JP2012131849A - Epoxy resin composition, epoxy resin cured product, prepreg and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スポーツ用途および一般産業用途に適した繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好ましく用いられるエポキシ樹脂組成物、これをマトリックス樹脂としたプリプレグ、およびこれらのエポキシ樹脂組成物、ならびにプリプレグを硬化して得られる繊維強化複合材料に関するものである。 The present invention relates to an epoxy resin composition preferably used as a matrix resin of a fiber-reinforced composite material suitable for sports applications and general industrial applications, a prepreg using the same as a matrix resin, and these epoxy resin compositions and prepregs. It is related with the fiber reinforced composite material obtained by this.
炭素繊維やアラミド繊維などを強化繊維として用いた繊維強化複合材料は、その高い比強度・比弾性率を利用して、航空機や自動車などの構造材料や、テニスラケット、ゴルフシャフト、釣り竿などのスポーツ・一般産業用途などに広く利用されている。 Fiber reinforced composite materials using carbon fibers or aramid fibers as reinforcing fibers make use of their high specific strength and specific elastic modulus to make structural materials such as aircraft and automobiles, sports such as tennis rackets, golf shafts and fishing rods. -Widely used for general industrial purposes.
繊推強化複合材料の製造方法には、強化繊維に未硬化のマトリックス樹脂が含浸されたシート状中間材料であるプリプレグを用い、それを複数枚積層した後、加熱硬化させる方法や、モールド中に配置した強化繊維に液状の樹脂を流し込み加熱硬化させるレジン・トランスファー・モールディング法などが用いられている。 In the method of manufacturing the finely reinforced composite material, a prepreg that is a sheet-like intermediate material in which reinforcing fibers are impregnated with an uncured matrix resin is used. A resin transfer molding method, in which a liquid resin is poured into the arranged reinforcing fibers and heat-cured, is used.
これらの製造方法のうちプリプレグを用いる方法は、強化繊維の配向を厳密に制御でき、また積層構成の設計自由度が高いことから、高性能な繊維強化複合材料を得やすい利点がある。このプリプレグに用いられるマトリックス樹脂としては、耐熱性や生産性の観点から、主に熱硬化性樹脂が用いられ、中でも強化繊維との接着性などの力学特性の観点からエポキシ樹脂が好適に用いられる。 Among these production methods, the method using a prepreg has an advantage that it is easy to obtain a high-performance fiber-reinforced composite material because the orientation of the reinforcing fibers can be strictly controlled and the design freedom of the laminated structure is high. As the matrix resin used for the prepreg, a thermosetting resin is mainly used from the viewpoint of heat resistance and productivity, and an epoxy resin is preferably used from the viewpoint of mechanical properties such as adhesion to reinforcing fibers. .
エポキシ樹脂は、熱可塑性樹脂に比べて弾性率が高いが、靭性に劣るため、繊維強化複合材料の耐衝撃性が不十分であった。また、繊維強化複合材料の使用時のみならず、塗装や焼き付けといった高温環境下に曝される加工工程において、割れやクラック等の欠陥が発生しやすいという問題もあった。 The epoxy resin has a higher elastic modulus than the thermoplastic resin, but is inferior in toughness, so that the impact resistance of the fiber-reinforced composite material is insufficient. In addition, there is a problem that defects such as cracks and cracks are likely to occur not only when the fiber reinforced composite material is used but also in a processing process that is exposed to a high temperature environment such as painting or baking.
従来、エポキシ樹脂の靱性を向上させる方法としては、靱性に優れるゴム成分や熱可塑性樹脂を配合し、エポキシ樹脂と相分離構造を形成させる方法などが試されてきた。しかし、これらの方法では、弾性率、耐熱性の低下や、増粘によるプロセス性の悪化、ボイド発生等の品位低下といった問題があった。例えば、スチレン−ブタジエン−メタクリル酸メチルやブタジエン−メタクリル酸メチルからなるブロック共重合体を添加することにより、エポキシ樹脂の硬化過程で微細な相分離構造を安定して形成し、エポキシ樹脂の靭性を大きく向上させる方法が開示されている(特許文献1)。さらに、特定のアミン型エポキシを配合することで弾性率を向上させつつ、微細な相分離構造を形成させる方法が開示されている(特許文献2)。しかし、このような高分子量の熱可塑性樹脂はエポキシ樹脂の増粘効果が大きく、プロセス性を悪化させることがある上、熱可塑性樹脂の配合に由来する弾性率の低下を招くことがあり、弾性率と靭性のバランスが十分には得られない傾向があった。 Conventionally, as a method for improving the toughness of an epoxy resin, a method in which a rubber component or a thermoplastic resin having excellent toughness is blended to form a phase separation structure with the epoxy resin has been tried. However, these methods have problems such as a decrease in elastic modulus and heat resistance, deterioration in processability due to thickening, and a decrease in quality such as generation of voids. For example, by adding a block copolymer consisting of styrene-butadiene-methyl methacrylate or butadiene-methyl methacrylate, a fine phase separation structure is stably formed in the curing process of the epoxy resin, and the toughness of the epoxy resin is increased. A method of greatly improving is disclosed (Patent Document 1). Furthermore, a method of forming a fine phase separation structure while improving the elastic modulus by blending a specific amine type epoxy is disclosed (Patent Document 2). However, such a high molecular weight thermoplastic resin has a large thickening effect of the epoxy resin, which may deteriorate the processability, and may cause a decrease in the elastic modulus resulting from the blending of the thermoplastic resin. There was a tendency that the balance between rate and toughness was not sufficiently obtained.
これに対して、ゴム成分や熱可塑性樹脂に頼らない弾性率と靭性のバランス改善手法が幾つか提案されている。例えば、高弾性率かつ高伸度であるビスフェノールF型エポキシ樹脂と、弾性率の高いアミン型エポキシ樹脂を組み合わせ、高弾性率を発現させる方法が開示されている(特許文献3)。ただし、この場合でも樹脂靭性は十分なものではなかった。 On the other hand, several methods for improving the balance between elastic modulus and toughness that do not rely on rubber components and thermoplastic resins have been proposed. For example, a method of expressing a high elastic modulus by combining a high elastic modulus and high elongation bisphenol F type epoxy resin with an amine type epoxy resin having a high elastic modulus is disclosed (Patent Document 3). However, even in this case, the resin toughness was not sufficient.
これに対して、分子量が1500以上であるジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、分子量が500〜1200の範囲にあるジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、およびアミン型エポキシ樹脂等を組み合わせることで、相分離構造を形成させ、弾性率と靭性のバランスに優れた樹脂硬化物を得る方法が開示されている(特許文献4)。しかし、この場合、樹脂組成物の粘度が高く、強化繊維への含浸性が不十分となることがある上、高温環境下での樹脂靭性が不足し、80℃から100℃程度の高温環境に曝される加工工程において、繊維強化複合材料内部にクラックが発生することがあった。 In contrast, a phase separation structure is formed by combining a diglycidyl ether type epoxy resin having a molecular weight of 1500 or more, a diglycidyl ether type epoxy resin having a molecular weight in the range of 500 to 1200, and an amine type epoxy resin. And a method for obtaining a cured resin having an excellent balance between elastic modulus and toughness is disclosed (Patent Document 4). However, in this case, the viscosity of the resin composition is high, the impregnation property to the reinforcing fibers may be insufficient, and the resin toughness in a high temperature environment is insufficient, so that the high temperature environment of about 80 ° C. to 100 ° C. In the exposed processing process, cracks may occur in the fiber-reinforced composite material.
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を克服し、さらに、低粘度で強化繊維への含浸性に優れたエポキシ樹脂組成物、高弾性率かつ高靭性で、特に高温域での靭性に優れたエポキシ樹脂硬化物、プリプレグ、および静的強度特性と耐衝撃性に優れるとともに、耐クラック性に優れた繊維強化複合材料を提供することにある。 An object of the present invention is to overcome the problems of the prior art, and further, an epoxy resin composition having a low viscosity and excellent impregnation into reinforcing fibers, a high elastic modulus and high toughness, particularly in high temperature toughness. An object of the present invention is to provide an excellent cured epoxy resin, prepreg, and a fiber-reinforced composite material having excellent static strength characteristics and impact resistance, and excellent crack resistance.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、下記構成から成るエポキシ樹脂組成物を見いだし、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明は、以下の構成からなる。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found an epoxy resin composition having the following constitution, and have completed the present invention. That is, this invention consists of the following structures.
(I)下記[A]〜[D]を、下記式(1)〜(5)を満たす配合比で含むエポキシ樹脂組成物。
[A]数平均分子量が2000〜20000の範囲にあるビスフェノールF型エポキシ樹脂
[B]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂
[C]数平均分子量が300〜500の範囲にあるビスフェノール型エポキシ樹脂
[D]ジシアンジアミドまたはその誘導体
0.2 ≦A/(A+B+C+E)≦0.6 (1)
0.2 ≦B/(A+B+C+E)≦0.6 (2)
0.15≦C/(A+B+C+E)≦0.5 (3)
0.01≦D/(A+B+C+E)≦0.1 (4)
0 ≦E/(A+B+C+E)≦0.2 (5)
(各式中、A、B、C、Dは、それぞれ[A]、[B]、[C]、[D]の質量、Eは[A]、[B]、[C]以外のエポキシ樹脂の質量)。
(I) An epoxy resin composition containing the following [A] to [D] at a blending ratio satisfying the following formulas (1) to (5).
[A] Bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 2000 to 20000 [B] Trifunctional or higher amine type epoxy resin [C] Bisphenol type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 300 to 500 [D ] Dicyandiamide or a derivative thereof 0.2 ≦ A / (A + B + C + E) ≦ 0.6 (1)
0.2 ≦ B / (A + B + C + E) ≦ 0.6 (2)
0.15 ≦ C / (A + B + C + E) ≦ 0.5 (3)
0.01 ≦ D / (A + B + C + E) ≦ 0.1 (4)
0 ≦ E / (A + B + C + E) ≦ 0.2 (5)
(In each formula, A, B, C and D are the masses of [A], [B], [C] and [D], respectively, and E is an epoxy resin other than [A], [B] and [C]. Mass).
(II)130℃/2時間硬化後の75℃、100℃、120℃における貯蔵弾性率G’75℃、G’100℃、G’120℃が、下記式の関係にある前記(I)のエポキシ樹脂組成物。 (II) The storage elastic modulus G ′ 75 ° C. , G ′ 100 ° C. , and G ′ 120 ° C. at 75 ° C., 100 ° C., and 120 ° C. after curing at 130 ° C./2 hours are in the relationship of the following formula. Epoxy resin composition.
1.3(GPa)≦G’75℃ ≦1.8(GPa) (i)
1.3≦G’75℃/G’100℃ ≦7.0 (ii)
0.08(GPa)≦G’120℃ ≦0.8(GPa) (iii)。
1.3 (GPa) ≦ G ′ 75 ° C. ≦ 1.8 (GPa) (i)
1.3 ≦ G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. ≦ 7.0 (ii)
0.08 (GPa) ≦ G ′ 120 ° C. ≦ 0.8 (GPa) (iii).
(III)[B]が3官能のアミノフェノール型エポキシ樹脂である、前記(I)または(II)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 (III) The epoxy resin composition according to any one of (I) and (II), wherein [B] is a trifunctional aminophenol type epoxy resin.
(IV)[C]がビスフェノールF型エポキシ樹脂である、前記(I)〜(III)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 (IV) The epoxy resin composition according to any one of (I) to (III), wherein [C] is a bisphenol F-type epoxy resin.
(V)下記[F]を、下記式(6)を満たす配合比で含む、前記(I)〜(IV)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
[F]エポキシ樹脂に可溶な熱可塑性樹脂
0.01 ≦F/(A+B+C+E)≦0.1 (6)
(式中、A、B、C、Eは、それぞれ[A]、[B]、[C]、[E]の質量、Eは[A]、[B]、[C]以外のエポキシ樹脂の質量)
(VI)80℃における複素粘性率が0.1〜200(Pa・s)の範囲にある、前記(I)〜(V)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
(V) The epoxy resin composition according to any one of (I) to (IV), including the following [F] at a blending ratio that satisfies the following formula (6).
[F] Thermoplastic resin soluble in epoxy resin 0.01 ≦ F / (A + B + C + E) ≦ 0.1 (6)
(In the formula, A, B, C and E are the masses of [A], [B], [C] and [E], respectively, and E is an epoxy resin other than [A], [B] and [C]. mass)
(VI) The epoxy resin composition according to any one of (I) to (V), wherein the complex viscosity at 80 ° C. is in the range of 0.1 to 200 (Pa · s).
(VII)前記(I)〜(VI)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化したエポキシ樹脂硬化物であって、少なくとも[A]リッチ相と、[B]リッチ相を有する相分離構造を有し、その構造周期が0.01〜5μmであるエポキシ樹脂硬化物。 (VII) A cured epoxy resin obtained by curing the epoxy resin composition according to any one of (I) to (VI), wherein the phase-separated structure has at least a [A] rich phase and a [B] rich phase. The epoxy resin hardened | cured material whose structural period is 0.01-5 micrometers.
(VIII)前記(I)〜(VI)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物と強化繊維からなるプリプレグ。 (VIII) A prepreg comprising the epoxy resin composition according to any one of (I) to (VI) and a reinforcing fiber.
(IX)前記(VII)記載のエポキシ樹脂硬化物と、強化繊維からなる繊維強化複合材料。 (IX) A fiber-reinforced composite material comprising the cured epoxy resin described in (VII) and reinforcing fibers.
(X)前記(IX)記載のプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料。 (X) A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg described in (IX).
本発明によれば、低粘度で強化繊維への含浸性に優れるエポキシ樹脂組成物、高弾性率かつ高靱性で、特に高温域での靭性に優れたエポキシ樹脂硬化物を提供できる。また、本発明のエポキシ樹脂硬化物からなる繊維強化複合材料は、優れた静的強度特性と耐衝撃性を併せ持つとともに、加工工程におけるクラックの発生を回避できる。 According to the present invention, it is possible to provide an epoxy resin composition having a low viscosity and excellent impregnation into reinforcing fibers, and a cured epoxy resin product having a high elastic modulus and high toughness, particularly excellent toughness in a high temperature range. Moreover, the fiber-reinforced composite material comprising the cured epoxy resin of the present invention has both excellent static strength characteristics and impact resistance, and can avoid occurrence of cracks in the processing step.
