JP2014156582A - Prepreg and fiber-reinforced composite material - Google Patents

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Shizue Ueno
静恵 上野
Nobuyuki Arai
信之 荒井
Jun Misumi
潤 三角
Hiroshi Taiko
大皷  寛
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber-reinforced composite material which can provide interlaminar toughness without blending a large quantity of thermoplastic resin which may lead to deterioration of processability when preparing a prepreg, and to provide a prepreg suitable for obtaining the same.SOLUTION: Provided is a prepreg comprising at least the following [A], [B], [C], and [D]: [A] an epoxy resin; [B] a polyether imide containing a specific sulfonyl group; [C] a curing agent; and [D] reinforcing fibers.

Description

本発明は、優れた層間靱性とプリプレグを作製する際の優れたプロセス性とを兼ね合わせた繊維強化複合材料、およびそれに好適に用いられるプリプレグに関するものである。   The present invention relates to a fiber-reinforced composite material that combines excellent interlaminar toughness and excellent processability in producing a prepreg, and a prepreg suitably used for the same.

ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の強化繊維と、マトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料は、競合する金属等に比べて軽量でありながら、強度、弾性率等の力学特性に優れるため、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材、船舶部材、土木建築材、スポーツ用品等の多くの分野に用いられている。特に、航空機部材等、高性能が要求される用途においては、強化繊維としては比強度、比弾性率に優れた炭素繊維が多く用いられている。一方、マトリックス樹脂としては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、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂等が用いられることが多く、中でも強化繊維との接着性に優れたエポキシ樹脂が多く用いられている。   Fiber reinforced composite materials consisting of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, etc., and matrix resins are lightweight compared to competing metals, etc., but have excellent mechanical properties such as strength and elastic modulus. It is used in many fields such as spacecraft members, automobile members, ship members, civil engineering and building materials, and sports equipment. In particular, in applications that require high performance such as aircraft members, carbon fibers having excellent specific strength and specific elastic modulus are often used as reinforcing fibers. On the other hand, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, phenol resins, cyanate ester resins, bismaleimide resins, etc. are often used as matrix resins, and among them, many epoxy resins have excellent adhesion to reinforced fibers. It is used.

エポキシ樹脂からなるマトリックス樹脂は、優れた耐熱性と良好な力学特性を示す一方、伸度および靱性が低いため、エポキシ樹脂からなる樹脂フィルムを強化繊維に含浸させたプリプレグと呼ばれるシート状の中間基材を積層、成形した後、硬化させ繊維強化複合材料としたときに、層間靱性が低くなることがあり、改善を要求されている。   A matrix resin made of an epoxy resin exhibits excellent heat resistance and good mechanical properties, but has low elongation and toughness, so a sheet-like intermediate group called a prepreg in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin film made of an epoxy resin When materials are laminated and molded, and then cured to obtain a fiber-reinforced composite material, the interlaminar toughness may be lowered, and improvement is required.

従来、エポキシ樹脂の靱性を向上させる方法としては、靱性に優れるゴムや熱可塑性樹脂をエポキシ樹脂に配合する方法等が試されてきた。例えば、カルボキシル末端アクリロニトリル−ブタジエンゴムのようなゴムをエポキシ樹脂に配合する検討は、1970年代からなされてきており、一般によく知られている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、ゴムは弾性率や耐熱性等の力学特性がエポキシ樹脂に比べて大幅に低いため、ゴムをマトリックス樹脂であるエポキシ樹脂に配合した場合、弾性率や耐熱性の低下がみられ、靱性向上と、弾性率や耐熱性とのバランスを取ることは困難であった。また、この欠点を改良するために、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂にコアシェルゴムのごとく粒子化したゴムを配合する場合があるが、靱性を十分に向上させるために配合量を増やしていくと、弾性率や耐熱性の低下がみられることがある(例えば、特許文献2参照)。加えて、航空機部材を構成する繊維強化複合材料に用いられるマトリックス樹脂は高粘度であるため、これにコアシェルゴム粒子を配合すると、エポキシ樹脂中でコアシェルゴム粒子同士が凝集することがあり、エポキシ樹脂からなる樹脂フィルムを作製できなかったり、強化繊維間にエポキシ樹脂を十分に含浸できなかったり、プリプレグを作製する際のプロセス性に問題が生じることがある。   Conventionally, as a method for improving the toughness of an epoxy resin, a method of blending rubber or thermoplastic resin having excellent toughness with an epoxy resin has been tried. For example, a study of blending a rubber such as carboxyl-terminated acrylonitrile-butadiene rubber with an epoxy resin has been made since the 1970s and is generally well known (for example, see Patent Document 1). However, since the mechanical properties such as elastic modulus and heat resistance of rubber are much lower than those of epoxy resin, when rubber is compounded with epoxy resin, which is a matrix resin, the elastic modulus and heat resistance are reduced and the toughness is improved. It was difficult to balance the elastic modulus and heat resistance. In addition, in order to improve this defect, there is a case where rubber that is granulated like core-shell rubber is blended with epoxy resin that is matrix resin, but if the blending amount is increased in order to sufficiently improve toughness, elasticity is increased. The rate and heat resistance may be reduced (see, for example, Patent Document 2). In addition, since the matrix resin used for the fiber reinforced composite material constituting the aircraft member has a high viscosity, when the core shell rubber particles are blended with this, the core shell rubber particles may aggregate in the epoxy resin, and the epoxy resin In some cases, the resin film made of the above cannot be produced, the epoxy resin cannot be sufficiently impregnated between the reinforcing fibers, or the processability when producing the prepreg may be problematic.

また、エポキシ樹脂の靱性を向上させるもう一つの方法としては、ポリエーテルスルホン、ポリスルホンおよびポリエーテルイミドのような熱可塑性樹脂をエポキシ樹脂に溶解、あるいは微粉末で配合することにより、エポキシ樹脂中に熱可塑性樹脂を均一に分散させることによって、エポキシ樹脂のもつ力学特性を損なうことなしに靱性を向上させることが知られている(例えば、特許文献3参照)。しかし、この方法では、熱可塑性樹脂を多量に配合する必要があり、エポキシ樹脂の粘度が大幅に上昇し、プリプレグを製造する際、強化繊維間にエポキシ樹脂を十分に含浸できなかったり、エポキシ樹脂からなる樹脂フィルムを作製できなかったり、プリプレグを作製する際のプロセス性に問題が生じることがある。   Another method for improving the toughness of the epoxy resin is to dissolve a thermoplastic resin such as polyethersulfone, polysulfone and polyetherimide in the epoxy resin, or blend it in a fine powder. It is known that the toughness is improved without impairing the mechanical properties of the epoxy resin by uniformly dispersing the thermoplastic resin (see, for example, Patent Document 3). However, in this method, it is necessary to add a large amount of thermoplastic resin, the viscosity of the epoxy resin is significantly increased, and when the prepreg is produced, the epoxy resin cannot be sufficiently impregnated between the reinforcing fibers. It may not be possible to produce a resin film made of or a problem may occur in processability when producing a prepreg.

特開平1−118565号公報JP-A-1-118565 特開2009−280669号公報JP 2009-280669 A 特公平6−43508号公報Japanese Examined Patent Publication No. 6-43508

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、優れた層間靱性とプリプレグを作製する際の優れたプロセス性とを兼ね合わせた繊維強化複合材料、およびそれに好適に用いられるプリプレグを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides a fiber-reinforced composite material that combines excellent interlayer toughness and excellent processability when producing a prepreg, and a prepreg suitably used for the same. For the purpose.

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を有するものである。すなわち、
(1)少なくとも以下の[A]、[B]、[C]、[D]を含んで構成されるプリプレグ。
[A]エポキシ樹脂
[B]以下の(a)、(b)および(c)からなる群から選択される少なくとも1種のポリエーテルイミド
[C]硬化剤
[D]強化繊維
(a)下記式[1]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。
The present invention has the following configuration in order to achieve the above object. That is,
(1) A prepreg including at least the following [A], [B], [C], and [D].
[A] Epoxy resin [B] At least one polyetherimide [C] curing agent [D] reinforced fiber selected from the group consisting of the following (a), (b) and (c) (a) A polyetherimide having a sulfonyl group, having the repeating unit represented by [1].

Figure 2014156582
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(b)下記式[2]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。 (B) A polyetherimide having a sulfonyl group having a repeating unit represented by the following formula [2].

Figure 2014156582
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式中、Xは−O−または−O−Z−O−の基であって、−O−または−O−Z−O−の基の二価の結合基は3,3’位、3,4’位、4,3’位、または4,4’位にあり、Zは下記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。   In the formula, X is a group of —O— or —O—Z—O—, and the divalent linking group of the group of —O— or —O—Z—O— is the 3,3′-position, In the 4′-position, 4,3′-position, or 4,4′-position, Z is selected from the group consisting of divalent linking groups of the following formula [3].

Figure 2014156582
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式中、Rは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。また、Yは上記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。ただし、XまたはYのいずれか一方、あるいは両方にスルホニル基を少なくとも1つ含有する。
(c)下記式[4]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。
In the formula, R is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group. Y is selected from the group consisting of the divalent linking group of the above formula [3]. However, at least one sulfonyl group is contained in one or both of X and Y.
(C) A polyetherimide having a repeating unit represented by the following formula [4] and having a sulfonyl group.

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Xは−O−または−O−Z−O−の基であって、−O−または−O−Z−O−の基の二価の結合基は3,3’位、3,4’位、4,3’位、または4,4’位にあり、Zは下記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。   In the formula, X is a group of —O— or —O—Z—O—, and the divalent linking group of the group of —O— or —O—Z—O— is the 3,3′-position, In the 4′-position, 4,3′-position, or 4,4′-position, Z is selected from the group consisting of divalent linking groups of the following formula [3].

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Rは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。 In the formula, R is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group.

(2)構成要素[B]の重量平均分子量が70000g/mol以下である、(1)に記載のプリプレグ。   (2) The prepreg according to (1), wherein the component [B] has a weight average molecular weight of 70000 g / mol or less.

(3)構成要素[B]の重量平均分子量が35000〜60000g/molである、(2)に記載のプリプレグ。   (3) The prepreg according to (2), wherein the component [B] has a weight average molecular weight of 35,000 to 60000 g / mol.

(4)構成要素[B]が構成要素[A]と反応しない末端基を有する、(1)から(3)のいずれかに記載のプリプレグ。   (4) The prepreg according to any one of (1) to (3), wherein the component [B] has an end group that does not react with the component [A].

(5)構成要素[A]、構成要素[B]および構成要素[C]からなる全エポキシ樹脂組成物100質量部中、構成要素[B]を5〜25質量部含む、(1)から(4)のいずれかに記載のプリプレグ。   (5) In 100 parts by mass of the total epoxy resin composition composed of the component [A], the component [B], and the component [C], the component [B] is included in an amount of 5 to 25 parts by mass (1) to ( The prepreg according to any one of 4).

(6)構成要素[C]が下記式[5]で表される芳香族ポリアミンである、(1)から(5)のいずれかに記載のプリプレグ。   (6) The prepreg according to any one of (1) to (5), wherein the constituent element [C] is an aromatic polyamine represented by the following formula [5].

Figure 2014156582
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(7)構成要素[A]100質量部中、3官能以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を30質量部以上含む、(1)から(6)のいずれかに記載のプリプレグ。   (7) The prepreg according to any one of (1) to (6), including 30 parts by mass or more of an epoxy resin having a trifunctional or higher functional epoxy group in 100 parts by mass of the component [A].

(8)3官能以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂がグリシジルアミン型のエポキシ樹脂である、(7)に記載のプリプレグ。   (8) The prepreg according to (7), wherein the epoxy resin having a tri- or higher functional epoxy group is a glycidylamine type epoxy resin.

(9)グリシジルアミン型エポキシ樹脂が下記式[6]で表されるエポキシ樹脂である、(8)に記載のプリプレグ。   (9) The prepreg according to (8), wherein the glycidylamine type epoxy resin is an epoxy resin represented by the following formula [6].

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Qは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。 In the formula, Q is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group.

(10)構成要素[A]100質量部中、ビスフェノールF型エポキシ樹脂を5〜40質量部含む、(1)から(9)のいずれかに記載のプリプレグ。   (10) The prepreg according to any one of (1) to (9), including 5 to 40 parts by mass of a bisphenol F-type epoxy resin in 100 parts by mass of the component [A].

(11)構成要素[A]100質量部中、下記式[6]で表されるエポキシ樹脂を30質量部以上含む、(10)に記載のプリプレグ。   (11) The prepreg according to (10), including 30 parts by mass or more of an epoxy resin represented by the following formula [6] in 100 parts by mass of the component [A].

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Qは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。 In the formula, Q is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group.

(12)構成要素[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は、エポキシ樹脂リッチ相とスルホニル基を有するポリエーテルイミドリッチ相を有する海島構造の相分離構造を有し、かつ、島相の径が0.1μm未満となるものである、(1)から(11)のいずれかに記載のプリプレグ。   (12) An epoxy resin cured product obtained by curing an epoxy resin composition comprising the constituent elements [A], [B], and [C] has an epoxy resin rich phase and a polyetherimide rich phase having a sulfonyl group. The prepreg according to any one of (1) to (11), which has a sea-island-structured phase separation structure and has an island phase diameter of less than 0.1 μm.

(13)さらに熱可塑性樹脂粒子[E]を含む、(1)〜(12)のいずれかに記載のプリプレグ。   (13) The prepreg according to any one of (1) to (12), further including thermoplastic resin particles [E].

(14)熱可塑性樹脂粒子[E]が局在して存在している粒子層が、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20%以下の深さの範囲に存在している構造を有する(13)に記載のプリプレグ。   (14) The particle layer in which the thermoplastic resin particles [E] are localized is 20% or less in the thickness direction starting from the surface of the prepreg with respect to the thickness of the prepreg of 100%. The prepreg according to (13), which has a structure existing in a depth range.

(15)さらにコアシェルゴム粒子[F]を含む、(1)〜(14)のいずれかに記載のプリプレグ。   (15) The prepreg according to any one of (1) to (14), further including core-shell rubber particles [F].

(16)全エポキシ樹脂組成物100質量部中、構成要素[F]を1〜12質量部含む、(15)に記載のプリプレグ。   (16) The prepreg according to (15), comprising 1 to 12 parts by mass of the constituent element [F] in 100 parts by mass of the total epoxy resin composition.

(17)構成要素[F]がシェル部分に構成要素[A]または[C]と反応しうる末端基を有する、(15)または(16)に記載のプリプレグ。   (17) The prepreg according to (15) or (16), wherein the component [F] has a terminal group capable of reacting with the component [A] or [C] in the shell portion.

(18)構成要素[F]がシェル部分にエポキシ基を有する、(15)から(17)のいずれかに記載のプリプレグ。   (18) The prepreg according to any one of (15) to (17), wherein the constituent element [F] has an epoxy group in a shell portion.

(19)構成要素[F]の体積平均粒子径が0.3μm以下である、(15)から(18)のいずれかに記載のプリプレグ。   (19) The prepreg according to any one of (15) to (18), wherein the volume average particle diameter of the constituent element [F] is 0.3 μm or less.

(20)構成要素[A]、[B]、[C]、および[F]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は、エポキシ樹脂リッチ相とコアシェルゴムリッチ相を有する海島構造の相分離構造を有し、かつ、島相の径が0.1〜3μmとなるものである、(15)から(19)のいずれかに記載のプリプレグ。   (20) The cured epoxy resin obtained by curing the epoxy resin composition comprising the constituent elements [A], [B], [C], and [F] has an epoxy resin rich phase and a core shell rubber rich phase. The prepreg according to any one of (15) to (19), which has a sea-island-structured phase separation structure having a diameter of 0.1 to 3 μm.

(21)構成要素[A]、[B]、[C]、および[F]を含んでなるエポキシ樹脂組成物の80℃における粘度が1〜1000Pa・sである、(15)から(20)のいずれかに記載のプリプレグ。   (21) The epoxy resin composition comprising the constituent elements [A], [B], [C], and [F] has a viscosity at 80 ° C. of 1 to 1000 Pa · s, (15) to (20) The prepreg according to any one of the above.

(22)構成要素[D]が炭素繊維である、(1)から(21)のいずれかに記載のプリプレグ。   (22) The prepreg according to any one of (1) to (21), wherein the constituent element [D] is a carbon fiber.

(23)(1)から(22)のいずれかに記載のプリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材料。   (23) A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to any one of (1) to (22).

本発明によれば、分子内にマトリックス樹脂であるエポキシ樹脂と同じ骨格を有するため、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂との相溶性が高いポリエーテルイミドを使用することで、優れた層間靭性とプリプレグを作製する際の優れたプロセス性とを兼ね備えた繊維強化複合材料、ならびにそれを得るための好適なプリプレグを得ることができる。本発明のプリプレグは、熱可塑性樹脂であるポリエーテルイミドを多量に配合する必要がないため、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂組成物の粘度増加を抑制でき、プリプレグを作製する際のプロセス性に優れる。本発明のプリプレグを用いることにより、優れた層間靱性を発現する繊維強化複合材料が得られるので、航空機、宇宙用途、自動車、船舶、風車等の構造材として好適に用いることができる。   According to the present invention, since it has the same skeleton as the epoxy resin that is the matrix resin in the molecule, the use of polyetherimide that is highly compatible with the epoxy resin that is the matrix resin provides excellent interlayer toughness and prepreg. It is possible to obtain a fiber-reinforced composite material that has excellent processability when produced, and a suitable prepreg for obtaining the same. Since the prepreg of the present invention does not require a large amount of polyetherimide, which is a thermoplastic resin, it can suppress an increase in viscosity of the epoxy resin composition, which is a matrix resin, and is excellent in processability when producing a prepreg. By using the prepreg of the present invention, a fiber reinforced composite material exhibiting excellent interlayer toughness can be obtained, and therefore it can be suitably used as a structural material for aircraft, space use, automobiles, ships, windmills and the like.

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.

プリプレグとは、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸したシート状の成形中間基材であり、本発明では、強化繊維[D]に前述の[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を含浸したシート状の成形中間基材である。   A prepreg is a sheet-like intermediate molding base material in which a reinforcing fiber is impregnated with a matrix resin. In the present invention, the prepreg is an epoxy containing the above-mentioned [A], [B], and [C] in the reinforcing fiber [D]. It is a sheet-like molded intermediate substrate impregnated with a resin composition.

本発明のプリプレグに用いられる強化繊維[D]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等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[D]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、マットおよび組紐等の繊維構造物が用いられる。   As the reinforcing fiber [D] 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 [D] are not limited, and for example, fiber structures such as long fibers aligned in one direction, a single tow, a woven fabric, a knit, a nonwoven 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、得られた炭素繊維束のストランド強度が、3.5GPa以上であることが好ましく、より好ましくは4GPa以上であり、さらに好ましくは5GPa以上である。また、得られた炭素繊維束のストランド弾性率が、220GPa以上であることが好ましく、より好ましくは240GPa以上であり、さらに好ましくは280GPa以上である。ストランド強度およびストランド弾性率を上記の範囲とすることにより、高い力学特性を有する繊維強化複合材料が得られる。   The carbon fiber preferably used in the present invention can be any type of carbon fiber depending on the application, but the strand strength of the obtained carbon fiber bundle is preferably 3.5 GPa or more, more Preferably it is 4 GPa or more, More preferably, it is 5 GPa or more. Moreover, it is preferable that the strand elastic modulus of the obtained carbon fiber bundle is 220 GPa or more, More preferably, it is 240 GPa or more, More preferably, it is 280 GPa or more. By setting the strand strength and the strand elastic modulus within the above ranges, a fiber-reinforced composite material having high mechanical properties can be obtained.

