JP2010265371A - Epoxy resin composition, prepreg, and carbon fiber-reinforced composite material - Google Patents

Epoxy resin composition, prepreg, and carbon fiber-reinforced composite material Download PDF

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JP2010265371A JP2009117314A JP2009117314A JP2010265371A JP 2010265371 A JP2010265371 A JP 2010265371A JP 2009117314 A JP2009117314 A JP 2009117314A JP 2009117314 A JP2009117314 A JP 2009117314A JP 2010265371 A JP2010265371 A JP 2010265371A
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祐希 前田
Shiro Honda
史郎 本田
Shiori Yamamoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a prepreg for obtaining a carbon fiber-reinforced composite material suitable for airplane application, ship application, sport application and the other general industrial application in an epoxy resin composition having excellent curing properties, heat resistance and dynamic characteristics, to provide a method for producing the prepreg, to provide the carbon fiber-reinforced composite material obtained from the prepreg, and to provide a method for producing the same. <P>SOLUTION: In the epoxy resin composition containing, as constituent components, an epoxy resin [A], dicyandiamide or its derivative [B] and an imidazole derivative [C], the component [A] includes 35 to 70 pts.mass phenol novolak type epoxy resin and 40 to 20 pts.mass bisphenol A type epoxy resin solid at 25°C based on 100 pts.mass total epoxy resin and the bisphenol A type epoxy resin in the total epoxy resin has an average epoxy equivalent of ≤400. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、硬化性、耐熱性および力学特性に優れたエポキシ樹脂組成物に関するものである。また、本発明は、航空機用途、船舶用途、スポーツ用途およびその他一般産業用途に好適な炭素繊維強化複合材料を得るためのプリプレグとその製造方法、およびそのプリプレグから得られる炭素繊維強化複合材料とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an epoxy resin composition excellent in curability, heat resistance and mechanical properties. The present invention also relates to a prepreg for obtaining a carbon fiber reinforced composite material suitable for aircraft use, marine use, sports use and other general industrial uses, and a method for producing the same, and a carbon fiber reinforced composite material obtained from the prepreg and its It relates to a manufacturing method.

エポキシ樹脂をはじめとする熱硬化性樹脂と強化繊維からなる繊維強化複合材料、特に炭素繊維を用いた炭素繊維強化複合材料は、軽量性と優れた力学特性からゴルフクラブ、テニスラケット、釣り竿などのスポーツ用品をはじめ、航空機や車両などの構造材料、コンクリート構造物の補強材料、レントゲン機器や車椅子などの医療用機器、ノートパソコンや携帯電話などの電気電子機器など幅広い用途で使用されている。   Fiber reinforced composite materials consisting of epoxy resins and other thermosetting resins and reinforcing fibers, especially carbon fiber reinforced composite materials using carbon fibers, are used for golf clubs, tennis rackets, fishing rods, etc. due to their light weight and excellent mechanical properties. It is used in a wide range of applications such as sports equipment, structural materials for aircraft and vehicles, reinforcing materials for concrete structures, medical equipment such as X-ray equipment and wheelchairs, and electrical and electronic equipment such as laptop computers and mobile phones.

かかる用途に用いられるエポキシ樹脂組成物および炭素繊維強化複合材料に要求される諸特性としては、耐熱性、耐衝撃性といった成型物の物性が優れていることはもちろんであるが、同時に室温での貯蔵安定性に優れ、かつ、ある特定の硬化温度での硬化速度が速いことが挙げられる。   The properties required of the epoxy resin composition and carbon fiber reinforced composite material used for such applications are of course excellent in physical properties of the molded product such as heat resistance and impact resistance, but at the same time at room temperature. It is excellent in storage stability and has a high curing rate at a specific curing temperature.

エポキシ樹脂組成物の硬化性を向上させる方法として硬化剤および硬化促進剤の配合の増量が一般的であるが、かかる方法では、硬化速度は速くなるもののエポキシ樹脂組成物の調整工程での加熱で反応が進行したり、製造したプリプレグの保存安定性が悪くなるといった問題があった。また、硬化剤および硬化促進剤を増量した場合、その硬化物は脆くなる傾向にあり、力学特性が低下するという問題があった。   As a method for improving the curability of the epoxy resin composition, it is common to increase the amount of the curing agent and the curing accelerator. In such a method, although the curing speed is increased, heating in the adjustment step of the epoxy resin composition is performed. There was a problem that the reaction progressed or the storage stability of the produced prepreg deteriorated. Further, when the amount of the curing agent and the curing accelerator is increased, the cured product tends to become brittle, and there is a problem that the mechanical properties are deteriorated.

かかる問題に対し、エポキシ樹脂組成物の硬化剤にジシアンジアミド、硬化促進剤にDCMU(3,4−ジクロロフェニル−1,1−ジメチルウレア)を用いた技術が開示されている(例えば、特許文献1)。しかしながらこの技術では、十分な硬化性が得られておらず、硬化物の耐熱性も低いという問題点があった。また、硬化剤にジシアンジアミド、硬化促進剤にアミノウレア系化合物やイミダゾール誘導体といった種々の化合物を用いた技術が開示されているが、十分な耐熱性、硬化性が得られていなかった(例えば、特許文献2)。また、特許文献3には、硬化剤にジシアンジアミド、硬化促進剤に2,4’−トルエンビス(3,3−ジメチルウレア)を用いた技術が開示されているが、十分な耐熱性が得られておらず、かつマトリックス樹脂に高分子量の化合物を配合しているため、エポキシ樹脂組成物の炭素繊維への含浸性が悪いといった問題があった。   In order to solve such a problem, a technique using dicyandiamide as a curing agent of an epoxy resin composition and DCMU (3,4-dichlorophenyl-1,1-dimethylurea) as a curing accelerator is disclosed (for example, Patent Document 1). . However, this technique has a problem that sufficient curability is not obtained and the heat resistance of the cured product is low. Further, although techniques using various compounds such as dicyandiamide as a curing agent and aminourea compounds and imidazole derivatives as a curing accelerator have been disclosed, sufficient heat resistance and curability have not been obtained (for example, patent documents) 2). Patent Document 3 discloses a technique using dicyandiamide as a curing agent and 2,4′-toluenebis (3,3-dimethylurea) as a curing accelerator, but sufficient heat resistance is obtained. In addition, since a high molecular weight compound is blended in the matrix resin, there is a problem that the impregnation property of the epoxy resin composition into the carbon fiber is poor.

特開平8−34864号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-34864 特開2000−319619号公報JP 2000-319619 A 国際公開2005−082982号パンフレットInternational Publication No. 2005-029882 Pamphlet

本発明は、かかる従来技術における問題を解決し、硬化性、耐熱性および力学特性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供するものである。また、本発明は、スポーツ、航空機、建築およびその他一般産業用途に好適な炭素繊維強化複合材料を得るためのプリプレグとその製造方法、およびそのプリプレグから得られる炭素繊維強化複合材料とその製造方法を提供するものである。   The present invention solves such problems in the prior art and provides an epoxy resin composition excellent in curability, heat resistance and mechanical properties. The present invention also relates to a prepreg for obtaining a carbon fiber reinforced composite material suitable for sports, aircraft, construction and other general industrial uses, and a method for producing the same, and a carbon fiber reinforced composite material obtained from the prepreg and a method for producing the same. It is to provide.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記目的を達成するために次のような構成を有するものである。   The epoxy resin composition of the present invention has the following configuration in order to achieve the above object.

すなわち、エポキシ樹脂[A]と、ジシアンジアミドおよびその誘導体[B]と、イミダゾール誘導体[C]を含むエポキシ樹脂組成物であって、成分[A]が、全エポキシ樹脂100質量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂を35〜70質量部、25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂を40〜20質量部含み、かつ、全エポキシ樹脂中のビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が400以下であるエポキシ樹脂組成物である。   That is, an epoxy resin composition containing an epoxy resin [A], dicyandiamide and its derivative [B], and an imidazole derivative [C], wherein the component [A] is phenol based on 100 parts by mass of the total epoxy resin. 35 to 70 parts by mass of a novolac type epoxy resin, 40 to 20 parts by mass of a bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C., and the average epoxy equivalent of the bisphenol A type epoxy resin in all epoxy resins is 400 or less It is an epoxy resin composition.

本発明のエポキシ樹脂組成物の好ましい様態によれば、上記成分[C]が2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールである。   According to a preferred embodiment of the epoxy resin composition of the present invention, the component [C] is 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole.

本発明のエポキシ樹脂組成物の好ましい様態によれば、重量平均分子量12000以上の化合物を実質的に含まないものである。   According to a preferred embodiment of the epoxy resin composition of the present invention, the epoxy resin composition does not substantially contain a compound having a weight average molecular weight of 12,000 or more.

本発明のプリプレグは、上記エポキシ樹脂組成物と炭素繊維から構成されるものである。   The prepreg of the present invention is composed of the above epoxy resin composition and carbon fiber.

本発明のプリプレグの好ましい様態によれば、溶剤法にて上記エポキシ樹脂組成物を炭素繊維に含浸させるものである。   According to a preferred embodiment of the prepreg of the present invention, carbon fiber is impregnated with the epoxy resin composition by a solvent method.

本発明の炭素繊維強化複合材料は、上記プリプレグを加熱硬化して得られるものである。   The carbon fiber reinforced composite material of the present invention is obtained by heat-curing the above prepreg.

