JP2010270229A - Heat-resistant resin composition, fiber-reinforced prepreg and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温環境下にて用いられるロボット部材や、オーブン中で使用される耐熱性を要求されるロール、ハンダ耐熱性を要するプリント基盤、電線ケーブルのテンションメンバー用の耐熱ロッドなどの、耐熱性を要求される強化繊維複合材料用として有効な耐熱性を有する樹脂組成物、並びに、この耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した強化繊維プリプレグ、及び、耐熱性が要求される強化繊維複合材料に関する。 The present invention provides a heat-resistant material such as a robot member used in a high-temperature environment, a roll used in an oven that requires heat resistance, a printed circuit board that requires solder heat resistance, and a heat-resistant rod for a tension member of an electric cable. Resin composition having effective heat resistance for reinforced fiber composite materials requiring high performance, reinforced fiber prepreg using the heat resistant resin composition as a matrix resin, and reinforced fiber composite materials requiring heat resistance About.
強化繊維複合材料用の樹脂(マトリクス樹脂)としては、一般的にエポキシ樹脂などが用いられている。エポキシ樹脂は低粘度液状のものから、固体状のものまで幅広い仕様があり、室温で含浸させるフィラメントワインディング法や引き抜き成形法などに、粘度を低く調整することも可能である。また、高温で含浸させて室温では半固形状態であるプリプレグ用に固体状のものと液状のものを最適な配合で混ぜ合わせて、好適な粘度に調整することも可能であり、強化繊維用の樹脂としては好適である。 As a resin (matrix resin) for a reinforcing fiber composite material, an epoxy resin or the like is generally used. Epoxy resins have a wide range of specifications from low-viscosity liquids to solids, and it is possible to adjust the viscosity to a low level by filament winding method or pultrusion method to be impregnated at room temperature. It is also possible to adjust the viscosity to a suitable value by mixing the solid and liquid prepregs that are impregnated at a high temperature and being semi-solid at room temperature, and mixing them in an optimal composition. It is suitable as a resin.
また、硬化剤と反応する官能基を3個以上有する多官能樹脂も存在して、耐熱性をある程度向上させることも可能である。 There are also polyfunctional resins having three or more functional groups that react with the curing agent, and the heat resistance can be improved to some extent.
しかし、様々な種類のエポキシ樹脂を組み合わせても、耐熱性としては、その目安となるガラス点移転温度(以下、「Tg」という。)は、高々220℃程度であり、常に200℃以上の環境下で用いられる炉内のロールや炉内ロボット、鉛を含まないハンダ耐熱に必要なTg250℃以上の樹脂を得ることが難しい。 However, even when various types of epoxy resins are combined, the glass point transition temperature (hereinafter referred to as “Tg”), which is a measure for heat resistance, is at most about 220 ° C., and is always an environment of 200 ° C. or higher. It is difficult to obtain a resin having a Tg of 250 ° C. or higher, which is necessary for solder heat resistance without containing a roll in a furnace, a robot in the furnace, or lead used below.
一方、耐熱性を重視してポリイミド系樹脂を用いることが行なわれている。一例を挙げると、ポリイミド系樹脂の原料の1つであるマレイミド化合物をジアミン化合物で変性してプリプレグ向けなどに好適な粘度に調整しているものなどがある(例えば、特許文献1参照)。しかし、変性反応のコントロールに手間がかかり、コスト的に高いものになる。 On the other hand, it is practiced to use a polyimide resin with emphasis on heat resistance. For example, a maleimide compound, which is one of the raw materials for polyimide resins, is modified with a diamine compound so as to have a viscosity suitable for prepreg and the like (for example, see Patent Document 1). However, it takes time to control the denaturation reaction, and the cost becomes high.
また、トリアジンモノマーを用いて変性して、粘調の液状から固体状までの粘度に調整しているもの(三菱瓦斯化学株式会社製「BTレジン」:商品名)もあるが、エポキシ樹脂ほどの広範囲の粘度調整はできない。 In addition, there are those modified with a triazine monomer to adjust the viscosity from a viscous liquid to a solid ("BT resin" manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd .: trade name), Viscosity cannot be adjusted over a wide range.
また、エポキシ樹脂の粘度調整能力とポリイミド系樹脂の耐熱性を兼ね備えた樹脂を得るべく、マレイミド化合物変性のエポキシ樹脂の開発も試みられている(例えば、特許文献2参照)。しかし、マレイミド化合物はエポキシ樹脂や溶剤などへの相溶性に乏しく、マレイミド化合物の添加量が一定以上に増やすことができずに、十分な耐熱性を得ることができていない。 Also, development of a maleimide compound-modified epoxy resin has been attempted in order to obtain a resin having both the viscosity adjusting ability of the epoxy resin and the heat resistance of the polyimide resin (see, for example, Patent Document 2). However, maleimide compounds have poor compatibility with epoxy resins and solvents, and the amount of maleimide compound added cannot be increased beyond a certain level, and sufficient heat resistance cannot be obtained.