炭素繊維の市販品としては、“トレカ(登録商標)”T800H−12K、“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)等が挙げられる。   Commercially available carbon fibers include “Torayca (registered trademark)” T800H-12K, “Torayca (registered trademark)” T800G-24K, “Torayca (registered trademark)” T800S-24K, and “Torayca (registered trademark)” T700G- 24K, "Torayca (registered trademark)" T300-3K, and "Torayca (registered trademark)" T700S-12K (above, manufactured by Toray Industries, Inc.).

本発明において炭素繊維の総繊度は、40〜3000g/1000mであることが好ましい。40g/1000m未満であると、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やすくなる場合があり、またエポキシ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場合がある。3000g/1000mを超えると炭素繊維束にエポキシ樹脂組成物が十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場合がある。   In the present invention, the total fineness of the carbon fibers is preferably 40 to 3000 g / 1000 m. When it is less than 40 g / 1000 m, 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 epoxy resin composition. When it exceeds 3000 g / 1000 m, the carbon fiber bundle may not be sufficiently impregnated with the epoxy resin composition, and as a result, fatigue resistance may be reduced.

本発明で好ましく用いられる炭素繊維は、一つの繊維束中のフィラメント数が1000〜100000本の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは3000〜50000本である。フィラメント数が3000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る場合がある。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が含浸しにくい場合がある。フィラメント数は、より好ましくは3000〜40000本の範囲である。   The number of filaments in one fiber bundle is preferably in the range of 1,000 to 100,000, more preferably 3000 to 50,000, in the carbon fiber preferably used in the present invention. When the number of filaments is less than 3,000, the fiber arrangement tends to meander and may cause a decrease in strength. On the other hand, if the number of filaments exceeds 50,000, it may be difficult to impregnate the resin during prepreg production or molding. The number of filaments is more preferably in the range of 3000 to 40000.

本発明で用いられるエポキシ樹脂[A]は、耐熱性、力学特性および強化繊維[D]との接着性のバランスに優れているものが好ましく用いられる。本発明において、エポキシ樹脂[A]とは、分子中に一つ以上のエポキシ基を有する化合物である。分子中のエポキシ基が1個の場合1官能、2個の場合2官能、というように、分子中のエポキシ基の数がN個のエポキシ樹脂をN官能のエポキシ樹脂と呼ぶ。本発明におけるエポキシ樹脂[A]としては耐熱性と弾性率を向上させる観点から、3官能以上のエポキシ樹脂を含むことが好ましい。   As the epoxy resin [A] used in the present invention, those having an excellent balance of heat resistance, mechanical properties and adhesiveness with the reinforcing fiber [D] are preferably used. In the present invention, the epoxy resin [A] is a compound having one or more epoxy groups in the molecule. An epoxy resin having N epoxy groups in a molecule is called an N-functional epoxy resin. The epoxy resin [A] in the present invention preferably contains a trifunctional or higher functional epoxy resin from the viewpoint of improving heat resistance and elastic modulus.

3官能以上のエポキシ樹脂としては、グリシジルアミン型エポキシ樹脂およびグリシジルエーテル型エポキシ樹脂から選択することが好ましい。3官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン型、ジアミノジフェニルエーテル型、ジアミノジフェニルスルホン型、下記式[6]で示されるようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂が挙げられる。   The trifunctional or higher functional epoxy resin is preferably selected from glycidylamine type epoxy resins and glycidyl ether type epoxy resins. Examples of the tri- or higher functional glycidylamine type epoxy resin include diaminodiphenylmethane type, diaminodiphenyl ether type, diaminodiphenylsulfone type, and glycidylamine type epoxy resin represented by the following formula [6].

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Qは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。 In the formula, Q is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group.

上記以外の3官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、アミノフェノール型、メタキシレンジアミン型、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン型、イソシアヌレート型等のエポキシ樹脂が挙げられる。中でも、プリプレグを作製する際のプロセス性と、耐熱性や弾性率等の力学特性のバランスがよいことから、ジアミノジフェニルメタン型、ジアミノジフェニルスルホン型、アミノフェノール型のエポキシ樹脂が特に好ましく用いられる。   Examples of tri- or higher functional glycidylamine type epoxy resins other than the above include aminophenol type, metaxylenediamine type, 1,3-bisaminomethylcyclohexane type, and isocyanurate type epoxy resins. Among them, diaminodiphenylmethane type, diaminodiphenylsulfone type, and aminophenol type epoxy resins are particularly preferably used because of a good balance between processability when producing the prepreg and mechanical properties such as heat resistance and elastic modulus.

具体的には、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン型エポキシ樹脂として、テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホンが挙げられる。テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンは、耐熱性および強化繊維との接着性が優れているため好ましく用いられ、テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホンは、分子内にスルホン骨格を有しており、後述するスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]との相溶性に優れているため、特に好ましく用いられる。また、アミノフェノール型エポキシ樹脂としては、トリグリシジル−p−アミノフェノール、トリグリシジル−m−アミノフェノール、およびトリグリシジルアミノクレゾールの各種異性体が挙げられる。   Specifically, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is exemplified as the diaminodiphenylmethane type epoxy resin, and tetraglycidyldiaminodiphenylsulfone is exemplified as the diaminodiphenylsulfone type epoxy resin. Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is preferably used because of its excellent heat resistance and adhesion to reinforcing fibers. Tetraglycidyldiaminodiphenylsulfone has a sulfone skeleton in the molecule and is a polyether having a sulfonyl group, which will be described later. Since it is excellent in compatibility with imide [B], it is particularly preferably used. Examples of the aminophenol type epoxy resin include various isomers of triglycidyl-p-aminophenol, triglycidyl-m-aminophenol, and triglycidylaminocresol.

また、3官能以上のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック型、フェノールアラルキル型、トリスヒドロキシフェニルメタン型、およびテトラフェニロールエタン型等のエポキシ樹脂、およびビナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、耐熱性が高く吸水率が小さいため、エポキシ樹脂硬化物の耐熱性および耐水性を高められ、また、プリプレグのタック性やドレープ性等の、プリプレグを作製する際のプロセス性を調節することができる。   Examples of the tri- or higher functional glycidyl ether type epoxy resin include epoxy resins such as phenol novolac type, orthocresol novolak type, phenol aralkyl type, trishydroxyphenylmethane type, and tetraphenylolethane type, and a binaphthalene skeleton. And epoxy resin. Among them, phenol novolac type epoxy resins and orthocresol novolac type epoxy resins have high heat resistance and low water absorption, so that the heat resistance and water resistance of the cured epoxy resin can be improved, and the prepreg tackiness and drape properties, etc. The processability when producing a prepreg can be adjusted.

上記以外のエポキシ樹脂[A]としては、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、ヒダントイン型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ビスアリールフルオレン骨格を有するエポキシ樹脂、およびグリシジルアニリン型エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ビスフェノールS型エポキシ樹脂は、骨格中にスルホニル基を有しており、後述するスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]との相溶性に優れているため、特に好ましい。また、ビスフェノールF型エポキシ樹脂は、低粘度であり、プリプレグを作製する際のプロセス性に優れ、かつ得られる繊維強化複合材料に高い層間靱性を付与することができるため、特に好ましい。   Other epoxy resins [A] include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, urethane modified epoxy resin, hydantoin type epoxy resin, resorcinol. Type epoxy resin, epoxy resin having a bisarylfluorene skeleton, and glycidyl aniline type epoxy resin. Among them, the bisphenol S type epoxy resin is particularly preferable because it has a sulfonyl group in the skeleton and is excellent in compatibility with a polyetherimide [B] having a sulfonyl group described later. Bisphenol F-type epoxy resins are particularly preferred because they have low viscosity, are excellent in processability when producing prepregs, and can impart high interlayer toughness to the fiber-reinforced composite material obtained.

また、グリシジルアニリン型エポキシ樹脂を配合することは、エポキシ樹脂[A]の粘弾性、流動性をコントロールし、またエポキシ樹脂硬化物の弾性率や、繊維強化複合材料の引張強度等、力学特性を向上させる効果が得られるため好ましい。グリシジルアニリン型エポキシ樹脂として、ジグリシジルアニリン、モノグリシジルアニリン、およびそれらのベンゼン環の2、3、4、5、6位から選ばれる1つ以上の炭素に置換基を持つ誘導体群が挙げられる。置換基としては、アルキル基、フェニル基、ナフチル基等のアリール基、メトキシ基等のアルキルエーテル基、フェノキシ基等のアリールエーテル基等が挙げられる。   In addition, blending with glycidyl aniline type epoxy resin controls the viscoelasticity and fluidity of epoxy resin [A], and also gives mechanical properties such as the elastic modulus of cured epoxy resin and the tensile strength of fiber reinforced composite materials. Since the effect to improve is acquired, it is preferable. Examples of the glycidyl aniline type epoxy resin include diglycidyl aniline, monoglycidyl aniline, and derivatives having a substituent at one or more carbons selected from the 2, 3, 4, 5, 6 positions of the benzene ring. Examples of the substituent include an aryl group such as an alkyl group, a phenyl group, and a naphthyl group, an alkyl ether group such as a methoxy group, and an aryl ether group such as a phenoxy group.

グリシジルアニリン型エポキシ樹脂の市販品としては、GAN、GOT(以上、日本化薬(株)製)、PxGAN(ジグリシジル−p−フェノキシアニリン、東レ・ファインケミカル(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available glycidyl aniline type epoxy resins include GAN, GOT (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), PxGAN (diglycidyl-p-phenoxy aniline, manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.), and the like.

液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂およびレゾルシノール型エポキシ樹脂は、低粘度であるために、他のエポキシ樹脂と組み合わせて使うことが好ましい。   Since the liquid bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin and resorcinol type epoxy resin have low viscosity, it is preferable to use them in combination with other epoxy resins.

また、室温(25℃程度)で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂は、室温(25℃程度)で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と比べ、架橋密度の低いエポキシ樹脂硬化物の構造を与えるため、その耐熱性は低くなるが、靭性はより高くなる。このため、グリシジルアミン型エポキシ樹脂や液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂と組み合わせて好ましく用いられる。   In addition, since the bisphenol A type epoxy resin solid at room temperature (about 25 ° C.) gives a structure of a cured epoxy resin having a low crosslinking density as compared with a liquid bisphenol A type epoxy resin at room temperature (about 25 ° C.), Heat resistance is reduced, but toughness is higher. For this reason, it is preferably used in combination with a glycidylamine type epoxy resin, a liquid bisphenol A type epoxy resin or a bisphenol F type epoxy resin.

ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂は、低吸水率かつ高耐熱性のエポキシ樹脂硬化物を与える。また、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂およびジフェニルフルオレン型エポキシ樹脂も、低吸水率のエポキシ樹脂硬化物を与えるため好適に用いられる。ウレタン変性エポキシ樹脂およびイソシアネート変性エポキシ樹脂は、破壊靱性と伸度の高いエポキシ樹脂硬化物を与えるため好ましく用いられる。   The epoxy resin having a naphthalene skeleton gives a cured product of an epoxy resin having a low water absorption and high heat resistance. Biphenyl type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, phenol aralkyl type epoxy resins and diphenyl fluorene type epoxy resins are also preferably used because they give a cured product of an epoxy resin having a low water absorption. Urethane-modified epoxy resins and isocyanate-modified epoxy resins are preferably used because they give a cured epoxy resin product having high fracture toughness and high elongation.

以下に、エポキシ樹脂[A]の市販品の例を挙げる。   Below, the example of the commercial item of an epoxy resin [A] is given.

ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂の市販品としては、ELM434(住友化学(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY720、“アラルダイト(登録商標)”MY721、“アラルダイト(登録商標)”MY725、“アラルダイト(登録商標)”MY9512、“アラルダイト(登録商標)”MY9663(以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)、および“エポトート(登録商標)”YH−434(東都化成(株)製)等が挙げられる。   Commercially available diaminodiphenylmethane type epoxy resins include ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Araldite (registered trademark)” MY720, “Araldite (registered trademark)” MY721, “Araldite (registered trademark)” MY725, “Araldite” (Registered trademark) "MY9512", "Araldite (registered trademark)" MY9663 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), "Epototo (registered trademark)" YH-434 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.) and the like It is done.

メタキシレンジアミン型のエポキシ樹脂の市販品としては、TETRAD−X(三菱ガス化学(株)製)が挙げられる。   As a commercial product of a metaxylenediamine type epoxy resin, TETRAD-X (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) can be mentioned.

1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン型のエポキシ樹脂の市販品としては、TETRAD−C(三菱ガス化学(株)製)が挙げられる。   Examples of commercially available 1,3-bisaminomethylcyclohexane type epoxy resins include TETRAD-C (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.).

イソシアヌレート型のエポキシ樹脂の市販品としては、TEPIC−P(日産化学工業(株)製)が挙げられる。   As a commercial product of an isocyanurate type epoxy resin, TEPIC-P (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) can be mentioned.

アミノフェノール型エポキシ樹脂の市販品としては、ELM120やELM100(以上、住友化学(株)製)、“jER(登録商標)”630(三菱化学(株)製)、および“アラルダイト(登録商標)”MY0600、“アラルダイト(登録商標)”MY0610、“アラルダイト(登録商標)”MY0500、“アラルダイト(登録商標)”MY0510(以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)等が挙げられる。   Commercially available products of aminophenol type epoxy resins include ELM120 and ELM100 (above, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “jER (registered trademark)” 630 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and “Araldite (registered trademark)”. MY0600, “Araldite (registered trademark)” MY0610, “Araldite (registered trademark)” MY0500, “Araldite (registered trademark)” MY0510 (manufactured by Huntsman Advanced Materials).

トリスヒドロキシフェニルメタン型のエポキシ樹脂の市販品としては、Tactix742(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)が挙げられる。   As a commercially available product of the trishydroxyphenylmethane type epoxy resin, Tactix 742 (manufactured by Huntsman Advanced Materials) may be mentioned.

テトラフェニロールエタン型のエポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”1031S(三菱化学(株)製)が挙げられる。   As a commercial product of the tetraphenylolethane type epoxy resin, “jER (registered trademark)” 1031S (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) can be mentioned.

ビナフタレン骨格を有する多官能エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”HP4700(DIC(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available polyfunctional epoxy resins having a binaphthalene skeleton include “Epiclon (registered trademark)” HP4700 (manufactured by DIC Corporation).

ナフタレン骨格を含有する多官能エポキシ樹脂の市販品としては、NC−7300(日本化薬(株)製)、“エポトート(登録商標)”ESN−175、“エポトート(登録商標)”ESN−375(以上、東都化成(株)製)等も挙げられる。   Commercially available polyfunctional epoxy resins containing a naphthalene skeleton include NC-7300 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), “Epototo (registered trademark)” ESN-175, “Epototo (registered trademark)” ESN-375 ( Examples include Toto Kasei Co., Ltd.).

ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”HP7200(DIC(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available dicyclopentadiene type epoxy resins include “Epiclon (registered trademark)” HP7200 (manufactured by DIC Corporation).

フェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、DEN431やDEN438(以上、ダウケミカル社製)および“jER(登録商標)”152(三菱化学(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available phenol novolac epoxy resins include DEN431 and DEN438 (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) and “jER (registered trademark)” 152 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

オルソクレゾールノボラック型のエポキシ樹脂の市販品としては、EOCN−1020(日本化薬(株)製)や“エピクロン(登録商標)”N−660(DIC(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available ortho-cresol novolak epoxy resins include EOCN-1020 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) and “Epiclon (registered trademark)” N-660 (manufactured by DIC Corporation).

ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“EPON(登録商標)”825(三菱化学(株)製)、“jER(登録商標)”828(三菱化学(株)製)、“エピクロン(登録商標)”850(DIC(株)製)、“エポトート(登録商標)”YD−128(東都化成(株)製)、およびDER−331やDER−332(以上、ダウケミカル社製)等が挙げられる。   Commercially available products of bisphenol A type epoxy resins include “EPON (registered trademark)” 825 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “jER (registered trademark)” 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and “Epicron (registered trademark)”. ) “850 (manufactured by DIC Corporation)”, “Epototo (registered trademark)” YD-128 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), DER-331 and DER-332 (above, manufactured by Dow Chemical Company), etc. .

固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”1001、“jER(登録商標)”1002、“jER(登録商標)”1003、“jER(登録商標)”1004AF“jER(登録商標)”1055、“jER(登録商標)”1007、“jER(登録商標)”1009および“jER(登録商標)”1010(以上、三菱化学(株)製)等が挙げられる。   As commercial products of solid bisphenol A type epoxy resin, “jER (registered trademark)” 1001, “jER (registered trademark)” 1002, “jER (registered trademark)” 1003, “jER (registered trademark)” 1004AF “jER” (Registered trademark) “1055”, “jER (registered trademark)” 1007, “jER (registered trademark)” 1009, and “jER (registered trademark)” 1010 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”806、“jER(登録商標)”807および“jER(登録商標)”1750(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン(登録商標)”830(DIC(株)製)および“エポトート(登録商標)”YD−170(東都化成(株)製)等が挙げられる。   Commercially available products of bisphenol F type epoxy resin include “jER (registered trademark)” 806, “jER (registered trademark)” 807 and “jER (registered trademark)” 1750 (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “Epiclon”. (Registered Trademark) “830 (manufactured by DIC Corporation)” and “Epototo (Registered Trademark)” YD-170 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.).

固形のビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”4002、“jER(登録商標)”4004P、“jER(登録商標)”4005P、“jER(登録商標)”4007Pおよび“jER(登録商標)”4010P(以上、三菱化学(株)製)、“エポトート(登録商標)”YDF2001(東都化成(株)製)等が挙げられる。   Commercially available products of solid bisphenol F type epoxy resin include “jER (registered trademark)” 4002, “jER (registered trademark)” 4004P, “jER (registered trademark)” 4005P, “jER (registered trademark)” 4007P and “ jER (registered trademark) "4010P (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)," Epototo (registered trademark) "YDF2001 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.), and the like.

ビスフェノールS型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”EXA−154(DIC(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available bisphenol S-type epoxy resins include “Epiclon (registered trademark)” EXA-154 (manufactured by DIC Corporation).

レゾルシノール型エポキシ樹脂の市販品としては、“デナコール(登録商標)”EX−201(ナガセケムテックス(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available resorcinol type epoxy resins include “Denacol (registered trademark)” EX-201 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).

ビフェニル型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”YX4000および“jER(登録商標)”YL6677(以上、三菱化学(株)製)等が挙げられる。   Examples of commercially available biphenyl type epoxy resins include “jER (registered trademark)” YX4000 and “jER (registered trademark)” YL6677 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

ウレタン変性エポキシ樹脂の市販品としては、AER4152(旭化成エポキシ(株)製)等が挙げられる。   AER4152 (Asahi Kasei Epoxy Co., Ltd. product) etc. are mentioned as a commercial item of a urethane-modified epoxy resin.

ヒダントイン型のエポキシ樹脂の市販品としては、AY238(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)が挙げられる。   A commercial product of a hydantoin type epoxy resin includes AY238 (manufactured by Huntsman Advanced Materials).

ビスアリールフルオレン骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、“オグソール(登録商標)”PG、“オグソール(登録商標)”PG−100、“オグソール(登録商標)”EG(以上、大阪ガスケミカル(株)製)等が挙げられる。   Commercially available epoxy resins having a bisarylfluorene skeleton include “Ogsol (registered trademark)” PG, “Ogsol (registered trademark)” PG-100, “Ogsol (registered trademark)” EG (Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) )) And the like.

本発明で用いられるエポキシ樹脂[A]としては、前記以外にも、前述のエポキシ樹脂[A]とその他のエポキシ樹脂[A]の共重合体、変性体およびこれらの2種類以上をブレンドした樹脂組成物等も用いることができる。   In addition to the above, the epoxy resin [A] used in the present invention is a copolymer of the above-described epoxy resin [A] and other epoxy resin [A], a modified product, and a resin obtained by blending two or more of these. A composition or the like can also be used.

