JP5326435B2 - Epoxy resin composition, prepreg, fiber reinforced composite material, and method for producing fiber reinforced composite material - Google Patents

Epoxy resin composition, prepreg, fiber reinforced composite material, and method for producing fiber reinforced composite material Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epoxy resin composition capable of providing a fiber reinforced composite material excellent in heat resistance, elastic modulus, and elongation percentage, and to provide a prepreg using the epoxy resin composition and a method for producing the fiber reinforced composite material. <P>SOLUTION: The epoxy resin composition comprises [A] 30-55 pts.wt. of an amine type epoxy resin, [B] 45-70 pts.wt. of a bisphenol type epoxy resin, [C] 2-10 pts.wt. of diaminodiphenyl sulfone, [D] dicyandiamide or its derivative, [E] a urea compound, and [F] a thermoplastic resin. The reaction rate of the composition when it is cured at 150&deg;C for 1 hour is 90% or higher. The prepreg is obtained by impregnating a fiber substrate with the epoxy resin composition. The fiber reinforced composite material is obtained by curing the prepreg. The method for producing the fiber reinforced composite material includes curing the prepreg at 150-170&deg;C for 1 hour or less. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、優れた耐熱性、弾性率、伸度に優れた繊維強化複合材料を提供することができるエポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料の製造方法に関するものである。   The present invention relates to an epoxy resin composition, a prepreg, and a method for producing a fiber reinforced composite material that can provide a fiber reinforced composite material excellent in heat resistance, elastic modulus, and elongation.

さらに詳細には、例えば、航空機、船舶、自動車、自転車等、及びポンプや刈払い機などの産業機械における各種フレーム、パイプ、シャフト、ホイールさらにそれらの曲円板、又は、ゴルフクラブ用シャフト、釣り竿、スキーポール、バトミントンラケット用シャフト、テントの支柱などの管状体、又は、スキー板、スノーボード、ゴルフクラブ用ヘッド、自転車用リム、自転車用ホイールなどの各種スポーツ/レジャー用品、又は、土木建築用資材とその補修・補強などに好適に使用できる繊維強化複合材料の製造方法、これを得るためのプリプレグ、さらにはこれを得るために好適に用いられるエポキシ樹脂組成物に関するものである。   More specifically, for example, various frames, pipes, shafts, wheels, and curved plates thereof, or shafts for golf clubs, fishing rods in airplanes, ships, automobiles, bicycles, and industrial machines such as pumps and brush cutters. Tubular bodies such as ski poles, badminton racket shafts, tent posts, or various sports / leisure products such as skis, snowboards, golf club heads, bicycle rims, bicycle wheels, or civil engineering and construction materials Further, the present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced composite material that can be suitably used for repair and reinforcement thereof, a prepreg for obtaining the same, and an epoxy resin composition suitably used for obtaining the same.

炭素繊維やアラミド繊維などを強化繊維として用いた繊維強化複合材料は、その高い比強度・比弾性率を利用して、航空機や自動車などの構造材料や、テニスラケット、ゴルフシャフト、釣り竿、自転車などのスポーツ・一般産業用途などに広く利用されている。繊維強化複合材料の製造方法には、強化繊維に未硬化のマトリックス樹脂が含浸されたシート状中間材料であるプリプレグを用い、それを複数枚積層した後、加熱硬化させる方法や、モールド中に配置した強化繊維に液状の樹脂を流し込み加熱硬化させるレジン・トランスファー・モールディング法などが用いられている。これらの製造方法のうちプリプレグを用いる方法は、強化繊維の配向を厳密に制御でき、また積層構成の設計自由度が高いことから、高性能な繊維強化複合材料を得やすい利点がある。このプリプレグに用いられるマトリックス樹脂としては、耐熱性や生産性の観点から、主に熱硬化性樹脂が用いられ、中でも強化繊維との接着性などの力学特性の観点からエポキシ樹脂が好適に用いられる。   Fiber reinforced composite materials using carbon fibers, aramid fibers, etc. as reinforcing fibers make use of their high specific strength and specific modulus to make structural materials such as aircraft and automobiles, tennis rackets, golf shafts, fishing rods, bicycles, etc. Widely used in sports and general industrial applications. The fiber reinforced composite material manufacturing method uses a prepreg, which is a sheet-like intermediate material in which unreinforced matrix resin is impregnated into reinforcing fibers, and a method in which multiple sheets are laminated and then heat-cured, or placed in a mold A resin transfer molding method in which a liquid resin is poured into the reinforced fiber and heat-cured is used. Among these production methods, the method using a prepreg has an advantage that it is easy to obtain a high-performance fiber-reinforced composite material because the orientation of the reinforcing fibers can be strictly controlled and the design freedom of the laminated structure is high. As the matrix resin used for the prepreg, a thermosetting resin is mainly used from the viewpoint of heat resistance and productivity, and an epoxy resin is preferably used from the viewpoint of mechanical properties such as adhesion to reinforcing fibers. .

スポーツ用繊維強化複合材料が、近年、軽量化が要求される自転車用途すなわち、自転車用構造体や自転車用部品に使用されるようになってきた。自転車用部品なかでも、自転車用ホイールは、鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属で製作されているのが一般的であるが、競技用のホイールには更に軽量であることが要求され、炭素繊維を主とした繊維強化複合材料化が進んでおり、繊維強化複合材料製板の中央にアルミハニカムを挟んで接着したディスクホイールや、スポークに一定断面形状を持たせた繊維強化複合材料で一体成形したもの等が開発されるようになってきた。これらのホイールは、従来のアルミ製のものでは実現できなかった構造と軽量化が可能となり、これによって競技用途を中心に利用者が増加している。   In recent years, sports fiber-reinforced composite materials have been used for bicycle applications requiring weight reduction, that is, bicycle structures and bicycle parts. Among bicycle components, bicycle wheels are generally made of metal such as steel, aluminum, and aluminum alloys, but competition wheels are required to be lighter and carbon fiber. The fiber reinforced composite material is mainly used, and it is integrally formed with a disk wheel bonded with an aluminum honeycomb sandwiched in the center of the fiber reinforced composite plate and a fiber reinforced composite material with spokes having a constant cross-sectional shape. Things that have been developed have come to be developed. These wheels can be made lighter and have a structure that cannot be realized with conventional aluminum ones, and this increases the number of users mainly in competition applications.

しかしながら、繊維強化複合材料製ホイールには、金属製ホイールにはなかった問題がある。その一つは、制動時にブレーキシューとホイールのリム部との摩擦により発生する発熱である。一般的に、従来のスポーツ・一般産業用途で使用されている繊維強化複合材料は、かかる発熱に耐えうるほどガラス転移温度が高くない。よって、制動時に、繊維強化複合材料の温度が、ガラス転移温度以上になり、繊維強化複合材料の強度が低下し、変形する。   However, the fiber-reinforced composite wheel has a problem that was not found in the metal wheel. One of them is heat generated by friction between the brake shoe and the rim portion of the wheel during braking. In general, fiber reinforced composite materials used in conventional sports and general industrial applications do not have a high glass transition temperature to withstand such heat generation. Therefore, at the time of braking, the temperature of the fiber reinforced composite material becomes equal to or higher than the glass transition temperature, and the strength of the fiber reinforced composite material is lowered and deformed.

また、自転車用ホイールには、ライダーからの荷重や、路面からの衝撃荷重等がかかるため、優れた強度や、耐衝撃性が求められる。   Moreover, since the bicycle wheel is subjected to a load from the rider, an impact load from the road surface, etc., excellent strength and impact resistance are required.

上記の問題を解決する方法として、ブレーキ接触面にアルミニウム製部材を使用し、炭素繊維複合材料製部材と接合した自転車用ホイールの作製方法が提案されている(特許文献1、2)。かかる方法は、アルミニウム製部材と炭素繊維強化複合材料製部材の接合方法や、炭素繊維複合材料製部材の形状を工夫することにより、これら問題を解決しようとしたものである。しかしながら、この場合、繊維強化複合材料の耐熱性、強度、耐衝撃性の向上については、検討されておらず、かかる方法ではこれら特性の向上には限界があり、十分でない。   As a method for solving the above problem, a method for producing a bicycle wheel using an aluminum member on a brake contact surface and joined to a carbon fiber composite material member has been proposed (Patent Documents 1 and 2). Such a method is intended to solve these problems by devising the joining method of the aluminum member and the carbon fiber reinforced composite material member and the shape of the carbon fiber composite material member. However, in this case, improvement of heat resistance, strength, and impact resistance of the fiber reinforced composite material has not been studied, and such a method has limitations in improving these characteristics and is not sufficient.

繊維強化複合材料の耐熱性と圧縮強度を向上させる方法として、航空機用常用材料として使用されてきたテトラグリシジルアミン型エポキシ樹脂と、硬化剤としてジアミノジフェニルスルホンをマトリックス樹脂とする方法がある。ところが、この樹脂組成物をマトリックス樹脂とした場合、プリプレグを硬化せしめて繊維強化複合材料にするときの加熱に要する温度が約180℃と高く、さらに硬化時間も2時間以上かかるため、多量のエネルギーを加熱に要してしまい、スポーツ、一般産業用には好ましくない。   As a method for improving the heat resistance and compressive strength of the fiber-reinforced composite material, there is a method using a tetraglycidylamine type epoxy resin which has been used as an aircraft common material and a matrix resin of diaminodiphenylsulfone as a curing agent. However, when this resin composition is used as a matrix resin, the temperature required for heating when the prepreg is cured into a fiber reinforced composite material is as high as about 180 ° C., and further, the curing time takes 2 hours or more. Is not preferable for sports and general industries.

繊維強化複合材料の耐熱性と圧縮強度を向上させ、さらに低温での成形が可能な方法として、テトラグリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシアンジアミドと、ウレア化合物からなるエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂とする方法がある(特許文献3)。かかる方法では、100〜140℃で繊維強化複合材料を作製している。しかし、この樹脂組成物から得られる硬化物の伸度は低く、これをマトリックス樹脂とした場合、得られる繊維強化複合材料の耐衝撃性が低いため、自転車部品には好ましくない。また、かかる繊維強度複合材料を100〜140℃で成型した場合、エポキシ樹脂組成物の硬化が完結しない。このため、作製後に制動時の熱により、エポキシ樹脂組成物の硬化が進行し、得られた繊維強化複合材料が歪むため、好ましくない。   As a method for improving the heat resistance and compressive strength of the fiber reinforced composite material and enabling molding at low temperature, there is a method in which an epoxy resin composition comprising a tetraglycidylamine type epoxy resin, dicyandiamide, and a urea compound is used as a matrix resin. Yes (Patent Document 3). In this method, a fiber reinforced composite material is produced at 100 to 140 ° C. However, the elongation of the cured product obtained from this resin composition is low, and when this is used as a matrix resin, the resulting fiber-reinforced composite material has low impact resistance, which is not preferable for bicycle parts. Moreover, when this fiber strength composite material is shape | molded at 100-140 degreeC, hardening of an epoxy resin composition is not completed. For this reason, since the hardening of an epoxy resin composition advances with the heat | fever at the time of braking after preparation and the obtained fiber reinforced composite material is distorted, it is unpreferable.

また、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルスルホン、ウレア化合物等からなるエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂とする方法もある(特許文献4)。当該方法では90〜130℃で繊維強化複合材料を成型している。しかし、この場合も、硬化温度が十分でないため、エポキシ樹脂組成物の硬化が完結しない。
米国特許第5975645号公報 米国特許第6991298号公報 特開2000‐17090号公報 特開平02‐151623号公報
There is also a method in which an epoxy resin composition comprising a glycidylamine type epoxy resin, dicyandiamide, diaminodiphenylsulfone, a urea compound, or the like is used as a matrix resin (Patent Document 4). In this method, the fiber reinforced composite material is molded at 90 to 130 ° C. However, also in this case, since the curing temperature is not sufficient, curing of the epoxy resin composition is not completed.
US Pat. No. 5,975,645 US Pat. No. 6,991,298 JP 2000-17090 A Japanese Patent Laid-Open No. 02-151623

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、優れた耐熱性、弾性率、伸度に優れた繊維強化複合材料を提供することができるエポキシ樹脂組成物、およびかかるエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグ、さらにはかかるプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料の製造方法を提供せんとするものである。   In view of the background of such prior art, the present invention provides an epoxy resin composition capable of providing a fiber-reinforced composite material excellent in heat resistance, elastic modulus and elongation, and a prepreg using such an epoxy resin composition. Furthermore, the present invention provides a method for producing a fiber-reinforced composite material obtained by curing such a prepreg.

本発明によれば、自転車用部品に好適に使用することができる繊維強化複合材料、特に、自転車用ホイールに好適な繊維強化複合材料を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fiber reinforced composite material which can be used conveniently for bicycle components, especially the fiber reinforced composite material suitable for a bicycle wheel can be provided.

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用する。すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物は、下記[A]〜[F]を含み、150℃で1時間硬化させた時の反応率が90%以上、150℃で1時間硬化させた時の硬化物のガラス転移温度が140〜170℃であり、かつ、下記(I)で特定される3点曲げ撓み量が5mm以上であることを特徴とするものである。
[A]アミン型エポキシ樹脂 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し30〜55重量部
[B]ビスフェノール型エポキシ樹脂 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し45〜70重量部
[C]ジアミノジフェニルスルホン 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し2〜重量部
[D]ジシアンジアミドまたはその誘導体
[E]ウレア化合物
[F]熱可塑性樹脂
(I)未硬化の前記エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、150℃で1時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得て、この樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、曲げ撓み量のn=5での平均値を3点曲げ撓み量とする。
かかるエポキシ樹脂組成物の好ましい態様は、
(1)前記[C]成分および[D]成分の活性水素基の総量が、全エポキシ樹脂成分のエポキシ基1当量に対し、0.6〜1.0当量の範囲にあること、
(2)前記[E]成分を全エポキシ樹脂成分100重量部に対し、1〜3重量部含むこと、
(3)前記エポキシ樹脂組成物が、下記(II)で特定される3点曲げ弾性率が3.5GPa以上であること、である。
(II)未硬化の前記エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、150℃で1時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得て、この樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、曲げ弾性率のn=5での平均値を3点曲げ撓み量とする。
The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, the epoxy resin composition of the present invention contains the following [A] to [F], the reaction rate when cured at 150 ° C. for 1 hour is 90% or more, and cured when cured at 150 ° C. for 1 hour. The glass transition temperature of the product is 140 to 170 ° C., and the three-point bending deflection specified by the following (I) is 5 mm or more.
[A] Amine type epoxy resin 30 to 55 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components
[B] Bisphenol type epoxy resin 45 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components [C] Diaminodiphenylsulfone 2 to 9 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components [D] Dicyandiamide or a derivative thereof [E ] Urea compound [F] thermoplastic resin
(I) After defoaming the uncured epoxy resin composition in a vacuum, in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer, at 150 ° C. for 1 hour Cured to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. A test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out from the cured resin, and the length between spans was measured using an Instron universal testing machine (Instron). Is set to 32 mm, the crosshead speed is set to 2.5 mm / min, and three-point bending is performed according to JIS K7171 (1994), and the average value of the bending deflection amount at n = 5 is defined as the three-point bending deflection amount.
A preferred embodiment of such an epoxy resin composition is:
(1) The total amount of active hydrogen groups of the [C] component and the [D] component is in the range of 0.6 to 1.0 equivalent with respect to 1 equivalent of epoxy groups of all epoxy resin components,
(2) 1 to 3 parts by weight of the [E] component with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components,
(3) The epoxy resin composition has a three-point bending elastic modulus specified by the following (II) of 3.5 GPa or more.
(II) After defoaming the uncured epoxy resin composition in a vacuum, in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer, at 150 ° C. for 1 hour Cured to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. A test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out from the cured resin, and the length between spans was measured using an Instron universal testing machine (Instron). Is set to 32 mm, the crosshead speed is set to 2.5 mm / min, and three-point bending is performed according to JIS K7171 (1994), and an average value of bending elastic modulus at n = 5 is defined as a three-point bending deflection amount.