そこで、本発明の目的は、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物、並びに、この耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a resin composition having a viscosity adjusting ability similar to that of an epoxy resin and having heat resistance close to that of a polyimide resin, and a reinforced fiber prepreg using the heat resistant resin composition as a matrix resin, and It is to provide a reinforced fiber composite material.
上記目的は本発明に係る耐熱樹脂組成物、強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、少なくとも主剤としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含む基材エポキシ樹脂の中に、融点が120〜220℃のマレイミド化合物の粉体を分散させたことを特徴とする耐熱樹脂組成物が提供される。 The above object is achieved by the heat resistant resin composition, the reinforcing fiber prepreg and the reinforcing fiber composite material according to the present invention. In summary, according to one aspect of the present invention, a maleimide compound powder having a melting point of 120 to 220 ° C. is dispersed in a base epoxy resin containing at least an epoxy resin as a main agent and a curing agent. A heat resistant resin composition is provided.
一実施態様によれば、前記マレイミド化合物の粉体として、#100メッシュ(篩の目開き0.154mm)での残留率が5wt%以下の粉体を用いる。好ましくは、#150メッシュ(篩の目開き0.109mm)での残留率が1wt%以下の粉体を用いる。 According to one embodiment, as the powder of the maleimide compound, a powder having a residual rate of 5 wt% or less at # 100 mesh (a sieve opening of 0.154 mm) is used. Preferably, a powder having a residual rate of 1 wt% or less at # 150 mesh (screen opening 0.109 mm) is used.
他の実施態様によれば、前記主剤としてのエポキシ樹脂100重量部に対して、前記マレイミド化合物の添加量が5〜400重量部の範囲である。 According to another embodiment, the addition amount of the maleimide compound is in the range of 5 to 400 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin as the main agent.
他の実施態様によれば、前記基材エポキシ樹脂中に熱可塑性樹脂を、前記主剤としてのエポキシ樹脂100重量部に対して5〜30重量部の範囲で添加する。前記熱可塑性樹脂は、フェノキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルフォルマールなどとすることができる。 According to another embodiment, a thermoplastic resin is added to the base epoxy resin in the range of 5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin as the main agent. The thermoplastic resin may be a phenoxy resin, a polyetherimide resin, a polyether sulfone resin, a polyvinyl formal, or the like.
他の実施態様によれば、前記マレイミド化合物は、ビスマレイミドである。 According to another embodiment, the maleimide compound is bismaleimide.
本発明の他の態様によれば、上記いずれかの構成の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させてなることを特徴とする強化繊維プリプレグが提供される。 According to another aspect of the present invention, the heat-resistant resin composition having any one of the above-described structures is impregnated in a unidirectional array product of reinforcing fibers, a woven product, a braid, or a combination thereof. A reinforcing fiber prepreg is provided.
本発明の他の態様によれば、上記いずれかの構成の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させて加熱硬化させてなることを特徴とする強化繊維複合材料が提供される。前記加熱硬化は、前記マレイミド化合物の融点よりも高い温度で硬化させる。 According to another aspect of the present invention, the heat-resistant resin composition having any one of the above structures is impregnated in a unidirectional array of reinforcing fibers, a woven product, a braid, or a combination thereof and heat-cured. A reinforced fiber composite material is provided. The heat curing is performed at a temperature higher than the melting point of the maleimide compound.
本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a resin composition having a viscosity adjustment capability similar to that of an epoxy resin and having heat resistance close to that of a polyimide resin.
つまり、本発明の耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用することにより、室温で含浸するフィラメントワインディングや引き抜き成形法などに適する液状樹脂から、プリプレグに用いる室温で半固形の樹脂まで、幅広い範囲で耐熱性の高い、強化繊維複合材料用の樹脂を得ることができる。 In other words, by using the heat-resistant resin composition of the present invention as a matrix resin, it has a wide range of heat resistance from liquid resin suitable for filament winding or pultrusion method impregnated at room temperature to semi-solid resin at room temperature used for prepreg. It is possible to obtain a high-strength resin for reinforcing fiber composite materials.
また、本発明によれば、上記耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した耐熱性を有する強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することができる。 Moreover, according to this invention, the reinforced fiber prepreg and reinforced fiber composite material which have the heat resistance which used the said heat resistant resin composition as matrix resin can be provided.
以下、本発明に係る耐熱樹脂組成物、強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を更に詳しく説明する。 Hereinafter, the heat resistant resin composition, the reinforcing fiber prepreg and the reinforcing fiber composite material according to the present invention will be described in more detail.
本発明者は、多くの研究実験を行った結果、マレイミド化合物をエポキシ樹脂の中に相溶させるのではなく、粉末状態で分散させることで、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物、即ち、耐熱樹脂組成物を得ることができた。 As a result of conducting many research experiments, the present inventor has a viscosity adjusting ability similar to that of an epoxy resin by dispersing the maleimide compound in a powder state instead of being dissolved in the epoxy resin. A resin composition having heat resistance close to that of a resin, that is, a heat resistant resin composition could be obtained.