エポキシ樹脂[A]と共重合させて用いられる上記のエポキシ樹脂[A]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。エポキシ樹脂[A]と共重合させて用いられる上記のエポキシ樹脂[A]は、1種を用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As said epoxy resin [A] used by copolymerizing with epoxy resin [A], for example, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, benzoxazine resin, phenol resin, urea resin, melamine resin and polyimide Examples thereof include resins. The epoxy resin [A] used by copolymerizing with the epoxy resin [A] may be used singly or in combination of two or more.

エポキシ樹脂[A]やエポキシ樹脂[A]とその他のエポキシ樹脂[A]の共重合体、またエポキシ樹脂[A]の変性体は、単独で用いてもよいし2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。複数のエポキシ樹脂[A]を組み合わせて用いることで、多様な特性を与えることができる。   The epoxy resin [A], the copolymer of the epoxy resin [A] and another epoxy resin [A], or the modified epoxy resin [A] may be used alone or in appropriate combination of two or more. May be. Various characteristics can be provided by using a combination of a plurality of epoxy resins [A].

本発明の[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物の耐熱性や弾性率を向上させる目的で、前述の3官能以上のエポキシ樹脂が好ましく用いられる。3官能以上のエポキシ樹脂を用いる場合、その配合量は、エポキシ樹脂[A]100質量部中、好ましくは30質量部以上であり、より好ましくは35質量部以上であり、さらに好ましくは40質量部以上である。3官能以上のエポキシ樹脂の配合量を30質量部以上とした場合、硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は高い耐熱性と弾性率を有するので好ましい。   For the purpose of improving the heat resistance and elastic modulus of the cured epoxy resin obtained by curing the epoxy resin composition comprising [A], [B], and [C] of the present invention, the above-described trifunctional or higher functional group is used. Epoxy resins are preferably used. When using a trifunctional or higher functional epoxy resin, the blending amount is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 35 parts by mass or more, and further preferably 40 parts by mass in 100 parts by mass of the epoxy resin [A]. That's it. When the blending amount of the tri- or higher functional epoxy resin is 30 parts by mass or more, the cured epoxy resin obtained by curing is preferable because it has high heat resistance and elastic modulus.

本発明の[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物の靭性を向上させる目的で、ビスフェノールF型エポキシ樹脂が好ましく用いられる。ビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いる場合、その配合量は、エポキシ樹脂[A]100質量部中、好ましくは5〜40質量部であり、より好ましくは5〜30質量部であり、さらに好ましくは10〜30質量部である。ビスフェノールF型エポキシ樹脂の配合量がかかる範囲内である場合、エポキシ樹脂組成物の粘度増加を抑制しつつ、硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は高靭性を有するので好ましい。   For the purpose of improving the toughness of the cured epoxy resin obtained by curing the epoxy resin composition comprising [A], [B], and [C] of the present invention, a bisphenol F type epoxy resin is preferably used. When the bisphenol F type epoxy resin is used, the blending amount thereof is preferably 5 to 40 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, and further preferably 10 to 10 parts by mass in 100 parts by mass of the epoxy resin [A]. 30 parts by mass. When the blending amount of the bisphenol F-type epoxy resin is within such a range, a cured epoxy resin obtained by curing while suppressing an increase in viscosity of the epoxy resin composition is preferable because it has high toughness.

本発明のエポキシ樹脂[A]中、エポキシ樹脂硬化物に高い耐熱性と弾性率を与える3官能以上のエポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化物に高い靱性を与えるビスフェノールF型エポキシ樹脂とを組み合わせることは、[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂硬化物が高い耐熱性、弾性率と靱性とを有することから好ましい態様である。特に下記式[6]で表されるジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との組み合わせは、耐熱性と靱性を維持しながら繊維強化複合材料に高い層間靱性を付与することができるので特に好ましい態様である。   In the epoxy resin [A] of the present invention, combining a tri- or higher functional epoxy resin that gives high heat resistance and elastic modulus to a cured epoxy resin and a bisphenol F-type epoxy resin that gives high toughness to a cured epoxy resin , [A], [B], and [C] are preferable because the cured epoxy resin has high heat resistance, elastic modulus, and toughness. In particular, the combination of the diaminodiphenylmethane type epoxy resin represented by the following formula [6] and the bisphenol F type epoxy resin can impart high interlayer toughness to the fiber reinforced composite material while maintaining heat resistance and toughness. This is a preferred embodiment.

Figure 2014156582
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エポキシ樹脂硬化物に高い耐熱性と弾性率を与える3官能以上のエポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化物に高い靱性を与えるビスフェノールF型エポキシ樹脂とを組み合わせて使用する場合は、[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物の耐熱性と靱性とのバランスから、その配合量は、エポキシ樹脂[A]100質量部中、3官能以上のエポキシ樹脂は、好ましくは30質量部以上であり、より好ましくは40質量部以上であり、さらに好ましくは50質量部以上である。ビスフェノールF型エポキシ樹脂は、好ましくは5〜40質量部であり、より好ましくは5〜30質量部であり、さらに好ましくは10〜30質量部である。   When using a combination of a tri- or higher functional epoxy resin that gives high heat resistance and elastic modulus to the cured epoxy resin and a bisphenol F type epoxy resin that gives high toughness to the cured epoxy resin, [A], [B] From the balance between the heat resistance and toughness of the cured epoxy resin obtained by curing the epoxy resin composition comprising [C], the blending amount is trifunctional or more in 100 parts by mass of the epoxy resin [A]. The epoxy resin is preferably 30 parts by mass or more, more preferably 40 parts by mass or more, and still more preferably 50 parts by mass or more. The bisphenol F type epoxy resin is preferably 5 to 40 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, and still more preferably 10 to 30 parts by mass.

本発明のエポキシ樹脂[A]において、エポキシ当量が100〜250g/eqであるビスフェノールF型エポキシ樹脂が好ましく用いられ、より好ましくは120〜230g/eqであり、さらに好ましくは140〜200g/eqである。ビスフェノールF型エポキシ樹脂のエポキシ当量がかかる範囲内である場合、プリプレグを作製する際のプロセス性に優れ、かつ得られる繊維強化複合材料に高い層間靱性を付与することができるので好ましい。   In the epoxy resin [A] of the present invention, a bisphenol F type epoxy resin having an epoxy equivalent of 100 to 250 g / eq is preferably used, more preferably 120 to 230 g / eq, still more preferably 140 to 200 g / eq. is there. When the epoxy equivalent of the bisphenol F-type epoxy resin is within such a range, it is preferable because it is excellent in processability when producing a prepreg and can impart high interlayer toughness to the fiber-reinforced composite material to be obtained.

本発明において用いられるエポキシ樹脂[A]の硬化剤[C]は、エポキシ樹脂[A]が有するエポキシ基と反応し得る活性基を有する化合物である。エポキシ樹脂硬化剤はエポキシ樹脂組成物を硬化させた際に架橋密度を適切にし、十分な弾性率と耐熱性を与える。硬化剤[C]としては、エポキシ基との反応性を有する官能基を有するものであれば特に限定されないが、より具体的には、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、フェノール化合物、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等が挙げられる。   The curing agent [C] of the epoxy resin [A] used in the present invention is a compound having an active group that can react with the epoxy group of the epoxy resin [A]. The epoxy resin curing agent makes the crosslinking density appropriate when the epoxy resin composition is cured, and provides sufficient elastic modulus and heat resistance. The curing agent [C] is not particularly limited as long as it has a functional group having reactivity with an epoxy group. More specifically, for example, dicyandiamide, aromatic polyamine, aminobenzoic acid esters, various kinds Acid anhydride, phenolic compound, phenol novolac resin, cresol novolac resin, polyphenol compound, imidazole derivative, aliphatic amine, tetramethylguanidine, thiourea addition amine, carboxylic acid anhydride such as methylhexahydrophthalic anhydride, And Lewis acid complexes such as acid hydrazide, carboxylic acid amide, polymercaptan and boron trifluoride ethylamine complex.

エポキシ樹脂[A]の硬化剤[C]として芳香族ポリアミンを用いた場合、耐熱性と靱性が良好なエポキシ樹脂硬化物が得られるので好ましい。特に、芳香族ポリアミンの中でも、下記式[5]で示されるようなジアミノジフェニルスルホンの各種異性体は、耐熱性および靭性の良好なエポキシ樹脂硬化物を得るため最も好ましい硬化剤である。   When an aromatic polyamine is used as the curing agent [C] of the epoxy resin [A], an epoxy resin cured product having good heat resistance and toughness is obtained, which is preferable. In particular, among aromatic polyamines, various isomers of diaminodiphenyl sulfone represented by the following formula [5] are the most preferable curing agents for obtaining a cured epoxy resin product having good heat resistance and toughness.

Figure 2014156582
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さらに、上記式[5]で示されるようなジアミノジフェニルスルホンの各種異性体は、後述するスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]と同じスルホン骨格を分子中に有するため、得られるエポキシ樹脂硬化物の相溶性が向上し、良好な耐熱性および靭性を発現するため最も好ましい硬化剤である。各成分間の相溶性が向上すると、単一のガラス転移温度を有する均一なエポキシ樹脂硬化物が得られ、その耐衝撃性や弾性率および靭性が向上することが知られている。結果として、多量の熱可塑性樹脂をエポキシ樹脂に配合すること無く、エポキシ樹脂組成物を硬化して得られる繊維強化複合材料の層間靱性が向上する。ここで、構成要素[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物において相溶性がよいとは、熱可塑性樹脂を加えたエポキシ樹脂組成物を硬化して得られたエポキシ樹脂硬化物の断面を、透過型電子顕微鏡で観察した際に見られる海島構造において、熱可塑性樹脂からなる島相の径が0.1μm未満であることをいう。相溶性が高い場合、エポキシ樹脂硬化物は高い透明性を有している。   Furthermore, since various isomers of diaminodiphenyl sulfone represented by the above formula [5] have the same sulfone skeleton in the molecule as polyetherimide [B] having a sulfonyl group described later, the resulting cured epoxy resin product This is the most preferable curing agent because of improved compatibility and development of good heat resistance and toughness. It is known that when the compatibility between each component is improved, a uniform cured epoxy resin having a single glass transition temperature is obtained, and its impact resistance, elastic modulus and toughness are improved. As a result, the interlaminar toughness of the fiber-reinforced composite material obtained by curing the epoxy resin composition is improved without adding a large amount of thermoplastic resin to the epoxy resin. Here, the epoxy resin cured product obtained by curing the epoxy resin composition containing the constituent elements [A], [B], and [C] has good compatibility means that an epoxy resin added with a thermoplastic resin. In the sea-island structure seen when a cross-section of the cured epoxy resin obtained by curing the composition is observed with a transmission electron microscope, the diameter of the island phase made of thermoplastic resin is less than 0.1 μm. Say. When the compatibility is high, the cured epoxy resin has high transparency.

エポキシ樹脂の硬化剤[C]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。例えば芳香族ポリアミンでは、化学的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ポリアミンの活性水素量の比を0.7〜0.9付近とすることにより、化学量論的に当量となるよう添加した場合よりも高弾性率を有するエポキシ樹脂硬化物が得られることがあり、これも好ましい様態である。   The optimum value of the addition amount of the curing agent [C] for the epoxy resin varies depending on the types of the epoxy resin and the curing agent. For example, in the case of an aromatic polyamine, it is preferable to add it in a stoichiometric equivalent, but the ratio of the amount of active hydrogen of the aromatic polyamine to the amount of epoxy groups of the epoxy resin is about 0.7 to 0.9. By doing this, an epoxy resin cured product having a higher elastic modulus than that obtained when it is added so as to be stoichiometrically equivalent may be obtained, which is also a preferable mode.

芳香族ポリアミンの具体例としては、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタン、フェニレンジアミンやそれらの各種誘導体および位置異性体が挙げられる。芳香族ポリアミンの市販品としては、例えば、“セイカキュア(登録商標)”S、4,4’−DDE(以上、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)、3,3’−DAS(三井化学(株)製)、“Lonza Cure(登録商標)”M−DIPA、“Lonza Cure(登録商標)”M−MIPA(以上、Lonza(株)製)、TG4DAS、TG3DAS(以上、三井化学ファイン(株)製)等が挙げられる。   Specific examples of the aromatic polyamine include diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylmethane, phenylenediamine, and various derivatives and positional isomers thereof. Commercially available aromatic polyamines include, for example, “Seika Cure (registered trademark)” S, 4,4′-DDE (Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.), MDA-220 (Mitsui Chemicals, Inc.). , “JER Cure (registered trademark)” W (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), 3,3′-DAS (manufactured by Mitsui Chemicals), “Lonza Cure (registered trademark)” M-DIPA, “Lonza Cure ( Registered trademark) "M-MIPA (above, manufactured by Lonza), TG4DAS, TG3DAS (above, made by Mitsui Chemicals Fine).

酸無水物硬化剤の具体例としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルジヒドロ無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、シクロペンタンテトラカルボン酸ジアンヒドリド、無水ナジック酸、メチル無水ナジック酸、ビシクロ(2.2.2)オクト−7−2,3,5,6−テトラカルボン酸ジアンヒドリド等が挙げられる。メチルテトラヒドロ無水フタル酸の市販品としては、“リカシッド(登録商標)”MT500(新日本理化(株)製)があげられる。ヘキサヒドロ無水フタル酸の市販品としては、“リカシッド(登録商標)”HH(新日本理化(株)製),HHPA(丸善石油化学(株)製)が挙げられる。メチルヘキサヒドロ無水フタル酸の市販品としては、“EPICLON(登録商標)” B−570、“EPICLON(登録商標)” B−650(以上、DIC(株)製)等が挙げられる。ヘキサヒドロ無水フタル酸とメチルヘキサヒドロフタル酸の混合物の市販品としては、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸:ヘキサヒドロ無水フタル酸=70:30で配合された“リカシッド(登録商標)”MH700(新日本理化(株)製)が挙げられる。無水メチルナジック酸の市販品としては、“カヤハード(登録商標)”MCD(日本化薬(株)製)が挙げられる。トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸の市販品としては、“jERキュア(登録商標)”YH−306(三菱化学(株)製)が挙げられる。   Specific examples of the acid anhydride curing agent include methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, trialkyltetrahydrophthalic anhydride, methyldihydronaphthic anhydride, methylnadic anhydride, cyclopentanetetra Examples thereof include carboxylic acid dianhydride, nadic anhydride, methyl nadic anhydride, bicyclo (2.2.2) oct-7-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride. A commercially available product of methyltetrahydrophthalic anhydride is “Licacid (registered trademark)” MT500 (manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd.). Commercially available products of hexahydrophthalic anhydride include “Licacid (registered trademark)” HH (manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd.) and HHPA (manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.). Commercial products of methylhexahydrophthalic anhydride include “EPICLON (registered trademark)” B-570, “EPICLON (registered trademark)” B-650 (manufactured by DIC Corporation), and the like. As a commercial product of a mixture of hexahydrophthalic anhydride and methylhexahydrophthalic acid, “Rikacid (registered trademark)” MH700 (Shin Nippon Rika Co., Ltd.) formulated with methylhexahydrophthalic anhydride: hexahydrophthalic anhydride = 70: 30 Co., Ltd.). A commercially available product of methyl nadic anhydride is “Kayahard (registered trademark)” MCD (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.). Examples of commercially available trialkyltetrahydrophthalic anhydride include “jER Cure (registered trademark)” YH-306 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

本発明で用いられるエポキシ樹脂[A]の硬化剤[C]としては、前記以外にも、これらの硬化剤[C]を潜在化したもの、例えば、アミンアダクトやマイクロカプセル化したものを用いることもできる。このような潜在化させた硬化剤[C]を使用した場合、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ので、例えば長期の積層時間を有する大型の構造体の製造にも適したものが得られる。   As the curing agent [C] of the epoxy resin [A] used in the present invention, in addition to the above, a latent material of these curing agents [C], for example, an amine adduct or a microencapsulated one is used. You can also. When such a latent curing agent [C] is used, the storage stability of the prepreg, in particular, tackiness and drape properties are not easily changed even when left at room temperature, and thus, for example, a large structure having a long lamination time A product suitable for manufacturing a body is obtained.

また、硬化を促進させることを目的に、エポキシ樹脂[A]に硬化促進剤を配合することもできる。硬化促進剤としては、ウレア化合物、第三級アミンとその塩、イミダゾールとその塩、トリフェニルホスフィンまたはその誘導体、カルボン酸金属塩や、ルイス酸類やブレンステッド酸類とその塩類等が挙げられる。中でも、プリプレグの保存安定性と触媒能力のバランスから、ウレア化合物が好適に用いられる。特に、ウレア化合物とジシアンジアミドとの組み合わせが好適に用いられる。   Moreover, a hardening accelerator can also be mix | blended with an epoxy resin [A] for the purpose of accelerating hardening. Examples of the curing accelerator include urea compounds, tertiary amines and salts thereof, imidazoles and salts thereof, triphenylphosphine or derivatives thereof, carboxylic acid metal salts, Lewis acids, Bronsted acids and salts thereof, and the like. Among these, a urea compound is preferably used from the balance between the storage stability of the prepreg and the catalytic ability. In particular, a combination of a urea compound and dicyandiamide is preferably used.

ウレア化合物としては、例えば、N,N−ジメチル−N’−(3,4−ジクロロフェニル)ウレア、トルエンビス(ジメチルウレア)、4,4’−メチレンビス(フェニルジメチルウレア)、3−フェニル−1,1−ジメチルウレア等を使用することができる。かかるウレア化合物の市販品としては、DCMU99(保土谷化学(株)製)、“Omicure(登録商標)”24、52、94(以上、Emerald Performance Materials,LLC製)等が挙げられる。   Examples of the urea compound include N, N-dimethyl-N ′-(3,4-dichlorophenyl) urea, toluenebis (dimethylurea), 4,4′-methylenebis (phenyldimethylurea), 3-phenyl-1, 1-dimethylurea or the like can be used. Examples of commercially available urea compounds include DCMU99 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.), “Omicure (registered trademark)” 24, 52, 94 (manufactured by Emerald Performance Materials, LLC).

ウレア化合物の配合量は、エポキシ樹脂[A]100質量部中、1〜8質量部とすることが好ましい。かかるウレア化合物の配合量が1質量部に満たない場合は、反応が十分に進行せず、エポキシ樹脂硬化物の弾性率と耐熱性が不足する場合がある。また、かかるウレア化合物の配合量が8質量部を超える場合は、エポキシ化合物の自己重合反応が、エポキシ化合物と硬化剤との反応を阻害するため、エポキシ樹脂硬化物の靭性や弾性率が低下する場合がある。   It is preferable that the compounding quantity of a urea compound shall be 1-8 mass parts in 100 mass parts of epoxy resins [A]. When the compounding quantity of this urea compound is less than 1 mass part, reaction does not fully advance and the elasticity modulus and heat resistance of epoxy resin hardened | cured material may be insufficient. Moreover, when the compounding quantity of this urea compound exceeds 8 mass parts, since the self-polymerization reaction of an epoxy compound inhibits reaction with an epoxy compound and a hardening | curing agent, the toughness and elastic modulus of epoxy resin hardened | cured material fall. There is a case.

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

これらのエポキシ樹脂[A]の硬化剤[C]よびそれらを潜在化した硬化剤[C]は、1種を単独で用いても2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。前記の芳香族ポリアミンと共に、芳香族ポリアミンのアミノ基を一部アルキル化またはアリール化した2級アミンや、ジフェニルフェニレンジアミンのような2級アミン、また、アニリン誘導体やアミノビフェニル、アミノアントラキノン、フェニルフェノール等の各種の環構造を有するアミノ化合物、フェノール類を組み合わせて用いることによって、繊維強化複合材料の引張強度等の力学特性や、エポキシ樹脂硬化物の弾性率、靭性を効果的に向上できることがある。また、用途、目的に応じて、硬化触媒となる化合物を組み合わせて用いてもよい。   The curing agent [C] of these epoxy resins [A] and the curing agent [C] that has made them latent may be used singly or in appropriate combination of two or more. Along with the above aromatic polyamines, secondary amines in which the amino group of the aromatic polyamine is partially alkylated or arylated, secondary amines such as diphenylphenylenediamine, aniline derivatives, aminobiphenyl, aminoanthraquinone, phenylphenol By using a combination of amino compounds having various ring structures such as phenols and phenols, the mechanical properties such as tensile strength of the fiber reinforced composite material and the elastic modulus and toughness of the cured epoxy resin may be effectively improved. . Moreover, you may use combining the compound used as a curing catalyst according to a use and the objective.

