JP2021107470A - Fiber-reinforced composite material, and method for producing the same - Google Patents

Fiber-reinforced composite material, and method for producing the same Download PDF

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Hironori Kawamoto
紘典 河本
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Abstract

To provide a fiber-reinforced composite material excellent in shock resistance and plasticity.SOLUTION: There is provided [A] A fiber-reinforced composite material which is obtained by impregnating a fiber layer comprising a reinforcement fiber with a matrix resin composition. The fiber-reinforced composite material is such that: the matrix resin composition is a matrix resin composition which comprises at least [B] an epoxy resin, [C] thermoplastic resin particles and [D] an inorganic additive having Mohs hardness of 6 or more, and satisfies a formula (1). 0<a blending amount of [D] of the matrix resin composition/a blending amount of [C] of the matrix resin composition<0.6 ... a formula (1). The [B] epoxy resin is preferably an epoxy resin having epoxy groups of at least two functionalities. The [C] thermoplastic resin particles are preferably polyamide particles. A content of the [D] inorganic additive is preferably 0.0001-5 pts.mass based on 100 pts.mass of the [B] epoxy resin.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、耐衝撃性と靭性に優れた繊維強化複合材料およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a fiber-reinforced composite material having excellent impact resistance and toughness, and a method for producing the same.

強化繊維とマトリクス樹脂とからなる繊維強化複合材料(単に複合材料、またはFRPともいう)は、軽量、高強度、高弾性率等の特長を有し、航空機、自動車、スポーツ・レジャー、一般産業に広く応用されている。マトリクス樹脂としては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が使用されている。特に、そのタック性、ドレープ性による成形自由度の高さから、熱硬化性樹脂、中でもエポキシ樹脂が広く使用されている。エポキシ樹脂は、一般に靱性が低いため、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、得られる繊維強化複合材料の靭性や耐衝撃性が低くなるという課題がある。特に、航空機や自動車などの輸送機器用途では、複合材料に対して、特に高い靭性や耐衝撃性が求められている。そのため、これらの力学特性を向上させる技術が検討されてきた。 A fiber-reinforced composite material (simply called a composite material or FRP) composed of a reinforcing fiber and a matrix resin has features such as light weight, high strength, and high elastic modulus, and is used in aircraft, automobiles, sports / leisure, and general industries. Widely applied. As the matrix resin, a thermosetting resin or a thermoplastic resin is used. In particular, thermosetting resins, especially epoxy resins, are widely used because of their high degree of molding freedom due to their tackiness and drapeability. Since the epoxy resin generally has low toughness, when the epoxy resin is used as the matrix resin, there is a problem that the toughness and impact resistance of the obtained fiber-reinforced composite material are lowered. In particular, in transportation equipment applications such as aircraft and automobiles, composite materials are required to have particularly high toughness and impact resistance. Therefore, techniques for improving these mechanical properties have been studied.

例えば、特許文献1には、耐衝撃性を向上させる方法として、熱可塑性樹脂の粒子をプリプレグ層間に配する方法が提案されている。また、特許文献2には、プリプレグの表面と内部の樹脂組成を変えて耐衝撃性などの機械的特性を向上させる方法が提案されている。しかしながら、これらの技術で得られる複合材料の靭性や耐衝撃性はまだ十分ではなかった。 For example, Patent Document 1 proposes a method of arranging thermoplastic resin particles between prepreg layers as a method of improving impact resistance. Further, Patent Document 2 proposes a method of improving mechanical properties such as impact resistance by changing the resin composition on the surface and inside of the prepreg. However, the toughness and impact resistance of the composite materials obtained by these techniques have not yet been sufficient.

特開平10−231372号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-231372 特開平8−176325号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-176325

本発明の目的は、耐衝撃性と靭性に優れた繊維強化複合材料を提供することである。 An object of the present invention is to provide a fiber-reinforced composite material having excellent impact resistance and toughness.

本発明の繊維強化複合材料は、[A]強化繊維からなる繊維層にマトリクス樹脂組成物が含浸されてなる繊維強化複合材料であって、マトリクス樹脂組成物が、少なくとも[B]エポキシ樹脂、[C]熱可塑性樹脂粒子、[D]モース硬度が6以上の無機添加材からなるマトリクス樹脂組成物であり、かつ式(1)を満たすマトリクス樹脂組成物である繊維強化複合材料である。
0 < [D]のマトリクス樹脂組成物の配合量 / [C]のマトリクス樹脂組成物の配合量 < 0.6 ・・・式(1)
The fiber-reinforced composite material of the present invention is a fiber-reinforced composite material obtained by impregnating a fiber layer composed of [A] reinforcing fibers with a matrix resin composition, wherein the matrix resin composition is at least [B] epoxy resin, [ A fiber-reinforced composite material which is a matrix resin composition composed of C] thermoplastic resin particles and [D] an inorganic additive having a Morse hardness of 6 or more, and is a matrix resin composition satisfying the formula (1).
0 <Mixing amount of matrix resin composition of [D] / Mixing amount of matrix resin composition of [C] <0.6 ... Equation (1)

本発明において、[B]エポキシ樹脂は、少なくとも2官能以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であることが好ましい。また、[C]熱可塑性樹脂粒子はポリアミド粒子であることが好ましい。本発明において、[D]無機添加材の含有量は、[A]エポキシ樹脂100質量部に対し0.0001〜5質量部であることが好ましい。 In the present invention, the [B] epoxy resin is preferably an epoxy resin having at least bifunctional or higher functional epoxy groups. Further, the [C] thermoplastic resin particles are preferably polyamide particles. In the present invention, the content of the [D] inorganic additive is preferably 0.0001 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the [A] epoxy resin.

本発明の繊維強化複合材料は、靭性や耐衝撃性優れる。そのため、本発明の繊維強化複合材料は、航空機、自動車、スポーツ・レジャー、一般産業など広く分野で好ましく用いることができる。 The fiber-reinforced composite material of the present invention has excellent toughness and impact resistance. Therefore, the fiber-reinforced composite material of the present invention can be preferably used in a wide range of fields such as aircraft, automobiles, sports / leisure, and general industries.

本発明の繊維強化複合材料は、[A]強化繊維からなる繊維層にマトリクス樹脂組成物が含浸されてなる繊維強化複合材料であって、マトリクス樹脂組成物が、少なくとも[B]エポキシ樹脂、[C]熱可塑性樹脂粒子、[D]モース硬度が6以上の無機添加材からなるマトリクス樹脂組成物である。繊維強化複合材料である。 The fiber-reinforced composite material of the present invention is a fiber-reinforced composite material in which a fiber layer made of [A] reinforcing fibers is impregnated with a matrix resin composition, and the matrix resin composition is at least [B] epoxy resin, [ A matrix resin composition comprising C] thermoplastic resin particles and [D] an inorganic additive having a Morse hardness of 6 or more. It is a fiber reinforced composite material.

マトリクス樹脂組成物が[C]熱可塑性樹脂粒子を含むと、マトリクス樹脂組成物が繊維層に含侵する際に、樹脂粒子は繊維層内部に入り込めず、繊維層表面に濾別される。そのため、樹脂粒子は、繊維強化複合材料の繊維層間の樹脂層に分散する。(以下、この分散している粒子を「層間粒子」ともいう)。この層間粒子は、繊維強化複合材料が受ける衝撃の伝播を抑制する。その結果、得られる複合材料の耐衝撃性が向上する。 When the matrix resin composition contains [C] thermoplastic resin particles, when the matrix resin composition invades the fiber layer, the resin particles cannot enter the inside of the fiber layer and are filtered onto the surface of the fiber layer. Therefore, the resin particles are dispersed in the resin layer between the fibers of the fiber-reinforced composite material. (Hereinafter, these dispersed particles are also referred to as "interlayer particles"). The interlayer particles suppress the propagation of impact on the fiber-reinforced composite material. As a result, the impact resistance of the obtained composite material is improved.

さらに、本発明においてマトリクス樹脂は、式(1)を満たすマトリクス樹脂組成物である。
0 < [D]のマトリクス樹脂組成物の配合量 / [C]のマトリクス樹脂組成物の配合量 < 0.6 ・・・式(1)
Further, in the present invention, the matrix resin is a matrix resin composition satisfying the formula (1).
0 <Mixing amount of matrix resin composition of [D] / Mixing amount of matrix resin composition of [C] <0.6 ... Equation (1)

さらに、[C]熱可塑性樹脂粒子と[D]モース硬度が6以上の無機添加材の比率をこの範囲とすると、未硬化のマトリクス樹脂のタック性に優れると同時に、樹脂に流動性な流動性を付与することができる。その結果、硬化後の繊維強化複合材料の繊維層間に適切な厚みの樹脂層が形成される。繊維強化複合材料の繊維層間に適切な厚みの樹脂層が形成されることで、繊維強化複合材料の耐衝撃性、靭性がさらに向上する。[D]のマトリクス樹脂組成物の配合量 / [C]のマトリクス樹脂組成物の配合量([D]/[C])は、0.01〜0.5であることがより好ましい。得られる繊維強化複合材料の層間靭性を向上させる観点からは、0.15〜0.4であることがさらに好ましく、耐衝撃性の観点からは、0.02〜0.1であることがさらに好ましい。また、樹脂層の厚みは、繊維強化複合材料の靭性および耐衝撃性の観点から、10〜50μmであることが好ましく、20〜40μmであることがより好ましい。 Further, when the ratio of [C] thermoplastic resin particles and [D] inorganic additive having a Mohs hardness of 6 or more is within this range, the tackiness of the uncured matrix resin is excellent, and at the same time, the fluidity of the resin is fluid. Can be given. As a result, a resin layer having an appropriate thickness is formed between the fiber layers of the cured fiber-reinforced composite material. By forming a resin layer having an appropriate thickness between the fiber layers of the fiber-reinforced composite material, the impact resistance and toughness of the fiber-reinforced composite material are further improved. The blending amount of the matrix resin composition of [D] / the blending amount of the matrix resin composition of [C] ([D] / [C]) is more preferably 0.01 to 0.5. From the viewpoint of improving the interlayer toughness of the obtained fiber-reinforced composite material, it is more preferably 0.15 to 0.4, and from the viewpoint of impact resistance, it is further preferably 0.02 to 0.1. preferable. The thickness of the resin layer is preferably 10 to 50 μm, more preferably 20 to 40 μm, from the viewpoint of toughness and impact resistance of the fiber-reinforced composite material.

本発明において、[D]無機添加材の含有量は、[A]エポキシ樹脂100質量部に対し0.0001〜5質量部であることが好ましい。 In the present invention, the content of the [D] inorganic additive is preferably 0.0001 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the [A] epoxy resin.

