JP2014145003A - Prepreg and fiber reinforced composite material - Google Patents

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綾子 森
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悠子 清水
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber reinforced composite material expressing stable shock resistance and interlaminar toughness, and also having moisture thermal time compression strength, to provide a prepreg for obtaining the same, and a fiber reinforced composite material using the same.SOLUTION: There is provided a prepreg consisting of [A] to [D] and a reinforced fiber, and 90 mass% or more of total amount of [C] and [D] exist in a depth range of 20% of depth of the prepreg from a prepreg surface. [A] an epoxy resin. [B] an epoxy resin curing agent. [C] a polymer particle insoluble in the epoxy resin, satisfying following (c-i) to (c-iii). (c-i) A sphericity of the particle is 90 to 100. (c-ii) The glass transition temperature is in a range of 80 to 180°C. (c-iii) The average particle diameter is in the range of 10 to 30 μm. [D] a polymer particle insoluble in the epoxy resin, satisfying following (d-i) and (d-ii). (d-i) The glass transition temperature is in the range of 80 to 155°C. (d-ii) The average particle diameter is in the range more than 1/1000 and less than 1/10 of [C].

Description

本発明は、優れた層間靱性、湿熱時圧縮強度を兼ね備えた繊維強化複合材料が得られるプリプレグ、およびそれを用いた繊維強化複合材料に関するものである。   The present invention relates to a prepreg from which a fiber reinforced composite material having excellent interlaminar toughness and compressive strength under wet heat can be obtained, and a fiber reinforced composite material using the prepreg.

繊維強化複合材料、中でも炭素繊維強化複合材料は、比強度や比剛性に優れていることから有用であり、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板およびICトレイやノートパソコンの筐体(ハウジング)などのコンピュータ用途等に広く展開され、その需要は年々増加しつつある。   Fiber reinforced composite materials, especially carbon fiber reinforced composite materials, are useful because they are excellent in specific strength and specific rigidity, and are useful for aircraft structural members, windmill blades, automobile outer plates, IC trays, and notebook PC housings (housings). ) And other computer applications, and the demand is increasing year by year.

炭素繊維強化複合材料は、強化繊維である炭素繊維とマトリックス樹脂を必須の構成要素とするプリプレグを成形してなる不均一材料であり、そのため強化繊維の配列方向の物性とそれ以外の方向の物性に大きな差が存在する。例えば、強化繊維層間破壊の進行しにくさを示す層間靱性は、強化繊維の強度を向上させるのみでは、抜本的な改良に結びつかないことが知られている。特に、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする炭素繊維強化複合材料は、マトリックス樹脂の低い靭性を反映し、強化繊維の配列方向以外からの応力に対し、破壊され易い性質を持っている。そのため、航空機構造材で必要となる高温高湿環境下での繊維方向圧縮強度を確保しつつ、層間靭性を始めとする強化繊維の配列方向以外からの応力に対応することができる複合材料物性の改良を目的に、種々の技術が提案されている。   Carbon fiber reinforced composite material is a heterogeneous material formed by molding a prepreg composed of carbon fibers, which are reinforcing fibers, and a matrix resin as essential components. Therefore, the physical properties of the reinforcing fibers in the alignment direction and the physical properties in other directions There is a big difference. For example, it is known that interlayer toughness, which indicates the difficulty of progressing interlaminar fracture of reinforcing fibers, does not lead to drastic improvement only by improving the strength of the reinforcing fibers. In particular, a carbon fiber reinforced composite material using a thermosetting resin as a matrix resin reflects the low toughness of the matrix resin, and has a property of being easily broken by stress from other than the direction in which the reinforcing fibers are arranged. Therefore, while maintaining the compressive strength in the fiber direction under the high-temperature and high-humidity environment required for aircraft structural materials, the composite material properties that can cope with stresses from other than the array direction of reinforcing fibers including interlayer toughness Various techniques have been proposed for the purpose of improvement.

さらに近年、航空機構造材への繊維強化複合材料の適用部位が拡大している他、発電効率やエネルギー変換効率の向上を目指した風車ブレードや各種タービンへの繊維強化複合材料の適用も進んでおり、プリプレグの積層枚数の多い肉厚な部材、また3次元的な曲面形状を有する部材への適用検討が進められている。このような肉厚部材、あるいは曲面部材に引っ張りや圧縮の応力が負荷された場合、繊維層間への面外方向への引き剥がし応力が発生し、層間に開口モードによる亀裂が生じ、その亀裂の進展により部材全体の強度、剛性が低下し、全体破壊に到る場合がある。この応力に対抗するための、開口モード、すなわちモードIでの層間靱性が必要になる。   Furthermore, in recent years, the application site of fiber reinforced composite materials for aircraft structural materials has expanded, and the application of fiber reinforced composite materials to wind turbine blades and various turbines aimed at improving power generation efficiency and energy conversion efficiency is also progressing. Studies are being made on application to thick members having a large number of laminated prepregs and members having a three-dimensional curved shape. When tensile stress or compressive stress is applied to such a thick member or curved member, an out-of-plane tearing stress occurs between the fiber layers, and cracks due to the opening mode occur between the layers. Due to the progress, the strength and rigidity of the entire member may decrease, leading to total destruction. In order to counter this stress, interlaminar toughness in the open mode, i.e. mode I, is required.

加えて、このような大型構造材を成形する際、部位による熱履歴の差の発生を免れない。従って、かかる繊維強化複合材料には、成形時の温度−時間プロファイルがある程度変動した場合でも、同等の形態および特性を発現できるものであることが併せて求められている。   In addition, when such a large structural material is molded, it is inevitable that a difference in thermal history occurs between the parts. Accordingly, such fiber reinforced composite materials are also required to have the same form and characteristics even when the temperature-time profile during molding varies to some extent.

これに対し、繊維層間領域に高靱性なポリアミド等を用いた粒子材料を配置することで、モードII層間靱性を高め、部材表面への落錘衝撃に対する損傷を抑える技術が提案されている(特許文献1参照)。ただし、この技術を用いた場合でも、モードI層間靱性に対しては、十分な効果が得られるものではなかった。   On the other hand, a technology has been proposed in which a particulate material using a high toughness polyamide or the like is arranged in the fiber interlayer region to increase the mode II interlayer toughness and suppress damage to the falling weight impact on the member surface (patent) Reference 1). However, even when this technique is used, a sufficient effect is not obtained with respect to the mode I interlayer toughness.

一方、高融点熱可塑性粒子と、低融点熱可塑性粒子を含むマトリックス樹脂を用いることで、耐衝撃性に加えて層間破壊靭性の高い材料が開示されている(特許文献2参照)。ただし、この技術を用いた場合でも、モードI層間靱性と湿熱時の繊維方向圧縮強度を両立が難しく、また繊維強化複合材料の成形条件によって、層間粒子の溶融、変形により層間の形態が変動し、安定した層間靭性を発現できるものではなかった。さらに、ガラス転移温度(Tg)の異なる2種の粒子を組み合わせ、耐熱性を維持しつつ耐衝撃性、層間靭性を改良できる材料が開示されており、Tgおよび粒子径の異なる真球状のポリアミド粒子を組み合わせた例が開示されている(特許文献3参照)。ただし、この技術を用いた場合でも、繊維強化複合材料の成形条件によって、層間粒子の溶融、変形により層間の形態が変動し、安定した層間靭性を発現できるものではなかった。また、層間を進展するクラックが強化繊維層内に遷移し、靭性値が変動する問題も見られた。   On the other hand, a material having high interlaminar fracture toughness in addition to impact resistance is disclosed by using a matrix resin containing high melting point thermoplastic particles and low melting point thermoplastic particles (see Patent Document 2). However, even when this technology is used, it is difficult to achieve both mode I interlaminar toughness and compressive strength in the fiber direction during wet heat, and depending on the molding conditions of the fiber reinforced composite material, the interlaminar morphology varies due to melting and deformation of the interlaminar particles The stable interlayer toughness could not be expressed. Furthermore, a material capable of improving impact resistance and interlaminar toughness while maintaining heat resistance by combining two types of particles having different glass transition temperatures (Tg) is disclosed. True spherical polyamide particles having different Tg and particle sizes The example which combined these is disclosed (refer patent document 3). However, even when this technique is used, the form of the interlayer varies due to the melting and deformation of the interlayer particles depending on the molding conditions of the fiber-reinforced composite material, and stable interlayer toughness cannot be expressed. Moreover, the crack which progresses between layers transitions in a reinforcement fiber layer, and the problem that a toughness value fluctuates was also seen.

米国特許第5,028,478号明細書US Pat. No. 5,028,478 特表2010−525101号公報Special table 2010-525101 特開平7−41576号公報JP 7-41576 A

本発明の目的は、層間靱性を安定して発現し、かつ湿熱時圧縮強度を兼ね備えた繊維強化複合材料が得られるプリプレグ、およびそれを用い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 provide a prepreg from which a fiber-reinforced composite material that stably exhibits interlaminar toughness and also has compressive strength during wet heat is obtained, and a fiber-reinforced composite material using the prepreg.

本発明は、上記目的を達成するために次のいずれかの構成を有するものである。すなわち、次の[A]〜[D]と強化繊維からなるプリプレグであって、[C]および[D]の総量の90質量%以上がプリプレグ表面からプリプレグの厚さの20%の深さの範囲内に存在していることを特徴とするプリプレグである。
[A]エポキシ樹脂
[B]エポキシ樹脂硬化剤
[C]次の(c−i)〜(c−iii)の条件を満たす、エポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子
(c−i)粒子の真球度が90〜100である
(c−ii)ガラス転移温度が80〜180℃の範囲にある
(c−iii)平均粒子径が10〜30μmの範囲にある
[D]次の(d−i)と(d−ii)の条件を満たす、エポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子
(d−i)ガラス転移温度が80〜155℃の範囲にある
(d−ii)平均粒子径が[C]の1/1000を上回りかつ1/10を下回る範囲にある。
In order to achieve the above object, the present invention has any one of the following configurations. That is, it is a prepreg composed of the following [A] to [D] and reinforcing fibers, and 90% by mass or more of the total amount of [C] and [D] is 20% of the thickness of the prepreg from the prepreg surface. It is a prepreg characterized by existing in a range.
[A] epoxy resin [B] epoxy resin curing agent [C] sphericity of polymer particles (ci) particles insoluble in epoxy resin that satisfy the following conditions (ci) to (c-iii) (C-ii) the glass transition temperature is in the range of 80 to 180 ° C. (c-iii) the average particle diameter is in the range of 10 to 30 μm [D] the following (di) and Polymer particles insoluble in epoxy resin satisfying the condition of (d-ii) (d-i) Glass transition temperature is in the range of 80 to 155 ° C. (d-ii) Average particle diameter is 1/1000 of [C]. In the range below 1/10.

本発明のプリプレグの好ましい態様によれば、[C]は、粒子径分布指数が1.0〜1.8の範囲にある。   According to a preferred embodiment of the prepreg of the present invention, [C] has a particle size distribution index in the range of 1.0 to 1.8.

本発明のプリプレグの好ましい態様によれば、[C]は、結晶性を有するポリアミドからなるエポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子である。   According to a preferred embodiment of the prepreg of the present invention, [C] is polymer particles insoluble in an epoxy resin made of crystalline polyamide.

本発明のプリプレグの好ましい態様によれば、[C]と[D]の総量に対する[D]の質量含有率が5〜30質量%の範囲内にある。   According to the preferable aspect of the prepreg of this invention, the mass content rate of [D] with respect to the total amount of [C] and [D] exists in the range of 5-30 mass%.

本発明のプリプレグの好ましい態様によれば、[D]の真球度が90〜100である。   According to a preferred embodiment of the prepreg of the present invention, the sphericity of [D] is 90-100.

本発明のプリプレグの好ましい態様によれば、[C]が一般式(1)の化学構造を含むポリアミド粒子である。   According to a preferred embodiment of the prepreg of the present invention, [C] is a polyamide particle containing a chemical structure of the general formula (1).

Figure 2014145003
Figure 2014145003

(式中R、Rは、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、もしくはハロゲン元素を表わし、それぞれ同一でも異なっていても良い。式中Rは、炭素数1から20のメチレン基を表す)
本発明のプリプレグの好ましい態様によれば、前記のエポキシ樹脂[A]は、多官能アミン型エポキシ樹脂を含むものである。
(Wherein R 1 and R 2 represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or a halogen element, and may be the same or different. R 3 is a methylene having 1 to 20 carbon atoms) Represents a group)
According to a preferred embodiment of the prepreg of the present invention, the epoxy resin [A] includes a polyfunctional amine type epoxy resin.

本発明のプリプレグの好ましい態様によれば、前記のエポキシ樹脂硬化剤[B]が芳香族アミンであり、さらにはジアミノジフェニルスルホンもしくはその誘導体または異性体を、それ単独もしくはそれ以外の芳香族アミンと組み合わせて用いても良い。   According to a preferred embodiment of the prepreg of the present invention, the epoxy resin curing agent [B] is an aromatic amine, and diaminodiphenylsulfone or a derivative or isomer thereof is used alone or with other aromatic amine. You may use it in combination.

また、本発明においては、前記のプリプレグを硬化させて繊維強化複合材料とすることができる。   Moreover, in this invention, the said prepreg can be hardened and it can be set as a fiber reinforced composite material.

本発明によれば、層間靱性を安定して発現し、かつ湿熱時圧縮強度を兼ね備えた繊維強化複合材料、およびこれを得るためのプリプレグが得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fiber reinforced composite material which expresses interlayer toughness stably and has compressive strength at the time of wet heat, and the prepreg for obtaining this are obtained.

以下、本発明のプリプレグ、および繊維強化複合材料について詳細に説明する。   Hereinafter, the prepreg and fiber-reinforced composite material of the present invention will be described in detail.

本発明におけるエポキシ樹脂[A]は、一分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物を意味する。   The epoxy resin [A] in the present invention means a compound having two or more epoxy groups in one molecule.

本発明におけるエポキシ樹脂[A]の具体例としては、水酸基を複数有するフェノールから得られる芳香族グリシジルエーテル、水酸基を複数有するアルコールから得られる脂肪族グリシジルエーテル、アミンから得られるグリシジルアミン、カルボキシル基を複数有するカルボン酸から得られるグリシジルエステル、オキシラン環を有するエポキシ樹脂などが挙げられる。   Specific examples of the epoxy resin [A] in the present invention include an aromatic glycidyl ether obtained from a phenol having a plurality of hydroxyl groups, an aliphatic glycidyl ether obtained from an alcohol having a plurality of hydroxyl groups, a glycidyl amine obtained from an amine, and a carboxyl group. Examples thereof include glycidyl esters obtained from a plurality of carboxylic acids and epoxy resins having an oxirane ring.