本発明の実施形態は、下記[A]〜[D]を、下記式(1)〜(4)を満たす配合比で含むエポキシ樹脂組成物である。
[A]数平均分子量が2000〜20000の範囲にあるビスフェノールF型エポキシ樹脂
[B]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂
[C]数平均分子量が300〜500の範囲にあるビスフェノール型エポキシ樹脂
[D]エポキシ樹脂硬化剤
0.2 ≦A/(A+B+C+E)≦0.6 (1)
0.2 ≦B/(A+B+C+E)≦0.6 (2)
0.15≦C/(A+B+C+E)≦0.5 (3)
0.02≦D/(A+B+C+E)≦0.5 (4)
0 ≦E/(A+B+C+E)≦0.2 (5)
(各式中、A、B、C、Dは、それぞれ[A]、[B]、[C]、[D]の質量、Eは[A]、[B]、[C]以外のエポキシ樹脂の質量)。
An embodiment of the present invention is an epoxy resin composition containing the following [A] to [D] at a blending ratio that satisfies the following formulas (1) to (4).
[A] Bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 2000 to 20000 [B] Trifunctional or higher amine type epoxy resin [C] Bisphenol type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 300 to 500 [D ] Epoxy resin curing agent 0.2 ≦ A / (A + B + C + E) ≦ 0.6 (1)
0.2 ≦ B / (A + B + C + E) ≦ 0.6 (2)
0.15 ≦ C / (A + B + C + E) ≦ 0.5 (3)
0.02 ≦ D / (A + B + C + E) ≦ 0.5 (4)
0 ≦ E / (A + B + C + E) ≦ 0.2 (5)
(In each formula, A, B, C and D are the masses of [A], [B], [C] and [D], respectively, and E is an epoxy resin other than [A], [B] and [C]. Mass).
かかるエポキシ樹脂組成物において、上記式(1)〜(5)は、次のことを表している。即ち、エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂としては[A]数平均分子量が2000〜20000の範囲にあるビスフェノールF型エポキシ樹脂、[B]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂、[C]数平均分子量が300〜500の範囲にあるビスフェノール型エポキシ樹脂、[D]エポキシ樹脂硬化剤を含むことが必須であり、[A]、[B]、[C]およびこれら以外のエポキシ樹脂[E](以降、全エポキシ樹脂と記す)100質量部に対し、[A]を20〜60質量部、[B]を全エポキシ樹脂100質量部のうち20〜60質量部、[C]を全エポキシ樹脂100質量部のうち15〜40質量部、[D]を全エポキシ樹脂100質量部のうち1〜10質量部含むことが必要である。また、[A]、[B]、[C]以外のエポキシ樹脂[E]は全エポキシ樹脂中100質量部のうち20質量部以下であることが必要である。 In such an epoxy resin composition, the above formulas (1) to (5) represent the following. That is, in the epoxy resin composition, as the epoxy resin, [A] bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 2000 to 20000, [B] trifunctional or higher amine type epoxy resin, [C] number average molecular weight It is essential to include a bisphenol-type epoxy resin in the range of 300 to 500, [D] an epoxy resin curing agent, [A], [B], [C] and other epoxy resins [E] (hereinafter referred to as “E”) [A] is 20 to 60 parts by mass, [B] is 20 to 60 parts by mass out of 100 parts by mass of the total epoxy resin, and [C] is 100 parts by mass of the total epoxy resin. It is necessary to include 15 to 40 parts by mass of the part and 1 to 10 parts by mass of [D] out of 100 parts by mass of the total epoxy resin. Moreover, epoxy resin [E] other than [A], [B], and [C] needs to be 20 mass parts or less out of 100 mass parts in all the epoxy resins.
本発明者らは、前記特定の含有比を有する樹脂組成により、硬化反応前には均一相溶状態を呈しつつ、その硬化反応過程において、[A]、[B]それぞれのエポキシ樹脂を主成分とする微細な相分離構造を形成し、それにより、[B]成分の特長である静的強度特性と[A]成分の特長である耐衝撃性を併せ持つと共に、80℃から100℃程度の高温環境に曝される加工工程においてクラック発生の少ない、すなわち、耐クラック性に優れた繊維強化複合材料が得られることを見出した。この耐クラック性は、[A]を主成分とする相([A]リッチ相)が、加工工程の高温環境においてゴム領域にあることでもたらされるものである。 The inventors of the present invention have the resin composition having the specific content ratio so that the epoxy resin of each of [A] and [B] is a main component in the curing reaction process while exhibiting a homogeneous compatibility state before the curing reaction. A fine phase separation structure is formed, thereby having both the static strength characteristic that is a feature of the [B] component and the impact resistance that is a feature of the [A] component, and a high temperature of about 80 ° C. to 100 ° C. It has been found that a fiber-reinforced composite material with less cracking, that is, excellent in crack resistance can be obtained in a processing step exposed to the environment. This crack resistance is brought about by the fact that the phase containing [A] as a main component ([A] rich phase) is in the rubber region in the high temperature environment of the processing step.
かかるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られる樹脂硬化物の実施形態としては、[A]リッチ相と、[B]リッチ相を有する相分離構造を有し、相分離構造周期が0.01〜5μmであるものが挙げられ、かかる相分離構造を有することに因り、弾性率と靭性の両立が可能となる。 As an embodiment of the cured resin obtained by curing such an epoxy resin composition, it has a phase separation structure having [A] rich phase and [B] rich phase, and the phase separation structure period is 0.01 to The thing which is 5 micrometers is mentioned, and it becomes possible to make an elastic modulus and toughness compatible by having such a phase-separation structure.
本発明の樹脂組成物においては[A]〜[C]が均一に相溶しているが、成形時の硬化反応の過程で両者の分子量増加に伴い、[A]リッチ相と[B]リッチ相に相分離を起こす、いわゆる反応誘発型相分離により、上記[A]リッチ相と[B]リッチ相を有する相構造を形成する。本発明において相分離構造とは、異なる成分を主成分とする相が、0.01μm以上の構造周期を有する構造をいう。これに対し、分子レベルで均一に混合している状態を、相溶状態といい、本発明においては異なる成分を主成分とする相が0.01μm未満の相分離構造周期である場合は、相溶状態と見なすものとする。相分離構造を示すか否かは、電子顕微鏡、位相差光学顕微鏡、その他種々の方法によって判断することができる。 In the resin composition of the present invention, [A] to [C] are uniformly compatible, but as the molecular weight of both increases during the curing reaction during molding, [A] rich phase and [B] rich A phase structure having the [A] rich phase and the [B] rich phase is formed by so-called reaction-induced phase separation that causes phase separation in the phase. In the present invention, the phase separation structure refers to a structure in which phases mainly composed of different components have a structural period of 0.01 μm or more. On the other hand, the state of being uniformly mixed at the molecular level is referred to as a compatible state, and in the present invention, when the phase mainly composed of different components has a phase separation structure period of less than 0.01 μm, It shall be regarded as a molten state. Whether or not the phase separation structure is exhibited can be determined by an electron microscope, a phase-contrast optical microscope, and various other methods.
本発明のエポキシ樹脂硬化物の好ましい一実施形態としては、[A]リッチ相と[B]リッチ相を有する相分離構造を有し、その構造周期が0.01〜5μmであるエポキシ樹脂硬化物が挙げられる。ここで、相分離の構造周期は、次のように定義するものとする。なお、相分離構造には、両相連続構造と海島構造が有るのでそれぞれについて定義する。両相連続構造の場合、顕微鏡写真の上に所定の長さの直線を引き、その直線と相界面の交点を抽出し、隣り合う交点間の距離を測定し、これらの数平均値を構造周期とする。かかる所定の長さとは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定するものとする。構造周期が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上1μmの長さ)3本を選出したものをいい、同様にして、相分離構造周期が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上10μmの長さ)3本を選出したものをいい、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上100μmの長さ)3本を選出したものをいうものとする。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて対応する長さを再度測定し、これを採用する。海島構造の場合、島相が楕円形、不定形、または、二層以上の円または楕円になっている場合であっても、島相と島相の最短距離を用いるものとする。 As one preferable embodiment of the cured epoxy resin of the present invention, the cured epoxy resin has a phase separation structure having [A] rich phase and [B] rich phase, and the structural period is 0.01 to 5 μm. Is mentioned. Here, the structural period of phase separation is defined as follows. The phase separation structure includes a two-phase continuous structure and a sea-island structure. In the case of a two-phase continuous structure, a straight line of a predetermined length is drawn on the micrograph, the intersection of the straight line and the phase interface is extracted, the distance between adjacent intersections is measured, and the number average value of these is the structure period And The predetermined length is set as follows based on a micrograph. When the structural period is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and a length of 20 mm randomly on the photograph (a length of 1 μm on the sample) ) Refers to a selection of three. Similarly, if the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), take a picture at a magnification of 2,000 times, If the phase separation structure period is expected to be on the order of 1 μm (1 μm or more and less than 10 μm), the photograph is taken at a magnification of 200 times. In the photograph, three 20 mm lengths (100 μm length on the sample) are selected at random. If the measured phase separation structure period is out of the expected order, the corresponding length is measured again at the magnification corresponding to the corresponding order, and this is adopted. In the case of a sea-island structure, the shortest distance between the island phase and the island phase shall be used even if the island phase is elliptical, indefinite, or a circle or ellipse of two or more layers.
本発明のエポキシ樹脂硬化物の好ましい他の実施形態としては、[A]リッチ相と[B]リッチ相を有する海島構造の相分離構造を有し、島相の径が0.01〜5μmであるエポキシ樹脂硬化物が挙げられる。ここで、島相の径とは、海島構造における島相の大きさを示すものであり、所定の領域における数平均値である。島相が楕円形のときは、長径をとり、不定形の場合は外接する円の直径を用いる。また、二層以上の円または楕円になっている場合には、最外層の円の直径または楕円の長径を用いるものとする。なお、海島構造の場合、所定の領域内に存在する全ての島相の長径を測定し、これらの数平均値を相分離サイズとする。 Another preferable embodiment of the cured epoxy resin of the present invention has a sea-island structure with [A] rich phase and [B] rich phase, and the island phase has a diameter of 0.01 to 5 μm. A certain epoxy resin hardened material is mentioned. Here, the diameter of the island phase indicates the size of the island phase in the sea-island structure, and is a number average value in a predetermined region. When the island phase is elliptical, the major axis is taken, and when it is indefinite, the diameter of the circumscribed circle is used. In the case of a circle or ellipse having two or more layers, the diameter of the outermost layer circle or the major axis of the ellipse is used. In the case of the sea-island structure, the major axis of all island phases existing in a predetermined region is measured, and the number average value thereof is set as the phase separation size.
[A]と[B]の含有比によっては、構造周期がエポキシ樹脂硬化物の特性の良否を反映せず、むしろ島相の径の方が特性を反映し好ましい場合がある。具体的には、[A]の含有量が少ない場合には、島相の径の方が特性を反映する傾向にある。 Depending on the content ratio of [A] and [B], the structure period may not reflect the quality of the epoxy resin cured product, but the island phase diameter may reflect the properties and may be preferable. Specifically, when the content of [A] is small, the diameter of the island phase tends to reflect the characteristics.
上記のように、相分離の構造周期および島相の径を測定する際には、所定の領域の顕微鏡写真を撮影する。かかる所定の領域とは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定するものとする。相分離構造周期が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに4mm四方の領域(サンプル上0.2μm四方の領域)3箇所を選出した領域をいう。同様にして、相分離構造周期が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに4mm四方の領域(サンプル上2μm四方の領域)3箇所を選出した領域をいう。さらに同様に、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに4mm四方の領域(サンプル上20μm四方の領域)をいうものとする。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて対応する領域を再度測定し、これを採用する。 As described above, when measuring the structural period of the phase separation and the diameter of the island phase, a micrograph of a predetermined region is taken. The predetermined area is set as follows based on a micrograph. When the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and an area of 4 mm square on the photograph (0. (2 μm square area) refers to an area selected from three locations. Similarly, when the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), a photograph is taken at a magnification of 2,000 times, and a 4 mm square region (on the sample) (2 μm square area) refers to an area selected from three locations. Similarly, when the phase separation structure period is expected to be on the order of 1 μm (1 μm or more and less than 10 μm), a photograph is taken at a magnification of 200 times, and an area of 4 mm square on the photograph (an area of 20 μm square on the sample) is taken. It shall be said. If the measured phase separation structure period is out of the expected order, the corresponding region is measured again at the magnification corresponding to the corresponding order, and this is adopted.
この樹脂硬化物の相分離構造は、樹脂硬化物の断面を走査型電子顕微鏡もしくは透過型電子顕微鏡により観察することができる。必要に応じて、オスミウムなどで染色しても良い。染色は、通常の方法で行うことができる。 The phase separation structure of the cured resin product can be observed with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. You may dye | stain with osmium etc. as needed. Dyeing can be performed by a usual method.
かかる構造周期および島相の径は、0.01〜5μmの範囲にあることがより好ましく、さらに好ましくは0.08〜1μmの範囲にあることが望ましい。構造周期が0.01μm以上であることにより、その硬化物の常温および高温域での靭性が十分に確保でき、構造周期が5μm以下であることにより、それを用いて得られる繊維強化複合材料の、単糸間領域より相分離構造周期が小さくなり、繊維強化複合材料とした際に、十分な靭性向上効果が発揮できる。 The structural period and the diameter of the island phase are more preferably in the range of 0.01 to 5 μm, and still more preferably in the range of 0.08 to 1 μm. When the structural period is 0.01 μm or more, the toughness of the cured product at room temperature and high temperature can be sufficiently secured, and when the structural period is 5 μm or less, the fiber-reinforced composite material obtained by using it When the phase separation structure period becomes smaller than the inter-yarn region, and a fiber-reinforced composite material is obtained, a sufficient toughness improving effect can be exhibited.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記の条件を満たすように各含有成分を配合することで相分離を誘発させるものであるが、本発明のエポキシ樹脂組成物の含有成分などの実施形態について、以下さらに詳細に説明する。 The epoxy resin composition of the present invention induces phase separation by blending each component so as to satisfy the above-mentioned conditions, but for embodiments such as the component of the epoxy resin composition of the present invention, This will be described in more detail below.