このような本発明の繊維強化複合材料は、靭性や耐衝撃性優れる。そのため、本発明の繊維強化複合材料は、航空機、自動車、スポーツ・レジャー、一般産業など広く分野で好ましく用いることができる。 Such a fiber-reinforced composite material of the present invention is excellent in toughness and impact resistance. Therefore, the fiber-reinforced composite material of the present invention can be preferably used in a wide range of fields such as aircraft, automobiles, sports / leisure, and general industries.

本発明の繊維強化複合材料の各構成成分及び製造方法を以下でより詳しく説明する。 Each component and the manufacturing method of the fiber-reinforced composite material of the present invention will be described in more detail below.

(1)[A]強化繊維
本発明で用いる強化繊維としては、特に制限はなく、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、ポリエステル繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、金属繊維、鉱物繊維、岩石繊維及びスラッグ繊維などが挙げられる。
(1) [A] Reinforcing fiber The reinforcing fiber used in the present invention is not particularly limited, and is, for example, carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, silicon carbide fiber, polyester fiber, ceramic fiber, alumina fiber, boron fiber, metal. Examples include fibers, mineral fibers, rock fibers and slug fibers.

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

強化繊維にPAN系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は、100〜600GPaであることが好ましく、200〜500GPaであることがより好ましく、230〜450GPaであることが特に好ましい。また、引張強度は、2000MPa〜10000MPaであることが好ましく、3000〜8000MPaであることがより好ましい。炭素繊維の直径は、4〜20μmが好ましく、5〜10μmがより好ましい。このような炭素繊維を用いることにより、得られる繊維強化複合材料の機械的性質を向上できる。 When a PAN-based carbon fiber is used as the reinforcing fiber, its tensile elastic modulus is preferably 100 to 600 GPa, more preferably 200 to 500 GPa, and particularly preferably 230 to 450 GPa. The tensile strength is preferably 2000 MPa to 10000 MPa, more preferably 3000 to 8000 MPa. The diameter of the carbon fiber is preferably 4 to 20 μm, more preferably 5 to 10 μm. By using such carbon fibers, the mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material can be improved.

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

繊維強化複合材料中の強化繊維の含有量としては、10〜90体積%の範囲であることが好ましく、15〜60体積%の範囲であることがより好ましい。 The content of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced composite material is preferably in the range of 10 to 90% by volume, more preferably in the range of 15 to 60% by volume.

(2)マトリクス樹脂組成物
(2−1)[B]エポキシ樹脂
本発明で用いる[B]エポキシ樹脂としては、特に制限はなく、公知のエポキシ樹脂を用いる事ができる。本発明において、[B]エポキシ樹脂は、少なくとも2官能以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であることが好ましい。
(2) Matrix Resin Composition (2-1) [B] Epoxy Resin The [B] epoxy resin used in the present invention is not particularly limited, and known epoxy resins can be used. In the present invention, the [B] epoxy resin is preferably an epoxy resin having at least bifunctional or higher functional epoxy groups.

[B]エポキシ樹脂としては、例えば、分子内に水酸基を有する化合物とエピクロロヒドリンから得られるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、分子内にアミノ基を有する化合物とエピクロロヒドリンから得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、分子内にカルボキシル基を有する化合物とエピクロロヒドリンから得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、および分子内に二重結合を有する化合物を酸化することから得られる脂環式エポキシ樹脂、あるいはこれらから選ばれる2種類以上のタイプの基が分子内に混在するエポキシ樹脂などが、高温高湿時にも硬化物の弾性率の低下が小さく、複合材料とした際の高温高湿時の物性に優れるため、好ましく用いられる。 [B] Examples of the epoxy resin include a glycidyl ether type epoxy resin obtained from a compound having a hydroxyl group in the molecule and epichlorohydrin, and a glycidylamine type obtained from a compound having an amino group in the molecule and epichlorohydrin. Epoxy resins, glycidyl ester-type epoxy resins obtained from compounds having a carboxyl group in the molecule and epichlorohydrin, and alicyclic epoxy resins obtained by oxidizing compounds having double bonds in the molecule, or these Epoxy resins, in which two or more types of groups selected from the above are mixed in the molecule, have a small decrease in the elastic coefficient of the cured product even at high temperature and high humidity, and are excellent in physical properties at high temperature and high humidity when used as a composite material. Therefore, it is preferably used.

グリシジルエーテル型エポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンの反応により得られるビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールFとエピクロロヒドリンの反応により得られるビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールADとエピクロロヒドリンの反応により得られるビスフェノールAD型エポキシ樹脂、レゾルシノールとエピクロロヒドリンの反応により得られるレゾルシノール型エポキシ樹脂、フェノールとホルムアルデヒドの反応生成物であるフェノールノボラックとエピクロロヒドリンの反応により得られるフェノールノボラック型エポキシ樹脂、その他ポリエチレングリコール型エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、およびこれらの位置異性体やアルキル基やハロゲンでの置換体が挙げられる。 Specific examples of the glycidyl ether type epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin obtained by the reaction of bisphenol A and epichlorohydrin, bisphenol F type epoxy resin obtained by the reaction of bisphenol F and epichlorohydrin, and bisphenol AD. By the reaction of bisphenol AD type epoxy resin obtained by the reaction of epichlorohydrin, resorsinol type epoxy resin obtained by the reaction of resorcinol and epichlorohydrin, and the reaction product of phenol and formaldehyde, phenol novolac and epichlorohydrin. Examples thereof include the obtained phenol novolac type epoxy resin, other polyethylene glycol type epoxy resin, polypropylene glycol type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, and substituents thereof with position isomers, alkyl groups and halogens.

ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、“jER”(登録商標)827、“jER”(登録商標)828(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン”(登録商標)840、“エピクロン”(登録商標)850(以上、DIC(株)製)、“エポトート”(登録商標)YD−128(新日鉄住金化学(株)製)、DER−331、DER−332(Olin社製)などが具体的にあげられる。 Bisphenol A type epoxy resins include "jER" (registered trademark) 827, "jER" (registered trademark) 828 (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), "Epicron" (registered trademark) 840, and "Epicron" (registered). Specifically, 850 (trademark) 850 (above, manufactured by DIC Corporation), "Epototo" (registered trademark) YD-128 (manufactured by Nippon Steel & Sumitomo Metal Chemical Co., Ltd.), DER-331, DER-332 (manufactured by Olin), etc. can give.

ビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、“jER”(登録商標)806、“jER”(登録商標)807、“jER”(登録商標)1750(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン”(登録商標)830、“エピクロン”(登録商標)835(以上、DIC(株)製)、“エポトート”(登録商標)YD−170、“エポトート”(登録商標)YD−175(新日鉄住金化学(株)製)などが具体的にあげられる。 Examples of the bisphenol F type epoxy resin include "jER" (registered trademark) 806, "jER" (registered trademark) 807, "jER" (registered trademark) 1750 (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and "Epicron" (registered). Trademark) 830, "Epicron" (registered trademark) 835 (all manufactured by DIC Co., Ltd.), "Epototo" (registered trademark) YD-170, "Epototo" (registered trademark) YD-175 (Nippon Steel & Sumitomo Metal Chemical Co., Ltd.) (Made) etc. can be specifically mentioned.

ビスフェノールAD型エポキシ樹脂としては、“EPOMIK”(登録商標)R710、“EPOMIK”(登録商標)R1710(以上、(株)プリンテック製)などが具体的に挙げられる。 Specific examples of the bisphenol AD type epoxy resin include "EPOMIK" (registered trademark) R710 and "EPOMIK" (registered trademark) R1710 (all manufactured by Printec Co., Ltd.).

レゾルシノール型エポキシ樹脂としては、“デナコール”(登録商標)EX−201(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。 Examples of the resorcinol type epoxy resin include "Denacol" (registered trademark) EX-201 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).

フェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、“jER”(登録商標)152、“jER”(登録商標)154(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン”(登録商標)740(DIC(株)製)などが挙げられる。 Phenol novolac type epoxy resins include "jER" (registered trademark) 152, "jER" (registered trademark) 154 (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and "Epicron" (registered trademark) 740 (manufactured by DIC Corporation). ) And so on.

グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン類、アミノフェノールのグリシジル化合物類、グリシジルアニリン類、およびキシレンジアミンのグリシジル化合物などが挙げられる。 Examples of the glycidylamine type epoxy resin include tetraglycidyldiaminodiphenylmethanes, glycidyl compounds of aminophenol, glycidylanilines, and glycidyl compounds of xylene diamine.

テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン類としては、“スミエポキシ”(登録商標)ELM434(住友化学(株)製)、“アラルダイト”(登録商標)MY720、“アラルダイト”(登録商標)MY721、“アラルダイト”(登録商標)MY9512、“アラルダイト”(登録商標)MY9612、“アラルダイト”(登録商標)MY9634、“アラルダイト”(登録商標)MY9663(以上ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)、“jER”(登録商標)604(三菱化学社製)などが具体的に挙げられる。 Examples of tetraglycidyldiaminodiphenylmethanes include "Sumiepoxy" (registered trademark) ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), "Araldite" (registered trademark) MY720, "Araldite" (registered trademark) MY721, and "Araldite" (registered trademark). MY9512, "Araldite" (registered trademark) MY9612, "Araldite" (registered trademark) MY9634, "Araldite" (registered trademark) MY9663 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), "jER" (registered trademark) 604 (Mitsubishi) (Made by Chemical Co., Ltd.) is specifically mentioned.

アミノフェノールのグリシジル化合物類としては、“jER”(登録商標)630(三菱化学(株)製)、“アラルダイト”(登録商標)MY0500、“アラルダイト”(登録商標)MY0510(以上ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)、“スミエポキシ”(登録商標)ELM120、および“スミエポキシ”(登録商標)ELM100(以上住友化学(株)製)などが挙げられる。 Examples of aminophenol glycidyl compounds include "jER" (registered trademark) 630 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), "Araldite" (registered trademark) MY0500, and "Araldite" (registered trademark) MY0510 (Huntsman Advanced Materials). Mitsubishi Chemical Corporation), "Sumiepoxy" (registered trademark) ELM120, and "Sumiepoxy" (registered trademark) ELM100 (all manufactured by Sumitomo Chemical Corporation).

グリシジルアニリン類としては、GAN、GOT(以上、日本化薬(株)製)などが具体的に挙げられる。キシレンジアミンのグリシジル化合物としては、TETRAD−X(三菱瓦斯化学(株)製)が挙げられる。 Specific examples of glycidyl anilines include GAN and GOT (all manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.). Examples of the glycidyl compound of xylene diamine include TETRAD-X (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.).

