JP2023084198A - Epoxy resin composition, prepreg, fiber-reinforced composite material and production method - Google Patents

Epoxy resin composition, prepreg, fiber-reinforced composite material and production method Download PDF

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康平 大▲崎▼
Kohei Osaki
徹 金子
Toru Kaneko
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Abstract

To provide an epoxy resin composition that enables the production of a fiber-reinforced composite material having excellent heat resistance, compression properties and impact resistance, and is also easy to impregnate due to low initial viscosity, and further has good handleability due to long pot life.SOLUTION: An epoxy resin composition comprises an epoxy compound [A] having a glycidyl group-substituted amino group and represented by a specific chemical structure, and an epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or a heterocyclic ring structure.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、繊維強化複合材料および製造方法に関する。 The present invention relates to epoxy resin compositions, prepregs, fiber-reinforced composite materials, and manufacturing methods.

繊維強化複合材料は、軽量かつ高強度、高剛性であるため、釣り竿やゴルフシャフト等のスポーツ・レジャー用途、自動車や航空機等の産業用途等の幅広い分野で用いられている。 Fiber-reinforced composite materials are lightweight, high-strength, and high-rigidity, so they are used in a wide range of fields, such as sports and leisure applications such as fishing rods and golf shafts, and industrial applications such as automobiles and aircraft.

熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料を成形する方法として、予め未硬化の熱硬化性樹脂を繊維強化基材に含浸させてシート状に形成したプリプレグ(中間基材)を成形する方法や、型内に配置した繊維強化基材に液状の未硬化の熱硬化性樹脂を含浸、硬化して繊維強化複合材料を得るレジン・トランスファー・モールディング成形法(RTM成形法)が知られている。 As a method of molding a composite material using a thermosetting resin as a matrix resin, there is a method of molding a prepreg (intermediate base material) formed into a sheet by impregnating a fiber-reinforced base material with an uncured thermosetting resin in advance. , a resin transfer molding method (RTM molding method) is known, in which a fiber-reinforced base material placed in a mold is impregnated with a liquid uncured thermosetting resin and cured to obtain a fiber-reinforced composite material.

近年では、繊維強化複合材料を製造するための工程が少なく、オートクレーブのような高価な設備を必要としないことから、低コストで生産性に優れるRTM成形法が注目されている。RTM成形法に用いる未硬化の熱硬化性樹脂として、4官能芳香族エポキシ樹脂を利用することが一般的である。 In recent years, attention has been paid to the RTM molding method, which is low-cost and excellent in productivity, because there are few processes for manufacturing fiber-reinforced composite materials and does not require expensive equipment such as an autoclave. A tetrafunctional aromatic epoxy resin is generally used as the uncured thermosetting resin used in the RTM molding method.

RTM成形法に利用するエポキシ樹脂組成物においては、繊維強化基材への樹脂組成物の含浸性を高めるために、4官能芳香族エポキシ樹脂に加えて、低粘度の2官能芳香族エポキシ樹脂を減粘剤として使用することが多い。 In the epoxy resin composition used in the RTM molding method, in addition to the tetrafunctional aromatic epoxy resin, a low-viscosity bifunctional aromatic epoxy resin is added in order to improve the impregnation of the resin composition into the fiber-reinforced base material. Often used as a viscosity reducer.

しかし、減粘剤に2官能芳香族エポキシ樹脂を使用した場合、エポキシ樹脂組成物を加熱硬化して得られる樹脂硬化物の架橋密度が低下し、樹脂硬化物や繊維強化複合材料の耐熱性および力学特性が低下する問題がある。 However, when a bifunctional aromatic epoxy resin is used as a viscosity reducer, the crosslink density of the cured resin obtained by heat-curing the epoxy resin composition is lowered, and the heat resistance and heat resistance of the cured resin and fiber-reinforced composite material are reduced. There is a problem that the mechanical properties are degraded.

そもそも、エポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂として用いた繊維強化複合材料は、一般的に耐衝撃性が低く、エポキシ樹脂硬化物の靭性向上が求められている。特許文献1には、エポキシ樹脂に熱可塑性樹脂を溶解させた組成物を用いることにより、エポキシ樹脂硬化物に靱性を付与する方法が記載されている。この方法によれば、エポキシ樹脂硬化物に対してある程度の靱性を付与することができる。 In the first place, a fiber-reinforced composite material using an epoxy resin composition as a matrix resin generally has low impact resistance, and improvement in the toughness of the epoxy resin cured product is required. Patent Literature 1 describes a method of imparting toughness to a cured epoxy resin by using a composition in which a thermoplastic resin is dissolved in an epoxy resin. According to this method, a certain degree of toughness can be imparted to the epoxy resin cured product.

しかし、高い靱性を付与するためには、エポキシ樹脂に多量の熱可塑性樹脂を溶解させなければならない。その結果、多量の熱可塑性樹脂が溶解しているエポキシ樹脂組成物は、粘度が著しく高くなり、繊維強化基材の内部に十分な量の樹脂を含浸させることが困難となる。このため、この様なエポキシ樹脂組成物を用いて作製される繊維強化複合材料にはボイド等の欠陥が内在することになり、繊維強化複合材料の圧縮性能および損傷許容性が低下する問題がある。 However, in order to impart high toughness, a large amount of thermoplastic resin must be dissolved in the epoxy resin. As a result, an epoxy resin composition in which a large amount of thermoplastic resin is dissolved has a significantly high viscosity, making it difficult to impregnate the interior of the fiber-reinforced base material with a sufficient amount of resin. Therefore, defects such as voids are inherent in the fiber-reinforced composite material produced using such an epoxy resin composition, and there is a problem that the compression performance and damage tolerance of the fiber-reinforced composite material are lowered. .

特開昭60-243113号公報JP-A-60-243113

本発明の課題は、優れた耐熱性、圧縮特性および耐衝撃性を有する繊維強化複合材料を製造することができ、かつ初期粘度が低いことで含浸しやすく、可使時間が長いことで取り扱い性がよいエポキシ樹脂組成物を提供することにある。 The object of the present invention is to be able to produce a fiber-reinforced composite material having excellent heat resistance, compression properties and impact resistance. An object of the present invention is to provide an epoxy resin composition having good

すなわち本発明は、下記化学式(1)(ただし、R~Rはそれぞれ独立に水素原子、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基またはハロゲン原子を表し、Xは-CH-、-O-、-S-、-CO-、-C(=O)O-、-O-C(=O)-、-NHCO-、-CONH-または-SO-を表す。)で示されるエポキシ化合物〔A〕と、多環芳香環構造または複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕と、を含んで成ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。 That is, the present invention provides the following chemical formula (1) (where R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group or a halogen atom, and X 1 is —CH 2 — , -O-, -S-, -CO-, -C(=O)O-, -OC(=O)-, -NHCO-, -CONH- or -SO 2 -). and an epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or a heterocyclic structure.

Figure 2023084198000001
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本発明によれば、優れた耐熱性、圧縮特性および耐衝撃性を有する繊維強化複合材料を製造することができ、かつ初期粘度が低いことで含浸しやすく、可使時間が長いことで取り扱い性がよいエポキシ樹脂組成物を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to produce a fiber-reinforced composite material having excellent heat resistance, compression properties and impact resistance. can provide an epoxy resin composition with good

以下、本発明を詳細に説明する。なお、繊維強化複合材料を「FRP」、炭素繊維強化複合材料を「CFRP」と略記することがある。 The present invention will be described in detail below. A fiber reinforced composite material is sometimes abbreviated as "FRP", and a carbon fiber reinforced composite material as "CFRP".

〔エポキシ化合物〔A〕〕
本発明のエポキシ樹脂組成物は、下記化学式(1)(ただし、R~Rはそれぞれ独立に水素原子、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基またはハロゲン原子を表し、Xは-CH-、-O-、-S-、-CO-、-C(=O)O-、-O-C(=O)-、-NHCO-、-CONH-または-SO-を表す。)で示されるエポキシ化合物〔A〕を含む。
[Epoxy compound [A]]
The epoxy resin composition of the present invention has the following chemical formula (1) (where R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group or a halogen atom, and X 1 is represents -CH 2 -, -O-, -S-, -CO-, -C(=O)O-, -O-C(=O)-, -NHCO-, -CONH- or -SO 2 - .) contains an epoxy compound [A] represented by

Figure 2023084198000002
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エポキシ樹脂組成物の硬化時の化学反応が阻害されることを防ぐために、R~Rは好ましくは水素原子である。また、化合物の合成を容易にするために、Xは好ましくは-O-である。
~Rが、脂肪族炭化水素基または脂環式炭化水素基である場合、その炭素数は好ましくは1~4である。
R 1 to R 4 are preferably hydrogen atoms in order to prevent inhibition of chemical reactions during curing of the epoxy resin composition. X 1 is also preferably -O- for ease of compound synthesis.
When R 1 to R 4 are aliphatic hydrocarbon groups or alicyclic hydrocarbon groups, they preferably have 1 to 4 carbon atoms.

エポキシ化合物〔A〕として、好ましくはアミン型グリシジル基を有するエポキシ化合物を用い、さらに好ましくはテトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジル-3,4’-ジアミノジフェニルエーテルおよびテトラグリシジル-3,3’-ジアミノジフェニルメタン、特に好ましくはテトラグリシジル-3,4’-ジアミノジフェニルエーテルを用いる。 As the epoxy compound [A], an epoxy compound having an amine-type glycidyl group is preferably used, and more preferably tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenyl ether, tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, tetraglycidyl-3, 4'-diaminodiphenyl ether and tetraglycidyl-3,3'-diaminodiphenylmethane, particularly preferably tetraglycidyl-3,4'-diaminodiphenyl ether are used.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ化合物〔A〕の合成時に生成する副生物や未反応物を含んでいてもよい。
エポキシ化合物〔A〕は、どのような方法で合成してもよい。例えば、原料である芳香族ジアミンとエピクロロヒドリンなどのエピハロヒドリンとを、好ましくは酸触媒の存在下で反応させてテトラハロヒドリン体を得た後、次いでアルカリ性化合物を用いて環化反応することにより得ることができる。具体的には、後述の実施例の方法で合成することができる。
The epoxy resin composition of the present invention may contain by-products and unreacted substances produced during the synthesis of the epoxy compound [A].
Epoxy compound [A] may be synthesized by any method. For example, an aromatic diamine and an epihalohydrin such as epichlorohydrin, which are raw materials, are reacted preferably in the presence of an acid catalyst to obtain a tetrahalohydrin body, and then subjected to a cyclization reaction using an alkaline compound. can be obtained by Specifically, it can be synthesized by the method described in Examples below.

芳香族ジアミンとして、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルメタンを例示することができる。 As aromatic diamines, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 3,4 '-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl methane can be exemplified.

これらの中でも、耐熱性の観点からアミノ基を有する2つの芳香環がエーテル結合により連結している芳香族ジアミンが好ましく、エーテル結合に対して一方のアミノ基がパラ位、もう一方のアミノ基がオルト位に位置している芳香族ジアミンであることが特に好ましい。この芳香族ジアミンとして、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルスルホンを例示することができる。 Among these, aromatic diamines in which two aromatic rings having amino groups are linked by an ether bond are preferable from the viewpoint of heat resistance. Particularly preferred are ortho-positioned aromatic diamines. Examples of this aromatic diamine include 3,4'-diaminodiphenyl ether and 3,4'-diaminodiphenyl sulfone.

エピハロヒドリンとして、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピフルオロヒドリンを例示することができる。これらの中でも、反応性や取扱性の観点から、エピクロロヒドリンおよびエピブロモヒドリンが特に好ましい。 Examples of epihalohydrin include epichlorohydrin, epibromohydrin, and epifluorohydrin. Among these, epichlorohydrin and epibromohydrin are particularly preferred from the viewpoint of reactivity and handleability.

原料である芳香族ジアミンとエピハロヒドリンとの質量比は、好ましくは1:1~1:20、さらに好ましくは1:3~1:10である。反応時に用いる溶媒として、エタノールやn-ブタノールなどのアルコール系溶媒、メチルイソブチルケトンやメチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、アセトニトリルやN,N-ジメチルホルムアミドなどの非プロトン性極性溶媒、トルエンやキシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒を例示することができる。特に、エタノールやn-ブタノールなどのアルコール系溶媒、トルエンやキシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒が好ましい。 The mass ratio of the raw materials, aromatic diamine and epihalohydrin, is preferably 1:1 to 1:20, more preferably 1:3 to 1:10. Solvents used in the reaction include alcohol solvents such as ethanol and n-butanol, ketone solvents such as methyl isobutyl ketone and methyl ethyl ketone, aprotic polar solvents such as acetonitrile and N,N-dimethylformamide, and aromatic solvents such as toluene and xylene. group hydrocarbon solvents can be exemplified. Alcohol solvents such as ethanol and n-butanol, and aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene are particularly preferred.

溶媒の使用量は芳香族ジアミンに対して、好ましくは1~10質量倍である。酸触媒としてはブレンステッド酸とルイス酸のいずれも好適に用いることができる。ブレンステッド酸としてはエタノールや水、酢酸が好ましく、ルイス酸としては四塩化チタンや硝酸ランタン六水和物、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体が好ましい。 The amount of the solvent to be used is preferably 1 to 10 times the weight of the aromatic diamine. Both Bronsted acids and Lewis acids can be suitably used as acid catalysts. Preferred Bronsted acids are ethanol, water and acetic acid, and preferred Lewis acids are titanium tetrachloride, lanthanum nitrate hexahydrate and boron trifluoride diethyl ether complex.

反応時間は、好ましくは0.1~180時間、さらに好ましくは0.5~24時間である。反応温度は、好ましくは20~100℃、さらに好ましくは40~80℃である。
環化反応時に用いるアルカリ性化合物として、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが例示される。アルカリ性化合物は固体として添加しても水溶液として添加してもよい。
The reaction time is preferably 0.1 to 180 hours, more preferably 0.5 to 24 hours. The reaction temperature is preferably 20-100°C, more preferably 40-80°C.
Examples of alkaline compounds used in the cyclization reaction include sodium hydroxide and potassium hydroxide. The alkaline compound may be added as a solid or as an aqueous solution.

環化反応時には相間移動触媒を用いてもよい。相間移動触媒として、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、硫酸水素テトラブチルアンモニウムなどの第四級アンモニウム塩、臭化トリブチルヘキサデシルホスホニウム、臭化トリブチルドデシルホスホニウムなどのホスホニウム化合物、18-クラウン-6-エーテルなどのクラウンエーテル類を例示することができる。 A phase transfer catalyst may be used during the cyclization reaction. Phase transfer catalysts such as quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, benzyltriethylammonium chloride, and tetrabutylammonium hydrogen sulfate; phosphonium compounds such as tributylhexadecylphosphonium bromide and tributyldodecylphosphonium bromide; Crown ethers such as 18-crown-6-ether can be exemplified.

本発明のエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂の総量(エポキシ樹脂主剤液)に対してエポキシ化合物〔A〕が占める割合は、好ましくは40~90質量%、特に好ましくは50~80質量%である。エポキシ化合物〔A〕の割合が40質量%以上であることで、得られる樹脂硬化物の耐熱性および弾性率をより向上させることができる。その結果、得られる繊維強化複合材料の各種力学特性も向上する。そして、エポキシ化合物〔A〕の割合が90質量%以下であることで樹脂組成物の粘度を低くすることができ、繊維基材への含浸性を高めることができる。 In the epoxy resin composition of the present invention, the ratio of the epoxy compound [A] to the total amount of the epoxy resin (epoxy resin base liquid) is preferably 40 to 90% by mass, particularly preferably 50 to 80% by mass. . When the proportion of the epoxy compound [A] is 40% by mass or more, it is possible to further improve the heat resistance and elastic modulus of the obtained cured resin. As a result, various mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material are also improved. When the proportion of the epoxy compound [A] is 90% by mass or less, the viscosity of the resin composition can be lowered, and the impregnation of the fiber base material can be enhanced.

〔エポキシ化合物〔B〕〕
本発明のエポキシ樹脂組成物は、多環芳香環構造または複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕を含む。このエポキシ化合物〔B〕を含むことで、エポキシ樹脂組成物の粘度を低下させて繊維強化基材への樹脂含浸性を向上させることができ、RTM成形法に使用する金型の設計自由度を高めることができる。
[Epoxy compound [B]]
The epoxy resin composition of the present invention contains an epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or heterocyclic ring structure. By including this epoxy compound [B], it is possible to reduce the viscosity of the epoxy resin composition and improve the impregnating property of the fiber-reinforced base material with the resin, thereby increasing the degree of freedom in designing the mold used in the RTM molding method. can be enhanced.

また、このエポキシ化合物〔B〕を用いることにより、後述するエポキシ化合物〔C〕と異なり、エポキシ樹脂組成物の粘度を低下させながらも、得られる樹脂硬化物の耐熱性を向上させることができる。 Moreover, by using this epoxy compound [B], unlike the epoxy compound [C] described later, the viscosity of the epoxy resin composition is reduced, while the heat resistance of the cured resin obtained can be improved.

本発明では、上述のエポキシ化合物〔A〕と上述のエポキシ化合物〔B〕とを組み合わせて用いることにより、繊維強化基材への樹脂含浸性を向上させるとともに、耐熱性および高弾性率を維持した樹脂硬化物および繊維強化複合材料を得ることができる。 In the present invention, by using the epoxy compound [A] described above and the epoxy compound [B] described above in combination, the resin impregnation property of the fiber-reinforced substrate is improved, and heat resistance and high elastic modulus are maintained. A cured resin and a fiber-reinforced composite material can be obtained.

