JP2020029553A - Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material - Google Patents

Prepreg and carbon fiber-reinforced composite material Download PDF

Info

Publication number
JP2020029553A
JP2020029553A JP2019144267A JP2019144267A JP2020029553A JP 2020029553 A JP2020029553 A JP 2020029553A JP 2019144267 A JP2019144267 A JP 2019144267A JP 2019144267 A JP2019144267 A JP 2019144267A JP 2020029553 A JP2020029553 A JP 2020029553A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon fiber
group
epoxy resin
resin
prepreg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019144267A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7287171B2 (en
JP2020029553A5 (en
Inventor
篤希 杉本
Atsumare Sugimoto
篤希 杉本
厚仁 新井
Atsuhito Arai
厚仁 新井
遼平 渡
Ryohei Watari
遼平 渡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Publication of JP2020029553A publication Critical patent/JP2020029553A/en
Publication of JP2020029553A5 publication Critical patent/JP2020029553A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7287171B2 publication Critical patent/JP7287171B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

To provide a prepreg that makes it possible to obtain a carbon fiber-reinforced composite material being excellent in mode I interlayer toughness, 0° compression strength, and heat resistance, and a carbon fiber-reinforced composite material.SOLUTION: A prepreg contains the following components [A]-[C] and satisfies conditions [I] and [II]. [A]: carbon fiber, [B]: epoxy resin, and [C]: a specific curing agent having a mesogen structure.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、優れたモードI層間靱性、0°圧縮強度を兼ね備えた炭素繊維強化複合材料が得られる炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、およびそれを用いたプリプレグ、炭素繊維強化複合材料に関するものである。   The present invention relates to an epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material, which can provide a carbon fiber reinforced composite material having both excellent mode I interlayer toughness and 0 ° compressive strength, and a prepreg and a carbon fiber reinforced composite material using the same. Things.

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

炭素繊維強化複合材料は、強化繊維とマトリックス樹脂を必須の構成要素とする不均一材料であり、そのため強化繊維の配列方向の物性とそれ以外の方向の物性に大きな差が存在する。例えば、強化繊維層間破壊の進行し難さを示す層間靱性は、強化繊維の強度を向上させるのみでは、抜本的な改良に結びつかないことが知られている。特に、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする炭素繊維強化複合材料は、マトリックス樹脂の低い靭性を反映し、強化繊維の配列方向以外からの応力に対し、破壊され易い性質を持っている。そのため、航空機構造材のように高い強度と信頼性を必要とする用途に向けては、繊維方向強度を確保しつつ、層間靭性を始めとする強化繊維の配列方向以外からの応力に対応することができる複合材料物性の改良を目的に、種々の技術が提案されている。   A carbon fiber reinforced composite material is a non-uniform material containing a reinforcing fiber and a matrix resin as essential components, and therefore, there is a great difference between the physical properties of the reinforcing fibers in the arrangement direction and the physical properties in other directions. For example, it is known that interlaminar toughness, which indicates the difficulty of interlaminar fracture of a reinforcing fiber, does not lead to a drastic improvement only by improving the strength of the reinforcing fiber. In particular, a carbon fiber reinforced composite material using a thermosetting resin as a matrix resin reflects the low toughness of the matrix resin and has a property of being easily broken by stress from a direction other than the arrangement direction of the reinforcing fibers. Therefore, for applications requiring high strength and reliability, such as aircraft structural materials, it is necessary to secure the strength in the fiber direction and to cope with stress from other than the arrangement direction of the reinforcing fibers such as interlayer toughness. Various techniques have been proposed for the purpose of improving the physical properties of composite materials.

近年、航空機構造材への炭素繊維強化複合材料の適用部位が拡大していることに加えて、発電効率やエネルギー変換効率の向上を目指した風車ブレードや各種タービンへの炭素繊維強化複合材料の適用も進んでおり、肉厚な部材、また3次元的な曲面形状を有する部材への適用検討が進められている。このような肉厚部材、あるいは曲面部材に引っ張りや圧縮の応力が負荷された場合、プリプレグ繊維層間への面外方向への引き剥がし応力が発生し、層間に開口モードによる亀裂が生じ、その亀裂の進展により部材全体の強度、剛性が低下し、全体破壊に到る場合がある。この応力に対抗するための、開口モード、すなわちモードIでの層間靱性が必要になる。高いモードI層間靱性を有する炭素繊維強化複合材料を得るには、マトリックス樹脂自体の高い靱性が必要となる。マトリックス樹脂の靱性を改良するため、マトリックス樹脂にゴム成分を配合する方法(特許文献1参照。)、熱可塑性樹脂を配合する方法(特許文献2参照。)が知られていた。また、インターリーフと呼ばれる一種の接着層ないしは衝撃吸収層を層間に挿入する方法(特許文献3参照)、および粒子により層間を強化(特許文献4参照)する方法が提案されている。   In recent years, the application area of carbon fiber reinforced composite materials to aircraft structural materials has been expanding, and the application of carbon fiber reinforced composite materials to wind turbine blades and various turbines aimed at improving power generation efficiency and energy conversion efficiency Application to a thick member or a member having a three-dimensional curved surface shape is being studied. When tensile or compressive stress is applied to such a thick member or a curved surface member, an out-of-plane peeling stress is generated between the prepreg fiber layers, and a crack is generated between the layers by an opening mode. As a result, the strength and rigidity of the entire member are reduced, which may lead to total destruction. To cope with this stress, an interlayer mode, that is, an interlayer toughness in the mode I, is required. To obtain a carbon fiber reinforced composite material having a high mode I interlayer toughness, the matrix resin itself needs to have high toughness. In order to improve the toughness of the matrix resin, a method of blending a rubber component with the matrix resin (see Patent Document 1) and a method of blending a thermoplastic resin (see Patent Document 2) have been known. Further, a method of inserting a kind of an adhesive layer or a shock absorbing layer called an interleaf between layers (see Patent Document 3) and a method of reinforcing the layers with particles (see Patent Document 4) have been proposed.

また、航空機構造材への適用においては、炭素繊維強化複合材料の高い圧縮強度も要求される。繊維強化複合材料においては、繊維の座屈により圧縮強度が低くなることが知られている。この繊維の座屈を抑制するためには、繊維の周辺を満たすマトリックス樹脂の高弾性率化が有効である。しかしながら、一般に樹脂の高弾性率化は樹脂の伸度低下を招き、靭性の低い樹脂硬化物となる傾向がある。そのため、得られる繊維強化複合材料において、モードI層間靭性および圧縮強度を高いレベルで満足させることは非常に困難であった。   In addition, for application to aircraft structural materials, high compressive strength of carbon fiber reinforced composite materials is also required. It is known that in a fiber reinforced composite material, compressive strength is reduced due to buckling of a fiber. In order to suppress the buckling of the fiber, it is effective to increase the modulus of the matrix resin filling the periphery of the fiber. However, generally, increasing the elastic modulus of the resin causes a decrease in the elongation of the resin, and tends to result in a cured resin having low toughness. Therefore, in the obtained fiber-reinforced composite material, it was very difficult to satisfy mode I interlayer toughness and compressive strength at a high level.

特開2001−139662号公報JP 2001-139662 A 特開平7−278412号公報JP-A-7-278412 特開昭60−231738号公報JP-A-60-231738 特公平6−94515号公報Japanese Patent Publication No. 6-94515

しかし、特許文献1や特許文献2に記載の方法では、マトリックス樹脂の靱性改良効果は十分なものではなかった。また、特許文献3や特許文献4に記載の方法では、モードII層間靱性に対しては効果があるものの、モードI層間靱性に対しては、十分な効果が得られるものではなかった。また、0°圧縮強度とモードI層間靱性の両立は非常に困難であった。そこで、本発明の目的は、モードI層間靱性および0°圧縮強度に優れた炭素繊維強化複合材料が得られるプリプレグ、および炭素繊維強化複合材料を提供することにある。   However, the methods described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 do not have a sufficient effect of improving the toughness of the matrix resin. Further, the methods described in Patent Documents 3 and 4 have an effect on the mode II interlayer toughness, but do not provide a sufficient effect on the mode I interlayer toughness. Also, it was very difficult to achieve both 0 ° compression strength and mode I interlayer toughness. Then, an object of the present invention is to provide a prepreg from which a carbon fiber reinforced composite material excellent in mode I interlayer toughness and 0 ° compression strength can be obtained, and a carbon fiber reinforced composite material.

上記課題を解決する本発明のプリプレグは、下記構成要素[A]〜[C]を含み、かつ条件[I]および[II]を満たすプリプレグである。
[A]:炭素繊維
[B]:エポキシ樹脂
[C]:一般式(1)で示される構造を有する硬化剤
A prepreg of the present invention that solves the above problems is a prepreg that includes the following components [A] to [C] and satisfies the conditions [I] and [II].
[A]: carbon fiber [B]: epoxy resin [C]: curing agent having a structure represented by the general formula (1)

(一般式(1)中、Xは、単結合、もしくは群(I)から1つ選ばれる。P、Pは同一であっても相異なっていてもよく、群(II)に示される構造のいずれかから選ばれる。群(II)中のWは各々独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜8の脂肪族アルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、又はアセチル基を示す。nは各々独立に0〜4の整数を示す。置換基Wは、全てが同一であっても異なっていてもよく、あるいは一部が同一であってもよい。群(II)におけるXは、群(I)から1つ選ばれる。F、Fはエポキシ基と反応可能な活性基であり、群(II)から選ばれる六員環に直接結合している。) (In the general formula (1), X 1 is a single bond or one selected from the group (I). P 1 and P 2 may be the same or different, and are represented by group (II). W in group (II) is each independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an aliphatic alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom, A bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a nitro group, or an acetyl group, n each independently represents an integer of 0 to 4. The substituents W may be all the same or different, or X 2 in group (II) is selected from group (I), and F 1 and F 2 are active groups capable of reacting with an epoxy group, and group (II) Directly bonded to a six-membered ring selected from.)

[I]:X線光電子分光法により測定される[A]の表面酸素濃度O/Cが0.10以上である。
[II]:構成要素[B]および[C]を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物がクロスニコル状態での偏光顕微鏡観察にて干渉模様を示す分子異方性を有する樹脂領域を含む。
[I]: The surface oxygen concentration O / C of [A] measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.10 or more.
[II]: A cured product of the epoxy resin composition containing the components [B] and [C] includes a resin region having molecular anisotropy showing an interference pattern when observed under a polarizing microscope in a crossed Nicols state.

また、本発明の炭素繊維強化複合材料は、上記プリプレグが硬化されてなる。   Further, the carbon fiber reinforced composite material of the present invention is obtained by curing the prepreg.

本発明よれば、モードI層間靱性と0°圧縮強度、耐熱性に優れた炭素繊維強化複合材料が得られる。   According to the present invention, a carbon fiber reinforced composite material excellent in mode I interlayer toughness, 0 ° compression strength, and heat resistance can be obtained.

モードI層間靭性(GIC)の測定方法を示す図である。It is a diagram showing a measurement method of the mode I interlayer toughness (G IC).

本発明の構成要素[A]である炭素繊維としては、繊維の形態や配列については限定されず、例えば、一方向に引き揃えられた長繊維、単一のトウ、織物、ニット、および組紐などの繊維構造物が用いられる。2種類以上の炭素繊維や、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、PBO繊維、高強力ポリエチレン繊維、アルミナ繊維および炭化ケイ素繊維などの他の強化繊維と組み合わせて用いても構わない。   The form and arrangement of the carbon fibers as the constituent element [A] of the present invention are not limited, and examples thereof include long fibers aligned in one direction, a single tow, a woven fabric, a knit, and a braid. Is used. It may be used in combination with two or more kinds of carbon fibers or other reinforcing fibers such as glass fiber, aramid fiber, boron fiber, PBO fiber, high-strength polyethylene fiber, alumina fiber and silicon carbide fiber.

炭素繊維としては、具体的にはアクリル系、ピッチ系およびレーヨン系等の炭素繊維が挙げられ、特に引張強度の高いアクリル系の炭素繊維が好ましく用いられる。   Specific examples of the carbon fiber include acryl-based, pitch-based, and rayon-based carbon fibers, and acryl-based carbon fibers having particularly high tensile strength are preferably used.

かかるアクリル系の炭素繊維は、例えば、次に述べる工程を経て製造することができる。アクリロニトリルを主成分とするモノマーから得られるポリアクリロニトリルを含む紡糸原液を、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法、または溶融紡糸法により紡糸する。紡糸後の凝固糸は、製糸工程を経て、プリカーサーとし、続いて耐炎化および炭化などの工程を経て炭素繊維を得ることができる。   Such an acrylic carbon fiber can be manufactured, for example, through the following steps. A spinning solution containing polyacrylonitrile obtained from a monomer containing acrylonitrile as a main component is spun by a wet spinning method, a dry-wet spinning method, a dry spinning method, or a melt spinning method. The coagulated yarn after spinning can be processed into a precursor through a spinning process, and then a carbon fiber can be obtained through processes such as flame resistance and carbonization.

炭素繊維の形態としては、有撚糸、解撚糸および無撚糸等を使用することができるが、有撚糸の場合は炭素繊維を構成するフィラメントの配向が平行ではないため、得られる炭素繊維強化複合材料の力学特性の低下の原因となることから、炭素繊維強化複合材料の成形性と強度特性のバランスが良い解撚糸または無撚糸が好ましく用いられる。   As the form of the carbon fiber, twisted yarn, untwisted yarn and non-twisted yarn can be used, but in the case of twisted yarn, the orientation of the filaments constituting the carbon fiber is not parallel, so the obtained carbon fiber reinforced composite material Untwisted or non-twisted yarns having a good balance between the moldability and strength characteristics of the carbon fiber reinforced composite material are preferably used because they cause a decrease in the mechanical properties of the carbon fiber reinforced composite material.

本発明の炭素繊維は、マトリックス樹脂との接着性を向上させるために、通常、酸化処理が施され、酸素含有官能基が導入されることが好ましい。酸化処理方法としては、気相酸化、液相酸化および液相電解酸化が用いられるが、生産性が高く、均一処理ができるという観点から、液相電解酸化が好ましく用いられる。   It is preferable that the carbon fiber of the present invention is usually subjected to an oxidation treatment and an oxygen-containing functional group is introduced in order to improve the adhesiveness with the matrix resin. As the oxidation treatment method, gas-phase oxidation, liquid-phase oxidation and liquid-phase electrolytic oxidation are used, but liquid-phase electrolytic oxidation is preferably used from the viewpoint of high productivity and uniform treatment.

本発明において、液相電解酸化で用いられる電解液としては、酸性電解液およびアルカリ性電解液が挙げられるが接着性の観点からアルカリ性電解液中で液相電解酸化した後、サイジング剤を塗布することがより好ましい。   In the present invention, examples of the electrolytic solution used in the liquid phase electrolytic oxidation include an acidic electrolytic solution and an alkaline electrolytic solution. From the viewpoint of adhesiveness, after performing liquid phase electrolytic oxidation in an alkaline electrolytic solution, applying a sizing agent. Is more preferred.

酸性電解液としては、例えば、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸、ホウ酸、および炭酸等の無機酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、アクリル酸、およびマレイン酸等の有機酸、または硫酸アンモニウムや硫酸水素アンモニウム等の塩が挙げられる。なかでも、強酸性を示す硫酸と硝酸が好ましく用いられる。   Examples of the acidic electrolyte include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, and carbonic acid; organic acids such as acetic acid, butyric acid, oxalic acid, acrylic acid, and maleic acid; or ammonium sulfate and ammonium hydrogen sulfate. And the like. Among them, sulfuric acid and nitric acid showing strong acidity are preferably used.

アルカリ性電解液としては、具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムおよび水酸化バリウム等の水酸化物の水溶液、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウムおよび炭酸アンモニウム等の炭酸塩の水溶液、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素バリウムおよび炭酸水素アンモニウム等の炭酸水素塩の水溶液、アンモニア、水酸化テトラアルキルアンモニウムおよびヒドラジンの水溶液等が挙げられる。なかでも、マトリックス樹脂の硬化阻害を引き起こすアルカリ金属を含まないという観点から、炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムの水溶液、あるいは、強アルカリ性を示す水酸化テトラアルキルアンモニウムの水溶液が好ましく用いられる。   Specific examples of the alkaline electrolyte include aqueous solutions of hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide and barium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, Aqueous solution of carbonate such as barium carbonate and ammonium carbonate, aqueous solution of hydrogen carbonate such as sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, magnesium hydrogen carbonate, calcium hydrogen carbonate, barium hydrogen carbonate and ammonium hydrogen carbonate, ammonia, tetraalkylammonium hydroxide And an aqueous solution of hydrazine. Of these, aqueous solutions of ammonium carbonate and ammonium bicarbonate or aqueous solutions of tetraalkylammonium hydroxide showing strong alkalinity are preferably used from the viewpoint that they do not contain alkali metals that cause curing inhibition of the matrix resin.

本発明において、電解処理で採用する電解電気量の総量は、炭素繊維1g当たり3〜300クーロンであることが好ましい。電解電気量の総量が3クーロン/g以上とすることで、炭素繊維表面に十分に官能基を付与でき、マトリックス樹脂と炭素繊維の界面接着性が優れたものとなる。一方、電解電気量の総量が300クーロン/g以下とすることで炭素繊維単繊維表面の欠陥拡大を抑制し、炭素繊維の強度低下を低減できる。   In the present invention, the total amount of electrolytic electricity employed in the electrolytic treatment is preferably 3 to 300 coulombs per gram of carbon fiber. When the total amount of electrolytic electricity is 3 coulombs / g or more, a sufficient functional group can be imparted to the carbon fiber surface, and the interfacial adhesion between the matrix resin and the carbon fiber becomes excellent. On the other hand, when the total amount of electrolytic electricity is 300 coulombs / g or less, the expansion of defects on the surface of the carbon fiber single fiber can be suppressed, and a decrease in strength of the carbon fiber can be reduced.

本発明で用いる炭素繊維は、引張弾性率が200〜440GPaの範囲であることが好ましい。炭素繊維の引張弾性率は、炭素繊維を構成する黒鉛構造の結晶度に影響され、結晶度が高いほど弾性率は向上する。この範囲であると炭素繊維強化複合材料に剛性、強度のすべてが高いレベルでバランスするために好ましい。より好ましい弾性率は、230〜400GPaの範囲内であり、さらに好ましくは260〜370GPaの範囲内である。ここで、炭素繊維の引張弾性率は、JIS R7601(2006)に従い測定された値である。   The carbon fiber used in the present invention preferably has a tensile modulus in the range of 200 to 440 GPa. The tensile modulus of the carbon fiber is affected by the crystallinity of the graphite structure constituting the carbon fiber, and the higher the crystallinity, the higher the elastic modulus. Within this range, the carbon fiber reinforced composite material is preferable because the rigidity and strength are all balanced at a high level. A more preferable elastic modulus is in the range of 230 to 400 GPa, and still more preferably in the range of 260 to 370 GPa. Here, the tensile modulus of the carbon fiber is a value measured according to JIS R7601 (2006).

炭素繊維の市販品としては、“トレカ(登録商標)”T800G−24K、“トレカ(登録商標)”T300−3K、“トレカ(登録商標)”T700G−12K、および“トレカ(登録商標)”T1100G−24K(以上東レ(株)製)などが挙げられる。   Commercially available carbon fibers include "Treca (registered trademark)" T800G-24K, "Treca (registered trademark)" T300-3K, "Treca (registered trademark)" T700G-12K, and "Treca (registered trademark)" T1100G. -24K (all manufactured by Toray Industries, Inc.) and the like.

本発明において用いられる炭素繊維は、単繊維繊度が0.2〜2.0dtexであることが好ましく、より好ましくは0.4〜1.8dtexである。単繊維繊度が0.2dtex未満では、撚糸時においてガイドローラーとの接触による炭素繊維の損傷が起こり易くなることがあり、また樹脂組成物の含浸処理工程においても同様の損傷が起こることがある。単繊維繊度が2.0dtexを超えると炭素繊維に樹脂組成物が充分に含浸されないことがあり、結果として耐疲労性が低下することがある。   The carbon fiber used in the present invention preferably has a single fiber fineness of 0.2 to 2.0 dtex, more preferably 0.4 to 1.8 dtex. If the single fiber fineness is less than 0.2 dtex, the carbon fiber may be easily damaged by the contact with the guide roller during the twisting, and the same damage may be caused in the impregnation process of the resin composition. If the single fiber fineness exceeds 2.0 dtex, the carbon fiber may not be sufficiently impregnated with the resin composition, and as a result, fatigue resistance may be reduced.

本発明において用いられる炭素繊維は、一つの繊維束中のフィラメント数が2500〜50000本の範囲であることが好ましい。フィラメント数が2500本を下回ると繊維配列が蛇行しやすく強度低下の原因となりやすい。また、フィラメント数が50000本を上回るとプリプレグ作製時あるいは成形時に樹脂含浸が難しいことがある。フィラメント数は、より好ましくは2800〜40000本の範囲である。   In the carbon fiber used in the present invention, the number of filaments in one fiber bundle is preferably in the range of 2,500 to 50,000. If the number of filaments is less than 2500, the fiber arrangement tends to meander, which tends to cause a decrease in strength. On the other hand, if the number of filaments exceeds 50,000, it may be difficult to impregnate the resin during the preparation or molding of the prepreg. The number of filaments is more preferably in the range of 2800 to 40,000.

本発明のプリプレグが充足すべき条件[I]として、構成要素[A]炭素繊維は、X線光電子分光法により測定される繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度(O/C)が、0.10以上である。さらに、好ましくは0.10〜0.50の範囲内のものであり、より好ましくは0.14〜0.30の範囲内のものであり、さらに好ましくは0.14〜0.20の範囲内ものである。表面酸素濃度(O/C)が0.10以上であることにより、炭素繊維表面の酸素含有官能基を確保し、マトリックス樹脂との強固な接着を得ることができる。また、表面酸素濃度(O/C)が0.50以下であることにより、酸化による炭素繊維自体の強度の低下を抑えることができるため好ましい。   As the condition [I] to be satisfied by the prepreg of the present invention, the component [A] carbon fiber is expressed by the ratio of the number of atoms of oxygen (O) and carbon (C) on the fiber surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy. A certain surface oxygen concentration (O / C) is 0.10 or more. Furthermore, it is preferably in the range of 0.10 to 0.50, more preferably in the range of 0.14 to 0.30, and still more preferably in the range of 0.14 to 0.20. Things. When the surface oxygen concentration (O / C) is 0.10 or more, an oxygen-containing functional group on the carbon fiber surface can be secured, and strong adhesion to the matrix resin can be obtained. Further, when the surface oxygen concentration (O / C) is 0.50 or less, a decrease in the strength of the carbon fiber itself due to oxidation can be suppressed, which is preferable.

