JP5747763B2 - Epoxy resin composition, prepreg and fiber reinforced composite material - Google Patents
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Description
本発明は、スポーツ用途および一般産業用途に適した繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好ましく用いられるエポキシ樹脂組成物、ならびに、これをマトリックス樹脂としたプリプレグ、およびプリプレグを硬化して得られる繊維強化複合材料に関するものである。 The present invention relates to an epoxy resin composition preferably used as a matrix resin of a fiber-reinforced composite material suitable for sports applications and general industrial applications, a prepreg using the same as a matrix resin, and a fiber-reinforced composite obtained by curing the prepreg It relates to materials.
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。これら繊維強化複合材料の製造方法には、強化繊維に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、硬化する方法がよく用いられている。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。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ましく用いられる。 Fiber reinforced composite materials using carbon fibers or aramid fibers as reinforcing fibers make use of their high specific strength and specific elastic modulus to make structural materials such as aircraft and automobiles, sports such as tennis rackets, golf shafts and fishing rods. Widely used in general industrial applications. As a method for producing these fiber reinforced composite materials, a method is often used in which a prepreg, which is a sheet-like intermediate material in which reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin, is laminated and then cured. The method using a prepreg has an advantage that a high-performance fiber-reinforced composite material can be easily obtained because the orientation of the reinforcing fibers can be strictly controlled and the degree of freedom in designing 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.
近年では、金属等の従来材料を繊維強化複合材料に置き換えることで軽量化を目指す動きに加えて、様々な用途において、繊維強化複合材料そのもののさらなる軽量化を求める動きが活発化してきている。軽量化を達成する方法としては、より高弾性率な強化繊維を適用し、繊維強化複合材料の剛性は維持したまま軽量化する方法が挙げられる。しかし、強化繊維を高弾性率化した場合、繊維方向圧縮強度などの強度特性は、低下する傾向にある。繊維方向圧縮強度などの強度特性を改善するには、マトリックス樹脂として用いるエポキシ樹脂の弾性率を向上させることが有効である。 In recent years, in addition to the movement to reduce weight by replacing conventional materials such as metal with fiber reinforced composite materials, there has been an active movement for further weight reduction of the fiber reinforced composite materials themselves in various applications. As a method for achieving weight reduction, there is a method in which a reinforced fiber having a higher elastic modulus is applied and the weight is reduced while maintaining the rigidity of the fiber-reinforced composite material. However, when the elastic modulus of the reinforcing fiber is increased, strength characteristics such as fiber direction compressive strength tend to be lowered. In order to improve strength characteristics such as fiber direction compressive strength, it is effective to improve the elastic modulus of the epoxy resin used as the matrix resin.
エポキシ樹脂の弾性率を向上させる方法としては、カーボンナノチューブなどの無機フィラーの添加や弾性率の高いアミン型エポキシ樹脂の配合があげられる。 Examples of the method for improving the elastic modulus of the epoxy resin include addition of an inorganic filler such as carbon nanotube and blending of an amine type epoxy resin having a high elastic modulus.
例えば、特許文献1では、高弾性率なアミン型エポキシ樹脂を配合することで、エポキシ樹脂の弾性率が向上し、これをマトリックス樹脂として適用した繊維強化複合材料の繊維方向圧縮強度と相関の強い繊維方向曲げ強さに顕著な向上が見られている。しかし、この方法では、エポキシ樹脂の靱性が低下するために、耐衝撃性が低下する。 For example, in Patent Document 1, by adding an amine-type epoxy resin having a high elastic modulus, the elastic modulus of the epoxy resin is improved, and has a strong correlation with the fiber direction compressive strength of the fiber reinforced composite material to which this is applied as a matrix resin. A significant improvement in fiber direction bending strength has been observed. However, in this method, since the toughness of the epoxy resin is lowered, the impact resistance is lowered.
繊維強化複合材料の耐衝撃性を向上させるためには、繊維強化複合材料を構成する強化繊維の伸度やエポキシ樹脂の塑性変形能力や靱性を向上させる必要がある。これらのうち、特にエポキシ樹脂の靱性を向上させることが重要かつ有効であるとされている。 In order to improve the impact resistance of the fiber reinforced composite material, it is necessary to improve the elongation of the reinforcing fiber constituting the fiber reinforced composite material, the plastic deformation ability and the toughness of the epoxy resin. Of these, it is particularly important to improve the toughness of the epoxy resin.
