JP2019163438A - Epoxy resin composition, prepreg, fiber-reinforced composite material, and method for producing them - Google Patents

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Abstract

To provide an epoxy resin composition from which a prepreg having excellent storage stability and a fiber-reinforced composite material having excellent compression characteristics can be produced.SOLUTION: An epoxy resin composition contains the following epoxy resin [A] and an aromatic epoxy resin (number of glycidyl ether/number of aromatic rings=2) having a glycidyl ether group [B].SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、繊維強化複合材料、及びそれらの製造方法に関する。更に詳述すれば、優れた保存安定性を有するプリプレグや優れた圧縮特性を有する繊維強化複合材料を製造することができるエポキシ樹脂組成物;該エポキシ樹脂組成物を用いて作製するプリプレグ;該プリプレグを用いて作製する繊維強化複合材料;及びそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to an epoxy resin composition, a prepreg, a fiber reinforced composite material, and a method for producing them. More specifically, an epoxy resin composition capable of producing a prepreg having excellent storage stability and a fiber-reinforced composite material having excellent compression properties; a prepreg produced using the epoxy resin composition; the prepreg And a manufacturing method thereof.

強化繊維と樹脂とからなる繊維強化複合材料は、軽量、高強度、高弾性率等の特長を有し、航空機、スポーツ・レジャー、一般産業に広く応用されている。この繊維強化複合材料は、強化繊維と、マトリクス樹脂と呼ばれる樹脂と、が予め一体化されているプリプレグを経由して製造されることが多い。   Fiber reinforced composite materials composed of reinforced fibers and resins have features such as light weight, high strength, and high elastic modulus, and are widely applied to aircraft, sports / leisure, and general industries. This fiber-reinforced composite material is often manufactured via a prepreg in which reinforcing fibers and a resin called a matrix resin are integrated in advance.

プリプレグを構成する樹脂としては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が使用されている。特に、そのタック性、ドレープ性による成形自由度の高さから、熱硬化性樹脂を用いたプリプレグが広く使用されている。熱硬化性樹脂は、一般に低靱性であるため、プリプレグを構成する樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、このプリプレグを用いて作製されるCFRPは耐衝撃性が低くなるという課題がある。そのため、耐衝撃性を改善する方法が検討されている。   As the resin constituting the prepreg, a thermosetting resin or a thermoplastic resin is used. In particular, a prepreg using a thermosetting resin is widely used because of its high degree of molding freedom due to its tackiness and drapeability. Since thermosetting resins generally have low toughness, when a thermosetting resin is used as the resin constituting the prepreg, there is a problem that CFRP produced using this prepreg has low impact resistance. Therefore, a method for improving the impact resistance has been studied.

かかる耐衝撃性を改善する方法としては、特許文献1〜4に記載の方法が従来知られている。
特許文献1には、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を溶解させることにより、熱硬化性樹脂に靱性を付与させる方法が記載されている。この方法によれば、熱硬化性樹脂に対してある程度の靱性を付与させることができる。しかし、高い靱性を付与させるためには、熱硬化性樹脂に多量の熱可塑性樹脂を溶解させなければならない。その結果、多量の熱可塑性樹脂が溶解している熱硬化性樹脂は、粘度が著しく高くなり、炭素繊維からなる強化繊維基材内部に、十分な量の樹脂を含浸させることが困難となる。この様なプリプレグを用いて作製されるコンポジットは、ボイド等の多くの欠陥を内在する。その結果、コンポジット構造体の圧縮性能及び損傷許容性などにマイナスの影響を及ぼす。
特許文献2〜4には、プリプレグ表面に熱可塑性樹脂微粒子を局在化させたプリプレグが記載されている。これらのプリプレグは、表面に粒子形状の熱可塑性樹脂が局在しているため、初期のタック性が低い。また、表層に内在する硬化剤との硬化反応が進行するため、保存安定性が悪く、経時的にタック性やドレープ性が低下する。さらに、この様な硬化反応の進行してしまったプリプレグを用いて作製されるコンポジットは、多くのボイド等の欠陥が内在し、コンポジット構造体の機械物性が著しく低下する。
As methods for improving such impact resistance, methods described in Patent Documents 1 to 4 are conventionally known.
Patent Document 1 describes a method for imparting toughness to a thermosetting resin by dissolving a thermoplastic resin in the thermosetting resin. According to this method, a certain degree of toughness can be imparted to the thermosetting resin. However, in order to impart high toughness, a large amount of thermoplastic resin must be dissolved in the thermosetting resin. As a result, the thermosetting resin in which a large amount of the thermoplastic resin is dissolved has a remarkably high viscosity, and it becomes difficult to impregnate a sufficient amount of the resin inside the reinforcing fiber base made of carbon fiber. A composite produced using such a prepreg has many defects such as voids. As a result, it has a negative effect on the compression performance and damage tolerance of the composite structure.
Patent Documents 2 to 4 describe prepregs in which thermoplastic resin fine particles are localized on the prepreg surface. These prepregs have low initial tackiness because the particle-shaped thermoplastic resin is localized on the surface. Moreover, since the curing reaction with the curing agent present in the surface layer proceeds, the storage stability is poor, and the tackiness and draping properties deteriorate with time. Furthermore, a composite produced using such a prepreg that has undergone a curing reaction contains many voids and other defects, and the mechanical properties of the composite structure are significantly reduced.

特開昭60−243113JP-A-60-243113 特開平07− 41575JP 07-41575 A 特開平07− 41576JP 07-41576 特開平07− 41577JP 07-41577

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、優れた保存安定性を有するプリプレグや優れた圧縮特性を有する繊維強化複合材料を製造することができるエポキシ樹脂組成物;該エポキシ樹脂組成物を用いて作製するプリプレグ;該プリプレグを用いて作製する繊維強化複合材料;及びそれらの製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to produce an epoxy resin composition capable of producing a prepreg having excellent storage stability and a fiber-reinforced composite material having excellent compression characteristics; Another object of the present invention is to provide a prepreg produced using a product; a fiber-reinforced composite material produced using the prepreg; and a method for producing them.

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討した結果、所定のエポキシ樹脂の組み合わせから成るエポキシ樹脂組成物を用いてプリプレグを作製し、該プリプレグを用いて繊維強化複合材料を製造することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of studying the above problems, the present inventors have produced a prepreg using an epoxy resin composition comprising a combination of predetermined epoxy resins, and produced a fiber-reinforced composite material using the prepreg. The present inventors have found that the above problems can be solved and have completed the present invention.

上記課題を達成する本発明は、以下に記載のものである。   The present invention for achieving the above object is as follows.

〔1〕 下記化学式(1)   [1] The following chemical formula (1)

Figure 2019163438
Figure 2019163438

(ただし、化(1)中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、ハロゲン原子からなる群から選ばれる1つを表し、Xは−CH−、−O−、−S−、−CO−、−C(=O)O−、−O−C(=O)−、−NHCO−、−CONH−、−SO−から選ばれる1つを表す。)
で示されるエポキシ樹脂[A]と、
グリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ樹脂であって、グリシジルエーテル個数/芳香環個数が2のエポキシ樹脂[B]と、
を含んで成ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
(However, in Chemical Formula (1), R 1 to R 4 each independently represents one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, and a halogen atom; Is —CH 2 —, —O—, —S—, —CO—, —C (═O) O—, —O—C (═O) —, —NHCO—, —CONH—, —SO 2 —. Represents one selected.)
An epoxy resin [A] represented by:
An aromatic epoxy resin having a glycidyl ether group, wherein the number of glycidyl ethers / the number of aromatic rings is 2;
An epoxy resin composition comprising:

〔2〕 前記エポキシ樹脂[A]がテトラグリシジル−3,4’−ジアミノジフェニルエーテルである〔1〕に記載のエポキシ樹脂組成物。   [2] The epoxy resin composition according to [1], wherein the epoxy resin [A] is tetraglycidyl-3,4'-diaminodiphenyl ether.

〔3〕 前記エポキシ樹脂[B]がレゾルシノールジグリシジルエーテルである〔1〕又は〔2〕に記載のエポキシ樹脂組成物。   [3] The epoxy resin composition according to [1] or [2], wherein the epoxy resin [B] is resorcinol diglycidyl ether.

上記〔1〕〜〔3〕に記載の発明は、所定のエポキシ樹脂を組み合わせて用いることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。   The invention described in the above [1] to [3] is an epoxy resin composition characterized by using a combination of predetermined epoxy resins.

〔4〕 前記エポキシ樹脂[A]と、前記エポキシ樹脂[B]と、の質量比が、2:8 〜 9:1である〔1〕〜〔3〕の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物。   [4] The epoxy resin composition according to any one of [1] to [3], wherein a mass ratio between the epoxy resin [A] and the epoxy resin [B] is 2: 8 to 9: 1. .

上記〔4〕に記載の発明は、前記エポキシ樹脂[A]と、前記エポキシ樹脂[B]と、が所定の割合で混合されて成るエポキシ樹脂組成物である。この割合で混合されることにより、プリプレグの取扱性が特に優れたものとすることができる。   The invention described in [4] is an epoxy resin composition in which the epoxy resin [A] and the epoxy resin [B] are mixed at a predetermined ratio. By mixing at this ratio, the handleability of the prepreg can be made particularly excellent.

〔5〕 強化繊維基材と、
前記強化繊維基材内に含浸された〔1〕〜〔4〕の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物と、
から成ることを特徴とするプリプレグ。
[5] a reinforcing fiber substrate;
The epoxy resin composition according to any one of [1] to [4] impregnated in the reinforcing fiber base;
A prepreg characterized by comprising:

上記〔5〕に記載の発明は、〔1〕〜〔4〕の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物を用いて作製するプリプレグである。このプリプレグは、エポキシ樹脂組成物の組成に起因して取扱性が高い。   The invention described in [5] is a prepreg produced using the epoxy resin composition described in any one of [1] to [4]. This prepreg has high handleability due to the composition of the epoxy resin composition.

〔6〕 前記強化繊維基材が炭素繊維から成る強化繊維基材である〔5〕に記載のプリプレグ。   [6] The prepreg according to [5], wherein the reinforcing fiber base is a reinforcing fiber base made of carbon fiber.

上記〔6〕に記載の発明は、強化繊維基材を構成する材料として炭素繊維を用いる。   In the invention described in [6], carbon fiber is used as a material constituting the reinforcing fiber substrate.

〔7〕 〔1〕〜〔4〕の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物を強化繊維基材内に含浸させることを特徴とするプリプレグの製造方法。   [7] A method for producing a prepreg, comprising impregnating a reinforcing fiber substrate with the epoxy resin composition according to any one of [1] to [4].

上記〔7〕に記載の発明は、〔1〕〜〔4〕の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグの製造方法であり、そのエポキシ樹脂組成物の組成に起因して強化繊維基材への含浸性が高い。   The invention described in [7] is a method for producing a prepreg using the epoxy resin composition according to any one of [1] to [4], and the reinforcing fiber is caused by the composition of the epoxy resin composition. Highly impregnated into the substrate.

〔8〕 〔5〕又は〔6〕に記載のプリプレグを積層して、圧力0.05〜2MPa、温度150〜210℃で1〜8時間加熱することを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。   [8] A method for producing a fiber-reinforced composite material, wherein the prepreg according to [5] or [6] is laminated and heated at a pressure of 0.05 to 2 MPa and a temperature of 150 to 210 ° C. for 1 to 8 hours. .

上記〔8〕に記載の発明は、〔5〕又は〔6〕に記載のプリプレグを用いる、圧縮特性が高い繊維強化複合材料の製造方法である。
The invention described in [8] is a method for producing a fiber-reinforced composite material having high compression characteristics using the prepreg described in [5] or [6].

本発明のエポキシ樹脂組成物は、グリシジル基の数や立体的な位置関係に起因して、室温時におけるプリプレグの保存安定性が特異的に向上するとともに、硬化反応後には架橋密度が高い硬化体を形成する。そのため、長期間保存した後のプリプレグを用いても架橋密度が高く、高物性の繊維強化複合材料を製造することができる。
The epoxy resin composition of the present invention is a cured product having a specific improvement in storage stability of a prepreg at room temperature due to the number of glycidyl groups and a three-dimensional positional relationship, and a high crosslinking density after a curing reaction. Form. Therefore, even when a prepreg after storage for a long period of time is used, a fiber-reinforced composite material having a high cross-linking density and high physical properties can be produced.

以下、本発明のエポキシ樹脂組成物、プリプレグ、繊維強化複合材料、及びそれらの製造方法の詳細について説明する。   Hereinafter, the details of the epoxy resin composition, the prepreg, the fiber reinforced composite material, and the production method thereof according to the present invention will be described.