また、本発明のプリプレグは、かかるエポキシ樹脂組成物を繊維基材に含浸させてなることを特徴とするものである。   The prepreg of the present invention is characterized by impregnating a fiber base material with such an epoxy resin composition.

また、本発明の繊維強化複合材料は、前記プリプレグを硬化させてなることを特徴とするものである。   Moreover, the fiber reinforced composite material of the present invention is obtained by curing the prepreg.

本発明の繊維強化複合材料の好ましい態様は、
(1)上記[A]〜[F]を含み、150℃で1時間硬化させた時の反応率が90%以上であるエポキシ樹脂組成物を、繊維基材に含浸させてなるプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料であって、前記繊維強化複合材料が、自転車用部品を構成するものであること、
(2)前記自転車用部品が、自転車用ホイールであること、
(3)前記エポキシ樹脂組成物が、150℃で1時間硬化させた時の硬化物のガラス転移温度が140〜170℃であり、かつ、上記(I)で特定される3点曲げ撓み量が5mm以上であること、
(4)前記エポキシ樹脂組成物が、上記(II)で特定される3点曲げ弾性率が3.5GPa以上であること、である。
A preferred embodiment of the fiber-reinforced composite material of the present invention is:
(1) A prepreg formed by impregnating a fiber base material with an epoxy resin composition containing the above [A] to [F] and having a reaction rate of 90% or more when cured at 150 ° C. for 1 hour is cured. A fiber reinforced composite material, wherein the fiber reinforced composite material constitutes a bicycle part;
(2) The bicycle part is a bicycle wheel;
(3) The glass transition temperature of the cured product when the epoxy resin composition is cured at 150 ° C. for 1 hour is 140 to 170 ° C., and the three-point bending deflection specified in (I) above is 5 mm or more,
(4) The epoxy resin composition has a three-point bending elastic modulus specified by (II) above of 3.5 GPa or more.

また、本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、前記プリプレグを150〜170℃で、1時間以内の硬化条件で硬化させることを特徴とするものである。   The method for producing a fiber-reinforced composite material of the present invention is characterized in that the prepreg is cured at 150 to 170 ° C. under curing conditions within 1 hour.

本発明によれば、優れた耐熱性、弾性率、圧縮強度や耐衝撃性等を有する繊維強化複合材料を提供することができるので、自転車用部品、特に自転車用ホイールとして好適に使用される。   According to the present invention, it is possible to provide a fiber-reinforced composite material having excellent heat resistance, elastic modulus, compressive strength, impact resistance, and the like, so that it is suitably used as a bicycle component, particularly a bicycle wheel.

本発明は、前記課題、つまり優れた耐熱性、弾性率、伸度に優れた繊維強化複合材料を提供することができるエポキシ樹脂組成物について、鋭意検討し、特定な成分からなるエポキシ樹脂組成物であって、かつ、さらに特定な硬化条件で硬化させた時の反応率が特定な範囲になるよう配合を制御してみたところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。   The present invention has been intensively studied on the above-mentioned problems, that is, an epoxy resin composition that can provide a fiber-reinforced composite material having excellent heat resistance, elastic modulus, and elongation, and an epoxy resin composition comprising specific components. However, when the blending was controlled so that the reaction rate when cured under specific curing conditions was within a specific range, it was found that such problems could be solved all at once.

すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物は、下記[A]〜[F]を所定量含むエポキシ樹脂組成物である。また、本発明の効果を失わない範囲において、[A]〜[F]以外のエポキシ樹脂、その他の成分を含んでも構わない。
[A]アミン型エポキシ樹脂 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し30〜55重量部
[B]ビスフェノール型エポキシ樹脂 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し45〜70重量部
[C]ジアミノジフェニルスルホン 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し2〜重量部
[D]ジシアンジアミドまたはその誘導体
[E]ウレア化合物
[F]熱可塑性樹脂
本発明のエポキシ樹脂組成物において、[A]成分は、アミン型エポキシ樹脂を、本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂(以下、全エポキシ樹脂成分という)100重量部のうち30〜55重量部含むことが必要であり、好ましくは40〜50重量部である。アミン型エポキシ樹脂とは、少なくとも2つのグリシジル基が結合したアミノ基を分子内に少なくとも1つ以上有するエポキシ樹脂をいい、かかる構造を有することにより硬化物とした場合に架橋密度の高い架橋構造となるので、高耐熱かつ高弾性率な特性が得られる。かかる[A]成分の配合量が、30重量部に満たない場合は、硬化物の架橋密度が低いため、耐熱性や弾性率が不足する。また、該配合量が55重量部を超える場合は、硬化物の架橋密度が高くなりすぎ、硬化物の耐熱性や弾性率は十分であるが、伸度が不足する。
かかるアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、テトラグリシジルキシリレンジアミンや、これらのハロゲン、アルキル置換体、水添品などを使用することができる。
That is, the epoxy resin composition of the present invention is an epoxy resin composition containing a predetermined amount of the following [A] to [F]. Moreover, in the range which does not lose the effect of this invention, you may contain epoxy resins other than [A]-[F], and another component.
[A] Amine type epoxy resin 30 to 55 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components
[B] Bisphenol type epoxy resin 45 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components [C] Diaminodiphenylsulfone 2 to 9 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components [D] Dicyandiamide or a derivative thereof [E ] Urea compound [F] Thermoplastic resin In the epoxy resin composition of the present invention, the component [A] is an amine type epoxy resin and an epoxy resin contained in the epoxy resin composition of the present invention (hereinafter referred to as all epoxy resin components). ) It is necessary to include 30 to 55 parts by weight of 100 parts by weight, and preferably 40 to 50 parts by weight. An amine-type epoxy resin refers to an epoxy resin having at least one amino group bonded to at least two glycidyl groups in the molecule, and having such a structure has a crosslinked structure having a high crosslinking density when a cured product is formed. Therefore, characteristics with high heat resistance and high elastic modulus can be obtained. When the blending amount of the component [A] is less than 30 parts by weight, the crosslink density of the cured product is low, resulting in insufficient heat resistance and elastic modulus. Moreover, when this compounding quantity exceeds 55 weight part, the crosslinking density of hardened | cured material becomes high too much, and although heat resistance and elastic modulus of hardened | cured material are enough, elongation is insufficient.
As such an amine type epoxy resin, for example, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, triglycidylaminocresol, tetraglycidylxylylenediamine, halogens thereof, alkyl-substituted products, hydrogenated products, and the like can be used. .

前記テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンとしては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(住友化学工業(株)製)、YH434L(東都化成(株)製)、“jER(登録商標)”604(ジャパンエポキシレジン(株)製)、“アラルダイド(登録商標)”MY720、MY721(ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ社製)等を使用することができる。トリグリシジルアミノフェノール又はトリグリシジルアミノクレゾールとしては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM100、ELM120(住友化学工業(株)製)、“アラルダイド(登録商標)”MY0500、MY0510、MY0600(ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ社製)、“jER(登録商標)”630(ジャパンエポキシレジン(株)製)等を使用することができる。テトラグリシジルキシリレンジアミンおよびその水素添加品として、“TETRAD(登録商標)”−X、“TETRAD(登録商標)”−C(三菱ガス化学(株)製)等を使用することができる。   Examples of the tetraglycidyldiaminodiphenylmethane include “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), YH434L (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), and “jER (registered trademark)” 604 (Japan Epoxy Resin Co., Ltd.). ), “Araldide (registered trademark)” MY720, MY721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), etc. can be used. As triglycidylaminophenol or triglycidylaminocresol, “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM100, ELM120 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Araldide (registered trademark)” MY0500, MY0510, MY0600 (Huntsman Advanced Materials) And “jER (registered trademark)” 630 (Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and the like can be used. As tetraglycidylxylylenediamine and hydrogenated products thereof, “TETRAD (registered trademark)”-X, “TETRAD (registered trademark)”-C (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.) and the like can be used.

本発明のエポキシ樹脂組成物において、[B]成分は、ビスフェノール型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂成分100重量部のうち45〜70重量部含む必要があり、好ましくは50〜60重量部である。かかる[B]成分の配合量が、45重量部に満たない場合は、硬化物の耐熱性は十分であるが、伸度が不足する。また、該配合量が70重量部を超える場合は、伸度は十分であるが、耐熱性が不足する。ここで、ビスフェノール型エポキシ樹脂とは、ビスフェノール化合物の2つのフェノール性水酸基がグリシジル化されたものである。   In the epoxy resin composition of the present invention, the [B] component needs to contain 45 to 70 parts by weight, preferably 50 to 60 parts by weight, of 100 parts by weight of the total epoxy resin component of the bisphenol type epoxy resin. When the blending amount of the component [B] is less than 45 parts by weight, the cured product has sufficient heat resistance, but the elongation is insufficient. Moreover, when this compounding quantity exceeds 70 weight part, although elongation is enough, heat resistance is insufficient. Here, the bisphenol type epoxy resin is obtained by glycidylation of two phenolic hydroxyl groups of a bisphenol compound.

かかる[B]成分としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂であれば特に限定されるものではなく、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールAD型、ビスフェノールS型、もしくはこれらビスフェノールのハロゲン、アルキル置換体、水添品等が用いられる。また、単量体に限らず、複数の繰り返し単位を有する高分子量体も好適に使用することができる。   The [B] component is not particularly limited as long as it is a bisphenol-type epoxy resin, and is bisphenol A-type, bisphenol F-type, bisphenol AD-type, bisphenol S-type, or halogens, alkyl-substituted products of these bisphenols, water Accessories are used. Moreover, not only a monomer but the high molecular weight body which has several repeating units can also be used conveniently.

かかるビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、jER825、jER828、jER834、jER1001、jER1002、jER1003、jER1003F、jER1004、jER1004AF、jER1005F、jER1006FS、jER1007、jER1009、jER1010(以上ジャパンエポキシレジン(株)製、“jER”は同社の登録商標(以下同じ))などが挙げられる。臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、jER505、jER5050、jER5051、jER5054、jER5057(以上ジャパンエポキシレジン(株)製)などが挙げられる。水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、ST5080、ST4000D、ST4100D、ST5100(以上東都化成(株)製)などが挙げられる。   As commercial products of such bisphenol A type epoxy resins, jER825, jER828, jER834, jER1001, jER1002, jER1003, jER1003F, jER1004, jER1004AF, jER1005F, jER1006FS, jER1007, jER1009, jER1010 (above, Japan Epoxy Resins Co., Ltd.) "jER" includes the company's registered trademark (hereinafter the same). Examples of the brominated bisphenol A type epoxy resin include jER505, jER5050, jER5051, jER5054, jER5057 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and the like. Examples of commercially available hydrogenated bisphenol A type epoxy resins include ST5080, ST4000D, ST4100D, and ST5100 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.).

前記ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、jER806、jER807、jER4002P、jER4004P、jER4007P、jER4009P、jER4010P(以上ジャパンエポキシレジン(株)製)、エポトートYDF2001、エポトートYDF2004(以上東都化成(株)製、“エポトート”は同社の登録商標)などが挙げられる。テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、YSLV−80XY(新日鐵化学(株)製)などが挙げられる。   Commercially available products of the bisphenol F type epoxy resin include jER806, jER807, jER4002P, jER4004P, jER4007P, jER4009P, jER4010P (above made by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), Epototo YDF2001, Epototo YDF2004 (above made by Toto Kasei Co., Ltd.) "Epototo" is a registered trademark of the company). Examples of the tetramethylbisphenol F type epoxy resin include YSLV-80XY (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.).

前記ビスフェノールS型エポキシ樹脂としては、“エピクロン(登録商標)”EXA−154(大日本印刷化学工業(株)製)などが挙げられる。   Examples of the bisphenol S-type epoxy resin include “Epiclon (registered trademark)” EXA-154 (manufactured by Dainippon Printing Chemical Co., Ltd.).

中でも、弾性率、靭性と耐熱性のバランスが良いことから、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂が好ましい。
かかる[B]成分のビスフェノール型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が300〜2000であることが好ましく、より好ましくは500〜1000である。かかる[B]成分の平均エポキシ当量が300に満たない場合は、架橋密度が高くなりすぎるため、硬化物の耐熱性は十分であるが、伸度が低下する。また、逆にかかる平均エポキシ当量が2000を超える場合は、架橋密度が低くなりすぎるため、硬化物の伸度は十分であるが、耐熱性が不足する。かかる平均エポキシ当量は、例えば、JIS K7236(1995)にあるような公知の滴定試験により求めることができるが、エポキシ当量が既知である複数のエポキシ樹脂を併用する場合、以下とおり概算可能である。例えば、3種類のエポキシ樹脂を併用する場合を例に計算方法を説明する。エポキシ当量がEx(g/eq)のエポキシ樹脂XをWx重量部、エポキシ当量がEy(g/eq)のエポキシ樹脂YをWy重量部、エポキシ当量がEz(g/eq)のエポキシ樹脂ZをWz重量部配合する場合、その平均エポキシ当量は以下の計算式で求められる。
Of these, bisphenol A type epoxy resins and bisphenol F type epoxy resins are preferred because of a good balance between elastic modulus, toughness and heat resistance.
The average epoxy equivalent of the [B] component bisphenol-type epoxy resin is preferably 300 to 2,000, more preferably 500 to 1,000. When the average epoxy equivalent of the [B] component is less than 300, the crosslink density becomes too high, so that the heat resistance of the cured product is sufficient, but the elongation decreases. On the other hand, when the average epoxy equivalent exceeds 2000, the crosslinking density becomes too low, and the elongation of the cured product is sufficient, but the heat resistance is insufficient. Such an average epoxy equivalent can be determined by, for example, a known titration test as described in JIS K7236 (1995). However, when a plurality of epoxy resins having known epoxy equivalents are used in combination, the average epoxy equivalent can be estimated as follows. For example, the calculation method will be described by taking as an example the case of using three types of epoxy resins together. An epoxy resin X with an epoxy equivalent of Ex (g / eq) is Wx parts by weight, an epoxy resin Y with an epoxy equivalent of Ey (g / eq) is Wy parts by weight, and an epoxy resin Z with an epoxy equivalent of Ez (g / eq). When blending Wz parts by weight, the average epoxy equivalent is determined by the following formula.