従来、エポキシ樹脂の靱性を向上させる方法としては、靱性に優れるゴム成分や熱可塑性樹脂を配合する方法などが試されてきた。しかし、ゴムは、弾性率やガラス転移温度がエポキシ樹脂に比べて大幅に低いため、エポキシ樹脂に配合した場合、マトリックス樹脂の弾性率やガラス転移温度の低下が見られ、靱性と弾性率のバランスを取ることが困難である。また、熱可塑性成分を配合する方法としては、例えばスチレン−ブタジエン−メタクリル酸メチルからなる共重合体や、ブタジエン−メタクリル酸メチルからなるブロック共重合体などのブロック共重合体を添加することにより、エポキシ樹脂の靭性を大きく向上させる方法が提案されている(特許文献2、3)。しかし、これらの方法には、耐熱性の低下や増粘によるプロセス性の悪化、ボイド発生等の品位低下といった問題があった。また、この方法でも弾性率が不十分である。 Conventionally, as a method for improving the toughness of an epoxy resin, a method of blending a rubber component having excellent toughness or a thermoplastic resin has been tried. However, since the elastic modulus and glass transition temperature of rubber are significantly lower than those of epoxy resin, when blended with epoxy resin, the elastic modulus and glass transition temperature of matrix resin decrease, and the balance between toughness and elastic modulus. Is difficult to take. Moreover, as a method of blending the thermoplastic component, for example, by adding a block copolymer such as a copolymer composed of styrene-butadiene-methyl methacrylate or a block copolymer composed of butadiene-methyl methacrylate, Methods for greatly improving the toughness of epoxy resins have been proposed (Patent Documents 2 and 3). However, these methods have problems such as reduced heat resistance, deteriorated processability due to thickening, and reduced quality such as void generation. Also, this method has an insufficient elastic modulus.
弾性率と靱性のバランスを向上させる方法としては、特定の数平均分子量を有するジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂と前記エポキシ樹脂と特定の範囲でSP値が異なるエポキシ樹脂を組み合わせる方法が開示されている。(特許文献4)しかし、この方法でも、弾性率と靱性のバランスが不十分であるだけでなく、粘度が高くなりがちであり、不十分であった。 As a method for improving the balance between elastic modulus and toughness, a method is disclosed in which a diglycidyl ether type epoxy resin having a specific number average molecular weight and an epoxy resin having an SP value different from that in a specific range are combined. However, this method is not only insufficient in balance between elastic modulus and toughness but also tends to increase viscosity.
本発明の目的は、かかる従来技術の欠点を改良し、優れた弾性率と靭性を併せ持つ樹脂硬化物(ここで、樹脂硬化物とは、エポキシ樹脂組成物を硬化させたものを意味する。以下同様である。)を形成し、かつ低粘度で強化繊維間への含浸性に優れたエポキシ樹脂組成物、ならびに、該エポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグ、および繊維強化複合材料を提供することにある。 The object of the present invention is to improve the disadvantages of the prior art and to cure a cured resin having both excellent elastic modulus and toughness (herein, the cured resin means a cured epoxy resin composition. And an epoxy resin composition having a low viscosity and excellent impregnation between reinforcing fibers, a prepreg using the epoxy resin composition, and a fiber-reinforced composite material. is there.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、下記構成から成るエポキシ樹脂組成物を見いだし、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明は、以下の構成からなる。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found an epoxy resin composition having the following constitution, and have completed the present invention. That is, this invention consists of the following structures.
(I)下記に示す[A]〜[D]を含んでなるエポキシ樹脂組成物であって、[A]〜[C]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、以下の配合比を満たし、エポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂硬化物が、[A]リッチ相と[B]リッチ相を有してなる相分離構造を有し、その相分離構造周期が1nm〜5μmである、エポキシ樹脂組成物。 (I) An epoxy resin composition comprising the following [A] to [D], wherein [A] to [C] satisfy the following blending ratio with respect to 100 parts by mass of all epoxy resin components: The cured resin obtained by curing the epoxy resin composition has a phase separation structure having [A] rich phase and [B] rich phase, and the phase separation structure period is 1 nm to 5 μm. An epoxy resin composition.
[A]軟化点90℃以上のビスフェノールF型エポキシ樹脂 30〜50質量部
[B]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂 30〜50質量部
[C]数平均分子量450以下のビスフェノールF型エポキシ樹脂 10〜40質量部
[D]硬化剤
(但し、エポキシ樹脂[A]〜[C]の合計量が100質量部を超えることはない。)
[A] Bisphenol F type epoxy resin having a softening point of 90 ° C. or higher 30 to 50 parts by mass [B] Trifunctional or higher amine type epoxy resin 30 to 50 parts by mass [C] Bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight of 450 or less 10 -40 mass parts [D] Hardener (However, the total amount of epoxy resin [A]-[C] does not exceed 100 mass parts.)
