JP2018012797A - Epoxy resin composition, prepreg, resin cured product and fiber-reinforced composite material - Google Patents

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

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古川 浩司
Koji Furukawa
浩司 古川
厚仁 新井
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厚仁 新井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epoxy resin composition for producing a prepreg having excellent curability to permit short-time curing and resin flowability and a fiber-reinforced composite material expressing high tensile strength.SOLUTION: An epoxy resin composition contains an epoxy compound [A], an episulfide compound [B] in which at least one oxirane ring of the epoxy compound is substituted with a thiirane ring, a curing agent [C] and a thermoplastic resin [D]. A content of [D] is 1-30 pts.mass relative to the total amount of [A] and [B], 100 pts.mass.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は短時間で硬化可能な優れた硬化性と成形性、および高い引張強度を兼ね備えた繊維強化複合材料を製造するためのエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物が強化繊維に含浸されてなるプリプレグ、エポキシ樹脂組成物を硬化させてなる樹脂硬化物、およびエポキシ樹脂組成物と強化繊維からなる繊維強化複合材料に関するものである。   The present invention is an epoxy resin composition for producing a fiber-reinforced composite material having excellent curability and moldability that can be cured in a short time, and high tensile strength, and the reinforcing fiber is impregnated with the reinforcing fiber. The present invention relates to a prepreg, a cured resin obtained by curing an epoxy resin composition, and a fiber-reinforced composite material composed of an epoxy resin composition and reinforcing fibers.

従来、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂からなる繊維強化複合材料は、軽量でありながら、強度や剛性などの力学特性や耐熱性、また耐食性に優れているため、航空・宇宙、自動車、鉄道車両、船舶、土木建築およびスポーツ用品などの数多くの分野に応用されてきた。特に、高性能が要求される用途では、連続した強化繊維を用いた繊維強化複合材料が用いられ、強化繊維としては比強度、比弾性率に優れた炭素繊維が、そしてマトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂、中でも特に炭素繊維との接着性、耐熱性、弾性率および耐薬品性を有し、硬化収縮が最小限であるエポキシ樹脂が多く用いられてきた。   Conventionally, fiber-reinforced composite materials made of carbon fiber, glass fiber, and other reinforcing fibers and epoxy resins, phenol resins, and other thermosetting resins are lightweight, yet have mechanical properties such as strength and rigidity, heat resistance, and corrosion resistance. It has been applied to many fields such as aviation / space, automobiles, rail cars, ships, civil engineering and sports equipment. Especially in applications where high performance is required, fiber reinforced composite materials using continuous reinforcing fibers are used, carbon fibers with excellent specific strength and specific elastic modulus are used as reinforcing fibers, and thermosetting is used as a matrix resin. In particular, epoxy resins having adhesiveness to carbon fiber, heat resistance, elastic modulus and chemical resistance and minimal curing shrinkage have been used.

その中で、優れた強度特性および耐久安定性の求められる航空宇宙用途向け複合材料のマトリックス樹脂では、その高い要求機械特性に応えるために、芳香族アミン硬化剤、とくにジアミノジフェニルスルホンが一般に用いられている。しかしながら、このジアミノジフェニルスルホンは硬化に180℃近い高温が必要であり、成形中にエポキシ樹脂の粘度が低くなりすぎてしまうことが多かった。   Among them, aromatic amine curing agents, especially diaminodiphenylsulfone, are generally used in the matrix resins for composite materials for aerospace applications that require excellent strength characteristics and durability stability. ing. However, this diaminodiphenyl sulfone requires a high temperature close to 180 ° C. for curing, and the viscosity of the epoxy resin often becomes too low during molding.

そこで、潜在性硬化促進剤を用いてこの反応開始温度を低くし、低温で硬化させることにより樹脂のフローを制御する方法が提案されている(特許文献1)。   Then, the method of controlling the flow of resin by making this reaction start temperature low using a latent hardening accelerator and making it harden | cure at low temperature is proposed (patent document 1).

また、エポキシ樹脂に速硬化性を付与する手法の一つとして、エポキシ樹脂にエピスルフィド樹脂を配合する手法が知られている(特許文献2、3)。   In addition, as one method for imparting rapid curability to an epoxy resin, a method of blending an episulfide resin with an epoxy resin is known (Patent Documents 2 and 3).

さらに、プリプレグのタック性の制御、プリプレグを加熱硬化する時のマトリックス樹脂の流動性を制御するために熱可塑性樹脂を配合する方法が提案されている(特許文献4)。   Furthermore, a method of blending a thermoplastic resin has been proposed in order to control the tackiness of the prepreg and to control the fluidity of the matrix resin when the prepreg is heat-cured (Patent Document 4).

国際公開第01/081445号International Publication No. 01/081445 国際公開第00/046317号International Publication No. 00/046317 特開平11−222582号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-222582 特開2007−191633号公報JP 2007-191633 A

しかし、特許文献1に記載の方法では、樹脂硬化物の耐熱性を維持するためには2段階に高温で硬化する必要があり、結果的に成形に要する時間が長くなるという課題があった。   However, in the method described in Patent Document 1, in order to maintain the heat resistance of the cured resin, it is necessary to cure at a high temperature in two stages, resulting in a problem that the time required for molding becomes long.

また、特許文献2、3に記載の技術は樹脂組成物の硬化性や室温での20℃〜25℃の安定性についてのみ言及され、いずれもプリプレグ製造温度である80℃での熱安定性が乏しいものであった。また繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として使用する際の成形性や、得られる繊維強化複合材料の力学特性については何ら記述が無く、その効果は不明であった。   In addition, the techniques described in Patent Documents 2 and 3 are referred only to the curability of the resin composition and the stability at 20 ° C. to 25 ° C. at room temperature, both of which have thermal stability at 80 ° C., which is the prepreg manufacturing temperature. It was scarce. Moreover, there was no description about the moldability when using the fiber-reinforced composite material as a matrix resin and the mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material, and the effect was unknown.

さらに、特許文献4に記載の方法では、樹脂組成物を所望の粘度とするためには多量の熱可塑性樹脂を配合する必要があり、耐熱性や耐溶剤性が低下するという課題があった。   Furthermore, in the method described in Patent Document 4, in order to obtain a resin composition having a desired viscosity, it is necessary to add a large amount of thermoplastic resin, and there is a problem that heat resistance and solvent resistance are lowered.

そこで本発明の目的は、短時間で硬化する優れた硬化性を兼ね備えたエポキシ樹脂組成物と、それを使用した成形性に優れるプリプレグ、および高い引張強度を発現する繊維強化複合材料を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an epoxy resin composition having excellent curability that cures in a short time, a prepreg excellent in moldability using the composition, and a fiber-reinforced composite material that exhibits high tensile strength. It is in.

本発明は、かかる課題を解決するために次のような手段を採用するものである。すなわち、下記構成要素[A]〜[D]を含み、かつ構成要素[A]と構成要素[B]の総量100質量部に対して構成要素[D]を1〜30質量部含むエポキシ樹脂組成物である。
[A]:エポキシ化合物
[B]:エポキシ化合物のオキシラン環の少なくとも1つがチイラン環に置換されたエピスルフィド化合物
[C]:硬化剤
[D]:熱可塑性樹脂。
The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, an epoxy resin composition including the following constituent elements [A] to [D] and 1 to 30 parts by mass of the constituent element [D] with respect to 100 parts by mass of the total amount of the constituent elements [A] and [B]. It is a thing.
[A]: Epoxy compound [B]: Episulfide compound in which at least one of the oxirane rings of the epoxy compound is substituted with a thiirane ring [C]: Curing agent [D]: Thermoplastic resin.

また、本発明のプリプレグは、上記のエポキシ樹脂組成物を強化繊維に含浸させてなる。   Moreover, the prepreg of the present invention is obtained by impregnating reinforcing fibers with the above epoxy resin composition.

さらに、本発明の樹脂硬化物は、エポキシ樹脂組成物を硬化させてなる。   Furthermore, the resin cured product of the present invention is obtained by curing an epoxy resin composition.

また、本発明の繊維強化複合材料は、上記プリプレグを硬化させてなる、または、上記樹脂硬化物と強化繊維を含んでなる。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is obtained by curing the prepreg, or comprises the cured resin and the reinforcing fiber.

本発明によれば、エポキシ樹脂組成物にエピスルフィド樹脂と熱可塑性樹脂を配合することで、短時間で成形可能な高い硬化性を有し、なおかつ成形時の樹脂フロー量が適切なエポキシ樹脂組成物を提供できる。また、本発明のエポキシ樹脂組成物およびプリプレグを硬化してなる繊維強化複合材料は、従来のエピスルフィド樹脂を配合しない繊維強化複合材料と比較して短時間の成形が可能となるため、航空機構造部材、風車の羽根、自動車外板およびICトレイやノートパソコンの筐体などのコンピュータ用途等の適用製品の成形時間および成形コストを大きく低減させることが可能である。加えて、本発明のエポキシ樹脂組成物およびプリプレグを硬化してなる繊維強化複合材料は、従来のエピスルフィド樹脂および熱可塑性樹脂を配合しない繊維強化複合材料と比較して極めて高い引張強度の発現が可能となる。   According to the present invention, an epoxy resin composition having a high curability that can be molded in a short time and an appropriate resin flow amount during molding by blending an epoxy sulfide resin and a thermoplastic resin into the epoxy resin composition. Can provide. In addition, the fiber reinforced composite material obtained by curing the epoxy resin composition and the prepreg of the present invention can be molded in a shorter time than a conventional fiber reinforced composite material not containing an episulfide resin. It is possible to greatly reduce the molding time and molding cost of applied products such as wind turbine blades, automobile outer plates and computer trays such as IC trays and casings of notebook computers. In addition, the fiber reinforced composite material obtained by curing the epoxy resin composition and prepreg of the present invention can exhibit extremely high tensile strength as compared with the fiber reinforced composite material not containing conventional episulfide resin and thermoplastic resin. It becomes.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、下記構成要素[A]〜[D]を含み、かつ構成要素[A]と構成要素[B]の総量100質量部に対して構成要素[D]を1〜30質量部含むエポキシ樹脂組成物である。
[A]:エポキシ化合物
[B]:エポキシ化合物のオキシラン環の少なくとも1つがチイラン環に置換されたエピスルフィド化合物
[C]:硬化剤
[D]:熱可塑性樹脂。
The epoxy resin composition of the present invention contains the following constituent elements [A] to [D], and the constituent element [D] is 1 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass in total of the constituent elements [A] and [B]. An epoxy resin composition containing 30 parts by mass.
[A]: Epoxy compound [B]: Episulfide compound in which at least one of the oxirane rings of the epoxy compound is substituted with a thiirane ring [C]: Curing agent [D]: Thermoplastic resin.

本発明で用いる構成要素[A]は、1分子中に2個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂が好ましく例示される。1分子中にグリシジル基が2個未満のエポキシ樹脂の場合、後述する硬化剤と混合した混合物を加熱硬化して得られる硬化物のガラス転移温度が低くなるため好ましくない。本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、例えばビスフェノール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AD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールAジグリシジルエーテルなどの臭素化エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、フルオレン骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−3−メチルフェノール、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−2,2’−ジエチル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジンなどのグリシジルアミン型エポキシ樹脂、レゾルシンジグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレートなどを挙げることができる。中でも、航空、宇宙機用途などの場合、高いガラス転移温度や弾性率を有する硬化物が得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂を含むことが好ましい。   The component [A] used in the present invention is preferably an epoxy resin having two or more glycidyl groups in one molecule. In the case of an epoxy resin having less than 2 glycidyl groups in one molecule, the glass transition temperature of a cured product obtained by heating and curing a mixture mixed with a curing agent described later is not preferable. Examples of the epoxy resin used in the present invention include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, bisphenol AD type epoxy resins, bisphenol type epoxy resins such as bisphenol S type epoxy resins, and tetrabromobisphenol A diglycidyl ether. Novolak type such as brominated epoxy resin, epoxy resin having biphenyl skeleton, epoxy resin having naphthalene skeleton, epoxy resin having fluorene skeleton, epoxy resin having dicyclopentadiene skeleton, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin Epoxy resin, N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol, N, N, O-triglycidyl 4-amino-3-methylphenol, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-methylenedianiline, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-2,2′-diethyl Glycidylamines such as -4,4'-methylenedianiline, N, N, N ', N'-tetraglycidyl-m-xylylenediamine, N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyl-o-toluidine Type epoxy resin, resorcin diglycidyl ether, triglycidyl isocyanurate and the like. Among these, in the case of aviation, spacecraft applications, etc., it is preferable to include a glycidylamine type epoxy resin from which a cured product having a high glass transition temperature and elastic modulus can be obtained.