中でも、低粘度で強化繊維への含浸性に優れ、また繊維強化複合材料とした際の耐熱性と弾性率等の力学物性に優れることから、グリシジルアミン型のエポキシ樹脂を好適に使用できる。かかるグリシジルアミン型のエポキシ樹脂は、多官能アミン型エポキシ樹脂と2官能アミン型エポキシ樹脂に大別できる。   Among them, a glycidylamine type epoxy resin can be suitably used because of its low viscosity, excellent impregnation into reinforcing fibers, and excellent mechanical properties such as heat resistance and elastic modulus when used as a fiber reinforced composite material. Such glycidylamine type epoxy resins can be broadly classified into polyfunctional amine type epoxy resins and bifunctional amine type epoxy resins.

かかる多官能アミン型エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂1分子内に3つ以上のエポキシ基を含むグリシジルアミン型エポキシ樹脂を指す。かかる多官能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、テトラグリシジルキシリレンジアミンや、これらのハロゲン置換体、アルキル置換体、アラルキル置換体、アリル置換体、アルコキシ置換体、アラルコキシ置換体、アリロキシ置換体、水添品などを使用することができる。   Such a polyfunctional amine type epoxy resin refers to a glycidyl amine type epoxy resin containing three or more epoxy groups in one molecule of the epoxy resin. Examples of such polyfunctional amine type epoxy resins include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, tetraglycidylxylylenediamine, halogen substituted products thereof, alkyl substituted products, aralkyl substituted products, allyl substituted products, and alkoxy substituted products. Aralkoxy-substituted products, allyloxy-substituted products, hydrogenated products, and the like can be used.

かかる多官能アミン型エポキシ樹脂は特に限定されるものではないが、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、テトラグリシジルキシリレンジアミンおよびその置換体、水添品などが好適に使用される。   Such a polyfunctional amine type epoxy resin is not particularly limited, but tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, tetraglycidylxylylenediamine, a substituted product thereof, a hydrogenated product, and the like are preferably 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(新日鉄住金化学(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・アドバンスト・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およびそのアルキル置換体としては、“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・アドバンスト・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 Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), and “jER (registered trademark)” 604 (Mitsubishi Chemical Corporation). ), “Araldide (registered trademark)” MY720, MY721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), etc. can be used. Examples of triglycidylaminophenol and alkyl substitution products thereof include “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM100, ELM120 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Araldide (registered trademark)” MY0500, MY0510, MY0600 (Huntsman Advanced Material). 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.

多官能アミン型エポキシ樹脂は、得られる樹脂硬化物の耐熱性や、弾性率等の力学物性とのバランスに優れることから、本発明におけるエポキシ樹脂[A]として好ましく用いられる。かかる多官能アミン型エポキシ樹脂は、全エポキシ樹脂中に40〜70質量%含まれることが望ましい。   The polyfunctional amine type epoxy resin is preferably used as the epoxy resin [A] in the present invention because it is excellent in the balance between the heat resistance of the obtained cured resin and the mechanical properties such as the elastic modulus. The polyfunctional amine type epoxy resin is desirably contained in an amount of 40 to 70% by mass in the total epoxy resin.

本発明におけるエポキシ樹脂[A]は、グリシジルアミン以外のエポキシ樹脂や、エポキシ樹脂と熱硬化性樹脂の共重合体等を含んでも良い。エポキシ樹脂と共重合させて用いられる上記の熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂組成物や化合物は、単独で用いてもよいし適宜配合して用いてもよい。   The epoxy resin [A] in the present invention may contain an epoxy resin other than glycidylamine, a copolymer of an epoxy resin and a thermosetting resin, or the like. Examples of the thermosetting resin used by being copolymerized with an epoxy resin include unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, benzoxazine resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, and polyimide resin. It is done. These resin compositions and compounds may be used alone or in combination as appropriate.

グリシジルアミン以外のエポキシ樹脂として用いられるエポキシ樹脂のうち、2官能のエポキシ樹脂としては、フェノールを前駆体とするグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が好ましく用いられる。このようなエポキシ樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ヒダントイン型およびレゾルシノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。   Of the epoxy resins used as epoxy resins other than glycidylamine, a glycidyl ether type epoxy resin having phenol as a precursor is preferably used as the bifunctional epoxy resin. Examples of such epoxy resins include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, bisphenol S type epoxy resins, naphthalene type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, urethane-modified epoxy resins, hydantoin type and resorcinol type epoxy resins. It is done.

本発明におけるエポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子[C]は、次の(c−i)〜(c−iii)の条件を満たす必要がある。
(c−i)粒子の真球度が90〜100である。
(c−ii)ガラス転移温度が80〜180℃の範囲にある。
(c−iii)平均粒子径が10〜30μmの範囲にある。
The polymer particle [C] insoluble in the epoxy resin in the present invention needs to satisfy the following conditions (ci) to (c-iii).
(Ci) The sphericity of the particles is 90-100.
(C-ii) The glass transition temperature is in the range of 80 to 180 ° C.
(C-iii) The average particle diameter is in the range of 10 to 30 μm.

ここで、エポキシ樹脂に不溶であるとは、かかるポリマー粒子を分散したエポキシ樹脂を加熱硬化した際に、ポリマー粒子がエポキシ樹脂中に実質的に溶解しないことを意味しており、例えば透過型電子顕微鏡を用い、エポキシ樹脂硬化物の中で、粒子が元のサイズから実質的に縮小することなく、粒子とマトリックス樹脂の間に明確な界面をもって観察できるものであることを指す。   Here, insoluble in an epoxy resin means that the polymer particles are not substantially dissolved in the epoxy resin when the epoxy resin in which the polymer particles are dispersed is heated and cured. This means that the particles can be observed with a clear interface between the particles and the matrix resin without substantially reducing the original size in the cured epoxy resin using a microscope.

本発明におけるポリマー粒子[C]は、真球度が90〜100であることが必要であり、96〜100であることが好ましい。このような高い真球度とすることで、かかるポリマー粒子を分散したエポキシ樹脂組成物の粘度を低く抑えることが出来、その分、ポリマー粒子の配合量を増やすことが可能となるとともに、[D]と組み合わせた際に、粒子の充填率を高めることができる。かかる真球度が90に満たない場合、エポキシ樹脂組成物の粘度上昇によりポリマー粒子の配合量が制限されるとともに、[D]と組み合わせた際の粒子の充填化効果が小さいものとなる。   The polymer particles [C] in the present invention are required to have a sphericity of 90 to 100, and preferably 96 to 100. By setting such high sphericity, the viscosity of the epoxy resin composition in which the polymer particles are dispersed can be kept low, and the amount of the polymer particles can be increased accordingly, and [D ], The particle filling rate can be increased. When the sphericity is less than 90, the blending amount of the polymer particles is limited due to an increase in the viscosity of the epoxy resin composition, and the particle filling effect when combined with [D] is small.

かかる真球度は、走査型電子顕微鏡にて、粒子を観察し、短径と長径を測定し、無作為に選んだ粒子30個の平均より、下記数値変換式に従い算出されるものである。   The sphericity is calculated according to the following numerical conversion formula from the average of 30 particles selected by observing particles with a scanning electron microscope, measuring the short diameter and the long diameter, and randomly selecting particles.

Figure 2014145003
Figure 2014145003

尚、n:測定数30とする。   Note that n is 30 measurements.

また、本発明におけるポリマー粒子[C]は、ガラス転移温度が80〜180℃の範囲にあることが必要であり、130〜155℃の範囲にあることが好ましく、130〜150℃の範囲にあることがより好ましい。このような比較的高いガラス転移温度とすることで、本発明のプリプレグを積層し加熱硬化する際にポリマー粒子の変形が起こらず、主に下記する強化繊維と、エポキシ樹脂[A]およびエポキシ樹脂硬化剤[B]からなる繊維層(以下、繊維層と記述することがある)と繊維層との間に、ポリマー粒子と樹脂組成物からなる層(以下、層間または層間樹脂層、または層間領域と記述することがある)が安定して形成され、層間靭性に優れるとともに、湿熱時圧縮強度を安定して確保できる繊維強化複合材料を得ることが可能となる。かかるガラス転移温度が80℃に満たない場合、層間靭性および湿熱時圧縮強度のバランスの不十分な繊維強化複合材料となる。一方、かかるガラス転移温度が180℃を上回る場合、ポリマー粒子自身の靱性が不足する傾向があるとともに、ポリマー粒子とマトリックス樹脂の界面接着性が不十分となり、層間靭性が不十分な繊維強化複合材料となる。   The polymer particles [C] in the present invention are required to have a glass transition temperature in the range of 80 to 180 ° C, preferably in the range of 130 to 155 ° C, and in the range of 130 to 150 ° C. It is more preferable. By setting such a relatively high glass transition temperature, deformation of the polymer particles does not occur when the prepreg of the present invention is laminated and heat-cured, and mainly the reinforcing fibers described below, the epoxy resin [A], and the epoxy resin A layer composed of polymer particles and a resin composition (hereinafter referred to as an interlayer or interlayer resin layer, or interlayer region) between a fiber layer composed of a curing agent [B] (hereinafter sometimes referred to as a fiber layer) and the fiber layer. It is possible to obtain a fiber-reinforced composite material that can be stably formed, has excellent interlaminar toughness, and can stably secure compressive strength during wet heat. When such a glass transition temperature is less than 80 ° C., a fiber-reinforced composite material having an insufficient balance between interlayer toughness and wet compressive strength is obtained. On the other hand, when the glass transition temperature is higher than 180 ° C., the toughness of the polymer particles themselves tends to be insufficient, the interfacial adhesion between the polymer particles and the matrix resin is insufficient, and the fiber reinforced composite material has insufficient interlayer toughness. It becomes.

かかるガラス転移温度は、示差走査熱量測定法(DSC法)を用いて、30℃から、予測されるガラス転移温度よりも30℃高い温度以上まで、昇温速度20℃/分の昇温条件で昇温し、1分間保持した後、20℃/分の降温条件で0℃まで一旦冷却し、1分間保持した後、再度20℃/分の昇温条件で測定した際に観察されるガラス転移温度(Tg)のことである。   Such a glass transition temperature is measured by using a differential scanning calorimetry (DSC method) from 30 ° C. to a temperature higher than the predicted glass transition temperature by 30 ° C. or higher under a temperature rising condition of 20 ° C./min. Glass transition observed when the temperature is raised and held for 1 minute, then cooled to 0 ° C. under a temperature drop condition of 20 ° C./minute, held for 1 minute, and then measured again under a temperature rise condition of 20 ° C./minute. It is the temperature (Tg).

本発明におけるポリマー粒子[C]は、平均粒子径が10〜30μmの範囲にあることが必要である。かかる平均粒子径は、数平均粒子径を指す。平均粒子径がこのような範囲にあることで、かかるポリマー粒子を分散したエポキシ樹脂組成物と強化繊維を組み合わせたプリプレグを積層し、加熱硬化して得られる繊維強化複合材料において、適度な層間領域の厚み(以下、層間厚みと記述することがある)を有する繊維強化複合材料を得ることが出来、その結果、層間靭性が安定して高いものとなる。   The polymer particles [C] in the present invention are required to have an average particle diameter in the range of 10 to 30 μm. The average particle diameter refers to the number average particle diameter. In the fiber reinforced composite material obtained by laminating an epoxy resin composition in which such polymer particles are dispersed and a prepreg in combination with a reinforcing fiber and heat-curing, the average particle diameter is in such a range. Can be obtained, and as a result, the interlayer toughness becomes stable and high.

また、本発明におけるエポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子[C]は、その粒子径分布指数が1.0〜1.8((c−iv))であることが好ましく、1.1〜1.5であることがより好ましい。このような比較的狭い粒子径分布とすることで、かかるポリマー粒子を分散したエポキシ樹脂組成物と強化繊維を組み合わせたプリプレグを積層し、加熱硬化して得られる繊維強化複合材料において、[D]と組み合わせた際に、層間領域での粒子の充填率を効果的に高めることができる傾向にある。また一部の粗大な粒子の存在により層間厚みの過大な領域が発生することなく、均一な層間厚みを有する繊維強化複合材料を得ることが出来る傾向にある。かかる粒子径分布指数が1.8を上回る場合、[D]と組み合わせた際に、層間領域での粒子の充填率が向上しにくい上、層間厚みのムラ発生に起因して、これらの特性のばらつきの大きな材料となる傾向にある。   Moreover, it is preferable that the polymer particle [C] insoluble in the epoxy resin in the present invention has a particle size distribution index of 1.0 to 1.8 ((c-iv)), and 1.1 to 1.5. It is more preferable that In the fiber reinforced composite material obtained by laminating a prepreg in which the epoxy resin composition in which the polymer particles are dispersed and the reinforcing fiber are combined and heat-curing by setting such a relatively narrow particle size distribution, [D] In combination, the particle filling rate in the interlayer region tends to be effectively increased. In addition, there is a tendency that a fiber-reinforced composite material having a uniform interlayer thickness can be obtained without the occurrence of a region having an excessive interlayer thickness due to the presence of some coarse particles. When such a particle size distribution index exceeds 1.8, when combined with [D], it is difficult to improve the particle filling rate in the interlayer region, and due to the occurrence of unevenness in the interlayer thickness, It tends to be a material with large variations.

かかる粒子径分布指数は、後述の方法で得られた粒子直径の値を、下記数値変換式に基づき、決定されるものである。   The particle size distribution index is determined based on the following numerical conversion formula for the value of the particle diameter obtained by the method described later.

Figure 2014145003
Figure 2014145003

尚、Di:粒子個々の粒子径、n:測定数100、Dn:数平均粒子径、Dv:体積平均粒子径、PDI:粒子径分布指数とする。   Here, Di: particle size of each particle, n: number of measurement 100, Dn: number average particle size, Dv: volume average particle size, PDI: particle size distribution index.

本発明におけるポリマー粒子[C]は、樹脂種を限定されるものではなく、ガラス転移温度が80〜180℃の範囲にある熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂がいずれも適用可能である。   The polymer particle [C] in the present invention is not limited to a resin type, and any of a thermoplastic resin and a thermosetting resin having a glass transition temperature in the range of 80 to 180 ° C. is applicable.

熱可塑性樹脂としては、具体的には、ビニル系重合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、シリコーンおよびこれらの共重合体などが挙げられる。   Specific examples of the thermoplastic resin include vinyl polymer, polyester, polyamide, polyarylene ether, polyarylene sulfide, polyethersulfone, polysulfone, polyetherketone, polyetheretherketone, polyurethane, polycarbonate, polyamideimide, Examples thereof include polyimide, polyetherimide, polyacetal, silicone, and copolymers thereof.

熱硬化性樹脂としては、具体的には、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、マレイミド樹脂、シアン酸エステル樹脂および尿素樹脂などが挙げられる。   Specific examples of thermosetting resins include epoxy resins, benzoxazine resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins, urethane resins, phenol resins, melamine resins, maleimide resins, cyanate ester resins, and urea resins. It is done.

上述した樹脂は1種以上で用いることができる。   One or more of the above-described resins can be used.