条件[I]における炭素繊維の表面酸素濃度は、X線光電子分光法により、次の手順に従って求められるものである。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着している汚れなどを除去した炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてAlKα1、2を用い、試料チャンバー中を1×10−8Torrに保ち、光電子脱出角度90°で測定した。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sのメインピーク(ピークトップ)の結合エネルギー値を284.6eVに合わせる。C1sピーク面積は、282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、O1sピーク面積は、528〜540eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求められる。表面酸素濃度(O/C)は、上記O1sピーク面積の比を装置固有の感度補正値で割ることにより算出した原子数比で表す。X線光電子分光法装置として、アルバック・ファイ(株)製ESCA−1600を用いる場合、上記装置固有の感度補正値は2.33である。 The surface oxygen concentration of the carbon fiber under the condition [I] is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, carbon fibers, etc. to remove dirt adhering to the surface of the carbon fibers with a solvent was cut into 20 mm, after aligned spread on copper sample holder, using AlK .alpha.1,2 as X-ray source, the sample The inside of the chamber was kept at 1 × 10 −8 Torr, and the measurement was performed at a photoelectron escape angle of 90 °. The binding energy value of the main peak (peak top) of C 1 s is adjusted to 284.6 eV as a correction value of the peak due to charging during measurement. The C 1s peak area is obtained by drawing a linear base line in the range of 282 to 296 eV, and the O 1s peak area is obtained by drawing a linear base line in the range of 528 to 540 eV. The surface oxygen concentration (O / C) is represented by the atomic ratio calculated by dividing the ratio of the O 1s peak area by the sensitivity correction value specific to the device. When using ESCA-1600 manufactured by ULVAC-PHI, Inc. as an X-ray photoelectron spectroscopy device, the sensitivity correction value specific to the device is 2.33.

本発明の炭素繊維は、サイジング剤塗布炭素繊維であることが好ましい。サイジング剤塗布炭素繊維とすることで炭素繊維のハンドリング性に優れるとともに、炭素繊維とマトリックス樹脂の界面接着性に優れ、炭素繊維複合材料用途として好適なものとなる。   The carbon fiber of the present invention is preferably a sizing agent-coated carbon fiber. By using a sizing agent-coated carbon fiber, the handling properties of the carbon fiber are excellent, and the interfacial adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is excellent.

本発明において、サイジング剤はエポキシ樹脂化合物を含むことが好ましい。サイジング剤に含まれるエポキシ化合物としては、例えば脂肪族エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物があり、これらを単独で用いてもよいし、併用してもよい。   In the present invention, the sizing agent preferably contains an epoxy resin compound. Examples of the epoxy compound contained in the sizing agent include an aliphatic epoxy compound and an aromatic epoxy compound, and these may be used alone or in combination.

脂肪族エポキシ化合物のみからなるサイジング剤が塗布されてなる炭素繊維はマトリックス樹脂との接着性が高いことが確認されている。そのメカニズムは確かではないが、脂肪族エポキシ化合物は柔軟な骨格および自由度が高い構造に由来して、炭素繊維表面のカルボキシル基および水酸基との官能基と脂肪族エポキシ化合物が強い相互作用を形成することが可能であると考えられる。   It has been confirmed that a carbon fiber coated with a sizing agent consisting of only an aliphatic epoxy compound has high adhesiveness to a matrix resin. Although the mechanism is not certain, the aliphatic epoxy compound is derived from its flexible skeleton and highly flexible structure, and the functional group of carboxyl group and hydroxyl group on the carbon fiber surface forms a strong interaction with the aliphatic epoxy compound. It is considered possible.

芳香族エポキシ化合物のみからなるサイジング剤が塗布されてなる炭素繊維は、サイジング剤とマトリックス樹脂との反応性が低く、プリプレグを長期保管した場合の物性変化が小さいという利点がある。また、剛直な界面層を形成することができるという利点もある。   A carbon fiber coated with a sizing agent consisting of only an aromatic epoxy compound has the advantages of low reactivity between the sizing agent and the matrix resin and a small change in physical properties when the prepreg is stored for a long period of time. There is also an advantage that a rigid interface layer can be formed.

脂肪族エポキシ化合物と芳香族エポキシ化合物を混合した場合、より極性の高い脂肪族エポキシ化合物が炭素繊維側に多く偏在し、炭素繊維と逆側のサイジング層の最外層に極性の低い芳香族エポキシ化合物が偏在しやすいという現象が見られる。このサイジング層の傾斜構造の結果として、脂肪族エポキシ化合物は炭素繊維近傍で炭素繊維と強い相互作用を有することで炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性を高めることができる。また、外層に多く存在する芳香族エポキシ化合物は、サイジング剤塗布炭素繊維をプリプレグにした場合には脂肪族エポキシ化合物をマトリックス樹脂から遮断する役割を果たす。このことにより、脂肪族エポキシ化合物とマトリックス樹脂中の反応性の高い成分との反応が抑制されるため、長期保管時の安定性が発現される。   When the aliphatic epoxy compound and the aromatic epoxy compound are mixed, the more polar aliphatic epoxy compound is unevenly distributed on the carbon fiber side, and the lower polar aromatic epoxy compound is formed on the outermost layer of the sizing layer opposite to the carbon fiber. Are likely to be unevenly distributed. As a result of the inclined structure of the sizing layer, the aliphatic epoxy compound has a strong interaction with the carbon fiber in the vicinity of the carbon fiber, so that the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin can be enhanced. In addition, the aromatic epoxy compound, which is often present in the outer layer, plays a role of blocking the aliphatic epoxy compound from the matrix resin when the sizing agent-coated carbon fiber is prepreg. As a result, the reaction between the aliphatic epoxy compound and the highly reactive component in the matrix resin is suppressed, and stability during long-term storage is exhibited.

サイジング剤塗布炭素繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化複合材料において、炭素繊維近傍のいわゆる界面層は、炭素繊維あるいはサイジング剤の影響を受け、マトリックス樹脂とは異なる特性を有する場合がある。エポキシ化合物が芳香環を1個以上有すると、剛直な界面層が形成され、炭素繊維とマトリックス樹脂との間の応力伝達能力が向上し、繊維強化複合材料の0°引張強度等の力学特性が向上する。また、芳香環により疎水性が向上することにより、脂肪族エポキシ化合物に比べて炭素繊維との相互作用が弱く、脂肪族エポキシ化合物を覆い、サイジング層外層に存在することができる。このことにより、サイジング剤塗布炭素繊維をプリプレグに用いた場合、長期間保管した場合の経時変化を抑制することができ好ましい。芳香環を2個以上有することで、芳香環による長期安定性の向上するため好ましい。芳香環の数の上限は特にないが、10個あれば力学特性およびマトリックス樹脂との反応の抑制の観点から十分である。   In a fiber-reinforced composite material comprising a carbon fiber coated with a sizing agent and a matrix resin, the so-called interface layer near the carbon fiber may be affected by the carbon fiber or the sizing agent and have different properties from the matrix resin. When the epoxy compound has one or more aromatic rings, a rigid interface layer is formed, the ability to transmit stress between the carbon fiber and the matrix resin is improved, and the mechanical properties such as the 0 ° tensile strength of the fiber reinforced composite material are improved. improves. Further, since the hydrophobicity is improved by the aromatic ring, the interaction with the carbon fiber is weaker than that of the aliphatic epoxy compound, and the aliphatic ring covers the aliphatic epoxy compound and can be present in the outer layer of the sizing layer. Thus, when the sizing agent-coated carbon fiber is used for a prepreg, it is possible to suppress a change with time when stored for a long period of time, which is preferable. It is preferable to have two or more aromatic rings since the long-term stability by the aromatic rings is improved. There is no particular upper limit on the number of aromatic rings, but 10 is sufficient from the viewpoint of mechanical properties and suppression of reaction with the matrix resin.

本発明において、炭素繊維に塗布されたサイジング剤のエポキシ当量は350〜550g/molであることが好ましい。550g/mol以下であることで、サイジング剤が塗布されてなる炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性が向上するため好ましい。また、350g/mol以上であることで、プリプレグに該サイジング剤塗布炭素繊維を用いた場合に、プリプレグに用いている樹脂成分とサイジング剤との反応を抑制することができるため、プリプレグを長期保管した場合にも得られた炭素繊維強化複合材料の物性が良好になるため好ましい。本発明におけるサイジング剤が塗布されてなる炭素繊維のエポキシ当量とは、サイジング剤塗布繊維をN,N−ジメチルホルムアミドに代表される溶媒中に浸漬し、超音波洗浄を行うことで繊維から溶出させたのち、塩酸でエポキシ基を開環させ、酸塩基滴定で求めることができる。エポキシ当量は360g/mol以上が好ましく、380g/mol以上がより好ましい。また、530g/mol以下が好ましく、500g/mol以下がより好ましい。なお、炭素繊維に塗布されたサイジング剤のエポキシ当量は、塗布に用いるサイジング剤のエポキシ当量および塗布後の乾燥での熱履歴などにより、制御することができる。   In the present invention, the sizing agent applied to the carbon fibers preferably has an epoxy equivalent of 350 to 550 g / mol. The content of 550 g / mol or less is preferable because the adhesion between the carbon fiber coated with the sizing agent and the matrix resin is improved. When the sizing agent-coated carbon fiber is used in the prepreg, the reaction between the resin component used in the prepreg and the sizing agent can be suppressed by using the prepreg at 350 g / mol or more. This is also preferable because the physical properties of the obtained carbon fiber reinforced composite material are improved. The epoxy equivalent of the carbon fiber coated with the sizing agent in the present invention means that the sizing agent-coated fiber is immersed in a solvent typified by N, N-dimethylformamide and eluted from the fiber by performing ultrasonic cleaning. Thereafter, the epoxy group can be opened with hydrochloric acid, and the epoxy group can be determined by acid-base titration. The epoxy equivalent is preferably 360 g / mol or more, more preferably 380 g / mol or more. Further, it is preferably at most 530 g / mol, more preferably at most 500 g / mol. The epoxy equivalent of the sizing agent applied to the carbon fiber can be controlled by the epoxy equivalent of the sizing agent used for application, the heat history in drying after application, and the like.

本発明において、サイジング剤の付着量は、炭素繊維100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、より好ましくは0.1〜3.0質量部、さらに好ましくは0.2〜3.0質量部の範囲である。サイジング剤の付着量がかかる範囲であると、高い剪断靱性を発現させることができる。サイジング剤の付着量の測定方法は、サイジング塗布炭素繊維を2±0.5g採取し、窒素雰囲気中450℃にて加熱処理を15分間行ったときの該加熱処理前後の質量変化量を加熱処理前の質量で除した値の質量%である。   In the present invention, the amount of the sizing agent attached is preferably at least 0.1 part by mass, more preferably 0.1 to 3.0 parts by mass, and still more preferably 0.1 part by mass, per 100 parts by mass of the carbon fiber. It is in the range of 2 to 3.0 parts by mass. When the amount of the sizing agent adhered is within such a range, high shear toughness can be exhibited. The method of measuring the amount of the sizing agent adhered is as follows: 2 ± 0.5 g of the sizing-coated carbon fiber is sampled, and the amount of mass change before and after the heat treatment at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere is measured by the heat treatment. It is% by mass divided by the previous mass.

本発明において、アセトニトリルとクロロホルムを体積比9対1で混合した溶液で洗浄した後に炭素繊維に残留するサイジング剤付着量がサイジング剤塗布炭素繊維に対して0.08質量%以上であることが好ましく、より好ましくは0.08〜3.0質量%、さらに好ましくは0.14〜0.30質量%の範囲である。洗浄後のサイジング剤の付着量がかかる範囲であると、炭素繊維とサイジング剤の界面接着が良好となり、繊維強化複合材料とした際に高い剪断靱性を発現させることができる。本発明における「洗浄後のサイジング剤付着量」とは、次のように測定されて算出されるものである。サイジング剤塗布炭素繊維2±0.5gをアセトニトリルとクロロホルムを体積比9対1で混合した溶液10mlに浸漬し、超音波洗浄を20分間行うことで繊維からサイジング剤を溶出させた後、十分に乾燥させて質量を測定する。さらにこの洗浄後炭素繊維を窒素雰囲気中450℃にて加熱処理を15分間行う。このときの該加熱処理前後の質量変化量を、加熱処理前のサイジング剤塗布炭素繊維の質量で除した値の質量%を洗浄後のサイジング剤付着量とする。   In the present invention, it is preferable that the sizing agent adhesion amount remaining on the carbon fiber after washing with a solution in which acetonitrile and chloroform are mixed at a volume ratio of 9: 1 is 0.08% by mass or more based on the sizing agent-coated carbon fiber. , More preferably 0.08 to 3.0% by mass, and still more preferably 0.14 to 0.30% by mass. When the amount of the sizing agent adhered after the washing is within the above range, the interfacial adhesion between the carbon fiber and the sizing agent is improved, and a high shear toughness can be exhibited when a fiber-reinforced composite material is obtained. The “sizing agent adhesion amount after cleaning” in the present invention is measured and calculated as follows. After immersing 2 ± 0.5 g of the sizing agent-coated carbon fiber in 10 ml of a solution obtained by mixing acetonitrile and chloroform at a volume ratio of 9: 1 and performing ultrasonic cleaning for 20 minutes, the sizing agent is eluted from the fiber. Dry and weigh. Further, after the washing, the carbon fiber is subjected to a heat treatment at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere. The mass change of the mass before and after the heat treatment divided by the mass of the sizing agent-coated carbon fibers before the heat treatment is defined as the sizing agent adhesion amount after washing.

本発明のプリプレグにおける炭素繊維について、次の方法で規定される界面剪断強度(IFSS)は25MPa以上であることが好ましく、より好ましくは30MPa以上、さらに好ましくは40MPa以上である。界面剪断強度が高いと、炭素繊維とエポキシ樹脂との接着性も高い傾向となる。ここで、本発明における「界面剪断強度」は、炭素繊維の単繊維とビスフェノールA型エポキシ樹脂との界面剪断強度のことであり、次のように測定して算出される値である。   Regarding the carbon fiber in the prepreg of the present invention, the interface shear strength (IFSS) defined by the following method is preferably 25 MPa or more, more preferably 30 MPa or more, and still more preferably 40 MPa or more. If the interfacial shear strength is high, the adhesion between the carbon fiber and the epoxy resin also tends to be high. Here, the "interfacial shear strength" in the present invention refers to the interfacial shear strength between a single carbon fiber and a bisphenol A epoxy resin, and is a value calculated by measuring as follows.

以下、界面剪断強度の測定方法について説明する。測定にあたっては、Drzal,L.T.,Master,Sci,Eng.A126,289(1990)を参考にして行う。   Hereinafter, a method for measuring the interface shear strength will be described. In the measurement, Drzal, L. et al. T. , Master, Sci, Eng. A126, 289 (1990).

すなわち、ビスフェノールA型エポキシ化合物“jER(登録商標)”828(三菱ケミカル(株)製)100質量部とメタフェニレンジアミン(シグマアルドリッチジャパン(株)製)14.5質量部を、それぞれ容器に入れ、その後、上記のjER828の粘度低下とメタフェニレンジアミンの溶解のため、75℃の温度で15分間加熱する。その後、両者をよく混合し、80℃の温度で約15分間真空脱泡を行う。   That is, 100 parts by mass of bisphenol A type epoxy compound “jER (registered trademark)” 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and 14.5 parts by mass of metaphenylenediamine (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd.) are put in respective containers. Then, the mixture is heated at a temperature of 75 ° C. for 15 minutes for decreasing the viscosity of jER828 and dissolving metaphenylenediamine. Then, both are well mixed and vacuum degassed at a temperature of 80 ° C. for about 15 minutes.

次に、炭素繊維束から単繊維を抜き取り、ダンベル型モールドの長手方向に単繊維に一定張力を与えた状態で両端を接着剤で固定する。その後、炭素繊維およびモールドに付着した水分を除去するため、80℃の温度で30分間以上真空乾燥を行う。ダンベル型モールドはシリコーンゴム製で、注型部分の形状は、中央部分巾5mm、長さ25mm、両端部分巾10mm、全体長さ150mmとする。   Next, the single fiber is extracted from the carbon fiber bundle, and both ends are fixed with an adhesive while a constant tension is applied to the single fiber in the longitudinal direction of the dumbbell mold. Thereafter, vacuum drying is performed at a temperature of 80 ° C. for 30 minutes or more in order to remove the water attached to the carbon fiber and the mold. The dumbbell mold is made of silicone rubber, and the shape of the casting portion is 5 mm in width at the center, 25 mm in length, 10 mm in width at both ends, and 150 mm in overall length.

上記の真空乾燥後のモールド内に、調製した樹脂を流し込み、オーブンを用いて、昇温速度1.5℃/分で75℃の温度まで上昇し2時間保持後、昇温速度1.5℃/分で125℃の温度まで上昇し2時間保持後、降温速度2.5℃/分で30℃の温度まで降温する。その後、脱型して試験片を得る。   Pour the prepared resin into the mold after the above vacuum drying, raise the temperature to 75 ° C. using an oven at a rate of 1.5 ° C./min, hold for 2 hours, and then increase the rate of 1.5 ° C. The temperature is raised to a temperature of 125 ° C./min and maintained for 2 hours, and then the temperature is lowered to a temperature of 30 ° C. at a rate of 2.5 ° C./min. Thereafter, the mold is removed to obtain a test piece.

上記の手順で得られた試験片に繊維軸方向(長手方向)に歪速度0.3%/秒で引張力を与え、歪みを12%生じさせた後、偏光顕微鏡により試験片中心部22mmの範囲における繊維破断数N(個)を測定する。次に、平均破断繊維長laを、la(μm)=22×1000(μm)/N(個)の式により計算する。次に、平均破断繊維長laから臨界繊維長lcを、lc(μm)=(4/3)×la(μm)の式により計算する。さらに、ストランド引張強度σと炭素繊維単糸の直径dを測定し、次式より算出した値を本発明における「界面剪断強度」とする。
・界面剪断強度IFSS(MPa)=σ(MPa)×d(μm)/(2×lc)(μm)。
A tensile force is applied to the test piece obtained in the above procedure at a strain rate of 0.3% / sec in the fiber axis direction (longitudinal direction) to generate a strain of 12%. The number of broken fibers N (pieces) in the range is measured. Next, the average broken fiber length la is calculated by the formula: la (μm) = 22 × 1000 (μm) / N (pieces). Next, the critical fiber length lc is calculated from the average broken fiber length la by the formula of lc (μm) = (4/3) × la (μm). Further, the strand tensile strength σ and the diameter d of the carbon fiber single yarn are measured, and the value calculated from the following equation is defined as “interface shear strength” in the present invention.
-Interfacial shear strength IFSS (MPa) = σ (MPa) x d (μm) / (2 x lc) (μm).

本発明の炭素繊維強化複合材料は、エポキシ樹脂組成物の硬化物が高次構造を有することで、驚くべきことに優れたモードI層間靱性を発現する。これは、炭素繊維強化複合材料内にクラックが進展する際、樹脂組成物の硬化物中に存在する高次構造を崩すのにエネルギーを多く必要とするためと考えられる。   The carbon fiber reinforced composite material of the present invention exhibits surprisingly excellent mode I interlayer toughness because the cured product of the epoxy resin composition has a higher-order structure. This is presumably because, when a crack develops in the carbon fiber reinforced composite material, much energy is required to break the higher-order structure present in the cured product of the resin composition.

ここでいう高次構造とは、エポキシ樹脂組成物の硬化後又は半硬化後に分子が配向配列している状態を意味し、例えば、硬化物中に結晶構造又は液晶構造が存在する状態を意味する。   The higher-order structure referred to herein means a state in which molecules are aligned after curing or semi-curing of the epoxy resin composition, and for example, a state in which a crystal structure or a liquid crystal structure is present in a cured product. .

以下、本発明のプリプレグが充足すべき条件[II]について説明する。樹脂組成物の硬化物中の高次構造の有無は、偏光顕微鏡を用いた光学的異方性の有無を調べることで確かめることができる。光学的異方性を有する構造のサイズが可視光波長オーダー同等以上の場合には、クロスニコル状態での偏光顕微鏡にて干渉模様(明視野)が観察される。高次構造を形成していない、もしくは形成された高次構造のサイズが可視光波長オーダーより小さい場合には、光学的異方性を有しないため暗視野が観察される。すなわち、本発明の条件[II]を満たすとは、クロスニコル偏光顕微鏡観察で、樹脂組成物の硬化物を観察した際に干渉模様(明視野)が観察されることを意味する。液晶構造の場合には、形成する液晶相の種類によって観察される干渉模様が多岐に渡ることが知られている。観察される干渉模様の具体例としては、高次構造がネマチック相構造の場合には、シュリーレン組織、糸状組織、砂状組織、ドロプレット組織が挙げられ、スメクチック相構造の場合には、バトネ組織、フォーカルコニックファン組織、オイリーストリーク組織などが挙げられる。   Hereinafter, the condition [II] to be satisfied by the prepreg of the present invention will be described. The presence or absence of a higher-order structure in the cured product of the resin composition can be confirmed by examining the presence or absence of optical anisotropy using a polarizing microscope. When the size of the structure having optical anisotropy is equal to or larger than the order of visible light wavelength, an interference pattern (bright field) is observed with a polarizing microscope in a crossed Nicols state. When no higher-order structure is formed, or when the size of the formed higher-order structure is smaller than the order of visible light wavelength, a dark field is observed because it has no optical anisotropy. That is, satisfying the condition [II] of the present invention means that an interference pattern (bright field) is observed when a cured product of the resin composition is observed with a crossed Nicol polarizing microscope. In the case of a liquid crystal structure, it is known that interference patterns observed vary depending on the type of liquid crystal phase to be formed. Specific examples of the observed interference pattern include, when the higher-order structure is a nematic phase structure, a schlieren structure, a thread-like structure, a sandy structure, a droplet structure, and a smectic phase structure, a Batne structure, Focal conic fan organization and oily streak organization.