これらのエポキシ樹脂は、単独で用いてもよいし、適宜配合して用いてもよい。任意の温度において流動性を示すエポキシ樹脂と、任意の温度において流動性を示さないエポキシ樹脂を配合することは、得られるプリプレグを熱硬化する時の、マトリックス樹脂の流動性制御に有効である。例えば、熱硬化時において、マトリックス樹脂がゲル化するまでの間に示す流動性が大きいと、強化繊維の配向に乱れを生じたり、マトリックス樹脂が系外に流れ出すことにより、繊維質量含有率が所定の範囲から外れたりすることがあり、その結果、得られる繊維強化複合材料の力学物性が低下する可能性がある。また、任意の温度において様々な粘弾性挙動を示すエポキシ樹脂を複数種組み合わせることは、得られるプリプレグのタック性やドレープ性を適切なものとするためにも有効である。   These epoxy resins may be used alone or in combination as appropriate. Mixing an epoxy resin exhibiting fluidity at an arbitrary temperature and an epoxy resin not exhibiting fluidity at an arbitrary temperature is effective in controlling the fluidity of the matrix resin when the resulting prepreg is thermoset. For example, if the fluidity shown until the matrix resin is gelled at the time of thermosetting is large, the orientation of the reinforcing fibers is disturbed or the matrix resin flows out of the system, so that the fiber mass content is predetermined. As a result, the mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material may be reduced. Further, combining a plurality of epoxy resins exhibiting various viscoelastic behaviors at an arbitrary temperature is also effective for making the tackiness and draping properties of the obtained prepreg appropriate.

本発明のエポキシ樹脂組成物には、耐熱性や機械物性に対し著しい低下を及ぼさない範囲であれば、1分子中に1個のエポキシ基しか有していないモノエポキシ化合物や、脂環式エポキシ樹脂などを適宜配合することができる。   In the epoxy resin composition of the present invention, a monoepoxy compound having only one epoxy group in one molecule or an alicyclic epoxy is used as long as the heat resistance and mechanical properties are not significantly reduced. Resins and the like can be appropriately blended.

本発明における構成要素[B]は、エポキシ化合物のオキシラン環の少なくとも1つがチイラン環に置換されたエピスルフィド化合物である。かかるエピスルフィド化合物は、分子内にチイラン環のみを有する化合物、あるいは分子内チイラン環とオキシラン環を併有する化合物のいずれであってもよい。   Component [B] in the present invention is an episulfide compound in which at least one of the oxirane rings of the epoxy compound is substituted with a thiirane ring. Such an episulfide compound may be either a compound having only a thiirane ring in the molecule or a compound having both an intramolecular thiirane ring and an oxirane ring.

本発明で用いる構成要素[B]の基本骨格は特に限定されるものではないが、構成要素[A]で示したようなエポキシ化合物と同様の骨格を有するエピスルフィド化合物が好ましく例示される。例えばビスフェノールA型エピスルフィド樹脂、ビスフェノールF型エピスルフィド樹脂、ビスフェノールAD型エピスルフィド樹脂、ビスフェノールS型エピスルフィド樹脂などのビスフェノール型エピスルフィド樹脂、臭素化エピスルフィド樹脂、ビフェニル骨格を有するエピスルフィド樹脂、ナフタレン骨格を有するエピスルフィド樹脂、フルオレン骨格を有するエピスルフィド樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するエピスルフィド樹脂、フェノールノボラック型エピスルフィド樹脂、クレゾールノボラック型エピスルフィド樹脂などのノボラック型エピスルフィド樹脂、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノールのチイラン化物、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノールのチイラン化物、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−3−メチルフェノールのチイラン化物、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−メチレンジアニリンのチイラン化物、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−2,2’−ジエチル−4,4’−メチレンジアニリンのチイラン化物、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミンのチイラン化物、N,N−ジグリシジルアニリンのチイラン化物、N,N−ジグリシジル−o−トルイジンのチイラン化物、レゾルシンジグリシジルエーテルのチイラン化物、トリグリシジルイソシアヌレートのチイラン化物などを挙げることができる。   The basic skeleton of the component [B] used in the present invention is not particularly limited, but an episulfide compound having a skeleton similar to the epoxy compound as shown in the component [A] is preferably exemplified. For example, bisphenol A type episulfide resin, bisphenol F type episulfide resin, bisphenol AD type episulfide resin, bisphenol type episulfide resin such as bisphenol S type episulfide resin, brominated episulfide resin, episulfide resin having biphenyl skeleton, episulfide resin having naphthalene skeleton, Episulfide resins having a fluorene skeleton, episulfide resins having a dicyclopentadiene skeleton, novolak-type episulfide resins such as phenol novolak-type episulfide resins, cresol novolak-type episulfide resins, thiiranes of N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol thiirane, N, N, O-to Thiairanide of glycidyl-4-amino-3-methylphenol, thiirane of N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-methylenedianiline, N, N, N ′, N′-tetra Thiairanide of glycidyl-2,2′-diethyl-4,4′-methylenedianiline, thiirane of N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-m-xylylenediamine, N, N-diglycidylaniline And thiiranes of N, N-diglycidyl-o-toluidine, resorcin diglycidyl ether, and triglycidyl isocyanurate.

構成要素[B]として、一般式(I)(式中、Xは酸素原子または硫黄原子である。)で示されるグリシジルアミノ基をチイラン化した構造を有するエピスルフィド化合物を用いると、エポキシ樹脂組成物に優れた速硬化性を付与できるほか、優れた耐熱性や弾性率を有する樹脂硬化物が得られるため好ましい。   When an episulfide compound having a structure in which a glycidylamino group represented by the general formula (I) (wherein X is an oxygen atom or a sulfur atom) is thiiraned is used as the component [B], an epoxy resin composition In addition to being able to impart excellent quick curability to the resin, a cured resin product having excellent heat resistance and elastic modulus can be obtained, which is preferable.

Figure 2018012797
Figure 2018012797

また、構成要素[B]として、一般式(II)で示されるグリシジルエーテル基をチイラン化した構造を有するエピスルフィド化合物を用いると、エポキシ樹脂組成物の優れた熱安定性が得られるため好ましい。   Moreover, it is preferable to use an episulfide compound having a structure obtained by thiirane-forming a glycidyl ether group represented by the general formula (II) as the constituent element [B] because the excellent thermal stability of the epoxy resin composition can be obtained.

Figure 2018012797
Figure 2018012797

これらのエピスルフィド化合物は、単独で用いてもよいし、適宜配合して用いてもよい。任意の温度において流動性を示すエピスルフィド樹脂と、任意の温度において流動性を示さないエピスルフィド樹脂を配合することは、得られるプリプレグを熱硬化する時の、マトリックス樹脂の流動性制御に有効である。例えば、熱硬化時において、マトリックス樹脂がゲル化するまでの間に示す流動性が大きいと、強化繊維の配向に乱れを生じたり、マトリックス樹脂が系外に流れ出すことにより、繊維質量含有率が所定の範囲から外れたりすることがあり、その結果、得られる繊維強化複合材料の力学物性が低下する可能性がある。また、任意の温度において様々な粘弾性挙動を示すエポキシ樹脂を複数種組み合わせることは、得られるプリプレグのタック性やドレープ性を適切なものとするためにも有効である。   These episulfide compounds may be used singly or may be appropriately blended and used. Mixing an episulfide resin exhibiting fluidity at an arbitrary temperature and an episulfide resin not exhibiting fluidity at an arbitrary temperature is effective in controlling the fluidity of the matrix resin when the resulting prepreg is thermoset. For example, if the fluidity shown until the matrix resin is gelled at the time of thermosetting is large, the orientation of the reinforcing fibers is disturbed or the matrix resin flows out of the system, so that the fiber mass content is predetermined. As a result, the mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material may be reduced. Further, combining a plurality of epoxy resins exhibiting various viscoelastic behaviors at an arbitrary temperature is also effective for making the tackiness and draping properties of the obtained prepreg appropriate.

本発明のエポキシ樹脂組成物には、耐熱性や機械物性に対し著しい低下を及ぼさない範囲であれば、1分子中に1個のエピスルフィド基しか有していないモノエピスルフィド化合物や、脂環式エピスルフィド樹脂などを適宜配合することができる。   In the epoxy resin composition of the present invention, a monoepisulfide compound having only one episulfide group per molecule, or an alicyclic episulfide, as long as the heat resistance and mechanical properties are not significantly reduced. Resins and the like can be appropriately blended.

本発明の構成要素[B]は各種方法で製造することができる。例えば、エポキシ化合物のオキシラン環にチア化剤を反応させ、チイラン環を生成する方法が挙げられる。チア化剤としてはオキシラン環と反応してチイラン環を生成する化合物であれば、特に限定されるものではない。例えば、チオ尿素類やチオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム、チオシアン酸アンモニウム等のチオシアン酸塩類からなる群より選択されたチア化剤を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。   The component [B] of the present invention can be produced by various methods. For example, a method of producing a thiirane ring by reacting an oxirane ring of an epoxy compound with a thialating agent. The thialating agent is not particularly limited as long as it is a compound that reacts with an oxirane ring to form a thiirane ring. For example, a thiating agent selected from the group consisting of thiocyanates such as thiureas, sodium thiocyanate, potassium thiocyanate, and ammonium thiocyanate may be used alone, or two or more types may be used in combination. .

構成要素[B]のエピスルフィド化合物において、オキシラン環とチイラン環の合計数に占めるチイラン環数の比率(以下、チイラン化率とも言う。)は、以下の式(1)で求められる。
エピスルフィド化合物のチイラン化率=(エピスルフィド化合物中のチイラン環の数/(エピスルフィド化合物中のオキシラン環の数+エピスルフィド化合物中のチイラン環の数))×100・・・式(1)。
In the episulfide compound of the component [B], the ratio of the number of thiirane rings to the total number of oxirane rings and thiirane rings (hereinafter also referred to as the thiirane conversion rate) is obtained by the following formula (1).
Rate of thiirane of episulfide compound = (number of thiirane rings in episulfide compound / (number of oxirane rings in episulfide compound + number of thiirane rings in episulfide compound)) × 100 (1)

ここでエピスルフィド化合物中のオキシラン環とチイラン環の数は、H−NMRで測定することができる。すなわち、サンプル瓶に10mgのサンプルを入れ、クロロホルム−d(和光純薬工業(株)製)を加えて1gとした溶液を、直径5mmφのNMRチューブに移し、フーリエ変換核磁気共鳴装置Spectrospin400型(Bruker社製)にて周波数400MHz、核種H、積算回数200回の条件でH−NMR測定する。得られたスペクトルのオキシラン環に由来するピークの積分値と、チイラン環に由来するピークの積分値を求め、その比率をそれぞれオキシラン環の数とチイラン環の数の比率とするものである。 Here, the number of oxirane rings and thiirane rings in the episulfide compound can be measured by 1 H-NMR. That is, a 10 mg sample was placed in a sample bottle, and a solution of 1 g added with chloroform-d (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was transferred to an NMR tube having a diameter of 5 mmφ, and a Fourier transform nuclear magnetic resonance apparatus Spectrospin 400 type ( 1 H-NMR measurement is performed under the conditions of frequency 400 MHz, nuclide H, and the number of integrations of 200 times. In the obtained spectrum, the integrated value of the peak derived from the oxirane ring and the integrated value of the peak derived from the thiirane ring are obtained, and the ratio is set as the ratio of the number of oxirane rings and the number of thiirane rings, respectively.

構成要素[B]のチイラン化率は特に限定されるものではないが、硬化速度の観点から5〜100%が好ましく、より好ましくは20〜100%、さらに好ましくは30〜100%である。構成要素[B]のチイラン化率が高いほど、配合量がわずかであっても得られるエポキシ樹脂組成物に優れた速硬化性が付与でき、生産性に優れる。構成要素[B]のチイラン化率は、例えば上記のエポキシ化合物のオキシラン環をチイラン環に変換する反応に用いるチア化剤の配合量や、チア化反応時間を変更することで任意に制御することができる。   Although the rate of thiirane formation of the component [B] is not particularly limited, it is preferably 5 to 100%, more preferably 20 to 100%, still more preferably 30 to 100% from the viewpoint of the curing rate. As the thiirane conversion rate of the constituent element [B] is higher, excellent quick curability can be imparted to the resulting epoxy resin composition even if the blending amount is small, and the productivity is excellent. The rate of thiirane formation of the component [B] can be arbitrarily controlled, for example, by changing the amount of the thialating agent used in the reaction for converting the oxirane ring of the epoxy compound to a thiirane ring, or the thialation reaction time. Can do.

