JP2015108078A - Epoxy resin composition, prepreg, and fiber-reinforced composite material - Google Patents

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

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一城 古賀
久也 牛山
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久也 牛山
加藤 慎也
Shinya Kato
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber-reinforced composite material which has a high fracture toughness value (so-called G) in a mode I (interlayer peeling-off deformation), is optimal as a prepreg for a structural material for an aircraft, and is excellent in compression strength after impact and interlaminar shear strength.SOLUTION: An epoxy resin composition for a prepreg contains the following components (A), (B) and (C). A prepreg and a fiber-reinforced composite material use the same. The component (A): an epoxy resin represented by the following general formula (Rto Rare each independently H, halogen atom or C1-C8 alkyl group); the component (B): 4,4'-diaminodiphenyl sulfone; and the component (C): nylon 12 fine particles.

Description

本発明は、層間の剥離強度に優れる繊維強化複合材料を成形できるプリプレグ用樹脂組成物、およびプリプレグ、および繊維強化複合材料に関する。   The present invention relates to a resin composition for prepreg capable of forming a fiber reinforced composite material having excellent peel strength between layers, a prepreg, and a fiber reinforced composite material.

繊維強化プラスチックは、強化繊維とマトリックス樹脂とで構成される異方性材料であり、その製造には強化繊維に未硬化の樹脂を含浸させたプリプレグと呼ばれるシート状の前駆体を積層、成形した後、硬化して目的物を得る手法が広く用いられる。以後の記述においては、特に断らない限り「繊維強化複合材料」という用語を、プリプレグを積層、成形、硬化して得た繊維強化プラスチックという意味で使用する。   Fiber reinforced plastic is an anisotropic material composed of reinforced fibers and a matrix resin. For its production, a sheet-like precursor called prepreg in which reinforced fibers are impregnated with uncured resin is laminated and molded. Thereafter, a method of obtaining the target product by curing is widely used. In the following description, unless otherwise specified, the term “fiber reinforced composite material” is used to mean a fiber reinforced plastic obtained by laminating, molding and curing a prepreg.

熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料は、積層構造を持つため、層間の剥離強度や対衝撃特性が不十分である。その改良を目的として種々の方法が提案されており、特に層間にマトリックス樹脂とは異なる材料を配置し、破壊エネルギーを吸収させる手法が多く提案されている。   Since a composite material using a thermosetting resin as a matrix resin has a laminated structure, the peel strength between layers and the impact resistance characteristics are insufficient. Various methods have been proposed for the purpose of improvement, and in particular, many methods have been proposed in which a material different from the matrix resin is disposed between the layers to absorb the fracture energy.

特許文献1では、熱可塑性樹脂の微粒子を配合した樹脂組成物をプリプレグ表面に貼ることで繊維強化プラスチックの衝撃後圧縮強度(CAI)が向上することが示されている。   Patent Document 1 shows that the compressive strength after impact (CAI) of a fiber-reinforced plastic is improved by sticking a resin composition containing fine particles of a thermoplastic resin to the prepreg surface.

特許文献2では、プリプレグの表面にランダム配向した熱可塑性樹脂からなる長繊維を配置することで、タック性を保持したまま耐衝撃性の改良された複合材料を与えることが示されている。   In Patent Document 2, it is shown that a composite material having improved impact resistance can be obtained while maintaining tackiness by arranging long fibers made of a thermoplastic resin randomly oriented on the surface of a prepreg.

特許文献1及び2の技術により、衝撃付与時に層間の剥離面積が減少し、CAIが向上することが開示されている。一般的にJIS−K7086などに記載されているモードII(層間のせん断変形)の層間破壊靭性値(いわゆるGIIC)が向上することでCAIにおける衝撃付加時の剥離面積が減少することが知られており、特許文献1、2においてもGIICが向上していると考えられる。 Patent Documents 1 and 2 disclose that the peeling area between layers is reduced when an impact is applied, and the CAI is improved. In general, it is known that the peeling area at the time of impact application in CAI is reduced by improving the interlaminar fracture toughness value (so-called G IIC ) of mode II (interlaminar shear deformation) described in JIS-K7086 and the like. In Patent Documents 1 and 2, it is considered that G IIC is improved.

一方で、複合材料の運用時に層間の剥離強度が問題になる際にはGIICだけでなくモードI(層間の引き剥がし変形)での破壊靭性値(いわゆるGIC)の低さが問題となることが多く、その向上が求められている。特許文献1及び2の技術を用いることでGICを向上させることが可能であるが、十分な値ではなく、更なるGICの向上が求められているのが現状である。 On the other hand, when the peel strength between layers becomes a problem during the operation of the composite material, the low fracture toughness value (so-called G IC ) not only in G IIC but also in mode I (interlayer peeling deformation) becomes a problem. There are many cases, and the improvement is demanded. While it is possible to improve the G IC by using a technique of Patent Document 1 and 2, rather than a sufficient value, a further improvement in G IC is at present what is needed.

