JP4933790B2 - Epoxy resin composition - Google Patents

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Description

本発明は、航空機、自動車、一般工業等に用いられる複合材料の中間体に関する。   The present invention relates to an intermediate for composite materials used in aircraft, automobiles, general industries, and the like.

複合材料用のマトリックス樹脂としては、従来よりエポキシ樹脂がその接着性や高剛性のために多用されているが、複合材料に対する要求性能の高度化に伴い、使用されるマトリックス樹脂にも様々な検討がなされている。複合材料への要求性能としては、例えば、耐熱性、耐衝撃性(靱性)、高い機械特性(圧縮特性)などが挙げられる。   As matrix resin for composite materials, epoxy resin has been widely used because of its adhesiveness and high rigidity. However, as the required performance for composite materials has become more sophisticated, various studies have been made on the matrix resin used. Has been made. Examples of the required performance for the composite material include heat resistance, impact resistance (toughness), and high mechanical properties (compression properties).

例えば、耐熱性が要求される用途には、従来、N,N,N’,N’−テトラグリシジルメタン(TGDDM)を主成分とし、4,4’−ジアミノジフェニルメタン(DDS)を硬化剤とするエポキシ樹脂組成物が広く使用されてきた。ところが、この組成物は耐熱性、剛性等には優れるものの、耐衝撃性が低い。そこで、耐衝撃性を付与するためにビスフェノールA型エポキシ樹脂に代表される2官能のエポキシ樹脂を主成分として用いることもあるが、その場合には耐熱性が低下してしまい、要求性能を満足しない場合が多い。このように耐衝撃性と耐熱性との両立は従来非常に困難であった。   For example, for applications requiring heat resistance, conventionally, N, N, N ′, N′-tetraglycidylmethane (TGDDM) is the main component and 4,4′-diaminodiphenylmethane (DDS) is the curing agent. Epoxy resin compositions have been widely used. However, this composition is excellent in heat resistance and rigidity, but has low impact resistance. Therefore, bifunctional epoxy resin represented by bisphenol A type epoxy resin may be used as the main component to give impact resistance, but in that case the heat resistance is lowered and the required performance is satisfied. Often not. Thus, it has been very difficult to achieve both impact resistance and heat resistance.

また、例えば特許文献1および2などに開示されているように、耐熱性の高いエポキシ樹脂組成物に耐衝撃性を付与するために、ポリエーテルスルホン(PES)に代表される熱可塑性樹脂を添加する方法がある。しかしながら、この方法で一定の効果を得るためには、添加量を多くする必要があるため、適度なタックや柔軟性という複合材料中間体に強く要求される特性が大幅に低下するだけでなく、マトリックス樹脂の粘度の上昇に伴って、複合材料中間体の製造工程通過性が著しく低下するという問題もある。   In addition, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example, a thermoplastic resin typified by polyethersulfone (PES) is added to impart impact resistance to a highly heat-resistant epoxy resin composition. There is a way to do it. However, in order to obtain a certain effect by this method, since it is necessary to increase the amount of addition, not only the characteristics strongly required for the composite material intermediate such as moderate tack and flexibility are significantly reduced, As the viscosity of the matrix resin increases, there is also a problem that the processability of the composite material intermediate significantly decreases.

さらに、耐衝撃性を向上させる方法としては、多層の複合材料における層間剥離強度を向上させる方法が特許文献3に提案されている。これは、熱可塑性樹脂の微粒子を層間に集中的に分布させる方法であるが、このような方法ではプリプレグ(複合中間材料)のタックレベルの大幅な低下が避けられないばかりか、工程の複雑化、品質管理の複雑化等の問題が新たに発生する。   Furthermore, as a method for improving the impact resistance, Patent Literature 3 proposes a method for improving the delamination strength in a multilayer composite material. This is a method in which the fine particles of thermoplastic resin are intensively distributed between the layers, but this method inevitably reduces the tack level of the prepreg (composite intermediate material) and also complicates the process. As a result, new problems such as complicated quality control occur.

また、耐衝撃性を向上させる方法としては、インターリーフと呼ばれる一種の衝撃吸収層を層間に挿入する方法も提案されているが(特許文献4〜7参照。)、いずれも層間が厚くなって繊維比率が低下したり、層間に対して90°の方向の引張強度が著しく低下したり、さらには、プリプレグのタックレベルが悪化して取扱性が低下したりするなどの恐れがある。   In addition, as a method for improving impact resistance, a method of inserting a kind of shock absorbing layer called interleaf between layers has been proposed (see Patent Documents 4 to 7), but all of the layers become thicker. There is a possibility that the fiber ratio is lowered, the tensile strength in the direction of 90 ° with respect to the interlayer is remarkably lowered, or the tack level of the prepreg is deteriorated and the handling property is lowered.

そこで本出願人は、特許文献8において、複合材料中間体に要求される適度なタック、柔軟性などの特性や良好な製造工程通過性を維持し、さらに耐熱性、耐衝撃性などを兼ね備えた複合材料中間体として、2官能エポキシ樹脂、3官能エポキシ樹脂、フェノール化合物の反応物に、4官能エポキシ樹脂および芳香族アミン類を配合した樹脂組成物をマトリックス樹脂として使用する技術を提案している。
特開昭58−124126号公報 特開昭62−153349号公報 特開平1−110537号公報 米国特許第3472730号明細書 特開昭51−58484号公報 特開昭60−63229号公報 特開昭60−231738号公報 特許第3026372号公報
Therefore, in the patent document 8, the present applicant maintains characteristics such as appropriate tack and flexibility required for the composite material intermediate and good processability, and further has heat resistance and impact resistance. As a composite material intermediate, we have proposed a technology that uses a resin composition in which a tetrafunctional epoxy resin and an aromatic amine are blended in a reaction product of a bifunctional epoxy resin, a trifunctional epoxy resin, and a phenol compound as a matrix resin. .
JP 58-124126 A JP-A-62-153349 Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-110537 U.S. Pat. No. 3,472,730 JP 51-58484 A JP-A-60-63229 JP-A-60-231738 Japanese Patent No. 3026372

しかしながら、最近では、複合材料に対する市場の要求性能はますます高くなり、耐熱性とさらに高い耐衝撃性とを併せ持つ材料が求められてきている。
また、特許文献8には、上述の樹脂組成物に、両末端がカルボキシル基のブタジエン−アクリロニトリル共重合体等のエラストマーをさらに配合することにより、より高い耐衝撃性が発現可能である旨記載されているが、エラストマーなどのゴム成分を単に配合すると、配合量に応じて耐衝撃性は向上するものの、耐熱性はやはり低下してしまう。
また、エラストマーなどのゴム成分として、耐熱性のあるものを配合することにより、耐熱性の低下を抑制する方法も考えられるが、ゴム成分は硬化前の樹脂組成物の状態では均一に混合していても、加熱硬化時にエポキシ樹脂同士の反応によりエラストマーのエポキシ樹脂に対する溶解度の低下や、エポキシ樹脂同士の反応速度とエラストマーとエポキシ樹脂との反応速度の違いなどにより、相分離が発生する傾向がある。その結果、得られる複合材料は特性が著しく低下してしまう。
Recently, however, market performance requirements for composite materials have been increasing, and materials having both heat resistance and higher impact resistance have been demanded.
Patent Document 8 describes that higher impact resistance can be expressed by further blending the above resin composition with an elastomer such as a butadiene-acrylonitrile copolymer having carboxyl groups at both ends. However, when a rubber component such as an elastomer is simply blended, the impact resistance is improved according to the blending amount, but the heat resistance is still lowered.
In addition, a method of suppressing a decrease in heat resistance by blending a heat-resistant rubber component such as an elastomer can be considered, but the rubber component is uniformly mixed in the state of the resin composition before curing. However, there is a tendency for phase separation to occur due to a decrease in the solubility of the elastomer in the epoxy resin due to the reaction between the epoxy resins during heat curing, or due to a difference in the reaction rate between the epoxy resins and the reaction rate between the elastomer and the epoxy resin. . As a result, the resulting composite material has a significant decrease in properties.