本発明のエポキシ樹脂組成物中に含まれるチイラン環の配合率(以下、チイラン環配合率とも言う。)は、以下の式(2)で求められる。
エポキシ樹脂組成物中のチイラン環配合率=(エポキシ樹脂組成物中のチイラン環の数/(エポキシ樹脂組成物中のオキシラン環の数+エポキシ樹脂組成物中のチイラン環の数))×100・・・式(2)。
The blending ratio of thiirane rings contained in the epoxy resin composition of the present invention (hereinafter also referred to as thiirane ring blending ratio) is determined by the following formula (2).
Mixing ratio of thiirane rings in the epoxy resin composition = (number of thiirane rings in the epoxy resin composition / (number of oxirane rings in the epoxy resin composition + number of thiirane rings in the epoxy resin composition)) × 100 · -Formula (2).

ここでエポキシ樹脂組成物中のオキシラン環とチイラン環の数は、エピスルフィド化合物と同様の方法で、H−NMRにより測定することができる。 Here, the number of oxirane rings and thiirane rings in the epoxy resin composition can be measured by 1 H-NMR in the same manner as for the episulfide compound.

本発明のエポキシ樹脂組成物のチイラン環配合率は5〜40%であることが好ましく、より好ましくは5〜30%、さらに好ましくは10〜30%である。チイラン環配合率をかかる範囲とすることで、得られるエポキシ樹脂組成物の速硬化性と樹脂混練工程やプリプレグ製造工程中におけるエポキシ樹脂組成物の熱安定性のバランスをとることができる。熱安定性が向上することで、エポキシ樹脂組成物の粘度が増大することによる強化繊維への含浸不良やプリプレグのタック性の低下を抑制できる。ここでいう熱安定性とは、エポキシ樹脂組成物の室温〜80℃といった低温領域における粘度安定性をいう。評価方法としては、例えば動的粘弾性測定により、80℃で2時間維持したときのエポキシ樹脂組成物の粘度変化を評価することで確認できる。   It is preferable that the thiirane ring compounding rate of the epoxy resin composition of this invention is 5 to 40%, More preferably, it is 5 to 30%, More preferably, it is 10 to 30%. By setting the blend ratio of the thiirane ring in such a range, it is possible to balance the rapid curability of the obtained epoxy resin composition and the thermal stability of the epoxy resin composition during the resin kneading process and the prepreg manufacturing process. By improving the thermal stability, it is possible to suppress poor impregnation of the reinforcing fibers and a decrease in tackiness of the prepreg due to an increase in the viscosity of the epoxy resin composition. The thermal stability here refers to the viscosity stability of the epoxy resin composition in a low temperature region such as room temperature to 80 ° C. As an evaluation method, it can confirm by evaluating the viscosity change of an epoxy resin composition when it maintains at 80 degreeC for 2 hours, for example by a dynamic viscoelasticity measurement.

本発明のエポキシ樹脂組成物において、構成要素[A]および構成要素[B]の総量100質量部中に官能基数が3以上の化合物を30〜90質量部配合することが好ましく、より好ましくは40〜90質量部、さらに好ましくは50〜80質量部である。ここで言う官能基数とは、構成要素[A]または構成要素[B]1分子に含まれるオキシラン環とチイラン環の合計数である。官能基数が3以上の化合物の配合量をかかる範囲とすることで、得られるエポキシ樹脂組成物の耐熱性や弾性率を優れたものにできるため好ましい。エポキシ樹脂組成物中に含まれる官能基数が3以上の化合物の配合量がかかる範囲であれば、構成要素[A]のみに官能基数が3以上の組成物を含む場合や、構成要素[B]のみに官能基数が3以上の組成物を含む場合、構成要素[A]と構成要素[B]の両方に官能基数が3以上の組成物を含む場合のいずれであってもよい。   In the epoxy resin composition of the present invention, it is preferable to blend 30 to 90 parts by mass of a compound having 3 or more functional groups in a total amount of 100 parts by mass of the component [A] and the component [B], more preferably 40. -90 mass parts, More preferably, it is 50-80 mass parts. The number of functional groups referred to here is the total number of oxirane rings and thiirane rings contained in one molecule of component [A] or component [B]. By making the compounding quantity of a compound with 3 or more functional groups into such a range, it is preferable since the heat resistance and elastic modulus of the resulting epoxy resin composition can be made excellent. If the compounding amount of the compound having 3 or more functional groups contained in the epoxy resin composition is within a range, the component [A] may contain a composition having 3 or more functional groups or the component [B]. In the case where only the composition having 3 or more functional groups is included, any of the cases in which both the component [A] and the component [B] include a composition having 3 or more functional groups may be used.

本発明における構成要素[C]は、本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化するための硬化剤である。かかる硬化剤としてはエポキシ樹脂組成物を硬化させるものであれば特に限定はなく、芳香族アミンや、脂肪族アミンなどのアミン類、酸無水物類、ポリアミノアミド類、有機酸ヒドラジド類、フェノール樹脂、イソシアネート類、およびジシアンジアミド類などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、併用してもよい。   Component [C] in the present invention is a curing agent for thermally curing the epoxy resin composition of the present invention. Such a curing agent is not particularly limited as long as it cures an epoxy resin composition, and includes amines such as aromatic amines and aliphatic amines, acid anhydrides, polyaminoamides, organic acid hydrazides, and phenol resins. , Isocyanates, and dicyandiamides. These may be used alone or in combination.

構成要素[C]として芳香族アミン化合物を配合することは、得られる樹脂硬化物の力学特性や耐熱性に優れることから好ましい。かかる芳香族アミン化合物としては、例えば、3,3’−ジイソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトライソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジイソプロピル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラ−t−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、m−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、ジエチルトルエンジアミンなどが挙げられる。   It is preferable to mix an aromatic amine compound as the component [C] because the cured resin obtained is excellent in mechanical properties and heat resistance. Examples of the aromatic amine compound include 3,3′-diisopropyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-di-t-butyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, and 3,3′-diethyl. -5,5'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diisopropyl-5,5'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di-t-butyl-5 , 5′-dimethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3 ′, 5,5′-tetraethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-diisopropyl-5,5′-diethyl-4, 4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di-t-butyl-5,5'-diethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3 ', 5,5'-tetra Sopropyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-di-t-butyl-5,5′-diisopropyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3 ′, 5,5′-tetra-t- Butyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, m-phenylenediamine, m-xylylenediamine, diethyltoluenediamine Etc.

中でも、航空、宇宙機用途などの場合、耐熱性、弾性率に優れ、さらに線膨張係数および吸水による耐熱性の低下が小さい硬化物が得られる4,4’−ジアミノジフェニルスルホンおよび3,3’−ジアミノジフェニルスルホンが用いることが好ましい。これらの芳香族アミン化合物は単独で用いてもよいし、適宜配合して用いてもよい。また、他成分との混合時は粉体、液体いずれの形態でもよく、粉体と液体の芳香族アミン化合物を混合して用いても良い。   In particular, in the case of aviation, spacecraft applications, etc., 4,4′-diaminodiphenylsulfone and 3,3 ′ are obtained which are excellent in heat resistance and elastic modulus, and can obtain a cured product with small reduction in heat resistance due to linear expansion coefficient and water absorption. -Diaminodiphenyl sulfone is preferably used. These aromatic amine compounds may be used singly or may be appropriately blended and used. When mixing with other components, either powder or liquid form may be used, and powder and liquid aromatic amine compounds may be mixed and used.

本発明において、構成要素[C]の配合量は、構成要素[A]と構成要素[B]に含まれるオキシラン環とチイラン環の総量1.0当量に対し、構成要素[C]の活性水素の合計が0.6〜1.3当量の範囲になる量であることが好ましく、より好ましくは0.7〜1.2当量、さらに好ましくは0.7〜1.1当量になるように配合することである。ここで、活性水素とは有機化合物において窒素、酸素、硫黄と結合していて反応性の高い水素原子をいい、例えばアミノ基の活性水素は2個である。オキシラン環およびチイラン環の総量と硬化剤の活性水素の比率が所定の前記の範囲内である場合、得られる樹脂硬化物の耐熱性や弾性率に優れることから好ましい。   In the present invention, the compounding amount of the component [C] is the active hydrogen of the component [C] with respect to 1.0 equivalent of the total amount of oxirane ring and thiirane ring contained in the component [A] and the component [B]. It is preferable that the total amount is 0.6 to 1.3 equivalents, more preferably 0.7 to 1.2 equivalents, and even more preferably 0.7 to 1.1 equivalents. It is to be. Here, active hydrogen means a highly reactive hydrogen atom bonded to nitrogen, oxygen, or sulfur in an organic compound. For example, the active hydrogen of an amino group is two. When the ratio of the total amount of oxirane rings and thiirane rings and the active hydrogen of the curing agent is within the predetermined range, it is preferable because the obtained cured resin has excellent heat resistance and elastic modulus.

本発明における構成要素[C]に加えて、エポキシ樹脂組成物の耐熱性と熱安定性を損ねない範囲で他の硬化促進剤と併用しても良い。他の硬化促進剤としては、例えば、三級アミン、ルイス酸錯体、オニウム塩、イミダゾール化合物、尿素化合物、ヒドラジド化合物などが挙げられる。他の硬化促進剤の配合量は、使用する種類により適宜調整する必要があるが、全エポキシ樹脂100質量部に対し、10質量部以下、好ましくは5質量部以下である。他の硬化促進剤の配合量をかかる範囲以下にすると、得られるエポキシ樹脂組成物の熱安定性の低下を抑制できる。   In addition to the component [C] in the present invention, the epoxy resin composition may be used in combination with another curing accelerator as long as the heat resistance and thermal stability of the epoxy resin composition are not impaired. Examples of other curing accelerators include tertiary amines, Lewis acid complexes, onium salts, imidazole compounds, urea compounds, and hydrazide compounds. The blending amount of the other curing accelerator needs to be adjusted as appropriate depending on the type to be used, but is 10 parts by mass or less, preferably 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin. When the blending amount of the other curing accelerator is within the above range, a decrease in thermal stability of the resulting epoxy resin composition can be suppressed.

本発明における構成要素[D]は、得られるエポキシ樹脂組成物の粘度制御、プリプレグのタック性の制御、プリプレグを加熱硬化する時のマトリックス樹脂の流動性の制御および得られる繊維強化複合材料の耐熱性や弾性率を損なうことなく靭性を付与し、引張強度を高めるために配合される。かかる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、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なる群から選ばれる結合を有する熱可塑性樹脂が好ましい。中でも、ポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルエーテルスルホンなどを挙げることができ、これらのポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂は単独で用いてもよいし、適宜配合して用いてもよい。中でも、ポリエーテルスルホンは得られる繊維強化複合材料の耐熱性や力学物性を低下することなく靭性を付与することができるため好ましく用いることができる。   Component [D] in the present invention is the viscosity control of the resulting epoxy resin composition, the tackiness of the prepreg, the flowability of the matrix resin when the prepreg is heat-cured, and the heat resistance of the resulting fiber-reinforced composite material It is added to impart toughness without impairing properties and elastic modulus and increase tensile strength. Such a thermoplastic resin has a bond selected from the group consisting of carbon-carbon bond, amide bond, imide bond, ester bond, ether bond, carbonate bond, urethane bond, thioether bond, sulfone bond and carbonyl bond in the main chain. Thermoplastic resins are preferred. Among them, a thermoplastic resin composed of a polyaryl ether skeleton is preferable, and examples thereof include polysulfone, polyphenylsulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyphenylene ether, polyetheretherketone, and polyetherethersulfone. These thermoplastic resins composed of a polyaryl ether skeleton may be used alone or may be appropriately blended and used. Among these, polyethersulfone can be preferably used because it can impart toughness without deteriorating the heat resistance and mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material.