本発明のプリプレグは、得られる繊維強化複合材料に優れた層間靭性とプリプレグを作製する際のプロセス性とを兼ね合わせるため、エポキシ樹脂組成物中に、熱可塑性樹脂としてスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]を含むことが必須である。エポキシ樹脂[A]にスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]を溶解して用いた場合、エポキシ樹脂[A]の脆さをスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の強靱さでカバーし、かつスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の成形困難性をエポキシ樹脂[A]でカバーできるため、これらを単独で用いた場合より良好な、バランスのとれたベース樹脂が得られる。さらに、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]を用いた場合、熱可塑性樹脂として一般的に用いられるポリエーテルスルホンよりも少量の配合量で、プリプレグを作製する際のプロセス性を損ねることなく、高い層間靱性を有する繊維強化複合材料が得られるため、好ましい。全エポキシ樹脂組成物100質量部に対して、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の配合割合は、好ましくは5〜25質量部であり、より好ましくは8〜20質量部であり、さらに好ましくは8〜15質量部の範囲である。ここで、全エポキシ樹脂組成物とは、エポキシ樹脂[A]、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]、硬化剤[C]からなるエポキシ樹脂組成物をいう。スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の配合量が多すぎると、エポキシ樹脂組成物の粘度が上昇し、エポキシ樹脂組成物およびプリプレグを作製する際のプロセス性を損ねる場合がある。一方、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の配合量が少なすぎると、エポキシ樹脂硬化物の靱性が不足し、プリプレグを硬化して得られる繊維強化複合材料の層間靱性が不足する場合がある。   The prepreg of the present invention is a polyetherimide having a sulfonyl group as a thermoplastic resin in an epoxy resin composition in order to combine the excellent interfacial toughness with the fiber-reinforced composite material obtained and the processability when producing the prepreg. It is essential to include [B]. When the polyetherimide [B] having a sulfonyl group is dissolved in the epoxy resin [A] and used, the brittleness of the epoxy resin [A] is covered with the toughness of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group, In addition, since the difficulty of molding of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group can be covered with the epoxy resin [A], a well-balanced base resin can be obtained as compared with the case where these are used alone. Furthermore, when polyetherimide [B] having a sulfonyl group is used, the blending amount is smaller than that of polyethersulfone generally used as a thermoplastic resin, without impairing processability when producing a prepreg, This is preferable because a fiber-reinforced composite material having high interlayer toughness can be obtained. The blending ratio of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin composition is preferably 5 to 25 parts by mass, more preferably 8 to 20 parts by mass, and still more preferably. Is in the range of 8-15 parts by mass. Here, the total epoxy resin composition refers to an epoxy resin composition comprising an epoxy resin [A], a polyetherimide [B] having a sulfonyl group, and a curing agent [C]. If the amount of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group is too large, the viscosity of the epoxy resin composition increases, and the processability in producing the epoxy resin composition and prepreg may be impaired. On the other hand, if the amount of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group is too small, the toughness of the cured epoxy resin is insufficient, and the interlayer toughness of the fiber reinforced composite material obtained by curing the prepreg may be insufficient. .

ここで、本発明に用いるスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は、以下の(a)、(b)および(c)からなる群から選択される少なくとも1種のポリエーテルイミドである。
(a)下記式[1]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。
Here, the polyetherimide [B] having a sulfonyl group used in the present invention is at least one polyetherimide selected from the group consisting of the following (a), (b) and (c).
(A) A polyetherimide having a sulfonyl group having a repeating unit represented by the following formula [1].

Figure 2014156582
Figure 2014156582

(b)下記式[2]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。 (B) A polyetherimide having a sulfonyl group having a repeating unit represented by the following formula [2].

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Xは−O−または−O−Z−O−の基であって、−O−または−O−Z−O−の基の二価の結合基は3,3’位、3,4’位、4,3’位、または4,4’位にあり、Zは下記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。   In the formula, X is a group of —O— or —O—Z—O—, and the divalent linking group of the group of —O— or —O—Z—O— is the 3,3′-position, In the 4′-position, 4,3′-position, or 4,4′-position, Z is selected from the group consisting of divalent linking groups of the following formula [3].

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Rは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。また、Yは上記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。ただし、XまたはYのいずれか一方、あるいは両方にスルホニル基を少なくとも1つ含有する。
(c)下記式[4]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。
In the formula, R is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group. Y is selected from the group consisting of the divalent linking group of the above formula [3]. However, at least one sulfonyl group is contained in one or both of X and Y.
(C) A polyetherimide having a repeating unit represented by the following formula [4] and having a sulfonyl group.

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Xは−O−または−O−Z−O−の基であって、−O−または−O−Z−O−の基の二価の結合基は3,3’位、3,4’位、4,3’位、または4,4’位にあり、Zは下記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。   In the formula, X is a group of —O— or —O—Z—O—, and the divalent linking group of the group of —O— or —O—Z—O— is the 3,3′-position, In the 4′-position, 4,3′-position, or 4,4′-position, Z is selected from the group consisting of divalent linking groups of the following formula [3].

Figure 2014156582
Figure 2014156582

式中、Rは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。 In the formula, R is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group.

(a)のスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は、例えば、4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(無水フタル酸)と4,4’-ジアミノジフェニルメタンとから公知の方法に準拠して製造しうる。   The polyetherimide [B] having a sulfonyl group (a) is, for example, from 4,4 ′-(4,4′-isopropylidenediphenoxy) bis (phthalic anhydride) and 4,4′-diaminodiphenylmethane. It can be produced according to a known method.

(b)のスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は、例えば、下記式[7]で示される芳香族ビス(エーテル無水物)と下記式[8]で示されるジアミン類とから公知の方法に準拠して製造しうる。   The polyetherimide [B] having a sulfonyl group (b) is, for example, a known method from an aromatic bis (ether anhydride) represented by the following formula [7] and a diamine represented by the following formula [8]. It can be manufactured according to

Figure 2014156582
Figure 2014156582

Figure 2014156582
Figure 2014156582

(式中、X,Yはそれぞれ前記と同じ意味を有する。)
(c)のスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は、例えば、上記式[7]で示される芳香族ビス(エーテル無水物)と4,4’−ジアミノジフェニルメタンとから公知の方法に準拠して製造しうる。
(In the formula, X and Y have the same meanings as described above.)
The polyetherimide [B] having a sulfonyl group (c) conforms to a known method from, for example, an aromatic bis (ether anhydride) represented by the above formula [7] and 4,4′-diaminodiphenylmethane. Can be manufactured.

本発明で用いるスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は、上記のような原料を用いて公知方法に準拠することにより製造し得るが、市販のスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]を使用しても良い。市販品としては、例えば、“ULTEM(登録商標)”XH6050(SABICイノベーティブプラスチックジャパン合同会社製)が好ましく使用される。   The polyetherimide [B] having a sulfonyl group used in the present invention can be produced by using a raw material as described above according to a known method, but a commercially available polyetherimide [B] having a sulfonyl group is used. You may do it. As a commercially available product, for example, “ULTEM (registered trademark)” XH6050 (manufactured by SABIC Innovative Plastics Japan LLC) is preferably used.

本発明では、重量平均分子量が70000g/mol以下であるスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]が好ましく用いられ、より好ましくは重量平均分子量が10000〜60000g/molであり、さらに好ましくは重量平均分子量が35000〜60000g/molである。スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の重量平均分子量がかかる範囲内である場合、本発明の[A]、[B]、[C]からなるエポキシ樹脂組成物を硬化してなるエポキシ樹脂硬化物は、高い靭性を有し、かかるエポキシ樹脂組成物を含んでなるプリプレグを硬化して得られる繊維強化複合材料は、高い層間靭性を有するので好ましい。また、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の重量平均分子量がかかる範囲内である場合、本発明の[A]、[B]、[C]からなるエポキシ樹脂組成物は、プリプレグを作製する際のプロセス性に優れるので好ましい。中でも、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の重量平均分子量が35000〜60000g/molである場合、プリプレグを作製する際のプロセス性を低下させることなく、多量のスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]をエポキシ樹脂[A]に溶解させることができるため、さらなる高靱性を有するエポキシ樹脂硬化物を得ることができ、得られる繊維強化複合材料に高い層間靱性を付与することができるので特に好ましい。また、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の重量平均分子量が70000g/molを超える場合、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]のエポキシ樹脂[A]に対する溶解性が低下するため、エポキシ樹脂組成物を調製する際のプロセス時間が長くなり、プロセス性が悪化する場合がある。   In the present invention, polyetherimide [B] having a sulfonyl group having a weight average molecular weight of 70000 g / mol or less is preferably used, more preferably a weight average molecular weight is 10,000 to 60000 g / mol, and still more preferably a weight average molecular weight. Is 35,000 to 60000 g / mol. When the weight average molecular weight of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group is within such a range, the epoxy resin cured by curing the epoxy resin composition comprising [A], [B] and [C] of the present invention The product has high toughness, and a fiber-reinforced composite material obtained by curing a prepreg comprising such an epoxy resin composition is preferred because it has high interlaminar toughness. When the weight average molecular weight of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group is within such a range, the epoxy resin composition comprising [A], [B], and [C] of the present invention produces a prepreg. This is preferable because of excellent processability. Among these, when the weight average molecular weight of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group is 35,000 to 60000 g / mol, the polyetherimide [B] having a large amount of sulfonyl groups [] without lowering the processability when producing the prepreg [ B] can be dissolved in the epoxy resin [A], so that an epoxy resin cured product having higher toughness can be obtained, and high fiber toughness can be imparted to the resulting fiber-reinforced composite material, which is particularly preferable. . Moreover, since the solubility with respect to the epoxy resin [A] of polyetherimide [B] which has a sulfonyl group falls when the weight average molecular weight of polyetherimide [B] which has a sulfonyl group exceeds 70000 g / mol, an epoxy resin In some cases, the process time for preparing the composition becomes long, and the processability may deteriorate.

本発明で用いられるスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は、その重量平均分子量が大きくても、エポキシ樹脂組成物中に含まれるスルホニル基の密度が小さくなるため、[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物とポリエーテルイミド中のスルホニル基の間に働く分子間相互作用が小さくなり、エポキシ樹脂組成物の粘度増加を抑制できるので好ましく用いられる。さらに、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の重量平均分子量が小さいものに比べ、重量平均分子量が大きいスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は少量の配合で高靱性を有するエポキシ樹脂硬化物を得ることができ、得られる繊維強化複合材料に高い層間靱性を付与することができるので好ましく用いられる。エポキシ樹脂組成物の粘度と繊維強化複合材料の層間靱性とのバランスの点から、その好ましい重量平均分子量は、45000〜70000g/molであり、さらに好ましくは50000〜60000g/molである。   Since the polyetherimide [B] having a sulfonyl group used in the present invention has a small weight average molecular weight, the density of the sulfonyl group contained in the epoxy resin composition is small. Therefore, [A], [B] , [C] and the intermolecular interaction between the sulfonyl group in the polyetherimide is reduced, and increase in viscosity of the epoxy resin composition can be suppressed, so that it is preferably used. Furthermore, the polyether imide [B] having a sulfonyl group having a large weight average molecular weight compared to the polyether imide [B] having a sulfonyl group having a small weight average molecular weight is a cured epoxy resin having a high toughness in a small amount. It is preferably used because it can impart high interlaminar toughness to the resulting fiber-reinforced composite material. From the viewpoint of the balance between the viscosity of the epoxy resin composition and the interlaminar toughness of the fiber reinforced composite material, the preferred weight average molecular weight is 45,000 to 70000 g / mol, more preferably 50,000 to 60000 g / mol.

スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は、エポキシ樹脂[A]の末端基であるエポキシ基と反応しない末端基を有することが好ましい。スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の末端基としては、例えば、芳香族環、アミノ基、水酸基、塩素等のあらゆる末端官能基が使用できるが、中でもエポキシ樹脂[A]のエポキシ基と反応しない芳香族環、塩素末端が特に好ましい。エポキシ樹脂[A]とスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]の末端基が反応すると、後述するコアシェルゴム粒子[F]同士で凝集する場合があり、本発明の[A]、[B]、[C]、および[F]を含んでなるエポキシ樹脂組成物からなる樹脂フィルムの作製が困難となり、プリプレグを作製する際のプロセス性に問題が生じたり、得られる繊維強化複合材料の層間靭性が低下したりする場合がある。   The polyetherimide [B] having a sulfonyl group preferably has a terminal group that does not react with the epoxy group that is the terminal group of the epoxy resin [A]. As the terminal group of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group, for example, any terminal functional group such as an aromatic ring, an amino group, a hydroxyl group, and chlorine can be used, and among them, it reacts with the epoxy group of the epoxy resin [A]. Especially preferred are aromatic rings, chlorine ends. When the end group of the polyetherimide [B] having a sulfonyl group reacts with the epoxy resin [A], the core-shell rubber particles [F] described later may be aggregated, and [A], [B], It becomes difficult to produce a resin film comprising an epoxy resin composition comprising [C] and [F], causing problems in processability when producing a prepreg, and the interlaminar toughness of the fiber-reinforced composite material obtained. It may decrease.

ここで、[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は、[A]リッチ相と、[B]リッチ相を有する海島構造を有する場合がある。本発明において海島構造とは、異なる成分を主成分とする相が、海相と島相に相分離し、特定の構造周期を有する構造をいう。これに対し、本発明のエポキシ樹脂硬化物の好ましい実施形態としては、[A]リッチ相と[B]リッチ相を持たないエポキシ樹脂硬化物が挙げられる。エポキシ樹脂硬化物が[A]リッチ相と[B]リッチ相を持たないことは、エポキシ樹脂組成物の相溶性がよいことを意味する。相溶性がよいとは、熱可塑性樹脂を加えたエポキシ樹脂組成物を硬化して得られたエポキシ樹脂硬化物の断面を、透過型電子顕微鏡で観察した際に見られる海島構造において、熱可塑性樹脂からなる島相の径が0.1μm未満であることをいう。ここで、島相の径とは、海島構造における島相の大きさを示すものであり、所定の領域における数平均値である。島相が楕円形のときは、長径をとり、不定形の場合は外接する円の直径を用いる。また、島相が二層以上の円または楕円になっている場合には、最外層の円の直径または楕円の長径を用いるものとする。なお、海島構造の場合、所定の領域内に存在する全ての島相の長径を測定し、これらの数平均値を島相の径とする。本発明における[B]リッチ相の島相の径は0.1μm未満であることが望ましい。島相の径が0.1μm以上の場合、得られる繊維強化複合材料は、十分な靭性向上効果が発揮できない場合がある。   Here, the cured epoxy resin obtained by curing the epoxy resin composition containing [A], [B], and [C] has a sea-island structure having [A] rich phase and [B] rich phase. May have. In the present invention, the sea-island structure refers to a structure in which a phase mainly composed of different components is phase-separated into a sea phase and an island phase and has a specific structural period. On the other hand, as a preferable embodiment of the cured epoxy resin of the present invention, there is a cured epoxy resin having no [A] rich phase and [B] rich phase. That the cured epoxy resin has no [A] rich phase and [B] rich phase means that the compatibility of the epoxy resin composition is good. Good compatibility means that the thermoplastic resin in the sea-island structure seen when the cross section of the cured epoxy resin obtained by curing the epoxy resin composition to which the thermoplastic resin is added is observed with a transmission electron microscope. The diameter of the island phase consisting of is less than 0.1 μm. Here, the diameter of the island phase indicates the size of the island phase in the sea-island structure, and is a number average value in a predetermined region. When the island phase is elliptical, the major axis is taken, and when it is indefinite, the diameter of the circumscribed circle is used. When the island phase is a circle or ellipse having two or more layers, the diameter of the outermost layer circle or the major axis of the ellipse is used. In the case of a sea-island structure, the major axis of all island phases existing in a predetermined region is measured, and the number average value thereof is taken as the island phase diameter. The diameter of the [B] rich phase island phase in the present invention is preferably less than 0.1 μm. When the island phase diameter is 0.1 μm or more, the obtained fiber-reinforced composite material may not exhibit a sufficient toughness improving effect.

スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は以下の市販のポリエーテルイミドと組み合わせて使用してもよい。かかるポリエーテルイミドの具体例を幾つか挙げると、“ULTEM(登録商標)”1000(数平均分子量(Mn)21000g/mol、Mw54000g/mol、多分散度2.5)、“ULTEM(登録商標)”1010(Mn19000g/mol、Mw47000g/mol、多分散度2.5)、“ULTEM(登録商標)”1040(Mn12000g/mol、Mw34000g/mol、多分散度2.9)、“ULTEM(登録商標)”XH6050(Mn24000g/mol、Mw55000g/mol、多分散度2.2)(全て、SABICイノベーティブプラスチックジャパン合同会社製)、またはこれらの1種以上を含む混合物が挙げられるが、これらに限定されない。   The polyetherimide [B] having a sulfonyl group may be used in combination with the following commercially available polyetherimide. Some specific examples of such polyetherimides include “ULTEM (registered trademark)” 1000 (number average molecular weight (Mn) 21000 g / mol, Mw 54000 g / mol, polydispersity 2.5), “ULTEM (registered trademark)”. "1010 (Mn 19000 g / mol, Mw 47000 g / mol, polydispersity 2.5)", "ULTEM (registered trademark)" 1040 (Mn 12000 g / mol, Mw 34000 g / mol, polydispersity 2.9), "ULTEM (registered trademark)" “XH6050 (Mn 24000 g / mol, Mw 55000 g / mol, polydispersity 2.2) (all manufactured by SABIC Innovative Plastics Japan G.K.), or a mixture containing one or more of these, is not limited thereto.

本発明においては、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]以外にも、エポキシ樹脂[A]の特性を落とさない範囲で、エポキシ樹脂[A]に、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]と併せて他の熱可塑性樹脂を溶解させて用いてもよい。このような熱可塑性樹脂としては、一般に、炭素−炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、チオエーテル結合、スルホン結合およびカルボニル結合から選ばれた結合を主鎖に有する熱可塑性樹脂であることが好ましいが、部分的に架橋構造を有していても差し支えなく、また、結晶性を有していても非晶性であってもよい。具体的には、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェニルトリメチルインダン構造を有するポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアラミド、ポリエーテルニトリルおよびポリベンズイミダゾール等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は市販のポリマーを用いてもよく、また市販のポリマーより分子量の低い、いわゆるオリゴマーを用いても良い。   In the present invention, in addition to the polyetherimide [B] having a sulfonyl group, the polyetherimide [B] having a sulfonyl group may be added to the epoxy resin [A] within a range not deteriorating the properties of the epoxy resin [A]. In addition, other thermoplastic resins may be dissolved and used. Such a thermoplastic resin generally has a bond selected from a carbon-carbon bond, amide bond, imide bond, ester bond, ether bond, carbonate bond, urethane bond, thioether bond, sulfone bond and carbonyl bond as the main chain. However, it may have a partially crosslinked structure, and may be crystalline or amorphous. Specifically, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyester, polyamide imide, polyimide, polyether imide, polyimide having phenyltrimethylindane structure, polysulfone, polyether sulfone, polyether ketone, poly Examples include ether ether ketone, polyaramid, polyether nitrile, and polybenzimidazole. As these thermoplastic resins, commercially available polymers may be used, or so-called oligomers having a molecular weight lower than that of commercially available polymers may be used.