(II)エポキシ樹脂[B]が3官能のアミノフェノール型エポキシ樹脂である、前記(I)に記載のエポキシ樹脂組成物。 (II) The epoxy resin composition according to (I) , wherein the epoxy resin [B] is a trifunctional aminophenol type epoxy resin.
(III)硬化剤[D]がジシアンジアミドまたはその誘導体である、前記(I)または(II)に記載のエポキシ樹脂組成物。 (III) The epoxy resin composition according to (I) or (II) , wherein the curing agent [D] is dicyandiamide or a derivative thereof.
(IV)さらに、S−B−M、B−MおよびM−B−Mからなる群から選ばれる少なくとも1種のブロック共重合体[E](ここで、前記の各ブロックは共有結合によって連結されるか、一方のブロックに一つの共有結合形成を介して結合され、他方のブロックに他の共有結合形成を介して結合された中間分子によって連結されており、ブロックMはポリメタクリル酸メチルのホモポリマーまたは、メタクリル酸メチルを少なくとも50質量%含むコポリマーからなるブロックであり、ブロックBはブロックMに非相溶で、そのガラス転移温度が20℃以下であり、ブロックSはブロックBおよびMに非相溶で、かつ、そのガラス転移温度が、ブロックBのガラス転移温度よりも高いブロックである)を、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して1〜10質量部含む、前記(I)〜(III)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 (IV) Furthermore, at least one block copolymer [E] selected from the group consisting of SBM, BM, and MBM (wherein each of the above blocks is linked by a covalent bond) Or is linked to one block via one covalent bond formation and linked to the other block via another covalent bond formation, and block M is a polymethylmethacrylate A block made of a homopolymer or a copolymer containing at least 50% by mass of methyl methacrylate, block B is incompatible with block M, its glass transition temperature is 20 ° C. or lower, and block S is contained in blocks B and M Incompatible and the glass transition temperature of the block B is higher than the glass transition temperature of the block B) to 100 parts by mass of all epoxy resin components To include 1 to 10 parts by weight, the (I) ~ epoxy resin composition according to any one of (III).
(V)前記ブロック共重合体[E]におけるブロック共重合体のブロックBが、ポリ1,4−ブタジエンまたはポリ(ブチルアクリレート)である、前記(IV)に記載のエポキシ樹脂組成物。 (V) The epoxy resin composition according to (IV) , wherein block B of the block copolymer in the block copolymer [E] is poly1,4-butadiene or poly (butyl acrylate).
(VI)エポキシ樹脂[A]〜[C]および硬化剤[D]、またはエポキシ樹脂[A]〜[C]、硬化剤[D]およびブロック共重合体[E]を調製して得られる、エポキシ樹脂組成物の80℃の粘度が0.5〜200Pa・sであり、かつ、エポキシ樹脂[A]〜[C]、またはエポキシ樹脂[A]〜[C]およびブロック共重合体[E]からなるエポキシ樹脂組成物を硬化剤[D]と反応し硬化させて得られる樹脂硬化物の樹脂靱性値が1.3MPa・m0.5以上である、前記(I)〜(V)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 (VI) Obtained by preparing epoxy resins [A] to [C] and a curing agent [D], or epoxy resins [A] to [C], a curing agent [D] and a block copolymer [E]. The viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition is 0.5 to 200 Pa · s, and the epoxy resins [A] to [C], or the epoxy resins [A] to [C] and the block copolymer [E]. Any of (I) to (V) above, wherein the resin toughness value of the cured resin obtained by reacting and curing the epoxy resin composition comprising the curing agent [D] is 1.3 MPa · m 0.5 or more. the epoxy resin composition according to any.
(VII)前記(I)〜(VI)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物と強化繊維からなるプリプレグ。 (VII) A prepreg comprising the epoxy resin composition according to any one of (I) to (VI) and a reinforcing fiber.
(VIII)前記(VII)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。 (VIII) A fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg described in (VII) .
(IX)前記(I)〜(VI)のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂硬化物と、強化繊維からなる繊維強化複合材料。 (IX) A fiber-reinforced composite material comprising a resin cured product obtained by curing the epoxy resin composition according to any one of (I) to (VI) and reinforcing fibers.