多環芳香環構造または複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕は、多環芳香環構造を有する化合物のモノマーまたは複素環構造を有する化合物のモノマーであってもよく、それらのオリゴマーであってもよく、好ましくは多環芳香環構造を有する化合物のモノマーまたは複素環構造を有する化合物のモノマーを用いる。 The epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or heterocyclic structure may be a monomer of a compound having a polycyclic aromatic ring structure, a monomer of a compound having a heterocyclic structure, or an oligomer thereof. A monomer of a compound having a polycyclic aromatic ring structure or a monomer of a compound having a heterocyclic structure is preferably used.

この多環芳香環構造として、例えば、ナフタレン骨格、アントラセン骨格を例示することができ、樹脂硬化物の物性の観点から、ナフタレン骨格が好ましい。すなわち、多環芳香環構造または複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕として、好ましくはナフタレン誘導体エポキシ化合物またはアントラセン誘導体エポキシ化合物、特に好ましくはナフタレン誘導体エポキシ化合物を用いる。多環芳香環構造は、グリシジル基の他にも置換基を有していてもよい。 Examples of the polycyclic aromatic ring structure include a naphthalene skeleton and an anthracene skeleton, and a naphthalene skeleton is preferred from the viewpoint of the physical properties of the cured resin. That is, as the epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or heterocyclic structure, a naphthalene derivative epoxy compound or an anthracene derivative epoxy compound is preferably used, and a naphthalene derivative epoxy compound is particularly preferably used. The polycyclic aromatic ring structure may have a substituent other than the glycidyl group.

ナフタレン誘導体エポキシ化合物として、流動性の観点から、好ましくはビス(グリシジルオキシ)ナフタレンを用る。具体的には、ビス(グリシジルオキシ)-1,1′-ビナフタレン、ビス(グリシジルオキシ)-1-[(グリシジルオキシ)-1-ナフチルメチル]ナフタレン、1,6-ビス(グリシジルオキシ)ナフタレン、1,5-ビス(グリシジルオキシ)ナフタレン、2,6-ビス(グリシジルオキシ)ナフタレン、2,7-ビス(グリシジルオキシ)ナフタレン、2,2′-ビス(グリシジルオキシ)-1,1′-ビナフタレン、2,7-ビス(グリシジルオキシ)-1-[2-(グリシジルオキシ)-1-ナフチルメチル]ナフタレンを例示することができる。 As the naphthalene derivative epoxy compound, bis(glycidyloxy)naphthalene is preferably used from the viewpoint of fluidity. Specifically, bis(glycidyloxy)-1,1′-binaphthalene, bis(glycidyloxy)-1-[(glycidyloxy)-1-naphthylmethyl]naphthalene, 1,6-bis(glycidyloxy)naphthalene, 1,5-bis(glycidyloxy)naphthalene, 2,6-bis(glycidyloxy)naphthalene, 2,7-bis(glycidyloxy)naphthalene, 2,2'-bis(glycidyloxy)-1,1'-binaphthalene , 2,7-bis(glycidyloxy)-1-[2-(glycidyloxy)-1-naphthylmethyl]naphthalene.

なかでもビス(グリシジルオキシ)-1,1′-ビナフタレンおよびビス(グリシジルオキシ)-1-[(グリシジルオキシ)-1-ナフチルメチル]ナフタレンから選択されることが好ましく、これらのエポキシ化合物〔B〕を用いることによって、エポキシ樹脂組成物の粘度を低下させ、かつ樹脂硬化物の耐熱性を向上させることができる。 Among them, it is preferably selected from bis(glycidyloxy)-1,1′-binaphthalene and bis(glycidyloxy)-1-[(glycidyloxy)-1-naphthylmethyl]naphthalene, and these epoxy compounds [B] By using, the viscosity of the epoxy resin composition can be reduced and the heat resistance of the resin cured product can be improved.

エポキシ化合物〔B〕として、多環芳香環構造を有するエポキシ化合物を用いることで、通常、硬化物の耐熱性向上に使用される4官能エポキシ樹脂と異なり、硬化物の架橋密度が過剰に上昇することがない。そのため、樹脂硬化物および繊維強化複合材料の靭性低下を防ぐことができる。 By using an epoxy compound having a polycyclic aromatic ring structure as the epoxy compound [B], the cross-linking density of the cured product is excessively increased, unlike the tetrafunctional epoxy resin that is usually used to improve the heat resistance of the cured product. never Therefore, it is possible to prevent a decrease in toughness of the cured resin and the fiber-reinforced composite material.

多環芳香環構造または複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕として、複素環構造を有する化合物を用いる場合、複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕は、好ましくはトリグリシジルイソシアヌレート誘導体エポキシ化合物である。 When a compound having a heterocyclic structure is used as the epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or a heterocyclic structure, the epoxy compound [B] having a heterocyclic structure is preferably a triglycidyl isocyanurate derivative epoxy compound. be.

トリグリシジルイソシアヌレート誘導体エポキシ化合物は、好ましくは1,3,5-トリグリシジルイソシアヌレート、1,3,5-トリ(エチルグリシジル)イソシアヌレートおよび1,3,5-トリ(ペンチルグリシジル)イソシアヌレートから選択される。これらの化合物をエポキシ化合物〔B〕として用いることによって、エポキシ樹脂硬化物の耐熱性と弾性率を向上させることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ化合物〔B〕の合成時に生成する副生物や未反応物を含んでいてもよい。
Triglycidyl isocyanurate derivative epoxy compounds are preferably from 1,3,5-triglycidyl isocyanurate, 1,3,5-tri(ethylglycidyl)isocyanurate and 1,3,5-tri(pentylglycidyl)isocyanurate selected. By using these compounds as the epoxy compound [B], the heat resistance and elastic modulus of the cured epoxy resin can be improved.
The epoxy resin composition of the present invention may contain by-products and unreacted substances produced during the synthesis of the epoxy compound [B].

本発明のエポキシ樹脂組成物において、上述のエポキシ化合物〔A〕と上述のエポキシ化合物〔B〕との質量比率は、好ましくは50:50~99:1、さらに好ましくは50:50~95:5、特に好ましくは60:40~90:10である。エポキシ化合物〔B〕の割合が1質量%以上であることで、得られる樹脂組成物の粘度をより低下させ、樹脂組成物の取扱性とRTM成形法への適合性をより向上させることができ、さらに、得られる樹脂硬化物の耐熱性および弾性率をより向上させることができる。その結果、得られる繊維強化複合材料の各種力学特性も向上する。そして、エポキシ化合物〔B〕の割合が50質量%以下であることで、得られる樹脂硬化物の耐熱性および弾性率の低下を最小限に抑制することができるため好ましい。 In the epoxy resin composition of the present invention, the mass ratio of the above epoxy compound [A] and the above epoxy compound [B] is preferably 50:50 to 99:1, more preferably 50:50 to 95:5. , particularly preferably 60:40 to 90:10. When the proportion of the epoxy compound [B] is 1% by mass or more, the viscosity of the resulting resin composition can be further reduced, and the handleability of the resin composition and compatibility with the RTM molding method can be further improved. Furthermore, the heat resistance and elastic modulus of the resin cured product to be obtained can be further improved. As a result, various mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material are also improved. In addition, it is preferable that the proportion of the epoxy compound [B] is 50% by mass or less, since the deterioration of the heat resistance and elastic modulus of the obtained cured resin can be minimized.

〔エポキシ化合物〔C〕〕
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述のエポキシ化合物〔A〕およびエポキシ化合物〔B〕の他に、好ましくはグリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ化合物〔C〕をさらに含む。
[Epoxy compound [C]]
The epoxy resin composition of the present invention preferably further contains an aromatic epoxy compound [C] having a glycidyl ether group, in addition to the above epoxy compound [A] and epoxy compound [B].

この場合、グリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ化合物〔C〕のグリシジルエーテル個数/芳香環個数は2である。このエポキシ化合物〔C〕を含むことで、エポキシ樹脂組成物の粘度を低下させて繊維強化基材への樹脂含浸性を向上させることができる。
グリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ化合物〔C〕は、好ましくはジグリシジルアニリンおよび/またはジグリシジルトルイジンである。
In this case, the number of glycidyl ether groups/the number of aromatic rings of the aromatic epoxy compound [C] having a glycidyl ether group is two. By including this epoxy compound [C], the viscosity of the epoxy resin composition can be reduced, and the resin impregnation property of the fiber-reinforced base material can be improved.
The aromatic epoxy compound [C] having a glycidyl ether group is preferably diglycidylaniline and/or diglycidyltoluidine.

エポキシ化合物〔C〕として、グリシジルエーテル基を有する芳香族化合物を用いる。このエポキシ化合物〔C〕として、好ましくは、ジグリシジルアニリンやその誘導体であるジグリシジル-o-トルイジン、ジグリシジル-m-トルイジン、ジグリシジル-p-トルイジン、ジグリシジル-キシリジン、ジグリシジル-メシジン、ジグリシジル-アニシジン、ジグリシジル-フェノキシアニリン、あるいはジグリシジル-ナフチルアミンおよびその誘導体を用い、さらに好ましくは、ジグリシジル-アニリン、ジグリシジル-o-トルイジン、ジグリシジル-m-トルイジン、ジグリシジル-p-トルイジン、ジグリシジル-フェノキシアニリンを用いる。 An aromatic compound having a glycidyl ether group is used as the epoxy compound [C]. The epoxy compound [C] is preferably diglycidylaniline or its derivatives such as diglycidyl-o-toluidine, diglycidyl-m-toluidine, diglycidyl-p-toluidine, diglycidyl-xylidine, diglycidyl-mesidine, diglycidyl-anisidine and diglycidyl. -phenoxyaniline, or diglycidyl-naphthylamine and derivatives thereof, more preferably diglycidyl-aniline, diglycidyl-o-toluidine, diglycidyl-m-toluidine, diglycidyl-p-toluidine and diglycidyl-phenoxyaniline.

これらのなかで特に好ましいものは、N,N-ジグリシジル-アニリンまたはN,N-ジグリシジル-o-トルイジンである。
これらの化合物をエポキシ化合物〔C〕として用いることでエポキシ樹脂組成物の可使時間を長くすることができ、RTM成形法に使用する金型の設計自由度を高めることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、エポキシ化合物〔C〕の合成時に生成する副生物や未反応物を含んでいてもよい。
Among these, N,N-diglycidyl-aniline or N,N-diglycidyl-o-toluidine is particularly preferred.
By using these compounds as the epoxy compound [C], the usable life of the epoxy resin composition can be extended, and the degree of freedom in designing the mold used in the RTM molding method can be increased.
The epoxy resin composition of the present invention may contain by-products and unreacted substances produced during the synthesis of the epoxy compound [C].

本発明のエポキシ樹脂組成物において、エポキシ化合物〔C〕を含む場合はエポキシ化合物〔A〕とエポキシ化合物〔B〕との合計100質量部に対して、好ましくは1~80質量部のエポキシ化合物〔C〕が含まれる。1質量%未満であると樹脂組成物の粘度が高くなるため好ましくなく、他方80質量部を超えると樹脂硬化物の耐熱性が低下するため好ましくない。 In the epoxy resin composition of the present invention, when the epoxy compound [C] is contained, it is preferable that the epoxy compound [ C] is included. If it is less than 1% by mass, the viscosity of the resin composition increases, and if it exceeds 80 parts by mass, the heat resistance of the cured resin is lowered, which is not preferable.

本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ化合物の全質量を100質量%として、エポキシ化合物〔A〕、エポキシ化合物〔B〕およびエポキシ化合物〔C〕の合計は、エポキシ化合物の全質量の好ましくは70~100質量%を占める。70質量%未満であると樹脂硬化物の力学特性が低下するため好ましくない。 Assuming that the total weight of the epoxy compounds contained in the epoxy resin composition of the present invention is 100% by weight, the total weight of epoxy compound [A], epoxy compound [B] and epoxy compound [C] is preferably It occupies 70 to 100% by mass. If it is less than 70% by mass, the mechanical properties of the cured resin are lowered, which is not preferable.

そして、本発明のエポキシ樹脂組成物における、エポキシ化合物の総質量(エポキシ樹脂主剤液)あたりのエポキシ化合物〔C〕の含有率は、好ましくは5~50質量%、さらに好ましくは10~40質量%である。エポキシ化合物〔C〕の含有率が5質量%以上であることで、得られる樹脂組成物の粘度をより低下させ、樹脂組成物の取扱性とRTM成形法への適合性をより向上させることができる。 In the epoxy resin composition of the present invention, the content of the epoxy compound [C] per total mass of the epoxy compounds (epoxy resin main component liquid) is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass. is. When the content of the epoxy compound [C] is 5% by mass or more, the viscosity of the resulting resin composition can be further reduced, and the handleability of the resin composition and compatibility with the RTM molding method can be further improved. can.

〔硬化剤〕
本発明のエポキシ樹脂組成物には、公知の硬化剤を用いることができる。特にアミン系硬化剤を用いることが、硬化物の機械特性の観点から好ましい。なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、この硬化剤を予め含有していてもよいし、含有していなくてもよい。硬化剤を含有していないエポキシ樹脂組成物は、硬化前又は硬化時において、硬化剤と混合可能な状態とされる。
[Curing agent]
A known curing agent can be used in the epoxy resin composition of the present invention. In particular, it is preferable to use an amine-based curing agent from the viewpoint of mechanical properties of the cured product. The epoxy resin composition of the present invention may or may not contain this curing agent in advance. An epoxy resin composition that does not contain a curing agent is in a state that can be mixed with a curing agent before or during curing.

アミン系硬化剤としては、例えば、ジシアンジアミドなどの潜在性硬化剤、脂肪族ポリアミン、芳香族アミン系硬化剤の各種異性体、アミノ安息香酸エステル、酸無水物が挙げられる。ジシアンジアミドは、プリプレグの保存安定性に優れるため好ましい。
脂肪族ポリアミン類は反応性が高く、低温での硬化反応が可能となるため好ましい。脂肪族ポリアミン類としては4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン、イソホロンジアミン、m-キシリレンジアミンが例示される。
Examples of amine-based curing agents include latent curing agents such as dicyandiamide, aliphatic polyamines, various isomers of aromatic amine-based curing agents, aminobenzoic acid esters, and acid anhydrides. Dicyandiamide is preferable because it is excellent in storage stability of the prepreg.
Aliphatic polyamines are preferred because they have high reactivity and enable a curing reaction at low temperatures. Examples of aliphatic polyamines include 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, isophoronediamine, and m-xylylenediamine.

芳香族ポリアミンは耐熱性や各種力学特性に優れるため好ましい。芳香族ポリ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、トルエンジアミン誘導体が例示される。4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ジアミン化合物およびそれらの非反応性置換基を有する誘導体は、耐熱性の良好な硬化物を与えるという観点から特に好ましい。ここで、非反応性置換基は、エポキシ樹脂の説明において述べた非反応性置換基と同様である。 Aromatic polyamines are preferable because they are excellent in heat resistance and various mechanical properties. Examples of aromatic polyamines include diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylmethane, and toluenediamine derivatives. Aromatic diamine compounds such as 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl methane, and their derivatives having non-reactive substituents have excellent heat resistance. It is particularly preferable from the viewpoint of giving things. Here, the non-reactive substituent is the same as the non-reactive substituent described in the explanation of the epoxy resin.

また、未硬化のエポキシ樹脂組成物の保存安定性を向上させるとともに樹脂硬化物の吸水特性を優れたものとするため、4,4’-メチレンビス(2,6-ジエチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(2-エチル-6-メチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(2-イソプロピル-6-メチルアニリン)などのヒンダードアミン系化合物も好適に用いられる。 In addition, 4,4'-methylenebis(2,6-diethylaniline) and 4,4' are added to improve the storage stability of the uncured epoxy resin composition and to improve the water absorption properties of the cured resin composition. Hindered amine compounds such as -methylenebis(2-ethyl-6-methylaniline) and 4,4'-methylenebis(2-isopropyl-6-methylaniline) are also preferably used.

アミノ安息香酸エステルとしては、トリメチレングリコールジ-p-アミノベンゾエートやネオペンチルグリコールジ-p-アミノベンゾエートが好ましく用いられる。これらを用いて硬化させた複合材料は、ジアミノジフェニルスルホンの各種異性体と比較して耐熱性は劣るが、引張伸度に優れる。 Preferred aminobenzoic acid esters include trimethylene glycol di-p-aminobenzoate and neopentyl glycol di-p-aminobenzoate. Composite materials cured using these are inferior in heat resistance to various isomers of diaminodiphenylsulfone, but are excellent in tensile elongation.

酸無水物類としては、1,2,3,6-テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、4-メチルヘキサヒドロ無水フタル酸が挙げられる。これら硬化剤を用いた場合、未硬化樹脂組成物のポットライフが長く、電気的特性、化学的特性、機械的特性などに比較的バランスがとれた硬化物が得られる。そのため、複合材料の用途に応じて、使用する硬化剤の種類は適宜選択される。 Acid anhydrides include 1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, and 4-methylhexahydrophthalic anhydride. When these curing agents are used, the pot life of the uncured resin composition is long, and a cured product having relatively well-balanced electrical, chemical and mechanical properties can be obtained. Therefore, the type of curing agent to be used is appropriately selected according to the application of the composite material.

本発明のエポキシ樹脂組成物をRTM成形法に用いる場合は、芳香族ポリアミンから成る硬化剤であって、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成る硬化剤を含むことが好ましい。すなわち、硬化剤として下記化学式(2)や(3)で表される化合物を含むことが好ましい。 When the epoxy resin composition of the present invention is used in the RTM molding method, a curing agent composed of an aromatic polyamine and having at least one aliphatic substituent, aromatic substituent, or halogen atom at the ortho position to the amino group. It preferably contains a curing agent consisting of an aromatic polyamine having such substituents. That is, it is preferable to include compounds represented by the following chemical formulas (2) and (3) as curing agents.