(2−2)[C]熱可塑性樹脂粒子
本発明のマトリクス樹脂組成物は、[C]熱可塑性樹脂粒子を含むマトリクス樹脂組成物である。[C]熱可塑性樹脂粒子は、マトリクス樹脂組成物が硬化した繊維強化複合材料において、[C]熱可塑性樹脂粒子が粒子形状を保っていることが好ましく、そのため、[C]熱可塑性樹脂粒子は、エポキシ樹脂に不溶な熱可塑性樹脂からなる粒子であることが好ましい。本発明において、エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂とは、FRPを成形する温度又はそれ以下の温度において、エポキシ樹脂に全部又は少なくとも一部が溶解せず残存する熱可塑性樹脂をいう。即ち、エポキシ樹脂100質量部に対して、平均粒子径が20〜50μmの熱可塑性樹脂10質量部を混合して190℃で1時間撹拌した際に、粒子の全て又は少なくとも一部が溶解せず残存し、好ましくは、粒子の大きさが10%以上変化しない熱可塑性樹脂をいう。なお、一般的に、FRPを成形する温度は100〜190℃である。また、粒子径は、顕微鏡によって目視で測定され、平均粒子径とは、無作為に選択した100個の粒子の粒子径の平均値を意味する。
(2-2) [C] Thermoplastic Resin Particles The matrix resin composition of the present invention is a matrix resin composition containing [C] thermoplastic resin particles. The [C] thermoplastic resin particles are preferably in a fiber-reinforced composite material in which the matrix resin composition is cured, and the [C] thermoplastic resin particles maintain the particle shape. Therefore, the [C] thermoplastic resin particles are , It is preferable that the particles are made of a thermoplastic resin that is insoluble in the epoxy resin. In the present invention, the epoxy resin-insoluble thermoplastic resin refers to a thermoplastic resin in which all or at least a part of the epoxy resin remains undissolved at a temperature at which FRP is molded or lower. That is, when 10 parts by mass of a thermoplastic resin having an average particle diameter of 20 to 50 μm was mixed with 100 parts by mass of an epoxy resin and stirred at 190 ° C. for 1 hour, all or at least a part of the particles did not dissolve. A thermoplastic resin that remains and preferably has a particle size that does not change by 10% or more. Generally, the temperature for molding FRP is 100 to 190 ° C. The particle size is visually measured by a microscope, and the average particle size means the average value of the particle size of 100 randomly selected particles.

エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂粒子は、硬化後の繊維強化複合材料のマトリクス樹脂中に分散する状態となる(以下、この分散している粒子を「層間粒子」ともいう)。この層間粒子は、FRPが受ける衝撃の伝播を抑制する。その結果、得られるFRPの耐衝撃性が向上する。 The epoxy resin-insoluble thermoplastic resin particles are in a state of being dispersed in the matrix resin of the fiber-reinforced composite material after curing (hereinafter, these dispersed particles are also referred to as "interlayer particles"). The interlayer particles suppress the propagation of the impact received by the FRP. As a result, the impact resistance of the obtained FRP is improved.

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

中でも、非晶性ポリイミドや、ポリアミドを使用することにより、得られるFRPの耐熱性を特に向上させることができる。特に、熱可塑性樹脂粒子としては、ポリアミド樹脂粒子が好ましく用いられ、その優れた靭性のため耐衝撃性を大きく向上できる。ポリアミド樹脂粒子としては、ポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド6、ポリアミド66やポリアミド6/12共重合体、特開平1−104624号公報の実施例1記載のエポキシ化合物にてセミ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。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、TR55(以上、エムスケミー社製)、“TROGAMID(登録商標)”CX7323、CX9701、CX9704、(以上、エボニック(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。 Above all, by using amorphous polyimide or polyamide, the heat resistance of the obtained FRP can be particularly improved. In particular, polyamide resin particles are preferably used as the thermoplastic resin particles, and the impact resistance can be greatly improved due to their excellent toughness. Examples of the polyamide resin particles include polyamide 12, polyamide 11, polyamide 6, polyamide 66 and polyamide 6/12 copolymer, and the epoxy compound described in Example 1 of JP-A-1-104624. Polyamide (semi-IPN polyamide) having a network structure) or the like can be preferably used. Commercially available products of polyamide particles include SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48, 842P-80 (all manufactured by Toray Industries, Inc.), "Organsol (registered trademark)" 1002D. , 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D, (above, manufactured by Alchema Co., Ltd.), "Grillamide (registered trademark)" TR90, TR55 (above, manufactured by Ems-Chemie), "TROGAMID (registered trademark)" CX7323, CX9701, CX9704, (all manufactured by Evonik Industries, Ltd.) and the like can be used. These polyamide particles may be used alone or in combination of two or more.

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

熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径は、マトリクス樹脂組成物の取り扱い性の観点や、繊維強化複合材料の物性の観点から、1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることが特に好ましい。粒子径が小さすぎる場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が著しく増粘する場合がある。粒子径が大きすぎる場合、エポキシ樹脂組成物をシート状に加工する際、均質な厚みのシートが得られ難くなる場合がある。 The average particle size of the thermoplastic resin particles is preferably 1 to 50 μm, particularly preferably 3 to 30 μm, from the viewpoint of the handleability of the matrix resin composition and the physical properties of the fiber-reinforced composite material. If the particle size is too small, the viscosity of the epoxy resin composition may increase significantly. If the particle size is too large, it may be difficult to obtain a sheet having a uniform thickness when the epoxy resin composition is processed into a sheet.

(2−3)[D]無機添加剤
本発明のマトリクス樹脂組成物は、[D]モース硬度6以上の無機充填材を含むマトリクス樹脂組成物である。本発明でいうモース硬度は、ダイヤモンドを10とするモース硬度である。モース硬度が6以上の無機添加剤としては、例えば、ホウ酸アルミニウム(モース硬度 7〜 7.5)、アルミナ(モース硬度9)、炭酸ケイ素(モース硬度 9)、窒化ケイ素(モース硬度 9)、各種ケイ酸塩鉱物が挙げられる。特に、入手のしやすさからケイ酸塩鉱物を用いることが好ましい。ケイ酸塩鉱物の市販品としては、THIXOTROPIC AGENT DT 5039(ハンツマン・ジャパン株式会社製、ケイ酸マグネシウム)が挙げられる。
(2-3) [D] Inorganic Additive The matrix resin composition of the present invention is a matrix resin composition containing an inorganic filler having a [D] Mohs hardness of 6 or more. The Mohs hardness referred to in the present invention is the Mohs hardness with diamond as 10. Examples of inorganic additives having a Mohs hardness of 6 or more include aluminum borate (Mohs hardness 7 to 7.5), alumina (Mohs hardness 9), silicon carbonate (Mohs hardness 9), and silicon nitride (Mohs hardness 9). Various silicate minerals can be mentioned. In particular, it is preferable to use a silicate mineral because of its availability. Examples of commercially available silicate minerals include THIXOTOPIC AGENT DT 5039 (manufactured by Huntsman Japan Corporation, magnesium silicate).

マトリクス樹脂組成物中の無機添加剤の含有量は、エポキシ樹脂組成物の粘度に応じて適宜調整される。加工性の観点から、エポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂100質量部に対して、0.0001〜5質量部であることが好ましく、0.1〜10質量部であることがより好ましく、0.3〜7質量部であることがさらに好ましい。添加量が少なすぎる場合、得られるFRPの耐衝撃性が不十分になる場合がある。添加量が多すぎる場合、エポキシ樹脂組成物の含浸性や、得られるプリプレグのドレープ性などを低下させる場合がある。 The content of the inorganic additive in the matrix resin composition is appropriately adjusted according to the viscosity of the epoxy resin composition. From the viewpoint of processability, the amount is preferably 0.0001 to 5 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass, based on 100 parts by mass of the epoxy resin contained in the epoxy resin composition. It is more preferably 0.3 to 7 parts by mass. If the amount added is too small, the impact resistance of the obtained FRP may be insufficient. If the amount added is too large, the impregnation property of the epoxy resin composition and the drape property of the obtained prepreg may be deteriorated.

無機添加剤の平均粒子径は、マトリクス樹脂組成物の取り扱い性の観点や、繊維強化複合材料の物性の観点から、1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることが特に好ましい。粒子径が小さすぎる場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が著しく増粘する場合がある。粒子径が大きすぎる場合、エポキシ樹脂組成物をシート状に加工する際、均質な厚みのシートが得られ難くなる場合がある。 The average particle size of the inorganic additive is preferably 1 to 50 μm, particularly preferably 3 to 30 μm, from the viewpoint of handleability of the matrix resin composition and the physical properties of the fiber-reinforced composite material. If the particle size is too small, the viscosity of the epoxy resin composition may increase significantly. If the particle size is too large, it may be difficult to obtain a sheet having a uniform thickness when the epoxy resin composition is processed into a sheet.

(2−4)[E]硬化剤
本発明のマトリクス樹脂組成物には必要に応じて硬化剤が含まれていてもよい。硬化剤としては、エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤であれば特に制限はないが、例えば、芳香族アミン、脂肪族アミン、ポリアミドアミン、カルボン酸無水物、ルイス酸錯体、酸系硬化触媒、および塩基系硬化触媒などが挙げられる。なかでも、反応性の点から脂肪族アミンが好ましく用いられ、得られる硬化物の物性の観点からは、芳香族アミンが好ましく用いられる。
(2-4) [E] Curing Agent The matrix resin composition of the present invention may contain a curing agent, if necessary. The curing agent is not particularly limited as long as it is a curing agent that cures the epoxy resin, and for example, aromatic amines, aliphatic amines, polyamide amines, carboxylic acid anhydrides, Lewis acid complexes, acid-based curing catalysts, and bases. A system curing catalyst and the like can be mentioned. Of these, aliphatic amines are preferably used from the viewpoint of reactivity, and aromatic amines are preferably used from the viewpoint of the physical properties of the obtained cured product.

芳香族アミンとしては、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタンなどが挙げられ、より具体的には、SEIKACURE―S(和歌山精化工業(株)製、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン)、3,3’−DAS(三井化学ファイン(株)製、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン)、“アンカミン”(登録商標)2049(エアープロダクツジャパン(株)製芳香族ポリアミン)、などが挙げられる。 Examples of the aromatic amine include diaminodiphenylsulfone and diaminodiphenylmethane, and more specifically, SEIKACURE-S (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd., 4,4'-diaminodiphenylsulfone), 3,3'. -DAS (Mitsui Kagaku Fine Co., Ltd., 3,3'-diaminodiphenyl sulfone), "Ancamine" (registered trademark) 2049 (Aromatic polyamine manufactured by Air Products Japan Co., Ltd.), and the like can be mentioned.