本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、従来両立が困難であった高い耐熱性、耐衝撃性を備え、マトリックス樹脂として複合材料中間体を製造するのに好適なエポキシ樹脂組成物を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an epoxy resin composition having high heat resistance and impact resistance, which has been difficult to achieve in the past, and suitable for producing a composite intermediate as a matrix resin. The task is to do.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、2官能エポキシ樹脂(a1)と下記式(I)で示されるフェノール化合物(a2)と下記式(II)で示されるポリアミド樹脂(a3)とが混合、加熱され、前記フェノール化合物(a2)中に含まれるフェノール性水酸基の80%以上が反応したエポキシ樹脂成分(A)と、
2官能エポキシ樹脂(B)と、
4官能エポキシ樹脂(C)と、
芳香族アミン化合物(D)とを含有するエポキシ樹脂組成物であって、
前記2官能エポキシ樹脂(a1)と前記フェノール化合物(a2)は、50〜80:20〜50の質量比で含まれ(ただし、(a1)+(a2)=100)、かつ、前記ポリアミド樹脂(a3)のエポキシ樹脂成分(A)中の含有量は1〜45質量%であり、
さらに、前記2官能エポキシ樹脂(a1)と前記フェノール化合物(a2)と前記2官能エポキシ樹脂(B)と前記4官能エポキシ樹脂(C)との合計を100質量部とした際に、前記2官能エポキシ樹脂(a1)と前記フェノール化合物(a2)との合量が15〜70質量部、前記2官能エポキシ樹脂(B)が5〜30質量部、前記4官能エポキシ樹脂(C)が10〜75質量部であり、
前記芳香族アミン化合物(D)はエポキシ基に対する理論当量が90〜175%となる範囲で含まれることを特徴とする。

Figure 0004933790
(式(I)中、Xは水素原子、炭素数が6以下のアルキル基、Brからなる群より選ばれる1種を示し、Yは直接結合、−CH−、−C(CH−、−SO−、
Figure 0004933790
からなる群より選ばれる1種を示す。)
Figure 0004933790
(式(II)中、Xは1〜10、Yは1〜10、Zは1〜20で、いずれも整数である。また、PAは下記式(III)である。
Figure 0004933790
(式(III)中、aは0〜2、bは0〜2、lは1〜10で、いずれも整数である。ただし、aとbとは同時に0になることはない。また、Cαは−(CHα−(αは2〜40の整数)である。そして、PA、PAはそれぞれ独立に、下記式(IV)および/または(V)であり、PEは下記式(VI)である。
Figure 0004933790
Figure 0004933790
(式(IV)、(V)中、Cβは−(CHβ−(βは2〜40の整数)である。Rは−(CH−(dは1〜6の整数)である。そして、R、R’はそれぞれ独立に、HまたはCHである。)
Figure 0004933790
(式(VI)中、mは3〜20の整数、nは1〜10の整数である。また、Rは−(CH−(eは2〜8の整数)である。Cγは−(CHγ−(γは2〜40の整数)である。
In the epoxy resin composition of the present invention, a bifunctional epoxy resin (a1), a phenol compound (a2) represented by the following formula (I), and a polyamide resin (a3) represented by the following formula (II) are mixed and heated. An epoxy resin component (A) in which 80% or more of the phenolic hydroxyl groups contained in the phenol compound (a2) have reacted;
A bifunctional epoxy resin (B);
A tetrafunctional epoxy resin (C);
An epoxy resin composition containing an aromatic amine compound (D),
The bifunctional epoxy resin (a1) and the phenol compound (a2) are included in a mass ratio of 50 to 80:20 to 50 (provided that (a1) + (a2) = 100) and the polyamide resin ( The content in the epoxy resin component (A) of a3) is 1 to 45% by mass,
Furthermore, when the total of the bifunctional epoxy resin (a1), the phenol compound (a2), the bifunctional epoxy resin (B), and the tetrafunctional epoxy resin (C) is 100 parts by mass, the bifunctional The total amount of the epoxy resin (a1) and the phenol compound (a2) is 15 to 70 parts by mass, the bifunctional epoxy resin (B) is 5 to 30 parts by mass, and the tetrafunctional epoxy resin (C) is 10 to 75 parts. Mass part,
The aromatic amine compound (D) is included in a range where the theoretical equivalent to the epoxy group is 90 to 175%.
Figure 0004933790
(In the formula (I), X represents one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 6 or less carbon atoms, and Br, and Y represents a direct bond, —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2. -, - SO 2 -,
Figure 0004933790
1 type selected from the group consisting of )
Figure 0004933790
(In formula (II), X is 1-10, Y is 1-10, Z is 1-20, and all are integers. PA is the following formula (III).
Figure 0004933790
(In the formula (III), a is 0 to 2, b is 0 to 2, l is 1 to 10, and both are integers. However, a and b are not 0 at the same time. α is — (CH 2 ) α — (α is an integer of 2 to 40), and PA 1 and PA 2 are each independently the following formulas (IV) and / or (V), and PE is: Formula (VI).
Figure 0004933790
Figure 0004933790
(In formulas (IV) and (V), is — (CH 2 ) β — (β is an integer of 2 to 40), R 0 is — (CH 2 ) d — (d is 1 to 6) And R 1 and R 1 ′ are each independently H or CH 3. )
Figure 0004933790
(In formula (VI), m is an integer of 3 to 20, n is an integer of 1 to 10. R 2 is — (CH 2 ) e — (e is an integer of 2 to 8). the gamma - a (gamma is an integer of 2~40)) - (CH 2) γ.

本発明によれば、従来両立が困難であった高い耐熱性、耐衝撃性を備え、マトリックス樹脂として複合材料中間体を製造するのに好適な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 provide an epoxy resin composition having high heat resistance and impact resistance, which has been difficult to achieve in the past, and suitable for producing a composite intermediate as a matrix resin.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、以下に説明する(A)〜(D)成分を必須成分とする樹脂組成物である。
[(A)成分]
(A)成分は、2官能エポキシ樹脂(a1)と、上記式(I)で示されるフェノール化合物(a2)と、上記式(II)で示されるポリアミド樹脂(a3)とが混合され、加熱されて得られるエポキシ樹脂成分(A)である。
(a1)成分である2官能エポキシ樹脂とは、分子中に2つのエポキシ基を有するエポキシ樹脂であって、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、それらのブロム化エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、アルキル骨格を主鎖とするエポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂あるいはこれらを変性したエポキシ樹脂等をその代表例として挙げることができ、これらは1種単独で使用しても、2種類以上を併用してもよい。また、これらのうち例えばビスフェノール型エポキシ樹脂は、次の一般式(VII)で示される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The epoxy resin composition of the present invention is a resin composition containing components (A) to (D) described below as essential components.
[(A) component]
As the component (A), a bifunctional epoxy resin (a1), a phenol compound (a2) represented by the above formula (I), and a polyamide resin (a3) represented by the above formula (II) are mixed and heated. It is an epoxy resin component (A) obtained in this way.
The bifunctional epoxy resin (a1) component is an epoxy resin having two epoxy groups in the molecule, and is a bisphenol A type epoxy resin, a bisphenol F type epoxy resin, a brominated epoxy resin thereof, or a bisphenol S type. Typical examples include epoxy resins, epoxy resins having an alkyl skeleton as the main chain, biphenyl type epoxy resins, naphthalene type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, fluorene type epoxy resins, and epoxy resins modified by these. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, for example, a bisphenol type epoxy resin is represented by the following general formula (VII).