Figure 2023084198000003
Figure 2023084198000003

ただし、化学式(2)中、R~Rはそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~6の脂肪族置換基、芳香族置換基、ハロゲン原子のいずれかであり、かつ少なくとも1つの置換基は炭素数1~6の脂肪族置換基、芳香族置換基、ハロゲン原子のいずれかである。Xは-CH-、-CH(CH)-、-C(CH-、-S-、-O-、-SO-、-CO-、-CONH-、-NHCO-、-C(=O)-、-O-C(=O)-のいずれかである。 However, in chemical formula (2), R 5 to R 8 are each independently a hydrogen atom, an aliphatic substituent having 1 to 6 carbon atoms, an aromatic substituent, or a halogen atom, and at least one substituent The group is either an aliphatic substituent having 1 to 6 carbon atoms, an aromatic substituent, or a halogen atom. X 2 is -CH 2 -, -CH(CH 3 )-, -C(CH 3 ) 2 -, -S-, -O-, -SO 2 -, -CO-, -CONH-, -NHCO-, It is either -C(=O)- or -OC(=O)-.

Figure 2023084198000004
Figure 2023084198000004

ただし、化学式(3)中、R~R12はそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族置換基、芳香族置換基、ハロゲン原子、メトキシ基、アルコキシ基およびチオアルコキシ基のいずれかであり、かつ少なくとも1つの置換基は炭素数1~6の脂肪族置換基、芳香族置換基、ハロゲン原子、メトキシ基、アルコキシ基およびチオアルコキシ基のいずれかである。当該1つの置換基は、炭素数1~6の脂肪族置換基であることが好ましい。 provided that in chemical formula (3), R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom, an aliphatic substituent, an aromatic substituent, a halogen atom, a methoxy group, an alkoxy group or a thioalkoxy group, and At least one substituent is an aliphatic substituent having 1 to 6 carbon atoms, an aromatic substituent, a halogen atom, a methoxy group, an alkoxy group or a thioalkoxy group. The one substituent is preferably an aliphatic substituent having 1 to 6 carbon atoms.

化学式(2)および(3)において、脂肪族置換基の炭素数は1~6が好ましい。脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基が例示される。芳香族置換基としては、フェニル基、ナフチル基が例示される。 In chemical formulas (2) and (3), the aliphatic substituent preferably has 1 to 6 carbon atoms. Examples of aliphatic substituents include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, neopentyl group, n-hexyl group and cyclohexyl group. exemplified. A phenyl group and a naphthyl group are illustrated as an aromatic substituent.

RTM成形法に適した硬化剤としては、上述の構造を有するポリアミンであれば良いが、具体的には4,4’-ジアミノジフェニルメタンや下記化学式(4)~(8)で示されるその誘導体;下記化学式(9)~(12)で示されるフェニレンジアミンおよびその誘導体が例示される。 As a curing agent suitable for the RTM molding method, any polyamine having the above structure may be used. Specifically, 4,4'-diaminodiphenylmethane and its derivatives represented by the following chemical formulas (4) to (8); Phenylenediamines represented by the following chemical formulas (9) to (12) and derivatives thereof are exemplified.

Figure 2023084198000005
Figure 2023084198000005

Figure 2023084198000006
Figure 2023084198000006

本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれる硬化剤の合計量は、エポキシ樹脂組成物中に配合されている全てのエポキシ化合物を硬化させるのに適した量であり、用いるエポキシ化合物および硬化剤の種類に応じて適宜調節される。 The total amount of the curing agent contained in the epoxy resin composition of the present invention is an amount suitable for curing all the epoxy compounds contained in the epoxy resin composition, and the type of epoxy compound and curing agent used. adjusted accordingly.

具体的には、本発明のエポキシ樹脂組成物中のエポキシ化合物に含まれるエポキシ基の数と硬化剤に含まれる活性水素の数との比率を、好ましくは0.7~1.3、さらに好ましくは0.8~1.2、特に好ましくは0.9~1.1とする。この比率が0.7未満であるか1.3を超えると、エポキシ基と活性水素のモルバランスが崩れ、得られる樹脂硬化物の架橋密度が不十分となる場合があり、耐熱性や、弾性率や破壊靭性などの力学特性が低くなる場合がある。 Specifically, the ratio of the number of epoxy groups contained in the epoxy compound in the epoxy resin composition of the present invention to the number of active hydrogens contained in the curing agent is preferably 0.7 to 1.3, more preferably is 0.8 to 1.2, particularly preferably 0.9 to 1.1. If this ratio is less than 0.7 or more than 1.3, the molar balance between the epoxy groups and the active hydrogen will be disturbed, and the crosslink density of the resulting cured resin may be insufficient, resulting in poor heat resistance and elasticity. Mechanical properties such as modulus and fracture toughness may be reduced.

〔熱可塑性樹脂成分〕
本発明のエポキシ樹脂組成物は、熱可塑性樹脂をさらに含んでいてもよい。熱可塑性樹脂として、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂とエポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂とが挙げられる。
[Thermoplastic resin component]
The epoxy resin composition of the present invention may further contain a thermoplastic resin. Thermoplastic resins include epoxy resin-soluble thermoplastic resins and epoxy resin-insoluble thermoplastic resins.

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。このエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、FRPを成形する温度またはそれ以下の温度において、エポキシ樹脂に一部または全部が溶解し得る熱可塑性樹脂である。 The epoxy resin-soluble thermoplastic resin adjusts the viscosity of the epoxy resin composition and improves the impact resistance of the obtained FRP. This epoxy resin-soluble thermoplastic resin is a thermoplastic resin that can partially or wholly dissolve in an epoxy resin at a temperature at which FRP is molded or at a temperature lower than that.

ここで、エポキシ樹脂に一部が溶解するとは、エポキシ樹脂100質量部に対して、平均粒子径が20~50μmの熱可塑性樹脂10質量部を混合して190℃で1時間撹拌した際に粒子が消失するか、粒子の大きさ(粒子径)が10%以上変化することを意味する。 Here, the term “partially dissolved in the epoxy resin” means that 10 parts by mass of a thermoplastic resin having an average particle size of 20 to 50 μm is mixed with 100 parts by mass of the epoxy resin, and when the mixture is stirred at 190° C. for 1 hour, the particles disappears or the particle size (particle diameter) changes by 10% or more.

一方、エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂とは、FRPを成形する温度又はそれ以下の温度において、エポキシ樹脂に実質的に溶解しない熱可塑性樹脂をいう。すなわち、エポキシ樹脂100質量部に対して、平均粒子径が20~50μmの熱可塑性樹脂10質量部を混合して190℃で1時間撹拌した際に、粒子の大きさが10%以上変化しない熱可塑性樹脂をいう。 On the other hand, the term “epoxy resin-insoluble thermoplastic resin” refers to a thermoplastic resin that does not substantially dissolve in epoxy resin at temperatures at or below the FRP molding temperature. That is, when 10 parts by mass of a thermoplastic resin having an average particle size of 20 to 50 μm is mixed with 100 parts by mass of an epoxy resin and stirred at 190° C. for 1 hour, the particle size does not change by 10% or more. Refers to plastic resin.

なお、一般的に、FRPを成形する温度は100~190℃である。また、粒子径は、顕微鏡によって目視で測定され、平均粒子径とは、無作為に選択した100個の粒子の粒子径の平均値を意味する。 The temperature for molding FRP is generally 100 to 190°C. Moreover, the particle size is visually measured with a microscope, and the average particle size means the average value of the particle sizes of 100 randomly selected particles.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂が完全に溶解していない場合は、エポキシ樹脂の硬化過程で加熱されることによりエポキシ樹脂に溶解し、エポキシ樹脂組成物の粘度を増加させることができる。これにより、硬化過程における粘度低下に起因するエポキシ樹脂組成物のフロー(プリプレグ内から樹脂組成物が流出する現象)を防止することができる。
エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、190℃でエポキシ樹脂に80質量%以上溶解する樹脂が好ましい。
When the epoxy resin-soluble thermoplastic resin is not completely dissolved, it is dissolved in the epoxy resin by heating during the curing process of the epoxy resin, and the viscosity of the epoxy resin composition can be increased. This makes it possible to prevent the epoxy resin composition from flowing (phenomenon in which the resin composition flows out of the prepreg) due to a decrease in viscosity during the curing process.
The epoxy resin-soluble thermoplastic resin is preferably a resin that dissolves in an epoxy resin in an amount of 80% by mass or more at 190°C.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の具体的例としては、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート等が挙げられる。これらは、単独で用いても、2種以上を併用してもよい。エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量(Mw)が8000~100000の範囲のポリエーテルスルホン、ポリスルホンが特に好ましい。重量平均分子量(Mw)が8000よりも小さいと、得られるFRPの耐衝撃性が不十分となり、また100000よりも大きいと粘度が著しく高くなり取扱性が著しく悪化する場合がある。 Specific examples of epoxy resin-soluble thermoplastic resins include polyethersulfone, polysulfone, polyetherimide, polycarbonate and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The epoxy resin-soluble thermoplastic resin contained in the epoxy resin composition is particularly preferably polyethersulfone or polysulfone having a weight-average molecular weight (Mw) measured by gel permeation chromatography in the range of 8,000 to 100,000. If the weight-average molecular weight (Mw) is less than 8,000, the resulting FRP will have insufficient impact resistance, and if it is more than 100,000, the viscosity will be extremely high and the handleability will be significantly deteriorated.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の分子量分布は均一であることが好ましい。特に、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比である多分散度(Mw/Mn)が1~10の範囲であることが好ましく、1.1~5の範囲であることがより好ましい。 The epoxy resin-soluble thermoplastic resin preferably has a uniform molecular weight distribution. In particular, the polydispersity (Mw/Mn), which is the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn), is preferably in the range of 1 to 10, more preferably in the range of 1.1 to 5. more preferred.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂と反応性を有する反応基または水素結合を形成する官能基を有していることが好ましい。このようなエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂の硬化過程中における溶解安定性を向上させることができる。また、硬化後に得られるFRPに靭性、耐薬品性、耐熱性および耐湿熱性を付与することができる。 The epoxy resin-soluble thermoplastic resin preferably has a reactive group reactive with the epoxy resin or a functional group forming a hydrogen bond. Such an epoxy resin-soluble thermoplastic resin can improve the dissolution stability during the curing process of the epoxy resin. In addition, toughness, chemical resistance, heat resistance and resistance to moist heat 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、アミノ基が好ましい。水酸基末端のポリエーテルスルホンを用いると、得られるFRPの耐衝撃性、破壊靭性および耐溶剤性が特に優れるためより好ましい。 A hydroxyl group, a carboxylic acid group, an imino group, and an amino group are preferable as the reactive group having reactivity with the epoxy resin. The use of hydroxyl-terminated polyethersulfone is more preferable because the resulting FRP has particularly excellent impact resistance, fracture toughness and solvent resistance.

エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の含有量は、粘度に応じて適宜調整される。プリプレグの加工性の観点から、エポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂100質量部に対して、好ましくは5~90質量部、さらに好ましくは5~40質量部、特に好ましくは15~35質量部である。5質量部未満であると、得られるFRPの耐衝撃性が不十分となる場合があり好ましくない。他方、90質量%を超えてエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の含有量が高くなると、粘度が著しく高くなり、プリプレグの取扱性が著しく悪化する場合があり好ましくない。
エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、アミン末端基を有する反応性芳香族オリゴマー(以下、単に「芳香族オリゴマー」ともいう)を含むことが好ましい。
The content of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin contained in the epoxy resin composition is appropriately adjusted according to the viscosity. From the viewpoint of workability of the prepreg, it is preferably 5 to 90 parts by mass, more preferably 5 to 40 parts by mass, and particularly preferably 15 to 35 parts by mass, based on 100 parts by mass of the epoxy resin contained in the epoxy resin composition. is. If it is less than 5 parts by mass, the resulting FRP may have insufficient impact resistance, which is not preferred. On the other hand, when the content of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin exceeds 90% by mass, the viscosity becomes significantly high, and the handleability of the prepreg may be significantly deteriorated, which is not preferable.
The epoxy resin-soluble thermoplastic resin preferably contains a reactive aromatic oligomer (hereinafter also simply referred to as "aromatic oligomer") having amine end groups.

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

この共連続の構造は、FRPに対する外部からの衝撃を吸収してクラック伝播を抑制する。その結果、アミン末端基を有する反応性芳香族オリゴマーを含むプリプレグを用いて作製されるFRPは、高い耐衝撃性および破壊靭性を有する。
この芳香族オリゴマーとしては、公知のアミン末端基を有するポリスルホン、アミン末端基を有するポリエーテルスルホンを用いることができる。アミン末端基は第一級アミン(-NH)末端基であることが好ましい。
This co-continuous structure absorbs external impact on the FRP and suppresses crack propagation. As a result, FRPs made using prepregs containing reactive aromatic oligomers with amine end groups have high impact resistance and fracture toughness.
As the aromatic oligomer, known polysulfones having amine end groups and polyether sulfones having amine end groups can be used. Preferably, the amine end groups are primary amine (--NH 2 ) end groups.

エポキシ樹脂組成物に配合される芳香族オリゴマーは、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量が8000~40000であることが好ましい。重量平均分子量が8000未満であると、マトリクス樹脂の靱性向上効果が低いため好ましくない。他方、重量平均分子量が40000を超えると、樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎて、強化繊維層内に樹脂組成物が含浸しにくくなる等の加工上の問題点が発生しやすくなるため好ましくない。 The aromatic oligomer blended in the epoxy resin composition preferably has a weight average molecular weight of 8,000 to 40,000 as measured by gel permeation chromatography. If the weight average molecular weight is less than 8000, the effect of improving the toughness of the matrix resin is low, which is not preferable. On the other hand, if the weight-average molecular weight exceeds 40,000, the viscosity of the resin composition becomes too high, and processing problems such as difficulty in impregnating the reinforcing fiber layer with the resin composition tend to occur, which is not preferable. .

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

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の形態は、粒子状であることが好ましい。粒子状のエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂は、樹脂組成物中に均一に配合することができる。また、得られるプリプレグの成形性が高い。 The form of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin is preferably particulate. The particulate epoxy resin-soluble thermoplastic resin can be uniformly blended in the resin composition. In addition, the prepreg to be obtained has high moldability.

エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の平均粒子径は、好ましくは1~50μm、さらに好ましくは3~30μmである。1μm未満であると、エポキシ樹脂組成物の粘度が著しく増粘するため、エポキシ樹脂組成物に十分な量のエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂を添加することが困難となる場合があり好ましくない。他方、50μmを超えると、エポキシ樹脂組成物をシート状に加工する際に均質な厚みのシートが得られ難くなる場合があり、また、エポキシ樹脂への溶解速度が遅くなり、得られるFRPが不均一となるため、好ましくない。 The average particle size of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin is preferably 1-50 μm, more preferably 3-30 μm. If it is less than 1 μm, the viscosity of the epoxy resin composition will be significantly increased, and it may be difficult to add a sufficient amount of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin to the epoxy resin composition, which is not preferable. On the other hand, if the thickness exceeds 50 μm, it may be difficult to obtain a sheet with a uniform thickness when processing the epoxy resin composition into a sheet, and the rate of dissolution in the epoxy resin is slowed, resulting in an unsatisfactory FRP. It is not preferable because it becomes uniform.

エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の他に、エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂を含有してもよい。エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の一部(硬化後のマトリクス樹脂において溶解せずに残存したエポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂)は、その粒子がFRPのマトリクス樹脂中に分散する状態となる(以下、この分散している粒子を「層間粒子」ともいう)。この層間粒子は、FRPが受ける衝撃の伝播を抑制する。その結果、得られるFRPの耐衝撃性が向上する。 The epoxy resin composition may contain an epoxy resin-insoluble thermoplastic resin in addition to the epoxy resin-soluble thermoplastic resin. Part of the epoxy resin-insoluble thermoplastic resin and epoxy resin-soluble thermoplastic resin (the epoxy resin-soluble thermoplastic resin that remains undissolved in the matrix resin after curing) is in a state where the particles are dispersed in the FRP matrix resin. (The dispersed particles are hereinafter also referred to as “interlayer particles”). This interlayer particle suppresses 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、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、靭性および耐熱性が高いため好ましい。 Examples of epoxy resin-insoluble thermoplastic resins include polyamide, polyacetal, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyester, polyamideimide, polyimide, polyetherketone, polyetheretherketone, polyethylene naphthalate, polyethernitrile, and polybenzimidazole. Among these, polyamide, polyamideimide, and polyimide are preferred because of their high toughness and heat resistance.

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。 Polyamide and polyimide are particularly excellent in improving the toughness of FRP. These may be used alone or in combination of two or more. Copolymers of these can also be used.

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

エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂の含有量は、エポキシ樹脂組成物の粘度に応じて適宜調整される。プリプレグの加工性の観点から、エポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂100質量部に対して、好ましくは5~50質量部、さらに好ましくは10~45質量部、特に好ましくは20~40質量部である。5質量部未満であると、得られるFRPの耐衝撃性が不十分になる場合があり好ましくない。他方、50質量部を超えると、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り好ましくない。
エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂の好ましい平均粒子径や形態は、エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂と同様である。
The content of the epoxy resin-insoluble thermoplastic resin in the epoxy resin composition is appropriately adjusted according to the viscosity of the epoxy resin composition. From the viewpoint of workability of the prepreg, it is preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 10 to 45 parts by mass, and particularly preferably 20 to 40 parts by mass, based on 100 parts by mass of the epoxy resin contained in the epoxy resin composition. is. If it is less than 5 parts by mass, the resulting FRP may have insufficient impact resistance, which is not preferred. On the other hand, if it exceeds 50 parts by mass, the impregnability of the epoxy resin composition and the drapeability of the obtained prepreg may be deteriorated, which is not preferable.
The preferred average particle size and shape of the epoxy resin-insoluble thermoplastic resin are the same as those of the epoxy resin-soluble thermoplastic resin.

