JP2020097694A - 繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物および、繊維強化複合材料用プリフォームならびに繊維強化複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、常温での取り扱い性および強化繊維基材への含浸性に優れ、複合材料とした時の外観に優れるエポキシ樹脂組成物、および、それを用いてなるエポキシ樹脂硬化物、プリフォーム、繊維強化複合材料を提供することを課題とする。【解決手段】成分［Ａ］、成分［Ｂ］を含み、硬化剤成分を実質的に含まないエポキシ樹脂組成物であり、結晶性成分を７０質量％以上含み、かつ２５℃における複素粘度η＊が１×１０７Ｐａ・ｓ以上である、繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂成分［Ｂ］：硬化触媒【選択図】なし

Description

本発明は、繊維強化複合材料に用いられるエポキシ樹脂組成物、およびそれを用いてなる繊維強化複合材料用プリフォームならびに繊維強化複合材料に関する。

強化繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化複合材料は、強化繊維とマトリックス樹脂の利点を生かした材料設計ができるため、航空宇宙分野を始め、スポーツ分野および一般産業分野などに用途が拡大されている。

強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維およびボロン繊維などが用いられる。また、マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれも用いられるが、強化繊維への含浸が容易な熱硬化性樹脂が用いられることが多い。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂およびシアネート樹脂などが用いられる。中でも樹脂と強化繊維との接着性や寸法安定性、および得られる繊維強化複合材料の強度や剛性といった観点からエポキシ樹脂が好適に用いられる。

一般的に繊維強化複合材料の製造には、プリプレグ法、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およびＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ：樹脂注入成形）法、フィルムバッグ成形法、プレス成形法などの方法が適用される。特に、生産性が求められる場合には、生産性に優れるＲＴＭ成形法やフィルムバッグ成形法、プレス成形法が好ましく用いられる。

とりわけ炭素繊維強化複合材料をはじめとした繊維強化複合材料は、近年、特に航空機用途および自動車用途向けに需要が拡大している。これら用途において、より汎用的に繊維強化複合材料を適用するために、低コスト、低環境負荷である材料が求められている。

上記のような、従来の繊維強化複合材料の製造方法に使用しているマトリックス樹脂は、強化繊維基材への含浸性を十分とするため、常温において液状や半固形状の樹脂を使用している。常温で液状や半固形状の樹脂を使用する際には、樹脂調合設備や樹脂注入設備内に樹脂が残存しやすいため、ロスが多く発生し、液状や半固形状は取扱い難い形態である。また、例えばプリプレグ法を適用する場合、まずマトリックス樹脂のフィルムを作製し、続いて作製したフィルムを強化繊維に含浸させる工程となるが、樹脂フィルム作製時には離型性のあるフィルム等の副資材が必要となることが多く、コストが嵩みやすい。また、常温で液状や半固形状の樹脂組成物とするためには、常温で固形状の成分を多量に配合することは難しい。

一方、電気・電子部品の分野においては、常温で取扱い性の良い固形状のエポキシ樹脂組成物を使用し、圧縮成形によって半導体を封止する方法が良く知られている。圧縮成形による半導体封止方法は、加熱プレス成形機の上型下面に半導体基板を取り付け、下型の上面内に固形状のエポキシ樹脂組成物を投入し、固形状の樹脂組成物を溶融させながら、型締めによって半導体基板表面を封止する方法である。

そのような固形状の樹脂組成物を用いて繊維強化複合材料を製造する場合、樹脂の繊維基材への含浸性を十分とすることが難しくなりやすい。含浸性は繊維強化複合材料の特性に大きく関わる要素であり、常温での特性と含浸性を両立できるマトリックス樹脂が求められる。

特許文献１には、結晶性エポキシ樹脂と結晶性フェノール硬化剤または結晶性アミン硬化剤、イミダゾール硬化触媒に溶剤を加えてワニスとし、繊維基材に含浸させ、樹脂を半硬化させて得られるプリプレグが開示されている。

