JP4956013B2 - Composite intermediate - 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)、高温高湿度環境下における高い機械特性(圧縮特性)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 characteristics (compression characteristics) in a high temperature and high humidity environment.

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.

そこで本出願人は、特許文献3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、高温高湿度環境下における機械特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 特許第3026372号公報
Therefore, in the case of Patent Document 3, 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, impact resistance, high temperature and high humidity. As a composite material intermediate that has mechanical properties in the environment, a resin composition in which a tetrafunctional epoxy resin and an aromatic amine are mixed with a reaction product of a bifunctional epoxy resin, a trifunctional epoxy resin, or a phenol compound is a matrix resin The technology to be used as is proposed.
JP 58-124126 A JP-A-62-153349 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、さらに高い耐熱性、耐衝撃性、高温高湿度環境下における機械特性を併せ持つ材料が求められてきている。
また、特許文献3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、ゴム成分の配合量が多くなると、ゴム成分の分散性および相溶性が悪化するという問題もあり、このような技術では、市場の要求性能を十分には実現できなかった。
However, recently, the required performance of the market for composite materials has been increasing, and materials having higher heat resistance, impact resistance, and mechanical properties in a high temperature and high humidity environment have been demanded.
Patent Document 3 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, when the amount of the rubber component is increased, there is a problem that the dispersibility and compatibility of the rubber component are deteriorated. With such a technology, the required performance in the market cannot be sufficiently realized.

本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、高い耐熱性、耐衝撃性、高温高湿度環境下における機械特性を満足する複合材料を与えることのできる複合材料中間体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 it is an object to provide a composite material intermediate that can provide a composite material that satisfies high heat resistance, impact resistance, and mechanical properties in a high temperature and high humidity environment. To do.

本発明者は鋭意検討した結果、2官能エポキシ樹脂と、3官能エポキシ樹脂と、特定のフェノール化合物に加え、特定のゴム成分が特定の比率で反応したオリゴマーを他の特定成分とともに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と、上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の複合材料中間体は、樹脂組成物が補強用繊維に含浸した複合材料中間体であって、前記樹脂組成物は、20〜60モル%の2官能エポキシ樹脂(a1)と、20〜50モル%の3官能エポキシ樹脂(a2)と、20〜50モル%の一般式(I)で示されるフェノール化合物(a3)との合計100モル%からなる樹脂成分と、エポキシ基と反応可能な官能基を有するゴム成分(a4)とが反応して得られ、実質的にフェノール性水酸基を有さず、前記樹脂成分100質量部に対する前記ゴム成分(a4)の量が1〜25質量部であるオリゴマー(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)とを含有し、
前記オリゴマー(A)中の前記樹脂成分を15〜60質量部とした際に、前記2官能エポキシ樹脂(B)は10〜40質量部、前記4官能エポキシ樹脂(C)は15〜75質量部の範囲で含まれ、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 0004956013
(式中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 0004956013
からなる群より選ばれる1種を示す。) As a result of intensive studies, the present inventors have formulated a resin composition in which, in addition to a bifunctional epoxy resin, a trifunctional epoxy resin, and a specific phenol compound, an oligomer in which a specific rubber component is reacted in a specific ratio is mixed with other specific components. When the product is used as a matrix resin, it has been found that the above problems can be solved, and the present invention has been completed.
The composite material intermediate of the present invention is a composite material intermediate in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin composition, and the resin composition contains 20 to 60 mol% of a bifunctional epoxy resin (a1) and 20 to 20 mol%. A resin component comprising a total of 100 mol% of 50 mol% of a trifunctional epoxy resin (a2) and 20 to 50 mol% of a phenol compound (a3) represented by the general formula (I) can react with an epoxy group. It is obtained by reaction with a rubber component (a4) having a functional group, has substantially no phenolic hydroxyl group, and the amount of the rubber component (a4) relative to 100 parts by mass of the resin component is 1 to 25 parts by mass. An oligomer (A),
A bifunctional epoxy resin (B);
A tetrafunctional epoxy resin (C);
An aromatic amine compound (D),
When the resin component in the oligomer (A) is 15 to 60 parts by mass, the bifunctional epoxy resin (B) is 10 to 40 parts by mass, and the tetrafunctional epoxy resin (C) is 15 to 75 parts by mass. The aromatic amine compound (D) is included in a range where the theoretical equivalent to the epoxy group is 90 to 175%.
Figure 0004956013
(In the formula, X represents a hydrogen atom, an alkyl group having 6 or less carbon atoms, or one selected from the group consisting of Br, and Y represents a direct bond, —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, —SO. 2-
Figure 0004956013
1 type selected from the group consisting of )

本発明によれば、高い耐熱性、耐衝撃性、高温高湿度環境下における機械特性を満足する複合材料を与えることのできる複合材料中間体を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the composite material intermediate body which can provide the composite material which satisfy | fills the high heat resistance, impact resistance, and the mechanical characteristic in a high temperature high humidity environment can be provided.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の複合材料中間体は、以下に説明する(A)〜(D)成分を必須成分とする樹脂組成物が補強用繊維に含浸されたものである。
[(A)成分]
(A)成分は、2官能エポキシ樹脂(a1)と、3官能エポキシ樹脂(a2)と、上記一般式(I)で示されるフェノール化合物(a3)と、エポキシ基と反応可能な官能基を有するゴム成分(a4)とが反応したオリゴマーである。
(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(II)で示される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The composite material intermediate of the present invention is obtained by impregnating reinforcing fibers with a resin composition containing components (A) to (D) described below as essential components.
[(A) component]
The component (A) has a bifunctional epoxy resin (a1), a trifunctional epoxy resin (a2), a phenol compound (a3) represented by the general formula (I), and a functional group capable of reacting with an epoxy group. It is an oligomer reacted with the rubber component (a4).
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. Among these, for example, a bisphenol type epoxy resin is represented by the following general formula (II).