本発明の炭素繊維強化複合材料の好ましい様態によれば、上記プリプレグを、プレス成形法を用いて作製するものである。   According to a preferred embodiment of the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the prepreg is produced using a press molding method.

本発明によれば、優れた硬化性、耐熱性および力学特性有するエポキシ樹脂組成物を得ることができる。   According to the present invention, an epoxy resin composition having excellent curability, heat resistance and mechanical properties can be obtained.

以下、本発明のエポキシ樹脂組成物、プリプレグとその製造方法、および炭素繊維強化複合材料とその製造方法について説明する。   Hereinafter, the epoxy resin composition of the present invention, the prepreg and its production method, and the carbon fiber reinforced composite material and its production method will be described.

本発明において、「エポキシ樹脂組成物」とは、エポキシ樹脂[A]、ジシアンジアミドおよびその誘導体[B]、イミダゾール誘導体[C]を含んでなるものである。   In the present invention, the “epoxy resin composition” includes epoxy resin [A], dicyandiamide and its derivative [B], and imidazole derivative [C].

本発明のエポキシ樹脂組成物は、全エポキシ樹脂100質量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂を35〜70質量部、25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂を40〜20質量部含み、かつ、全エポキシ樹脂中のビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が400以下であるエポキシ樹脂[A]と、ジシアンジアミドおよびその誘導体[B]と、イミダゾール誘導体[C]を含んでなる。   The epoxy resin composition of the present invention comprises 35 to 70 parts by mass of a phenol novolac type epoxy resin, 40 to 20 parts by mass of a bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C. with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin, and The epoxy resin [A] whose average epoxy equivalent of the bisphenol A type epoxy resin in all epoxy resins is 400 or less, dicyandiamide and its derivative [B], and imidazole derivative [C] are comprised.

本発明における成分[A]は、エポキシ樹脂であり、全エポキシ樹脂100質量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂を35〜70質量部、25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂を40〜20質量部含み、かつ、全エポキシ樹脂中のビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が400以下である。   Component [A] in the present invention is an epoxy resin, and 35 to 70 parts by mass of a phenol novolac type epoxy resin and 40 to 20 of a bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C. with respect to 100 parts by mass of all epoxy resins. Including all parts by mass, the average epoxy equivalent of the bisphenol A type epoxy resin in all epoxy resins is 400 or less.

本発明に用いられるフェノールノボラック型エポキシ樹脂は、所定量配合することにより樹脂硬化物に速硬化性、高い耐熱性を付与することができる。すなわち、本発明に用いられるフェノールノボラック型エポキシ樹脂の配合量は、全エポキシ樹脂100質量部に対して、35〜70質量部であり、より好ましくは35〜60質量部である。かかる配合量が35質量部に満たない場合、十分な硬化性、耐熱性が得られない場合がある。また、かかる配合量が70質量部を超える場合、樹脂硬化物が脆くなる場合がある。   The phenol novolac-type epoxy resin used in the present invention can impart fast curability and high heat resistance to the cured resin by blending a predetermined amount. That is, the compounding quantity of the phenol novolac type epoxy resin used for this invention is 35-70 mass parts with respect to 100 mass parts of all the epoxy resins, More preferably, it is 35-60 mass parts. When the amount is less than 35 parts by mass, sufficient curability and heat resistance may not be obtained. Moreover, when this compounding quantity exceeds 70 mass parts, resin cured | curing material may become weak.

また、本発明に用いられるフェノールノボラック型エポキシ樹脂は下記式(I)で表される。   Further, the phenol novolac type epoxy resin used in the present invention is represented by the following formula (I).

Figure 2010265371
Figure 2010265371

(式中、Rは、水素原子またはメチル基を表し、それぞれのRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、nは0以上の整数を表す)。 (Wherein R represents a hydrogen atom or a methyl group, and each R may be the same as or different from each other, and n represents an integer of 0 or more).

本発明における成分[A]は、上記式(I)で表されるエポキシ樹脂のうちn≧1の成分の配合量が、全エポキシ樹脂100質量部に対して、28〜60質量部であることが好ましく、より好ましくは28〜50質量部である。かかる配合量が28質量部に満たない場合、十分な硬化性、耐熱性が得られない場合がある。また、かかる配合量が60質量部を超える場合、樹脂硬化物が脆くなったり、タックが得られない場合がある。本発明において式(I)で表される化合物におけるn値の、上限は15とすることが望ましい。かかる値が15を超えると、プリプレグとしたときにタック、ドレープ性が不足する場合がある。   Component [A] in the present invention is such that the compounding amount of the component of n ≧ 1 in the epoxy resin represented by the above formula (I) is 28 to 60 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin. Is more preferable, and it is 28-50 mass parts. If the blending amount is less than 28 parts by mass, sufficient curability and heat resistance may not be obtained. Moreover, when this compounding quantity exceeds 60 mass parts, resin cured | curing material may become weak or a tack may not be obtained. In the present invention, the upper limit of the n value in the compound represented by formula (I) is preferably 15. If this value exceeds 15, tack and drape may be insufficient when a prepreg is formed.

フェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”152、“jER(登録商標)”154(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、“エピクロン(登録商標)”N−740、“エピクロン(登録商標)”N−770、“エピクロン(登録商標)”N−775(以上、DIC(株)製)、PY307、EPN1179、EPN1180(以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアル社製)、YDPN638、YDPN638P(以上、東都化成(株)製)、DEN431、DEN438、DEN439(以上、ダウケミカル社製)、EPR600(Bakelite社製)、EPPN−201(日本化薬(株)製)などが挙げられる。   Commercially available phenol novolac epoxy resins include “jER (registered trademark)” 152, “jER (registered trademark)” 154 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), and “Epicron (registered trademark)” N-740. "Epiclon (registered trademark)" N-770, "Epiclon (registered trademark)" N-775 (manufactured by DIC Corporation), PY307, EPN1179, EPN1180 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), YDPN638 YDPN638P (above, manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.), DEN431, DEN438, DEN439 (above, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), EPR600 (manufactured by Bakerite), EPPN-201 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) .

本発明に用いられる25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂は、所定量配合することによりプリプレグに好適なタックを付与できる。すなわち、本発明に用いられる25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂の配合量は、全エポキシ樹脂100質量部に対して、40〜20質量部であり、より好ましくは40〜25質量部である。かかる配合量が40質量部を超える場合、硬化性および耐熱性が不足したり、タックが得られない場合がある。また、かかる配合量が20質量部に満たない場合、タック過多となる場合がある。   The bisphenol A type epoxy resin that is solid at 25 ° C. used in the present invention can impart a suitable tack to the prepreg by blending a predetermined amount. That is, the blending amount of the bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C. used in the present invention is 40 to 20 parts by mass, more preferably 40 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of all epoxy resins. . When this compounding quantity exceeds 40 mass parts, sclerosis | hardenability and heat resistance may be insufficient, or a tack may not be obtained. Moreover, when this compounding quantity is less than 20 mass parts, it may become a tack excess.

ここでいう25℃で固形とは、エポキシ樹脂のガラス転移温度または融点が25℃以上であることを示す。ガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC)を用いてJIS K7121(1987)に基づいて求めた中間点温度であり、また融点はJIS K7121(1987)に基づいて求めた融解ピーク温度である。   Here, solid at 25 ° C. means that the glass transition temperature or melting point of the epoxy resin is 25 ° C. or higher. The glass transition temperature is a midpoint temperature determined based on JIS K7121 (1987) using a differential scanning calorimeter (DSC), and the melting point is a melting peak temperature determined based on JIS K7121 (1987).

本発明に用いられる25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂は、エポキシ当量が300〜1500であることが好ましく、より好ましくは350〜1200である。かかるエポキシ当量が300に満たない場合、プリプレグとしたときに好適なタックが得られない場合がある。また、かかる配合量が1500を超える場合、硬化性および耐熱性が不足する場合がある。   The bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C. used in the present invention preferably has an epoxy equivalent of 300 to 1500, more preferably 350 to 1200. When such an epoxy equivalent is less than 300, a suitable tack may not be obtained when a prepreg is obtained. Moreover, when this compounding quantity exceeds 1500, sclerosis | hardenability and heat resistance may be insufficient.