これらの中で、熱可塑性樹脂であるポリアミドが伸度、靭性、およびマトリックス樹脂との接着性が高いことから好ましく用いられる。ポリアミドとしては、3員環以上のラクタム、重合可能なアミノカルボン酸、二塩基酸とジアミンまたはそれらの塩、あるいはこれらの混合物の重縮合によって得られるポリアミドが挙げられる。   Among these, polyamide, which is a thermoplastic resin, is preferably used because of its high elongation, toughness, and adhesiveness with the matrix resin. Examples of the polyamide include polyamides obtained by polycondensation of a lactam having three or more members, a polymerizable aminocarboxylic acid, a dibasic acid and a diamine or a salt thereof, or a mixture thereof.

ガラス転移温度が80℃〜180℃の範囲にあるポリアミドの例としては、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ナイロン6T)、ポリノナンテレフタルアミド(ナイロン9T)、ポリ−m−キシレンアジパミド(ナイロンMXD)、3,3’-ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとドデカ二酸およびイソフタル酸の共重合体(例示するならば、“グリルアミド(登録商標)” TR55、エムザベルケ社製)、3,3’-ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとドデカ二酸の共重合体(例示するならば、“ グリルアミド(登録商標)” TR90、エムザベルケ社製)、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとドデカ二酸の共重合体(例示するならば、“トロガミド(登録商標)”CX7323 、デグサ社製)などが挙げられる。   Examples of polyamides having a glass transition temperature in the range of 80 ° C. to 180 ° C. include polyhexamethylene terephthalamide (nylon 6T), polynonane terephthalamide (nylon 9T), poly-m-xylene adipamide (nylon MXD) 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminodicyclohexylmethane, a copolymer of dodecadioic acid and isophthalic acid (for example, “Grillamide (registered trademark)” TR55, manufactured by Mzavelke), 3,3 Copolymer of '-dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexylmethane and dodecadioic acid (for example, “Grillamide (registered trademark)” TR90, manufactured by Mzavelke), 4,4′-diaminodicyclohexylmethane and dodeca Copolymers of diacids (for example, “Trogamide®” CX7323, Gusa Co., Ltd.) and the like.

中でも、本発明におけるポリマー粒子[C]は、結晶性を有するポリアミド((c−v))であることが好ましい。結晶性を有するために繊維強化複合材料とした際に粒子の変形を抑えられ、安定した層間厚み及び層間靭性を有する繊維強化複合材料を得ることができる。   Especially, it is preferable that the polymer particle [C] in this invention is a polyamide ((cv)) which has crystallinity. Since it has crystallinity, it is possible to obtain a fiber-reinforced composite material having a stable interlayer thickness and interlayer toughness that can suppress deformation of particles when a fiber-reinforced composite material is used.

結晶性を示すポリアミドの例としては、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ナイロン6T)、ポリノナンテレフタルアミド(ナイロン9T)、ポリ−m−キシレンアジパミド(ナイロンMXD)、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとドデカ二酸の共重合体(例示するならば、“トロガミド(登録商標)”CX7323 、デグサ社製)などが挙げられる。   Examples of polyamides that exhibit crystallinity include polyhexamethylene terephthalamide (nylon 6T), polynonane terephthalamide (nylon 9T), poly-m-xylene adipamide (nylon MXD), 4,4'-diaminodicyclohexylmethane. And a copolymer of dodecadioic acid (for example, “Trogamide (registered trademark)” CX7323, manufactured by Degussa).

加えて、繊維強化複合材料とした際の層間靭性に加えて、耐湿熱性、耐溶剤性にも優れた繊維強化複合材料が得られる点で、本発明におけるポリマー粒子[C]は、一般式(1)の化学構造を含むポリアミドであることが好ましい。   In addition, in addition to the interlaminar toughness of the fiber reinforced composite material, a fiber reinforced composite material excellent in moisture and heat resistance and solvent resistance can be obtained. It is preferable that it is a polyamide containing the chemical structure of 1).

Figure 2014145003
Figure 2014145003

(式中R、Rは、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、もしくはハロゲン元素を表わし、それぞれ同一でも異なっていても良い。式中Rは、炭素数1から20のメチレン基を表す)。 (Wherein R 1 and R 2 represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or a halogen element, and may be the same or different. R 3 is a methylene having 1 to 20 carbon atoms) Represents a group).

このようなポリアミドとしては、3,3’-ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとドデカ二酸の共重合体(例示するならば、“グリルアミド(登録商標)” TR90、エムザベルケ社製)、3,3’-ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとイソフタル酸と12−アミノドデカン酸の共重合体と3,3’-ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとドデカ二酸の共重合体との混合物(例示するならば、“ グリルアミド(登録商標)”TR70LX、エムザベルケ社製)、 4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンとドデカ二酸の共重合体(例示するならば、“トロガミド(登録商標)”CX7323 、デグサ社製)などが挙げられる。   As such a polyamide, a copolymer of 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminodicyclohexylmethane and dodecadioic acid (for example, “Grillamide (registered trademark)” TR90, manufactured by Mzavelke), A copolymer of 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminodicyclohexylmethane, isophthalic acid and 12-aminododecanoic acid, and a copolymer of 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminodicyclohexylmethane and dodecanedioic acid A mixture with a polymer (for example, “Grillamide (registered trademark)” TR70LX, manufactured by Mzavelke), a copolymer of 4,4′-diaminodicyclohexylmethane and dodecadioic acid (for example, “trogamide ( Registered trademark) "CX7233, manufactured by Degussa).

本発明におけるポリマー粒子[D]は、次の(d−i)と(d−ii)の条件を満たす必要がある。
(d−i)ガラス転移温度が80〜155℃の範囲にある
(d−ii)平均粒子径が[C]の1/1000を上回りかつ1/10を下回る範囲にある。
The polymer particle [D] in the present invention must satisfy the following conditions (d-i) and (d-ii).
(D-i) The glass transition temperature is in the range of 80 to 155 ° C. (d-ii) The average particle diameter is in the range of more than 1/1000 of [C] and less than 1/10.

本発明におけるポリマー粒子[D]は、ガラス転移温度が80〜155℃の範囲にある必要があり、130〜155℃の範囲にあることが好ましく、130〜150℃の範囲にあることがより好ましい。このような比較的高いガラス転移温度とすることで、加熱硬化の際にポリマー粒子の変形が起こらず、安定した層間厚みが形成され、層間靭性に優れるとともに、湿熱時圧縮強度を安定して確保できる繊維強化複合材料を得ることが可能となる。かかるガラス転移温度が80℃に満たない場合、層間靭性および湿熱時圧縮強度のバランスの不十分な繊維強化複合材料となる。一方、かかるガラス転移温度が155℃を上回る場合、ポリマー粒子自身の靱性が不足する傾向があるとともに、ポリマー粒子とマトリックス樹脂の界面接着性が不十分となり、層間靭性が不十分な繊維強化複合材料となる。   The polymer particles [D] in the present invention must have a glass transition temperature in the range of 80 to 155 ° C, preferably in the range of 130 to 155 ° C, and more preferably in the range of 130 to 150 ° C. . By setting such a relatively high glass transition temperature, deformation of the polymer particles does not occur during heat curing, a stable interlayer thickness is formed, excellent interlaminar toughness, and stable compressive strength when wet heat is ensured. It is possible to obtain a fiber-reinforced composite material that can be obtained. When such a glass transition temperature is less than 80 ° C., a fiber-reinforced composite material having an insufficient balance between interlayer toughness and wet compressive strength is obtained. On the other hand, when such a glass transition temperature exceeds 155 ° C., the toughness of the polymer particles themselves tends to be insufficient, and the interfacial adhesion between the polymer particles and the matrix resin becomes insufficient, and the fiber reinforced composite material has insufficient interlayer toughness. It becomes.

本発明におけるポリマー粒子[D]は、平均粒子径が[C]の1/1000を上回りかつ1/10を下回る範囲にある必要があり、1/100を上回りかつ1/10を下回る範囲にあることが好ましい。かかる平均粒子径がこの範囲内にあることにより、ポリマー粒子[D]が、繊維層と層間樹脂層の界面に分布し、界面の靭性を向上させて繊維層内に亀裂が入ることを防ぎ、安定して層間靭性を向上させる。かかる平均粒子径が1/10を上回るとき、この粒子が界面に分布することができず、界面の靭性向上効果が小さくなる。かかる平均粒子径が1/1000を下回るとき、この粒子が層間樹脂層との界面に留まることができずに繊維層深くに入り込んで界面の靭性に寄与しなくなる、あるいは、小径粒子配合による粘度上昇によりプリプレグの製造プロセスが悪化する。   The polymer particle [D] in the present invention needs to have an average particle diameter in a range larger than 1/1000 of [C] and smaller than 1/10, and in a range larger than 1/100 and smaller than 1/10. It is preferable. When the average particle diameter is within this range, the polymer particles [D] are distributed at the interface between the fiber layer and the interlayer resin layer, and the toughness of the interface is improved to prevent cracks in the fiber layer. Stablely improves interlayer toughness. When the average particle diameter exceeds 1/10, the particles cannot be distributed at the interface, and the interface toughness improving effect is reduced. When the average particle size is less than 1/1000, the particles cannot stay at the interface with the interlayer resin layer and do not contribute to the toughness of the interface by entering the fiber layer deeply, or increase in viscosity due to the incorporation of small particle size This deteriorates the prepreg manufacturing process.

加えて、本発明におけるポリマー粒子[D]は、[C]と[D]の総量に対する[D]の質量含有率が5〜30質量%の範囲内にあることが好ましい。[D]の質量含有率がかかる範囲内にあることで、樹脂組成物の粘度上昇を極力抑えつつ、層間領域および繊維層と層間樹脂層の界面での粒子の充填率を効果的に高めることができる。かかる質量含有率が5質量%を下回る場合、繊維層と層間樹脂層の界面付近での小粒径粒子の粒子充填効果が小さくなるために繊維強化複合材料の層間破壊モードの変化や層間靭製の向上効果が小さくなる。一方、かかる質量含有率が30質量%を上回る場合、樹脂組成物の粘度上昇によりプリプレグの製造プロセスが悪化する。   In addition, the polymer particles [D] in the present invention preferably have a mass content of [D] in the range of 5 to 30% by mass with respect to the total amount of [C] and [D]. When the mass content of [D] is within such a range, the increase in the viscosity of the resin composition is suppressed as much as possible, and the particle filling rate at the interlayer region and the interface between the fiber layer and the interlayer resin layer is effectively increased. Can do. When the mass content is less than 5% by mass, the effect of filling the small particle size particles near the interface between the fiber layer and the interlayer resin layer is reduced, so the change in the interlaminar fracture mode of the fiber reinforced composite material or the interlayer toughening The improvement effect becomes smaller. On the other hand, when this mass content rate exceeds 30 mass%, the manufacturing process of a prepreg deteriorates by the viscosity raise of a resin composition.

本発明におけるポリマー粒子[D]は、ポリマー種を限定されるものではなく、[C]と同一のポリマー種であっても同一でないポリマー種であっても構わない。   The polymer particles [D] in the present invention are not limited to polymer species, and may be the same polymer species as [C] or non-identical polymer species.

本発明におけるポリマー粒子[D]は、真球度が90〜100((d−iii))であることが好ましく、96〜100であることがより好ましい。このような高い真球度とすることで、かかるポリマー粒子を分散したエポキシ樹脂組成物の粘度を低く抑えることが出来、その分、ポリマー粒子の配合量を増やすことが可能となるとともに、[C]と組み合わせた際に、粒子の充填率を高めることができる。かかる真球度が90に満たない場合、エポキシ樹脂組成物の粘度上昇によりポリマー粒子の配合量が制限されるとともに、界面における充填化効果が小さいものとなる。   The polymer particles [D] in the present invention preferably have a sphericity of 90 to 100 ((d-iii)), and more preferably 96 to 100. By setting such high sphericity, the viscosity of the epoxy resin composition in which such polymer particles are dispersed can be kept low, and the amount of polymer particles can be increased accordingly, and [C ], The particle filling rate can be increased. When the sphericity is less than 90, the blending amount of the polymer particles is limited due to the increase in viscosity of the epoxy resin composition, and the filling effect at the interface is small.

本発明のプリプレグは、エポキシ樹脂硬化剤[B]を配合して用いる。かかるエポキシ樹脂硬化剤は、エポキシ基と反応し得る活性基を有する化合物である。具体的には、例えば、ジシアンジアミド、芳香族ポリアミン、アミノ安息香酸エステル類、各種酸無水物、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ポリフェノール化合物、イミダゾール誘導体、脂肪族アミン、テトラメチルグアニジン、チオ尿素付加アミン、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物のようなカルボン酸無水物、カルボン酸ヒドラジド、カルボン酸アミド、ポリメルカプタンおよび三フッ化ホウ素エチルアミン錯体のようなルイス酸錯体などが挙げられる。   The prepreg of the present invention is used by blending an epoxy resin curing agent [B]. Such an epoxy resin curing agent is a compound having an active group capable of reacting with an epoxy group. Specifically, for example, dicyandiamide, aromatic polyamine, aminobenzoic acid esters, various acid anhydrides, phenol novolac resin, cresol novolac resin, polyphenol compound, imidazole derivative, aliphatic amine, tetramethylguanidine, thiourea-added amine Carboxylic acid anhydrides such as methylhexahydrophthalic anhydride, carboxylic acid hydrazides, carboxylic acid amides, polymercaptans, and Lewis acid complexes such as boron trifluoride ethylamine complexes.

芳香族ポリアミンを硬化剤として用いることにより、耐熱性の良好なエポキシ樹脂硬化物が得られる。特に、芳香族ポリアミンの中でも、ジアミノジフェニルスルホンもしくはその誘導体、またはその各種異性体は、耐熱性の良好なエポキシ樹脂硬化物を得るため最も適している硬化剤である。   By using an aromatic polyamine as a curing agent, an epoxy resin cured product having good heat resistance can be obtained. In particular, among aromatic polyamines, diaminodiphenyl sulfone or a derivative thereof, or various isomers thereof are the most suitable curing agents for obtaining a cured epoxy resin having good heat resistance.

また、ジシアンジアミドと尿素化合物、例えば、3,4−ジクロロフェニル−1,1−ジメチルウレアとの組合せ、あるいはイミダゾール類を硬化剤として用いることにより、比較的低温で硬化しながら高い耐熱耐水性が得られる。酸無水物を用いてエポキシ樹脂を硬化することは、アミン化合物硬化に比べ吸水率の低い硬化物を与える。その他、これらの硬化剤を潜在化したもの、例えば、マイクロカプセル化したものを用いることにより、プリプレグの保存安定性、特にタック性やドレープ性が室温放置しても変化しにくい。   Further, by using a combination of dicyandiamide and a urea compound such as 3,4-dichlorophenyl-1,1-dimethylurea or imidazoles as a curing agent, high heat resistance and water resistance can be obtained while curing at a relatively low temperature. . Curing the epoxy resin with an acid anhydride gives a cured product having a lower water absorption than the amine compound curing. In addition, by using a latent product of these curing agents, for example, a microencapsulated product, the storage stability of the prepreg, in particular, tackiness and draping properties hardly change even when left at room temperature.