かかるエポキシ樹脂組成物における[A]として、数平均分子量が2000〜20000の範囲にあるビスフェノールF型エポキシ樹脂を、(1)式を満たす範囲内、すなわち全エポキシ樹脂100質量部のうち20〜60質量部含むことが必要であり、全エポキシ樹脂100質量部のうち25〜50質量部含むことが好ましい。20質量部に満たない場合、硬化物が相分離構造を形成することが難しく、靭性が不足するとともに耐クラック性が不十分となる。60質量部を超える場合は、硬化物の弾性率が不足するとともに、耐熱性が不足し、繊維強化複合材料の成形時や使用時に歪みや変形を招く恐れがある。 As [A] in such an epoxy resin composition, a bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 2000 to 20000 is within a range satisfying the formula (1), that is, 20 to 60 out of 100 parts by mass of all epoxy resins. It is necessary to contain a mass part, and it is preferable to contain 25-50 mass parts among 100 mass parts of all the epoxy resins. When it is less than 20 parts by mass, it is difficult for the cured product to form a phase separation structure, and the toughness is insufficient and the crack resistance is insufficient. When the amount exceeds 60 parts by mass, the cured product has an insufficient elastic modulus and insufficient heat resistance, which may cause distortion or deformation during molding or use of the fiber-reinforced composite material.
0.2 ≦A/(A+B+C+E)≦0.6 (1)
[A]の数平均分子量は2000に満たない場合、硬化物が相分離構造を形成することが難しく、靭性が不足するとともに耐クラック性が不十分となる。また、[A]の数平均分子量が20000を超える場合は、硬化物の相分離構造が粗大となり、繊維強化複合材料の耐衝撃性や耐クラック性が不足するとともに、樹脂組成物の粘度が上昇し含浸性が不十分となる。
0.2 ≦ A / (A + B + C + E) ≦ 0.6 (1)
When the number average molecular weight of [A] is less than 2000, it is difficult for the cured product to form a phase-separated structure, resulting in insufficient toughness and insufficient crack resistance. When the number average molecular weight of [A] exceeds 20000, the phase separation structure of the cured product becomes coarse, the impact resistance and crack resistance of the fiber reinforced composite material are insufficient, and the viscosity of the resin composition increases. The impregnation property is insufficient.
本発明におけるエポキシ樹脂の数平均分子量は、例えば、ポリスチレン標準サンプルを用いて、GPC(Gel Permeation Chromatography)により求められるが、エポキシ当量が既知のエポキシ樹脂については、エポキシ当量とエポキシ官能基数の積から算出した数値を用いるものとする。 The number average molecular weight of the epoxy resin in the present invention is determined by GPC (Gel Permeation Chromatography) using, for example, a polystyrene standard sample. For an epoxy resin having a known epoxy equivalent, the product of the epoxy equivalent and the number of epoxy functional groups is used. The calculated numerical value shall be used.
かかるビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、例えば、jER4007P、jER4010P(以上、三菱化学(株)製)などが挙げられる。 Examples of such commercial products of bisphenol F type epoxy resin include jER4007P, jER4010P (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and the like.
かかるエポキシ樹脂組成物における[B]としては、3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂100質量部のうち20〜60質量部含むことが必要であり、全エポキシ樹脂100質量部のうち25〜50質量部含むことが好ましい。20質量部に満たない場合、硬化物の弾性率が不足すると共に、相分離構造を形成することが難しく、靭性や耐クラック性が不十分となる。また、60質量部を超える場合、硬化物の伸度が不十分となり、靭性が不足する。 As [B] in such an epoxy resin composition, it is necessary to contain a tri- or higher functional amine-type epoxy resin in an amount of 20 to 60 parts by mass out of 100 parts by mass of the total epoxy resin, It is preferable to contain 25-50 mass parts. When it is less than 20 parts by mass, the elastic modulus of the cured product is insufficient, and it is difficult to form a phase separation structure, resulting in insufficient toughness and crack resistance. Moreover, when it exceeds 60 mass parts, the elongation of hardened | cured material will become inadequate and toughness will run short.
かかるアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、テトラグリシジルキシリレンジアミンや、これらのハロゲン、アルキル置換体、水添品などを使用することができる。 As such an amine type epoxy resin, for example, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, triglycidylaminocresol, tetraglycidylxylylenediamine, halogens thereof, alkyl-substituted products, hydrogenated products, and the like can be used. .
前記テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンとしては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(住友化学工業(株)製)、YH434L(東都化成(株)製)、“jER(登録商標)”604(三菱化学(株)製)、“アラルダイド(登録商標)”MY720、MY721(ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ社製)等を使用することができる。トリグリシジルアミノフェノール又はトリグリシジルアミノクレゾールとしては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM100、ELM120(住友化学工業(株)製)、“アラルダイド(登録商標)”MY0500、MY0510、MY0600(ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ社製)、“jER(登録商標)”630(三菱化学(株)製)等を使用することができる。テトラグリシジルキシリレンジアミンおよびその水素添加品として、“TETRAD(登録商標)”−X、“TETRAD(登録商標)”−C(三菱ガス化学(株)製)等を使用することができる。 Examples of the tetraglycidyldiaminodiphenylmethane include “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), YH434L (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), and “jER (registered trademark)” 604 (Mitsubishi Chemical Corporation). , "Araldide (registered trademark)" MY720, MY721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials) and the like can be used. As triglycidylaminophenol or triglycidylaminocresol, “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM100, ELM120 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Araldide (registered trademark)” MY0500, MY0510, MY0600 (Huntsman Advanced Materials) And “jER (registered trademark)” 630 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), etc. can be used. As tetraglycidylxylylenediamine and hydrogenated products thereof, “TETRAD (registered trademark)”-X, “TETRAD (registered trademark)”-C (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.) and the like can be used.
中でも、トリグリシジルアミノフェノール又はトリグリシジルアミノクレゾールといった3官能のアミノフェノール型エポキシ樹脂は、低粘度なエポキシ樹脂組成物が得られやすく、また高い弾性率が得られやすいことから特に好ましく使用される。 Among them, a trifunctional aminophenol type epoxy resin such as triglycidylaminophenol or triglycidylaminocresol is particularly preferably used because a low-viscosity epoxy resin composition is easily obtained and a high elastic modulus is easily obtained.
かかるエポキシ樹脂組成物における[C]としては、数平均分子量が300〜500の範囲にあるビスフェノール型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂100質量部のうち15〜50質量部含むことが必要であり、全エポキシ樹脂100質量部のうち20〜40質量部含むことが好ましい。[C]は[A]、[B]両エポキシ樹脂どちらとも相溶するため、[A]リッチ相と[B]リッチ相の親和性を高め、相分離構造周期を5μm以下のサイズに微細化することができる。 As [C] in such an epoxy resin composition, it is necessary to contain a bisphenol type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 300 to 500 of 15 to 50 parts by mass out of 100 parts by mass of all epoxy resins. It is preferable to contain 20-40 mass parts among 100 mass parts of epoxy resins. Since [C] is compatible with both [A] and [B] epoxy resins, the affinity between [A] rich phase and [B] rich phase is increased, and the phase separation structure period is reduced to a size of 5 μm or less. can do.
ここで、[C]の数平均分子量が300に満たない場合、樹脂調合あるいは成形工程での揮発が問題となると共に、相溶化効果が不十分となり、相分離構造が粗大化し、繊維強化複合材料の耐衝撃性や耐クラック性が不十分となる。また、数平均分子量が500を超える場合、[C]成分が[A]リッチ相に取り込まれやすく、[A]リッチ相のガラス転移温度が必要以上に高いものとなり、やはり繊維強化複合材料の耐衝撃性や耐クラック性が不十分となる。 Here, when the number average molecular weight of [C] is less than 300, volatilization in the resin preparation or molding process becomes a problem, the compatibilizing effect becomes insufficient, the phase separation structure becomes coarse, and the fiber reinforced composite material The impact resistance and crack resistance are insufficient. Further, when the number average molecular weight exceeds 500, the [C] component is easily incorporated into the [A] rich phase, and the glass transition temperature of the [A] rich phase becomes higher than necessary. Impact resistance and crack resistance are insufficient.
また、[C]の含有量が15質量部に満たない場合、相分離構造が粗大となり、繊維強化複合材料とした際に十分な耐衝撃性を発揮できない。また、50質量部を超える場合、硬化物に相分離構造が形成されず、繊維強化複合材料の耐衝撃性や耐クラック性が不十分となる。 Moreover, when content of [C] is less than 15 mass parts, a phase-separation structure will become coarse and sufficient impact resistance cannot be exhibited when it is set as a fiber reinforced composite material. Moreover, when it exceeds 50 mass parts, a phase-separation structure is not formed in hardened | cured material, and the impact resistance and crack resistance of a fiber reinforced composite material become inadequate.
相分離構造周期は、相分離形成速度と硬化反応速度のバランスで決定されるものであるため、[C]の適正含有量は、硬化剤の量や硬化条件に応じて、15〜50質量部の範囲内で適宜調整する。 Since the phase separation structure period is determined by the balance between the phase separation formation rate and the curing reaction rate, the appropriate content of [C] is 15 to 50 parts by mass depending on the amount of the curing agent and the curing conditions. Adjust appropriately within the range.
[C]に用いられるビスフェノール型エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型、ビスフェノールS型、もしくはこれらビスフェノール型エポキシ樹脂のハロゲン、アルキル置換体、水添品等が用いられる。なお、かかる数平均分子量は[A]と同じく、例えば、ポリスチレン標準サンプルを用いて、GPC(Gel Permeation Chromatography)により求められるが、エポキシ当量が既知のエポキシ樹脂については、エポキシ当量とエポキシ官能基数の積から算出した数値を用いるものとする。 As the bisphenol type epoxy resin used in [C], bisphenol A type, bisphenol F type, bisphenol AD type, bisphenol S type, or halogens, alkyl-substituted products, hydrogenated products, etc. of these bisphenol type epoxy resins are used. The number average molecular weight is obtained by GPC (Gel Permeation Chromatography) using, for example, a polystyrene standard sample, as in [A]. For an epoxy resin having a known epoxy equivalent, the epoxy equivalent and the number of epoxy functional groups The numerical value calculated from the product shall be used.
[C]の主成分として好適に適用できる、数平均分子量が300〜500のジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂の市販品として、以下のものが挙げられる。ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、jER825、jER826、jER827、jER828(以上、三菱化学(株)製、「jER」:登録商標)などが挙げられる。水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、デナコールEX−252(ナガセケムテックス(株)製、“デナコール”は同社の登録商標)、ST3000(東都化成(株)製)などが挙げられる。ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としてはjER806、jER807(以上、三菱化学(株)製)、Epc830(DIC(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available diglycidyl ether type epoxy resins having a number average molecular weight of 300 to 500 that can be suitably applied as the main component of [C] include the following. Examples of commercially available bisphenol A type epoxy resins include jER825, jER826, jER827, jER828 (above, “jER”: registered trademark, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Examples of commercially available hydrogenated bisphenol A type epoxy resins include Denacol EX-252 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, “Denacol” is a registered trademark of the company), ST3000 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.), and the like. Examples of commercially available bisphenol F-type epoxy resins include jER806, jER807 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and Epc830 (manufactured by DIC Corporation).
[C]の含有成分としては、上記のうちでも、低粘度であり、弾性率と靭性のバランスが良いことから、ビスフェノールF型エポキシ樹脂が特に好ましい。 Among the above, the component [C] is particularly preferably a bisphenol F-type epoxy resin because of its low viscosity and a good balance between elastic modulus and toughness.
本発明における[D]ジシアンジアミドまたはその誘導体は、エポキシ樹脂硬化剤の一種であり、弾性率、伸度のバランスに優れ、また、樹脂組成物の保存安定性に優れることから、スポーツ用途を中心に好適に使用できる。かかるジシアンジアミドの誘導体は、ジシアンジアミドに各種化合物を結合させたものであり、エポキシ樹脂との反応物、ビニル化合物やアクリル化合物との反応物などが挙げられる。 [D] Dicyandiamide or a derivative thereof in the present invention is a kind of epoxy resin curing agent, and has an excellent balance of elastic modulus and elongation, and also has excellent storage stability of the resin composition. It can be used suitably. Such a dicyandiamide derivative is obtained by bonding various compounds to dicyandiamide, and includes a reaction product with an epoxy resin, a reaction product with a vinyl compound or an acrylic compound.
かかる[D]の配合量は、耐熱性や力学特性の観点から、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂100質量部に対して1〜10質量部とする必要があり、2〜8質量部であれば好ましい。1質量部に満たない場合、硬化物の架橋密度が十分でないため、弾性率が不足し、機械特性に劣る場合がある。10質量部を超える場合、硬化物の架橋密度が高くなり、塑性変形能力が小さくなり、耐衝撃性に劣る場合がある。 The blending amount of [D] needs to be 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin in the epoxy resin composition from the viewpoint of heat resistance and mechanical properties, and may be 2 to 8 parts by mass. It is preferable. If it is less than 1 part by mass, the cured product has insufficient crosslinking density, so that the elastic modulus is insufficient and the mechanical properties may be inferior. When it exceeds 10 mass parts, the crosslinked density of hardened | cured material becomes high, a plastic deformation capability becomes small, and it may be inferior to impact resistance.