これらのポリアリールエーテル骨格で構成される熱可塑性樹脂の末端官能基としては、第1級アミン、第2級アミン、水酸基、カルボキシル基、チオール基、酸無水物やハロゲン基(塩素、臭素)などのものが使用できる。このうち、エポキシ樹脂との反応性が少ないハロゲン基の場合、保存安定性に優れたプリプレグを得ることができ、一方、ハロゲン基以外の官能基の場合、エポキシ樹脂との高い反応性を有することからエポキシ樹脂と該熱可塑性樹脂の接着に優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができるため好ましい。   Examples of the terminal functional groups of thermoplastic resins composed of these polyaryl ether skeletons include primary amines, secondary amines, hydroxyl groups, carboxyl groups, thiol groups, acid anhydrides and halogen groups (chlorine, bromine), etc. Can be used. Among these, in the case of a halogen group having a low reactivity with an epoxy resin, a prepreg excellent in storage stability can be obtained, while in the case of a functional group other than a halogen group, it has a high reactivity with an epoxy resin. It is preferable because an epoxy resin composition excellent in adhesion between the epoxy resin and the thermoplastic resin can be obtained.

本発明における構成要素[D]のガラス転移温度は、150℃以上であることが好ましく、170℃以上であることがより好ましい。構成要素[D]のガラス転移温度を150℃以上とすることで、成形体として用いた時に熱による変形を抑制できる。   The glass transition temperature of the component [D] in the present invention is preferably 150 ° C. or higher, and more preferably 170 ° C. or higher. By setting the glass transition temperature of the constituent element [D] to 150 ° C. or higher, deformation due to heat can be suppressed when used as a molded body.

本発明における構成要素[D]の配合量は、構成要素[A]と構成要素[B]の合計100質量部に対し、1〜30質量部の範囲であり、好ましくは1〜20質量部の範囲、より好ましくは2〜15質量部の範囲である。構成要素[D]の配合量をかかる範囲とすることで、エポキシ樹脂組成物の粘度、そして得られるプリプレグのタック性と、得られる繊維強化複合材料の力学特性のバランスをとることができる。加えて、驚くべきことに、本発明者らは構成要素[B]と構成要素[D]を組み合わせて配合することで、構成要素[D]を単独で配合する場合と比較して、効果的にエポキシ樹脂組成物の粘度が増加することを見いだした。これにより、少量の構成要素[D]を配合するだけで、得られるエポキシ樹脂組成物の粘度やプリプレグのタック性を制御でき、生産性に優れるエポキシ樹脂組成物が得られる。   The compounding amount of the component [D] in the present invention is in the range of 1 to 30 parts by mass, preferably 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the component [A] and the component [B]. The range is more preferably 2 to 15 parts by mass. By making the compounding quantity of component [D] into such a range, the balance of the viscosity of an epoxy resin composition and the tack property of the obtained prepreg, and the mechanical characteristics of the obtained fiber reinforced composite material can be taken. In addition, surprisingly, the present inventors can effectively combine the component [B] and the component [D] in combination with the component [D] alone compared to the case of combining the component [D] alone. It was found that the viscosity of the epoxy resin composition increased. Thereby, only by mix | blending a small amount of structural element [D], the viscosity of the epoxy resin composition obtained and the tackability of a prepreg can be controlled, and the epoxy resin composition excellent in productivity is obtained.

本発明のエポキシ樹脂組成物をプリプレグのマトリックス樹脂として用いる場合、エポキシ樹脂組成物の25℃における粘度は500Pa・s以上であることが好ましく、より好ましくは1000Pa・s以上である。ここで粘度とは、動的粘弾性測定装置(レオメーターRDA2:レオメトリックス社製、またはレオメーターARES:TAインスツルメント社製)を用い、直径40mmのパラレルプレートを用い、周波数0.5Hz、Gap1mmで測定を行った複素粘性率ηのことを指す。25℃における粘度をかかる範囲にすることでプリプレグとした際に室温で樹脂が流動しにくくなり、強化繊維含有量のばらつきが抑制できることに加え、成形時の取り扱いに適切なタック性を有するプリプレグが得られる。 When the epoxy resin composition of the present invention is used as a matrix resin for a prepreg, the viscosity at 25 ° C. of the epoxy resin composition is preferably 500 Pa · s or more, more preferably 1000 Pa · s or more. Here, the viscosity is a dynamic viscoelasticity measuring device (Rheometer RDA2: manufactured by Rheometrics or Rheometer ARES: manufactured by TA Instruments), a parallel plate having a diameter of 40 mm, a frequency of 0.5 Hz, It refers to the complex viscosity η * measured at Gap 1 mm. When the viscosity at 25 ° C. is in such a range, the prepreg has a tackiness suitable for handling during molding, in addition to making it difficult for the resin to flow at room temperature and suppressing variations in reinforcing fiber content. can get.

本発明のエポキシ樹脂組成物をプリプレグのマトリックス樹脂として用いる場合、プリプレグのタックやドレープの観点から、エポキシ樹脂組成物の80℃における初期粘度は0.5〜200Pa・sの範囲にあることが好ましい。80℃における初期粘度が0.5Pa・s以上であると、繊維強化複合材料の成形時に過剰な樹脂フローが生じにくくなり、強化繊維含有量のばらつきを抑制できる。また、80℃における初期粘度が0.5Pa・s以上であると、プリプレグの成形中に構成要素[C]がエポキシ樹脂組成物中で沈殿することなく均一に分散するため、硬化度が均一な繊維強化複合材料が得られる。一方、80℃における初期粘度が200Pa・s以下であると、プリプレグを製造する際に強化繊維にエポキシ樹脂組成物を充分に含浸でき、得られた繊維強化複合材料中にボイドが生じにくくなるため、繊維強化複合材料の強度低下を抑制できる。エポキシ樹脂組成物の80℃における初期粘度は、プリプレグ製造工程において、強化繊維にエポキシ樹脂組成物が含浸しやすく、高い繊維質量含有率のプリプレグを製造するために0.5〜200Pa・sであることが好ましく、1〜150Pa・sの範囲にあることがより好ましく、5〜100Pa・sの範囲にあることがさらに好ましい。   When the epoxy resin composition of the present invention is used as a prepreg matrix resin, the initial viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition is preferably in the range of 0.5 to 200 Pa · s from the viewpoint of tack and drape of the prepreg. . When the initial viscosity at 80 ° C. is 0.5 Pa · s or more, an excessive resin flow is less likely to occur during molding of the fiber-reinforced composite material, and variations in the reinforcing fiber content can be suppressed. In addition, when the initial viscosity at 80 ° C. is 0.5 Pa · s or more, the constituent element [C] is uniformly dispersed without being precipitated in the epoxy resin composition during the molding of the prepreg. A fiber reinforced composite material is obtained. On the other hand, when the initial viscosity at 80 ° C. is 200 Pa · s or less, the reinforced fiber can be sufficiently impregnated with the epoxy resin composition when producing the prepreg, and voids are less likely to occur in the obtained fiber-reinforced composite material. Moreover, the strength reduction of the fiber reinforced composite material can be suppressed. The initial viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition is 0.5 to 200 Pa · s in order to produce a prepreg having a high fiber mass content because the epoxy resin composition is easily impregnated into the reinforcing fiber in the prepreg manufacturing process. It is preferable that it is in the range of 1 to 150 Pa · s, more preferably in the range of 5 to 100 Pa · s.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、80℃で2時間保持した時の粘度が、80℃における初期粘度の2.5倍以下であることが好ましく、より好ましくは2.0倍以下、さらに好ましくは1.8倍以下、さらに好ましくは1.5倍以下である。ここで、80℃での増粘倍率は、エポキシ樹脂組成物の混練工程や、プリプレグの製造工程におけるエポキシ樹脂組成物の熱安定性の指標とすることができる。即ち、80℃における増粘倍率が小さい程、80℃以下での熱安定性が良好ということになる。エポキシ樹脂組成物を80℃で2時間保持した時の増粘倍率が2.5倍以下であると、エポキシ樹脂組成物の熱安定性が高く、プリプレグ製造工程において強化繊維への樹脂の含浸性が低下せず、成形物にボイドが生じにくい。また、80℃における初期粘度とは、80℃で1分間保持した時の粘度を意味する。   In the epoxy resin composition of the present invention, the viscosity when held at 80 ° C. for 2 hours is preferably 2.5 times or less of the initial viscosity at 80 ° C., more preferably 2.0 times or less, and still more preferably It is 1.8 times or less, More preferably, it is 1.5 times or less. Here, the viscosity increase factor at 80 ° C. can be used as an index of the thermal stability of the epoxy resin composition in the kneading process of the epoxy resin composition or the manufacturing process of the prepreg. That is, the smaller the thickening factor at 80 ° C., the better the thermal stability at 80 ° C. or less. When the viscosity increase ratio when the epoxy resin composition is held at 80 ° C. for 2 hours is 2.5 times or less, the thermal stability of the epoxy resin composition is high, and the impregnation property of the resin to the reinforcing fiber in the prepreg manufacturing process Does not decrease, and voids hardly occur in the molded product. The initial viscosity at 80 ° C. means the viscosity when held at 80 ° C. for 1 minute.

本発明のエポキシ樹脂組成物の最低粘度は、0.1〜50Pa・sであることが好ましく、より好ましくは0.3〜5Pa・s、さらに好ましくは0.3〜1.5Pa・sである。ここで、最低粘度とは後述する「(3)エポキシ樹脂組成物の粘度測定」の欄に記載の方法で測定したエポキシ樹脂組成物の最低複素粘弾性率η minを指す。マトリックス樹脂の最低粘度を0.1Pa・s以上とすることで、成形中のマトリックス樹脂の流出による繊維強化複合材料の繊維質量含有率の増加を抑制することができる。また、最低粘度を50Pa・s以下とすることで、マトリックス樹脂に流動性が付与され、プリプレグを積層した際に形成されるボイドによる繊維強化複合材料の力学的強度の低下を防ぐことができる。 The minimum viscosity of the epoxy resin composition of the present invention is preferably 0.1 to 50 Pa · s, more preferably 0.3 to 5 Pa · s, and still more preferably 0.3 to 1.5 Pa · s. . Here, the minimum viscosity refers to the minimum complex viscoelastic modulus η * min of the epoxy resin composition measured by the method described in the column of “(3) Viscosity measurement of epoxy resin composition” described later. By setting the minimum viscosity of the matrix resin to 0.1 Pa · s or more, an increase in the fiber mass content of the fiber-reinforced composite material due to the outflow of the matrix resin during molding can be suppressed. Moreover, by setting the minimum viscosity to 50 Pa · s or less, fluidity is imparted to the matrix resin, and a decrease in mechanical strength of the fiber-reinforced composite material due to voids formed when the prepreg is laminated can be prevented.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、耐熱性や速硬化性が著しく低下しない範囲で、エポキシ樹脂組成物に不溶な熱可塑性樹脂粒子を配合してもよい。ここで、エポキシ樹脂に不溶であるとは、かかる樹脂粒子を分散したエポキシ樹脂を加熱硬化した際に、樹脂粒子がエポキシ樹脂中に実質的に溶解しないことを意味しており、例えば透過型電子顕微鏡を用い、エポキシ樹脂硬化物の中で、粒子が元のサイズから実質的に縮小することなく、粒子とマトリックス樹脂の間に明確な界面をもって観察できるものであることを指す。熱可塑性樹脂粒子は、本発明で得られる繊維強化複合材料の耐衝撃性を付加するために配合される。一般的に繊維強化複合材料は積層構造をとっており、これに衝撃が加わると層間に高い応力が発生し、剥離損傷が生じる。よって、外部からの衝撃に対する耐衝撃性を向上させる場合は、繊維強化複合材料の強化繊維からなる層と層の間に形成される樹脂層(以降、「層間樹脂層」と表すこともある)の靭性を向上させればよい。本発明において、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂に構成要素[D]を配合して靭性を向上させているが、さらに、本発明の繊維強化複合材料の層間樹脂層を選択的に高靭性化するため、熱可塑性樹脂粒子を配合することが好ましい。   The epoxy resin composition of the present invention may contain thermoplastic resin particles that are insoluble in the epoxy resin composition as long as the heat resistance and fast curability are not significantly reduced. Here, insoluble in the epoxy resin means that the resin particles are not substantially dissolved in the epoxy resin when the epoxy resin in which the resin particles are dispersed is heated and cured. This means that the particles can be observed with a clear interface between the particles and the matrix resin without substantially reducing the original size in the cured epoxy resin using a microscope. The thermoplastic resin particles are blended to add the impact resistance of the fiber reinforced composite material obtained in the present invention. In general, a fiber reinforced composite material has a laminated structure. When an impact is applied to the fiber reinforced composite material, high stress is generated between the layers, and peeling damage occurs. Therefore, in the case of improving the impact resistance against external impact, a resin layer formed between layers of reinforcing fibers of the fiber reinforced composite material (hereinafter also referred to as “interlayer resin layer”) What is necessary is just to improve the toughness of. In the present invention, the component [D] is added to the epoxy resin which is a matrix resin to improve the toughness. In addition, in order to selectively increase the toughness of the interlayer resin layer of the fiber-reinforced composite material of the present invention. It is preferable to blend thermoplastic resin particles.