平均エポキシ当量=(Wx+Wy+Wz)/(Wx/Ex+Wy/Ey+Wz/Ez)
かかる[B]成分のビスフェノール型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が300〜2000の範囲にあるように制御することは、かかる範囲にあるエポキシ樹脂化合物を用いてもよいし、エポキシ当量の異なる複数のエポキシ樹脂化合物を適宜混合することによっても達成することができる。
Average epoxy equivalent = (Wx + Wy + Wz) / (Wx / Ex + Wy / Ey + Wz / Ez)
Controlling such that the average epoxy equivalent of the bisphenol type epoxy resin of the [B] component is in the range of 300 to 2000 may use an epoxy resin compound in such a range, or a plurality of epoxy having different epoxy equivalents. It can also be achieved by appropriately mixing resin compounds.

、本発明のエポキシ樹脂組成物の[C]成分のジアミノジフェニルスルホン(以降DDSと略記することもある)は、エポキシ樹脂硬化剤として配合される。かかる[C]成分は、全エポキシ樹脂成分100重量部に対して2〜重量部であることが必要であり、4〜8重量部であることが好ましい。かかる[C]成分を、この範囲内でエポキシ樹脂組成物に配合することにより、樹脂硬化物の伸度を低下させることなく、弾性率を向上させることができる。また、補強繊維とマトリクス樹脂とがより強固に接着するようになる。配合量が2重量部に満たない場合は、硬化物の配合効果が認められないため好ましくない。また、該配合量が重量部を超える場合は、弾性率は十分であるが、伸度が低下するため好ましくない。 In the following, (sometimes abbreviated as later DDS) [C] component diaminodiphenylsulfone of the epoxy resin composition of the present invention are formulated as an epoxy resin curing agent. Such component [C] is required to be from 2 to 9 parts by weight per 100 parts by weight of total epoxy resin component is preferably 4 to 8 parts by weight. By blending the [C] component in the epoxy resin composition within this range, the elastic modulus can be improved without decreasing the elongation of the cured resin. Further, the reinforcing fiber and the matrix resin are more firmly bonded. When the blending amount is less than 2 parts by weight, the blended effect of the cured product is not recognized, which is not preferable. On the other hand, when the blending amount exceeds 9 parts by weight, the elastic modulus is sufficient, but the elongation is lowered, which is not preferable.

DDSとは、芳香族アミン系硬化剤に属する化合物であり、本発明では微粒子状のものを使用する。DDSには芳香環上のアミノ基の置換位置により、構造異性体が存在し、本発明においては、いずれの異性体も使用することができるが、異性体の種類の選択ことにより、マトリクス樹脂、および得られる複合材料の特性を制御することができる。例えば、3,3’−DDSを用いると、4,4’−DDSを用いた場合に比べて、弾性率が向上する。   DDS is a compound belonging to an aromatic amine curing agent, and in the present invention, fine particles are used. In DDS, there are structural isomers depending on the substitution position of the amino group on the aromatic ring. In the present invention, any isomer can be used, but by selecting the type of isomer, matrix resin, And the properties of the resulting composite material can be controlled. For example, when 3,3′-DDS is used, the elastic modulus is improved as compared with the case where 4,4′-DDS is used.

また、本発明のエポキシ樹脂組成物の[D]成分のジシアンジアミドまたはその誘導体も、エポキシ樹脂硬化剤である。かかる[D]成分は、低温での硬化性、弾性率、伸度のバランスに優れ、また、樹脂組成物の保存安定性に優れる。かかるジシアンジアミドの誘導体は、ジシアンジアミドに各種化合物を結合させたものであり、エポキシ樹脂との反応物、ビニル化合物やアクリル化合物との反応物などが挙げられる。かかる[D]成分の配合量は、耐熱性や力学特性の観点から、全エポキシ樹脂成分100重量部に対して1〜10重量部であることが好ましい。かかる[D]成分の配合量が、1重量部に満たない場合、硬化物の架橋密度が十分でないため、弾性率が不足する。該配合量が10重量部を超える場合、硬化物の架橋密度が高くなりすぎるため、塑性変形能力が小さくなり、伸度に劣る。   Moreover, the dicyandiamide or its derivative of [D] component of the epoxy resin composition of this invention is also an epoxy resin hardening | curing agent. Such a [D] component is excellent in the balance of curability at low temperature, elastic modulus and elongation, and is excellent in the storage stability of the resin composition. Such a dicyandiamide derivative is obtained by bonding various compounds to dicyandiamide, and includes a reaction product with an epoxy resin, a reaction product with a vinyl compound or an acrylic compound. It is preferable that the compounding quantity of this [D] component is 1-10 weight part with respect to 100 weight part of all the epoxy resin components from a viewpoint of heat resistance or a mechanical characteristic. When the blending amount of the [D] component is less than 1 part by weight, the crosslink density of the cured product is not sufficient, and the elastic modulus is insufficient. When the blending amount exceeds 10 parts by weight, the cross-linking density of the cured product becomes too high, so that the plastic deformation ability becomes small and the elongation is inferior.

かかるジシアンジアミドの市販品としては、DICY−7、DICY−15(以上ジャパンエポキシレジン(株)製)などが挙げられる。   Examples of such commercially available dicyandiamide include DICY-7 and DICY-15 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.).

さらに、本発明のエポキシ樹脂組成物の〔C〕および〔D〕成分の総量は、全エポキシ樹脂成分のエポキシ基1当量に対し、活性水素基が0.6〜1.0当量の範囲となる量を含むことが好ましく、より好ましくは0.7〜0.9当量の範囲となる量を含むことである。ここで、活性水素基とは、〔C〕および〔D〕成分のエポキシ基と反応しうる官能基を意味し、活性水素基が0.6当量に満たない場合は、硬化物の反応率、耐熱性、弾性率が不足し、また、繊維強化複合材料のガラス転移温度や強度が不足する場合がある。また、活性水素基が1.0当量を超える場合は、硬化物の反応率、ガラス転移温度、弾性率は十分であるが、塑性変形能力が不足するため、繊維強化複合材料の耐衝撃性が不足する場合がある。
かかるエポキシ樹脂硬化剤として、本発明の効果を失わない範囲であればジアミノジフェニルスルホンやジシアンジアミドまたはその誘導体と、これら以外のその他のエポキシ樹脂の硬化剤と組み合わせて用いても良い。その他のエポキシ樹脂硬化剤としては、芳香族アミンや、脂環式アミンなどのアミン類、酸無水物類、ポリアミノアミド類、有機酸ヒドラジド類、イソシアネート類などが挙げられる。
Furthermore, the total amount of the [C] and [D] components of the epoxy resin composition of the present invention is in the range of 0.6 to 1.0 equivalent of active hydrogen groups with respect to 1 equivalent of epoxy groups of all epoxy resin components. It is preferable to include an amount, and more preferably to include an amount in the range of 0.7 to 0.9 equivalent. Here, the active hydrogen group means a functional group capable of reacting with the epoxy group of the [C] and [D] components, and when the active hydrogen group is less than 0.6 equivalent, the reaction rate of the cured product, In some cases, the heat resistance and the elastic modulus are insufficient, and the glass transition temperature and strength of the fiber reinforced composite material may be insufficient. When the active hydrogen group exceeds 1.0 equivalent, the reaction rate, glass transition temperature, and elastic modulus of the cured product are sufficient, but the plastic deformation ability is insufficient, so that the impact resistance of the fiber reinforced composite material is low. There may be a shortage.
Such an epoxy resin curing agent may be used in combination with diaminodiphenylsulfone, dicyandiamide or a derivative thereof, and other epoxy resin curing agents other than these as long as the effects of the present invention are not lost. Other epoxy resin curing agents include aromatic amines, amines such as alicyclic amines, acid anhydrides, polyaminoamides, organic acid hydrazides, isocyanates, and the like.

また、本発明のエポキシ樹脂組成物の[E]成分のウレア化合物は、エポキシ樹脂の硬化触媒として配合する必要がある。かかる[E]成分は、全エポキシ樹脂成分100重量部に対して1〜3重量部含むことが好ましく、より好ましくは、1.5〜3重量部含むことである。     Moreover, the urea compound of the [E] component of the epoxy resin composition of this invention needs to be mix | blended as a curing catalyst of an epoxy resin. Such an [E] component is preferably included in an amount of 1 to 3 parts by weight, more preferably 1.5 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total epoxy resin component.

かかるウレア化合物の配合量が1重量部に満たない場合は、反応が十分に進行せず、硬化物の弾性率と耐熱性が不足する。また、かかるウレア化合物の配合量が3重量部を超える場合は、エポキシ樹脂の自己重合反応が、エポキシ樹脂と硬化剤であるジアミノジフェニルスルホンやジシアンジアミドまたはその誘導体との反応を阻害するため、硬化物の靭性が不足する上、弾性率も低下する。   When the compounding quantity of this urea compound is less than 1 weight part, reaction does not fully advance and the elasticity modulus and heat resistance of hardened | cured material are insufficient. In addition, when the blending amount of the urea compound exceeds 3 parts by weight, the self-polymerization reaction of the epoxy resin inhibits the reaction between the epoxy resin and the curing agent diaminodiphenylsulfone, dicyandiamide or a derivative thereof. The toughness is insufficient and the elastic modulus is also lowered.

かかるウレア化合物としては、例えば、N,N‐ジメチル‐N’‐(3,4‐ジクロロフェニル)ウレア、トルエンビス(ジメチルウレア)、4,4’‐メチレンビス(フェニルジメチルウレア)、3‐フェニル‐1,1‐ジメチルウレアなどを使用することができる。   Examples of such urea compounds include N, N-dimethyl-N ′-(3,4-dichlorophenyl) urea, toluenebis (dimethylurea), 4,4′-methylenebis (phenyldimethylurea), and 3-phenyl-1 , 1-dimethylurea can be used.

かかるウレア化合物の市販品としては、DCMU99(保土ヶ谷化学(株)製)、Omicure24、Omicure52、Omicure94(以上CVCSpecialtyChemicals,Inc.製)などが挙げられる。   Commercially available products of such urea compounds include DCMU99 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.), Omicure 24, Omicure 52, Omicure 94 (above CVCCS Specialty Chemicals, Inc.).

かかるエポキシ樹脂硬化触媒として、本発明の効果を失わない範囲であれば、ウレア化合物と、これら以外のその他のエポキシ樹脂硬化触媒と組み合わせて用いても良い。その他のエポキシ樹脂硬化触媒としては、第三級アミン類とその塩類、イミダゾールとその塩類、ルイス酸類やブレンステッド酸類とその塩類などが挙げられる。   As such an epoxy resin curing catalyst, a urea compound and other epoxy resin curing catalyst other than these may be used in combination as long as the effects of the present invention are not lost. Other epoxy resin curing catalysts include tertiary amines and salts thereof, imidazole and salts thereof, Lewis acids and Bronsted acids and salts thereof, and the like.

さらに本発明によるエポキシ樹脂組成物には、樹脂が未硬化の状態におけるレオロジー特性の制御、マトリックス樹脂の剛性や靭性の向上、プリプレグのタック制御、補強繊維とマトリクス樹脂との接着性向上などの改良効果をもたせるために、前記[F]成分として、熱可塑性樹脂を含むことが必要であり、全エポキシ樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部含むことが好ましく、より好ましくは0.3〜7重量部、特に好ましくは1〜5重量部含むことである。かかる熱可塑性樹脂の配合量が0.1重量部に満たない場合は、上記効果が十分に得られず、10重量部を超える場合は、エポキシ樹脂の粘度が高くなりすぎるため、プロセス性が著しく悪化する。   Furthermore, the epoxy resin composition according to the present invention includes improvements such as control of rheological properties when the resin is in an uncured state, improvement in rigidity and toughness of the matrix resin, tack control of the prepreg, and improvement in adhesion between the reinforcing fiber and the matrix resin. In order to bring about an effect, it is necessary to contain a thermoplastic resin as the [F] component, and it is preferably contained in an amount of 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0. 3 to 7 parts by weight, particularly preferably 1 to 5 parts by weight. When the amount of the thermoplastic resin is less than 0.1 parts by weight, the above effect cannot be obtained sufficiently, and when it exceeds 10 parts by weight, the viscosity of the epoxy resin becomes too high, so that the processability is remarkably high. Getting worse.

かかる熱可塑性樹脂としては、エポキシ樹脂に可溶性の熱可塑性樹脂や、ゴム粒子及び熱可塑性樹脂粒子等の有機粒子等を配合することができる。かかるエポキシ樹脂に可溶性の熱可塑性樹脂としては、樹脂と強化繊維との接着性改善効果が期待できる水素結合性の官能基を有する熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。
かかるエポキシ樹脂可溶で、水素結合性官能基を有する熱可塑性樹脂として、アルコール性水酸基を有する熱可塑性樹脂、アミド結合を有する熱可塑性樹脂やスルホニル基を有する熱可塑性樹脂を使用することができる。
かかるアルコール性水酸基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリビニルホルマールやポリビニルブチラールなどのポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール、フェノキシ樹脂を挙げることができ、また、アミド結合を有する熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルピロリドンを挙げることができ、さらに、スルホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリスルホンを挙げることができる。ポリアミド、ポリイミドおよびポリスルホンは主鎖にエーテル結合、カルボニル基などの官能基を有してもよい。ポリアミドは、アミド基の窒素原子に置換基を有してもよい。
As such a thermoplastic resin, a thermoplastic resin soluble in an epoxy resin, organic particles such as rubber particles and thermoplastic resin particles, and the like can be blended. As the thermoplastic resin soluble in such an epoxy resin, a thermoplastic resin having a hydrogen bonding functional group that can be expected to improve the adhesion between the resin and the reinforcing fiber is preferably used.
As such a thermoplastic resin that is soluble in an epoxy resin and has a hydrogen bonding functional group, a thermoplastic resin having an alcoholic hydroxyl group, a thermoplastic resin having an amide bond, or a thermoplastic resin having a sulfonyl group can be used.
Examples of the thermoplastic resin having an alcoholic hydroxyl group include polyvinyl acetal resins such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, and phenoxy resins. Examples of the thermoplastic resin having an amide bond include polyamide, polyimide, Polyvinyl pyrrolidone can be mentioned, and as a thermoplastic resin having a sulfonyl group, polysulfone can be mentioned. Polyamide, polyimide and polysulfone may have a functional group such as an ether bond and a carbonyl group in the main chain. The polyamide may have a substituent on the nitrogen atom of the amide group.