25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”1001、“jER(登録商標)”1002、“jER(登録商標)”1003、“jER(登録商標)”1003F、“jER(登録商標)”1004、“jER(登録商標)”1004FS、“jER(登録商標)”1004F、“jER(登録商標)”1004AF、“jER(登録商標)”1055、“jER(登録商標)”1005F、“jER(登録商標)”1006FS、“jER(登録商標)”1007、“jER(登録商標)”1007FS、“jER(登録商標)”1008、“jER(登録商標)”1009(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、“エポトート(登録商標)”YD−011、“エポトート(登録商標)”YD−012、“エポトート(登録商標)”YD−013、“エポトート(登録商標)”YD−014、“エポトート(登録商標)”YD−017、“エポトート(登録商標)”YD−019、“エポトート(登録商標)”YD−020N、“エポトート(登録商標)”YD−020H(以上、東都化成(株))、“エピクロン(登録商標)”1050、“エピクロン(登録商標)”3050、“エピクロン(登録商標)”4050、“エピクロン(登録商標)”7050(以上、DIC(株)製)、EP−5100、EP−5400、EP−5700、EP−5900(以上、(株)ADEKA製)、DER−661、DER−663U、DER−664、DER−667、DER−668、DER−669(以上、ダウケミカル社製)などが挙げられる。   Commercially available products of bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C. include “jER (registered trademark)” 1001, “jER (registered trademark)” 1002, “jER (registered trademark)” 1003, and “jER (registered trademark)”. 1003F, “jER (registered trademark)” 1004, “jER (registered trademark)” 1004FS, “jER (registered trademark)” 1004F, “jER (registered trademark)” 1004AF, “jER (registered trademark)” 1055, “jER (registered trademark)” Registered trademark) "1005F," jER (registered trademark) "1006FS," jER (registered trademark) "1007," jER (registered trademark) "1007FS," jER (registered trademark) "1008," jER (registered trademark) "1009 (Made by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), “Epototo (registered trademark)” YD-011, “Epototo (registered trademark) “YD-012,“ Epototo (registered trademark) ”YD-013,“ Epototo (registered trademark) ”YD-014,“ Epototo (registered trademark) ”YD-017,“ Epototo (registered trademark) ”YD-019,“ Epototo (registered trademark) "YD-020N", "Epototo (registered trademark)" YD-020H (above, Toto Kasei Co., Ltd.), "Epicron (registered trademark)" 1050, "Epicron (registered trademark)" 3050, "Epicron (Registered trademark) “4050”, “Epiclon (registered trademark)” 7050 (above, manufactured by DIC Corporation), EP-5100, EP-5400, EP-5700, EP-5900 (above, manufactured by ADEKA Corporation), DER-661, DER-663U, DER-664, DER-667, DER-668, DER-669 (above, manufactured by Dow Chemical Company) And the like.

本発明に用いられる全エポキシ樹脂中のビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量は、400以下である。かかる平均エポキシ当量が400を超える場合、比較的エポキシ樹脂の分子量が大きくなることが多く、エポキシ樹脂組成物の調合工程で溶解に高温、長時間を要したり、硬化性および耐熱性が低下したり、プリプレグとしたときに好適なタックが得られない場合がある。   The average epoxy equivalent of the bisphenol A type epoxy resin in all the epoxy resins used in the present invention is 400 or less. When the average epoxy equivalent exceeds 400, the molecular weight of the epoxy resin is often relatively large, and it takes a high temperature and a long time for dissolution in the preparation process of the epoxy resin composition, and the curability and heat resistance are reduced. Or a suitable prepreg may not be obtained.

本発明における成分[B]は、ジシアンジアミドまたはその誘導体であり、エポキシ樹脂組成物を硬化させるために必要な成分である。ジシアンジアミドは25℃ではエポキシ樹脂にほとんど溶解しないが、100℃以上まで加熱すると溶解し、エポキシ基と反応する。すなわち、樹脂調合工程、エポキシ樹脂組成物を炭素繊維へ含浸する工程、およびその後の保存に安定性を有し、かつ硬化時に熱履歴を受けることにより活性の高い状態に変わる潜在性硬化剤である。   Component [B] in the present invention is dicyandiamide or a derivative thereof, and is a component necessary for curing the epoxy resin composition. Dicyandiamide hardly dissolves in the epoxy resin at 25 ° C., but dissolves when heated to 100 ° C. or more and reacts with the epoxy group. That is, it is a latent curing agent that has stability in resin preparation step, step of impregnating carbon fiber with epoxy resin composition, and subsequent storage, and changes to a highly active state by receiving a thermal history during curing. .

本発明における成分[B]は、エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基1当量に対するジシアンジアミドに含まれる活性水素の当量が0.5〜1.2の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.6〜1.1の範囲である。かかる当量が0.5に満たない場合、硬化が不十分となり、耐熱性が低下する場合がある。また、かかる当量が1.2を超える場合、得られる炭素繊維強化複合材料の機械特性が低下する場合がある。   In the component [B] in the present invention, the equivalent of active hydrogen contained in dicyandiamide with respect to 1 equivalent of epoxy group contained in the epoxy resin is preferably in the range of 0.5 to 1.2, more preferably 0.6. It is the range of -1.1. When the equivalent is less than 0.5, curing may be insufficient and heat resistance may be reduced. Moreover, when this equivalent exceeds 1.2, the mechanical property of the carbon fiber reinforced composite material obtained may fall.

ジシアンジアミドの市販品としては、Dicy−7、Dicy−15(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)などが挙げられる。   As a commercial item of dicyandiamide, Dicy-7, Dicy-15 (above, Japan Epoxy Resin Co., Ltd. product) etc. are mentioned.

本発明における成分[C]はイミダゾール誘導体であり、ジシアンジアミド硬化剤の硬化活性を高めるために必要な成分である。ジシアンジアミド単独では硬化に170〜180℃程度が必要であるのに対し、かかる組み合わせを用いたエポキシ樹脂組成物は60〜150℃で硬化可能になる。   Component [C] in the present invention is an imidazole derivative and is a component necessary for enhancing the curing activity of the dicyandiamide curing agent. Dicyandiamide alone requires about 170 to 180 ° C. for curing, whereas an epoxy resin composition using such a combination can be cured at 60 to 150 ° C.

イミダゾール誘導体としては、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、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、1,2−ジメチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、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−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシル−イミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4−ジアミノ−6−(2’−メチルイミダソリル−(1’))−エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2’−ウンデシルイミダゾリル)−エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2’−エチル−4−メチルイミダゾリル−(1’))−エチル−S−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2’メチルイミダゾリル−(1’))−エチル−S−トリアジン イソシアヌル酸付加物、2−フェニルイミダゾール イソシアヌル酸付加物、2−メチルイミダゾール イソシアヌル酸付加物、1−シアノエチル−2−フェニル−4,5−ジ(2−シアノエトキシ)メチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールなどが挙げられる。   Examples of imidazole derivatives include 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methyl. Imidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecyl- Imidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazolium trimellitate, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazolium trimellitate, 1-cyanoethyl-2-pheny Imidazolium trimellitate, 2,4-diamino-6- (2'-methylimidazolyl- (1 '))-ethyl-S-triazine, 2,4-diamino-6- (2'-undecylimidazolyl) ) -Ethyl-S-triazine, 2,4-diamino-6- (2'-ethyl-4-methylimidazolyl- (1 '))-ethyl-S-triazine, 2,4-diamino-6- (2' Methylimidazolyl- (1 ′))-ethyl-S-triazine isocyanuric acid adduct, 2-phenylimidazole isocyanuric acid adduct, 2-methylimidazole isocyanuric acid adduct, 1-cyanoethyl-2-phenyl-4,5-di (2-cyanoethoxy) methylimidazole, 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole, 2-phenyl-4-methyl-5-hydride Such as carboxymethyl methylimidazole.

中でも、反応発熱ピークがシャープで発熱量が多く、特定の温度での硬化性に優れ、かつ耐熱性も向上できる点で、成分[C]として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールを用いることが好ましい。   Among them, 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole is used as component [C] in that the reaction exothermic peak is sharp, the calorific value is large, the curability at a specific temperature is excellent, and the heat resistance can be improved. Is preferably used.

2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールの市販品としては、“キュアゾール(登録商標)”2P4MHZ(四国化成工業(株)製)などが挙げられる。   As a commercial item of 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, “CUREZOLE (registered trademark)” 2P4MHZ (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) and the like can be mentioned.

本発明における成分[C]の配合量は、エポキシ樹脂100質量部に対し、0.5〜5質量部が好ましい。かかる配合量が0.5質量部に満たない場合、硬化性が不十分となる場合がある。また、かかる配合量が5質量部を超える場合、エポキシ樹脂組成物の保存安定性が得られない場合や、プリプレグを製造する工程で受ける熱履歴により反応が進行し、タックやドレープ性が低下する場合がある。   The compounding amount of the component [C] in the present invention is preferably 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin. When the amount is less than 0.5 parts by mass, curability may be insufficient. Moreover, when this compounding quantity exceeds 5 mass parts, when the storage stability of an epoxy resin composition is not obtained, reaction advances with the heat history received in the process of manufacturing a prepreg, and tack and drape property fall. There is a case.

これらのイミダゾール誘導体は単独で用いても、または複数種を併用してもよい。   These imidazole derivatives may be used alone or in combination of two or more.

本発明におけるエポキシ樹脂組成物は、重量平均分子量が12000以上の化合物を実質的に含まないものが好ましく、より好ましくは重量平均分子量が10000以上の化合物を実質的に含まないものである。なお、ここで説明される「実質的に含まない」とは、全エポキシ樹脂100質量部に対し、重量平均分子量が12000以上の化合物、ないし重量平均分子量が10000以上の化合物の配合量が0.5質量部未満であることを表す。   The epoxy resin composition in the present invention preferably contains substantially no compound having a weight average molecular weight of 12,000 or more, and more preferably contains substantially no compound having a weight average molecular weight of 10,000 or more. The “substantially free” described here means that the compounding amount of a compound having a weight average molecular weight of 12,000 or more, or a compound having a weight average molecular weight of 10,000 or more, relative to 100 parts by mass of all epoxy resins is 0.00. It represents less than 5 parts by mass.

かかる化合物の配合により、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなり炭素繊維への含浸が困難となったり、プリプレグとしたときに好適なタックやドレープ性が得られない場合がある。   When such a compound is blended, the viscosity of the epoxy resin composition becomes high and impregnation into the carbon fiber becomes difficult, and when it is used as a prepreg, suitable tack and draping properties may not be obtained.