本発明のプリプレグまたは炭素繊維強化複合材料において、条件[II]の充足性を確かめる偏光顕微鏡観察の手法として透過法が用いられる。透過法での偏光顕微鏡観察の場合には、対象試験片が厚すぎると、可視光が十分透過せず干渉模様の有無を判断することが困難になる。可視光を透過させるために、プリプレグ1プライを硬化させた試験片もしくは、炭素繊維強化複合材料を繊維方向に削り10μm程度に薄膜化させた試験片を用いる。試験片について、構成要素[A]を除く、エポキシ樹脂組成物の硬化物について偏光顕微鏡観察を行い、上記干渉模様の有無で高次構造形成の有無を確認することができる。   In the prepreg or carbon fiber reinforced composite material of the present invention, a transmission method is used as a technique of observation with a polarizing microscope to confirm the satisfaction of the condition [II]. In the case of observation by a polarizing microscope using a transmission method, if the target test piece is too thick, visible light does not sufficiently pass therethrough, making it difficult to determine the presence or absence of an interference pattern. In order to transmit visible light, a test piece obtained by curing one ply of a prepreg or a test piece obtained by shaving a carbon fiber reinforced composite material in the fiber direction and thinning it to about 10 μm is used. With respect to the test piece, a cured product of the epoxy resin composition excluding the component [A] is observed with a polarizing microscope, and the presence or absence of the interference pattern can be confirmed by the presence or absence of the interference pattern.

以下、本発明のプリプレグが充足することが好適な条件[III]について説明する。本発明のプリプレグおよび炭素繊維強化複合材料は、樹脂組成物の硬化物中に高次構造を含み、特に、高次構造としてスメクチック相構造であることで、高いモードI層間靱性を発現する。スメクチック相構造を形成している場合には、上記条件[II]に加えて、X線回折において一般的には回折角度2θ≦10°の領域に高次構造に由来したピークが観測される。この範囲のピークの有無により、スメクチック相構造の有無を確認することができる。本発明では、構成要素[C]中、または構成要素[B]、[C]両方中に存在するメソゲン構造(ビフェニル基、ターフェニル基、ターフェニル類縁基、アントラセン基、これらがアゾメチン基、又はエステル基で接続された基等)に基づく周期構造(高次構造)にあたり、回折角度2θ=1.0〜6.0°の範囲にピークを有する。すなわち、条件[III]を満たすとは、メソゲン構造により形成されるスメクチック相構造由来のピークである、回折角度2θ=1.0〜6.0°の範囲のピークが広角X線回折により観察されることを意味する。X線回折によって観測されるピークの回折角度2θの範囲は、1.0〜6.0°であることが重要であり、好ましくは2.0〜4.0°である。厚さ1mmで成形した炭素繊維強化複合材料を用いて、長さ20mm、幅10mmの測定試料を用意する。用意された測定試料について、広角X線回折装置を用いて、次の条件により測定を行う。
・X線源:CuKα線(管電圧45kV、管電流40mA)
・検出器:ゴニオメーター+モノクロメーター+シンチレーションカウンター
・走査範囲:2θ=1〜90°
・走査モード:ステップスキャン、ステップ単位0.1°、計数時間40秒。
Hereinafter, the condition [III] suitable for satisfying the prepreg of the present invention will be described. The prepreg and the carbon fiber reinforced composite material of the present invention exhibit high mode I interlayer toughness by including a higher-order structure in the cured product of the resin composition, and in particular, by having a smectic phase structure as the higher-order structure. When a smectic phase structure is formed, in addition to the condition [II], a peak derived from a higher-order structure is generally observed in a region where the diffraction angle is 2θ ≦ 10 ° in X-ray diffraction. The presence or absence of a peak in this range can confirm the presence or absence of a smectic phase structure. In the present invention, the mesogen structure (biphenyl group, terphenyl group, terphenyl analog group, anthracene group, or azomethine group) present in the component [C] or in both the components [B] and [C] is used. In a periodic structure (higher-order structure) based on a group connected by an ester group, etc., the compound has a peak at a diffraction angle 2θ of 1.0 to 6.0 °. That is, satisfying the condition [III] means that a peak at a diffraction angle 2θ = 1.0 to 6.0 °, which is a peak derived from the smectic phase structure formed by the mesogenic structure, is observed by wide-angle X-ray diffraction. Means that It is important that the range of the diffraction angle 2θ of the peak observed by X-ray diffraction is from 1.0 to 6.0 °, and preferably from 2.0 to 4.0 °. Using a carbon fiber reinforced composite material molded to a thickness of 1 mm, a measurement sample having a length of 20 mm and a width of 10 mm is prepared. The prepared measurement sample is measured using a wide-angle X-ray diffractometer under the following conditions.
・ X-ray source: CuK α ray (tube voltage 45 kV, tube current 40 mA)
・ Detector: Goniometer + Monochromator + Scintillation counter ・ Scanning range: 2θ = 1-90 °
Scan mode: step scan, step unit 0.1 °, counting time 40 seconds.

X線回折の測定は、炭素繊維強化複合材料内の炭素繊維軸に対して平行(0°)、垂直(90°)、45°に対して行う。   The measurement of the X-ray diffraction is performed with respect to the parallel (0 °), perpendicular (90 °), and 45 ° to the carbon fiber axis in the carbon fiber reinforced composite material.

樹脂組成物の硬化物の高次構造は構成要素[A]の炭素繊維に対していずれの方向を向いても良いが、炭素繊維軸に対して垂直な方向のみ周期構造を有する場合、炭素繊維由来の強いピークにより、X線回折では樹脂組成物由来のピークが観測できないことがある。その場合、炭素繊維を除いた樹脂組成物の硬化板にてX線回折により測定を行うことで、周期構造の有無の確認できる。別の確認手法としては、放射光の利用も有効である。ビーム径を数μm程度まで絞りこむことにより、構成要素[A]を除いた、構成要素[B]および[C]を含む樹脂組成物の硬化物のみの測定が可能となり、高次構造形成の有無を確認することが可能となる。   The higher-order structure of the cured product of the resin composition may be oriented in any direction with respect to the carbon fiber of the component [A]. Due to a strong peak derived from the resin composition, a peak derived from the resin composition may not be observed in X-ray diffraction. In that case, the presence or absence of the periodic structure can be confirmed by performing measurement by X-ray diffraction on a cured plate of the resin composition excluding the carbon fiber. As another confirmation method, use of synchrotron radiation is also effective. By narrowing down the beam diameter to about several μm, it becomes possible to measure only a cured product of the resin composition containing the constituent elements [B] and [C] excluding the constituent element [A], and to form a higher-order structure. The presence or absence can be confirmed.

本発明のプリプレグおよび炭素繊維強化複合材料は、樹脂組成物の硬化物が、分子異方性を示す樹脂領域を含むことが好ましい。ここでいう異方性を有する樹脂領域とは、1μm径以上の大きさで分子が一方向配列した配向ドメインを示す。確認方法としては、例えば、炭素繊維強化複合材料中の樹脂領域の5〜10箇所について、任意の方位を0°とし、偏光方位を0°〜150°まで30°間隔で変化させて偏光IRあるいは偏光ラマン分光を測定し、偏光方位に対して信号強度の変化の有無をみることで確認することができる。異方性を持たない樹脂組成物では、偏光方位に対して強度変化は見られない。   In the prepreg and the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, the cured product of the resin composition preferably includes a resin region exhibiting molecular anisotropy. The term “resin region having anisotropy” as used herein refers to an alignment domain having a size of 1 μm or more in which molecules are arranged in one direction. As a confirmation method, for example, with respect to 5 to 10 places of the resin region in the carbon fiber reinforced composite material, an arbitrary direction is set to 0 °, and the polarization direction is changed from 0 ° to 150 ° at intervals of 30 °, and the polarization IR or This can be confirmed by measuring polarized Raman spectroscopy and observing the presence or absence of a change in signal intensity with respect to the polarization direction. In the resin composition having no anisotropy, no change in intensity is observed with respect to the polarization direction.

以下、本発明のプリプレグが充足することが好適な条件[IV]について説明する。本発明のプリプレグおよび炭素繊維複合材料は、樹脂組成物を硬化して得られる硬化物が、示差走査熱量分析において、250℃以上に液晶相転移に起因する吸熱ピークを有する。より好ましくは280℃以上、さらに好ましくは300℃以上の範囲に有することが好ましい。樹脂硬化物の液晶相転移に起因する吸熱ピークがかかる温度になることで、樹脂硬化物が液晶相を維持する温度域が広くなり、高温でも優れた力学特性が発現する樹脂硬化物が得られる。また、液晶相転移温度が高いほどより強固な高次構造を形成しているため、樹脂硬化物および炭素繊維複合材料は優れた力学特性を発現する傾向がある。確認方法としては、窒素雰囲気下で樹脂硬化物の示差走査熱量分析を行い、昇温速度を5℃/分として50℃から400℃まで昇温した際の熱流量における吸熱ピークの有無で確認することができる。示差走査熱量分析による液晶性の確認には、樹脂硬化物を用いてもよいし、炭素繊維複合材料を用いてもよい。示差走査熱量分析により観察された吸熱ピークが、液晶相転移に起因するか否かについては、プリプレグ1プライを硬化させた試験片もしくは、炭素繊維強化複合材料を繊維方向に削り10μm程度に薄膜化させた試験片を、クロスニコル状態での偏光顕微鏡観察をした際に対象の吸熱ピーク近傍で干渉模様の変化があるか確かめることで判断できる。干渉模様に変化がある場合には、液晶相転移由来と判断することができる。   Hereinafter, the condition [IV] suitable for satisfying the prepreg of the present invention will be described. In the prepreg and the carbon fiber composite material of the present invention, a cured product obtained by curing the resin composition has an endothermic peak at 250 ° C. or higher due to liquid crystal phase transition in differential scanning calorimetry. More preferably, it is in the range of 280 ° C. or more, further preferably 300 ° C. or more. When the temperature at which the endothermic peak due to the liquid crystal phase transition of the cured resin is applied is applied, the temperature range in which the cured resin maintains the liquid crystal phase is widened, and the cured resin exhibiting excellent mechanical properties even at high temperatures can be obtained. . In addition, the higher the liquid crystal phase transition temperature is, the stronger the higher-order structure is formed. Therefore, the cured resin and the carbon fiber composite material tend to exhibit excellent mechanical properties. As a confirmation method, a differential scanning calorimetric analysis of the resin cured product is performed in a nitrogen atmosphere, and the presence or absence of an endothermic peak in a heat flow rate when the temperature is increased from 50 ° C. to 400 ° C. at a rate of 5 ° C./min is confirmed. be able to. For confirming the liquid crystallinity by differential scanning calorimetry, a cured resin may be used, or a carbon fiber composite material may be used. Whether the endothermic peak observed by differential scanning calorimetry was caused by the liquid crystal phase transition was determined by cutting a test piece obtained by curing one ply of prepreg or a carbon fiber reinforced composite material in the fiber direction and thinning it to about 10 μm. It can be determined by observing whether or not there is a change in the interference pattern near the endothermic peak of the target when the specimen thus obtained is observed with a polarizing microscope in a crossed Nicols state. When there is a change in the interference pattern, it can be determined that the interference pattern is derived from the liquid crystal phase transition.

X線回折によって観測される回折角度2θ=1.0°〜6.0°に由来する高次構造を、硬化後に樹脂組成物が有する範囲において本発明の炭素繊維強化複合材料の成形条件は特に限定されないが、成形温度が高すぎると、使用する装置や副資材に高い耐熱性が必要となり、炭素繊維強化複合材料の製造コストが高額となる。また、成形温度が低すぎると、構成要素[B][C]の反応に長時間を要し、これも製造コストの増加をまねく恐れがある。成形に用いる最高温度は、100〜220℃が好ましく、120〜200℃がさらに好ましい。   The molding condition of the carbon fiber reinforced composite material of the present invention is particularly limited within a range that the resin composition after curing has a higher order structure derived from a diffraction angle 2θ = 1.0 ° to 6.0 ° observed by X-ray diffraction. Although not limited, when the molding temperature is too high, high heat resistance is required for the equipment and auxiliary materials to be used, and the production cost of the carbon fiber reinforced composite material increases. On the other hand, if the molding temperature is too low, the reaction of the components [B] and [C] takes a long time, which may also increase the production cost. The maximum temperature used for molding is preferably from 100 to 220C, more preferably from 120 to 200C.

構成要素[B]のエポキシ樹脂は、本発明のプリプレグおよび炭素繊維強化複合材料中の樹脂組成物の硬化物が高次構造を有するために、メソゲン構造を有して液晶性を示す、いわゆる液晶性エポキシ樹脂が好ましい。メソゲン構造(ビフェニル基、ターフェニル基、ターフェニル類縁基、アントラセン基、これらがアゾメチン基、又はエステル基で接続された基等)を有することで、その構造に由来する高次構造(周期構造ともいう)が形成される。   The epoxy resin of the component [B] is a so-called liquid crystal having a mesogenic structure and exhibiting liquid crystallinity because a cured product of the resin composition in the prepreg and the carbon fiber-reinforced composite material of the present invention has a higher-order structure. Epoxy resins are preferred. By having a mesogenic structure (biphenyl group, terphenyl group, terphenyl analogous group, anthracene group, a group connected by an azomethine group or an ester group, etc.), a higher-order structure derived from the structure (also referred to as a periodic structure) Is formed.

構成要素[B]が液晶性エポキシ樹脂である場合のメソゲン構造としては、下記一般式(2)で表される構造を有するエポキシ樹脂が好ましい。   When the component [B] is a liquid crystalline epoxy resin, the mesogenic structure is preferably an epoxy resin having a structure represented by the following general formula (2).

(一般式(2)中Q、Q、Qはそれぞれ群(III)より選択される1種の構造を含む。一般式(2)中のR、Rはそれぞれ炭素数1〜6のアルキレン基を示す。一般式(2)中のZは各々独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜8の脂肪族アルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、又はアセチル基を示す。nは各々独立に0〜4の整数を示す。一般式(2)および群(III)中のY、Y、Yは、単結合もしくは群(IV)より1つ選択される。) (In the general formula (2), Q 1 , Q 2 and Q 3 each include one kind of structure selected from the group (III). In the general formula (2), R 1 and R 2 each have 1 to 1 carbon atoms. And Z represents an alkylene group of formula 6. Z in the general formula (2) is each independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an aliphatic alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine. Represents an atom, iodine atom, cyano group, nitro group, or acetyl group, and n independently represents an integer of 0 to 4. Y 1 , Y 2 , Y 3 in the general formula (2) and group (III) Is selected from a single bond or group (IV).)

群(III)におけるZは、各々独立に、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜4の脂肪族アルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、又はアセチル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基、又は塩素原子であることがより好ましく、メチル基又はエチル基であることが更に好ましい。群(III)におけるnは、各々独立に、0〜2の整数であることが好ましく、0又は1であることがより好ましい。   Z in group (III) is each independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, an aliphatic alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a cyano group, It is preferably a nitro group or an acetyl group, more preferably a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, an ethoxy group, or a chlorine atom, and still more preferably a methyl group or an ethyl group. N in group (III) is preferably independently an integer of 0 to 2, and more preferably 0 or 1.

構成要素[B]が液晶性エポキシ樹脂である場合のメソゲン構造は、割合が多い方が硬化後に樹脂は高次構造を形成し易いが、多過ぎると軟化点が高くなり、ハンドリング性が低下する。そのため、一般式(2)中のメソゲン構造の数は2つが特に好ましい。ここで、本発明における軟化点とは、JIS−K7234(1986)規定の環球法により、リングに注型した試料を浴槽中にて昇温し、試料にセットした球が光センサーを横切ったときの温度を示す。   In the case where the component [B] is a liquid crystalline epoxy resin, the higher the proportion of the mesogen structure, the easier the resin is to form a higher-order structure after curing, but if the ratio is too large, the softening point increases and the handling property decreases. . Therefore, the number of mesogen structures in the general formula (2) is particularly preferably two. Here, the softening point in the present invention is defined as a temperature at which a sample cast in a ring is heated in a bathtub by a ring and ball method specified in JIS-K7234 (1986), and a ball set in the sample crosses the optical sensor. Shows the temperature.

一般式(2)中のQ、Q、Qがベンゼン環を含むと、構成要素[B]の構造が剛直になるため高次構造形成し易くなり、靱性向上に有利となるため好ましい。また、一般式(2)中のQ、Q、Qが脂環式炭化水素を含むと、軟化点が低くなりハンドリング性が向上するため、これも好ましい態様となる。構成要素[B]のエポキシ樹脂は、1種類単独で用いても良く、2種類以上を併用しても良い。 When Q 1 , Q 2 , and Q 3 in the general formula (2) include a benzene ring, the structure of the constituent element [B] becomes rigid, so that a higher-order structure is easily formed, which is advantageous in improving toughness. . Further, when Q 1 , Q 2 , and Q 3 in the general formula (2) include an alicyclic hydrocarbon, the softening point is lowered and the handling properties are improved, so this is also a preferable embodiment. The epoxy resin of the constituent element [B] may be used alone or in combination of two or more.

構成要素[B]は公知の方法により製造することができ、特許第4619770号公報、特開2005−206814、特開2010−241797、特開2011−98952号公報、特開2011−74366号公報、Journal of Polymer Science: Part A:Polymer Chemistry,Vol.42,3631(2004)等に記載の製造方法を参照することができる。   The component [B] can be manufactured by a known method, and Japanese Patent No. 4619770, JP-A-2005-268814, JP-A-2010-241797, JP-A-2011-98952, JP-A-2011-74366, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 42, 3631 (2004) and the like.

構成要素[B]の具体例としては、1,4−ビス{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}シクロヘキサン、1−{3−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}シクロヘキサン、1,4−ビス{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1−{3−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1−{2−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1−{3−エチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1−{2−エチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1−{3−n−プロピル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1−{3−イソプロピル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1,4−ビス{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−2−シクロヘキセン、1−{3−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−2−シクロヘキセン、1,4−ビス{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−2,5−シクロヘキサジエン、1−{3−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−2,5−シクロヘキサジエン、1,4−ビス{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1,5−シクロヘキサジエン、1−{3−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1,5−シクロヘキサジエン、1,4−ビス{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1,4−シクロヘキサジエン、1−{3−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1,4−シクロヘキサジエン、1,4−ビス{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1,3−シクロヘキサジエン、1−{3−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−1,3−シクロヘキサジエン、1,4−ビス{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}ベンゼン、1−{3−メチル−4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}−4−{4−(オキシラニルメトキシ)フェニル}ベンゼン、1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート}、1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−2−メチルベンゾエート}、1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3−メチルベンゾエート}、1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3,5−ジメチルベンゾエート}、1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−2,6−ジメチルベンゾエート}、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート}、2−メトキシ−1,4−フェニレン−ビス(4−ヒドロキシベンゾエート)、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−2−メチルベンゾエート}、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3−メチルベンゾエート}、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3,5−ジメチルベンゾエート}、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−2,6−ジメチルベンゾエート}、2,6−ジメチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート}、2,6−ジメチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3−メチルベンゾエート}、2,6−ジメチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3,5−ジメチルベンゾエート}、2,3,6−トリメチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート}、2,3,6−トリメチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−2,6−ジメチルベンゾエート}、2,3,5,6−テトラメチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート}、2,3,5,6−テトラメチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3−メチルベンゾエート}および2,3,5,6−テトラメチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3,5−ジメチルベンゾエート}、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)ベンゾエート}4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)−2−メチルベンゾエート、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3−メチルベンゾエート、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3−エチルベンゾエート、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)−2−イソプロピルベンゾエートおよび4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル 4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3,5−ジメチルベンゾエート、1,4−ビス{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1−{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)−3−メチルフェニル}−4−{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1,4−ビス{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1−{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)−3−メチルフェニル}−4−{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1,4−ビス{4−(4−メチル−4,5−エポキシペンチルオキシ)フェニル}−1−シクロヘキセン、1,4−ビス{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}ベンゼン、1−{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)−3−メチルフェニル}−4−{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}ベンゼン、1,4−ビス{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}ベンゼン、1−{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)−3−メチルフェニル}−4−{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}ベンゼン、1,4−ビス{4−(4−メチル−4,5−エポキシペンチルオキシ)フェニル}ベンゼン、1,4−ビス{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}シクロヘキサン、1−{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)−3−メチルフェニル}−4−{4−(3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}シクロヘキサン、1,4−ビス{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}シクロヘキサン、1−{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)−3−メチルフェニル}−4−{4−(5−メチル−3−オキサ−5,6−エポキシヘキシルオキシ)フェニル}シクロヘキサン、1,4−ビス{4−(4−メチル−4,5−エポキシペンチルオキシ)フェニル}シクロヘキサンなどが挙げられ、中でも、硬化後の高次構造の形成、ハンドリング性、原料の入手容易性から、1−(3−メチル−4−オキシラニルメトキシフェニル)−4−(4−オキシラニルメトキシフェニル)−1−シクロヘキセン、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート}、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル4−(2,3−エポキシプロポキシ)−3−メチルベンゾエートが特に好ましい。   Specific examples of the component [B] include 1,4-bis {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} cyclohexane and 1- {3-methyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl-4- {4 -(Oxiranylmethoxy) phenyl {cyclohexane, 1,4-bis {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1- {3-methyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl}- 4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1- {2-methyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl}- 1-cyclohexene, 1- {3-ethyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1- 2-ethyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1- {3-n-propyl-4- (oxiranylmethoxy) Phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1- {3-isopropyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) Phenyl} -1-cyclohexene, 1,4-bis {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -2-cyclohexene, 1- {3-methyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4 -(Oxiranylmethoxy) phenyl} -2-cyclohexene, 1,4-bis {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -2,5-cyclohexadiene, 1- { -Methyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -2,5-cyclohexadiene, 1,4-bis {4- (oxiranylmethoxy) phenyl {-1,5-cyclohexadiene, 1- {3-methyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1,5-cyclohexadiene, 1, 4-bis {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1,4-cyclohexadiene, 1- {3-methyl-4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) ) Phenyl} -1,4-cyclohexadiene, 1,4-bis {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1,3-cyclohexadiene, 1- {3-methyl-4- (oxira) Nilmethoxy) phenyl {-4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -1,3-cyclohexadiene, 1,4-bis {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} benzene, 1- {3-methyl -4- (oxiranylmethoxy) phenyl} -4- {4- (oxiranylmethoxy) phenyl} benzene, 1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate}, 1, 4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -2-methylbenzoate}, 1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -3-methylbenzoate}, 1, 4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -3,5-dimethylbenzoate}, 1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxy) Propoxy) -2,6-dimethylbenzoate, 2-methyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate}, 2-methoxy-1,4-phenylene-bis (4- Hydroxybenzoate), 2-methyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -2-methylbenzoate}, 2-methyl-1,4-phenylene-bis {4- (2 3-epoxypropoxy) -3-methylbenzoate, 2-methyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -3,5-dimethylbenzoate}, 2-methyl-1,4 -Phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -2,6-dimethylbenzoate}, 2,6-dimethyl-1,4-phenylene-bis {4- 2,3-epoxypropoxy) benzoate, 2,6-dimethyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -3-methylbenzoate}, 2,6-dimethyl-1,4 -Phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -3,5-dimethylbenzoate}, 2,3,6-trimethyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) Benzoate, 2,3,6-trimethyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -2,6-dimethylbenzoate}, 2,3,5,6-tetramethyl-1 , 4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate}, 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxyprop) (Ropoxy) -3-methylbenzoate} and 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) -3,5-dimethylbenzoate}, 2-methyl -1,4-phenylene-bis {4- (3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) benzoate} 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxy Propoxy) benzoate, 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) -2-methylbenzoate, 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl {Cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) -3-methylbenzoate, 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) C) phenyl @ cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) -3-ethylbenzoate, 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) -2- Isopropylbenzoate and 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) -3,5-dimethylbenzoate, 1,4-bis {4- (3-oxa- 5,6-epoxyhexyloxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1- {4- (3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) -3-methylphenyl} -4- {4- (3-oxa- 5,6-epoxyhexyloxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1,4-bis {4- (5-methyl-3-oxa- , 6-Epoxyhexyloxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1- {4- (5-methyl-3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) -3-methylphenyl} -4- {4- (5 -Methyl-3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) phenyl {-1-cyclohexene, 1,4-bis {4- (4-methyl-4,5-epoxypentyloxy) phenyl} -1-cyclohexene, 1,4-bis {4- (3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) phenyl} benzene, 1- {4- (3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) -3-methylphenyl}- 4- {4- (3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) phenyl} benzene, 1,4-bis {4- (5-methyl-3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) Phenyl} benzene, 1- {4- (5-methyl-3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) -3-methylphenyl} -4- {4- (5-methyl-3-oxa-5,6 -Epoxyhexyloxy) phenyl} benzene, 1,4-bis {4- (4-methyl-4,5-epoxypentyloxy) phenyl} benzene, 1,4-bis {4- (3-oxa-5,6 -Epoxyhexyloxy) phenyl {cyclohexane, 1- {4- (3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) -3-methylphenyl} -4- {4- (3-oxa-5,6-epoxyhexyl) Oxy) phenyl} cyclohexane, 1,4-bis {4- (5-methyl-3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) phenyl} cyclohexane, 1- {4- (5-methyl-3- Oxa-5,6-epoxyhexyloxy) -3-methylphenyl {-4- {4- (5-methyl-3-oxa-5,6-epoxyhexyloxy) phenyl} cyclohexane, 1,4-bis} 4 -(4-methyl-4,5-epoxypentyloxy) phenyl} cyclohexane and the like. Among them, from the viewpoint of formation of a higher-order structure after curing, handleability, and availability of raw materials, 1- (3-methyl- 4-oxiranylmethoxyphenyl) -4- (4-oxiranylmethoxyphenyl) -1-cyclohexene, 2-methyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate}, 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate, 4- {4- (2,3 Epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) -3-methyl benzoate are particularly preferred.