かかるエポキシ樹脂可溶で、水素結合性官能基を有する熱可塑性樹脂の市販品を例示すると、ポリビニルアセタール樹脂として、デンカブチラールおよび“デンカホルマール(登録商標)”(電気化学工業株式会社製)、“ビニレック(登録商標)”(チッソ(株)製)、フェノキシ樹脂として、“UCAR(登録商標)”PKHP(ユニオンカーバイド社製)、ポリアミド樹脂として“マクロメルト(登録商標)”(ヘンケル白水株式会社製)、“アミラン(登録商標)”CM4000(東レ株式会社製)、ポリイミドとして“ウルテム(登録商標)”(ジェネラル・エレクトリック社製)、“Matrimid(登録商標)”5218(チバ社製)、ポリスルホンとして“Victrex(登録商標)”(三井化学株式会社製)、“UDEL(登録商標)”(ユニオンカーバイド社製)、ポリビニルピロリドンとして、“ルビスコール(登録商標)”(ビーエーエスエフジャパン(株)製)を挙げることができる。   Examples of commercially available thermoplastic resins soluble in epoxy resins and having hydrogen bonding functional groups include Denkabutyral and “Denka Formal (registered trademark)” (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), “ “Vinylec (registered trademark)” (manufactured by Chisso Corporation), “UCAR (registered trademark)” PKHP (manufactured by Union Carbide) as a phenoxy resin, “Macromelt (registered trademark)” (manufactured by Henkel Hakusui Co., Ltd.) as a polyamide resin ), “Amilan (registered trademark)” CM4000 (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Ultem (registered trademark)” (manufactured by General Electric) as polyimide, “Matrimid (registered trademark)” 5218 (manufactured by Ciba), and polysulfone “Victrex (registered trademark)” (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), “UD L (registered trademark) "(manufactured by Union Carbide Corporation), as polyvinylpyrrolidone," Luviskol (registered trademark) "can be exemplified (BASF Japan Ltd.).

また、アクリル系樹脂はエポキシ樹脂との相溶性が高く、粘弾性制御のために好適に用いられる。アクリル樹脂の市販品を例示すると、“ダイヤナール(登録商標)”BRシリーズ(三菱レイヨン(株)製)、“マツモトマイクロスフェアー(登録商標)”M,M100,M500(松本油脂製薬(株)製)などを挙げることができる。   In addition, the acrylic resin has high compatibility with the epoxy resin, and is preferably used for controlling the viscoelasticity. Examples of commercially available acrylic resins include “Dianal (registered trademark)” BR series (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), “Matsumoto Microsphere (registered trademark)” M, M100, M500 (Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.) Manufactured).

本発明によるエポキシ樹脂組成物には、ゴム粒子を配合することができる。かかるゴム粒子としては、架橋ゴム粒子、及び架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合したコアシェルゴム粒子が、取り扱い性等の観点から好ましく用いられる。   The epoxy resin composition according to the present invention can contain rubber particles. As such rubber particles, cross-linked rubber particles, and core-shell rubber particles obtained by graft polymerization of a different polymer on the surface of the cross-linked rubber particles are preferably used from the viewpoint of handleability and the like.

前記架橋ゴム粒子の市販品としては、カルボキシル変性のブタジエン−アクリロニトリル共重合体の架橋物からなるFX501P(日本合成ゴム工業社製)、アクリルゴム微粒子からなるCX−MNシリーズ(日本触媒(株)製)、YR−500シリーズ(東都化成(株)製)等を使用することができる。   Commercially available products of the crosslinked rubber particles include FX501P (made by Nippon Synthetic Rubber Industry) made of a crosslinked product of carboxyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer, CX-MN series made by acrylic rubber fine particles (made by Nippon Shokubai Co., Ltd.). ), YR-500 series (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.) and the like can be used.

コアシェルゴム粒子の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド(登録商標)”EXL−2655(呉羽化学工業(株)製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド(登録商標)”AC−3355、TR−2122(武田薬品工業(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“PARALOID(登録商標)”EXL−2611、EXL−3387(Rohm&Haas社製)、“カネエース(登録商標)”MXシリーズ(カネカ(株)製)等を使用することができる。   Commercially available core-shell rubber particles include, for example, “Paraloid (registered trademark)” EXL-2655 (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.), acrylic ester / methacrylic ester, composed of a butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer. "STAPHYLOID (registered trademark)" AC-3355 made of a copolymer, TR-2122 (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.), "PARALOID (registered trademark)" EXL made of a butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer -2611, EXL-3387 (manufactured by Rohm & Haas), “Kane Ace (registered trademark)” MX series (manufactured by Kaneka Corporation), and the like can be used.

熱可塑性樹脂粒子としては、ポリアミド粒子やポリイミド粒子が好ましく用いられ、ポリアミド粒子の市販品として、SP−500(東レ(株)製)、“オルガソール(登録商標)”(アルケマ社製)等を使用することができる。   As the thermoplastic resin particles, polyamide particles and polyimide particles are preferably used, and as commercially available products of polyamide particles, SP-500 (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Orgasol (registered trademark)” (manufactured by Arkema), etc. Can be used.

また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、未硬化時の粘弾性を調整して作業性を向上させたり、樹脂硬化物の弾性率や耐熱性を向上させる目的で、[A]成分または[B]成分以外のエポキシ樹脂を、本発明の効果が失われない範囲において添加することができる。これらは1種類だけでなく、複数種組み合わせて添加しても良い。具体的には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂などが挙げられる。   In addition, the epoxy resin composition of the present invention includes the [A] component or the [A] component for the purpose of improving workability by adjusting viscoelasticity when uncured or improving the elastic modulus and heat resistance of the cured resin. B] An epoxy resin other than the component can be added as long as the effects of the present invention are not lost. These may be added in combination of not only one type but also a plurality of types. Specific examples include phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac epoxy resins, resorcinol type epoxy resins, phenol aralkyl type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, epoxy resins having a biphenyl skeleton, and urethane-modified epoxy resins.

かかるフェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては“エピコート(登録商標)”152、“エピコート(登録商標)”154(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、“エピクロン(登録商標)”N−740、“エピクロン(登録商標)”N−770、“エピクロン(登録商標)”N−775(以上、大日本インキ化学工業(株)製)などが挙げられる。   Commercially available products of such phenol novolac type epoxy resins include “Epicoat (registered trademark)” 152, “Epicoat (registered trademark)” 154 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), and “Epicron (registered trademark)” N-740. "Epiclon (registered trademark)" N-770, "Epiclon (registered trademark)" N-775 (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), and the like.

クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”N−660、“エピクロン(登録商標)”N−665、“エピクロン(登録商標)”N−670、“エピクロン(登録商標)”N−673、“エピクロン(登録商標)”N−695(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、EOCN−1020、EOCN−102S、EOCN−104S(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available cresol novolac epoxy resins include “Epicron (registered trademark)” N-660, “Epicron (registered trademark)” N-665, “Epicron (registered trademark)” N-670, and “Epicron (registered trademark)”. “N-673”, “Epicron (registered trademark)” N-695 (above, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), EOCN-1020, EOCN-102S, EOCN-104S (above, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) ) And the like.

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

ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の市販品としては“エピクロン(登録商標)”HP7200、“エピクロン(登録商標)”HP7200L、“エピクロン(登録商標)”HP7200H(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、Tactix558(ハンツマン・アドバンスト・マテリアル社製)、XD−1000−1L、XD−1000−2L(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。   Commercially available dicyclopentadiene type epoxy resins include “Epicron (registered trademark)” HP7200, “Epicron (registered trademark)” HP7200L, “Epicron (registered trademark)” HP7200H (above, Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) , Tactix 558 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), XD-1000-1L, XD-1000-2L (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and the like.

ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、“エピコート(登録商標)”YX4000H、“エピコート(登録商標)”YX4000、“エピコート(登録商標)”YL6616(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、NC−3000(日本化薬(株)製)などが挙げられる。   As commercially available products of epoxy resins having a biphenyl skeleton, “Epicoat (registered trademark)” YX4000H, “Epicoat (registered trademark)” YX4000, “Epicoat (registered trademark)” YL6616 (above, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.), NC-3000 (made by Nippon Kayaku Co., Ltd.) etc. are mentioned.

ウレタンおよびイソシアネート変性エポキシ樹脂の市販品としては、オキサゾリドン環を有するAER4152(旭化成エポキシ(株)製)やACR1348(旭電化(株)製)などが挙げられる。   Examples of commercially available urethane and isocyanate-modified epoxy resins include AER4152 (produced by Asahi Kasei Epoxy Co., Ltd.) and ACR1348 (produced by Asahi Denka Co., Ltd.) having an oxazolidone ring.

本発明のエポキシ樹脂組成物の調製には、ニーダー、プラネタリーミキサー、3本ロールおよび2軸押出機などが好ましく用いられる。エポキシ樹脂[A]成分と[B]成分と熱可塑性樹脂[F]成分を投入し、撹拌しながらエポキシ樹脂の温度を100〜180℃の任意の温度まで上昇させ、[A]成分、[B]成分および[F]成分を溶解する。これらを溶解させた透明な粘調液を得た後、撹拌しながら好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下の温度まで下げて、[C]成分のジアミノジフェニルスルホンと[D]成分のジシアンジアミドまたはその誘導体と[E]成分のウレア化合物を添加し混練する方法は、樹脂組成物の保存安定性に優れるため好ましく用いられる。   For preparing the epoxy resin composition of the present invention, a kneader, a planetary mixer, a three-roll extruder, a twin-screw extruder, or the like is preferably used. The epoxy resin [A] component, the [B] component, and the thermoplastic resin [F] component are added, and the temperature of the epoxy resin is raised to an arbitrary temperature of 100 to 180 ° C. while stirring, and the [A] component, [B] ] Component and [F] component are dissolved. After obtaining a transparent viscous liquid in which these are dissolved, the temperature is preferably lowered to a temperature of 100 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower with stirring, and the diaminodiphenyl sulfone of the [C] component and the [D] component are reduced. A method of adding and kneading dicyandiamide or a derivative thereof and a urea compound as the component [E] is preferably used because of excellent storage stability of the resin composition.

硬化物の作製は次のようにして行う。エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で150℃の温度で1時間硬化させることでボイドのない板状硬化物が得られる。硬化温度が150℃未満の場合は、硬化物の反応率が90%に満たないため、好ましくない。また、硬化温度が150℃を超える場合は、硬化物の作製に多量のエネルギーを要してしまうため、好ましくない。   The cured product is produced as follows. After the defoaming of the epoxy resin composition in a vacuum, the void was removed by curing for 1 hour at a temperature of 150 ° C. in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. No plate-like cured product is obtained. When the curing temperature is less than 150 ° C., the reaction rate of the cured product is less than 90%, which is not preferable. In addition, when the curing temperature exceeds 150 ° C., a large amount of energy is required to produce a cured product, which is not preferable.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、150℃で1時間硬化させた時の反応率(以降、単に反応率と略記する)が90%以上であることが重要であり、好ましくは95%以上である。かかる反応率が90%に満たない場合、硬化物が、熱や光に曝されると、変形する傾向があるため好ましくない。本発明において、反応率とは、エポキシ樹脂成分におけるグリシジル基の反応率を指し、以下のようにして、求めることができる。すなわち、赤外分光スペクトルを用い、エポキシ樹脂組成物と樹脂硬化物のベンゼン環ピークとオキシラン環ピークの吸光度の面積比から算出する。具体的には、フーリエ変換赤外分光光度計を用い、エポキシ樹脂組成物と樹脂硬化物それぞれのベンゼン環ピーク(1510cm−1)とオキシラン環ピーク(910cm−1)の吸光度の面積を測定し、それぞれについてベンゼン環に対するオキシラン環の面積比{(オキシラン環ピークの面積)/(ベンゼン環のピークの面積)}を求め、次式にて、樹脂硬化物の反応率を求める。 In the epoxy resin composition of the present invention, it is important that the reaction rate when cured at 150 ° C. for 1 hour (hereinafter simply referred to as reaction rate) is 90% or more, preferably 95% or more. . When the reaction rate is less than 90%, the cured product is not preferable because it tends to deform when exposed to heat or light. In the present invention, the reaction rate refers to the reaction rate of the glycidyl group in the epoxy resin component, and can be determined as follows. That is, it calculates from the area ratio of the absorbance of the benzene ring peak and the oxirane ring peak of the epoxy resin composition and the cured resin using an infrared spectrum. Specifically, using a Fourier transform infrared spectrophotometer and measuring the area of the absorbance of the epoxy resin composition and cured resin respective benzene ring peak (1510 cm -1) and oxirane ring peak (910 cm -1), For each, the area ratio of the oxirane ring to the benzene ring {(area of the oxirane ring peak) / (area of the peak of the benzene ring)} is obtained, and the reaction rate of the cured resin is obtained by the following formula.

反応率=(1−(樹脂硬化物の面積比)/(エポキシ樹脂組成物の面積比))×100
かかる反応率が90%以上とするためには、〔C〕成分および〔D〕成分の総量を、全エポキシ樹脂成分のエポキシ基1当量に対し、活性水素基が0.6当量となる量以上とし、かつ、〔E〕成分が全エポキシ樹脂成分100重量部に対して1重量部以上とすることが好ましい
Reaction rate = (1− (area ratio of cured resin) / (area ratio of epoxy resin composition)) × 100
In order for the reaction rate to be 90% or more, the total amount of the [C] component and the [D] component is not less than the amount at which the active hydrogen groups are 0.6 equivalents with respect to 1 equivalent of the epoxy groups of all epoxy resin components. In addition, the [E] component is preferably 1 part by weight or more with respect to 100 parts by weight of the total epoxy resin component.

かかるエポキシ樹脂組成物の該硬化物のガラス転移温度は、140〜170℃であると良く、より好ましくは150℃〜160℃である。ガラス転移温度が140℃未満になると、自転車用ホイールなどにおいて繊維強化複合材料の耐熱性が不足する。また、ガラス転移温度が170℃を超えると、繊維強化複合材料に残留する熱応力が大きくなったり、硬化物が脆くなりがちであり、得られる繊維強化複合材料の強度特性が低下する場合がある。 The glass transition temperature of the cured product of such an epoxy resin composition may to be 140 to 170 ° C., more preferably from 0.99 ° C. to 160 ° C.. When the glass transition temperature is less than 140 ° C., the heat resistance of the fiber reinforced composite material is insufficient in a bicycle wheel or the like. In addition, when the glass transition temperature exceeds 170 ° C., the thermal stress remaining in the fiber reinforced composite material tends to increase or the cured product tends to become brittle, and the strength characteristics of the resulting fiber reinforced composite material may deteriorate. .

また、かかるガラス転移温度が140℃に満たない場合は、本発明の範囲内で、下記の調整方法の少なくとも1つ以上の方法を行うことにより、ガラス転移温度を向上させることができる。   Moreover, when this glass transition temperature is less than 140 degreeC, a glass transition temperature can be improved by performing the at least 1 or more method of the following adjustment method within the scope of the present invention.

(1)〔A〕成分を増量する。   (1) Increase the component [A].

(2)〔B〕成分のエポキシ当量を小さくする。   (2) Decrease the epoxy equivalent of [B] component.

(3)〔C〕成分を減量する。   (3) Decrease the [C] component.

(4)〔C〕成分および〔D〕成分の総量を大きくする。   (4) Increase the total amount of the [C] component and the [D] component.

(5)〔E〕成分を増量する。   (5) Increase the component [E].