Figure 0004933790
Figure 0004933790

(a2)成分であるフェノール化合物は、上記(I)の構造式を満たすものであり、具体的には、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチルジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラ3級ブチルビフェニル、ビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールF、ビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールA、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールS、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビス(キシレノール)が挙げられる。これらは1種単独で使用しても、2種類以上を併用してもよい。   The phenol compound as the component (a2) satisfies the structural formula (I), specifically, 4,4′-dihydroxybiphenyl, 4,4′-dihydroxy-3,3 ′, 5, 5′-tetramethyldihydroxybiphenyl, 4,4′-dihydroxy-3,3 ′, 5,5′-tetra-tert-butylbiphenyl, bisphenol F, tetramethylbisphenol F, bisphenol A, tetramethylbisphenol A, bisphenol S, Examples include tetramethylbisphenol S and 4,4 ′-(p-phenylenediisopropylidene) bis (xylenol). These may be used alone or in combination of two or more.

(a3)成分であるポリアミド樹脂は、上記式(II)で示されるポリエーテルエステルアミド(ポリエーテルエステルアミドブロック共重合体)である。このポリエーテルエステルアミドは、ポリアミド成分と、ポリオキシアルキレングリコールおよびジカルボン酸からなるポリエーテルエステル成分との反応で得られ、分子鎖中にアミド結合とエーテル結合とエステル結合とを有する重合体であって、エポキシ樹脂に高い相溶性を示すとともに、高温高湿度環境下における吸湿量が少ない。そのため、このポリエーテルエステルアミドを選択することで、高い耐熱性、耐衝撃性に加え、高温高湿度環境下における機械特性を満足するエポキシ樹脂組成物や複合材料を提供可能となる。   The polyamide resin as the component (a3) is a polyether ester amide (polyether ester amide block copolymer) represented by the above formula (II). This polyether ester amide is a polymer obtained by reacting a polyamide component with a polyether ester component comprising polyoxyalkylene glycol and dicarboxylic acid, and having a amide bond, an ether bond and an ester bond in the molecular chain. In addition, it exhibits high compatibility with epoxy resins and has low moisture absorption in a high temperature and high humidity environment. Therefore, by selecting this polyether ester amide, it is possible to provide an epoxy resin composition or a composite material that satisfies not only high heat resistance and impact resistance, but also mechanical properties in a high temperature and high humidity environment.

式(II)中、PAは上記式(III)で示され、PEは上記式(VI)で示される。また、式(III)中PAとPAは、それぞれ独立に、上記式(IV)および/または式(V)である。すなわち、PA、PAはいずれも、式(IV)の構造のもの単独の場合と、式(V)の構造のもの単独の場合と、式(IV)の構造のものと式(V)の構造のものとが混在している場合とがある。 In formula (II), PA is represented by the above formula (III), and PE is represented by the above formula (VI). In formula (III), PA 1 and PA 2 are each independently the above formula (IV) and / or formula (V). That is, both PA 1 and PA 2 are those having the structure of formula (IV) alone, those having the structure of formula (V) alone, those having the structure of formula (IV), and formula (V). In some cases, the same structure is used.

なお、式(II)中、Xは1〜10、Yは1〜10、Zは1〜20で、いずれも整数である。式(III)中、aは0〜2、bは0〜2、lは1〜10で、いずれも整数である。ただし、aとbとは同時に0になることはない。また、Cαは−(CHα−(αは2〜40の整数)である。 In the formula (II), X is 1 to 10, Y is 1 to 10, Z is 1 to 20, and all are integers. In formula (III), a is 0-2, b is 0-2, l is 1-10, and all are integers. However, a and b are not 0 at the same time. C α is — (CH 2 ) α — (α is an integer of 2 to 40).

また、式(IV)および(V)中、Cβは−(CHβ−(βは2〜40の整数)である。Rは−(CH−(dは1〜6の整数)である。そして、R、R’はそれぞれ独立に、HまたはCHである。 Moreover, in formula (IV) and (V), is — (CH 2 ) β — (β is an integer of 2 to 40). R 0 is — (CH 2 ) d — (d is an integer of 1 to 6). R 1 and R 1 ′ are each independently H or CH 3 .

さらに、式(VI)中、mは3〜20の整数、nは1〜10の整数である。また、Rは−(CH−(eは2〜8の整数)である。Cγは−(CHγ−(γは2〜40の整数)である。 Furthermore, in Formula (VI), m is an integer of 3-20, n is an integer of 1-10. R 2 is — (CH 2 ) e — (e is an integer of 2 to 8). C γ is — (CH 2 ) γ — (γ is an integer of 2 to 40).

ポリエーテルエステルアミドの製造方法は、均一で高分子量の重合体が得られる方法であれば、どのような方法でも採用できる。例えば、まず、ポリアミドオリゴマーを合成し、これにポリオキシアルキレングリコールとジカルボン酸を加え、減圧下で加熱して高重合度化させる方法が挙げられる。   As a method for producing the polyether ester amide, any method can be adopted as long as a uniform and high molecular weight polymer can be obtained. For example, first, a method of synthesizing a polyamide oligomer, adding polyoxyalkylene glycol and dicarboxylic acid thereto, and heating under reduced pressure to increase the degree of polymerization can be mentioned.

また、このようなポリエーテルエステルアミドとしては、市販品を用いることもできる。ポリエーテルエステルアミドの市販品としては、富士化成工業社製TPAEシリーズ(TPAE12、TPAE31、TPAE32、TPAE38、TPAE8、TPAE10、TPAE100、TPAE23、TPAE63、TPAE200、TPAE201、TPAE260、TPAE260)を例示できる。
これらのうちTPAE32は、式(II)で示されるものの混合物であって、式(II)〜(VI)中、平均値として、X=Y=1、Z=7.26、a=0.16、b=0.84、l=2.23、α=10、β=34、d=2、m=14、n=1、γ=10、e=4である。また、RおよびR’はいずれもHである。また、TPAE32においては、PA、PAはいずれも、式(IV)の構造のものと式(V)の構造のものとが混在した状態となっている。
また、TPAE12は、ポリアミドの構造式はTPAE32と異なるが、式(II)で示されるものの混合物であって、式(II)〜(VI)中、平均値として、X=Y=1、Z=7.26、a=0.16、b=0.84、l=2.23、α=10、β=34、d=2、m=14、n=1、γ=10、e=4である。また、RおよびR’はいずれも である。また、TPAE12においては、PA、PAはいずれも、式(IV)の構造のものと式(V)の構造のものとが混在した状態となっている。
Moreover, as such a polyether ester amide, a commercial item can also be used. Examples of commercially available polyether ester amides include TPAE series (TPAE12, TPAE31, TPAE32, TPAE38, TPAE8, TPAE10, TPAE100, TPAE23, TPAE63, TPAE200, TPAE201, TPAE260, and TPAE260) manufactured by Fuji Kasei Kogyo.
Among these, TPAE32 is a mixture of those represented by the formula (II), and in the formulas (II) to (VI), the average values are X = Y = 1, Z = 7.26, a = 0.16. , B = 0.84, l = 2.23, α = 10, β = 34, d = 2, m = 14, n = 1, γ = 10, e = 4. R 1 and R 1 ′ are both H. Further, in TPAE 32, both PA 1 and PA 2 are in a state where a structure of formula (IV) and a structure of formula (V) are mixed.
Further, TPAE12 is a mixture of those represented by formula (II), although the structural formula of polyamide is different from that of TPAE32. In formulas (II) to (VI), X = Y = 1, Z = 7.26, a = 0.16, b = 0.84, l = 2.23, α = 10, β = 34, d = 2, m = 14, n = 1, γ = 10, e = 4 is there. R 1 and R 1 ′ are both Further, in TPAE 12, both PA 1 and PA 2 are in a state where a structure of formula (IV) and a structure of formula (V) are mixed.