本発明において、芳香族ポリアミンは、アミノ基に対するオルト位に少なくとも1つの脂肪族置換基、芳香族置換基、ハロゲン原子のいずれかの置換基を有する芳香族ポリアミンからなる硬化剤であることがプリプレグ保存安定性、耐湿熱特性の観点でより好ましい。このような芳香族ポリアミンとしては、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’ 5,5’ 5,5’−テトラエチルジフェニルメタン、3,3’−ジクロロ−2,2’,6,6’−テトラエチル−4,4’−メチレンジアニリンなどが挙げられる。より具体的には、“Lonzacure M−MIPA”(登録商標)(ロンザ社製4,4’−ジアミノ−3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン)、 “MED−J”(登録商標)(クミアイ化学社製4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン)、“Lonzacure M−DEA”(登録商標)(ロンザ社製4,4’−ジアミノ−3,3’ 5,5’ 5,5’−テトラエチルジフェニルメタン)、“Lonzacure M−CDEA”(登録商標)(ロンザ社製3,3’−ジクロロ−2,2’,6,6’−テトラエチル−4,4’−メチレンジアニリン)などを挙げることができる。 In the present invention, the aromatic polyamine is a curing agent composed of an aromatic polyamine having at least one aliphatic substituent, an aromatic substituent, or a substituent of a halogen atom at the ortho position with respect to the amino group. It is more preferable from the viewpoint of storage stability and moisture resistance and heat resistance. Examples of such aromatic polyamines include 4,4'-diamino-3,3'-diisopropyl-5,5'-dimethyldiphenylmethane and 4,4'-diamino-3,3'-diethyl-5,5'-. Didimethyldiphenylmethane, 4,4'-diamino-3,3'5,5'5,5'-tetraethyldiphenylmethane, 3,3'-dichloro-2,2', 6,6'-tetraethyl-4,4'- Examples include methylene dianiline. More specifically, "Lonzacure M-MIPA" (registered trademark) (4,4'-diamino-3,3'-diisopropyl-5,5'-dimethyldiphenylmethane manufactured by Lonza), "MED-J" (registered). Trademark) (4,4'-diamino-3,3'-dichloro-5,5'-dimethyldiphenylmethane manufactured by Kumiai Chemical Co., Ltd.), "Lonzacure M-DEA" (registered trademark) (4,4'-diamino manufactured by Lonza Co., Ltd.) -3,3'5,5'5,5'-tetraethyldiphenylmethane), "Lonzacure M-CDEA" (registered trademark) (Lonza 3,3'-dichloro-2,2', 6,6'-tetraethyl -4,4'-methylenedianiline) and the like.

脂肪族アミンとしては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジシアンジアミド、テトラエチレンペンタミン、ジプロプレンジアミン、ピペリジン、N,N−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、ポリアミドアミン、オクチルアミン、ラウリルアミン、ミリスチルアミン、ステアリルアミン、ココアルキルアミン、牛脂アルキルアミン、オレイルアミン、硬化牛脂アルキルアミン、N,N−ジメチルラウリルアミン、およびN,N−ジメチルミリスチルアミンなどが挙げられる。より具体的には、DICY7(ジャパンエポキシレジン(株)社製 ジシアンジアミド)などが挙げられる。 Examples of aliphatic amines include diethylenetriamine, triethylenetetramine, dicyandiamide, tetraethylenepentamine, diproprenedamine, piperidine, N, N-dimethylpiperazine, triethylenediamine, polyamideamine, octylamine, laurylamine, myristylamine, and stearyl. Examples include amines, cocoalkylamines, beef alkylamines, oleylamines, hardened beef alkylamines, N, N-dimethyllaurylamines, and N, N-dimethylmyristylamines. More specifically, DICY7 (dicyandiamide manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and the like can be mentioned.

ポリアミドアミンとしては、より具体的には、“トーマイド”(登録商標)235S、“トーマイド”(登録商標)296、および“トーマイド”(登録商標)2400(以上富士化成工業(株)製)などを挙げることができる。 More specifically, as the polyamide amine, "Tohmide" (registered trademark) 235S, "Tohmide" (registered trademark) 296, and "Tohmide" (registered trademark) 2400 (all manufactured by Fuji Kasei Kogyo Co., Ltd.) are used. Can be mentioned.

また、これらの硬化剤は、その硬化活性を高めるために硬化促進剤(硬化助剤)を組み合わせて用いることが好ましい。エポキシ樹脂に硬化助剤を組み合わせる場合の好ましい例としては、ジシアンジアミドに、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素(DCMU)などの尿素誘導体を硬化助剤として組み合わせる例、芳香族アミンに三フッ化ホウ素エチルアミン錯体を硬化助剤として組み合わせる例、およびカルボン酸無水物やノボラック樹脂に3級アミンを硬化助剤として組み合わせる例などが挙げられる。 Further, it is preferable to use these curing agents in combination with a curing accelerator (curing aid) in order to enhance the curing activity. Preferred examples of combining an epoxy resin with a curing aid include dicyandiamide combined with a urea derivative such as 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea (DCMU) as a curing aid, and aromaticity. Examples thereof include a combination of a boron trifluoride ethylamine complex as a curing aid with a group amine, and an example of combining a tertiary amine with a carboxylic acid anhydride or a novolak resin as a curing aid.

本発明において、硬化剤が、ジシアンジアミド、ウレア系硬化促進剤および芳香族アミンの何れか又はその組み合わせであることが、成形性と、得られる複合材料の機械特性の点からの特に好ましい。熱硬化性樹脂に対する硬化剤の添加量は、耐熱性と反応性の点から熱硬化性樹脂に対して化学量論比に基づいて調整することが好ましい。また、硬化助剤を使用する場合は、熱硬化性樹脂の官能基に対し0.001から1当量であることが好ましい。 In the present invention, it is particularly preferable that the curing agent is any one or a combination of dicyandiamide, urea-based curing accelerator and aromatic amine, from the viewpoint of moldability and mechanical properties of the obtained composite material. The amount of the curing agent added to the thermosetting resin is preferably adjusted based on the stoichiometric ratio with respect to the thermosetting resin from the viewpoint of heat resistance and reactivity. When a curing aid is used, the amount is preferably 0.001 to 1 equivalent with respect to the functional group of the thermosetting resin.

(2−5)エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂
本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらに、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂を含んでいることが好ましい。エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂組成物の粘度を調整するとともに、得られるFRPの耐衝撃性を向上させる。
(2-5) Epoxy Resin-soluble Thermoplastic Resin The epoxy resin composition of the present invention preferably further contains an epoxy resin-soluble thermoplastic resin. The epoxy resin-soluble thermoplastic resin adjusts the viscosity of the epoxy resin composition and improves the impact resistance of the obtained FRP.

本発明において、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂とは、エポキシ樹脂に全部が加熱等により溶解し得る熱可塑性樹脂を言う。ここで、エポキシ樹脂に一部が溶解するとは、エポキシ樹脂100質量部に対して、平均粒子径が20〜50μmの熱可塑性樹脂10質量部を混合して190℃で1時間撹拌した際に粒子が消失することを意味する。 In the present invention, the epoxy resin-soluble thermoplastic resin refers to a thermoplastic resin that can be completely dissolved in the epoxy resin by heating or the like. Here, the fact that a part of the epoxy resin is dissolved means that when 10 parts by mass of a thermoplastic resin having an average particle diameter of 20 to 50 μm is mixed with 100 parts by mass of the epoxy resin and stirred at 190 ° C. for 1 hour, the particles are dissolved. Means that disappears.

エポキシ樹脂と組み合わせて用いられるエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。これらは、単独で用いても、2種以上を併用しても良い。これらの中でも、ポリサルホンまたは/およびポリエーテルスルホンを用いると、得られるFRPの耐衝撃性、破壊靭性及び耐溶剤性が特に優れるためより好ましく、ポリサルホンを用いることがさらに好ましい。 Specific examples of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin used in combination with the epoxy resin include polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyarylate, and polycarbonate resin. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, polysulfone and / and polyethersulfone are more preferable because the obtained FRP has particularly excellent impact resistance, fracture toughness and solvent resistance, and it is further preferable to use polysulfone.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂としては、エポキシ樹脂と反応性を有する反応基又は水素結合を形成する官能基を有する熱可塑性樹脂であることがより好ましい。このようなエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂の硬化過程での溶解安定性に優れている。また、硬化後に得られるFRPに靭性、耐薬品性、耐熱性及び耐湿熱性を付与することができる。 The epoxy resin-soluble thermoplastic resin is more preferably a thermoplastic resin having a reactive group having a reactivity with the epoxy resin or a functional group forming a hydrogen bond. Such an epoxy resin-soluble thermoplastic resin is excellent in dissolution stability in the curing process of the epoxy resin. Further, toughness, chemical resistance, heat resistance and moisture heat resistance can be imparted to the FRP obtained after curing.

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

エポキシ樹脂と組み合わせる反応性末端基を有するエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の市販品としては、末端反応性水酸基を有するポリエーテルサルホン“スミカエクセル”(登録商標)PES5003P(住友化学(株)社製)、“Virantage”(登録商標)VW−10700RSF(ソルベイ・スペシャルティ・ポリマーズ社製)、末端反応性水酸基を有するポリエーテルサルホン“Virantage”(登録商標)DAMS VW−30500RP(ソルベイ・スペシャルティ・ポリマーズ社製)などが挙げられる。 As a commercially available product of an epoxy resin-soluble thermoplastic resin having a reactive end group to be combined with an epoxy resin, a polyether sulfone "Sumika Excel" (registered trademark) PES5003P (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) having a terminal reactive hydroxyl group is available. , "Virantage" (registered trademark) VW-10700RSF (manufactured by Solvay Specialty Polymers), polyether sulfone "Virantage" (registered trademark) DAMS VW-30500RP (manufactured by Solvay Specialty Polymers) having a terminal reactive hydroxyl group. ) And so on.

本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、重量平均分子量が1000〜20000であることが好ましい。重量平均分子量がこの範囲であると、得られる硬化物に十分な靭性を与えることができる。分子量が低すぎる場合、充分な靱性を得にくい。また、分子量が高すぎる場合、樹脂組成物の粘度が高くなりすぎて、強化繊維に樹脂組成物が含浸しにくくなる等の加工上の問題点が発生しやすくなる傾向がある。 The thermoplastic resin used in the present invention preferably has a weight average molecular weight of 1000 to 20000. When the weight average molecular weight is in this range, sufficient toughness can be imparted to the obtained cured product. If the molecular weight is too low, it is difficult to obtain sufficient toughness. On the other hand, if the molecular weight is too high, the viscosity of the resin composition becomes too high, and processing problems such as difficulty in impregnating the reinforcing fibers with the resin composition tend to occur.