さらに、かかるガラス転移温度が170℃を超える場合は、本発明の範囲内で、下記の調整方法の少なくとも1つ以上の方法を行うことにより、ガラス転移温度を低下させることができる。   Furthermore, when the glass transition temperature exceeds 170 ° C., the glass transition temperature can be lowered by performing at least one of the following adjustment methods within the scope of the present invention.

(1)〔A〕成分を減量する。   (1) Reduce [A] component.

(2)〔B〕成分のエポキシ当量を大きくする。   (2) Increasing the epoxy equivalent of [B] component.

(3)〔C〕成分を増量する。   (3) Increase the component [C].

(4)〔C〕成分および〔D〕成分の総量を小さくする。   (4) Reduce the total amount of the [C] component and the [D] component.

(5)〔E〕成分を減量する。   (5) Decrease the [E] component.


さらに、かかる硬化物の3点曲げ弾性率は、3.5GPa以上であることが好ましく、より好ましくは3.7GPa以上である。硬化物の3点曲げ弾性率が3.5GPa未満の場合、得られる繊維強化複合材料の圧縮強度が低くなるため、好ましくない。

Furthermore, the three-point bending elastic modulus of the cured product is preferably 3.5 GPa or more, and more preferably 3.7 GPa or more. When the three-point bending elastic modulus of the cured product is less than 3.5 GPa, the compression strength of the obtained fiber-reinforced composite material is lowered, which is not preferable.

かかる曲げ弾性率が3.5GPaに満たない場合は、本発明の範囲内で、下記の調整方法の少なくとも1つ以上の方法を行うことにより、曲げ弾性率を3.5GPa以上にすることができる。   When the flexural modulus is less than 3.5 GPa, the flexural modulus can be set to 3.5 GPa or more by performing at least one of the following adjustment methods within the scope of the present invention. .

(1)〔A〕成分を増量する。   (1) Increase the component [A].

(2)〔B〕成分のエポキシ当量を小さくする。   (2) Decrease the epoxy equivalent of [B] component.

(3)〔C〕成分を増量する。   (3) Increase the component [C].

(4)〔C〕および〔D〕成分の総量を大きくする。   (4) Increase the total amount of the [C] and [D] components.

(5)〔E〕成分を増量する。   (5) Increase the component [E].

かる硬化物の3点曲げ撓み量は、5mm以上であると良く、より好ましくは、7mm以上である。硬化物の3点曲げ撓み量が5mm未満の場合、得られる繊維強化複合材料の耐衝撃性が低くなるため、好ましくない。 3 point bending deflection amount whether mow the cured product may as being 5mm or more, more preferably 7mm or more. When the three-point bending deflection of the cured product is less than 5 mm, the resulting fiber-reinforced composite material has low impact resistance, which is not preferable.

かかる曲げ撓み量が5mmに満たない場合は、本発明の範囲内で、下記の調整方法の少なくとも1つ以上の方法を行うことにより、曲げ撓み量を5mm以上にすることができる。   When the bending deflection amount is less than 5 mm, the bending deflection amount can be set to 5 mm or more by performing at least one of the following adjustment methods within the scope of the present invention.

(1)〔A〕成分を減量する。   (1) Reduce [A] component.

(2)〔B〕成分のエポキシ当量を大きくする。   (2) Increasing the epoxy equivalent of [B] component.

(3)〔C〕および〔D〕成分の総量を小さくする。   (3) Reduce the total amount of the [C] and [D] components.

(4)〔E〕成分を減量する。   (4) Reduce the [E] component.


本発明のプリプレグおよび繊維強化複合材料は、強化繊維を用いて構成されるが、かかる強化繊維は、特に限定されるものではなく、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維等が用いられる。これらの繊維を2種以上混合して用いても構わない。この中で、軽量かつ高剛性な繊維強化複合材料が得られる炭素繊維を用いることが好ましい。

The prepreg and the fiber reinforced composite material of the present invention are configured using reinforced fibers, but such reinforced fibers are not particularly limited, and are glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, boron fiber, alumina fiber, carbonized fiber. Silicon fiber or the like is used. Two or more of these fibers may be mixed and used. Among these, it is preferable to use carbon fibers from which a lightweight and highly rigid fiber-reinforced composite material can be obtained.

かかる強化繊維の形態は特に限定されるものではなく、たとえば、一方向に引き揃えた長繊維、トウ、織物、マット、ニット、組み紐、10mm未満の長さにチョップした短繊維などが用いられる。ここでいう、長繊維とは実質的に10mm以上連続な単繊維もしくは繊維束のことをさす。また、短繊維とは10mm未満の長さに切断された繊維束である。また、特に、比強度、比弾性率が高いことを要求される用途には強化繊維束が単一方向に引き揃えられた配列が最も適しているが、取り扱いの容易なクロス(織物)状の配列も本発明には適している。   The form of the reinforcing fiber is not particularly limited, and for example, a long fiber aligned in one direction, a tow, a woven fabric, a mat, a knit, a braid, a short fiber chopped to a length of less than 10 mm, and the like are used. As used herein, long fibers refer to single fibers or fiber bundles that are substantially continuous for 10 mm or more. A short fiber is a fiber bundle cut to a length of less than 10 mm. In particular, an array in which reinforcing fiber bundles are aligned in a single direction is most suitable for applications that require a high specific strength and specific elastic modulus. Arrangements are also suitable for the present invention.

本発明のプリプレグは、前記本発明のエポキシ樹脂組成物を、前記強化繊維からなる繊維基材に含浸させて構成されてなるものである。含浸させる方法としてはエポキシ樹脂組成物をメチルエチルケトン、メタノール等の溶媒に溶解して低粘度化し、含浸させるウェット法と、加熱により低粘度化し、含浸させるホットメルト法(ドライ法)等を挙げることができる。   The prepreg of the present invention is constituted by impregnating the fiber base material composed of the reinforcing fibers with the epoxy resin composition of the present invention. Examples of the impregnation method include a wet method in which the epoxy resin composition is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone and methanol to lower the viscosity and impregnation, and a hot melt method (dry method) in which the viscosity is reduced by heating and impregnation. it can.

前記ウェット法は、強化繊維をエポキシ樹脂組成物の溶液に浸漬した後、引き上げ、オーブン等を用いて溶媒を蒸発させる方法であり、ホットメルト法は、加熱により低粘度化したエポキシ樹脂組成物を直接強化繊維からなる繊維基材に含浸させる方法、又は一旦エポキシ樹脂組成物を離型紙等の上にコーティングしたフィルムを作製しておき、次いで前記強化繊維からなる繊維基材の両側又は片側から前記フィルムを重ね、加熱加圧することにより前記強化繊維からなる繊維基材に樹脂を含浸させる方法である。ホットメルト法によれば、プリプレグ中に残留する溶媒が実質上皆無となるため好ましい。   The wet method is a method in which the reinforcing fiber is immersed in a solution of the epoxy resin composition and then pulled up, and the solvent is evaporated using an oven or the like. The hot melt method is an epoxy resin composition whose viscosity is reduced by heating. A method of impregnating a fiber substrate made of reinforcing fibers directly, or a film in which an epoxy resin composition is once coated on a release paper or the like, and then producing the film from both sides or one side of the fiber substrate made of the reinforcing fibers This is a method in which a resin is impregnated into a fiber base material composed of the reinforcing fibers by stacking films and heating and pressing. The hot melt method is preferable because substantially no solvent remains in the prepreg.

かかるプリプレグは、単位面積あたりの強化繊維量が70〜200g/mであることが好ましい。かかる強化繊維量が70g/m未満では、繊維強化複合材料成形の際に所定の厚みを得るために積層枚数を多くする必要があり、作業が繁雑となることがある。一方で、強化繊維量が200g/mを超えると、プリプレグのドレープ性が悪くなる傾向にある。また、繊維重量含有率は、好ましくは60〜90重量%であり、より好ましくは65〜85重量%であり、更に好ましくは70〜80重量%である。繊維重量含有率が60重量%未満では、樹脂の量が多すぎて、比強度と比弾性率に優れる繊維強化複合材料の利点が得られなかったり、繊維強化複合材料の作製の際、硬化時の発熱量が高くなりすぎることがある。また、繊維重量含有率が90重量%を超えると、樹脂の含浸不良が生じ、得られる複合材料はボイドの多いものとなる恐れがある。 The prepreg preferably has a reinforcing fiber amount per unit area of 70 to 200 g / m 2 . When the amount of the reinforcing fibers is less than 70 g / m 2, it is necessary to increase the number of laminated layers in order to obtain a predetermined thickness at the time of forming the fiber reinforced composite material, and the work may be complicated. On the other hand, when the amount of reinforcing fibers exceeds 200 g / m 2 , the prepreg drapability tends to deteriorate. The fiber weight content is preferably 60 to 90% by weight, more preferably 65 to 85% by weight, and still more preferably 70 to 80% by weight. When the fiber weight content is less than 60% by weight, the amount of the resin is too large to obtain the advantages of the fiber reinforced composite material excellent in specific strength and specific elastic modulus, or when the fiber reinforced composite material is produced at the time of curing. The amount of heat generated may be too high. On the other hand, if the fiber weight content exceeds 90% by weight, poor resin impregnation may occur, and the resulting composite material may have many voids.

プリプレグを賦形および/または積層後、賦形物および/または積層物に圧力を付与しながら樹脂を加熱硬化させる方法等により、本発明にかかる複合材料が作製される。   After shaping and / or laminating the prepreg, the composite material according to the present invention is produced by a method of heat-curing the resin while applying pressure to the shaped product and / or laminate.

ここで熱及び圧力を付与する方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、内圧成形法等を適宜使用することができる。   As a method for applying heat and pressure, a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, or the like can be appropriately used.

ラッピングテープ法は、マンドレル等の芯金にプリプレグを捲回して、繊維強化複合材料製の管状体を成形する方法であり、ゴルフシャフト、釣り竿等の棒状体を作製する際に好適な方法である。より具体的には、マンドレルにプリプレグを捲回し、プリプレグの固定及び圧力付与のため、プリプレグの外側に熱可塑性フィルムからなるラッピングテープを捲回し、オーブン中で樹脂を加熱硬化させた後、芯金を抜き取って管状体を得る方法である。   The wrapping tape method is a method of winding a prepreg around a mandrel or other core metal to form a tubular body made of a fiber-reinforced composite material, and is a method suitable for producing a rod-shaped body such as a golf shaft or fishing rod. . More specifically, a prepreg is wound around a mandrel, a wrapping tape made of a thermoplastic film is wound around the outside of the prepreg for fixing and applying pressure, and the resin is heated and cured in an oven, and then a cored bar. This is a method for extracting a tube to obtain a tubular body.

また、内圧成型法は、熱可塑性樹脂製のチューブ等の内圧付与体にプリプレグを捲回したプリフォームを金型中にセットし、次いで内圧付与体に高圧の気体を導入して圧力を付与すると同時に金型を加熱せしめ、成形する方法である。本方法は、ゴルフシャフト、バッド、テニスやバドミントン等のラケットや、自転車用ホイールの如き複雑な形状物を成形する際に好ましく用いられる。   Also, the internal pressure molding method is to set a preform in which a prepreg is wound on an internal pressure applying body such as a tube made of a thermoplastic resin in a mold, and then introduce a high pressure gas into the internal pressure applying body to apply pressure. At the same time, the mold is heated and molded. This method is preferably used when molding a complicated shape such as a golf shaft, a bad, a racket such as tennis or badminton, or a bicycle wheel.

本発明の繊維強化複合材料の製造方法としては、150〜170℃で1時間以内に硬化させることが好ましい。硬化温度が150℃に満たない場合は、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂組成物の反応率が、90%に満たないことがあるため好ましくない。また、170℃を超える場合は、多量のエネルギーが必要となるため好ましくない。さらに、硬化時間が1時間を超える場合も、多量のエネルギーが必要となるため、好ましくない。   As a manufacturing method of the fiber reinforced composite material of this invention, it is preferable to make it harden within 1 hour at 150-170 degreeC. When the curing temperature is less than 150 ° C., the reaction rate of the epoxy resin composition that is a matrix resin may be less than 90%, which is not preferable. Moreover, when exceeding 170 degreeC, since a lot of energy is needed, it is unpreferable. Furthermore, when the curing time exceeds 1 hour, a large amount of energy is required, which is not preferable.

本発明のエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂として用いて構成されたプリプレグを硬化してなる繊維強化複合材料は、スポーツ用途、一般産業用途および航空宇宙用途に好適に用いられる。より具体的には、スポーツ用途では、ゴルフシャフト、釣り竿、テニスやバドミントンのラケット用途、ホッケー等のスティック用途、およびスキーポール用途に用いられる。また、一般産業用途では、自動車、船舶および鉄道車両等の移動体の構造材、ドライブシャフト、板バネ、風車ブレード、圧力容器、フライホイール、製紙用ローラ、屋根材、ケーブル、および補修補強材料等に用いられる。さらに好適には、自転車用部品、自転車用ホイールに用いられる。   A fiber reinforced composite material obtained by curing a prepreg constituted by using the epoxy resin composition of the present invention as a matrix resin is suitably used for sports applications, general industrial applications, and aerospace applications. More specifically, in sports applications, it is used for golf shafts, fishing rods, tennis and badminton rackets, hockey sticks, and ski poles. In general industrial applications, structural materials for moving bodies such as automobiles, ships, and railway vehicles, drive shafts, leaf springs, windmill blades, pressure vessels, flywheels, paper rollers, roofing materials, cables, and repair reinforcement materials, etc. Used for. More preferably, it is used for bicycle parts and bicycle wheels.

以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。各種物性の測定は次の方法によった。なお、これらの物性は、特に断わりのない限り、温度23℃、相対湿度50%の環境で測定した。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Various physical properties were measured by the following methods. These physical properties were measured in an environment at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified.