1. エポキシ樹脂組成物
本発明のエポキシ樹脂組成物は、少なくともエポキシ樹脂[A]と、エポキシ樹脂[B]を含むとともに、アミン系硬化剤を含んで成る。本発明のエポキシ樹脂組成物は、これらの他に、熱可塑性樹脂やその他の添加剤を含んでいても良い。
1. Epoxy resin composition The epoxy resin composition of the present invention contains at least an epoxy resin [A] and an epoxy resin [B], and an amine-based curing agent. In addition to these, the epoxy resin composition of the present invention may contain a thermoplastic resin and other additives.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、100℃における粘度が、0.1〜500Pa・sであることが好ましく、1〜100Pa・sであることがより好ましい。0.1Pa・s未満である場合、プリプレグから樹脂が流出し易くなる。500Pa・sを超える場合、プリプレグに未含浸部分が生じ易くなる。その結果、得られる繊維強化複合材料においてボイド等が形成され易くなる。   The epoxy resin composition of the present invention preferably has a viscosity at 100 ° C. of 0.1 to 500 Pa · s, and more preferably 1 to 100 Pa · s. When it is less than 0.1 Pa · s, the resin easily flows out from the prepreg. When it exceeds 500 Pa · s, an unimpregnated portion tends to occur in the prepreg. As a result, voids and the like are easily formed in the obtained fiber-reinforced composite material.

本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化樹脂は、ガラス転移温度が150℃以上であることが好ましく、170〜400℃であることがより好ましい。150℃未満である場合は耐熱性が不十分である。   The cured resin obtained by curing the epoxy resin composition of the present invention preferably has a glass transition temperature of 150 ° C. or higher, and more preferably 170 to 400 ° C. When it is less than 150 ° C., the heat resistance is insufficient.

本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる硬化樹脂は、JIS K7171法で測定する曲げ弾性率が3.0GPa以上であることが好ましく、3.5〜30GPaであることがより好ましく、4.0〜20GPaであることが更に好ましい。3.0GPa未満である場合、得られる繊維強化複合材料の特性が低下し易い。   The cured resin obtained by curing the epoxy resin composition of the present invention preferably has a flexural modulus measured by the JIS K7171 method of 3.0 GPa or more, more preferably 3.5 to 30 GPa. More preferably, it is 0-20 GPa. When it is less than 3.0 GPa, the properties of the obtained fiber-reinforced composite material are likely to be deteriorated.

(1−1) エポキシ樹脂[A]
本発明のエポキシ樹脂組成物は、下記化学式(1)
(1-1) Epoxy resin [A]
The epoxy resin composition of the present invention has the following chemical formula (1)

Figure 2019163438
Figure 2019163438

(ただし、化(1)中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、ハロゲン原子からなる群から選ばれる1つを表し、Xは−CH−、−O−、−S−、−CO−、−C(=O)O−、−O−C(=O)−、−NHCO−、−CONH−、−SO−から選ばれる1つを表す。)
で示されるエポキシ樹脂[A]を含む。R〜Rが、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基である場合、その炭素数は1〜4であることが好ましい。
(However, in Chemical Formula (1), R 1 to R 4 each independently represents one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, and a halogen atom; Is —CH 2 —, —O—, —S—, —CO—, —C (═O) O—, —O—C (═O) —, —NHCO—, —CONH—, —SO 2 —. Represents one selected.)
The epoxy resin [A] shown by these is included. When R 1 to R 4 are an aliphatic hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group, the number of carbon atoms is preferably 1 to 4.

エポキシ樹脂[A]は2つの芳香環がX基を介して結合しており、各芳香環にはジグリシジル基がそれぞれ結合している。そのうち、1つの芳香環においてはX基とジグリシジル基とがパラ位で結合しており、他の1つの芳香環においてはX基とジグリシジル基とがメタ位で結合している。この構造により生じる硬化樹脂の特殊な立体構造に起因して、硬化樹脂の弾性率及び耐熱性が高くなると本発明者らは推定している。   In the epoxy resin [A], two aromatic rings are bonded via an X group, and a diglycidyl group is bonded to each aromatic ring. Among them, in one aromatic ring, the X group and the diglycidyl group are bonded at the para position, and in the other one aromatic ring, the X group and the diglycidyl group are bonded at the meta position. The present inventors presume that due to the special three-dimensional structure of the cured resin generated by this structure, the elastic modulus and heat resistance of the cured resin are increased.

エポキシ樹脂[A]としては、テトラグリシジル−3,4’−ジアミノジフェニルエーテルであることが好ましい。R〜Rが水素原子である場合、硬化樹脂の特殊な立体構造形成が阻害されにくいため好ましい。また、当該化合物の合成が容易になるためXが−O−であることが好ましい。 The epoxy resin [A] is preferably tetraglycidyl-3,4'-diaminodiphenyl ether. A case where R 1 to R 4 are hydrogen atoms is preferable because formation of a special three-dimensional structure of the cured resin is difficult to be inhibited. In addition, X is preferably —O— because the compound can be easily synthesized.

本発明のエポキシ樹脂組成物における、エポキシ樹脂の総量に対する、エポキシ樹脂[A]が占める割合は、20〜95質量%であることが好ましく、40〜60質量%であることがより好ましく、55〜90質量%であることが更に好ましい。20質量%未満の場合、得られる硬化樹脂の耐熱性及び弾性率が低下する場合がある。95質量%を超える場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が高く、強化繊維基材への含浸性が低下し易い。その結果、何れの場合も、得られるCFRPの各種物性が低下する場合がある。   The ratio of the epoxy resin [A] to the total amount of the epoxy resin in the epoxy resin composition of the present invention is preferably 20 to 95% by mass, more preferably 40 to 60% by mass, and 55 to 55% by mass. More preferably, it is 90 mass%. If it is less than 20% by mass, the heat resistance and elastic modulus of the resulting cured resin may be reduced. When it exceeds 95 mass%, the viscosity of an epoxy resin composition is high, and the impregnation property to a reinforced fiber base material tends to fall. As a result, in any case, various physical properties of the obtained CFRP may deteriorate.

(1−2) エポキシ樹脂[B]
本発明のエポキシ樹脂組成物は、グリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ樹脂であって、グリシジルエーテル個数/芳香環個数が2のエポキシ樹脂[B]を含む。なお、本発明において、ナフタレン環やアントラセン環など縮環構造は1つの芳香環とみなす。
エポキシ樹脂[B]は、エポキシ樹脂[A]の粘度を低下させて、プリプレグ作製時の樹脂含浸性を向上させるとともに、硬化樹脂の弾性率を向上させる。そのため、エポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂[B]とを組み合わせて用いることにより、耐熱性及び高弾性率を維持しつつ、FRPの各種物性を向上できる。
(1-2) Epoxy resin [B]
The epoxy resin composition of the present invention is an aromatic epoxy resin having a glycidyl ether group, and includes an epoxy resin [B] having the number of glycidyl ethers / number of aromatic rings of 2. In the present invention, a condensed ring structure such as a naphthalene ring or an anthracene ring is regarded as one aromatic ring.
The epoxy resin [B] reduces the viscosity of the epoxy resin [A], improves the resin impregnation property at the time of preparing the prepreg, and improves the elastic modulus of the cured resin. Therefore, by using the epoxy resin [A] and the epoxy resin [B] in combination, various physical properties of the FRP can be improved while maintaining heat resistance and high elastic modulus.

エポキシ樹脂[B]としては、グリシジルエーテル個数/芳香環個数が2のエポキシ樹脂であれば特に限定されないが、o−ハイドロキノン、レゾルシノール、p−ハイドロキノン及びこれらの誘導体のようなグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂を用いることが好ましく、特にレゾルシノール及びその誘導体を用いることが好ましい。   The epoxy resin [B] is not particularly limited as long as the number of glycidyl ethers / the number of aromatic rings is 2, but glycidyl ether type epoxy resins such as o-hydroquinone, resorcinol, p-hydroquinone and derivatives thereof. It is preferable to use resorcinol and derivatives thereof.

本発明のエポキシ樹脂組成物における、エポキシ樹脂[A]とエポキシ樹脂[B]との質量比は、2:8 〜 9:1であることが好ましく、4:6〜9:1であることがより好ましく、6:4 〜 8:2であることが更に好ましい。この比率で配合することにより、プリプレグの作製に適した粘度を有するエポキシ樹脂組成物を作製でき、かつ架橋密度が高い硬化体を得ることができる。   In the epoxy resin composition of the present invention, the mass ratio of the epoxy resin [A] to the epoxy resin [B] is preferably 2: 8 to 9: 1, and preferably 4: 6 to 9: 1. More preferably, it is more preferably 6: 4 to 8: 2. By mix | blending in this ratio, the epoxy resin composition which has a viscosity suitable for preparation of a prepreg can be produced, and the hardening body with a high crosslinking density can be obtained.

エポキシ樹脂[B]は、エポキシ樹脂[A]の粘度を低下させる減粘剤であり、エポキシ樹脂[A]及び後述のアミン系硬化剤と組み合わせて用いることにより、架橋密度が高い硬化体を与える。   The epoxy resin [B] is a viscosity reducing agent that lowers the viscosity of the epoxy resin [A]. By using the epoxy resin [B] in combination with the epoxy resin [A] and an amine-based curing agent described later, a cured product having a high crosslinking density is obtained. .

本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記2種類のエポキシ樹脂を必須とするが、その他のエポキシ樹脂を含んでいても良い。
本発明のエポキシ樹脂組成物における、全エポキシ樹脂量に対する、エポキシ樹脂[A]及びエポキシ樹脂[B]が占める割合は、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましい。
The epoxy resin composition of the present invention essentially comprises the above two types of epoxy resins, but may contain other epoxy resins.
In the epoxy resin composition of the present invention, the ratio of the epoxy resin [A] and the epoxy resin [B] to the total epoxy resin amount is preferably 50% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. preferable.

その他のエポキシ樹脂としては、従来公知のエポキシ樹脂を用いることができる。具体的には、以下に例示されるものを用いることができる。これらの中でも芳香族基を含有するエポキシ樹脂が好ましく、グリシジルアミン構造、グリシジルエーテル構造のいずれかを含有するエポキシ樹脂が好ましい。また、脂環族エポキシ樹脂も好適に用いることができる。
グリシジルアミン構造を含有するエポキシ樹脂としては、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、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−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−3−メチル−4−アミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾールの各種異性体などが例示される。
グリシジルエーテル構造を含有するエポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、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が例示される。
また、これらのエポキシ樹脂は、必要に応じて、芳香族環構造などに、非反応性置換基を有していても良い。非反応性置換基としては、メチル、エチル、イソプロピルなどのアルキル基やフェニルなどの芳香族基やアルコキシル基、アラルキル基、塩素や臭素などの如くハロゲン基などが例示される。
As other epoxy resins, conventionally known epoxy resins can be used. Specifically, those exemplified below can be used. Among these, an epoxy resin containing an aromatic group is preferable, and an epoxy resin containing either a glycidylamine structure or a glycidyl ether structure is preferable. Moreover, an alicyclic epoxy resin can also be used suitably.
Examples of the epoxy resin containing a glycidylamine structure include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol, N, N, O— Examples include triglycidyl-3-methyl-4-aminophenol and various isomers of triglycidylaminocresol.
Examples of the epoxy resin containing a glycidyl ether structure include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, and cresol novolac type epoxy resin.
Moreover, these epoxy resins may have a non-reactive substituent in aromatic ring structure etc. as needed. Examples of non-reactive substituents include alkyl groups such as methyl, ethyl, and isopropyl, aromatic groups such as phenyl, alkoxyl groups, aralkyl groups, and halogen groups such as chlorine and bromine.

(1−3) アミン系硬化剤
本発明のエポキシ樹脂組成物は、公知のアミン系硬化剤が用いられる。アミン系硬化剤としては、例えば、ジシアンジアミド、芳香族アミン系硬化剤の各種異性体、アミノ安息香酸エステル類が挙げられる。
(1-3) Amine-based curing agent A known amine-based curing agent is used for the epoxy resin composition of the present invention. Examples of amine curing agents include dicyandiamide, various isomers of aromatic amine curing agents, and aminobenzoic acid esters.

ジシアンジアミドは、プリプレグの保存安定性に優れるため好ましい。また、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、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ジアミン化合物及びそれらの非反応性置換基を有する誘導体は、耐熱性の良好な硬化物を与えるという観点から特に好ましい。ここで、非反応性置換基は、エポキシ樹脂の説明において述べた非反応性置換基と同様である。   Dicyandiamide is preferable because of excellent storage stability of the prepreg. In addition, aromatic diamine compounds such as 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, and 4,4′-diaminodiphenylmethane and derivatives having non-reactive substituents have good heat resistance. From the viewpoint of providing a cured product. Here, the non-reactive substituent is the same as the non-reactive substituent described in the description of the epoxy resin.

アミノ安息香酸エステル類としては、トリメチレングリコールジ−p−アミノベンゾエートやネオペンチルグリコールジ−p−アミノベンゾエートが好ましく用いられる。これらを用いて硬化させた複合材料は、ジアミノジフェニルスルホンの各種異性体と比較して耐熱性は劣るが、引張伸度に優れる。そのため、複合材料の用途に応じて、使用する硬化剤の種類は適宜選択される。   As the aminobenzoic acid esters, trimethylene glycol di-p-aminobenzoate and neopentyl glycol di-p-aminobenzoate are preferably used. Composite materials cured using these are inferior in heat resistance to various isomers of diaminodiphenylsulfone, but are excellent in tensile elongation. Therefore, the type of curing agent to be used is appropriately selected according to the use of the composite material.