つまり、本発明に係る耐熱樹脂組成物は、エポキシ樹脂(主剤)及びその硬化剤(更には硬化助剤)を含む樹脂(以下、「基材エポキシ樹脂」という。)の中に、融点が120〜220℃のマレイミド化合物の粉体を分散させたことを特徴とする。 That is, the heat-resistant resin composition according to the present invention has a melting point of 120 in a resin (hereinafter referred to as “base epoxy resin”) containing an epoxy resin (main agent) and its curing agent (further, a curing aid). A maleimide compound powder at ˜220 ° C. is dispersed.
ここで、マレイミド化合物の粉体としては、#100メッシュ(篩の目開き0.154mm)での残留率が5wt%以下の粉体を用いる。好ましくは、#150メッシュ(篩の目開き0.109mm)での残留率が1wt%以下の粉体を用いる。また、エポキシ樹脂(主剤)100重量部に対して、マレイミド化合物の添加量が5〜400重量部の範囲であるのが好ましい。 Here, as the powder of the maleimide compound, a powder having a residual rate of 5 wt% or less at # 100 mesh (a sieve opening of 0.154 mm) is used. Preferably, a powder having a residual rate of 1 wt% or less at # 150 mesh (screen opening 0.109 mm) is used. Moreover, it is preferable that the addition amount of a maleimide compound is the range of 5-400 weight part with respect to 100 weight part of epoxy resins (main ingredient).
更に説明すると、マレイミド化合物、特にビスマレイミド(以下、「BMI」という。)は、基材エポキシ樹脂への相溶性が低く、一度120℃以上の高温で相溶させても、室温に冷却するとBMIが再結晶してしまい、均一なものはできない。 More specifically, maleimide compounds, especially bismaleimide (hereinafter referred to as “BMI”) have low compatibility with the base epoxy resin, and once they are compatible at a high temperature of 120 ° C. or higher, they are cooled to room temperature. Will recrystallize and cannot be uniform.
図1は、再結晶した基材エポキシ樹脂中のBMIを示す写真である。しかし、BMIを微粉にして基材エポキシ樹脂の中に分散させると、均一な状態となり、1液樹脂としての取り扱いが可能である。図2は、基材エポキシ樹脂中に均一にBMIが分散された樹脂組成物の薄膜状態の写真である。 FIG. 1 is a photograph showing BMI in a recrystallized base epoxy resin. However, when BMI is finely powdered and dispersed in the base epoxy resin, it becomes uniform and can be handled as a one-part resin. FIG. 2 is a photograph of a thin film state of a resin composition in which BMI is uniformly dispersed in a base epoxy resin.
BMIは、固体として分散しているために、扱い上は分散媒体となっているエポキシ樹脂の粘度特性にて樹脂組成物の取り扱い性がコントロールできる。そのために、樹脂組成物は、液状のものからプリプレグ向けの半固形状のものまでエポキシ樹脂の配合によって調整することが可能となる。 Since BMI is dispersed as a solid, the handleability of the resin composition can be controlled by the viscosity characteristics of the epoxy resin which is a dispersion medium in handling. Therefore, the resin composition can be adjusted by blending an epoxy resin from a liquid one to a semi-solid one for prepreg.
一方、加熱による硬化に当っては、結晶性のBMIの融点を超える温度となると、BMIは、一気に融解して主剤としてのエポキシ樹脂や、エポキシ樹脂の硬化剤と反応して、均一な状態となるため、BMIによる耐熱性の向上効果が得られる。 On the other hand, in curing by heating, when the temperature exceeds the melting point of crystalline BMI, BMI melts all at once and reacts with the epoxy resin as the main agent or the curing agent of the epoxy resin to form a uniform state. Therefore, the effect of improving heat resistance by BMI can be obtained.
使用するマレイミド化合物は、基材エポキシ樹脂中に均一に分散させるために、粉体とされ、粉体としては、#100メッシュ(篩の目開き0.154mm)での残留率が5wt%以下の粉体を用いる。好ましくは、#150メッシュ(篩の目開き0.109mm)での残留率が1wt%以下の粉体を用いる。このようなサイズの粉体を使用しない場合には、硬化した樹脂組成物がBMIリッチな部分とエポキシ樹脂リッチな部分に分かれ、樹脂としての性能が発揮されない。 The maleimide compound to be used is powdered in order to uniformly disperse it in the base epoxy resin. As the powder, the residual rate at # 100 mesh (screen opening 0.154 mm) is 5 wt% or less. Use powder. Preferably, a powder having a residual rate of 1 wt% or less at # 150 mesh (screen opening 0.109 mm) is used. When powder of such a size is not used, the cured resin composition is divided into a BMI rich part and an epoxy resin rich part, and the performance as a resin is not exhibited.
また、マレイミド化合物の添加量は、エポキシ樹脂(主剤)を100重量部として、5〜400重量部の範囲、好ましくは10〜200重量部の範囲が好適である。5重量部未満では、樹脂組成物の耐熱性の向上効果が小さい。また、400重量部を超えると、樹脂組成物の樹脂としての取り扱いが困難になる。 The addition amount of the maleimide compound is suitably in the range of 5 to 400 parts by weight, preferably in the range of 10 to 200 parts by weight, with 100 parts by weight of the epoxy resin (main agent). If it is less than 5 parts by weight, the effect of improving the heat resistance of the resin composition is small. Moreover, when it exceeds 400 weight part, the handling as resin of a resin composition will become difficult.