(1)樹脂組成物の調製
ニーダー中に、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミドおよびその誘導体とウレア化合物以外の成分を所定量加え、混練しつつ、160℃まで昇温し、160℃、1時間混練することで、透明な粘調液を得た。80℃まで混練しつつ降温させ、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミドおよびその誘導体とウレア化合物を所定量添加え、混練しエポキシ樹脂組成物を得た。各実施例、比較例の成分配合比は、表1に示す通りである。なお、ここで用いた原料の分子量等は以下に示す通りである。
<アミン型エポキシ樹脂>
・トリグリシジル‐p‐アミノ‐o‐メチルフェノール(“スミエポキシ(登録商標)”ELM100、エポキシ当量:106、住友化学工業(株)製)
・テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(“スミエポキシ(登録商標)”ELM434、住友化学工業(株)製、エポキシ当量:125)
<ビスフェノール型エポキシ樹脂>
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”828、エポキシ当量:189、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”1001、エポキシ当量:475、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”1009、エポキシ当量:3300、ジャパンエポキシレジン(株)製)
<ジアミノジフェニルスルホン>
・4,4’‐ジアミノジフェニルスルホン( “セイカキュカ”‐S、和歌山精化工業(株)製)
<ジシアンジアミドまたはその誘導体>
・ジシアンジアミド(DICY7、ジャパンエポキシレジン(株)製)
<ウレア化合物>
・DCMU99(3‐(3,4‐ジクロロフェニル)1,1‐ジメチルウレア、保土ヶ谷化学工業(株)製)
<熱可塑性樹脂>
・“ビニレック(登録商標)”E(ポリビニルホルマール、チッソ(株)製)
(2)樹脂硬化物の曲げ弾性率、曲げ撓み量測定
未硬化の樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚のテフロン(登録商標)製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、各実施例、比較例に記載の温度で1時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得た。この樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、曲げ弾性率および曲げ撓み量を得た。サンプル数はn=5とし、その平均値で比較した。
(3)樹脂硬化物の反応率測定
フーリエ変換赤外分光光度計(IR Prestige‐21:株式会社島津製作所製)を用い、エポキシ樹脂組成物と樹脂硬化物のベンゼン環ピーク(1510cm−1)とオキシラン環ピーク(910cm−1)の吸光度の面積を測定し、ベンゼン環に対するオキシラン環の面積比を得た。ベンゼン環に対するオキシラン環の面積比は、(オキシラン環ピークの面積)/(ベンゼン環のピークの面積)から求めた。樹脂硬化物の反応率は、(1−(樹脂硬化物の面積比)/(エポキシ樹脂組成物の面積比))×100から算出した。
(4)樹脂硬化物のガラス転移温度の測定
上記(2)に従い作製した板状の樹脂硬化物からダイヤモンドカッターを用い幅13mm、長さ50mmのサンプルを切り出した。このサンプルを、動的粘弾性測定装置(レオメーターRDA2:レオメトリックス社製)を用い、昇温速度5℃/minで昇温し、周波数1.0Hzのねじりモードで貯蔵弾性率の測定を行った。このときの貯蔵弾性率のオンセット温度をガラス転移温度とした。また、測定数はn=3とし、その平均値で比較した。
(5)プリプレグの作製
上記(1)に従い調製した樹脂組成物を、リバースロールコーターを使用し離型紙状に塗布し、樹脂フィルムを作製した。次に、シート状に一方向に整列させた炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700S(東レ(株)製、引張弾性率:230GPa、引張強度:4900MPa)に樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧して樹脂組成物を含浸させ、単位面積辺りの炭素繊維重量125g/m、繊維重量含有率68%の、T700S使い一方向プリプレグを作製した。
(6)繊維強化複合材料のガラス転移温度の測定
上記(5)に従い作製したT700S使い一方向プリプレグを、20層構成になるよう一方向に積層した後、オートクレーブ内で、各実施例、比較例に記載の温度、0.3MPaで1時間加熱加圧して硬化し、繊維強化複合材料を作製した。得られた繊維強化複合材料からダイヤモンドカッターを用い幅13mm、長さ50mmのサンプルを切り出した。このサンプルを、動的粘弾性測定装置(レオメーターRDA2:レオメトリックス社製)を用い、昇温速度5℃/minで昇温し、周波数1.0Hzのねじりモードで貯蔵弾性率の測定を行った。このときの貯蔵弾性率のオンセット温度をガラス転移温度とした。また、測定数はn=3とし、その平均値で比較した。
(7)繊維強化複合材料の圧縮強度の測定
上記(6)と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。得られた繊維強化複合材料からJIS K7076のA法試験片の形状および寸法で試験片を切り出し、0°圧縮強度を測定した。測定数はn=5とし、その平均値を求めた。
(8)繊維強化複合材料のシャルピー衝撃値の測定
上記(5)に従い作製したT700S使い一方向プリプレグを、30層構成になるよう一方向に積層した後、オートクレーブ内で、各実施例、比較例に記載の温度、0.3MPaで1時間加熱加圧して硬化し、厚さ32mmの繊維強化複合材料を作製した。得られた繊維強化複合材料からダイヤモンドカッターを用い、幅10mm、長さ80mmのサンプルを切り出した。このサンプルをJIS K7077に従ってシャルピー衝撃試験を実施し、シャルピー衝撃値を得た。サンプル数はn=5とし、その平均値で比較した。
(1) Preparation of resin composition In kneader, a predetermined amount of components other than diaminodiphenylsulfone, dicyandiamide and its derivatives and urea compound are added, and the mixture is kneaded, heated to 160 ° C, and kneaded at 160 ° C for 1 hour. Thus, a transparent viscous liquid was obtained. The temperature was lowered while kneading to 80 ° C., and a predetermined amount of diaminodiphenylsulfone, dicyandiamide and derivatives thereof and a urea compound were added and kneaded to obtain an epoxy resin composition. The component blend ratios of the examples and comparative examples are as shown in Table 1. The molecular weight and the like of the raw materials used here are as shown below.
<Amine type epoxy resin>
Triglycidyl-p-amino-o-methylphenol ("SUMI Epoxy (registered trademark)" ELM100, epoxy equivalent: 106, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
Tetraglycidyl diaminodiphenyl methane (“Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., epoxy equivalent: 125)
<Bisphenol type epoxy resin>
-Bisphenol A type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 828, epoxy equivalent: 189, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
-Bisphenol A type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 1001, epoxy equivalent: 475, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
-Bisphenol A type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 1009, epoxy equivalent: 3300, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
<Diaminodiphenylsulfone>
・ 4,4'-Diaminodiphenylsulfone ("Seika Cucca" -S, Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.)
<Dicyandiamide or its derivative>
・ Dicyandiamide (DICY7, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
<Urea compound>
DCMU99 (3- (3,4-dichlorophenyl) 1,1-dimethylurea, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.)
<Thermoplastic resin>
・ "Vinylec (registered trademark)" E (polyvinyl formal, manufactured by Chisso Corporation)
(2) Measurement of flexural modulus and amount of flexure of resin-cured product After defoaming the uncured resin composition in vacuum, a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick Teflon (registered trademark) spacer Inside, it hardened at the temperature as described in each Example and a comparative example for 1 hour, and the resin cured material of thickness 2mm was obtained. From this cured resin, a test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out, an Instron universal tester (Instron) was used, the span length was 32 mm, and the crosshead speed was 2.5 mm / min. Three-point bending was performed according to JIS K7171 (1994) to obtain a flexural modulus and a bending deflection. The number of samples was n = 5, and the average value was compared.
(3) Reaction rate measurement of resin cured product Using Fourier transform infrared spectrophotometer (IR Prestige-21: manufactured by Shimadzu Corporation), the epoxy resin composition and the benzene ring peak (1510 cm −1 ) of the resin cured product The absorbance area of the oxirane ring peak (910 cm −1 ) was measured to obtain the area ratio of the oxirane ring to the benzene ring. The area ratio of the oxirane ring to the benzene ring was determined from (the area of the oxirane ring peak) / (the area of the benzene ring peak). The reaction rate of the cured resin was calculated from (1- (area ratio of cured resin) / (area ratio of epoxy resin composition)) × 100.
(4) Measurement of glass transition temperature of resin cured product A sample having a width of 13 mm and a length of 50 mm was cut out from the plate-shaped resin cured product prepared according to (2) above using a diamond cutter. Using a dynamic viscoelasticity measuring device (Rheometer RDA2: manufactured by Rheometrics), the sample was heated at a rate of temperature increase of 5 ° C./min, and the storage elastic modulus was measured in a torsion mode with a frequency of 1.0 Hz. It was. The onset temperature of the storage elastic modulus at this time was defined as the glass transition temperature. The number of measurements was n = 3, and the average value was compared.
(5) Preparation of prepreg The resin composition prepared according to the above (1) was applied to a release paper using a reverse roll coater to prepare a resin film. Next, two resin films are placed on both sides of the carbon fiber on a carbon fiber “Torayca (registered trademark)” T700S (manufactured by Toray Industries, Inc., tensile elastic modulus: 230 GPa, tensile strength: 4900 MPa) aligned in one direction in a sheet shape. Then, the resin composition was impregnated by heating and pressing to prepare a T700S unidirectional prepreg having a carbon fiber weight of 125 g / m 2 per unit area and a fiber weight content of 68%.
(6) Measurement of glass transition temperature of fiber reinforced composite material T700S unidirectional prepreg produced according to (5) above was laminated in one direction so as to have a 20-layer structure, and then each example and comparative example in an autoclave. And cured by heating and pressing at 0.3 MPa for 1 hour to prepare a fiber-reinforced composite material. A sample having a width of 13 mm and a length of 50 mm was cut out from the obtained fiber-reinforced composite material using a diamond cutter. Using a dynamic viscoelasticity measuring device (Rheometer RDA2: manufactured by Rheometrics), the sample was heated at a rate of temperature increase of 5 ° C./min, and the storage elastic modulus was measured in a torsion mode with a frequency of 1.0 Hz. It was. The onset temperature of the storage elastic modulus at this time was defined as the glass transition temperature. The number of measurements was n = 3, and the average value was compared.
(7) Measurement of compressive strength of fiber reinforced composite material A fiber reinforced composite material was produced in the same manner as in (6) above. A test piece was cut out from the obtained fiber-reinforced composite material with the shape and size of the A method test piece of JIS K7076, and the 0 ° compressive strength was measured. The number of measurements was n = 5, and the average value was obtained.
(8) Measurement of Charpy impact value of fiber reinforced composite material T700S unidirectional prepreg produced in accordance with (5) above was laminated in one direction so as to form a 30-layer structure, and then each example and comparative example in an autoclave. And cured by heating and pressing at 0.3 MPa for 1 hour to prepare a fiber-reinforced composite material having a thickness of 32 mm. A sample having a width of 10 mm and a length of 80 mm was cut out from the obtained fiber-reinforced composite material using a diamond cutter. This sample was subjected to a Charpy impact test in accordance with JIS K7077 to obtain a Charpy impact value. The number of samples was n = 5, and the average value was compared.

上記方法により各実施例、比較例についてエポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料を作製し、特性を測った結果を表1および表2にまとめて示す。   The epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material were prepared for each Example and Comparative Example by the above method, and the results of measuring the properties are summarized in Tables 1 and 2.

(実施例1)
表1に示す通り、アミン型エポキシ樹脂としてELM100を35部、ビスフェノール型エポキシ樹脂としてjER828を40部とjER1001を25部、ジアミノジフェニルスルホンとしてセイカキュア‐Sを3部、ジシアンジアミドまたはその誘導体としてDICY7を5部、ウレア化合物としてDCMU99を3部、さらに熱可塑性樹脂としてビニレックEを4部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、300であり、全エポキシ樹脂成分のエポキシ基1当量に対する〔C〕および〔D〕の活性水素基数の総量(以下、活性水素基数と略す。)は、0.8当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。この時の反応率は、100%であった。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表1に示すとおり良好であった。
Example 1
As shown in Table 1, 35 parts of ELM100 as an amine type epoxy resin, 40 parts of jER828 as a bisphenol type epoxy resin and 25 parts of jER1001, 3 parts of Seikacure-S as diaminodiphenylsulfone, 5 parts of DICY7 as dicyandiamide or a derivative thereof An epoxy resin composition was prepared using 3 parts of DCMU99 as a urea compound and 4 parts of Vinylec E as a thermoplastic resin. The average epoxy equivalent of the bisphenol type epoxy resin component at this time is 300, and the total number of active hydrogen groups [C] and [D] with respect to 1 equivalent of the epoxy groups of all epoxy resin components (hereinafter abbreviated as the number of active hydrogen groups). ) Was 0.8 equivalents. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. The reaction rate at this time was 100%. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. The properties of the cured resin and fiber reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition were good as shown in Table 1.

(実施例2)
アミン型エポキシ樹脂としてELM434を35部とした以外は、実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、300であり、活性水素基数は、0.8当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。この時の反応率は、100%であった。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表1に示すとおり良好であった。
(Example 2)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that 35 parts of ELM434 was used as the amine type epoxy resin. The average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component at this time was 300, and the number of active hydrogen groups was 0.8 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. The reaction rate at this time was 100%. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. The properties of the cured resin and fiber reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition were good as shown in Table 1.

(実施例3)
アミン型エポキシ樹脂としてELM434を50部、ビスフェノール型エポキシ樹脂としてjER828を25部とjER1001を25部、とした以外は、実施例2と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。一方、この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、332であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。この時の反応率は、98%であり、活性水素基数は、0.8当量であった。この樹脂硬化物の曲げ弾性率とガラス転移温度は、実施例2に比べて向上した。また、このエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表1に示すとおりである。得られた繊維強化複合材料のシャルピー衝撃値は、実施例2に比べて若干低下したが、良好なものであり、ガラス転移温度と0°圧縮強度が、実施例2に比べて向上した。
(Example 3)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 2 except that 50 parts of ELM434 was used as the amine type epoxy resin and 25 parts of jER828 and 25 parts of jER1001 were used as the bisphenol type epoxy resin. On the other hand, the average epoxy equivalent of the bisphenol type epoxy resin component at this time was 332. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. The reaction rate at this time was 98%, and the number of active hydrogen groups was 0.8 equivalent. The bending elastic modulus and glass transition temperature of the cured resin were improved as compared with Example 2. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 1 shows the characteristics of the cured resin and the fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The Charpy impact value of the obtained fiber reinforced composite material was slightly lower than that of Example 2, but was good, and the glass transition temperature and 0 ° compressive strength were improved as compared with Example 2.

(実施例4)
ビスフェノール型エポキシ樹脂としてjER828を30部とjER1009を20部した以外は、実施例3と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、1433であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。この時の反応率は、98%であり、活性水素基数は、0.8当量であった。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表1に示すとおりである。この樹脂硬化物のガラス転移温度は、実施例3に比較し低下したが実用上問題ないレベルであり、曲げ弾性率と曲げ撓み量は、実施例3に比べて向上した。また、この繊維強化複合材料の0°圧縮強度とシャルピー衝撃値は、実施例3に比べて共に向上した。
Example 4
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 3, except that 30 parts of jER828 and 20 parts of jER1009 were used as the bisphenol type epoxy resin. The average epoxy equivalent of the bisphenol type epoxy resin component at this time was 1433. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. The reaction rate at this time was 98%, and the number of active hydrogen groups was 0.8 equivalent. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 1 shows the characteristics of the cured resin and the fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. Although the glass transition temperature of this cured resin was lower than that in Example 3, it was at a level causing no problem in practice, and the bending elastic modulus and the amount of bending deflection were improved as compared with Example 3. Further, the 0 ° compressive strength and the Charpy impact value of this fiber reinforced composite material were both improved as compared with Example 3.

(実施例5)
ジアミノジフェニルスルホンとしてセイカキュア‐Sを5部とした以外は、実施例3と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、332であり、活性水素基数は、0.8当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。この時の反応率は、95%であった。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表1に示すとおりである。実施例3に比べて、樹脂硬化物の曲げ弾性率が向上した結果、繊維強化複合材料の0°圧縮強度も向上した。
(Example 5)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 3 except that 5 parts of Seikacure-S was used as diaminodiphenylsulfone. The average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component at this time was 332, and the number of active hydrogen groups was 0.8 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. The reaction rate at this time was 95%. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 1 shows the characteristics of the cured resin and the fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. Compared to Example 3, the flexural modulus of the cured resin was improved. As a result, the 0 ° compressive strength of the fiber-reinforced composite material was also improved.