本発明によれば、硬化時にエポキシ樹脂の微細な相分離構造が形成され、高弾性率、かつ高靱性の樹脂硬化物を与え、かつ低粘度で強化繊維間への含浸性に優れるエポキシ樹脂組成物を提供できる。また、本発明のエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂とした繊維強化複合材料は、優れた静的強度特性と耐衝撃性を併せ持つ。 According to the present invention, an epoxy resin composition in which a fine phase separation structure of an epoxy resin is formed at the time of curing, gives a cured resin having a high elastic modulus and high toughness, and has a low viscosity and excellent impregnation between reinforcing fibers. Can provide things. Moreover, the fiber reinforced composite material using the epoxy resin composition of the present invention as a matrix resin has both excellent static strength characteristics and impact resistance.
本発明の実施形態は、下記の[A]〜[C]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、以下の配合比を満たし、エポキシ樹脂組成物を硬化させて得られる樹脂硬化物が、[A]リッチ相と[B]リッチ相を有してなる相分離構造を有し、その相分離構造周期が1nm〜5μmであり、かつ硬化剤[D]を含むエポキシ樹脂組成物である。 Embodiments of the present invention, with respect to [A] ~ [C] is 100 parts by weight total epoxy resin component described below, meet the following blending ratio, the resin cured product obtained by curing the epoxy resin composition [A] an epoxy resin composition having a phase separation structure comprising a rich phase and a [B] rich phase, a phase separation structure period of 1 nm to 5 μm, and a curing agent [D]. .
[A]軟化点90℃以上のビスフェノールF型エポキシ樹脂 30〜50質量部
[B]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂 30〜50質量部
[C]数平均分子量450以下のビスフェノールF型エポキシ樹脂 10〜40質量部
[D]硬化剤
(但し、エポキシ樹脂[A]〜[C]の合計量が100質量部を超えることはない。)
[A] Bisphenol F type epoxy resin having a softening point of 90 ° C. or higher 30 to 50 parts by mass [B] Trifunctional or higher amine type epoxy resin 30 to 50 parts by mass [C] Bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight of 450 or less 10 To 40 parts by mass [D] curing agent
(However, the total amount of epoxy resins [A] to [C] does not exceed 100 parts by mass.)
かかるエポキシ樹脂[A]として、90℃以上の軟化点を有するビスフェノール型エポキシ樹脂を全エポキシ樹脂100質量部のうち30〜50質量部含む必要がある。ビスフェノール型エポキシ樹脂[A]の軟化点が90℃に満たない場合、エポキシ樹脂組成物の樹脂硬化物の靱性が不足する。また、20質量部に満たない場合、靭性が不足し、50質量部を超える場合は、樹脂硬化物の弾性率や耐熱性が不足するだけでなく、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなりすぎる。エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなりすぎると、プリプレグ製造する際、強化繊維間にエポキシ樹脂組成物を充分に含浸できない。このために、得られる繊維強化複合材料中にボイドを生じ、繊維強化複合材料の強度が低下する。 As such epoxy resin [A], it is necessary to include 30 to 50 parts by weight of 100 parts by weight of total epoxy resin of bisphenol type epoxy resin having a softening point of above 90 ° C.. If the softening point of the bisphenol type epoxy resin [A] is less than 90 ° C., the toughness of the resin cured product of the epoxy resin composition may be insufficient. Moreover, when it is less than 20 parts by mass, the toughness is insufficient, and when it exceeds 50 parts by mass, not only the elastic modulus and heat resistance of the resin cured product are insufficient, but also the viscosity of the epoxy resin composition becomes too high. If the viscosity of the epoxy resin composition becomes too high, the epoxy resin composition cannot be sufficiently impregnated between the reinforcing fibers when the prepreg is produced. For this reason, voids are generated in the obtained fiber reinforced composite material, and the strength of the fiber reinforced composite material is lowered.
かかるビスフェノール型エポキシ樹脂[A]としては、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型エポキシ樹脂、またはこれらのハロゲン、アルキル置換体、水添品などを使用する。 As the bisphenol type epoxy resin [A], bisphenol A type, bisphenol F type, bisphenol AD type, bisphenol S type epoxy resin, or their halogen, alkyl-substituted products, hydrogenated products and the like are used.