特許文献２には、結晶性エポキシ樹脂と結晶性フェノール硬化剤または結晶性酸無水物硬化剤、リン系硬化触媒からなるエポキシ粉体組成物が開示されている。

特許文献３には、結晶性エポキシ樹脂とフェノールノボラック硬化剤または結晶性酸無水物硬化剤、イミダゾール触媒からなる粉末状エポキシ樹脂組成物が開示されている。

国際公開第２００８／０１８３６４号 特開平８−３１１１５８号公報 特公平３−２９０９８号

特許文献１に記載の材料は、結晶性エポキシ樹脂に対して結晶性硬化剤が融解しにくく、繊維基材への含浸性に劣るものであった。

特許文献２に記載の材料も、結晶性エポキシ樹脂に対して結晶性フェノール硬化剤が融解しにくく、繊維基材への含浸性に劣るものであった。

特許文献３に記載の材料は、フェノールノボラック硬化剤の溶融粘度が高く、やはり強化繊維基材への含浸性に劣る材料であった。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を改良し、常温での取り扱い性および強化繊維基材への含浸性に優れ、複合材料とした時の外観に優れるエポキシ樹脂組成物、および、それを用いてなるエポキシ樹脂硬化物、プリフォーム、繊維強化複合材料を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は以下の構成からなる。

（１）成分［Ａ］、成分［Ｂ］を含み、硬化剤成分を実質的に含まないエポキシ樹脂組成物であり、結晶性成分を７０質量％以上含み、かつ２５℃における複素粘度η^＊が１×１０^７Ｐａ・ｓ以上である、繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物（以下、単に「エポキシ樹脂組成物」ということがある）。

成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂
成分［Ｂ］：硬化触媒
（２）前記（１）に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物とドライ強化繊維基材とを有する、繊維強化複合材料用プリフォーム（以下、単に「プリフォーム」ということがある）。

（３）前記（２）に記載のプリフォームのエポキシ樹脂組成物がドライ強化繊維基材に含浸および硬化されてなる、繊維強化複合材料。

本発明によれば、常温での取り扱い性および強化繊維基材への含浸性に優れ、複合材料とした時の外観に優れるエポキシ樹脂組成物、およびそれを用いてなるプリフォームならびに繊維強化複合材料が得られる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について説明する。

本発明の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物は、成分［Ａ］、成分［Ｂ］を含み、硬化剤成分を実質的に含まないエポキシ樹脂組成物であり、結晶性成分を７０質量％以上含み、かつ２５℃における複素粘度η^＊が１×１０^７Ｐａ・ｓ以上である、繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物である。

成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂
成分［Ｂ］：硬化触媒
本発明のエポキシ樹脂組成物に用いられる成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂は、一分子内に１個以上のエポキシ基を有し、かつ結晶性を有する化合物である。結晶性エポキシ樹脂は一分子内に１個以上のエポキシ基を有し、かつ結晶性を有する化合物１種類のみからなるものでも良く、複数種の混合物であっても良い。

ここで結晶性を有するとは、常温以上の温度に融点を有し、常温で固体の成分のことである。融点は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１：２０１２に従って、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により求めることができる。結晶性成分を窒素雰囲気下において昇温測定を行い、得られたＤＳＣ曲線における吸熱ピークの頂点温度を融点として得ることができる。なお、常温とは２５℃を指す。

成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂を含むことにより、常温での取り扱い性が良く、結晶性エポキシ樹脂の剛直な骨格により耐熱性を維持することができる。

本発明に好適に用いられる結晶性エポキシ樹脂は、水酸基を複数有するフェノール化合物から得られる芳香族グリシジルエーテル、水酸基を複数有するアルコール化合物から得られる脂肪族グリシジルエーテル、アミン化合物から得られるグリシジルアミン、カルボキシル基を複数有するカルボン酸化合物から得られるグリシジルエステルなどのうち、結晶性を有する種々のエポキシ樹脂が挙げられる。具体的には、特に限定されるものではないが、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、チオエーテル型エポキシ樹脂、フェニレンエーテル型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、テレフタル酸型エポキシ樹脂、イソシアヌル酸型エポキシ樹脂、フタルイミド型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂などである。

成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂の中でも、耐熱性や力学特性の観点で一分子内に２個以上のエポキシ基を有し、かつ結晶性を有する化合物を用いることが好ましい。中でも特に、耐熱性や取り扱い性の観点で、ビスフェノール型エポキシ樹脂および／またはビフェニル型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。

成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂組成物１００質量％中に７０質量％以上含まれることが好ましく、８０質量％以上含まれることがより好ましい。エポキシ樹脂組成物１００質量％中に７０質量％以上含むことにより、常温での樹脂組成物の取り扱い性および、強化繊維基材への含浸性に優れやすくなる。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂と併用して他のエポキシ樹脂を含んでもよい。他のエポキシ樹脂は、一分子内に１個以上のエポキシ基を有する化合物であり、常温で液状、半固形、ガラス状固形、結晶のいずれの形態であってもよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物に用いられる成分［Ｂ］：硬化触媒は、エポキシ樹脂の単独硬化反応を速やかに円滑にする成分である。硬化触媒を含むことにより、溶融したエポキシ樹脂組成物を硬化させることが可能になる。

本発明に用いることのできる硬化触媒としては、特に限定されるものではないが、イミダゾール類、３級アミン、有機リン化合物、ウレア化合物、アンモニウム塩、スルホニウム塩、ハロゲン化ホウ素アミン錯体およびこれらいずれかの誘導体などの内、エポキシ樹脂の単独硬化反応を進行させるものが挙げられる。特に、硬化性と安定性のバランスの観点で、イミダゾール類、３級アミンおよびそれらいずれかの誘導体からなる群から選択される少なくとも１種を使用することが好ましい。

成分［Ｂ］：硬化触媒は、エポキシ樹脂１００質量部に対し、０．１〜１０質量部含まれることが好ましく、０．５〜５質量部含まれることがより好ましい。エポキシ樹脂１００質量部に対し、０．１〜１０質量部含まれることにより、常温でのエポキシ樹脂組成物の安定性を確保しながら、十分な生産性で硬化することができる場合がある。

さらに成分［Ｂ］：硬化触媒は、結晶性硬化触媒であることが好ましい。結晶性硬化触媒は、常温以上の温度に融点を有し、常温で固体の硬化触媒のことである。結晶性硬化触媒であることにより、常温での取り扱い性および安定性が向上する場合がある。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬化剤成分を実質的に含まない。硬化剤成分とは、エポキシ基と反応し得る活性基を有し、共有結合を形成することによりエポキシ樹脂組成物を硬化させる成分である。硬化成分を実質的に含まないことにより、エポキシ樹脂組成物中の成分の大部分がエポキシ樹脂となり、樹脂組成物の均一性に優れるため、繊維強化基材への含浸性に優れる樹脂組成物となる。なお、実質的に含まないとは、含浸性やその他の特性に影響を及ぼさない範囲のごく少量の硬化成分は含んでも良いことを表し、本発明においては、エポキシ樹脂組成物１００質量部中に３質量部以下であれば含んでもよい。

通常、エポキシ樹脂の硬化成分としては、アミン系、フェノール系、酸無水物系、メルカプタン系の硬化成分などが用いられる。アミン系の硬化成分は、ジシアンジアミド、芳香族ポリアミン、脂肪族アミン、アミノ安息香酸エステル類、チオ尿素付加アミン、ヒドラジドなどを例示できる。フェノール系の硬化成分は、ビスフェノール、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などを例示できる。酸無水物系の硬化成分は、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、カルボン酸無水物などを例示できる。メルカプタン系の硬化成分は、ポリメルカプタン、ポリスルフィド樹脂などを例示できる。

かかるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂組成物中、全ての結晶性成分の含有量が７０質量％以上であり、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましい。ここで、全ての結晶性成分の含有量とは、複数の異なる結晶性成分を含む場合（具体的には、成分［Ａ］、成分［Ｂ］、および、その他常温以上の温度に融点を有し、常温で固体の成分を含む場合）には、それらの合計の含有量を意味する。結晶性成分の合計の含有量が７０質量％以上となることで、エポキシ樹脂組成物の常温での取り扱い性に優れるとともに、加熱溶融した際のドライ強化繊維への含浸性に優れる。

また、かかるエポキシ樹脂組成物は、成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂が複数の種類からなる場合、それら融点の差が０〜６０℃であることが好ましく、０〜５０℃であることがより好ましく、０〜４０℃であることがさらに好ましい。複数種の成分［Ａ］の間の融点の差が６０℃よりも大きくなると、得られる硬化物が不均一となる場合がある。なお、成分［Ａ］が３種類以上からなる場合、最も融点の差が大きくなる組み合わせでの融点の差を指す。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、２５℃における複素粘度η^＊が１×１０^７Ｐａ・ｓ以上であり、３×１０^７Ｐａ・ｓ以上であることが好ましい。２５℃における複素粘度η^＊が１×１０^７Ｐａ・ｓ以上であることにより、常温ではエポキシ樹脂組成物が容易には流動せず、取り扱い性が良くなる。なお、エポキシ樹脂組成物の複素粘度η^＊は、樹脂サンプルをパラレルプレートにセットし動的粘弾性測定装置を用いて測定できる。

なお、本発明のエポキシ樹脂組成物の調製方法は、特に限定されるものではないが、例えば構成する成分を一旦加熱相溶した後、冷却して再結晶化することでエポキシ樹脂組成物としてもよいし、構成する成分を粉体状として粉体を圧着することでエポキシ樹脂組成物としてもよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、ドライ強化繊維基材と組み合わせたプリフォームとして用いることが好ましい。本発明のプリフォームは、エポキシ樹脂組成物がドライ強化繊維基材の表面に、直接もしくは間接的に接触した形態である。例えば、ドライ強化繊維基材の上にエポキシ樹脂組成物が存在する形態であってもよいし、エポキシ樹脂組成物の上にドライ強化繊維基材が存在する形態であってもよいし、それを積層した形態であってもよい。また、エポキシ樹脂組成物とドライ強化繊維基材が、フィルムや不織布などを介して間接的に接触した形態であっても良い。

本発明にかかるドライ強化繊維基材には、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維およびボロン繊維等、種々の有機および無機繊維が用いられる。中でも、軽量でありながら、強度や、弾性率等の力学物性が優れる繊維強化複合材料が得られるという理由から、炭素繊維が好適に用いられる。

なお、本発明において、ドライ強化繊維基材とは、強化繊維基材にマトリックス樹脂が含浸していない状態の強化繊維基材を指す。したがって、本発明のプリフォームは、マトリックス樹脂が強化繊維に含浸されたプリプレグとは異なるものである。ただし、本発明におけるドライ強化繊維基材は、少量のバインダーが含浸していてもかまわない。なお、バインダーとは、積層したドライ強化繊維基材の層間をバインドする成分であり、硬化剤や触媒を含まない熱可塑性樹脂からなる成分が好ましい。また、後述する本発明の繊維強化複合材料においては、エポキシ樹脂組成物が含浸され、それが硬化されている状態であるから、ドライ強化繊維とは言わない。

本発明におけるドライ強化繊維は、短繊維および連続繊維いずれであってもよく、両者を併用することもできる。高い繊維体積含有率（高Ｖｆ）の繊維強化複合材料を得るためには、連続繊維が好ましく用いられる。