エポキシ樹脂成分(A)は、以上説明した(a1)成分と、(a2)成分と、(a3)成分とを混合し、加熱することで得られる。加熱の際には、必要に応じて触媒を加えてもよい。また、ここでの加熱は、フェノール化合物(a2)中に含まれるフェノール性水酸基の80%以上が反応し、20%以下しか残存しない程度に行うことが必要である。20%を超えるフェノール性水酸基が未反応で残存していると、エポキシ樹脂成分(A)やこれを含むエポキシ樹脂組成物の耐水性および貯蔵安定性が大幅に低下する。好ましくはフェノール性水酸基の反応率は90%以上である。   The epoxy resin component (A) is obtained by mixing and heating the component (a1), the component (a2), and the component (a3) described above. During heating, a catalyst may be added as necessary. Moreover, it is necessary to perform the heating here so that 80% or more of the phenolic hydroxyl group contained in the phenol compound (a2) reacts and only 20% or less remains. If the phenolic hydroxyl group exceeding 20% remains unreacted, the water resistance and storage stability of the epoxy resin component (A) and the epoxy resin composition containing the epoxy resin component (A) are significantly reduced. Preferably, the reaction rate of the phenolic hydroxyl group is 90% or more.

エポキシ樹脂成分(A)の調製方法としては、(a1)〜(a3)成分の混合物を、上述したようにフェノール性水酸基の80%以上が反応し、好ましくは反応が比較的穏やかに進行するような条件下で加熱すればよい。具体的には、触媒を用いない場合では、混合物を100〜150℃で5〜24時間加熱し、触媒を用いる場合では、混合物を100〜130℃で2〜6時間加熱する条件が適当である。   As a preparation method of the epoxy resin component (A), 80% or more of the phenolic hydroxyl groups react with the mixture of the components (a1) to (a3) as described above, and preferably the reaction proceeds relatively gently. Heating may be performed under various conditions. Specifically, when the catalyst is not used, the mixture is heated at 100 to 150 ° C. for 5 to 24 hours, and when the catalyst is used, the condition for heating the mixture at 100 to 130 ° C. for 2 to 6 hours is appropriate. .

より好ましいエポキシ樹脂成分の調製方法としては、(a1)成分と、(a3)成分とをあらかじめ混合して、130〜180℃で1〜6時間加熱し、(a1)成分に(a3)成分の少なくとも一部を溶解させ、その後、フェノール化合物(a2)を加えて、触媒を用いない場合では120〜150℃で1〜6時間、触媒を用いる場合では100〜130℃で1〜6時間加熱する2段階の調製法が挙げられる。このような調製法で得られたエポキシ樹脂成分(A)を含有することにより、そのエポキシ樹脂組成物は高い耐熱性、耐衝撃性を有し、複合材料中間体のマトリックス樹脂に適したものとなる。   As a more preferable method for preparing an epoxy resin component, the (a1) component and the (a3) component are mixed in advance and heated at 130 to 180 ° C. for 1 to 6 hours, and the (a1) component is mixed with the (a3) component. At least a part is dissolved, and then the phenol compound (a2) is added and heated at 120 to 150 ° C. for 1 to 6 hours when no catalyst is used, and at 100 to 130 ° C. for 1 to 6 hours when a catalyst is used. A two-stage preparation method is mentioned. By containing the epoxy resin component (A) obtained by such a preparation method, the epoxy resin composition has high heat resistance and impact resistance, and is suitable for a matrix resin of a composite material intermediate. Become.

なお、エポキシ樹脂成分(A)の調製時に使用される触媒としては、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を適度に促進するものであれば特に制限ないが、トリフェニルホスフィン(TPP)が特に好ましい。触媒の量は反応がスムーズに進行する様に適宜設定すればよい。   In addition, as a catalyst used at the time of preparation of an epoxy resin component (A), if it accelerates | stimulates the reaction of an epoxy group and a phenolic hydroxyl group moderately, there will be no restriction | limiting in particular, A triphenylphosphine (TPP) is especially preferable. What is necessary is just to set the quantity of a catalyst suitably so that reaction may advance smoothly.

エポキシ樹脂成分(A)は、上述のようにして調製できるが、その際の各成分の比率は、2官能エポキシ樹脂(a1)とフェノール化合物(a2)は、質量比で50〜80:20〜50(ただし、(a1)+(a2)=100)であることが必要である。また、ポリアミド樹脂(a3)は、エポキシ樹脂成分(A)中、1〜45質量%含まれることが必要である。   The epoxy resin component (A) can be prepared as described above, and the ratio of each component at that time is such that the bifunctional epoxy resin (a1) and the phenol compound (a2) are 50 to 80:20 by mass ratio. 50 (however, (a1) + (a2) = 100) is required. The polyamide resin (a3) needs to be contained in an amount of 1 to 45% by mass in the epoxy resin component (A).

各成分の比率をこのような範囲とすることにより、最終的に得られるエポキシ樹脂組成物の耐衝撃性と耐熱性との両立が可能となる。
ここで2官能エポキシ樹脂(a1)とフェノール化合物(a2)の合計を100とした際に、(a1)成分の比率を50以上とすることにより、エポキシ樹脂組成物の耐衝撃性が十分となり、80以下とすることにより、エポキシ樹脂組成物の耐熱性の低下を抑えることができる。また、フェノール化合物(a2)の比率を20以上としておけば十分な耐衝撃性と耐熱性が得られ、50以下としておけばエポキシ樹脂成分(A)の調製時にゲル化が起こることがなく、また、20%以上のフェノール性水酸基が未反応で残存してしまうこともない。
また、ポリアミド樹脂(a3)の比率が、(A)成分中、1質量%以上であれば、エポキシ樹脂組成物の耐衝撃性は十分なものとなり、45質量%以下であれば、エポキシ樹脂組成物の粘度を低く抑えられ、これを用いてプリプレグを製造する際の製造工程通過性が良好となる。さらに好ましいポリアミド樹脂(D)の(A)成分中の比率は5〜35質量%である。
By setting the ratio of each component in such a range, it is possible to achieve both impact resistance and heat resistance of the finally obtained epoxy resin composition.
Here, when the sum of the bifunctional epoxy resin (a1) and the phenol compound (a2) is 100, the impact resistance of the epoxy resin composition becomes sufficient by setting the ratio of the component (a1) to 50 or more, By setting it as 80 or less, the heat resistant fall of an epoxy resin composition can be suppressed. Further, if the ratio of the phenol compound (a2) is 20 or more, sufficient impact resistance and heat resistance can be obtained, and if it is 50 or less, gelation does not occur during the preparation of the epoxy resin component (A). 20% or more of the phenolic hydroxyl group does not remain unreacted.
If the ratio of the polyamide resin (a3) is 1% by mass or more in the component (A), the impact resistance of the epoxy resin composition is sufficient, and if it is 45% by mass or less, the epoxy resin composition The viscosity of the product can be kept low, and the production process passability when producing a prepreg using this can be improved. Furthermore, the ratio in the (A) component of a preferable polyamide resin (D) is 5-35 mass%.