かかる熱可塑性樹脂としてはポリアミドやポリイミドを好ましく用いることができ、中でも、優れた靭性のため耐衝撃性を大きく向上できる、ポリアミドが最も好ましい。ポリアミドとしてはポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド6、ポリアミド66やポリアミド6/12共重合体、特開平1−104624号公報の実施例1記載のエポキシ化合物においてセミIPN(高分子相互侵入網目構造)化されたポリアミド(セミIPNポリアミド)などを好適に用いることができる。この熱可塑性樹脂粒子の形状としては、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、球状が、樹脂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、高い耐衝撃性を与えるという点で好ましい態様である。   As such a thermoplastic resin, polyamide or polyimide can be preferably used. Among them, polyamide is most preferable because it can greatly improve impact resistance due to excellent toughness. As the polyamide, polyamide 12, polyamide 11, polyamide 6, polyamide 66, polyamide 6/12 copolymer, semi-IPN (polymer interpenetrating network structure) in the epoxy compound described in Example 1 of JP-A-1-104624 is used. Polyamide (semi-IPN polyamide) and the like can be suitably used. The shape of the thermoplastic resin particles may be spherical particles, non-spherical particles, or porous particles, but the spherical shape is excellent in viscoelasticity because it does not deteriorate the flow characteristics of the resin, and there is no origin of stress concentration. This is a preferred embodiment in terms of giving high impact resistance.

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(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)、“グリルアミド(登録商標)”TR90(エムザベルケ(株)社製)、“TROGAMID(登録商標)”CX7323、CX9701、CX9704、(デグサ(株)社製)等を使用することができる。これらのポリアミド粒子は、単独で使用しても複数を併用してもよい。   Examples of commercially available polyamide particles include SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48, 842P-80 (above, manufactured by Toray Industries, Inc.), “Orgasol (registered trademark)” 1002D. , 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D (above, manufactured by Arkema Co., Ltd.), “Grillamide (registered trademark)” TR90 (manufactured by Mzavelke Co., Ltd.), “TROGAMID (registered trademark)” CX7321, CX9701 CX9704 (made by Degussa Co., Ltd.) and the like can be used. These polyamide particles may be used alone or in combination.

本発明の繊維強化複合材料の層間樹脂層を選択的に高靭性化するためには、熱可塑性樹脂粒子を層間樹脂層に留めておく必要があり、そのため、熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径は5〜50μmの範囲であると良く、好ましくは7〜40μmの範囲、より好ましくは10〜30μmの範囲である。平均粒子径を5μm以上とすることで、粒子が強化繊維の束の中に侵入せず得られる繊維強化複合材料の層間樹脂層に留まることができ、平均粒子径を50μm以下とすることでプリプレグ表面のマトリックス樹脂層の厚みを適正化し、よって得られる繊維強化複合材料において、繊維質量含有率を適正化することができる。   In order to selectively increase the toughness of the interlayer resin layer of the fiber-reinforced composite material of the present invention, it is necessary to keep the thermoplastic resin particles in the interlayer resin layer. Therefore, the average particle diameter of the thermoplastic resin particles is It is good in the range of 5-50 micrometers, Preferably it is the range of 7-40 micrometers, More preferably, it is the range of 10-30 micrometers. By setting the average particle size to 5 μm or more, the particles can remain in the interlayer resin layer of the fiber-reinforced composite material obtained without entering the bundle of reinforcing fibers, and by setting the average particle size to 50 μm or less, the prepreg In the fiber reinforced composite material obtained by optimizing the thickness of the matrix resin layer on the surface, the fiber mass content can be optimized.

本発明のプリプレグは、上述したエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂とし、このエポキシ樹脂組成物を強化繊維と複合させたものである。強化繊維は、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等を好ましく挙げることができるが、中でも炭素繊維が特に好ましい。   The prepreg of the present invention is obtained by using the above-described epoxy resin composition as a matrix resin and combining this epoxy resin composition with reinforcing fibers. Preferred examples of the reinforcing fiber include carbon fiber, graphite fiber, aramid fiber, and glass fiber. Among them, carbon fiber is particularly preferable.

本発明のプリプレグは、様々な公知の方法で製造することができる。例えば、マトリックス樹脂をアセトン、メチルエチルケトンおよびメタノールなどから選ばれる有機溶媒に溶解させて低粘度化し、強化繊維に含浸させるウェット法、あるいは、マトリックス樹脂を、有機溶媒を用いずに加熱により低粘度化し、強化繊維に含浸させるホットメルト法などの方法により、プリプレグを製造することができる。   The prepreg of the present invention can be produced by various known methods. For example, the matrix resin is dissolved in an organic solvent selected from acetone, methyl ethyl ketone, methanol, and the like to lower the viscosity, and the wet method in which the reinforcing fiber is impregnated, or the matrix resin is heated to lower the viscosity without using the organic solvent, A prepreg can be produced by a method such as a hot melt method for impregnating reinforcing fibers.

ウェット法では、強化繊維を、マトリックス樹脂を含む液体に浸漬した後に引き上げ、オーブンなどを用いて有機溶媒を蒸発させてプリプレグを得ることができる。   In the wet method, the reinforced fiber is pulled up after being immersed in a liquid containing a matrix resin, and an organic solvent is evaporated using an oven or the like to obtain a prepreg.

またホットメルト法では、加熱により低粘度化したマトリックス樹脂を、直接、強化繊維に含浸させる方法、あるいは一旦マトリックス樹脂を離型紙などの上にコーティングした樹脂フィルム付きの離型紙シート(以降、「樹脂フィルム」と表すこともある)をまず作製し、次いで強化繊維の両側あるいは片側から樹脂フィルムを強化繊維側に重ね、加熱加圧することにより強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させる方法などを用いることができる。   In the hot melt method, a matrix resin whose viscosity has been reduced by heating is impregnated directly into a reinforcing fiber, or a release paper sheet with a resin film once coated with a matrix resin on a release paper (hereinafter referred to as “resin”). The film may be referred to as “film” first), then a resin film is laminated on the reinforcing fiber side from both sides or one side of the reinforcing fiber, and the reinforcing fiber is impregnated with the matrix resin by heating and pressing. .

本発明のプリプレグの製造方法としては、プリプレグ中に残留する有機溶媒が実質的に皆無となるため、有機溶媒を用いずにマトリックス樹脂を強化繊維に含浸させるホットメルト法が好ましい。   The method for producing the prepreg of the present invention is preferably a hot melt method in which the reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin without using an organic solvent, since substantially no organic solvent remains in the prepreg.

プリプレグは、単位面積あたりの強化繊維量が70〜2000g/mであることが好ましい。かかる強化繊維量が70g/m未満では、繊維強化複合材料成形の際に所定の厚みを得るために積層枚数を多くする必要があり、作業が繁雑となることがある。一方で、強化繊維量が2000g/mを超えると、プリプレグのドレープ性が悪くなる傾向にある。 The prepreg preferably has a reinforcing fiber amount per unit area of 70 to 2000 g / m 2 . When the amount of the reinforcing fibers is less than 70 g / m 2, it is necessary to increase the number of laminated layers in order to obtain a predetermined thickness at the time of forming the fiber reinforced composite material, and the work may be complicated. On the other hand, when the amount of reinforcing fibers exceeds 2000 g / m 2 , the prepreg drapability tends to deteriorate.

プリプレグの繊維質量含有率は、好ましくは30〜90質量%であり、より好ましくは35〜85質量%であり、更に好ましくは40〜80質量%である。繊維質量含有率が30質量%未満では、樹脂の量が多すぎて、比強度と比弾性率に優れる繊維強化複合材料の利点が得られず、また、繊維強化複合材料の成形の際、硬化時の発熱量が高くなりすぎることがある。また、繊維質量含有率が90質量%を超えると、樹脂の含浸不良が生じ、得られる複合材料はボイドの多いものとなる恐れがある。   The fiber mass content of the prepreg is preferably 30 to 90% by mass, more preferably 35 to 85% by mass, and further preferably 40 to 80% by mass. When the fiber mass content is less than 30% by mass, the amount of the resin is too large to obtain the advantages of the fiber reinforced composite material having excellent specific strength and specific elastic modulus, and it is hardened when molding the fiber reinforced composite material. Sometimes the amount of heat generated is too high. On the other hand, if the fiber mass content exceeds 90% by mass, poor resin impregnation may occur, and the resulting composite material may have many voids.

本発明の繊維強化複合材料は、上述した本発明のプリプレグを所定の形態で積層し、加圧・加熱して樹脂を硬化させる方法を一例として、製造することができる。ここで熱及び圧力を付与する方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、内圧成形法等が採用される。   The fiber-reinforced composite material of the present invention can be produced by taking, as an example, a method of laminating the above-described prepreg of the present invention in a predetermined form and curing the resin by pressurization and heating. As a method for applying heat and pressure, a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, or the like is employed.

さらに、プリプレグを用いずに、本発明のエポキシ樹脂組成物を直接強化繊維に含浸させた後、加熱硬化する方法、例えばハンド・レイアップ法、フィラメント・ワインディング法、プルトルージョン法、レジン・インジェクション・モールディング法、レジン・トランスファー・モールディング法などの成形法によっても炭素繊維強化複合材料を作製することができる。   Further, without impregnating the prepreg, the reinforcing fiber is directly impregnated into the reinforcing fiber, followed by heat curing, such as a hand layup method, a filament winding method, a pultrusion method, a resin injection, A carbon fiber reinforced composite material can also be produced by a molding method such as a molding method or a resin transfer molding method.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、組成比の単位「部」は、特に注釈のない限り質量部を意味する。また、各種特性(物性)の測定は、特に注釈のない限り温度23℃、相対湿度50%の環境下で行った。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples. The unit “part” of the composition ratio means part by mass unless otherwise specified. Various characteristics (physical properties) were measured in an environment of a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified.

<実施例および比較例で用いられた材料>
(1)構成要素[A]:エポキシ化合物
・“エピクロン(登録商標)”830(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、2官能、エポキシ当量:172、DIC(株)製)
・“エピクロン(登録商標)”HP−4700(ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、4官能、エポキシ当量:162、DIC(株)製)
・“オグソール(登録商標)”CG−500(フルオレン骨格を有するエポキシ樹脂、2官能、エポキシ当量:310、大阪ガスケミカル(株)製)
・ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、4官能、エポキシ当量:120、住友化学(株)製)
・“アラルダイト(登録商標)”MY0610(トリグリシジル−m−アミノフェノール、3官能、エポキシ当量:100、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)
・“アラルダイト(登録商標)”MY0510(トリグリシジル−p−アミノフェノール、3官能、エポキシ当量:100、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)
・TORAY EPOXY PG−01(ジグリシジル−p−フェノキシアニリン、2官能、エポキシ当量:167、東レファインケミカル(株)製)。
<Materials Used in Examples and Comparative Examples>
(1) Component [A]: Epoxy compound “Epiclon (registered trademark)” 830 (bisphenol F type epoxy resin, bifunctional, epoxy equivalent: 172, manufactured by DIC Corporation)
"Epiclon (registered trademark)" HP-4700 (epoxy resin having a naphthalene skeleton, tetrafunctional, epoxy equivalent: 162, manufactured by DIC Corporation)
"Ogsol (registered trademark)" CG-500 (epoxy resin having a fluorene skeleton, bifunctional, epoxy equivalent: 310, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.)
ELM434 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetrafunctional, epoxy equivalent: 120, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
"Araldite (registered trademark)" MY0610 (triglycidyl-m-aminophenol, trifunctional, epoxy equivalent: 100, manufactured by Huntsman Advanced Materials)
"Araldite (registered trademark)" MY0510 (triglycidyl-p-aminophenol, trifunctional, epoxy equivalent: 100, manufactured by Huntsman Advanced Materials)
-TORAY EPOXY PG-01 (diglycidyl-p-phenoxyaniline, bifunctional, epoxy equivalent: 167, manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.).

