質量部」及び「質量%」を各々意味する。
以下の実施例及び比較例における諸特性は、下記の方法に従って測定した。
In order to describe the present embodiment in more detail, examples and comparative examples are shown below, but these examples specifically illustrate the description of the present embodiment and the effects obtained thereby. Thus, the present embodiment is not limited at all. In the following, “parts” and “%” mean “parts by mass” and “% by mass”, respectively.
Various characteristics in the following examples and comparative examples were measured according to the following methods.
[測定方法]
本明細書中の物性等の測定方法は以下の通りである。
(1)繊維基材への含浸性
エポキシ樹脂溶液と硬化剤を混合したワニスに、東レ株式会社製の炭素繊維布「トレカクロスCO6343」(商標)(目付198g/m2)または帝人テクノプロダクツ株式会社製のアラミド繊維「コーネックス」(商標)(目付254g/m2)に5分間含浸させ、170℃オーブンで2分間乾燥させたプリプレグの表面状態や内部観察を行い、表面の荒れと含浸不足による気泡の観察を行った。両方観察されたものを×、どちらか片方だけ観察されたものを△、どちらも見られなかったものを○とした。
(2)タック性
プリプレグ化後、タック性があるものを○、ないものを×とした。
(3)破壊靭性(KIC)
エポキシ樹脂と硬化剤を混合後、注型板へ流しこみ、180℃2時間加熱することで得られたエポキシ樹脂組成物の硬化物について、弾塑性破壊靭性試験方法(JSME S 001−1981)に準拠し測定した。試験方法は、試験片中央に約2.5mmのクラックを入れた長さ20mm×幅4mm×厚さ2mmの試験片を、圧子移動速度0.5mm/分、支点間距離17.6mmでの3点曲げ試験にて測定した。
[Measuring method]
The measuring method of the physical property etc. in this specification is as follows.
(1) Impregnation to fiber base material Toray Co., Ltd. carbon fiber cloth “Torayca cloth CO6343” (trademark) (weight per unit: 198 g / m 2 ) or Teijin Techno Products Co., Ltd. mixed with varnish mixed with epoxy resin solution and curing agent The surface state and internal observation of the prepreg impregnated with a company-made aramid fiber “Conex” (trademark) (weight per unit: 254 g / m 2 ) for 5 minutes and dried in a 170 ° C. oven for 2 minutes were observed. The bubbles were observed. The case where both were observed was rated as x, the case where only one of them was observed as Δ, and the case where neither was observed as ○.
(2) Tackiness After making a prepreg, the thing with tackiness was made into (circle), and the thing without it was made into x.
(3) Fracture toughness (KI C )
After the epoxy resin and the curing agent are mixed, it is poured into a casting plate, and the cured epoxy resin composition obtained by heating at 180 ° C. for 2 hours is subjected to an elastoplastic fracture toughness test method (JSME S 001-1981). Measured according to. The test method consists of a test piece of length 20 mm × width 4 mm × thickness 2 mm with a crack of about 2.5 mm in the center of the test piece, 3 at an indenter moving speed of 0.5 mm / min and a fulcrum distance of 17.6 mm. It was measured by a point bending test.
(4)ガラス転移温度
エポキシ樹脂組成物の硬化物について、オリエンテック株式会社製の動的粘弾性測定装置「DDV−25FP」(商標)を用い、長さ20mm×幅4mm×厚さ2mmの試験片を、2℃/分で昇温させ、tanδが最大となる温度として求めた。
(5)エポキシ当量
JISK7236に準じて測定した。
(6)エポキシ基の個数
エポキシ化ポリフェニレンエーテル[A]の分子量をエポキシ当量で割ることで算出した。
(7)ポリフェニレンエーテル中の骨格部の割合
使用したポリフェニレンエーテルの分子量を得られたエポキシ化ポリフェニレンエーテルの分子量で割ることで、骨格部の割合とした。
(8)数平均分子量
昭和電工社製のカラム「shodex A−804」(商標)、「shodex A−803」(商標)、「shodex A−802」(商標)、「shodex A802」(商標)をカラムとして用いたゲル浸透クロマトグラフィー分析を行い、分子量既知のポリスチレンの溶出時間との比較で数平均分子量を求めた。
(4) Glass transition temperature
About the hardened | cured material of an epoxy resin composition, the dynamic viscoelasticity measuring apparatus "DDV-25FP" (trademark) by Orientec Co., Ltd. was used, and the test piece of length 20mm * width 4mm * thickness 2mm was 2 degrees C / The temperature was raised in minutes, and the temperature was determined as the temperature at which tan δ was maximum.