このようにしてエポキシ樹脂成分(A)を調製することにより、フェノール化合物(a2)とポリアミド樹脂(a3)とがそれぞれ島相(ソフトセグメント)で、2官能エポキシ樹脂(a1)が海相(ハードセグメント)である海島構造のモルフォロジー制御が可能となった。
このようにポリアミド樹脂(a3)がエポキシ樹脂成分(A)中に島相として固定されていると、ポリアミド樹脂(a3)は相分離することなく、ソフトセグメントの役割を担う島相としてエポキシ樹脂成分(A)中に存在することができ、その結果、得られるエポキシ樹脂組成物は非常に高い耐衝撃性を発現する。さらに、ソフトセグメントとしては、ポリアミド樹脂(a3)からなる島相に加え、フェノール化合物(a2)からなる島相も存在している。よって、それぞれのソフトセグメントの相乗効果が発現し、どちらか一方のみからソフトセグメントが構成されている場合に比べて、得られるエポキシ樹脂組成物の耐衝撃性が非常に向上する。
By preparing the epoxy resin component (A) in this way, the phenolic compound (a2) and the polyamide resin (a3) are each an island phase (soft segment), and the bifunctional epoxy resin (a1) is a sea phase (hard). The morphological control of the sea-island structure is possible.
Thus, when the polyamide resin (a3) is fixed as an island phase in the epoxy resin component (A), the polyamide resin (a3) does not phase-separate and the epoxy resin component serves as the island phase that plays the role of the soft segment. As a result, the resulting epoxy resin composition exhibits very high impact resistance. Furthermore, as a soft segment, in addition to the island phase composed of the polyamide resin (a3), an island phase composed of the phenol compound (a2) also exists. Therefore, the synergistic effect of each soft segment is expressed, and the impact resistance of the resulting epoxy resin composition is greatly improved as compared with the case where the soft segment is composed of only one of them.

また、(A)成分に使用するエポキシ樹脂として2官能エポキシ樹脂(a1)を採用し、ポリアミド樹脂(a3)として式(II)のポリエーテルエステルアミドを採用しているため、(a3)成分の(a1)成分への溶解性が非常に高く、(A)成分中に高い含有量で(a3)成分を含むことができるうえ、このような(A)成分とともに、耐熱性が発現できる後述の4官能エポキシ樹脂(C)と、硬化剤として作用する後述の(D)成分とを海相として用いることにより、得られるエポキシ樹脂組成物は、上述のような耐衝撃性の向上に加え、耐熱性にも優れたものとなる。
すなわち、得られたエポキシ樹脂組成物を硬化すると、耐衝撃性の指標である樹脂破壊靱性値(GIC)が飛躍的に向上し、450J/m以上となるとともに、耐熱性の指標である熱転移点(G’−Tg)が160℃以上となり、耐熱性と耐衝撃性との両立が可能となった。
Moreover, since the bifunctional epoxy resin (a1) is adopted as the epoxy resin used for the component (A) and the polyether ester amide of the formula (II) is adopted as the polyamide resin (a3), the component (a3) (A1) The solubility in the component is very high, and the component (A3) can contain the component (a3) at a high content, and together with such a component (A), heat resistance can be expressed as described later. By using the tetrafunctional epoxy resin (C) and the later-described component (D) that acts as a curing agent as the sea phase, the resulting epoxy resin composition has a heat resistance in addition to the improvement in impact resistance as described above. It is also excellent in properties.
That is, when the obtained epoxy resin composition is cured, the resin fracture toughness value (GIC), which is an index of impact resistance, is dramatically improved to 450 J / m 2 or more, and heat which is an index of heat resistance. The transition point (G′-Tg) was 160 ° C. or higher, and it was possible to achieve both heat resistance and impact resistance.

[(B)成分]
(B)成分として使用される2官能エポキシ樹脂は、先に(a1)成分として例示した各種エポキシ樹脂を同様に使用できる。なお、(a1)成分と(B)成分に使用される2官能エポキシ樹脂は、同一であっても異なっていてもよい。
[Component (B)]
As the bifunctional epoxy resin used as the component (B), various epoxy resins exemplified above as the component (a1) can be similarly used. In addition, the bifunctional epoxy resin used for the component (a1) and the component (B) may be the same or different.

[(C)成分]
(C)成分は、樹脂組成物の耐熱性をより向上させるものであって、使用される4官能エポキシ樹脂としては、N,N,N’,N’−テトラグリシジルアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル4,4’−(4−アミノフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン、1,1,2,2−(テトラグリシジルオキシフェニル)エタン等をその代表例として挙げることができる。
[Component (C)]
(C) component improves the heat resistance of a resin composition more, Comprising: As a tetrafunctional epoxy resin used, N, N, N ', N'-tetraglycidylamino diphenylmethane, N, N, Representative examples thereof include N ′, N′-tetraglycidyl 4,4 ′-(4-aminophenyl) -p-diisopropylbenzene, 1,1,2,2- (tetraglycidyloxyphenyl) ethane and the like. .

[(D)成分]
(D)成分は、硬化剤として作用するものであって、使用される芳香族アミン化合物としては、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、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、トリメチレン−ビス(4−アミノベンゾエート)等の芳香族アミンが用いられる。これらのなかでは、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が耐熱性の発現性や入手のし易さの点で特に好ましい。
[(D) component]
Component (D) acts as a curing agent, and examples of the aromatic amine compound used include 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, and 4,4′-diamino. Aromatic amines such as diphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenyl ether, trimethylene-bis (4-aminobenzoate) are used. Among these, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone and 3,3′-diaminodiphenyl sulfone are particularly preferable from the viewpoints of heat resistance expression and availability.

[エポキシ樹脂組成物]
本発明のエポキシ樹脂組成物は上述した(A)〜(D)成分を含有する。各成分の含有量は、2官能エポキシ樹脂(a1)とフェノール化合物(a2)と2官能エポキシ樹脂(B)と4官能エポキシ樹脂(C)との合計を100質量部とした際に、2官能エポキシ樹脂(a1)とフェノール化合物(a2)との合量が15〜70質量部で、2官能エポキシ樹脂(B)が5〜30質量部で、4官能エポキシ樹脂(C)が10〜75質量部であることが必要である。また、芳香族アミン化合物(D)の含有量は、下記式(VIII)から計算されるエポキシ基に対する理論当量が90〜175%当量となる範囲である。
(A)〜(C)成分の比率がこれら範囲外となると、高い耐熱性と耐衝撃性との両立が困難となる。また、(D)成分の比率が90%当量未満となると、樹脂組成物は硬化が不十分なものとなり、満足すべき物性が得られず、逆に175%当量を超えると架橋密度が大幅に低下し、耐熱性、耐溶剤性が大幅に低下する。
さらに好ましくは、2官能エポキシ樹脂(a1)とフェノール化合物(a2)との合量が20〜65質量部で、2官能エポキシ樹脂(B)が10〜25質量部で、4官能エポキシ樹脂(C)が10〜60質量部であり、芳香族アミン化合物(D)の含有量は、理論当量が100〜150%当量となる範囲である。
[Epoxy resin composition]
The epoxy resin composition of the present invention contains the components (A) to (D) described above. The content of each component is bifunctional when the total of the bifunctional epoxy resin (a1), the phenol compound (a2), the bifunctional epoxy resin (B), and the tetrafunctional epoxy resin (C) is 100 parts by mass. The total amount of the epoxy resin (a1) and the phenol compound (a2) is 15 to 70 parts by mass, the bifunctional epoxy resin (B) is 5 to 30 parts by mass, and the tetrafunctional epoxy resin (C) is 10 to 75 parts by mass. It is necessary to be a part. Moreover, content of an aromatic amine compound (D) is the range from which the theoretical equivalent with respect to the epoxy group calculated from following formula (VIII) becomes 90 to 175% equivalent.
When the ratio of the components (A) to (C) is outside these ranges, it is difficult to achieve both high heat resistance and impact resistance. Further, when the ratio of the component (D) is less than 90% equivalent, the resin composition is insufficiently cured and satisfactory physical properties cannot be obtained. Conversely, when the ratio exceeds 175% equivalent, the crosslinking density is greatly increased. The heat resistance and solvent resistance are greatly reduced.
More preferably, the total amount of the bifunctional epoxy resin (a1) and the phenol compound (a2) is 20 to 65 parts by mass, the bifunctional epoxy resin (B) is 10 to 25 parts by mass, and the tetrafunctional epoxy resin (C ) Is 10 to 60 parts by mass, and the content of the aromatic amine compound (D) is such that the theoretical equivalent is 100 to 150% equivalent.