本発明のプリプレグのマトリックス樹脂として用いるエポキシ樹脂組成物には、粘弾性を制御しプリプレグのタックやドレープ特性を改良したり、繊維強化複合材料の層間靱性等の力学特性を改良したりするため、エポキシ樹脂[A]に、ゴム粒子または熱可塑性樹脂粒子[E]等の有機粒子や、無機粒子等を配合することができる。   In the epoxy resin composition used as the matrix resin of the prepreg of the present invention, the viscoelasticity is controlled to improve the tack and drape characteristics of the prepreg, or to improve the mechanical properties such as the interlayer toughness of the fiber reinforced composite material. Organic particles such as rubber particles or thermoplastic resin particles [E], inorganic particles, or the like can be blended with the epoxy resin [A].

本発明のプリプレグにおいて、前記ゴム粒子のなかでも、コアシェルゴム粒子[F]を繊維強化複合材料の靭性向上のために配合することができる。ここでコアシェルゴム粒子[F]とは、架橋ゴム等のポリマーを主成分とする粒子状のコア部分と、コア部分とは異なるポリマーをグラフト重合する等の方法でコア表面の一部あるいは全体を被覆した粒子を意味する。   In the prepreg of the present invention, among the rubber particles, core-shell rubber particles [F] can be blended for improving the toughness of the fiber-reinforced composite material. Here, the core-shell rubber particle [F] means a part of or the whole surface of the core by a method such as graft polymerization of a particulate core part mainly composed of a polymer such as a crosslinked rubber and a polymer different from the core part. Means coated particles.

コアシェルゴム粒子[F]の配合により、硬化後のエポキシマトリックス相内には[A]リッチ相と[F]リッチ相を有する微細な海島構造が形成される場合がある。これにより、エポキシ樹脂硬化物へのモードI応力負荷時に生じる平面歪み状態を、海島構造の破壊空隙化(キャビテーション)により解消することができ、エポキシマトリックス相の塑性変形が誘発される。その結果、大きなエネルギー吸収を引き起こし、繊維強化複合材料の層間靭性向上に繋がる。   By blending the core-shell rubber particles [F], a fine sea-island structure having an [A] -rich phase and an [F] -rich phase may be formed in the epoxy matrix phase after curing. As a result, the plane strain state generated when the mode I stress is applied to the cured epoxy resin can be eliminated by fracture void formation (cavitation) of the sea-island structure, and plastic deformation of the epoxy matrix phase is induced. As a result, large energy absorption is caused and the interlaminar toughness of the fiber reinforced composite material is improved.

なお、本発明において相分離構造とは、異なる成分を主成分とする相が、海相と島相に相分離し、特定の構造周期を有する構造をいう。相分離構造を示すか否かは、透過型電子顕微鏡によって判断することができる。   In the present invention, the phase separation structure refers to a structure in which a phase mainly composed of different components is phase-separated into a sea phase and an island phase and has a specific structural period. Whether or not a phase separation structure is exhibited can be determined by a transmission electron microscope.

本発明のエポキシ樹脂硬化物の好ましい実施形態としては、[A]リッチ相と[F]リッチ相を有する海島構造の相分離構造を有し、島相の径が0.1〜3μmであるエポキシ樹脂硬化物が挙げられる。ここで、島相の径とは、海島構造における島相の大きさを示すものであり、所定の領域における数平均値である。島相が楕円形のときは、長径をとり、不定形の場合は外接する円の直径を用いる。また、島相が二層以上の円または楕円になっている場合には、最外層の円の直径または楕円の長径を用いるものとする。なお、海島構造の場合、所定の領域内に存在する全ての島相の長径を測定し、これらの数平均値を島相の径とする。   As a preferred embodiment of the cured epoxy resin of the present invention, an epoxy having a sea-island structure having an [A] rich phase and a [F] rich phase, and an island phase diameter of 0.1 to 3 μm. Resin hardened material is mentioned. Here, the diameter of the island phase indicates the size of the island phase in the sea-island structure, and is a number average value in a predetermined region. When the island phase is elliptical, the major axis is taken, and when it is indefinite, the diameter of the circumscribed circle is used. When the island phase is a circle or ellipse having two or more layers, the diameter of the outermost layer circle or the major axis of the ellipse is used. In the case of a sea-island structure, the major axis of all island phases existing in a predetermined region is measured, and the number average value thereof is taken as the island phase diameter.

かかる構造周期および島相の径は、0.1〜3μmの範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは0.1〜2μmの範囲であり、特に好ましくは0.1〜1μmである。構造周期が0.1μm未満の場合、エポキシ樹脂硬化物の靭性が不足する場合があり、構造周期が3μmを超える場合、繊維強化複合材料においてキャビテーション効果が得られないため、得られる繊維強化複合材料は、十分な層間靭性向上効果が発揮できない場合がある。   The structural period and the diameter of the island phase are preferably in the range of 0.1 to 3 μm, more preferably in the range of 0.1 to 2 μm, and particularly preferably 0.1 to 1 μm. If the structural period is less than 0.1 μm, the toughness of the epoxy resin cured product may be insufficient, and if the structural period exceeds 3 μm, a cavitation effect cannot be obtained in the fiber-reinforced composite material. May not exhibit a sufficient interlayer toughness improving effect.

スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は本発明で用いられるエポキシ樹脂[A]との相溶性がよく、特に、未反応性末端を有するスルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]は、コアシェルゴム粒子[F]とエポキシ樹脂[A]との親和性をより高めるため、好ましい。結果、エポキシ樹脂[A]にコアシェルゴム粒子[F]が良分散し、エポキシ樹脂硬化物へのモードI応力負荷時のエポキシマトリックス相の塑性変形が大きくなり、得られる繊維強化複合材料の層間靭性が向上する。   The polyetherimide [B] having a sulfonyl group has good compatibility with the epoxy resin [A] used in the present invention. In particular, the polyetherimide [B] having a sulfonyl group having an unreactive terminal is a core-shell rubber. This is preferable because the affinity between the particles [F] and the epoxy resin [A] is further increased. As a result, the core-shell rubber particles [F] are well dispersed in the epoxy resin [A], and the plastic deformation of the epoxy matrix phase becomes large when the mode I stress is applied to the cured epoxy resin, and the interlayer toughness of the resulting fiber reinforced composite material Will improve.

コアシェルゴム粒子[F]のコア部分としては、共役ジエン系モノマー、アクリル酸エステル系モノマー、メタクリル酸エステル系モノマーより選ばれる1種または複数種から重合されたポリマー、またはシリコーン樹脂等を用いることができる。具体的には、例えばブタジエン、イソプレン、クロロプレンが挙げられ、これらを単独、もしくは複数種用いて構成される架橋ポリマーであることが好ましい。特に、得られる重合体の性質が良好であり、重合が容易であることから、かかる共役ジエン系モノマーとしてブタジエンを用いること、すなわち、コア成分としてブタジエンを含むモノマーから重合されたポリマーであることが好ましい。本発明における繊維強化複合材料の層間靭性を効果的に向上させるためには、エポキシ樹脂組成物に配合するコアシェルゴム粒子[F]のコア部分のガラス転移温度が−50℃以下であることがより好ましい。   As the core portion of the core-shell rubber particle [F], a polymer polymerized from one or more selected from a conjugated diene monomer, an acrylate monomer, and a methacrylate ester monomer, or a silicone resin may be used. it can. Specific examples include butadiene, isoprene, and chloroprene, and a cross-linked polymer composed of these alone or in a plurality of types is preferable. In particular, since the properties of the obtained polymer are good and the polymerization is easy, butadiene is used as the conjugated diene monomer, that is, the polymer is polymerized from a monomer containing butadiene as the core component. preferable. In order to effectively improve the interlayer toughness of the fiber reinforced composite material in the present invention, the glass transition temperature of the core portion of the core-shell rubber particles [F] to be blended in the epoxy resin composition is more preferably −50 ° C. or lower. preferable.

コアシェルゴム粒子[F]を構成するシェル成分は、前記したコア成分にグラフト重合されており、コア成分を構成するポリマー粒子と化学結合していることが好ましい。かかるシェル成分を構成する成分としては、例えばメタクリル酸エステル、芳香族ビニル化合物等から選ばれた1種または複数種から重合された重合体である。また、シェル成分にはコアシェルゴム粒子[F]の分散状態を安定化させるために、本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれる成分、またはその硬化剤[C]成分と反応する官能基が導入されていることが好ましい。このような官能基が導入されている場合、エポキシ樹脂[A]との親和性が向上し、また最終的にはエポキシ樹脂組成物と反応してエポキシ樹脂硬化物中に取り込まれることが可能であるため、良好なコアシェルゴム粒子[F]の分散性が達成できる。この結果、少量のコアシェルゴム粒子[F]の配合でも十分な靱性向上効果が得られ、耐熱性や弾性率を維持しつつ、エポキシ樹脂硬化物の靱性向上が可能となる。かかる官能基としては、例えば水酸基、カルボキシル基、エポキシ基が挙げられるが、中でもエポキシ樹脂[A]との親和性向上の観点から、エポキシ基が特に好ましい。このような官能基をシェル部分に導入する方法としては、このような官能基を含むアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類等の一種類または複数の成分を、モノマーの一部成分としてコア表面にグラフト重合する等の方法が挙げられる。   The shell component constituting the core-shell rubber particle [F] is preferably graft-polymerized to the above-described core component and chemically bonded to the polymer particle constituting the core component. The component constituting such a shell component is a polymer polymerized from one or more selected from, for example, methacrylic acid esters and aromatic vinyl compounds. In addition, in order to stabilize the dispersion state of the core-shell rubber particles [F], a functional group that reacts with the component contained in the epoxy resin composition of the present invention or the curing agent [C] component is introduced into the shell component. It is preferable. When such a functional group is introduced, the affinity with the epoxy resin [A] is improved, and finally it can react with the epoxy resin composition and be incorporated into the cured epoxy resin. Therefore, good dispersibility of the core-shell rubber particles [F] can be achieved. As a result, even if a small amount of the core-shell rubber particles [F] is blended, a sufficient toughness improving effect can be obtained, and the toughness of the cured epoxy resin can be improved while maintaining heat resistance and elastic modulus. Examples of such a functional group include a hydroxyl group, a carboxyl group, and an epoxy group, and among these, an epoxy group is particularly preferable from the viewpoint of improving the affinity with the epoxy resin [A]. As a method for introducing such a functional group into the shell portion, one or more components such as acrylic acid esters and methacrylic acid esters containing such a functional group are used as part of the monomer on the core surface. Examples thereof include a graft polymerization method.

コアシェルゴム粒子[F]は、体積平均粒子径が0.3μmの範囲内にあることが好ましい。特に0.05〜0.3μmであることが好ましく、0.05〜0.15μmであることがより好ましい。なお、体積平均粒子径はナノトラック粒度分布測定装置(日機装(株)製、動的光散乱法)を用いて測定することができる。あるいは、マイクロトームで作成したエポキシ樹脂硬化物の薄切片を透過型電子顕微鏡観察し、得られた透過型電子顕微鏡像から画像処理ソフトを用いて体積平均粒子径を測定することもできる。この場合、少なくとも100個以上の粒子の平均値を用いることが必要である。コアシェルゴム粒子[F]の体積平均粒子径が0.05μm以上の場合、コアシェルゴム粒子[F]の比表面積が適度に小さくエネルギー的に有利になるため凝集が起きにくく、エポキシ樹脂硬化物の靱性向上効果が高く好ましい。一方、コアシェルゴム粒子[F]の体積平均粒子径が0.3μm以下の場合、コアシェルゴム粒子[F]間の距離が適度に小さくなり、エポキシ樹脂硬化物の靱性向上効果が高く好ましい。   The core-shell rubber particles [F] preferably have a volume average particle diameter in the range of 0.3 μm. In particular, the thickness is preferably 0.05 to 0.3 μm, and more preferably 0.05 to 0.15 μm. The volume average particle diameter can be measured using a nanotrack particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., dynamic light scattering method). Alternatively, a thin section of a cured epoxy resin produced with a microtome can be observed with a transmission electron microscope, and the volume average particle diameter can be measured using image processing software from the obtained transmission electron microscope image. In this case, it is necessary to use an average value of at least 100 particles. When the volume average particle diameter of the core-shell rubber particles [F] is 0.05 μm or more, the specific surface area of the core-shell rubber particles [F] is moderately small and advantageous in terms of energy, so that aggregation does not easily occur and the toughness of the cured epoxy resin product The improvement effect is high and preferable. On the other hand, when the volume average particle diameter of the core-shell rubber particles [F] is 0.3 μm or less, the distance between the core-shell rubber particles [F] is suitably reduced, and the effect of improving the toughness of the cured epoxy resin is preferable.

コアシェルゴム粒子[F]の製造方法については特に制限はなく、周知の方法で製造されたものを使用できる。コアシェルゴム粒子[F]の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド(登録商標)”EXL−2655(Rohm&Haas社製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド(登録商標)”AC−3355、TR−2122(以上、ガンツ化成(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“パラロイド(PARALOID)(登録商標)”EXL−2611、EXL−3387(以上、Rohm&Haas社製)等を使用することができる。また、スタフィロイドIM−601、IM−602(以上、ガンツ化成(株)製)等の、ガラス転移温度が室温以上のガラス状ポリマーのコア層をガラス転移温度の低いゴム状ポリマーの中間層で被い、さらにその周りをシェル層で被った、3層構造を有するコアシェルゴム粒子[F]も使用することができる。   There is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of core-shell rubber particle [F], The thing manufactured by the well-known method can be used. Commercially available core-shell rubber particles [F] include, for example, “Paraloid (registered trademark)” EXL-2655 (Rohm & Haas Co.) made of butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer, acrylic ester / methacrylate ester "STAPHYLOID (registered trademark)" AC-3355 made of a polymer, TR-2122 (manufactured by Ganz Kasei Co., Ltd.), "PARALOID (registered trademark) made of butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer" ) "EXL-2611, EXL-3387 (manufactured by Rohm & Haas), etc. can be used. Further, a glassy polymer core layer having a glass transition temperature of room temperature or higher, such as Staphyloid IM-601, IM-602 (manufactured by Gantz Kasei Co., Ltd.), is an intermediate layer of a rubbery polymer having a low glass transition temperature. A core-shell rubber particle [F] having a three-layer structure, which is covered with a shell layer around it, can also be used.

通常、これらのコアシェルゴム粒子[F]は塊状で取り出されたものを粉砕して粉体として取り扱われており、粉体状コアシェルゴムを再度エポキシ樹脂組成物中に分散させることが多い。しかしながら、この方法では粒子を凝集のない状態、すなわち一次粒子の状態で安定に分散させることが難しいという問題がある。この問題に対して、コアシェルゴム粒子[F]の製造過程から一度も塊状で取り出すことなく、最終的にはエポキシ樹脂[A]の一成分、例えばエポキシ樹脂[A]中に一次粒子で分散したマスターバッチの状態で取り扱うことができるものを用いることで、好ましい分散状態を得ることができる。このようなマスターバッチの状態で取り扱えるコアシェルゴム粒子[F]としては、例えば、特開2004−315572号公報に記載の方法で製造することができる。この製造方法では、まず、コアシェルゴムを乳化重合、分散重合、懸濁重合に代表される水媒体中で重合する方法を用いてコアシェルゴム粒子[F]が分散した懸濁液を得る。次に、かかる懸濁液に水と部分溶解性を示す有機溶媒、例えばアセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒や、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒を混合後、水溶性電解質、例えば塩化ナトリウムや塩化カリウムを接触させ、有機溶媒層と水層を相分離させ、水層を分離除去してコアシェルゴム粒子[F]が分散した有機溶媒を得る。その後、エポキシ樹脂[A]を混合した後、有機溶媒を蒸発除去し、コアシェルゴム粒子[F]がエポキシ樹脂[A]中に一次粒子の状態で分散したマスターバッチを得る。かかる方法で製造されたコアシェルゴム粒子[F]分散エポキシマスターバッチとしては、カネカ(株)から市販されている“カネエース(登録商標)”を用いることができる。   Usually, these core-shell rubber particles [F] are crushed and treated as a powder by pulverizing them, and the powdered core-shell rubber is often dispersed again in the epoxy resin composition. However, this method has a problem that it is difficult to stably disperse particles in a state without aggregation, that is, in a state of primary particles. In order to solve this problem, the core-shell rubber particles [F] were not removed in a lump from the production process, but finally dispersed as primary particles in one component of the epoxy resin [A], for example, the epoxy resin [A]. A preferable dispersion state can be obtained by using a material that can be handled in the state of a master batch. The core-shell rubber particles [F] that can be handled in such a masterbatch state can be produced, for example, by the method described in JP-A-2004-315572. In this production method, first, a suspension in which the core-shell rubber particles [F] are dispersed is obtained by a method of polymerizing the core-shell rubber in an aqueous medium represented by emulsion polymerization, dispersion polymerization, and suspension polymerization. Next, an organic solvent having partial solubility with water, such as a ketone solvent such as acetone or methyl ethyl ketone, or an ether solvent such as tetrahydrofuran or dioxane, is mixed into the suspension, and then a water-soluble electrolyte such as sodium chloride or chloride. Potassium is contacted, the organic solvent layer and the aqueous layer are phase-separated, and the aqueous layer is separated and removed to obtain an organic solvent in which the core-shell rubber particles [F] are dispersed. Thereafter, after mixing the epoxy resin [A], the organic solvent is removed by evaporation to obtain a master batch in which the core-shell rubber particles [F] are dispersed in the state of primary particles in the epoxy resin [A]. As the core-shell rubber particles [F] -dispersed epoxy masterbatch produced by such a method, “Kane Ace (registered trademark)” commercially available from Kaneka Corporation can be used.

エポキシ樹脂組成物中のコアシェルゴム粒子[F]の配合量は、力学特性やプリプレグを作製する際のプロセス性の観点から、全エポキシ樹脂組成物100質量部のうち、1〜12質量部であることが好ましく、より好ましくは1〜10質量部、さらに好ましくは、2〜8質量部の範囲である。配合量が1質量部未満の場合、エポキシ樹脂硬化物の靭性および塑性変形能力が低下し、得られる繊維強化複合材料の層間靱性が低下する場合がある。一方、配合量が12質量部を超える場合、コアシェルゴム粒子[F]同士で凝集するため、エポキシ樹脂硬化物の弾性率が顕著に低下し、得られる繊維強化複合材料の圧縮強度が低くなる場合があり、また、成形温度でのエポキシ樹脂組成物の流れが不足し、得られる繊維強化複合材料がボイドを含む場合がある。   The compounding amount of the core-shell rubber particles [F] in the epoxy resin composition is 1 to 12 parts by mass out of 100 parts by mass of the total epoxy resin composition from the viewpoint of mechanical properties and processability when producing the prepreg. It is preferably 1-10 parts by mass, more preferably 2-8 parts by mass. When the blending amount is less than 1 part by mass, the toughness and plastic deformation ability of the cured epoxy resin may be lowered, and the interlaminar toughness of the resulting fiber-reinforced composite material may be lowered. On the other hand, when the blending amount exceeds 12 parts by mass, the core-shell rubber particles [F] are agglomerated with each other, so that the elastic modulus of the cured epoxy resin is significantly reduced, and the compression strength of the resulting fiber-reinforced composite material is reduced. In addition, the flow of the epoxy resin composition at the molding temperature may be insufficient, and the resulting fiber reinforced composite material may contain voids.