Figure 0004956013
Figure 0004956013

(a2)成分である3官能エポキシ樹脂とは、分子中にエポキシ基を3つ有するエポキシ樹脂であって、その代表例としては、N,N,O−トリグリシジル−P−又は−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−m−又は−5−アミノ−o−クレゾール、1,1,1−(トリグリシジルオキシフェニル)メタン等が挙げられる。 また、3官能エポキシ樹脂には、市販されている3官能エポキシ樹脂を用いることもでき、そのようなものとしては、例えば、ジャパンエポキシレジン社製のEp630、YX−4、ハンツマン社製のMY0510、住友化学社製のELM−100、大日本インキ社製 EXA4506等が挙げられる。これら3官能エポキシ樹脂は、1種単独で使用しても、2種類以上を併用してもよい。   The (a2) component trifunctional epoxy resin is an epoxy resin having three epoxy groups in the molecule, and typical examples thereof include N, N, O-triglycidyl-P- or -m-amino. Examples include phenol, N, N, O-triglycidyl-4-amino-m- or -5-amino-o-cresol, 1,1,1- (triglycidyloxyphenyl) methane, and the like. In addition, as the trifunctional epoxy resin, a commercially available trifunctional epoxy resin can also be used. For example, Ep630 and YX-4 manufactured by Japan Epoxy Resin, MY0510 manufactured by Huntsman, Examples thereof include ELM-100 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., EXA4506 manufactured by Dainippon Ink and the like. These trifunctional epoxy resins may be used alone or in combination of two or more.

(a3)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 (a3) satisfies the structural formula (I) above. 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.

(a4)成分であるエポキシ基と反応可能な官能基を有するゴム成分とは、エポキシ基と反応しうる、例えば水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基などの末端基を有するゴム成分であって、ブタジエン/アクリロニトリル共重合体、ブタジエン系ゴム、アクリル系ゴム、スチレン/ブタジエン系エラストマー等が挙げられる。これらのうち、特に内部に架橋骨格を有するアクリル系ゴムを(a4)成分として使用すると、最終的に得られる複合材料に高い耐熱性と耐衝撃性とを共に付与できることから好適である。   The rubber component having a functional group capable of reacting with the epoxy group as the component (a4) is a rubber component having a terminal group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, and an amide group that can react with the epoxy group. Butadiene / acrylonitrile copolymer, butadiene rubber, acrylic rubber, styrene / butadiene elastomer and the like. Among these, it is preferable to use acrylic rubber having a crosslinked skeleton in the inside as the component (a4) because both the heat resistance and impact resistance can be imparted to the finally obtained composite material.

また、ゴム成分(a4)としては、2官能エポキシ樹脂(a1)や3官能エポキシ樹脂(a2)と接する部位にエポキシ基と反応可能な官能基を有している限り、コアシェル構造などの多層構造のゴム成分であっても好適に使用できる。コアシェル構造のゴム成分(a4)の場合、コアを形成する部位の弾性率がシェルを構成する部位の弾性率より低いものがより好適に使用できる。
このようなゴム成分としては、三菱レイヨン社製メタブレンが例示できる。
The rubber component (a4) has a multilayer structure such as a core-shell structure as long as it has a functional group capable of reacting with an epoxy group at a site in contact with the bifunctional epoxy resin (a1) or the trifunctional epoxy resin (a2). Even the rubber component can be suitably used. In the case of the rubber component (a4) having a core-shell structure, a rubber component having a lower elastic modulus at a portion forming the core than that at a portion forming the shell can be used more suitably.
An example of such a rubber component is metablene manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.

オリゴマー(A)は、以上説明した(a1)成分と、(a2)成分と、(a3)成分と、(a4)成分とを加熱下、必要に応じて触媒の存在下において反応させることで得られる。
ここでの反応は、得られたオリゴマー(A)が少なくとも(a3)成分のフェノール化合物の70%以上が反応していることが必要である。
ここで30%を超えるフェノール化合物が未反応で残存していると、得られる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化合物の反応率が90%以上である。なお、フェノール化合物がどの程度残存しているかは、GPCにより分析できる。
The oligomer (A) is obtained by reacting the component (a1), the component (a2), the component (a3), and the component (a4) described above with heating and optionally in the presence of a catalyst. It is done.
In this reaction, it is necessary that at least 70% or more of the phenol compound as the component (a3) is reacted in the obtained oligomer (A).
Here, when the phenol compound exceeding 30% remains unreacted, the water resistance and storage stability of the obtained resin composition are significantly lowered. Preferably, the reaction rate of the phenol compound is 90% or more. In addition, it can be analyzed by GPC how much a phenolic compound remains.

オリゴマー(A)を調製する際の具体的な反応条件としては、反応が比較的穏やかに進行し、かつ、上述したようにフェノール性水酸基の70%以上が反応する条件を適宜設定すればよいが、触媒を用いない場合では、通常100〜150℃で5〜24時間、触媒を用いる場合では、通常100〜130℃で2〜6時間が適当である。触媒としては、エポキシ基とフェノール化合物の反応を適度に促進するものであれば特に制限なく使用できるが、トリフェニルホスフィンが特に好ましい。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。   Specific reaction conditions for preparing the oligomer (A) may be appropriately set such that the reaction proceeds relatively gently and 70% or more of the phenolic hydroxyl groups react as described above. When the catalyst is not used, it is usually suitable at 100 to 150 ° C. for 5 to 24 hours, and when the catalyst is used, it is usually suitable at 100 to 130 ° C. for 2 to 6 hours. The catalyst can be used without particular limitation as long as it moderately accelerates the reaction between the epoxy group and the phenol compound, but triphenylphosphine is particularly preferable. What is necessary is just to set the quantity of a catalyst suitably so that reaction may advance smoothly.