ここでいう重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によって得られるポリスチレン換算重量平均分子量のことを指す。重量数平均分子量の測定方法としては、カラムに、“Shodex(登録商標)”80M(昭和電工製)2本と、Shodex802(昭和電工製)1本を用い、サンプルを0.3μL注入し、流速1mL/minで測定したサンプルの保持時間を、ポリスチレンの校正用サンプルの保持時間を用いて分子量に換算して求める方法などが使用できる。なお、液体クロマトグラフィーで複数のピークが観測される場合は、目的成分を分離して個々のピークについて分子量の換算を行うことができる。   A weight average molecular weight here refers to the polystyrene conversion weight average molecular weight obtained by GPC (gel permeation chromatography). As a method for measuring the weight average molecular weight, two “Shodex (registered trademark)” 80M (manufactured by Showa Denko) and one Shodex 802 (manufactured by Showa Denko) were used in a column, and 0.3 μL of a sample was injected. A method of obtaining the sample holding time measured at 1 mL / min by converting it into a molecular weight using the holding time of the polystyrene calibration sample can be used. In addition, when a some peak is observed by liquid chromatography, the objective component can be isolate | separated and molecular weight conversion can be performed about each peak.

なお、本発明におけるエポキシ樹脂組成物に実質的に含まれないことが好ましい、上述の化合物の具体例としては、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアラミド、ポリアリーレンオキシド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリベンズイミダゾール、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルホルマール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、フェノキシ樹脂などが挙げられ、これらのうち、重量平均分子量が12000以上の化合物、ないし重量平均分子量が10000以上の化合物である。   In addition, it is preferable that it is substantially not contained in the epoxy resin composition in this invention, As a specific example of the above-mentioned compound, polyamide, polyamideimide, polyaramide, polyarylene oxide, polyarylate, polyimide, polyethylene terephthalate, polyether Imide, polyether terephthalate, polyether imide, polyether ether ketone, polyether sulfone, polycarbonate, polyvinyl acetate, polystyrene, polysulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polypropylene, polybenzimidazole, polymethyl methacrylate, polyvinyl formal, polyvinyl Examples include acetal, polyvinyl butyral, and phenoxy resin. Among these, the weight average molecular weight is 12000 or more. Things, to weight average molecular weight of 10000 or more compounds.

エポキシ樹脂組成物に含まれる化合物の構造、および配合割合は、以下の方法により特定できる。すなわち、エポキシ樹脂組成物をクロロホルム、次いでメタノールを用いて超音波抽出により、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を抽出し、得られた抽出物について、IR、H−NMRスペクトルから、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤の構造を特定することでき、さらに、このようにして得られたクロロホルム抽出液を用いて、移動相をクロロホルム/アセトニトリルとした順相HPLCの測定を行い、得られたクロマトグラフのピーク強度比を既知のエポキシ樹脂市販品のピーク強度比と比較することにより、各化合物の配合割合を特定することができる。 The structure and compounding ratio of the compound contained in the epoxy resin composition can be specified by the following method. That is, the epoxy resin composition was extracted with chloroform and then methanol with ultrasonic extraction to extract an epoxy resin, a curing agent, and a curing accelerator, and the obtained extract was analyzed for bisphenol A from IR and 1 H-NMR spectra. Type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, curing agent, curing accelerator structure can be specified, and using the chloroform extract thus obtained, the mobile phase is chloroform / acetonitrile. By measuring the HPLC and comparing the peak intensity ratio of the obtained chromatograph with the peak intensity ratio of known epoxy resin commercial products, the compounding ratio of each compound can be specified.

(樹脂硬化物のTg)
本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物のガラス転移温度は、90〜250℃であることが好ましく、より好ましくは100〜220℃である。かかるガラス転移温度が90℃に満たない場合、樹脂硬化物の耐熱性が不十分となり、高温環境下で使用する際に炭素繊維強化複合材料が変形を起こす場合がある。また、かかるガラス転移温度が250℃を超える場合、樹脂硬化物が脆いものとなりがちであり、炭素繊維強化複合材料の引張強度や耐衝撃性が低くなる場合がある。ここでいうガラス転移温度は、幅12.7mm、長さ45mm、厚み2mmの樹脂硬化物を試験片として用いて、動的粘弾性測定装置ARES(TA Instruments Japan社製)を用い、周波数1Hz、5℃/minで昇温することにより測定し、ガラス転移温度はG’のガラス転移による階段状変化部分より低温側のベースラインと、階段状変化部分の勾配が最大となる点で引いた接線との交点、すなわち補外ガラス転移開始温度を意味する。
(Tg of cured resin)
It is preferable that the glass transition temperature of the hardened | cured material formed by hardening | curing the epoxy resin composition of this invention is 90-250 degreeC, More preferably, it is 100-220 degreeC. When the glass transition temperature is less than 90 ° C., the heat resistance of the cured resin becomes insufficient, and the carbon fiber reinforced composite material may be deformed when used in a high temperature environment. When the glass transition temperature exceeds 250 ° C., the cured resin tends to be brittle, and the tensile strength and impact resistance of the carbon fiber reinforced composite material may be lowered. Here, the glass transition temperature is 12.7 mm in width, 45 mm in length, and 2 mm in thickness as a test piece, using a dynamic viscoelasticity measuring apparatus ARES (manufactured by TA Instruments Japan), with a frequency of 1 Hz, Measured by raising the temperature at 5 ° C./min, the glass transition temperature is a tangent line drawn at the point where the slope of the staircase change portion becomes the maximum, and the base line on the low temperature side from the step change portion due to the glass transition of G ′ This means the extrapolated glass transition start temperature.

(樹脂硬化物の曲げ弾性率)
本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物のJIS K7171(1999)に従って測定される曲げ弾性率は2.5〜5GPaの範囲にあることが好ましく、より好ましくは3〜5GPaである。かかる樹脂硬化物は、エポキシ樹脂組成物を25℃から1.5℃/分の昇温速度で昇温後、150℃の温度で5分硬化して得られるものである。上記樹脂硬化物の曲げ弾性率が2.5GPaに満たない場合、炭素繊維強化複合材料の十分な強度が得られない場合がある。曲げ弾性率は高ければ高いほど好ましいが、曲げ弾性率が上がると曲げたわみ量が下がる傾向にあり、本発明において曲げ弾性率が5GPaを超えると、好適な曲げたわみ量が得られない場合がある。
(Bending elastic modulus of cured resin)
It is preferable that the bending elastic modulus measured according to JIS K7171 (1999) of the hardened | cured material formed by hardening | curing the epoxy resin composition of this invention exists in the range of 2.5-5GPa, More preferably, it is 3-5GPa. Such a cured resin product is obtained by heating the epoxy resin composition at a temperature increase rate of 25 ° C. to 1.5 ° C./min, and then curing it at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes. When the flexural modulus of the cured resin is less than 2.5 GPa, sufficient strength of the carbon fiber reinforced composite material may not be obtained. The higher the flexural modulus, the better. However, when the flexural modulus increases, the flexural deflection tends to decrease. In the present invention, if the flexural modulus exceeds 5 GPa, a suitable flexural flexure amount may not be obtained. .

(樹脂硬化物のゲル化時間)
本発明のエポキシ樹脂組成物は、短時間で大量に生産できることが望まれる用途では、短時間で硬化することが好ましく、具体的には、成形温度におけるゲル化時間が3分以下であることが好ましい。また、生産性を向上する目的においては、より短時間でゲル化することが望ましい。ここでいうエポキシ樹脂組成物のゲル化時間は次のようにして測定することができる。すなわち、エポキシ樹脂組成物を2cmサンプルとして採取し、キュラストメータを用いて150℃に加熱したダイスにサンプルを入れ、ねじり応力をかけてサンプルの硬化の進行にともなう粘度上昇をダイスに伝わるトルクとして測定し、測定開始後、トルクが0.005N・mに達するまでの時間をゲル化時間とする。
(Gelification time of cured resin)
The epoxy resin composition of the present invention is preferably cured in a short time in applications where it is desired that it can be produced in a large amount in a short time. Specifically, the gelation time at the molding temperature is 3 minutes or less. preferable. Further, for the purpose of improving productivity, it is desirable to gel in a shorter time. The gelation time of an epoxy resin composition here can be measured as follows. That is, the epoxy resin composition is sampled as a 2 cm 3 sample, put into a die heated to 150 ° C. using a curastometer, and a torque that imparts to the die an increase in viscosity as the sample progresses by applying torsional stress. The time until the torque reaches 0.005 N · m after the start of measurement is defined as the gel time.

本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、上記の成分の他に、[A]〜[C]以外の熱硬化性樹脂やゴム粒子や熱可塑性樹脂粒子等の有機粒子、硬化促進剤、難燃剤、顔料、およびシランカップリング剤を1種または複数種含有させることができるが、[A]〜[C]以外に配合される化合物は、粒子径が1μm以上の溶剤不溶物を実質的に含まないことが好ましい。なお、ここで説明される「実質的に含まない」とは、全エポキシ樹脂100質量部に対し、粒子径が1μm以上の溶媒不溶物の配合量が0.5質量部未満であることを表す。また、ここで説明される「溶剤」とは、後述の溶剤法で用いられる希釈用溶剤を表す。   In the epoxy resin composition of the present invention, if necessary, in addition to the above components, organic particles such as thermosetting resins other than [A] to [C], rubber particles and thermoplastic resin particles, curing acceleration One or more agents, flame retardants, pigments, and silane coupling agents can be contained, but the compounds blended in addition to [A] to [C] are solvent insolubles having a particle size of 1 μm or more. It is preferable that it does not contain substantially. In addition, “substantially free” described here represents that the blending amount of the solvent insoluble matter having a particle diameter of 1 μm or more is less than 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of all epoxy resins. . Further, the “solvent” described here represents a diluting solvent used in the solvent method described later.

すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物に、粒子径が1μm以上の溶剤不溶物が実質的に含まれていないことが好ましいのは、エポキシ樹脂組成物を炭素繊維に含浸する工程において、炭素繊維間を通過せずプリプレグ表面にかかる溶剤不溶物が局所的に残存するため、プリプレグのタックやドレープ性が不足したり、炭素繊維強化複合材料の強度特性が低下する場合があるからである。   That is, the epoxy resin composition of the present invention preferably contains substantially no solvent insolubles having a particle size of 1 μm or more in the step of impregnating the carbon fiber with the epoxy resin composition. This is because the solvent insoluble matter on the surface of the prepreg remains locally without passing through the prepreg, so that the prepreg may have insufficient tack and drape properties or the strength characteristics of the carbon fiber reinforced composite material may be deteriorated.

(プリプレグ)
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレクは、強化繊維として炭素繊維を用いることが望ましい。炭素繊維を用いることにより、繊維強化複合材料に優れた強度、耐衝撃性を発現させることができる。
(Prepreg)
The prepreg using the epoxy resin composition of the present invention desirably uses carbon fibers as reinforcing fibers. By using carbon fiber, the fiber reinforced composite material can exhibit excellent strength and impact resistance.

本発明において、炭素繊維は、用途に応じてあらゆる種類のものを用いることが可能であり、通常引張強度が1GPa〜9GPaのものが好ましく使用できる。炭素繊維本来の引張強度や複合材料としたときの耐衝撃性が高いという面から、引張強度は高ければ高いほど好ましく、より好ましい引張強度は2GPa〜9GPaである。   In the present invention, carbon fibers of any type can be used depending on the application, and those having a tensile strength of 1 GPa to 9 GPa are preferably used. In view of the high tensile strength of carbon fiber and the impact resistance when a composite material is used, the tensile strength is preferably as high as possible, and more preferably 2 GPa to 9 GPa.

また、好ましく用いられる炭素繊維は、通常その引張弾性率は150GPa〜1000GPa程度であるが、引張弾性率が高い炭素繊維を用いることは、繊維強化複合材料としたときに高弾性率を得ることに繋がる。ここでいう炭素繊維の引張強度と弾性率は、JIS R7601(1986)にしたがって測定されるストランド引張強度とストランド引張弾性率を意味する。   Carbon fibers preferably used usually have a tensile elastic modulus of about 150 GPa to 1000 GPa. However, using carbon fibers having a high tensile elastic modulus provides a high elastic modulus when used as a fiber-reinforced composite material. Connected. The tensile strength and elastic modulus of carbon fiber here mean the strand tensile strength and the strand tensile elastic modulus measured according to JIS R7601 (1986).

本発明で用いられる炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系およびピッチ系等の炭素繊維に分類される。中でも、引張強度の高いポリアクリロニトリル系炭素繊維が好ましく用いられる。ポリアクリロニトリル系炭素繊維は、例えば、次に述べる工程を経て製造することができる。アクリロニトリルを主成分とするモノマーから得られるポリアクリロニトリルを含む紡糸原液を、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法、または溶融紡糸法により紡糸する。紡糸後の凝固糸は、製糸工程を経てプリカーサーとし、続いて耐炎化および炭化などの工程を経て炭素繊維を得ることができる。   The carbon fibers used in the present invention are classified into polyacrylonitrile-based, rayon-based and pitch-based carbon fibers. Among these, polyacrylonitrile-based carbon fibers having high tensile strength are preferably used. The polyacrylonitrile-based carbon fiber can be produced, for example, through the following steps. A spinning dope containing polyacrylonitrile obtained from a monomer containing acrylonitrile as a main component is spun by a wet spinning method, a dry wet spinning method, a dry spinning method, or a melt spinning method. The spun coagulated yarn can be made into a precursor through a spinning process, and then carbon fiber can be obtained through processes such as flame resistance and carbonization.

本発明のエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグにおける炭素繊維の形態としては、一方向に引き揃えられた長繊維、二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組み紐などが挙げられるが、これに限定されるものではない。ここでいう長繊維とは、実質的に10mm以上連続な単繊維もしくは繊維束を意味する。   Examples of the form of carbon fiber in the prepreg using the epoxy resin composition of the present invention include long fibers aligned in one direction, bi-directional woven fabric, multiaxial woven fabric, non-woven fabric, mat, knit, braided string, etc. It is not limited to this. The long fiber here means a single fiber or a fiber bundle substantially continuous for 10 mm or more.

一方向に引き揃えられた長繊維を用いた、いわゆる一方向プリプレグは、繊維の方向が揃っており、繊維の曲がりが少ないため繊維方向の強度利用率が高い。また、一方向プリプレグは、複数のプリプレグを適切な積層構成で積層した後成形すると、炭素繊維強化複合材料の各方面の弾性率と強度を自由に制御できる。   A so-called unidirectional prepreg using long fibers aligned in one direction has a high fiber strength direction and a high strength utilization rate in the fiber direction because the fibers are less bent. Further, when the unidirectional prepreg is formed after a plurality of prepregs are laminated in an appropriate laminated configuration, the elastic modulus and strength of each surface of the carbon fiber reinforced composite material can be freely controlled.

また、各種織物を用いた織物プリプレグも、強度と弾性率の異方性が少ない材料が得られること、表面に繊維織物の模様が浮かび意匠性に優れることから好ましい態様である。複数種のプリプレグ、例えば、一方向プリプレグと織物プリプレグの両方を用いて炭素繊維強化複合材料を成形することも可能である。   Further, a fabric prepreg using various fabrics is also a preferable embodiment because a material having low strength and elastic anisotropy can be obtained, and a pattern of a fiber fabric floats on the surface and is excellent in design. It is also possible to form a carbon fiber reinforced composite material using multiple types of prepregs, for example, both unidirectional prepregs and woven prepregs.

(プリプレグ製造方法)
次に、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグを得るために好適な製造方法について説明する。
(Prepreg manufacturing method)
Next, a production method suitable for obtaining a prepreg using the epoxy resin composition of the present invention will be described.

本発明のエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグは、上記のエポキシ樹脂組成物を炭素繊維に含浸させてなるものであることが望ましく、含浸させる方法としては、ホットメルト法、溶剤法などがある。   The prepreg using the epoxy resin composition of the present invention is desirably formed by impregnating the above-mentioned epoxy resin composition into carbon fibers. Examples of the impregnation method include a hot melt method and a solvent method.

上記のホットメルト法は、加熱により低粘度化した用エポキシ樹脂組成物を、直接炭素繊維に含浸させる方法、あるいは一旦エポキシ樹脂組成物を離型紙などの上にコーティングした樹脂フィルムをまず作製し、次いで炭素繊維の両側あるいは片側からその樹脂フィルムを重ね、加熱加圧することにより炭素繊維にエポキシ樹脂組成物を含浸させる方法である。   The above hot melt method is a method of impregnating carbon fiber directly with an epoxy resin composition for which the viscosity has been lowered by heating, or a resin film in which an epoxy resin composition is once coated on release paper or the like, Next, the resin film is overlapped from both sides or one side of the carbon fiber, and the carbon fiber is impregnated with the epoxy resin composition by heating and pressing.

また、上記の溶剤法は、エポキシ樹脂組成物を溶剤で希釈して溶液とし、これを炭素繊維に含浸させ、その後熱風乾燥機などを用いて溶剤を蒸発させてプリプレグを得ることができる。このとき、成形時にボイドが発生し炭素繊維強化複合材料の強度特性が低下することを避けるため、プリプレグ中に残存する溶剤をできる限り除去することが好ましい。   In the above solvent method, the epoxy resin composition is diluted with a solvent to form a solution, which is impregnated into carbon fiber, and then the solvent is evaporated using a hot air dryer or the like to obtain a prepreg. At this time, it is preferable to remove the solvent remaining in the prepreg as much as possible in order to avoid the generation of voids during molding and the deterioration of the strength characteristics of the carbon fiber reinforced composite material.

なお、かかる溶剤法で用いられる希釈用溶剤の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、トルエン、キシレン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルアセトアミド、メチルセロソルブ等の有機溶剤が挙げられ、これらの有機溶剤は複数混合して用いたり、水と混合して用いても良い。また、エポキシ樹脂組成物を調整するときに、予め有機溶剤とエポキシ樹脂とを混合させて用いたり、有機溶剤含有エポキシ樹脂の市販品を用いても良い。   Specific examples of the solvent for dilution used in the solvent method include organic solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methanol, toluene, xylene, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, and methyl cellosolve. These organic solvents may be used as a mixture thereof or as a mixture with water. Moreover, when adjusting an epoxy resin composition, you may mix and use an organic solvent and an epoxy resin previously, or may use the commercial item of an organic solvent containing epoxy resin.