エポキシ樹脂[A]中にコアシェルゴム粒子[F]を混合する方法としては、一般に用いられる分散方法を用いることができる。例えば三本ロール、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ホモジナイザー、自転・公転ミキサー等を用いる方法があげられる。また、前述のコアシェルゴム粒子[F]分散エポキシマスターバッチを混合する方法も好ましく用いることができる。ただし、コアシェルゴム粒子[F]が一次粒子の状態で分散していても、必要以上の加熱や粘度の低下によって再凝集が起こることがある。したがって、コアシェルゴム粒子[F]の分散、配合、および分散後に他成分と混合、混練する場合は、コアシェルゴム粒子[F]の再凝集が起こらない温度、粘度の範囲で行うことが好ましい。具体的には、組成物により異なるが、例えば150℃以上の温度で混練した場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が下がりコアシェルゴム粒子[F]が凝集する可能性があるので、それより低い温度で混練することが好ましい。ただし、硬化プロセス中で150℃以上に達する場合については、昇温時にエポキシ樹脂組成物のゲル化が伴ってコアシェルゴム粒子[F]の再凝集が妨げられるため、150℃を超えることができる。   As a method of mixing the core-shell rubber particles [F] in the epoxy resin [A], a commonly used dispersion method can be used. Examples thereof include a method using a three-roll, ball mill, bead mill, jet mill, homogenizer, rotation / revolution mixer, and the like. Moreover, the method of mixing the above-mentioned core shell rubber particle [F] dispersion | distribution epoxy masterbatch can also be used preferably. However, even if the core-shell rubber particles [F] are dispersed in the form of primary particles, re-aggregation may occur due to excessive heating or a decrease in viscosity. Therefore, when the core-shell rubber particles [F] are dispersed, blended, and mixed and kneaded with other components after the dispersion, it is preferably performed within a temperature and viscosity range in which re-aggregation of the core-shell rubber particles [F] does not occur. Specifically, although it varies depending on the composition, for example, when kneaded at a temperature of 150 ° C. or higher, the viscosity of the epoxy resin composition may decrease and the core-shell rubber particles [F] may be aggregated. It is preferable to knead. However, in the case where the temperature reaches 150 ° C. or higher during the curing process, re-aggregation of the core-shell rubber particles [F] is hindered with the gelation of the epoxy resin composition at the time of temperature rise, and thus can exceed 150 ° C.

本発明の[A]、[B]、[C]、および[F]を含んでなるエポキシ樹脂組成物の80℃における粘度は、1〜1000Pa・sであることが好ましい。かかるエポキシ樹脂組成物の80℃における粘度が1Pa・sに満たない場合、粘度が低すぎるため樹脂フィルムの作製が困難な場合があり、プリプレグを作製する際のプロセス性に問題が生じたり、製造したプリプレグが形状を保持しにくく、プリプレグに割れを生じたりする場合がある。また、かかるエポキシ樹脂組成物の80℃における粘度が1000Pa・sを超える場合、粘度が高すぎるため樹脂フィルムの作製が困難な場合があり、プリプレグを作製する際のプロセス性に問題が生じたり、プリプレグを作製する際、強化繊維[D]間にかかるエポキシ樹脂組成物を十分に含浸できなかったりする場合がある。このために、得られる繊維強化複合材料中にボイドを生じ、繊維強化複合材料の層間靱性が低下する場合がある。本発明の[A]、[B]、[C]、および[F]を含んでなるエポキシ樹脂組成物の80℃における粘度は、プリプレグ製造工程において、樹脂フィルムが作製しやすく、かつ、強化繊維[D]間に樹脂が含浸しやすいプリプレグを製造するため、5〜300Pa・sの範囲にあることがより好ましく、5〜200Pa・sの範囲にあることがさらに好ましい。   The viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition comprising [A], [B], [C], and [F] of the present invention is preferably 1 to 1000 Pa · s. When the viscosity at 80 ° C. of such an epoxy resin composition is less than 1 Pa · s, it may be difficult to produce a resin film because the viscosity is too low, which may cause problems in processability when producing a prepreg, or may be produced. The prepreg thus obtained is difficult to maintain its shape, and the prepreg may be cracked. Moreover, when the viscosity at 80 ° C. of such an epoxy resin composition exceeds 1000 Pa · s, it may be difficult to produce a resin film because the viscosity is too high, and there may be a problem in processability when producing a prepreg, When producing a prepreg, the epoxy resin composition applied between the reinforcing fibers [D] may not be sufficiently impregnated. For this reason, a void is produced in the obtained fiber reinforced composite material, and the interlayer toughness of the fiber reinforced composite material may be lowered. The viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition comprising [A], [B], [C], and [F] of the present invention is such that a resin film can be easily produced in the prepreg manufacturing process, and the reinforcing fiber. In order to produce a prepreg in which the resin is easily impregnated between [D], it is more preferably in the range of 5 to 300 Pa · s, and still more preferably in the range of 5 to 200 Pa · s.

本発明で好ましく用いられる熱可塑性樹脂粒子[E]としては、先に例示した各種の熱可塑性樹脂と同様のものであって、エポキシ樹脂組成物に混合して用い得る熱可塑性樹脂を用いることができる。中でも、ポリアミドは最も好ましく、ポリアミドの中でも、ナイロン12、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン6/12共重合体や特開平01−104624号公報の実施例1記載のエポキシ化合物とセミIPN(高分子相互侵入網目構造)化されたナイロン(セミIPNナイロン)等は、特に良好なエポキシ樹脂[A]との接着強度を与える。この熱可塑性樹脂粒子[E]の形状としては、球状粒子でも非球状粒子でも、また多孔質粒子でもよいが、球状の方がエポキシ樹脂組成物の流動特性を低下させないため粘弾性に優れ、また応力集中の起点がなく、得られる繊維強化複合材料に高い耐衝撃性を与えるという点で好ましい態様である。ポリアミド粒子の市販品としては、SP−500、SP−10、TR−1、TR−2、842P−48、842P−80、“トレパール(登録商標)”TN(以上、東レ(株)製)、“オルガソール(登録商標)”1002D、2001UD,2001EXD、2002D、3202D,3501D,3502D、(以上、アルケマ(株)製)等を使用することができる。   The thermoplastic resin particles [E] preferably used in the present invention are the same as the various thermoplastic resins exemplified above, and a thermoplastic resin that can be used by mixing with an epoxy resin composition is used. it can. Of these, polyamide is most preferable. Among polyamides, nylon 12, nylon 6, nylon 66, nylon 11, nylon 6/12 copolymer, and epoxy compound described in Example 1 of JP-A-01-104624 and semi-IPN ( Nylon (semi-IPN nylon) or the like having a polymer interpenetrating network structure gives particularly good adhesive strength with the epoxy resin [A]. The shape of the thermoplastic resin particles [E] may be spherical particles, non-spherical particles, or porous particles, but the spherical shape is superior in viscoelasticity because it does not deteriorate the flow characteristics of the epoxy resin composition. This is a preferred embodiment in that there is no starting point of stress concentration and high impact resistance is imparted to the resulting fiber-reinforced composite material. Examples of commercially available polyamide particles include SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48, 842P-80, “Trepearl (registered trademark)” TN (above, manufactured by Toray Industries, Inc.), “Orgasol (registered trademark)” 1002D, 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D (manufactured by Arkema Co., Ltd.) and the like can be used.

本発明で好ましく用いられる熱可塑性樹脂粒子[E]は、得られるエポキシ樹脂硬化物の弾性率と靱性を両立させる点から、全エポキシ樹脂組成物100質量部に対して、5〜40質量部配合することが好ましく、より好ましくは10〜35質量部、さらに好ましくは15〜30質量部配合することができる。   The thermoplastic resin particles [E] preferably used in the present invention are blended in an amount of 5 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin composition from the viewpoint of achieving both the elastic modulus and toughness of the resulting cured epoxy resin. More preferably, it is 10-35 mass parts, More preferably, 15-30 mass parts can be mix | blended.

さらに、熱可塑性樹脂粒子[E]に富む層、すなわち、その断面を観察したときに、熱可塑性樹脂粒子[E]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ことが好ましい。   Furthermore, a layer rich in thermoplastic resin particles [E], that is, a layer where the state in which the thermoplastic resin particles [E] are present locally can be clearly observed when the cross section thereof is observed (hereinafter, It may be abbreviated as a particle layer.) Is preferably 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、プリプレグ層、すなわち複合材料層の間で樹脂層が形成され易く、それにより、複合材料層相互の接着性や密着性が高められ、得られる繊維強化複合材料に高度の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, a resin layer is easily formed between the prepreg layers, that is, the composite material layers, and thereby the composite Adhesion and adhesion between the material layers are enhanced, and the resulting fiber-reinforced composite material exhibits high impact resistance.

このような観点から、前記の粒子層は、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存在すると、衝撃に対して弱い複合材料となる。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 is preferably 20% deep, more preferably 10% deep from the surface of the prepreg in the thickness direction starting from the surface with respect to 100% of the thickness of the prepreg. It is preferable that it exists in the range. 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 and there are layers with and without particles, a composite material that is vulnerable to impacts will result. 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、粒子層内に存在する熱可塑性樹脂粒子[E]の存在割合は、プリプレグ中、熱可塑性樹脂粒子[E]の全量100質量部に対して好ましくは90〜100質量部であり、より好ましくは95〜100質量部である。   Furthermore, the ratio of the thermoplastic resin particles [E] present in the particle layer is preferably 90 to 100 parts by mass, more preferably 100 parts by mass with respect to the total amount of the thermoplastic resin particles [E] in the prepreg. Is 95 to 100 parts by mass.

熱可塑性樹脂粒子[E]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。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熱可塑性樹脂粒子[E]の合計面積と、プリプレグの厚みに渡って存在する熱可塑性樹脂粒子[E]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熱可塑性樹脂粒子[E]の存在率を計算する。ここで、熱可塑性樹脂粒子[E]の合計面積は、断面写真から熱可塑性樹脂粒子[E]部分を刳り抜き、その質量から換算して求める。樹脂中に分散する熱可塑性樹脂粒子[E]の写真撮影後の判別が困難な場合は、熱可塑性樹脂粒子[E]を染色する手段も採用できる。   The abundance of the thermoplastic resin particles [E] 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. Two lines parallel to the surface of the prepreg are drawn on both surfaces of the prepreg cured product from the surface of the prepreg cured product at a depth of 20% of the thickness. Next, the total area of the thermoplastic resin particles [E] existing between the surface of the prepreg and the above line and the total area of the thermoplastic resin particles [E] existing over the thickness of the prepreg are obtained, and the prepreg The abundance ratio of the thermoplastic resin particles [E] existing in a range of 20% depth from the surface of the prepreg is calculated with respect to the thickness of 100%. Here, the total area of the thermoplastic resin particles [E] is obtained by cutting out the thermoplastic resin particle [E] portion from the cross-sectional photograph and converting from the mass. In the case where it is difficult to discriminate the thermoplastic resin particles [E] dispersed in the resin after photography, a means for dyeing the thermoplastic resin particles [E] can also be employed.

また、本発明のエポキシ樹脂[A]には、本発明の効果を妨げない範囲で、シリカゲル、カーボン粒子、クレイ、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、金属粉体といった無機粒子、無機フィラー等を配合することができる。カーボンブラックとしては、たとえば、チャネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラックおよびケッチェンブラック等が挙げられる。   In addition, the epoxy resin [A] of the present invention is blended with inorganic particles such as silica gel, carbon particles, clay, carbon nanotubes, carbon black, and metal powder, inorganic filler, and the like within a range that does not interfere with the effects of the present invention. Can do. Examples of carbon black include channel black, thermal black, furnace black, and ketjen black.

本発明のプリプレグのエポキシ樹脂組成物を得るには、硬化剤[C]以外の構成要素を150℃程度で均一に加熱混練し、硬化反応が進みにくい温度まで冷却した後に、硬化剤[C]を加えて混練することが好ましいが、各成分の配合方法は特にこの方法に限定されるものではない。   In order to obtain the epoxy resin composition of the prepreg of the present invention, components other than the curing agent [C] are uniformly heated and kneaded at about 150 ° C., cooled to a temperature at which the curing reaction does not proceed easily, and then the curing agent [C]. However, the method of blending each component is not particularly limited to this method.

なお、本発明においてエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られるエポキシ樹脂硬化物とは、硬化温度120〜200℃の範囲において、硬化時間1〜12時間の範囲で硬化させたものであると良い。硬化時のエポキシ樹脂の温度がこの温度範囲に収まるよう、昇温時間や除熱の方法を適切に設定して硬化させることが好ましい。なお、得られたエポキシ樹脂硬化物の硬化度は80%を超えていることが好ましい。ここで、硬化度とは、エポキシ樹脂硬化物および未硬化のエポキシ樹脂組成物の発熱量を、不活性ガス雰囲気下、昇温速度10℃/分にて、示差走査熱量分析で評価し、100℃〜300℃に現れるピークの面積を樹脂組成物のそれぞれの硬化発熱量として算出し、{(未硬化エポキシ樹脂組成物の発熱量)−(エポキシ樹脂硬化物の発熱量)}/(未硬化エポキシ樹脂組成物の発熱量)×100%の式にしたがって計算される値である。硬化度が80%を超えている場合のエポキシ樹脂硬化物の発熱量としては、未硬化時の樹脂の発熱量によって異なるが、3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を含有する場合、エポキシ樹脂硬化物の発熱量(残存発熱量と表現することもある)が70J/g以下であることが目安となる。   In addition, the epoxy resin cured product obtained by curing the epoxy resin composition in the present invention is preferably one cured at a curing temperature of 120 to 200 ° C. for a curing time of 1 to 12 hours. It is preferable that the temperature of the epoxy resin at the time of curing falls within this temperature range, and the temperature is increased and the heat removal method is appropriately set for curing. In addition, it is preferable that the hardening degree of the obtained epoxy resin hardened | cured material exceeds 80%. Here, the degree of curing means that the calorific values of the cured epoxy resin and the uncured epoxy resin composition are evaluated by differential scanning calorimetry at a heating rate of 10 ° C./min in an inert gas atmosphere, and 100 The area of the peak appearing at ℃ to 300 ℃ was calculated as the respective calorific value of the resin composition, and {(calorific value of the uncured epoxy resin composition) − (caloric value of the cured epoxy resin)} / (uncured value) The calorific value of the epoxy resin composition) is a value calculated according to the formula of 100%. The amount of heat generated by the cured epoxy resin when the degree of cure exceeds 80% depends on the amount of heat generated by the uncured resin, but when it contains a trifunctional or higher amine type epoxy resin, the cured epoxy resin It is a standard that the calorific value (which may be expressed as the residual calorific value) is 70 J / g or less.

スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]をエポキシ樹脂[A]に溶解させる方法としては、前記のように加熱溶解させる方法の他にも、スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B]をアセトン、メチルエチルケトン、トルエン等の溶媒に溶解したものをエポキシ樹脂[A]に混合して均一としたのちに溶媒を留去する方法等も用いることができる。ただし、各成分の配合方法は特にこれらの方法に限定されるものではない。   As a method for dissolving the polyetherimide [B] having a sulfonyl group in the epoxy resin [A], in addition to the method for dissolving by heating as described above, the polyetherimide [B] having a sulfonyl group may be dissolved in acetone or methyl ethyl ketone. Alternatively, a method in which a solvent dissolved in a solvent such as toluene is mixed with the epoxy resin [A] to make it uniform and then the solvent is distilled off can be used. However, the blending method of each component is not particularly limited to these methods.

本発明のプリプレグに用いられるエポキシ樹脂組成物の混練方法は、一般的にエポキシ樹脂組成物の調製に使用されるどのような方法でもよい。例えば、ニーダー、プラネタリーミキサー、三本ロール等が用いられる。   The kneading method of the epoxy resin composition used for the prepreg of the present invention may be any method generally used for preparing an epoxy resin composition. For example, a kneader, a planetary mixer, a three roll or the like is used.

また、本発明の繊維強化複合材料は、単独または複数のプリプレグを積層後、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。   Moreover, the fiber reinforced composite material of this invention can be manufactured by the method of heat-hardening an epoxy resin composition etc., providing a heat | fever and a pressure to the obtained laminated body after laminating | stacking a single or several prepreg.

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。特に航空機部材の成形にはオートクレーブ成形法、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, an autoclave molding method is preferably used for aircraft member molding, and a wrapping tape method and an internal pressure molding method are preferably used for sports equipment molding.

本発明のプリプレグを、オートクレーブを用いて成形する場合の条件は、プリプレグの粘弾性や積層枚数、大きさ等、また硬化後の繊維強化複合材料の耐熱性に応じて適宜設定されるが、絶対圧で圧力0.1〜1MPa、硬化温度120〜200℃の範囲が好ましく用いられる。特に圧力0.3〜0.7MPa、硬化温度170〜190℃の範囲がより好ましく用いられる。室温から硬化温度まで温度を上げる際には、硬化温度まで一定の昇温速度で上げても良いし、途中の温度で一定時間保持し、その後、硬化温度まで上げても良い(以下、このような段階的な昇温方法による硬化成形法をステップキュアと記述することもある)。大型の構造体を成形する場合、一定の速度で昇温設定しても大型のオートクレーブ内では昇温ムラが発生したり、また、昇温時に構造体内部に蓄熱して過熱によるエポキシ樹脂硬化物の予期せぬ力学特性の変化や暴走反応が起こったり、またエポキシ樹脂組成物の流動時間が構造体の大きさに対して不十分となってエポキシ樹脂組成物の強化繊維[D]間への含浸不良が発生したりする可能性がある。このような問題点を解決するため、前述のようなステップキュアが効果的に用いられることがある。エポキシ樹脂組成物の強化繊維[D]間への含浸性を向上させるために、前述のような部分含浸したプリプレグを用いることもできる。成形時の圧力が低すぎる場合、成形後の繊維強化複合材料にボイドが多数発生し、力学特性が低下する可能性があるので、用いるプリプレグに応じて適切な条件を設定することが好ましい。また、オートクレーブ成形に用いる資材は、適用する成形条件に耐えられる資材を適切に選択する必要がある。   The conditions for molding the prepreg of the present invention using an autoclave are appropriately set according to the viscoelasticity of the prepreg, the number of laminated layers, the size, etc., and the heat resistance of the fiber-reinforced composite material after curing. A pressure range of 0.1 to 1 MPa and a curing temperature of 120 to 200 ° C. are preferably used. In particular, a pressure range of 0.3 to 0.7 MPa and a curing temperature of 170 to 190 ° C. are more preferably used. When raising the temperature from room temperature to the curing temperature, the temperature may be increased to a curing temperature at a constant rate, or may be maintained for a certain period of time at an intermediate temperature, and then increased to the curing temperature (hereinafter referred to as this). A curing method using a stepwise temperature rising method is sometimes referred to as step cure). When molding a large structure, even if the temperature is set at a constant speed, uneven temperature rise occurs in the large autoclave, or the epoxy resin cured product is accumulated by heat buildup inside the structure at the time of temperature rise. Unexpected mechanical property changes and runaway reactions occur, and the flow time of the epoxy resin composition becomes insufficient with respect to the size of the structure, so that the epoxy resin composition has a gap between the reinforcing fibers [D]. Impregnation failure may occur. In order to solve such problems, step cure as described above may be used effectively. In order to improve the impregnation between the reinforcing fibers [D] of the epoxy resin composition, a partially impregnated prepreg as described above can also be used. When the pressure at the time of molding is too low, many voids are generated in the fiber-reinforced composite material after molding and the mechanical properties may be lowered. Therefore, it is preferable to set appropriate conditions according to the prepreg to be used. In addition, it is necessary to appropriately select materials that can withstand the molding conditions to be applied as materials used for autoclave molding.

本発明の繊維強化複合材料は、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板、ICトレイやノートパソコンの筐体(ハウジング)等のコンピュータ用途、建築材料、さらにはゴルフシャフトやテニスラケット等スポーツ用途に好ましく用いることができる。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is used for aircraft structural members, windmill blades, automobile outer panels, IC trays, notebook PC casings (housings) and other computer applications, building materials, and golf shafts and tennis rackets and other sports applications. Can be preferably used.

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.