エポキシ樹脂組成物に含まれる硬化剤の量は、少なくともエポキシ樹脂組成物に配合されているエポキシ樹脂を硬化させるのに適する量である。硬化剤の量は、用いるエポキシ樹脂及び硬化剤の種類に応じて適宜調節すればよい。硬化剤の量は、他の硬化剤や硬化促進剤の有無と添加量、エポキシ樹脂との化学反応量論及び組成物の硬化速度などを考慮して、適宜調整する。プリプレグに含まれるエポキシ樹脂100質量部に対して、硬化剤を30〜100質量部配合することが好ましく、30〜70質量部配合することがより好ましい。   The amount of the curing agent contained in the epoxy resin composition is an amount suitable for at least curing the epoxy resin blended in the epoxy resin composition. What is necessary is just to adjust the quantity of a hardening | curing agent suitably according to the kind of epoxy resin and hardening | curing agent to be used. The amount of the curing agent is appropriately adjusted in consideration of the presence and addition amount of other curing agents and curing accelerators, the chemical reaction stoichiometry with the epoxy resin, the curing rate of the composition, and the like. It is preferable to mix | blend 30-100 mass parts of hardening | curing agents with respect to 100 mass parts of epoxy resins contained in a prepreg, and it is more preferable to mix | blend 30-70 mass parts.

(1−4) 熱可塑性樹脂
本発明のエポキシ樹脂組成物は熱可塑性樹脂を含んでいても良い。熱可塑性樹脂としては、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂とエポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂とが挙げられる。
(1-4) Thermoplastic Resin The epoxy resin composition of the present invention may contain a thermoplastic resin. Examples of the thermoplastic resin include an epoxy resin-soluble thermoplastic resin and an epoxy resin-insoluble thermoplastic resin.

(1−4−1) エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂
エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂を含有することもできる。このエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂組成物の粘度を調整するとともに、得られるFRPの耐衝撃性を向上させる。
(1-4-1) Epoxy resin-soluble thermoplastic resin The epoxy resin composition can also contain an epoxy resin-soluble thermoplastic resin. This epoxy resin-soluble thermoplastic resin adjusts the viscosity of the epoxy resin composition and improves the impact resistance of the resulting FRP.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂とは、FRPを成形する温度又はそれ以下の温度において、エポキシ樹脂に一部又は全部が溶解し得る熱可塑性樹脂である。ここで、エポキシ樹脂に一部が溶解するとは、エポキシ樹脂100質量部に対して、平均粒子径が20〜50μmの熱可塑性樹脂10質量部を混合して190℃で1時間撹拌した際に粒子が消失するか、粒子の大きさが10%以上変化することを意味する。
一方、エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂とは、FRPを成形する温度又はそれ以下の温度において、エポキシ樹脂に実質的に溶解しない熱可塑性樹脂をいう。即ち、エポキシ樹脂100質量部に対して、平均粒子径が20〜50μmの熱可塑性樹脂10質量部を混合して190℃で1時間撹拌した際に、粒子の大きさが10%以上変化しない熱可塑性樹脂をいう。なお、一般的に、FRPを成形する温度は100〜190℃である。また、粒子径は、顕微鏡によって目視で測定され、平均粒子径とは、無作為に選択した100個の粒子の粒子径の平均値を意味する。
The epoxy resin-soluble thermoplastic resin is a thermoplastic resin that can be partially or wholly dissolved in the epoxy resin at a temperature at which FRP is molded or at a temperature lower than that. Here, a part of the epoxy resin is dissolved when 100 parts by mass of the epoxy resin is mixed with 10 parts by mass of a thermoplastic resin having an average particle diameter of 20 to 50 μm and stirred at 190 ° C. for 1 hour. Disappears or the particle size changes by 10% or more.
On the other hand, the epoxy resin-insoluble thermoplastic resin refers to a thermoplastic resin that does not substantially dissolve in the epoxy resin at a temperature at which FRP is molded or at a temperature lower than that. That is, when 100 parts by mass of an epoxy resin is mixed with 10 parts by mass of a thermoplastic resin having an average particle diameter of 20 to 50 μm and stirred at 190 ° C. for 1 hour, the particle size does not change by 10% or more. It refers to a plastic resin. In general, the temperature at which FRP is molded is 100 to 190 ° C. The particle diameter is measured visually with a microscope, and the average particle diameter means the average value of the particle diameters of 100 particles selected at random.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂が完全に溶解していない場合は、エポキシ樹脂の硬化過程で加熱されることによりエポキシ樹脂に溶解し、エポキシ樹脂組成物の粘度を増加させることができる。これにより、硬化過程における粘度低下に起因するエポキシ樹脂組成物のフロー(プリプレグ内から樹脂組成物が流出する現象)を防止することができる。   When the epoxy resin-soluble thermoplastic resin is not completely dissolved, it is dissolved in the epoxy resin by being heated in the curing process of the epoxy resin, and the viscosity of the epoxy resin composition can be increased. Thereby, it is possible to prevent the flow of the epoxy resin composition (a phenomenon in which the resin composition flows out from the prepreg) due to a decrease in viscosity in the curing process.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、190℃でエポキシ樹脂に80質量%以上溶解する樹脂が好ましい。   The epoxy resin-soluble thermoplastic resin is preferably a resin that dissolves in an epoxy resin at 190 ° C. by 80 mass% or more.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の具体的例としては、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート等が挙げられる。これらは、単独で用いても、2種以上を併用しても良い。エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量(Mw)が8000〜100000の範囲のポリエーテルスルホン、ポリスルホンが特に好ましい。重量平均分子量(Mw)が8000よりも小さいと、得られるFRPの耐衝撃性が不十分となり、また100000よりも大きいと粘度が著しく高くなり取扱性が著しく悪化する場合がある。エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の分子量分布は均一であることが好ましい。特に、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比である多分散度(Mw/Mn)が1〜10の範囲であることが好ましく、1.1〜5の範囲であることがより好ましい。   Specific examples of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin include polyethersulfone, polysulfone, polyetherimide, and polycarbonate. These may be used alone or in combination of two or more. The epoxy resin-soluble thermoplastic resin contained in the epoxy resin composition is particularly preferably polyethersulfone or polysulfone having a weight average molecular weight (Mw) in the range of 8000 to 100,000 as measured by gel permeation chromatography. When the weight average molecular weight (Mw) is less than 8000, the impact resistance of the obtained FRP becomes insufficient, and when it is more than 100,000, the viscosity is remarkably increased and the handling property may be remarkably deteriorated. The molecular weight distribution of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin is preferably uniform. In particular, the polydispersity (Mw / Mn), which is the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn), is preferably in the range of 1 to 10, and preferably in the range of 1.1 to 5. More preferred.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂と反応性を有する反応基又は水素結合を形成する官能基を有していることが好ましい。このようなエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂の硬化過程中における溶解安定性を向上させることができる。また、硬化後に得られるFRPに靭性、耐薬品性、耐熱性及び耐湿熱性を付与することができる。   The epoxy resin-soluble thermoplastic resin preferably has a reactive group reactive with the epoxy resin or a functional group that forms a hydrogen bond. Such an epoxy resin-soluble thermoplastic resin can improve the dissolution stability during the curing process of the epoxy resin. Moreover, toughness, chemical resistance, heat resistance, and moist heat resistance can be imparted to the FRP obtained after curing.

エポキシ樹脂との反応性を有する反応基としては、水酸基、カルボン酸基、イミノ基、アミノ基などが好ましい。水酸基末端のポリエーテルスルホンを用いると、得られるFRPの耐衝撃性、破壊靭性及び耐溶剤性が特に優れるためより好ましい。   As the reactive group having reactivity with the epoxy resin, a hydroxyl group, a carboxylic acid group, an imino group, an amino group, and the like are preferable. Use of a hydroxyl-terminated polyethersulfone is more preferred because the resulting FRP is particularly excellent in impact resistance, fracture toughness and solvent resistance.

エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の含有量は、粘度に応じて適宜調整される。プリプレグの加工性の観点から、エポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂100質量部に対して、5〜90質量部が好ましく、5〜40質量部がより好ましく、15〜35質量部がさらに好ましい。5質量部未満の場合は、得られるFRPの耐衝撃性が不十分となる場合がある。エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の含有量が高くなると、粘度が著しく高くなり、プリプレグの取扱性が著しく悪化する場合がある。   Content of the epoxy resin soluble thermoplastic resin contained in an epoxy resin composition is suitably adjusted according to a viscosity. From the viewpoint of workability of the prepreg, 5 to 90 parts by mass are preferable, 5 to 40 parts by mass are more preferable, and 15 to 35 parts by mass are more preferable with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin contained in the epoxy resin composition. . If the amount is less than 5 parts by mass, the resulting FRP may have insufficient impact resistance. When the content of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin is high, the viscosity is remarkably increased, and the prepreg handling property may be remarkably deteriorated.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂には、アミン末端基を有する反応性芳香族オリゴマー(以下、単に「芳香族オリゴマー」ともいう)を含むことが好ましい。   The epoxy resin-soluble thermoplastic resin preferably contains a reactive aromatic oligomer having an amine end group (hereinafter also simply referred to as “aromatic oligomer”).

エポキシ樹脂組成物は、加熱硬化時にエポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応により高分子量化する。高分子量化により二相域が拡大することによって、エポキシ樹脂組成物に溶解していた芳香族オリゴマーは、反応誘起型の相分離を引き起こす。この相分離により、硬化後のエポキシ樹脂と、芳香族オリゴマーと、が共連続となる樹脂の二相構造をマトリックス樹脂内に形成する。また、芳香族オリゴマーはアミン末端基を有していることから、エポキシ樹脂との反応も生じる。この共連続の二相構造における各相は互いに強固に結合しているため、耐溶剤性も向上している。   The epoxy resin composition has a high molecular weight due to a curing reaction between the epoxy resin and the curing agent during heat curing. When the two-phase region is expanded by increasing the molecular weight, the aromatic oligomer dissolved in the epoxy resin composition causes reaction-induced phase separation. By this phase separation, a two-phase structure of a resin in which the cured epoxy resin and the aromatic oligomer are co-continuous is formed in the matrix resin. Moreover, since the aromatic oligomer has an amine terminal group, a reaction with an epoxy resin also occurs. Since the phases in this co-continuous two-phase structure are firmly bonded to each other, the solvent resistance is also improved.

この共連続の構造は、FRPに対する外部からの衝撃を吸収してクラック伝播を抑制する。その結果、アミン末端基を有する反応性芳香族オリゴマーを含むプリプレグを用いて作製されるFRPは、高い耐衝撃性及び破壊靭性を有する。   This co-continuous structure absorbs external impact on the FRP and suppresses crack propagation. As a result, FRP produced using a prepreg containing a reactive aromatic oligomer having an amine end group has high impact resistance and fracture toughness.

この芳香族オリゴマーとしては、公知のアミン末端基を有するポリスルホン、アミン末端基を有するポリエーテルスルホンを用いることができる。アミン末端基は第一級アミン(−NH)末端基であることが好ましい。 As this aromatic oligomer, a known polysulfone having an amine end group and a polyether sulfone having an amine end group can be used. The amine end group is preferably a primary amine (—NH 2 ) end group.

エポキシ樹脂組成物に配合される芳香族オリゴマーは、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量が8000〜40000であることが好ましい。重量平均分子量が8000未満である場合、マトリクス樹脂の靱性向上効果が低い。また、重量平均分子量が40000を超える場合、樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎて、強化繊維層内に樹脂組成物が含浸しにくくなる等の加工上の問題点が発生しやすくなる。   The aromatic oligomer blended in the epoxy resin composition preferably has a weight average molecular weight of 8000 to 40,000 as measured by gel permeation chromatography. When the weight average molecular weight is less than 8000, the effect of improving the toughness of the matrix resin is low. On the other hand, when the weight average molecular weight exceeds 40000, the viscosity of the resin composition becomes too high, and processing problems such as difficulty in impregnating the resin composition in the reinforcing fiber layer tend to occur.

芳香族オリゴマーとしては、「Virantage DAMS VW−30500 RP(登録商標)」(Solvay Specialty Polymers社製)のような市販品を好ましく用いることができる。   As the aromatic oligomer, a commercially available product such as “Virantage DAMS VW-30500 RP (registered trademark)” (manufactured by Solvay Specialty Polymers) can be preferably used.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の形態は、特に限定されないが、粒子状であることが好ましい。粒子状のエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、樹脂組成物中に均一に配合することができる。また、得られるプリプレグの成形性が高い。   The form of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin is not particularly limited, but is preferably particulate. The particulate epoxy resin-soluble thermoplastic resin can be uniformly blended in the resin composition. Moreover, the moldability of the obtained prepreg is high.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の平均粒子径は、1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることが特に好ましい。1μm未満である場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が著しく増粘する。そのため、エポキシ樹脂組成物に十分な量のエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂を添加することが困難となる場合がある。50μmを超える場合、エポキシ樹脂組成物をシート状に加工する際、均質な厚みのシートが得られ難くなる場合がある。また、エポキシ樹脂への溶解速度が遅くなり、得られるFRPが不均一となるため、好ましくない。   The average particle size of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin is preferably 1 to 50 μm, and particularly preferably 3 to 30 μm. When it is less than 1 μm, the viscosity of the epoxy resin composition is remarkably increased. Therefore, it may be difficult to add a sufficient amount of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin to the epoxy resin composition. When exceeding 50 micrometers, when processing an epoxy resin composition into a sheet form, it may become difficult to obtain a sheet of uniform thickness. Moreover, since the melt | dissolution rate to an epoxy resin becomes slow and obtained FRP becomes non-uniform | heterogenous, it is not preferable.

