JP2018532014A - 高スループット製造プロセスでの使用のための速硬化性エポキシ組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
a)全エポキシ成分の総重量に基づいて10〜65重量%の量で存在するオキサゾリドンを含有する第1のエポキシ成分と、
b)全エポキシ成分の総重量に基づいて35〜90重量%の量で存在する第2のエポキシ成分と、
c)ジシアンジアミド粒子を含む潜在硬化剤であって、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも35%が2ミクロン未満の粒子径を有する、潜在硬化剤と、
d)トルエンビス−ジメチル尿素のようなエポキシ樹脂成分に可溶な潜在触媒と、を含み、
前記エポキシ樹脂組成物は、0〜20℃であるTg,0、140〜165℃であるTg,c、及び0.10〜0.20である理論架橋指数Xを有する。
オキサゾリドンを含有する第1のエポキシ樹脂成分と、
ビスフェノールAのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂とのブレンドを含む第2のエポキシ樹脂成分と、
ジシアンジアミド粒子であって、前記ジシアンジアミド粒子の98%が10ミクロン未満の直径を有し、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも35%が2ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有するジシアンジアミド粒子と、
エポキシ可溶性潜在触媒と、を含み、
このエポキシ樹脂組成物は、5〜15℃であるTg,0、140〜165℃であるTg,c、及び0.10〜0.20である理論架橋指数Xを有する、プリプレグを対象とする。
84は、Dicyの分子量(84g/mol)からのものであり(注:この式において、Dicyは4官能性であると仮定される)、及び
wiはエポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂成分の総重量%であり、
MWiはエポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂成分の分子量であり、及び
niは、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分のi番目のエポキシ樹脂成分の官能価である。
この計算では、このような樹脂が架橋点ではなく架橋指数Xに直接寄与しない鎖伸長剤として作用するので、二官能性エポキシ樹脂をこの計算での合計の評価から除外することができることが分かる(数学的には、二官能性エポキシ樹脂については、換算係数は0に等しい)。
a)第1のエポキシ成分(オキサゾリドン含有エポキシ):10〜65重量%、
b)第2のエポキシ成分:35〜90重量%、
c)2ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも35パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
d)潜在触媒、
e)Tg,0=0〜20℃、
f)Tg,c=140〜165℃、及び
g)X=0.10〜0.20。
a)第1のエポキシ成分(オキサゾリドン含有エポキシ):10〜65重量%
b)液状エポキシとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む第2のエポキシ成分:
i)液状エポキシ樹脂0〜65重量%、及び
ii)エポキシノボラック樹脂0〜70重量%、
c)2ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも35パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
d)潜在触媒、
e)Tg,0=0〜20℃、
f)Tg,c=140〜165℃、及び
g)X=0.10〜0.20。
a)第1のエポキシ成分(オキサゾリドン含有エポキシ):19〜54重量%
b)第2のエポキシ成分:46〜81重量%、
c)2ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも35パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
d)潜在触媒、
e)Tg,0=5〜15℃、
f)Tg,c=150〜160℃、及び
g)X=0.10〜0.20。
a)第1のエポキシ成分(オキサゾリドン含有エポキシ):19〜54重量%
b)液状エポキシとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む第2のエポキシ成分:
i)液状エポキシ樹脂11〜38重量%、及び
ii)エポキシノボラック樹脂17〜61重量%、
c)2ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも35パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
d)潜在触媒、
e)Tg,0=5〜15℃、
f)Tg,c=150〜160℃、及び
g)X=0.10〜0.20。
a)第1のエポキシ成分(オキサゾリドン含有エポキシ):25〜43重量%
b)第2のエポキシ成分:57〜75重量%、
c)2ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも35パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