特開昭63−170428号公報JP-A 63-170428 PCT公開パンフレットWO94/16003号PCT publication pamphlet WO94 / 16003

本発明の課題は、層間の引き剥がし変形に対して高い破壊靭性値を示す繊維強化複合材料を提供可能なエポキシ樹脂組成物、プリプレグ及び繊維強化複合材料の成形方法を提供することである。   The subject of this invention is providing the shaping | molding method of the epoxy resin composition which can provide the fiber reinforced composite material which shows a high fracture toughness value with respect to the peeling deformation | transformation between layers, a prepreg, and a fiber reinforced composite material.

本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意研究を進めた結果、以下の構成からなるエポキシ樹脂組成物を用いることによって課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は以下に存する。
〔1〕 下記成分(A)、(B)及び(C)を含むプリプレグ用エポキシ樹脂組成物。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the problems can be solved by using an epoxy resin composition having the following configuration. That is, the present invention is as follows.
[1] An epoxy resin composition for prepreg comprising the following components (A), (B) and (C).

成分(A):下記一般式で示されるエポキシ樹脂
Component (A): epoxy resin represented by the following general formula

(上記一般式中、R〜Rは、各々独立に水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。)
成分(B):4,4’−ジアミノジフェニルスルホン
成分(C):ナイロン12微粒子
〔2〕 強化繊維基材に、前記〔1〕に記載のエポキシ樹脂組成物が含浸してなるプリプレグ
〔3〕 前記〔2〕に記載のプリプレグを用い、昇温速度1.8℃/分で加熱し成形する、繊維強化複合材料の成形方法。
(In said general formula, R < 1 > -R < 5 > represents a hydrogen atom, a halogen atom, or a C1-C8 alkyl group each independently.)
Component (B): 4,4′-diaminodiphenylsulfone Component (C): Nylon 12 fine particles [2] Prepreg [3] obtained by impregnating the reinforcing fiber base material with the epoxy resin composition described in [1] above A method for molding a fiber-reinforced composite material, wherein the prepreg according to [2] is used and heated and molded at a temperature rising rate of 1.8 ° C./min.

本発明により、層間の引き剥がし変形に対して高い破壊靭性値を示す繊維強化複合材料を提供可能なエポキシ樹脂組成物、プリプレグ及び繊維強化複合材料の成形方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION By this invention, the molding method of the epoxy resin composition which can provide the fiber reinforced composite material which shows a high fracture toughness value with respect to peeling peeling between layers, a prepreg, and a fiber reinforced composite material can be provided.

以下に本発明の好ましい実施の形態について説明するが、本発明はこれらの形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において様々な変形が可能であることを理解されたい。   DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below, but it should be understood that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. .

〔成分(A)〕
本発明で用いられる成分(A)は、下記一般式で表されるエポキシ樹脂である。このような構造を持つエポキシ樹脂を、成分(B)及び成分(C)と併用することで、繊維強化複合材料として高いGICを発現することができる。
[Component (A)]
The component (A) used in the present invention is an epoxy resin represented by the following general formula. By using the epoxy resin having such a structure together with the component (B) and the component (C), a high G IC can be expressed as a fiber-reinforced composite material.

(上記一般式中、R〜Rは、各々独立に水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。)
上記一般式で表されるエポキシ樹脂は、例えば、アニリン又はその置換気誘導体とエピクロロヒドリンの反応により得られうるものであり、具体的には、N,N−ジグリシジルo−トルイジン、N,N−ジグリシジルアニリンなどが挙げられる。
(In said general formula, R < 1 > -R < 5 > represents a hydrogen atom, a halogen atom, or a C1-C8 alkyl group each independently.)
The epoxy resin represented by the above general formula can be obtained, for example, by the reaction of aniline or a substituted derivative thereof and epichlorohydrin. Specifically, N, N-diglycidyl o-toluidine, N, N-diglycidyl aniline etc. are mentioned.