(1−4−2) エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂
エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の他に、エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂を含有しても良い。本発明において、エポキシ樹脂組成物はエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂及びエポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂の両者を含有していることが好ましい。
(1-4-2) Epoxy resin insoluble thermoplastic resin The epoxy resin composition may contain an epoxy resin insoluble thermoplastic resin in addition to the epoxy resin soluble thermoplastic resin. In the present invention, the epoxy resin composition preferably contains both an epoxy resin-soluble thermoplastic resin and an epoxy resin-insoluble thermoplastic resin.

エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の一部(硬化後のマトリクス樹脂において溶解せずに残存したエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂)は、その粒子がFRPのマトリクス樹脂中に分散する状態となる(以下、この分散している粒子を「層間粒子」ともいう)。この層間粒子は、FRPが受ける衝撃の伝播を抑制する。その結果、得られるFRPの耐衝撃性が向上する。   Part of epoxy resin-insoluble thermoplastic resin and epoxy resin-soluble thermoplastic resin (epoxy resin-soluble thermoplastic resin remaining undissolved in the cured matrix resin) is dispersed in the FRP matrix resin (Hereinafter, the dispersed particles are also referred to as “interlayer particles”). The interlayer particles suppress the propagation of the impact received by the FRP. As a result, the impact resistance of the obtained FRP is improved.

エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリベンズイミダゾールが例示される。これらの中でも、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミドは、靭性及び耐熱性が高いため好ましい。ポリアミドやポリイミドは、FRPに対する靭性向上効果が特に優れている。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を併用しても良い。また、これらの共重合体を用いることもできる。   Examples of the epoxy resin insoluble thermoplastic resin include polyamide, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherketone, polyetheretherketone, polyethylene naphthalate, polyethernitrile, and polybenzimidazole. . Among these, polyamide, polyamideimide, and polyimide are preferable because of high toughness and heat resistance. Polyamide and polyimide are particularly excellent in improving toughness against FRP. These may be used alone or in combination of two or more. Moreover, these copolymers can also be used.

特に、非晶性ポリイミドや、ナイロン6(登録商標)(カプロラクタムの開環重縮合反応により得られるポリアミド)、ナイロン11(ウンデカンラクタムの開環重縮合反応により得られるポリアミド)、ナイロン12(ラウリルラクタムの開環重縮合反応により得られるポリアミド)、ナイロン1010(セバシン酸と1,10−デカンジアミンとの共重合反応により得られるポリアミド)、非晶性のナイロン(透明ナイロンとも呼ばれ、ポリマーの結晶化が起こらないか、ポリマーの結晶化速度が極めて遅いナイロン)のようなポリアミドを使用することにより、得られるFRPの耐熱性を特に向上させることができる。   In particular, amorphous polyimide, nylon 6 (registered trademark) (polyamide obtained by ring-opening polycondensation reaction of caprolactam), nylon 11 (polyamide obtained by ring-opening polycondensation reaction of undecane lactam), nylon 12 (lauryl lactam) Polyamide obtained by a ring-opening polycondensation reaction), nylon 1010 (polyamide obtained by copolymerization reaction of sebacic acid and 1,10-decanediamine), amorphous nylon (also called transparent nylon, polymer crystal) The heat resistance of the resulting FRP can be particularly improved by using a polyamide such as nylon which does not cause crystallization or has a very slow polymer crystallization rate.

エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂の含有量は、エポキシ樹脂組成物の粘度に応じて適宜調整される。プリプレグの加工性の観点から、エポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂100質量部に対して、5〜50質量部であることが好ましく、10〜45質量部であることがより好ましく、20〜40質量部であることがさらに好ましい。5質量部未満の場合、得られるFRPの耐衝撃性が不十分になる場合がある。50質量部を超える場合、エポキシ樹脂組成物の含浸性や、得られるプリプレグのドレープ性などを低下させる場合がある。   Content of the epoxy resin insoluble thermoplastic resin in an epoxy resin composition is suitably adjusted according to the viscosity of an epoxy resin composition. From the viewpoint of workability of the prepreg, the amount is preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 10 to 45 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin contained in the epoxy resin composition. More preferably, it is 40 parts by mass. When the amount is less than 5 parts by mass, the resulting FRP may have insufficient impact resistance. When it exceeds 50 mass parts, the impregnation property of an epoxy resin composition, the drape property of the prepreg obtained, etc. may be reduced.

エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂の好ましい平均粒子径や形態は、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂と同様である。   The preferable average particle diameter and form of the epoxy resin-insoluble thermoplastic resin are the same as those of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin.

(1−5) その他の添加剤
本発明のエポキシ樹脂組成物には、導電性粒子や難燃剤、無機系充填剤、内部離型剤が配合されてもよい。
(1-5) Other additives The epoxy resin composition of the present invention may contain conductive particles, a flame retardant, an inorganic filler, and an internal release agent.

導電性粒子としては、ポリアセチレン粒子、ポリアニリン粒子、ポリピロール粒子、ポリチオフェン粒子、ポリイソチアナフテン粒子及びポリエチレンジオキシチオフェン粒子等の導電性ポリマー粒子;カーボン粒子;炭素繊維粒子;金属粒子;無機材料又は有機材料から成るコア材を導電性物質で被覆した粒子が例示される。   Examples of the conductive particles include conductive polymer particles such as polyacetylene particles, polyaniline particles, polypyrrole particles, polythiophene particles, polyisothianaphthene particles and polyethylenedioxythiophene particles; carbon particles; carbon fiber particles; metal particles; inorganic materials or organic materials The particle | grains which coat | covered the core material which consists of material with an electroconductive substance are illustrated.

難燃剤としては、リン系難燃剤が例示される。リン系難燃剤としては、分子中にリン原子を含むものであれば特に限定されず、例えば、リン酸エステル、縮合リン酸エステル、ホスファゼン化合物、ポリリン酸塩などの有機リン化合物や赤リンが挙げられる。   An example of the flame retardant is a phosphorus-based flame retardant. The phosphorus-based flame retardant is not particularly limited as long as it contains a phosphorus atom in the molecule, and examples thereof include organic phosphorus compounds such as phosphate esters, condensed phosphate esters, phosphazene compounds, and polyphosphates, and red phosphorus. It is done.

無機系充填材としては、例えば、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、酸化亜鉛、グラファイト、硫酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、酸化マグネシウム、ケイ酸塩鉱物が挙げられる。特に、ケイ酸塩鉱物を用いることが好ましい。ケイ酸塩鉱物の市販品としては、THIXOTROPIC AGENT DT 5039(ハンツマン・ジャパン株式会社 製)が挙げられる。   Examples of inorganic fillers include aluminum borate, calcium carbonate, silicon carbonate, silicon nitride, potassium titanate, basic magnesium sulfate, zinc oxide, graphite, calcium sulfate, magnesium borate, magnesium oxide, silicate mineral Is mentioned. In particular, it is preferable to use a silicate mineral. As a commercial item of a silicate mineral, THIXOTROPIC AGENT DT 5039 (made by Huntsman Japan Co., Ltd.) is mentioned.

内部離型剤としては、例えば、金属石鹸類、ポリエチレンワックスやカルバナワックス等の植物ワックス、脂肪酸エステル系離型剤、シリコンオイル、動物ワックス、フッ素系非イオン界面活性剤を挙げることができる。これら内部離型剤の配合量は、前記エポキシ樹脂100質量部に対して、0.1〜5質量部であることが好ましく、0.2〜2質量部であることがさらに好ましい。この範囲内においては、金型からの離型効果が好適に発揮される。   Examples of the internal mold release agent include metal soaps, vegetable waxes such as polyethylene wax and carbana wax, fatty acid ester type mold release agents, silicone oil, animal waxes, and fluorine type nonionic surfactants. The compounding amount of these internal mold release agents is preferably 0.1 to 5 parts by mass, and more preferably 0.2 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin. Within this range, the effect of releasing from the mold is suitably exhibited.

内部離型剤の市販品としては、“MOLD WIZ(登録商標)” INT1846(AXEL PLASTICS RESEARCH LABORATORIES INC.製)、Licowax S、Licowax P、Licowax OP、Licowax PE190、Licowax PED(クラリアントジャパン社製)、ステアリルステアレート(SL−900A;理研ビタミン(株)製が挙げられる。   Commercially available products of the internal mold release agent include “MOLD WIZ (registered trademark)” INT 1846 (manufactured by AXEL PLASTICS RESEARCH LABORATORIES INC.), Liowax S, Liwawax P, Liwawax OP, Liwawax PE190, Liwawax PED (manufactured by Liwawax PED) Examples include stearyl stearate (SL-900A; manufactured by Riken Vitamin Co., Ltd.).

(1−6) エポキシ樹脂組成物の製造方法
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂[A]およびエポキシ樹脂[B]と、必要に応じて、エポキシ樹脂[A]、[B]以外のエポキシ樹脂、硬化剤、熱可塑性樹脂やその他の成分と、を混合することにより製造できる。これらの混合の順序は問わない。
(1-6) Method for Producing Epoxy Resin Composition The epoxy resin composition of the present invention comprises an epoxy resin [A] and an epoxy resin [B] and, if necessary, other than the epoxy resins [A] and [B]. It can be produced by mixing an epoxy resin, a curing agent, a thermoplastic resin and other components. The order of these mixing is not ask | required.

エポキシ樹脂組成物の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知のいずれの方法を用いてもよい。混合温度としては、40〜120℃の範囲が例示できる。120℃を超える場合、部分的に硬化反応が進行して強化繊維基材層内への含浸性が低下したり、得られるエポキシ樹脂組成物及びそれを用いて製造されるプリプレグの保存安定性が低下したりする場合がある。40℃未満である場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が高く、実質的に混合が困難となる場合がある。好ましくは50〜100℃であり、さらに好ましくは50〜90℃の範囲である。   The method for producing the epoxy resin composition is not particularly limited, and any conventionally known method may be used. As mixing temperature, the range of 40-120 degreeC can be illustrated. When the temperature exceeds 120 ° C., the curing reaction partially proceeds and the impregnation property into the reinforcing fiber base layer is lowered, or the resulting epoxy resin composition and the storage stability of the prepreg produced using the epoxy resin composition are reduced. It may decrease. When the temperature is lower than 40 ° C., the viscosity of the epoxy resin composition is high, and mixing may be substantially difficult. Preferably it is 50-100 degreeC, More preferably, it is the range of 50-90 degreeC.

混合機械装置としては、従来公知のものを用いることができる。具体的な例としては、ロールミル、プラネタリーミキサー、ニーダー、エクストルーダー、バンバリーミキサー、攪拌翼を備えた混合容器、横型混合槽などが挙げられる。各成分の混合は、大気中又は不活性ガス雰囲気下で行うことができる。大気中で混合が行われる場合は、温度、湿度が管理された雰囲気が好ましい。特に限定されるものではないが、例えば、30℃以下の一定温度に管理された温度や、相対湿度50%RH以下の低湿度雰囲気で混合することが好ましい。
A conventionally well-known thing can be used as a mixing machine apparatus. Specific examples include a roll mill, a planetary mixer, a kneader, an extruder, a Banbury mixer, a mixing container equipped with a stirring blade, a horizontal mixing tank, and the like. Mixing of each component can be performed in air | atmosphere or inert gas atmosphere. When mixing is performed in the air, an atmosphere in which temperature and humidity are controlled is preferable. Although not particularly limited, for example, it is preferable to mix in a temperature controlled at a constant temperature of 30 ° C. or lower or in a low humidity atmosphere with a relative humidity of 50% RH or lower.

2. プリプレグ
本発明のプリプレグは、強化繊維基材と、前記強化繊維基材内に含浸された上記エポキシ樹脂組成物と、から成る。
2. Prepreg The prepreg of the present invention comprises a reinforcing fiber base and the epoxy resin composition impregnated in the reinforcing fiber base.

