JP5478628B2 - 改良された燃焼性を有するエポキシ樹脂および複合材料 - Google Patents
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Description
1.発明の分野
本発明は一般に、複合材料およびこれらが燃焼した場合のこのような複合材料の性質に関する。さらに特に、本発明は高性能エポキシ樹脂を燃焼した場合に発生されるイオウ含有化合物の量を減少させることによって、およびまた一度燃焼を始めた場合、当該エポキシ樹脂が自己消火するのに要する時間を減少させることによって当該高性能エポキシ樹脂を含有する組成物の燃焼性を改良することを含む。
繊維状材料、例えばガラス繊維または炭素繊維などにより強化されるエポキシ樹脂は高度の構造強度および低重量が要求される広く種々の状況で使用される。高性能エポキシ樹脂マトリックスを用いる複合材料は特に、重量および構造強度がエンジニアリングおよびデザイン上で重要であると考えられる航空宇宙産業において特に汎用される。高性能エポキシ樹脂は典型的に、エポキシ樹脂に「強化性」を付与する1種または2種以上の熱可塑性材料を含有する。このような高性能エポキシ樹脂複合材料は、これらが比較的高い強度対重量比を有することから望ましい材料であるが、これらには可燃性、毒物発生およびその他の引火性に関していくつかの特別な問題が存在する。
本発明に従い、熱可塑性強化剤の特定の配合物を含有する高性能強化エポキシ樹脂組成物を硬化させ、現存する高性能強化エポキシ樹脂系に比較して有意に減少されたSO2発生および予想外に短い自己消火時間を有するエポキシ樹脂を提供することができることが見出された。
本発明によるエポキシ樹脂組成物は1種または2種以上のエポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂成分50〜70重量パーセントから構成されている。さらに、本発明によるエポキシ樹脂組成物は、ポリエーテルイミドおよびポリアミドイミドを含有する熱可塑性配合物15〜35重量パーセントを含有する。硬化剤をまた、5〜25重量パーセントの範囲の量で含有する。
本発明によるエポキシ樹脂組成物は、熱可塑性−強化エポキシ樹脂が望まれる広く種々の状況で使用することができる。当該エポキシ樹脂組成物は単独で使用することができるが、この組成物は一般に、複合材料を形成するための繊維状支持体と組み合わされる。当該複合材料はあらゆる意図する目的に使用することができるが、これらは航空宇宙ビークルの内装用に航空宇宙用途で好ましく使用され、商業的航空機に使用すると特に好ましい。一例として、当該複合材料は航空機調理室および化粧室に、および窓枠、床パネル、頭上荷物入れ、壁部仕切り、衣装入れ、管類、天井パネルおよび内装側壁として使用することができる。さらに、複合部品は航空機基本構造体の製造に使用することができる。航空機基本構造体または部品は飛行中に有意のストレスを受ける固定翼または回転翼の構成品であり、制御飛行を維持するために航空機にとって必須である。複合部品はまた、一般的「荷重支持」部品および構造体の製造に使用することができる。
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 37.38重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 18.69重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 16.36重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 6.07重量パーセント
3,3’−DDS 4.44重量パーセント
4,4’−DDS 17.06重量パーセント
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 37.38重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 18.69重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 16.36重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 6.07重量パーセント
3,3’−DDS 17.06重量パーセント
4,4’−DDS 4.44重量パーセント
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 37.38重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 18.69重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 11.68重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 10.75重量パーセント
3,3’−DDS 4.44重量パーセント
4,4’−DDS 17.06重量パーセント
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 38.00重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 19.00重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 11.40重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 11.40重量パーセント
3,3’−DDS 4.52重量パーセント
4,4’−DDS 14.85重量パーセント
ジシアンジアミド 0.83重量パーセント
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 38.28重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 19.14重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 11.96重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 11.00重量パーセント
3,3’−DDS 4.55重量パーセント
4,4’−DDS 13.87重量パーセント
ジシアンジアミド 1.20重量パーセント
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 32.93重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 32.88重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 9.98重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 9.97重量パーセント
3,3’−DDS 0.00重量パーセント
4,4’−DDS 12.58重量パーセント
ジシアンジアミド 1.66重量パーセント
下記組成を有する模範的比較エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 37.38重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 18.69重量パーセント
ポリエーテルスルホン(5003P) 16.36重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 0.00重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 6.07重量パーセント
3,3’−DDS 17.06重量パーセント
4,4’−DDS 4.44重量パーセント
下記組成を有する模範的比較エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 38.00重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 19.00重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 22.80重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 0.00重量パーセント
3,3’−DDS 4.52重量パーセント
4,4’−DDS 14.85重量パーセント
ジシアンジアミド 0.83重量パーセント
下記組成を有する模範的比較エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 38.27重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 19.14重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 22.96重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 0.00重量パーセント
3,3’−DDS 4.55重量パーセント
4,4’−DDS 13.88重量パーセント
ジシアンジアミド 1.20重量パーセント