成分(A)の配合量は、本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれる全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、10〜40質量部であることが好ましい。成分(A)の配合量が10質量部以上であれば、成分(B)及び成分(C)との併用により、本発明の目的であるGICの向上が期待でき好ましい。より好ましくは20質量部以上である。一方、成分(A)の配合量を40質量部以下にすることにより、硬化物の耐熱性が低下しにくいため好ましい。より好ましくは30質量部以下である。 It is preferable that the compounding quantity of a component (A) is 10-40 mass parts with respect to 100 mass parts of all the epoxy resin components contained in the epoxy resin composition of this invention. If the amount of component (A) is 10 parts by mass or more, the combination with the component (B) and component (C), preferably can be expected G IC increased in an object of the present invention. More preferably, it is 20 parts by mass or more. On the other hand, it is preferable to adjust the blending amount of the component (A) to 40 parts by mass or less because the heat resistance of the cured product is hardly lowered. More preferably, it is 30 parts by mass or less.

成分(A)のエポキシ樹脂以外にも、あらゆるエポキシ樹脂を併用することができるが、エポキシ樹脂組成物の耐熱性を高めるために、分子内に少なくとも3個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を加えることが好ましい。   In addition to the epoxy resin of component (A), any epoxy resin can be used in combination, but in order to increase the heat resistance of the epoxy resin composition, an epoxy resin having at least three epoxy groups in the molecule is added. It is preferable.

分子内に3個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の具体例としては、たとえば、ノボラック型のエポキシ樹脂(ノボラックとエピクロロヒドリンの反応により得られるエポキシ樹脂)やテトラキス(グリシジルオキシフェニル)エタンやトリス(グリシジルオキシ)メタンのようなグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、及び、テトラグリシジルキシリレンジアミンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂、及びそれらのハロゲン、アルキル置換物等が挙げられる。   Specific examples of the epoxy resin having three or more epoxy groups in the molecule include, for example, a novolak type epoxy resin (an epoxy resin obtained by a reaction between novolak and epichlorohydrin), tetrakis (glycidyloxyphenyl) ethane, Examples thereof include a glycidyl ether type epoxy resin such as tris (glycidyloxy) methane, a glycidylamine type epoxy resin such as tetraglycidylxylylenediamine, and their halogen and alkyl substituents.

これらの中でも、優れた耐熱性及び弾性率を与えることから、グリシジルアミン型エポキシ樹脂が好ましく用いられる。とくに3官能のグリシジルアミン型エポキシ樹脂が好ましい。   Among these, glycidylamine type epoxy resins are preferably used because they give excellent heat resistance and elastic modulus. In particular, a trifunctional glycidylamine type epoxy resin is preferable.

3官能のグリジシルアミン型のエポキシ樹脂としては三菱化学(株)製のjER630、住友化学(株)製のELM−100、ハンツマン社製のMY0500、MY0510、MY0600などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the trifunctional glycidylamine type epoxy resin include jER630 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, ELM-100 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., MY0500, MY0510, MY0600 manufactured by Huntsman, and the like. It is not a thing.

分子内に3個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の配合量は、本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれる全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、40〜80質量部であることが好ましい。分子内に3個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の配合量が、40質量部以上であれば、エポキシ樹脂組成物の耐熱性と弾性率を高めることができる。50質量部以上であればより好ましい。一方、分子内に3個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の配合量を80質量部以下にすることにより、硬化物の靭性を高めることができる。よりましくは70質量部以下である。   It is preferable that the compounding quantity of the epoxy resin which has a 3 or more epoxy group in a molecule | numerator is 40-80 mass parts with respect to 100 mass parts of all the epoxy resin components contained in the epoxy resin composition of this invention. If the compounding quantity of the epoxy resin which has 3 or more epoxy groups in a molecule | numerator is 40 mass parts or more, the heat resistance and elastic modulus of an epoxy resin composition can be improved. More preferably, it is 50 parts by mass or more. On the other hand, the toughness of hardened | cured material can be improved by making the compounding quantity of the epoxy resin which has 3 or more epoxy groups in a molecule | numerator into 80 mass parts or less. More preferably, it is 70 parts by mass or less.

〔成分(B)〕
本発明で用いられる成分(B)は4,4’−ジアミノジフェニルスルホンである。
[Component (B)]
Component (B) used in the present invention is 4,4′-diaminodiphenylsulfone.

硬化剤として4,4’−ジアミノジフェニルスルホンを用い、これと成分(A)及び成分(C)を併用することで、繊維強化複合材料として高いGICを発現することができる。 By using 4,4′-diaminodiphenyl sulfone as a curing agent and using this together with component (A) and component (C), high G IC can be expressed as a fiber-reinforced composite material.