本発明のプリプレグは、強化繊維基材の一部又は全体に上記エポキシ樹脂組成物が含浸されたプリプレグである。プリプレグ全体におけるエポキシ樹脂組成物の含有率は、プリプレグの全質量を基準として、15〜60質量%であることが好ましい。樹脂含有率が15質量%未満である場合、得られる繊維強化複合材料に空隙などが発生し、機械物性を低下させる場合がある。樹脂含有率が60質量%を超える場合、強化繊維による補強効果が不十分となり、実質的に質量対比機械物性が低いものになる場合がある。樹脂含有率は、20〜55質量%であることが好ましく、25〜50質量%であることがより好ましい。   The prepreg of the present invention is a prepreg in which a part or the whole of the reinforcing fiber base is impregnated with the epoxy resin composition. It is preferable that the content rate of the epoxy resin composition in the whole prepreg is 15-60 mass% on the basis of the total mass of a prepreg. When the resin content is less than 15% by mass, voids or the like are generated in the obtained fiber-reinforced composite material, and the mechanical properties may be lowered. When the resin content exceeds 60% by mass, the reinforcing effect by the reinforcing fibers becomes insufficient, and the mechanical properties relative to mass may be substantially low. The resin content is preferably 20 to 55% by mass, and more preferably 25 to 50% by mass.

(2−1) 強化繊維基材
本発明で用いる強化繊維基材としては、特に制限はなく、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、ポリエステル繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維及びスラッグ繊維などが挙げられる。
(2-1) Reinforcing fiber base material There is no restriction | limiting in particular as a reinforcing fiber base material used by this invention, For example, carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber, polyester fiber, ceramic fiber, alumina fiber, boron Examples thereof include fibers, metal fibers, mineral fibers, rock fibers, and slug fibers.

これらの強化繊維の中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。比強度、比弾性率が良好で、軽量かつ高強度の繊維強化複合材料が得られる点で、炭素繊維がより好ましい。引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維が特に好ましい。   Among these reinforcing fibers, carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers are preferable. Carbon fiber is more preferable in that it has a good specific strength and specific elastic modulus, and a lightweight and high-strength fiber-reinforced composite material can be obtained. Polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fibers are particularly preferable in terms of excellent tensile strength.

強化繊維にPAN系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は、100〜600GPaであることが好ましく、200〜500GPaであることがより好ましく、230〜450GPaであることが特に好ましい。また、引張強度は、2000〜10000MPaであることが好ましく、3000〜8000MPaであることがより好ましい。炭素繊維の直径は、4〜20μmが好ましく、5〜10μmがより好ましい。このような炭素繊維を用いることにより、得られる繊維強化複合材料の機械的性質を向上できる。また、本発明において、サイジング剤が付着した強化繊維の質量に対して、サイジング剤が0.01〜10質量%付着した強化繊維束であることが好ましく、0.05〜3.0質量%の付着量であることがより好ましく、0.1〜2.0質量%の付着量であることが特に好ましい。サイジング剤の付着量が多い方が、強化繊維とマトリクス樹脂の接着性が強くなる傾向がある。一方、付着量が低い方が得られる複合材料の層間靱性が優れる傾向にある。最も好ましいサイジング剤の付着量は、強化繊維とマトリクス樹脂の接着性の観点からは1.0〜2.0質量%であり、得られる複合材料の層間靱性の観点からは0.1〜1.0質量%である。   When PAN-based carbon fiber is used as the reinforcing fiber, the tensile elastic modulus is preferably 100 to 600 GPa, more preferably 200 to 500 GPa, and particularly preferably 230 to 450 GPa. Further, the tensile strength is preferably 2000 to 10000 MPa, and more preferably 3000 to 8000 MPa. The diameter of the carbon fiber is preferably 4 to 20 μm, and more preferably 5 to 10 μm. By using such a carbon fiber, the mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material can be improved. Moreover, in this invention, it is preferable that it is a reinforcing fiber bundle with which the sizing agent adhered 0.01 to 10 mass% with respect to the mass of the reinforcing fiber to which the sizing agent adhered, and 0.05 to 3.0 mass%. The adhesion amount is more preferable, and the adhesion amount is particularly preferably 0.1 to 2.0% by mass. There exists a tendency for the adhesiveness of a reinforced fiber and matrix resin to become strong, so that there is much adhesion amount of a sizing agent. On the other hand, the interlaminar toughness of the composite material obtained with a lower adhesion amount tends to be excellent. The most preferable amount of the sizing agent is 1.0 to 2.0% by mass from the viewpoint of adhesion between the reinforcing fiber and the matrix resin, and from the viewpoint of interlayer toughness of the resulting composite material, 0.1 to 1. 0% by mass.

強化繊維はシート状に形成して用いることが好ましい。強化繊維シートとしては、例えば、多数本の強化繊維を一方向に引き揃えたシートや、平織や綾織などの二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組紐、強化繊維を抄紙した紙を挙げることができる。これらの中でも、強化繊維を連続繊維としてシート状に形成した一方向引揃えシートや二方向織物、多軸織物基材を用いると、より機械物性に優れた繊維強化複合材料が得られるため好ましい。シート状の強化繊維基材の厚さは、0.01〜3mmが好ましく、0.1〜1.5mmがより好ましい。   The reinforcing fiber is preferably used in the form of a sheet. As the reinforcing fiber sheet, for example, a sheet in which a large number of reinforcing fibers are aligned in one direction, bi-directional woven fabrics such as plain weave and twill weave, multiaxial woven fabric, non-woven fabric, mat, knit, braid, paper made of reinforcing fibers Can be mentioned. Among these, it is preferable to use a unidirectionally aligned sheet, a bi-directional woven fabric, or a multiaxial woven fabric base material formed in the form of a sheet of reinforcing fibers as a continuous fiber, because a fiber-reinforced composite material having more excellent mechanical properties can be obtained. The thickness of the sheet-like reinforcing fiber base is preferably 0.01 to 3 mm, and more preferably 0.1 to 1.5 mm.

(2−2) プリプレグの製造方法
本発明のプリプレグの製造方法は、特に制限がなく、従来公知のいかなる方法も採用できる。具体的には、ホットメルト法や溶剤法が好適に採用できる。
(2-2) Manufacturing method of prepreg The manufacturing method of the prepreg of the present invention is not particularly limited, and any conventionally known method can be adopted. Specifically, a hot melt method or a solvent method can be suitably employed.

ホットメルト法は、離型紙の上に、樹脂組成物を薄いフィルム状に塗布して樹脂組成物フィルムを形成し、強化繊維基材に該樹脂組成物フィルムを積層して加圧下で加熱することにより樹脂組成物を強化繊維基材層内に含浸させる方法である。   In the hot melt method, a resin composition is applied to a release paper in the form of a thin film to form a resin composition film, and the resin composition film is laminated on a reinforcing fiber substrate and heated under pressure. This is a method of impregnating the reinforcing fiber base layer with the resin composition.

樹脂組成物を樹脂組成物フィルムにする方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知のいずれの方法を用いることもできる。具体的には、ダイ押し出し、アプリケーター、リバースロールコーター、コンマコーターなどを用いて、離型紙やフィルムなどの支持体上に樹脂組成物を流延、キャストをすることにより樹脂組成物フィルムを得ることができる。フィルムを製造する際の樹脂温度は、樹脂組成物の組成や粘度に応じて適宜決定する。具体的には、前述のエポキシ樹脂組成物の製造方法における混合温度と同じ温度条件が好適に用いられる。樹脂組成物の強化繊維基材層内への含浸は1回で行っても良いし、複数回に分けて行っても良い。   The method for forming the resin composition into a resin composition film is not particularly limited, and any conventionally known method can be used. Specifically, a resin composition film is obtained by casting and casting a resin composition on a support such as release paper or film using a die extrusion, applicator, reverse roll coater, comma coater, etc. Can do. The resin temperature at the time of producing the film is appropriately determined according to the composition and viscosity of the resin composition. Specifically, the same temperature conditions as the mixing temperature in the aforementioned method for producing an epoxy resin composition are preferably used. The impregnation of the resin composition into the reinforcing fiber base layer may be performed once or may be performed in multiple steps.

溶剤法は、エポキシ樹脂組成物を適当な溶媒を用いてワニス状にし、このワニスを強化繊維基材層内に含浸させる方法である。   The solvent method is a method in which the epoxy resin composition is made into a varnish using an appropriate solvent, and this varnish is impregnated into the reinforcing fiber base layer.

本発明のプリプレグは、これらの従来法の中でも、溶剤を用いないホットメルト法により好適に製造することができる。   Among these conventional methods, the prepreg of the present invention can be suitably produced by a hot melt method that does not use a solvent.

エポキシ樹脂組成物フィルムをホットメルト法で強化繊維基材層内に含浸させる場合の含浸温度は、50〜150℃の範囲が好ましい。含浸温度が50℃未満の場合、エポキシ樹脂の粘度が高く、強化繊維基材層内へ十分に含浸しない場合がある。含浸温度が140℃を超える場合、エポキシ樹脂組成物の硬化反応が進行し、得られるプリプレグの保存安定性が低下したり、ドレープ性が低下したりする場合がある。含浸温度は、60〜130℃がより好ましく、70〜120℃が特に好ましい。   The impregnation temperature when the epoxy resin composition film is impregnated into the reinforcing fiber base layer by the hot melt method is preferably in the range of 50 to 150 ° C. When the impregnation temperature is less than 50 ° C., the viscosity of the epoxy resin is high and the reinforcing fiber base layer may not be sufficiently impregnated. When the impregnation temperature exceeds 140 ° C., the curing reaction of the epoxy resin composition proceeds, and the storage stability of the resulting prepreg may be reduced, or the drapeability may be reduced. The impregnation temperature is more preferably 60 to 130 ° C, and particularly preferably 70 to 120 ° C.

エポキシ樹脂組成物フィルムをホットメルト法で強化繊維基材層内に含浸させる際の含浸圧力は、その樹脂組成物の粘度・樹脂フローなどを勘案し、適宜決定する。
具体的な含浸圧力は、線圧 0.01〜250(N/cm)であり、0.1〜200(N/cm)であることが好ましい。
The impregnation pressure when impregnating the epoxy resin composition film into the reinforcing fiber base layer by the hot melt method is appropriately determined in consideration of the viscosity, resin flow, etc. of the resin composition.
The specific impregnation pressure is a linear pressure of 0.01 to 250 (N / cm), and preferably 0.1 to 200 (N / cm).

3. 繊維強化複合材料
本発明のプリプレグを特定の条件で加熱加圧して硬化させることにより、繊維強化複合材料(FRP)を得ることができる。本発明のプリプレグを用いて、FRPを製造する方法としては、オートクレーブ成形やプレス成形等の公知の成形法が挙げられる。
3. Fiber Reinforced Composite Material A fiber reinforced composite material (FRP) can be obtained by curing the prepreg of the present invention by heating and pressing under specific conditions. Examples of a method for producing FRP using the prepreg of the present invention include known molding methods such as autoclave molding and press molding.

(3−1) オートクレーブ成形法
本発明のFRPの製造方法としては、オートクレーブ成形法が好ましく用いられる。オートクレーブ成形法は、金型の下型にプリプレグ及びフィルムバッグを順次敷設し、該プリプレグを下型とフィルムバッグとの間に密封し、下型とフィルムバッグとにより形成される空間を真空にするとともに、オートクレーブ成形装置で、加熱と加圧をする成形方法である。成形時の条件は、昇温速度を1〜50℃/分とし、0.2〜0.7MPa、130〜180℃で10〜300分間、加熱及び加圧することが好ましい。
(3-1) Autoclave molding method As a method for producing the FRP of the present invention, an autoclave molding method is preferably used. In the autoclave molding method, a prepreg and a film bag are sequentially laid on the lower mold of the mold, the prepreg is sealed between the lower mold and the film bag, and the space formed by the lower mold and the film bag is evacuated. At the same time, it is a molding method in which heating and pressurization are performed by an autoclave molding apparatus. The molding conditions are preferably a heating rate of 1 to 50 ° C./min, heating and pressurizing at 0.2 to 0.7 MPa and 130 to 180 ° C. for 10 to 300 minutes.

(3−2) プレス成形法
本発明のFRPの製造方法としては、プレス成形法が好ましく用いられる。プレス成形法によるFRPの製造は、本発明のプリプレグ又は本発明のプリプレグを積層して形成したプリフォームを、金型を用いて加熱加圧することにより行う。金型は、予め硬化温度に加熱しておくことが好ましい。
(3-2) Press molding method As a manufacturing method of FRP of this invention, the press molding method is used preferably. The production of FRP by the press molding method is carried out by heating and pressurizing a prepreg of the present invention or a preform formed by laminating the prepreg of the present invention using a mold. The mold is preferably heated to the curing temperature in advance.

プレス成形時の金型の温度は、150〜210℃が好ましい。成形温度が150℃以上であれば、十分に硬化反応を起こすことができ、高い生産性でFRPを得ることができる。また、成形温度が210℃以下であれば、樹脂粘度が低くなり過ぎることがなく、金型内における樹脂の過剰な流動を抑えることができる。その結果、金型からの樹脂の流出や繊維の蛇行を抑制できるため、高品質のFRPが得られる。   As for the temperature of the metal mold | die at the time of press molding, 150-210 degreeC is preferable. When the molding temperature is 150 ° C. or higher, the curing reaction can be sufficiently caused, and FRP can be obtained with high productivity. Further, if the molding temperature is 210 ° C. or lower, the resin viscosity does not become too low, and the excessive flow of the resin in the mold can be suppressed. As a result, since the outflow of resin from the mold and the meandering of the fibers can be suppressed, a high quality FRP can be obtained.