(実施例6)
ジアミノジフェニルスルホンとしてセイカキュア‐Sを9部とした以外は、実施例3と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、332であり、活性水素基数は、0.9当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。この時の反応率は、92%であった。また、このエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表1に示すとおりである。実施例3に比べて、この樹脂硬化物のガラス転移温度は低下したが、曲げ弾性率が大きく向上し、繊維強化複合材料のガラス転移温度の低下と0°圧縮強度も大きな向上がみられた。
(Example 6)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 3 except that 9 parts of Seikacure-S was used as diaminodiphenylsulfone. The average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component at this time was 332, and the number of active hydrogen groups was 0.9 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. The reaction rate at this time was 92%. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 1 shows the characteristics of the cured resin and the fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. Compared with Example 3, the glass transition temperature of this cured resin was lowered, but the flexural modulus was greatly improved, and the glass transition temperature of the fiber reinforced composite material was lowered and the 0 ° compression strength was also greatly improved. .

(実施例7)
ビスフェノール型エポキシ樹脂としてjER828を25部、jER1001を15部、jER1009を10部とした以外は、実施例5と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、897であり、活性水素基数は、0.9当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。この時の反応率は、96%であった。また、このエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表1に示すとおりである。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物の曲げ弾性率と曲げ撓み量は、実施例3に比べて共に大きく向上し、繊維強化複合材料の0°圧縮強度とシャルピー衝撃値も、実施例3に比べて大きく向上した。
(Example 7)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 5 except that 25 parts of jER828, 15 parts of jER1001, and 10 parts of jER1009 were used as the bisphenol type epoxy resin. The average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component at this time was 897, and the number of active hydrogen groups was 0.9 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. The reaction rate at this time was 96%. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 1 shows the characteristics of the cured resin and the fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. Both the flexural modulus and the amount of flexure of the cured resin obtained from this epoxy resin composition are greatly improved as compared to Example 3, and the 0 ° compressive strength and Charpy impact value of the fiber reinforced composite material are also shown in Examples. Compared to 3, it was greatly improved.

(比較例1)
アミン型エポキシ樹脂として、ELM434を25部、ビスフェノール型エポキシ樹脂として、jER828を25部とjER1001を50部とした以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、380であり、活性水素基数は、1.0当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物の反応率は、100%であったが、この樹脂硬化物は、ガラス転移温度が低い上に、弾性率も不十分であった。また、繊維強化複合材料は、ガラス転移温度、0°圧縮強度が不十分であった。
(Comparative Example 1)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 25 parts of ELM434 was used as the amine type epoxy resin, 25 parts of jER828 and 50 parts of jER1001 were used as the bisphenol type epoxy resin. At this time, the average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component was 380, and the number of active hydrogen groups was 1.0 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The reaction rate of the cured resin was 100%, but this cured resin had a low glass transition temperature and an insufficient elastic modulus. Further, the fiber reinforced composite material had insufficient glass transition temperature and 0 ° compressive strength.

(比較例2)
アミン型エポキシ樹脂としてELM434を60部、ビスフェノール型エポキシ樹脂としてjER828を20部とjER1001を20部とした以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、332であり、活性水素基数は、0.7当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物は、反応率が88%と低い上に、曲げ撓み量も不十分であった。また、繊維強化複合材料は、シャルピー衝撃値が不十分であった。
(Comparative Example 2)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that 60 parts of ELM434 was used as the amine type epoxy resin, 20 parts of jER828 and 20 parts of jER1001 were used as the bisphenol type epoxy resin. The average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component at this time was 332, and the number of active hydrogen groups was 0.7 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The cured resin had a low reaction rate of 88% and an insufficient amount of bending deflection. Further, the fiber reinforced composite material had an insufficient Charpy impact value.

(比較例3)
ジアミノジフェニルスルホンを配合しなかった以外は、実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、387であり、活性水素基数は、0.8当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物の反応率は、97%であったが、ガラス転移温度が低い上に、曲げ弾性率も不十分であった。また、繊維強化複合材料は、ガラス転移温度と0°圧縮強度が不十分であった。
(Comparative Example 3)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that diaminodiphenyl sulfone was not blended. The average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component at this time was 387, and the number of active hydrogen groups was 0.8 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The reaction rate of the cured resin was 97%, but the glass transition temperature was low and the flexural modulus was insufficient. Further, the fiber reinforced composite material had insufficient glass transition temperature and 0 ° compressive strength.

(比較例4)
ジアミノジフェニルスルホンとしてセイカキュア‐Sを11部、ジシアンジアミドまたはその誘導体としてDICY7を4部用いた以外は、実施例4と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、1433であり、活性水素基数は、0.9当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物の反応率は、90%であった。また、ガラス転移温度が低い上に、曲げ撓み量も不十分であった。また、繊維強化複合材料は、ガラス転移温度とシャルピー衝撃値が不十分であった。
(Comparative Example 4)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 4 except that 11 parts of Seikacure-S as diaminodiphenylsulfone and 4 parts of DICY7 as dicyandiamide or a derivative thereof were used. At this time, the average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component was 1433, and the number of active hydrogen groups was 0.9 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The reaction rate of the cured resin was 90%. Further, the glass transition temperature was low and the bending deflection amount was insufficient. Further, the fiber reinforced composite material had insufficient glass transition temperature and Charpy impact value.

(比較例5)
ジアミノジフェニルスルホンとしてセイカキュア‐Sを28部用い、ジシアンジアミドまたはその誘導体を用いなかった以外は、実施例3と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、332であり、活性水素基数は、0.8当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物の反応率は、70%であり、不十分であった。また、ガラス転移温度が低い上に、曲げ撓み量も不十分であった。また、繊維強化複合材料は、ガラス転移温度とシャルピー衝撃値が不十分であった。
(Comparative Example 5)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 3, except that 28 parts of Seikacure-S was used as diaminodiphenylsulfone and dicyandiamide or a derivative thereof was not used. The average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component at this time was 332, and the number of active hydrogen groups was 0.8 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The reaction rate of the cured resin was 70%, which was insufficient. Further, the glass transition temperature was low and the bending deflection amount was insufficient. Further, the fiber reinforced composite material had insufficient glass transition temperature and Charpy impact value.

(比較例6)
ウレア化合物を用いなかった以外は、実施例4と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、1433であり、活性水素基数は、0.8当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物の反応率は、86%と、不十分であり、ガラス転移温度、曲げ弾性率、曲げ撓み量の何れも不十分であった。また、繊維強化複合材料は、ガラス転移温度、0°圧縮強度、シャルピー衝撃値の何れも不十分であった。
(Comparative Example 6)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 4 except that the urea compound was not used. At this time, the average epoxy equivalent of the bisphenol type epoxy resin component was 1433, and the number of active hydrogen groups was 0.8 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The reaction rate of the cured resin was 86%, which was insufficient, and the glass transition temperature, bending elastic modulus, and bending deflection were all insufficient. Further, the fiber reinforced composite material had insufficient glass transition temperature, 0 ° compressive strength, and Charpy impact value.

(比較例7)
ビスフェノール型エポキシ樹脂としてjER828を75部、熱可塑性樹脂としてビニレックEを6部用いた以外は、比較例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、189であり、活性水素基数は、0.8当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物の反応率は、100%であったが、ガラス転移温度、曲げ弾性率、曲げ撓み量の何れも不十分であった。また、繊維強化複合材料は、0°圧縮強度、シャルピー衝撃値の何れも不十分であった。
(Comparative Example 7)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that 75 parts of jER828 as a bisphenol type epoxy resin and 6 parts of Vinylec E as a thermoplastic resin were used. The average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component at this time was 189, and the number of active hydrogen groups was 0.8 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The reaction rate of the cured resin was 100%, but all of the glass transition temperature, bending elastic modulus, and bending deflection were insufficient. Further, the fiber-reinforced composite material was insufficient in both 0 ° compressive strength and Charpy impact value.

(比較例8)
ビスフェノール型エポキシ樹脂としてjER828を15部とjER1009を60部、ジシアンジアミドまたはその誘導体としてDICY7を4部用い、熱可塑性樹脂を用いなかった以外は、比較例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、2678であり、活性水素基数は、1.0当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物の反応率は、100%であったが、ガラス転移温度と曲げ弾性率が不十分であった。また、繊維強化複合材料は、ガラス転移温度と0°圧縮強度が不十分であった。
(Comparative Example 8)
Prepare an epoxy resin composition in the same manner as in Comparative Example 1 except that 15 parts of jER828 and 60 parts of jER1009 as bisphenol type epoxy resin, 4 parts of DICY7 as dicyandiamide or its derivative were used, and no thermoplastic resin was used. did. At this time, the average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component was 2678, and the number of active hydrogen groups was 1.0 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The reaction rate of the cured resin was 100%, but the glass transition temperature and bending elastic modulus were insufficient. Further, the fiber reinforced composite material had insufficient glass transition temperature and 0 ° compressive strength.

(比較例9)
ジシアンジアミドまたはその誘導体としてDICY7を1部用い、ウレア化合物としてDCMU99を1部用いた以外は、実施例7と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調整した。この時のビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量は、332であり、活性水素基数は、0.4当量であった。得られたエポキシ樹脂組成物を150℃で硬化させ、樹脂硬化物を得た。また、かかるエポキシ樹脂組成物を用いて150℃で繊維強化複合材料を作製した。このエポキシ樹脂組成物から得られた樹脂硬化物、繊維強化複合材料の特性は、表2に示すとおりである。樹脂硬化物の反応率は、85%と、不十分であり、ガラス転移温度と曲げ撓み量も不十分であった。また、繊維強化複合材料は、ガラス転移温度とシャルピー衝撃値が不十分であった。
(Comparative Example 9)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 7, except that 1 part of DICY7 was used as dicyandiamide or a derivative thereof and 1 part of DCMU99 was used as the urea compound. At this time, the average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component was 332, and the number of active hydrogen groups was 0.4 equivalent. The obtained epoxy resin composition was cured at 150 ° C. to obtain a cured resin. Moreover, the fiber reinforced composite material was produced at 150 degreeC using this epoxy resin composition. Table 2 shows the properties of the cured resin and fiber-reinforced composite material obtained from this epoxy resin composition. The reaction rate of the cured resin was 85%, which was insufficient, and the glass transition temperature and the amount of bending deflection were also insufficient. Further, the fiber reinforced composite material had insufficient glass transition temperature and Charpy impact value.

Figure 0005326435
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Figure 0005326435
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実施例1と実施例2を比較すると、アミン型エポキシ樹脂としてトリグリシジル‐p‐アミノ‐o‐メチルフェノールに換えてテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン用いた結果、樹脂硬化物と繊維強化複合材料のガラス転移温度が向上し、アミン型エポキシ樹脂としてテトラグリシジルジアミノジフェニルメタンがより好ましいことが確認された。   When Example 1 and Example 2 are compared, as a result of using tetraglycidyldiaminodiphenylmethane instead of triglycidyl-p-amino-o-methylphenol as the amine-type epoxy resin, the glass transition temperature of the cured resin and the fiber reinforced composite material It was confirmed that tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is more preferable as the amine-type epoxy resin.

実施例2と実施例3を比較すると、アミン型エポキシ樹脂のテトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの配合量を増量し、それに伴い、ビスフェノール型エポキシ樹脂の配合量を減量し、アミン型エポキシ樹脂とビスフェビール型エポキシ樹脂の配合量の比率を本発明のより好ましい範囲内とすることにより、樹脂硬化物のガラス転移温度と曲げ弾性率が向上することが確認された。また、かかる配合により、繊維強化複合材料のシャルピー衝撃値は若干低下したが、0°圧縮強度が大きく向上することが確認された。   When Example 2 is compared with Example 3, the amount of the amine-type epoxy resin tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is increased, and the amount of the bisphenol-type epoxy resin is decreased accordingly. It was confirmed that the glass transition temperature and the flexural modulus of the cured resin were improved by setting the ratio of the blending amount within the more preferable range of the present invention. Moreover, although the Charpy impact value of the fiber reinforced composite material was slightly reduced by such blending, it was confirmed that the 0 ° compressive strength was greatly improved.

実施例3、実施例5、および、実施例6の比較により、ジアミノジフェニルスルホンの配合量の効果が確認された。すなわち、他の配合組成は同一とし、ジアミノジフェニルスルホンの配合量を3部、5部、9部とした比較がなされた。この結果、ジアミノジフェノルスルホンを、本発明の好ましい範囲内にある5部配合した実施例5が、3部配合した実施例3や9部配合した実施例6に比べて、樹脂硬化物のガラス転移温度、曲げ弾性率、曲げ撓み量のバランスが良好であり、繊維強化複合材料のガラス転移温度、0°圧縮強度、シャルピー衝撃値も良好であることが確認された。   Comparison of Example 3, Example 5, and Example 6 confirmed the effect of the amount of diaminodiphenyl sulfone. That is, the other blending compositions were the same, and the comparison was made with the blending amount of diaminodiphenyl sulfone being 3, 5 and 9 parts. As a result, compared with Example 3 in which 5 parts of diaminodiphenol sulfone was blended in the preferred range of the present invention was blended in Example 3 in which 3 parts were blended and Example 6 in which 9 parts were blended, It was confirmed that the glass transition temperature, the flexural modulus, and the amount of bending deflection were good, and the glass transition temperature, 0 ° compressive strength, and Charpy impact value of the fiber reinforced composite material were also good.

実施例3と4を比較により、ビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量の影響が確認された。なお、平均エポキシ当量は、ビスフェノール型エポキシ樹脂成分の範囲内で比較すると、平均分子量とほぼ1対1に対応する指標と見なして良い。すなわち、ビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量を本発明のより好ましい範囲内にある1433とした実施例4は、平均エポキシ当量が332である実施例3に比べて、樹脂硬化物のガラス転移温度は低下するものの、曲げ弾性率と曲げ撓み量のいずれもが向上することが確認された。また、繊維強化複合材料の0°圧縮強度とシャルピー衝撃値のバランスも向上し、全体として、より好ましい特性となった。   By comparing Examples 3 and 4, the influence of the average epoxy equivalent of the bisphenol type epoxy resin component was confirmed. It should be noted that the average epoxy equivalent may be regarded as an index corresponding approximately to the average molecular weight when compared within the range of the bisphenol type epoxy resin component. That is, Example 4 in which the average epoxy equivalent of the bisphenol-type epoxy resin component was 1433 within the more preferable range of the present invention was compared with Example 3 in which the average epoxy equivalent was 332, and the glass transition temperature of the cured resin product. However, it was confirmed that both the bending elastic modulus and the bending deflection were improved. In addition, the balance between the 0 ° compressive strength and the Charpy impact value of the fiber reinforced composite material was improved, and as a whole, more favorable characteristics were obtained.