本発明におけるドライ強化繊維はストランドの形態で用いられることもあるが、ドライ強化繊維をマット、織物、ニット、ブレイド、および一方向シート等の形態に加工したドライ強化繊維基材が好適に用いられる。中でも、高Ｖｆの繊維強化複合材料が得やすく、かつ取扱い性に優れた織物が好適に用いられる。

本発明の繊維強化複合材料とした時に、高い比強度、あるいは比弾性率をもつためには、強化繊維の繊維体積含有率Ｖｆが、好ましくは３０〜８５％であり、より好ましくは３５〜７０％の範囲内である。ここで言う、繊維強化複合材料の繊維体積含有率Ｖｆとは、ＡＳＴＭ Ｄ３１７１（１９９９）に準拠して、下記により定義され、測定される値である。つまり、ドライ強化繊維基材にエポキシ樹脂組成物を含浸させ、当該組成物を硬化した後の状態で測定される値をいう。よって、繊維強化複合材料の繊維体積含有率Ｖｆの測定は、繊維強化複合材料の厚みｈから、下記式（２）を用いて表すことができる。
・繊維体積含有率Ｖｆ（％）＝（Ａｆ×Ｎ）／（ρｆ×ｈ×１０） ・・・（２）
・Ａｆ：ドライ強化繊維基材１枚・１ｍ^２当たりの質量（ｇ／ｍ^２）
・Ｎ：ドライ強化繊維基材の積層枚数（枚）
・ρｆ：ドライ強化繊維基材の密度（ｇ／ｃｍ^３）
・ｈ：繊維強化複合材料（試験片）の厚み（ｍｍ）。

ドライ強化繊維基材１枚・１ｍ^２当たりの質量Ａｆや、ドライ強化繊維基材の積層枚数Ｎおよびドライ強化繊維基材の密度ρｆが明らかでない場合は、ＪＩＳ Ｋ ７０７５（１９９１）に基づく燃焼法、硝酸分解法および硫酸分解法のいずれかにより、繊維強化複合材料の繊維体積含有率を測定する。この場合に用いられる強化繊維の密度は、ＪＩＳ Ｒ ７６０３（１９９９）に基づき測定した値を用いる。

具体的な繊維強化複合材料の厚みｈの測定方法としては、ＪＩＳ Ｋ ７０７２（１９９１）に記載されているように、ＪＩＳ Ｂ ７５０２（１９９４）に規定のマイクロメーターまたはこれと同等以上の精度をもつもので測定することが好ましい。繊維強化複合材料が複雑な形状をしていて、厚みの測定ができない場合には、繊維強化複合材料からサンプル（測定用としてのある程度の形と大きさを有しているサンプル）を切り出して、測定するのが望ましい。

本発明の繊維強化複合材料は、ドライ強化繊維基材、及び、エポキシ樹脂組成物の硬化物からなり、エポキシ樹脂組成物がドライ強化繊維基材に含浸され、それが硬化されてなるものである。つまり本発明のエポキシ樹脂組成物をドライ強化繊維基材に含浸させ、成形し、エポキシ樹脂組成物を硬化させることで、本発明の繊維強化複合材料を得ることができる。

本発明の繊維強化複合材料の製造には、プレス成形法やフィルムバッグ成形法、オートクレーブ成形法など種々の方法を用いることができる。これらのうち、生産性や成形体の形状自由度という観点から、特にプレス成形法およびフィルムバッグ成形法が好適に用いられる。

フィルムバッグ成形法は、剛体オープンモールドと可撓性のフィルムの間にエポキシ樹脂組成物とドライ強化繊維基材から構成されるプリフォームを配置し、内部を真空吸引して、大気圧を付与しつつ加熱成形する、あるいは、気体や液体により加圧しつつ加熱成形することが好ましく例示される。