また、オリゴマー(A)の調製は、(a1)成分の2官能エポキシ樹脂および/または(a2)成分の3官能エポキシ樹脂と(a4)成分のゴム成分とをまず反応させ、その後、さらに他の必須成分を添加して反応させる2段階で行ってもよい。
その際、(a1)成分および/または(a2)成分と(a4)成分とを反応させる1段目の反応は、100〜180℃の温度で必要により触媒を添加して実施すればよい。
さらに、1段目の反応を実施する代わりに、(a1)成分および/または(a2)成分と(a4)成分からなり、市販品などとして入手可能なゴム変性エポキシ樹脂を使用してもよい。
入手可能なゴム変性エポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂が2官能エポキシ樹脂である大日本インキ化学工業(株)のエピクロンTSR−601,TSR−960,TSR−930、エイ・シー・アイ・ジャパン・リミテッドのEPI−REZ 58005,58006、油化シェルエポキシ(株)のエピコート YL6308,YL6347、(株)日本触媒製エポキシ樹脂であるエポミックBPA328,BPF307、CX−MN201,CX−MN133等、東都化成エポトートYR−628、YR−692、YR−693等、日本合成ゴム(株)の架橋ゴム変性エポキシ樹脂)が挙げられる。
The oligomer (A) is prepared by first reacting the bifunctional epoxy resin of component (a1) and / or the trifunctional epoxy resin of component (a2) with the rubber component of component (a4). You may carry out in two steps which add and react an essential component.
At that time, the first-stage reaction in which the component (a1) and / or the component (a2) and the component (a4) are reacted may be carried out at a temperature of 100 to 180 ° C. by adding a catalyst as necessary.
Furthermore, instead of carrying out the first-stage reaction, a rubber-modified epoxy resin comprising a component (a1) and / or a component (a2) and a component (a4) and available as a commercial product may be used.
Available rubber-modified epoxy resins include Epicron TSR-601, TSR-960, TSR-930, Dainippon Ink & Chemicals, Inc., where the epoxy resin is a bifunctional epoxy resin, and ACI Japan Limited. EPI-REZ 58005, 58006, Epicote YL6308, YL6347 of Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. Epoxy BPA328, BPF307, CX-MN201, CX-MN133, etc. made by Nippon Shokubai Co., Ltd., Toto Kasei Epoto YR- 628, YR-692, YR-693, etc., a crosslinked rubber-modified epoxy resin of Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.).

これらのゴム変性エポキシ樹脂のうち、ゴム成分(a4)としてアクリル系ゴムを含み、好適に使用されるアクリルゴム変性エポキシ樹脂は、日本触媒製エポキシ樹脂であるエポミックBPA328,BPF307、CX−MN201,CX−MN133等、東都化成エポトートYR−628、YR−692、YR−693である。
また、アクリルゴム変性エポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂がアクリル系ゴムで変性されたものの他、粒径が40μm以下の微粉末状のアクリル系ゴムがエポキシ樹脂に分散したものが好適に用いられる。アクリル系ゴムは1種類含まれていても2種以上含まれていてもよい。
Among these rubber-modified epoxy resins, acrylic rubber is preferably used as the rubber component (a4). Epoxy BPA328, BPF307, CX-MN201, CX are epoxy resins made by Nippon Shokubai. -Tonsei Kasei Epototo YR-628, YR-692, YR-693, such as MN133.
As the acrylic rubber-modified epoxy resin, a resin in which a fine powdery acrylic rubber having a particle size of 40 μm or less is dispersed in the epoxy resin is suitably used in addition to the epoxy resin modified with an acrylic rubber. One type or two or more types of acrylic rubber may be included.

オリゴマー(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、20〜60モル%の2官能エポキシ樹脂(a1)と20〜50モル%の3官能エポキシ樹脂(a2)と20〜50モル%のフェノール化合物(a3)との合計100モル%からなる樹脂成分100質量部に対して、ゴム成分(a4)が1〜25質量部となる範囲とする必要がある。   The oligomer (A) can be prepared as described above, and the ratio of each component at that time is 20 to 60 mol% of the bifunctional epoxy resin (a1) and 20 to 50 mol% of the trifunctional epoxy resin (a2). ) And 20 to 50 mol% of the phenolic compound (a3) in a total amount of 100 mol%, the rubber component (a4) needs to be in a range of 1 to 25 mass parts.