構成要素[B]は、その一部が硬化剤等により部分的に重合したプレポリマーを含んでもよい。構成要素[B]のエポキシ樹脂は一般に結晶化し易く、強化繊維に含浸させるためには高温を必要とするものが多い。構成要素[B]の少なくとも一部を重合させたプレポリマーを含むことは、結晶化が抑制される傾向にあるためハンドリング性が良くなり、好ましい態様である。   The component [B] may include a prepolymer partially polymerized by a curing agent or the like. The epoxy resin of the component [B] is generally easily crystallized, and many require high temperatures to impregnate the reinforcing fibers. It is a preferable embodiment to include a prepolymer obtained by polymerizing at least a part of the constituent element [B], since crystallization tends to be suppressed and handling properties are improved.

構成要素[B]を部分的に重合する方法としては、三級アミン類やイミダゾール類といったアニオン重合触媒や、三フッ化ホウ素−アミン錯体等のルイス酸といったカチオン重合触媒により重合させても良いし、エポキシと反応可能な官能基を有するプレポリマー化剤を用いてもよい。構成要素[B]を部分的に重合する場合、製造するプレポリマーの分子量を制御し易いことから、プレポリマー化剤を用いた方法が好ましい。プレポリマーの分子量が大き過ぎると、炭素繊維強化複合材料内の樹脂の架橋密度が下がり、耐熱性や力学特性を損なう恐れがある。   As a method of partially polymerizing the component [B], the polymerization may be performed using an anionic polymerization catalyst such as a tertiary amine or imidazole, or a cationic polymerization catalyst such as a Lewis acid such as boron trifluoride-amine complex. Alternatively, a prepolymerizing agent having a functional group capable of reacting with epoxy may be used. When the component [B] is partially polymerized, a method using a prepolymerizing agent is preferable because the molecular weight of the prepolymer to be produced is easily controlled. If the molecular weight of the prepolymer is too large, the crosslink density of the resin in the carbon fiber reinforced composite material will decrease, and heat resistance and mechanical properties may be impaired.

構成要素[B]を部分的に重合するプレポリマー化剤としては、エポキシと反応可能な活性水素を2〜4個有する化合物であれば特に限定されない。例えば、フェノール化合物、アミン化合物、アミド化合物、スルフィド化合物、酸無水物が挙げられる。ここで、活性水素とは有機化合物において窒素、酸素、硫黄と結合していて、反応性の高い水素原子をいう。活性水素が1個の場合、プレポリマーを用いたエポキシ樹脂硬化物の架橋密度が低下するため、耐熱性や力学特性が低くなる恐れがある。活性水素基が5個以上になると、構成要素[B]をプレポリマー化する際に反応の制御が困難となり、ゲル化する恐れがある。プレポリマー化剤として、2〜3個の活性水素を有するフェノール化合物は、プレポリマー化反応中のゲル化抑制と、プレポリマーの貯蔵安定性から特に好適である。   The prepolymerizing agent for partially polymerizing the component [B] is not particularly limited as long as it is a compound having 2 to 4 active hydrogens capable of reacting with epoxy. For example, a phenol compound, an amine compound, an amide compound, a sulfide compound, and an acid anhydride are mentioned. Here, active hydrogen refers to a highly reactive hydrogen atom bonded to nitrogen, oxygen, and sulfur in an organic compound. When the number of active hydrogens is one, the crosslink density of the epoxy resin cured product using the prepolymer is reduced, so that heat resistance and mechanical properties may be reduced. When the number of active hydrogen groups is 5 or more, it is difficult to control the reaction when the component [B] is prepolymerized, which may cause gelation. As the prepolymerizing agent, a phenol compound having 2 to 3 active hydrogens is particularly suitable from the viewpoint of suppressing gelation during the prepolymerization reaction and the storage stability of the prepolymer.

2〜4個の活性水素を有するフェノール化合物の中でも、ベンゼン環を1〜2個有するフェノール化合物は、プレポリマー化した構成要素[B]の構造が剛直になるため高次構造形成し易くなり、靱性向上する傾向があることに加えて、プレポリマー、構成要素[B]、硬化剤を含む樹脂組成物の粘度を低く抑えることができ、ハンドリング性が良くなるため好適である。   Among phenol compounds having 2 to 4 active hydrogens, phenol compounds having 1 to 2 benzene rings are easy to form a higher-order structure because the structure of the prepolymerized component [B] is rigid, This is preferable because the viscosity of the resin composition containing the prepolymer, the component [B], and the curing agent can be suppressed to a low level, and the handling properties are improved, in addition to the tendency to improve the toughness.

2〜3個の活性水素を有するフェノール化合物としては、例えば、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールG、ビスフェノールZ、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン及びこれらの誘導体が挙げられる。誘導体としては、ベンゼン環に炭素数1〜8のアルキル基等が置換した化合物が挙げられる。これらのフェノール化合物は、1種類単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。   Examples of the phenol compound having two to three active hydrogens include catechol, resorcinol, hydroquinone, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol G, bisphenol Z, tris (4-hydroxyphenyl) methane, and derivatives thereof. Examples of the derivative include a compound in which a benzene ring is substituted with an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. These phenol compounds may be used alone or in combination of two or more.

構成要素[B]に含まれるプレポリマーの分子量は特に制限されない。樹脂組成物の流動性の観点から、数平均分子量は15000以下であることが好ましく、10000以下であることが好ましく、350−5000であることがさらに好ましい。本発明の数平均分子量は、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー、SEC:size exclusion chromatographyともいう)により、標準ポリスチレンを用いた換算分子量を示す。   The molecular weight of the prepolymer contained in the component [B] is not particularly limited. In light of the fluidity of the resin composition, the number average molecular weight is preferably 15,000 or less, more preferably 10,000 or less, and still more preferably 350 to 5,000. The number average molecular weight of the present invention indicates a reduced molecular weight using standard polystyrene by GPC (gel permeation chromatography, also referred to as SEC: size exclusion chromatography).

構成要素[B]を部分的に重合してプレポリマー化する方法としては、特に制限はないが、例えば、合成溶媒中に構成要素[B]、上記プレポリマー化剤を溶解し、熱をかけながら撹持して合成することができる。プレポリマー化反応時にゲル化をしない範囲において、触媒を用いても良い。溶媒を使用せずに合成することは可能であるが、構成要素[B]は融点が高く、無溶媒ではプレポリマー化反応に高温を必要とするため、安全性の観点から合成溶媒を使用した合成法が好ましい。   The method for partially polymerizing the component [B] to form a prepolymer is not particularly limited. For example, the component [B] and the above prepolymerizing agent are dissolved in a synthesis solvent and heated. It can be synthesized while stirring. A catalyst may be used as long as it does not gel during the prepolymerization reaction. Although it is possible to synthesize without using a solvent, since the component [B] has a high melting point and requires a high temperature for the prepolymerization reaction without a solvent, the synthesis solvent was used from the viewpoint of safety. Synthetic methods are preferred.

構成要素[B]がプレポリマーを含むと結晶化が抑制させる傾向にあるためハンドリング性が良くなるが、含有量が多すぎると、構成要素[B]と硬化剤を含む樹脂組成物の溶融粘度が高くなり過ぎてしまい、強化繊維への含浸が難しくなる恐れがある。構成要素[B]がプレポリマーを含む場合、その含有量は構成要素[B]とプレポリマーの合計100質量部に対して、好ましくは80質量部以下、より好ましくは5〜60質量部の範囲である。前述のGPCあるいはHPLC(High performance Liquid chromatography)測定における樹脂組成物中の全エポキシ樹脂由来ピークの面積に占めるプレポリマー由来のピーク面積の割合(プレポリマー由来のピーク面積/樹脂組成物中の全エポキシ樹脂由来のピーク面積)では、好ましくは0.80以下であり、より好ましくは0.05〜0.60の範囲である。   When the component [B] contains a prepolymer, the crystallization tends to be suppressed, so that the handleability is improved. However, when the content is too large, the melt viscosity of the resin composition containing the component [B] and the curing agent is increased. May be too high, making it difficult to impregnate the reinforcing fibers. When the component [B] contains a prepolymer, the content is preferably 80 parts by mass or less, more preferably 5 to 60 parts by mass, based on 100 parts by mass of the total of the component [B] and the prepolymer. It is. The ratio of the prepolymer-derived peak area to the total epoxy resin-derived peak area in the resin composition in the above-described GPC or HPLC (High Performance Liquid Chromatography) measurement (peak area derived from prepolymer / total epoxy content in the resin composition) (Peak area derived from resin) is preferably 0.80 or less, more preferably in the range of 0.05 to 0.60.

構成要素[B]と構成要素[C]を含むエポキシ樹脂組成物としては、180℃未満の温度で結晶相から液晶相あるいは等方性液体に転移するものが好ましい。結晶相から液晶相あるいは等方性液体に転移する温度が180℃未満であることにより、炭素繊維強化複合材料を成形する際に樹脂の流動性が向上し、炭素繊維への含浸性が向上するため、ボイド等の欠陥が少ない炭素繊維強化複合材料を得やすくなる。   The epoxy resin composition containing the component [B] and the component [C] is preferably an epoxy resin composition which changes from a crystal phase to a liquid crystal phase or an isotropic liquid at a temperature lower than 180 ° C. When the temperature at which the crystal phase is transformed to a liquid crystal phase or an isotropic liquid is less than 180 ° C., the fluidity of the resin is improved when the carbon fiber reinforced composite material is molded, and the impregnation into the carbon fiber is improved. Therefore, it becomes easy to obtain a carbon fiber reinforced composite material having few defects such as voids.

本発明においては、液晶性を示さないエポキシ樹脂や、エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂と熱硬化性樹脂の共重合体等を含んでも良い。   In the present invention, an epoxy resin which does not exhibit liquid crystallinity, a thermosetting resin other than the epoxy resin, a copolymer of an epoxy resin and a thermosetting resin, or the like may be included.

上記の熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂組成物や化合物は、単独で用いてもよいし適宜配合して用いてもよい。少なくとも液晶性を示さないエポキシ樹脂や熱硬化性樹脂を配合することは、樹脂の流動性と硬化後の耐熱性を兼ね備えるものとする。   Examples of the thermosetting resin include an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, an epoxy resin, a benzoxazine resin, a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, and a polyimide resin. These resin compositions and compounds may be used alone or may be appropriately blended and used. Mixing at least an epoxy resin or a thermosetting resin that does not exhibit liquid crystal properties has both the fluidity of the resin and the heat resistance after curing.

構成要素[B]の中で、液晶性を示さないエポキシ樹脂として用いられるエポキシ樹脂のうち、2官能のエポキシ樹脂としては、フェノールを前駆体とするグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が好ましく用いられる。このようなエポキシ樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ヒダントイン型およびレゾルシノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。   Among the constituent resins [B], a glycidyl ether type epoxy resin having phenol as a precursor is preferably used as a bifunctional epoxy resin among epoxy resins used as an epoxy resin having no liquid crystallinity. Examples of such an epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, urethane modified epoxy resin, hydantoin type and resorcinol type epoxy resin. Can be

構成要素[B]において、単体では液晶性を示さないエポキシ樹脂を含むことで、樹脂組成物の粘度が低下し、エポキシ樹脂と構成要素[A]表面との濡れ性がよくなることで界面接着性が向上し、より優れたモードI層間靭性を持つ繊維強化複合材料が得られる。ここで、エポキシ樹脂が「液晶性を示さない」とは、窒素雰囲気下での示差走査熱量分析において昇温速度を10℃/分として10℃から250℃まで昇温した際に、20℃から240℃までの温度範囲における吸熱ピークの有無を確認した上で、吸熱ピークが無い場合には、30℃の状態について、吸熱ピークがある場合には、その吸熱ピーク(相転移)前後の10℃の温度範囲の状態についてクロスニコル状態での偏光顕微鏡観察を行い、いずれについてもネマチック相構造を形成していないことを意味する。具体的には、ネマチック相構造特有の干渉模様である、シュリーレン組織、糸状組織、砂状組織、ドロプレット組織などがみられないことを確認する。   In the component [B], by containing an epoxy resin that does not exhibit liquid crystallinity by itself, the viscosity of the resin composition is reduced, and the wettability between the epoxy resin and the surface of the component [A] is improved, so that the interfacial adhesion is improved. And a fiber-reinforced composite material having better mode I interlayer toughness can be obtained. Here, the epoxy resin “does not exhibit liquid crystallinity” means that when the temperature is increased from 10 ° C. to 250 ° C. at a rate of 10 ° C./min in a differential scanning calorimetry under a nitrogen atmosphere, After confirming the presence or absence of an endothermic peak in the temperature range up to 240 ° C., if there is no endothermic peak, the state is 30 ° C. If there is an endothermic peak, 10 ° C. before and after the endothermic peak (phase transition) For the state in the temperature range described above, a polarizing microscope observation in a crossed Nicols state was performed, and it means that no nematic phase structure was formed in any case. Specifically, it is confirmed that no interference pattern unique to the nematic phase structure, such as a schlieren structure, a thread-like structure, a sand-like structure, or a droplet structure, is observed.

単体では液晶性を示さないエポキシ樹脂としては、特に、室温(25℃)で液状であることが樹脂組成物の粘度低下をさせつつ、樹脂組成物の硬化物中のスメクチック構造形成阻害を起こしづらいという点から好適である。ここでいう液状とは、液晶性を示さないエポキシ樹脂単体と同じ温度状態にある比重7以上の金属片を、該液晶性を示さないエポキシ樹脂単体の上に置き、重力で瞬時に埋没するとき、該液晶性を示さないエポキシ樹脂単体は液状であると定義する。比重7以上の金属片としては、例えば、鉄(鋼)、鋳鉄、銅などが挙げられる。   As an epoxy resin that does not exhibit liquid crystallinity when used alone, it is particularly difficult for the epoxy resin that is liquid at room temperature (25 ° C.) to inhibit the formation of a smectic structure in a cured product of the resin composition while reducing the viscosity of the resin composition. This is preferable from the viewpoint. The term liquid refers to a case where a metal piece having a specific gravity of 7 or more in the same temperature state as a single epoxy resin that does not exhibit liquid crystal properties is placed on the single epoxy resin that does not exhibit liquid crystal properties, and is instantly buried by gravity. The single epoxy resin that does not exhibit liquid crystallinity is defined as a liquid. Examples of the metal piece having a specific gravity of 7 or more include iron (steel), cast iron, and copper.

構成要素[B]において前記単体では液晶性を示さないエポキシ樹脂の含有量は、構成要素[B]全体100質量部に対して、1〜25質量部の範囲が好ましく、3〜25質量部の範囲がより好ましく、3〜20質量部の範囲がさらに好ましい。この範囲であれば、樹脂組成物の硬化物中のスメクチック構造割合を低下させないまま、エポキシ樹脂と構成要素[A]との界面接着性が向上するため、より優れたモードI層間靭性を持つ繊維強化複合材料が得られる。   In the component [B], the content of the epoxy resin that does not exhibit liquid crystallinity by itself is preferably in the range of 1 to 25 parts by mass, and more preferably 3 to 25 parts by mass based on 100 parts by mass of the entire component [B]. The range is more preferred, and the range of 3 to 20 parts by mass is even more preferred. Within this range, the interfacial adhesion between the epoxy resin and the component [A] is improved without lowering the ratio of the smectic structure in the cured product of the resin composition. A reinforced composite is obtained.

液晶性を示さないエポキシ樹脂のうち、3官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン型、ジアミノジフェニルスルホン型、アミノフェノール型、メタキシレンジアミン型、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン型、イソシアヌレート型等のエポキシ樹脂が挙げられる。中でも物性のバランスが良いことから、ジアミノジフェニルメタン型とアミノフェノール型のエポキシ樹脂が特に好ましく用いられる。   Among epoxy resins that do not exhibit liquid crystallinity, trifunctional or higher glycidylamine type epoxy resins include, for example, diaminodiphenylmethane type, diaminodiphenylsulfone type, aminophenol type, metaxylenediamine type, 1,3-bisaminomethylcyclohexane And isocyanurate type epoxy resins. Among them, diaminodiphenylmethane type and aminophenol type epoxy resins are particularly preferably used because of their good balance of physical properties.

また、3官能以上のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック型、トリスヒドロキシフェニルメタン型およびテトラフェニロールエタン型等のエポキシ樹脂が挙げられる。   Examples of the glycidyl ether type epoxy resin having three or more functional groups include epoxy resins such as phenol novolak type, orthocresol novolak type, trishydroxyphenylmethane type and tetraphenylolethane type.

本発明の構成要素[C]は、エポキシ樹脂の硬化剤であり、一般式(1)で示される構造を有する硬化剤である。   The constituent element [C] of the present invention is a curing agent for an epoxy resin, and has a structure represented by the general formula (1).

(一般式(1)中、Xは、単結合、もしくは群(I)から1つ選ばれる。P、Pは同一であっても相異なっていてもよく、群(II)に示される構造のいずれかから選ばれる。群(II)中のWは各々独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜8の脂肪族アルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、又はアセチル基を示す。nは各々独立に0〜4の整数を示す。置換基Wは、全てが同一であっても異なっていてもよく、あるいは一部が同一であってもよい。群(II)におけるXは、群(I)から1つ選ばれる。F、Fはエポキシ基と反応可能な活性基であり、群(II)から選ばれる六員環に直接結合している。置換基Wの構造が大きすぎると、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなりすぎて取扱性を損ねたり、エポキシ樹脂組成物中の他成分との相溶性が損なわれたりすることで得られる強化繊維複合材料の力学特性向上効果が小さくなったりすることがある。また、難燃性の点からは、置換基WがClやBrといったハロゲン原子で置換されているものも好ましい。) (In the general formula (1), X 1 is a single bond or one selected from the group (I). P 1 and P 2 may be the same or different, and are represented by group (II). W in group (II) is each independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an aliphatic alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom, A bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a nitro group, or an acetyl group, n each independently represents an integer of 0 to 4. The substituents W may be all the same or different, or X 2 in group (II) is selected from group (I), and F 1 and F 2 are active groups capable of reacting with an epoxy group, and group (II) The substituent W is too large in structure when the epoxy resin composition is too large. Viscosity may be too high to impair handleability, or the effect of improving the mechanical properties of the reinforced fiber composite material obtained by impairing the compatibility with other components in the epoxy resin composition may be reduced. Also, from the viewpoint of flame retardancy, those in which the substituent W is substituted with a halogen atom such as Cl or Br are also preferable.)