(溶液の粘度)
エポキシ樹脂組成物を溶剤で希釈した溶液は、エポキシ樹脂組成物の炭素繊維への含浸を容易とするため、30℃における粘度が10〜50000mPa・sとなるように調整することが好ましく、より好ましくは10〜25000mPa・sである。かかる粘度が10mPa・sに満たない場合、樹脂フローが大きくなったり、大量に希釈用溶剤を添加した場合には、樹脂調整時に溶剤が揮発して粘度制御が困難になったり、溶剤の乾燥除去に長時間を要し生産性が低下したり、エポキシ樹脂組成物中に残存する溶剤により成形物中にボイドが発生し炭素繊維強化複合材料の強度特性が低下したりすることがある。一方、かかる粘度が50000mPa・sを超える場合、炭素繊維へエポキシ樹脂組成物を含浸させることが困難となり得られる炭素繊維強化複合材料中にボイドが発生する場合がある。ここでいう30℃における粘度とは、JIS Z8803(1991)における「円錐−板形回転粘度計による粘度測定方法」に従い、標準コーンローター(1°34’×R24)を装備したE型粘度計((株)トキメック製、TVE−30H)を使用して回転速度50回転/分にて測定される粘度を意味する。
(Viscosity of solution)
The solution obtained by diluting the epoxy resin composition with a solvent is preferably adjusted so that the viscosity at 30 ° C. is 10 to 50000 mPa · s in order to facilitate the impregnation of the epoxy resin composition into carbon fibers. Is 10 to 25000 mPa · s. If the viscosity is less than 10 mPa · s, the resin flow becomes large, or if a large amount of dilution solvent is added, the solvent volatilizes during resin adjustment, making it difficult to control the viscosity, or drying and removing the solvent. It may take a long time to decrease the productivity, and the solvent remaining in the epoxy resin composition may cause voids in the molded product to deteriorate the strength characteristics of the carbon fiber reinforced composite material. On the other hand, when the viscosity exceeds 50000 mPa · s, voids may be generated in the carbon fiber reinforced composite material which can be difficult to impregnate the carbon fiber with the epoxy resin composition. The viscosity at 30 ° C. here is an E-type viscometer equipped with a standard cone rotor (1 ° 34 ′ × R24) according to “Method of measuring viscosity with cone-plate rotational viscometer” in JIS Z8803 (1991) ( It means the viscosity measured at a rotational speed of 50 revolutions / minute using Tokimec Co., Ltd. (TVE-30H).

以上の観点から、エポキシ樹脂組成物を溶剤で希釈する際の溶剤の配合量は、全エポキシ樹脂100質量部に対して、30〜150質量部であることが好ましく、より好ましくは30〜100質量部である。   From the above viewpoint, the blending amount of the solvent when diluting the epoxy resin composition with the solvent is preferably 30 to 150 parts by mass, more preferably 30 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin. Part.

(炭素繊維強化複合材料)
本発明において、プリプレグを用いて炭素繊維強化複合材料を成形するには、プリプレグを積層後、積層物に圧力を付与しながら、エポキシ樹脂組成物を加熱硬化させる方法などを好ましく用いることができる。
(Carbon fiber reinforced composite material)
In the present invention, in order to form a carbon fiber reinforced composite material using a prepreg, a method of heating and curing the epoxy resin composition while applying pressure to the laminate after the prepreg is laminated can be preferably used.

圧力を付与しながらエポキシ樹脂組成物を加熱硬化させる方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、および内圧成形法などがある。上記成形法の中でも、設備費用が安く、操作が簡便であり、かつ短時間で成形が可能で量産性に優れる点から、とりわけプレス成形法が好ましく用いられる。   Examples of methods for heat-curing the epoxy resin composition while applying pressure include a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, and an internal pressure molding method. Among the above molding methods, the press molding method is particularly preferably used because the equipment cost is low, the operation is simple, the molding is possible in a short time, and the mass productivity is excellent.

炭素繊維強化複合材料を成形する温度としては、エポキシ樹脂組成物に含まれる硬化剤の種類などによるが、通常80〜220℃の温度が好ましい。かかる成形温度が低すぎると、十分な速硬化性が得られない場合があり、逆に高すぎると、熱歪みによる反りが発生しやすくなったりする場合がある。   The temperature at which the carbon fiber reinforced composite material is molded depends on the type of curing agent contained in the epoxy resin composition, but a temperature of 80 to 220 ° C. is usually preferable. If the molding temperature is too low, sufficient rapid curability may not be obtained. Conversely, if the molding temperature is too high, warping due to thermal strain may be likely to occur.

また、炭素繊維強化複合材料をプレス成形法で成形する圧力としては、プリプレグの厚みやWfなどにより異なるが、通常0.1〜1MPaの圧力が好ましい。かかる成形圧力が低すぎると、プリプレグの内部まで十分に熱が伝わらず、局所的に未硬化となったり、反りが発生する場合がある。逆に高すぎると、樹脂が硬化する前に周囲に流れ出してしまい、炭素繊維強化複合材料中にボイドが発生したり、目的とするWfが得られない場合がある。   Moreover, as a pressure which shape | molds a carbon fiber reinforced composite material with a press molding method, although it changes with thickness of prepreg, Wf, etc., the pressure of 0.1-1 Mpa is preferable normally. If the molding pressure is too low, heat may not be sufficiently transmitted to the inside of the prepreg, resulting in uncured locally or warping. On the other hand, if it is too high, the resin will flow out before being cured, and voids may be generated in the carbon fiber reinforced composite material, or the desired Wf may not be obtained.

(炭素繊維強化複合材料のTg)
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグを用いて製造された炭素繊維強化複合材料の成形後のガラス転移温度は、130〜250℃であることが好ましく、より好ましくは140〜220℃である。かかるガラス転移温度が130℃に満たない場合、プレス成形後、炭素繊維強化複合材料を脱型する際に変形を起こす場合がある。また、かかるガラス転移温度が250℃を超える場合、炭素繊維強化複合材料の引張強度や耐衝撃性が低くなる場合がある。ここでいうガラス転移温度は、成形後の炭素繊維強化複合材料から質量10mgの試験片をカットし、JIS K7121(1987)にしたがって示差走査熱量計Pyris DSC(パーキンエルマー・インスツルメント社製)を用いて測定され、窒素雰囲気下、40℃/minで昇温し、DSC曲線が階段状変化を示す部分の中間点ガラス転移温度を意味する。
(Tg of carbon fiber reinforced composite material)
The glass transition temperature after molding of the carbon fiber reinforced composite material produced using the prepreg using the epoxy resin composition of the present invention is preferably 130 to 250 ° C, more preferably 140 to 220 ° C. . When the glass transition temperature is less than 130 ° C., deformation may occur when the carbon fiber reinforced composite material is demolded after press molding. Moreover, when this glass transition temperature exceeds 250 degreeC, the tensile strength and impact resistance of a carbon fiber reinforced composite material may become low. As for the glass transition temperature here, a test piece having a mass of 10 mg is cut from the carbon fiber reinforced composite material after molding, and a differential scanning calorimeter Pyris DSC (manufactured by PerkinElmer Instruments Co., Ltd.) is used according to JIS K7121 (1987). Means a glass transition temperature at the midpoint of the portion where the DSC curve shows a step-like change when heated at 40 ° C./min in a nitrogen atmosphere.

以下、実施例により、本発明のエポキシ樹脂組成物、プリプレグ、炭素繊維強化複合材料についてさらに具体的に説明する。実施例で用いられる各成分は下記(1)に、炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物の調合方法は下記(2)に、プリプレグの作製方法は下記(6)に、各物性の測定方法は下記(3)〜(5)、(7)、(8)に示した。これらの測定は、特に断りのない限り、温度23℃、相対湿度50%の環境下で行った。   Hereinafter, the epoxy resin composition, prepreg, and carbon fiber reinforced composite material of the present invention will be described more specifically with reference to examples. The components used in the examples are the following (1), the preparation method of the epoxy resin composition for carbon fiber reinforced composite material is the following (2), the preparation method of the prepreg is the following (6), and the measurement method of each physical property Are shown in the following (3) to (5), (7), (8). These measurements were performed in an environment at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified.

(1)各樹脂と炭素繊維
エポキシ樹脂(成分[A])
・“jER(登録商標)”1001(25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量(EEW):475g/eq、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・“jER(登録商標)”1004(25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量(EEW):975g/eq、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・“jER(登録商標)”154(フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量(EEW):178g/eq、前記式(I)中、n≧1の割合:83%、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・“jER(登録商標)”828(25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量(EEW):189g/eq、ジャパンエポキシレジン(株)製)。
(1) Each resin and carbon fiber epoxy resin (component [A])
“JER (registered trademark)” 1001 (bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C., epoxy equivalent (EEW): 475 g / eq, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
"JER (registered trademark)" 1004 (bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C, epoxy equivalent (EEW): 975 g / eq, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
"JER (registered trademark)" 154 (phenol novolac type epoxy resin, epoxy equivalent (EEW): 178 g / eq, in the above formula (I), ratio of n ≧ 1: 83%, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
"JER (registered trademark)" 828 (bisphenol A type epoxy resin that is liquid at 25 ° C, epoxy equivalent (EEW): 189 g / eq, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.).

硬化剤
ジシアンジアミド(成分[B])
・Dicy−7(ジャパンエポキシレジン(株)製)。
Curing agent Dicyandiamide (component [B])
-Dicy-7 (made by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.).

硬化促進剤
イミダゾール誘導体(成分[C])
・“キュアゾール(登録商標)”2P4MHZ(2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、四国化成工業(株)製)。
Curing accelerator Imidazole derivative (component [C])
"Cureazole (registered trademark)" 2P4MHZ (2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.).