本樹脂組成物におけるエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の含有量は、エポキシ樹脂100質量部に対して、5〜60質量部であることが好ましく、10〜50質量部であることがより好ましく、10〜40質量部であることが特に好ましい。熱可塑性樹脂の含有量がこの範囲内にあると、得られる樹脂組成物の粘度が高くなりすぎず、樹脂組成物の製造工程やプリプレグの製造工程における取り扱い性がよく、かつ、繊維強化複合材料の耐衝撃性が高くすることができる。 The content of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin in the present resin composition is preferably 5 to 60 parts by mass, more preferably 10 to 50 parts by mass, and 10 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin. It is particularly preferably 40 parts by mass. When the content of the thermoplastic resin is within this range, the viscosity of the obtained resin composition does not become too high, the handleability in the resin composition manufacturing process and the prepreg manufacturing process is good, and the fiber-reinforced composite material is used. Impact resistance can be increased.

(2−6)その他の添加剤
本発明のエポキシ樹脂組成物には、上記成分の他、必要に応じて、増粘粒子、導電性粒子や難燃剤、[D]以外の無機系充填剤、内部離型剤などが配合されてもよい。
(2-6) Other Additives In addition to the above components, the epoxy resin composition of the present invention contains thickening particles, conductive particles and flame retardants, and inorganic fillers other than [D], if necessary. An internal mold release agent or the like may be blended.

マトリクス樹脂組成物は、増粘粒子を含有していてもよい。マトリクス樹脂内に分散する増粘粒子は、加熱により樹脂組成物内で膨潤するため、加熱硬化時に樹脂組成物の適切な粘度を維持し、成形時の樹脂の流出を抑制することができる。 The matrix resin composition may contain thickening particles. Since the thickening particles dispersed in the matrix resin swell in the resin composition by heating, it is possible to maintain an appropriate viscosity of the resin composition during heat curing and suppress the outflow of the resin during molding.

マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、増粘粒子としては、単独又は複数の不飽和化合物と架橋性モノマーとを共重合して得られる粒子が例示される。特に限定されないが、アクリル酸エステル系化合物、メタクリル酸エステル系化合物、ビニル化合物の少なくとも1種を単量体単位とする樹脂を含むことが望ましい。 When an epoxy resin is used as the matrix resin, examples of the thickening particles include particles obtained by copolymerizing a single or a plurality of unsaturated compounds with a crosslinkable monomer. Although not particularly limited, it is desirable to include a resin having at least one of an acrylic acid ester compound, a methacrylic acid ester compound, and a vinyl compound as a monomer unit.

増粘粒子としては、平均重合度が4,000〜40,000であることが好ましい。増粘粒子としては、ゼフィアックF325やゼフィアックF320(いずれもアイカ工業(株))のような、コアシェル構造を有さないメタクリル酸アルキル重合体からなる市販品を用いることも好ましい。 The thickening particles preferably have an average degree of polymerization of 4,000 to 40,000. As the thickening particles, it is also preferable to use commercially available products made of an alkyl methacrylate polymer having no core-shell structure, such as Zephyac F325 and Zephyac F320 (both are Aica Kogyo Co., Ltd.).

増粘粒子の粒径等については特に限定されないが、平均粒子径が0.3〜10μmであることが好ましく、0.5〜8μmであることがより好ましい。増粘粒子の含有量は、エポキシ樹脂100質量部に対して2〜20質量部であることが好ましく、3〜18質量部であることがより好ましく、4〜15質量部であることが特に好ましい。 The particle size of the thickening particles is not particularly limited, but the average particle size is preferably 0.3 to 10 μm, and more preferably 0.5 to 8 μm. The content of the thickening particles is preferably 2 to 20 parts by mass, more preferably 3 to 18 parts by mass, and particularly preferably 4 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin. ..

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

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

[D]以外の無機添加剤は、モース硬度が6未満の無機添加剤であり、例えば、炭酸カルシウム(モース硬度 3.5〜4)、チタン酸カリウム(モース硬度 3.5)、硫酸マグネシウム(モース硬度3)、酸化亜鉛(モース硬度4〜5)、グラファイト(モース硬度1〜2)、硫酸カルシウム(モース硬度 3)、ホウ酸マグネシウム(モース硬度 5.5)、酸化マグネシウム(モース硬度5)が挙げられる。 The inorganic additives other than [D] are inorganic additives having a Mohs hardness of less than 6, such as calcium carbonate (Mohs hardness 3.5-4), potassium titanate (Mohs hardness 3.5), and magnesium sulfate (Mohs hardness 3.5). Mohs hardness 3), zinc oxide (Mohs hardness 4-5), graphite (Mohs hardness 1-2), calcium sulfate (Mohs hardness 3), magnesium borate (Mohs hardness 5.5), magnesium oxide (Mohs hardness 5) Can be mentioned.

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

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

(2−7) マトリクス樹脂組成物の製造方法
本発明のマトリクス樹脂組成物は、[B]エポキシ樹脂、[C]熱可塑性樹脂粒子、[D]モース硬度6以上の無機充填剤、必要に応じて、[E]硬化剤、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂、その他の成分を混合することにより製造できる。エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂を用いる場合、[B]エポキシ樹脂にエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂を、攪拌機を用いて予め混合溶解させることが好ましい。
(2-7) Method for Producing Matrix Resin Composition The matrix resin composition of the present invention comprises [B] epoxy resin, [C] thermoplastic resin particles, [D] inorganic filler having a Morse hardness of 6 or more, and if necessary. [E] It can be produced by mixing a curing agent, an epoxy resin-soluble thermoplastic resin, and other components. When an epoxy resin-soluble thermoplastic resin is used, it is preferable to mix and dissolve the epoxy resin-soluble thermoplastic resin in the epoxy resin in advance using a stirrer.

混合方法は、特に限定されるものではなく、従来公知のいずれの方法を用いてもよい。混合温度としては、80〜120℃の範囲が例示できる。混合温度が高すぎる場合、部分的に硬化反応が進行して強化繊維基材層内への含浸性が低下したり、得られるエポキシ樹脂組成物及びそれを用いて製造されるプリプレグの保存安定性が低下したりする場合がある。一方、混合温度が低すぎる場合、エポキシ樹脂組成物への溶解が不十分となり、プリプレグ製造時の品質に影響が生じる場合がある。好ましくは90〜120℃であり、さらに好ましくは100〜120℃の範囲である。 The mixing method is not particularly limited, and any conventionally known method may be used. The mixing temperature can be exemplified in the range of 80 to 120 ° C. If the mixing temperature is too high, the curing reaction will partially proceed to reduce the impregnation property into the reinforcing fiber base material layer, or the storage stability of the obtained epoxy resin composition and the prepreg produced using the same. May decrease. On the other hand, if the mixing temperature is too low, the dissolution in the epoxy resin composition may be insufficient, which may affect the quality during prepreg production. It is preferably in the range of 90 to 120 ° C, more preferably 100 to 120 ° C.

[B]エポキシ樹脂に、[C]熱可塑性樹脂粒子と[D]無機充填剤、必要に応じて、[E]硬化剤やその他成分を混合する場合、混合温度は、40〜90℃の範囲で行うことが好ましく、より好ましくは60〜90℃であり、さらに好ましくは60〜80℃の範囲である。 When [B] epoxy resin is mixed with [C] thermoplastic resin particles, [D] inorganic filler, and if necessary, [E] curing agent and other components, the mixing temperature is in the range of 40 to 90 ° C. The temperature is preferably 60 to 90 ° C, more preferably 60 to 80 ° C.

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

(3)繊維強化複合材料
本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維とマトリックス樹脂と組み合わせ、例えば、オートクレーブ成形、プレス成形、樹脂トランスファー成形、フィラメントワインディング成形、射出成形など、公知の手段・方法により得られる。
(3) Fiber Reinforced Composite Material The fiber reinforced composite material of the present invention is combined with a reinforcing fiber and a matrix resin, for example, by known means and methods such as autoclave molding, press molding, resin transfer molding, filament winding molding, and injection molding. can get.

繊維強化複合材料の製造には、強化繊維をマトリクス樹脂と一体化したプリプレグなどの中間材料を介しても良く、繊維強化複合材料を成形する際に一体化させても良い。 The fiber-reinforced composite material may be produced through an intermediate material such as a prepreg in which the reinforcing fibers are integrated with the matrix resin, or may be integrated when the fiber-reinforced composite material is molded.

繊維強化複合材料全体におけるマトリクス樹脂組成物の含有率は、機械特性や取り扱い性の観点から、繊維強化複合材料の全質量を基準として、15〜60質量%であることが好ましい。樹脂含有率が少なすぎる場合、繊維強化複合材料に空隙などが発生し、機械物性が低下する場合がある。樹脂含有率が多すぎる場合、強化繊維による補強効果が不十分となり、実質的に質量対比機械物性が低いものになる場合がある。樹脂含有率は、20〜55質量%であることが好ましく、25〜50質量%であることがより好ましい。 The content of the matrix resin composition in the entire fiber-reinforced composite material is preferably 15 to 60% by mass based on the total mass of the fiber-reinforced composite material from the viewpoint of mechanical properties and handleability. If the resin content is too low, voids or the like may be generated in the fiber-reinforced composite material, and the mechanical properties may be deteriorated. If the resin content is too high, the reinforcing effect of the reinforcing fibers may be insufficient, and the mechanical properties relative to the mass may be substantially low. The resin content is preferably 20 to 55% by mass, more preferably 25 to 50% by mass.

(3−1)プリプレグの製造方法
プリプレグを介して繊維強化複合材料を得る場合、プリプレグの製造方法は、特に制限がなく、従来公知のいかなる方法も採用できる。具体的には、ホットメルト法や溶剤法が好適に採用できる。
(3-1) Method for Producing a Prepreg When a fiber-reinforced composite material is obtained via a prepreg, the method for producing a prepreg is not particularly limited, and any conventionally known method can be adopted. Specifically, the hot melt method and the solvent method can be preferably adopted.

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

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

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

これらの従来法の中でも、溶剤を用いないホットメルト法により好適に製造することができる。 Among these conventional methods, it can be preferably produced by a hot melt method that does not use a solvent.

マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、樹脂組成物フィルムをホットメルト法で強化繊維基材層内に含浸させる場合の含浸温度は、50〜140℃の範囲が好ましい。含浸温度が低すぎる場合、エポキシ樹脂の粘度が高く、強化繊維基材層内へ十分に含浸しない場合がある。含浸温度が高すぎる場合、エポキシ樹脂組成物の硬化反応が進行し、得られるプリプレグの保存安定性が低下したり、ドレープ性が低下したりする場合がある。含浸温度は、60〜135℃がより好ましく、70〜130℃が特に好ましい。 When an epoxy resin is used as the matrix resin, the impregnation temperature when the resin composition film is impregnated into the reinforcing fiber base material layer by a hot melt method is preferably in the range of 50 to 140 ° C. If the impregnation temperature is too low, the viscosity of the epoxy resin may be high and the reinforcing fiber base material layer may not be sufficiently impregnated. If the impregnation temperature is too high, the curing reaction of the epoxy resin composition may proceed, and the storage stability of the obtained prepreg may decrease or the drape property may decrease. The impregnation temperature is more preferably 60 to 135 ° C., particularly preferably 70 to 130 ° C.