硬化剤の添加量の最適値は、エポキシ樹脂と硬化剤の種類により異なる。例えば、芳香族アミン硬化剤では、化学量論的に当量となるように添加することが好ましいが、エポキシ樹脂のエポキシ基量に対する芳香族アミン硬化剤の活性水素量の比を0.7〜0.9付近とすることにより、当量で用いた場合より高弾性率樹脂が得られることがあり、これも好ましい態様である。これらの硬化剤は、単独で使用しても複数を併用してもよい。   The optimum value of the addition amount of the curing agent varies depending on the type of the epoxy resin and the curing agent. For example, in the case of an aromatic amine curing agent, it is preferable to add the stoichiometric equivalent, but the ratio of the active hydrogen amount of the aromatic amine curing agent to the epoxy group amount of the epoxy resin is 0.7 to 0. By setting the ratio to about .9, a high elastic modulus resin may be obtained as compared with the case where it is used in an equivalent amount, which is also a preferable embodiment. These curing agents may be used alone or in combination.

芳香族ポリアミン硬化剤の市販品としては、セイカキュアS(和歌山精化工業(株)製)、MDA−220(三井化学(株)製)、“jERキュア(登録商標)”W(三菱化学(株)製)、および3,3’−DAS(三井化学(株)製)、Lonzacure(登録商標)M−DEA(Lonza(株)製)、Lonzacure(登録商標)M−DIPA(Lonza(株)製)、Lonzacure(登録商標)M−MIPA(Lonza(株)製)およびLonzacure(登録商標)DETDA 80(Lonza(株)製)などが挙げられる。   Commercially available aromatic polyamine curing agents include Seika Cure S (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.), MDA-220 (manufactured by Mitsui Chemicals), “jER Cure (registered trademark)” W (Mitsubishi Chemical Corporation) )), And 3,3′-DAS (manufactured by Mitsui Chemicals), Lonzacure (registered trademark) M-DEA (manufactured by Lonza Corp.), Lonzacure (registered trademark) M-DIPA (manufactured by Lonza Corp.) ), Lonzacure (registered trademark) M-MIPA (manufactured by Lonza Corporation), Lonzacure (registered trademark) DETDA 80 (manufactured by Lonza Corporation), and the like.

また、これらエポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂硬化剤[B]、あるいはそれらの一部を予備反応させた物を組成物中に配合することもできる。この方法は、粘度調節や保存安定性向上に有効な場合がある。   Moreover, the epoxy resin [A] and the epoxy resin curing agent [B], or a product obtained by pre-reacting a part thereof can be blended in the composition. This method may be effective for viscosity adjustment and storage stability improvement.

本発明のプリプレグは、本発明の効果を妨げない範囲で、カップリング剤や、熱硬化性ポリマー粒子、エポキシ樹脂に溶解可能な熱可塑性樹脂、あるいはシリカゲル、カーボンブラック、クレー、カーボンナノチューブ、金属粉体といった無機フィラー等を配合することができる。   The prepreg of the present invention is a coupling agent, a thermosetting polymer particle, a thermoplastic resin that can be dissolved in an epoxy resin, or silica gel, carbon black, clay, carbon nanotube, metal powder, as long as the effects of the present invention are not hindered. An inorganic filler such as a body can be blended.

本発明のプリプレグは、エポキシ樹脂[A]、エポキシ樹脂硬化剤[B]、ポリマー粒子[C]およびポリマー粒子[D]を有してなるエポキシ樹脂組成物を、[C]および[D]の総量の90質量%以上がプリプレグ表面からプリプレグの厚さの20%の深さの範囲内に存在する形態で、強化繊維に含浸させてなるものである。本発明のプリプレグに用いられる強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、PBO繊維、高強力ポリエチレン繊維、アルミナ繊維および炭化ケイ素繊維などを用いることができる。これらの繊維を、2種類以上混合して用いても構わない。強化繊維の形態や配列については限定されず、例えば、一方向に引き揃えられた長繊維、単一のトウ、織物、ニット、不織布、マットおよび組紐などの繊維構造物が用いられる。   The prepreg of the present invention comprises an epoxy resin composition comprising an epoxy resin [A], an epoxy resin curing agent [B], polymer particles [C], and polymer particles [D]. 90% by mass or more of the total amount is impregnated into the reinforcing fiber in a form in which the total amount is within a range of 20% of the thickness of the prepreg from the prepreg surface. As the reinforcing fiber used in the prepreg of the present invention, carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, PBO fiber, high strength polyethylene fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, and the like can be used. Two or more kinds of these fibers may be mixed and used. The form and arrangement of the reinforcing fibers are not limited, and for example, fiber structures such as long fibers arranged in one direction, a single tow, a woven fabric, a knit, a non-woven fabric, a mat and a braid are used.

特に、材料の軽量化や高強度化の要求が高い用途においては、その優れた比弾性率と比強度のため、炭素繊維を好適に用いることができる。   In particular, in applications where there is a high demand for weight reduction and high strength of materials, carbon fibers can be suitably used because of their excellent specific modulus and specific strength.

本発明で好ましく用いられる炭素繊維は、用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維を用いることが可能であるが、層間靭性や耐衝撃性の点から高くとも400GPaの引張弾性率を有する炭素繊維であることが好ましい。また、強度の観点からは、高い剛性および機械強度を有する複合材料が得られることから、引張強度が好ましくは4.4〜6.5GPaの炭素繊維が用いられる。また、引張伸度も重要な要素であり、1.7〜2.3%の高強度高伸度炭素繊維であることが好ましい。従って、引張弾性率が少なくとも230GPaであり、引張強度が少なくとも4.4GPaであり 、引張伸度が少なくとも1.7%であるという特性を兼ね備えた炭素繊維が最も適している。   The carbon fiber preferably used in the present invention may be any type of carbon fiber depending on the application, but is a carbon fiber having a tensile elastic modulus of 400 GPa at the highest in terms of interlayer toughness and impact resistance. It is preferable. From the viewpoint of strength, a carbon fiber having a tensile strength of preferably 4.4 to 6.5 GPa is preferably used because a composite material having high rigidity and mechanical strength can be obtained. Further, the tensile elongation is also an important factor, and it is preferably a high-strength, high-stretch carbon fiber of 1.7 to 2.3%. Therefore, carbon fibers having the characteristics that the tensile modulus is at least 230 GPa, the tensile strength is at least 4.4 GPa, and the tensile elongation is at least 1.7% are most suitable.

炭素繊維の市販品としては、“トレカ(登録商標)”T800G−24K、“トレカ(登録商標)”T800S−24K、 “トレカ(登録商標)”T700G−24K、“トレカ(登録商標)”T300−3K、および“トレカ(登録商標)”T700S−12K(以上東レ(株)製)などが挙げられる。   Commercially available carbon fibers include “Torayca (registered trademark)” T800G-24K, “Torayca (registered trademark)” T800S-24K, “Torayca (registered trademark)” T700G-24K, and “Torayca (registered trademark)” T300- 3K, and “Torayca (registered trademark)” T700S-12K (manufactured by Toray Industries, Inc.).

炭素繊維の形態や配列については、一方向に引き揃えた長繊維や織物等から適宜選択できるが、軽量で耐久性がより高い水準にある炭素繊維強化複合材料を得るためには、炭素繊維が、一方向に引き揃えた長繊維(繊維束)や織物等連続繊維の形態であることが好ましい。   The form and arrangement of the carbon fibers can be appropriately selected from long fibers and woven fabrics arranged in one direction. However, in order to obtain a carbon fiber reinforced composite material that is lighter and more durable, It is preferably in the form of continuous fibers such as long fibers (fiber bundles) or woven fabrics arranged in one direction.

本発明において用いられる炭素繊維束は、単繊維繊度が0.2〜2.0dtexであることが好ましく、より好ましくは0.4〜1.8dtexである。単繊維繊度が0.2dtex未満では、撚糸時においてガイドローラーとの接触による炭素繊維束の損傷が起こり易くなることがあり、また樹脂組成物の含浸処理工程においても同様の損傷が起こることがある。単繊維繊度が2.0dtexを超えると炭素繊維束に樹脂組成物が充分に含浸されないことがあり、結果として耐疲労性が低下することがある。   The carbon fiber bundle used in the present invention preferably has a single fiber fineness of 0.2 to 2.0 dtex, more preferably 0.4 to 1.8 dtex. If the single fiber fineness is less than 0.2 dtex, damage to the carbon fiber bundle due to contact with the guide roller may easily occur during twisting, and similar damage may also occur in the impregnation treatment step of the resin composition. . When the single fiber fineness exceeds 2.0 dtex, the carbon fiber bundle may not be sufficiently impregnated with the resin composition, and as a result, fatigue resistance may be reduced.

本発明において用いられる炭素繊維束は、一つの繊維束中のフィラメント数が2500〜50000本の範囲であることが好ましい。フィラメント数が2500本を下回ると繊維配列が蛇行しやすく強度低下の原因となりやすい。また、フィラメント数が50000本を上回るとプリプレグ作製時あるいは成形時に樹脂含浸が難しいことがある。フィラメント数は、より好ましくは2800〜40000本の範囲である。   In the carbon fiber bundle used in the present invention, the number of filaments in one fiber bundle is preferably in the range of 2500 to 50000. When the number of filaments is less than 2500, the fiber arrangement tends to meander and easily cause a decrease in strength. If the number of filaments exceeds 50,000, resin impregnation may be difficult during prepreg production or molding. The number of filaments is more preferably in the range of 2800 to 40000.

本発明のプリプレグは、エポキシ樹脂[A]、エポキシ樹脂硬化剤[B]、ポリマー粒子[C]およびポリマー粒子[D]を有してなる樹脂組成物を強化繊維に含浸したものであることが好ましく、そのプリプレグの繊維質量分率は好ましくは40〜90質量%であり、より好ましくは50〜80質量%である。繊維質量分率が低すぎると、得られる繊維強化複合材料の質量が過大となり、比強度および比弾性率に優れる繊維強化複合材料の利点が損なわれることがあり、また、強化繊維質量分率が高すぎると、前記樹脂組成物の含浸不良が生じ、得られる繊維強化複合材料がボイドの多いものとなり易く、その力学特性が大きく低下することがある。   The prepreg of the present invention is obtained by impregnating a reinforcing fiber with a resin composition having an epoxy resin [A], an epoxy resin curing agent [B], polymer particles [C], and polymer particles [D]. Preferably, the fiber mass fraction of the prepreg is preferably 40 to 90% by mass, more preferably 50 to 80% by mass. If the fiber mass fraction is too low, the resulting fiber reinforced composite material may have an excessive mass, which may impair the advantages of the fiber reinforced composite material having excellent specific strength and specific elastic modulus. If it is too high, poor impregnation of the resin composition occurs, and the resulting fiber-reinforced composite material tends to have a lot of voids, and its mechanical properties may be greatly deteriorated.

本発明のプリプレグは、粒子に富む層、すなわちその断面を観察したときに、少なくともポリマー粒子[C]とポリマー粒子[D]が局在して存在している状態が明瞭に確認しうる層(以下、粒子層と略記することがある。)が、プリプレグの表面付近部分に形成されている構造であると良い。   The prepreg of the present invention is a layer rich in particles, that is, a layer in which at least the polymer particles [C] and the polymer particles [D] can be clearly identified when the cross section is observed ( Hereinafter, it may be abbreviated as a particle layer.) May be a structure formed in the vicinity of the surface of the prepreg.

このような構造をとることにより、プリプレグを積層してエポキシ樹脂を硬化させて繊維強化複合材料とした場合は、繊維層と繊維層の間にポリマー粒子[C]とポリマー粒子[D]を有する層間樹脂層が形成され易く、得られる繊維強化複合材料に高度の層間靭性や耐衝撃性が発現されるようになる。   By adopting such a structure, when a prepreg is laminated and an epoxy resin is cured to form a fiber-reinforced composite material, the polymer layer [C] and the polymer particle [D] are provided between the fiber layer and the fiber layer. An interlayer resin layer is easily formed, and a high degree of interlayer toughness and impact resistance are expressed in the resulting fiber-reinforced composite material.

このような観点から、ポリマー粒子[C]およびポリマー粒子[D]を有してなる粒子層は、プリプレグの厚さ100%に対して、プリプレグの表面から、表面を起点として厚さ方向に好ましくは20%の深さ、より好ましくは10%の深さの範囲内に存在していることが好ましい。また、粒子層は、片面のみに存在させても良いが、プリプレグに表裏ができるため、注意が必要となる。プリプレグの積層を間違えて、粒子のある層間とない層間が形成されると、層間靭性の低い複合材料となる。表裏の区別をなくし、積層を容易にするため、粒子層はプリプレグの表裏両面に存在する方がよい。   From such a viewpoint, the particle layer comprising the polymer particles [C] and the polymer particles [D] is preferably in the thickness direction from the surface of the prepreg with respect to the thickness of the prepreg of 100%. Is preferably in the range of 20% deep, more preferably 10% deep. Further, the particle layer may be present only on one side, but care must be taken because the prepreg can be front and back. If the prepreg stacking is mistaken to form layers with and without particles, a composite material with low interlayer toughness is obtained. In order to eliminate the distinction between front and back and facilitate lamination, the particle layer should be present on both the front and back sides of the prepreg.

さらに、前記の粒子層内に存在するポリマー粒子[C]およびポリマー粒子[D]の存在率は、プリプレグ中、ポリマー粒子[C]および[D]の総量に対して90〜100質量%であり、好ましくは95〜100質量%である。   Furthermore, the abundance ratio of the polymer particles [C] and the polymer particles [D] existing in the particle layer is 90 to 100% by mass with respect to the total amount of the polymer particles [C] and [D] in the prepreg. , Preferably it is 95-100 mass%.

この粒子の存在率は、例えば、下記の方法で評価することができる。すなわち、プリプレグを2枚の表面の平滑なポリ四フッ化エチレン樹脂板の間に挟持して密着させ、7日間かけて徐々に硬化温度まで温度を上昇させてゲル化、硬化させて板状のプリプレグ硬化物を作製する。得られた硬化物の、断面の顕微鏡写真を撮影する。この断面写真を用いて、粒子層を両面に配置したプリプレグの場合、このプリプレグ硬化物の両面に、プリプレグ硬化物の表面から、厚さの20%深さ位置にプリプレグの表面と平行な線をそれぞれ、計2本引く。次に、プリプレグの表面と上記線との間に存在する粒子の合計面積と、プリプレグの厚みに渡って存在する粒子の合計面積を求め、プリプレグの厚さ100%に対して、プリプレグの表面から20%の深さの範囲に存在する粒子の存在率を計算する。ここで、粒子の合計面積は、断面写真から粒子部分を刳り抜き、その質量から換算して求める。また、一般に用いられる画像処理ソフトを用いて計測することも可能である。断面写真において樹脂中に分散する粒子の判別が困難な場合は、粒子を染色する手段も採用できる。   The abundance of the particles can be evaluated by, for example, the following method. That is, the prepreg is sandwiched between two smooth polytetrafluoroethylene resin plates with a smooth surface, and the temperature is gradually raised to the curing temperature over 7 days to gel and cure to cure the plate-like prepreg. Make a thing. A micrograph of the cross section of the obtained cured product is taken. In the case of a prepreg in which the particle layer is arranged on both sides using this cross-sectional photograph, a line parallel to the surface of the prepreg is formed on both sides of the prepreg cured product at a position 20% deep from the surface of the prepreg cured product. Draw a total of two each. Next, the total area of the particles existing between the surface of the prepreg and the line and the total area of the particles existing over the thickness of the prepreg are obtained, and from the surface of the prepreg with respect to 100% of the thickness of the prepreg. Calculate the abundance of particles present in the 20% depth range. Here, the total area of the particles is obtained by cutting out the particle portion from the cross-sectional photograph and converting it from the mass. It is also possible to measure using commonly used image processing software. If it is difficult to identify the particles dispersed in the resin in the cross-sectional photograph, a means for dyeing the particles can also be employed.