その他硬化促進剤
・DCMU−99(3,4−ジクロロフェニル−1,1−ジメチルウレア、保土谷化学工業(株)製)
・“オミキュア”(登録商標)24(2,4’−トルエンビス(3,3−ジメチルウレア)、ピイ・ティ・アイ・ジャパン(株)製)
溶剤
・メチルエチルケトン(和光純薬(株)製)
・メタノール(和光純薬(株)製)。
Other curing accelerators, DCMU-99 (3,4-dichlorophenyl-1,1-dimethylurea, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.)
"OMICURE" (registered trademark) 24 (2,4'-toluenebis (3,3-dimethylurea), manufactured by PTI Japan)
Solvent / Methyl ethyl ketone (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
-Methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).

炭素繊維
・“トレカ(登録商標)”T700SC−12000(引張強度4.9GPa、引張弾性率230GPa、東レ(株)製)。
Carbon fiber "Treka (registered trademark)" T700SC-12000 (tensile strength 4.9 GPa, tensile elastic modulus 230 GPa, manufactured by Toray Industries, Inc.).

(2)エポキシ樹脂組成物の調合
ニーダー中に、エポキシ樹脂を表1に示す所定量加え、混錬しつつ、130℃の温度まで昇温させ、固形成分を完全に溶解させることにより透明な粘調液を得た。混錬を続けたまま50〜60℃の温度まで降温させ、ジシアンジアミド、硬化促進剤を表1に示す所定量加えて均一に分散するように30分撹拌しエポキシ樹脂組成物を得た。
(2) Preparation of epoxy resin composition A predetermined amount of epoxy resin shown in Table 1 is added to the kneader, and the mixture is kneaded and heated to a temperature of 130 ° C to completely dissolve the solid components. A preparation was obtained. While kneading was continued, the temperature was lowered to a temperature of 50 to 60 ° C., and a predetermined amount shown in Table 1 was added to dicyandiamide and a curing accelerator, followed by stirring for 30 minutes so as to uniformly disperse to obtain an epoxy resin composition.

(3)エポキシ樹脂組成物のゲル化時間
エポキシ樹脂組成物から2cmをサンプルとして準備し、硬化を追跡するためにキュラストメータV型(日合商事(株)製)を用いて、150℃の温度でゲル化時間を測定した。測定開始後、トルクが0.005N・mに達した時間をゲル化時間とした。
(3) Gelation time of the epoxy resin composition 2 cm 3 was prepared from the epoxy resin composition as a sample, and a curastometer V type (manufactured by Nigo Shoji Co., Ltd.) was used at 150 ° C. in order to follow the curing. The gelation time was measured at the temperature of The time when the torque reached 0.005 N · m after the start of measurement was defined as the gel time.

(4)樹脂硬化物のガラス転移温度
未硬化のエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、25℃〜1.5℃/分の昇温速度で昇温後、150℃の温度で5分硬化させ厚さ2mmの樹脂硬化物を得た。この樹脂硬化物から、幅12.7mm、長さ45mmの試験片を切り出し、動的粘弾性測定装置ARES(TA Instruments Japan社製)を用い、周波数1Hz、温度25〜250℃、5℃/minで昇温することにより測定した。ガラス転移温度はG’のガラス転移による階段状変化部分より低温側のベースラインと、階段状変化部分の勾配が最大となる点で引いた接線との交点、すなわち補外ガラス転移開始温度をガラス転移温度とした。
(4) Glass transition temperature of cured resin After defoaming the uncured epoxy resin composition in a vacuum, in a mold set to a thickness of 2 mm by a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer The temperature was increased at a temperature increase rate of 25 ° C. to 1.5 ° C./min, and then cured at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. A test piece having a width of 12.7 mm and a length of 45 mm was cut out from the cured resin, and a dynamic viscoelasticity measuring device ARES (manufactured by TA Instruments Japan) was used, with a frequency of 1 Hz, a temperature of 25 to 250 ° C., and 5 ° C./min. The temperature was measured by raising the temperature. The glass transition temperature is the intersection of the base line on the lower temperature side of the step change portion due to the glass transition of G ′ and the tangent drawn at the point where the gradient of the step change portion is maximum, that is, the extrapolated glass transition start temperature The transition temperature was used.

(5)樹脂曲げ弾性率測定
上記(4)で得られた樹脂硬化物から幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、2.5mm/分とし、JIS K7171(1999)にしたがって3点曲げを実施し、曲げ弾性率を得た。サンプル数をn=5とし、その平均値で比較した。
(5) Measurement of resin flexural modulus A test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out from the cured resin obtained in (4) above, and the span length was measured using an Instron universal testing machine (Instron). Was set to 32 mm and 2.5 mm / min, and three-point bending was performed according to JIS K7171 (1999) to obtain a flexural modulus. The number of samples was set to n = 5, and the average value was compared.

(6)プリプレグの作製
上記(2)で得られたエポキシ樹脂組成物に、表1に示す溶剤を加え希釈されてなる溶液に、炭素繊維平織織物を浸積した後、熱風乾燥機で50〜130℃で熱処理して溶剤を乾燥除去してWfが67%のプリプレグを得た。
(6) Preparation of prepreg After immersing a carbon fiber plain weave fabric in a solution obtained by adding the solvent shown in Table 1 to the epoxy resin composition obtained in (2) above and diluting, 50 to 50- A solvent was removed by heat treatment at 130 ° C. to obtain a prepreg having a Wf of 67%.

(7)プリプレグのタック
上記(6)で得られたプリプレグのタック値をタックテスタ(PICMAタックテスタII:東洋精機(株)製)を用い、18×18mmのカバーガラスを3.9Nの力で5秒間プリプレグに圧着し、30mm/分の速度にて引張り、剥がれる際の抵抗力にて測定した。測定は、プリプレグ作製直後(初期)と、24時間後の2回行った。また、タック性は、以下の3段階で評価した。測定数はn=7とし、最上下の2点を外した5点の平均値で評価した。
○:タック値が3N以上、20N以下であり、程良い粘着性を示す。
×:タック値が0N以上3N未満、または20Nより大きく、粘着性がない、もしくは粘着性が強すぎる。
(7) Tack of prepreg The tack value of the prepreg obtained in (6) above was determined using a tack tester (PICMA tack tester II: manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), and an 18 × 18 mm cover glass with a force of 3.9 N for 5 seconds. It was measured by the resistance when it was pressure-bonded to a prepreg, pulled at a rate of 30 mm / min, and peeled off. The measurement was performed twice immediately after prepreg production (initial stage) and 24 hours later. Moreover, tackiness was evaluated in the following three stages. The number of measurements was n = 7, and the average value of 5 points excluding the top 2 points was evaluated.
(Circle): A tack value is 3N or more and 20N or less, and shows moderate adhesiveness.
X: Tack value is 0N or more and less than 3N, or larger than 20N, and there is no adhesiveness or adhesiveness is too strong.

(8)炭素繊維強化複合材料のガラス転移温度
上記(6)で得られたプリプレグを、加熱プレスによる成形を150℃の温度で5分、0.6MPaの圧力下で行い、炭素繊維強化複合材料を得た。得られた炭素繊維強化複合材料から質量10mgの試験片をカットしてサンプルを準備し、JIS K7121(1987)にしたがって、示差走査熱量計(DSC)を用いてガラス転移温度を測定した。測定条件は、窒素雰囲気下で、昇温速度は40℃/minとし、DSC曲線が階段状変化を示す部分の中間点ガラス転移温度を求めた。示差走査熱量計として、Pyris DSC(パーキンエルマー・インスツルメント社製)を用いた。
(8) Glass transition temperature of carbon fiber reinforced composite material The prepreg obtained in (6) above is molded by heating press at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes under a pressure of 0.6 MPa. Got. A sample having a mass of 10 mg was cut from the obtained carbon fiber reinforced composite material to prepare a sample, and the glass transition temperature was measured using a differential scanning calorimeter (DSC) according to JIS K7121 (1987). The measurement conditions were a nitrogen atmosphere, a rate of temperature increase of 40 ° C./min, and the midpoint glass transition temperature of the portion where the DSC curve showed a step change. As a differential scanning calorimeter, Pyris DSC (manufactured by Perkin Elmer Instruments) was used.

実施例1〜5、比較例1〜6の各成分の配合量ならびに評価結果を表1に示す。表1中のエポキシ樹脂組成物、および溶剤の数字は質量部を表す。   Table 1 shows the blending amounts and evaluation results of the components of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6. The numbers of the epoxy resin composition and the solvent in Table 1 represent parts by mass.

(実施例1)
表1に示す通り、フェノールノボラック型エポキシ樹脂として“jER(登録商標)”154、25℃で固形のビスフェノールA型エポキシとして“jER(登録商標)”1001を用い、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が343となるようにエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、エポキシ樹脂組成物のゲル化時間は119秒となり3分以内にゲル化しており、Tg、曲げ弾性率、プリプレグのタックも良好であった。また、炭素繊維強化複合材料のTgも145℃と十分な耐熱性を有し、脱型可能であった。
Example 1
As shown in Table 1, using “jER (registered trademark)” 154 as a phenol novolac type epoxy resin and “jER (registered trademark)” 1001 as a solid bisphenol A type epoxy at 25 ° C., the average epoxy of bisphenol A type epoxy resin An epoxy resin composition, a diluted solution thereof, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material were prepared so that the equivalent weight was 343. When the characteristics were evaluated, the gelation time of the epoxy resin composition was 119 seconds and gelled within 3 minutes, and the Tg, flexural modulus and prepreg tack were also good. The Tg of the carbon fiber reinforced composite material also had sufficient heat resistance at 145 ° C. and could be removed from the mold.