〔樹脂粒子〕
本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらに樹脂粒子を含有してもよい。樹脂粒子は、エポキシ樹脂組成物に溶解せずに分散して存在し、かつエポキシ樹脂組成物が硬化した後の樹脂硬化物においても分散した状態で樹脂硬化物中に存在する。樹脂硬化物を海成分としたときに、樹脂粒子は島成分として樹脂硬化物中に存在する。
[Resin particles]
The epoxy resin composition of the present invention may further contain resin particles. The resin particles are dispersed in the epoxy resin composition without being dissolved, and are present in a dispersed state in the cured resin after the epoxy resin composition is cured. When the resin cured product is used as the sea component, the resin particles are present in the resin cured product as island components.

樹脂粒子が含有される場合には、樹脂硬化物や繊維強化複合材料において高い破壊靭性と耐衝撃性を得ることができるため好ましい。
樹脂粒子として、例えば熱可塑性樹脂粒子、熱硬化性樹脂粒子、ゴム粒子を用いることができ、好ましくはゴム粒子を用いる。ゴム粒子として、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、メタクリル酸メチル-ブタジエン-スチレンゴムを例示することができる。
The inclusion of resin particles is preferable because high fracture toughness and impact resistance can be obtained in the cured resin and fiber-reinforced composite material.
As resin particles, for example, thermoplastic resin particles, thermosetting resin particles, and rubber particles can be used, and rubber particles are preferably used. Examples of rubber particles include silicone rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, and methyl methacrylate-butadiene-styrene rubber.

樹脂粒子として用いるゴム粒子の市販品として、MX-153(ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、33質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-257(ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、37質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-154(ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、40質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-960(ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、25質量%のシリコーンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-136(ビスフェノールF型エポキシ樹脂に、25質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-965(ビスフェノールF型エポキシ樹脂に、25質量%のシリコーンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-217(フェノールノボラック型エポキシ樹脂に、25質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-227M75(ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂に、25質量%のスチレンブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-334M75(臭素化エポキシ樹脂に、25質量%のスチレンブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-416(4官能グリシジルアミン型エポキシ樹脂に、25質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、MX-451(3官能グリシジルアミン型エポキシ樹脂に、25質量%のスチレンブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ製)、を例示することができる。 Commercially available rubber particles used as resin particles include MX-153 (33% by mass of butadiene rubber monodispersed in bisphenol A type epoxy resin, manufactured by Kaneka Corporation), MX-257 (bisphenol A type epoxy 37% by mass of butadiene rubber is dispersed in resin, manufactured by Kaneka Corporation), MX-154 (Bisphenol A type epoxy resin, 40% by mass of butadiene rubber is dispersed in a single dispersion, Co., Ltd. Kaneka), MX-960 (Bisphenol A type epoxy resin, 25% by mass of silicone rubber is monodispersed, Kaneka Corporation), MX-136 (Bisphenol F type epoxy resin, 25% by mass Single dispersion of butadiene rubber, manufactured by Kaneka Corporation), MX-965 (bisphenol F type epoxy resin with 25% by mass of silicone rubber uniformly dispersed, manufactured by Kaneka Corporation), MX-217 (25% by mass of butadiene rubber dispersed in phenol novolac type epoxy resin, manufactured by Kaneka Corporation), MX-227M75 (25% by mass of styrene butadiene rubber in bisphenol A novolac type epoxy resin Dispersed, manufactured by Kaneka Corporation), MX-334M75 (brominated epoxy resin, 25% by mass of styrene-butadiene rubber monodispersed, manufactured by Kaneka Corporation), MX-416 (tetrafunctional glycidylamine 25% by mass of butadiene rubber is monodispersed in a type epoxy resin, manufactured by Kaneka Corporation), MX-451 (25% by mass of styrene-butadiene rubber is monodispersed in a trifunctional glycidylamine type epoxy resin. Tamono, manufactured by Kaneka Corporation) can be exemplified.

樹脂粒子の平均粒子径は、好ましくは1.0μm以下、さらに好ましくは0.5μm以下、特に好ましくは0.3μm以下である。そして、平均粒子径は、好ましくは0.03μm以上、さらに好ましくは0.05μm以上、特に好ましくは0.08μm以上である。平均粒子径が1.0μm以下であることで、繊維強化基材へのエポキシ樹脂組成物含浸工程において、樹脂粒子が繊維強化基材表面で濾されることがなく、強化繊維束内部への含浸が容易になり、これにより、樹脂の含浸不良を防ぐことができ、優れた物性を有する繊維強化複合材料を得ることができるため好ましい。 The average particle size of the resin particles is preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and particularly preferably 0.3 μm or less. The average particle size is preferably 0.03 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, and particularly preferably 0.08 μm or more. When the average particle diameter is 1.0 μm or less, in the step of impregnating the fiber-reinforced base material with the epoxy resin composition, the resin particles are not filtered on the surface of the fiber-reinforced base material, and the resin particles are impregnated inside the reinforcing fiber bundle. is facilitated, thereby preventing poor impregnation of the resin and obtaining a fiber-reinforced composite material having excellent physical properties, which is preferable.

エポキシ樹脂組成物における樹脂粒子の含有量は、エポキシ樹脂組成物全量のうちのエポキシ樹脂の総量100質量%に対して好ましくは0.1~50質量%、さらに好ましくは0.5~20質量%、特に好ましくは1~15質量%である。0.1質量%以上の含有量とすることで、樹脂硬化物や繊維複合材料の破壊靭性や耐衝撃性を十分に向上させることができるため好ましい。他方、50質量%以下の含有量とすることでエポキシ樹脂組成物の粘度を低くすることができ、繊維基材への含浸性を高めることができるため好ましい。 The content of resin particles in the epoxy resin composition is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.5 to 20% by mass, based on 100% by mass of the total amount of epoxy resin in the total amount of the epoxy resin composition. , particularly preferably 1 to 15% by mass. A content of 0.1% by mass or more is preferable because the fracture toughness and impact resistance of the cured resin and fiber composite material can be sufficiently improved. On the other hand, a content of 50% by mass or less is preferable because the viscosity of the epoxy resin composition can be lowered and the impregnation of the fiber base material can be enhanced.

樹脂粒子は、エポキシ樹脂に高濃度で分散させたマスターバッチとして用いることもできる。この場合、樹脂粒子をエポキシ樹脂組成物に対して高度に分散させることが容易になる。 The resin particles can also be used as a masterbatch dispersed in an epoxy resin at a high concentration. In this case, it becomes easy to highly disperse the resin particles in the epoxy resin composition.

〔エポキシ樹脂組成物の組成比〕
エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ化合物の全質量を基準として、エポキシ化合物〔A〕が占める割合は、好ましくは40~90質量%、さらに好ましくは50~80質量%である。エポキシ化合物〔A〕の割合が40質量%以上であることで、得られる樹脂硬化物の耐熱性および弾性率をより向上させることができ、得られる繊維強化複合材料の各種力学特性も向上するため好ましい。他方、90質量%以下であることでエポキシ樹脂組成物の粘度を低くすることができ、繊維基材への含浸性を高めることができるため好ましい。
[Composition ratio of epoxy resin composition]
Based on the total weight of the epoxy compounds contained in the epoxy resin composition, the proportion of the epoxy compound [A] is preferably 40 to 90% by weight, more preferably 50 to 80% by weight. When the proportion of the epoxy compound [A] is 40% by mass or more, the heat resistance and elastic modulus of the obtained resin cured product can be further improved, and various mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material are also improved. preferable. On the other hand, when it is 90% by mass or less, the viscosity of the epoxy resin composition can be lowered, and the impregnation of the fiber base material can be enhanced, which is preferable.

エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ化合物の全質量を基準として、エポキシ化合物〔B〕の含有率は、好ましくは5~50質量%、さらに好ましくは10~40質量%である。エポキシ化合物〔B〕の割合が5質量%以上であることで、得られる樹脂組成物の粘度をより低下させ、樹脂組成物の取扱性とRTM成形法への適合性をより向上させることができるため好ましい。他方、50質量%以下であることで、得られる樹脂硬化物の耐熱性および弾性率の低下を最小限に抑制することができるため好ましい。 The content of the epoxy compound [B] is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, based on the total mass of the epoxy compounds contained in the epoxy resin composition. When the proportion of the epoxy compound [B] is 5% by mass or more, the viscosity of the resulting resin composition can be further reduced, and the handleability of the resin composition and compatibility with the RTM molding method can be further improved. Therefore, it is preferable. On the other hand, when the content is 50% by mass or less, it is possible to minimize the decrease in the heat resistance and elastic modulus of the resulting resin cured product, which is preferable.

エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ化合物の全質量を基準として、エポキシ化合物〔C〕の含有率は、好ましくは5~50質量%、さらに好ましくは10~40質量%である。エポキシ化合物〔C〕の割合が5質量%以上であることで、得られる樹脂組成物の粘度をより低下させ、樹脂組成物の取扱性とRTM成形法への適合性をより向上させることができるため好ましい。他方、50質量%以下であることで得られる樹脂硬化物の耐熱性および弾性率の低下を最小限に抑制することができるため好ましい。 The content of the epoxy compound [C] is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, based on the total mass of the epoxy compounds contained in the epoxy resin composition. When the proportion of the epoxy compound [C] is 5% by mass or more, the viscosity of the resulting resin composition can be further reduced, and the handleability of the resin composition and compatibility with the RTM molding method can be further improved. Therefore, it is preferable. On the other hand, when it is 50% by mass or less, it is possible to minimize the decrease in the heat resistance and elastic modulus of the cured resin obtained, which is preferable.

エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ化合物のエポキシ基の総数と、硬化剤に含まれる活性水素の総数の比率は、好ましくは0.7~1.3である。この範囲であることで、エポキシ基と活性水素との好ましいモルバランスが得られ、樹脂硬化物の架橋密度が高く、耐熱性や、弾性率や破壊靭性などの力学特性に優れた樹脂硬化物を得ることができるため好ましい。 The ratio of the total number of epoxy groups in the epoxy compound contained in the epoxy resin composition to the total number of active hydrogens contained in the curing agent is preferably 0.7 to 1.3. Within this range, a preferable molar balance between epoxy groups and active hydrogen is obtained, the crosslink density of the cured resin is high, and the cured resin is excellent in mechanical properties such as heat resistance, elastic modulus and fracture toughness. It is preferable because it can be obtained.

〔その他の任意成分〕
本発明のエポキシ樹脂組成物には、その他の添加剤として、例えば導電性粒子や難燃剤、無機系充填剤、内部離型剤が配合されてもよい。
[Other optional components]
The epoxy resin composition of the present invention may contain other additives such as conductive particles, flame retardants, inorganic fillers, and internal release agents.

導電性粒子として、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およ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;無機材料また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を例示することができる。 Conductive particles include conductive polymer particles such as polyacetylene particles, polyaniline particles, polypyrrole particles, polythiophene particles, polyisothianaphthene particles and polyethylenedioxythiophene particles; carbon particles; carbon fiber particles; metal particles; Particles in which a core material composed of is coated with a conductive substance can be exemplified.

難燃剤として、リン系難燃剤を例示することができる。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よく、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を例示することができる。 As a flame retardant, a phosphorus-based flame retardant can be exemplified. The phosphorus-based flame retardant may be one containing a phosphorus atom in the molecule, and examples thereof include organic phosphorus compounds such as phosphoric acid esters, condensed phosphoric acid esters, phosphazene compounds and polyphosphates, and red phosphorus.

無機系充填剤として、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、酸化亜鉛、グラファイト、硫酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、酸化マグネシウム、ケイ酸塩鉱物を例示することができる。特に、ケイ酸塩鉱物を用いることが好ましい。ケイ酸塩鉱物の市販品として、THIXOTROPIC AGENT DT 5039(ハンツマン・ジャパン株式会社製)を挙げることができる。 Examples of inorganic fillers include aluminum borate, calcium carbonate, silicon carbonate, silicon nitride, potassium titanate, basic magnesium sulfate, zinc oxide, graphite, calcium sulfate, magnesium borate, magnesium oxide, and silicate minerals. be able to. In particular, it is preferable to use silicate minerals. Commercially available silicate minerals include THIXOTROPIC AGENT DT 5039 (manufactured by Huntsman Japan KK).

内部離型剤として、金属石鹸、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例示することができる。これらの内部離型剤を配合する場合、その配合量は、前記エポキシ樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1~5質量部、さらに好ましくは0.2~2質量部である。この範囲内において金型からの離型効果が好適に発揮される。 Examples of internal release agents include metal soaps, vegetable waxes such as polyethylene wax and carnauba wax, fatty acid ester release agents, silicone oils, animal waxes, and fluorine-based nonionic surfactants. When these internal release agents are blended, the blending amount is preferably 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.2 to 2 parts by mass, per 100 parts by mass of the epoxy resin. Within this range, the release effect from the mold is favorably exhibited.

内部離型剤の市販品として、“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;理研ビタミン株式会社製を例示することができる。 Commercially available internal release agents include "MOLD WIZ (registered trademark)" INT1846 (manufactured by AXEL PLASTICS RESEARCH LABORATORIES INC.), Licowax S, Licowax P, Licowax OP, Licowax PE190, Licowax PED (manufactured by Clariant Japan), and stearyl. Stearate (SL-900A; manufactured by Riken Vitamin Co., Ltd.) can be exemplified.

〔エポキシ樹脂組成物の性質〕
本発明のエポキシ樹脂組成物は、以下の性質を備えることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物をプリプレグ法に適用する場合、100℃における粘度が、好ましくは0.1~500Pa・s、さらに好ましくは1~100Pa・sである。0.1Pa・s未満であると、プリプレグから樹脂が流出し易くなり好ましくない。他方、500Pa・sを超えると、プリプレグに未含浸部分が生じ易くなり、その結果、得られる繊維強化複合材料においてボイド等が形成され易くなり好ましくない。
[Properties of Epoxy Resin Composition]
The epoxy resin composition of the present invention can have the following properties.
When the epoxy resin composition of the present invention is applied to the prepreg method, the viscosity at 100° C. is preferably 0.1 to 500 Pa·s, more preferably 1 to 100 Pa·s. If it is less than 0.1 Pa·s, the resin tends to flow out from the prepreg, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 500 Pa·s, the prepreg tends to have unimpregnated portions, and as a result, voids and the like are likely to be formed in the obtained fiber-reinforced composite material, which is not preferable.

本発明のエポキシ樹脂組成物をRTM成形法に適用する場合は、100℃における粘度が、好ましくは300mPa・s以下、さらに好ましくは0.1~100mPa・s、特に好ましくは0.5~50mPa・sである。100℃における粘度が、300mPa・s以下であることでエポキシ樹脂組成物の繊維強化基材への含浸が容易であり、得られる繊維強化複合材料において物性の低下を引き起こすボイドの形成を防ぐことができるため好ましい。なお、粘度と含浸性の関係は繊維強化基材構成にも左右される。 When the epoxy resin composition of the present invention is applied to the RTM molding method, the viscosity at 100° C. is preferably 300 mPa·s or less, more preferably 0.1 to 100 mPa·s, and particularly preferably 0.5 to 50 mPa·s. is s. When the viscosity at 100° C. is 300 mPa·s or less, the epoxy resin composition can be easily impregnated into the fiber-reinforced base material, and the resulting fiber-reinforced composite material can be prevented from forming voids that cause deterioration in physical properties. It is preferable because it can be done. Note that the relationship between viscosity and impregnability also depends on the configuration of the fiber-reinforced base material.

本発明のエポキシ樹脂組成物をRTM成形法に適用する場合の可使時間は、複合材料の成形条件によって異なるが、例えば、大型の複合材料をRTM成形法を用いて比較的低い含浸圧力で繊維基材に含浸させる場合、可使時間として、100℃で保持した際の粘度が100mPa・sを超えるまでの時間が、好ましくは120分間以上、さらに好ましくは180分間以上である。 The pot life when the epoxy resin composition of the present invention is applied to the RTM molding method varies depending on the molding conditions of the composite material. When the substrate is impregnated, the pot life is preferably 120 minutes or more, more preferably 180 minutes or more, until the viscosity exceeds 100 mPa·s when held at 100°C.

〔エポキシ樹脂組成物の製造方法〕
本発明のエポキシ樹脂組成物において、エポキシ化合物の混合物をエポキシ樹脂主剤液といい、硬化剤成分の混合物を硬化剤液という。
[Method for producing epoxy resin composition]
In the epoxy resin composition of the present invention, the mixture of epoxy compounds is referred to as the epoxy resin main component liquid, and the mixture of the curing agent component is referred to as the curing agent liquid.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ化合物〔A〕とエポキシ化合物〔B〕と、必要に応じてその他のエポキシ化合物と、硬化剤とを混合することにより、製造することができる。熱可塑樹脂成分や樹脂粒子およびその他の任意成分はエポキシ樹脂主剤液に混合してから硬化剤液と混合してもよく、熱可塑樹脂成分や樹脂粒子およびその他の任意成分は硬化剤液に混合してからエポキシ樹脂主剤液と混合してもよい。これらの混合の順序は問わない。 The epoxy resin composition of the present invention can be produced by mixing the epoxy compound [A], the epoxy compound [B], and optionally other epoxy compounds and a curing agent. The thermoplastic resin component, resin particles, and other optional components may be mixed with the epoxy resin base liquid and then mixed with the curing agent liquid, and the thermoplastic resin component, resin particles, and other optional components may be mixed with the curing agent liquid. After that, it may be mixed with the epoxy resin main agent liquid. The order of these mixtures does not matter.