<エポキシ樹脂[A]>
・ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、エポキシ当量:120、住友化学(株)製)
・“アラルダイト(登録商標)”MY721(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、エポキシ当量:113、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社(以下ハンツマン社と記す)製)
・“アラルダイト(登録商標)”MY0600(トリグリシジル−m−アミノフェノール、エポキシ当量:118、ハンツマン社製)
・jER806(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量:165、三菱化学(株)製)
・GAN(N,N−ジグリシジルアニリン、エポキシ当量:125、日本化薬(株)製)。
<Epoxy resin [A]>
ELM434 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, epoxy equivalent: 120, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
"Araldite (registered trademark)" MY721 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, epoxy equivalent: 113, manufactured by Huntsman Advanced Materials (hereinafter referred to as Huntsman))
"Araldite (registered trademark)" MY0600 (triglycidyl-m-aminophenol, epoxy equivalent: 118, manufactured by Huntsman)
JER806 (Bisphenol F type epoxy resin, epoxy equivalent: 165, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
GAN (N, N-diglycidylaniline, epoxy equivalent: 125, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).

<硬化剤[C]>
・“セイカキュア”(登録商標)−S(4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、和歌山精化(株)製)
・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)
・4,4’−DDE(4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、和歌山精化(株)製)。
<Curing agent [C]>
"Seika Cure" (registered trademark) -S (4,4'-diaminodiphenyl sulfone, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.)
・ 3,3′-DAS (3,3′-diaminodiphenylsulfone, manufactured by Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd.)
-4,4'-DDE (4,4'-diaminodiphenyl ether, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.).

<炭素繊維(強化繊維[D])>
・“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 [D])>
"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.).

<熱可塑性樹脂粒子[E]>
・下記の製造方法で得られたセミIPNナイロン粒子A
透明ポリアミド(商品名“グリルアミド(登録商標)”−TR55、エムスケミ・ジャパン(株)製)90質量部、エポキシ樹脂(商品名“jER(登録商標)”828(三菱化学(株)製))7.5質量部および硬化剤(商品名“トーマイド(登録商標)”#296、富士化成工業(株)社製)2.5質量部を、クロロホルム300質量部とメタノール100質量部の混合溶媒中に添加して均一溶液を得た。次に、得られた均一溶液を塗装用のスプレーガンを用いて霧状にして、良く撹拌して3000質量部のn−ヘキサンの液面に向かって吹き付けて溶質を析出させた。析出した固体を濾別し、n−ヘキサンで良く洗浄した後に、100℃の温度で24時間の真空乾燥を行い、体積平均粒子径13.0μmの真球状のセミIPNナイロン粒子Aを得た。
<Thermoplastic resin particles [E]>
-Semi-IPN nylon particles A obtained by the following production method
90 parts by mass of transparent polyamide (trade name “Grillamide (registered trademark)”-TR55, manufactured by Emschem Japan Co., Ltd.), epoxy resin (trade name “jER (registered trademark)” 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)) 7 0.5 part by mass and a curing agent (trade name “Tomide (registered trademark)” # 296, manufactured by Fuji Kasei Kogyo Co., Ltd.) in a mixed solvent of 300 parts by mass of chloroform and 100 parts by mass of methanol Addition to obtain a homogeneous solution. Next, the obtained uniform solution was atomized using a spray gun for coating, well stirred, and sprayed toward the liquid surface of 3000 parts by mass of n-hexane to precipitate a solute. The precipitated solid was separated by filtration and washed well with n-hexane, followed by vacuum drying at a temperature of 100 ° C. for 24 hours to obtain spherical semi-IPN nylon particles A having a volume average particle diameter of 13.0 μm.

<コアシェルゴム粒子[F]>
・“カネエース(登録商標)”MX416(ハンツマン社製テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(“アラルダイト(登録商標)”MY721):75質量%/コアシェルゴム粒子(体積平均粒子径:0.1μm、コア部分:架橋ポリブタジエン[ガラス転移温度:−70℃]、シェル部分:メタクリル酸メチル/グリシジルメタクリレート/スチレン共重合ポリマー):25質量%のマスターバッチ、エポキシ当量:150、カネカ(株)製)
・“カネエース(登録商標)”MX136(ハンツマン社製ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“アラルダイト(登録商標)”GY285):75質量%/コアシェルゴム粒子(体積平均粒子径:0.1μm、コア部分:架橋ポリブタジエン[ガラス転移温度:−70℃]、シェル部分:メタクリル酸メチル/グリシジルメタクリレート/スチレン共重合ポリマー):25質量%のマスターバッチ、エポキシ当量:220、カネカ(株)製)。
<Core shell rubber particles [F]>
"Kane Ace (registered trademark)" MX416 (manufactured by Huntsman Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane ("Araldite (registered trademark)" MY721): 75% by mass / core shell rubber particles (volume average particle size: 0.1 μm, core part: crosslinked polybutadiene) [Glass transition temperature: −70 ° C.] Shell portion: methyl methacrylate / glycidyl methacrylate / styrene copolymer): 25% by mass master batch, epoxy equivalent: 150, manufactured by Kaneka Corporation)
“Kane Ace (registered trademark)” MX136 (bisphenol F type epoxy resin (“Araldite (registered trademark)” GY285) manufactured by Huntsman Co., Ltd.): 75% by mass / core shell rubber particles (volume average particle size: 0.1 μm, core portion: crosslinked) Polybutadiene [glass transition temperature: −70 ° C.], shell portion: methyl methacrylate / glycidyl methacrylate / styrene copolymer): 25% by mass master batch, epoxy equivalent: 220, manufactured by Kaneka Corporation).

<熱可塑性樹脂[B]>
・スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B1]
“Ultem(登録商標)”XH6050(ポリエーテルイミド、SABICイノベーティブプラスチックス(株)製)、重量平均分子量(Mw)55000g/mol)。
<Thermoplastic resin [B]>
-Polyetherimide having a sulfonyl group [B1]
“Ultem (registered trademark)” XH6050 (polyetherimide, manufactured by SABIC Innovative Plastics), weight average molecular weight (Mw) 55000 g / mol).

・下記方法で合成したポリエーテルイミド[B2]   -Polyetherimide [B2] synthesized by the following method

Figure 2014156582
Figure 2014156582

(ポリアミド酸原液の調製)
ディーンスターク装置を取り付けた、不活性アルゴンガス雰囲気下の3首1リットル丸底フラスコに、テトラヒドロフラン(THF、200ml)を添加した。THFを76℃で加熱還流した。4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(無水フタル酸)(BPADA)(67.5g、129.8mmol、SABICイノベーティブプラスチックス(株)製)を10分以上かけて前記の還流THFに添加した。4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(無水フタル酸)の分解後に、THF100mlに4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(32.2g、129.5mmol、和歌山精化(株)製)を溶解させた溶液を、10分以上かけて還流下のフラスコに添加した。さらに80分間反応混合物を還流下に維持した後で、100mlの蒸留液を蒸留した。その後、前記の蒸留を継続しながら、同時にトリエチルアミン(26.3g)と脱イオン(DI)水(400ml)を25分以上かけて前記フラスコに添加した。集めた蒸留液の合計量は280mlであった。その後、フラスコを室温(25℃)まで冷却してポリアミド酸のトリエチルアミン塩の水溶液を得た。
(Preparation of polyamic acid stock solution)
Tetrahydrofuran (THF, 200 ml) was added to a 3-neck 1 liter round bottom flask fitted with a Dean-Stark apparatus under an inert argon gas atmosphere. THF was heated to reflux at 76 ° C. 4,4 ′-(4,4′-isopropylidenediphenoxy) bis (phthalic anhydride) (BPADA) (67.5 g, 129.8 mmol, manufactured by SABIC Innovative Plastics) over 10 minutes Of refluxing THF. After decomposition of 4,4 ′-(4,4′-isopropylidenediphenoxy) bis (phthalic anhydride), 4,4′-diaminodiphenylsulfone (32.2 g, 129.5 mmol, Wakayama Seika Co., Ltd.) in 100 ml of THF ) Was dissolved in the flask under reflux over 10 minutes. After maintaining the reaction mixture under reflux for a further 80 minutes, 100 ml of distillate was distilled. Thereafter, while continuing the distillation, triethylamine (26.3 g) and deionized (DI) water (400 ml) were simultaneously added to the flask over 25 minutes. The total amount of distillate collected was 280 ml. Thereafter, the flask was cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain an aqueous solution of triethylamine salt of polyamic acid.

(ポリアミド酸原液中のポリアミド酸濃度の決定)
上記で調製したポリアミド酸原液から秤量したサンプル(2〜3g)をバイアル瓶中で250℃×15分加熱して固形のオリゴマーポリイミドを得た。該固形分を秤量しポリアミド酸原液中の質量%を求めた。該固形分質量%はポリアミド酸原液中のポリアミド酸濃度に対応する。上記の通り、固形分含量はポリアミド酸を、イミド化反応を兼ねた溶剤除去ステップにかけることが必要であり、その後に、得られたポリエーテルイミド量を測定した。固形分質量%は15.5%であった。
(Determination of polyamic acid concentration in polyamic acid stock solution)
A sample (2 to 3 g) weighed from the polyamic acid stock solution prepared above was heated in a vial at 250 ° C. for 15 minutes to obtain a solid oligomer polyimide. The solid content was weighed to determine the mass% in the polyamic acid stock solution. The solid mass% corresponds to the polyamic acid concentration in the polyamic acid stock solution. As described above, the solid content needs to be applied to the polyamic acid in a solvent removal step that also serves as an imidization reaction, and then the amount of the obtained polyetherimide was measured. The solid content mass% was 15.5%.

(ポリアミド酸から形成されるポリエーテルイミドの分子量)
微量のポリアミド酸原液を開放容器中で250℃×15分加熱した。これによって、溶剤の除去と該ポリアミド酸の相応するポリイミドへの変換(硬化)の2つが達成された。できた固形のポリエーテルイミドをクロロホルム中に溶解し、そのモル重量をゲルパーミエションクロマトグラフィで測定した。得られたポリエーテルイミドの重量平均分子量(Mw)は、35000g/molであった。
(Molecular weight of polyetherimide formed from polyamic acid)
A small amount of polyamic acid stock solution was heated in an open container at 250 ° C. for 15 minutes. This achieved two removals of solvent and conversion (curing) of the polyamic acid to the corresponding polyimide. The resulting solid polyetherimide was dissolved in chloroform and its molar weight was measured by gel permeation chromatography. The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polyetherimide was 35000 g / mol.

・下記方法で合成したポリエーテルイミド[B3]   -Polyetherimide [B3] synthesized by the following method

Figure 2014156582
Figure 2014156582

(ポリアミド酸原液の調製)
ディーンスターク装置を取り付けた、不活性アルゴンガス雰囲気下の3首1リットル丸底フラスコに、テトラヒドロフラン(THF、200ml)を添加した。THFを76℃で加熱還流した。4,4’−オキシジフタル酸無水物(40.3g、129.8mmol、東京化成(株)製)を10分以上かけて前記の還流THFに添加した。4,4’−オキシジフタル酸無水物の分解後に、THF100mlに4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(32.2g、129.5mmol、和歌山精化(株)製)を溶解させた溶液を、10分以上かけて還流下のフラスコに添加した。さらに80分間反応混合物を還流下に維持した後で、100mlの蒸留液を蒸留した。その後、前記の蒸留を継続しながら、同時にトリエチルアミン(26.3g)と脱イオン(DI)水(400ml)を25分以上かけて前記フラスコに添加した。集めた蒸留液の合計量は280mlであった。その後、フラスコを室温(25℃)まで冷却してポリアミド酸のトリエチルアミン塩の水溶液を得た。
(Preparation of polyamic acid stock solution)
Tetrahydrofuran (THF, 200 ml) was added to a 3-neck 1 liter round bottom flask fitted with a Dean-Stark apparatus under an inert argon gas atmosphere. THF was heated to reflux at 76 ° C. 4,4′-oxydiphthalic anhydride (40.3 g, 129.8 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the refluxing THF over 10 minutes. After decomposition of 4,4′-oxydiphthalic anhydride, a solution in which 4,4′-diaminodiphenyl sulfone (32.2 g, 129.5 mmol, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.) was dissolved in 100 ml of THF for 10 minutes or more. To the flask under reflux. After maintaining the reaction mixture under reflux for a further 80 minutes, 100 ml of distillate was distilled. Thereafter, while continuing the distillation, triethylamine (26.3 g) and deionized (DI) water (400 ml) were simultaneously added to the flask over 25 minutes. The total amount of distillate collected was 280 ml. Thereafter, the flask was cooled to room temperature (25 ° C.) to obtain an aqueous solution of triethylamine salt of polyamic acid.

(ポリアミド酸原液中のポリアミド酸濃度の決定)
上記で調製したポリアミド酸原液から秤量したサンプル(2〜3g)をバイアル瓶中で250℃×15分加熱して固形のオリゴマーポリイミドを得た。該固形分を秤量しポリアミド酸原液中の質量%を求めた。該固形分質量%はポリアミド酸原液中のポリアミド酸濃度に対応する。上記の通り、固形分含量はポリアミド酸を、イミド化反応を兼ねた溶剤除去ステップにかけることが必要であり、その後に、得られたポリエーテルイミド量を測定した。固形分質量%は15.5%であった。
(Determination of polyamic acid concentration in polyamic acid stock solution)
A sample (2 to 3 g) weighed from the polyamic acid stock solution prepared above was heated in a vial at 250 ° C. for 15 minutes to obtain a solid oligomer polyimide. The solid content was weighed to determine the mass% in the polyamic acid stock solution. The solid mass% corresponds to the polyamic acid concentration in the polyamic acid stock solution. As described above, the solid content needs to be applied to the polyamic acid in a solvent removal step that also serves as an imidization reaction, and then the amount of the obtained polyetherimide was measured. The solid content mass% was 15.5%.

(ポリアミド酸から形成されるポリエーテルイミドの分子量)
微量のポリアミド酸原液を開放容器中で250℃×15分加熱した。これによって、溶剤の除去と該ポリアミド酸の相応するポリイミドへの変換(硬化)の2つが達成された。できた固形のポリエーテルイミドをクロロホルム中に溶解し、そのモル重量をゲルパーミエションクロマトグラフィで測定した。得られたポリエーテルイミドの重量平均分子量(Mw)は、35000g/molであった。
(Molecular weight of polyetherimide formed from polyamic acid)
A small amount of polyamic acid stock solution was heated in an open container at 250 ° C. for 15 minutes. This achieved two removals of solvent and conversion (curing) of the polyamic acid to the corresponding polyimide. The resulting solid polyetherimide was dissolved in chloroform and its molar weight was measured by gel permeation chromatography. The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polyetherimide was 35000 g / mol.

<それ以外のポリエーテルイミド>
・“Ultem(登録商標)”1040(SABICイノベーティブプラスチックス(株)製、重量平均分子量(Mw)35000g/mol)。
<Other polyetherimides>
“Ultem (registered trademark)” 1040 (manufactured by SABIC Innovative Plastics, Inc., weight average molecular weight (Mw) 35000 g / mol).

<ポリエーテルスルホン>
・“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P(住友化学(株)製、重量平均分子量(Mw)42000g/mol)。
<Polyethersulfone>
"Sumika Excel (registered trademark)" PES5003P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., weight average molecular weight (Mw) 42000 g / mol).

(1)エポキシ樹脂組成物の調製
[実施例1〜19][比較例1〜7]
ニーダー中に、硬化剤、熱可塑性樹脂粒子以外の成分を所定量加え、混練しつつ、150℃で加熱混合し均一に溶解させた後、150℃、1時間混練した。混練しつつ80℃まで降温させた後、熱可塑性樹脂粒子を加えて混練し、次いで硬化剤を加え混練して、表1、3に示す組成のエポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表1、3中のエポキシ樹脂組成の値は、質量部を示す。
(1) Preparation of epoxy resin composition [Examples 1 to 19] [Comparative Examples 1 to 7]
A predetermined amount of components other than the curing agent and the thermoplastic resin particles were added to the kneader, kneaded, heated and mixed at 150 ° C. to uniformly dissolve, and then kneaded at 150 ° C. for 1 hour. After the temperature was lowered to 80 ° C. while kneading, thermoplastic resin particles were added and kneaded, and then a curing agent was added and kneaded to prepare epoxy resin compositions having the compositions shown in Tables 1 and 3. In addition, the value of the epoxy resin composition in Tables 1 and 3 indicates parts by mass.

[実施例20〜42][比較例8〜10]
ニーダー中に、エポキシ樹脂、コアシェルゴム粒子のマスターバッチ、スルホニル基を有するポリエーテルイミドを所定量加え、混練しつつ、150℃で加熱混合し均一に溶解させた後、150℃、1時間混練した。混練しつつ80℃まで降温させた後、熱可塑性樹脂粒子を加えて混練し、次いで硬化剤を加え混練して、表2、4に示す組成のエポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表2、4中のエポキシ樹脂組成の値は、質量部を示す。
[Examples 20 to 42] [Comparative Examples 8 to 10]
In a kneader, a predetermined amount of epoxy resin, a master batch of core-shell rubber particles, and a polyetherimide having a sulfonyl group were added, kneaded, heated and mixed at 150 ° C. to uniformly dissolve, and then kneaded at 150 ° C. for 1 hour. . After the temperature was lowered to 80 ° C. while kneading, thermoplastic resin particles were added and kneaded, and then a curing agent was added and kneaded to prepare epoxy resin compositions having the compositions shown in Tables 2 and 4. In addition, the value of the epoxy resin composition in Tables 2 and 4 indicates parts by mass.

(2)エポキシ樹脂組成物の粘度測定
熱可塑性樹脂粒子を加えない以外は、上記(1)の方法で作製したエポキシ樹脂組成物の粘度は、動的粘弾性測定装置ARES(TAインスツルメンツ社製)を用いて測定した。直径40mmのパラレルプレートを用い、昇温速度2℃/minで単純昇温し、周波数0.5Hz、Gap1mmの測定条件で得られた複素粘性率(η)の80℃における値を、エポキシ樹脂組成物の粘度として採用した。
(2) Viscosity measurement of epoxy resin composition Except for not adding thermoplastic resin particles, the viscosity of the epoxy resin composition prepared by the method of (1) above is a dynamic viscoelasticity measuring device ARES (manufactured by TA Instruments). It measured using. Using a parallel plate with a diameter of 40 mm, the temperature is simply raised at a rate of temperature rise of 2 ° C./min, and the value at 80 ° C. of the complex viscosity (η * ) obtained under the measurement conditions of frequency 0.5 Hz and Gap 1 mm It was adopted as the viscosity of the composition.

(3)モルフォロジー
(1)で調製したエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、180℃の温度で2時間硬化させ、厚さ2mmのエポキシ樹脂硬化物を得た。このエポキシ樹脂硬化物を10mm×60mmのサイズにカットした試験片に剃刀の刃をあてハンマーで衝撃を加えることで破壊し、その断面で透過型電子顕微鏡(TEM、商品名:M−800形、日立製作所(株)製。以下同様。)を用いて観察した。
(3) Morphology After defoaming the epoxy resin composition prepared in (1) in a vacuum, in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer, 180 ° C. Was cured at a temperature of 2 mm for 2 hours to obtain a cured epoxy resin having a thickness of 2 mm. This epoxy resin cured product was destroyed by applying a razor blade to a test piece cut to a size of 10 mm × 60 mm and applying an impact with a hammer, and a transmission electron microscope (TEM, trade name: M-800 type, Hitachi Ltd., the same applies hereinafter).

[A]、[B]、[C]からなるエポキシ樹脂硬化物のモルフォロジーの場合、[A]リッチ相と[B]リッチ相の海島構造を有し島相の径が0.1μm未満の構造周期を有するものを「○」、島相の径が、0.1μm以上の海島構造の構造周期を有するものを「×」とした。   In the case of the morphology of the cured epoxy resin composed of [A], [B], and [C], a structure having a sea-island structure of [A] rich phase and [B] rich phase and an island phase diameter of less than 0.1 μm One having a period was designated as “◯”, and one having an island-island structure period of 0.1 μm or more was designated as “x”.