かかるエポキシ樹脂[A]の市販品としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂として“jER(登録商標)”1004AF、1007、1009P、1010P、4005P、4007P、4009P、4010P(三菱化学(株)製)などが挙げられる。中でも、耐熱性と弾性率、靭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、またはビスフェノールF型エポキシ樹脂が好ましく、より好ましくはビスフェノールF型エポキシ樹脂が用いられる。 Examples of commercially available epoxy resin [A] include “jER (registered trademark)” 1004AF, 1007, 1009P, 1010P, 4005P, 4007P, 4009P, and 4010P (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) as bisphenol type epoxy resins. It is done. Among them, bisphenol A type epoxy resin or bisphenol F type epoxy resin is preferable, and bisphenol F type epoxy resin is more preferably used because of a good balance between heat resistance, elastic modulus, and toughness.
エポキシ樹脂[B]として、3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂100質量部のうち30〜50質量部含む必要がある。30質量部に満たない場合、得られる樹脂硬化物の弾性率が不足する。また、50質量部を超える場合は、樹脂硬化物の塑性変形能力と靭性が不足する。3官能以上のアミン型エポキシ樹脂の中でも、3官能アミン型エポキシ樹脂が、樹脂硬化物に弾性率と靭性をバランス良く与えるため好ましい。さらに、3官能アミン型エポキシ樹脂の中でも、アミノフェノール型エポキシ樹脂は、靭性が比較的高く、より好ましい。 As epoxy resin [B], it is necessary to include 30-50 parts by mass of trifunctional or higher amine type epoxy resin out of 100 parts by mass of all epoxy resins. When it is less than 30 parts by mass, the elastic modulus of the obtained resin cured product is insufficient. Moreover, when it exceeds 50 mass parts, the plastic deformation capability and toughness of a resin cured material are insufficient. Of the tri- or higher functional amine-type epoxy resins, the tri-functional amine-type epoxy resins are preferable because they give the cured resin a good balance between elastic modulus and toughness. Furthermore, among the trifunctional amine type epoxy resins, aminophenol type epoxy resins have relatively high toughness and are more preferable.
かかる3官能以上のアミン型エポキシ樹脂[B]としては、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホン、テトラグリシジルジアミノジフェニルエーテル、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などのアミン型エポキシ樹脂や、トリグリシジルイソシアヌレート骨格を有するエポキシ樹脂、またはこれらのハロゲン、アルキル置換体、水添品などを使用する。 Examples of the trifunctional or higher amine type epoxy resin [B] include amine types such as tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetraglycidyldiaminodiphenylsulfone, tetraglycidyldiaminodiphenylether, triglycidylaminophenol, triglycidylaminocresol, and tetraglycidylxylylenediamine. Epoxy resins, epoxy resins having a triglycidyl isocyanurate skeleton, or their halogen, alkyl-substituted products, hydrogenated products, and the like are 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(株)製)、YH434L(新日鐵化学(株)製)、“jER(登録商標)”604(三菱化学(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。テトラグリシジルジアミノジフェニルエーテルとしては、3,3’−TGDDE(東レファインケミカル(株)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またはトリグリシジルアミノクレゾールとしては、 “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(三菱化学(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。テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホンの市販品としては、TG3DAS(小西化学工業(株)製)が挙げられる。 Examples of the tetraglycidyldiaminodiphenylmethane include “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), YH434L (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.), and “jER (registered trademark)” 604 (Mitsubishi Chemical Corporation). ), “Araldide (registered trademark)” MY720, MY721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), etc. can be used. As tetraglycidyl diaminodiphenyl ether, 3,3′-TGDDE (manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.) or the like can be used. As triglycidylaminophenol or triglycidylaminocresol, "Araldide (registered trademark)" MY0500, MY0510, MY0600 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), "jER (registered trademark)" 630 (Mitsubishi Chemical Corporation) ) Etc. 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. As a commercial item of tetraglycidyl diaminodiphenyl sulfone, TG3DAS (manufactured by Konishi Chemical Industry Co., Ltd.) can be mentioned.