d)潜在触媒、
e)Tg,0=5〜15℃、
f)Tg,c=150〜160℃、及び
g)X=0.10〜0.20。
a)第1のエポキシ成分(オキサゾリドン含有エポキシ):25〜43重量%
b)液状エポキシとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む第2のエポキシ成分:
i)液状エポキシ樹脂25〜38重量%、及び
ii)エポキシノボラック樹脂23〜46重量%、
c)2ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも35パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
d)潜在触媒、
e)Tg,0=5〜10℃、
f)Tg,c=150〜160℃、及び
g)X=0.10〜0.175。
粘着性測定
エポキシ樹脂組成物及びエポキシ/炭素繊維プリプレグから調製されたフィルムの粘着力を、V.Kalihari et al.、Review of Scientific Instruments,Volume 84,035104に記載されているカスタムプローブタック装置で測定した。樹脂、ガラス板、及びドローダウンバーすべてを約80〜85℃の温度で、溶融樹脂組成物をドローダウンバーを用いてガラス板上にコーティングして、約2ミルの厚さのフィルムを得た。プリプレグ試料は、3インチ×4.75インチの長方形を切断し、それらを両面テープで同様のサイズのアルミニウムプレートに貼り付けることによって調製した。フィルム及びプリプレグを測定前に23℃及び相対湿度50%で少なくとも1日間平衡化し、同じ条件下で測定した。粘着力の測定は、以下の手順に従って判定した:
(1)一連のコーティングされたガラス板またはプリプレグ試料を、装置のx−yステージへのロボットローディング及びアンローディングのために基板ホルダー内に配置した;
(2)直径1cmの球状のステンレス鋼プローブを、樹脂コーティングまたはプリプレグに接触させた;
(3)粘着性測定のための反復可能なプレロード開始点として、100gの垂直力を5秒間適用した;
(4)プローブが樹脂コーティングまたはプリプレグから離れるまでプローブを1mm/sの速度で垂直に除去した;
(5)負荷対変位の生データを分析して、プローブのリフトオフ時のピーク垂直抗力(グラム)を判定し、これを粘着力として報告した;
(6)x−yステージを用いて各繰り返し試験が異なる位置になるように試料を移動させ、測定を合計3回繰り返した。各エポキシ樹脂組成物について4つのコーティングを調製し、合計12回の反復の平均粘着力及び標準偏差を報告した。
硬化前及び硬化後のエポキシ樹脂組成物のガラス転移温度を、TA Instruments Q2000示差走査熱量計(DSC)を用いて測定した。測定は、エポキシ樹脂試料(密閉されたアルミニウムパンを使用して、通常2〜10mg)または樹脂/炭素繊維プリプレグ試料(クリンプした逆蓋を有する標準アルミニウムパンを使用して5〜15mgのプリプレグのダイカットディスク)のいずれかに対して行った。150℃の金型温度での成形操作における温度プロファイルを効果的に模倣する以下の5ステッププロトコルの下で試料を試験した:
(1)試料を10℃/分で−20℃から90℃に加熱した;
(2)試料を次に90℃から150℃に(公称)200℃/分で加熱した;
(3)試料を150℃で15分間等温保持した;
(4)サンプルを150℃から30℃に20℃/分で冷却した;及び
(5)試料を30℃から250℃に20℃/分で加熱した。
潜在硬化剤及び触媒の高い注入速度及び均一な分布は、エポキシ樹脂組成物によってもたらされる迅速な硬化を提供するのに役立つ。特に、エポキシ樹脂組成物の高度の注入は、プリプレグ粘着性をエポキシ樹脂自体のそれより低くする。この結果は、プリプレグ(Tg,p)中のエポキシ樹脂組成物のTgが約12℃を超えると、複合部品製造中のプリプレグの自動切断、ハンドリング、及びアセンブリに必要な低レベルの粘着性を提供することを示している。これに関して、Tg,p(プリプレグ)は、プリプレグ化プロセス中の制御されたレベルの樹脂反応を介してTg,0(完全に未硬化の樹脂組成物)よりも有利に高くなり得ることに留意されたい。
均質なエポキシブレンドを形成するのに十分な時間、約130℃の温度で、25mmの二軸押出機中でEPOXY−1、EPOXY−2、EPOXY−3及びRAを溶融配合することによって、エポキシ樹脂ブレンドを調製した。得られたエポキシブレンドを集め、室温まで冷却した。
Claims (20)
- エポキシ樹脂組成物であって、
オキサゾリドンを含有する第1のエポキシ樹脂成分と、
第2のエポキシ樹脂成分と、
ジシアンジアミド粒子であって、前記ジシアンジアミド粒子の98%が10ミクロン未満の直径を有し、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも35%が2ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有するジシアンジアミド粒子と、
エポキシ可溶性潜在触媒と、を含む、エポキシ樹脂組成物。 - 前記第2のエポキシ樹脂成分は、液状エポキシ樹脂と、エポキシノボラック樹脂と、を含む、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物