(2)構成要素[B]:エポキシ化合物のオキシラン環の少なくとも1つがチイラン環に置換されたエピスルフィド化合物
・下記方法で合成したエピスルフィド化合物A(2官能、チイラン当量:172)
“エピクロン(登録商標)”830 4.0molをクロロホルム6.0Lに加えて撹拌した。チオ尿素4.0molをメタノール6.0Lに溶解させた溶液を加え、室温で24時間撹拌した。さらに水4.0Lを加えて10分撹拌した後、水/メタノール混合層を除去する操作を10回繰り返した。クロロホルム層に硫酸マグネシウム500gを加えて溶液の脱水をした後、硫酸マグネシウムを濾過し、濾液をエバポレータで濃縮した。得られた濃縮液を室温で15日間減圧乾燥してエピスルフィド化合物Aを得た。H−NMR測定から、チイラン化率は100%であった。
(2) Component [B]: Episulfide compound in which at least one of the oxirane rings of the epoxy compound is substituted with a thiirane ring. Episulfide compound A synthesized by the following method (bifunctional, thiirane equivalent: 172)
4.0 mol of “Epiclon (registered trademark)” 830 was added to 6.0 L of chloroform and stirred. A solution prepared by dissolving 4.0 mol of thiourea in 6.0 L of methanol was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Further, 4.0 L of water was added and stirred for 10 minutes, and then the operation of removing the water / methanol mixed layer was repeated 10 times. After adding 500 g of magnesium sulfate to the chloroform layer and dehydrating the solution, the magnesium sulfate was filtered, and the filtrate was concentrated by an evaporator. The obtained concentrated liquid was dried under reduced pressure at room temperature for 15 days to obtain episulfide compound A. From the 1 H-NMR measurement, the thiirane conversion rate was 100%.

・下記方法で合成したエピスルフィド化合物B(2官能、エポキシ基とチイラン基の合計当量:172)
“エピクロン(登録商標)”830 4.0molをクロロホルム6.0Lに加えて撹拌した。チオ尿素2.0molをメタノール6.0Lに溶解させた溶液を加え、室温で24時間撹拌した。さらに水4.0Lを加えて10分撹拌した後、水/メタノール混合層を除去する操作を10回繰り返した。クロロホルム層に硫酸マグネシウム500gを加えて溶液の脱水をした後、硫酸マグネシウムを濾過し、濾液をエバポレータで濃縮した。得られた濃縮液を室温で15日間減圧乾燥してエピスルフィド化合物Bを得た。H−NMR測定から、チイラン化率は50%であった。
Episulfide compound B synthesized by the following method (bifunctional, total equivalent of epoxy group and thiirane group: 172)
4.0 mol of “Epiclon (registered trademark)” 830 was added to 6.0 L of chloroform and stirred. A solution in which 2.0 mol of thiourea was dissolved in 6.0 L of methanol was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Further, 4.0 L of water was added and stirred for 10 minutes, and then the operation of removing the water / methanol mixed layer was repeated 10 times. After adding 500 g of magnesium sulfate to the chloroform layer and dehydrating the solution, the magnesium sulfate was filtered, and the filtrate was concentrated by an evaporator. The obtained concentrated liquid was dried under reduced pressure at room temperature for 15 days to obtain episulfide compound B. From the 1 H-NMR measurement, the thiirane conversion rate was 50%.

・下記方法で合成したエピスルフィド化合物C(4官能、エポキシ基とチイラン基の合計当量:162)
“エピクロン(登録商標)”HP−4700 8.0molをジクロロメタン8.0Lに加えて撹拌した。チオ尿素4.0molをメタノール8.0Lに溶解させた溶液を加え、室温で48時間撹拌した。さらに水3.0Lを加えて10分撹拌した後、水/メタノール混合層を除去する操作を15回繰り返した。ジクロロメタン層に硫酸マグネシウム500gを加えて溶液の脱水をした後、硫酸マグネシウムを濾過し、濾液をエバポレータで濃縮した。得られた濃縮物を80℃で5時間減圧乾燥して、エピスルフィド化合物Cを得た。H−NMR測定から、チイラン化率は50%であった。
Episulfide compound C synthesized by the following method (tetrafunctional, total equivalent of epoxy group and thiirane group: 162)
8.0 mol of “Epicron (registered trademark)” HP-4700 was added to 8.0 L of dichloromethane and stirred. A solution in which 4.0 mol of thiourea was dissolved in 8.0 L of methanol was added, and the mixture was stirred at room temperature for 48 hours. Further, after adding 3.0 L of water and stirring for 10 minutes, the operation of removing the water / methanol mixed layer was repeated 15 times. After adding 500 g of magnesium sulfate to the dichloromethane layer and dehydrating the solution, the magnesium sulfate was filtered, and the filtrate was concentrated by an evaporator. The obtained concentrate was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 5 hours to obtain episulfide compound C. From the 1 H-NMR measurement, the thiirane conversion rate was 50%.

・エピスルフィド化合物D(“オグソール(登録商標)”CS−500、フルオレン骨格を有するエピスルフィド樹脂、2官能、チイラン化率100%、チイラン当量:304、大阪ガスケミカル(株)製)。   Episulfide compound D (“Ogsol (registered trademark)” CS-500, episulfide resin having a fluorene skeleton, bifunctional, 100% thiirane conversion, thiirane equivalent: 304, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.)

・下記方法で合成したエピスルフィド化合物E(4官能、エポキシ基とチイラン基の合計当量:120)
ELM434 4.0molをクロロホルム6.0Lに加えて撹拌した。チオ尿素2.0molをメタノール6.0Lに溶解させた溶液を加え、室温で24時間撹拌した。さらに水4.0Lを加えて10分撹拌した後、水/メタノール混合層を除去する操作を10回繰り返した。クロロホルム層に硫酸マグネシウム500gを加えて溶液の脱水をした後、硫酸マグネシウムを濾過し、濾液をエバポレータで濃縮した。得られた濃縮液を室温で15日間減圧乾燥して、エピスルフィド化合物Eを得た。H−NMR測定から、チイラン化率は50%であった。
Episulfide compound E synthesized by the following method (tetrafunctional, total equivalent of epoxy group and thiirane group: 120)
4.0 mol of ELM434 was added to 6.0 L of chloroform and stirred. A solution in which 2.0 mol of thiourea was dissolved in 6.0 L of methanol was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Further, 4.0 L of water was added and stirred for 10 minutes, and then the operation of removing the water / methanol mixed layer was repeated 10 times. After adding 500 g of magnesium sulfate to the chloroform layer and dehydrating the solution, the magnesium sulfate was filtered, and the filtrate was concentrated by an evaporator. The obtained concentrated liquid was dried under reduced pressure at room temperature for 15 days to obtain episulfide compound E. From the 1 H-NMR measurement, the thiirane conversion rate was 50%.

・下記方法で合成したエピスルフィド化合物F(3官能、エポキシ基とチイラン基の合計当量:100)
“アラルダイト(登録商標)”MY0610 3.0molをクロロホルム6.0Lに加えて撹拌した。チオ尿素1.0molをメタノール6.0Lに溶解させた溶液を加え、室温で24時間撹拌した。さらに水4.0Lを加えて10分撹拌した後、水/メタノール混合層を除去する操作を10回繰り返した。クロロホルム層に硫酸マグネシウム500gを加えて溶液の脱水をした後、硫酸マグネシウムを濾過し、濾液をエバポレータで濃縮した。得られた濃縮液を室温で15日間減圧乾燥して、エピスルフィド化合物Fを得た。H−NMR測定から、チイラン化率は33%であった。
Episulfide compound F synthesized by the following method (trifunctional, total equivalent of epoxy group and thiirane group: 100)
"Araldite (registered trademark)" MY0610 3.0 mol was added to chloroform 6.0 L and stirred. A solution in which 1.0 mol of thiourea was dissolved in 6.0 L of methanol was added and stirred at room temperature for 24 hours. Further, 4.0 L of water was added and stirred for 10 minutes, and then the operation of removing the water / methanol mixed layer was repeated 10 times. After adding 500 g of magnesium sulfate to the chloroform layer and dehydrating the solution, the magnesium sulfate was filtered, and the filtrate was concentrated by an evaporator. The obtained concentrated liquid was dried under reduced pressure at room temperature for 15 days to obtain episulfide compound F. From the 1 H-NMR measurement, the thiirane conversion rate was 33%.

・下記方法で合成したエピスルフィド化合物G(3官能、エポキシ基とチイラン基の合計当量:100)
“アラルダイト(登録商標)”MY0510 3.0molをクロロホルム6.0Lに加えて撹拌した。チオ尿素1.0molをメタノール6.0Lに溶解させた溶液を加え、室温で24時間撹拌した。さらに水4.0Lを加えて10分撹拌した後、水/メタノール混合層を除去する操作を10回繰り返した。クロロホルム層に硫酸マグネシウム500gを加えて溶液の脱水をした後、硫酸マグネシウムを濾過し、濾液をエバポレータで濃縮した。得られた濃縮液を室温で15日間減圧乾燥して、エピスルフィド化合物Gを得た。H−NMR測定から、チイラン化率は33%であった。
-Episulfide compound G synthesized by the following method (trifunctional, total equivalent of epoxy group and thiirane group: 100)
"Araldite (registered trademark)" MY0510 3.0 mol was added to 6.0 L of chloroform and stirred. A solution in which 1.0 mol of thiourea was dissolved in 6.0 L of methanol was added and stirred at room temperature for 24 hours. Further, 4.0 L of water was added and stirred for 10 minutes, and then the operation of removing the water / methanol mixed layer was repeated 10 times. After adding 500 g of magnesium sulfate to the chloroform layer and dehydrating the solution, the magnesium sulfate was filtered, and the filtrate was concentrated by an evaporator. The obtained concentrated liquid was dried under reduced pressure at room temperature for 15 days to obtain episulfide compound G. From the 1 H-NMR measurement, the thiirane conversion rate was 33%.

・下記方法で合成したエピスルフィド化合物H(2官能、チイラン当量:167)
TORAY EPOXY PG−01 4.0molをクロロホルム6.0Lに加えて撹拌した。チオ尿素4.0molをメタノール6.0Lに溶解させた溶液を加え、室温で24時間撹拌した。さらに水4.0Lを加えて10分撹拌した後、水/メタノール混合層を除去する操作を10回繰り返した。クロロホルム層に硫酸マグネシウム500gを加えて溶液の脱水をした後、硫酸マグネシウムを濾過し、濾液をエバポレータで濃縮した。得られた濃縮液を室温で15日間減圧乾燥して、エピスルフィド化合物Hを得た。H−NMR測定から、チイラン化率は100%であった。
Episulfide compound H synthesized by the following method (bifunctional, thiirane equivalent: 167)
4.0 mol of TRAY EPOXY PG-01 was added to 6.0 L of chloroform and stirred. A solution prepared by dissolving 4.0 mol of thiourea in 6.0 L of methanol was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Further, 4.0 L of water was added and stirred for 10 minutes, and then the operation of removing the water / methanol mixed layer was repeated 10 times. After adding 500 g of magnesium sulfate to the chloroform layer and dehydrating the solution, the magnesium sulfate was filtered, and the filtrate was concentrated by an evaporator. The obtained concentrated liquid was dried under reduced pressure at room temperature for 15 days to obtain episulfide compound H. From the 1 H-NMR measurement, the thiirane conversion rate was 100%.

・下記方法で合成したエピスルフィド化合物I(2官能、エポキシ基とチイラン基の合計当量:172)
“エピクロン(登録商標)”830 5.0molをクロロホルム6.0Lに加えて撹拌した。チオ尿素1.5molをメタノール6.0Lに溶解させた溶液を加え、室温で24時間撹拌した。さらに水4.0Lを加えて10分撹拌した後、水/メタノール混合層を除去する操作を10回繰り返した。クロロホルム層に硫酸マグネシウム500gを加えて溶液の脱水をした後、硫酸マグネシウムを濾過し、濾液をエバポレータで濃縮した。得られた濃縮液を室温で15日間減圧乾燥して、エピスルフィド化合物Iを得た。H−NMR測定から、チイラン化率は30%であった。
Episulfide compound I synthesized by the following method (bifunctional, total equivalent of epoxy group and thiirane group: 172)
5.0 mol of “Epiclon (registered trademark)” 830 was added to 6.0 L of chloroform and stirred. A solution prepared by dissolving 1.5 mol of thiourea in 6.0 L of methanol was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Further, 4.0 L of water was added and stirred for 10 minutes, and then the operation of removing the water / methanol mixed layer was repeated 10 times. After adding 500 g of magnesium sulfate to the chloroform layer and dehydrating the solution, the magnesium sulfate was filtered, and the filtrate was concentrated by an evaporator. The obtained concentrated liquid was dried under reduced pressure at room temperature for 15 days to obtain episulfide compound I. From the 1 H-NMR measurement, the thiirane conversion rate was 30%.