かかるエポキシ樹脂[C]として、高い弾性率を与える450以下の数平均分子量を持つビスフェノールF型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂100質量部のうち10〜40質量部用いる必要がある。好ましくは、450以下の数平均分子量を持つビスフェノールF型エポキシ樹脂が全エポキシ樹脂100質量部のうち20〜40質量部含まれることである。40質量部を超える場合は、得られる樹脂硬化物の靭性が不足しやすい。また、10質量部未満の場合、かかるエポキシ樹脂組成物の粘度が高くなる場合がある。さらに、ビスフェノールF型エポキシ樹脂の数平均分子量が450より大きい場合、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなりやすいため、プリプレグ製造工程において、エポキシ樹脂組成物が強化繊維間に含浸しにくくなり、プリプレグの繊維含有率を向上させにくい傾向がある。 As this epoxy resin [C], it is necessary to use 10 to 40 parts by mass of 100 parts by mass of the total epoxy resin of bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight of 450 or less that gives a high elastic modulus. Preferably, 20 to 40 parts by mass of a bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight of 450 or less is included in 100 parts by mass of the total epoxy resin. When exceeding 40 mass parts, the toughness of the resin cured material obtained tends to be insufficient. Moreover, when it is less than 10 mass parts, the viscosity of this epoxy resin composition may become high. Furthermore, when the number average molecular weight of the bisphenol F-type epoxy resin is larger than 450, the viscosity of the epoxy resin composition tends to be high, so that it becomes difficult for the epoxy resin composition to impregnate between the reinforcing fibers in the prepreg manufacturing process. It tends to be difficult to improve the fiber content.
なお、本発明でいう数平均分子量を測定する方法としては、例えば、次の方法が挙げられる。測定装置としては、“HLC(登録商標)”8220GPC(東ソー株式会社製)、検出器としてUV−8000(254nm)、カラムにはTSK−G4000H(東ソー株式会社製)を用いる。エポキシ樹脂をTHFに、濃度0.1mg/mlで溶解させ、これを流速1.0ml/min、温度40℃で測定したサンプルの保持時間を、ポリスチレンの校正用サンプルの保持時間を用いて、分子量に換算して求める。 In addition, as a method of measuring the number average molecular weight as referred to in the present invention, for example, the following method may be mentioned. “HLC (registered trademark)” 8220GPC (manufactured by Tosoh Corporation) is used as a measuring apparatus, UV-8000 (254 nm) is used as a detector, and TSK-G4000H (manufactured by Tosoh Corporation) is used as a column. The epoxy resin was dissolved in THF at a concentration of 0.1 mg / ml, and the sample retention time measured at a flow rate of 1.0 ml / min and a temperature of 40 ° C. was calculated using the polystyrene calibration sample retention time as the molecular weight. Calculate by converting to
本発明における硬化剤[D]のエポキシ樹脂硬化剤としては、エポキシ樹脂を硬化させるものであれば特に限定はなく、芳香族アミン、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、イソシアネート類等が挙げられる。 The epoxy resin curing agent of the curing agent [D] in the present invention is not particularly limited as long as it cures an epoxy resin. Amines such as aromatic amines and alicyclic amines, acid anhydrides, polyaminoamides , Organic acid hydrazides, isocyanates and the like.
アミン硬化剤は、力学特性や耐熱性に優れることから好ましく、芳香族アミンであるジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタンや、脂肪族アミンであるジシアンジアミドまたはその誘導体、ヒドラジド化合物等が用いられる。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、三菱化学(株)製)などが挙げられる。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。 The amine curing agent is preferable because it is excellent in mechanical properties and heat resistance, and diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenylmethane, which are aromatic amines, dicyandiamide or a derivative thereof, which is an aliphatic amine, hydrazide compounds, and the like are used. Examples of such commercially available dicyandiamide include DICY-7 and DICY-15 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). The 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.
さらに、硬化剤[D]としてジシアンジアミドまたはその誘導体を粉体として樹脂に配合することは、室温での保存安定性や、プリプレグ化時の粘度安定性の観点から好ましい。ジシアンジアミドまたはその誘導体を粉体として樹脂に配合する場合、その平均粒径は10μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは7μm以下である。例えば、プリプレグ製造工程において加熱加圧により強化繊維束にエポキシ樹脂組成物を含浸させる際、10μmを超える粒径を持つジシアンジアミドまたはその誘導体は、強化繊維束中に入り込まず、繊維束表層に取り残される場合がある。 Furthermore, it is preferable to blend dicyandiamide or a derivative thereof as a curing agent [D] into a resin as a powder from the viewpoint of storage stability at room temperature and viscosity stability during prepreg formation. When dicyandiamide or a derivative thereof is blended into a resin as a powder, the average particle size is preferably 10 μm or less, more preferably 7 μm or less. For example, when the reinforcing fiber bundle is impregnated into the reinforcing fiber bundle by heating and pressing in the prepreg manufacturing process, dicyandiamide or a derivative thereof having a particle size of more than 10 μm does not enter the reinforcing fiber bundle and remains on the surface of the fiber bundle. There is a case.