構成要素[C]の分子構造中に六員環を3つ以上もつ分子構造の場合には、構成要素[C]のエポキシ樹脂との相溶性が悪く、エポキシ樹脂組成物の硬化物中に、それら硬化剤の溶け残りが生じやすい。溶け残りの粉体箇所が破壊の起点となることで樹脂硬化物の強度が低下することがある。この理由から構成要素[C]の分子構造中には六員環を2つ有することが好ましい。   In the case of a molecular structure having three or more six-membered rings in the molecular structure of the constituent [C], the compatibility with the epoxy resin of the constituent [C] is poor, and the cured product of the epoxy resin composition has Residual residues of these curing agents tend to occur. In some cases, the strength of the resin cured product may be reduced because the unmelted powder portion serves as a starting point of destruction. For this reason, the molecular structure of the component [C] preferably has two six-membered rings.

本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれる構成要素[C]は、一般式(1)で表される構造において、Xが−C(=O)NH−であることが好ましい。分子構造の中央にアミド骨格を導入することで、周囲の水素結合性を有する官能基との間で水素結合を形成するため骨格が剛直となりやすく、樹脂弾性率に優れた樹脂硬化物を得ることができる。また、アミド骨格が導入された硬化剤同士の間で、平面的に水素結合を形成して配列することで液晶性が高まることも、高弾性率化、高耐熱化の一因となりえる。 In the component [C] contained in the epoxy resin composition of the present invention, in the structure represented by the general formula (1), X 1 is preferably —C (= O) NH—. By introducing an amide skeleton at the center of the molecular structure, a hydrogen bond is formed between the surrounding hydrogen-bonding functional groups, so that the skeleton tends to be rigid and a resin cured product with excellent resin elastic modulus can be obtained. Can be. In addition, an increase in liquid crystallinity due to planar arrangement of hydrogen bonds between the curing agents into which the amide skeleton has been introduced can also contribute to an increase in elastic modulus and heat resistance.

構成要素[C]の市販品としては、4,4’−ジアミノベンズアニリド(4,4’−DABAN)、3,4’−ジアミノベンズアニリド(3,4’−DABAN)、4−アミノ安息香酸4−アミノフェニル(4,4’−BAAB)、o−トリジン、(ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド(4,4’−APTP)(以上、日本純良薬品(株)製)等が挙げられる。これらの硬化剤は、単独で使用しても複数を併用してもよい。また、エポキシ樹脂と硬化剤、あるいはそれらの一部を予備反応させた物を組成物中に配合することもできる。この方法は、粘度調節や保存安定性向上に有効な場合がある。   Commercially available products of the component [C] include 4,4′-diaminobenzanilide (4,4′-DABAN), 3,4′-diaminobenzanilide (3,4′-DABAN), and 4-aminobenzoic acid 4-aminophenyl (4,4'-BAAB), o-tolidine, (bis (4-aminophenyl) terephthalamide (4,4'-APTP) (all manufactured by Nippon Pure Chemicals Co., Ltd.) and the like. These curing agents may be used alone or in combination of two or more, and an epoxy resin and a curing agent, or a product obtained by preliminarily reacting a part of them, may be added to the composition. This method may be effective for adjusting viscosity and improving storage stability.

本発明においては、発明の効果を妨げない範囲で、構成要素[C]以外の硬化剤を併用しても良い。構成要素[C]以外の硬化剤としては、例えば、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルエーテル、ジアミノベンゾフェノン、ジシアンジアミド、アミノ安息香酸アステル類、各種酸無水物、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ポリフェノール化合物、イミダゾール誘導体、脂肪族アミン等が挙げられる。   In the present invention, a curing agent other than the component [C] may be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the curing agent other than the component [C] include diaminodiphenyl sulfone, diaminodiphenyl ether, diaminobenzophenone, dicyandiamide, aminobenzoic acid esters, various acid anhydrides, phenol novolak resins, cresol novolak resins, polyphenol compounds, and imidazole derivatives. And aliphatic amines.

硬化剤の添加量の最適値は、エポキシ樹脂と硬化剤の種類により異なる。例えば、芳香族ポリアミン硬化剤では、化学量論的に当量となるように添加することが好ましいが、エポキシ樹脂のエポキシ基量に対する芳香族アミン硬化剤の活性水素量の比を0.7〜1.0とすることにより、当量で用いた場合より高弾性率樹脂が得られることがあり、好ましい態様である。一方、エポキシ樹脂のエポキシ基量に対する芳香族ポリアミン硬化剤の活性水素量の比を1.0〜1.6とすると、硬化速度の向上に加えて、高伸度樹脂が得られることがあり、これも好ましい態様である。したがって、エポキシ樹脂のエポキシ基量に対する硬化剤の活性水素量の比は、0.7〜1.6の範囲が好ましい。   The optimum value of the amount of the curing agent varies depending on the type of the epoxy resin and the curing agent. For example, in the case of an aromatic polyamine curing agent, it is preferable to add it so that it becomes stoichiometrically equivalent, but the ratio of the active hydrogen amount of the aromatic amine curing agent to the epoxy group amount of the epoxy resin is 0.7 to 1 By setting to 0.0, a resin having a high elastic modulus may be obtained as compared with a case where the resin is used in an equivalent amount, which is a preferable embodiment. On the other hand, when the ratio of the amount of the active hydrogen of the aromatic polyamine curing agent to the amount of the epoxy group of the epoxy resin is 1.0 to 1.6, in addition to the improvement of the curing speed, a high elongation resin may be obtained. This is also a preferred embodiment. Therefore, the ratio of the amount of active hydrogen in the curing agent to the amount of epoxy groups in the epoxy resin is preferably in the range of 0.7 to 1.6.

本発明においては、上記の構成要素[B]と[C]を含むエポキシ樹脂組成物に、熱可塑性樹脂を混合または溶解させて用いることもできる。熱可塑性樹脂を用いることで、得られるプリプレグのタック性の制御、炭素繊維強化複合材料を成形する時の樹脂組成物の流動性の制御することができるため、好ましく用いられる。このような熱可塑性樹脂としては、一般に、主鎖に、炭素−炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、チオエーテル結合、スルホン結合およびカルボニル結合からなる群から選ばれた結合を有する熱可塑性樹脂であることが好ましい。また、この熱可塑性樹脂は、部分的に架橋構造を有していても差し支えなく、結晶性を有していても非晶性であってもよい。特に、ポリアミド、ポリカーボナート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェニルトリメチルインダン構造を有するポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアラミド、ポリエーテルニトリルおよびポリベンズイミダゾールからなる群から選ばれた少なくとも1種の樹脂が、上記のエポキシ樹脂組成物に含まれるいずれかのエポキシ樹脂に混合または溶解していることが好適である。   In the present invention, a thermoplastic resin may be mixed or dissolved in the epoxy resin composition containing the above components [B] and [C]. The use of a thermoplastic resin is preferably used because the tackiness of the obtained prepreg can be controlled and the fluidity of the resin composition at the time of molding the carbon fiber reinforced composite material can be controlled. As such a thermoplastic resin, generally, a main chain has a carbon-carbon bond, an amide bond, an imide bond, an ester bond, an ether bond, a carbonate bond, a urethane bond, a thioether bond, a sulfone bond and a carbonyl bond. Preferably, it is a thermoplastic resin having the selected bond. The thermoplastic resin may have a partially crosslinked structure, and may have a crystalline property or an amorphous property. In particular, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherimide, polyimide having a phenyltrimethylindane structure, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyetherether It is preferable that at least one resin selected from the group consisting of ketone, polyaramid, polyether nitrile and polybenzimidazole is mixed or dissolved in any one of the epoxy resins contained in the above epoxy resin composition. is there.

中でも、良好な耐熱性を得るためには、熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)が少なくとも150℃以上であり、170℃以上であることが好ましい。配合する熱可塑性樹脂のガラス転移温度が、150℃未満であると、成形体として用いた時に熱による変形を起こしやすくなる場合がある。さらに、この熱可塑性樹脂の末端官能基としては、水酸基、カルボキシル基、チオール基、酸無水物などのものがカチオン重合性化合物と反応することができ、好ましく用いられる。具体的には、ポリエーテルスルホンの市販品である“スミカエクセル(登録商標)”PES3600P、“スミカエクセル(登録商標)”PES5003P、“スミカエクセル(登録商標)”PES5200P、“スミカエクセル(登録商標)”PES7600P(以上、住友化学工業(株)製)、Virantage(登録商標)”VW−10200RFP、“Virantage(登録商標)”VW−10700RFP(以上、ソルベイアドバンストポリマーズ(株)製)などを使用することができ、また、特表2004-506789号公報に記載されるようなポリエーテルスルホンとポリエーテルエーテルスルホンの共重合体オリゴマー、さらにポリエーテルイミドの市販品である“ウルテム(登録商標)”1000、“ウルテム(登録商標)”1010、“ウルテム(登録商標)”1040(以上、ソルベイアドバンストポリマーズ(株)製)などが挙げられる。オリゴマーとは10個から100個程度の有限個のモノマーが結合した比較的分子量が低い重合体を指す。   Among them, in order to obtain good heat resistance, the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic resin is at least 150 ° C., preferably 170 ° C. or more. When the glass transition temperature of the thermoplastic resin to be blended is less than 150 ° C., the resin may be easily deformed by heat when used as a molded article. Further, as the terminal functional group of the thermoplastic resin, those having a hydroxyl group, a carboxyl group, a thiol group, an acid anhydride or the like can react with the cationically polymerizable compound, and are preferably used. Specifically, “SUMIKAEXCEL (registered trademark)” PES3600P, “SUMIKAEXCEL (registered trademark)” PES5003P, “SUMIKAEXCEL (registered trademark)” PES5200P, and “SUMIKAEXCEL (registered trademark)” are commercially available products of polyether sulfone. Use of “PES7600P (all manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), Virtage (registered trademark)” VW-10200RFP, “Virantage (registered trademark)” VW-10700RFP (all manufactured by Solvay Advanced Polymers Co., Ltd.), etc. And polyethersulfone and polyetherethersulfone copolymer oligomers as described in JP-T-2004-506789, and “Ultem (registered trademark)” 1000, which is a commercial product of polyetherimide, “Ultem (Registered trademark) "1010 and" Ultem (registered trademark) "1040 (all manufactured by Solvay Advanced Polymers Co., Ltd.) Oligomers are relatively molecular weights in which about 10 to 100 finite monomers are bonded. Indicates a low polymer.

また、本発明においては、上記の構成要素[B][C]を含むエポキシ樹脂組成物に、さらにエラストマーを配合してもよい。かかるエラストマーは、硬化後のエポキシマトリックス相内に微細なエラストマー相を形成させる目的で配合される。これにより、樹脂硬化物への応力負荷時に生じる平面歪みを、エラストマー相の破壊空隙化(キャビテーション)により解消することができ、エポキシマトリックス相の塑性変形が誘発される結果、大きなエネルギー吸収を引き起こし、炭素繊維強化複合材料としての更なる層間靭性の向上に繋がる。   Further, in the present invention, an elastomer may be further added to the epoxy resin composition containing the above components [B] and [C]. Such an elastomer is blended for the purpose of forming a fine elastomer phase in the cured epoxy matrix phase. As a result, the plane distortion generated when a stress is applied to the cured resin can be eliminated by breaking cavitation (cavitation) of the elastomer phase, and the plastic deformation of the epoxy matrix phase is induced, resulting in large energy absorption, This leads to further improvement in interlayer toughness as a carbon fiber reinforced composite material.

エラストマーとは、ガラス転移温度が20℃より低いドメインを有するポリマー材料のことであり、液状ゴム、固形ゴム、架橋ゴム粒子、コアシェルゴム粒子、熱可塑性エラストマー、ガラス転移温度が20℃より低いブロックを有するブロック共重合体などが挙げられる。中でも、エラストマーとしては、ガラス転移温度が20℃以下のブロックを含むブロック共重合体およびゴム粒子から選ばれたものが好ましい。これにより、エポキシ樹脂へのエラストマーの相溶を最小限に抑えつつ、微細なエラストマー相を導入できることから、耐熱性や弾性率の低下を抑えつつ、炭素繊維強化複合材料としての層間靭性を大きく向上させることができる。   Elastomer is a polymer material having a domain whose glass transition temperature is lower than 20 ° C. Liquid rubber, solid rubber, crosslinked rubber particles, core shell rubber particles, thermoplastic elastomer, and a block whose glass transition temperature is lower than 20 ° C Block copolymers and the like. Among them, the elastomer is preferably selected from a block copolymer including a block having a glass transition temperature of 20 ° C. or lower and rubber particles. As a result, a fine elastomer phase can be introduced while minimizing the compatibility of the elastomer with the epoxy resin, and the interlayer toughness as a carbon fiber reinforced composite material is greatly improved while suppressing a decrease in heat resistance and elastic modulus. Can be done.

ゴム粒子としては、架橋ゴム粒子、および架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合したコアシェルゴム粒子が、取り扱い性等の観点から好ましく用いられる。かかるゴム粒子の一次粒子径は、50〜300nmの範囲にあることが好ましく、特に80〜200nmの範囲にあることが好ましい。また、かかるゴム粒子は使用するエポキシ樹脂との親和性が良好であり、樹脂調製や成形硬化の際に二次凝集を生じないものであることが好ましい。   As the rubber particles, crosslinked rubber particles and core-shell rubber particles obtained by graft-polymerizing a heterogeneous polymer on the surface of the crosslinked rubber particles are preferably used from the viewpoint of handleability and the like. The primary particle size of such rubber particles is preferably in the range of 50 to 300 nm, particularly preferably in the range of 80 to 200 nm. Further, it is preferable that such rubber particles have good affinity with the epoxy resin to be used and do not cause secondary aggregation during resin preparation or molding and curing.

架橋ゴム粒子の市販品としては、カルボキシル変性のブタジエン−アクリロニトリル共重合体の架橋物からなるFX501P(日本合成ゴム工業(株)製)、アクリルゴム微粒子からなるCX−MNシリーズ(日本触媒(株)製)、YR−500シリーズ(新日鐵住金化学(株)製)等を使用することができる。   Commercially available crosslinked rubber particles include FX501P (manufactured by Nippon Synthetic Rubber Industries, Ltd.) composed of a crosslinked product of a carboxyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer, and CX-MN series composed of acrylic rubber fine particles (Nippon Shokubai Co., Ltd.) And YR-500 series (manufactured by Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation).

コアシェルゴム粒子の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド(登録商標)”EXL−2655((株)クレハ製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド(登録商標)”AC−3355、TR−2122(武田薬品工業(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“PARALOID(登録商標)”EXL−2611、EXL−3387(Rohm&Haas社製)、“カネエース(登録商標)”MXシリーズ(カネカ(株)製)等を使用することができる。   Examples of commercially available core-shell rubber particles include, for example, “PARALOID (registered trademark)” EXL-2655 (manufactured by Kureha Corporation) comprising butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer, acrylic acid ester / methacrylic acid ester copolymer “STAPHYLOID (registered trademark)” AC-3355, TR-2122 (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.) composed of coalesced products, and “PARALOID (registered trademark)” EXL-2611 composed of butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer EXL-3387 (manufactured by Rohm & Haas), "Kaneace (registered trademark)" MX series (manufactured by Kaneka Corporation), or the like.

本発明においては、本発明のエポキシ樹脂組成物に熱可塑性樹脂粒子を配合することも好適である。熱可塑性樹脂粒子を配合することにより、炭素繊維強化複合材料としたときに、樹脂組成物の靱性が向上し耐衝撃性が向上する。   In the present invention, it is also preferable to mix thermoplastic resin particles with the epoxy resin composition of the present invention. By blending the thermoplastic resin particles, when a carbon fiber reinforced composite material is formed, the toughness of the resin composition is improved and the impact resistance is improved.

本発明で用いられる熱可塑性樹脂粒子の素材としては、エポキシ樹脂組成物に混合または溶解して用い得る熱可塑性樹脂として、先に例示した各種の熱可塑性樹脂と同様のものを用いることができる。炭素繊維強化複合材料とした時に安定した接着強度や耐衝撃性を与える観点から、粒子中で形態を保持するものであることが好ましい。中でも、ポリアミドは最も好ましく、ポリアミドの中でも、ポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド6、ポリアミド66やポリアミド6/12共重合体、特開平1−104624号公報の実施例1記載のエポキシ化合物においてセミIPN(高分子相互侵入網目構造)化されたポリアミド(セミIPNポリアミド)などを好適に用いることができる。この熱可塑性樹脂粒子の形状としては、球状粒子でも非球状粒子でも、また多孔質粒子でもよいが、球状が、樹脂の流動特性を低下させないため粘弾性に優れ、また応力集中の起点がなく、高い耐衝撃性を与えるという点で好ましい態様である。熱可塑性樹脂粒子の数平均粒径は1μmから100μmの範囲であるのが好ましく、より好ましくは5μmから40μmの範囲、さらに好ましくは10μmから30μmの範囲である。数平均粒径が小さすぎると、炭素繊維の繊維間に粒子が入り込み、耐衝撃性やその他の力学特性を低下させることがある。また、数平均粒径が大きすぎると、大径の粒子の存在により炭素繊維の配列が乱れ、また、プリプレグを積層して得られる炭素繊維強化複合材料の厚さが厚くなり相対的に繊維の体積分率を下げ、その力学特性を低下させることがある。ここで、数平均粒径は熱可塑性粒子をレーザー顕微鏡(超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9510:(株)キーエンス製)にて200倍以上に拡大して観察を行い、任意の粒子50個以上の粒子について、その粒子の外接する円の直径を粒径として計測後、平均した値が用いられる。また、熱可塑性樹脂粒子の配合量としては、全樹脂組成物100質量部に対して、1〜50質量部、好ましくは3〜25質量部であることが好ましい。熱可塑性樹脂の添加量が少なすぎると、炭素繊維強化複合材料において十分な耐衝撃性向上効果が得られない可能性がある。   As the material of the thermoplastic resin particles used in the present invention, the same thermoplastic resins as those exemplified above can be used as the thermoplastic resin that can be used by being mixed or dissolved in the epoxy resin composition. From the viewpoint of providing stable adhesive strength and impact resistance when the carbon fiber reinforced composite material is used, it is preferable that the shape be maintained in the particles. Among them, polyamides are most preferable. Among the polyamides, polyamide 12, polyamide 11, polyamide 6, polyamide 66, polyamide 6/12 copolymer, and semi-IPN (Epoxy) in the epoxy compound described in Example 1 of JP-A-1-104624. Polyamide (semi-IPN polyamide) having a polymer interpenetrating network structure or the like can be suitably used. The shape of the thermoplastic resin particles may be spherical particles or non-spherical particles, or may be porous particles, but the spherical shape is excellent in viscoelasticity because it does not reduce the flow characteristics of the resin, and there is no starting point of stress concentration, This is a preferred embodiment in that high impact resistance is provided. The number average particle diameter of the thermoplastic resin particles is preferably in the range of 1 μm to 100 μm, more preferably in the range of 5 μm to 40 μm, and still more preferably in the range of 10 μm to 30 μm. If the number average particle size is too small, particles may enter between the fibers of the carbon fibers, which may reduce impact resistance and other mechanical properties. Also, if the number average particle size is too large, the arrangement of the carbon fibers is disturbed by the presence of large-diameter particles, and the thickness of the carbon fiber reinforced composite material obtained by laminating the prepregs becomes relatively thick, and the fibers become relatively thick. May lower the volume fraction and its mechanical properties. Here, the number average particle diameter of the thermoplastic particles was observed at a magnification of 200 times or more with a laser microscope (ultra-depth color 3D shape measuring microscope VK-9510: manufactured by KEYENCE CORPORATION), and 50 arbitrary particles were observed. For the above particles, the average value is used after measuring the diameter of the circle circumscribing the particle as the particle size. The amount of the thermoplastic resin particles is preferably 1 to 50 parts by mass, more preferably 3 to 25 parts by mass, based on 100 parts by mass of the whole resin composition. If the addition amount of the thermoplastic resin is too small, there is a possibility that a sufficient impact resistance improving effect cannot be obtained in the carbon fiber reinforced composite material.

ポリアミド粒子の市販品としては、SP−500、SP−10、TR−1、TR−2、842P−48、842P−80(以上、東レ(株)製)、“オルガソール(登録商標)”1002D、2001UD、2001EXD、2002D、3202D、3501D,3502D、(以上、アルケマ(株)製)、“グリルアミド(登録商標)”TR90(エムザベルケ(株)社製)、“TROGAMID(登録商標)”CX7323、CX9701、CX9704、(デグサ(株)社製)等を使用することができる。これらのポリアミド粒子は、単独で使用しても複数を併用してもよい。   Commercially available polyamide particles include SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48, 842P-80 (all manufactured by Toray Industries, Inc.) and "Orgasol (registered trademark)" 1002D. , 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D (all manufactured by Arkema Co., Ltd.), "Grillamide (registered trademark)" TR90 (manufactured by Mazaverke Co., Ltd.), "TROGAMID (registered trademark)" CX7323, CX9701 , CX9704 (manufactured by Degussa Co., Ltd.) and the like can be used. These polyamide particles may be used alone or in combination of two or more.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、本発明の効果を妨げない範囲で、カップリング剤や、熱硬化性樹脂粒子、エポキシ樹脂に溶解可能な熱可塑性樹脂、あるいはシリカゲル、カーボンブラック、クレー、カーボンナノチューブ、金属粉体といった無機フィラー等を配合することができる。   The epoxy resin composition of the present invention may be a coupling agent, a thermosetting resin particle, a thermoplastic resin soluble in an epoxy resin, or silica gel, carbon black, clay, or a carbon nanotube as long as the effects of the present invention are not impaired. And an inorganic filler such as a metal powder.

本発明のプリプレグは、その炭素繊維質量分率は好ましくは40〜90質量%であり、より好ましくは50〜80質量%である。炭素繊維質量分率が低すぎると、得られる複合材料の質量が過大となり、比強度および比弾性率に優れる炭素繊維強化複合材料の利点が損なわれることがあり、また、炭素繊維質量分率が高すぎると、樹脂組成物の含浸不良が生じ、得られる複合材料がボイドの多いものとなり易く、その力学特性が大きく低下することがある。   The carbon fiber mass fraction of the prepreg of the present invention is preferably 40 to 90% by mass, and more preferably 50 to 80% by mass. If the carbon fiber mass fraction is too low, the mass of the obtained composite material becomes excessive, and the advantage of the carbon fiber reinforced composite material having excellent specific strength and specific elastic modulus may be impaired. If it is too high, impregnation failure of the resin composition occurs, the resulting composite material tends to have many voids, and its mechanical properties may be significantly reduced.