本発明のプリプレグは、特開平1−26651号公報、特開昭63−170427号公報または特開昭63−170428号公報に開示されているような方法を応用して製造することができる。具体的には、本発明のプリプレグは、強化繊維とエポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂硬化剤[B]を有してなる樹脂組成物からなる一次プリプレグの表面に、ポリマー粒子[C]および[D]を粒子の形態のまま塗布する方法、マトリックス樹脂中にこれらの粒子を均一に混合した混合物を調整し、この混合物を強化繊維に含浸させる過程において、強化繊維でこれら粒子の侵入を遮断せしめてプリプレグの表面部分に粒子を局在化させる方法、または予め前記樹脂組成物を強化繊維に含浸させて一次プリプレグを作製しておき、一次プリプレグ表面に、これらの粒子を高濃度で含有する前記樹脂組成物からなる樹脂フィルムを貼付する方法等で製造することができる。ポリマー粒子[C]およびポリマー粒子[D]が、プリプレグの厚み20%の深さの範囲に均一に存在することで、層間靭性の高い繊維複合材料用のプリプレグが得られる。   The prepreg of the present invention can be produced by applying a method as disclosed in JP-A-1-26651, JP-A-63-170427 or JP-A-63-170428. Specifically, the prepreg of the present invention has polymer particles [C] and [C] on the surface of a primary prepreg composed of a resin composition having reinforcing fibers, an epoxy resin [A], and an epoxy resin curing agent [B]. D] is applied in the form of particles, and in the process of preparing a mixture in which these particles are uniformly mixed in a matrix resin and impregnating the mixture into the reinforcing fibers, the reinforcing fibers block the penetration of these particles. The method of localizing particles on the surface portion of the prepreg, or preparing a primary prepreg by impregnating the resin composition in advance with a reinforcing fiber, and containing the particles at a high concentration on the surface of the primary prepreg It can manufacture by the method of sticking the resin film which consists of resin compositions. When the polymer particles [C] and the polymer particles [D] are uniformly present within a depth range of 20% of the prepreg thickness, a prepreg for a fiber composite material having high interlayer toughness can be obtained.

本発明のプリプレグは、エポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂硬化剤[B]を有してなる樹脂組成物を、メチルエチルケトンやメタノール等の溶媒に溶解して低粘度化し、強化繊維に含浸させるウェット法と、エポキシ樹脂組成物を加熱により低粘度化し、強化繊維に含浸させるホットメルト法等によって好適に製造することができる。   The prepreg of the present invention is a wet method in which a resin composition comprising an epoxy resin [A] and an epoxy resin curing agent [B] is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to lower the viscosity and impregnate the reinforcing fibers. And it can manufacture suitably by the hot-melt method etc. which make an epoxy resin composition low-viscosity by heating, and make a reinforced fiber impregnate.

ウェット法は、強化繊維をエポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂硬化剤[B]を有してなる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せしめ、プリプレグを得る方法である。   In the wet method, the reinforced fiber is dipped in a solution of a resin composition having an epoxy resin [A] and an epoxy resin curing agent [B], then pulled up, and the solvent is evaporated using an oven or the like to obtain a prepreg. Is the method.

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[A]とエポキシ樹脂硬化剤[B]を有してなる樹脂組成物を直接強化繊維に含浸させる方法、または前記樹脂組成物を離型紙等の上にコーティングした樹脂フィルムを作製しておき、次に強化繊維の両側または片側からその樹脂フィルムを重ね、加熱加圧することにより前記樹脂組成物を転写含浸せしめ、プリプレグを得る方法である。このホットメルト法では、プリプレグ中に残留する溶媒が実質的に皆無となるため好ましい態様である。   The hot melt method is a method in which a reinforcing fiber is impregnated directly with a resin composition having an epoxy resin [A] and an epoxy resin curing agent [B] whose viscosity is reduced by heating, or the resin composition is released from release paper or the like. This is a method of preparing a prepreg by preparing a resin film coated on the upper side of the reinforced fiber, and then superposing the resin film from both sides or one side of the reinforcing fiber and transferring and impregnating the resin composition by heating and pressing. This hot melt method is a preferred embodiment because substantially no solvent remains in the prepreg.

また、本発明の繊維強化複合材料は、このような方法により製造されたプリプレグを複数枚積層後、得られた積層体に熱および圧力を付与しながら、エポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂硬化剤[B]を有してなる樹脂組成物を加熱硬化させる方法等により製造することができる。   In addition, the fiber reinforced composite material of the present invention is obtained by laminating a plurality of prepregs produced by such a method, and then applying an epoxy resin [A] and an epoxy resin curing agent while applying heat and pressure to the obtained laminate. The resin composition comprising [B] can be produced by a method of heat curing.

熱および圧力を付与する方法としては、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法および内圧成形法等が使用される。特にスポーツ用品の成形には、ラッピングテープ法と内圧成形法が好ましく用いられる。   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, and the like are used. In particular, a wrapping tape method and an internal pressure molding method are preferably used for molding sports equipment.

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、ゴルフシャフトや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、プリプレグの固定および圧力付与のため、プリプレグの外側に熱可塑性樹脂フィルムからなるラッピングテープを捲回し、オーブン中でエポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂硬化剤[B]を有してなる樹脂組成物を加熱硬化させた後、芯金を抜き去って管状体を得る方法である。   The wrapping tape method is a method in which a prepreg is wound around a mandrel or the like and a tubular body made of a fiber reinforced composite material is formed, and is a suitable method for producing a rod-like body such as a golf shaft or a fishing rod. . More specifically, the prepreg is wound around a mandrel, and a wrapping tape made of a thermoplastic resin film is wound outside the prepreg to fix the prepreg and apply pressure, and the epoxy resin [A] and the epoxy resin are cured in an oven. In this method, the resin composition having the agent [B] is heat-cured, and then the cored bar is removed to obtain a tubular body.

また、内圧成形法は、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、次いでその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、管状体を成形する方法である。この内圧成形法は、ゴルフシャフト、バット、およびテニスやバトミントン等のラケットのような複雑な形状物を成形する際に、特に好ましく用いられる。   In addition, 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 apply high pressure gas to the internal pressure applying body to apply pressure. At the same time, the mold is heated to form a tubular body. This internal pressure molding method is particularly preferably used when molding a complicated shape such as a golf shaft, a bat, and a racket such as tennis or badminton.

本発明の繊維強化複合材料は、上述した本発明のプリプレグを所定の形態で積層し、加圧・加熱してエポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂硬化剤[B]を有してなる樹脂組成物を硬化させる方法を一例として製造することができる。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is a resin composition comprising the above-described prepreg of the present invention laminated in a predetermined form, and pressurizing and heating to have an epoxy resin [A] and an epoxy resin curing agent [B]. As an example, a method of curing can be produced.

本発明の繊維強化複合材料は、上記(c−i)〜(c−iii)、(d−i)〜(d−ii)の条件を同時に満たす、エポキシ樹脂[A]に不溶なポリマー粒子[C]およびポリマー粒子[D]を用いることで、繊維層間領域におけるポリマー粒子の充填度が高いものとなる。従って、同量のポリマー粒子を層間に配置した場合でも、繊維層間厚みがとりわけ小さな繊維強化複合材料が得られ、その結果、層間靭性GICが十分に高いものとなる。かかる層間厚みは、10〜30μmの範囲にあることが好ましい。かかる層間厚みは、例えば以下の手順で測定することができる。繊維強化複合材料を強化繊維に直交する方向から切断し、その断面を研磨後、光学顕微鏡で200倍以上に拡大し写真撮影する。写真上の無作為に選んだ繊維層間領域について、強化繊維の体積含有率が50%となる、繊維層と平行に引いたラインを繊維層領域と繊維層間領域の境界ラインとして、100μmの長さに渡り平均化した境界ラインを引き、その間の距離を層間厚みとする。 The fiber-reinforced composite material of the present invention is a polymer particle insoluble in an epoxy resin [A] that simultaneously satisfies the conditions (ci) to (c-iii) and (di) to (d-ii). By using C] and polymer particles [D], the degree of filling of the polymer particles in the fiber interlayer region becomes high. Therefore, even when placing the same amount of polymer particles in the interlayer, fiber interlayer thickness is especially small fiber-reinforced composite material was obtained, as a result, becomes sufficiently high interlayer toughness G IC. The interlayer thickness is preferably in the range of 10 to 30 μm. Such interlayer thickness can be measured, for example, by the following procedure. The fiber reinforced composite material is cut from the direction orthogonal to the reinforcing fibers, and the cross section is polished, and then magnified 200 times or more with an optical microscope and photographed. For a randomly selected fiber interlayer region on the photo, the reinforcing fiber volume content is 50%, and the line drawn parallel to the fiber layer is 100 μm in length as the boundary line between the fiber layer region and the fiber interlayer region. The average boundary line is drawn over the distance, and the distance between them is defined as the interlayer thickness.

本発明は、強化繊維層に挟まれた層間領域に、ポリマー粒子[C]、[D]ともに局在し、その中で粒子径の大きな[C]の間を粒子径の小さな[D]が埋める形で分布する場合に、これらの粒子が層間領域に密に充填され、同量のポリマー粒子を層間に配置した場合でも層間厚みの小さな繊維強化複合材料となる。   In the present invention, both polymer particles [C] and [D] are localized in an interlayer region sandwiched between reinforcing fiber layers, and [D] having a small particle diameter is between [C] having a large particle diameter. When distributed in a filling form, these particles are closely packed in the interlayer region, and even when the same amount of polymer particles is arranged between the layers, a fiber-reinforced composite material having a small interlayer thickness is obtained.

本発明の繊維強化複合材料は、その断面において、光学顕微鏡により観察されるポリマー粒子[C]の真球度が90〜100の範囲にあることが好ましく、96〜100の範囲にあることがより好ましい。特に粒子径の大きな[C]が成形後も高い真球度を維持することにより、ポリマー粒子全体として真球度が維持され、それにより、成形条件によらず安定した層間厚みが得られ、層間靭性を始めとする力学特性が安定して発現するものとなる。かかる真球度は、例えば以下の手順で測定することができる。繊維強化複合材料を炭素繊維に直交する方向から切断し、その断面を研磨後、光学顕微鏡で200倍以上に拡大し写真撮影する。この写真から[C]粒子の短径と長径を測定し、無作為に選んだ粒子30個の平均より、下記数値変換式に従い算出されるものである。   In the fiber reinforced composite material of the present invention, the sphericity of the polymer particles [C] observed with an optical microscope is preferably in the range of 90 to 100, and more preferably in the range of 96 to 100, in the cross section. preferable. In particular, [C] having a large particle diameter maintains a high sphericity even after molding, so that the sphericity is maintained as a whole of the polymer particles, thereby obtaining a stable interlayer thickness regardless of molding conditions. Mechanical properties such as toughness are stably expressed. Such sphericity can be measured, for example, by the following procedure. The fiber reinforced composite material is cut from a direction orthogonal to the carbon fiber, and the cross section is polished, and then magnified 200 times or more with an optical microscope and photographed. The short diameter and long diameter of [C] particles are measured from this photograph, and calculated from the average of 30 randomly selected particles according to the following numerical conversion formula.

Figure 2014145003
Figure 2014145003

尚、n:測定数30とする。   Note that n is 30 measurements.

以下、実施例によって、本発明のプリプレグと繊維強化複合材料について、より具体的に説明する。実施例で用いた樹脂原料、プリプレグおよび繊維強化複合材料の作製方法および評価法を、次に示す。実施例のプリプレグの作製環境および評価は、特に断りのない限り、温度25℃±2℃、相対湿度50%の雰囲気で行ったものである。   Hereinafter, the prepreg and the fiber-reinforced composite material of the present invention will be described more specifically with reference to examples. The production methods and evaluation methods of the resin raw materials, prepregs and fiber reinforced composite materials used in the examples are shown below. The production environment and evaluation of the prepregs of the examples are performed in an atmosphere at a temperature of 25 ° C. ± 2 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified.

<炭素繊維(強化繊維)>
・“トレカ(登録商標)”T800G−24K−31E(フィラメント数24,000本、引張強度5.9GPa、引張弾性率294GPa、引張伸度2.0%の炭素繊維、東レ(株)製)。
<Carbon fiber (reinforced fiber)>
"Torayca (registered trademark)" T800G-24K-31E (carbon fiber with 24,000 filaments, tensile strength 5.9 GPa, tensile elastic modulus 294 GPa, tensile elongation 2.0%, manufactured by Toray Industries, Inc.).

<エポキシ樹脂[A]>
・“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、住友化学(株)製)
・“アラルダイト(登録商標)”MY0600(m−アミノフェノール型エポキシ樹脂、エポキシ当量118,ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)社製)
・“エピクロン(登録商標)”830(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、DIC(株)製)
<エポキシ樹脂硬化剤[B]>
・3,3’−DAS(3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、三井化学ファイン(株)製)。
<Epoxy resin [A]>
"Sumiepoxy (registered trademark)" ELM434 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
"Araldite (registered trademark)" MY0600 (m-aminophenol type epoxy resin, epoxy equivalent 118, manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.)
"Epiclon (registered trademark)" 830 (bisphenol F type epoxy resin, manufactured by DIC Corporation)
<Epoxy resin curing agent [B]>
3,3′-DAS (3,3′-diaminodiphenylsulfone, manufactured by Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd.).

<その他の成分>
・“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P(ポリエーテルスルホン、住友化学(株)製)。
<Other ingredients>
"Sumika Excel (registered trademark)" PES5003P (polyethersulfone, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.).