また、かかる硬化剤の総量は、全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、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、エポキシ基と反応しうる官能基を意味する。活性水素基として、アミノ基や水酸基等が挙げられる。活性水素基が0.6当量に満たない場合は、樹脂硬化物の反応率、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、樹脂硬化物の反応率、ガラス転移温度、弾性率は充分であるが、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。 Moreover, it is preferable that the total amount of this hardening | curing agent contains the quantity from which an active hydrogen group becomes the range of 0.6-1.0 equivalent with respect to the epoxy group of all the epoxy resin components, More preferably, it is 0.7-0. The amount is in the range of 9 equivalents. Here, the active hydrogen group means a functional group that can react with an epoxy group. Examples of the active hydrogen group include an amino group and a hydroxyl group. When the active hydrogen group is less than 0.6 equivalent, the reaction rate, heat resistance and elastic modulus of the cured resin 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 resin are sufficient, but the plastic deformation ability is insufficient, so the impact resistance of the fiber reinforced composite material May be insufficient.
各硬化剤は、硬化促進剤や、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。組み合わせる硬化促進剤としては、ウレア類、イミダゾール類、ルイス酸などが挙げられる。 Each curing agent may be used in combination with a curing accelerator or other epoxy resin curing agent. Examples of the curing accelerator to be combined include ureas, imidazoles and Lewis acids.
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。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)、“Omicure(登録商標)”24、52、94(以上CVC SpecialtyChemicals,Inc.製)などが挙げられる。 Examples of the urea compound include N, N-dimethyl-N ′-(3,4-dichlorophenyl) urea, toluene bis (dimethylurea), 4,4′-methylenebis (phenyldimethylurea), and 3-phenyl-1 , 1-dimethylurea and the like can be used. Examples of commercially available urea compounds include DCMU99 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.), “Omicure (registered trademark)” 24, 52, and 94 (manufactured by CVC Specialty Chemicals, Inc.).
イミダゾール類の市販品としては、2MZ、2PZ、2E4MZ(以上、四国化成(株)製)などが挙げられる。ルイス酸としては、三フッ化ホウ素・ピペリジン錯体、三フッ化ホウ素・モノエチルアミン錯体、三フッ化ホウ素・トリエタノールアミン錯体、三塩化ホウ素・オクチルアミン錯体などの、ハロゲン化ホウ素と塩基の錯体が挙げられる。 Examples of commercially available imidazoles include 2MZ, 2PZ, and 2E4MZ (manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd.). Lewis acids include boron trifluoride / piperidine complex, boron trifluoride / monoethylamine complex, boron trifluoride / triethanolamine complex, boron trichloride / octylamine complex, etc. Can be mentioned.
中でも、保存安定性と促進能力のバランスから、ウレア化合物が好ましく用いられる。かかるウレア化合物の配合量は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して1〜3質量部含むことが好ましい。かかるウレア化合物の配合量が1質量部に満たない場合は、反応が充分に進行せず、樹脂硬化物の弾性率と耐熱性が不足しがちである。また、かかるウレア化合物の配合量が3質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との反応を阻害するため、樹脂硬化物の靭性が不足する上、弾性率も低下する。 Of these, urea compounds are preferably used from the balance between storage stability and promoting ability. It is preferable that the compounding quantity of this urea compound contains 1-3 mass parts with respect to 100 mass parts of all the epoxy resin components. When the blending amount of the urea compound is less than 1 part by mass, the reaction does not proceed sufficiently, and the elastic modulus and heat resistance of the cured resin product tends to be insufficient. Moreover, when the compounding quantity of this urea compound exceeds 3 mass parts, since the self-polymerization reaction of an epoxy resin inhibits reaction with an epoxy resin and a hardening | curing agent, in addition to the toughness of a resin hardened | cured material, elasticity modulus Also decreases.
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、粘弾性を調整して作業性または樹脂硬化物の弾性率や耐熱性を向上させる目的で、エポキシ樹脂[A]〜[C]以外のエポキシ樹脂を、本発明の効果が失われない範囲で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、イソシアネート変性エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ポリエチレングリコール型エポキシ樹脂、N、N’−ジグリシジルアニリン、液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂などが挙げられる。 In addition, the epoxy resin composition of the present invention contains an epoxy resin other than the epoxy resins [A] to [C] for the purpose of adjusting viscoelasticity and improving workability or the elastic modulus and heat resistance of the cured resin. , And 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. Specifically, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac epoxy resin, resorcinol type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, epoxy resin having biphenyl skeleton, isocyanate modified epoxy resin, anthracene type epoxy resin Polyethylene glycol type epoxy resin, N, N′-diglycidylaniline, liquid bisphenol A type epoxy resin, and the like.