(5) Epoxy equivalent It measured according to JISK7236.
(6) Number of epoxy groups Calculated by dividing the molecular weight of the epoxidized polyphenylene ether [A] by the epoxy equivalent.
(7) Ratio of skeleton part in polyphenylene ether The ratio of the skeleton part was obtained by dividing the molecular weight of the polyphenylene ether used by the molecular weight of the epoxidized polyphenylene ether.
(8) Number average molecular weight Columns “shodex A-804” (trademark), “shodex A-803” (trademark), “shodex A-802” (trademark), “shodex A802” (trademark) manufactured by Showa Denko KK Gel permeation chromatography analysis used as a column was performed, and the number average molecular weight was determined by comparison with the elution time of polystyrene having a known molecular weight.
[変性ポリフェニレンエーテル:製造例1]
旭化成ケミカルズ株式会社製の数平均分子量17000の高分子量ポリフェニレンエーテル100g及びビスフェノールA8gをトルエン150gに加熱溶解させた。さらに、ナフテン酸コバルト0.1gを加え溶液の温度を90℃まで加熱した。これに、日本油脂株式会社製の過酸化ベンゾイル及びそのメチル置換体の混合物のキシレン40%溶液「ナイパーBMT−K40」(商標)12.5g(過酸化ベンゾイル及びそのメチル置換体混合物5gに相当)とトルエン37.5gを混合した溶液を2時間かけて添加した。滴下終了後、反応溶液の温度を90℃に保ち、120分間攪拌して再分配反応させた。その後反応溶液の温度を70℃まで低下させ、さらにナイパーBMT−K40の25g(過酸化ベンゾイル及びそのメチル置換体10gに相当)にトルエン75gを混合した溶液を2時間かけて添加した。滴下終了後、反応溶液の温度を70℃に保ち、さらに180分攪拌して再分配反応を行い、変性ポリフェニレンエーテル(rPPE)を得た。反応溶液をゲル浸透クロマトグラフィーで測定した結果、得られた変性ポリフェニレンエーテルの数平均分子量は1900であった。
[Modified polyphenylene ether: Production Example 1]
100 g of high molecular weight polyphenylene ether having a number average molecular weight of 17,000 and 8 g of bisphenol A manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation were dissolved in 150 g of toluene by heating. Further, 0.1 g of cobalt naphthenate was added and the temperature of the solution was heated to 90 ° C. To this, 12.5 g of a 40% xylene solution “Niper BMT-K40” (trademark) of a mixture of benzoyl peroxide and its methyl substitution product manufactured by NOF Corporation (corresponding to 5 g of the mixture of benzoyl peroxide and its methyl substitution product) And 37.5 g of toluene were added over 2 hours. After completion of the dropwise addition, the temperature of the reaction solution was kept at 90 ° C., and stirred for 120 minutes for redistribution reaction. Thereafter, the temperature of the reaction solution was lowered to 70 ° C., and a solution prepared by mixing 75 g of toluene with 25 g of Niper BMT-K40 (corresponding to 10 g of benzoyl peroxide and its methyl substitution product) was added over 2 hours. After completion of the dropwise addition, the temperature of the reaction solution was kept at 70 ° C., and the mixture was further stirred for 180 minutes to perform a redistribution reaction to obtain a modified polyphenylene ether (rPPE). As a result of measuring the reaction solution by gel permeation chromatography, the number average molecular weight of the obtained modified polyphenylene ether was 1,900.
[製造例2:エポキシ化ポリフェニレンエーテル樹脂(A−1)]
旭化成エポキシ社製のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂「ECN1299」(商標)25g、旭化成ケミカルズ株式会社製のビスフェノールA型エポキシ樹脂「AER250」(商標)25gを100℃に加熱し攪拌混合した。十分に混合した後、触媒としてNaOCH3を0.005g添加し、約15分攪拌した。その後、165℃まで加熱して、製造例1で得られた変性ポリフェニレンエーテル204g(変性ポリフェニレンエーテルに換算して50g)を90分かけて添加した。この際、反応容器に窒素を流すことで溶剤のトルエンを常圧または減圧下で反応系より除去した。その後、165℃で2時間攪拌し、エポキシ化ポリフェニレンエーテル樹脂(A−1)を得た。
得られたエポキシ化ポリフェニレンエーテル樹脂(A−1)10gをトルエン100gに溶解し、大過剰のメタノールを添加して、エポキシ化ポリフェニレンエーテルを析出沈殿させた。得られたエポキシ化ポリフェニレンエーテルの数平均分子量は3060、エポキシ当量は550であった。また、ポリフェニレンエーテル骨格部の割合は62質量%、1分子あたりのエポキシ基の個数は5.6個であった。
[Production Example 2: Epoxidized polyphenylene ether resin (A-1)]
25 g of cresol novolac type epoxy resin “ECN1299” (trademark) manufactured by Asahi Kasei Epoxy Co., Ltd. and 25 g of bisphenol A type epoxy resin “AER250” (trademark) manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation were heated to 100 ° C. and mixed with stirring. After mixing well, 0.005 g of NaOCH 3 was added as a catalyst and stirred for about 15 minutes. Thereafter, the mixture was heated to 165 ° C., and 204 g of modified polyphenylene ether obtained in Production Example 1 (50 g in terms of modified polyphenylene ether) was added over 90 minutes. At this time, the solvent toluene was removed from the reaction system under normal pressure or reduced pressure by flowing nitrogen into the reaction vessel. Then, it stirred at 165 degreeC for 2 hours, and epoxidized polyphenylene ether resin (A-1) was obtained.