(3)構成要素[C]:硬化剤
・セイカキュアS(4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(4,4’−DDS)、セイカ(株)製、アミン当量:62)
・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、アミン当量:62)
・ロンザキュア DETDA80(ジエチルトルエンジアミン、ロンザジャパン(株)製、アミン当量45)
・“アデカハードナー(登録商標)”EH−3895(脂環式ポリアミン、ADEKA(株)製、アミン当量80)
・“ノバキュア(登録商標)”HX−3722(イミダゾール変性マイクロカプセル、旭化成イーマテリアルズ(株)製)。
(3) Component [C]: Curing agent / Seikacure S (4,4′-diaminodiphenylsulfone (4,4′-DDS), manufactured by Seika Corporation, amine equivalent: 62)
3,3′-DAS (3,3′-diaminodiphenylsulfone, manufactured by Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd., amine equivalent: 62)
・ Lonza Cure DETDA80 (diethyltoluenediamine, Lonza Japan Co., Ltd., amine equivalent 45)
"Adeka Hardener (registered trademark)" EH-3895 (alicyclic polyamine, manufactured by ADEKA Corporation, amine equivalent 80)
“Novacure (registered trademark)” HX-3722 (imidazole-modified microcapsule, manufactured by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.).

(4)構成要素[D]:熱可塑性樹脂
・“スミカエクセル(登録商標)”PES 5003P(ポリエーテルスルホン、住友化学(株)社製、ガラス転移温度:230℃)
・“VIRANTAGE(登録商標)”VW−10700RFP(末端水酸基ポリエーテルスルホン、ソルベイ・スペシャリティ・ポリマーズ社製。ガラス転移温度:216℃)
・“ナノストレングス(Nanostrength)(登録商標)”M22N(ブチルアクリレート(Tg:−54℃)とメタクリル酸メチル(Tg:130℃)からなるブロック共重合体、アルケマ(株)製)。
(4) Component [D]: Thermoplastic resin “Sumika Excel (registered trademark)” PES 5003P (polyethersulfone, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., glass transition temperature: 230 ° C.)
"VIRANAGE (registered trademark)" VW-10700RFP (terminal hydroxyl group polyethersulfone, manufactured by Solvay Specialty Polymers, Inc., glass transition temperature: 216 ° C)
“Nanostrength (registered trademark)” M22N (a block copolymer made of butyl acrylate (Tg: −54 ° C.) and methyl methacrylate (Tg: 130 ° C.), manufactured by Arkema Co., Ltd.)

(5)炭素繊維
・“トレカ(登録商標)” T800S−24K−10E(繊維数24000本、繊度:1,033tex、引張弾性率:294GPa、密度1.8g/cm、東レ(株)製)。
(5) Carbon fiber "Torayca (registered trademark)" T800S-24K-10E (24,000 fibers, fineness: 1,033 tex, tensile modulus: 294 GPa, density 1.8 g / cm 3 , manufactured by Toray Industries, Inc.) .

<各種評価方法>
以下の測定方法を使用し、各実施例のエポキシ樹脂組成物およびプリプレグを測定した。
<Various evaluation methods>
The following measurement methods were used to measure the epoxy resin composition and prepreg of each example.

(1)エポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度測定
エポキシ樹脂組成物をモールドに注入した後、熱風乾燥機中で30℃から速度1.5℃/分で昇温し、180℃で2時間加熱硬化した後、30℃まで速度2.5℃/分で降温して厚さ2mmの樹脂硬化板を作製した。作製した樹脂硬化板から幅12.7mm、長さ55mmの試験片を切り出した後、SACMA SRM18R−94に従い、DMA法によりガラス転移温度を求めた。貯蔵弾性率G’曲線において、ガラス状態での接線と転移状態での接線との交点温度値をガラス転移温度とした。ここでは、昇温速度5℃/分、周波数1Hzで測定した。
(1) Measurement of glass transition temperature of cured epoxy resin After injecting the epoxy resin composition into a mold, the temperature is increased from 30 ° C. at a rate of 1.5 ° C./min in a hot air dryer, and heat cured at 180 ° C. for 2 hours. Then, the temperature was lowered to 30 ° C. at a rate of 2.5 ° C./min to produce a 2 mm thick resin cured plate. After cutting out a test piece having a width of 12.7 mm and a length of 55 mm from the produced cured resin plate, the glass transition temperature was determined by the DMA method according to SACMA SRM18R-94. In the storage elastic modulus G ′ curve, the intersection temperature value between the tangent in the glass state and the tangent in the transition state was defined as the glass transition temperature. Here, the measurement was performed at a heating rate of 5 ° C./min and a frequency of 1 Hz.

(2)エポキシ樹脂組成物のゲルタイム測定
キュラストメーターにより、回転トルクの経時変化からエポキシ樹脂組成物の硬化反応性を評価した。ここでは、Rubber Process Analyzer RPA2000(ALPHA TECHNOLOGIES社製)を用い、40℃から180℃まで1.7℃/minの速度で昇温し、180℃で2時間加熱した。ゲルタイムは、40℃で加熱開始時点からトルクが1dNmを超えるまでの時間とした。
(2) Measurement of gel time of epoxy resin composition The curing reactivity of the epoxy resin composition was evaluated from the change over time of the rotational torque with a curast meter. Here, using Rubber Process Analyzer RPA2000 (manufactured by ALPHA TECHNOLOGIES), the temperature was raised from 40 ° C. to 180 ° C. at a rate of 1.7 ° C./min and heated at 180 ° C. for 2 hours. The gel time was the time from the start of heating at 40 ° C. until the torque exceeded 1 dNm.

(3)エポキシ樹脂組成物の粘度測定
エポキシ樹脂組成物の粘度は、動的粘弾性装置ARES−2KFRTN1−FCO−STD(ティー・エイ・インスツルメント社製)を用い、上下部測定冶具に直径40mmの平板のパラレルプレートを用い、上部と下部の冶具間距離が1mmとなるように該エポキシ樹脂組成物をセット後、ねじりモード(測定周波数:0.5Hz)で測定した。20℃から150℃まで速度2℃/分で昇温し、最低複素粘性率をη minとした。
(3) Viscosity Measurement of Epoxy Resin Composition The viscosity of the epoxy resin composition is measured by using a dynamic viscoelastic device ARES-2KFRTN1-FCO-STD (manufactured by T.A. Instruments Co., Ltd.). A 40 mm flat parallel plate was used, and the epoxy resin composition was set so that the distance between the upper and lower jigs was 1 mm, and then measured in the torsion mode (measurement frequency: 0.5 Hz). The temperature was raised from 20 ° C. to 150 ° C. at a rate of 2 ° C./min, and the lowest complex viscosity was defined as η * min .

(4)炭素繊維強化複合材料の0°の定義
JIS K7017(1999)に記載されているとおり、一方向繊維強化複合材料の繊維方向を軸方向とし、軸方向を0°軸と定義したときの軸直交方向を90°と定義した。
(4) Definition of 0 ° of carbon fiber reinforced composite material As described in JIS K7017 (1999), the fiber direction of the unidirectional fiber reinforced composite material is defined as the axial direction, and the axial direction is defined as the 0 ° axis. The direction perpendicular to the axis was defined as 90 °.

(5)プリプレグ成形時の樹脂フロー量測定
ホットメルト法にて強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させて作製したプリプレグを100mm×1010mmの大きさにカットし、一方向に4枚積層した後、真空バッグを行い、オートクレーブを用いて、温度180℃、圧力6kg/cm、2時間で硬化させ、一方向強化材(炭素繊維強化複合材料)を得た。この一方向強化材の強化繊維含有部を幅100mm、長さ100mmでカットして、一方向材の周囲にフローした樹脂硬化物を除去し、フローした樹脂重量を測定した。成形時にフローした樹脂重量を硬化前のプリプレグに含まれる樹脂量で割ることで、プリプレグ成形時の樹脂フロー率を算出した。ここで、樹脂のフロー特性判定は、下記の2段階で評価した。
A:樹脂フロー率が0〜5%と小さく、所望の繊維含有量を有する繊維強化複合材料が得られたもの。
B:樹脂フロー率が5%より大きく、繊維強化複合材料の繊維含有量が大幅に変動したもの。
(5) Measurement of resin flow during molding of prepreg After prepreg produced by impregnating a matrix resin into a reinforced fiber by hot melt method is cut into a size of 100 mm x 1010 mm and laminated in four directions, a vacuum bag And cured using an autoclave at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 6 kg / cm 2 for 2 hours to obtain a unidirectional reinforcing material (carbon fiber reinforced composite material). The reinforcing fiber containing part of this unidirectional reinforcing material was cut with a width of 100 mm and a length of 100 mm, the cured resin flowed around the unidirectional material was removed, and the weight of the flowed resin was measured. The resin flow rate at the time of prepreg molding was calculated by dividing the weight of the resin that flowed at the time of molding by the amount of resin contained in the prepreg before curing. Here, the flow characteristic determination of the resin was evaluated in the following two stages.
A: A fiber-reinforced composite material having a low resin flow rate of 0 to 5% and a desired fiber content was obtained.
B: The resin flow rate is larger than 5%, and the fiber content of the fiber reinforced composite material is greatly changed.

(6)炭素繊維強化複合材料の0°引張強度測定
一方向プリプレグを所定の大きさにカットし、一方向に6枚積層した後、真空バッグを行い、オートクレーブを用いて、温度180℃、圧力6kg/cm、2時間で硬化させ、一方向強化材(炭素繊維強化複合材料)を得た。この一方向強化材を幅12.7mm、長さ230mmでカットし、両端に1.2mm、長さ50mmのガラス繊維強化プラスチック製のタブを接着し、試験片を得た。この試験片を、インストロン万能試験機を用いて、JIS K7073(1988)の規格に準じて0°引張試験を行った。
(6) Measurement of 0 ° tensile strength of carbon fiber reinforced composite material Cut unidirectional prepreg into a predetermined size, laminate 6 sheets in one direction, perform vacuum bag, use autoclave, temperature 180 ° C, pressure It was cured at 6 kg / cm 2 for 2 hours to obtain a unidirectional reinforcing material (carbon fiber reinforced composite material). This unidirectional reinforcing material was cut to a width of 12.7 mm and a length of 230 mm, and a glass fiber reinforced plastic tab having a length of 1.2 mm and a length of 50 mm was bonded to both ends to obtain a test piece. This test piece was subjected to a 0 ° tensile test according to the standard of JIS K7073 (1988) using an Instron universal testing machine.

(7)エポキシ樹脂組成物のチイラン環配合率測定
エポキシ樹脂組成物10mgにクロロホルム−d(和光純薬工業(株)製)を加えて1gとした溶液を、直径5mmφのNMRチューブに移し、フーリエ変換核磁気共鳴装置Spectrospin400型(Bruker社製)にて周波数400MHz、核種H、積算回数200回の条件でH−NMR測定した。得られたスペクトルのオキシラン環に由来するピークの積分値と、チイラン環に由来するピークの積分値を求め、その比率をそれぞれオキシラン環の数とチイラン環の数の比率として、式(2)よりチイラン環配合率を算出した。
エポキシ樹脂組成物中のチイラン環配合率=(エポキシ樹脂組成物中のチイラン環の数/(エポキシ樹脂組成物中のオキシラン環の数+エポキシ樹脂組成物中のチイラン環の数))×100・・・式(2)。
(7) Thiirane ring blending ratio measurement of epoxy resin composition 10 g of epoxy resin composition was added chloroform-d (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to 1 g, and the solution was transferred to an NMR tube having a diameter of 5 mmφ and Fourier 1 H-NMR measurement was performed with a conversion nuclear magnetic resonance apparatus Spectrospin 400 type (manufactured by Bruker) under the conditions of a frequency of 400 MHz, a nuclide H, and an accumulation count of 200 times. From the formula (2), the integrated value of the peak derived from the oxirane ring and the integrated value of the peak derived from the thiirane ring in the obtained spectrum are obtained, and the ratio is the ratio of the number of oxirane rings and the number of thiirane rings, respectively. The thiirane ring content was calculated.
Mixing ratio of thiirane rings in the epoxy resin composition = (number of thiirane rings in the epoxy resin composition / (number of oxirane rings in the epoxy resin composition + number of thiirane rings in the epoxy resin composition)) × 100 · -Formula (2).