エポキシ樹脂組成物の状態としては、各成分が均一に混和した一液の状態でもよく、一部の成分が固体として分散したスラリーの状態でもよい。
エポキシ樹脂組成物の製造方法は、従来公知のいずれの方法を用いてもよい。混合温度は、例えば40~180℃、好ましくは50~160℃、さらに好ましくは50~120℃である。180℃を超えると即座に硬化反応が進行して繊維強化基材への含浸性が低下したり、硬化物の物性が低下したりする場合があり好ましくない。他方、40℃未満であると、エポキシ樹脂主剤の粘度が高く、実質的に混合が困難となる場合があり好ましくない。
The epoxy resin composition may be in a one-liquid state in which each component is uniformly mixed, or may be in a slurry state in which some components are dispersed as solids.
Any conventionally known method may be used as the method for producing the epoxy resin composition. The mixing temperature is, for example, 40 to 180°C, preferably 50 to 160°C, more preferably 50 to 120°C. If the temperature exceeds 180° C., the curing reaction proceeds immediately, and the impregnation of the fiber-reinforced base material may deteriorate, or the physical properties of the cured product may deteriorate, which is not preferable. On the other hand, when the temperature is less than 40°C, the viscosity of the epoxy resin base agent is high, and mixing may become substantially difficult, which is not preferable.

混合機械装置として、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、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、横型混合槽を例示することができる。各成分の混合は、大気中または不活性ガス雰囲気下で行うことができる。大気中で混合を行う場合は、温度および湿度が管理された雰囲気が好ましい。例えば、30℃以下の一定温度に管理された温度や、相対湿度50%RH以下の低湿度雰囲気で混合することが好ましい。 A conventionally known machine can be used as the mixing machine. Specific examples include roll mills, planetary mixers, kneaders, extruders, Banbury mixers, mixing vessels equipped with stirring blades, and horizontal mixing tanks. Mixing of each component can be performed in air or under an inert gas atmosphere. When mixing in air, an atmosphere with controlled temperature and humidity is preferred. For example, it is preferable to mix at a temperature controlled at a constant temperature of 30° C. or less or in a low humidity atmosphere with a relative humidity of 50% RH or less.

〔エポキシ樹脂主剤液の製造方法〕
本発明のエポキシ樹脂組成物をRTM成形法に適用する場合は、エポキシ樹脂主剤液と硬化剤液とを、使用する直前に混合する2液型エポキシ樹脂組成物としてRTM成形法に適用することができる。
[Method for producing epoxy resin main component liquid]
When applying the epoxy resin composition of the present invention to the RTM molding method, it can be applied to the RTM molding method as a two-liquid type epoxy resin composition in which the main epoxy resin liquid and the curing agent liquid are mixed immediately before use. can.

このエポキシ樹脂主剤液は、本発明のエポキシ樹脂組成物の構成成分であるエポキシ化合物〔A〕とエポキシ化合物〔B〕と、必要に応じてその他の任意のエポキシ化合物、熱可塑樹脂成分、樹脂粒子やその他の任意成分とを混合することにより製造することができる。これらの混合の順序は問わない。
エポキシ樹脂主剤液の状態としては、各成分が均一に混和した一液の状態でもよく、一部の成分が固体として分散したスラリーの状態でもよい。
This epoxy resin main liquid contains the epoxy compound [A] and the epoxy compound [B], which are the constituent components of the epoxy resin composition of the present invention, and optionally any other epoxy compound, thermoplastic resin component, and resin particles. and other optional components. The order of these mixtures does not matter.
The state of the epoxy resin base liquid may be a one-liquid state in which each component is uniformly mixed, or a slurry state in which a part of the components are dispersed as solids.

エポキシ樹脂主剤液の製造方法には従来公知のいずれの方法を用いてもよい。混合温度は、例えば40~200℃、好ましくは50~100℃、さらに好ましくは50~90℃である。200℃を超えると、部分的にエポキシ樹脂の自己重合反応が進行して繊維強化基材への含浸性が低下したり、得られるエポキシ樹脂主剤液を用いて製造される硬化物の物性が低下したりする場合があり好ましくない。40℃未満であると、エポキシ樹脂主剤の粘度が高く、実質的に混合が困難となる場合があり好ましくない。 You may use any conventionally well-known method for the manufacturing method of an epoxy-resin main ingredient liquid. The mixing temperature is, for example, 40 to 200°C, preferably 50 to 100°C, more preferably 50 to 90°C. If the temperature exceeds 200°C, the self-polymerization reaction of the epoxy resin partially progresses, resulting in a decrease in the impregnation property of the fiber-reinforced base material, and the physical properties of the cured product produced using the resulting epoxy resin base liquid are decreased. It is not preferable because there are cases where If the temperature is less than 40°C, the viscosity of the epoxy resin base agent is high, and mixing may become substantially difficult, which is not preferred.

混合に用いる機械装置として、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、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、横型混合槽を例示することができる。各成分の混合は、大気中または不活性ガス雰囲気下で行うことができる。大気中で混合を行う場合は、温度および湿度が管理された雰囲気であることが好ましい。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 a mechanical device used for mixing, a conventionally known device can be used. Specific examples include roll mills, planetary mixers, kneaders, extruders, Banbury mixers, mixing vessels equipped with stirring blades, and horizontal mixing tanks. Mixing of each component can be performed in air or under an inert gas atmosphere. When mixing in air, it is preferable that the temperature and humidity are controlled. For example, it is preferable to mix at a temperature controlled at a constant temperature of 30° C. or less or in a low humidity atmosphere with a relative humidity of 50% RH or less.

〔硬化剤液の製造方法〕
2液型エポキシ樹脂組成物に用いる硬化剤液は、硬化剤およびその他の任意成分を含有する。この硬化剤液の状態としては、各成分が均一に混和した一液の状態でもよく、一部の成分が固体として分散したスラリーの状態でもよい。
[Method for producing curing agent liquid]
The curing agent liquid used for the two-liquid type epoxy resin composition contains a curing agent and other optional components. The curing agent liquid may be in a one-liquid state in which each component is uniformly mixed, or may be in a slurry state in which a part of the components are dispersed as solids.

硬化剤液の製造方法は、従来公知のいずれの方法を用いてもよい。混合温度は、例えば50~200℃、好ましくは50~150℃、さらに好ましくは80~120℃である。200℃を超えると、添加する成分が熱分解してしまう場合があり好ましくない。他方、50℃未満であると、固体である硬化剤成分がある場合は、それらが融解せず、混合しにくくなるため、均一な硬化剤液を得ることが困難となり好ましくない。 Any conventionally known method may be used as the method for producing the curing agent liquid. The mixing temperature is, for example, 50 to 200°C, preferably 50 to 150°C, more preferably 80 to 120°C. If the temperature exceeds 200°C, the added components may be thermally decomposed, which is not preferable. On the other hand, when the temperature is lower than 50° C., if there are solid curing agent components, they do not melt and become difficult to mix, making it difficult to obtain a uniform curing agent liquid, which is not preferable.

混合に用いる機械装置としては、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、横型混合槽を例示することができる。各成分の混合は、大気中または不活性ガス雰囲気下で行うことができる。大気中で混合を行う場合は、温度および湿度が管理された雰囲気で行うことが好ましい。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 a mechanical device used for mixing, a conventionally known one can be used. Specific examples include roll mills, planetary mixers, kneaders, extruders, Banbury mixers, mixing vessels equipped with stirring blades, and horizontal mixing tanks. Mixing of each component can be performed in air or under an inert gas atmosphere. When mixing in the atmosphere, it is preferable to carry out in an atmosphere in which the temperature and humidity are controlled. For example, it is preferable to mix at a temperature controlled at a constant temperature of 30° C. or less or in a low humidity atmosphere with a relative humidity of 50% RH or less.

〔樹脂硬化物の性質〕
本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬化させることにより樹脂硬化物を得ることができる。得られる樹脂硬化物は、以下の性質を備えることができる。
[Properties of cured resin]
A resin cured product can be obtained by curing the epoxy resin composition of the present invention. The obtained resin cured product can have the following properties.

乾燥状態のガラス転移温度(dry-Tg)が、好ましくは170℃以上、さらに好ましくは180℃~250℃である。
飽和吸水時におけるガラス転移温度(wet-Tg)が、好ましくは150℃以上、さらに好ましくは160~200℃である。
The dry state glass transition temperature (dry-Tg) is preferably 170°C or higher, more preferably 180°C to 250°C.
The glass transition temperature (wet-Tg) at saturated water absorption is preferably 150°C or higher, more preferably 160 to 200°C.

JIS K7171法で測定する室温乾燥曲げ弾性率(RTD-FM)が、好ましくは3.0GPa以上、さらに好ましくは3.3~10.0GPa、さらに好ましくは3.5~9.0GPaである。3.0GPaを超えることで、本発明のエポキシ樹脂組成物を使用して得られる繊維強化複合材料は優れた力学特性を有するため好ましい。 Room temperature dry flexural modulus (RTD-FM) measured by JIS K7171 method is preferably 3.0 GPa or more, more preferably 3.3 to 10.0 GPa, further preferably 3.5 to 9.0 GPa. When the viscosity exceeds 3.0 GPa, the fiber-reinforced composite material obtained by using the epoxy resin composition of the present invention has excellent mechanical properties, which is preferable.

JIS K7171法で測定する昇温吸水後曲げ弾性率(HTW-FM)が、好ましくは2.4GPa以上、さらに好ましくは2.5~9.0GPa、特に好ましくは2.8~8.0GPaである。
ASTM D5045で測定する変形モードI臨界応力拡大係数KIcが、好ましくは0.7MPa・m1/2以上、さらに好ましくは0.8~3.0MPa・m1/2である。
The flexural modulus after water absorption at elevated temperature (HTW-FM) measured by the JIS K7171 method is preferably 2.4 GPa or more, more preferably 2.5 to 9.0 GPa, and particularly preferably 2.8 to 8.0 GPa. .
The deformation mode I critical stress intensity factor KIc measured by ASTM D5045 is preferably 0.7 MPa·m 1/2 or more, more preferably 0.8 to 3.0 MPa·m 1/2 .

〔繊維強化複合材料〕
繊維強化基材と、本発明のエポキシ樹脂組成物とを複合化して硬化させることにより、繊維強化複合材料(FRP)を得ることができる。すなわち本発明によれば、上述のエポキシ樹脂硬化物と繊維強化基材とを含んで成る繊維強化複合材料が提供される。
[Fiber-reinforced composite material]
A fiber-reinforced composite material (FRP) can be obtained by compounding and curing a fiber-reinforced base material and the epoxy resin composition of the present invention. That is, according to the present invention, there is provided a fiber-reinforced composite material comprising the epoxy resin cured product described above and a fiber-reinforced base material.

〔繊維強化基材〕
繊維強化基材に用いる強化繊維としては、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、スラッグ繊維を例示することができる。
[Fiber-reinforced base material]
Examples of reinforcing fibers used in the fiber-reinforced base material include carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, silicon carbide fibers, polyester fibers, ceramic fibers, alumina fibers, boron fibers, metal fibers, mineral fibers, rock fibers, and slag fibers. be able to.

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。比強度および比弾性率が良好で、軽量かつ高強度の繊維強化複合材料が得られることから、炭素繊維がさらに好ましい。炭素繊維のなかでも、引張強度に優れることからポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維が特に好ましい。 Among these reinforcing fibers, carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers are preferred. Carbon fiber is more preferable because it has good specific strength and specific modulus, and provides a lightweight and high-strength fiber-reinforced composite material. Among carbon fibers, polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers are particularly preferable because of their excellent tensile strength.

繊維強化基材の強化繊維としてPAN系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は、好ましくは100~600GPa、さらに好ましくは200~500GPa、さらに好ましくは230~450GPaである。そして引張強度は、好ましくは2000~10000MPa、さらに好ましくは3000~8000MPaである。 When PAN-based carbon fibers are used as the reinforcing fibers of the fiber-reinforced base material, the tensile modulus is preferably 100 to 600 GPa, more preferably 200 to 500 GPa, still more preferably 230 to 450 GPa. The tensile strength is preferably 2000-10000 MPa, more preferably 3000-8000 MPa.

繊維強化基材の強化繊維として炭素繊維を用いる場合、炭素繊維の直径は、好ましくは4~20μm、さらに好ましくは5~10μmである。この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させることができる。 When carbon fibers are used as the reinforcing fibers of the fiber-reinforced base material, the diameter of the carbon fibers is preferably 4-20 μm, more preferably 5-10 μm. By using this carbon fiber, the mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material can be improved.

本発明において、繊維強化基材の強化繊維はサイジング剤で処理されているのが好ましい。この場合、サイジング剤が付着した強化繊維の質量に対して、サイジング剤の付着量は、好ましくは0.01~10質量%、さらに好ましくは0.05~3.0質量%、特に好ましくは0.1~2.0質量%である。この範囲の付着量であることによって、強化繊維とマトリクス樹脂との優れた接着性と、得られる複合材料における優れた層間靱性とを得ることができるため好ましい。 In the present invention, the reinforcing fibers of the fiber-reinforced base material are preferably treated with a sizing agent. In this case, the amount of the sizing agent attached is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.05 to 3.0% by mass, and particularly preferably 0% by mass, based on the mass of the reinforcing fibers to which the sizing agent is attached. .1 to 2.0% by mass. An adhesion amount within this range is preferable because excellent adhesiveness between the reinforcing fibers and the matrix resin and excellent interlaminar toughness in the obtained composite material can be obtained.

繊維強化基材には、強化繊維をシート状に形成した強化繊維シートを用いることが好ましい。この強化繊維シートとして、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。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、より機械的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。 As the fiber-reinforced base material, it is preferable to use a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are formed into a sheet. As the reinforcing fiber sheet, for example, a sheet in which a large number of reinforcing fibers are arranged in one direction, a bidirectional woven fabric such as a plain weave or a twill weave, a multiaxial woven fabric, a nonwoven fabric, a mat, a knit, a braid, and a paper made of reinforced fibers. can be mentioned. Among them, it is preferable to use a unidirectional aligned sheet, a bidirectional woven fabric, or a multiaxial woven fabric base material in which reinforcing fibers are formed into a sheet as continuous fibers, since a fiber-reinforced composite material having more excellent mechanical properties can be obtained.

二方向織物や多軸織物基材は、複数の一方向引揃えシートを積層してステッチしたものであってもよい。この場合、得られる繊維強化複合材料の層間靭性を向上させるために、一方向引揃えシートの片面に熱可塑性樹脂の不織布の層を配置した後に積層して織物としてもよい。熱可塑性樹脂の不織布の繊維として、例えば、ポリエステル樹脂繊維、ポリアミド樹脂繊維、ポリエーテルスルホン樹脂繊維、ポリスルホン樹脂繊維、ポリエーテルイミド樹脂繊維、ポリカーボネート樹脂繊維、およびこれらの樹脂混合物からなる繊維を例示することができる。 The bidirectional woven fabric or multiaxial woven fabric substrate may be obtained by laminating and stitching a plurality of unidirectional aligning sheets. In this case, in order to improve the interlaminar tenacity of the obtained fiber-reinforced composite material, a layer of thermoplastic resin nonwoven fabric may be arranged on one side of the unidirectionally arranged sheet and then laminated to form a woven fabric. Examples of thermoplastic resin nonwoven fabric fibers include polyester resin fibers, polyamide resin fibers, polyethersulfone resin fibers, polysulfone resin fibers, polyetherimide resin fibers, polycarbonate resin fibers, and fibers made of mixtures of these resins. be able to.

一方向引揃えシートの目付や積層数は、繊維強化複合材料の用途に応じて適宜設定できる。一方向引揃えシートの目付は、例えば100~300g/m、好ましくは150~250g/mである。繊維強化基材の一方向引揃えシートの1層あたりの厚さは、好ましくは0.01~3mm、さらに好ましくは0.05~1.5mmである。 The basis weight and the number of layers of the unidirectional alignment sheet can be appropriately set according to the use of the fiber-reinforced composite material. The basis weight of the unidirectional alignment sheet is, for example, 100 to 300 g/m 2 , preferably 150 to 250 g/m 2 . The thickness per layer of the unidirectionally aligned sheet of the fiber-reinforced substrate is preferably 0.01 to 3 mm, more preferably 0.05 to 1.5 mm.

〔繊維強化複合材料の製造方法〕
本発明の繊維強化複合材料を得るために繊維強化基材とエポキシ樹脂組成物とを複合化する方法として、繊維強化基材と未硬化のエポキシ樹脂組成物とを予め複合化し、その後、未硬化のエポキシ樹脂組成物を硬化させる方法を採ることが好ましい。
[Method for producing fiber-reinforced composite material]
As a method for compounding a fiber-reinforced base material and an epoxy resin composition to obtain a fiber-reinforced composite material of the present invention, the fiber-reinforced base material and an uncured epoxy resin composition are compounded in advance, and then uncured. It is preferable to employ a method of curing the epoxy resin composition of .

繊維強化基材と複合化する方法として、後述のプリプレグのように繊維強化基材と樹脂組成物を予め複合化してもよく、例えば、レジントランスファー成形法(RTM成形法)、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などのように成形時に複合化してもよい。
繊維強化基材と、本発明のエポキシ樹脂組成物とを複合化した後、特定の条件で加熱加圧して硬化させることにより、繊維強化複合材料(FRP)を得ることができる。
As a method for compounding with the fiber-reinforced base material, the fiber-reinforced base material and the resin composition may be compounded in advance like a prepreg described later. For example, resin transfer molding method (RTM molding method), hand layup method, Compositing may be performed during molding such as by a filament winding method, a pultrusion method, or the like.
A fiber-reinforced composite material (FRP) can be obtained by combining a fiber-reinforced base material and the epoxy resin composition of the present invention, followed by curing under specific conditions by heating and pressing.