プレス成形法の一例を用いて、本発明の繊維強化複合材料の製造方法について説明する。本発明の繊維強化複合材料は、特定温度に加熱した成形型内に、エポキシ樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなる繊維強化複合材料用プリフォームを配置した後、プレスで加圧・加熱することにより、樹脂組成物が溶融し、強化繊維基材に含浸した後、そのまま硬化することにより製造することができる。

成形型の温度は、ドライ強化繊維基材への含浸性の点から、使用する樹脂組成物の複素粘度η^＊が１×１０^１Ｐａ・ｓまで低下する温度以上の温度とすることが好ましい。

以下、実施例により、本発明についてさらに詳細に説明する。

＜樹脂原料＞
各実施例のエポキシ樹脂組成物を得るために、次の樹脂原料を用いた。表１中のエポキシ樹脂組成物の含有割合の単位は、特に断らない限り「質量部」を意味する。

１．成分[Ａ]：結晶性エポキシ樹脂
・“ｊＥＲ（登録商標）”ＹＸ４０００（三菱化学（株）製）：ビフェニル型エポキシ樹脂、融点＝１０５℃
・ＹＳＬＶ‐８０ＸＹ（新日鉄住金化学（株）製）：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、融点＝８１℃。

２．その他のエポキシ樹脂
・“ｊＥＲ（登録商標）”１００１（三菱化学（株）製）：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ガラス状固形。

３．成分［Ｂ］：硬化触媒
・“キュアゾール（登録商標）”ＳＩＺ（四国化成工業（株）製）：イミダゾール、融点＝９０℃
・“キュアゾール（登録商標）”Ｃ１１Ｚ（四国化成工業（株）製）：２−ウンデシルイミダゾール、融点＝７１℃
・１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］−７−ウンデセン（東京化成（株）製）：液状。

４．硬化剤成分
・ビスフェノールＡ（東京化成（株）製）：４，４’‐イソプロピリデンジフェノール、融点＝１５８℃
・“ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）”Ｎ−７７０（ＤＩＣ（株）製）：フェノールノボラック、ガラス状固形。

＜エポキシ樹脂組成物の調製＞
表１に記載した原料と配合比で主剤、硬化触媒を硬化反応が実質的に進まない温度／時間条件にて加熱攪拌により均一に溶融混合し、注型した後、急冷することでエポキシ樹脂組成物を調製した。

＜結晶性成分の融点測定＞
使用した各樹脂原料の融点は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１：２０１２に従って、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定した。測定装置としてはＰｙｒｉｓ１ ＤＳＣ（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ製）を使用した。結晶性成分をアルミサンプルパンに採取し、窒素雰囲気下において、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で測定を行う。得られたＤＳＣ曲線において、成分の融解による吸熱ピークの頂点の温度を融点として測定した。

＜エポキシ樹脂組成物の複素粘度η^＊測定＞
前記のように調製したエポキシ樹脂組成物を試料として、動的粘弾性測定により測定した。測定装置にはＡＲＥＳ−Ｇ２（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を使用した。試料を８ｍｍのパラレルプレートにセットし、０．５Ｈｚの牽引周期を加え、常温で測定し、複素粘度η^＊を測定した。

＜エポキシ樹脂組成物の硬化時間の測定＞
測定すべき検体を、熱硬化測定装置ＡＴＤ−１０００（Ａｌｐｈａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（株）製）を用いて１５０℃に加熱したステージにサンプルを投入し、周波数１．０Ｈｚ、歪み１．０％で動的粘弾性測定を行った。このとき、複素粘度η^＊が１．０×１０^７Ｐａ・ｓに達するまでの時間を硬化時間とした。複素粘度η^＊が１．０×１０^７Ｐａ・ｓまで到達しない場合は、複素粘度η^＊の上昇が飽和した時間を硬化時間した。