エポキシ樹脂組成物フィルムをホットメルト法で強化繊維基材層内に含浸させる際の含浸圧力は、その樹脂組成物の粘度・樹脂フローなどを勘案し、適宜決定する。具体的な含浸圧力は、1〜50(kN/cm)であり、2〜30(kN/cm)であることが好ましい。 The impregnation pressure when the epoxy resin composition film is impregnated into the reinforcing fiber base material layer by the hot melt method is appropriately determined in consideration of the viscosity and resin flow of the resin composition. The specific impregnation pressure is 1 to 50 (kN / cm), preferably 2 to 30 (kN / cm).

(3−2)繊維強化複合材料の製造方法
上記のプリプレグを成形硬化させることにより、繊維強化複合材料を得ることができる。プリプレグを用いて、繊維強化複合材料を製造する方法としては、オートクレーブ成形やプレス成形等の公知の成形法が挙げられる。
(3-2) Method for Producing Fiber Reinforced Composite Material A fiber reinforced composite material can be obtained by molding and curing the above prepreg. Examples of the method for producing the fiber-reinforced composite material using the prepreg include known molding methods such as autoclave molding and press molding.

プリプレグから繊維強化複合材料を製造する方法としては、オートクレーブ成形法が好ましく用いられる。オートクレーブ成形法は、金型の下型にプリプレグ及びフィルムバッグを順次敷設し、プリプレグを下型とフィルムバッグとの間に密封し、下型とフィルムバッグとにより形成される空間を真空にするとともに、オートクレーブ成形装置で、加熱と加圧をする成形方法である。成形時の条件は、昇温速度を1〜50℃/分とし、0.2〜0.7MPa、130〜180℃で10〜150分間、加熱及び加圧することが好ましい。 As a method for producing a fiber-reinforced composite material from a prepreg, an autoclave molding method is preferably used. In the autoclave molding method, a prepreg and a film bag are sequentially laid on the lower mold of the mold, the prepreg is sealed between the lower mold and the film bag, and the space formed by the lower mold and the film bag is evacuated. , It is a molding method that heats and pressurizes with an autoclave molding apparatus. The molding conditions are preferably such that the heating rate is 1 to 50 ° C./min, and heating and pressurization are performed at 0.2 to 0.7 MPa and 130 to 180 ° C. for 10 to 150 minutes.

また、プリプレグを用いて繊維強化複合材料の製造する方法としては、プレス成形法も好ましく用いられる。プレス成形法による繊維強化複合材料の製造は、プリプレグ又はプリプレグを積層して形成したプリフォームを、金型を用いて加熱加圧することにより行う。金型は、予め硬化温度に加熱しておくことが好ましい。 Further, as a method for producing a fiber-reinforced composite material using a prepreg, a press molding method is also preferably used. The fiber-reinforced composite material produced by the press molding method is produced by heating and pressurizing a prepreg or a preform formed by laminating prepregs using a mold. The mold is preferably preheated to a curing temperature.

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

成形時の圧力は、0.05〜2MPaである。圧力が0.05MPa以上であれば、樹脂の適度な流動が得られ、外観不良やボイドの発生を防ぐことができる。また、プリプレグが十分に金型に密着するため、良好な外観の繊維強化複合材料を製造することができる。圧力が2MPa以下であれば、樹脂を必要以上に流動させることがないため、得られる繊維強化複合材料の外観不良が生じ難い。また、金型に必要以上の負荷をかけることがないため、金型の変形等が生じ難い。成形時間は0.5〜8時間が好ましい。 The pressure at the time of molding is 0.05 to 2 MPa. When the pressure is 0.05 MPa or more, an appropriate flow of the resin can be obtained, and it is possible to prevent poor appearance and generation of voids. In addition, since the prepreg is sufficiently adhered to the mold, a fiber-reinforced composite material having a good appearance can be produced. When the pressure is 2 MPa or less, the resin does not flow more than necessary, so that the appearance of the obtained fiber-reinforced composite material is unlikely to deteriorate. Further, since the mold is not loaded more than necessary, the mold is unlikely to be deformed. The molding time is preferably 0.5 to 8 hours.

本発明の繊維強化複合材料においては、強化繊維と未硬化のマトリクス樹脂組成物を一体化した後、圧力0.1〜2MPa、温度150〜210℃で1〜8時間加熱し、マトリクス樹脂を硬化させることが、繊維強化複合材料の機械特性の観点から特に好ましい。 In the fiber-reinforced composite material of the present invention, after integrating the reinforcing fibers and the uncured matrix resin composition, the matrix resin is cured by heating at a pressure of 0.1 to 2 MPa and a temperature of 150 to 210 ° C. for 1 to 8 hours. It is particularly preferable from the viewpoint of the mechanical properties of the fiber-reinforced composite material.

本発明の繊維強化複合材料は、上記のようなプリプレグを介する方法以外にも、樹脂トランスファー成形、レジンフィルムインフュージョン成形、フィラメントワインディング成形のような成形方法により、成形型内もしくは成形過程で強化繊維にマトリクス樹脂を含侵させてもよい。 The fiber-reinforced composite material of the present invention uses a molding method such as resin transfer molding, resin film infusion molding, or filament winding molding in addition to the method via a prepreg as described above, to reinforce the fiber in the molding die or in the molding process. May be impregnated with a matrix resin.

このようにして得られる本発明の繊維強化複合材料は、靭性や耐衝撃性優れるため、航空機、自動車、スポーツ・レジャー、一般産業など広く分野で好ましく用いることができる。 Since the fiber-reinforced composite material of the present invention thus obtained has excellent toughness and impact resistance, it can be preferably used in a wide range of fields such as aircraft, automobiles, sports / leisure, and general industry.

以下の実施例及び比較例に記載した条件により、炭素繊維を作製した。各炭素繊維の諸物性値を、以下の方法により測定した。 Carbon fibers were produced under the conditions described in the following Examples and Comparative Examples. Various physical property values of each carbon fiber were measured by the following methods.

<[A]強化繊維>
・炭素繊維1:製造例1で得られた炭素繊維、ストランド引張強度5200MPa、ストランド引張弾性率277GPa、単繊維系6.8μm
・炭素繊維2:製造例1で得られた炭素繊維、ストランド引張強度6000MPa、ストランド引張弾性率290GPa、単繊維系4.8μm
<[A] Reinforcing fiber>
-Carbon fiber 1: Carbon fiber obtained in Production Example 1, strand tensile strength 5200 MPa, strand tensile elastic modulus 277 GPa, single fiber system 6.8 μm
-Carbon fiber 2: The carbon fiber obtained in Production Example 1, the strand tensile strength 6000 MPa, the strand tensile elastic modulus 290 GPa, the single fiber system 4.8 μm.

(製造例1)
前駆体繊維として単繊維繊度1.2dtex、単繊維直径11.7μm、フィラメント数24000のポリアクリロニトリル繊維(総繊度3067tex)を用いた。前駆体繊維を、空気中240℃で、繊維密度1.35g/cmになるまで耐炎化処理を行い、耐炎化繊維を得た。
(Manufacturing Example 1)
As the precursor fiber, a polyacrylonitrile fiber (total fineness 3067tex) having a single fiber fineness of 1.2 dtex, a single fiber diameter of 11.7 μm, and a filament number of 24,000 was used. The precursor fiber was subjected to a flame-resistant treatment at 240 ° C. in air until the fiber density reached 1.35 g / cm 3 , to obtain a flame-resistant fiber.

次いで窒素ガス雰囲気下、最高温度640℃の第一炭素化炉において、第一炭素化処理を行い、さらに、窒素雰囲気下、入口温度600℃、最高温度1580℃の第二炭素化炉において、第二炭素化処理を行い、単繊維直径6.8μmの炭素繊維を得た。 Next, the first carbonization treatment is performed in a first carbonization furnace having a maximum temperature of 640 ° C. under a nitrogen gas atmosphere, and further, in a second carbonization furnace having an inlet temperature of 600 ° C. and a maximum temperature of 1580 ° C. under a nitrogen atmosphere, the first carbonization treatment is performed. A dicarbonation treatment was carried out to obtain carbon fibers having a single fiber diameter of 6.8 μm.

得られた炭素繊維を硫酸アンモニウム水液中で20C/gの電気量で電解酸化により表面処理した後、エポキシ系樹脂にてサイジング処理を施し、ストランド引張強度5200MPa、ストランド引張弾性率277GPa、単繊維系6.8μmの炭素繊維を得た。 The obtained carbon fibers were surface-treated by electrolytic oxidation at an electric amount of 20 C / g in an aqueous solution of ammonium sulfate, and then sized with an epoxy resin. Strand tensile strength 5200 MPa, strand tensile modulus 277 GPa, single fiber system A 6.8 μm carbon fiber was obtained.

(製造例2)
単繊維直径を8.8μmに変更した以外は、製造例1と同様のポリアクリロニトリル繊維(総繊度1707tex)を用いた。第二炭素化炉の最高温度を1470℃とした以外は、製造例1と同様にしてストランド引張強度6000MPa、ストランド引張弾性率290GPa、単繊維系4.8μmの炭素繊維を得た。
(Manufacturing Example 2)
The same polyacrylonitrile fiber (total fineness 1707tex) as in Production Example 1 was used except that the single fiber diameter was changed to 8.8 μm. A carbon fiber having a strand tensile strength of 6000 MPa, a strand tensile elastic modulus of 290 GPa, and a single fiber system of 4.8 μm was obtained in the same manner as in Production Example 1 except that the maximum temperature of the second carbonization furnace was set to 1470 ° C.

<樹脂組成物>
〔成分〕
[B]エポキシ樹脂
・TGDDM:テトラグリシジル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ハンツマン社製 Araldite MY721(製品名)
・DGEBA:ビスフェノールA−ジグリシジルエーテル、三菱化学社製 jER825(製品名)
・TG−mAP:トリグリシジル−m−アミノフェノール、ハンツマン社製 Araldite MY0600(製品名)
・3,4’−TGDDE:テトラグリシジル−3,4’−ジアミノジフェニルエーテル(下記の方法で合成)
・Resorcinol−DG:レゾルシノールジグリシジルエーテル、ナガセケムテックス社製 EX−201(製品名)
<Resin composition>
〔component〕
[B] Epoxy resin / TGDDM: Tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, Huntsman Corporation Araldite MY721 (product name)
-DGEBA: Bisphenol A-diglycidyl ether, jER825 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation (product name)
-TG-mAP: Triglycidyl-m-aminophenol, Huntsman Corporation Araldite MY0600 (product name)
-3,4'-TGDDE: Tetraglycidyl-3,4'-diaminodiphenyl ether (synthesized by the following method)
-Resorcinol-DG: Resorcinol diglycidyl ether, EX-201 (product name) manufactured by Nagase ChemteX Corporation.