〔プリプレグ〕
本発明のプリプレグは、上述の本発明のエポキシ樹脂組成物と繊維強化基材とを含んで成るプリプレグであり、これは繊維強化基材と、その中に含浸された上述の本発明のエポキシ樹脂組成物から成る。
[Prepreg]
The prepreg of the present invention is a prepreg comprising the epoxy resin composition of the present invention described above and a fiber-reinforced base material, which is a fiber-reinforced base material and the epoxy resin of the present invention impregnated therein. composition.

本発明のプリプレグは、繊維強化基材の一部または全体に上述のエポキシ樹脂組成物が含浸されたプリプレグである。プリプレグ全体における上述のエポキシ樹脂組成物の含有率は、プリプレグの全質量を基準として、好ましくは15~60質量%、さらに好ましくは20~55質量%、特に好ましくは25~50質量%である。この含有率が15質量%未満であると、得られる繊維強化複合材料に空隙などが発生し、機械的物性を低下させる場合があり好ましくない。この含有率が60質量%を超えると、強化繊維による補強効果が不十分となり、実質的に質量対比での機械的物性が低いものになる場合があり好ましくない。 The prepreg of the present invention is a prepreg in which a fiber-reinforced base material is partially or wholly impregnated with the epoxy resin composition described above. The content of the above epoxy resin composition in the entire prepreg is preferably 15 to 60% by mass, more preferably 20 to 55% by mass, particularly preferably 25 to 50% by mass, based on the total mass of the prepreg. If the content is less than 15% by mass, voids and the like may occur in the resulting fiber-reinforced composite material, which may deteriorate the mechanical properties, which is not preferable. If the content exceeds 60% by mass, the reinforcing effect of the reinforcing fibers becomes insufficient, and the mechanical properties relative to the mass may become substantially low, which is not preferable.

〔プリプレグの製造方法〕
本発明のプリプレグは、上述の本発明のエポキシ樹脂組成物を繊維強化基材に含浸させてプリプレグを得る含浸工程を含む、製造方法によって製造することができる。この含浸には、好ましくはホットメルト法や溶剤法を用いる。
[Prepreg manufacturing method]
The prepreg of the present invention can be produced by a production method including an impregnation step of impregnating a fiber-reinforced base material with the above epoxy resin composition of the present invention to obtain a prepreg. A hot melt method or a solvent method is preferably used for this impregnation.

ホットメルト法は、離型紙の上に、未硬化の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、繊維強化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繊維強化基材層内に含浸させる方法である。 In the hot-melt method, an uncured resin composition is applied in the form of a thin film on release paper to form a resin composition film, and the resin composition film is laminated on a fiber-reinforced base material and pressed under pressure. In this method, the resin composition is impregnated into the fiber-reinforced substrate layer by heating.

樹脂組成物を樹脂組成物フィルムにする方法として、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。 As a method for forming a resin composition film from a resin composition, any conventionally known method can be used. Specifically, using a die extrusion, an applicator, a reverse roll coater, a comma coater, etc., a resin composition film is obtained by casting the resin composition onto a support such as a release paper or a film. can be done.

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。樹脂組成物の繊維強化基材層内への含浸は1回で行ってもよく、複数回に分けて行ってもよい。
溶剤法は、エポキシ樹脂組成物を適当な溶媒を用いてワニス状にし、このワニスを繊維強化基材層内に含浸させる方法である。
The resin temperature when 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 impregnation of the resin composition into the fiber-reinforced base material layer may be performed in one step or in multiple steps.
The solvent method is a method in which the epoxy resin composition is made into a varnish using a suitable solvent, and the fiber-reinforced base material layer is impregnated with this varnish.

本発明のプリプレグは、これらの従来法の中でも、溶剤を用いないホットメルト法により、好適に製造することができる。エポキシ樹脂組成物フィルムをホットメルト法で繊維強化基材層内に含浸させる場合の含浸温度は、好ましくは50~120℃、さらに好ましくは60~110℃、特に好ましくは70~100℃である。含浸温度が50℃未満であると、エポキシ樹脂組成物の粘度が高く、繊維強化基材層内へ十分に含浸しない場合があり好ましくない。他方、含浸温度が120℃を超えると、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り好ましくない。 Among these conventional methods, the prepreg of the present invention can be suitably produced by a hot-melt method that does not use a solvent. The impregnation temperature when the epoxy resin composition film is impregnated into the fiber reinforced substrate layer by the hot melt method is preferably 50 to 120°C, more preferably 60 to 110°C, and particularly preferably 70 to 100°C. If the impregnation temperature is lower than 50°C, the viscosity of the epoxy resin composition is high, and the fiber-reinforced base material layer may not be impregnated sufficiently, which is not preferable. On the other hand, if the impregnation temperature exceeds 120° C., the curing reaction of the epoxy resin composition proceeds, and the storage stability of the obtained prepreg may deteriorate, and the drape property may deteriorate, which is not preferable.

エポキシ樹脂組成物フィルムをホットメルト法で繊維強化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、適宜決定すればよく、具体的な含浸圧力は、例えば0.01~250(N/cm)、好ましくは0.1~200(N/cm)である。 The impregnation pressure when the epoxy resin composition film is impregnated into the fiber-reinforced base material layer by the hot-melt method may be appropriately determined in consideration of the viscosity and resin flow of the resin composition. is, for example, 0.01 to 250 (N/cm), preferably 0.1 to 200 (N/cm).

〔オートクレーブ成形法〕
本発明のFRPの製造方法としては、オートクレーブ成形法が好ましく用いられる。オートクレーブ成形法は、金型の下型にプリプレグおよびフィルムバッグを順次敷設し、該プリプレグを下型とフィルムバッグとの間に密封し、下型とフィルムバッグとにより形成される空間を真空にするとともに、オートクレーブ成形装置で、加熱と加圧をする成形方法である。成形時の条件は、昇温速度を1~50℃/分とし、0.2~0.7MPa、130~180℃で10~30分間、加熱および加圧することが好ましい。
[Autoclave molding method]
An autoclave molding method is preferably used as the method for producing the FRP of the present invention. In the autoclave molding method, a prepreg and a film bag are sequentially laid in 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. In addition, it is a molding method in which heat and pressure are applied in an autoclave molding device. As for the molding conditions, it is preferable that the heating rate is 1 to 50° C./min, and heating and pressing are performed at 0.2 to 0.7 MPa and 130 to 180° C. for 10 to 30 minutes.

〔プレス成形法〕
本発明の繊維強化複合材料(FRP)は、プレス成形法により好ましく製造することができる。プレス成形法による製造は、本発明のプリプレグまたは本発明のプリプレグを積層して形成したプリフォームを、金型を用いて加熱加圧することにより行う。
[Press molding method]
The fiber reinforced composite material (FRP) of the present invention can be preferably produced by press molding. Production by press molding is performed by heating and pressurizing the prepreg of the present invention or a preform formed by laminating the prepregs of the present invention using a mold.

金型は、予め硬化温度に加熱しておくことが好ましい。プレス成形時の金型の温度は、好ましくは150~210℃である。成形温度が150℃以上であると、十分に硬化反応を起こすことができ、高い生産性でFRPを得ることができるので好ましい。また、成形温度が210℃以下であると、樹脂粘度が低くなり過ぎることがなく、金型内における樹脂の過剰な流動を抑えることができる。その結果、金型からの樹脂の流出や繊維の蛇行を抑制できるため、高品質のFRPが得られるため好ましい。 The mold is preferably preheated to the curing temperature. The temperature of the mold during press molding is preferably 150 to 210°C. A molding temperature of 150° C. or higher is preferable because a sufficient curing reaction can occur and FRP can be obtained with high productivity. Further, when the molding temperature is 210° C. or lower, the viscosity of the resin does not become too low, and excessive flow of the resin in the mold can be suppressed. As a result, outflow of the resin from the mold and meandering of the fibers can be suppressed, so that high-quality FRP can be obtained, which is preferable.

成形時の圧力は、例えば0.05~2MPa、好ましくは0.2~2MPaである。圧力が0.05MPa以上であると、樹脂の適度な流動が得られ、外観不良やボイドの発生を防ぐことができる。また、プリプレグが十分に金型に密着するため、良好な外観のFRPを製造することができるため好ましい。他方、圧力が2MPa以下であると、樹脂を必要以上に流動させることがないため、得られるFRPの外観不良が生じ難い。また、金型に必要以上の負荷をかけることがないため、金型の変形等が生じ難い。成形時間は、好ましくは1~8時間である。 The pressure during molding is, for example, 0.05 to 2 MPa, preferably 0.2 to 2 MPa. When the pressure is 0.05 MPa or more, a moderate flow of the resin can be obtained, and appearance defects and voids can be prevented. In addition, since the prepreg adheres sufficiently to the mold, it is possible to manufacture FRP with a good appearance, which is preferable. On the other hand, when the pressure is 2 MPa or less, the resin is not caused to flow more than necessary, so that the resulting FRP is less likely to have poor appearance. In addition, since no excessive load is applied to the mold, deformation of the mold is less likely to occur. Molding time is preferably 1 to 8 hours.

〔レジントランスファー成形法(RTM成形法)〕
複雑形状の繊維強化複合材料を効率よく得る観点から、レジントランスファー成形法(RTM成形法)は好ましい成形方法である。このRTM成形法は、液状の本発明のエポキシ樹脂組成物を、型内に配置した繊維強化基材へ含浸させ、加熱硬化する工程を含む繊維強化複合材料を得る方法である。
すなわち、本発明によればエポキシ樹脂組成物を、型内に配置した繊維強化基材へ含浸させ、加熱硬化する工程を含む繊維強化複合材料を得る方法が提供される。
[Resin transfer molding method (RTM molding method)]
A resin transfer molding method (RTM molding method) is a preferable molding method from the viewpoint of efficiently obtaining a fiber-reinforced composite material having a complicated shape. This RTM molding method is a method for obtaining a fiber-reinforced composite material, which includes a step of impregnating a fiber-reinforced base material placed in a mold with the liquid epoxy resin composition of the present invention and heat-curing it.
That is, according to the present invention, there is provided a method for obtaining a fiber-reinforced composite material, which includes a step of impregnating a fiber-reinforced base material placed in a mold with an epoxy resin composition and heat-curing it.

本発明において、RTM成形法に用いる型は、剛性材料からなるクローズドモールドを用いてもよく、剛性材料のオープンモールドと可撓性のフィルム(バッグ)を用いてもよい。後者の場合、繊維強化基材は、剛性材料のオープンモールドと可撓性フィルムの間に設置することができる。 In the present invention, the mold used in the RTM molding method may be a closed mold made of a rigid material, or an open mold made of a rigid material and a flexible film (bag). In the latter case, the fiber reinforced substrate can be placed between an open mold of rigid material and the flexible film.

剛性材料としては、例えばスチールやアルミニウムなどの金属、繊維強化プラスチック、木材、石膏を用いることができる。可撓性のフィルムの材料には、例えばポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、フッ素樹脂、シリコーン樹脂を用いることができる。 Examples of rigid materials that can be used include metals such as steel and aluminum, fiber-reinforced plastics, wood, and gypsum. Polyamide, polyimide, polyester, fluororesin, and silicone resin, for example, can be used as the material of the flexible film.

RTM成形法において剛性材料のクローズドモールドを用いる場合には、加圧して型締めし、エポキシ樹脂組成物を加圧して注入することが通常行われる。このとき、注入口とは別に吸引口を設け、真空ポンプに接続して吸引してもよい。吸引を行い、特別な加圧手段を用いることなく大気圧のみでエポキシ樹脂組成物を注入してもよい。この方法は、複数の吸引口を設けることにより大型の部材を製造することができるため、好適に用いることができる。 When a closed mold made of a rigid material is used in the RTM molding method, it is common practice to clamp the mold under pressure and to inject the epoxy resin composition under pressure. At this time, a suction port may be provided separately from the injection port and connected to a vacuum pump for suction. The epoxy resin composition may be injected only at atmospheric pressure without using special pressurizing means by suction. This method can be preferably used because a large-sized member can be manufactured by providing a plurality of suction ports.

RTM成形法において、剛性材料のオープンモールドと可撓性フィルムを用いる場合には、吸引を行い、特別な加圧手段を用いることなく大気圧のみでエポキシ樹脂を注入してもよい。大気圧のみでの注入で良好な含浸を実現するためには、樹脂拡散媒体を用いることが有効である。さらに、繊維強化基材の設置に先立って、剛性材料の表面にゲルコートを塗布することが好ましく行われる。 In the RTM molding method, when an open mold made of a rigid material and a flexible film are used, suction may be performed to inject the epoxy resin only at atmospheric pressure without using special pressurizing means. Use of a resin diffusion medium is effective in achieving good impregnation by injection only at atmospheric pressure. Furthermore, it is preferable to apply a gel coat to the surface of the rigid material prior to placing the fiber-reinforced substrate.

RTM成形法において、繊維強化基材にエポキシ樹脂組成物を含浸した後、加熱硬化が行われる。加熱硬化時の型温は、通常、エポキシ樹脂組成物の注入時における型温より高い温度が選ばれる。加熱硬化時の型温は、好ましくは80~200℃である。加熱硬化の時間は好ましくは1分間~20時間である。加熱硬化が完了した後、脱型して繊維強化複合材料を取り出す。その後、得られた繊維強化複合材料を、より高い温度で加熱して後硬化を行ってもよい。この後硬化の温度は、好ましくは150~200℃、時間は好ましくは1分間~4時間である。 In the RTM molding method, the fiber-reinforced base material is impregnated with the epoxy resin composition and then heat-cured. The mold temperature during heat curing is usually selected to be higher than the mold temperature during injection of the epoxy resin composition. The mold temperature during heat curing is preferably 80 to 200°C. The heat curing time is preferably 1 minute to 20 hours. After heat curing is completed, the fiber-reinforced composite material is taken out by demolding. The resulting fiber-reinforced composite material may then be heated at a higher temperature for post-curing. The temperature for this post-curing is preferably 150 to 200° C., and the time is preferably 1 minute to 4 hours.

エポキシ樹脂組成物をRTM成形法で繊維強化基材に含浸させる際の含浸圧力は、その樹脂組成物の粘度や樹脂フローなどを勘案して適宜決定すればよい。具体的な含浸圧力は、例えば0.001~10MPa、好ましくは0.01~1MPaである。 The impregnation pressure at which the epoxy resin composition is impregnated into the fiber-reinforced base material by the RTM molding method may be appropriately determined in consideration of the viscosity and resin flow of the resin composition. A specific impregnation pressure is, for example, 0.001 to 10 MPa, preferably 0.01 to 1 MPa.

〔繊維強化複合材料の性質〕
本発明はまた、上述の本発明のエポキシ樹脂硬化物と繊維強化基材とを含んで成る繊維強化複合材料である。
[Properties of Fiber Reinforced Composite Material]
The present invention is also a fiber-reinforced composite material comprising the cured epoxy resin of the present invention and a fiber-reinforced base material.

本発明の繊維強化複合材料は、ASTM D7136で測定される衝撃後圧縮強度CAI(衝撃エネルギー30.5J)が、好ましくは240MPa以上、さらに好ましくは250~400MPa、特に好ましくは260~380MPaである。 The fiber-reinforced composite material of the present invention preferably has a post-impact compressive strength CAI (impact energy 30.5 J) measured by ASTM D7136 of 240 MPa or more, more preferably 250 to 400 MPa, particularly preferably 260 to 380 MPa.

本発明の繊維強化複合材料は、SACMA SRM3で測定される室温乾燥有孔圧縮強度(RTD-OHC)が、好ましくは260MPa以上、さらに好ましくは280~450MPa、特に好ましくは300~400MPaである。 The fiber-reinforced composite material of the present invention preferably has a room temperature dry open-hole compressive strength (RTD-OHC) measured by SACMA SRM3 of preferably 260 MPa or more, more preferably 280 to 450 MPa, and particularly preferably 300 to 400 MPa.

本発明により提供される繊維強化複合材料は、SACMA SRM3で測定される昇温吸水後有孔圧縮強度(HTW-OHC)が、好ましくは200MPa以上、さらに好ましくは220~400MPa、特に好ましくは240~350MPaである。 The fiber-reinforced composite material provided by the present invention preferably has a perforated compressive strength after temperature rise water absorption (HTW-OHC) measured by SACMA SRM3 of preferably 200 MPa or more, more preferably 220 to 400 MPa, and particularly preferably 240 to 240 MPa. 350 MPa.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。実施例および比較例において使用した成分および試験方法は以下のとおりである。なお、繊維強化複合材料を「FRP」、特に炭素繊維強化複合材料を「CFRP」と略記することがある。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The components and test methods used in Examples and Comparative Examples are as follows. A fiber reinforced composite material is sometimes abbreviated as "FRP", and a carbon fiber reinforced composite material is sometimes abbreviated as "CFRP".