＜繊維強化複合材料の作製＞
下記のプレス成形法によって繊維強化複合材料を製造した。３５０ｍｍ×７００ｍｍ×２ｍｍの板状キャビティーを有し、所定の温度（成形温度）に保持した金型内にて、ドライ強化繊維基材として炭素繊維織物ＣＯ６３４３（炭素繊維：Ｔ３００−３Ｋ、組織：平織、目付：１９８ｇ／ｍ^２、東レ（株）製）を９枚積層した基材の上に、前記のように調製したエポキシ樹脂組成物を２９０ｇ配置したプリフォームをセットした。その後、プレス装置で型締めを行った。この時、金型内を真空ポンプにより大気圧−０．１ＭＰａに減圧した後、最大４ＭＰａの圧力でプレスした。金型温度は１５０℃に設定した。プレス開始後１時間で金型を開き、脱型して、繊維強化複合材料を得た。

＜ドライ強化繊維基材への樹脂含浸性＞
前記の繊維強化複合材料を作製する際の樹脂のドライ強化繊維基材への含浸性について、繊維強化複合材料中のボイド量を基準に次の３段階で比較評価した。

繊維強化複合材料中のボイド量が１％未満と、ボイドが実質的に存在しないものを「Ａ」、繊維強化複合材料の外観に樹脂未含浸部分は認められないが、繊維強化複合材料中のボイド量が１％以上であるが維強化複合材料の外観に樹脂未含浸部分が認められないものを「Ｂ」、繊維強化複合材料の外観に樹脂未含浸部分が認められるものを「Ｃ」とした。

繊維強化複合材料中のボイド量は、平滑に研磨した繊維強化複合材料にて任意に選定した断面を平滑に研磨した面を落斜型光学顕微鏡で観察し、繊維強化複合材料中のボイドの面積率から算出した。

（実施例１）
表１に示したように、ビフェニル型エポキシ樹脂「“ｊＥＲ（登録商標）”ＹＸ４０００」１００質量部、イミダゾール「“キュアゾール（登録商標）”ＳＩＺ」３質量部を溶融混合した後、常温まで急冷し、結晶化させてエポキシ樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、手で持ち上げた際にも変形することなく、常温での取り扱い性に優れるものであった。また、この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると６分で硬化し、硬化性に優れるものであった。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は、表面に未含浸部は無く、内部のボイドもほぼなく、含浸性に優れるものであった。

（実施例２）
表１に示したように、使用する成分［Ｂ］を２−ウンデシルイミダゾール「“キュアゾール（登録商標）”Ｃ１１Ｚ」３質量部としたこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると９分で硬化し、十分な硬化性を有するものであった。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は含浸性に優れるものであった。

（実施例３）
表１に示したように、使用する成分［Ｂ］を１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］−７−ウンデセン３質量部としたこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると８分で硬化し、十分な硬化性を有するものであった。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は含浸性に優れるものであった。

（実施例４）
表１に示したように、使用する成分［Ａ］をビフェニル型エポキシ樹脂「“ｊＥＲ（登録商標）”ＹＸ４０００」９０質量部とし、その他のエポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂「ｊＥＲ（登録商標）”１００１（三菱化学（株）製）」１０質量部を配合したこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると７分で硬化し、十分な硬化性を有するものであった。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は含浸性に優れるものであった。

（実施例５）
表１に示したように、使用する成分［Ａ］をビフェニル型エポキシ樹脂「“ｊＥＲ（登録商標）”ＹＸ４０００」７０質量部とし、その他のエポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂「ｊＥＲ（登録商標）”１００１（三菱化学（株）製）」３０質量部を配合したこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると９分で硬化し、十分な硬化性を有するものであった。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は十分な含浸性を有するものであった。

（実施例６）
表１に示したように、使用する成分［Ｂ］を２−ウンデシルイミダゾール「“キュアゾール（登録商標）”Ｃ１１Ｚ」０．５質量部としたこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると、硬化に３４分かかり、硬化性には劣るものであったが、この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は含浸性に優れるものであった。