下記組成を有する模範的比較エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 32.93重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 32.88重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 19.95重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 0.00重量パーセント
3,3’−DDS 0.00重量パーセント
4,4’−DDS 12.58重量パーセント
ジシアンジアミド 1.66重量パーセント
複合材料試料を製造し、BSS−7260に従いOHCについて試験した。実施例2に従い製造された樹脂36.6重量パーセントを含有するプリプレグから複合材料試料を製造した。このプリプレグに使用された繊維状支持体はIM7G一方向炭素繊維テープであった。IM7G繊維テープの面積重量は190gsmであった。プリプレグから16枚ラミネートを製造して、及びオートクレーブ中で177℃で120分間かけて硬化させて、完全に硬化した複合材料試験試料を形成することにより、例示的複合材料を形成した。プリプレグにかかわるレイアップは[+45/0/−45/90]2sである。この複合材料を30.5cmx3.8cmx0.3cmである試験試料に切断した。室温において、試験試料は0°方向(一方向繊維と比較して)で46.6ksiのOHCを有していた。この試料は90°方向で50.5ksiのOHCを有していた。71℃で2週間にわたり水に浸した後、この試験試料の104℃におけるOHCは0°方向で35.2ksiであり、および90°方向で38.0ksiであることが証明された。
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 36.14重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 18.07重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 15.82重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 9.18重量パーセント
3,3’−DDS 16.49重量パーセント
4,4’−DDS 4.29重量パーセント
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 36.14重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 18.07重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 12.82重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 12.18重量パーセント
3,3’−DDS 16.49重量パーセント
4,4’−DDS 4.29重量パーセント
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 36.14重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 18.07重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 9.82重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 15.18重量パーセント
3,3’−DDS 16.49重量パーセント
4,4’−DDS 4.29重量パーセント
下記組成を有する模範的エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 36.07重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 18.03重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 19.30重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 5.86重量パーセント
3,3’−DDS 16.46重量パーセント
4,4’−DDS 4.28重量パーセント
下記組成を有する模範的比較エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 39.79重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 19.90重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 17.42重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 0.00重量パーセント
3,3’−DDS 18.16重量パーセント
4,4’−DDS 4.73重量パーセント
下記組成を有する模範的比較エポキシ樹脂組成物を製造した:
三官能性エポキシ(MY0510) 39.92重量パーセント
四官能性エポキシ(MY0721) 19.96重量パーセント
ポリエーテルイミド(ULTEM1000P) 10.68重量パーセント
ポリアミドイミド(TORLON4000TF) 6.48重量パーセント
3,3’−DDS 18.22重量パーセント
4,4’−DDS 4.74重量パーセント
14 胴体
16 尾翼部品
18 補助翼
20 翼前縁
22 翼スラット
24 スポイラー
26 尾翼縁部
28 尾翼縁スラップ
30 方航舵
32 フィン
34 水平安定版
36 昇航舵
38 尾部
40 ヘリコプター回転翼
42 翼桁
44 外面
Claims (12)
- 未硬化複合部品を硬化することにより得られる硬化済み製品であって、当該未硬化複合部品は、
1種または2種以上のエポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂成分50〜70重量パーセント;
ポリエーテルイミドおよびポリアミドイミドを含有し、ポリエーテルイミド対ポリアミドイミドの重量比が3:1〜1:3であり、ポリエーテルイミドは樹脂マトリックス中に溶解しており、ポリアミドイミドは樹脂マトリックス中に混ざっている粒子の形態である熱可塑性配合物15〜35重量パーセント;
硬化剤成分5〜25重量パーセント;
を含有する樹脂マトリックスであって、BSS−7238(改訂版B)又はBSS−7239(改訂版A)の測定条件で100ppm以下の二酸化イオウ発生レベルを有する、樹脂マトリックス、および、
繊維状強化材;
を含有する、
硬化済み製品であって、
ASTM D6484又はBSS−7260により測定されると少なくとも310MPa(45ksi)の室温開口圧縮値を有する、硬化済み製品。 - ポリエーテルイミド対ポリアミドイミドの重量比が2:1〜1:2である、請求項1に記載の硬化済み製品。
- ポリエーテルイミド対ポリアミドイミドの重量比が2.5:1〜2.9:1である、請求項1に記載の硬化済み製品。
- 熱可塑性配合物の量が当該樹脂マトリックスの22重量パーセント〜24重量パーセントである、請求項3に記載の硬化済み製品。
- 当該繊維状強化材が一方向繊維を含有する、請求項1に記載の硬化済み製品。
- 当該複合部品が航空機の基本構造体の少なくとも一部分を形成している、請求項1に記載の硬化済み製品。
- 硬化済み製品を製造する方法であって、
a.1種または2種以上のエポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂成分50〜70重量パーセント;
b.ポリエーテルイミドおよびポリアミドイミドを含有し、ポリエーテルイミド対ポリアミドイミドの重量比が3:1〜1:3であり、ポリエーテルイミドは樹脂マトリックス中に溶解しており、ポリアミドイミドは樹脂マトリックス中に混ざっている粒子の形態である熱可塑性配合物20〜35重量パーセント;
c.硬化剤成分5〜25重量パーセント;
を含有する樹脂マトリックスであって、BSS−7238(改訂版B)又はBSS−7239(改訂版A)の測定条件で100ppm以下の二酸化イオウ発生レベルを有する、樹脂マトリックス、及び
繊維状強化材
を含有する未硬化複合部品を供給する工程、並びに、
当該未硬化複合部品を硬化して硬化済み製品を形成する工程であって、当該硬化済み製品がASTM D6484又はBSS−7260により測定されると少なくとも310MPa(45ksi)の室温開口圧縮値を有する、工程、
を包含する方法。 - 当該未硬化複合部品を硬化して航空機の基本構造体の少なくとも一部分を形成する硬化済み製品を形成する、請求項7に記載の方法。
- ポリエーテルイミド対ポリアミドイミドの重量比が2:1〜1:2である、請求項7に記載の方法。
- ポリエーテルイミド対ポリアミドイミドの重量比が2.5:1〜2.9:1である、請求項7に記載の方法。
- 熱可塑性配合物の量が当該樹脂マトリックスの22重量パーセント〜24重量パーセントである、請求項10に記載の方法。
- 当該繊維状強化材が一方向繊維を含有する、請求項7に記載の方法。
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