ここで2官能エポキシ樹脂(a1)の比率が20モル%未満では樹脂組成物の耐衝撃性が不十分となり、60モル%を超えると樹脂組成物の耐熱性が低下する。3官能エポキシ樹脂(a2)の比率が20モル%未満では十分な耐熱性が得られず、50モル%を超えるとオリゴマー(A)の調製時にゲル化を起こす可能性がある。フェノール化合物(a3)の比率が20モル%未満ではやはり十分な耐衝撃性が得られず、50モル%を超えるとオリゴマー(A)の調製時にゲル化を起こす可能性があるだけでなく、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。また、ゴム成分(a4)の比率が、(a1)〜(a3)成分からなる樹脂成分100質量部に対して1質量部未満であると、樹脂組成物の耐衝撃性が低下し、25質量部を超えると樹脂組成物の耐熱性が低下したり、樹脂組成物の粘度が非常に高くなり、取扱いが困難となったりする。さらに好ましいゴム成分(a4)の比率は3〜20質量部である。   Here, if the ratio of the bifunctional epoxy resin (a1) is less than 20 mol%, the impact resistance of the resin composition is insufficient, and if it exceeds 60 mol%, the heat resistance of the resin composition is lowered. If the ratio of the trifunctional epoxy resin (a2) is less than 20 mol%, sufficient heat resistance cannot be obtained, and if it exceeds 50 mol%, gelation may occur during the preparation of the oligomer (A). If the ratio of the phenolic compound (a3) is less than 20 mol%, sufficient impact resistance cannot be obtained, and if it exceeds 50 mol%, not only the gelation may occur during the preparation of the oligomer (A), but 20 % Or more of the phenolic hydroxyl group remains unreacted. Moreover, the impact resistance of a resin composition falls that the ratio of a rubber component (a4) is less than 1 mass part with respect to 100 mass parts of resin components which consist of (a1)-(a3) component, and 25 masses. When it exceeds the part, the heat resistance of the resin composition is lowered, the viscosity of the resin composition becomes very high, and handling becomes difficult. A more preferable ratio of the rubber component (a4) is 3 to 20 parts by mass.

このようにして得られたオリゴマー(A)は、フェノール化合物(a3)とゴム成分(a4)とがそれぞれ島相で、2官能エポキシ樹脂(a1)および3官能エポキシ樹脂(a2)が海相である海島構造を形成している。よって、このようなオリゴマー(A)を含有する樹脂組成物では、単にゴム成分が配合された場合に認められるような耐熱性の低下が抑制され、高い耐熱性を維持できる。
また、このようなオリゴマー(A)では、海相がハードセグメントとして機能し、島相がソフトセグメントとして機能しているが、特にソフトセグメントは、フェノール化合物(a3)からなる島相とゴム成分(a4)からなる島相とにより構成されている。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、得られる樹脂組成物の耐衝撃性が非常に向上し、その結果、高い衝撃後圧縮強度が発現する複合材料を提供できる。
さらに、このようなオリゴマー(A)では、ゴム成分(a4)がソフトセグメントとしてオリゴマー(A)の骨格内に取り込まれているために、得られる樹脂組成物は水分の吸湿が低減されたものとなり、その結果、高温高湿度環境下での吸湿による機械特性の低下が抑制された複合材料を提供できる。
具体的には、このようなオリゴマー(A)を後述の(B)〜(D)成分とともに使用することにより、得られる樹脂組成物はガラス転移温度(Tg)が160℃を超える高い耐熱性を発現する。そして、この樹脂組成物を使用した複合材料は、衝撃後圧縮強度が323MPaを超えるとともに、93℃での吸湿後圧縮強度が1100MPaを超える。よって、このようなオリゴマー(A)と後述の(B)〜(D)成分とが配合された樹脂組成物を使用することにより、従来困難であった高い耐熱性、耐衝撃性、高温高湿度環境下における機械特性をいずれも満足する複合材料を与えることが可能となる。
In the oligomer (A) thus obtained, the phenolic compound (a3) and the rubber component (a4) are each in an island phase, and the bifunctional epoxy resin (a1) and the trifunctional epoxy resin (a2) are in a sea phase. A certain sea-island structure is formed. Therefore, in the resin composition containing such an oligomer (A), a decrease in heat resistance that is recognized when a rubber component is simply blended is suppressed, and high heat resistance can be maintained.
In such an oligomer (A), the sea phase functions as a hard segment and the island phase functions as a soft segment. In particular, the soft segment includes an island phase composed of a phenolic compound (a3) and a rubber component ( It is comprised by the island phase which consists of a4). Therefore, the synergistic effect of each soft segment is expressed, and compared with the case where the soft segment is composed of only one of them, the impact resistance of the resulting resin composition is greatly improved. A composite material that exhibits post-compression strength can be provided.
Furthermore, in such an oligomer (A), since the rubber component (a4) is incorporated as a soft segment in the skeleton of the oligomer (A), the resulting resin composition has reduced moisture absorption. As a result, it is possible to provide a composite material in which deterioration of mechanical properties due to moisture absorption in a high temperature and high humidity environment is suppressed.
Specifically, by using such an oligomer (A) together with components (B) to (D) described later, the resulting resin composition has high heat resistance with a glass transition temperature (Tg) exceeding 160 ° C. To express. And the composite material using this resin composition has compressive strength after impact exceeding 323 MPa, and compressive strength after moisture absorption at 93 ° C. exceeds 1100 MPa. Therefore, by using a resin composition in which such an oligomer (A) and components (B) to (D) described later are blended, high heat resistance, impact resistance, high temperature and high humidity, which have been difficult in the past, have been difficult. It becomes possible to provide a composite material that satisfies all the mechanical properties in the environment.

[(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.