[A]、[B]、[C]、および、[F]からなるエポキシ樹脂硬化物のモルフォロジーの場合、[A]リッチ相と[F]リッチ相の海島構造を有し、島相の径が0.1〜1μmの範囲を有するものを「◎」、1μmを超え3μm以下の範囲を有するものを「○」、3μmを超える範囲を有するものを「×」とした。   In the case of the morphology of the cured epoxy resin comprising [A], [B], [C], and [F], it has a sea-island structure of [A] rich phase and [F] rich phase, and the diameter of the island phase Having a range of 0.1 to 1 μm is “◎”, those having a range of more than 1 μm and 3 μm or less are “◯”, and those having a range of more than 3 μm are “x”.

なお、島相の径とは、海島構造における島相の大きさを示すものであり、所定の領域における数平均値である。島相が楕円形のときは、長径をとり、不定形の場合は外接する円の直径を用いた。また、島相が二層以上の円または楕円になっている場合には、最外層の円の直径または楕円の長径を用いた。なお、海島構造の場合、所定の領域内に存在する全ての島相の長径を測定し、これらの数平均値を島相の径とした。   In addition, the diameter of an island phase shows the magnitude | size of the island phase in a sea island structure, and is a number average value in a predetermined area | region. When the island phase is elliptical, the major axis is taken, and when it is indefinite, the diameter of the circumscribed circle is used. When the island phase is a circle or ellipse having two or more layers, the diameter of the outermost layer circle or the major axis of the ellipse was used. In the case of a sea-island structure, the major axis of all island phases existing in a predetermined region was measured, and the number average value of these was used as the island phase diameter.

(4)プリプレグの作製
(1)で調製した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重量分率が35.5%の一方向プリプレグを得た。
(4) Preparation of prepreg The epoxy resin composition prepared in (1) 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 pressed. 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 weight fraction of 35.5%.

(5)繊維強化複合材料の層間靭性(モードI層間靱性)の測定
・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に従い、次の(a)〜(f)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の樹脂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、オートクレーブ中で180℃、内圧0.6MPaで2時間加熱加圧して硬化し、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)フィルム挿入部分をナイフ等の鋭利な刃物で開き、2mmから5mmの予亀裂を導入した。
(f)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。
・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。
(5) Measurement of Interlaminar Toughness (Mode I Interlaminar Toughness) of Fiber Reinforced Composite Material Preparation of Composite Plate for Mode I Interlaminar Toughness (G IC ) Test and G IC Measurement According to JIS K7086, to prepare a composite material made flat for G IC test by the operation of the f).
(A) The unidirectional prepreg produced in (4) was laminated in 20 ply with the fiber direction aligned. However, a resin film having a width of 40 mm was sandwiched between the laminated central surfaces (between the 10th and 11th ply) and perpendicular to the fiber arrangement direction.
(B) The laminated prepreg was covered with a nylon film so that there was no gap, and cured by heating and pressing at 180 ° C. and an internal pressure of 0.6 MPa for 2 hours in an autoclave to form a unidirectional fiber-reinforced composite material.
(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) In accordance with JIS K7086, a pin load block (length: 25 mm, made of aluminum) was bonded to the end of the test piece (side of the film).
(E) The film insertion part was opened with a sharp blade such as a knife, and a pre-crack of 2 mm to 5 mm was introduced.
(F) A white paint was applied to both sides of the test piece in order to make it easier to observe the crack propagation.
· Fabricated using a composite material made of a flat plate, the following procedures were performed G IC measurement.

JIS K7086(2006)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。荷重、変位、および、亀裂長さから、GICを算出した。 In accordance with JIS K7086 (2006), 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. Load, displacement, and, from the crack length was calculated G IC.

(実施例1)
混練装置で、40質量部のGAN、60質量部のELM434(エポキシ樹脂[A])および10質量部の“Ultem(登録商標)”XH6050(スルホニル基を有するポリエーテルイミド[B])を混練した後、熱可塑性樹脂粒子[E]であるセミIPNナイロン粒子Aを25質量部と、硬化剤[C]である“セイカキュア(登録商標)”Sを42質量部混練して、繊維強化複合材料用のエポキシ樹脂組成物を作製した。表1に、組成と割合を示す(表1中、数字は質量部を表す)。得られたエポキシ樹脂組成物について、上記の(2)に従い、粘度を測定した。また、得られたエポキシ樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて樹脂目付52g/mで離型紙上にコーティングし、樹脂フィルムを作製した。この樹脂フィルムを、一方向に引き揃えた炭素繊維(目付190g/m)の両側に重ね合せてヒートロールを用い、温度100℃、0.1MPaで加熱加圧しながらエポキシ樹脂組成物を炭素繊維に含浸させプリプレグを得た。得られたプリプレグについて、上記の(5)モードI層間靭性(GIC)試験用複合材料製平板の作製とGIC測定に記載のとおりに実施して、繊維強化複合材料を得、GICを測定した。
Example 1
In a kneading apparatus, 40 parts by mass of GAN, 60 parts by mass of ELM434 (epoxy resin [A]) and 10 parts by mass of “Ultem (registered trademark)” XH6050 (polyetherimide having a sulfonyl group [B]) were kneaded. Thereafter, 25 parts by mass of semi-IPN nylon particles A, which are thermoplastic resin particles [E], and 42 parts by mass of “Seica Cure (registered trademark)” S, which is a curing agent [C], are kneaded and used for a fiber-reinforced composite material. An epoxy resin composition was prepared. Table 1 shows the composition and ratio (in Table 1, the numbers represent parts by mass). About the obtained epoxy resin composition, the viscosity was measured according to said (2). Moreover, the obtained epoxy resin composition was coated on a release paper with a resin basis weight of 52 g / m 2 using a knife coater to prepare a resin film. This resin film is superposed on both sides of carbon fiber (weight per unit area 190 g / m 2 ) aligned in one direction, and a heat roll is used to heat and press the epoxy resin composition at a temperature of 100 ° C. and 0.1 MPa. To obtain a prepreg. The obtained prepreg was carried out as described in Preparation and G IC measurement of the above (5) Mode I Interlaminar toughness (G IC) test composite made flat, to produce a fiber-reinforced composite material, the G IC It was measured.

(実施例2〜42、比較例1〜10)
エポキシ樹脂と硬化剤の種類および配合量を、表1〜4に示すように変更したこと以外は、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。得られたエポキシ樹脂組成物について、上記の(2)に従い、粘度を測定した。また、得られたプリプレグについて、上記の(5)モードI層間靭性(GIC)試験用複合材料製平板の作製とGIC測定に記載のとおりに実施して、繊維強化複合材料を得、GICを測定した。結果を表1〜4に示す。
(Examples 2 to 42, Comparative Examples 1 to 10)
An epoxy resin composition and a prepreg were produced in the same manner as in Example 1 except that the types and blending amounts of the epoxy resin and the curing agent were changed as shown in Tables 1 to 4. About the obtained epoxy resin composition, the viscosity was measured according to said (2). Further, the obtained prepreg, and performed as described in Preparation and G IC measurement of the above (5) Mode I Interlaminar toughness (G IC) test composite made flat, to produce a fiber-reinforced composite material, G IC was measured. The results are shown in Tables 1-4.

実施例1〜19と比較例1〜7との対比により、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料は、優れたモードI層間靭性(GIC)を備えていることが分かる。 From the comparison between Examples 1 to 19 and Comparative Examples 1 to 7, it can be seen that the fiber-reinforced composite material using the epoxy resin composition of the present invention has excellent mode I interlayer toughness (G IC ).

また、実施例1〜5と比較例1、2との対比により、スルホニル基を有さない熱可塑性樹脂を使用した場合、十分なモードI層間靭性(GIC)が得られないことが分かる。 Further, in comparison with Comparative Examples 1 and 2 with Examples 1-5, when using thermoplastic resin not having a sulfonyl group, it can be seen that adequate mode I interlayer toughness (G IC) can not be obtained.

また、実施例6と比較例6との対比により、スルホニル基を有するポリエーテルイミドの配合量が5質量部の場合のモードI層間靭性(GIC)は、スルホニル基を有さない熱可塑性樹脂の配合量が20質量部の場合のモードI層間靭性(GIC)よりも優れていることが分かる。 Further, by comparing Example 6 with Comparative Example 6, the mode I interlayer toughness (G IC ) when the blending amount of the polyetherimide having a sulfonyl group is 5 parts by mass is a thermoplastic resin having no sulfonyl group. It can be seen that this is superior to the mode I interlaminar toughness (G IC ) when the blending amount is 20 parts by mass.

また、実施例1〜19と比較例3との対比により、たとえ、構成要素[A]と[C]が所定量配合されていても、併せて構成要素[B]が配合されていない場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が低すぎて樹脂フィルムが作製できず、プリプレグを作製する際のプロセス性に問題があることが分かる。   Moreover, by contrast with Examples 1-19 and the comparative example 3, even if the component [A] and [C] are mix | blended with predetermined amount, when the component [B] is not mix | blended together, It can be seen that the viscosity of the epoxy resin composition is too low to produce a resin film, and there is a problem in processability when producing a prepreg.

実施例20〜42と比較例8〜10との対比により、スルホニル基を有さない熱可塑性樹脂を使用した場合、十分なモードI層間靭性(GIC)が得られないことが分かる。熱可塑性樹脂がスルホニル基を有していないため、コアシェルゴム粒子とエポキシ樹脂との親和性が不十分となってコアシェルゴム粒子同士で凝集し、エポキシ樹脂硬化物へのモードI応力負荷時に生じる平面歪み状態をキャビテーションによって解消することができなくなったためだと考えられる。 From the comparison between Examples 20 to 42 and Comparative Examples 8 to 10, it is found that sufficient mode I interlayer toughness (G IC ) cannot be obtained when a thermoplastic resin having no sulfonyl group is used. Since the thermoplastic resin does not have a sulfonyl group, the affinity between the core-shell rubber particles and the epoxy resin becomes insufficient, causing the core-shell rubber particles to aggregate with each other, and the plane generated when the mode I stress is applied to the cured epoxy resin This is probably because the distorted state cannot be eliminated by cavitation.

実施例26と比較例10との対比により、コアシェルゴム粒子を含有している場合でも、スルホニル基を有するポリエーテルイミドの配合量が5質量部の場合のモードI層間靭性(GIC)は、スルホニル基を有さない熱可塑性樹脂の配合量が20質量部の場合より優れていることが分かる。 According to the comparison between Example 26 and Comparative Example 10, even when the core-shell rubber particles are contained, the mode I interlayer toughness (G IC ) when the blending amount of the polyetherimide having a sulfonyl group is 5 parts by mass is It turns out that the compounding quantity of the thermoplastic resin which does not have a sulfonyl group is superior to the case where it is 20 mass parts.

Figure 2014156582
Figure 2014156582

Figure 2014156582
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Figure 2014156582
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本発明によれば、プリプレグを作製する際のプロセス性に優れ、かつ、優れた層間靱性を有する繊維強化複合材料が得られるため、航空機構造部材、風車の羽根、および自動車外板等に広く展開でき、有用である。   According to the present invention, since a fiber-reinforced composite material having excellent processability when producing a prepreg and having excellent interlayer toughness can be obtained, it can be widely applied to aircraft structural members, windmill blades, automobile outer plates, and the like. Can and is useful.

Claims (23)

少なくとも以下の[A]、[B]、[C]、[D]を含んで構成されるプリプレグ。
[A]エポキシ樹脂
[B]以下の(a)、(b)および(c)からなる群から選択される少なくとも1種のポリエーテルイミド
[C]硬化剤
[D]強化繊維
(a)下記式[1]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。
Figure 2014156582
(b)下記式[2]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。
Figure 2014156582
式中、Xは−O−または−O−Z−O−の基であって、−O−または−O−Z−O−の基の二価の結合基は3,3’位、3,4’位、4,3’位、または4,4’位にあり、Zは下記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。
Figure 2014156582
式中、Rは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。また、Yは上記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。ただし、XまたはYのいずれか一方、あるいは両方にスルホニル基を少なくとも1つ含有する。
(c)下記式[4]で示される繰り返し単位を有する、スルホニル基を有するポリエーテルイミド。
Figure 2014156582
式中、Xは−O−または−O−Z−O−の基であって、−O−または−O−Z−O−の基の二価の結合基は3,3’位、3,4’位、4,3’位、または4,4’位にあり、Zは下記式[3]の二価の結合基からなる群から選択される。
Figure 2014156582
式中、Rは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。
A prepreg comprising at least the following [A], [B], [C], and [D].
[A] Epoxy resin [B] At least one polyetherimide selected from the group consisting of the following (a), (b) and (c) [C] Curing agent [D] Reinforcing fiber (a) A polyetherimide having a sulfonyl group, having the repeating unit represented by [1].
Figure 2014156582
(B) A polyetherimide having a sulfonyl group having a repeating unit represented by the following formula [2].
Figure 2014156582
In the formula, X is a group of —O— or —O—Z—O—, and the divalent linking group of the group of —O— or —O—Z—O— is the 3,3′-position, In the 4′-position, 4,3′-position, or 4,4′-position, Z is selected from the group consisting of divalent linking groups of the following formula [3].
Figure 2014156582
In the formula, R is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group. Y is selected from the group consisting of the divalent linking group of the above formula [3]. However, at least one sulfonyl group is contained in one or both of X and Y.
(C) A polyetherimide having a repeating unit represented by the following formula [4] and having a sulfonyl group.
Figure 2014156582
In the formula, X is a group of —O— or —O—Z—O—, and the divalent linking group of the group of —O— or —O—Z—O— is the 3,3′-position, In the 4′-position, 4,3′-position, or 4,4′-position, Z is selected from the group consisting of divalent linking groups of the following formula [3].
Figure 2014156582
In the formula, R is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group.
構成要素[B]の重量平均分子量が70000g/mol以下である、請求項1に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 1, wherein the component [B] has a weight average molecular weight of 70000 g / mol or less. 構成要素[B]の重量平均分子量が35000〜60000g/molである、請求項2に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 2, wherein the component [B] has a weight average molecular weight of 35,000 to 60000 g / mol. 構成要素[B]が構成要素[A]と反応しない末端基を有する、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 constituent element [B] has a terminal group that does not react with the constituent element [A]. 構成要素[A]、構成要素[B]および構成要素[C]からなる全エポキシ樹脂組成物100質量部中、構成要素[B]を5〜25質量部含む、請求項1〜4のいずれかに記載のプリプレグ。 Any one of Claims 1-4 which contain 5-25 mass parts of constituent elements [B] in 100 mass parts of all the epoxy resin compositions which consist of a constituent element [A], a constituent element [B], and a constituent element [C]. The prepreg described in 1. 構成要素[C]が下記式[5]で表される芳香族ポリアミンである、請求項1〜5のいずれかに記載のプリプレグ。
Figure 2014156582
The prepreg according to any one of claims 1 to 5, wherein the constituent element [C] is an aromatic polyamine represented by the following formula [5].
Figure 2014156582
構成要素[A]100質量部中、3官能以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を30質量部以上含む、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, comprising 30 parts by mass or more of an epoxy resin having a tri- or higher functional epoxy group in 100 parts by mass of the constituent element [A]. 3官能以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂がグリシジルアミン型のエポキシ樹脂である、請求項7に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 7, wherein the epoxy resin having a tri- or higher functional epoxy group is a glycidylamine type epoxy resin. グリシジルアミン型エポキシ樹脂が下記式[6]で表されるエポキシ樹脂である、請求項8に記載のプリプレグ。
Figure 2014156582
式中、Qは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。
The prepreg according to claim 8, wherein the glycidylamine type epoxy resin is an epoxy resin represented by the following formula [6].
Figure 2014156582
In the formula, Q is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group.
構成要素[A]100質量部中、ビスフェノールF型エポキシ樹脂を5〜40質量部含む、請求項1〜9のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg in any one of Claims 1-9 containing 5-40 mass parts of bisphenol F type epoxy resins in 100 mass parts of component [A]. 構成要素[A]100質量部中、下記式[6]で表されるエポキシ樹脂を30質量部以上含む、請求項10に記載のプリプレグ。
Figure 2014156582
式中、Qは−CO−、−SO−、−CH−、−O−、−S−、−CH(CH)−、−C(CH−からなる群から選択される二価の結合基を表す。
The prepreg of Claim 10 which contains 30 mass parts or more of epoxy resins represented by following formula [6] in 100 mass parts of component [A].
Figure 2014156582
In the formula, Q is selected from the group consisting of —CO—, —SO 2 —, —CH 2 —, —O—, —S—, —CH (CH 3 ) —, —C (CH 3 ) 2 —. Represents a divalent linking group.
構成要素[A]、[B]、[C]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は、エポキシ樹脂リッチ相とスルホニル基を有するポリエーテルイミドリッチ相を有する海島構造の相分離構造を有し、かつ、島相の径が0.1μm未満となるものである、請求項1〜11のいずれかに記載のプリプレグ。 An epoxy resin cured product obtained by curing an epoxy resin composition comprising the constituent elements [A], [B], and [C] is a sea island having an epoxy resin rich phase and a polyetherimide rich phase having a sulfonyl group The prepreg according to any one of claims 1 to 11, which has a phase separation structure and has an island phase diameter of less than 0.1 µm. さらに熱可塑性樹脂粒子[E]を含む、請求項1〜12のいずれかに記載のプリプレグ。 Furthermore, the prepreg in any one of Claims 1-12 containing a thermoplastic resin particle [E]. 熱可塑性樹脂粒子[E]が局在して存在している粒子層が、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20%以下の深さの範囲に存在している構造を有する、請求項13に記載のプリプレグ。 The particle layer in which the thermoplastic resin particles [E] are present locally has a depth of 20% or less from the surface of the prepreg to the thickness direction starting from the surface with respect to the thickness of the prepreg of 100%. 14. A prepreg according to claim 13 having a structure present in the range. さらにコアシェルゴム粒子[F]を含む、請求項1〜14のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 14, further comprising core-shell rubber particles [F]. 全エポキシ樹脂組成物100質量部中、構成要素[F]を1〜12質量部含む、請求項15に記載のプリプレグ。 The prepreg of Claim 15 which contains 1-12 mass parts of component [F] in 100 mass parts of all the epoxy resin compositions. 構成要素[F]がシェル部分に構成要素[A]または[C]と反応しうる末端基を有する、請求項15または16に記載のプリプレグ。 The prepreg according to claim 15 or 16, wherein the component [F] has a terminal group capable of reacting with the component [A] or [C] in the shell portion. 構成要素[F]がシェル部分にエポキシ基を有する、請求項15〜17のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 15 to 17, wherein the component [F] has an epoxy group in a shell portion. 構成要素[F]の体積平均粒子径が0.3μm以下である、請求項15〜18のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 15 to 18, wherein the volume average particle diameter of the constituent element [F] is 0.3 µm or less. 構成要素[A]、[B]、[C]、および[F]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を硬化して得られるエポキシ樹脂硬化物は、エポキシ樹脂リッチ相とコアシェルゴムリッチ相を有する海島構造の相分離構造を有し、かつ、島相の径が0.1〜3μmとなるものである、請求項15〜19のいずれかに記載のプリプレグ。 An epoxy resin cured product obtained by curing an epoxy resin composition comprising components [A], [B], [C], and [F] is a sea island having an epoxy resin-rich phase and a core-shell rubber-rich phase. The prepreg according to any one of claims 15 to 19, which has a phase separation structure and has an island phase diameter of 0.1 to 3 µm. 構成要素[A]、[B]、[C]、および[F]を含んでなるエポキシ樹脂組成物の80℃における粘度が1〜1000Pa・sである、請求項15〜20のいずれかに記載のプリプレグ。 21. The viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition comprising the components [A], [B], [C], and [F] is 1 to 1000 Pa · s. Prepreg. 構成要素[D]が炭素繊維である、請求項1〜21のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 21, wherein the component [D] is a carbon fiber. 請求項1〜22のいずれかに記載のプリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to any one of claims 1 to 22.
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