使用するエポキシ樹脂(主剤)は、特に指定はないが以下のものが適用可能である。 The epoxy resin (main agent) to be used is not particularly specified, but the following can be applied.
例えば、ビスフェノールA系エポキシ、ビスフェノールF系エポキシ、フェノールノボラック系エポキシ、クレゾールノボラック系エポキシ、ジアミノジフェニルメタン(DDM)系エポキシ、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテルなどの脂肪族系エポキシ、ポリグリコールジグリシジルエーテルなどの反応性希釈剤などである。 For example, bisphenol A type epoxy, bisphenol F type epoxy, phenol novolac type epoxy, cresol novolac type epoxy, diaminodiphenylmethane (DDM) type epoxy, trimethylolpropane polyglycidyl ether and other aliphatic epoxy, polyglycol diglycidyl ether, etc. Reactive diluents and the like.
使用する硬化剤は、エポキシ樹脂を固める硬化剤であれば何れも用いることが可能である。アミン系硬化剤としては、ジアミノジフェニルスルフォン(DDS)、メタキシリレンジアミンなどの芳香族ポリアミン、イソフォロンジアミンなどの環状脂肪族ポリアミン、テトラエチレントリアミンなどの脂肪族ポリアミンなどである。また、酸無水物系硬化剤としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸などの酸無水物やエタンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンカルボン酸二無水物などの酸二無水物などなどを用いることができる。硬化剤助剤としては、ジクロルジメチルウレア(DCMU)などを用いることができる。 As the curing agent to be used, any curing agent that hardens the epoxy resin can be used. Examples of the amine curing agent include aromatic polyamines such as diaminodiphenylsulfone (DDS) and metaxylylenediamine, cyclic aliphatic polyamines such as isophoronediamine, and aliphatic polyamines such as tetraethylenetriamine. In addition, acid anhydride curing agents include acid anhydrides such as methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylhymic anhydride, ethanetetracarboxylic dianhydride, butanetetracarboxylic dianhydride, Acid dianhydrides such as cyclopentanecarboxylic dianhydride and benzophenone carboxylic dianhydride can be used. As a curing agent auxiliary, dichlorodimethylurea (DCMU) or the like can be used.
マレイミド化合物としては、4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド、m−フェニレンビスマレイミド、ビスフェノール A ジフェニルエーテルビスマレイミド、3,3’−ジメチル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド、4−メチル−1,3−フェニレンビスマレイミド、1,6’−ビスマレイミド−(2,2,4−トリメチル)ヘキサン、4,4’−ジフェニルエーテルビスマレイミド、4,4’−ジフェニルスルフォンビスマレイミド、1,3−ビス(3−マレイミドフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−マレイミドフェノキシ)ベンゼンなどを用いることができる。 Examples of maleimide compounds include 4,4′-diphenylmethane bismaleimide, m-phenylene bismaleimide, bisphenol A diphenyl ether bismaleimide, 3,3′-dimethyl-5,5′-diethyl-4,4′-diphenylmethane bismaleimide, 4 -Methyl-1,3-phenylene bismaleimide, 1,6'-bismaleimide- (2,2,4-trimethyl) hexane, 4,4'-diphenyl ether bismaleimide, 4,4'-diphenylsulfone bismaleimide, 1 1,3-bis (3-maleimidophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-maleimidophenoxy) benzene, and the like can be used.
本発明の耐熱樹脂組成物を構成する基材エポキシ樹脂の中には、硬化後の靭性改良や硬化中の樹脂フローの低減のために、フェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂を添加することは有効である。熱可塑性樹脂としては、フェノキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルフォルマールなどなどを好適に使用できる。 In the base epoxy resin constituting the heat-resistant resin composition of the present invention, it is effective to add a thermoplastic resin such as a phenoxy resin in order to improve the toughness after curing and reduce the resin flow during curing. is there. As the thermoplastic resin, a phenoxy resin, a polyetherimide resin, a polyether sulfone resin, a polyvinyl formal, or the like can be suitably used.
また、耐熱樹脂組成物を硬化させる場合には、添加したBMIの融点よりも高い温度で硬化させることが必要である。融点よりも低い温度に長い時間放置すると、エポキシ樹脂(主剤)と硬化剤のみが反応して、その後に融点よりも高温にしてもBMI自体が融解して、独自に硬化しても事前に硬化したエポキシ樹脂部分の耐熱性に支配されてしまい、樹脂組成物は樹脂としての十分な性能が発揮されない。 In addition, when the heat resistant resin composition is cured, it is necessary to cure at a temperature higher than the melting point of the added BMI. If left at a temperature lower than the melting point for a long time, only the epoxy resin (main agent) reacts with the curing agent, and then the BMI itself melts even if the temperature is higher than the melting point. As a result, the resin composition does not exhibit sufficient performance as a resin.