- 前記エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分の総重量に基づいて、前記第1のエポキシ樹脂成分の量は19〜54重量%であり、前記液状エポキシ樹脂の量は11〜38重量%であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は17〜61重量%である、請求項2に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記潜在触媒は、トルエンビス−ジメチル尿素である、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記第2のエポキシ樹脂成分は、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂とのブレンドを含む、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂組成物は、5〜15℃の未硬化ガラス転移温度(Tg,0)、及び150〜160℃の硬化ガラス転移温度(Tg,c)を有する、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂組成物は、0.10〜0.20である理論架橋指数(X)を有する、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも35%は、2ミクロン未満の粒子径を有する、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂組成物中の前記潜在触媒の量は、エポキシ樹脂100部当たり1〜7部のレベルで存在し、前記潜在硬化剤は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ成分の総量に対して、0.5〜3のエポキシ/硬化剤当量比に相当する量で存在する、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物を含む、プリプレグ。
- エポキシ樹脂組成物であって、
a)全エポキシ成分の総重量に基づいて10〜65重量%の量で存在するオキサゾリドンを含有する第1のエポキシ成分と、
b)全エポキシ成分の総重量に基づいて35〜90重量%の量で存在する第2のエポキシ成分と、
c)ジシアンジアミド粒子を含む潜在硬化剤であって、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも35%が2ミクロン未満の粒子径を有する、潜在硬化剤と、
d)前記エポキシ樹脂成分に可溶な潜在触媒と、を含み、
前記エポキシ樹脂組成物は、0〜20℃であるTg,0、140〜165℃であるTg,c、及び0.10〜0.20である理論架橋指数Xを有する、エポキシ樹脂組成物。 - 前記潜在触媒は、トルエンビス−ジメチル尿素である、請求項11に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記第2のエポキシ樹脂成分は、ビスフェノールAのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む、請求項10に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、前記ビスフェノールAのジグリシジルエーテルの量は11〜38重量%であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は17〜61重量%である、請求項13に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂は、5〜10℃であるTg,0、及び150〜160℃であるTg,cを有する、請求項11に記載のエポキシ樹脂組成物。
- エポキシ樹脂組成物を注入した繊維性材料を含むプリプレグであって、
前記エポキシ樹脂組成物は、
オキサゾリドンを含有する第1のエポキシ樹脂成分と、
ビスフェノールAのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂とのブレンドを含む第2のエポキシ樹脂成分と、
ジシアンジアミド粒子であって、前記ジシアンジアミド粒子の98%が10ミクロン未満の直径を有し、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも35%が2ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有する、ジシアンジアミド粒子と、
エポキシ可溶性潜在触媒と、を含み、
前記エポキシ樹脂組成物は、5〜15℃であるTg,0、140〜165℃であるTg,c、及び0.10〜0.20である理論架橋指数Xを有する、プリプレグ。 - 前記エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、前記第1のエポキシ樹脂成分の量は10〜65重量%であり、前記ビスフェノールAのジグリシジルエーテルの量は11〜38重量%であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は17〜61重量%である、請求項16に記載のプリプレグ。
- 前記繊維性材料は、炭素繊維を含む、請求項16に記載のプリプレグ。
- 前記繊維性材料は、ノンクリンプトファブリック(non−crimped fabric)の複数の積み重ねられた層を含む、請求項18に記載のプリプレグ。
- 前記プリプレグは、前記プリプレグのガラス転移温度(Tg,p)が12〜25℃になるように部分硬化されている、請求項16に記載のプリプレグ。
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