（実施例７）
表１に示したように、使用する成分［Ｂ］を２−ウンデシルイミダゾール「“キュアゾール（登録商標）”Ｃ１１Ｚ」１０質量部としたこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると２分で硬化し、優れた硬化性を有した。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は含浸性に優れるものであった。

（実施例８）
表１に示したように、使用する成分［Ｂ］を２−ウンデシルイミダゾール「“キュアゾール（登録商標）”Ｃ１１Ｚ」１２質量部としたこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると１分で硬化し、優れた硬化性を有した。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は、硬化が速いため含浸性がやや低下したが、十分な含浸性を有した。

（実施例９）
表１に示したように、使用する成分［Ａ］をビスフェノールＦ型エポキシ樹脂「ＹＳＬＶ‐８０ＸＹ（新日鉄住金化学（株）製）」１００質量部としたこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると７分で硬化し、十分な硬化性を有した。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は含浸性に優れるものであった。

（比較例１）
表１に示したように、硬化剤成分として４，４’−イソプロピリデンジフェノール「ビスフェノールＡ」８５質量部をさらに添加したこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると硬化に１１分かかり、やや硬化性に劣るものであった。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は、成分が均一に溶融せず、含浸性が悪いものであった。

（比較例２）
表１に示したように、硬化剤成分としてフェノールノボラック「“ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）”Ｎ−７７０」８５質量部をさらに添加したこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると６分で硬化し、硬化性に優れるものであった。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は、樹脂粘度が高く、含浸性が悪いものであった。

（比較例３）
表１に示したように、使用する成分［Ａ］をビフェニル型エポキシ樹脂「“ｊＥＲ（登録商標）”ＹＸ４０００」５０質量部とし、その他のエポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂「“ｊＥＲ（登録商標）”１００１（三菱化学（株）製）」５０質量部を配合したこと以外は、実施例１と同様に実施した。この樹脂組成物は、２５℃における複素粘度が３．０×１０^８Ｐａ・ｓであり、常温での取り扱い性に優れるものであった。この樹脂組成物を１５０℃で硬化させると硬化に１１分かかり、やや硬化性に劣るものであった。この樹脂組成物とドライ強化繊維基材からなるプリフォームを用いて作製した繊維強化複合材料は、樹脂粘度が高く、含浸性が悪いものであった。

本発明の熱硬化性樹脂組成物は、常温での取り扱い性に優れ、樹脂調製時に副資材が不要であり、樹脂ロスが少なくなるとともに、強化繊維への含浸性に優れ、プレス成形法などによって、より簡便に高品位の繊維強化複合材料を高い生産性で提供可能となる。特に自動車や航空機用途への繊維強化複合材料の適用が進み、これらの更なる軽量化による燃費向上、地球温暖化ガス排出削減への貢献が期待できる。

Claims (7)

1. 成分［Ａ］、成分［Ｂ］を含み、硬化剤成分を実質的に含まないエポキシ樹脂組成物であり、結晶性成分を７０質量％以上含み、かつ２５℃における複素粘度η^＊が１×１０^７Ｐａ・ｓ以上である、繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
   成分［Ａ］：結晶性エポキシ樹脂
   成分［Ｂ］：硬化触媒
2. 成分［Ｂ］が結晶性硬化触媒である、請求項１に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
3. 成分［Ｂ］をエポキシ樹脂１００質量部に対し、０．１〜１０質量部含む、請求項１または２に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
4. 成分［Ｂ］がイミダゾール類、３級アミンおよびそれらいずれかの誘導体からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
5. 成分［Ａ］がビフェニル型エポキシ樹脂および／またはビスフェノール型エポキシ樹脂である、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物とドライ強化繊維基材とを有する、繊維強化複合材料用プリフォーム。
7. 請求項６に記載の繊維強化複合材料用プリフォームのエポキシ樹脂組成物がドライ強化繊維基材に含浸および硬化されてなる、繊維強化複合材料。