〔成分〕
(1)エポキシ化合物〔A〕
・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)、以下「4,4’-TGDDM」と略記する)
・テトラグリシジル-3,4’-ジアミノジフェニルエーテル(合成例1の方法で合成、以下「3,4’-TGDDE」と略記する)
〔component〕
(1) Epoxy compound [A]
- Tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane (Araldite MY721 (product name) manufactured by Huntsman, hereinafter abbreviated as "4,4'-TGDDM")
- Tetraglycidyl-3,4'-diaminodiphenyl ether (synthesized by the method of Synthesis Example 1, hereinafter abbreviated as "3,4'-TGDDE")

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

(2)エポキシ化合物〔B〕
・1,6-ビス(グリシジルオキシ)ナフタレン(DIC社製 HP-4032SS(製品名)、以下「1,6-DON」と略記する)
・1,3,5-トリグリシジルイソシアヌレート(日産化学社製 TEPIC-S(製品名)、以下「TEPIC」と略記する)
(2) Epoxy compound [B]
・1,6-bis(glycidyloxy)naphthalene (HP-4032SS (product name) manufactured by DIC, hereinafter abbreviated as “1,6-DON”)
・ 1,3,5-triglycidyl isocyanurate (TEPIC-S (product name) manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “TEPIC”)

(3)エポキシ化合物〔C〕
・N,N-ジグリシジル-o-トルイジン(日本化薬社製 GOT(製品名)、以下「GOT」と略記する)
・N,N-ジグリシジルアニリン(日本化薬社製 GAN(製品名)、以下「GAN」と略記する)
(3) Epoxy compound [C]
・N,N-diglycidyl-o-toluidine (GOT (product name) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “GOT”)
・N,N-diglycidylaniline (GAN (product name) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “GAN”)

(4)その他エポキシ樹脂
・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)、以下「DGEBA」と略記する)
(4) Other epoxy resins and bisphenol A-diglycidyl ether (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation jER825 (product name), hereinafter abbreviated as "DGEBA")

(5)硬化剤
・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(ロンザ社製 Lonzacure M-MIPA(製品名)、以下「M-MIPA」と略記する)
・3,3’-ジアミノジフェニルスルホン(小西化学工業株式会社製、以下「3,3’-DDS」と略記する)
(5) Curing agent 4,4'-diamino-3,3'-diisopropyl-5,5'-dimethyldiphenylmethane (Lonzacure M-MIPA (product name) manufactured by Lonza, hereinafter abbreviated as "M-MIPA")
- 3,3'-diaminodiphenyl sulfone (manufactured by Konishi Chemical Industry Co., Ltd., hereinafter abbreviated as "3,3'-DDS")

(6)エポキシ樹脂不溶性熱可塑性樹脂
・ポリアミド12(エムスケミージャパン社製 TR-55(製品名)、平均粒子径20μm、以下「PA12」と略記する)
(6) Epoxy resin-insoluble thermoplastic resin Polyamide 12 (TR-55 (product name) manufactured by M Chemie Japan, average particle size 20 μm, hereinafter abbreviated as “PA12”)

(7)エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂
・ポリエーテルスルホン(住友化学工業株式会社製 スミカエクセルPES-5003P(製品名)、平均粒子径20μm、以下「PES」と略記する)
(7) Epoxy resin-soluble thermoplastic resin Polyethersulfone (Sumitomo Chemical Co., Ltd. Sumika Excel PES-5003P (product name), average particle size 20 μm, hereinafter abbreviated as “PES”)

(8)樹脂粒子
・MX-416(株式会社カネカ製 MX-416(製品名)、平均粒子径0.11μm、グリシジルアミン型4官能エポキシ樹脂へ粒子状ブタジエンゴム成分を25質量%の濃度となる様に分散させたマスターバッチ)(製品中のグリシジルアミン型4官能エポキシ樹脂は本発明のエポキシ化合物〔A〕に相当するテトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタンが75質量%含まれる。)
(8) Resin particles MX-416 (Kaneka Corporation MX-416 (product name), average particle size 0.11 μm, glycidylamine type tetrafunctional epoxy resin with particulate butadiene rubber component at a concentration of 25% by mass (The glycidylamine type tetrafunctional epoxy resin in the product contains 75% by mass of tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane corresponding to the epoxy compound [A] of the present invention.)

(9)炭素繊維ストランド
・炭素繊維1:テナックス(登録商標)IMS65 E23 830tex(炭素繊維ストランド、引張強度 5.8GPa、引張弾性率 290GPa、サイジング剤付着量 1.2質量%、帝人(株)製)
(9) Carbon fiber strand/carbon fiber 1: Tenax (registered trademark) IMS65 E23 830tex (carbon fiber strand, tensile strength 5.8 GPa, tensile modulus 290 GPa, sizing agent adhesion amount 1.2% by mass, manufactured by Teijin Limited )

(10)熱可塑性樹脂不織布
・不織布1:ポリアミド12樹脂を使用し、スパンボンド法で作製した繊維目付が6g/m、融点が178℃の不織布
(10) Thermoplastic resin nonwoven fabric/nonwoven fabric 1: A nonwoven fabric having a fiber basis weight of 6 g/m 2 and a melting point of 178°C, which is produced by a spunbond method using polyamide 12 resin.

(11)炭素繊維多層織物
・炭素繊維多軸織物1:一方向に引き揃えた炭素繊維1を1層あたり190g/mのシート状にして、このシート状炭素繊維の片面に不織布1を配置し、(+45/V/90/V/-45/V/0/V)の角度で4枚積層しステッチしたもの(織物基材の炭素繊維総目付760g/m)。ここでは、Vは不織布1を示す。
・炭素繊維多軸織物2:一方向に引き揃えた炭素繊維1を1層あたり190g/mのシート状にして、シート状炭素繊維の片面に不織布1を配置し、(0/V/-45/V/90/V/+45/V)の角度で4枚積層しステッチしたもの(織物基材の炭素繊維総目付760g/m)。ここでは、Vは不織布1を示す。
(11) Carbon fiber multilayer fabric/carbon fiber multiaxial fabric 1: Carbon fibers 1 aligned in one direction are formed into a sheet of 190 g/m 2 per layer, and a nonwoven fabric 1 is arranged on one side of this sheet-shaped carbon fiber. Then, 4 sheets were laminated and stitched at an angle of (+45/V/90/V/-45/V/0/V) (760 g/m 2 total weight of carbon fiber base material). V indicates the nonwoven fabric 1 here.
・ Carbon fiber multiaxial fabric 2: Carbon fibers 1 aligned in one direction are made into a sheet of 190 g / m 2 per layer, and nonwoven fabric 1 is arranged on one side of the sheet-shaped carbon fibers, (0 / V / - 45/V/90/V/+45/V) and stitched together (total weight of carbon fiber base material: 760 g/m 2 ). V indicates the nonwoven fabric 1 here.

〔評価方法〕
(1)樹脂組成物の特性(RTM成形法用エポキシ樹脂組成物の初期粘度および可使時間)
エポキシ樹脂組成物を、東機産業株式会社製B型粘度計TVB-15Mを用い、100℃の条件にて粘度測定を行った。測定開始直後の最小測定値を初期粘度とし、粘度が50mPa・sに到達した時間を可使時間とした。
〔Evaluation methods〕
(1) Properties of resin composition (initial viscosity and pot life of epoxy resin composition for RTM molding method)
The viscosity of the epoxy resin composition was measured at 100° C. using a B-type viscometer TVB-15M manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. The minimum measured value immediately after the start of measurement was taken as the initial viscosity, and the time when the viscosity reached 50 mPa·s was taken as the pot life.

(2)樹脂硬化物耐熱性(吸水後ガラス転移温度(wet-Tg))
樹脂硬化物の耐熱性を評価するために、SACMA 18R-94法に準じて、ガラス転移温度を測定した。評価対象の樹脂硬化物を切断、研磨し、50mm×6mm×2mmの寸法の試験片を準備した。プレッシャークッカー(エスペック社製、HASTEST PC-422R8)を用い、121℃、24時間の条件にて準備した樹脂試験片の吸水処理を行った。UBM社製動的粘弾性測定装置Rheogel-E400を用い、測定周波数1Hz、昇温速度5℃/分、ひずみ0.0167%の条件で、チャック間の距離を30mmとし、50℃からゴム弾性領域まで、吸水処理した樹脂試験片の貯蔵弾性率E’を測定した。logE’を温度に対してプロットし、logE’の平坦領域の近似直線と、E’が転移する領域の近似直線との交点から求められる温度をガラス転移温度(wet-Tg)として記録した。
(2) Heat resistance of cured resin (glass transition temperature after water absorption (wet-Tg))
In order to evaluate the heat resistance of the cured resin, the glass transition temperature was measured according to the SACMA 18R-94 method. A cured resin material to be evaluated was cut and polished to prepare a test piece having dimensions of 50 mm×6 mm×2 mm. Using a pressure cooker (HASTEST PC-422R8, manufactured by Espec Co., Ltd.), the prepared resin test piece was subjected to water absorption treatment under the conditions of 121° C. and 24 hours. Using a dynamic viscoelasticity measuring device Rheogel-E400 manufactured by UBM, under the conditions of a measurement frequency of 1 Hz, a temperature increase rate of 5 ° C./min, and a strain of 0.0167%, the distance between chucks is 30 mm, and the rubber elastic region is measured from 50 ° C. The storage elastic modulus E' of the resin test piece subjected to water absorption treatment was measured. Log E′ was plotted against temperature, and the temperature obtained from the intersection of the approximate straight line of the flat region of log E′ and the approximate straight line of the transition region of E′ was recorded as the glass transition temperature (wet-Tg).

(3)樹脂硬化物特性(室温乾燥樹脂曲げ弾性率(RTD-FM))
JIS K7171法に準じて、試験を実施した。評価対象の樹脂硬化板を用いて、樹脂試験片を寸法80mm×10mm×4mm(厚みh)で準備した。25℃の環境温度で、支点間距離Lは、16×h(厚み)、試験速度2mm/minで曲げ試験を行い、曲げ強度と曲げ弾性率を測定した。
(3) Cured resin properties (room temperature dry resin flexural modulus (RTD-FM))
The test was performed according to the JIS K7171 method. A resin test piece having dimensions of 80 mm×10 mm×4 mm (thickness h) was prepared using a cured resin plate to be evaluated. A bending test was performed at an ambient temperature of 25° C., a distance L between fulcrums of 16×h (thickness), and a test speed of 2 mm/min to measure bending strength and bending elastic modulus.

(4)樹脂硬化物特性(樹脂硬化物靱性(変形モードI臨界応力拡大係数KIc))
ASTM D5045に従い、万能試験機(島津製作所製オートグラフ)を用いて靱性(KIc)を測定した。ASTM D5045法に準じて、試験を実施した。評価対象の樹脂硬化板を用いて、樹脂試験片を寸法50mm×8mm(幅W)×4mmで準備した。クラック長aは、0.45≦a/W≦0.55となるように調整した。なお、クラック長aは破壊試験後の破断面を光学顕微鏡を用いて観察し、クラックの先端までの長さ、および試験片両表面におけるクラック長さの平均値を採用した。
(4) Properties of cured resin (toughness of cured resin (deformation mode I critical stress intensity factor KIc))
According to ASTM D5045, the toughness (KIc) was measured using a universal testing machine (Shimadzu Autograph). The test was performed according to ASTM D5045 method. A resin test piece having dimensions of 50 mm×8 mm (width W)×4 mm was prepared using a cured resin plate to be evaluated. The crack length a was adjusted so that 0.45≦a/W≦0.55. For the crack length a, the fracture surface after the fracture test was observed with an optical microscope, and the length to the tip of the crack and the average value of the crack lengths on both surfaces of the test piece were adopted.

(5)CFRP特性(衝撃後圧縮強度(CAI))
評価対象のCFRP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。試験はASTM D7136に従い実施した。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。
(5) CFRP properties (compressive strength after impact (CAI))
The CFRP to be evaluated was cut into a size of 101.6 mm width×152.4 mm length to obtain a test piece for compressive strength after impact (CAI) test. Testing was performed according to ASTM D7136. After measuring the dimensions of each test piece, the specimen (sample) was subjected to an impact test using a falling weight type impact tester (Dynatup manufactured by Instron) to give an impact energy of 30.5 J. After the impact, the damaged area of the specimen was measured with an ultrasonic flaw detector (SDS3600, HIS3/HF manufactured by Krautkramer). After the impact, the strength test of the specimen was performed by attaching strain gauges on each side of the specimen at a position of 25.4 mm from the top and 25.4 mm from the side. After attaching the gauge, the crosshead speed of the testing machine (Autograph manufactured by Shimadzu Corporation) was set to 1.27 mm/min, and a load was applied until the specimen fractured.

(6)CFRP特性(室温乾燥有孔圧縮強度(RTD-OHC))
評価対象のCFRPを、幅38.1mm×長さ304.8mmの寸法に切断し、試験片中心に直径6.35mmの穴あけ加工を施し、室温乾燥有孔圧縮強度(RTD-OHC)試験の試験片を得た。試験は、SACMA SRM3に則って、25℃の環境温度で実施し、最大点荷重から有孔圧縮強度を算出した。
(6) CFRP properties (room temperature dry open-pore compressive strength (RTD-OHC))
The CFRP to be evaluated is cut to a size of 38.1 mm in width and 304.8 mm in length, and a hole with a diameter of 6.35 mm is drilled in the center of the test piece, and the room temperature dry hole compressive strength (RTD-OHC) test is performed. got a piece The test was carried out according to SACMA SRM3 at an ambient temperature of 25°C and the open hole compressive strength was calculated from the maximum point load.

(7)平均粒子径
評価対象の樹脂硬化物の断面を走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡により2万5000倍で観察し、少なくとも50個の粒子の直径を測定しそれらを平均することにより平均粒子径を求めた。前記観察において、粒子が真円状でない場合、すなわち粒子が楕円状のような場合は、粒子の最大径をその粒子の粒子径とした。
(7) Average particle size The cross section of the cured resin to be evaluated is observed at 25,000 times with a scanning electron microscope or transmission electron microscope, and the diameters of at least 50 particles are measured and averaged. Particle size was determined. In the above observation, when the particles were not perfectly circular, that is, when the particles were elliptical, the maximum diameter of the particles was taken as the particle diameter of the particles.

〔実施例1〕
〔RTM成形法用エポキシ樹脂組成物の調製〕
表1に記載する割合でエポキシ樹脂、硬化剤、樹脂粒子を計量し、撹拌機を用いて80℃で30分間混合し、RTM成形法用エポキシ樹脂組成物を調製した。
得られたRTM成形法用エポキシ樹脂組成物の特性を表1に示す。100℃における粘度は50mPa・s以下、100℃における可使時間は120分間以上であり、優れた取扱性を示した。なお、表1に記載のエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂に含まれるグリシジル基と硬化剤のアミノ基とは、当量となる。
[Example 1]
[Preparation of epoxy resin composition for RTM molding]
Epoxy resin, curing agent and resin particles were weighed in proportions shown in Table 1 and mixed at 80° C. for 30 minutes using a stirrer to prepare an epoxy resin composition for RTM molding.
Table 1 shows the properties of the obtained epoxy resin composition for RTM molding. The viscosity at 100° C. was 50 mPa·s or less, and the pot life at 100° C. was 120 minutes or more, indicating excellent handleability. In addition, in the epoxy resin composition shown in Table 1, the glycidyl groups contained in the epoxy resin and the amino groups of the curing agent are equivalent.

〔樹脂硬化物の作成〕
上記で調製したRTM成形法用エポキシ樹脂組成物を、真空中で60分間脱泡した後、4mm厚のテフロン(登録商標)樹脂製スペーサーにより厚み4mmになるように設定したステンレス製モールド中に注入した。180℃の温度で120分間、加熱硬化させ、厚さ4mmの樹脂硬化物を得た。
得られた樹脂硬化物の特性を表1に示す。wet-Tgは160℃以上、曲げ弾性率は3.3GPa以上、K1cは0.8MPa・m1/2以上であり、高い力学的特性を示した。
[Preparation of cured resin]
The epoxy resin composition for the RTM molding method prepared above is defoamed in vacuum for 60 minutes, and then poured into a stainless steel mold set to a thickness of 4 mm by a 4 mm thick Teflon (registered trademark) resin spacer. bottom. Heat curing was performed at a temperature of 180° C. for 120 minutes to obtain a resin cured product having a thickness of 4 mm.
Table 1 shows the properties of the obtained cured resin. The wet-Tg was 160° C. or higher, the flexural modulus was 3.3 GPa or higher, and the K1c was 0.8 MPa·m 1/2 or higher, indicating high mechanical properties.

〔CFRPの作成〕
炭素繊維多軸織物1および炭素繊維多軸織物2を300×300mmにカットし、500×500mmの離型処理したアルミ板の上に、炭素繊維多軸織物1を3枚、炭素繊維多軸織物2を3枚、合計6枚重ねて積層体とした。
[Creation of CFRP]
Carbon fiber multiaxial fabric 1 and carbon fiber multiaxial fabric 2 were cut into 300 x 300 mm, and three carbon fiber multiaxial fabrics 1 and 3 carbon fiber multiaxial fabric were placed on a 500 x 500 mm release-treated aluminum plate. Three sheets of No. 2, totaling six sheets, were stacked to form a laminate.

さらに積層体の上に、離型性機能を付与した基材であるピールクロスのRelease Ply C(AIRTECH社製)と樹脂拡散基材のResin Flow 90HT(AIRTECH社製)を積層した。 その後、樹脂注入口と樹脂排出口形成のためのホースを配置し、全体をナイロンバッグフィルムで覆い、シーラントテープで密閉し、内部を真空にした。続いてアルミ板を120℃に加温し、バック内を5torr以下に減圧した後、上記ので調製したRTM成形法用エポキシ樹脂組成物を100℃に加熱し、樹脂注入口を通して真空系内へ注入した。 Further, on the laminate, a peel cloth Release Ply C (manufactured by AIRTECH), which is a base material having a releasability function, and Resin Flow 90HT (manufactured by AIRTECH), which is a resin diffusion base material, were laminated. After that, a hose for forming a resin inlet and a resin outlet was arranged, the whole was covered with a nylon bag film, sealed with a sealant tape, and the inside was evacuated. Subsequently, the aluminum plate was heated to 120° C., and the pressure inside the bag was reduced to 5 torr or less, and then the epoxy resin composition for RTM molding method prepared above was heated to 100° C. and injected into the vacuum system through the resin inlet. bottom.