Figure 0004933790
Figure 0004933790

エポキシ樹脂組成物には、全体の物性バランスをくずさない範囲内で他のエポキシ樹脂(E)を併用することもできる。他のエポキシ樹脂としては、例えばノボラック型のエポキシ樹脂が挙げられる。
例えば他のエポキシ樹脂としては、トリグリシジル−p−アミノフェノール、トリグリシジル−m−アミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール等のアミン類を前駆体とするエポキシ樹脂および各種異性体、ノボラック型エポキシ樹脂等、炭素炭素2重結合を前駆体とするエポキシ樹脂としては脂環式エポキシ樹脂等、ナフタレン等の多角骨格を有するエポキシ樹脂等を挙げることができるがこれらに限定するものではない。さらに、エポキシ基の一部を熱可塑性樹脂やエラストマー、イソシアネート等で変性したエポキシ樹脂も例示できる。また、これらのエポキシ樹脂をブロム等で変性し、難燃性を付与したエポキシ樹脂も好ましく用いることができるがこれらに限定するものではない。
これら(E)成分の使用量は(A)、(B)および(C)成分の和である全樹脂成分の20%以下が好ましい。
In the epoxy resin composition, other epoxy resins (E) can be used in combination as long as the balance of physical properties is not lost. Examples of other epoxy resins include novolac type epoxy resins.
For example, as other epoxy resins, epoxy resins having precursors such as triglycidyl-p-aminophenol, triglycidyl-m-aminophenol, triglycidylaminocresol and various isomers, novolac type epoxy resins, etc. Examples of the epoxy resin having a carbon-carbon double bond as a precursor include, but are not limited to, alicyclic epoxy resins and the like, and epoxy resins having a polygonal skeleton such as naphthalene. Furthermore, the epoxy resin which modified a part of epoxy group with a thermoplastic resin, an elastomer, isocyanate, etc. can be illustrated. In addition, epoxy resins obtained by modifying these epoxy resins with bromine or the like to impart flame retardancy can be preferably used, but are not limited thereto.
The amount of component (E) used is preferably 20% or less of the total resin component, which is the sum of components (A), (B) and (C).

さらに、エポキシ樹脂組成物には、両末端がカルボキシル基のブタジエン−アクリロニトリル共重合体等のいわゆるエラストマー成分、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリビニルブチラート等の熱可塑性樹脂成分を目的に応じて併用してもより。これら成分の使用量は、全体の物性バランスをくずさない範囲内で目的に応じて適宜設定すればよい。またシリカ粉末、アエロジル、マイクロバルーン、三酸化アンチモン等の無機化合物を目的に応じて配合してもよい。   Further, the epoxy resin composition includes a so-called elastomer component such as a butadiene-acrylonitrile copolymer having carboxyl groups at both ends, and a thermoplastic resin such as polyethersulfone, polysulfone, polyetheretherketone, polyetherimide, and polyvinyl butyrate. Even if you use the ingredients together according to the purpose. What is necessary is just to set the usage-amount of these components suitably according to the objective within the range which does not destroy the whole physical property balance. Further, an inorganic compound such as silica powder, aerosil, microballoon, antimony trioxide, etc. may be blended depending on the purpose.

[補強用繊維および複合中間材料]
このようなエポキシ樹脂組成物を含浸する補強用繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維等が挙げられ、これらはミルドファイバー状、チョップドファイバー状、連続繊維、各種織物等の形態で用いることができる。なかでも、引張強度350MPa以上、引張伸度1.7%以上の高強度・高伸度の炭素繊維が連続繊維状または各種織物状の形態となっているものが最も好適に用いられる。
エポキシ樹脂組成物を補強用繊維に含浸する方法としては特に制限はなく、通常の方法によればよい。
上述のエポキシ樹脂組成物を補強用繊維に含浸して得られた複合中間材料によれば、従来困難であった高い耐熱性と耐衝撃性を満足する複合材料を与えることができる。
[Reinforcing fibers and composite intermediate materials]
Examples of reinforcing fibers impregnated with such an epoxy resin composition include carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, boron fibers, silicon carbide fibers, and the like. These include milled fibers, chopped fibers, continuous fibers, and various types. It can be used in the form of a woven fabric or the like. Among these, carbon fibers having a tensile strength of 350 MPa or more and a tensile elongation of 1.7% or more and having high strength and high elongation in the form of continuous fibers or various woven fabrics are most preferably used.
A method for impregnating the reinforcing fiber with the epoxy resin composition is not particularly limited, and a normal method may be used.
According to the composite intermediate material obtained by impregnating the reinforcing resin with the above-described epoxy resin composition, a composite material satisfying high heat resistance and impact resistance, which has been difficult in the past, can be provided.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
なお、使用した各成分について以下に示す。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
In addition, it shows below about each used component.

(a1)成分および(B)成分
・エピコート807(Ep807):ジャパンエポキシレジン社製、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、平均分子量:約312
・エピコート828(Ep828):ジャパンエポキシレジン社製、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、平均分子量:約340
(a2)成分
・テトラメチルビスフェノールA(分子量284)
・4,4’−ジヒドロキシビフェニル(本州化学社製、分子量186)
・4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビス(2,6−キシレノール)(分子量402)
(a3)成分
・TPAE12:富士化成工業社製、重合脂肪酸系のポリエーテルエステルアミド
・TPAE32:富士化成工業社製、重合脂肪酸系のポリエーテルエステルアミド
(C)成分
・エピコート604:ジャパンエポキシレジン社製、TGDDM、平均分子量302
・MY721:ハンツマン社製、TGDDM、平均分子量302
(D)成分
DDS:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン 和歌山精化社製セイカキュアS
Component (a1) and component (B) Epicoat 807 (Ep807): manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., bisphenol F type epoxy resin, average molecular weight: about 312
Epicoat 828 (Ep828): Japan Epoxy Resin, bisphenol A type epoxy resin, average molecular weight: about 340
Component (a2) Tetramethylbisphenol A (molecular weight 284)
・ 4,4'-dihydroxybiphenyl (Honshu Chemical Co., Ltd., molecular weight 186)
4,4 ′-(p-phenylenediisopropylidene) bis (2,6-xylenol) (molecular weight 402)
Component (a3)-TPAE12: manufactured by Fuji Kasei Kogyo Co., Ltd., polymerized fatty acid-based polyether ester amide-TPAE32: manufactured by Fuji Kasei Kogyo Co., Ltd., polymerized fatty acid-based polyether ester amide (C) component-Epicoat 604: Japan Epoxy Resin Co., Ltd. Manufactured, TGDDM, average molecular weight 302
MY721: manufactured by Huntsman, TGDDM, average molecular weight 302
Component (D) DDS: 4,4′-diaminodiphenylsulfone Seika Cure S manufactured by Wakayama Seika Co., Ltd.

オリゴマーA成分中に含まれる未反応フェノール化合物(a3)量はGPCにより測定した。GPCの測定は東ソー:HLC−8220GPCを用い、溶離液であるTHFにオリゴマーを0.2wt%溶解後、TSK−GELカラムを用い、流量1.0ml/min、温度:40℃でRI検出器にて測定した。反応前のフェノール化合物のピーク面積を1とし、反応後のフェノール化合物量を定量した。   The amount of the unreacted phenol compound (a3) contained in the oligomer A component was measured by GPC. For measurement of GPC, Tosoh: HLC-8220GPC was used. After 0.2 wt% of the oligomer was dissolved in THF as the eluent, a TSK-GEL column was used, and the flow rate was 1.0 ml / min. Measured. The peak area of the phenol compound before the reaction was taken as 1, and the amount of the phenol compound after the reaction was quantified.