[樹脂組成物]
本発明において補強用繊維に含浸される樹脂組成物は、(A)成分中における樹脂成分 15〜60質量部に対して、(B)成分を10〜40質量部、(C)成分を15〜75 質量部、さらに芳香族アミン化合物(D)を下記式(III)から計算されるエポキシ基に対する理論当量が90〜175%当量となる範囲で配合することにより製造できる。(A)〜(C)成分の比率がこれら範囲外となると、高い耐熱性、耐衝撃性、高温高湿度環境下における機械特性の各特性をすべて満足する複合材料を与えることができない。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、(A)成分中における樹脂成分20〜50質量部に対して、(B)成分を20〜35質量部、(C)成分を20〜60質量部とする。また、(D)成分については、理論当量の100〜150%当量がより好ましい。
[Resin composition]
In the present invention, the resin composition impregnated in the reinforcing fiber is 10 to 40 parts by mass of the component (B) and 15 to 15 parts of the component (C) with respect to 15 to 60 parts by mass of the resin component in the component (A). It can be produced by blending 75 parts by mass and further the aromatic amine compound (D) in a range where the theoretical equivalent to the epoxy group calculated from the following formula (III) is 90 to 175% equivalent. When the ratio of the components (A) to (C) is out of these ranges, a composite material that satisfies all the characteristics of high heat resistance, impact resistance, and mechanical characteristics under a high temperature and high humidity environment cannot be provided. 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 component (B) is 20 to 35 parts by mass and the component (C) is 20 to 60 parts by mass with respect to 20 to 50 parts by mass of the resin component in the component (A). Moreover, about (D) component, 100-150% equivalent of a theoretical equivalent is more preferable.

Figure 0004956013
Figure 0004956013

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化したブロム化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。
Other epoxy resins (E) can be used in combination with the resin composition within a range that does not impair the overall physical property balance. 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. Moreover, although the brominated epoxy resin which brominated these epoxy resins can also be used preferably, it is not limited to these.
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、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、ポリエテールスルホン、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 resin composition includes so-called elastomer components such as a butadiene-acrylonitrile copolymer having carboxyl groups at both ends, and thermoplastic resin components such as polyethersulfone, polysulfone, polyetheretherketone, polyetherimide, and polyvinylbutyrate. You can also use it depending on 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450MPa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。
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、耐衝撃性、高温高湿度環境下における機械特性をいずれも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 a resin composition include carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, boron fibers, silicon carbide fibers, and the like, and these include milled fibers, chopped fibers, continuous fibers, and various fabrics. Etc. can be used. Among these, carbon fibers having a tensile strength of 450 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.
The method for impregnating the reinforcing fiber with the resin composition is not particularly limited, and may be a normal method.
According to the composite intermediate material obtained by impregnating the above-mentioned resin composition into the reinforcing fiber, the composite satisfying all of the high heat resistance, impact resistance, and mechanical properties under the high temperature and high humidity environment, which has been difficult in the past. Material can be given.

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。また、モル比の計算に用いたエポキシ樹脂の平均分子量は次式より算出した。但し、ゴム成分を有するエポキシ樹脂に関してはゴム成分を除いた数値にて算出した。
平均分子量=(エポキシ当量)×(1分子あたりの平均官能基数)
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
In addition, it shows below about each used component. Moreover, the average molecular weight of the epoxy resin used for calculation of molar ratio was computed from following Formula. However, the epoxy resin having a rubber component was calculated by a value excluding the rubber component.
Average molecular weight = (epoxy equivalent) × (average number of functional groups per molecule)

(a1)成分および(B)成分
・エピコート807: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: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
(a1)成分と(a4)成分の反応物(ゴム成分を有するエポキシ樹脂)
・BPF307:日本触媒社製、架橋アクリルゴム変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂、平均分子量312、アクリルゴム含有量20質量%
・BPA328:日本触媒社製、架橋アクリルゴム変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂、平均分子量340、アクリルゴム含有量20質量%
(a2)成分
・ELM−100:住友化学社製、ELM−100、平均分子量318
・Ep630:ジャパンエポキシレジン社製、平均分子量318
(a3)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)
(a4)成分
2相以上の多層構造からなるゴム成分として、
・WAK104:三菱レイヨン製メタブレン エポキシ等量32600(g/eq)
・WAK105:三菱レイヨン製メタブレン エポキシ等量34500(g/eq)
(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
(D)成分
DDS:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(セイカキュアS和歌山精化社製)
Component (a1) and Component (B) Epicote 807: manufactured by Japan Epoxy Resin, bisphenol F type epoxy resin, average molecular weight: about 312
Epicoat 828: manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., bisphenol A type epoxy resin, average molecular weight: about 340
Reaction product of component (a1) and component (a4) (epoxy resin having a rubber component)
BPF307: manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., crosslinked acrylic rubber-modified bisphenol F type epoxy resin, average molecular weight 312 and acrylic rubber content 20% by mass
BPA 328: manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., crosslinked acrylic rubber-modified bisphenol A type epoxy resin, average molecular weight 340, acrylic rubber content 20% by mass
Component (a2) ELM-100: manufactured by Sumitomo Chemical Co., ELM-100, average molecular weight 318
Ep630: manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., average molecular weight 318
Component (a3) 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)
(A4) Component As a rubber component having a multilayer structure of two or more phases,
WAK104: Mitsubishi Rayon-made Metablen epoxy equivalent 32600 (g / eq)
WAK105: Mitsubishi Rayon-made Metablen epoxy equivalent 34500 (g / eq)
(C) component-Epicoat 604: Japan epoxy resin company make, TGDDM, average molecular weight 302
Component (D) DDS: 4,4′-diaminodiphenyl sulfone (Seika Cure S 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.

[調製例1]
(a1)成分と(a4)成分の反応物である上記BPF307:850gと、(a2)成分である上記ELM−100:477gと、(a3)成分である上記テトラメチルビスフェノールA:426gを反応容器に仕込み、120℃で8時間反応させ、オリゴマー(1)を得た。このオリゴマー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、(a1)〜(a3)成分の合計を100質量部とした際のゴム成分(a4)の質量部数は、10.7質量部であった。
[Preparation Example 1]
A reaction vessel containing BPF307: 850 g which is a reaction product of component (a1) and component (a4), ELM-100: 477 g which is component (a2), and 426 g of tetramethylbisphenol A which is component (a3). And reacted at 120 ° C. for 8 hours to obtain an oligomer (1). Tetramethylbisphenol A present in the oligomer was 10% or less when the amount of the phenol compound before the reaction was 100%.
Moreover, the mass part of the rubber component (a4) when the total of the components (a1) to (a3) was 100 parts by mass was 10.7 parts by mass.