成形時の圧力は、0.05〜2MPaであり、0.2〜2MPaが好ましい。圧力が0.05MPa以上であれば、樹脂の適度な流動が得られ、外観不良やボイドの発生を防ぐことができる。また、プリプレグが十分に金型に密着するため、良好な外観のFRPを製造することができる。圧力が2MPa以下であれば、樹脂を必要以上に流動させることがないため、得られるFRPの外観不良が生じ難い。また、金型に必要以上の負荷をかけることがないため、金型の変形等が生じ難い。
成形時間は1〜8時間が好ましい。
The pressure during molding is 0.05 to 2 MPa, and preferably 0.2 to 2 MPa. When the pressure is 0.05 MPa or more, an appropriate flow of the resin can be obtained, and appearance defects and generation of voids can be prevented. Further, since the prepreg is sufficiently adhered to the mold, an FRP having a good appearance can be manufactured. If the pressure is 2 MPa or less, the resin does not flow more than necessary, and thus the appearance failure of the obtained FRP is unlikely to occur. Moreover, since the load more than necessary is not applied to the mold, the mold is hardly deformed.
The molding time is preferably 1 to 8 hours.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。本実施例、比較例において使用する成分や試験方法を以下に記載する。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to an Example. The components and test methods used in the examples and comparative examples are described below.

〔成分〕
(エポキシ樹脂)
エポキシ樹脂[A]
・テトラグリシジル−3,4’−ジアミノジフェニルエーテル(合成例1の方法で合成、以下「3,4’−TGDDE」と略記する)
エポキシ樹脂[B]
・レゾルシノールジグリシジルエーテル(ナガセケムテックス社製 EX−201、グリシジルエーテル個数/芳香環個数=2、以下「Resorcinol−DG」と略記する)
その他エポキシ樹脂
・テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン(ハンツマン社製 Araldite MY721、グリシジルエーテル個数/芳香環個数=0、以下「TGDDM」と略記する)
・ビスフェノールA−ジグリシジルエーテル(三菱化学社製 jER825、グリシジルエーテル個数/芳香環個数=1、以下「DGEBA」と略記する)
・トリグリシジル−m−アミノフェノール(ハンツマン社製 Araldite MY0600、グリシジルエーテル個数/芳香環個数=1、以下「TG−mAP」と略記する)
(アミン系硬化剤)
・3,3’−ジアミノジフェニルスルホン(小西化学工業株式会社製、以下、「3,3’−DDS」と略記する)
(エポキシ樹脂不溶熱可塑性樹脂)
・ポリアミド12(エムスケミージャパン社製 TR−55、平均粒子径20μm、以下「PA12」と略記する)
(エポキシ樹脂可溶熱可塑性樹脂)
・ポリエーテルスルホン(住友化学工業株式会社製 スミカエクセルPES−5003P、平均粒子径20μm、以下「PES」と略記する)
(炭素繊維)
・“テナックス(登録商標)”IMS65 E23 830tex(炭素繊維ストランド、引張強度 5.8GPa、引張弾性率 290GPa、サイジング剤付着量 1.2質量%、帝人(株)製)
・“テナックス(登録商標)”IMS65 E22 830tex(炭素繊維ストランド、引張強度 5.8GPa、引張弾性率 290GPa、サイジング剤付着量 0.5質量%、帝人(株)製)
〔component〕
(Epoxy resin)
Epoxy resin [A]
Tetraglycidyl-3,4′-diaminodiphenyl ether (synthesized by the method of Synthesis Example 1, hereinafter abbreviated as “3,4′-TGDDE”)
Epoxy resin [B]
Resorcinol diglycidyl ether (EX-201, manufactured by Nagase ChemteX Corp., number of glycidyl ethers / number of aromatic rings = 2, hereinafter abbreviated as “Resorcinol-DG”)
Other epoxy resins / tetraglycidyl-4,4′-diaminodiphenylmethane (Araldite MY721 manufactured by Huntsman, number of glycidyl ethers / number of aromatic rings = 0, hereinafter abbreviated as “TGDDM”)
Bisphenol A-diglycidyl ether (Mitsubishi Chemical Corporation jER825, number of glycidyl ethers / number of aromatic rings = 1, hereinafter abbreviated as “DGEBA”)
Triglycidyl-m-aminophenol (manufactured by Huntsman Araldite MY0600, number of glycidyl ethers / number of aromatic rings = 1, hereinafter abbreviated as “TG-mAP”)
(Amine-based curing agent)
3,3′-diaminodiphenyl sulfone (manufactured by Konishi Chemical Industries, Ltd., hereinafter abbreviated as “3,3′-DDS”)
(Epoxy resin insoluble thermoplastic resin)
Polyamide 12 (TR-55, manufactured by M Chemie Japan, average particle size 20 μm, hereinafter abbreviated as “PA12”)
(Epoxy resin-soluble thermoplastic resin)
Polyethersulfone (Sumitomo Chemical Co., Ltd. Sumika Excel PES-5003P, average particle size 20 μm, hereinafter abbreviated as “PES”)
(Carbon fiber)
"Tenax (registered trademark)" IMS65 E23 830tex (carbon fiber strand, tensile strength 5.8 GPa, tensile elastic modulus 290 GPa, sizing agent adhesion amount 1.2 mass%, manufactured by Teijin Ltd.)
"Tenax (registered trademark)" IMS65 E22 830tex (carbon fiber strand, tensile strength 5.8 GPa, tensile elastic modulus 290 GPa, sizing agent adhesion amount 0.5 mass%, manufactured by Teijin Ltd.)

〔合成例1〕 3,4’−TGDDEの合成
温度計、滴下漏斗、冷却管および攪拌機を取り付けた四つ口フラスコに、エピクロロヒドリン1110.2g(12.0mol)を仕込み、窒素パージを行いながら温度を70℃まで上げて、これにエタノール1000gに溶解させた3,4’−ジアミノジフェニルエーテル200.2g(1.0mol)を4時間かけて滴下した。さらに6時間撹拌し、付加反応を完結させ、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシ−3−クロロプロピル)−3,4’−ジアミノジフェニルエーテルを得た。続いて、フラスコ内温度を25℃に下げてから、これに48%NaOH水溶液500.0g(6.0mol)を2時間で滴下してさらに1時間撹拌した。環化反応が終わってからエタノールを留去して、400gのトルエンで抽出を行い5%食塩水で2回洗浄を行った。有機層からトルエンとエピクロロヒドリンを減圧下で除くと、褐色の粘性液体が361.7g(収率85.2%)得られた。主生成物である3,4’−TGDDEの純度は、84%(HPLC面積%)であった。
[Synthesis Example 1] Synthesis of 3,4'-TGDDE Into a four-necked flask equipped with a thermometer, dropping funnel, condenser and stirrer was charged 1110.2 g (12.0 mol) of epichlorohydrin and purged with nitrogen. While performing, the temperature was raised to 70 ° C., and 200.2 g (1.0 mol) of 3,4'-diaminodiphenyl ether dissolved in 1000 g of ethanol was added dropwise thereto over 4 hours. The mixture was further stirred for 6 hours to complete the addition reaction, and N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxy-3-chloropropyl) -3,4′-diaminodiphenyl ether was obtained. Subsequently, after the temperature in the flask was lowered to 25 ° C., 500.0 g (6.0 mol) of a 48% NaOH aqueous solution was added dropwise thereto over 2 hours, followed by further stirring for 1 hour. After completion of the cyclization reaction, ethanol was distilled off, extracted with 400 g of toluene, and washed twice with 5% saline. When toluene and epichlorohydrin were removed from the organic layer under reduced pressure, 361.7 g (yield: 85.2%) of a brown viscous liquid was obtained. The purity of the main product, 3,4′-TGDDE, was 84% (HPLC area%).

[評価方法]
(1) 樹脂硬化物の物性
(1−1) エポキシ樹脂組成物の調製
表1に記載する割合で、攪拌機を用いてエポキシ樹脂に溶解性熱可塑性樹脂を120℃で溶解させた。その後、80℃まで降温し、硬化剤および非溶解性熱可塑性樹脂を添加して30分間混合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表1に記載の組成においては、エポキシ樹脂のグリシジル基と硬化剤のアミノ基は当量となる。
[Evaluation methods]
(1) Physical properties of cured resin (1-1) Preparation of epoxy resin composition A soluble thermoplastic resin was dissolved in an epoxy resin at 120 ° C at a ratio described in Table 1 using a stirrer. Thereafter, the temperature was lowered to 80 ° C., a curing agent and a non-soluble thermoplastic resin were added, and mixed for 30 minutes to prepare an epoxy resin composition. In the composition shown in Table 1, the glycidyl group of the epoxy resin and the amino group of the curing agent are equivalent.

(1−2) 樹脂硬化物の作成
(1−1)で調製したエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、4mm厚のシリコン樹脂製スペーサーにより厚み4mmになるように設定したシリコン樹脂製モールド中に注入した。180℃の温度で2時間硬化させ、厚さ4mmの樹脂硬化物を得た。
(1-2) Preparation of cured resin product After defoaming the epoxy resin composition prepared in (1-1) in a vacuum, a silicon resin product set to a thickness of 4 mm with a 4 mm thick silicon resin spacer It was poured into the mold. It was cured at a temperature of 180 ° C. for 2 hours to obtain a cured resin having a thickness of 4 mm.

(1−3) 粘度
ティー・エイ・インスツルメント社製レオメーターARES−RDAを用い、直径25mmのパラレルプレートを用い、パラレルプレート間のエポキシ樹脂組成物の厚さを0.5mmとし、角速度10ラジアン/秒の条件で昇温速度2℃/分で180℃まで(1−1)で調整したエポキシ樹脂組成物の粘度測定を行い、温度−粘度曲線から100℃における粘度を測定した。
(1-3) Viscosity Using a rheometer ARES-RDA manufactured by TA Instruments Inc., using a parallel plate with a diameter of 25 mm, setting the thickness of the epoxy resin composition between the parallel plates to 0.5 mm, and an angular velocity of 10 The viscosity of the epoxy resin composition adjusted at (1-1) up to 180 ° C. at a heating rate of 2 ° C./min under the condition of radians / second was measured, and the viscosity at 100 ° C. was measured from the temperature-viscosity curve.

(1−4) 樹脂曲げ強度及び樹脂曲げ弾性率
JIS K7171法に準じて、試験を実施した。その際の樹脂試験片の寸法は、80mm×10mm×4mmで準備した。支点間距離Lは16×h(厚み)とし、試験速度2m/minで曲げ試験を行い、曲げ強度と曲げ弾性率を測定した。
(1-4) Resin bending strength and resin bending elastic modulus The test was carried out according to JIS K7171 method. The dimension of the resin test piece at that time was prepared as 80 mm × 10 mm × 4 mm. The distance L between fulcrums was 16 × h (thickness), a bending test was performed at a test speed of 2 m / min, and the bending strength and the bending elastic modulus were measured.

(1−5) DMA−Tg
SACMA 18R−94法に準じて、ガラス転移温度を測定した。
樹脂試験片の寸法は50mm×6mm×2mmで準備した。UBM社製動的粘弾性測定装置Rheogel−E400を用い、測定周波数1Hz、昇温速度5℃/分、ひずみ0.0167%の条件で、チャック間の距離を30mmとし、50℃からゴム弾性領域まで貯蔵弾性率E’を測定した。logE’を温度に対してプロットし、logE’の平坦領域の近似直線と、E’が転移する領域の近似直線との交点から求められる温度をガラス転移温度(Tg)として記録した。
(1-5) DMA-Tg
The glass transition temperature was measured according to the SACMA 18R-94 method.
The dimension of the resin test piece was prepared as 50 mm × 6 mm × 2 mm. Using a dynamic viscoelasticity measuring device Rheogel-E400 manufactured by UBM, the distance between chucks is 30 mm under the conditions of a measurement frequency of 1 Hz, a heating rate of 5 ° C./min, and a strain of 0.0167%. The storage elastic modulus E ′ was measured up to. Log E ′ was plotted against temperature, and the temperature obtained from the intersection of the approximate straight line of the flat region of log E ′ and the approximate straight line of the region where E ′ transitions was recorded as the glass transition temperature (Tg).

(2) プリプレグ取扱性
(2−1) プリプレグの作製
リバースロールコーターを用いて、離型紙上に、(1−1)で得られたエポキシ樹脂組成物を塗布して50g/m目付の樹脂フィルムを作製した。次に、単位面積当たりの繊維質量が190g/mとなるように炭素繊維を一方向に整列させてシート状の強化繊維基材層を作製した。この強化繊維基材層の両面に上記樹脂フィルムを積重し、温度95℃、圧力0.2MPaの条件で加熱加圧して、炭素繊維含有率が65質量%の一方向プリプレグを作製した。
(2) Handling of prepreg (2-1) Preparation of prepreg Using a reverse roll coater, the epoxy resin composition obtained in (1-1) is applied onto release paper, and a resin having a weight of 50 g / m 2. A film was prepared. Next, the carbon fibers were aligned in one direction so that the fiber mass per unit area was 190 g / m 2 to prepare a sheet-like reinforcing fiber base layer. The resin film was stacked on both surfaces of the reinforcing fiber base layer, and heated and pressurized under the conditions of a temperature of 95 ° C. and a pressure of 0.2 MPa, to prepare a unidirectional prepreg having a carbon fiber content of 65% by mass.