<ポリマー粒子[C]>
・粒子1(“トロガミド(登録商標)”CX7323を原料として作製した、平均粒子径18μm、粒子径分布1.2、真球度98、Tg137℃の粒子)
1000mlの耐圧ガラスオートクレーブ(耐圧硝子工業(株)ハイパーグラスターTEM−V1000N)の中に、ポリマーAとしてポリアミド(重量平均分子量 17,000、デグザ社製 “トロガミド(登録商標)” CX7323)を37g、有機溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン 285g、ポリマーBとしてポリビニルアルコール 28g(日本合成化学工業株式会社製 “ゴーセノール(登録商標)” GM−14 重量平均分子量 29,000、酢酸ナトリウム含量0.23質量%、SP値32.8(J/cm1/2)を加え、99体積%以上の窒素置換を行った後、180℃に加熱し、ポリマーが溶解するまで2時間攪拌を行った。その後、貧溶媒として350gのイオン交換水を、送液ポンプを経由して、2.92g/分のスピードで滴下した。約200gのイオン交換水を加えた時点で、系が白色に変化した。全量の水を入れ終わった後、攪拌したまま降温させ、得られた懸濁液を、ろ過し、イオン交換水 700gを加えてリスラリー洗浄し、濾別したものを、80℃ 10時間真空乾燥を行い、灰色に着色した固体を36g得た。得られた粉体を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、真球状の微粒子形状であり、平均粒子径 18μm、粒子径分布指数 1.2のポリアミド微粒子であった。
<Polymer particles [C]>
Particle 1 (particles having an average particle diameter of 18 μm, a particle diameter distribution of 1.2, a sphericity of 98, and a Tg of 137 ° C., produced from “Trogamide (registered trademark)” CX7323 as a raw material)
In a 1000 ml pressure-resistant glass autoclave (Pressure Glass Industry Co., Ltd., Hyperglaster TEM-V1000N), 37 g of polyamide (weight average molecular weight 17,000, “Trogamide (registered trademark)” CX7323) manufactured by Degussa as an organic polymer, organic 285 g of N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, 28 g of polyvinyl alcohol as polymer B (“GOHSENOL (registered trademark)” GM-14 manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.) Weight average molecular weight 29,000, sodium acetate content 0.23 mass% , SP value 32.8 (J / cm 3 ) 1/2 ) was added, and after replacing with 99% by volume or more of nitrogen, the mixture was heated to 180 ° C. and stirred for 2 hours until the polymer was dissolved. Thereafter, 350 g of ion-exchanged water as a poor solvent was dropped at a speed of 2.92 g / min via a liquid feed pump. When about 200 g of ion exchange water was added, the system turned white. After the entire amount of water has been added, the temperature is lowered while stirring, and the resulting suspension is filtered, washed with 700 g of ion-exchanged water, reslurried, and filtered, and vacuum-dried at 80 ° C. for 10 hours. This gave 36 g of a gray colored solid. When the obtained powder was observed with a scanning electron microscope, it was a polyamide fine particle having a true spherical fine particle shape, an average particle size of 18 μm, and a particle size distribution index of 1.2.

・粒子2(“トロガミド(登録商標)”CX7323を原料として作製した、平均粒子径13μm、粒子径分布1.2、真球度97、Tg137℃の粒子)
1000mlの耐圧ガラスオートクレーブ(耐圧硝子工業(株)ハイパーグラスターTEM−V1000N)の中に、ポリマーAとしてポリアミド(重量平均分子量 17,000、デグザ社製 “トロガミド(登録商標)”CX7323)を35g、有機溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン 287g、ポリマーBとしてポリビニルアルコール 28g(日本合成化学工業株式会社製 “ゴーセノール(登録商標)”GM−14 重量平均分子量 29,000、酢酸ナトリウム含量0.23質量%、SP値32.8(J/cm1/2)を加え、99体積%以上の窒素置換を行った後、180℃に加熱し、ポリマーが溶解するまで2時間攪拌を行った。その後、貧溶媒として350gのイオン交換水を、送液ポンプを経由して、2.92g/分のスピードで滴下した。約200gのイオン交換水を加えた時点で、系が白色に変化した。全量の水を入れ終わった後、攪拌したまま降温させ、得られた懸濁液を、ろ過し、イオン交換水 700gを加えてリスラリー洗浄し、濾別したものを、80℃ 10時間真空乾燥を行い、灰色に着色した固体を34g得た。得られた粉体を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、真球状の微粒子形状であり、平均粒子径 13μm、粒子径分布指数 1.2のポリアミド微粒子であった。
・ Particle 2 (particles having an average particle diameter of 13 μm, a particle diameter distribution of 1.2, a sphericity of 97, and a Tg of 137 ° C., produced from “Trogamide (registered trademark)” CX7323 as a raw material)
In a 1000 ml pressure-resistant glass autoclave (Pressure Glass Industry Co., Ltd., Hyperglaster TEM-V1000N), 35 g of polyamide (weight average molecular weight 17,000, “Trogamide (registered trademark)” CX7323) manufactured by Degussa as an organic polymer, organic 287 g of N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, 28 g of polyvinyl alcohol as polymer B (“GOHSENOL (registered trademark)” GM-14, manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), weight average molecular weight 29,000, sodium acetate content 0.23 mass% , SP value 32.8 (J / cm 3 ) 1/2 ) was added, and after replacing with 99% by volume or more of nitrogen, the mixture was heated to 180 ° C. and stirred for 2 hours until the polymer was dissolved. Thereafter, 350 g of ion-exchanged water as a poor solvent was dropped at a speed of 2.92 g / min via a liquid feed pump. When about 200 g of ion exchange water was added, the system turned white. After the entire amount of water has been added, the temperature is lowered while stirring, and the resulting suspension is filtered, washed with 700 g of ion-exchanged water, reslurried, and filtered, and vacuum-dried at 80 ° C. for 10 hours. And 34 g of a gray colored solid were obtained. When the obtained powder was observed with a scanning electron microscope, it was a polyamide fine particle having a true spherical particle shape, an average particle size of 13 μm, and a particle size distribution index of 1.2.

・粒子3(“トレパール(登録商標)”TN、東レ(株)製、平均粒子径13.0μm、粒子径分布2.10、真球度96、Tg167℃)。   -Particle 3 ("Trepearl (registered trademark)" TN, manufactured by Toray Industries, Inc., average particle size 13.0 μm, particle size distribution 2.10, sphericity 96, Tg 167 ° C.).

<ポリマー粒子[D]>
・粒子4(“トロガミド(登録商標)”CX7323を原料として作製した、平均粒子径1.1μm、粒子径分布1.2、真球度92、Tg137℃の粒子)
(粒子4の製造方法)
2000mLのフラスコの中に、ポリアミド(重量平均分子量 17,000、デグザ社製 “トロガミド(登録商標)”CX7323)を5質量%の濃度となるようギ酸に溶解させた。このポリアミド−ギ酸混合溶液300gに対してエタノール450gを加えて攪拌を行った。そして、18℃に冷却した1875gのエタノール中に、ポリアミド−ギ酸−エタノール混合溶液を撹拌しながら注ぎ込んだ。粒子が完全に析出するまで10分ほど撹拌し続けた後に遠心分離(15℃、9500rpm、10分)を行って上澄み液を取り除き、得られた粒子をエタノールでリスラリー洗浄を行った。得られた懸濁液を再度遠心分離(15℃、9500rpm、10分)を行った後に粒子を回収して凍結乾燥を行い、粒子4の白色固体を得た。
<Polymer particle [D]>
-Particles 4 (particles having an average particle size of 1.1 μm, a particle size distribution of 1.2, a sphericity of 92, and a Tg of 137 ° C. prepared from “Trogamide (registered trademark)” CX7323 as a raw material)
(Method for producing particle 4)
In a 2000 mL flask, polyamide (weight average molecular weight 17,000, “Trogamide (registered trademark)” CX7233 manufactured by Degusa) was dissolved in formic acid to a concentration of 5 mass%. 450 g of ethanol was added to 300 g of this polyamide-formic acid mixed solution and stirred. Then, the polyamide-formic acid-ethanol mixed solution was poured into 1875 g of ethanol cooled to 18 ° C. with stirring. Stirring was continued for about 10 minutes until the particles were completely precipitated, followed by centrifugation (15 ° C., 9500 rpm, 10 minutes) to remove the supernatant, and the resulting particles were reslurried with ethanol. The obtained suspension was centrifuged again (15 ° C., 9500 rpm, 10 minutes), and then the particles were recovered and freeze-dried to obtain particles 4 as a white solid.

・粒子5(SSX−101、積水化成品工業(株)製、平均粒子径1.5μm、架橋ポリメタクリル酸メチルからなる真球状粒子、Tg120℃)
<その他の粒子>
・粒子6(“トロガミド(登録商標)”CX7323を原料として作製した、平均粒子径4μm、粒子径分布1.2、真球度98、Tg137℃の粒子)
1000mlの耐圧ガラスオートクレーブ(耐圧硝子工業(株)ハイパーグラスターTEM−V1000N)の中に、ポリマーAとしてポリアミド(重量平均分子量 17,000、デグザ社製 “トロガミド(登録商標)”CX7323)を20g、有機溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン 295g、ポリマーBとしてポリビニルアルコール 35g(日本合成化学工業株式会社製 “ゴーセノール(登録商標)”GM−14 重量平均分子量 29,000、酢酸ナトリウム含量0.23質量%、SP値32.8(J/cm1/2)を加え、99体積%以上の窒素置換を行った後、180℃に加熱し、ポリマーが溶解するまで2時間攪拌を行った。その後、貧溶媒として350gのイオン交換水を、送液ポンプを経由して、2.92g/分のスピードで滴下した。約200gのイオン交換水を加えた時点で、系が白色に変化した。全量の水を入れ終わった後、攪拌したまま降温させ、得られた懸濁液を、ろ過し、イオン交換水 700gを加えてリスラリー洗浄し、濾別したものを、80℃ 10時間真空乾燥を行い、灰色に着色した固体を26g得た。得られた粉体を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、真球状の微粒子形状であり、平均粒子径 4μm、粒子径分布指数 1.2のポリアミド微粒子であった。
-Particle 5 (SSX-101, manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd., average particle size 1.5 μm, true spherical particles made of crosslinked polymethyl methacrylate, Tg 120 ° C.)
<Other particles>
-Particle 6 (particles having an average particle diameter of 4 μm, a particle diameter distribution of 1.2, a sphericity of 98, and a Tg of 137 ° C., produced from “Trogamide (registered trademark)” CX7323 as a raw material)
20 g of polyamide (weight average molecular weight 17,000, “Trogamide (registered trademark)” CX7323) manufactured by Degussa as a polymer A in a 1000 ml pressure-resistant glass autoclave (pressure-resistant glass industry, Hyper Glaster TEM-V1000N), organic 295 g of N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, 35 g of polyvinyl alcohol as polymer B (“GOHSENOL (registered trademark)” GM-14, manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), weight average molecular weight 29,000, sodium acetate content 0.23 mass% , SP value 32.8 (J / cm 3 ) 1/2 ) was added, and after replacing with 99% by volume or more of nitrogen, the mixture was heated to 180 ° C. and stirred for 2 hours until the polymer was dissolved. Thereafter, 350 g of ion-exchanged water as a poor solvent was dropped at a speed of 2.92 g / min via a liquid feed pump. When about 200 g of ion exchange water was added, the system turned white. After the entire amount of water has been added, the temperature is lowered while stirring, and the resulting suspension is filtered, washed with 700 g of ion-exchanged water, reslurried, and filtered, and vacuum-dried at 80 ° C. for 10 hours. This yielded 26 g of a gray colored solid. When the obtained powder was observed with a scanning electron microscope, it was a polyamide fine particle having a true spherical fine particle shape, an average particle size of 4 μm, and a particle size distribution index of 1.2.

・粒子7(SP−500、東レ(株)製、平均粒子径:5μm、粒子径分布:1.1、真球度:96、Tg:55℃)。   -Particle 7 (SP-500, manufactured by Toray Industries, Inc., average particle size: 5 μm, particle size distribution: 1.1, sphericity: 96, Tg: 55 ° C.).

・粒子8(“カネエース(登録商標)” MX−416、カネカ(株)製、スチレン−ブタジエン−メタクリル酸メチルからなるコアシェルゴム粒子、平均粒子径:0.1μm、Tg:−100℃)
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンをベースとする、濃度25質量%のマスターバッチである。表1にある実施例と比較例の組成表には、ゴム粒子としての配合部数を表記した。
Particle 8 (“Kane Ace (registered trademark)” MX-416, manufactured by Kaneka Corporation, core-shell rubber particles made of styrene-butadiene-methyl methacrylate, average particle size: 0.1 μm, Tg: −100 ° C.)
This is a masterbatch having a concentration of 25% by mass based on tetraglycidyldiaminodiphenylmethane. In the composition tables of Examples and Comparative Examples in Table 1, the number of blended parts as rubber particles is shown.

・粒子9(SO−C5、(株)アドマテックス製、真球状シリカ粒子、平均粒子径:1.6μm)
(1)ポリマー粒子[C]および[D]の平均粒子径、粒子径分布指数、真球度の測定
ポリマー粒子[C]および[D]の個々の粒子径は、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製走査型電子顕微鏡JSM−6301NF)にて、粒子を1000倍で観察し、測長した。尚、粒子が真円でない場合は、長径をその粒子径として測定した。
Particle 9 (SO-C5, manufactured by Admatechs Co., Ltd., true spherical silica particles, average particle size: 1.6 μm)
(1) Measurement of average particle diameter, particle diameter distribution index, and sphericity of polymer particles [C] and [D] The individual particle diameters of polymer particles [C] and [D] were measured with a scanning electron microscope (JEOL). With a scanning electron microscope (JSM-6301NF) manufactured by Co., Ltd., the particles were observed at 1000 times and measured. When the particles were not perfect circles, the major axis was measured as the particle diameter.

平均粒子径は、写真から無作為に選んだ100個の粒子直径を測長し、その算術平均を求めることにより算出した。ここでいう平均粒子径は、数平均粒子径を指す。粒子径分布を示す粒子径分布指数は、上記で得られた個々の粒子直径の値を、下記数値変換式に基づき算出した。   The average particle diameter was calculated by measuring the diameter of 100 particles randomly selected from the photograph and calculating the arithmetic average thereof. The average particle diameter here refers to the number average particle diameter. The particle size distribution index indicating the particle size distribution was calculated based on the following numerical conversion formula for the individual particle diameter values obtained above.

Figure 2014145003
Figure 2014145003

尚、Di:粒子個々の粒子直径、n:測定数100、Dn:数平均粒子径、Dv:体積平均粒子径、PDI:粒子径分布指数とする。   Di: particle diameter of each particle, n: number of measurement 100, Dn: number average particle diameter, Dv: volume average particle diameter, PDI: particle diameter distribution index.

真球度は、写真から無作為に選んだ粒子30個の短径と長径を測定し、その平均より下記数式に従い、算出されるものである。   The sphericity is calculated according to the following formula from the average of 30 short diameters and long diameters of particles randomly selected from a photograph.

Figure 2014145003
Figure 2014145003

尚、n:測定数30とする。   Note that n is 30 measurements.

(2)ポリマー粒子[C]および[D]のガラス転移温度(Tg)測定
ポリマー粒子を、示差走査熱量測定法(DSC法)を用いて、30℃から、予測されるガラス転移温度よりも30℃高い温度以上まで、昇温速度、20℃/分の昇温条件で昇温氏、1分間保持した後、20℃/分の降温条件で0℃まで一旦冷却し、1分間保持した後、再度20℃/分の昇温条件で測定した際に観察されるガラス転移温度(Tg)を指す。
(2) Measurement of glass transition temperature (Tg) of polymer particles [C] and [D] The polymer particles were measured at 30 ° C. from the predicted glass transition temperature by using a differential scanning calorimetry method (DSC method). After raising the temperature at a temperature rising rate of 20 ° C./min for 1 minute, holding it for 1 minute, cooling it to 0 ° C. at a temperature lowering condition of 20 ° C./min, holding it for 1 minute, It refers to the glass transition temperature (Tg) observed when measured again at a temperature rising condition of 20 ° C./min.