[エポキシ樹脂成分(A)の調製]
(調製例1)
表1に示す質量比で(a1)〜(a3)成分を反応容器に仕込んだ。
具体的には、(a1)成分を500g、(a2)成分を500g、(a3)成分を7.2gとした。ついで、これを180℃で4時間加熱した後120℃に冷却し、触媒としてTPPを1g仕込み、120℃で2時間保持して、エポキシ樹脂成分1を調製した。
この反応で得られたエポキシ樹脂のテトラメチルビスフェノールA起因のピークは反応前のピークを100%とすると10%以下であった。
[Preparation of epoxy resin component (A)]
(Preparation Example 1)
Components (a1) to (a3) were charged into the reaction vessel at a mass ratio shown in Table 1.
Specifically, the component (a1) was 500 g, the component (a2) was 500 g, and the component (a3) was 7.2 g. Next, this was heated at 180 ° C. for 4 hours and then cooled to 120 ° C., 1 g of TPP was charged as a catalyst, and maintained at 120 ° C. for 2 hours to prepare an epoxy resin component 1.
The peak resulting from tetramethylbisphenol A in the epoxy resin obtained by this reaction was 10% or less, assuming that the peak before the reaction was 100%.

(調製例2〜8)
(a1)〜(a3)成分を表1に示す質量比で反応容器に仕込み、180℃で4時間加熱した。その後120℃に冷却し、触媒としてTPPを仕込み、120℃で2時間保持して、エポキシ樹脂成分を調製した。このエポキシ樹脂成分中に存在するテトラメチルビスフェノールAは反応前のフェノール化合物量を100%とした場合10%以下であった。また、触媒量は、(a1)〜(a3)成分の合計量の0.1質量%に相当する量とした。
調製例2〜8で得られたものをエポキシ樹脂成分2〜8とする。
(Preparation Examples 2 to 8)
Components (a1) to (a3) were charged into a reaction vessel at a mass ratio shown in Table 1, and heated at 180 ° C. for 4 hours. Thereafter, the mixture was cooled to 120 ° C., TPP was charged as a catalyst, and maintained at 120 ° C. for 2 hours to prepare an epoxy resin component. The tetramethylbisphenol A present in the epoxy resin component was 10% or less when the amount of the phenol compound before the reaction was 100%. The catalyst amount was an amount corresponding to 0.1% by mass of the total amount of the components (a1) to (a3).
The products obtained in Preparation Examples 2 to 8 are referred to as epoxy resin components 2 to 8.

(調製例9)
表1に示す配合比で各成分を反応容器に仕込んだ。
具体的には、(a1)成分を500g、(a2)成分を500gとし、(a3)成分を使用しなかった。ついで、これを120℃で2時間加熱した後、触媒としてTPPを1g仕込み、120℃で2時間保持して、エポキシ樹脂成分9を調製した。この反応で得られたエポキシ樹脂のテトラメチルビスフェノールA起因のピークは反応前のピークを100%とすると10%以下であった。
(Preparation Example 9)
Each component was charged into the reaction vessel at the compounding ratio shown in Table 1.
Specifically, the component (a1) was 500 g, the component (a2) was 500 g, and the component (a3) was not used. Subsequently, after heating this at 120 degreeC for 2 hours, 1 g of TPP was prepared as a catalyst, and it hold | maintained at 120 degreeC for 2 hours, and prepared the epoxy resin component 9. The peak resulting from tetramethylbisphenol A in the epoxy resin obtained by this reaction was 10% or less, assuming that the peak before the reaction was 100%.

(調製例10)
表1に示す配合比で各成分を反応容器に仕込んだ。
具体的には、(a1)成分を800g、(a2)成分を200gとし、(a3)成分を900gとした。ついで、これを180℃で4時間加熱した後、触媒としてTPPを2g仕込み、180℃で1時間保持して、エポキシ樹脂成分10とした。この反応で得られたエポキシ樹脂のテトラメチルビスフェノールA起因のピークは反応前のピークを100%とすると10%以下であった。
(Preparation Example 10)
Each component was charged into the reaction vessel at the compounding ratio shown in Table 1.
Specifically, the component (a1) was 800 g, the component (a2) was 200 g, and the component (a3) was 900 g. Subsequently, after heating this at 180 degreeC for 4 hours, 2g of TPP was prepared as a catalyst, and it hold | maintained at 180 degreeC for 1 hour, and was set as the epoxy resin component 10. The peak resulting from tetramethylbisphenol A in the epoxy resin obtained by this reaction was 10% or less, assuming that the peak before the reaction was 100%.

(調製例11)
表1に示す配合比で各成分を反応容器に仕込んだ。
具体的には、(a1)成分を500g、(a2)成分を500gとし、(a3)成分を102gとした。ついで、これを180℃で4時間加熱し、エポキシ樹脂成分11とした。このようにして得られたものをGPCで測定した結果、テトラメチルビスフェノールA起因のピークはほとんど消失していなかった。
(Preparation Example 11)
Each component was charged into the reaction vessel at the compounding ratio shown in Table 1.
Specifically, the component (a1) was 500 g, the component (a2) was 500 g, and the component (a3) was 102 g. Subsequently, this was heated at 180 ° C. for 4 hours to obtain an epoxy resin component 11. As a result of measuring the thus obtained product by GPC, the peak due to tetramethylbisphenol A almost disappeared.

Figure 0004933790
Figure 0004933790

[実施例1〜12、比較例1〜9]
各調製例で合成したエポキシ樹脂成分1〜11と、(B)成分と、(C)成分と、(D)成分とを表2に示すように配合し、60℃で全体が均一になるまで十分に混合し、エポキシ樹脂組成物を得た。
得られたエポキシ樹脂組成物を脱泡した後、ガラス板に挟み、180℃で2時間硬化して樹脂板を得た。得られた樹脂板について、ASTM D5045 SENB法に準拠して破壊靱性値(GIC)を、TMA法によりG’−Tg(熱転移点)を測定した。これらの結果を表2に示す
[Examples 1-12, Comparative Examples 1-9]
The epoxy resin components 1 to 11 synthesized in each preparation example, the component (B), the component (C), and the component (D) are blended as shown in Table 2 until the whole becomes uniform at 60 ° C. Thorough mixing was performed to obtain an epoxy resin composition.
The obtained epoxy resin composition was defoamed and then sandwiched between glass plates and cured at 180 ° C. for 2 hours to obtain a resin plate. About the obtained resin board, the fracture toughness value (GIC) was measured based on ASTM D5045 SENB method, and G'-Tg (thermal transition point) was measured by TMA method. These results are shown in Table 2.

また、得られたエポキシ樹脂組成物を一方向に引き揃えた炭素繊維(三菱レイヨン製、パイロフィルMR50K)にホットメルト法で含浸させ、炭素繊維目付145g/m 、樹脂含有率35質量%の一方向プリプレグ(複合中間材料)を作製した。
このプリプレグを〔+45°/0°/−45°/90°〕4Sの擬等方性に積層し、オートクレーブを用いて180℃で2時間硬化させ複合材料を得た。
得られた複合材料について、室温での衝撃後圧縮強度を以下のようにして測定した。結果を表2に示す。
The obtained epoxy resin composition was impregnated in one direction with carbon fiber (manufactured by Mitsubishi Rayon, Pyrofil MR50K) by a hot melt method, and the carbon fiber basis weight was 145 g / m 2 and the resin content was 35% by mass. A directional prepreg (composite intermediate material) was prepared.
This prepreg was laminated in a [+ 45 ° / 0 ° / −45 ° / 90 °] 4S pseudo-isotropic state and cured at 180 ° C. for 2 hours using an autoclave to obtain a composite material.
About the obtained composite material, the compressive strength after impact at room temperature was measured as follows. The results are shown in Table 2.

(衝撃後圧縮強度(CAI)の測定)
NASA RP 1092に準拠して、パネル寸法4”×4”に切り出した複合材料を3”×5”の穴のあいた台上に固定して、その中心に1/2”Rのノーズをつけた4.9kgの分銅を落下させ、板厚1インチ当たり1500lb・inの衝撃強度を加えたのち、そのパネルを圧縮試験することにより求めた。
(Measurement of compressive strength after impact (CAI))
In accordance with NASA RP 1092, a composite material cut to a panel size of 4 "x 4" was fixed on a table with a 3 "x 5" hole, and a 1/2 "R nose was attached to the center. A weight of 4.9 kg was dropped, an impact strength of 1500 lb · in per inch of plate thickness was added, and then the panel was subjected to a compression test.