10 g of the obtained epoxidized polyphenylene ether resin (A-1) was dissolved in 100 g of toluene, and a large excess of methanol was added to precipitate and precipitate the epoxidized polyphenylene ether. The number average molecular weight of the obtained epoxidized polyphenylene ether was 3060, and the epoxy equivalent was 550. The proportion of the polyphenylene ether skeleton was 62% by mass, and the number of epoxy groups per molecule was 5.6.
[製造例3:エポキシ化ポリフェニレンエーテル樹脂(A−2)]
製造例2において、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂「ECN1299」をビスフェノールA型エポキシ樹脂「AER250」に変更する(すなわち変性に使用するエポキシ樹脂を全てビスフェノールA型エポキシ樹脂「AER250」に変更する)以外は、製造例2と同様の方法で変性を行い、エポキシ化ポリフェニレンエーテル樹脂(A−2)を得た。
得られたエポキシ化ポリフェニレンエーテル樹脂(A−2)10gをトルエン100gに溶解し、大過剰のメタノールを添加して、エポキシ化ポリフェニレンエーテルを析出沈殿させた。得られたエポキシ化ポリフェニレンエーテルの数平均分子量は2630、エポキシ当量は1390であった。また、ポリフェニレンエーテル骨格部の割合は72質量%、1分子あたりのエポキシ基の個数は1.9個であった。
[Production Example 3: Epoxidized polyphenylene ether resin (A-2)]
In Production Example 2, except that the cresol novolac type epoxy resin “ECN1299” is changed to the bisphenol A type epoxy resin “AER250” (that is, all the epoxy resins used for modification are changed to the bisphenol A type epoxy resin “AER250”), Modification was performed in the same manner as in Production Example 2 to obtain an epoxidized polyphenylene ether resin (A-2).
10 g of the obtained epoxidized polyphenylene ether resin (A-2) was dissolved in 100 g of toluene, and a large excess of methanol was added to precipitate and precipitate the epoxidized polyphenylene ether. The number average molecular weight of the obtained epoxidized polyphenylene ether was 2630, and the epoxy equivalent was 1390. The proportion of the polyphenylene ether skeleton was 72% by mass, and the number of epoxy groups per molecule was 1.9.
[エポキシ樹脂[B]]
(B−1):液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂(旭化成エポキシ株式会社製「AER250」(商標))(エポキシ当量 185[g/eq])
(B−2)イソシアネート変性エポキシ(旭化成エポキシ株式会社製:AER4152「商標」)
[Epoxy resin [B]]
(B-1): Liquid bisphenol A type epoxy resin ("AER250" (trademark) manufactured by Asahi Kasei Epoxy Corporation) (epoxy equivalent 185 [g / eq])
(B-2) Isocyanate-modified epoxy (Asahi Kasei Epoxy Co., Ltd .: AER4152 “trademark”)
[硬化剤[C]](エポキシ当量 335[g/eq])
(C−1)4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(住友化学株式会社「スミキュアS」(商標))(アミン当量62.1[g/eq])
(C−2)ジシアンジアミド(ジャパンエポキシレジン株式会社製「Dicy7」(商標))(アミン当量21[g/eq])
(C−3)イミダゾール系硬化剤(四国化成株式会社製「キュアゾール2MZ」(商標))
[Curing Agent [C]] (Epoxy Equivalent 335 [g / eq])
(C-1) 4,4′-diaminodiphenylsulfone (Sumitomo Chemical Co., Ltd. “SumiCure S” (trademark)) (amine equivalent 62.1 [g / eq])
(C-2) Dicyandiamide (“Dicy7” (trademark) manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) (amine equivalent 21 [g / eq])
(C-3) Imidazole-based curing agent (“Curazole 2MZ” (trademark) manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd.)