[調製例2]
テトラメチルビスフェノールA:426gを上記4,4’−ジヒドロキシビフェニル:279gに変更し、反応条件を110℃で6時間に変更した以外は調製例1と同様にしてオリゴマー(2)を得た。このオリゴマー中に存在する4,4’−ジヒドロキシビフェニル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、(a1)〜(a3)成分の合計を100質量部とした際のゴム成分(a4)の質量部数は、12.5質量部であった。
[Preparation Example 2]
An oligomer (2) was obtained in the same manner as in Preparation Example 1, except that 426 g of tetramethylbisphenol A was changed to 279 g of the above 4,4′-dihydroxybiphenyl and the reaction conditions were changed to 110 ° C. for 6 hours. The 4,4′-dihydroxybiphenyl present in the oligomer was 10% or less when the amount of the phenol compound before the reaction was 100%.
Moreover, the mass part of the rubber component (a4) when the total of the components (a1) to (a3) was 100 parts by mass was 12.5 parts by mass.

[調製例3]
テトラメチルビスフェノールA:426gを上記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):603gに変更し、触媒としてトリフェニルホスフィン12gを添加して、100℃で3時間反応させた以外は調製例1と同様にしてオリゴマー(3)を得た。このオリゴマー中に存在する未反応フェノール化合物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、(a1)〜(a3)成分の合計を100質量部とした際のゴム成分(a4)の質量部数は、10.1質量部であった。
[Preparation Example 3]
Tetramethylbisphenol A: 426 g was changed to the above 4,4 ′-(p-phenylenediisopropylidene) bis (2,6-xylenol): 603 g, and 12 g of triphenylphosphine was added as a catalyst. An oligomer (3) was obtained in the same manner as in Preparation Example 1, except that the reaction was performed for a period of time. The unreacted phenol compound present in the oligomer was 10% or less when the amount of the phenol compound before the reaction was 100%.
Moreover, the mass part of the rubber component (a4) when the total of the components (a1) to (a3) was 100 parts by mass was 10.1 parts by mass.

[調製例4〜9]
用いる各成分の量および種類を表1に示すように変更した以外は調製例1と全く同様にして、オリゴマー(4) 〜(9) を得た。いずれのオリゴマー中にも存在する未反応フェノール化合物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、(a1)〜(a3)成分の合計を100質量部とした際のゴム成分(a4)の質量部数も表1に示す。
[Preparation Examples 4 to 9]
Oligomers (4) to (9) were obtained in exactly the same manner as in Preparation Example 1, except that the amount and type of each component used were changed as shown in Table 1. The unreacted phenolic compound present in any oligomer was 10% or less when the amount of the phenolic compound before the reaction was 100%. Table 1 also shows the number of parts by mass of the rubber component (a4) when the total of the components (a1) to (a3) is 100 parts by mass.

[調製例10および11]
(a1)として上記エピコート807を追加使用するととともに、用いる各成分の量を表2に示すように変更した以外は調製例1と全く同様にして、オリゴマー(10) 〜(11) を得た。いずれのオリゴマー中にも存在する未反応フェノール化合物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、(a1)〜(a3)成分の合計を100質量部とした際のゴム成分(a4)の質量部数も表2に示す。
[Preparation Examples 10 and 11]
As (a1), the above Epicoat 807 was additionally used, and oligomers (10) to (11) were obtained in the same manner as in Preparation Example 1, except that the amount of each component used was changed as shown in Table 2. The unreacted phenolic compound present in any oligomer was 10% or less when the amount of the phenolic compound before the reaction was 100%. Table 2 also shows the number of parts by mass of the rubber component (a4) when the total of the components (a1) to (a3) is 100 parts by mass.

[調製例12および13]
(a1)成分である上記エピコート807:680gと、(a2)成分である上記ELM−100:477gと、(a3)成分である上記テトラメチルビスフェノールA:426と、(a4)成分である上記WAK104を表2に示す量で反応容器に仕込み、120℃で8時間反応させてオリゴマー(12)〜(13)を得た。いずれのオリゴマー中にも存在する未反応フェノール化合物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、(a1)〜(a3)成分の合計を100質量部とした際のゴム成分(a4)の質量部数も表2に示す。
[Preparation Examples 12 and 13]
The epicoat 807: 680 g as the component (a1), the ELM-100: 477 g as the component (a2), the tetramethylbisphenol A 426 as the component (a3), and the WAK104 as the component (a4) Were charged into the reaction vessel in the amounts shown in Table 2, and reacted at 120 ° C. for 8 hours to obtain oligomers (12) to (13). The unreacted phenolic compound present in any oligomer was 10% or less when the amount of the phenolic compound before the reaction was 100%. Table 2 also shows the number of parts by mass of the rubber component (a4) when the total of the components (a1) to (a3) is 100 parts by mass.