具体的には、得られたDSC曲線の階段状変化を示す部分において、各ベースラインの延長した直線から縦軸方向に等距離にある直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線とが交わる点の温度をガラス転移温度とした。測定装置として、TA Instruments社製の示差走査型熱量計2910を使用した。   Specifically, in the portion showing the step change of the obtained DSC curve, the straight line equidistant from the extended straight line of each baseline in the vertical axis direction and the curve of the step change portion of the glass transition intersect. The temperature at the point was taken as the glass transition temperature. A differential scanning calorimeter 2910 manufactured by TA Instruments was used as a measuring device.

(3)エポキシ樹脂組成物の調製
ニーダー中に、エポキシ樹脂として、“スミエポキシ(登録商標)”ELM434を50質量部、“アラルダイト(登録商標)”MY0600を20質量部、“エピクロン(登録商標)”830を30質量部、および“スミカエクセル(登録商標)”5003Pを15質量部投入し、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。混練しつつ80℃まで降温させた後、3,3’−DASを40質量部、粒子成分(ポリマー粒子[C]、[D]およびその他の粒子)を表1の配合組成で合計74質量部添加し、さらに混練し、エポキシ樹脂組成物を得た。なお、粒子8はマスターバッチの状態で投入し、マスターバッチに含まれるテトラグリシジルジアミノジフェニルメタンは、上記の“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(50質量部)に含める計算で投入した。
(3) Preparation of Epoxy Resin Composition In the kneader, 50 parts by mass of “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434, 20 parts by mass of “Araldite (registered trademark)” MY0600, “Epiclon (registered trademark)” 30 parts by mass of 830 and 15 parts by mass of “SUMICA EXCEL (registered trademark)” 5003P were added, the temperature was raised to 160 ° C. while kneading, and the mixture was kneaded at 160 ° C. for 1 hour to obtain a transparent viscous liquid. Obtained. After the temperature was lowered to 80 ° C. while kneading, 40 parts by mass of 3,3′-DAS and the particle components (polymer particles [C], [D] and other particles) in the composition shown in Table 1 totaled 74 parts by mass. The resulting mixture was further kneaded to obtain an epoxy resin composition. The particles 8 were charged in the state of a masterbatch, and tetraglycidyldiaminodiphenylmethane contained in the masterbatch was charged in a calculation included in the above-mentioned “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (50 parts by mass).

(4)プリプレグの作製
エポキシ樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製した。次に、シート状に一方向に配列させた東レ(株)製、炭素繊維“トレカ(登録商標)”T800G−24K−31Eに、樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧により樹脂を炭素繊維に含浸させ、炭素繊維の目付が190g/m、マトリックス樹脂の質量分率が35.5%の一方向プリプレグを得た。その際、以下の2段含浸法を適用し、ポリマー粒子[C]および[D]が表層に高度に局在化したプリプレグを作製した。
(4) Preparation of prepreg The epoxy resin composition was applied onto release paper using a knife coater to prepare a resin film. Next, two resin films are stacked on both sides of the carbon fiber on a carbon fiber “Treca (registered trademark)” T800G-24K-31E manufactured by Toray Industries, Ltd., which is arranged in one direction in a sheet shape, and heated and pressurized. The resin was impregnated with carbon fiber to obtain a unidirectional prepreg having a carbon fiber basis weight of 190 g / m 2 and a matrix resin mass fraction of 35.5%. At that time, the following two-stage impregnation method was applied to prepare a prepreg in which polymer particles [C] and [D] were highly localized on the surface layer.

1次プリプレグ用樹脂フィルムを作製するために、粒子成分以外の組成は(3)の記載と同一であり、かつ粒子成分を含まないエポキシ樹脂組成物を、(3)の手順で調製した。このエポキシ樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して、通常の60質量%の目付となる30g/mの樹脂フィルムを作製した。次に、シート状に一方向に配列させた東レ(株)製、炭素繊維“トレカ(登録商標)”T800G−24K−31Eに、樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね合せてヒートロールを用い、温度100℃、気圧1気圧で加熱加圧しながら、樹脂を炭素繊維に含浸させ、1次プリプレグを得た。 In order to produce a resin film for primary prepreg, an epoxy resin composition having the same composition as that described in (3) other than the particle component and containing no particle component was prepared by the procedure of (3). This epoxy resin composition was applied onto release paper using a knife coater to prepare a 30 g / m 2 resin film having a normal weight per unit area of 60% by mass. Next, two resin films are superposed on both sides of the carbon fiber on a carbon fiber “Torayca (registered trademark)” T800G-24K-31E manufactured by Toray Industries, Ltd., which is arranged in one direction in a sheet shape, and a heat roll is applied. The carbon fiber was impregnated with the resin while heating and pressurizing at a temperature of 100 ° C. and a pressure of 1 atmosphere to obtain a primary prepreg.

さらに、2段含浸用樹脂フィルムを作製するために、(3)で調製した粒子成分を含むエポキシ樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して、通常の40質量%の目付となる20g/mの樹脂フィルムを作製した。これを1次プリプレグの両面から重ね合せてヒートロールを用い、温度80℃、気圧1気圧で加熱加圧することで、樹脂粒子が表層に高度に局在化したプリプレグを得た。かかる2段含浸法を用いることで、樹脂粒子が表層に高度に局在化したプリプレグとすることができる。 Furthermore, in order to produce a resin film for two-stage impregnation, the epoxy resin composition containing the particle component prepared in (3) was applied onto a release paper using a knife coater, and a normal 40 mass% basis weight was obtained. A 20 g / m 2 resin film was produced. This was overlapped from both sides of the primary prepreg and heated and pressurized at a temperature of 80 ° C. and an atmospheric pressure of 1 atm using a heat roll to obtain a prepreg in which resin particles were highly localized on the surface layer. By using such a two-stage impregnation method, a prepreg in which resin particles are highly localized on the surface layer can be obtained.

(5)プリプレグの厚み20%の深さの範囲に存在するポリマー粒子[C]および[D]の存在率
(4)で作製した一方向プリプレグを、2枚の表面の平滑なポリ四フッ化エチレン樹脂板間に挟持して密着させ、7日間かけて徐々に150℃迄温度を上昇させてゲル化、硬化させて板状の樹脂硬化物を作製する。硬化後、密着面と垂直な方向から切断し、その断面を研磨後、光学顕微鏡で200倍以上に拡大しプリプレグの上下面が視野内に納まるようにして写真撮影した。同様な操作により、断面写真の横方向の5ヵ所でポリ四フッ化エチレン樹脂板間の間隔を測定し、その平均値(n=5)をプリプレグの厚さとした。プリプレグの両面について、プリプレグの表面から、厚さの20%深さ位置にプリプレグの表面と平行な線を2本引く。次に、プリプレグの表面と上記線との間に存在するポリマー粒子[C]および[D]の合計面積と、プリプレグの厚みに渡って存在するポリマー粒子[C]および[D]の合計面積を求め、プリプレグの厚さ100%に対して、プリプレグの表面から20%の深さの範囲に存在するポリマー粒子[C]および[D]の表層存在率を計算した。ここで、ポリマー粒子[C]および[D]の合計面積は、断面写真から粒子部分を刳り抜き、その質量から換算して求めた。
(5) Presence of polymer particles [C] and [D] existing in a depth range of 20% of the prepreg thickness (4) The unidirectional prepreg produced in (4) is smooth polytetrafluoride on two surfaces. It is sandwiched between the ethylene resin plates and brought into close contact, and the temperature is gradually raised to 150 ° C. over 7 days for gelation and curing to produce a plate-like resin cured product. After curing, the film was cut from the direction perpendicular to the contact surface, and the cross-section was polished, then magnified 200 times or more with an optical microscope, and photographed so that the upper and lower surfaces of the prepreg were within the visual field. By the same operation, the distance between the polytetrafluoroethylene resin plates was measured at five locations in the horizontal direction of the cross-sectional photograph, and the average value (n = 5) was taken as the thickness of the prepreg. With respect to both sides of the prepreg, two lines parallel to the surface of the prepreg are drawn from the surface of the prepreg at a depth of 20% of the thickness. Next, the total area of the polymer particles [C] and [D] existing between the surface of the prepreg and the above line, and the total area of the polymer particles [C] and [D] existing over the thickness of the prepreg The surface layer abundance ratio of the polymer particles [C] and [D] existing in the range of 20% depth from the surface of the prepreg was calculated with respect to the prepreg thickness of 100%. Here, the total area of the polymer particles [C] and [D] was obtained by cutting out the particle portion from the cross-sectional photograph and converting from the mass.

(6)モードI層間靭性(GIC)試験用複合材料製平板の作成とGIC測定
JIS K7086(1993)に従い、次の(a)〜(e)の操作によりGIC試験用複合材料製平板を作製した。
(a)(4)で作製した一方向プリプレグを、繊維方向を揃えて20ply積層した。ただし、積層中央面(10ply目と11ply目の間)に、繊維配列方向と直角に、幅40mm、厚み12.5μmのフッ素樹脂製フィルムをはさんだ。
(b)積層したプリプレグをナイロンフィルムで隙間のないように覆い、オートクレーブにて、180℃の温度で2時間、0.59MPaの圧力下、昇温速度1.5℃/分で成形し、一方向繊維強化複合材料を成形した。
(c)(b)で得た一方向繊維強化複合材料を、幅20mm、長さ195mmにカットした。繊維方向は、サンプルの長さ側と平行になるようにカットした。
(d)JIS K7086(1993)に従い、ピン負荷用ブロック(長さ25mm、アルミ製)を試験片端(フィルムをはさんだ側)に接着した。
(e)亀裂進展を観察しやすくするため、試験片の両側面に白色塗料を塗った。
(6) Preparation of composite plate for mode I interlaminar toughness (G IC ) test and G IC measurement In accordance with JIS K7086 (1993), a composite plate for G IC test is performed by the following operations (a) to (e). Was made.
(A) The unidirectional prepreg produced in (4) was laminated in 20 ply with the fiber direction aligned. However, a fluororesin film having a width of 40 mm and a thickness of 12.5 μm was sandwiched between the laminated central planes (between the 10th and 11th plys) perpendicular to the fiber arrangement direction.
(B) The laminated prepreg is covered with a nylon film so that there is no gap, and is molded in an autoclave at a temperature of 180 ° C. for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa at a heating rate of 1.5 ° C./min. Directional fiber reinforced composite material was molded.
(C) The unidirectional fiber reinforced composite material obtained in (b) was cut into a width of 20 mm and a length of 195 mm. The fiber direction was cut so as to be parallel to the length side of the sample.
(D) According to JIS K7086 (1993), a pin load block (length: 25 mm, made of aluminum) was bonded to the end of the test piece (the side where the film was sandwiched).
(E) A white paint was applied to both sides of the test piece in order to make it easier to observe the crack growth.

作製した複合材料製平板を用いて、以下の手順により、GIC測定を行った。 Using the composite material-made flat plate prepared by the following procedure was performed G IC measurement.

JIS K7086(1993)附属書1に従い、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用いて試験を行った。クロスヘッドスピードは、亀裂進展が20mmに到達するまでは0.5mm/分、20mm到達後は1mm/分とした。JIS K7086(1993)にしたがって、荷重、変位、および、亀裂長さから、亀裂進展初期の限界荷重のモードI層間破壊靭性値(亀裂進展初期のGIC)およびき裂進展過程のモードI層間破壊靭性値を算出した。亀裂進展初期のGICと亀裂進展量10mmから60mmにおける5点以上の測定値、計6点以上の測定値の平均をGICとして比較した。 In accordance with JIS K7086 (1993) Annex 1, a test was performed using an Instron universal testing machine (Instron). The crosshead speed was 0.5 mm / min until the crack growth reached 20 mm, and 1 mm / min after reaching 20 mm. According to JIS K7086 (1993), the mode I interlaminar fracture toughness value (G IC in the initial stage of crack growth) and the mode I interlaminar fracture in the crack growth process are determined from the load, displacement, and crack length. The toughness value was calculated. Crack growth early G IC and crack propagation than 10mm measured value of 5 or more in 60mm from an average of six or more points of measurements were compared as G IC.

ICの破壊モードを、次の手順で判定した。GIC試験実施後の試験片を亀裂に沿って完全に引き剥がした。破面を肉眼で観察し、粒子を含む層間領域で亀裂進展している白い領域と、繊維層内で亀裂進展している黒い領域が、肉眼により観察できた。亀裂進展量10mmから60mmの範囲における、上記の白い領域の割合が、9割以上である場合、正常な層間破壊モードであり「○」と判定した。一方、8割以上9割未満である場合、概ね正常な層間破壊モードであり「△」と判定し、8割未満である場合、繊維層内に亀裂が進展する異常な破壊モードであり「×」と判定した。 The failure mode of the G IC, was determined by the following procedure. The specimen after the G IC test was completely peeled off along the crack. The fracture surface was observed with the naked eye, and a white area where cracks propagated in the interlayer region including the particles and a black area where cracks propagated in the fiber layer were observed with the naked eye. When the ratio of the white region in the range of crack propagation from 10 mm to 60 mm was 90% or more, it was a normal interlaminar fracture mode and was determined as “◯”. On the other hand, when it is 80% or more and less than 90%, it is determined as “Δ” which is generally a normal interlaminar fracture mode, and when it is less than 80%, it is an abnormal fracture mode in which cracks propagate in the fiber layer. Was determined.

(7)繊維強化複合材料の湿熱時圧縮強度測定
(4)で作製した一方向プリプレグを、繊維方向を圧縮方向と平行に揃えて12プライ積層し、積層したプリプレグをナイロンフィルムで隙間のないように覆い、オートクレーブにて、180℃の温度で2時間、0.59MPaの圧力下、昇温速度1.5℃/分で成型し、積層体を作製した。この積層体から厚み2mm、幅15mm、長さ78mmのタブ付き試験片を作成し、71℃の温水に14日間浸漬した。この試験片を、JIS K7076(1991)に従い、恒温槽付き万能試験機を用いて、82℃における0°圧縮強度を測定した。サンプル数はn=5とした。
(7) Measurement of compressive strength during wet heat of fiber reinforced composite material 12-ply of the unidirectional prepreg prepared in (4) is laminated with the fiber direction aligned with the compression direction, and the laminated prepreg is made of nylon film so that there are no gaps. And laminated in an autoclave at a temperature of 180 ° C. for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa at a heating rate of 1.5 ° C./min. A test piece with a tab having a thickness of 2 mm, a width of 15 mm, and a length of 78 mm was prepared from this laminate, and immersed in warm water at 71 ° C. for 14 days. This test piece was measured for 0 ° compressive strength at 82 ° C. according to JIS K7076 (1991) using a universal testing machine with a thermostatic bath. The number of samples was n = 5.