本発明のプリプレグは、本発明のエポキシ樹脂組成物を、メチルエチルケトンやメタノール等の溶媒に溶解して低粘度化し、炭素繊維に含浸させるウェット法と、エポキシ樹脂組成物を加熱により低粘度化し、炭素繊維に含浸させるホットメルト法等によって好適に製造することができる。   The prepreg of the present invention is a method of dissolving the epoxy resin composition of the present invention in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to reduce the viscosity, and impregnating carbon fibers with a wet method, and heating the epoxy resin composition to reduce the viscosity, and It can be suitably produced by a hot melt method or the like in which fibers are impregnated.

ウェット法は、炭素繊維をエポキシ樹脂組成物の溶液に浸漬した後、引き上げ、オーブン等を用いて溶媒を蒸発せしめ、プリプレグを得る方法である。   The wet method is a method in which carbon fibers are immersed in a solution of an epoxy resin composition, then pulled up, and the solvent is evaporated using an oven or the like to obtain a prepreg.

ホットメルト法は、加熱により低粘度化したエポキシ樹脂組成物を直接炭素繊維に含浸させる方法、またはエポキシ樹脂組成物を離型紙等の上にコーティングした樹脂フィルムを作製しておき、次に炭素繊維の両側または片側からその樹脂フィルムを重ね、加熱加圧することによりエポキシ樹脂組成物を転写含浸せしめ、プリプレグを得る方法である。このホットメルト法では、プリプレグ中に残留する溶媒が実質的に皆無となるため好ましい態様である。   The hot melt method is a method of directly impregnating carbon fibers with an epoxy resin composition whose viscosity has been reduced by heating, or a method of preparing a resin film in which the epoxy resin composition is coated on release paper or the like, and then forming a carbon fiber. This method is to obtain a prepreg by transferring and impregnating the epoxy resin composition by laminating the resin films from both sides or one side of the resin composition and applying heat and pressure. This hot melt method is a preferred embodiment because there is substantially no solvent remaining in the prepreg.

ホットメルト法でプリプレグを作製する場合、樹脂組成物の粘度としては、後述する方法で測定される最低粘度で0.01〜30Pa・sとすることが好ましい。ここでいう樹脂組成物の最低粘度とは、パラレルプレートを使用した動的粘弾性測定装置(ARES,TA Instruments製)を使用し、温度を2℃/分の速度で昇温させながら周波数0.5Hz、およびプレート間隔1mmの条件で測定した複素粘度ηについて、40−180℃の温度範囲での最も低い値を示す。 When a prepreg is prepared by a hot melt method, the viscosity of the resin composition is preferably 0.01 to 30 Pa · s as a minimum viscosity measured by a method described later. The term "minimum viscosity of the resin composition" as used herein means that a dynamic viscoelasticity measuring device (ARES, manufactured by TA Instruments) using a parallel plate is used, and the temperature is raised to 0.degree. The lowest value in the temperature range of 40 to 180 ° C is shown for the complex viscosity η * measured under the conditions of 5 Hz and a plate interval of 1 mm.

プリプレグは、単位面積あたりの炭素繊維量が50〜1000g/mであることが好ましい。かかる炭素繊維量が50g/m未満では、炭素繊維強化複合材料を成形する際に所定の厚みを得るために積層枚数を多くする必要があり、作業が繁雑となることがある。一方で、炭素繊維量が1000g/mを超えると、プリプレグのドレープ性が悪くなる傾向にある。 The prepreg preferably has an amount of carbon fibers per unit area of 50 to 1000 g / m 2 . When the amount of the carbon fibers is less than 50 g / m 2, it is necessary to increase the number of laminations to obtain a predetermined thickness when molding the carbon fiber reinforced composite material, which may complicate the operation. On the other hand, when the amount of carbon fibers exceeds 1000 g / m 2 , the drapability of the prepreg tends to be poor.

本発明の炭素繊維強化複合材料は、上述した本発明のプリプレグを所定の形態で積層し、加圧・加熱して成形する方法を一例として製造することができる。熱および圧力を付与する方法としては、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法および内圧成形法等が使用される。特にスポーツ用品の成形には、ラッピングテープ法と内圧成形法が好ましく用いられる。   The carbon fiber reinforced composite material of the present invention can be manufactured by laminating the above-described prepreg of the present invention in a predetermined form, and pressing and heating the prepreg as an example. As a method for applying heat and pressure, a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, and the like are used. In particular, a wrapping tape method and an internal pressure molding method are preferably used for molding sports equipment.

ラッピングテープ法は、マンドレル等の芯金にプリプレグを捲回して、炭素繊維強化複合材料製の管状体を成形する方法であり、ゴルフシャフトや釣り竿等の棒状体を作製する際に好適な方法である。より具体的には、マンドレルにプリプレグを捲回し、プリプレグの固定および圧力付与のため、プリプレグの外側に熱可塑性樹脂フィルムからなるラッピングテープを捲回し、オーブン中でエポキシ樹脂を加熱硬化させた後、芯金を抜き去って管状体を得る方法である。   The wrapping tape method is a method in which a prepreg is wound on a core metal such as a mandrel to form a tubular body made of a carbon fiber reinforced composite material, and is a method suitable for producing a rod-shaped body such as a golf shaft or a fishing rod. is there. More specifically, a prepreg is wound around a mandrel, and a wrapping tape made of a thermoplastic resin film is wound around the outside of the prepreg for fixing and applying pressure to the prepreg, and after the epoxy resin is cured by heating in an oven, This is a method of obtaining a tubular body by removing the cored bar.

また、内圧成形法は、熱可塑性樹脂製のチューブ等の内圧付与体にプリプレグを捲回したプリフォームを金型中にセットし、次いでその内圧付与体に高圧の気体を導入して圧力を付与すると同時に金型を加熱せしめ、管状体を成形する方法である。この内圧成形法は、ゴルフシャフト、バット、およびテニスやバトミントン等のラケットのような複雑な形状物を成形する際に、特に好ましく用いられる。   In the internal pressure forming method, a preform obtained by winding a prepreg on an internal pressure applying body such as a tube made of a thermoplastic resin is set in a mold, and then a high pressure gas is introduced into the internal pressure applying body to apply pressure. At the same time, the mold is heated to form a tubular body. This internal pressure molding method is particularly preferably used when molding complicated shapes such as golf shafts, bats, and rackets such as tennis and badminton.

本発明の炭素繊維強化複合材料は、前記したエポキシ樹脂組成物を用いて、プリプレグを経由しない方法によっても製造することができる。   The carbon fiber reinforced composite material of the present invention can also be manufactured by a method that does not involve a prepreg, using the above-described epoxy resin composition.

このような方法としては、例えば、構成要素[B][C]を含む本発明の樹脂組成物を直接炭素繊維に含浸させた後加熱硬化する方法、即ち、ハンド・レイアップ法、フィラメント・ワインディング法、プルトルージョン法や、あらかじめ部材形状に賦形した連続繊維基材に樹脂組成物を含浸および硬化させるレジン・フィルム・インフュージョン法、レジン・インジェクション・モールディング法およびレジン・トランスファー・モールディング(RTM)法等が用いられる。   As such a method, for example, a method of directly impregnating a carbon fiber with the resin composition of the present invention including the constituent elements [B] and [C] and then heating and curing the resin composition, that is, a hand lay-up method, a filament winding method Method, pultrusion method, resin film infusion method in which a resin composition is impregnated and cured in a continuous fiber base material previously formed into a member shape, resin injection molding method, and resin transfer molding (RTM) Method is used.

本発明によるエポキシ樹脂組成物は、RTM法に関する総説(SAMPE Journal,Vol.34,No.6,pp7−19)に挙げられている、VARTM(Vaccum−assisted ResinTransfer Molding)、VIMP(Variable Infusion Molding Process)、TERTM(Thermal Expansion RTM)、RARTM(Rubber−Assisted RTM)、RIRM(Resin Injection Recirculation Molding)、CRTM(Continuous RTM)、CIRTM(Co−injection Resin Transfer Molding)、RLI(Resin Liquid Infusion)、SCRIMP(Seeman’s Composite Resin Infusion Molding Process)等の成形法にも好適に用いられる。   The epoxy resin composition according to the present invention includes VARTM (Vaccum-assisted ResinTransfer Molding) and VIMP (Variable Infusion Molding Process) which are listed in a review on the RTM method (SAMPE Journal, Vol. 34, No. 6, pp. 7-19). ), TERTM (Thermal Expansion RTM), RARTM (Rubber-Assisted RTM), RIRM (Resin Injection Recirculation Molding), CRTM (ContinuousRTM), and CIRTM (Co-injectRinRiteRinRiteRinRiteRinRiteRin). sion), suitably used in molding method such as SCRIMP (Seeman's Composite Resin Infusion Molding Process).

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

<実施例および比較例で用いられた原材料>
(1)構成要素[A]
・炭素繊維1
アクリロニトリルを主体とするポリアクリロニトリル共重合体を紡糸し、焼成し、総フィラメント数24,000本、総繊度1,000テックス、比重1.8、ストランド引張強度6.6GPa、ストランド引張弾性率324GPaの炭素繊維を得た。次いで、その炭素繊維を、炭酸水素アンモニウム水溶液を電解液として、電気量を炭素繊維1g当たり80クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、加熱空気中で乾燥し、原料となる炭素繊維を得た。後述の(5)に記載の方法に従って測定したところ、表面酸素濃度O/Cは、0.16であった。
<Raw materials used in Examples and Comparative Examples>
(1) Component [A]
・ Carbon fiber 1
A polyacrylonitrile copolymer mainly composed of acrylonitrile is spun and baked, and has a total filament count of 24,000, a total fineness of 1,000 tex, a specific gravity of 1.8, a strand tensile strength of 6.6 GPa, and a strand tensile elastic modulus of 324 GPa. A carbon fiber was obtained. Next, the carbon fiber was subjected to electrolytic surface treatment using an aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate as an electrolytic solution at an electric quantity of 80 coulombs per gram of the carbon fiber. Subsequently, the carbon fiber subjected to the electrolytic surface treatment was washed with water and dried in heated air to obtain a carbon fiber as a raw material. When measured according to the method described in (5) below, the surface oxygen concentration O / C was 0.16.

“jER(登録商標)”152(三菱ケミカル(株)製)とポリグリセリンポリグリシジルエーテルを調合したサイジング剤を浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、熱処理をして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。   A sizing agent prepared by mixing “jER (registered trademark)” 152 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and polyglycerin polyglycidyl ether is applied to the surface-treated carbon fiber by an immersion method, and then heat-treated to apply the sizing agent. A carbon fiber bundle was obtained. The amount of the sizing agent attached was adjusted to be 0.6% by mass based on the sizing agent-coated carbon fibers.

このように作製した炭素繊維を、後述の(7)に記載の方法に従って測定したところ、洗浄後のサイジング剤付着量は0.16質量%であり、好ましい付着量であった。また、後述の(8)に記載の方法で測定した界面接着強度は44MPaであった。   When the carbon fiber thus produced was measured according to the method described in (7) described below, the sizing agent adhesion amount after washing was 0.16% by mass, which was a preferable adhesion amount. The interfacial adhesive strength measured by the method described in (8) below was 44 MPa.

・炭素繊維2
アクリロニトリルを主体とするポリアクリロニトリル共重合体を紡糸し、焼成し、総フィラメント数12,000本、総繊度1,000テックス、比重1.8、ストランド引張強度4.9GPa、ストランド引張弾性率230GPaの炭素繊維を得た。次いで、その炭素繊維を、炭酸水素アンモニウム水溶液を電解液として、電気量を炭素繊維1g当たり80クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、加熱空気中で乾燥し、原料となる炭素繊維を得た。このとき表面酸素濃度O/Cは、0.15であった。
・ Carbon fiber 2
A polyacrylonitrile copolymer mainly composed of acrylonitrile is spun and baked, and has a total filament number of 12,000, a total fineness of 1,000 tex, a specific gravity of 1.8, a strand tensile strength of 4.9 GPa, and a strand tensile elastic modulus of 230 GPa. A carbon fiber was obtained. Next, the carbon fiber was subjected to electrolytic surface treatment using an aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate as an electrolytic solution at an electric quantity of 80 coulombs per gram of the carbon fiber. Subsequently, the carbon fiber subjected to the electrolytic surface treatment was washed with water and dried in heated air to obtain a carbon fiber as a raw material. At this time, the surface oxygen concentration O / C was 0.15.

この炭素繊維を用い、炭素繊維1と同様の手法でサイジング剤塗布炭素繊維束を得た。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。洗浄後のサイジング剤付着量は0.17質量%であり、好ましい付着量であった。また、界面接着強度は43MPaであった。   Using this carbon fiber, a sizing agent-coated carbon fiber bundle was obtained in the same manner as for the carbon fiber 1. The amount of the sizing agent attached was adjusted to be 0.6% by mass based on the sizing agent-coated carbon fibers. The sizing agent adhesion amount after washing was 0.17% by mass, which was a preferable adhesion amount. The interfacial adhesive strength was 43 MPa.

・炭素繊維3
アクリロニトリルを主体とするポリアクリロニトリル共重合体を紡糸し、焼成し、総フィラメント数24,000本、総繊度1,000テックス、比重1.8、ストランド引張強度5.9GPa、ストランド引張弾性率294GPaの炭素繊維を得た。次いで、その炭素繊維を、炭酸水素アンモニウム水溶液を電解液として、電気量を炭素繊維1g当たり120クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、加熱空気中で乾燥し、原料となる炭素繊維を得た。このとき表面酸素濃度O/Cは、0.20であった。
・ Carbon fiber 3
A polyacrylonitrile copolymer mainly composed of acrylonitrile is spun and baked, and has a total filament number of 24,000, a total fineness of 1,000 tex, a specific gravity of 1.8, a strand tensile strength of 5.9 GPa, and a strand tensile modulus of 294 GPa. A carbon fiber was obtained. Next, the carbon fiber was subjected to electrolytic surface treatment using an aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate as an electrolytic solution at an electric quantity of 120 coulombs per gram of the carbon fiber. Subsequently, the carbon fiber subjected to the electrolytic surface treatment was washed with water and dried in heated air to obtain a carbon fiber as a raw material. At this time, the surface oxygen concentration O / C was 0.20.

この炭素繊維を用い、炭素繊維1と同様の手法でサイジング剤塗布炭素繊維束を得た。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。洗浄後のサイジング剤付着量は0.19質量%であり、好ましい付着量であった。また、界面接着強度は45MPaであった。   Using this carbon fiber, a sizing agent-coated carbon fiber bundle was obtained in the same manner as for the carbon fiber 1. The amount of the sizing agent attached was adjusted to be 0.6% by mass based on the sizing agent-coated carbon fibers. The sizing agent adhesion amount after washing was 0.19% by mass, which was a preferable adhesion amount. The interfacial adhesive strength was 45 MPa.

・炭素繊維4
電気量を炭素繊維1g当たり80クーロンで電解表面処理した以外は炭素繊維3と同様にして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。表面酸素濃度O/Cは、0.15であった。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。洗浄後のサイジング剤付着量は0.16質量%であり、好ましい付着量であった。また、界面接着強度は43MPaであった。
・ Carbon fiber 4
A sizing agent-coated carbon fiber bundle was obtained in the same manner as the carbon fiber 3 except that the amount of electricity was subjected to electrolytic surface treatment at 80 coulombs per gram of carbon fiber. The surface oxygen concentration O / C was 0.15. The amount of the sizing agent attached was adjusted to be 0.6% by mass based on the sizing agent-coated carbon fibers. The sizing agent adhesion amount after washing was 0.16% by mass, which was a preferable adhesion amount. The interfacial adhesive strength was 43 MPa.

・炭素繊維5
電気量を炭素繊維1g当たり40クーロンで電解表面処理した以外は炭素繊維3と同様にして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。表面酸素濃度O/Cは、0.13であった。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。洗浄後のサイジング剤付着量は0.12質量%であり、好ましい付着量であった。また、界面接着強度は29MPaであった。
・ Carbon fiber 5
A sizing agent-coated carbon fiber bundle was obtained in the same manner as for the carbon fiber 3 except that the amount of electricity was subjected to electrolytic surface treatment at 40 coulombs per gram of carbon fiber. The surface oxygen concentration O / C was 0.13. The amount of the sizing agent attached was adjusted to be 0.6% by mass based on the sizing agent-coated carbon fibers. The sizing agent adhesion amount after washing was 0.12% by mass, which was a preferable adhesion amount. The interfacial adhesive strength was 29 MPa.

・炭素繊維6
硫酸を電解液として、電気量を炭素繊維1g当たり20クーロンで電解表面処理した以外は炭素繊維3と同様にして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。表面酸素濃度O/Cは、0.12であった。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。洗浄後のサイジング剤付着量は0.13質量%であり、好ましい付着量であった。また、界面接着強度は27MPaであった。
・ Carbon fiber 6
A sizing agent-coated carbon fiber bundle was obtained in the same manner as for the carbon fiber 3, except that sulfuric acid was used as an electrolytic solution and the amount of electricity was subjected to electrolytic surface treatment at 20 coulombs per gram of carbon fiber. The surface oxygen concentration O / C was 0.12. The amount of the sizing agent attached was adjusted to be 0.6% by mass based on the sizing agent-coated carbon fibers. The sizing agent adhesion amount after washing was 0.13% by mass, which was a preferable adhesion amount. The interfacial adhesive strength was 27 MPa.

・炭素繊維7
電気量を炭素繊維1g当たり10クーロンで電解表面処理し、ポリグリセリンポリグリシジルエーテルの代わりにエチレングリコールを使用した以外は炭素繊維6と同様にして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。表面酸素濃度O/Cは、0.09であった。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。洗浄後のサイジング剤付着量は0.05質量%であった。また、界面接着強度は21MPaであった。
・ Carbon fiber 7
A sizing agent-coated carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in the case of the carbon fiber 6, except that the amount of electricity was subjected to electrolytic surface treatment at 10 coulombs per gram of carbon fiber, and that ethylene glycol was used instead of polyglycerin polyglycidyl ether. The surface oxygen concentration O / C was 0.09. The amount of the sizing agent attached was adjusted to be 0.6% by mass based on the sizing agent-coated carbon fibers. The sizing agent adhesion amount after washing was 0.05% by mass. The interfacial adhesive strength was 21 MPa.

・炭素繊維8
電解処理を行わない以外は炭素繊維7と同様にして、サイジング剤塗布炭素繊維束を得た。表面酸素濃度O/Cは、0.02であった。サイジング剤の付着量は、サイジング剤塗布炭素繊維に対して0.6質量%となるように調整した。洗浄後のサイジング剤付着量は0.02質量%であった。界面接着強度は18MPaであった。
・ Carbon fiber 8
A sizing agent-coated carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in the carbon fiber 7, except that the electrolytic treatment was not performed. The surface oxygen concentration O / C was 0.02. The amount of the sizing agent attached was adjusted to be 0.6% by mass based on the sizing agent-coated carbon fibers. The sizing agent adhesion amount after washing was 0.02% by mass. The interfacial adhesive strength was 18 MPa.

(2)構成要素[B]
<単体で液晶性を示すエポキシ樹脂>
・エポキシ樹脂1
化合物名:2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート}、特開2010−241797号公報参照、エポキシ当量:245g/eq)を200℃に加熱融解し、そこへプレポリマー化剤としてレゾルシノール(水酸基当量:55g/eq)をエポキシ当量数:水酸基当量数が100:25になるように加え、窒素雰囲気下、200℃で3時間加熱することでエポキシ樹脂1を得た。プレポリマーの含有量は、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス{4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートとそのプレポリマーの合計100質量部に対して53質量部であり、JIS K7236に従いエポキシ当量を測定したところ353g/eqであった。
(2) Component [B]
<Epoxy resin showing liquid crystal properties by itself>
・ Epoxy resin 1
Compound name: 2-methyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate}, see JP-A-2010-241797, epoxy equivalent: 245 g / eq. Then, resorcinol (hydroxyl equivalent: 55 g / eq) was added thereto as a prepolymerizing agent so that the epoxy equivalent number: hydroxyl equivalent number became 100: 25, and the mixture was heated at 200 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain epoxy. Resin 1 was obtained. The content of the prepolymer is 53 parts by mass based on 100 parts by mass of the total of 2-methyl-1,4-phenylene-bis {4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate and its prepolymer, and is JIS K7236. The epoxy equivalent was determined to be 353 g / eq.

・エポキシ樹脂2
化合物名:4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート、特許第5471975号公報参照、エポキシ当量:213g/eq)を200℃に加熱融解し、そこへプレポリマー化剤としてレゾルシノール(水酸基当量:55g/eq)をエポキシ当量数:水酸基当量数が100:25になるように加え、窒素雰囲気下、200℃で3時間加熱することでエポキシ樹脂2を得た。プレポリマーの含有量は、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートとそのプレポリマーの合計100質量部に対して53質量部であり、JIS K7236に従いエポキシ当量を測定したところ320g/eqであった。
・ Epoxy resin 2
Compound name: 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate, see Japanese Patent No. 5471975, epoxy equivalent: 213 g / eq) heated to 200 ° C It is melted, and resorcinol (hydroxyl equivalent: 55 g / eq) is added thereto as a prepolymerizing agent so that the epoxy equivalent number: hydroxyl equivalent number becomes 100: 25, and the mixture is heated at 200 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. Epoxy resin 2 was obtained. The content of the prepolymer was 53 parts by mass based on 100 parts by mass of 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate and the prepolymer in total. When the epoxy equivalent was measured according to JIS K7236, it was 320 g / eq.