[比較調製例1]
(a1)成分である上記エピコート807:680gと、(a2)成分である上記ELM−100:397.5gと、(a3)成分である上記テトラメチルビスフェノールA:355gを反応容器に仕込み、120℃で8時間反応させてオリゴマー(14)を得た。このオリゴマー中に存在する未反応フェノール化合物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、(a1)〜(a3)成分の合計を100質量部とした際のゴム成分(a4)の質量部数も表2に示す。
[Comparative Preparation Example 1]
(A1) The above-mentioned Epicote 807: 680 g as component, (a2) ELM-100: 397.5 g as component, and (a3) tetramethylbisphenol A: 355 g as component are charged in a reaction vessel at 120 ° C. For 8 hours to obtain an oligomer (14). The unreacted phenol compound present in the oligomer was 10% or less when the amount of the phenol compound before the reaction was 100%. Table 2 also shows the number of parts by mass of the rubber component (a4) when the total of the components (a1) to (a3) is 100 parts by mass.

[比較調製例2]
(a1)成分である上記エピコート807:680gと、(a2)成分である上記ELM−100:397.5gと、(a3)成分である上記テトラメチルビスフェノールA:355gと、(a4)成分である上記WAK104)を表2に示す量で反応容器に仕込み、120℃で8時間反応させてオリゴマー(15)を得た。このオリゴマー中に存在する未反応フェノール化合物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、(a1)〜(a3)成分の合計を100質量部とした際のゴム成分(a4)の質量部数も表2に示す。
[Comparative Preparation Example 2]
(A1) The above-mentioned Epicote 807: 680 g as the component, (a2) The above-mentioned ELM-100: 397.5 g, (a3) The above-mentioned tetramethylbisphenol A: 355 g, and (a4) the component The above WAK104) was charged into the reaction vessel in the amount shown in Table 2, and reacted at 120 ° C. for 8 hours to obtain an oligomer (15). The unreacted phenol compound present in the oligomer was 10% or less when the amount of the phenol compound before the reaction was 100%. Table 2 also shows the number of parts by mass of the rubber component (a4) when the total of the components (a1) to (a3) is 100 parts by mass.

Figure 0004956013
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Figure 0004956013
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[実施例1〜18、比較例1〜6]
各調製例で合成した(A)成分である各オリゴマー(1)〜(13)と、(B)成分である2官能エポキシ樹脂と、(C)成分である4官能エポキシ樹脂と、(D)成分である4,4’−ジアミノジフェニルスルホンを表3に示す比率で配合し、60℃で全体が均一になるまで十分に混合し、樹脂組成物を得た。
得られた樹脂組成物をガラス板に挟み、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JIS K6911に準拠して曲げ強度、曲げ弾性率、曲げ伸度を測定した。また、ASTM D5045(SENB法)に準拠して樹脂の破壊靭性値(GIC)を測定し、TMA法によりTgを評価した。結果は表4に併せて示した。
[Examples 1 to 18, Comparative Examples 1 to 6]
Each oligomer (1) to (13) as component (A) synthesized in each preparation example, bifunctional epoxy resin as component (B), tetrafunctional epoxy resin as component (C), and (D) The component 4,4′-diaminodiphenylsulfone was blended in the ratios shown in Table 3, and mixed well at 60 ° C. until the whole became uniform to obtain a resin composition.
The obtained resin composition was sandwiched between glass plates and cured at 180 ° C. for 2 hours to obtain a resin plate. The obtained resin plate was measured for bending strength, bending elastic modulus and bending elongation according to JIS K6911. Further, the fracture toughness value (GIC) of the resin was measured according to ASTM D5045 (SENB method), and Tg was evaluated by the TMA method. The results are shown in Table 4.

また、得られた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MR−50K)にホットメルト法で含浸させ、糸目付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〔0°〕10及び〔+45°/0°/−45°/90°〕4Sの擬等方性に積層し、180℃で2時間硬化させ複合材料を得た。それらについて93℃での吸水後における0°圧縮強度と、室温での衝撃後圧縮強度を評価した。 The obtained resin composition was impregnated with a hot melt method into carbon fiber (manufactured by Mitsubishi Rayon, Pyrofil MR-50K) aligned in one direction, and the 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 with [0 °] 10 and [+ 45 ° / 0 ° / −45 ° / 90 °] 4S pseudo-isotropic, and cured at 180 ° C. for 2 hours to obtain a composite material. They were evaluated for 0 ° compressive strength after water absorption at 93 ° C. and compressive strength after impact at room temperature.

複合材料の特性は次の測定法によった。測定結果は繊維容積含有率60%に換算した。「93℃での吸水後における0°圧縮強度」は0°16層の積層材コンポジットを71℃の水中に14日間放置したのち、ASTM D−695に従って93℃で0°方向の圧縮試験により求めた。「室温での衝撃後圧縮強度」はNASA RP 1092に準拠してパネル寸法4”×4”の板を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。結果は表4にまとめて示した。   The characteristics of the composite material were determined by the following measurement method. The measurement results were converted to a fiber volume content of 60%. “0 ° compressive strength after water absorption at 93 ° C.” is obtained by a compression test in the 0 ° direction at 93 ° C. in accordance with ASTM D-695 after leaving a laminate of 0 ° 16 layers in 71 ° C. water for 14 days. It was. “Compression strength after impact at room temperature” is based on NASA RP 1092. A panel with a panel size of 4 "x 4" is fixed on a table with a 3 "x 5" hole and 1/2 "in the center. A 4.9 kg weight with an R nose was dropped, an impact strength of 1500 lb · in per inch of plate thickness was applied, and the panel was subjected to a compression test, and the results are summarized in Table 4. It was.