(3,4’−TGDDEの合成)
温度計、滴下漏斗、冷却管および攪拌機を取り付けた四つ口フラスコに、エピクロロヒドリン1146.2g(12.0mol)を仕込み、窒素パージを行いながら温度を70℃まで上げて、これにエタノール1000gに溶解させた3,4’−ジアミノジフェニルエーテル200.2g(1.0mol)を4時間かけて滴下した。さらに6時間撹拌し、付加反応を完結させ、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシ−3−クロロプロピル)−3,4’−ジアミノジフェニルエーテルを得た。続いて、フラスコ内温度を25℃に下げてから、これに48%NaOH水溶液480.0g(6.0mol)を2時間で滴下してさらに1時間撹拌した。環化反応が終わってからエタノールを留去して、400gのトルエンで抽出を行い5%食塩水で2回洗浄を行った。有機層からトルエンとエピクロロヒドリンを減圧下で除くと、褐色の粘性液体が361.7g(収率85.2%)得られた。主生成物である3,4’−TGDDEの純度は、84%(HPLC面積%)であった。
(Synthesis of 3,4'-TGDDE)
A four-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel, a condenser and a stirrer was charged with 1146.2 g (12.0 mol) of epichlorohydrin, and the temperature was raised to 70 ° C. while purging with nitrogen, and ethanol was added thereto. 200.2 g (1.0 mol) of 3,4'-diaminodiphenyl ether dissolved in 1000 g was added dropwise over 4 hours. The mixture was further stirred for 6 hours to complete the addition reaction to give N, N, N', N'-tetrakis (2-hydroxy-3-chloropropyl) -3,4'-diaminodiphenyl ether. Subsequently, the temperature inside the flask was lowered to 25 ° C., and then 480.0 g (6.0 mol) of a 48% NaOH aqueous solution was added dropwise to the flask over 2 hours, and the mixture was further stirred for 1 hour. After the cyclization reaction was completed, ethanol was distilled off, extraction was performed with 400 g of toluene, and the mixture was washed twice with 5% saline solution. When toluene and epichlorohydrin were removed from the organic layer under reduced pressure, 361.7 g (yield 85.2%) of a brown viscous liquid was obtained. The purity of the main product, 3,4'-TGDDE, was 84% (HPLC area%).

[C]エポキシ樹脂不溶熱可塑性樹脂粒子
・PA12:ポリアミド12樹脂粒子(VESTSINT2158、平均粒子径20μm、ダイセル・エボニック株式会社製)
・PA1010:ポリアミド1010樹脂粒子(VESTSINT9158、平均粒子径20μm、ダイセル・エボニック株式会社製)
[C] Epoxy resin insoluble thermoplastic resin particles PA12: Polyamide 12 resin particles (VESTSINT2158, average particle diameter 20 μm, manufactured by Daicel Ebonic Co., Ltd.)
PA1010: Polyamide 1010 resin particles (VESTSINT9158, average particle size 20 μm, manufactured by Daicel Ebonic Co., Ltd.)

[D]無機添加剤
・DT5039:ケイ酸マグネシウム、ハンツマン・ジャパン株式会社 製 THIXOTROPIC AGENT DT 5039(製品名)
[E]硬化剤
・4,4’−DDS:芳香族アミン系硬化剤、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、和歌山精化工業株式会社製セイカキュアS(商品名)
・3,3’−DDS:芳香族アミン系硬化剤、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、小西化学工業株式会社製
[D] Inorganic additive DT5039: Magnesium silicate, manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd. THIXOTOPIC AGENT DT 5039 (product name)
[E] Hardener, 4,4'-DDS: Aromatic amine-based hardener, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, Seika Cure S (trade name) manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.
・ 3,3'-DDS: Aromatic amine-based curing agent, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, manufactured by Konishi Chemical Industry Co., Ltd.

(その他成分)
[熱可塑性樹脂]
・PES:ポリエーテルスルホン(エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂)、住友化学工業株式会社製PES−5003P(商品名)、平均粒子径20μm
(Other ingredients)
[Thermoplastic resin]
-PES: Polyester sulfone (epoxy resin-soluble thermoplastic resin), PES-5003P (trade name) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., average particle size 20 μm

<評価方法>
(プリプレグのタック性)
プリプレグのタック性は、タッキング試験装置 TAC−II(RHESCA CO., LTD.)を用いて以下の方法により測定した。試験方法として、27℃に保持された試験ステージにプリプレグをセットし、27℃に保持されたφ5のタックプローブで初期荷重0.98Nの荷重をかけて、10mm/secの試験速度で引き抜いた際の最大の荷重を求めた。
<Evaluation method>
(Tackiness of prepreg)
The tackiness of the prepreg was measured by the following method using a tacking test device TAC-II (RHESCA CO., LTD.). As a test method, when a prepreg is set on a test stage held at 27 ° C, a load of 0.98 N is applied with a φ5 tack probe held at 27 ° C, and the prepreg is pulled out at a test speed of 10 mm / sec. The maximum load of was calculated.

製造直後のプリプレグと、温度26.7℃、湿度65%に10日間保存したプリプレグに、それぞれタックプローブ試験を実施した。評価結果は以下の基準(○〜×)で表した。
○:製造直後の荷重が1.96N以上で、10日間保存後のタック保持率が50%以上100%未満
×:製造直後の荷重が1.96N以上で、10日間保存後のタック保持率が50%未満
A tack probe test was carried out on the prepreg immediately after production and the prepreg stored at a temperature of 26.7 ° C. and a humidity of 65% for 10 days. The evaluation results are represented by the following criteria (○ to ×).
◯: The load immediately after production is 1.96 N or more and the tack retention rate after storage for 10 days is 50% or more and less than 100% ×: The load immediately after production is 1.96 N or more and the tack retention rate after storage for 10 days is Less than 50%

(樹脂フロー)
プリプレグを150mm×150mmの寸法にカットし、[0°/90°]/[90°/0°]の2層に積層したプリフォームを得た。プレスの上型及び下型を予め150℃に加熱し、下型上に前記プリフォームを配置し、すぐに上型を降ろしてプレスを閉め、0.1MPaで30秒間保持し、その後、2MPaの圧力をかけて、5分間加熱加圧して硬化させ、硬化後にプレスから取り出して成形品を得た。成形品の端部に流れ出た樹脂のバリを除去し、成形前後の質量を測定し、プリプレグの樹脂フロー量(%)を算出した。
W1;成形前のプリフォームの質量(g)
W2;成形後の成形品(樹脂のバリ除去後)の質量(g)
プリプレグの樹脂フロー量(%)=(W1−W2)/W1×100
(Resin flow)
The prepreg was cut to a size of 150 mm × 150 mm to obtain a preform laminated in two layers of [0 ° / 90 °] / [90 ° / 0 °]. The upper and lower molds of the press are preheated to 150 ° C., the preform is placed on the lower mold, the upper mold is immediately lowered, the press is closed, and the press is held at 0.1 MPa for 30 seconds, and then 2 MPa. Pressure was applied to heat and pressurize for 5 minutes to cure, and after curing, the product was taken out from the press to obtain a molded product. The resin burrs that flowed out to the end of the molded product were removed, the mass before and after molding was measured, and the resin flow amount (%) of the prepreg was calculated.
W1; Mass of preform before molding (g)
W2; Mass (g) of the molded product (after deburring of the resin) after molding
Resin flow amount (%) of prepreg = (W1-W2) / W1 × 100

(樹脂層厚み)
一方向プリプレグを一辺が360mmの正方形にカット、積層し、積層構成[+45/0/−45/90]3Sの積層体を得た。通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。得られた成形物を幅101.6mm × 長さ152.4mmの寸法に切断し試験片を得た。得られた試験片の断面(厚み方向)をLaser社製Scanning Laser Microscopeにて20倍にて観察し、複合材料の樹脂層厚みを読み取った。ここで、樹脂層の厚みは、炭素繊維と樹脂とからなる樹脂含浸層の間にあって、炭素繊維が含まれない樹脂のみからなる層の厚みと定義される。
(Resin layer thickness)
The unidirectional prepreg was cut into a square having a side of 360 mm and laminated to obtain a laminated body having a laminated structure [+ 45/0 / -45/90] 3S. Using a normal vacuum autoclave molding method, molding was performed under a pressure of 0.59 MPa at 180 ° C. for 2 hours. The obtained molded product was cut to a size of 101.6 mm in width × 152.4 mm in length to obtain a test piece. The cross section (thickness direction) of the obtained test piece was observed at 20 times with a Scanning Laser Microscope manufactured by Laser Co., Ltd., and the thickness of the resin layer of the composite material was read. Here, the thickness of the resin layer is defined as the thickness of the layer made of only the resin containing no carbon fiber and between the resin impregnated layer made of the carbon fiber and the resin.

(衝撃後圧縮強度(CAI))
一方向プリプレグを一辺が360mmの正方形にカット、積層し、積層構成[+45/0/−45/90]3Sの積層体を得た。通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。得られた成形物を幅101.6mm × 長さ152.4mmの寸法に切断し、衝撃後圧縮強度(CAI)試験の試験片を得た。供試体(サンプル)は各試験片の寸法測定後、衝撃試験は落錘型衝撃試験機(インストロン社製 Dynatup)を用いて、30.5Jの衝撃エネルギーを与えた。衝撃後、供試体の損傷面積は、超音波探傷試験機(クラウトクレーマー社製 SDS3600、HIS3/HF)にて測定した。衝撃後、供試体の強度試験は、供試体の上から25.4mmでサイドから25.4mmの位置に、歪みゲージを左右各1本ずつ貼付し、同様に表裏に合計4本/体の歪みゲージを貼付けた後、試験機(島津製作所製オートグラフ)のクロスヘッド速度を1.27mm/minとし、供試体の破断まで荷重を負荷した。
(Compressive strength after impact (CAI))
The unidirectional prepreg was cut into a square having a side of 360 mm and laminated to obtain a laminated body having a laminated structure [+ 45/0 / -45/90] 3S. Using a normal vacuum autoclave molding method, molding was performed under a pressure of 0.59 MPa at 180 ° C. for 2 hours. The obtained molded product was cut to a size of 101.6 mm in width × 152.4 mm in length to obtain a test piece for a post-impact compressive strength (CAI) test. After measuring the dimensions of each test piece, the test piece (sample) was subjected to an impact energy of 30.5 J using a drop weight type impact tester (Dynataup manufactured by Instron). After the impact, the damaged area of the specimen was measured with an ultrasonic flaw detection tester (SDS3600, HIS3 / HF manufactured by Clout Kramer). After the impact, the strength test of the specimen was performed by attaching one strain gauge to each of the left and right at a position 25.4 mm from the top of the specimen and 25.4 mm from the side, and similarly, a total of four strains / body strain was attached to the front and back. After attaching the gauge, the crosshead speed of the testing machine (autograph manufactured by Shimadzu Corporation) was set to 1.27 mm / min, and the load was applied until the specimen broke.