実施例7は、アミン型エポキシ樹脂とビスフェノール型エポキシ樹脂の配合量、ビスフェノール型エポキシ樹脂成分の平均エポキシ当量、ジアミノジフェノルスルホンの配合量を本発明のより好ましい範囲とした結果、いずれの実施例と比べても、樹脂硬化物のガラス転移温度、曲げ弾性率、曲げ撓み量の全てが最も良好か、あるいは最も良好なものとほぼ同等であることが確認された。また、繊維強化複合材料のガラス転移温度、0°圧縮強度、シャルピー衝撃強度も全て、樹脂硬化物と同様に、いずれの実施例と比べても、最も良好か、あるいは最も良好なものとほぼ同等であることが確認された。   In Example 7, the amount of the amine type epoxy resin and the bisphenol type epoxy resin, the average epoxy equivalent of the bisphenol type epoxy resin component, and the amount of diaminodiphenol sulfone were more preferably within the range of the present invention. Even when compared with the examples, it was confirmed that the glass transition temperature, the flexural modulus, and the amount of bending deflection of the cured resin were all the best or almost the same as the best. Also, the glass transition temperature, 0 ° compressive strength, and Charpy impact strength of the fiber reinforced composite material are all the best or almost the same as those of the best examples, as with the resin cured product. It was confirmed that.

比較例1及び2は、アミン型エポキシ樹脂とビスフェノール型エポキシ樹脂の配合量が本発明の範囲外である。その結果、比較例1では、ガラス転移温度と曲げ弾性率が不十分となり、比較例2では、硬化物の反応率と曲げ撓み量が不十分であった。このため、比較例1では、繊維強化複合材料のガラス転移温度と0°圧縮強度が不足し、比較例2では、繊維強化複合材料のシャルピー衝撃値が不十分であった。   In Comparative Examples 1 and 2, the compounding amount of the amine type epoxy resin and the bisphenol type epoxy resin is outside the scope of the present invention. As a result, in Comparative Example 1, the glass transition temperature and the bending elastic modulus were insufficient, and in Comparative Example 2, the reaction rate of the cured product and the amount of bending deflection were insufficient. For this reason, in Comparative Example 1, the glass transition temperature and 0 ° compressive strength of the fiber reinforced composite material were insufficient, and in Comparative Example 2, the Charpy impact value of the fiber reinforced composite material was insufficient.

比較例3は、本発明の必須成分であるジアミノジフェニルスルホンが配合されていない(それ以外は、実施例1と同一の配合)。この結果、硬化物のガラス転移温度と曲げ弾性率が不十分であった。このため、繊維強化複合材料のガラス転移温度と0°圧縮強度が不十分であった。   In Comparative Example 3, diaminodiphenyl sulfone, which is an essential component of the present invention, is not blended (otherwise the same blending as in Example 1). As a result, the glass transition temperature and bending elastic modulus of the cured product were insufficient. For this reason, the glass transition temperature and 0 ° compressive strength of the fiber reinforced composite material were insufficient.

比較例4は、ジアミノジフェノルスルホンの配合量が、本発明の範囲外である(それ以外は、実施例4と同一の配合)。この結果、硬化物のガラス転移温度と曲げ弾性率が不十分となった、このため、繊維強化複合材料のシャルピー衝撃値が不十分となった。   In Comparative Example 4, the blending amount of diaminodiphenol sulfone is outside the scope of the present invention (otherwise, the blending is the same as in Example 4). As a result, the glass transition temperature and the flexural modulus of the cured product became insufficient. For this reason, the Charpy impact value of the fiber reinforced composite material became insufficient.

比較例5は、ジアミノジフェノルスルホンの配合量が本発明の範囲外であり、さらに、本発明の必須成分であるジシアンジアミドまたはその誘導体が配合されていない(それ以外は、実施例3と同一の配合)。この結果、硬化物の反応率、ガラス転移温度、曲げ撓み量が不十分であった。このため、繊維強化複合材料のガラス転移温度とシャルピー衝撃値が不十分であった。   In Comparative Example 5, the amount of diaminodiphenol sulfone is outside the scope of the present invention, and dicyandiamide or a derivative thereof, which is an essential component of the present invention, is not blended (otherwise, the same as in Example 3) Formulation). As a result, the reaction rate, glass transition temperature, and bending deflection of the cured product were insufficient. For this reason, the glass transition temperature and Charpy impact value of the fiber reinforced composite material were insufficient.

比較例6は、本発明の必須成分であるウレア化合物が配合されていない(それ以外は、実施例4と同同一の配合)。この結果。硬化物の、反応率、ガラス転移温度、曲げ弾性率、曲げ撓み量が不足した。このため、繊維強化複合材料のガラス転移温度、0°圧縮強度とシャルピー衝撃値が不十分であった。   In Comparative Example 6, the urea compound, which is an essential component of the present invention, is not blended (otherwise the same blending as in Example 4). As a result. The reaction rate, glass transition temperature, bending elastic modulus and bending deflection of the cured product were insufficient. For this reason, the glass transition temperature, 0 ° compressive strength, and Charpy impact value of the fiber-reinforced composite material were insufficient.

比較例7及び8は、アミン型エポキシ樹脂とビスフェノール型エポキシ樹脂の配合量が本発明の範囲外であることに加えて、ビスフェノール型エポキシ樹脂の平均エポキシ当量が、本発明の好ましい範囲外である。この結果、比較例1と比べ、比較例7では、硬化物の曲げ撓み量がさらに低下したため、ガラス転移温度、弾性率、曲げ撓み量のいずれもが不十分となり、繊維強化複合材料のガラス転移温度、0°圧縮強度、シャルピー衝撃値共に不十分であった。また、比較例8では、硬化物のガラス転移温度と曲げ弾性率が大きく低下し、繊維強化複合材料のガラス転移温度、0°圧縮強度とシャルピー衝撃値が不十分であった。   In Comparative Examples 7 and 8, in addition to the compounding amount of the amine type epoxy resin and the bisphenol type epoxy resin being outside the range of the present invention, the average epoxy equivalent of the bisphenol type epoxy resin is outside the preferable range of the present invention. . As a result, compared with Comparative Example 1, in Comparative Example 7, the amount of bending deflection of the cured product was further reduced, so that all of the glass transition temperature, the elastic modulus, and the bending deflection amount became insufficient, and the glass transition of the fiber-reinforced composite material. The temperature, 0 ° compressive strength, and Charpy impact value were all insufficient. In Comparative Example 8, the glass transition temperature and flexural modulus of the cured product were greatly reduced, and the glass transition temperature, 0 ° compressive strength, and Charpy impact value of the fiber reinforced composite material were insufficient.

比較例9は、本発明の必須成分を全て必要な範囲内で含んでいるが、硬化物の反応率が不十分であり、ガラス転移温度と曲げ撓み量も不十分であった。この結果、繊維強化複合材料のガラス転移温度とシャルピー衝撃値も不十分であった。   Although the comparative example 9 contained all the essential components of this invention within the required range, the reaction rate of hardened | cured material was inadequate and the glass transition temperature and the bending deflection amount were also inadequate. As a result, the glass transition temperature and Charpy impact value of the fiber reinforced composite material were also insufficient.

本発明によれば、優れた耐熱性、弾性率、伸度等を有する硬化物をあたえるエポキシ樹脂組成物を提供することができ、優れた耐熱性、圧縮強度、耐衝撃性等を併せ持つ繊維強化複合材料を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to provide an epoxy resin composition that provides a cured product having excellent heat resistance, elastic modulus, elongation, etc., and fiber reinforcement that has excellent heat resistance, compressive strength, impact resistance, etc. A composite material can be obtained.

本発明によるエポキシ樹脂組成物、プリプレグ及び繊維強化複合材料は、ゴルフクラブ用シャフト、釣り竿、バトミントンラケット用シャフト、車椅子用フレーム、ホッケー用スティックなどに用いることができるが、好適には、自転車用部品、さらに好適には、自転車用ホイールとして用いることができる。   The epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material according to the present invention can be used for golf club shafts, fishing rods, badminton racket shafts, wheelchair frames, hockey sticks, etc. More preferably, it can be used as a bicycle wheel.

Claims (11)

下記[A]〜[F]を含み、150℃で1時間硬化させた時の反応率が90%以上、150℃で1時間硬化させた時の硬化物のガラス転移温度が140〜170℃であり、かつ、下記(I)で特定される3点曲げ撓み量が5mm以上であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
[A]アミン型エポキシ樹脂 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し30〜55重量部
[B]ビスフェノール型エポキシ樹脂 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し45〜70重量部
[C]ジアミノジフェニルスルホン 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し2〜重量部
[D]ジシアンジアミドまたはその誘導体
[E]ウレア化合物
[F]熱可塑性樹脂
(I)未硬化の前記エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、150℃で1時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得て、この樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、曲げ撓み量のn=5での平均値を3点曲げ撓み量とする。
The following [A] to [F] are included, the reaction rate when cured at 150 ° C. for 1 hour is 90% or more, and the glass transition temperature of the cured product when cured at 150 ° C. for 1 hour is 140 to 170 ° C. And an epoxy resin composition characterized in that the three-point bending deflection specified by the following (I) is 5 mm or more.
[A] Amine type epoxy resin 30 to 55 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components
[B] Bisphenol type epoxy resin 45 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components [C] Diaminodiphenylsulfone 2 to 9 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components [D] Dicyandiamide or a derivative thereof [E ] Urea compound [F] thermoplastic resin
(I) After defoaming the uncured epoxy resin composition in a vacuum, in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer, at 150 ° C. for 1 hour Cured to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. A test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out from the cured resin, and the length between spans was measured using an Instron universal testing machine (Instron). Is set to 32 mm, the crosshead speed is set to 2.5 mm / min, and three-point bending is performed according to JIS K7171 (1994), and the average value of the bending deflection amount at n = 5 is defined as the three-point bending deflection amount.
前記[C]成分および[D]成分の活性水素基の総量が、全エポキシ樹脂成分のエポキシ基1当量に対し、0.6〜1.0当量の範囲にある、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。 2. The epoxy according to claim 1, wherein the total amount of active hydrogen groups of the [C] component and the [D] component is in the range of 0.6 to 1.0 equivalent to 1 equivalent of epoxy groups of all epoxy resin components. Resin composition. 前記[E]を全エポキシ樹脂成分100重量部に対し、1〜3重量部含む、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition of Claim 1 or 2 which contains 1-3 weight part of said [E] with respect to 100 weight part of all the epoxy resin components. 前記エポキシ樹脂組成物が、下記(II)で特定される3点曲げ弾性率が3.5GPa以上である、請求項1〜3のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
(II)未硬化の前記エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、150℃で1時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得て、この樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、曲げ弾性率のn=5での平均値を3点曲げ弾性率とする。
The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the epoxy resin composition has a three-point bending elastic modulus specified by the following (II) of 3.5 GPa or more.
(II) After defoaming the uncured epoxy resin composition in a vacuum, in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer, at 150 ° C. for 1 hour Cured to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. A test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out from the cured resin, and the length between spans was measured using an Instron universal testing machine (Instron). Is set to 32 mm, the crosshead speed is set to 2.5 mm / min, and three-point bending is performed according to JIS K7171 (1994), and an average value of bending elastic modulus at n = 5 is defined as three-point bending elastic modulus.
請求項1〜4のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を、繊維基材に含浸させてなるプリプレグ。 A prepreg obtained by impregnating a fiber base material with the epoxy resin composition according to claim 1. 請求項5に記載のプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg according to claim 5. 請求項5に記載のプリプレグを、150〜170℃で、1時間以内の硬化条件で硬化させる繊維強化複合材料の製造方法。 The manufacturing method of the fiber reinforced composite material which hardens the prepreg of Claim 5 on 150-170 degreeC on the hardening conditions within 1 hour. 下記[A]〜[F]を含み、150℃で1時間硬化させた時の反応率が90%以上であるエポキシ樹脂組成物を、繊維基材に含浸させてなるプリプレグを硬化させてなる繊維強化複合材料であって、前記繊維強化複合材料が、自転車用部品を構成するものである繊維強化複合材料。
[A]アミン型エポキシ樹脂 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し30〜55重量部
[B]ビスフェノール型エポキシ樹脂 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し45〜70重量部
[C]ジアミノジフェニルスルホン 全エポキシ樹脂成分100重量部に対し2〜重量部
[D]ジシアンジアミドまたはその誘導体
[E]ウレア化合物
[F]熱可塑性樹脂
Fibers obtained by curing a prepreg comprising a fiber base material impregnated with an epoxy resin composition containing the following [A] to [F] and having a reaction rate of 90% or more when cured at 150 ° C. for 1 hour. A fiber reinforced composite material, wherein the fiber reinforced composite material constitutes a bicycle part.
[A] Amine type epoxy resin 30 to 55 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components
[B] Bisphenol type epoxy resin 45 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components [C] Diaminodiphenylsulfone 2 to 9 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all epoxy resin components [D] Dicyandiamide or a derivative thereof [E ] Urea compound [F] thermoplastic resin
前記自転車用部品が、自転車用ホイールである、請求項8に記載の繊維強化複合材料。 The fiber-reinforced composite material according to claim 8, wherein the bicycle component is a bicycle wheel. 前記エポキシ樹脂組成物が、150℃で1時間硬化させた時の硬化物のガラス転移温度が140〜170℃であり、かつ、下記(I)で特定される3点曲げ撓み量が5mm以上である、請求項8または9に記載の繊維強化複合材料。
(I)未硬化の前記エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、150℃で1時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得て、この樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、曲げ撓み量のn=5での平均値を3点曲げ撓み量とする。
When the epoxy resin composition is cured at 150 ° C. for 1 hour, the glass transition temperature of the cured product is 140 to 170 ° C., and the three-point bending deflection specified by (I) below is 5 mm or more. The fiber-reinforced composite material according to claim 8 or 9, wherein
(I) After defoaming the uncured epoxy resin composition in a vacuum, in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer, at 150 ° C. for 1 hour Cured to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. A test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out from the cured resin, and the length between spans was measured using an Instron universal testing machine (Instron). Is set to 32 mm, the crosshead speed is set to 2.5 mm / min, and three-point bending is performed according to JIS K7171 (1994), and the average value of the bending deflection amount at n = 5 is defined as the three-point bending deflection amount.
前記エポキシ樹脂組成物が、下記(II)で特定される3点曲げ弾性率が3.5GPa以上である、請求項8〜10のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
(II)未硬化の前記エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、150℃で1時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得て、この樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、曲げ弾性率のn=5での平均値を3点曲げ弾性率とする。
The fiber-reinforced composite material according to any one of claims 8 to 10, wherein the epoxy resin composition has a three-point bending elastic modulus specified by the following (II) of 3.5 GPa or more.
(II) After defoaming the uncured epoxy resin composition in a vacuum, in a mold set to a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer, at 150 ° C. for 1 hour Cured to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. A test piece having a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out from the cured resin, and the length between spans was measured using an Instron universal testing machine (Instron). Is set to 32 mm, the crosshead speed is set to 2.5 mm / min, and three-point bending is performed according to JIS K7171 (1994), and an average value of bending elastic modulus at n = 5 is defined as three-point bending elastic modulus.
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