また、[D]としてジシアンジアミドまたはその誘導体を粉体として樹脂に配合することは、室温での保存安定性や、プリプレグ化時の粘度安定性の観点から好ましい。ジシアンジアミドまたはその誘導体を粉体として樹脂に配合する場合、その平均粒径は10μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは、7μm以下である。10μmを超えると、例えばプリプレグ用途で使用する場合、加熱加圧により強化繊維束に樹脂組成物を含浸させる際、ジシアンジアミドまたはその誘導体が強化繊維束中に入り込まず、繊維束表層に取り残される場合がある。 In addition, blending dicyandiamide or a derivative thereof as a powder into the resin as [D] is preferable from the viewpoint of storage stability at room temperature and viscosity stability during prepreg formation. When dicyandiamide or a derivative thereof is blended into the resin as a powder, the average particle size is preferably 10 μm or less, and more preferably 7 μm or less. When it exceeds 10 μm, for example, when used for prepreg applications, when impregnating the resin composition into the reinforcing fiber bundle by heating and pressing, dicyandiamide or a derivative thereof may not enter the reinforcing fiber bundle and may remain on the surface of the fiber bundle. is there.
ジシアンジアミドの市販品としては、DICY−7、DICY−15(以上、三菱化学(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available dicyandiamide include DICY-7 and DICY-15 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
ジシアンジアミドは、単独で用いても良いし、ジシアンジアミドの硬化触媒や、その他のエポキシ樹脂の硬化剤と組み合わせて用いても良い。組み合わせるジシアンジアミドの硬化触媒としては、ウレア類、イミダゾール類、ルイス酸触媒などが挙げられ、エポキシ樹脂硬化剤としては、芳香族アミン硬化剤や、脂環式アミン硬化剤、酸無水物硬化剤などが挙げられる。ウレア類の市販品としては、DCMU99(保土ヶ谷化学(株)製)、Omicure24、Omicure52、Omicure94(以上CVC Specialty Chemicals,Inc.製)などが挙げられる。イミダゾール類の市販品としては、2MZ、2PZ、2E4MZ(以上、四国化成(株)製)などが挙げられる。ルイス酸触媒としては、三フッ化ホウ素・ピペリジン錯体、三フッ化ホウ素・モノエチルアミン錯体、三フッ化ホウ素・トリエタノールアミン錯体、三塩化ホウ素・オクチルアミン錯体などの、ハロゲン化ホウ素と塩基の錯体が挙げられる。 Dicyandiamide may be used alone or in combination with a dicyandiamide curing catalyst or other epoxy resin curing agent. Examples of dicyandiamide curing catalysts to be combined include ureas, imidazoles, Lewis acid catalysts, and epoxy resin curing agents include aromatic amine curing agents, alicyclic amine curing agents, and acid anhydride curing agents. Can be mentioned. Examples of commercially available ureas include DCMU99 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.), Omicure 24, Omicure 52, Omicure 94 (above CVC Specialty Chemicals, Inc.). Examples of commercially available imidazoles include 2MZ, 2PZ, and 2E4MZ (manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd.). Lewis acid catalysts include boron trifluoride / piperidine complex, boron trifluoride / monoethylamine complex, boron trifluoride / triethanolamine complex, boron trichloride / octylamine complex, etc. Is mentioned.
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には未硬化時の粘弾性を調整して作業性を向上させたり、樹脂硬化物の弾性率や耐熱性を向上させる目的で、[A]〜[C]以外のエポキシ樹脂[E]を、(5)式を満たす範囲内、すなわち全エポキシ樹脂100質量部のうち20質量部以下の配合量で添加してもよい。[E]は、エポキシ樹脂1品種だけでなく、複数種組み合わせて添加しても良い。 In addition, in the epoxy resin composition of the present invention, [A] to [C] for the purpose of improving workability by adjusting viscoelasticity when uncured or improving the elastic modulus and heat resistance of the cured resin. The epoxy resin [E] other than the above may be added in a range satisfying the formula (5), that is, in an amount of 20 parts by mass or less of 100 parts by mass of the total epoxy resin. [E] may be added in a combination of not only one type of epoxy resin but also a plurality of types.
0 ≦E/(A+B+C+E)≦0.2 (5)
[E]のエポキシ樹脂として具体的には、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などが挙げられる。
0 ≦ E / (A + B + C + E) ≦ 0.2 (5)
Specific examples of the epoxy resin of [E] include, for example, bisphenol type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, resorcinol type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, biphenyl. Examples thereof include an epoxy resin having a skeleton, a urethane-modified epoxy resin, an aliphatic epoxy resin, and an alicyclic epoxy resin.
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“エピコート(登録商標)”152、“エピコート(登録商標)”154(以上、三菱化学(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)などが挙げられる。 Commercial products of phenol novolac type epoxy resins include “Epicoat (registered trademark)” 152, “Epicoat (registered trademark)” 154 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “Epicron (registered trademark)” N-740, “ Epicron (registered trademark) "N-770", "Epiclon (registered trademark)" N-775 (manufactured by DIC Corporation), and the like.
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”N−660、“エピクロン(登録商標)”N−665、“エピクロン(登録商標)”N−670、“エピクロン(登録商標)”N−673、“エピクロン(登録商標)”N−695(以上、DIC(株)製)、EOCN−1020、EOCN−102S、EOCN−104S(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available cresol novolac epoxy resins include “Epicron (registered trademark)” N-660, “Epicron (registered trademark)” N-665, “Epicron (registered trademark)” N-670, and “Epicron (registered trademark)”. “N-673”, “Epicron (registered trademark)” N-695 (above, manufactured by DIC Corporation), EOCN-1020, EOCN-102S, EOCN-104S (above, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) It is done.
レゾルシノール型エポキシ樹脂の具体例としては、“デナコール(登録商標)”EX−201(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。 Specific examples of the resorcinol type epoxy resin include “Denacol (registered trademark)” EX-201 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の市販品としては“エピクロン(登録商標)”HP7200、“エピクロン(登録商標)”HP7200L、“エピクロン(登録商標)”HP7200H(以上、DIC(株)製)、Tactix558(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)、XD−1000−1L、XD−1000−2L(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Commercially available dicyclopentadiene type epoxy resins include “Epicron (registered trademark)” HP7200, “Epicron (registered trademark)” HP7200L, “Epicron (registered trademark)” HP7200H (above, manufactured by DIC Corporation), Tactix558 (Huntsman) Advanced Materials Co., Ltd.), XD-1000-1L, XD-1000-2L (Nippon Kayaku Co., Ltd.).
ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、“エピコート(登録商標)”YX4000H、“エピコート(登録商標)”YX4000、“エピコート(登録商標)”YL6616(以上、三菱化学(株)製)、NC−3000(日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Commercially available epoxy resins having a biphenyl skeleton include “Epicoat (registered trademark)” YX4000H, “Epicoat (registered trademark)” YX4000, “Epicoat (registered trademark)” YL6616 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), NC -3000 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).
ウレタンおよびイソシアネート変性エポキシ樹脂の市販品としては、オキサゾリドン環を有するAER4152(旭化成イーマテリアルズ(株)製)やACR1348(旭電化(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available urethane and isocyanate-modified epoxy resins include AER4152 (produced by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) having an oxazolidone ring and ACR1348 (produced by Asahi Denka Co., Ltd.).
本発明のエポキシ樹脂組成物は、130℃/2時間硬化後の75℃、100℃、120℃における貯蔵弾性率G’75℃、G’100℃、G’120℃が、下記式(i)〜(iii)の関係にあることが好ましい。 The epoxy resin composition of the present invention has a storage elastic modulus G ′ of 75 ° C. , G ′ of 100 ° C. , and G ′ of 120 ° C. at 75 ° C., 100 ° C., and 120 ° C. after curing at 130 ° C./2 hours. It is preferable that it is the relationship of (iii).
1.3(GPa)≦G’75℃ ≦1.8(GPa) (i)
1.3≦G’75℃/G’100℃ ≦7.0(ii)
0.08(GPa)≦G’120℃ ≦0.8(GPa) (iii)
より好ましくは、130℃/2時間硬化後の75℃、100℃、120℃における貯蔵弾性率G’75℃、G’100℃、G’120℃が、下記式(i’)〜(iii’)の関係にあることが好ましい。
1.3 (GPa) ≦ G ′ 75 ° C. ≦ 1.8 (GPa) (i)
1.3 ≦ G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. ≦ 7.0 (ii)
0.08 (GPa) ≦ G ′ 120 ° C. ≦ 0.8 (GPa) (iii)
More preferably, storage elastic moduli G ′ 75 ° C. , G ′ 100 ° C. , G ′ 120 ° C. at 75 ° C., 100 ° C., 120 ° C. after curing at 130 ° C./2 hours are represented by the following formulas (i ′) to (iii ′): ) Is preferable.
1.4(GPa)≦G’75℃ ≦1.6(GPa) (i’)
1.4≦G’75℃/G’100℃ ≦6.0 (ii’)
0.12(GPa)≦G’120℃ ≦0.6(GPa) (iii’)
かかる130℃/2時間硬化後とは、プリプレグの典型的な成形条件である、常温より1.5℃/分で昇温した後、130℃で2時間加熱硬化し、常温まで3℃/分で降温して得られる樹脂硬化物の状態を指す。
1.4 (GPa) ≦ G ′ 75 ° C. ≦ 1.6 (GPa) (i ′)
1.4 ≦ G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. ≦ 6.0 (ii ′)
0.12 (GPa) ≦ G ′ 120 ° C. ≦ 0.6 (GPa) (iii ′)
After curing at 130 ° C./2 hours is a typical molding condition of a prepreg, the temperature is raised from room temperature at 1.5 ° C./minute, and then heated and cured at 130 ° C. for 2 hours to reach room temperature at 3 ° C./minute. Refers to the state of the cured resin obtained by lowering the temperature.
また、本発明における貯蔵弾性率(G’)は、例えばARES(TAインスツルメンツ社製)といった動的粘弾性測定装置を用い、昇温速度5℃/分、周波数1Hz、歪み量0.1%の測定条件にて得られるものである。 In addition, the storage elastic modulus (G ′) in the present invention is a dynamic viscoelasticity measuring device such as ARES (manufactured by TA Instruments), for example, with a heating rate of 5 ° C./min, a frequency of 1 Hz, and a strain amount of 0.1%. It is obtained under measurement conditions.
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料は、夏場の炎天下等、かなり高い温度領域で使用、保管する場合があり、その際にも十分な静的強度特性を確保するために、G’75℃はある一定レベル以上であることが好ましい。一方で、かかる繊維強化複合材料の加工工程において、[A]リッチ相がゴム状態であることで十分な耐クラック性を発現できることから、G’100℃はG’75℃対比、ある一定レベル以下であることが好ましい。さらに、かかる繊維強化複合材料は、成形後の脱型作業の際、反りや変形を生じないよう、G’120℃はある一定レベル以上であることが好ましい。 The fiber reinforced composite material using the epoxy resin composition of the present invention may be used and stored in a considerably high temperature range such as under the hot sun in the summer, and in that case, in order to ensure sufficient static strength characteristics, G ′ 75 ° C. is preferably a certain level or higher. On the other hand, in the processing step of such a fiber reinforced composite material, [A] since the rich phase is in a rubber state, sufficient crack resistance can be expressed, so G ′ 100 ° C. is less than a certain level compared to G ′ 75 ° C. It is preferable that Furthermore, it is preferable that G ′ 120 ° C. is not less than a certain level so that the fiber-reinforced composite material does not warp or deform during the demolding operation after molding.
上記式(i)〜(iii)、好ましくは上記式(i’)〜(iii’)をいずれも満たすよう、本発明のエポキシ樹脂硬化物のG’−温度曲線は、図1に示す形状をとることが理想的である。この理想的なG’−温度曲線は、以下のような機構で実現できる。75℃においては[A]リッチ相、[B]リッチ相ともガラス状態であることで十分に高いG’を保持し、また75℃から100℃の温度領域では[A]リッチ相のガラス転移が起こることでG’が所定のレベルまで低下する。さらに、100℃から120℃の温度領域では[B]リッチ相がガラス状態を保持することで120℃におけるG’の大幅な低下を回避し、120℃を超える温度領域で[B]リッチ相がガラス転移を迎えることで、初めてG’が大幅に低下するという機構である。 The G′-temperature curve of the cured epoxy resin of the present invention has the shape shown in FIG. 1 so that the above formulas (i) to (iii), preferably the above formulas (i ′) to (iii ′) are all satisfied. Ideal to take. This ideal G′-temperature curve can be realized by the following mechanism. At 75 ° C., the [A] rich phase and the [B] rich phase both have a sufficiently high G ′ because they are in the glass state, and in the temperature range of 75 ° C. to 100 ° C., the glass transition of the [A] rich phase occurs. As a result, G ′ drops to a predetermined level. Furthermore, in the temperature range from 100 ° C. to 120 ° C., the [B] rich phase maintains the glass state, thereby avoiding a significant decrease in G ′ at 120 ° C., and in the temperature range exceeding 120 ° C., the [B] rich phase It is a mechanism that G ′ is greatly lowered for the first time by entering the glass transition.
エポキシ樹脂組成物のG’75℃が1.3GPa以上であることにより、それを用いて得られる繊維強化複合材料の静的強度特性を十分に確保することができる。一方、エポキシ樹脂組成物のG’75℃が1.8GPa以下であることにより、その樹脂硬化物の靭性を確保でき、それを用いて得られる繊維強化複合材料の耐衝撃性を十分に確保することができる。また、エポキシ樹脂組成物のG’75℃/G’100℃が1.3以上であることにより、それを用いた繊維強化複合材料の耐クラック性を十分に発現できる。一方、エポキシ樹脂組成物のG’75℃/G’100℃が7.0以下であることにより、繊維強化複合材料成形後の脱型作業の際、反りや変形を回避できる。また、エポキシ樹脂組成物のG’120℃が0.08以上であることにより、繊維強化複合材料成形後の脱型作業の際、反りや変形を回避できる。一方、エポキシ樹脂組成物のG’120℃が0.8以下であることにより、その樹脂硬化物の靭性を確保でき、それを用いた繊維強化複合材料の耐衝撃性を十分に確保することができる。 When the G ′ 75 ° C. of the epoxy resin composition is 1.3 GPa or more, the static strength characteristics of the fiber-reinforced composite material obtained using the epoxy resin composition can be sufficiently ensured. On the other hand, when the G ′ 75 ° C. of the epoxy resin composition is 1.8 GPa or less, the toughness of the cured resin can be ensured, and the impact resistance of the fiber-reinforced composite material obtained using the resin can be sufficiently ensured. be able to. In addition, by G '75 ℃ / G' 100 ℃ epoxy resin composition is 1.3 or more, can be well expressed crack resistance of the fiber-reinforced composite material using the same. On the other hand, when G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. of the epoxy resin composition is 7.0 or less, warping and deformation can be avoided during the demolding operation after molding the fiber-reinforced composite material. Further, when G ′ 120 ° C. of the epoxy resin composition is 0.08 or more, it is possible to avoid warping and deformation at the time of demolding after molding of the fiber-reinforced composite material. On the other hand, when the G ′ 120 ° C. of the epoxy resin composition is 0.8 or less, the toughness of the cured resin can be secured, and the impact resistance of the fiber-reinforced composite material using the resin can be sufficiently secured. it can.