(実施例2)
“jER(登録商標)”154の配合量を35質量部から50質量部に増量した以外は実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグ及び炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、エポキシ樹脂組成物のゲル化時間は107秒であった。また、炭素繊維強化複合材料のTgは152℃と十分な耐熱性を有し、脱型可能であった。
(Example 2)
An epoxy resin composition, a diluted solution thereof, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of “jER (registered trademark)” 154 was increased from 35 parts by weight to 50 parts by weight. . When the characteristics were evaluated, the gelation time of the epoxy resin composition was 107 seconds. Further, the Tg of the carbon fiber reinforced composite material had a sufficient heat resistance of 152 ° C. and could be removed from the mold.

(実施例3)
25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂として“jER(登録商標)”1001、“jER(登録商標)”1004を用い、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が382となるようにした以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、エポキシ樹脂組成物のゲル化時間、Tg、曲げ弾性率、プリプレグのタックは良好であった。また、炭素繊維強化複合材料のTgは150℃と十分な耐熱性を有し、脱型可能であった。
(Example 3)
Except that "jER (registered trademark)" 1001 and "jER (registered trademark)" 1004 were used as the solid bisphenol A type epoxy resin at 25 ° C, and the average epoxy equivalent of the bisphenol A type epoxy resin was 382, In the same manner as in Example 1, an epoxy resin composition, a diluted solution thereof, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material were produced. When the characteristics were evaluated, the gelation time, Tg, flexural modulus, and prepreg tack of the epoxy resin composition were good. Further, the Tg of the carbon fiber reinforced composite material had a sufficient heat resistance of 150 ° C. and could be removed from the mold.

(実施例4)
“jER(登録商標)”154を65質量部に増量し、“jER(登録商標)”1001を20質量部に減量した以外は、実施例2と同様にしてエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、エポキシ樹脂組成物のゲル化時間は97秒と速く、エポキシ樹脂硬化物のTg、炭素繊維強化複合材料のTgも高かった。
Example 4
Except that the amount of “jER (registered trademark)” 154 was increased to 65 parts by mass and the amount of “jER (registered trademark)” 1001 was decreased to 20 parts by mass, the epoxy resin composition, its diluted solution, A prepreg and a carbon fiber reinforced composite material were prepared. When the characteristics were evaluated, the gelation time of the epoxy resin composition was as fast as 97 seconds, and the Tg of the cured epoxy resin and the Tg of the carbon fiber reinforced composite material were also high.

(実施例5)
イミダゾール誘導体、2P4MHZの配合量を2質量部から5質量部に増量した以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグ及び炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、エポキシ樹脂組成物のゲル化時間は95秒と速く、エポキシ樹脂硬化物のTg、炭素繊維強化複合材料のTgも高かった。
(Example 5)
An epoxy resin composition, a diluted solution thereof, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of the imidazole derivative and 2P4MHZ was increased from 2 parts by mass to 5 parts by mass. When the characteristics were evaluated, the gelation time of the epoxy resin composition was as fast as 95 seconds, and the Tg of the cured epoxy resin and the Tg of the carbon fiber reinforced composite material were also high.

(比較例1)
“jER(登録商標)”154を30質量部、“jER(登録商標)”1004を32質量部用い、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が548となるようにエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、ゲル化時間が145秒と遅くなり、また、炭素繊維強化複合材料のTgは120℃となり、脱型時に変形が見られた。
(Comparative Example 1)
Using 30 parts by mass of “jER (registered trademark)” 154 and 32 parts by mass of “jER (registered trademark)” 1004, an epoxy resin composition and diluted solution thereof so that the average epoxy equivalent of bisphenol A type epoxy resin is 548 A prepreg and a carbon fiber reinforced composite material were prepared. When the characteristics were evaluated, the gelation time was as slow as 145 seconds, and the Tg of the carbon fiber reinforced composite material was 120 ° C., and deformation was observed during demolding.

(比較例2)
“jER(登録商標)”154を20質量部に減量した以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、炭素繊維強化複合材料のTgは118℃となり、脱型時に変形が見られた。
(Comparative Example 2)
An epoxy resin composition, a diluted solution thereof, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of “jER (registered trademark)” 154 was reduced to 20 parts by mass. When the characteristics were evaluated, the Tg of the carbon fiber reinforced composite material was 118 ° C., and deformation was observed during demolding.

(比較例3)
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、および25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂を含まず、25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂単独でエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、炭素繊維強化複合材料のTgは121℃となり、脱型時に変形が見られた。
(Comparative Example 3)
An epoxy resin composition, a dilute solution, a prepreg and a carbon fiber reinforced composite material containing only a phenol novolac type epoxy resin and a bisphenol A type epoxy resin which is solid at 25 ° C. and liquid at 25 ° C. Produced. When the characteristics were evaluated, the Tg of the carbon fiber reinforced composite material was 121 ° C., and deformation was observed during demolding.

(比較例4)
“jER(登録商標)”154を10質量部、“jER(登録商標)”1001を30質量部、“jER(登録商標)”1004を30質量部用い、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が546となるようにした以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、ゲル化時間が235秒となり、3分以内にゲル化しなかった。また、25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂の配合量が多いため、プリプレグのタックが不足した。
(Comparative Example 4)
Using 10 parts by weight of “jER (registered trademark)” 154, 30 parts by weight of “jER (registered trademark)” 1001, and 30 parts by weight of “jER (registered trademark)” 1004, the average epoxy equivalent of bisphenol A type epoxy resin is An epoxy resin composition, a diluted solution thereof, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1 except that 546 was achieved. When the characteristics were evaluated, the gelation time was 235 seconds, and no gelation occurred within 3 minutes. Moreover, since there were many compounding quantities of a solid bisphenol A type epoxy resin at 25 degreeC, the tack of the prepreg was insufficient.

(比較例5)
硬化促進剤として、DCMU−99を用いた以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、ゲル化時間が287秒と遅く、炭素繊維強化複合材料のTgも87℃となり、脱型ができなかった。
(Comparative Example 5)
An epoxy resin composition, a diluted solution thereof, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1 except that DCMU-99 was used as a curing accelerator. When the characteristics were evaluated, the gelation time was as slow as 287 seconds, the Tg of the carbon fiber reinforced composite material was 87 ° C., and demolding was not possible.

(比較例6)
硬化促進剤として、“オミキュア(登録商標)”24を用いた以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物、その希釈溶液、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料を作製した。特性を評価したところ、炭素繊維強化複合材料のTgは129℃となり、脱型時に変形が見られた。
(Comparative Example 6)
An epoxy resin composition, a diluted solution thereof, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material were prepared in the same manner as in Example 1 except that “Omicure (registered trademark)” 24 was used as a curing accelerator. When the characteristics were evaluated, the Tg of the carbon fiber reinforced composite material was 129 ° C., and deformation was observed during demolding.

Figure 2010265371
Figure 2010265371

Claims (7)

構成成分としてエポキシ樹脂[A]と、ジシアンジアミドおよびその誘導体[B]と、イミダゾール誘導体[C]を含むエポキシ樹脂組成物であって、成分[A]が、全エポキシ樹脂100質量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂を35〜70質量部、25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂を40〜20質量部含み、かつ、全エポキシ樹脂中のビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が400以下であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 An epoxy resin composition containing an epoxy resin [A], dicyandiamide and its derivative [B], and an imidazole derivative [C] as constituent components, wherein the component [A] is 100 parts by mass of the total epoxy resin, 35 to 70 parts by mass of phenol novolac type epoxy resin, 40 to 20 parts by mass of bisphenol A type epoxy resin solid at 25 ° C., and the average epoxy equivalent of bisphenol A type epoxy resin in all epoxy resins is 400 or less An epoxy resin composition characterized by being. 前記成分[C]が2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールである、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition according to claim 1, wherein the component [C] is 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole. 重量平均分子量12000以上の化合物を実質的に含まない、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition according to claim 1 or 2, which does not substantially contain a compound having a weight average molecular weight of 12,000 or more. 請求項1〜3に記載のエポキシ樹脂組成物と炭素繊維から構成されるプリプレグ。 The prepreg comprised from the epoxy resin composition and carbon fiber of Claims 1-3. 請求項1〜3に記載のエポキシ樹脂組成物を炭素繊維に含浸させるプリプレグの製造方法であって、前記含浸させる方法が溶剤法であるプリプレグの製造方法。 A method for producing a prepreg in which carbon fiber is impregnated with the epoxy resin composition according to claim 1, wherein the method for impregnation is a solvent method. 請求項4に記載のプリプレグを構成するエポキシ樹脂組成物を硬化せしめてなる炭素繊維強化複合材料。 A carbon fiber reinforced composite material obtained by curing the epoxy resin composition constituting the prepreg according to claim 4. 請求項4に記載のプリプレグを成形する炭素繊維強化複合材料の製造方法であって、前記成形がプレス成形である炭素繊維強化複合材料の製造方法。 It is a manufacturing method of the carbon fiber reinforced composite material which shape | molds the prepreg of Claim 4, Comprising: The manufacturing method of the carbon fiber reinforced composite material whose said shaping | molding is press molding.
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