図3は、硬化剤としてジシアンジアミドと、硬化助剤としてDCMU(ジクロルジメチルウレア)を用いた場合の、未硬化樹脂のDSC測定@10℃/分の発熱曲線である。 FIG. 3 is an exothermic curve of DSC measurement of uncured resin at 10 ° C./min when dicyandiamide is used as a curing agent and DCMU (dichlorodimethylurea) is used as a curing aid.
吸熱ピーク1は、BMIの融解熱と考えられる。それ以降の2つのピークは、エポキシ樹脂と硬化剤の反応熱と、BMIと生成アミン化合物との反応熱、BMI二重結合の反応熱などと推定される。 Endothermic peak 1 is considered to be the heat of fusion of BMI. The subsequent two peaks are presumed to be the reaction heat between the epoxy resin and the curing agent, the reaction heat between the BMI and the generated amine compound, the reaction heat of the BMI double bond, and the like.
実施例1〜6、比較例1〜4
本発明に係る耐熱樹脂組成物を、配合成分、配合割合を変えて種々調製し、耐熱性を測定した。その結果を下記表1に示す。
Examples 1-6, Comparative Examples 1-4
Various heat resistant resin compositions according to the present invention were prepared by changing the blending components and blending ratios, and the heat resistance was measured. The results are shown in Table 1 below.
(実施例1)
エポキシ樹脂(主剤)として、ビスフェノールA系エポキシ樹脂(東都化成製YD−128)、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(東都化成製YH−434)、を用いた。硬化剤としてジシアンジアミド(Dicy)、硬化助剤としてジクロルジメチルウレア(DCMU)を用いた。また、マレイミド化合物として、ジアミノジフェニルメタンビスマレイミドの粉体(大和化成製BMI1000H)を用いた。ここで使用した粉体(BMI1000H)は,#180メッシュ(篩の目開き0.091mm)での残留率が0.3wt%のものであった。
Example 1
As the epoxy resin (main agent), bisphenol A-based epoxy resin (YD-128 manufactured by Toto Kasei) and tetraglycidyl diaminodiphenylmethane (YH-434 manufactured by Toto Kasei) were used. Dicyandiamide (Dicy) was used as a curing agent, and dichlorodimethylurea (DCMU) was used as a curing aid. As the maleimide compound, diaminodiphenylmethane bismaleimide powder (BMI1000H manufactured by Daiwa Kasei) was used. The powder (BMI1000H) used here had a residual rate of 0.3 wt% at # 180 mesh (mesh opening 0.091 mm).
これら各成分を、下記配合にて混合した。マレイミド化合物は、エポキシ樹脂(主剤)硬化剤、硬化助剤から成る基材エポキシ樹脂中に分散させた。
・エポキシ樹脂(主剤)
ビスフェノールA系エポキシ(東都化成YD−128):30g
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(東都化成製YH−434):70g
・硬化剤(硬化助剤)
ジシアンジアミド:8g
DCMU:8g
・マレイミド化合物
ビスマレイミド(大和化成製BMI1000H):60g
These components were mixed in the following composition. The maleimide compound was dispersed in a base epoxy resin composed of an epoxy resin (main agent) curing agent and a curing aid.
・ Epoxy resin (main agent)
Bisphenol A epoxy (Toto Kasei YD-128): 30g
Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane (YH-434 manufactured by Tohto Kasei): 70 g
・ Curing agent (curing aid)
Dicyandiamide: 8g
DCMU: 8g
・ Maleimide compound Bismaleimide (BMI1000H manufactured by Daiwa Kasei): 60 g
得られた樹脂組成物は、室温で粘調液体の茶褐色濁り色のものであった。この樹脂組成物を170℃×30分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、210℃×2時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからTMA測定を実施してTgを測定した。その結果、表1に示すように、Tg=255℃であった。 The obtained resin composition was a viscous brownish brown turbid color at room temperature. This resin composition was cured at 210 ° C. for 2 hours after preliminary curing at 170 ° C. for 30 minutes, changing the temperature setting of the oven. Thereafter, the sample was taken out, cooled, processed into a test piece, and TMA was measured to measure Tg. As a result, as shown in Table 1, it was Tg = 255 ° C.
(実施例2〜6)
実施例2〜6として、表1に示す配合及び配合割合で、実施例1と同様にして樹脂組成物を調製した。
(Examples 2 to 6)
As Examples 2 to 6, resin compositions were prepared in the same manner as in Example 1 with the blending and blending ratios shown in Table 1.
なお、実施例3では、エポキシ樹脂(主剤)として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(東都化成製YH−434)、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル(東都化成製YH−300)を使用した。また、実施例4、5では、エポキシ樹脂(主剤)として、ビスフェノールA系エポキシ樹脂(東都化成製YD−128)、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(東都化成製YH−434)、の他に、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル(東都化成製YH−300)をも使用した。 In Example 3, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane (YH-434 manufactured by Tohto Kasei) and trimethylolpropane polyglycidyl ether (YH-300 manufactured by Tohto Kasei) were used as the epoxy resin (main agent). In Examples 4 and 5, as an epoxy resin (main agent), trimethylolpropane is used in addition to bisphenol A-based epoxy resin (YD-128 manufactured by Tohto Kasei) and tetraglycidyldiaminodiphenylmethane (YH-434 manufactured by Tohto Kasei). Polyglycidyl ether (YH-300 manufactured by Tohto Kasei) was also used.