<実施例1>
(エポキシ樹脂組成物の作製)
次の手法にて、エポキシ樹脂組成物を作製した。
<Example 1>
(Preparation of epoxy resin composition)
An epoxy resin composition was prepared by the following method.

混練装置中に、表1に記載の構成要素[A]に該当するエポキシ樹脂および構成要素[D]を投入し、160℃まで昇温させ、160℃の温度で1時間加熱混練を行い、構成要素[D]成分を溶解させた。次いで、混練を続けたまま55〜65℃の温度まで降温させ、表1に記載の構成要素[B]を加え、溶融温度まで加熱混練した。その後、混練を続けたまま55〜65℃の温度まで降温させ、表1に記載の構成要素[C]を加えて30分間撹拌し、エポキシ樹脂組成物を得た。   In the kneading apparatus, the epoxy resin and the constituent element [D] corresponding to the constituent element [A] shown in Table 1 are charged, the temperature is raised to 160 ° C., and the mixture is heated and kneaded at a temperature of 160 ° C. for 1 hour. Element [D] component was dissolved. Next, while continuing kneading, the temperature was lowered to a temperature of 55 to 65 ° C., the component [B] shown in Table 1 was added, and the mixture was heated and kneaded to the melting temperature. Thereafter, while continuing kneading, the temperature was lowered to a temperature of 55 to 65 ° C., the constituent element [C] shown in Table 1 was added, and the mixture was stirred for 30 minutes to obtain an epoxy resin composition.

得られたエポキシ樹脂組成物について、前記した各種評価方法の「(1)エポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度測定」に従い測定を行った結果、硬化物のガラス転移温度が195℃であった。   The obtained epoxy resin composition was measured in accordance with “(1) Measurement of glass transition temperature of cured epoxy resin” in the various evaluation methods described above. As a result, the glass transition temperature of the cured product was 195 ° C.

また、得られたエポキシ樹脂組成物について前記した各種評価方法の「(2)エポキシ樹脂組成物のゲルタイム測定」に従い、ゲルタイムを測定したところ、91minとなった。後記する比較例1(構成要素[B]未配合時)と比較してゲルタイムは5%以上短縮され、十分な速硬化性が確認された。   Moreover, when the gel time was measured according to "(2) Gel time measurement of epoxy resin composition" of the various evaluation methods described above for the obtained epoxy resin composition, it was 91 min. The gel time was shortened by 5% or more as compared with Comparative Example 1 (when component [B] was not blended) described later, and sufficient rapid curability was confirmed.

得られたエポキシ樹脂組成物について、前記した各種評価方法の「(3)エポキシ樹脂組成物の粘度測定」に従い粘度測定を行った結果、最低粘度は1.1Pa・sとなり、後述するように良好な樹脂フロー特性が得られた。   The obtained epoxy resin composition was subjected to viscosity measurement according to “(3) Viscosity measurement of epoxy resin composition” in the various evaluation methods described above. As a result, the minimum viscosity was 1.1 Pa · s, which was good as described later. Resin flow characteristics were obtained.

(プリプレグの作製)
前記にて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離型紙上に塗布して、樹脂目付が51.2g/mの樹脂フィルムを2枚作製した。次に、繊維目付が190g/mのシート状となるように一方向に配列させた炭素繊維に、得られた樹脂フィルムを2枚、炭素繊維の両面から重ねて温度130℃、最大圧力1MPaの条件で加熱加圧してエポキシ樹脂組成物を含浸させ、プリプレグを得た。
(Preparation of prepreg)
The epoxy resin composition obtained in above was applied onto release paper using a knife coater, a resin weight per unit area were prepared two sheets of resin films of 51.2 g / m 2. Next, on the carbon fibers arranged in one direction so as to form a sheet having a fiber basis weight of 190 g / m 2 , two obtained resin films are stacked from both sides of the carbon fiber, the temperature is 130 ° C., and the maximum pressure is 1 MPa. The prepreg was obtained by impregnating the epoxy resin composition by heating and pressing under the conditions described above.

得られたプリプレグ中に占める構成要素[A]〜[D]の構成は次の通りであった。
・構成要素[A];
“エピクロン(登録商標)”830:25部、
“アラルダイト(登録商標)”MY0610:50部、
・構成要素[B];
エピスルフィド化合物A:25部、
・構成要素[C];
セイカキュアS:44部、
・構成要素[D];
“VIRANTAGE(登録商標)”VW−10700RFP:2部、
このとき、構成要素[A]および構成要素[B]に含まれるオキシラン環とチイラン環の総量1.0当量に対し、構成要素[C]に含まれる活性水素基が0.9当量であった。
The configuration of the constituent elements [A] to [D] in the obtained prepreg was as follows.
-Component [A];
“Epiclon (registered trademark)” 830: 25 parts,
“Araldite (registered trademark)” MY0610: 50 parts,
-Component [B];
Episulfide compound A: 25 parts
-Component [C];
Seica Cure S: 44 parts,
-Component [D];
“VIRANAGE (registered trademark)” VW-10700RFP: 2 parts,
At this time, the active hydrogen group contained in the constituent element [C] was 0.9 equivalent with respect to 1.0 equivalent of the total amount of the oxirane ring and the thiirane ring contained in the constituent element [A] and the constituent element [B]. .

(プリプレグ特性の評価)
得られたプリプレグについて、前記した各種評価方法の「(5)プリプレグ成形時の樹脂フロー量測定」に従い、プリプレグの樹脂フロー特性を評価した。作製したプリプレグの樹脂フロー率は2.6であり、所望の繊維含有量の複合材料が得られた。
(Evaluation of prepreg characteristics)
With respect to the obtained prepreg, the resin flow characteristics of the prepreg were evaluated in accordance with “(5) Measurement of resin flow amount during prepreg molding” in the various evaluation methods described above. The produced prepreg had a resin flow rate of 2.6, and a composite material having a desired fiber content was obtained.

(繊維強化複合材料の評価)
得られたプリプレグについて、前記した各種評価方法の「(6)炭素繊維強化複合材料の0°引張強度測定」に従い測定したところ、引張強度は3286MPaとなり、良好な引張強度が得られた。驚くべきことに、後述する比較例1と比較すると、構成要素[B]を配合することで繊維強化複合材料の引張強度が向上することが分かった。
(Evaluation of fiber reinforced composite materials)
When the obtained prepreg was measured according to “(6) Measurement of 0 ° tensile strength of carbon fiber reinforced composite material” in the various evaluation methods described above, the tensile strength was 3286 MPa, and good tensile strength was obtained. Surprisingly, it was found that the tensile strength of the fiber-reinforced composite material was improved by adding the constituent element [B] as compared with Comparative Example 1 described later.

<実施例2〜24>
表1〜5に示すように組成を変更した以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、ホットメルト法にてプリプレグを作製して各種測定を行った。
<Examples 2 to 24>
Except for changing the composition as shown in Tables 1 to 5, an epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1, and a prepreg was prepared by a hot melt method, and various measurements were performed.

各種測定の結果は表1〜5に示す通りである。実施例2〜24においても、実施例1と同様に優れた速硬化性と樹脂フロー特性、高い引張強度を示した。   The results of various measurements are as shown in Tables 1-5. In Examples 2 to 24, as in Example 1, excellent rapid curability, resin flow characteristics, and high tensile strength were exhibited.

Figure 2018012797
Figure 2018012797

Figure 2018012797
Figure 2018012797

Figure 2018012797
Figure 2018012797

Figure 2018012797
Figure 2018012797

Figure 2018012797
Figure 2018012797

<比較例1〜5>
表6に示すように組成を変更した以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、ホットメルト法にてプリプレグを作製して各種測定を行った。各種測定の結果は表6に示す通りであった。
<Comparative Examples 1-5>
Except for changing the composition as shown in Table 6, an epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1, a prepreg was prepared by a hot melt method, and various measurements were performed. The results of various measurements are as shown in Table 6.

比較例1では、構成要素[B]を含まない以外は実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を作製した。比較例1と実施例1を比較すると、比較例1には構成要素[B]が配合されていないため、得られるエポキシ樹脂組成物のゲルタイムが長く、速硬化性が劣ることが分かった。   In Comparative Example 1, an epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the constituent element [B] was not included. Comparing Comparative Example 1 and Example 1, it was found that the component [B] was not blended in Comparative Example 1, so that the resulting epoxy resin composition had a long gel time and poor fast curability.

比較例2〜4は、構成要素[D]を含まない以外は実施例1〜24と同様の方法でエポキシ樹脂組成物を作製した。比較例2〜4は構成要素[D]を含まず、エポキシ樹脂組成物の粘度制御が不足したため、成形時の樹脂フロー率が5%以上となり、繊維強化複合材料の繊維含有量が大幅に変動してしまった。   Comparative Examples 2-4 produced the epoxy resin composition by the method similar to Examples 1-24 except not including component [D]. Comparative Examples 2 to 4 do not contain the constituent element [D], and the viscosity control of the epoxy resin composition was insufficient, so the resin flow rate during molding was 5% or more, and the fiber content of the fiber reinforced composite material varied greatly. have done.

比較例5は構成要素[D]の配合量が規定の範囲よりも多い。そのため、エポキシ樹脂組成物の最低粘度が高くなりすぎ、成形後の繊維強化複合材料にボイドが残留し、引張強度が低下した。また、組成物中の熱可塑性樹脂の配合量が多いために樹脂硬化物のガラス転移温度が低下した。   In Comparative Example 5, the amount of component [D] is greater than the specified range. Therefore, the minimum viscosity of the epoxy resin composition became too high, voids remained in the fiber-reinforced composite material after molding, and the tensile strength decreased. Moreover, since the compounding quantity of the thermoplastic resin in a composition was large, the glass transition temperature of resin cured material fell.

Figure 2018012797
Figure 2018012797

Claims (11)

下記構成要素[A]〜[D]を含み、かつ構成要素[A]と構成要素[B]の総量100質量部に対して構成要素[D]を1〜30質量部含むエポキシ樹脂組成物。
[A]:エポキシ化合物
[B]:エポキシ化合物のオキシラン環の少なくとも1つがチイラン環に置換されたエピスルフィド化合物
[C]:硬化剤
[D]:熱可塑性樹脂
An epoxy resin composition comprising the following components [A] to [D] and 1 to 30 parts by mass of the component [D] with respect to 100 parts by mass of the total amount of the components [A] and [B].
[A]: Epoxy compound [B]: Episulfide compound in which at least one oxirane ring of the epoxy compound is substituted with a thiirane ring [C]: Curing agent [D]: Thermoplastic resin
構成要素[D]が、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、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なる群から選ばれる結合を有する、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。 Component [D] has a bond selected from the group consisting of carbon-carbon bond, amide bond, imide bond, ester bond, ether bond, carbonate bond, urethane bond, thioether bond, sulfone bond and carbonyl bond in the main chain. The epoxy resin composition according to claim 1. 最低粘度が0.1〜50Pa・sである、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition of Claim 1 or 2 whose minimum viscosity is 0.1-50 Pa.s. 構成要素[D]のガラス転移温度が150℃以上である、請求項1から3のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition in any one of Claim 1 to 3 whose glass transition temperature of component [D] is 150 degreeC or more. エポキシ樹脂組成物中に含まれるオキシラン環とチイラン環の合計に対し、チイラン環配合率が5〜40%である、請求項1から4のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition in any one of Claim 1 to 4 whose thiirane ring compounding rate is 5 to 40% with respect to the sum total of the oxirane ring and thiirane ring contained in an epoxy resin composition. 構成要素[B]が一般式(I)で表される構造を有するエピスルフィド化合物を含む、請求項1から5のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
Figure 2018012797
(一般式(I)中、Xは酸素原子または硫黄原子である。)
The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the constituent element [B] includes an episulfide compound having a structure represented by the general formula (I).
Figure 2018012797
(In general formula (I), X is an oxygen atom or a sulfur atom.)
構成要素[B]が一般式(II)で表される構造を有するエピスルフィド化合物を含む、請求項1から6のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
Figure 2018012797
The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the constituent element [B] includes an episulfide compound having a structure represented by the general formula (II).
Figure 2018012797
請求項1から7のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を強化繊維に含浸させてなるプリプレグ。 A prepreg obtained by impregnating a reinforcing fiber with the epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 7. 請求項8に記載のプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to claim 8. 請求項1から7のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させてなる樹脂硬化物。 A cured resin obtained by curing the epoxy resin composition according to claim 1. 請求項10に記載の樹脂硬化物と強化繊維を含んでなる繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material comprising the cured resin according to claim 10 and reinforcing fibers.
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