(8)繊維強化複合材料の層間厚み測定
(4)で作製した一方向プリプレグを、繊維方向を揃えて20ply積層した。積層したプリプレグをナイロンフィルムで隙間のないように覆い、オートクレーブにて、180℃の温度で2時間、0.59MPaの圧力下、昇温速度1.5℃/分で成型し、積層体を作製した。これを炭素繊維に直交する方向から切断し、その断面を研磨後、光学顕微鏡で200倍以上に拡大し写真撮影した。写真上の無作為に選んだ繊維層間領域について、炭素繊維の体積含有率が50%となる、炭素繊維層と平行に引いたラインを繊維層領域と繊維層間領域の境界ラインとして、100μmの長さに渡り平均化した境界ラインを引き、その間の距離を層間厚みとした。同様の操作を任意に5箇所の繊維層間領域について実施し、その平均値を採用した。
(8) Measurement of interlayer thickness of fiber reinforced composite material The unidirectional prepreg produced in (4) was laminated in 20 ply with the fiber direction aligned. The laminated prepreg is covered with a nylon film so that there is no gap, and is molded in an autoclave at a temperature of 180 ° C. for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa at a heating rate of 1.5 ° C./min to produce a laminate. did. This was cut from a direction orthogonal to the carbon fiber, and the cross section was polished, then magnified 200 times or more with an optical microscope and photographed. For a randomly selected fiber interlayer region on the photo, the carbon fiber volume content is 50%, and the line drawn parallel to the carbon fiber layer is 100 μm long as the boundary line between the fiber layer region and the fiber interlayer region. The average boundary line was drawn, and the distance between them was defined as the interlayer thickness. The same operation was arbitrarily performed on five fiber interlayer regions, and the average value was adopted.

(実施例1)
ニーダーを用い、(3)の手順でエポキシ樹脂組成物を作製し、(4)の手順でポリマー粒子[C]と[D]が表層に高度に局在化したプリプレグを得た。得られたプリプレグを用い、上記の(5)プリプレグの厚み20%の深さの範囲に存在するポリマー粒子[C]および[D]の存在率、(6)モードI層間靭性(GIC)試験用複合材料製平板の作成とGIC測定、(7)繊維強化複合材料の湿熱時圧縮強度測定、(8)繊維強化複合材料の層間厚み測定を実施した。結果を表1に示す。
Example 1
Using a kneader, an epoxy resin composition was prepared by the procedure (3), and a prepreg in which the polymer particles [C] and [D] were highly localized on the surface layer was obtained by the procedure (4). Using the obtained prepreg, (5) Presence of polymer particles [C] and [D] existing in a depth range of 20% of the thickness of the prepreg, (6) Mode I interlayer toughness (G IC ) test creating and G IC measurement use composite material plates (7) moist heat during compression strength measurements of the fiber-reinforced composite material were performed interlayer thickness measurements (8) fiber-reinforced composite material. The results are shown in Table 1.

プリプレグの含浸状態や表面品位に問題はなく、またプリプレグ表面から20%の深さの範囲に存在する粒子[C]および[D]の存在率は97%と、ポリマー粒子[C]および[D]が表層に局在したプリプレグが得られた。その結果、繊維強化複合材料のGICおよびは良好なレベルであり、破壊モードも正常であった。湿熱時圧縮強度も問題ないレベルであった。 There is no problem in the impregnation state and surface quality of the prepreg, and the abundance ratio of the particles [C] and [D] existing at a depth range of 20% from the prepreg surface is 97%, and the polymer particles [C] and [D A prepreg localized in the surface layer was obtained. As a result, G IC and the fiber-reinforced composite material is a good level, failure mode was normal. The compressive strength at the time of wet heat was also a level with no problem.

(実施例2)
ポリマー粒子[D]の配合比率を増加した以外は、実施例1と同様にしてプリプレグを作製した。繊維強化複合材料の層間厚みがより狭くなり、層間に粒子がより密に充填された結果、繊維強化複合材料のGICおよびその破壊モード、湿熱時圧縮強度、いずれにも優れるものであった。
(Example 2)
A prepreg was produced in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio of the polymer particles [D] was increased. Interlayer thickness of the fiber-reinforced composite material becomes narrower, as a result of the particles are more densely packed in layers, G IC and its failure mode of the fiber-reinforced composite material, wet heat during compression strength, was excellent in any.

(実施例3、4)
ポリマー粒子[D]の配合比率をさらに増加した以外は、実施例2と同様にしてプリプレグを作製した。繊維強化複合材料の層間厚みがやや厚くなり、層間の粒子充填が若干粗となった結果、繊維強化複合材料のGIC、湿熱時圧縮強度ともやや低下したが、十分なレベルであった。
(Examples 3 and 4)
A prepreg was produced in the same manner as in Example 2 except that the blending ratio of the polymer particles [D] was further increased. The interlayer thickness of the fiber reinforced composite material was slightly increased and the particle packing between the layers was slightly roughened. As a result, the G IC of the fiber reinforced composite material and the compressive strength during wet heat were slightly decreased, but they were at a sufficient level.

(実施例5)
ポリマー粒子[C]の粒子径を18μmとし、ポリマー粒子[D]を粒子径1.5μmの架橋ポリメタクリル酸メチルからなる真球状粒子に変更した以外は、実施例1と同様にしてプリプレグを作製した。湿熱時圧縮強度が低下したが許容できるレベルであった。
(Example 5)
A prepreg was prepared in the same manner as in Example 1 except that the particle diameter of the polymer particle [C] was 18 μm, and the polymer particle [D] was changed to a true spherical particle made of crosslinked polymethyl methacrylate having a particle diameter of 1.5 μm. did. Although the compressive strength was reduced during wet heat, it was at an acceptable level.

(実施例6)
ポリマー粒子[C]をTg167℃のポリアミド粒子に変更した以外は、実施例2と同様にしてプリプレグを作製した。GIC試験の破壊モードは概ね正常であり、繊維強化複合材料のGIC値も許容できるレベルであった。
(Example 6)
A prepreg was produced in the same manner as in Example 2 except that the polymer particles [C] were changed to polyamide particles having a Tg of 167 ° C. Failure mode G IC test was generally successful, G IC value of the fiber-reinforced composite material was also an acceptable level.

(比較例1)
ポリマー粒子[C]を含まない以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物を作製した。極めて粘度が高く、プリプレグを作製できなかった。
(Comparative Example 1)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polymer particles [C] were not included. The viscosity was so high that a prepreg could not be prepared.

(比較例2)
ポリマー粒子[D]を含まない以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物とプリプレグを作製した。繊維強化複合材料の層間厚みが厚くなり、層間の粒子充填が粗となった結果、繊維強化複合材料のGICが不十分となり、破壊モードも異常なものであった。
(Comparative Example 2)
An epoxy resin composition and a prepreg were produced in the same manner as in Example 1 except that the polymer particles [D] were not included. Interlayer thickness of the fiber-reinforced composite material is thick, results particles filling of the interlayer becomes rough, G IC of the fiber-reinforced composite material is insufficient, were those failure mode is also abnormal.

(比較例3)
平均粒子径が[C]の1/10を上回ることから[D]に該当しない粒子6を含む以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物とプリプレグを作製した。その結果、繊維強化複合材料の層間厚みが広いものとなり、GICが不十分となり、破壊モードも異常なものであった。
(Comparative Example 3)
Since the average particle diameter exceeds 1/10 of [C], an epoxy resin composition and a prepreg were produced in the same manner as in Example 1 except that particles 6 not corresponding to [D] were included. As a result, as a wide interlayer thickness of the fiber-reinforced composite material, G IC is insufficient, were those failure mode is also abnormal.

(比較例4)
ガラス転移温度が80℃以下であり、尚且つ、平均粒子径がポリマー粒子[C]の1/10を上回ることから[D]に該当しない粒子7を含む以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物とプリプレグを作製した。その結果、繊維強化複合材料のGICおよびその破壊モード、湿熱時圧縮強度とも不十分なものとなった。
(Comparative Example 4)
The glass transition temperature is 80 ° C. or lower, and since the average particle diameter exceeds 1/10 of the polymer particles [C], the same procedure as in Example 1 is performed except that the particles 7 not corresponding to [D] are included. An epoxy resin composition and a prepreg were prepared. As a result, G IC and its failure mode of the fiber-reinforced composite material, became insufficient with moist heat during compression strength.

(比較例5)
ガラス転移温度が80℃以下であることから[D]に該当しない粒子8を含む以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物とプリプレグを作製した。その結果、繊維強化複合材料のGICおよびその破壊モード、湿熱時圧縮強度とも不十分なものとなった。
(Comparative Example 5)
Since the glass transition temperature was 80 ° C. or lower, an epoxy resin composition and a prepreg were prepared in the same manner as in Example 1 except that the particles 8 not corresponding to [D] were included. As a result, G IC and its failure mode of the fiber-reinforced composite material, became insufficient with moist heat during compression strength.

(比較例6)
ポリマー粒子ではないことから[D]に該当しない粒子9を含む以外は、実施例5と同様にしてエポキシ樹脂組成物とプリプレグを作製した。その結果、繊維強化複合材料のGICが不十分なものとなった。
(Comparative Example 6)
Since it is not a polymer particle, an epoxy resin composition and a prepreg were prepared in the same manner as in Example 5 except that the particle 9 not corresponding to [D] was included. As a result, G IC of the fiber-reinforced composite material becomes insufficient.

Figure 2014145003
Figure 2014145003

本発明によれば、成形条件によらず、層間靭性、湿熱時圧縮強度を高いレベルで兼ね備えた繊維強化複合材料が得られ、特に構造材料に好適に用いられる。例えば、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。また一般産業用途では、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、各種タービン、圧力容器、フライホイール、製紙用ローラ、屋根材、ケーブル、補強筋、および補修補強材料等の土木・建築材料用途等に好適に用いられる。さらにスポーツ用途では、ゴルフシャフト、釣り竿、テニス、バトミントンおよびスカッシュ等のラケット用途、ホッケー等のスティック用途、およびスキーポール用途等に好適に用いられる。   According to the present invention, a fiber-reinforced composite material having high levels of interlaminar toughness and compressive strength during wet heat can be obtained regardless of molding conditions, and is particularly suitable for structural materials. For example, for aerospace applications, primary aircraft 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 Preferably used. In general industrial applications, structural materials for moving objects such as automobiles, ships, and railway vehicles, drive shafts, leaf springs, windmill blades, various turbines, pressure vessels, flywheels, paper rollers, roofing materials, cables, reinforcing bars, It is also suitable for civil engineering and building material applications such as repair and reinforcement materials. Furthermore, in sports applications, it is suitably used for golf shafts, fishing rods, tennis, badminton and squash rackets, hockey sticks, and ski pole applications.

Claims (11)

次の[A]〜[D]と強化繊維からなるプリプレグであって、[C]および[D]の総量の90質量%以上がプリプレグ表面からプリプレグの厚さの20%の深さの範囲内に存在していることを特徴とするプリプレグ。
[A]エポキシ樹脂
[B]エポキシ樹脂硬化剤
[C]次の(c−i)〜(c−iii)の条件を満たす、エポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子
(c−i)粒子の真球度が90〜100である
(c−ii)ガラス転移温度が80〜180℃の範囲にある
(c−iii)平均粒子径が10〜30μmの範囲にある
[D]次の(d−i)と(d−ii)の条件を満たす、エポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子
(d−i)ガラス転移温度が80〜155℃の範囲にある
(d−ii)平均粒子径が[C]の1/1000を上回りかつ1/10を下回る範囲にある
A prepreg comprising the following [A] to [D] and reinforcing fibers, wherein 90% by mass or more of the total amount of [C] and [D] is within a range of a depth of 20% of the prepreg thickness from the prepreg surface A prepreg characterized by being present in
[A] epoxy resin [B] epoxy resin curing agent [C] sphericity of polymer particles (ci) particles insoluble in epoxy resin that satisfy the following conditions (ci) to (c-iii) (C-ii) the glass transition temperature is in the range of 80 to 180 ° C. (c-iii) the average particle diameter is in the range of 10 to 30 μm [D] the following (di) and Polymer particles insoluble in epoxy resin satisfying the condition of (d-ii) (d-i) Glass transition temperature is in the range of 80 to 155 ° C. (d-ii) Average particle diameter is 1/1000 of [C]. Above and below 1/10
[C]が、さらに次の(c−iv)の条件を満たすエポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子である、請求項1に記載のプリプレグ。
(c−iv)粒子径分布指数が1.0〜1.8の範囲にある。
The prepreg according to claim 1, wherein [C] is a polymer particle insoluble in an epoxy resin that further satisfies the following condition (c-iv).
(C-iv) The particle size distribution index is in the range of 1.0 to 1.8.
[C]が、さらに次の(c−v)の条件を満たすエポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子である、請求項1または2に記載のプリプレグ。
(c−v)結晶性を有するポリアミドからなる。
The prepreg according to claim 1 or 2, wherein [C] is a polymer particle insoluble in an epoxy resin that further satisfies the following condition (c-v).
(Cv) It consists of polyamide which has crystallinity.
[C]と[D]の総量に対する[D]の質量含有率が5〜30質量%の範囲内にある、請求項1〜3のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 3, wherein the mass content of [D] with respect to the total amount of [C] and [D] is in the range of 5 to 30 mass%. [D]が、さらに次の(d−iii)の条件を満たすエポキシ樹脂に不溶なポリマー粒子である、請求項1〜4のいずれかに記載のプリプレグ。
(d−iii)粒子の真球度が90〜100である
The prepreg according to any one of claims 1 to 4, wherein [D] is a polymer particle insoluble in an epoxy resin that further satisfies the following condition (d-iii).
(D-iii) The sphericity of the particles is 90-100
[C]が一般式(1)の化学構造を含むポリアミド粒子である、請求項1〜5のいずれかに記載のプリプレグ。
Figure 2014145003
(式中R、Rは、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、もしくはハロゲン元素を表わし、それぞれ同一でも異なっていても良い。式中Rは、炭素数1から20のメチレン基を表す)
The prepreg according to any one of claims 1 to 5, wherein [C] is a polyamide particle containing a chemical structure of the general formula (1).
Figure 2014145003
(Wherein R 1 and R 2 represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or a halogen element, and may be the same or different. R 3 is a methylene having 1 to 20 carbon atoms) Represents a group)
[A]が多官能アミン型エポキシ樹脂を含むものである、請求項1〜6のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 6, wherein [A] contains a polyfunctional amine-type epoxy resin. [B]が芳香族ポリアミンである、請求項1〜7のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 7, wherein [B] is an aromatic polyamine. [B]がジアミノジフェニルスルホンもしくはその誘導体または異性体である、請求項1〜8のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 8, wherein [B] is diaminodiphenylsulfone or a derivative or isomer thereof. 請求項1〜9のいずれかに記載のプリプレグを硬化してなる繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to claim 1. 強化繊維が炭素繊維である、請求項10記載の繊維強化複合材料。 The fiber-reinforced composite material according to claim 10, wherein the reinforcing fibers are carbon fibers.
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