(2−2) 保存安定性
(2−1)で得られたプリプレグを温度26.7℃、湿度65%に10日間保存した後に、プリプレグをカットし、金型に積層することにより評価した。評価結果は以下の基準(○〜×)で表した。
○:金型へ積層しても十分追従し、製造直後とほとんど変わらない取扱性。
×:プリプレグの硬化反応が進行し、タック・ドレープ性が著しく低下しており、金型へ積層することが困難な状況。
(2-2) Storage stability The prepreg obtained in (2-1) was stored at a temperature of 26.7 ° C. and a humidity of 65% for 10 days, and then evaluated by cutting the prepreg and laminating it on a mold. The evaluation results were expressed by the following criteria (◯ to ×).
○: Even if laminated on a mold, it follows sufficiently, and the handleability is almost the same as immediately after production.
X: The prepreg curing reaction has progressed, the tack / draping property has been remarkably lowered, and it is difficult to laminate the mold onto the mold.

(2−3) 成形ボイド
(2−1)で得られたプリプレグを温度26.7℃、湿度65%に10日間保存した後に、プリプレグを150mm×150mmにカットし、積層構成[0]10で積層し、積層体をコンパクション処理(真空パックで積層体を保管)を施し、温度23℃の環境下で保管した。
積層32日後に通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。試験片を切り出し、断面研磨を行い、ボイドの有無を顕微鏡により観察を行った。
○:ボイド無
×:ボイド有
(2-3) Molding Void After storing the prepreg obtained in (2-1) at a temperature of 26.7 ° C. and a humidity of 65% for 10 days, the prepreg was cut into 150 mm × 150 mm, and the laminated configuration [0] 10 Lamination was performed, and the laminate was subjected to compaction treatment (storage of the laminate in a vacuum pack) and stored in an environment at a temperature of 23 ° C.
After 32 days of lamination, a normal vacuum autoclave molding method was used, and molding was performed for 2 hours under the condition of 180 ° C. under a pressure of 0.59 MPa. The test piece was cut out and subjected to cross-sectional polishing, and the presence or absence of voids was observed with a microscope.
○: No void ×: With void

(2−4) タック性
プリプレグのタック性は、タッキング試験装置 TAC−II(RHESCA CO., LTD.)を用いて以下の方法により測定した。試験方法として、27℃に保持された試験ステージに(2−1)で得られたプリプレグをセットし、27℃に保持されたφ5のタックプローブで初期荷重100gfの荷重をかけて、10mm/secの試験速度で引き抜いた際の最大の荷重を求めた。
製造直後のプリプレグと、温度26.7℃、湿度65%に10日間保存したプリプレグに、それぞれタックプローブ試験を実施した。評価結果は以下の基準(○〜×)で表した。
○:製造直後の荷重が200gf以上で、10日間保存後のタック保持率が50%以上100%未満
×:製造直後の荷重が200gf以上で、10日間保存後のタック保持率が50%未満
(2-4) Tack property The tack property of the prepreg was measured by the following method using a tacking test apparatus TAC-II (RHESCA CO., LTD.). As a test method, the prepreg obtained in (2-1) was set on a test stage held at 27 ° C., an initial load of 100 gf was applied with a φ5 tack probe held at 27 ° C., and 10 mm / sec. The maximum load at the time of drawing at the test speed was determined.
A tack probe test was performed on the prepreg immediately after production and the prepreg stored at a temperature of 26.7 ° C. and a humidity of 65% for 10 days. The evaluation results were expressed by the following criteria (◯ to ×).
○: The load immediately after production is 200 gf or more, and the tack retention after storage for 10 days is 50% or more and less than 100%. ×: The load immediately after production is 200 gf or more and the tack retention after 10 days storage is less than 50%.

(2−5) ドレープ性
プリプレグのドレープ性は、ASTM D1388に準拠して、以下の試験により評価した。(2−1)で得られたプリプレグを0°繊維方向に対し90°方向にカットし、傾斜角度 41.5°の傾斜に対するドレープ性(flexural rigidity, mg*cm)を評価した。この評価は、プリプレグの製造直後と、温度26.7℃、湿度65%で所定の期間保存した後とに、それぞれ実施した。評価結果は以下の基準(○〜×)で表した。
○:20日間経過時のドレープ性は製造直後と変わらない。
×:20日間経過時のドレープ性が製造直後と比較して50%以上低下
(2-5) Drapability The drapeability of the prepreg was evaluated by the following test in accordance with ASTM D1388. The prepreg obtained in (2-1) was cut in a 90 ° direction with respect to the 0 ° fiber direction, and the drapability (flexibility rigidity, mg * cm) against an inclination with an inclination angle of 41.5 ° was evaluated. This evaluation was performed immediately after manufacturing the prepreg and after storage for a predetermined period at a temperature of 26.7 ° C. and a humidity of 65%. The evaluation results were expressed by the following criteria (◯ to ×).
○: Drapability after 20 days is the same as immediately after production.
X: Drapability after 20 days has decreased by 50% or more compared to immediately after production

(3) CFRP物性
(3−1) OHC
(2−1)で得られたプリプレグを一辺が360mmの正方形にカット、積層し、積層構成[+45/0/−45/90]3Sの積層体を得た。通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。得られた成形物を幅38.1mm × 長さ304.8mmの寸法に切断し、試験片中心に直径6.35mmの穴あけ加工を施し、有孔圧縮強度(OHC)試験の試験片を得た。
試験片と試験は、SACMA SRM3に則って測定し、最大点荷重から有孔圧縮強度を算出した。
(3) Physical properties of CFRP (3-1) OHC
The prepreg obtained in (2-1) was cut into a square having a side of 360 mm and laminated to obtain a laminated body having a laminated structure [+ 45/0 / −45 / 90] 3S . Using a normal vacuum autoclave molding method, molding was performed for 2 hours at 180 ° C. under a pressure of 0.59 MPa. The obtained molded product was cut into a dimension of width 38.1 mm × length 304.8 mm, drilled with a diameter of 6.35 mm at the center of the test piece, and a test piece for perforated compressive strength (OHC) test was obtained. .
The test piece and the test were measured according to SACMA SRM3, and the porous compressive strength was calculated from the maximum point load.

(3−2)面内せん断強度(IPSS)および面内せん断弾性率(IPSM)
(2−1)で得られたプリプレグを一辺が300mmの正方形にカット、積層し、積層構成[+45/−45]2Sの積層体を得た。
測定試料は、通常の真空オートクレーブ成形法を用いて、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。得られた成形物を幅25mm × 長さ230mmの寸法に切断し、SACMA SRM7に則って測定し、最大点荷重からIPS強度、弾性率を算出した。
(3-2) In-plane shear strength (IPSS) and in-plane shear modulus (IPSM)
The prepreg obtained in (2-1) was cut into a square having a side of 300 mm and laminated to obtain a laminated body having a laminated structure [+ 45 / −45] 2S .
The measurement sample was molded for 2 hours under the condition of 180 ° C. under a pressure of 0.59 MPa using a normal vacuum autoclave molding method. The obtained molded product was cut into a size of 25 mm wide × 230 mm long, measured according to SACMA SRM7, and IPS strength and elastic modulus were calculated from the maximum point load.

(3−3) 衝撃後圧縮強度(CAI)
(2−1)で得られたプリプレグを一辺が360mmの正方形にカット、積層し、積層構成[+45/0/−45/90]3Sの積層体を得た。通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。得られた成形物を幅101.6mm × 長さ152.4mmの寸法に切断し、衝撃後圧縮強度(CAI)試験の試験片を得た。供試体(サンプル)は各試験片の寸法測定後、衝撃試験は落錘型衝撃試験機(インストロン社製 Dynatup)を用いて、30.5Jの衝撃エネルギーを与えた。衝撃後、供試体の損傷面積は、超音波探傷試験機(クラウトクレーマー社製 SDS3600、HIS3/HF)にて測定した。衝撃後、供試体の強度試験は、供試体の上から25.4mmでサイドから25.4mmの位置に、歪みゲージを左右各1本ずつ貼付し、同様に表裏に合計4本/体の歪みゲージを貼付けた後、試験機(島津製作所製オートグラフ)のクロスヘッド速度を1.27mm/minとし、供試体の破断まで荷重を負荷した。
(3-3) Compressive strength after impact (CAI)
The prepreg obtained in (2-1) was cut into a square having a side of 360 mm and laminated to obtain a laminated body having a laminated structure [+ 45/0 / −45 / 90] 3S . Using a normal vacuum autoclave molding method, molding was performed for 2 hours at 180 ° C. under a pressure of 0.59 MPa. The obtained molded product was cut into a size of 101.6 mm width × 152.4 mm length to obtain a test piece for compressive strength after impact (CAI) test. The specimen (sample) was subjected to measurement of the dimensions of each test piece, and the impact test was performed using a falling weight impact tester (Dynatop, manufactured by Instron) and applied impact energy of 30.5 J. After the impact, the damaged area of the specimen was measured with an ultrasonic flaw detector (Scratch Kramer SDS3600, HIS3 / HF). After the impact, the strength test of the specimen was performed by applying one strain gauge to each of the left and right sides of the specimen at 25.4 mm from the top and 25.4 mm from the side. After affixing the gauge, the crosshead speed of the testing machine (manufactured by Shimadzu Corporation) was 1.27 mm / min, and a load was applied until the specimen was broken.

(3−4) 層間破壊靭性モードI(GIc)
(2−1)で得られたプリプレグを一辺が360mmの正方形にカットした後、積層し、0°方向に10層積層した積層体を2つ作製した。初期クラックを発生させるために、離型シートを2つの積層体の間に挟み、両者を組み合わせ、積層構成[0]20のプリプレグ積層体を得た。通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。得られた成形物(FRP)を幅12.7mm × 長さ330.2mmの寸法に切断し、層間破壊靭性モードI(GIc)の試験片を得た。
GIcの試験方法として、双片持ちはり層間破壊靱性試験法(DCB法)を用い、離型シートの先端から12.7mmの予亀裂(初期クラック)を発生させた後に、さらに亀裂を進展させる試験を行った。予亀裂の先端から、亀裂進展長さが127mmに到達した時点で試験を終了させた。試験片引張試験機のクロスヘッドスピードは12.7mm/分とし、n=5で測定を行った。
亀裂進展長さは顕微鏡を用いて試験片の両端面から測定し、荷重、及び亀裂開口変位を計測することにより、GIc算出した。
(3-4) Interlaminar fracture toughness mode I (GIc)
The prepreg obtained in (2-1) was cut into a square having a side of 360 mm, and then laminated to produce two laminates in which 10 layers were laminated in the 0 ° direction. In order to generate an initial crack, the release sheet was sandwiched between two laminates, and both were combined to obtain a prepreg laminate having a laminate configuration [0] 20 . Using a normal vacuum autoclave molding method, molding was performed for 2 hours at 180 ° C. under a pressure of 0.59 MPa. The obtained molded product (FRP) was cut into a dimension of width 12.7 mm × length 330.2 mm to obtain a test piece of interlaminar fracture toughness mode I (GIc).
As a test method of GIc, a double cantilever interlaminar fracture toughness test method (DCB method) is used, and after a 12.7 mm pre-crack (initial crack) is generated from the tip of the release sheet, a test to further develop the crack Went. The test was terminated when the crack growth length reached 127 mm from the tip of the pre-crack. The crosshead speed of the test piece tensile tester was 12.7 mm / min, and measurement was performed at n = 5.
The crack propagation length was measured from both end faces of the test piece using a microscope, and GIc was calculated by measuring the load and crack opening displacement.