・エポキシ樹脂3
化合物名:4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエート、特許第5471975号公報参照、エポキシ当量:213g/eq)を200℃に加熱融解し、そこへプレポリマー化剤としてビスフェノールF(水酸基当量:100g/eq)を、エポキシ当量数:水酸基当量数が100:15になるように加え、窒素雰囲気下、200℃で3時間加熱することでエポキシ樹脂3を得た。プレポリマーの含有量は、4−{4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル4−(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゾエートとそのプレポリマーの合計100質量部に対して38質量部であり、JIS K7236に従いエポキシ当量を測定したところ309g/eqであった。
・ Epoxy resin 3
Compound name: 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate, see Japanese Patent No. 5471975, epoxy equivalent: 213 g / eq) heated to 200 ° C Melt, add bisphenol F (hydroxyl equivalent: 100 g / eq) as a prepolymerizing agent so that the epoxy equivalent number: hydroxyl equivalent number becomes 100: 15, and heat at 200 ° C. for 3 hours under a nitrogen atmosphere. Thus, an epoxy resin 3 was obtained. The content of the prepolymer was 38 parts by mass with respect to 100 parts by mass of 4- {4- (2,3-epoxypropoxy) phenyl} cyclohexyl 4- (2,3-epoxypropoxy) benzoate and the prepolymer in total. When the epoxy equivalent was measured according to JIS K7236, it was 309 g / eq.

<単体では液晶性を示さないエポキシ樹脂>
・“アラルダイト(登録商標)”MY0610(トリグリシジル−m−アミノフェノール、ハンツマン・ジャパン(株)製)
・“jER(登録商標)”YX4000H(ビフェニル型エポキシ樹脂、三菱ケミカル(株)製)
・“jER(登録商標)”604(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、三菱ケミカル(株)製)
・“jER(登録商標)”828(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱ケミカル(株)製)。
<Epoxy resin that does not exhibit liquid crystal properties by itself>
"Araldite (registered trademark)" MY0610 (triglycidyl-m-aminophenol, manufactured by Huntsman Japan KK)
-"JER (registered trademark)" YX4000H (biphenyl type epoxy resin, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
"JER (registered trademark)" 604 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
-"JER (registered trademark)" 828 (bisphenol A type epoxy resin, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

(3)構成要素[C]
・4,4’−DABAN(4,4’−ジアミノベンズアニリド、日本純良薬品(株)製)
・3,4’−DABAN(3,4’−ジアミノベンズアニリド、日本純良薬品(株)製)
・o−トリジン(3,3’−ジメチルベンジジン、日本純良薬品(株)製)
・4,4’−BAAB(4−アミノ安息香酸4−アミノフェニル、日本純良薬品(株)製))
・4,4’−APTP(ビス(4−アミノフェニル)テレフタルアミド、日本純良薬品(株)製)。
(3) Component [C]
-4,4'-DABAN (4,4'-diaminobenzanilide, manufactured by Nippon Pure Chemicals Co., Ltd.)
-3,4'-DABAN (3,4'-diaminobenzanilide, manufactured by Nippon Pure Chemicals Co., Ltd.)
O-Tolidine (3,3'-dimethylbenzidine, manufactured by Nippon Pure Chemicals Co., Ltd.)
・ 4,4′-BAAB (4-aminophenyl 4-aminobenzoate, manufactured by Nippon Pure Chemicals Co., Ltd.)
4,4'-APTP (bis (4-aminophenyl) terephthalamide, manufactured by Nippon Pure Chemicals Co., Ltd.).

(4)その他の成分
・構成要素[C]以外の硬化剤“セイカキュア(登録商標)”−S(4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、和歌山精化(株)製)
・熱可塑性樹脂“Virantage(登録商標)”VW−10700RFP(ポリエーテルスルホン、ソルベイアドバンストポリマーズ(株)製)。
(4) Other components and curing agent other than component [C] “Seika Cure (registered trademark)”-S (4,4′-diaminodiphenyl sulfone, manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.)
-Thermoplastic resin "Virantage (registered trademark)" VW-10700RFP (polyether sulfone, manufactured by Solvay Advanced Polymers Co., Ltd.).

<各種評価法>
(5)炭素繊維の表面酸素濃度O/Cの測定
炭素繊維の表面酸素濃度(O/C)は、次の手順に従いX線光電子分光法により求めた。まず、溶媒で表面に付着している汚れを除去した炭素繊維を、約20mmにカットし、銅製の試料支持台に拡げた。次に、試料支持台を試料チャンバー内にセットし、試料チャンバー中を1×10−8Torrに保った。続いて、X線源としてAlKα1、2を用い、光電子脱出角度を90°として測定を行った。なお、測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sのメインピーク(ピークトップ)の結合エネルギー値を284.6eVに合わせた。C1sメイン面積は、282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。また、O1sピーク面積は、528〜540eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。ここで、表面酸素濃度とは、上記のO1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出したものである。X線光電子分光法装置として、アルバック・ファイ(株)製ESCA−1600を用い、上記装置固有の感度補正値は2.33であった。
<Various evaluation methods>
(5) Measurement of Surface Oxygen Concentration O / C of Carbon Fiber The surface oxygen concentration (O / C) of carbon fiber was determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, the carbon fiber from which dirt attached to the surface was removed with a solvent was cut into about 20 mm, and spread on a copper sample support. Next, the sample support was set in the sample chamber, and the inside of the sample chamber was maintained at 1 × 10 −8 Torr. Subsequently, measurement was performed using AlK α1 , 2 as the X-ray source and setting the photoelectron escape angle to 90 °. In addition, the binding energy value of the main peak (peak top) of C1s was adjusted to 284.6 eV as a correction value of the peak accompanying the charging at the time of measurement. The C 1s main area was determined by drawing a linear baseline in the range of 282 to 296 eV. The O 1s peak area was determined by drawing a straight-line baseline in the range of 528 to 540 eV. Here, the surface oxygen concentration is calculated as an atomic ratio using a sensitivity correction value specific to the apparatus from the above ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area. An ESCA-1600 manufactured by ULVAC-PHI, Inc. was used as an X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, and the sensitivity correction value specific to the apparatus was 2.33.

(6)サイジング剤付着量の測定
サイジング塗布炭素繊維のサイジング剤の付着量は、次の手順に従い求めた。まず、サイジング塗布炭素繊維を2±0.5g採取し、窒素雰囲気中450℃にて加熱処理を15分間行った。このときの加熱処理前後の質量変化量を加熱処理前の質量で除した値の質量%をサイジング剤の付着量とした。
(6) Measurement of Sizing Agent Adhesion Amount of the sizing agent applied to the sizing-coated carbon fiber was determined according to the following procedure. First, 2 ± 0.5 g of the sizing-coated carbon fiber was sampled and subjected to a heat treatment at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere. The mass% of the value obtained by dividing the mass change before and after the heat treatment by the mass before the heat treatment was defined as the amount of the sizing agent attached.

(7)洗浄後のサイジング剤付着量の測定
洗浄後のサイジング剤の付着量は次のように測定した。まず、サイジング剤塗布炭素繊維2±0.5gをアセトニトリルとクロロホルムを体積比9対1で混合した溶液10mlに浸漬し、超音波洗浄を20分間行い、繊維からサイジング剤を溶出させた後、十分に乾燥させて質量を測定した。さらにこの洗浄後炭素繊維を窒素雰囲気中450℃にて加熱処理を15分間行った。このときの加熱処理前後の質量変化量を、加熱処理前の質量で除した値の質量%を洗浄後のサイジング剤の付着量とした。
(7) Measurement of sizing agent adhesion amount after washing The sizing agent adhesion amount after washing was measured as follows. First, 2 ± 0.5 g of the sizing agent-coated carbon fiber was immersed in 10 ml of a solution in which acetonitrile and chloroform were mixed at a volume ratio of 9: 1, and ultrasonic cleaning was performed for 20 minutes to elute the sizing agent from the fiber. And the mass was measured. Further, after the washing, the carbon fiber was subjected to a heat treatment at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere. The mass change of the mass before and after the heat treatment at this time divided by the mass before the heat treatment was defined as the amount of the sizing agent attached after washing.

(8)界面剪断強度(IFSS)の測定
界面剪断強度(IFSS)の測定は、次の(イ)〜(ニ)の手順で行った。
(8) Measurement of Interfacial Shear Strength (IFSS) The measurement of the interfacial shear strength (IFSS) was performed according to the following procedures (a) to (d).

(イ)樹脂の調製
ビスフェノールA型エポキシ化合物“jER(登録商標)”828(三菱ケミカル(株)製)100質量部とメタフェニレンジアミン(シグマアルドリッチジャパン(株)製)14.5質量部を、それぞれ容器に入れた。その後、上記のjER828の粘度低下とメタフェニレンジアミンの溶解のため、75℃の温度で15分間加熱した。その後、両者をよく混合し、80℃の温度で約15分間真空脱泡を行った。
(A) Preparation of Resin 100 parts by mass of bisphenol A type epoxy compound “jER (registered trademark)” 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and 14.5 parts by mass of metaphenylenediamine (manufactured by Sigma-Aldrich Japan) Each was placed in a container. Thereafter, the mixture was heated at a temperature of 75 ° C. for 15 minutes in order to lower the viscosity of jER828 and dissolve metaphenylenediamine. Then, both were mixed well and vacuum degassing was performed at a temperature of 80 ° C. for about 15 minutes.

(ロ)炭素繊維単糸を専用モールドに固定
炭素繊維束から単繊維を抜き取り、ダンベル型モールドの長手方向に単繊維に一定張力を与えた状態で両端を接着剤で固定した。その後、炭素繊維およびモールドに付着した水分を除去するため、80℃の温度で30分間以上真空乾燥を行った。ダンベル型モールドはシリコーンゴム製で、注型部分の形状は、中央部分巾5mm、長さ25mm、両端部分巾10mm、全体長さ150mmであった。
(B) Fixing the carbon fiber single yarn to the exclusive mold The single fiber was extracted from the carbon fiber bundle, and both ends were fixed with an adhesive while applying a constant tension to the single fiber in the longitudinal direction of the dumbbell type mold. Thereafter, in order to remove the water adhering to the carbon fiber and the mold, vacuum drying was performed at a temperature of 80 ° C. for 30 minutes or more. The dumbbell mold was made of silicone rubber, and the shape of the casting part was 5 mm in width at the center, 25 mm in length, 10 mm in width at both ends, and 150 mm in overall length.

(ハ)樹脂注型から硬化まで
上記(ロ)の手順の真空乾燥後のモールド内に、上記(イ)の手順で調整した樹脂を流し込み、オーブンを用いて、昇温速度1.5℃/分で75℃の温度まで上昇し2時間保持後、昇温速度1.5℃/分で125℃の温度まで上昇し2時間保持後、降温速度2.5℃/分で30℃の温度まで降温した。その後、脱型して試験片を得た。
(C) From resin casting to curing The resin prepared in the above procedure (a) is poured into the mold after vacuum drying in the above procedure (b), and the temperature is raised at a rate of 1.5 ° C. / After raising the temperature to 75 ° C in 2 minutes and holding for 2 hours, increasing the temperature to 125 ° C at a rate of 1.5 ° C / minute and holding it for 2 hours, then reducing the temperature to 30 ° C at a rate of 2.5 ° C / minute. The temperature has dropped. Thereafter, the mold was removed to obtain a test piece.

(ニ)界面剪断強度(IFSS)の測定
上記(ハ)の手順で得られた試験片に繊維軸方向(長手方向)に歪速度0.3%/秒で引張力を与え、歪みを12%生じさせた後、偏光顕微鏡により試験片中心部22mmの範囲における繊維破断数N(個)を測定した。次に、平均破断繊維長laを、la(μm)=22×1000(μm)/N(個)の式により計算した。次に、平均破断繊維長laから臨界繊維長lcを、lc(μm)=(4/3)×la(μm)の式により計算した。ストランド引張強度σと炭素繊維単糸の直径dを測定し、炭素繊維と樹脂界面の接着強度の指標である界面剪断強度IFSSを、次式で算出した。実施例では、測定数n=5の平均を試験結果とした。
・界面剪断強度IFSS(MPa)=σ(MPa)×d(μm)/(2×lc)(μm)。
(D) Measurement of interfacial shear strength (IFSS) A tensile force was applied to the test piece obtained in the above procedure (c) at a strain rate of 0.3% / sec in the fiber axis direction (longitudinal direction) to reduce the strain by 12%. After the formation, the number N (pieces) of fiber breaks in a range of 22 mm in the center of the test piece was measured by a polarizing microscope. Next, the average broken fiber length la was calculated by the formula: la (μm) = 22 × 1000 (μm) / N (pieces). Next, the critical fiber length lc was calculated from the average broken fiber length la by the formula of lc (μm) = (4/3) × la (μm). The strand tensile strength σ and the diameter d of the carbon fiber single yarn were measured, and the interface shear strength IFSS, which is an index of the adhesive strength between the carbon fiber and the resin interface, was calculated by the following equation. In the examples, the average of the number of measurements n = 5 was taken as the test result.
-Interfacial shear strength IFSS (MPa) = σ (MPa) x d (μm) / (2 x lc) (μm).

(9)エポキシ樹脂組成物の調製
ニーダー中に、表1に示す配合比(質量部)で、硬化剤、硬化促進剤以外の成分を所定量加え、混練しつつ、160℃まで昇温し、160℃1時間混練することで、透明な粘調液を得た。混練しつつ80℃まで降温させた後、硬化剤、を所定量添加え、さらに混練し、エポキシ樹脂組成物を得た。
(9) Preparation of epoxy resin composition In a kneader, a predetermined amount of a component other than a curing agent and a curing accelerator is added at a mixing ratio (parts by mass) shown in Table 1, and the temperature is raised to 160 ° C while kneading. By kneading at 160 ° C. for 1 hour, a transparent viscous liquid was obtained. After the temperature was lowered to 80 ° C. while kneading, a predetermined amount of a curing agent was added and further kneaded to obtain an epoxy resin composition.

(10)プリプレグの作製
エポキシ樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製した。次に、シート状に一方向に配列させた構成要素[A]の炭素繊維に、樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧により樹脂を炭素繊維に含浸させ、炭素繊維の目付が190g/m、樹脂組成物の重量分率が35%の一方向プリプレグを得た。
(10) Preparation of prepreg The epoxy resin composition was applied on release paper using a knife coater to prepare a resin film. Next, two resin films are stacked on both sides of the carbon fiber of the component [A] arranged in one direction in a sheet shape from both sides of the carbon fiber, and the resin is impregnated into the carbon fiber by heating and pressing. Was 190 g / m 2 , and the weight fraction of the resin composition was 35% to obtain a unidirectional prepreg.

(11)モードI層間靭性(GIC)試験用複合材料製平板の作製とGIC測定
JIS K7086(1993)に準じ、次の(a)〜(e)の操作によりGIC試験用複合材料製平板を作製した。
(11) Mode I according to interlayer toughness (G IC) Preparation of the test composite made flat and G IC measurement JIS K7086 (1993), the following (a) ~ composite material for G IC test by the operation of (e) A flat plate was prepared.

(a)(10)で作製した一方向プリプレグを、繊維方向を揃えて20ply積層した。ただし、積層中央面(10ply目と11ply目の間)に、繊維配列方向と直角に、幅40mm、厚み50μmのフッ素樹脂製フィルムをはさんだ。   (A) The unidirectional prepregs prepared in (10) were laminated by 20 ply in the same fiber direction. However, a fluororesin film having a width of 40 mm and a thickness of 50 μm was interposed at right angles to the fiber arranging direction on the laminating center plane (between the 10th and 11th plies).

(b)積層したプリプレグをナイロンフィルムで隙間のないように覆い、オートクレーブ中で180℃2時間、内圧0.59MPaで加熱加圧して硬化し、一方向炭素繊維強化複合材料を成形した。   (B) The laminated prepreg was covered with a nylon film without any gap, and cured by heating and pressurizing in an autoclave at 180 ° C. for 2 hours at an internal pressure of 0.59 MPa to form a unidirectional carbon fiber reinforced composite material.

(c)(b)で得た一方向炭素繊維強化複合材料を、幅20mm、長さ195mmにカットした。繊維方向は、試験片の長さ側と平行になるようにカットした。   (C) The unidirectional carbon fiber reinforced composite material obtained in (b) was cut into a width of 20 mm and a length of 195 mm. The fiber direction was cut so as to be parallel to the length side of the test piece.

(d)JIS K7086(1993)に記載のピン負荷用ブロック(長さ25mm、アルミ製)では試験時に接着部が剥がれてしまったため、代わりにトライアングル状グリップを使用した(図1)。試験片端(フッ素樹脂製フィルムを挟んだ側)から4mmの位置に幅方向両端に1mm長さのノッチを入れ、トライアングル状グリップを引っかけた。試験はトライアングル状の治具をインストロン万能試験機(インストロン社製)のクロスヘッドで引っ張ることで試験片に荷重を与えた。   (D) In the pin load block (length 25 mm, made of aluminum) described in JIS K7086 (1993), the adhesive portion was peeled off at the time of the test, so a triangle grip was used instead (FIG. 1). Notches having a length of 1 mm were placed at both ends in the width direction at positions 4 mm from the end of the test piece (the side sandwiching the fluororesin film), and a triangle grip was hooked. In the test, a load was applied to the test piece by pulling a triangle-shaped jig with a crosshead of an Instron universal testing machine (manufactured by Instron).

(e)亀裂進展を観察しやすくするため、試験片の両側面に白色塗料を塗った。   (E) To facilitate observation of crack growth, white paint was applied to both sides of the test piece.

作製した複合材料製平板を用いて、以下の手順により、GIC測定を行った。JIS K7086(1993)附属書1に従い、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用いて試験を行った。クロスヘッドスピードは、亀裂進展が20mmに到達するまでは0.5mm/分、20mm到達後は1mm/分とした。試験は亀裂が100mm進展するまで行い、試験中に取得した荷重−変位線図の面積からGICを算出した。 Using the composite material-made flat plate prepared by the following procedure was performed G IC measurement. According to JIS K7086 (1993) Annex 1, the test was performed using an Instron universal testing machine (manufactured by Instron). The crosshead speed was 0.5 mm / min until the crack growth reached 20 mm, and 1 mm / min after 20 mm. Testing crack performed until the evolution 100 mm, load obtained during the test - was calculated G IC from the area of the displacement diagram.

(12)0°圧縮強度測定
一方向プリプレグを所定の大きさにカットし、一方向に6枚積層した後、真空バッグを行い、オートクレーブを用いて、温度180℃、圧力0.59MPa、2時間で硬化させ、一方向強化材(炭素繊維複合材料)を得た。この一方向強化材をSACMA−SRM 1R−94に準拠してタブを接着した後、0°方向を試験片の長さ方向にして、長さ80.0mm、幅15.0mmの矩形試験片を切り出した。得られた0°方向圧縮試験片を23℃環境下においてSACMA−SRM 1R−94に準拠し、材料万能試験機(インストロン・ジャパン(株)製、“インストロン(登録商標)”5565型P8564)を用いて、試験速度1.0mm/minで圧縮試験を実施した。
(12) Measurement of 0 ° compressive strength One-way prepreg was cut into a predetermined size, and six sheets were laminated in one direction. Then, a vacuum bag was performed, and a temperature of 180 ° C. and a pressure of 0.59 MPa were used for 2 hours using an autoclave. To obtain a unidirectional reinforcing material (carbon fiber composite material). After bonding this one-way reinforcing material to a tab in accordance with SACMA-SRM 1R-94, a rectangular test piece having a length of 80.0 mm and a width of 15.0 mm was obtained by setting the 0 ° direction to the length direction of the test piece. I cut it out. The obtained 0 ° directional compression test piece was subjected to a material universal testing machine (“Instron (registered trademark)” 5565 type P8564, manufactured by Instron Japan Co., Ltd.) at 23 ° C. in accordance with SACMA-SRM 1R-94. ), A compression test was performed at a test speed of 1.0 mm / min.

(13)偏光顕微鏡による観察
(10)で作製した一方向プリプレグを幅50mm、長さ50mmにカットし、プリプレグが幅80mm以上となるように繊維間隔を手で広げた後、オーブンにて180℃2時間の条件で硬化し、観察用の炭素繊維強化複合材料の試験体を得た。試験体の樹脂領域を偏光顕微鏡(キーエンス(株)製;VHX−5000、偏光フィルター付き)により観察を行った。ファンシェイプ組織やフォーカルコニック組織といった高次構造形成が観察された場合(明視野)を「A」、高次構造が観察されなかった場合(暗視野)を「B」とした。
(13) Observation with a polarizing microscope The unidirectional prepreg prepared in (10) was cut into a width of 50 mm and a length of 50 mm, and the fiber interval was manually widened so that the prepreg became 80 mm or more in width. The composition was cured under the conditions of 2 hours to obtain a test specimen of the carbon fiber reinforced composite material for observation. The resin region of the specimen was observed with a polarizing microscope (Keyence Corporation; VHX-5000, with a polarizing filter). The case where a higher-order structure such as a fan-shaped structure or a focal conic structure was observed (bright field) was designated as “A”, and the case where no higher-order structure was observed (dark field) was designated as “B”.

(14)X線回折による回折角度2θの測定
(10)で作製した一方向プリプレグを厚さ約1mmとなるように積層した後、積層したプリプレグをナイロンフィルムで隙間のないように覆い、オートクレーブ中で180℃2時間、内圧0.59MPaで加熱加圧して硬化し、一方向炭素繊維強化複合材料を成形した。成形した炭素繊維強化複合材料を用いて、長さ20mm、幅10mmにカットし、試験片を得た。測定は以下の条件により、炭素繊維複合材料内の炭素繊維軸に対して平行(0°)、垂直(90°)、45°に対して行った。
・装置:X’ PertPro(スペクトリス(株)PANalytical事業部製)
・X線源:CuKα線(管電圧45kV、管電流40mA)
・検出器:ゴニオメーター+モノクロメーター+シンチレーションカウンター
・走査範囲:2θ=1〜90°
・走査モード:ステップスキャン、ステップ単位0.1°、計数時間40秒
1〜10°範囲における回折角度2θのピークを表1に記載した。また、ピークを有さない場合は「B」と記載した。
(14) Measurement of diffraction angle 2θ by X-ray diffraction After the unidirectional prepreg prepared in (10) is laminated so as to have a thickness of about 1 mm, the laminated prepreg is covered with a nylon film without any gap, and is placed in an autoclave. At 180 ° C. for 2 hours under an internal pressure of 0.59 MPa for curing to form a unidirectional carbon fiber reinforced composite material. The molded carbon fiber reinforced composite material was cut into a length of 20 mm and a width of 10 mm to obtain a test piece. The measurement was performed in parallel (0 °), perpendicular (90 °), and 45 ° with respect to the carbon fiber axis in the carbon fiber composite material under the following conditions.
・ Apparatus: X 'PertPro (manufactured by SPECTALIS Corporation, PANalytical Division)
・ X-ray source: CuKα ray (tube voltage 45 kV, tube current 40 mA)
・ Detector: Goniometer + Monochromator + Scintillation counter ・ Scanning range: 2θ = 1-90 °
Scanning mode: step scan, step unit 0.1 °, counting time 40 seconds The peak of the diffraction angle 2θ in the range of 1 to 10 ° is shown in Table 1. In addition, when there was no peak, it was described as "B".