実施例2〜6においても、実施例1と同様に、エポキシ樹脂(主剤)100重量部に対して硬化剤としてジシアンジアミド8重量部、硬化剤助剤としてDCMU8重量部を添加した。 In Examples 2 to 6, as in Example 1, 8 parts by weight of dicyandiamide as a curing agent and 8 parts by weight of DCMU as a curing agent auxiliary were added to 100 parts by weight of the epoxy resin (main agent).
なお、実施例4では、マレイミド化合物として、メタキシリレンジアミン系ビスマレイミドの微粉体(大和化成製BMI3000H)を用いた。ここで使用した粉体(BMI3000H)は,#180メッシュ(篩の目開き0.091mm)での残留率が0.3wt%のものであった。また、実施例6では、添加剤としてフェノキシ樹脂(東都化成製YP−70)を、エポキシ樹脂(主剤)100重量部に対して15重量部添加した。 In Example 4, a fine powder of metaxylylenediamine bismaleimide (BMI 3000H manufactured by Daiwa Kasei) was used as the maleimide compound. The powder (BMI3000H) used here had a residual rate of 0.3 wt% at # 180 mesh (mesh opening 0.091 mm). In Example 6, 15 parts by weight of phenoxy resin (YP-70 manufactured by Toto Kasei) as an additive was added to 100 parts by weight of epoxy resin (main agent).
得られた樹脂組成物を、実施例1と同様に、170℃×30分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、210℃×2時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからTMA測定を実施してTgを測定した。試験方法などは、備考に特記がない限り同一である。 Similarly to Example 1, the obtained resin composition was cured at 210 ° C. for 2 hours by changing the temperature setting of the oven after preliminary curing at 170 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the sample was taken out, cooled, processed into a test piece, and TMA was measured to measure Tg. The test methods are the same unless otherwise noted in the remarks.
その結果、表1に示すようなTg値を示した。 As a result, Tg values as shown in Table 1 were shown.
(比較例1〜4)
比較例1〜4として、表1に示す配合成分及び配合割合で、実施例1と同様にして樹脂組成物を調製した。
(Comparative Examples 1-4)
As Comparative Examples 1 to 4, resin compositions were prepared in the same manner as in Example 1 with the blending components and blending ratios shown in Table 1.
なお、比較例2では、エポキシ樹脂(主剤)として、ビスフェノールA系エポキシ樹脂(東都化成製YD−128)、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル(東都化成製YH−300)を使用した。 In Comparative Example 2, bisphenol A type epoxy resin (YD-128 manufactured by Toto Kasei) and trimethylolpropane polyglycidyl ether (YH-300 manufactured by Toto Kasei) were used as the epoxy resin (main agent).
比較例1〜4においても、実施例1と同様に、エポキシ樹脂(主剤)100重量部に対して硬化剤としてジシアンジアミド8重量部、硬化剤助剤としてDCMU8重量部を添加した。 In Comparative Examples 1 to 4, as in Example 1, 8 parts by weight of dicyandiamide as a curing agent and 8 parts by weight of DCMU as a curing agent auxiliary were added to 100 parts by weight of the epoxy resin (main agent).
なお、比較例3では、マレイミド化合物として、DDM系ビスマレイミドである2mm程度のフレーク状のBMI(ケイアイ化成製)を用いた。ここで使用したフレーク状のBMIは、#100メッシュでの残留率がほぼ100wt%であった。 In Comparative Example 3, a flaky BMI of about 2 mm, which is a DDM bismaleimide, was used as the maleimide compound. The flaky BMI used here had a residual rate of approximately 100 wt% at # 100 mesh.
得られた樹脂組成物を、比較例1〜3では、実施例1〜6と同様に、170℃×30分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、210℃×2時間の硬化を行った。比較例4では、硬化条件を他の比較例1〜3及び実施例1〜6とは異なる硬化条件2とした。つまり、先ず、90℃×5時間の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、210℃×2時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからTMA測定を実施してTgを測定した。試験方法などは、備考に特記がない限り同一である。 In Comparative Examples 1 to 3, the obtained resin compositions were cured at 210 ° C. for 2 hours by changing the oven temperature setting after preliminary curing at 170 ° C. for 30 minutes, as in Examples 1 to 6. went. In Comparative Example 4, the curing conditions were set to curing conditions 2 different from those of other Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 6. That is, first, after the preliminary curing at 90 ° C. × 5 hours, the temperature setting of the oven was changed and the curing was performed at 210 ° C. × 2 hours. Thereafter, the sample was taken out, cooled, processed into a test piece, and TMA was measured to measure Tg. The test methods are the same unless otherwise noted in the remarks.
その結果、表1に示すようなTg値を示した。 As a result, Tg values as shown in Table 1 were shown.