(3−5) 層間破壊靭性モードII(GIIc)
(2−1)で得られたプリプレグを所定の寸法にカットした後、積層し、0°方向に10層積層した積層体を2つ作製した。初期クラックを形成させるために、離型シートを2つの積層体の間に挟み、両者を組み合わせ、積層構成[0]20のプリプレグ積層体を得た。通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。得られた成形物(繊維強化複合材料)を幅12.7mm × 長さ330.2mmの寸法に切断し、層間破壊靭性モードII(GIIc)の試験片を得た。この試験片を用いて、GIIc試験を行った。
GIIc試験方法として、3点曲げ荷重を負荷するENF試験(end notched flexure test)を行った。支点間距離は101.6mmとした。厚さ25μmのPTFEシートにより作製したシートの先端が、支点から38.1mmとなるように試験片を配置し、この試験片に2.54mm/分の速度で曲げの負荷を与えて初期クラックを形成させた。
その後、クラックの先端が、支点から25.4mmの位置になるように試験片を配置し、2.54mm/分の速度で曲げの負荷を与えて試験を行った。同様に3回の試験を実施し、それぞれの曲げ試験の荷重―ストロークから各回のGIIcを算出した後、それらの平均値を算出した。
クラックの先端は顕微鏡を用いて、試験片の両端面から測定を行った。GIIc試験の測定は、n=5の試験片で測定を行った。
(3-5) Interlaminar fracture toughness mode II (GIIc)
After the prepreg obtained in (2-1) was cut to a predetermined size, two laminates were produced by laminating and laminating 10 layers in the 0 ° direction. In order to form an initial crack, a release sheet was sandwiched between two laminates, and both were combined to obtain a prepreg laminate having a laminate configuration [0] 20 . Using a normal vacuum autoclave molding method, molding was performed for 2 hours at 180 ° C. under a pressure of 0.59 MPa. The obtained molded product (fiber reinforced composite material) was cut into a dimension of width 12.7 mm × length 330.2 mm to obtain a test piece of interlaminar fracture toughness mode II (GIIc). A GIIc test was performed using this test piece.
As a GIIc test method, an ENF test (end notched flexure test) in which a three-point bending load is applied was performed. The distance between fulcrums was 101.6 mm. Place the test piece so that the tip of the sheet made of PTFE sheet with a thickness of 25 μm is 38.1 mm from the fulcrum, and apply a bending load to this test piece at a speed of 2.54 mm / min to cause initial cracks. Formed.
Thereafter, the test piece was placed so that the tip of the crack was at a position 25.4 mm from the fulcrum, and the test was performed by applying a bending load at a speed of 2.54 mm / min. Similarly, three tests were performed, and GIIc of each time was calculated from the load-stroke of each bending test, and then the average value thereof was calculated.
The tip of the crack was measured from both end faces of the test piece using a microscope. The measurement of the GIIc test was performed using n = 5 test pieces.

〔実施例1〜6、比較例1〜5〕
表1に記載する成分を攪拌機を用いて混合してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を硬化させた樹脂硬化物の各種物性を表1に示した。実施例1〜5は、100℃において130Pa・s以下の低粘度、180MPa以上の高曲げ強度、4.3GPa以上の高曲げ弾性率、190℃以上の高Tgを示した。
[Examples 1-6, Comparative Examples 1-5]
The components described in Table 1 were mixed using a stirrer to obtain an epoxy resin composition. Table 1 shows various physical properties of the cured resin obtained by curing the obtained epoxy resin composition. Examples 1 to 5 showed a low viscosity of 130 Pa · s or less at 100 ° C., a high bending strength of 180 MPa or more, a high bending elastic modulus of 4.3 GPa or more, and a high Tg of 190 ° C. or more.

上記で得られた各エポキシ樹脂組成物とIMS65 E23 830texを用いてプリプレグを作製した。得られたプリプレグの各種取扱い性を表1に示した。実施例1〜6は、保存安定性、成形ボイド、タック性、ドレープ性のいずれの評価においても良好な結果を示した。   A prepreg was prepared using each epoxy resin composition obtained above and IMS65 E23 830tex. Various handling properties of the obtained prepreg are shown in Table 1. Examples 1 to 6 showed good results in all evaluations of storage stability, molding voids, tackiness, and drapeability.

得られたプリプレグを用いて作製したCFRPの各種物性を表1に示した。実施例1〜6は、320MPa以上の高OHC、120MPa以上の高IPSS、5.7GPa以上の高IPSM、310MPa以上の高CAI、4.0cm以下の低CAI損傷面積、620J/m以上の高GIc、2200J/m以上の高GIIcを示した。 Table 1 shows various physical properties of CFRP prepared using the obtained prepreg. Examples 1 to 6 have a high OHC of 320 MPa or more, a high IPSS of 120 MPa or more, a high IPSM of 5.7 GPa or more, a high CAI of 310 MPa or more, a low CAI damage area of 4.0 cm 2 or less, and 620 J / m 2 or more. A high GIc of 2200 J / m 2 or higher was exhibited.

Figure 2019163438
Figure 2019163438

比較例1、4は、エポキシ樹脂[B]を用いずに、DGEBAを用いて粘度を低下させたが、樹脂物性およびCFRPの物性が低くなった。
比較例2は、エポキシ樹脂[B]を用いずに、TG−mAPを用いて粘度を低下させたが、プリプレグの保存安定性が低くなった。
比較例3、5は、エポキシ樹脂[A]を用いずに、TGDDMを用いたが、樹脂物性CFRPの物性が低くなった。
比較例4は、エポキシ樹脂[B]を用いずに、TG−mAPを用いて粘度を低下させたが、CFRPの物性が低くなった。
In Comparative Examples 1 and 4, the viscosity was lowered using DGEBA without using the epoxy resin [B], but the physical properties of the resin and the CFRP were lowered.
In Comparative Example 2, the viscosity was lowered using TG-mAP without using the epoxy resin [B], but the storage stability of the prepreg was lowered.
In Comparative Examples 3 and 5, TGDDM was used without using the epoxy resin [A], but the resin physical properties of CFRP were low.
In Comparative Example 4, the viscosity was lowered using TG-mAP without using the epoxy resin [B], but the physical properties of CFRP were lowered.

〔実施例7〜10〕
表1に記載する成分を攪拌機を用いて混合してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を硬化させた樹脂硬化物の各種物性を表1に示した。実施例7〜10は、100℃において130Pa・s以下の低粘度、180MPa以上の高曲げ強度、4.3GPa以上の高曲げ弾性率、190℃以上の高Tgを示した。
[Examples 7 to 10]
The components described in Table 1 were mixed using a stirrer to obtain an epoxy resin composition. Table 1 shows various physical properties of the cured resin obtained by curing the obtained epoxy resin composition. Examples 7 to 10 exhibited a low viscosity of 130 Pa · s or less at 100 ° C., a high bending strength of 180 MPa or more, a high bending elastic modulus of 4.3 GPa or more, and a high Tg of 190 ° C. or more.

上記で得られた各エポキシ樹脂組成物とIMS65 E22 830texを用いてプリプレグを作製した。得られたプリプレグの各種取扱い性を表1に示した。実施例7〜10は、保存安定性、成形ボイド、タック性、ドレープ性のいずれの評価においても良好な結果を示した。   A prepreg was prepared using each epoxy resin composition obtained above and IMS65 E22 830tex. Various handling properties of the obtained prepreg are shown in Table 1. Examples 7 to 10 showed good results in all evaluations of storage stability, molding voids, tackiness, and drapeability.

得られたプリプレグを用いて作製したCFRPの各種物性を表1に示した。実施例7〜10は、320MPa以上の高OHC、120MPa以上の高IPSS、5.7GPa以上の高IPSM、310MPa以上の高CAI、4.0cm以下の低CAI損傷面積、660J/m以上の高GIc、2200J/m以上の高GIIcを示した。 Table 1 shows various physical properties of CFRP prepared using the obtained prepreg. Examples 7 to 10 have a high OHC of 320 MPa or more, a high IPSS of 120 MPa or more, a high IPSM of 5.7 GPa or more, a high CAI of 310 MPa or more, a low CAI damage area of 4.0 cm 2 or less, a 660 J / m 2 or more. A high GIc of 2200 J / m 2 or higher was exhibited.

Figure 2019163438
Figure 2019163438

Claims (8)

下記化学式(1)
Figure 2019163438
(ただし、化(1)中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、ハロゲン原子からなる群から選ばれる1つを表し、Xは−CH−、−O−、−S−、−CO−、−C(=O)O−、−O−C(=O)−、−NHCO−、−CONH−、−SO−から選ばれる1つを表す。)
で示されるエポキシ樹脂[A]と、
グリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ樹脂であって、グリシジルエーテル個数/芳香環個数が2のエポキシ樹脂[B]と、
を含んで成ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
The following chemical formula (1)
Figure 2019163438
(However, in Chemical Formula (1), R 1 to R 4 each independently represents one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, and a halogen atom; Is —CH 2 —, —O—, —S—, —CO—, —C (═O) O—, —O—C (═O) —, —NHCO—, —CONH—, —SO 2 —. Represents one selected.)
An epoxy resin [A] represented by:
An aromatic epoxy resin having a glycidyl ether group, wherein the number of glycidyl ethers / the number of aromatic rings is 2;
An epoxy resin composition comprising:
前記エポキシ樹脂[A]がテトラグリシジル−3,4’−ジアミノジフェニルエーテルである請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。   The epoxy resin composition according to claim 1, wherein the epoxy resin [A] is tetraglycidyl-3,4′-diaminodiphenyl ether. 前記エポキシ樹脂[B]がジグリシジルレゾルシノールである請求項1又は2に記載のエポキシ樹脂組成物。   The epoxy resin composition according to claim 1 or 2, wherein the epoxy resin [B] is diglycidyl resorcinol. 前記エポキシ樹脂[A]と、前記エポキシ樹脂[B]と、の質量比が、2:8 〜 9:1である請求項1〜3の何れか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。   The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein a mass ratio of the epoxy resin [A] and the epoxy resin [B] is 2: 8 to 9: 1. 強化繊維基材と、
前記強化繊維基材内に含浸された請求項1〜4の何れか1項に記載のエポキシ樹脂組成物と、
から成ることを特徴とするプリプレグ。
A reinforcing fiber substrate;
The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 4, impregnated in the reinforcing fiber substrate,
A prepreg characterized by comprising:
前記強化繊維基材が炭素繊維から成る強化繊維基材である請求項5に記載のプリプレグ。   The prepreg according to claim 5, wherein the reinforcing fiber base is a reinforcing fiber base made of carbon fiber. 請求項1〜4の何れか1項に記載のエポキシ樹脂組成物を強化繊維基材内に含浸させることを特徴とするプリプレグの製造方法。   A method for producing a prepreg, comprising impregnating a reinforcing fiber substrate with the epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 4. 請求項5又は6に記載のプリプレグを積層して、圧力0.05〜2MPa、温度150〜210℃で1〜8時間加熱することを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
A method for producing a fiber-reinforced composite material, wherein the prepreg according to claim 5 or 6 is laminated and heated at a pressure of 0.05 to 2 MPa and a temperature of 150 to 210 ° C for 1 to 8 hours.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62183340A (en) * 1986-02-07 1987-08-11 住友化学工業株式会社 Fiber reinforced composite material
JPH02169618A (en) * 1988-12-22 1990-06-29 Sumitomo Chem Co Ltd Epoxy resin composition and fiber-reinforced composite material based on same
JP2003026768A (en) * 2001-07-13 2003-01-29 Toray Ind Inc Epoxy resin composition, prepreg, and fiber-reinforced composite material
JP2011057736A (en) * 2009-09-07 2011-03-24 Toho Tenax Co Ltd Epoxy resin composition and prepreg using the same
WO2011118106A1 (en) * 2010-03-23 2011-09-29 東レ株式会社 Epoxy resin composition for use in a carbon-fiber-reinforced composite material, prepreg, and carbon-fiber-reinforced composite material
JP2014148572A (en) * 2013-01-31 2014-08-21 Mitsubishi Rayon Co Ltd Prepreg, fiber-reinforced composite material, production method of the prepreg, and production method of the material
WO2016017371A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 東レ株式会社 Two-pack type epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material
WO2016148175A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 東レ株式会社 Epoxy resin composition, prepreg, and carbon fiber-reinforced composite material
JP2017008316A (en) * 2015-06-25 2017-01-12 東レ株式会社 Epoxy resin composition, fiber reinforced composite material, molded article and pressure container
JP2017119813A (en) * 2015-06-25 2017-07-06 東レ株式会社 Epoxy resin composition, fiber-reinforced composite material, molded product and pressure container

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62183340A (en) * 1986-02-07 1987-08-11 住友化学工業株式会社 Fiber reinforced composite material
JPH02169618A (en) * 1988-12-22 1990-06-29 Sumitomo Chem Co Ltd Epoxy resin composition and fiber-reinforced composite material based on same
JP2003026768A (en) * 2001-07-13 2003-01-29 Toray Ind Inc Epoxy resin composition, prepreg, and fiber-reinforced composite material
JP2011057736A (en) * 2009-09-07 2011-03-24 Toho Tenax Co Ltd Epoxy resin composition and prepreg using the same
WO2011118106A1 (en) * 2010-03-23 2011-09-29 東レ株式会社 Epoxy resin composition for use in a carbon-fiber-reinforced composite material, prepreg, and carbon-fiber-reinforced composite material
JP2014148572A (en) * 2013-01-31 2014-08-21 Mitsubishi Rayon Co Ltd Prepreg, fiber-reinforced composite material, production method of the prepreg, and production method of the material
WO2016017371A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 東レ株式会社 Two-pack type epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material, and fiber-reinforced composite material
WO2016148175A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 東レ株式会社 Epoxy resin composition, prepreg, and carbon fiber-reinforced composite material
JP2017008316A (en) * 2015-06-25 2017-01-12 東レ株式会社 Epoxy resin composition, fiber reinforced composite material, molded article and pressure container
JP2017119813A (en) * 2015-06-25 2017-07-06 東レ株式会社 Epoxy resin composition, fiber-reinforced composite material, molded product and pressure container

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