(15)偏光ラマン分光による樹脂硬化物中の分子異方性の測定
(10)で作製した炭素繊維複合材料から2cm角を切り出すことで、試験片を得た。測定は、炭素繊維複合材料内の樹脂部分について任意の5箇所に対して、以下の条件により行った。
・装置:PDP320((株)PHOTO Design製)
・ビーム径:1μm
・光源:YAGレーザー/1064nm
・回折格子:Single 300gr/mm
・スリット:100μm
・検出器:CCD:Jobin Yvon 1024×256
・対物レンズ:×100。
(15) Measurement of Molecular Anisotropy in Cured Resin by Polarized Raman Spectroscopy A test piece was obtained by cutting out a 2 cm square from the carbon fiber composite material produced in (10). The measurement was carried out at any five locations of the resin portion in the carbon fiber composite material under the following conditions.
-Apparatus: PDP320 (manufactured by PHOTO Design)
・ Beam diameter: 1 μm
・ Light source: YAG laser / 1064 nm
-Diffraction grating: Single 300 gr / mm
・ Slit: 100 μm
Detector: CCD: Jobin Yvon 1024 × 256
-Objective lens: x100.

測定した試験片の任意の方向を0°とし、偏光方向を0°〜150まで30°間隔で変化させて偏光ラマン分光を測定。芳香環のC=C伸縮振動に由来する1600cm−1付近のラマンバンド強度について、±20%以上変動した偏光方位を有する場合は異方性ありとして表1,2に「A」と記載し、測定した5箇所について偏光方位0°〜150°のいずれも変動幅が20%以下だった場合は異方性なしとして表1,2に「B」と記載した。 An arbitrary direction of the measured test piece was set to 0 °, and polarization Raman spectroscopy was measured while changing the polarization direction from 0 ° to 150 at 30 ° intervals. Regarding the Raman band intensity around 1600 cm −1 derived from the C = C stretching vibration of the aromatic ring, if the polarization direction fluctuated by ± 20% or more, described as “A” in Tables 1 and 2 as anisotropic, When the fluctuation range of any of the measured polarization directions from 0 ° to 150 ° was 20% or less, “B” is described in Tables 1 and 2 as “no anisotropy”.

(16)耐熱性測定
一方向プリプレグを所定の大きさにカットし、一方向に12枚積層した後、真空バッグを行い、オートクレーブを用いて、温度180℃、圧力0.59MPa、2時間で硬化させ、一方向強化材(炭素繊維複合材料)を得た。この一方向強化材を0°方向を試験片の長さ方向にして、長さ50.0mm、幅12.7mmの矩形試験片を切り出した。得られた0°方向試験片を、40℃〜300℃において5℃/分、昇温過程の捻りひずみDMA測定を行った。得られた貯蔵弾性率変化曲線に対して、2つの直線部を延長した交点をガラス転移温度とした。2つの直線部とは、急激に貯蔵弾性率が低下する前の直線部と、貯蔵弾性率が急激に低下する過程にあらわれる直線部のことである。
(16) Measurement of heat resistance One-way prepreg is cut to a predetermined size, and after laminating 12 sheets in one direction, a vacuum bag is performed, and cured at a temperature of 180 ° C. and a pressure of 0.59 MPa for 2 hours using an autoclave. Then, a unidirectional reinforcing material (carbon fiber composite material) was obtained. A rectangular test piece having a length of 50.0 mm and a width of 12.7 mm was cut out from the unidirectional reinforcing material with the 0 ° direction as the length direction of the test piece. The obtained 0 ° direction test piece was subjected to a torsional strain DMA measurement in the temperature rising process at 5 ° C./min at 40 ° C. to 300 ° C. With respect to the obtained storage elastic modulus change curve, the intersection between the two linear portions was defined as the glass transition temperature. The two straight portions are a straight portion before the storage elastic modulus sharply decreases and a straight portion appearing in the process where the storage elastic modulus sharply decreases.

(実施例1〜16、比較例1〜5)
表1および表2の配合比に従って上記(9)エポキシ樹脂組成物の調製の手順で炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物を作製した。得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、上記(10)プリプレグの作製の手順でプリプレグを得た。得られたプリプレグを用いて、上記の(11)モードI層間靭性(GIC)試験用複合材料製平板の作製とGIC測定、(12)0°引張強度試験用複合材料製平板の作製と測定、(13)偏光顕微鏡による観察、(14)X線回折による回折角度2θの測定、(15)偏光ラマン分光による樹脂組成物中の異方性の測定を行った。結果を表1に示す。
(Examples 1 to 16, Comparative Examples 1 to 5)
An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material was prepared in accordance with the procedure (9) for preparing the epoxy resin composition according to the mixing ratios in Tables 1 and 2. Using the obtained epoxy resin composition, a prepreg was obtained by the procedure of the above-mentioned (10) Preparation of prepreg. Using the obtained prepreg, the above (11) Mode I Interlaminar toughness (G IC) Preparation and G IC measurement of the test composite made flat, (12) 0 ° tensile Preparation of strength test composite material made flat and Measurement, (13) observation with a polarizing microscope, (14) measurement of a diffraction angle 2θ by X-ray diffraction, and (15) measurement of anisotropy in the resin composition by polarized Raman spectroscopy. Table 1 shows the results.

実施例の各種測定結果は表1、比較例の各種測定結果は表2に示す通りであり、実施例1〜16のように高次構造を有する樹脂組成物と好ましい表面酸素濃度を有する炭素繊維の組合せにより、優れたモードI層間靱性GIC、0°圧縮強度、耐熱性が得られた。 Various measurement results of the examples are as shown in Table 1 and various measurement results of the comparative examples are as shown in Table 2. As in Examples 1 to 16, a resin composition having a higher-order structure and a carbon fiber having a preferable surface oxygen concentration are provided. By the combination of the above, excellent mode I interlayer toughness G IC , 0 ° compression strength, and heat resistance were obtained.

比較例1は、本発明における構成要素[A]、[B]、[C]を用いているが、樹脂組成物の硬化物が高次構造を形成していない場合である。比較例1は、同じ構成要素[A]および[C]を用いた実施例1と比較して0°圧縮強度が同等でありながら、大幅にモードI層間靱性GICが低く、本発明により特にモードI層間靱性GICが飛躍的に向上していることがわかる。 Comparative Example 1 is a case where the constituent elements [A], [B], and [C] of the present invention are used, but the cured product of the resin composition does not form a higher-order structure. Comparative Example 1 has significantly lower mode I interlaminar toughness G IC while having the same 0 ° compressive strength as Example 1 using the same components [A] and [C]. mode I interlayer toughness G IC it can be seen that has been dramatically improved.

また、比較例2および3は、本発明における構成要素[B]および[C]を用い、樹脂組成物の硬化物は高次構造形成している場合であるが、構成要素[A]の表面酸素濃度が低く、本発明の構成要素[A]の要件を満たさない場合である。この場合、構成要素[B]および[C]がそれぞれ同一の実施例1および実施例7と比較して、大幅にモードI層間靱性GICが低く、本発明の構成要素[A]要件を満たすことによりモードI層間靱性GICが飛躍的に向上していることがわかる。 In Comparative Examples 2 and 3, the components [B] and [C] of the present invention were used, and the cured product of the resin composition had a higher-order structure. This is the case where the oxygen concentration is low and the requirement of the component [A] of the present invention is not satisfied. In this case, the mode I interlayer toughness G IC is significantly lower than those of Examples 1 and 7 in which the components [B] and [C] are the same, respectively, and satisfies the requirement of the component [A] of the present invention. it can be seen that the mode I interlayer toughness G IC is dramatically improved by.

比較例4および5は、本発明の構成要素[A]と[B]を用い、樹脂組成物の硬化物が高次構造形成している場合であるが、構成要素[C]の要件を満たさない硬化剤を用いた場合である。高次構造形成していることにより、モードI層間靱性GICは、非高次構造形成の場合と比較して高い値であるが、それぞれ同一の構成要素[A]と[B]を用いた実施例4および3と比較して、特に0°圧縮強度、耐熱性が低く、本発明の構成要素[C]を満たす硬化剤によって、0°圧縮強度、耐熱性を向上させられることが分かる。 Comparative Examples 4 and 5 are cases in which the cured product of the resin composition forms a higher-order structure using the components [A] and [B] of the present invention, but satisfies the requirements of the component [C]. This is the case when no curing agent is used. By that conformation formed, mode I interlayer toughness G IC is a high value as compared with the case of non-conformational form, respectively the same components [A] with [B] Compared with Examples 4 and 3, it can be seen that the 0 ° compressive strength and the heat resistance are particularly improved by the curing agent satisfying the component [C] of the present invention because of the low 0 ° compressive strength and the heat resistance.

実施例9は、本発明の構成要素[C]として、分子構造内に六員環を3つもつ硬化剤を用いた場合である。この場合、高次構造形成によって、高いモードI層間靱性GICと剛直骨格硬化剤によって比較例5と比較した際の高い0°圧縮強度を発現することが分かったが、同一の構成要素[A]および[B]を用いた実施例6と比較して0°圧縮強度は低い値になった。樹脂組成物の硬化物中にわずかに溶け残った構成要素[C]が原因と考えられる。溶け残りを生じさせないという観点から、構成要素[C]は、分子構造中に六員環構造を2つ.有するものが好ましい。 Example 9 is a case where a curing agent having three six-membered rings in the molecular structure was used as the component [C] of the present invention. In this case, the higher-order structure formation, was found to express high 0 ° compression strength when compared with Comparative Example 5 by the high mode I interlayer toughness G IC and rigid skeleton curing agent, the same elements [A ] And [B], the 0 ° compressive strength was lower than that of Example 6. It is considered that the component [C] slightly dissolved in the cured product of the resin composition is the cause. From the viewpoint of not causing undissolved residue, the constituent element [C] preferably has two six-membered ring structures in the molecular structure.

実施例10と実施例1、13、15を比較すると、構成要素[B]として、単体で液晶性を示すエポキシ樹脂に加えて単体で液晶性を示さないエポキシ樹脂を構成要素[B]全体100質量部に対して1〜25質量部含むことで、耐熱性を維持しつつ、モードI層間靭性(GIC)、0°圧縮強度が向上し、より好適であることが分かる。 Comparing Example 10 with Examples 1, 13 and 15, it can be seen that, as a component [B], an epoxy resin that does not exhibit liquid crystallinity alone as well as an epoxy resin that exhibits no liquid crystallinity alone is used as the component [B]. By including 1 to 25 parts by mass with respect to the parts by mass, the mode I interlayer toughness (G IC ) and 0 ° compression strength are improved while maintaining the heat resistance, and it can be seen that this is more preferable.

Claims (10)

下記構成要素[A]〜[C]を含み、かつ条件[I]および[II]を満たすプリプレグ。
[A]:炭素繊維
[B]:エポキシ樹脂
[C]:一般式(1)で示される構造を有する硬化剤。
(一般式(1)中、Xは、単結合、もしくは群(I)から1つ選ばれる。P、Pは同一であっても相異なっていてもよく、群(II)に示される構造のいずれかから選ばれる。群(II)中のWは各々独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜8の脂肪族アルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、又はアセチル基を示す。nは各々独立に0〜4の整数を示す。置換基Wは、全てが同一であっても異なっていてもよく、あるいは一部が同一であってもよい。群(II)におけるXは、群(I)から1つ選ばれる。F、Fはエポキシ基と反応可能な活性基であり、群(II)から選ばれる六員環に直接結合している。)
[I]:X線光電子分光法により測定される[A]の表面酸素濃度O/Cが0.10以上である。
[II]:構成要素[B]および[C]を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物がクロスニコル状態での偏光顕微鏡観察にて干渉模様を示す分子異方性を有する樹脂領域を含む。
A prepreg comprising the following components [A] to [C] and satisfying the conditions [I] and [II].
[A]: carbon fiber [B]: epoxy resin [C]: a curing agent having a structure represented by the general formula (1).
(In the general formula (1), X 1 is a single bond or one selected from the group (I). P 1 and P 2 may be the same or different, and are represented by group (II). W in group (II) is each independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an aliphatic alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom, A bromine atom, an iodine atom, a cyano group, a nitro group, or an acetyl group, n each independently represents an integer of 0 to 4. The substituents W may be all the same or different, or X 2 in group (II) is selected from group (I), and F 1 and F 2 are active groups capable of reacting with an epoxy group, and group (II) Directly bonded to a six-membered ring selected from.)
[I]: The surface oxygen concentration O / C of [A] measured by X-ray photoelectron spectroscopy is 0.10 or more.
[II]: A cured product of the epoxy resin composition containing the components [B] and [C] includes a resin region having molecular anisotropy showing an interference pattern when observed under a polarizing microscope in a crossed Nicols state.
以下の条件[III]を満たす、請求項1に記載のプリプレグ。
[III]:構成要素[B]および[C]を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物が、広角X線回折によって、確認される回折角度2θ=1.0°〜6.0°に由来する高次構造を有する。
The prepreg according to claim 1, which satisfies the following condition [III].
[III]: The cured product of the epoxy resin composition containing the components [B] and [C] has a high angle derived from the diffraction angle 2θ = 1.0 ° to 6.0 ° confirmed by wide-angle X-ray diffraction. It has the following structure.
以下の条件[IV]を満たす、請求項1または2に記載のプリプレグ。
[IV]:構成要素[B]および[C]を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物が、窒素雰囲気下での示差走査熱量分析において昇温速度を5℃/分として50℃から400℃まで昇温した際に250℃以上の範囲に高次構造の相転移に由来した吸熱ピークを有する。
The prepreg according to claim 1 or 2, which satisfies the following condition [IV].
[IV]: The cured product of the epoxy resin composition containing the constituent elements [B] and [C] is heated from 50 ° C. to 400 ° C. at a rate of 5 ° C./min in a differential scanning calorimetry under a nitrogen atmosphere. When heated, it has an endothermic peak in the range of 250 ° C. or higher due to a phase transition of a higher-order structure.
構成要素[B]が、一般式(2)で示される構造を有するエポキシ樹脂を含む、請求項1〜3のいずれかに記載のプリプレグ。
(一般式(2)中Q、Q、Qはそれぞれ群(III)より選択される1種の構造を含む。一般式(2)中のR、Rはそれぞれ炭素数1〜6のアルキレン基を示す。群(III)中のZは各々独立に、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜8の脂肪族アルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、シアノ基、ニトロ基、又はアセチル基を示す。nは各々独立に0〜4の整数を示す。一般式(2)および群(III)中のY、Y、Yは、単結合もしくは群(IV)から1つ選択される。)
The prepreg according to any one of claims 1 to 3, wherein the component [B] includes an epoxy resin having a structure represented by the general formula (2).
(In the general formula (2), Q 1 , Q 2 and Q 3 each include one kind of structure selected from the group (III). In the general formula (2), R 1 and R 2 each have 1 to 1 carbon atoms. And Z represents an alkylene group of 6. Each Z in group (III) is independently an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, an aliphatic alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom, or a bromine atom. , Iodine atom, cyano group, nitro group, or acetyl group, n independently represents an integer of 0 to 4. In the general formula (2) and group (III), Y 1 , Y 2 , and Y 3 represent , One selected from a single bond or group (IV).)
構成要素[B]が、一般式(2)で示される構造を有するエポキシ樹脂の一部がプレポリマー化したエポキシ樹脂を含む、請求項1〜4のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 4, wherein the component [B] includes an epoxy resin in which a part of an epoxy resin having a structure represented by the general formula (2) is prepolymerized. 構成要素[C]の一般式(1)におけるF、Fがともにアミノ基である、請求項1〜5のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 5, wherein both F 1 and F 2 in the general formula (1) of the constituent element [C] are amino groups. 構成要素[C]の分子構造中に含まれる六員環の数が2つである、請求項1〜6のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 6, wherein the number of six-membered rings contained in the molecular structure of the constituent element [C] is two. 構成要素[C]が、ジアミノフェニルベンゾエイト、ジアミノベンズアニリド、ジアミノベンジリデンアニリン、ジアミノジフェニルアセチレン、ジアミノビフェニルの中から選ばれる、請求項1〜7のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 7, wherein the component [C] is selected from diaminophenylbenzoate, diaminobenzanilide, diaminobenzylideneaniline, diaminodiphenylacetylene, and diaminobiphenyl. 構成要素[B]が、単体では液晶性を示さないエポキシ樹脂を構成要素[B]全体100質量部に対して1〜25質量部含む、請求項1〜8のいずれかに記載のプリプレグ。 The prepreg according to any one of claims 1 to 8, wherein the component [B] contains 1 to 25 parts by mass of an epoxy resin that does not exhibit liquid crystallinity by itself with respect to 100 parts by mass of the entire component [B]. 請求項1〜9のいずれかに記載のプリプレグが硬化されてなる炭素繊維強化複合材料。 A carbon fiber reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to claim 1.
JP2019144267A 2018-08-21 2019-08-06 Prepregs and carbon fiber reinforced composites Active JP7287171B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018154423 2018-08-21
JP2018154423 2018-08-21

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2020029553A true JP2020029553A (en) 2020-02-27
JP2020029553A5 JP2020029553A5 (en) 2022-08-01
JP7287171B2 JP7287171B2 (en) 2023-06-06

Family

ID=69623870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019144267A Active JP7287171B2 (en) 2018-08-21 2019-08-06 Prepregs and carbon fiber reinforced composites

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7287171B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114428077A (en) * 2020-09-30 2022-05-03 中国石油化工股份有限公司 Method for analyzing rubber particles in polymer material

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059755A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-22 Nippon Steel Chemical Co., Ltd. Crystalline resin cured product, crystalline resin composite body and method for producing the same
JP2013119608A (en) * 2011-12-08 2013-06-17 Nippon Steel & Sumikin Chemical Co Ltd Epoxy resin, epoxy resin composition and cured product thereof
WO2013099707A1 (en) * 2011-12-27 2013-07-04 東レ株式会社 Carbon fiber coated with sizing agent, process for producing carbon fiber coated with sizing agent, prepreg, and carbon fiber reinforced composite material
JP2014074255A (en) * 2012-09-14 2014-04-24 Toray Ind Inc Siding agent application carbon fiber, production method of siding agent application carbon fiber, prepreg, and carbon fiber reinforced composite material
JP2016204606A (en) * 2015-04-28 2016-12-08 Tdk株式会社 Resin composition, resin sheet, resin cured article, and resin substrate
WO2017221810A1 (en) * 2016-06-22 2017-12-28 日立化成株式会社 Gas-barrier material, resin composition, gas-barrier object, cured object, and composite material
WO2018168556A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 日立化成株式会社 Epoxy resin, epoxy resin composition, epoxy resin cured product, and composite material

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059755A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-22 Nippon Steel Chemical Co., Ltd. Crystalline resin cured product, crystalline resin composite body and method for producing the same
JP2013119608A (en) * 2011-12-08 2013-06-17 Nippon Steel & Sumikin Chemical Co Ltd Epoxy resin, epoxy resin composition and cured product thereof
WO2013099707A1 (en) * 2011-12-27 2013-07-04 東レ株式会社 Carbon fiber coated with sizing agent, process for producing carbon fiber coated with sizing agent, prepreg, and carbon fiber reinforced composite material
JP2014074255A (en) * 2012-09-14 2014-04-24 Toray Ind Inc Siding agent application carbon fiber, production method of siding agent application carbon fiber, prepreg, and carbon fiber reinforced composite material
JP2016204606A (en) * 2015-04-28 2016-12-08 Tdk株式会社 Resin composition, resin sheet, resin cured article, and resin substrate
WO2017221810A1 (en) * 2016-06-22 2017-12-28 日立化成株式会社 Gas-barrier material, resin composition, gas-barrier object, cured object, and composite material
WO2018168556A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 日立化成株式会社 Epoxy resin, epoxy resin composition, epoxy resin cured product, and composite material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114428077A (en) * 2020-09-30 2022-05-03 中国石油化工股份有限公司 Method for analyzing rubber particles in polymer material
CN114428077B (en) * 2020-09-30 2024-04-19 中国石油化工股份有限公司 Method for analyzing rubber particles in polymer material

Also Published As

Publication number Publication date
JP7287171B2 (en) 2023-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6516066B2 (en) Prepreg and carbon fiber reinforced composite material
JP7206910B2 (en) Prepregs and carbon fiber reinforced composites
US20210115208A1 (en) Prepreg and carbon fiber reinforced material
JP5003827B2 (en) Epoxy resin composition for carbon fiber reinforced composite material, prepreg and carbon fiber reinforced composite material
RU2605424C2 (en) Composition based on epoxy resins and film, prepreg and fibre-reinforced plastic obtained using said composition
KR101911976B1 (en) Prepreg and fiber-reinforced composite material
WO2014112180A1 (en) Epoxy resin composition, prepreg, and carbon-fiber-reinforced composite material
WO2014115762A1 (en) Sizing-agent-coated carbon fibre bundle, carbon-fibre-bundle production method, and prepreg
WO2010109929A1 (en) Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite material, prepreg, and fiber-reinforced composite material
JPWO2007060833A1 (en) Carbon fiber bundles, prepregs and carbon fiber reinforced composite materials
KR20150113015A (en) Pre-preg, fiber-reinforced composite material, and thermoplastic resin particles
JP7063021B2 (en) Prepreg and carbon fiber reinforced composites
JP5516768B2 (en) Prepreg and carbon fiber reinforced composites
JP2014181418A (en) Sizing agent-coated carbon fiber, method for manufacturing sizing agent-coated carbon fiber, prepreg, and carbon fiber-reinforced composite material
JP7287171B2 (en) Prepregs and carbon fiber reinforced composites
JP5561390B2 (en) Prepreg and carbon fiber reinforced composites
JP2019210335A (en) Prepreg
JP2009215481A (en) Prepreg and fiber-reinforced composite material
JP2004051660A (en) Prepreg and its production method
JP2003064199A (en) Prepreg and tubular body made of fiber-reinforced composite material

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220722

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220722

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230412

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230425

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230508

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7287171

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151