また硬化活性を高めるために、成分(B)に適当な硬化助剤を組み合わせることができる。硬化助剤の好ましい例としては、3−フェニル−1,1−ジメチル尿素、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素(DCMU)、3−(3−クロロ−4−メチルフェニル)−1,1−ジメチル尿素、2,4−ビス(3,3−ジメチルウレイド)トルエンのような尿素誘導体、三級アミン、イミダゾール化合物、三フッ化モノエチルアミン、三塩化アミン錯体などが挙げられる。   In order to increase the curing activity, an appropriate curing aid can be combined with the component (B). Preferred examples of the curing aid include 3-phenyl-1,1-dimethylurea, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea (DCMU), 3- (3-chloro-4-methyl Phenyl) -1,1-dimethylurea, urea derivatives such as 2,4-bis (3,3-dimethylureido) toluene, tertiary amines, imidazole compounds, monoethylamine trifluoride, amine trichloride complexes, etc. It is done.

〔成分(C)〕
本発明で用いられる成分(C)はナイロン12微粒子である。ナイロン12微粒子を成分(A)及び成分(B)と併用することで、繊維強化複合材料として高いGICを発現することができる。ここで「微粒子」とは、平均粒子径が2〜90μmの粒子を意味する。
[Component (C)]
Component (C) used in the present invention is nylon 12 fine particles. Nylon 12 particles when used in combination with components (A) and (B), it is possible to express high G IC as a fiber-reinforced composite material. Here, “fine particles” mean particles having an average particle diameter of 2 to 90 μm.

ナイロン12の平均粒子径が2μm以上であれば、強化繊維の繊維間に粒子(ナイロン12)が潜り込むことなく、プリプレグ積層体の層間に局在化でき、粒子の存在効果が十分に発揮されGICをより向上できる。一方、平均粒子径が90μm以下であれば、強化繊維の配列を乱したり、積層して得られる繊維強化複合材料の層間を必要以上に厚くしたりして、物性を低下させるなどの悪影響を軽減できる。ナイロン12の平均粒子径は5〜40μmが特に好ましく、5〜25μmが最も好ましい。 If the average particle size of nylon 12 is 2 μm or more, the particles (nylon 12) can be localized between the layers of the reinforcing fibers and can be localized between the layers of the prepreg laminate, and the effect of the presence of the particles can be sufficiently exhibited. IC can be further improved. On the other hand, if the average particle diameter is 90 μm or less, the arrangement of the reinforcing fibers is disturbed, or the layers of the fiber reinforced composite material obtained by lamination are thickened more than necessary, and thus adverse effects such as lowering the physical properties. Can be reduced. The average particle size of nylon 12 is particularly preferably 5 to 40 μm, and most preferably 5 to 25 μm.

平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布計などにより計測できるメディアン径を採用する。   As the average particle diameter, a median diameter that can be measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer or the like is employed.

ナイロン12微粒子の市販品としては、例えばVESTOSINT1111、VESTOSINT2070、VESTOSINT2157、VESTOSINT2158、VESTOSINT2159(以上、ダイセル・エボニック株式会社製)などが挙げられる。これらの微粒子は一般に市販されているものであり、入手性やコストに優れ好ましいが、ここに挙げた微粒子に限定されるものではない。   Examples of commercially available nylon 12 fine particles include VESTOSINT1111, VESTOSINT2070, VESTOSINT2157, VESTOSINT2158, and VESTOSTINT2159 (manufactured by Daicel-Evonik Co., Ltd.). These fine particles are generally commercially available and are excellent in availability and cost, but are not limited to the fine particles listed here.

ナイロン12微粒子の外形形状、表面あるいは内部形態は、球状粒子でも、非球状粒子でもよい。   The outer shape, surface or internal form of the nylon 12 fine particles may be spherical or non-spherical particles.

球状粒子の方が、上述したベース樹脂の流動特性を低下させないという点で好ましいが、特定の粒径を有するナイロン12微粒子を用いる目的が、この微粒子を積層体の層間に局在化することにより衝撃下での層間剥離の進展を抑制することにあるため、ナイロン12微粒子の外形形状、表面あるいは内部形態は、特には限定されない。   Spherical particles are preferred in that they do not reduce the flow characteristics of the base resin described above, but the purpose of using nylon 12 fine particles having a specific particle size is to localize the fine particles between the layers of the laminate. Since there is to suppress the progress of delamination under impact, the external shape, surface or internal form of the nylon 12 fine particles is not particularly limited.