Figure 0004933790
Figure 0004933790

各実施例では、エポキシ樹脂組成物の耐熱性(G’−Tg)と耐衝撃性(GIC)、さらには、複合材料の耐衝撃性(衝撃後圧縮強度)のいずれもが目標値を超える物性を示していた。なお、目標値は、耐熱性(G’−Tg)は160℃、GICが450J/m、耐衝撃性(衝撃後圧縮強度)が196MPaである。
一方、(A)〜(D)成分の比率が本発明の範囲から外れる比較例1〜6では、耐熱性(G’−Tg)、GIC、耐衝撃性(衝撃後圧縮強度)のうち少なくとも1つが目標値に到達しなかった。
また、(A)成分中にポリアミド樹脂(a3)が含まれない比較例7では、GICが不十分で、過剰に含まれる比較例8では、エポキシ樹脂組成物がその調製後、非常に粘度が高くなったため、プリプレグを作製できなかった。(A)成分中にフェノール性水酸基が未反応で多量に残存している比較例9では、エポキシ樹脂組成物の調製後にポリアミド樹脂が相分離を起こしたために、エポキシ樹脂組成物の樹脂板の特性はもちろん、複合材料の特性についても評価、測定ができなかった。

In each example, the heat resistance (G′-Tg) and impact resistance (GIC) of the epoxy resin composition, and the physical properties of both the impact resistance (compression strength after impact) of the composite material exceed the target values. Was showing. The target values are 160 ° C. for heat resistance (G′−Tg), 450 J / m 2 for GIC, and 196 MPa for impact resistance (compression strength after impact).
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 6 in which the ratio of the components (A) to (D) is out of the scope of the present invention, at least one of heat resistance (G′-Tg), GIC, and impact resistance (compression strength after impact). Did not reach the target value.
Further, in Comparative Example 7 in which the polyamide resin (a3) is not contained in the component (A), GIC is insufficient, and in Comparative Example 8 that is excessively contained, the epoxy resin composition has a very high viscosity after its preparation. The prepreg could not be produced because it became high. In the comparative example 9 in which the phenolic hydroxyl group remains unreacted and remains in the component (A) in a large amount, the polyamide resin undergoes phase separation after the preparation of the epoxy resin composition, so the characteristics of the resin plate of the epoxy resin composition Of course, the properties of the composite material could not be evaluated and measured.

Claims (1)

2官能エポキシ樹脂(a1)と下記式(I)で示されるフェノール化合物(a2)と下記式(II)で示されるポリアミド樹脂(a3)とが混合、加熱され、前記フェノール化合物(a2)中に含まれるフェノール性水酸基の80%以上が反応したエポキシ樹脂成分(A)と、
2官能エポキシ樹脂(B)と、
4官能エポキシ樹脂(C)と、
芳香族アミン化合物(D)とを含有するエポキシ樹脂組成物であって、
前記2官能エポキシ樹脂(a1)と前記フェノール化合物(a2)は、50〜80:20〜50の質量比で含まれ(ただし、(a1)+(a2)=100)、かつ、前記ポリアミド樹脂(a3)のエポキシ樹脂成分(A)中の含有量は1〜45質量%であり、
さらに、前記2官能エポキシ樹脂(a1)と前記フェノール化合物(a2)と前記2官能エポキシ樹脂(B)と前記4官能エポキシ樹脂(C)との合計を100質量部とした際に、前記2官能エポキシ樹脂(a1)と前記フェノール化合物(a2)との合量が15〜70質量部、前記2官能エポキシ樹脂(B)が5〜30質量部、前記4官能エポキシ樹脂(C)が10〜75質量部であり、
前記芳香族アミン化合物(D)はエポキシ基に対する理論当量が90〜175%となる範囲で含まれることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
Figure 0004933790
(式(I)中、Xは水素原子、炭素数が6以下のアルキル基、Brからなる群より選ばれる1種を示し、Yは直接結合、−CH−、−C(CH−、−SO−、
Figure 0004933790
からなる群より選ばれる1種を示す。)
Figure 0004933790
(式(II)中、Xは1〜10、Yは1〜10、Zは1〜20で、いずれも整数である。また、PAは下記式(III)である。
Figure 0004933790
(式(III)中、aは0〜2、bは0〜2、lは1〜10で、いずれも整数である。ただし、aとbとは同時に0になることはない。また、Cαは−(CHα−(αは2〜40の整数)である。そして、PA、PAはそれぞれ独立に、下記式(IV)および/または(V)であり、PEは下記式(VI)である。
Figure 0004933790
Figure 0004933790
(式(IV)、(V)中、Cβは−(CHβ−(βは2〜40の整数)である。Rは−(CH−(dは1〜6の整数)である。そして、R、R’はそれぞれ独立に、HまたはCHである。)
Figure 0004933790
(式(VI)中、mは3〜20の整数、nは1〜10の整数である。また、Rは−(CH−(eは2〜8の整数)である。Cγは−(CHγ−(γは2〜40の整数)である。)
A bifunctional epoxy resin (a1), a phenol compound (a2) represented by the following formula (I) and a polyamide resin (a3) represented by the following formula (II) are mixed and heated, and the phenol compound (a2) An epoxy resin component (A) in which 80% or more of the phenolic hydroxyl groups contained are reacted;
A bifunctional epoxy resin (B);
A tetrafunctional epoxy resin (C);
An epoxy resin composition containing an aromatic amine compound (D),
The bifunctional epoxy resin (a1) and the phenol compound (a2) are included in a mass ratio of 50 to 80:20 to 50 (provided that (a1) + (a2) = 100) and the polyamide resin ( The content in the epoxy resin component (A) of a3) is 1 to 45% by mass,
Furthermore, when the total of the bifunctional epoxy resin (a1), the phenol compound (a2), the bifunctional epoxy resin (B), and the tetrafunctional epoxy resin (C) is 100 parts by mass, the bifunctional The total amount of the epoxy resin (a1) and the phenol compound (a2) is 15 to 70 parts by mass, the bifunctional epoxy resin (B) is 5 to 30 parts by mass, and the tetrafunctional epoxy resin (C) is 10 to 75 parts. Mass part,
The epoxy resin composition, wherein the aromatic amine compound (D) is contained in a range of 90 to 175% of a theoretical equivalent to an epoxy group.
Figure 0004933790
(In the formula (I), X represents one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 6 or less carbon atoms, and Br, and Y represents a direct bond, —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2. -, - SO 2 -,
Figure 0004933790
1 type selected from the group consisting of )
Figure 0004933790
(In formula (II), X is 1-10, Y is 1-10, Z is 1-20, and all are integers. PA is the following formula (III).
Figure 0004933790
(In the formula (III), a is 0 to 2, b is 0 to 2, l is 1 to 10, and both are integers. However, a and b are not 0 at the same time. α is — (CH 2 ) α — (α is an integer of 2 to 40), and PA 1 and PA 2 are each independently the following formulas (IV) and / or (V), and PE is: Formula (VI).
Figure 0004933790
Figure 0004933790
(In formulas (IV) and (V), is — (CH 2 ) β — (β is an integer of 2 to 40), R 0 is — (CH 2 ) d — (d is 1 to 6) And R 1 and R 1 ′ are each independently H or CH 3. )
Figure 0004933790
(In formula (VI), m is an integer of 3 to 20, n is an integer of 1 to 10. R 2 is — (CH 2 ) e — (e is an integer of 2 to 8). γ is — (CH 2 ) γ — (γ is an integer of 2 to 40).)
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