本発明のエポキシ樹脂硬化物は、高温環境に曝される加工工程において繊維強化複合材料内部へのクラック等の発生を回避できる意味で、90℃での樹脂靱性が550J/m2以上であることが好ましく、600J/m2以上であることがより好ましい。なお、ここで説明される樹脂靭性とは、ASTM D5045(1999)に従って得られたエネルギー解放率GIC のことを指している。 The cured epoxy resin of the present invention has a resin toughness at 90 ° C. of 550 J / m 2 or more in the sense that it can avoid the occurrence of cracks and the like in the fiber reinforced composite material in a processing step exposed to a high temperature environment. Is more preferable, and 600 J / m 2 or more is more preferable. In addition, the resin toughness described here refers to the energy release rate G IC obtained according to ASTM D5045 (1999).
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には粘弾性を制御しプリプレグのタックやドレープ特性を改良したり、繊維強化複合材料の耐衝撃性などの力学特性を改良するため、[F]エポキシ樹脂に可溶性の熱可塑性樹脂を、(6)式を満たす範囲内、すなわち全エポキシ樹脂100質量部に対して1〜10質量部の配合量で添加することが好ましい。
0.01 ≦F/(A+B+C+E)≦0.1 (6)
中でも、樹脂と強化繊維との接着性改善効果が期待できる水素結合性の官能基を有する熱可塑性樹脂がより好ましく用いられる。水素結合性官能基としては、アルコール性水酸基、アミド結合、スルホニル基などを挙げることができる。
In addition, the epoxy resin composition of the present invention has [F] epoxy resin in order to control viscoelasticity and improve tack and drape characteristics of prepreg, and to improve mechanical properties such as impact resistance of fiber reinforced composite materials. It is preferable to add the soluble thermoplastic resin in a range satisfying the formula (6), that is, in a blending amount of 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin.
0.01 ≦ F / (A + B + C + E) ≦ 0.1 (6)
Among these, a thermoplastic resin having a hydrogen bonding functional group that can be expected to improve the adhesion between the resin and the reinforcing fiber is more preferably used. Examples of the hydrogen bonding functional group include an alcoholic hydroxyl group, an amide bond, and a sulfonyl group.
アルコール性水酸基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリビニルホルマールやポリビニルブチラールなどのポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール、フェノキシ樹脂、アミド結合を有する熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルピロリドン、スルホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルスルホン等のポリスルホンを挙げることができる。ポリアミド、ポリイミドおよびポリスルホンは主鎖にエーテル結合、カルボニル基などの官能基を有してもよい。ポリアミドは、アミド基の窒素原子に置換基を有してもよい。 Examples of the thermoplastic resin having an alcoholic hydroxyl group include polyvinyl acetal resins such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, phenoxy resin, and thermoplastic resins having an amide bond such as polyamide, polyimide, polyvinyl pyrrolidone, and heat having a sulfonyl group. Examples of the plastic resin include polysulfone such as polyethersulfone. Polyamide, polyimide and polysulfone may have a functional group such as an ether bond and a carbonyl group in the main chain. The polyamide may have a substituent on the nitrogen atom of the amide group.
特に、ポリビニルホルマールとポリエーテルスルホンは、エポキシ樹脂との相溶性に優れ、[A]と[B]の間で適正なサイズの相分離構造を確保しつつ配合できることから好適に使用できる。ポリビニルホルマールの市販品として、“デンカホルマール(登録商標)”(電気化学工業株式会社製)、“ビニレック(登録商標)”(チッソ(株)製)などが挙げられる。また、ポリエーテルスルホンの市販品として、“スミカエクセル(登録商標)”PES5200P、“スミカエクセル(登録商標)”PES4700P、“スミカエクセル(登録商標)”PES3600P、“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P(以上、住友化学(株)製)などが挙げられる。 In particular, polyvinyl formal and polyethersulfone can be suitably used because they are excellent in compatibility with the epoxy resin and can be blended while ensuring a phase separation structure of an appropriate size between [A] and [B]. Examples of commercially available polyvinyl formal include “Denka Formal (registered trademark)” (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and “Vinylec (registered trademark)” (manufactured by Chisso Corporation). Also, commercially available polyethersulfone products are “Sumika Excel (registered trademark)” PES5200P, “Sumika Excel (registered trademark)” PES4700P, “Sumika Excel (registered trademark)” PES3600P, “Sumika Excel (registered trademark)” PES5003P ( As mentioned above, Sumitomo Chemical Co., Ltd.) etc. are mentioned.
エポキシ樹脂に可溶で、水素結合性官能基を有する熱可塑性樹脂の市販品としては、ポリビニルアセタール樹脂として、デンカブチラールおよび“デンカホルマール(登録商標)”(電気化学工業株式会社製)、“ビニレック(登録商標)”(チッソ(株)製)、フェノキシ樹脂として、“UCAR(登録商標)”PKHP(ユニオンカーバイド社製)、ポリアミド樹脂として“マクロメルト(登録商標)”(ヘンケル白水株式会社製)、“アミラン(登録商標)”CM4000(東レ株式会社製)、ポリイミドとして“ウルテム(登録商標)”(ジェネラル・エレクトリックス社製)、“Matrimid(登録商標)”5218(チバ社製)、ポリスルホンとして“Victrex(登録商標)”(三井化学株式会社製)、“UDEL(登録商標)”(ユニオンカーバイド社製)、ポリビニルピロリドンとして、“ルビスコール(登録商標)”(ビーエーエスエフジャパン(株)製)を挙げることができる。 Commercially available thermoplastic resins that are soluble in epoxy resins and have hydrogen-bonding functional groups include polyvinyl acetal resins such as Denkabutyral and “Denka Formal (registered trademark)” (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), “Vinylec” (Registered trademark) "(manufactured by Chisso Corporation)," UCAR (registered trademark) "PKHP (manufactured by Union Carbide) as the phenoxy resin, and" Macromelt (registered trademark) "(manufactured by Henkel Hakusui Co., Ltd.) as the polyamide resin “Amilan (registered trademark)” CM4000 (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Ultem (registered trademark)” (manufactured by General Electrics) as polyimide, “Matrimid (registered trademark)” 5218 (manufactured by Ciba), and polysulfone “Victrex (registered trademark)” (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), “UDEL ( Recorded trademark) "(manufactured by Union Carbide Corporation), as polyvinylpyrrolidone," Luviskol (registered trademark) "(BASF Japan Ltd. can be exemplified, Ltd.).
また、アクリル系樹脂はエポキシ樹脂との相溶性が高く、粘弾性制御のために好適に用いられる。アクリル樹脂の市販品としては、“ダイヤナール(登録商標)”BRシリーズ(三菱レイヨン(株)製)、“マツモトマイクロスフェアー(登録商標)”M,M100,M500(松本油脂製薬(株)製)などを挙げることができる。 In addition, the acrylic resin has high compatibility with the epoxy resin, and is preferably used for controlling the viscoelasticity. Commercially available acrylic resins include “Dynar (registered trademark)” BR series (Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), “Matsumoto Microsphere (registered trademark)” M, M100, M500 (Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.) ) And the like.
本発明のエポキシ樹脂組成物の調製には、ニーダー、プラネタリーミキサー、3本ロールおよび2軸押出機などが好ましく用いられる。エポキシ樹脂成分を投入、混練後、撹拌しながらエポキシ樹脂混合物の温度を130〜180℃の任意の温度まで上昇させ、硬化剤と硬化触媒以外の残りの成分をエポキシ樹脂混合物に溶解もしくは分散させる。その後、撹拌しながら好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下の温度まで下げて硬化剤ならびに硬化触媒を添加し混練、分散させる。この方法は、保存安定性に優れるエポキシ樹脂組成物を得ることができるため好ましく用いられる。 For preparing the epoxy resin composition of the present invention, a kneader, a planetary mixer, a three-roll extruder, a twin-screw extruder, or the like is preferably used. After the epoxy resin component is added and kneaded, the temperature of the epoxy resin mixture is raised to an arbitrary temperature of 130 to 180 ° C. while stirring, and the remaining components other than the curing agent and the curing catalyst are dissolved or dispersed in the epoxy resin mixture. Thereafter, while stirring, the temperature is preferably lowered to 100 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower, and a curing agent and a curing catalyst are added and kneaded and dispersed. This method is preferably used because an epoxy resin composition having excellent storage stability can be obtained.
上記本発明のエポキシ樹脂組成物は、これを硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物、これをマトリックスとする繊維強化複合材料用プリプレグおよびその硬化物、並びに、エポキシ樹脂硬化物と強化繊維基材を組み合わせてなる強化繊維複合材料などとして利用し得る。 The epoxy resin composition of the present invention comprises a cured epoxy resin obtained by curing the epoxy resin composition, a prepreg for a fiber reinforced composite material using the cured epoxy resin and a cured product thereof, and a cured epoxy resin and a reinforced fiber substrate. It can be used as a reinforced fiber composite material combined.
本発明のエポキシ樹脂組成物をプリプレグのマトリックス樹脂として用いる場合、タックやドレープなどのプロセス性の観点から、80℃における粘度が0.1〜200Pa・sであることが好ましく、より好ましくは0.5〜100Pa・s、さらに好ましくは1〜50Pa・sの範囲にあることが望ましい。80℃における粘度が0.1Pa・s以上であることにより、プリプレグの形状を保持でき、また成形時の樹脂フローが起こりにくく、強化繊維含有量にばらつきを生じることが少なくなる。80℃における粘度が200Pa・s以下であることにより、エポキシ樹脂組成物のフィルム化工程でかすれを抑制し、強化繊維への含浸性に優れるものになる。 When the epoxy resin composition of the present invention is used as a prepreg matrix resin, the viscosity at 80 ° C. is preferably from 0.1 to 200 Pa · s, more preferably from the viewpoint of processability such as tack and drape. It is desirable to be in the range of 5 to 100 Pa · s, more preferably 1 to 50 Pa · s. When the viscosity at 80 ° C. is 0.1 Pa · s or more, the shape of the prepreg can be maintained, the resin flow during molding hardly occurs, and variations in the reinforcing fiber content are reduced. When the viscosity at 80 ° C. is 200 Pa · s or less, fading is suppressed in the film-forming step of the epoxy resin composition, and the impregnation property to the reinforcing fibers is excellent.
ここでいう粘度は、例えばARES(TAインスツルメンツ社製)といった動的粘弾性測定装置を用い、直径40mmのパラレルプレートを用い、昇温速度2℃/分、周波数0.5Hz、Gap1mmの測定条件により得られた複素粘性率η*のことを指している。 Viscosity here refers to, for example, a dynamic viscoelasticity measuring device such as ARES (manufactured by TA Instruments), using a parallel plate with a diameter of 40 mm, and according to measurement conditions of a heating rate of 2 ° C./min, a frequency of 0.5 Hz, and a gap of 1 mm. It refers to the obtained complex viscosity η * .
本発明のエポキシ樹脂組成物から、硬化物を得るための硬化温度や硬化時間は特に限定されず、配合する硬化剤や触媒に応じて、コストや生産性、また得られる硬化物の力学特性、耐熱性、品位等の観点から適宜選択できる。例えば、ジシアンジアミドとDCMUを組み合わせた硬化剤系では、130℃程度の温度で2時間程度硬化させるのが好適である。 From the epoxy resin composition of the present invention, the curing temperature and curing time for obtaining a cured product are not particularly limited, depending on the curing agent and catalyst to be blended, cost and productivity, mechanical properties of the resulting cured product, It can be appropriately selected from the viewpoints of heat resistance, quality and the like. For example, in a curing agent system in which dicyandiamide and DCMU are combined, it is preferable to cure at a temperature of about 130 ° C. for about 2 hours.
ここで、硬化物の樹脂曲げ弾性率測定は、次のようにして得たサンプルを用い、万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げにより測定し、サンプル数n=5の平均値として得るものとする。硬化物の樹脂曲げ弾性率測定サンプルは、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所定の硬化条件で硬化させることでボイドのない板状硬化物を得、これをダイヤモンドカッターにより幅10mm、長さ60mmに切り出す。 Here, the resin bending elastic modulus of the cured product is measured using a sample obtained as follows, using a universal testing machine (Instron), the span length is 32 mm, and the crosshead speed is 2.5 mm. / Min., Measured by 3-point bending according to JIS K7171 (1994), and obtained as an average value of the number of samples n = 5. A sample for measuring the resin flexural modulus of the cured product was obtained by defoaming an uncured epoxy resin composition in a vacuum and in a mold set to a thickness of 2 mm by a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. The plate-like cured product without voids is obtained by curing under the predetermined curing conditions, and this is cut into a width of 10 mm and a length of 60 mm with a diamond cutter.
また、硬化物の樹脂靭性測定は、次のようにして得たサンプルを用い、万能試験機(インストロン社製)を用い、ASTM D5045(1999)に従って測定し、サンプル数n=5の平均値として得るものとする。硬化物の樹脂靭性測定サンプルは、未硬化のエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、6mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み6mmになるように設定したモールド中で所定の硬化条件で硬化させることでボイドのない板状硬化物を得、これをダイヤモンドカッターにより幅12.7mm、長さ150mmに切り出し、幅方向の片端から5〜7mmの予亀裂を導入して作製した。試験片への初期の予亀裂の導入は、液体窒素温度まで冷やした剃刀の刃を試験片にあてハンマーで剃刀に衝撃を加えることで行った。 Moreover, the resin toughness measurement of hardened | cured material was measured according to ASTM D5045 (1999) using the universal tester (made by Instron) using the sample obtained as follows, and the average value of the number of samples n = 5 Shall be obtained as The resin toughness measurement sample of the cured product is predetermined in a mold set to a thickness of 6 mm with a 6 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer after defoaming the uncured epoxy resin composition in vacuum. A plate-like cured product without voids is obtained by curing under the curing conditions described above, and this is cut into a width of 12.7 mm and a length of 150 mm with a diamond cutter, and a pre-crack of 5 to 7 mm is introduced from one end in the width direction. did. The initial precrack was introduced into the test piece by applying a razor blade cooled to liquid nitrogen temperature to the test piece and applying an impact to the razor with a hammer.