〔任意成分〕
本発明のエポキシ樹脂組成物には、添加剤として、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーおよびエラストマーからなる群から選ばれた1種以上の樹脂を添加することができる。この添加剤は、マトリックス樹脂の靭性を向上させ、かつ、粘弾性を変化させて、粘度、貯蔵弾性率およびチキソトロープ性を適正化する役割がある。添加剤として用いられる熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーまたはエラストマーは、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
[Optional ingredients]
In the epoxy resin composition of the present invention, one or more resins selected from the group consisting of thermoplastic resins, thermoplastic elastomers, and elastomers can be added as additives. This additive has the role of improving the toughness of the matrix resin and changing the viscoelasticity to optimize the viscosity, storage elastic modulus and thixotropic properties. The thermoplastic resin, thermoplastic elastomer or elastomer used as the additive may be used alone or in combination of two or more.

熱可塑性樹脂としては、主鎖に、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、尿素結合、チオエーテル結合、スルホン結合、イミダゾール結合およびカルボニル結合からなる群から選ばれた結合を有する熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。   The thermoplastic resin includes a group consisting of a carbon-carbon bond, amide bond, imide bond, ester bond, ether bond, carbonate bond, urethane bond, urea bond, thioether bond, sulfone bond, imidazole bond and carbonyl bond in the main chain. A thermoplastic resin having a bond selected from is preferably used.

中でも、例えばポリアクリレート、ナイロン、ポリアラミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンのようなエンジニアリングプラスチックに属する熱可塑性樹脂の一群がより好ましく用いられる。   Among them, for example, a group of thermoplastic resins belonging to engineering plastics such as polyacrylate, nylon, polyaramid, polyester, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polybenzimidazole, polyimide, polyetherimide, polysulfone and polyethersulfone are more preferably used.

耐熱性に優れることから、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンなどが特に好ましく使用される。この中でもポリエーテルスルホンは、硬化物の耐熱性と弾性率を維持したまま靭性を高めることができより好ましい。   From the viewpoint of excellent heat resistance, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone and the like are particularly preferably used. Among these, polyethersulfone is more preferable because it can increase toughness while maintaining the heat resistance and elastic modulus of the cured product.

また、これらの熱可塑性樹脂が熱硬化性樹脂との反応性の官能基を有することは、靭性向上および硬化樹脂の耐環境性維持の観点から好ましい。特に好ましい官能基としては、カルボキシル基、アミノ基および水酸基などが挙げられる。   Moreover, it is preferable that these thermoplastic resins have a functional group reactive with the thermosetting resin from the viewpoint of improving toughness and maintaining the environmental resistance of the cured resin. Particularly preferred functional groups include a carboxyl group, an amino group, and a hydroxyl group.

〔プリプレグ〕
本発明のプリプレグは、強化繊維基材に、前記成分(A)、(B)及び(C)を含有するエポキシ樹脂組成物が含浸してなるプリプレグである。
[Prepreg]
The prepreg of the present invention is a prepreg formed by impregnating a reinforcing fiber base material with an epoxy resin composition containing the components (A), (B) and (C).

該プリプレグにおいて、前記成分(C):ナイロン12微粒子は、プリプレグの内部よりも表面近傍に高濃度に分布している。ナイロン12微粒子が高濃度に分布している面は、プリプレグの片面であってもよく、両面であってもよい。ナイロン12微粒子が表面近傍に高濃度に分布していることで、複数のプリプレグを積層した際に、層間にナイロン12微粒子が局在化する。その結果、ナイロン12微粒子が破壊エネルギーを吸収するので、繊維強化複合材料のGICが向上する。 In the prepreg, the component (C): nylon 12 fine particles are distributed in a higher concentration near the surface than in the prepreg. The surface on which the nylon 12 fine particles are distributed at a high concentration may be one surface or both surfaces of the prepreg. Since the nylon 12 fine particles are distributed at a high concentration in the vicinity of the surface, the nylon 12 fine particles are localized between the layers when a plurality of prepregs are laminated. As a result, since nylon 12 particles absorb fracture energy, improves G IC of the fiber-reinforced composite material.

プリプレグの表面近傍におけるナイロン12微粒子の添加量は、プリプレグの単位面積あたり1〜20g/mが好ましく、7.5〜15g/mがより好ましい。 The addition amount of the nylon 12 fine particles in the vicinity of the surface of the prepreg is preferably 1 to 20 g / m 2 and more preferably 7.5 to 15 g / m 2 per unit area of the prepreg.

なお、本発明において「表面近傍」とは、プリプレグの厚さ100%に対し、表面から0〜30%の範囲内の領域のことである。本発明においては、この領域に90質量%以上のナイロン12微粒子が局在化しているものとする。   In the present invention, “near the surface” refers to a region within a range of 0 to 30% from the surface with respect to a thickness of 100% of the prepreg. In the present invention, it is assumed that 90 mass% or more of nylon 12 fine particles are localized in this region.