[可塑剤[D]]
(D−1)変性ポリフェニレンエーテル(製造例1)
(D−2)ポリエーテルスルホン(住友化学株式会社製:スミカエクセル 5003P)
(D−3)液状カルボン酸変性アクリロニトリル−ブタジエンゴム(宇部興産株式会社製:CTBN13)
[Plasticizer [D]]
(D-1) Modified polyphenylene ether (Production Example 1)
(D-2) Polyethersulfone (Sumitomo Chemical Co., Ltd .: Sumika Excel 5003P)
(D-3) Liquid carboxylic acid-modified acrylonitrile-butadiene rubber (manufactured by Ube Industries, Ltd .: CTBN13)
[実施例1〜8、比較例1〜6]
表1にある各組成の樹脂組成物に溶媒としてエポキシ化ポリフェニレンエーテル樹脂[A]とエポキシ樹脂[B]の合計100質量部に対してメチルセルソルブ40質量部を投入し、1時間振とうさせて、繊維基材用含浸材を各々調整した。次に、得られた繊維基材用含浸材を、繊維基材として東レ株式会社製の炭素繊維「トレカクロスCO−6363」(商標)(目付198g/m2)に含浸塗布し、170℃で乾燥させて、プリプレグを作製し、含浸性、タック性を各々評価し表1にまとめた。
さらに、得られたプリプレグを20cm×20cmに切断し、熱板プレスにて圧力0.4MPa、温度180℃にて2時間熱硬化させ、繊維強化複合材料を各々得た。この繊維強化複合材料を長さ20mm×幅4mmに切り出しガラス転移温度を各々測定し、表1にまとめた。
また、各樹脂組成物を、長さ20mm×幅4mm×厚さ2mmの注型板に注いで、温度180℃のオーブン内で2時間加熱硬化して、繊維強化複合材料を各々得た。この繊維強化複合材料の破壊靭性(KIc)を上述の測定方法で各々測定し、表1にまとめた。
[Examples 1-8, Comparative Examples 1-6]
40 parts by mass of methyl cellosolve is added to a total of 100 parts by mass of the epoxidized polyphenylene ether resin [A] and the epoxy resin [B] as a solvent in the resin compositions having the respective compositions shown in Table 1, and shaken for 1 hour. The fiber base impregnating material was prepared. Next, the obtained impregnating material for the fiber base material is impregnated and applied to a carbon fiber “Torayca Cross CO-6363” (trademark) (weight per unit area: 198 g / m 2 ) manufactured by Toray Industries, Ltd. as a fiber base material at 170 ° C. The prepreg was dried and evaluated for impregnation and tackiness, and summarized in Table 1.
Furthermore, the obtained prepreg was cut into 20 cm × 20 cm and thermally cured by a hot plate press at a pressure of 0.4 MPa and a temperature of 180 ° C. for 2 hours to obtain fiber reinforced composite materials, respectively. This fiber-reinforced composite material was cut into a length of 20 mm and a width of 4 mm, and the glass transition temperatures were measured and summarized in Table 1.
Moreover, each resin composition was poured into a casting plate having a length of 20 mm, a width of 4 mm, and a thickness of 2 mm, and heat-cured in an oven at a temperature of 180 ° C. for 2 hours to obtain fiber reinforced composite materials. The fracture toughness (KIc) of this fiber reinforced composite material was measured by the above-described measurement method, and is summarized in Table 1.
[実施例9]
繊維基材として全芳香族ポリアミド繊維である帝人テクノプロダクツ株式会社製のアラミド繊維「コーネックス」(商標)を用いた以外は実施例1と同様にしてプリプレグおよび繊維強化複合材料を作製し、含浸性、タック性、ガラス転移温度、破壊靭性(KIc)を評価し、表1にまとめた。
[Example 9]
A prepreg and a fiber-reinforced composite material were prepared and impregnated in the same manner as in Example 1 except that an aramid fiber “Conex” (trademark) manufactured by Teijin Techno Products Co., Ltd., which is a wholly aromatic polyamide fiber, was used as the fiber base material. Properties, tackiness, glass transition temperature, and fracture toughness (KIc) were evaluated and summarized in Table 1.