本発明に用いられる強化繊維は特に限定されるものではなく、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維等が用いられる。これらの繊維を2種以上混合して用いても構わない。この中で、軽量かつ高剛性な繊維強化複合材料が得られる炭素繊維を用いることが好ましい。中でも、引張弾性率が100〜900GPaの炭素繊維が好ましく、より好ましくは200〜800GPaの炭素繊維であることが望ましい。 The reinforcing fiber used in the present invention is not particularly limited, and glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, boron fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber and the like are used. Two or more of these fibers may be mixed and used. Among these, it is preferable to use carbon fibers from which a lightweight and highly rigid fiber-reinforced composite material can be obtained. Among these, carbon fibers having a tensile modulus of 100 to 900 GPa are preferable, and carbon fibers having a tensile modulus of 200 to 800 GPa are more preferable.
このような高弾性率の炭素繊維を本発明のエポキシ樹脂組成物と組み合わせた場合に、本発明の効果が特に顕著に現れる傾向がある。 When such a high elastic modulus carbon fiber is combined with the epoxy resin composition of the present invention, the effects of the present invention tend to be particularly prominent.
強化繊維の形態は特に限定されるものではなく、たとえば、一方向に引き揃えた長繊維、トウ、織物、マット、ニット、組み紐、10mm未満の長さにチョップした短繊維などが用いられる。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のことをさす。また、短繊維とは10mm未満の長さに切断された繊維束である。また、特に、比強度、比弾性率が高いことを要求される用途には強化繊維束が単一方向に引き揃えられた配列が最も適しているが、取り扱いの容易なクロス(織物)状の配列も本発明には適している。 The form of the reinforcing fiber is not particularly limited, and for example, a long fiber aligned in one direction, a tow, a woven fabric, a mat, a knit, a braid, a short fiber chopped to a length of less than 10 mm, and the like are used. As used herein, long fibers refer to single fibers or fiber bundles that are substantially continuous for 10 mm or more. A short fiber is a fiber bundle cut to a length of less than 10 mm. In particular, an array in which reinforcing fiber bundles are aligned in a single direction is most suitable for applications that require a high specific strength and specific elastic modulus. Arrangements are also suitable for the present invention.
本発明のプリプレグは、前記本発明のエポキシ樹脂組成物を繊維基材に含浸させてなるものである。含浸させる方法としてはエポキシ樹脂組成物をメチルエチルケトン、メタノール等の溶媒に溶解して低粘度化し、含浸させるウェット法と、加熱により低粘度化し、含浸させるホットメルト法(ドライ法)等を挙げることができる。 The prepreg of the present invention is obtained by impregnating a fiber base material with the epoxy resin composition of the present invention. Examples of the impregnation method include a wet method in which the epoxy resin composition is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone and methanol to lower the viscosity and impregnation, and a hot melt method (dry method) in which the viscosity is reduced by heating and impregnation. it can.
ウェット法は、強化繊維をエポキシ樹脂組成物の溶液に浸漬した後、引き上げ、オーブン等を用いて溶媒を蒸発させる方法であり、ホットメルト法は、加熱により低粘度化したエポキシ樹脂組成物を直接強化繊維に含浸させる方法、又は一旦エポキシ樹脂組成物を離型紙等の上にコーティングしたフィルムを作製しておき、次いで強化繊維の両側又は片側から前記フィルムを重ね、加熱加圧することにより強化繊維に樹脂を含浸させる方法である。ホットメルト法によれば、プリプレグ中に残留する溶媒が実質上皆無となるため好ましい。 The wet method is a method in which the reinforcing fiber is immersed in a solution of the epoxy resin composition and then lifted and the solvent is evaporated using an oven or the like. The hot melt method directly applies the epoxy resin composition whose viscosity has been reduced by heating. A method of impregnating reinforcing fibers, or a film in which an epoxy resin composition is once coated on a release paper or the like is prepared, and then the films are laminated from both sides or one side of the reinforcing fibers and heated and pressed to form reinforcing fibers. This is a method of impregnating a resin. The hot melt method is preferable because substantially no solvent remains in the prepreg.
プリプレグは、単位面積あたりの強化繊維量が70〜200g/m2であることが好ましい。かかる強化繊維量が70g/m2以上であることにより、繊維強化複合材料成形の際に所定の厚みを得るために積層枚数を多くする必要がなくなり、作業が簡易になる。一方で、強化繊維量が200g/m2以下であることにより、プリプレグのドレープ性が向上する傾向にある。また、繊維質量含有率は、好ましくは60〜90質量%であり、通常は65〜85質量%の範囲で使用される。繊維質量含有率が60質量%以上では、樹脂の比率が好ましく、比強度と比弾性率に優れる繊維強化複合材料の利点が得られ、繊維強化複合材料の成形の際、硬化時の発熱量が抑制できる。また、繊維質量含有率が90質量%以下では、樹脂の含浸性が向上し、得られる複合材料はボイドの少ないものとなる。 The prepreg preferably has a reinforcing fiber amount of 70 to 200 g / m 2 per unit area. When the amount of the reinforcing fibers is 70 g / m 2 or more, it is not necessary to increase the number of laminated layers in order to obtain a predetermined thickness when forming the fiber reinforced composite material, and the operation is simplified. On the other hand, when the amount of reinforcing fibers is 200 g / m 2 or less, the prepreg drapability tends to be improved. The fiber mass content is preferably 60 to 90% by mass, and is usually used in the range of 65 to 85% by mass. When the fiber mass content is 60% by mass or more, the ratio of the resin is preferable, and the advantages of the fiber reinforced composite material having excellent specific strength and specific modulus can be obtained. Can be suppressed. In addition, when the fiber mass content is 90% by mass or less, the impregnation property of the resin is improved, and the obtained composite material has few voids.
プリプレグを賦形および/または積層後、賦形物および/または積層物に圧力を付与しながら樹脂を加熱硬化させる方法等により、本発明にかかる複合材料が作製される。 After shaping and / or laminating the prepreg, the composite material according to the present invention is produced by a method of heat-curing the resin while applying pressure to the shaped product and / or laminate.
ここで熱及び圧力を付与する方法には、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、内圧成形法等を適宜使用することができる。 As a method for applying heat and pressure, a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, or the like can be appropriately used.
オートクレーブ成形法は、所定の形状のツール版にプリプレグを積層して、バッギングフィルムで覆い、積層物内を脱気しながら加圧、加熱硬化させる方法であり、繊維配向が精密に制御でき、またボイドの発生が少ないため、力学特性に優れ、また高品位な成形体が得られる。 The autoclave molding method is a method of laminating a prepreg on a tool plate of a predetermined shape, covering with a bagging film, pressurizing and heat-curing while degassing the inside of the laminate, and the fiber orientation can be precisely controlled, Further, since the generation of voids is small, a molded article having excellent mechanical properties and high quality can be obtained.
ラッピングテープ法は、マンドレル等の芯金にプリプレグを捲回して、繊維強化複合材料製の管状体を成形する方法であり、ゴルフシャフト、釣り竿等の棒状体を作製する際に好適な方法である。より具体的には、マンドレルにプリプレグを捲回し、プリプレグの固定及び圧力付与のため、プリプレグの外側に熱可塑性フィルムからなるラッピングテープを捲回し、オーブン中で樹脂を加熱硬化させた後、芯金を抜き取って管状体を得る方法である。 The wrapping tape method is a method of winding a prepreg around a mandrel or other core metal to form a tubular body made of a fiber-reinforced composite material, and is a method suitable for producing a rod-shaped body such as a golf shaft or fishing rod. . More specifically, a prepreg is wound around a mandrel, a wrapping tape made of a thermoplastic film is wound around the outside of the prepreg for fixing and applying pressure, and the resin is heated and cured in an oven, and then a cored bar. This is a method for extracting a tube to obtain a tubular body.
また、内圧成型法は、熱可塑性樹脂製のチューブ等の内圧付与体にプリプレグを捲回したプリフォームを金型中にセットし、次いで内圧付与体に高圧の気体を導入して圧力を付与すると同時に金型を加熱せしめ、成形する方法である。本方法は、ゴルフシャフト、バッド、テニスやバドミントン等のラケットの如き複雑な形状物を成形する際に好ましく用いられる。 Also, the internal pressure molding method is to set a preform in which a prepreg is wound on an internal pressure applying body such as a tube made of a thermoplastic resin in a mold, and then introduce a high pressure gas into the internal pressure applying body to apply pressure. At the same time, the mold is heated and molded. This method is preferably used when molding a complicated shape such as a golf shaft, a bad, a racket such as tennis or badminton.
本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物をマトリックス樹脂として用いた繊維強化複合材料は、スポーツ用途、一般産業用途および航空宇宙用途に好適に用いられる。より具体的には、スポーツ用途では、ゴルフシャフト、釣り竿、テニスやバドミントンのラケット用途、ホッケー等のスティック用途、およびスキーポール用途に好適に用いられる。さらに一般産業用途では、自動車、船舶および鉄道車両等の移動体の構造材、ドライブシャフト、板バネ、風車ブレード、圧力容器、フライホイール、製紙用ローラ、屋根材、ケーブル、および補修補強材料等に好適に用いられる。航空宇宙用途では、主翼、尾翼およびフロアビーム等の航空機一次構造材用途、フラップ、エルロン、カウル、フェアリングおよび内装材等の二次構造材用途、ロケットモーターケースおよび人工衛星構造材用途等に好適に用いられる。 The fiber reinforced composite material using the cured product of the epoxy resin composition of the present invention as a matrix resin is suitably used for sports applications, general industrial applications, and aerospace applications. More specifically, in sports applications, it is preferably used for golf shafts, fishing rods, tennis and badminton racket applications, stick applications such as hockey, and ski pole applications. Furthermore, in general industrial applications, it is used as a structural material for moving bodies such as automobiles, ships and railway vehicles, drive shafts, leaf springs, windmill blades, pressure vessels, flywheels, paper rollers, roofing materials, cables, and repair and reinforcement materials. Preferably used. Suitable for aerospace applications such as aircraft primary structural materials such as main wings, tail wings and floor beams, secondary structural materials such as flaps, ailerons, cowls, fairings and interior materials, rocket motor cases and satellite structural materials Used for.
本発明における繊維強化複合材料の静的強度特性とは、衝撃試験や疲労試験等で得られる動的強度特性と対比されるものであり、繊維方向あるいは非繊維方向の圧縮強度、曲げ強度、引張強度等が挙げられる。一般的に、繊維方向の圧縮強度は繊維強化複合材料の破壊要因になりやすいことから、特に十分な強度レベルを有することが求められる。 The static strength characteristics of the fiber reinforced composite material in the present invention are compared with dynamic strength characteristics obtained by impact tests, fatigue tests, and the like, and compressive strength, bending strength, tensile strength in the fiber direction or non-fiber direction. Strength and the like. In general, the compressive strength in the fiber direction tends to be a destructive factor of the fiber reinforced composite material, so that it is particularly required to have a sufficient strength level.
本発明のプリプレグを管状に硬化させてなる繊維強化複合材料製管状体は、ゴルフシャフト、釣り竿などに好適に用いることができる。 The tubular body made of fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg of the present invention into a tubular shape can be suitably used for golf shafts, fishing rods and the like.
以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。各種物性の測定は次の方法によった。なお、これらの物性は、特に断わりのない限り、温度23℃、相対湿度50%の環境で測定した。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Various physical properties were measured by the following methods. These physical properties were measured in an environment at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified.
(1)エポキシ樹脂組成物の調製
ニーダー中に、硬化剤および硬化促進剤以外の成分を所定量加え、混練しつつ、160℃まで昇温し、160℃、1時間混練することで、透明な粘調液を得た。80℃まで混練しつつ降温させた後、硬化剤および硬化促進剤を所定量添加え、混練しエポキシ樹脂組成物を得た。各実施例、比較例の原料配合比は、表1に示す通りである。また得られたエポキシ樹脂組成物における[A]、[B]、[C]、「D」、[E]および[F]の含有量も表1に示す通りである。各表中、EEWはエポキシ当量を示す。
(1) Preparation of epoxy resin composition In a kneader, a predetermined amount of components other than the curing agent and the curing accelerator are added, and while kneading, the temperature is increased to 160 ° C. A viscous liquid was obtained. After the temperature was lowered while kneading to 80 ° C., a predetermined amount of a curing agent and a curing accelerator were added and kneaded to obtain an epoxy resin composition. The raw material compounding ratios of the examples and comparative examples are as shown in Table 1. Further, the contents of [A], [B], [C], “D”, [E] and [F] in the obtained epoxy resin composition are as shown in Table 1. In each table, EEW represents an epoxy equivalent.
各エポキシ樹脂組成物を調製するために用いた各原料のエポキシ当量、平均エポキシ基数等は以下に示す通りである。 The epoxy equivalent, the average number of epoxy groups, etc. of each raw material used for preparing each epoxy resin composition are as shown below.