プリプレグ中のナイロン12微粒子の局在化の程度は、以下のようにして確認できる。   The degree of localization of the nylon 12 fine particles in the prepreg can be confirmed as follows.

まずプリプレグを2枚の平滑な支持板の間にはさんで密着させ、長時間かけて徐々に温度を挙げて硬化させる。この時に重要なのは可能な限り低温でゲル化させることである。ゲル化しないうちに温度を上げるとプリプレグ中の樹脂が流動し、ナイロン12微粒子が移動するため元のプリプレグ中における正確な粒子分布の評価が困難となる。   First, the prepreg is closely adhered between two smooth support plates, and is cured by gradually raising the temperature over a long period of time. What is important at this time is to make the gel as low as possible. If the temperature is raised before gelation, the resin in the prepreg flows and the nylon 12 fine particles move, making it difficult to accurately evaluate the particle distribution in the original prepreg.

ゲル化した後、さらに時間をかけて徐々に温度をかけてプリプレグを硬化させる。硬化したプリプレグを用いて、その断面を顕微鏡にて200倍以上に拡大して200mm×200mm以上の写真を撮影する。   After gelation, the prepreg is cured by gradually applying temperature over time. Using the cured prepreg, the cross section is magnified 200 times or more with a microscope and a photograph of 200 mm × 200 mm or more is taken.

得られた断面写真を用い、まず平均的なプリプレグ厚みを求める。プリプレグ1層の平均厚みは写真上で任意に選んだ少なくとも5ヶ所で測り、その平均をとる。   First, an average prepreg thickness is obtained using the obtained cross-sectional photograph. The average thickness of one prepreg layer is measured at at least five points arbitrarily selected on the photograph, and the average is taken.

次に、両方の支持板に接していた面からプリプレグの厚みの30%の位置にプリプレグの両方向と平行に線を引く。支持板に接していた面と30%の平行線の間に存在するナイロン12微粒子の断面積をプリプレグの両面について定量し、これとプリプレグ全幅に渡って存在するナイロン12微粒子の断面積を定量し、その比をとることによりプリプレグ表面からプリプレグの厚さの30%以内に存在する粒子量が算出される。   Next, a line is drawn in parallel to both directions of the prepreg at a position 30% of the thickness of the prepreg from the surface in contact with both support plates. The cross-sectional area of nylon 12 fine particles existing between the surface in contact with the support plate and 30% parallel lines is quantified on both sides of the prepreg, and the cross-sectional area of nylon 12 fine particles existing over the entire width of the prepreg is quantified. By taking the ratio, the amount of particles existing within 30% of the thickness of the prepreg from the prepreg surface is calculated.

粒子断面積の定量はイメージアナライザーにより行ってもよく、断面写真から所定の領域に存在する粒子部分をすべて切り取りその質量を秤ることにより行ってもよい。ナイロン12微粒子の部分的な分布のばらつきの影響を排除するため、この評価は得られた写真の幅全域に渡って行い、かつ、任意に選んだ5ヶ所以上の写真について同様の評価を行い、その平均をとる必要がある。   The quantification of the particle cross-sectional area may be performed by an image analyzer, or may be performed by cutting out all the particle portions existing in a predetermined region from the cross-sectional photograph and weighing the mass. In order to eliminate the influence of variation in the partial distribution of nylon 12 fine particles, this evaluation is performed over the entire width of the obtained photograph, and the same evaluation is performed for five or more arbitrarily selected photographs. It is necessary to take the average.

ナイロン12微粒子とベース樹脂との見分けがつきにくい時は、一方を選択的に染色して観察すればよい。   When it is difficult to distinguish between the nylon 12 fine particles and the base resin, one of them may be selectively dyed and observed.

顕微鏡としては光学顕微鏡を用いてもよく、走査型電子顕微鏡を用いてもよく、ナイロン12微粒子の大きさや染色方法によって使い分ければよい。   As the microscope, an optical microscope or a scanning electron microscope may be used, and it may be properly used depending on the size of the nylon 12 fine particles and the staining method.

本発明のエポキシ樹脂組成物を含浸させる強化繊維基材に特に制限は無く、炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、有機繊維、ボロン繊維、スチール繊維などを、トウ、クロス、チョップドファイバー、マットなどの形態で使用することができる。   There is no particular limitation on the reinforcing fiber base material impregnated with the epoxy resin composition of the present invention, and carbon fiber, graphite fiber, glass fiber, organic fiber, boron fiber, steel fiber, etc., such as tow, cloth, chopped fiber, mat, etc. Can be used in form.