なお、比較例4は、明確な変曲点は不明だが、150℃近辺よりTMA曲線が乱れ始めた。 In Comparative Example 4, although the clear inflection point was unknown, the TMA curve began to be disturbed from around 150 ° C.
上述にて理解されるように、本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物を得ることができた。 As understood above, according to the present invention, it was possible to obtain a resin composition having a viscosity adjusting ability similar to that of an epoxy resin and having heat resistance close to that of a polyimide resin.
実施例7(プリプレグ実施例)
本発明に係る耐熱樹脂組成物は、プリプレグのマトリクス樹脂として有効である。つまり、本発明の樹脂組成物は、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させることにより強化繊維プリプレグを作製することができる。
Example 7 (Example of prepreg)
The heat-resistant resin composition according to the present invention is effective as a prepreg matrix resin. That is, the resin composition of the present invention can produce a reinforced fiber prepreg by impregnating a unidirectionally aligned product, a woven product, a braid, or a combination thereof.
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、その他種々の繊維を使用することができる。本発明の耐熱樹脂組成物は、プリプレグ全体に対する含有量は、20〜70体積%とすることができる。 Carbon fiber, glass fiber, organic fiber, and other various fibers can be used as the reinforcing fiber. In the heat-resistant resin composition of the present invention, the content relative to the entire prepreg can be 20 to 70% by volume.
一実施例について説明すれば、実施例6の樹脂フォーミュレーションに従った樹脂組成物を調製した。ホットメルトの樹脂コーターを用いて、図4(a)、(b)、(c)に示すように、この樹脂組成物3を50cm幅の離型紙2上に37g/m2の樹脂目付け(約30μm厚み)で塗布し、30cm幅の樹脂フィルム3を作製した。この樹脂フィルム塗工紙1をドラムワインダーにセットして、三菱レイヨン株式会社製炭素繊維TR50(商品名)4を、繊維目付け150g/m2になるように巻きつけた後に、更に同一の樹脂フィルム塗工紙1をかぶせて、ホットプレスローラーを用いて含浸させて、一方向のプリプレグ10を作製した。 Explaining one example, a resin composition according to the resin formulation of Example 6 was prepared. Using a hot-melt resin coater, as shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C, the resin composition 3 is placed on a release paper 2 having a width of 50 cm (approx. 37 g / m 2). 30 μm thickness) to prepare a resin film 3 having a width of 30 cm. This resin film-coated paper 1 is set in a drum winder, and carbon fiber TR50 (trade name) 4 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. is wound so as to have a fiber basis weight of 150 g / m 2. The coated paper 1 was covered and impregnated using a hot press roller to produce a unidirectional prepreg 10.
こうして得られたプリプレグ10は、樹脂のタック性(粘着性)も良好であった。 The prepreg 10 thus obtained also had good tackiness (adhesiveness) of the resin.
実施例8(複合材料実施例)
本発明に係る耐熱樹脂組成物は、強化繊維複合材料のマトリクス樹脂として有効である。つまり、本発明の樹脂組成物は、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させ、加熱硬化することにより強化繊維複合材料を作製することができる。
Example 8 (Example of composite material)
The heat-resistant resin composition according to the present invention is effective as a matrix resin for reinforcing fiber composite materials. In other words, the reinforced fiber composite material can be produced by impregnating the resin composition of the present invention into a unidirectional array product of reinforcing fibers, a woven product, a braid, or a combination thereof, and then heat-curing.
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、その他種々の繊維を使用することができる。本発明の樹脂組成物は、プリプレグ全体に対する含有量は、20〜70体積%とすることができる。 Carbon fiber, glass fiber, organic fiber, and other various fibers can be used as the reinforcing fiber. The content of the resin composition of the present invention relative to the entire prepreg can be 20 to 70% by volume.
一実施例について説明すれば、図5に示すように、実施例7で作製したプリプレグ10を使用して、一方向に14層積層し、ヴァキュームバッグ成形にて2mm厚みの平板20を作製した。 Explaining one example, as shown in FIG. 5, using the prepreg 10 produced in Example 7, 14 layers were laminated in one direction, and a flat plate 20 having a thickness of 2 mm was produced by vacuum bag molding.
オーブン中での硬化条件は、室温から5℃/分の速度で昇温して、170℃で30分キープし、その後5℃/分の速度で210℃まで昇温して2時間キープした後に、自然放冷にて室温まで冷却した。 Curing conditions in the oven were as follows: from room temperature at a rate of 5 ° C./minute, kept at 170 ° C. for 30 minutes, then raised to 210 ° C. at a rate of 5 ° C./minute and kept for 2 hours. Then, it was naturally cooled and cooled to room temperature.
出来上がった一方向のCFRP(炭素繊維強化複合材料)を、JIS K 7074に準拠した試験片寸法にカットして、室温と220℃環境下での曲げ試験を実施した。 The finished unidirectional CFRP (carbon fiber reinforced composite material) was cut into test piece dimensions in accordance with JIS K7074 and subjected to a bending test at room temperature and 220 ° C. environment.