<エポキシ樹脂([A])>
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”4007P、エポキシ当量:2270、三菱化学(株)製)
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”4010P、エポキシ当量:4400、三菱化学(株)製)。
<Epoxy resin ([A])>
-Bisphenol F type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 4007P, epoxy equivalent: 2270, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
-Bisphenol F type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 4010P, epoxy equivalent: 4400, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
<エポキシ樹脂([B])>
・トリグリシジル−m−アミノフェノール(“スミエポキシ(登録商標)”ELM120、エポキシ当量:118、3官能、住友化学工業(株)製)
・トリグリシジル−p−アミノフェノール(“アラルダイド(登録商標)”MY0510、エポキシ当量:101、3官能、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)
・テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(“スミエポキシ(登録商標)”ELM434、住友化学工業(株)製、エポキシ当量:125)
<エポキシ樹脂([C])>
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“エピクロン(登録商標)”830、エポキシ当量:170、DIC(株)製)
<その他のエポキシ樹脂([E])>
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”828、エポキシ当量:189、2官能、三菱化学(株)製)
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”834、エポキシ当量:250、2官能、三菱化学(株)製)
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“エポトート(登録商標)”YDF2001、エポキシ当量:475、2官能、東都化成(株)製)
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”1009、エポキシ当量:2850、2官能、三菱化学(株)製)
<硬化剤([D])>
・ジシアンジアミド(硬化剤、DICY−7、三菱化学(株)製)。
<Epoxy resin ([B])>
Triglycidyl-m-aminophenol ("Sumiepoxy (registered trademark)" ELM120, epoxy equivalent: 118, trifunctional, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
Triglycidyl-p-aminophenol (“Araldide (registered trademark)” MY0510, epoxy equivalent: 101, trifunctional, manufactured by Huntsman Advanced Materials)
Tetraglycidyl diaminodiphenyl methane (“Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., epoxy equivalent: 125)
<Epoxy resin ([C])>
・ Bisphenol F type epoxy resin ("Epiclon (registered trademark)" 830, epoxy equivalent: 170, manufactured by DIC Corporation)
<Other epoxy resins ([E])>
-Bisphenol A type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 828, epoxy equivalent: 189, bifunctional, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
-Bisphenol A type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 834, epoxy equivalent: 250, bifunctional, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
-Bisphenol F type epoxy resin ("Epototo (registered trademark)" YDF2001, epoxy equivalent: 475, bifunctional, manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.)
-Bisphenol A type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 1009, epoxy equivalent: 2850, bifunctional, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
<Curing agent ([D])>
Dicyandiamide (curing agent, DICY-7, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
<その他の成分([F]ほか)>
・“ビニレック(登録商標)” PVF−K(ポリビニルホルマール)、チッソ(株)製)
・DCMU99(3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア、硬化促進剤、保土ヶ谷化学工業(株)製)。
<Other ingredients ([F] and others)>
・ "Vinylec (registered trademark)" PVF-K (polyvinyl formal), manufactured by Chisso Corporation)
DCMU99 (3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea, curing accelerator, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.)
(2)エポキシ樹脂の数平均分子量測定
エポキシ樹脂をTHFに、濃度0.1mg/mlで溶解させ、HLC−8220GPC(東ソー株式会社製)、検出器としてUV−8000(254nm)を用いて、ポリスチレン標準サンプルを用いて、相対分子量測定を行った。カラムにはTSK−G4000H(東ソー株式会社製)を用い、流速1.0ml/min、温度40℃にて測定した。面積比から含まれるエポキシ樹脂分子量の質量比を算出した。
(2) Number average molecular weight measurement of epoxy resin An epoxy resin is dissolved in THF at a concentration of 0.1 mg / ml, polystyrene is obtained using HLC-8220GPC (manufactured by Tosoh Corporation), and UV-8000 (254 nm) as a detector. The relative molecular weight was measured using a standard sample. TSK-G4000H (manufactured by Tosoh Corporation) was used for the column, and measurement was performed at a flow rate of 1.0 ml / min and a temperature of 40 ° C. The mass ratio of the molecular weight of the epoxy resin contained was calculated from the area ratio.
(3)エポキシ樹脂組成物の粘度測定
エポキシ樹脂組成物の粘度は、動的粘弾性測定装置ARES(TAインスツルメンツ社製)を用い、直径40mmのパラレルプレートを用い、昇温速度2℃/minで単純昇温し、周波数0.5Hz、Gap1mmの測定条件で得られた、複素粘性率(η*)の80℃における値を採用した。
(3) Viscosity measurement of epoxy resin composition The viscosity of the epoxy resin composition was measured using a dynamic viscoelasticity measuring device ARES (manufactured by TA Instruments), a parallel plate having a diameter of 40 mm, and a temperature increase rate of 2 ° C / min. The temperature was simply raised, and the value at 80 ° C. of the complex viscosity (η * ) obtained under the measurement conditions of a frequency of 0.5 Hz and a gap of 1 mm was adopted.
(4)エポキシ樹脂硬化物の曲げ弾性率
未硬化の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、130℃の温度で2時間硬化させ、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、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、曲げ弾性率を得た。サンプル数n=5とし、その平均値で比較した。
(4) Flexural modulus of cured epoxy resin After defoaming the uncured resin composition in a vacuum, 130 mm in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick Teflon (registered trademark) spacer. It was cured at a temperature of 0 ° C. for 2 hours to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. From this cured resin, a test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out, an Instron universal tester (Instron) was used, the span length was 32 mm, and the crosshead speed was 2.5 mm / min. Three-point bending was performed according to JIS K7171 (1994) to obtain a flexural modulus. The number of samples was set to n = 5, and the average value was compared.
(5)エポキシ樹脂硬化物の貯蔵弾性率(G’)の測定
上記(4)で得られた2mm厚の樹脂硬化物から、幅10mm、長さ40mmの試験片を切り出し、動的粘弾性測定装置ARES(TAインスツルメンツ社製)を用い、ねじりモードDMA試験を実施した。具体的には、GeometryにTorsion Rectanglerを使用し、昇温速度5℃/分、周波数1Hz、歪み量0.1%の測定条件にて貯蔵弾性率(G’)を測定し、75℃、100℃、120℃におけるG’を抽出した。
(5) Measurement of storage elastic modulus (G ′) of cured epoxy resin A test piece having a width of 10 mm and a length of 40 mm was cut out from the cured resin product having a thickness of 2 mm obtained in (4) above, and dynamic viscoelasticity measurement was performed. A torsional mode DMA test was performed using an apparatus ARES (manufactured by TA Instruments). Specifically, using a Torsion Rectangler for Geometry, the storage elastic modulus (G ′) is measured under the measurement conditions of a temperature rising rate of 5 ° C./min, a frequency of 1 Hz, and a strain amount of 0.1%, and 75 ° C., 100 G ′ at 120 ° C. and 120 ° C. was extracted.
(6)エポキシ樹脂硬化物の靱性(GIC)の測定
未硬化のエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、6mm厚のテフロン(登録商標)製スペーサーにより厚み6mmになるように設定したモールド中で特に断らない限り、130℃の温度で2時間硬化させ、厚さ6mmの樹脂硬化物を得た。この樹脂硬化物を12.7×150mmでカットし、試験片を得た。インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、ASTM D5045(1999)に従って、試験片の加工および3点曲げ試験をおこなった。試験片への初期の予亀裂の導入は、液体窒素温度まで冷やした剃刀の刃を試験片にあてハンマーで剃刀に衝撃を加えることで行った。応力拡大係数KICを測定し、この値と、別に樹脂硬化物の引張試験により求めた引張弾性率Eとポアソン比νから次式によりエネルギー解放率GICを求めた。測定数はn=5とし、その平均値を採用した。
GIC=(1−ν 2)KIC 2/E
ここで樹脂硬化物の引張試験は厚さ2±0.1mmの樹脂硬化物の板から幅10±0.1mm 、長さ100±0.1cmの試験片について、歪みゲージで歪み量を定量化する方法で引張測定を行い、引張弾性率Eとポアソン比νを求めた。
(6) Measurement of toughness (G IC ) of cured epoxy resin The uncured epoxy resin composition was degassed in vacuum, and then set to a thickness of 6 mm using a 6 mm thick Teflon (registered trademark) spacer. Unless otherwise specified in the mold, it was cured at a temperature of 130 ° C. for 2 hours to obtain a cured resin product having a thickness of 6 mm. This cured resin was cut at 12.7 × 150 mm to obtain a test piece. Using an Instron universal testing machine (manufactured by Instron), processing of the test piece and a three-point bending test were performed according to ASTM D5045 (1999). The initial precrack was introduced into the test piece by applying a razor blade cooled to liquid nitrogen temperature to the test piece and applying an impact to the razor with a hammer. The stress intensity factor K IC was measured, and the energy release rate G IC was obtained from this value and the tensile elastic modulus E and Poisson's ratio ν obtained separately by a tensile test of the cured resin, according to the following equation. The number of measurements was n = 5, and the average value was adopted.
G IC = (1−ν 2 ) K IC 2 / E
Here, the tensile test of the cured resin is performed by quantifying the amount of strain with a strain gauge on a test piece having a width of 10 ± 0.1 mm and a length of 100 ± 0.1 cm from a cured resin plate having a thickness of 2 ± 0.1 mm. Tensile measurement was performed by the method described above to determine the tensile modulus E and Poisson's ratio ν.
上記試験を、常温環境下および90℃加熱環境下でそれぞれ実施した。 The above test was performed under a normal temperature environment and a 90 ° C. heating environment.
(7)エポキシ樹脂硬化物の構造周期の測定
上記(4)で得られた樹脂硬化物を染色後、薄切片化し、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて下記の条件で透過電子像を取得した。染色剤は、モルホロジーに十分なコントラストが付くよう、OsO4とRuO4を樹脂組成に応じて使い分けた。
・装置:H−7100透過型電子顕微鏡(日立製作所(株)製)
・加速電圧:100kV
・倍率:10,000倍
これにより、[A]リッチ相と[B]リッチ相の構造周期を観察した。[A]と[B]の種類や比率により、硬化物の相分離構造は、両相連続構造や海島構造を形成するのでそれぞれについて以下のように測定した。表1において、樹脂硬化物の相構造周期は相構造サイズ(μm)欄に示されるとおりである。
(7) Measurement of structural period of cured epoxy resin After the resin cured product obtained in (4) above is dyed, it is sliced and a transmission electron image is obtained under the following conditions using a transmission electron microscope (TEM). did. As the staining agent, OsO 4 and RuO 4 were properly used according to the resin composition so that the morphology was sufficiently contrasted.
Apparatus: H-7100 transmission electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd.)
・ Acceleration voltage: 100 kV
-Magnification: 10,000 times Thereby, the structural period of the [A] rich phase and the [B] rich phase was observed. Depending on the types and ratios of [A] and [B], the phase separation structure of the cured product forms a two-phase continuous structure or a sea-island structure, and was measured as follows. In Table 1, the phase structure period of the resin cured product is as shown in the phase structure size (μm) column.
両相連続構造の場合、顕微鏡写真の上に所定の長さの直線を引き、その直線と相界面の交点を抽出し、隣り合う交点間の距離を測定し、これらの数平均値を構造周期とした。かかる所定の長さとは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定した。構造周期が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上1μmの長さ)3本を選出し、同様にして、相分離構造周期が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上10μmの長さ)3本を選出し、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上100μmの長さ)3本を選出した。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて対応する長さを再度測定し、これを採用した。 In the case of a two-phase continuous structure, a straight line of a predetermined length is drawn on the micrograph, the intersection of the straight line and the phase interface is extracted, the distance between adjacent intersections is measured, and the number average value of these is the structure period It was. The predetermined length was set as follows based on a micrograph. When the structural period is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and a length of 20 mm randomly on the photograph (a length of 1 μm on the sample) ) Select three, and in the same way, if the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), take a photograph at a magnification of 2,000 times, and randomly on the photo When three 20mm lengths (10μm length on the sample) are selected and the phase separation structure period is expected to be on the order of 1μm (1μm or more and less than 10μm), a photograph is taken at a magnification of 200x and random on the photograph 3 pieces having a length of 20 mm (length of 100 μm on the sample) were selected. If the measured phase separation structure period was out of the expected order, the corresponding length was measured again at the magnification corresponding to the corresponding order and adopted.
海島構造の場合、所定の領域内に存在する島相と島相の距離の数平均値を構造周期とした。島相が楕円形、不定形、または、二層以上の円または楕円になっている場合は、島相と島相の最短距離を用いた。かかる所定の領域とは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定した。粒子間距離が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに4mm四方の領域(サンプル上0.2μm四方の領域)3箇所を選出し、同様にして、粒子間距離が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに4mm四方の領域(サンプル上2μm四方の領域)3箇所を選出し、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに4mm四方の領域(サンプル上20μm四方の領域)を選出した。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて対応する領域を再度測定し、これを採用した。 In the case of the sea-island structure, the number average value of the distance between the island phase and the island phase existing in a predetermined region is defined as the structure period. The shortest distance between the island phase and the island phase was used when the island phase was an ellipse, an indeterminate shape, or a circle or ellipse with two or more layers. The predetermined region was set as follows based on a micrograph. When the distance between particles is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and a 4 mm square area on the photograph (0.2 μm on the sample) In the same way, if the distance between the particles is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), the photograph is taken at a magnification of 2,000 times. Randomly select 3 areas of 4 mm square (2 μm square area on the sample), and if the phase separation structure period is expected to be on the order of 1 μm (1 μm or more and less than 10 μm), take a picture at a magnification of 200 times, Then, a 4 mm square area (20 μm square area on the sample) was randomly selected. If the measured phase separation structure period was out of the expected order, the corresponding region was measured again at a magnification corresponding to the corresponding order and adopted.
また、海島構造の場合、所定の領域内に存在する全ての島相の長径を測定し、これらの数平均値を求め、島相の径とした。島相が楕円形、不定形、または、二層以上の円または楕円になっている場合は、最外層の円の直径または楕円の長径を用いた。かかる所定の領域とは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定した。島相の径が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mm四方の領域(サンプル上1.0μm四方の領域)3箇所を選出し、同様にして、島相の径が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mm四方の領域(サンプル上10μm四方の領域)3箇所を選出し、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mm四方の領域(サンプル上100μm四方の領域)を選出した。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて対応する領域を再度測定し、これを採用した。 In the case of the sea-island structure, the major axis of all the island phases existing in a predetermined region was measured, and the number average value of these was obtained as the island phase diameter. When the island phase is an ellipse, an indeterminate shape, or a circle or ellipse of two or more layers, the diameter of the outermost circle or the major axis of the ellipse was used. The predetermined region was set as follows based on a micrograph. When the diameter of the island phase is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and a 20 mm square region (1. Similarly, if the island phase diameter is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), a photograph is taken at a magnification of 2,000 times. If you randomly select 3 areas of 20 mm square (10 μm square area on the sample) and phase separation structure period is expected to be on the order of 1 μm (1 μm or more and less than 10 μm), take a photo at a magnification of 200 times, A 20 mm square area (100 μm square area on the sample) was randomly selected on the photograph. If the measured phase separation structure period was out of the expected order, the corresponding region was measured again at a magnification corresponding to the corresponding order and adopted.