これらの強化繊維のうち、炭素繊維や黒鉛繊維は比弾性率が良好で軽量化に大きな効果が認められるので本発明には好ましい。また、用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維または黒鉛繊維を用いることができる。   Among these reinforcing fibers, carbon fibers and graphite fibers are preferable in the present invention because they have good specific elastic modulus and a great effect on weight reduction. Also, any type of carbon fiber or graphite fiber can be used depending on the application.

〔繊維強化複合材料〕
本発明のプリプレグを、加熱し硬化させることにより繊維強化複合材料を得ることができる。特に、昇温速度1.8℃/分で昇温し加熱することにより、衝撃後圧縮強度および層間の引き剥がし変形に対して高い破壊靭性値を示す繊維強化複合材料を容易に得ることができる。
[Fiber-reinforced composite materials]
A fiber-reinforced composite material can be obtained by heating and curing the prepreg of the present invention. In particular, a fiber reinforced composite material showing a high fracture toughness value with respect to compressive strength after impact and delamination between layers can be easily obtained by heating at a heating rate of 1.8 ° C./min and heating. .

繊維強化複合材料の具体的な製造方法としては、オートクレーブ成形、シートラップ成形、プレス成形などの成形方法を用いることができるが、これらの成形方法に限られるものではない。   As a specific method for producing the fiber-reinforced composite material, a molding method such as autoclave molding, sheet wrap molding, and press molding can be used, but it is not limited to these molding methods.

本発明の繊維強化複合材料の用途に特に制限は無く、航空機用構造材料をはじめとして、自動車用途、船舶用途、スポーツ用途、その他の風車やロールなどの一般産業用途に使用できる。   There is no restriction | limiting in particular in the use of the fiber reinforced composite material of this invention, It can use for general industrial uses, such as a structural material for aircrafts, a motor vehicle use, a ship use, a sports use, and another windmill and a roll.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによってなんら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited at all by these.

実施例及び比較例に用いた各成分を以下に示す。
・jER828:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱化学株式会社製
・jER630:p−アミノフェノール型エポキシ樹脂、三菱化学株式会社製
・ELM−100:p−アミノクレゾール型エポキシ樹脂、住友化学株式会社製
・GAN:ジグリシジルアミノベンゼン型エポキシ樹脂、日本化薬株式会社製
・CY−184:ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ハンツマン株式会社製
・E2020P:ポリエーテルサルホン、BASF社製
・VESTSINT2159:ナイロン12微粒子、平均粒子径10μm、ダイセル・エボニック株式会社製
・4,4’−DDS:4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン(和歌山精化工業株式会社製、製品名:セイカキュアS)をジェットミルにて98%粒径が10μm以下の粒径になるまで粉砕したもの。なお、粒径はレーザー回折式粒度分布計(日機装株式会社製、製品名:AEROTRAC SPR MODEL7340)により計測した。
Each component used for the Example and the comparative example is shown below.
JER828: bisphenol A type epoxy resin, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation jER630: p-aminophenol type epoxy resin, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation ELM-100: p-aminocresol type epoxy resin, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., GAN : Diglycidylaminobenzene type epoxy resin, Nippon Kayaku Co., Ltd., CY-184: Hexahydrophthalic acid diglycidyl ester type epoxy resin, Huntsman Co., Ltd. E2020P: Polyethersulfone, BASF Corp. 12 fine particles, average particle size 10 μm, manufactured by Daicel-Evonik Co., Ltd., 4,4′-DDS: 4,4′-diaminodiphenylsulfone (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd., product name: Seika Cure S) using a jet mill 98% particle size is 10μm or less Which was ground to a particle size. The particle size was measured with a laser diffraction particle size distribution meter (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., product name: AEROTRAC SPR MODEL 7340).

[実施例1及び比較例1〜4]
表1に記載の組成のうち、エポキシ樹脂主剤およびE2020Pを180℃にセットしたプラネタリーミキサーで攪拌して均一に溶かし、60℃まで冷却した。次いで、ナイロン12微粒子及び硬化剤を加え、60℃にセットしたプラネタリーミキサーにて攪拌・混合し、エポキシ樹脂組成物を得た。
[Example 1 and Comparative Examples 1 to 4]
Among the compositions shown in Table 1, the epoxy resin main component and E2020P were stirred and dissolved uniformly with a planetary mixer set at 180 ° C., and cooled to 60 ° C. Subsequently, nylon 12 fine particles and a curing agent were added, and the mixture was stirred and mixed with a planetary mixer set at 60 ° C. to obtain an epoxy resin composition.