注入したRTM成形法用エポキシ樹脂組成物がバック内に充満し、積層体に含浸した状態で180℃に昇温し、180℃で120分間保持して、炭素繊維強化複合材料(CFRP)を得た。
得られたCFRPの特性を表1に示す。280MPa以上の高いCAIと300MPa以上の優れたRTD-OHCを示した。
The injected epoxy resin composition for RTM molding fills the bag and impregnates the laminate, and the temperature is raised to 180° C. and held at 180° C. for 120 minutes to obtain a carbon fiber reinforced composite material (CFRP). rice field.
Table 1 shows the properties of the obtained CFRP. It showed a high CAI of 280 MPa or more and an excellent RTD-OHC of 300 MPa or more.

Figure 2023084198000007
Figure 2023084198000007

〔実施例2~6〕
表1に記載のとおり組成を変更した他は実施例1と同様にして実施した。評価結果を表1に示す。
[Examples 2 to 6]
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the composition was changed as shown in Table 1. Table 1 shows the evaluation results.

〔比較例1~4〕
表2に記載のとおり組成を変更した他は実施例1と同様にして実施した。評価結果を表2に示す。
[Comparative Examples 1 to 4]
It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the composition was changed as shown in Table 2. Table 2 shows the evaluation results.

Figure 2023084198000008
Figure 2023084198000008

比較例1では、エポキシ化合物〔B〕を用いなかったため、エポキシ樹脂組成物の初期粘度が100mPa・s以上となった。
比較例2では、エポキシ化合物〔B〕を用いずに、エポキシ化合物〔C〕を用いたため、得られた樹脂硬化物のwet-Tgが138℃と低くなった。
比較例3および4では、エポキシ化合物〔A〕を用いなかったため、得られた樹脂硬化物のwet-Tgが150℃以下となった。
In Comparative Example 1, since the epoxy compound [B] was not used, the initial viscosity of the epoxy resin composition was 100 mPa·s or more.
In Comparative Example 2, the epoxy compound [B] was not used, but the epoxy compound [C] was used, so the wet-Tg of the cured resin obtained was as low as 138°C.
In Comparative Examples 3 and 4, since the epoxy compound [A] was not used, the wet-Tg of the cured resin obtained was 150° C. or lower.

〔実施例7〕
以下の手順でプリプレグを作成し評価を行った。
[Example 7]
A prepreg was prepared and evaluated by the following procedure.

〔プリプレグ法用エポキシ樹脂組成物の調製〕
エポキシ化合物〔A〕として3,4’-TGDDEを85質量部、エポキシ化合物〔B〕として1,6-DONを15質量部、可溶性熱可塑性樹脂としてPESを30質量部の割合で計量し、撹拌機を用いて120℃で30分間混合した。その後、80℃まで降温し、硬化剤として3,3’-DDSを55質量部、および非溶解性熱可塑性樹脂としてPA12を35質量部の割合で添加して30分間混合し、プリプレグ用エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、この割合でエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ基の総数と、硬化剤に含まれる活性水素の総数の比率は、1.0となる。
[Preparation of epoxy resin composition for prepreg method]
85 parts by mass of 3,4'-TGDDE as the epoxy compound [A], 15 parts by mass of 1,6-DON as the epoxy compound [B], and 30 parts by mass of PES as the soluble thermoplastic resin were weighed and stirred. Mixed at 120° C. for 30 minutes using a machine. After that, the temperature is lowered to 80° C., 55 parts by mass of 3,3′-DDS as a curing agent and 35 parts by mass of PA12 as a non-soluble thermoplastic resin are added and mixed for 30 minutes to obtain an epoxy resin for prepreg. A composition was prepared. In this ratio, the ratio of the total number of epoxy groups contained in the epoxy resin composition to the total number of active hydrogens contained in the curing agent is 1.0.

〔プリプレグの作成〕
リバースロールコーターを用いて、離型紙上に得られたプリプレグ用エポキシ樹脂組成物を塗布して50g/m目付の樹脂フィルムを作製した。次に、単位面積当たりの繊維質量が190g/mとなるように炭素繊維を一方向に整列させてシート状の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上記樹脂フィルムを積重し、温度95℃、圧力0.2MPaの条件で加熱加圧して、炭素繊維含有率が65質量%の一方向プリプレグを作製した。
[Preparation of prepreg]
Using a reverse roll coater, the obtained epoxy resin composition for prepreg was applied onto release paper to prepare a resin film having a basis weight of 50 g/m 2 . Next, carbon fibers were aligned in one direction so that the fiber mass per unit area was 190 g/m 2 to prepare a sheet-like fiber-reinforced base material layer. The resin films were laminated on both sides of the fiber-reinforced base material layer, and heated and pressed under conditions of a temperature of 95° C. and a pressure of 0.2 MPa to produce a unidirectional prepreg having a carbon fiber content of 65% by mass.

〔プリプレグの保存安定性の評価〕
得られたプリプレグを温度26.7℃、湿度65%に10日間保存した後に、プリプレグをカットし、金型に積層することにより評価した。
評価の結果、保存後のプリプレグは金型へ積層しても十分追従し、製造直後とほとんど変わらないタック・ドレープ性を示した。本発明のプリプレグは良好な取扱性を有することが確認できた。
[Evaluation of storage stability of prepreg]
After the obtained prepreg was stored at a temperature of 26.7° C. and a humidity of 65% for 10 days, the prepreg was cut and laminated on a mold for evaluation.
As a result of the evaluation, the prepreg after storage sufficiently followed even when laminated to a mold, and exhibited almost the same tack and drape properties as immediately after production. It was confirmed that the prepreg of the present invention has good handleability.

〔成形ボイドの評価〕
得られたプリプレグを温度26.7℃、湿度65%に10日間保存した後に、プリプレグを150mm×150mmにカットし、積層構成[0]10で積層し、積層体をコンパクション処理(真空パックで積層体を保管)を施し、温度23℃の環境下で保管した。
積層32日後に通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃で2時間加熱し、CFRP積層板を成形した。試験片を切り出し、断面研磨を行い、ボイドの有無を顕微鏡により観察を行った。
評価の結果、成形品の断面にはボイドが無く、本発明のプリプレグは良好な成形性を有することが確認できた。
[Evaluation of molding voids]
After the obtained prepreg was stored at a temperature of 26.7 ° C. and a humidity of 65% for 10 days, the prepreg was cut into 150 mm × 150 mm, laminated in a lamination configuration [0] 10 , and the laminate was compacted (laminated with vacuum pack body storage) and stored in an environment at a temperature of 23°C.
Thirty-two days after lamination, a CFRP laminate was molded by heating at 180° C. for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa using a normal vacuum autoclave molding method. A test piece was cut out, the cross section was polished, and the presence or absence of voids was observed with a microscope.
As a result of the evaluation, it was confirmed that there were no voids in the cross section of the molded product, and that the prepreg of the present invention had good moldability.

〔タック性の評価〕
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得られたプリプレグをセットし、27℃に保持されたφ5のタックプローブで初期荷重100gfの荷重をかけて、10mm/secの試験速度で引き抜いた際の最大の荷重を求めた。
製造直後のプリプレグと、温度26.7℃、湿度65%に10日間保存したプリプレグに、それぞれタックプローブ試験を実施した。
評価の結果、製造直後の荷重が200gf以上で、かつ10日間保存後のタック保持率が50%以上であった。本発明のプリプレグは良好な取扱性を有することが確認できた。
[Evaluation of tackiness]
The tackiness of the prepreg was measured by the following method using a tack tester TAC-II (RHESCA CO., LTD.). As a test method, the obtained prepreg was set on a test stage held at 27°C, an initial load of 100 gf was applied with a φ5 tack probe held at 27°C, and it was pulled out at a test speed of 10 mm/sec. The maximum load at the time was obtained.
A tack probe test was performed on a prepreg immediately after production and a prepreg stored at a temperature of 26.7° C. and a humidity of 65% for 10 days.
As a result of evaluation, the load immediately after production was 200 gf or more, and the tack retention rate after storage for 10 days was 50% or more. It was confirmed that the prepreg of the present invention has good handleability.

〔ドレープ性の評価〕
プリプレグのドレープ性は、ASTM D1388に準拠して、以下の試験により評価した。得られたプリプレグを0°繊維方向に対し90°方向にカットし、傾斜角度 41.5°の傾斜に対するドレープ性(flexural rigidity, mg×cm)を評価した。この評価は、プリプレグの製造直後と、温度26.7℃、湿度65%で所定の期間保存した後とに、それぞれ実施した。
評価の結果、20日間経過時のドレープ性は製造直後と変わらなかった。本発明のプリプレグは良好な取扱性を有することが確認できた。
[Evaluation of drape property]
The drapeability of the prepreg was evaluated by the following test according to ASTM D1388. The obtained prepreg was cut in the direction of 90° with respect to the 0° fiber direction, and the drape property (flexural rigidity, mg×cm) against inclination with an inclination angle of 41.5° was evaluated. This evaluation was performed immediately after the prepreg was manufactured and after storage for a predetermined period at a temperature of 26.7° C. and a humidity of 65%.
As a result of the evaluation, the drape property after 20 days had not changed from that immediately after production. It was confirmed that the prepreg of the present invention has good handleability.

〔含浸性の評価〕
繊維基材への樹脂の含浸性をプリプレグの吸水率により評価した。得られたプリプレグの吸水率が低い方が樹脂の含浸性が高い。
得られたプリプレグを一辺が100mmの正方形にカットし、質量(W)を測定した。その後、デシケーター中で、プリプレグを水中に沈めた。デシケーター内を、10kPa以下に減圧し、プリプレグ内部の空気と水を置換させた。プリプレグを水中から取り出し、表面の水を拭き取り、プリプレグの質量(W)を測定した。これらの測定値から下記式を用いて吸水率を算出した。
吸水率(%)=[(W-W)/W]×100
:プリプレグの質量(g)
:吸水後のプリプレグの質量(g)
評価の結果、吸水率は10%未満であった。本発明のエポキシ樹脂組成物は良好な含浸性を有することが確認できた。
[Evaluation of impregnability]
The impregnability of the fiber base material with the resin was evaluated by the water absorption rate of the prepreg. The lower the water absorption of the obtained prepreg, the higher the impregnability of the resin.
The obtained prepreg was cut into a square with a side of 100 mm, and the mass (W 1 ) was measured. After that, the prepreg was submerged in water in a desiccator. The pressure inside the desiccator was reduced to 10 kPa or less to replace the air and water inside the prepreg. The prepreg was taken out of water, the surface water was wiped off, and the mass (W 2 ) of the prepreg was measured. From these measured values, the water absorption was calculated using the following formula.
Water absorption (%) = [( W2 - W1 )/ W1 ] x 100
W 1 : Mass of prepreg (g)
W 2 : Mass (g) of prepreg after water absorption
As a result of evaluation, the water absorption rate was less than 10%. It was confirmed that the epoxy resin composition of the present invention has good impregnation properties.

本発明のエポキシ樹脂組成物を用いると、優れた力学特性を有する樹脂硬化物を製造することができる。また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、低粘度で可使時間が長いため、成形時の取扱性が高く、優れた品質と力学特性を有する繊維強化複合材料を製造することができる。また、本発明のプリプレグを用いて繊維強化複合材料を製造することができる。得られた繊維強化複合材料は、自動車や航空機の部材として用いることができる。 By using the epoxy resin composition of the present invention, it is possible to produce a resin cured product having excellent mechanical properties. In addition, since the epoxy resin composition of the present invention has a low viscosity and a long pot life, it is easy to handle during molding and can produce a fiber-reinforced composite material having excellent quality and mechanical properties. Also, the prepreg of the present invention can be used to produce a fiber-reinforced composite material. The resulting fiber-reinforced composite material can be used as members of automobiles and aircraft.

Claims (17)

下記化学式(1)(ただし、R~Rはそれぞれ独立に水素原子、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基またはハロゲン原子を表し、Xは-CH-、-O-、-S-、-CO-、-C(=O)O-、-O-C(=O)-、-NHCO-、-CONH-または-SO-を表す。)で示されるエポキシ化合物〔A〕と、多環芳香環構造または複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕と、を含んで成ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
Figure 2023084198000009
Chemical formula (1) below (where R 1 to R 4 each independently represent a hydrogen atom, an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group or a halogen atom, and X 1 is —CH 2 —, —O—, -S-, -CO-, -C(=O)O-, -O-C(=O)-, -NHCO-, -CONH- or -SO 2 -) represents an epoxy compound [A ] and an epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or a heterocyclic structure.
Figure 2023084198000009
エポキシ化合物〔A〕がアミン型グリシジル基を有するエポキシ化合物である、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。 2. The epoxy resin composition according to claim 1, wherein the epoxy compound [A] is an epoxy compound having an amine-type glycidyl group. エポキシ化合物〔A〕が、テトラグリシジル-3,4’-ジアミノジフェニルエーテルである、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物。 3. The epoxy resin composition according to claim 1, wherein the epoxy compound [A] is tetraglycidyl-3,4'-diaminodiphenyl ether. グリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ化合物〔C〕をさらに含む、請求項1乃至3のいずれかに記載の樹脂組成物であって、前記グリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ化合物〔C〕のグリシジルエーテル個数/芳香環個数が2である、請求項1乃至3のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 4. The resin composition according to any one of claims 1 to 3, further comprising an aromatic epoxy compound [C] having a glycidyl ether group, wherein the glycidyl ether of the aromatic epoxy compound [C] having a glycidyl ether group 4. The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the number/number of aromatic rings is 2. グリシジルエーテル基を有する芳香族エポキシ化合物〔C〕が、ジグリシジルアニリンおよび/またはジグリシジルトルイジンである、請求項1乃至4の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物。 5. The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the aromatic epoxy compound [C] having a glycidyl ether group is diglycidylaniline and/or diglycidyltoluidine. 多環芳香環構造または複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕が、ナフタレン誘導体エポキシ化合物である、請求項1乃至5の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物。 6. The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or heterocyclic structure is a naphthalene derivative epoxy compound. 多環芳香環構造または複素環構造を有するエポキシ化合物〔B〕が、トリグリシジルイソシアヌレート誘導体エポキシ化合物である、請求項1乃至5の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物。 6. The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the epoxy compound [B] having a polycyclic aromatic ring structure or heterocyclic structure is a triglycidyl isocyanurate derivative epoxy compound. ナフタレン誘導体エポキシ化合物が、ビス(グリシジルオキシ)ナフタレンである、請求項6に記載のエポキシ樹脂組成物。 7. The epoxy resin composition according to claim 6, wherein the naphthalene derivative epoxy compound is bis(glycidyloxy)naphthalene. ナフタレン誘導体エポキシ化合物が、ビス(グリシジルオキシ)-1,1′-ビナフタレンおよびビス(グリシジルオキシ)-1-[(グリシジルオキシ)-1-ナフチルメチル]ナフタレンから選択される、請求項6に記載のエポキシ樹脂組成物。 7. The naphthalene derivative epoxy compound according to claim 6, selected from bis(glycidyloxy)-1,1'-binaphthalene and bis(glycidyloxy)-1-[(glycidyloxy)-1-naphthylmethyl]naphthalene. Epoxy resin composition. トリグリシジルイソシアヌレート誘導体エポキシ化合物が、1,3,5-トリグリシジルイソシアヌレート、1,3,5-トリ(エチルグリシジル)イソシアヌレートおよび1,3,5-トリ(ペンチルグリシジル)イソシアヌレートから選択される、請求項7に記載のエポキシ樹脂組成物。 The triglycidyl isocyanurate derivative epoxy compound is selected from 1,3,5-triglycidyl isocyanurate, 1,3,5-tri(ethylglycidyl)isocyanurate and 1,3,5-tri(pentylglycidyl)isocyanurate. The epoxy resin composition according to claim 7, wherein エポキシ化合物〔A〕とエポキシ化合物〔B〕の質量比率が50:50~99:1である、請求項1乃至10の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物。 11. The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 10, wherein the mass ratio of epoxy compound [A] to epoxy compound [B] is 50:50 to 99:1. エポキシ化合物〔A〕とエポキシ化合物〔B〕との合計100質量部に対して、エポキシ化合物〔C〕が1~80質量部である、請求項4乃至11の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物。 12. The epoxy resin composition according to any one of claims 4 to 11, wherein the epoxy compound [C] is 1 to 80 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the epoxy compound [A] and the epoxy compound [B]. . エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ化合物の全質量を100質量%として、エポキシ化合物〔A〕、エポキシ化合物〔B〕およびエポキシ化合物〔C〕の合計がエポキシ化合物の全質量の70~100質量%を占める、請求項4乃至12のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 Assuming that the total mass of the epoxy compounds contained in the epoxy resin composition is 100% by mass, the total mass of the epoxy compound [A], the epoxy compound [B] and the epoxy compound [C] accounts for 70 to 100% by mass of the total mass of the epoxy compounds. 13. The epoxy resin composition of any one of claims 4-12. 請求項1乃至13の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物と繊維強化基材とを含んで成るプリプレグ。 A prepreg comprising the epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 13 and a fiber-reinforced base material. 請求項14に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物と繊維強化基材とを含んで成る繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material comprising a cured product of the epoxy resin composition according to claim 14 and a fiber-reinforced base material. 請求項1乃至13の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物を繊維強化基材に含浸させてプリプレグを得る含浸工程を含む、プリプレグの製造方法。 A method for producing a prepreg, comprising an impregnation step of impregnating a fiber-reinforced base material with the epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 13 to obtain a prepreg. 請求項1乃至13の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物を、型内に配置した繊維強化基材へ含浸させ、加熱硬化する工程を含む繊維強化複合材料の製造方法。 A method for producing a fiber-reinforced composite material, comprising the step of impregnating a fiber-reinforced base material placed in a mold with the epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 13, followed by heat curing.
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