(実施例1)
表1に示す通り、[A]としてjER4007Pを35質量部、[B]としてMY0510を35質量部、[C]としてEpc830を30質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、力学特性は良好であった。
Example 1
As shown in Table 1, 35 parts by mass of jER4007P as [A], 35 parts by mass of MY0510 as [B], 30 parts by mass of Epc830 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and had good mechanical properties.
(実施例2)
表1に示す通り、[A]としてjER4007Pを55質量部、[B]としてMY0510を20質量部、[C]としてEpc830を25質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂組成物は粘度が高めであり、強化繊維への含浸性が懸念されるものの、常温および90℃での樹脂靭性に優れた樹脂硬化物が得られた。
(Example 2)
As shown in Table 1, 55 parts by mass of jER4007P as [A], 20 parts by mass of MY0510 as [B], 25 parts by mass of Epc830 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as the curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. Although the obtained resin composition had a high viscosity and there was concern about the impregnation property to the reinforcing fiber, a cured resin product having excellent resin toughness at room temperature and 90 ° C. was obtained.
(実施例3)
表1に示す通り、[A]としてjER4007Pを20質量部、[B]としてMY0510を55質量部、[C]としてEpc830を25質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、実施例1と比較して、常温および90℃での樹脂靭性はやや低下したが問題ないレベルであった。
(Example 3)
As shown in Table 1, 20 parts by mass of jER4007P as [A], 55 parts by mass of MY0510 as [B], 25 parts by mass of Epc830 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as the curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. Compared with Example 1, the obtained resin cured product was at a level at which there is no problem although the resin toughness at room temperature and 90 ° C. was slightly lowered.
(実施例4)
表1に示す通り、[A]としてjER4007Pを40質量部、[B]としてMY0510を45質量部、[C]としてEpc830を15質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、実施例1と比較して、やや大きな相分離構造周期を形成し、常温の樹脂靭性はやや低下したが、問題ないレベルであった。
Example 4
As shown in Table 1, 40 parts by mass of jER4007P as [A], 45 parts by mass of MY0510 as [B], 15 parts by mass of Epc830 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained cured resin formed a slightly larger phase separation structure period as compared with Example 1, and the resin toughness at room temperature was slightly lowered, but it was at a level with no problem.
(実施例5)
表1に示す通り、[A]としてjER4007Pを25質量部、[B]としてMY0510を30質量部、[C]としてEpc830を45質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、G’75℃/G’100℃が1.4と低めであり、実施例1と比較して、90℃での樹脂靭性が低下したが許容できるレベルであった。
(Example 5)
As shown in Table 1, 25 parts by mass of jER4007P as [A], 30 parts by mass of MY0510 as [B], 45 parts by mass of Epc830 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained resin cured product had a low G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. of 1.4, which was an acceptable level although the resin toughness at 90 ° C. was lower than that in Example 1. .
(実施例6)
表1に示す通り、[A]としてjER4010Pを30質量部、[B]としてELM434を40質量部、[C]としてEpc830を15質量部、[E]としてYDF2001を15質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、実施例1と比較して、曲げ弾性率がやや低下したが問題ないレベルであった。
(Example 6)
As shown in Table 1, 30 parts by mass of jER4010P as [A], 40 parts by mass of ELM434 as [B], 15 parts by mass of Epc830 as [C], 15 parts by mass of YDF2001 as [E], and curing agent [D ], 5 parts by mass of DICY-7, 3 parts by mass of Vinylec K as [F], and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid were used to prepare an epoxy resin composition. The obtained cured resin was at a level with no problem although the flexural modulus was slightly lowered as compared with Example 1.
(実施例7)
表1に示す通り、[A]としてjER4010Pを30質量部、[B]としてELM434を40質量部、[C]としてjER828を30質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、実施例1と比較して、曲げ弾性率が低下したが許容可能なレベルであった。
(Example 7)
As shown in Table 1, 30 parts by mass of jER4010P as [A], 40 parts by mass of ELM434 as [B], 30 parts by mass of jER828 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as the curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained cured resin was at an acceptable level, although the flexural modulus decreased compared to Example 1.
(実施例8)
表1に示す通り、[A]としてjER4010Pを40質量部、[B]としてELM120を40質量部、[C]としてEpc830を20質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、曲げ弾性率と90℃での樹脂靭性に優れたものであった。
(Example 8)
As shown in Table 1, 40 parts by mass of jER4010P as [A], 40 parts by mass of ELM120 as [B], 20 parts by mass of Epc830 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained cured resin was excellent in flexural modulus and resin toughness at 90 ° C.
(比較例1)
表1に示すとおり、[B]としてELM120を100質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、相分離せず均一なものとなり、曲げ弾性率は極めて高いが、樹脂靱性が著しく低いものであった。さらに、エポキシ樹脂組成物の80℃での粘度が0.01Pa・sと低くプリプレグの形状保持性が懸念されるものであった。
(Comparative Example 1)
As shown in Table 1, 100 parts by mass of ELM120 as [B], 5 parts by mass of DICY-7 as curing agent [D], 3 parts by mass of Vinylec K as [F], and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid Used to prepare an epoxy resin composition. The obtained cured resin was uniform without phase separation and had a very high flexural modulus but a very low resin toughness. Furthermore, the viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition was as low as 0.01 Pa · s, and there was concern about the shape retention of the prepreg.
(比較例2)
表1に示すとおり、[A]としてjER4007Pを50質量部、[B]としてELM120を50質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、粗大な相分離構造を形成し、常温および90℃での樹脂靱性が不十分なものとなった。
(Comparative Example 2)
As shown in Table 1, 50 parts by mass of jER4007P as [A], 50 parts by mass of ELM120 as [B], 5 parts by mass of DICY-7 as curing agent [D], and 3 parts by mass of Vinylec K as [F] An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained cured resin formed a coarse phase separation structure, and the resin toughness at room temperature and 90 ° C. was insufficient.
(比較例3)
表1に示すとおり、[A]としてjER4007Pを20質量部、[B]としてELM120を25質量部、[C]としてjER828を55質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、相分離せず均一なものとなり、常温および90℃での樹脂靱性が不十分なものとなった。
(Comparative Example 3)
As shown in Table 1, 20 parts by mass of jER4007P as [A], 25 parts by mass of ELM120 as [B], 55 parts by mass of jER828 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as the curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained cured resin was uniform without phase separation, and resin toughness at room temperature and 90 ° C. was insufficient.
(比較例4)
表1に示すとおり、[A]としてjER4010Pを10質量部、[B]としてELM120を70質量部、[C]としてEpc830を20質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、相分離せず均一なものとなり、常温および90℃での樹脂靱性が不十分なものとなった。
(Comparative Example 4)
As shown in Table 1, 10 parts by mass of jER4010P as [A], 70 parts by mass of ELM120 as [B], 20 parts by mass of Epc830 as [C], 5 parts by mass of DICY-7 as the curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained cured resin was uniform without phase separation, and resin toughness at room temperature and 90 ° C. was insufficient.
(比較例5)
表1に示すとおり、[A]としてjER4007Pを40質量部、[C]としてEpc830を40質量部、[E]としてjER834を20質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、相分離せず均一なものとなり、90℃での樹脂靱性が不十分である上、曲げ弾性率が著しく低いものとなった。
(Comparative Example 5)
As shown in Table 1, 40 parts by mass of jER4007P as [A], 40 parts by mass of Epc830 as [C], 20 parts by mass of jER834 as [E], 5 parts by mass of DICY-7 as a curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained resin cured product was uniform without phase separation, resin toughness at 90 ° C. was insufficient, and flexural modulus was extremely low.
(比較例6)
表1に示すとおり、[B]としてELM120を35質量部、[C]としてEpc830を30質量部、[E]としてjER1009を35質量部、硬化剤[D]としてDICY−7を5質量部、[F]としてビニレックKを3質量部、硬化補助剤としてDCMU99を3質量部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、G’75℃/G’100℃が1.2と低く、90℃での樹脂靭性が不十分なものとなった。
(Comparative Example 6)
As shown in Table 1, 35 parts by mass of ELM120 as [B], 30 parts by mass of Epc830 as [C], 35 parts by mass of jER1009 as [E], 5 parts by mass of DICY-7 as the curing agent [D], An epoxy resin composition was prepared using 3 parts by mass of Vinylec K as [F] and 3 parts by mass of DCMU99 as a curing aid. The obtained cured resin had a low G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. of 1.2, and the resin toughness at 90 ° C. was insufficient.
(比較例7)
特許文献4の実施例9と同等の樹脂組成にてエポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、G’75℃/G’100℃が1.2と低く、90℃での樹脂靭性が不十分なものとなった。
(Comparative Example 7)
An epoxy resin composition was prepared with a resin composition equivalent to that of Example 9 of Patent Document 4. The obtained cured resin had a low G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. of 1.2, and the resin toughness at 90 ° C. was insufficient.
(比較例8)
表1に示す通り、[A]であるjER4007PをjER4004Pに置き換えた以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製した。得られた樹脂硬化物は、G’75℃/G’100℃が1.2と低く、90℃での樹脂靭性GICが不十分なものとなった。
(Comparative Example 8)
As shown in Table 1, an epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that jER4007P as [A] was replaced with jER4004P. The obtained cured resin had a low G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. of 1.2, and the resin toughness G IC at 90 ° C. was insufficient.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、高い室温弾性率を有しながら、室温および高温域における靭性に優れた硬化物を与えるため、静的強度特性と耐衝撃性に優れ、さらに耐クラック性にも優れた繊維強化複合材料を得ることが出来る。これにより、繊維強化複合材料の高性能化・軽量化に加えて加工性が向上し、材料構成や形状の自由度が向上することから、様々な分野において、金属等の既存材料から繊維強化複合材料への置き換えに貢献することが期待される。 The epoxy resin composition of the present invention provides a cured product with excellent toughness at room temperature and high temperature range while having a high room temperature elastic modulus, so it has excellent static strength characteristics and impact resistance, and also has crack resistance. An excellent fiber-reinforced composite material can be obtained. As a result, in addition to improving the performance and weight of fiber reinforced composite materials, processability is improved and the degree of freedom in material composition and shape is improved. In various fields, fiber reinforced composites can be used from existing materials such as metals. It is expected to contribute to the replacement of materials.
Claims (10)
[A]数平均分子量が2000〜20000の範囲にあるビスフェノールF型エポキシ樹脂
[B]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂
[C]数平均分子量が300〜500の範囲にあるビスフェノール型エポキシ樹脂
[D]ジシアンジアミドまたはその誘導体
0.2 ≦A/(A+B+C+E)≦0.6 (1)
0.2 ≦B/(A+B+C+E)≦0.6 (2)
0.15≦C/(A+B+C+E)≦0.5 (3)
0.01≦D/(A+B+C+E)≦0.1 (4)
0 ≦E/(A+B+C+E)≦0.2 (5)
(各式中、A、B、C、Dは、それぞれ[A]、[B]、[C]、[D]の質量、Eは[A]、[B]、[C]以外のエポキシ樹脂の質量) An epoxy resin composition containing the following [A] to [D] at a blending ratio satisfying the following formulas (1) to (5).
[A] Bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 2000 to 20000 [B] Trifunctional or higher amine type epoxy resin [C] Bisphenol type epoxy resin having a number average molecular weight in the range of 300 to 500 [D ] Dicyandiamide or a derivative thereof 0.2 ≦ A / (A + B + C + E) ≦ 0.6 (1)
0.2 ≦ B / (A + B + C + E) ≦ 0.6 (2)
0.15 ≦ C / (A + B + C + E) ≦ 0.5 (3)
0.01 ≦ D / (A + B + C + E) ≦ 0.1 (4)
0 ≦ E / (A + B + C + E) ≦ 0.2 (5)
(In each formula, A, B, C and D are the masses of [A], [B], [C] and [D], respectively, and E is an epoxy resin other than [A], [B] and [C]. Mass)
1.3(GPa)≦G’75℃ ≦1.8(GPa) (i)
1.3≦G’75℃/G’100℃ ≦7.0 (ii)
0.08(GPa)≦G’120℃ ≦0.8(GPa) (iii)。 The epoxy according to claim 1, wherein the storage elastic moduli G ′ 75 ° C. , G ′ 100 ° C. , and G ′ 120 ° C. at 75 ° C., 100 ° C., and 120 ° C. after curing at 130 ° C./2 hours are in the relationship of the following formulas: Resin composition.
1.3 (GPa) ≦ G ′ 75 ° C. ≦ 1.8 (GPa) (i)
1.3 ≦ G ′ 75 ° C./G ′ 100 ° C. ≦ 7.0 (ii)
0.08 (GPa) ≦ G ′ 120 ° C. ≦ 0.8 (GPa) (iii).
[F]エポキシ樹脂に可溶な熱可塑性樹脂
0.01 ≦F/(A+B+C+E)≦0.1 (6)
(式中、A、B、C、Eは、それぞれ[A]、[B]、[C]、[E]の質量、Eは[A]、[B]、[C]以外のエポキシ樹脂の質量) The epoxy resin composition in any one of Claims 1-4 containing the following [F] with the compounding ratio which satisfy | fills following formula (6).
[F] Thermoplastic resin soluble in epoxy resin 0.01 ≦ F / (A + B + C + E) ≦ 0.1 (6)
(In the formula, A, B, C and E are the masses of [A], [B], [C] and [E], respectively, and E is an epoxy resin other than [A], [B] and [C]. mass)
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JP2010282598A JP5573650B2 (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Epoxy resin composition, cured epoxy resin, prepreg and fiber reinforced composite material |
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