得られたエポキシ樹脂組成物を離型紙上に目付48g/mの目付で塗布し、樹脂フィルムとした。樹脂フィルムは2枚作製した。コーティング面が向かい合うように2枚のフィルムを並べ、2枚のフィルムの間に、炭素繊維(三菱レイヨン株式会社製、「MR50R」)を配置し、加熱プレスロールで加圧して炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させて一方向の一次プリプレグを作製した。この一次プリプレグは、炭素繊維目付(FAW)190g/m、ベース樹脂含有率(RC)34質量%であった。 The obtained epoxy resin composition was applied on a release paper with a basis weight of 48 g / m 2 to obtain a resin film. Two resin films were produced. Two films are arranged so that the coating surfaces face each other, and carbon fiber (Mitsubishi Rayon Co., Ltd., “MR50R”) is placed between the two films, and pressed with a heated press roll to epoxy the carbon fiber. Was impregnated to prepare a unidirectional primary prepreg. This primary prepreg had a carbon fiber basis weight (FAW) of 190 g / m 2 and a base resin content (RC) of 34% by mass.

得られた一次プリプレグを用い、以下の方法でGICの測定を行った。結果を表1に示す。 Using the obtained primary prepreg, it was measured G IC in the following manner. The results are shown in Table 1.

<モードI破壊靭性値(GIC)の測定>
測定はJIS K7086に従って実施した。ただし、積層構成は[0°]の方向に20枚積層とし、オートクレーブ内で1.8℃/min.の昇温速度で180℃まで昇温したのち、180℃の温度にて2時間加熱し、硬化させて成形板(繊維強化複合材料)を作製した。この間オートクレーブ内を0.7MPaに加圧し、バッグ内を真空に保った。得られた成形板から、試験片サイズを全長330.2mm×幅12.7mmとして試験片を切り出し、クロスヘッドスピードを25.4mm/minにて試験を実施した。
<Measurement of Mode I Fracture Toughness Value (G IC )>
The measurement was performed according to JIS K7086. However, the laminated structure is 20 laminated in the direction of [0 °] and is 1.8 ° C./min. In the autoclave. After the temperature was raised to 180 ° C. at a rate of temperature rise of 180 ° C., it was heated at 180 ° C. for 2 hours and cured to produce a molded plate (fiber reinforced composite material). During this time, the inside of the autoclave was pressurized to 0.7 MPa, and the inside of the bag was kept in vacuum. A test piece was cut out from the obtained molded plate with a test piece size of 330.2 mm in length and 12.7 mm in width, and the test was performed at a crosshead speed of 25.4 mm / min.

表1から明らかなように、本発明により得られたプリプレグは、複合材料としてGICが比較例に比べて良好である。 As apparent from Table 1, the prepregs obtained by the present invention are better than the G IC as a composite material in Comparative Example.

本発明のプリプレグを用いることにより、衝撃後圧縮強度および層間剪断強度に優れた繊維強化複合材料を提供することができる。該繊維強化複合材料は、モードI(層間の引き剥がし変形)での破壊靭性値(いわゆるGIC)、が高く航空機用構造材料用として最適である。 By using the prepreg of the present invention, a fiber-reinforced composite material excellent in compressive strength after impact and interlaminar shear strength can be provided. The fiber-reinforced composite material has a high fracture toughness value (so-called G IC ) in mode I (interlaminar peeling deformation) and is optimal for structural materials for aircraft.

Claims (3)

下記成分(A)、(B)及び(C)を含むプリプレグ用エポキシ樹脂組成物。
成分(A):下記一般式で示されるエポキシ樹脂

(上記一般式中、R〜Rは、各々独立に水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。)
成分(B):4,4’−ジアミノジフェニルスルホン
成分(C):ナイロン12微粒子
An epoxy resin composition for prepreg comprising the following components (A), (B) and (C).
Component (A): epoxy resin represented by the following general formula

(In said general formula, R < 1 > -R < 5 > represents a hydrogen atom, a halogen atom, or a C1-C8 alkyl group each independently.)
Component (B): 4,4′-diaminodiphenyl sulfone Component (C): Nylon 12 fine particles
強化繊維基材に、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物が含浸してなるプリプレグ。   A prepreg formed by impregnating a reinforcing fiber substrate with the epoxy resin composition according to claim 1. 請求項2に記載のプリプレグを用い、昇温速度1.8℃/分で加熱し成形する、繊維強化複合材料の成形方法。   A method for molding a fiber reinforced composite material, wherein the prepreg according to claim 2 is used for heating and molding at a heating rate of 1.8 ° C / min.
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