(層間破壊靭性モードI(GIc))
一方向プリプレグを一辺が360mmの正方形にカットした後、積層し、0°方向に10層積層した積層体を2つ作製した。初期クラックを発生させるために、離型シートを2つの積層体の間に挟み、両者を組み合わせ、積層構成[0]20のプリプレグ積層体を得た。通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で2時間成形した。得られた成形物(繊維強化複合材料)を幅 12.7 mm × 長さ 304.8 mmの寸法に切断し、層間破壊靭性モードI(GIc)の試験片を得た。
(Interlayer fracture toughness mode I (GIc))
The unidirectional prepreg was cut into a square having a side of 360 mm and then laminated to prepare two laminated bodies in which 10 layers were laminated in the 0 ° direction. In order to generate initial cracks, a release sheet was sandwiched between two laminated bodies, and both were combined to obtain a prepreg laminated body having a laminated structure [0] 20. Using a normal vacuum autoclave molding method, molding was performed under a pressure of 0.59 MPa at 180 ° C. for 2 hours. The obtained molded product (fiber-reinforced composite material) was cut to a size of 12.7 mm in width × 304.8 mm in length to obtain a test piece of interlayer fracture toughness mode I (GIc).

GIcの試験方法として、双片持ちはり層間破壊靱性試験法(DCB法)を用い、離型シートの先端から12.7mmの予亀裂(初期クラック)を発生させた後に、さらに亀裂を進展させる試験を行った。予亀裂の先端から、亀裂進展長さが127mmに到達した時点で試験を終了させた。試験片引張試験機のクロスヘッドスピードは12.7mm/分とし、n=5で測定を行った。 As a GIc test method, a double cantilever beam interlayer fracture toughness test method (DCB method) is used to generate a pre-crack (initial crack) of 12.7 mm from the tip of the release sheet, and then further develop the crack. Was done. The test was terminated when the crack growth length reached 127 mm from the tip of the pre-crack. The crosshead speed of the test piece tensile tester was 12.7 mm / min, and the measurement was performed at n = 5.

亀裂進展長さは顕微鏡を用いて試験片の両端面から測定し、荷重、及び亀裂開口変位を計測することにより、積分法にてGIcを算出した。 The crack growth length was measured from both end faces of the test piece using a microscope, and the GIc was calculated by the integral method by measuring the load and the crack opening displacement.

[実施例1〜5]
上記の樹脂を表1に記載する割合で混合したエポキシ樹脂組成物と、表1に記載の炭素繊維とを用いて繊維強化複合材料を作成した。
[Examples 1 to 5]
A fiber-reinforced composite material was prepared by using an epoxy resin composition obtained by mixing the above resins at the ratios shown in Table 1 and the carbon fibers shown in Table 1.

表1に記載する割合で、エポキシ樹脂にポリエーテルスルホンを120℃で60分間、プラネタリーミキサーを用いて撹拌しポリエーテルスルホンをエポキシ樹脂に完全溶解させた。その後、80℃まで降温し、硬化剤およびエポキシ樹脂不溶熱可塑性樹脂粒子を添加して30分間混合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。 At the ratios shown in Table 1, the polyether sulfone was stirred at 120 ° C. for 60 minutes using a planetary mixer in the epoxy resin, and the polyether sulfone was completely dissolved in the epoxy resin. Then, the temperature was lowered to 80 ° C., a curing agent and epoxy resin insoluble thermoplastic resin particles were added and mixed for 30 minutes to prepare an epoxy resin composition.

リバースロールコーターを用いて、離型紙上に、得られたエポキシ樹脂組成物を塗布して50g/m目付の樹脂フィルムを2枚作製した。次に、単位面積当たりの繊維質量が190g/mとなるように炭素繊維を一方向に整列させてシート状の繊維強化基材層を作製した。この繊維強化基材層の両面に樹脂フィルムを積重し、含侵温度130℃、圧力0.5MPaの条件で加熱加圧して、炭素繊維含有率が65質量%の未硬化繊維強化複合材料を作製した。 Using a reverse roll coater, the obtained epoxy resin composition was applied onto a release paper to prepare two 50 g / m 2 resin films. Next, a sheet-shaped fiber-reinforced base material layer was prepared by arranging carbon fibers in one direction so that the fiber mass per unit area was 190 g / m 2. A resin film is stacked on both sides of this fiber-reinforced base material layer, and heated and pressed under the conditions of an impregnation temperature of 130 ° C. and a pressure of 0.5 MPa to obtain an uncured fiber-reinforced composite material having a carbon fiber content of 65% by mass. Made.

実施例1〜5で得られた未硬化繊維強化複合材料のタック性、樹脂フローおよび、硬化後の繊維強化複合材料の樹脂厚み、CAI、層間破壊靭性(GIc)を評価した。実施例1〜5の繊維強化複合材料は、いずれもタック性に優れ、かつ、樹脂フローが十分抑制されていた。また、いずれの例も十分に優れた耐衝撃性および層間破壊靭性を有していた。 The tackiness, resin flow, resin thickness, CAI, and interlaminar fracture toughness (GIc) of the uncured fiber-reinforced composite material obtained in Examples 1 to 5 were evaluated. The fiber-reinforced composite materials of Examples 1 to 5 were all excellent in tackiness and the resin flow was sufficiently suppressed. In addition, all of the examples had sufficiently excellent impact resistance and interlayer fracture toughness.

[比較例1]
無機粒子を添加せず、[D]/[C]を0としてプリプレグを作製した。エポキシ樹脂組成物の割合を表1に記載の割合に変更した以外は、実施例1と同様にして繊維強化複合材料を作製した。比較例1で得られた繊維強化複合材料は、無機粒子が添加されていないため、樹脂粘度が低く、樹脂フローが高かった。そのため、樹脂層厚みが不十分で、層間破壊靭性が低く、不十分なものであった。
[Comparative Example 1]
A prepreg was prepared with [D] / [C] set to 0 without adding inorganic particles. A fiber-reinforced composite material was produced in the same manner as in Example 1 except that the proportion of the epoxy resin composition was changed to the proportion shown in Table 1. The fiber-reinforced composite material obtained in Comparative Example 1 had a low resin viscosity and a high resin flow because no inorganic particles were added. Therefore, the thickness of the resin layer is insufficient, and the interlaminar fracture toughness is low, which is insufficient.

[比較例2]
[D]/[C]を0.64としてプリプレグを作製した。エポキシ樹脂組成物の割合を表1に記載の割合に変更した以外は、実施例1と同様にしてプリプレグを作成した。[D]/[C]が大きすぎる比較例2で得られたプリプレグは、タック性が不十分な取り扱い性の悪いプリプレグであった。また、CAIが低く、耐衝撃性が不十分なものであった。
[Comparative Example 2]
A prepreg was prepared with [D] / [C] set to 0.64. A prepreg was prepared in the same manner as in Example 1 except that the proportion of the epoxy resin composition was changed to the proportion shown in Table 1. The prepreg obtained in Comparative Example 2 in which [D] / [C] was too large was a prepreg having insufficient tackiness and poor handleability. In addition, the CAI was low and the impact resistance was insufficient.

Figure 2021107470
Figure 2021107470

Claims (5)

[A]強化繊維からなる繊維層にマトリクス樹脂組成物が含浸されてなる繊維強化複合材料であって、
マトリクス樹脂組成物が、少なくとも[B]エポキシ樹脂、[C]熱可塑性樹脂粒子、[D]モース硬度が6以上の無機添加材からなるマトリクス樹脂組成物であり、かつ式(1)を満たすマトリクス樹脂組成物であることを特徴とする繊維強化複合材料。
0 < [D]のマトリクス樹脂組成物の配合量 / [C]のマトリクス樹脂組成物の配合量 < 0.6 ・・・式(1)
[A] A fiber-reinforced composite material obtained by impregnating a fiber layer made of reinforcing fibers with a matrix resin composition.
The matrix resin composition is a matrix resin composition composed of at least [B] epoxy resin, [C] thermoplastic resin particles, and [D] an inorganic additive having a Mohs hardness of 6 or more, and satisfies the formula (1). A fiber-reinforced composite material characterized by being a resin composition.
0 <Mixing amount of matrix resin composition of [D] / Mixing amount of matrix resin composition of [C] <0.6 ... Equation (1)
[B]エポキシ樹脂が、少なくとも2官能以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂である請求項1記載の繊維強化複合材料。 [B] The fiber-reinforced composite material according to claim 1, wherein the epoxy resin is an epoxy resin having at least bifunctional or higher functional epoxy groups. [C]熱可塑性樹脂粒子がポリアミド粒子である請求項1、2に記載の繊維強化複合材料。 [C] The fiber-reinforced composite material according to claim 1 or 2, wherein the thermoplastic resin particles are polyamide particles. [D]無機添加材の含有量が、[A]エポキシ樹脂100質量部に対し0.0001〜5質量部である請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。 The fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the inorganic additive is 0.0001 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the epoxy resin [A]. [A]強化繊維からなる繊維層にマトリクス樹脂組成物を含浸する繊維強化複合材料の製造方法であって、
マトリクス樹脂組成物が、少なくとも[B]エポキシ樹脂、[C]熱可塑性樹脂粒子、[D]モース硬度が6以上の無機添加材からなるマトリクス樹脂組成物であり、かつ式(1)を満たすマトリクス樹脂組成物であることを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
0 < [D]のマトリクス樹脂組成物の配合量 / [C]のマトリクス樹脂組成物の配合量 < 0.6 ・・・式(1)
[A] A method for producing a fiber-reinforced composite material in which a fiber layer made of reinforcing fibers is impregnated with a matrix resin composition.
The matrix resin composition is a matrix resin composition composed of at least [B] epoxy resin, [C] thermoplastic resin particles, and [D] an inorganic additive having a Morse hardness of 6 or more, and satisfies the formula (1). A method for producing a fiber-reinforced composite material, which is a resin composition.
0 <Mixing amount of matrix resin composition of [D] / Mixing amount of matrix resin composition of [C] <0.6 ... Equation (1)
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