比較として、三菱レイヨン製耐熱プリプレグTR270G125SM(三菱レイヨンの炭素繊維TR50と耐熱樹脂を用いた、繊維目付け125g/m2のプリプレグ)を17層積層して、上記と同一条件にて2mm厚みの平板を作製して、同様の評価を行なった。 For comparison, 17 layers of Mitsubishi Rayon heat-resistant prepreg TR270G125SM (Mitsubishi Rayon carbon fiber TR50 and heat-resistant resin prepreg with a fabric weight of 125 g / m 2 ) were laminated, and a 2 mm thick flat plate was formed under the same conditions as above. The same evaluation was made.
曲げ強度と曲げ弾性係数について、得られた結果を下表に示す。 The results obtained for bending strength and flexural modulus are shown in the table below.
他の実施例として、実施例3の樹脂フォーミュレーションに従った樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を、炭素繊維のトウ(束)に含浸させて、加熱硬化させたストランドを用いて、JIS R 7608に準じてストランド強度の測定を実施した。用いた炭素繊維は三菱レイヨン株式会社製TR50S15L(商品名)であった。 As another example, a resin composition according to the resin formulation of Example 3 was prepared. The strand strength was measured according to JIS R 7608 using a strand obtained by impregnating a carbon fiber tow (bundle) with this resin composition and heat-curing the strand. The carbon fiber used was TR50S15L (trade name) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
更に詳しくは、図6に示すように、40℃に加温した樹脂槽50に上記樹脂組成物を満たし、モーター駆動で一定速度で回転するローラー51を浸して、供給ロール41から送給される炭素繊維トウ4をロールコートにて樹脂を含浸させて鋼製のフレーム52に巻き取った。同フレーム52をそのままオーブンに入れて、170℃×30分+210℃×2時間の条件で硬化させた。 More specifically, as shown in FIG. 6, a resin tank 50 heated to 40 ° C. is filled with the resin composition, and a roller 51 rotating at a constant speed is driven by a motor and fed from a supply roll 41. The carbon fiber tow 4 was impregnated with resin by a roll coat and wound on a steel frame 52. The frame 52 was placed in an oven as it was and cured under conditions of 170 ° C. × 30 minutes + 210 ° C. × 2 hours.
硬化させたストランドは、樹脂の付着量が約48体積%であった。得られたストランドはタブ付けを行い、引張強度のみを評価した。 The cured strand had a resin adhesion amount of about 48% by volume. The obtained strands were tabbed and only the tensile strength was evaluated.
図7に示すように、試験環境は室温と、ストランドSの中央部分約5cmの範囲にリボンヒーターHを巻きつけて、温度が200〜220℃の範囲になった時の強度も合わせて評価した。 As shown in FIG. 7, the test environment was room temperature, and the ribbon heater H was wound around a range of about 5 cm in the central portion of the strand S, and the strength when the temperature was in the range of 200 to 220 ° C. was also evaluated. .
比較として用いたストランドは、以下の配合量でフォーミュレーションした一般的なエポキシ樹脂で、同様の工程でストランドの作製を行ない同様の評価を行なった。樹脂付着量は45体積%であった。 The strand used as a comparison was a general epoxy resin formulated with the following blending amounts, and the strand was produced in the same process and evaluated in the same manner. The resin adhesion amount was 45% by volume.
<比較樹脂>
ビスフェノールA系エポキシ(東都化成製YD−128):100g
ジシアンジアミド(Dicy):4g
DCMU:4g
<Comparison resin>
Bisphenol A epoxy (YD-128 manufactured by Tohto Kasei): 100 g
Dicyandiamide (Dicy): 4g
DCMU: 4g
試料片の数n=10での試験結果(平均値)を下表に示す。 The test results (average value) when the number of sample pieces is n = 10 are shown in the table below.
上述にて理解されるように、本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用することにより、室温で含浸するフィラメントワインディングや引き抜き成形法などに適する液状樹脂から、プリプレグに用いる室温で半固形の樹脂まで、幅広い範囲で耐熱性の高い、強化繊維複合材料用の樹脂を得ることができる。 As understood from the above, according to the present invention, by using as a matrix resin a resin composition having a viscosity adjustment capability similar to that of an epoxy resin and having heat resistance close to that of a polyimide resin, at room temperature. A resin for a reinforced fiber composite material having high heat resistance can be obtained in a wide range from a liquid resin suitable for impregnating filament winding or a pultrusion method to a semisolid resin at room temperature used for a prepreg.
また、本発明によれば、上記耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した耐熱性を有する強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することができる。 Moreover, according to this invention, the reinforced fiber prepreg and reinforced fiber composite material which have the heat resistance which used the said heat resistant resin composition as matrix resin can be provided.
1 樹脂フィルム塗工紙
2 離型紙
3 樹脂フィルム
4 炭素繊維
10 プリプレグ
20 強化繊維複合材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin film coated paper 2 Release paper 3 Resin film 4 Carbon fiber 10 Prepreg 20 Reinforced fiber composite material
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JP2018035260A (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 日本化薬株式会社 | Maleimide resin molded body, method for producing maleimide resin molded body, maleimide resin composition and cured product of the same |
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- 2009-05-21 JP JP2009123553A patent/JP2010270229A/en active Pending
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