[実施例10]
溶媒としてメチルセルソルブを投入せずに、樹脂組成物のまま繊維基材用含浸材として用い、、80℃に加熱して0.1MPaの圧力をかけて塗布した以外は実施例1と同様にしてプリプレグおよび繊維強化複合材料を作製し、含浸性、タック性、ガラス転移温度、破壊靭性(KIc)を評価し、表1にまとめた。得られた物性は実施例1と同様であった。これにより本実施の形態の樹脂組成物は繊維基材への良好な含浸性を有しており、樹脂組成物のままであっても繊維基材へ均一に含浸することが言える。
[Example 10]
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the resin composition was used as an impregnating material for a fiber base material without adding methyl cellosolve as a solvent, and heated to 80 ° C. and applied under a pressure of 0.1 MPa. A prepreg and a fiber reinforced composite material were prepared, and impregnation property, tack property, glass transition temperature, and fracture toughness (KIc) were evaluated. The physical properties obtained were the same as in Example 1. Thereby, the resin composition of this Embodiment has the favorable impregnation property to a fiber base material, and even if it is a resin composition, it can be said that it impregnates a fiber base material uniformly.
[比較例7]
比較例4の樹脂組成物を用いて、実施例10と同様に溶剤を使用せずに80℃に加熱して0.1MPaの圧力をかけてプリプレグを作成しようとしたが、エポキシ樹脂のみが繊維基材に含浸してしまい、変性ポリフェニレンエーテルが基材表面上に固まってしまい、プリプレグとしては使用できないものであった。得られたプリプレグを用いて無理やり繊維強化複合材料を作成して、評価し、表1にまとめた。溶剤を使用したものに比べ、変性ポリフェニレンエーテルが硬化樹脂中に組み込まれなかったため、破壊靱性(KIc)は格段と悪い結果となった。
[Comparative Example 7]
Using the resin composition of Comparative Example 4, as in Example 10, an attempt was made to create a prepreg by heating to 80 ° C. and applying a pressure of 0.1 MPa without using a solvent. The base material was impregnated, and the modified polyphenylene ether solidified on the surface of the base material and could not be used as a prepreg. A fiber-reinforced composite material was forcibly created using the obtained prepreg, evaluated, and summarized in Table 1. Compared to those using a solvent, the modified polyphenylene ether was not incorporated into the cured resin, so the fracture toughness (KIc) was much worse.
表1の結果から、以下の事項を読み取ることができる。
(1)本発明のエポキシ樹脂組成物は、繊維基材への含浸性やタック性を保持したまま、高い破壊靭性と耐熱性を有する繊維強化複合材料を得ることができる。
(2)本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ化ポリフェニレンエーテルは、ポリフェニレンエーテル骨格を持つもののエポキシ樹脂と均一に硬化を行うため、更に熱可塑性樹脂の効果である破壊靭性の向上を享受できる(実施例1と4〜6、比較例1と4〜6の比較)。
From the results in Table 1, the following matters can be read.
(1) The epoxy resin composition of this invention can obtain the fiber reinforced composite material which has high fracture toughness and heat resistance, maintaining the impregnation property and tackiness to a fiber base material.
(2) The epoxidized polyphenylene ether used in the epoxy resin composition of the present invention cures uniformly with an epoxy resin having a polyphenylene ether skeleton, and therefore can further improve fracture toughness, which is an effect of a thermoplastic resin ( Comparison between Examples 1 and 4-6 and Comparative Examples 1 and 4-6).
本発明の繊維基材用含浸材を用いると、タック性が良好なプリプレグ、高い破壊靱性と強靭性を有する繊維強化複合材料を製作することができる。このような繊維強化複合材料はゴルフシャフトやテニスのフレーム等のスポーツ用途、航空機用途などに好適に用いることができる。 When the fiber base material impregnation material of the present invention is used, a prepreg having good tackiness and a fiber reinforced composite material having high fracture toughness and toughness can be produced. Such a fiber reinforced composite material can be suitably used for sports applications such as golf shafts and tennis frames, aircraft applications, and the like.
Claims (7)
m、nは1以上の整数を示し、
R1〜R8、Rx及びRyは、それぞれ独立に、水素原子又は1価の官能基を示し、
X1、X2、Zは、それぞれ独立に、2価の官能基を示し、
Y1、Y2は、それぞれ独立に炭素原子、酸素原子、水素原子、窒素原子を含む2価以上の官能基を示す。) For fiber base materials comprising an epoxy resin composition comprising an epoxidized polyphenylene ether [A], an epoxy resin [B], and a curing agent [C], wherein the [A] has a structure represented by the following general formula (1) Impregnating material.
m and n represent an integer of 1 or more,
R 1 to R 8 , Rx and Ry each independently represent a hydrogen atom or a monovalent functional group,
X 1 , X 2 and Z each independently represent a divalent functional group,
Y 1 and Y 2 each independently represent a divalent or higher functional group containing a carbon atom, an oxygen atom, a hydrogen atom, or a nitrogen atom. )
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