[比較例7および9]
比較調製例で合成したオリゴマー(14)〜(15)と、その他の各成分を表3に示す比率で配合し、60℃で全体が均一になるまで十分に混合し、樹脂組成物を得た。
以降の工程を実施例1と同様に実施し、各種測定と評価も同様に実施した。結果を表4に示す。
[Comparative Examples 7 and 9]
The oligomers (14) to (15) synthesized in the comparative preparation example and the other components were blended in the ratios shown in Table 3, and mixed thoroughly at 60 ° C. until the whole became uniform to obtain a resin composition. .
The subsequent steps were performed in the same manner as in Example 1, and various measurements and evaluations were performed in the same manner. The results are shown in Table 4.

[比較例8]
比較調製例で合成したオリゴマー(14)と、その他の各成分を表3に示す比率で配合し、60℃で全体が均一になるまで十分に混合し、樹脂組成物を得た。なお、この例では、(B)成分として、架橋アクリルゴム変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂であるBPF307を使用したが、これに含まれるゴム成分は(A)成分とは化学的に何ら反応していない状態である。
以降の工程を実施例1と同様に実施し、各種測定と評価も同様に実施した。結果を表4に示す。
[Comparative Example 8]
The oligomer (14) synthesized in the comparative preparation example and the other components were blended in the ratios shown in Table 3, and mixed thoroughly at 60 ° C. until the whole became uniform to obtain a resin composition. In this example, BPF307, which is a crosslinked acrylic rubber-modified bisphenol F type epoxy resin, was used as the component (B), but the rubber component contained therein did not react chemically with the component (A). State.
The subsequent steps were performed in the same manner as in Example 1, and various measurements and evaluations were performed in the same manner. The results are shown in Table 4.

Figure 0004956013
Figure 0004956013

Figure 0004956013
Figure 0004956013

各実施例では、樹脂組成物の耐熱性(Tg)、複合材料の耐衝撃性(衝撃後圧縮強度)、高温高湿度環境下における機械特性(93℃での吸湿後の圧縮強度)がいずれも目標値を超える物性を示していた。また、樹脂組成物のGICも優れていた。なお、目標値は、耐熱性(Tg)は160℃、耐衝撃性(衝撃後圧縮強度)が323MPa、高温高湿度環境下における機械特性(93℃での吸湿後の圧縮強度)が1100MPaである。
一方、(A)成分中にゴム成分(a4)が含まれない比較例7および8では、耐熱性は良好であるものの、耐衝撃性や高温高湿度環境下における機械特性が不良であった。
また、(A)成分中にゴム成分(a4)が過剰に含まれる比較例11では、樹脂組成物の調製後、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。

In each example, the heat resistance (Tg) of the resin composition, the impact resistance (compressive strength after impact) of the composite material, and the mechanical properties (compressive strength after moisture absorption at 93 ° C.) in a high temperature and high humidity environment are all. The physical properties exceeded the target values. The GIC of the resin composition was also excellent. The target values are 160 ° C. for heat resistance (Tg), 323 MPa for impact resistance (compression strength after impact), and 1100 MPa for mechanical properties (compression strength after moisture absorption at 93 ° C.) in a high temperature and high humidity environment. .
On the other hand, in Comparative Examples 7 and 8 in which the rubber component (a4) was not contained in the component (A), although the heat resistance was good, the impact resistance and the mechanical properties in a high temperature and high humidity environment were poor.
Further, in Comparative Example 11 in which the rubber component (a4) was excessively contained in the component (A), the prepreg could not be produced because the viscosity became very high after the preparation of the resin composition.

Claims (1)

樹脂組成物が補強用繊維に含浸した複合材料中間体であって、
前記樹脂組成物は、20〜60モル%の2官能エポキシ樹脂(a1)と、20〜50モル%の3官能エポキシ樹脂(a2)と、20〜50モル%の一般式(I)で示されるフェノール化合物(a3)との合計100モル%からなる樹脂成分と、エポキシ基と反応可能な官能基を有するゴム成分(a4)とが反応して得られ、実質的にフェノール性水酸基を有さず、前記樹脂成分100質量部に対する前記ゴム成分(a4)の量が1〜25質量部であるオリゴマー(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)とを含有し、
前記オリゴマー(A)中の前記樹脂成分を15〜60質量部とした際に、前記2官能エポキシ樹脂(B)は10〜40質量部、前記4官能エポキシ樹脂(C)は15〜75質量部の範囲で含まれ、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複合材料中間体。
Figure 0004956013
(式中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 0004956013
からなる群より選ばれる1種を示す。)

A composite intermediate in which a resin composition is impregnated in a reinforcing fiber,
The resin composition is represented by 20 to 60 mol% of a bifunctional epoxy resin (a1), 20 to 50 mol% of a trifunctional epoxy resin (a2), and 20 to 50 mol% of a general formula (I). It is obtained by reacting a resin component consisting of 100 mol% in total with the phenol compound (a3) and a rubber component (a4) having a functional group capable of reacting with an epoxy group, and has substantially no phenolic hydroxyl group. , An oligomer (A) in which the amount of the rubber component (a4) is 1 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component;
A bifunctional epoxy resin (B);
A tetrafunctional epoxy resin (C);
An aromatic amine compound (D),
When the resin component in the oligomer (A) is 15 to 60 parts by mass, the bifunctional epoxy resin (B) is 10 to 40 parts by mass, and the tetrafunctional epoxy resin (C) is 15 to 75 parts by mass. And the aromatic amine compound (D) is contained in a range where the theoretical equivalent to the epoxy group is 90 to 175%.
Figure 0004956013
(In the formula, X represents a hydrogen atom, an alkyl group having 6 or less carbon atoms, or one selected from the group consisting of Br, and Y represents a direct bond, —CH 2 —, —C (CH 3 ) 2 —, —SO. 2-
Figure 0004956013
1 type selected from the group consisting of )

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