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、154(以上、三菱化学(株)製)、“エピクロン(登録商標)”N−740、N−770、N−775(以上、DIC(株)製)などが挙げられる。 Commercially available products of phenol novolac type epoxy resins include “Epicoat (registered trademark)” 152, 154 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “Epicron (registered trademark)” N-740, N-770, N-775 ( As mentioned above, DIC Corporation) etc. are mentioned.
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、N−665、N−670、N−673、N−695(以上、DIC(株)製)、“EOCN(登録商標)”1020、102S、104S(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 As a commercial product of a cresol novolac type epoxy resin, “Epiclon (registered trademark)” N-660, N-665, N-670, N-673, N-695 (above, manufactured by DIC Corporation), “EOCN ( Registered trademark) "1020, 102S, 104S (Nippon Kayaku Co., Ltd.).
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、HP7200L、HP7200H(以上、DIC(株)製)、“TACTIX(登録商標)”558(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 “Epiclon (registered trademark)” HP7200, HP7200L, HP7200H (above, manufactured by DIC Corporation), “TACTIX (registered trademark)” 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、YX4000、YL6616(以上、三菱化学(株)製)、NC−3000(日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available epoxy resins having a biphenyl skeleton include “Epicoat (registered trademark)” YX4000H, YX4000, YL6616 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), NC-3000 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and the like. It is done.
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“AER(登録商標)”4152(旭化成イーマテリアルズ(株)製)やXAC4151(旭化成ケミカルズ(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available isocyanate-modified epoxy resins include “AER (registered trademark)” 4152 (made by Asahi Kasei E-Materials Co., Ltd.) and XAC4151 (made by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.) having an oxazolidone ring.
アントラセン型エポキシ樹脂の市販品としては、YX8800(三菱化学(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available anthracene epoxy resins include YX8800 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
ポリエチレングリコール型エポキシ樹脂の市販品としては、“デナコール(登録商標)”EX810、811、850、851、821、830、841、861(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available polyethylene glycol epoxy resins include “Denacol (registered trademark)” EX810, 811, 850, 851, 821, 830, 841, 861 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).
N,N’−ジグリシジルアニリンの市販品としては、GAN(日本化薬(株))が挙げられる。 As a commercially available product of N, N′-diglycidylaniline, GAN (Nippon Kayaku Co., Ltd.) can be mentioned.
液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”828(三菱化学(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available liquid bisphenol A type epoxy resins include “jER (registered trademark)” 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には粘弾性を制御し、プリプレグのタックやドレープ特性や、繊維強化複合材料の耐衝撃性などの力学特性を改良するために、エポキシ樹脂に可溶性の熱可塑性樹脂や、ゴム粒子および熱可塑性樹脂粒子等の有機粒子や、無機粒子等を配合することができる。 In addition, the epoxy resin composition of the present invention is a thermoplastic that is soluble in epoxy resin to control viscoelasticity and improve mechanical properties such as tack and drape characteristics of prepreg and impact resistance of fiber reinforced composite materials. Resin, organic particles such as rubber particles and thermoplastic resin particles, inorganic particles, and the like can be blended.
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。水素結合性官能基としては、アルコール性水酸基、アミド結合、スルホニル基、カルボキシル基などを挙げることができる。 As the thermoplastic resin soluble in the epoxy resin, a thermoplastic resin having a hydrogen bondable functional group that can be expected to improve the adhesion between the resin and the reinforcing fiber is preferably used. Examples of the hydrogen bondable functional group include an alcoholic hydroxyl group, an amide bond, a sulfonyl group, and a carboxyl group.
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、フェノキシ樹脂などを挙げることができる。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、ポリアミドイミド、ポリビニルピロリドンなどを挙げることができる。スルホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリスルホンなど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。カルボキシル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミドなどを挙げることができる。 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, polyamideimide, and polyvinylpyrrolidone. Examples of the thermoplastic resin having a sulfonyl group include polysulfone. 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. Examples of the thermoplastic resin having a carboxyl group include polyester, polyamide, and polyamideimide.
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としては、ポリビニルアセタール樹脂としてデンカブチラール、およびポリビニルアルコール樹脂として“デンカポバール(登録商標)”(電気化学工業(株)製)、“ビニレック(登録商標)”(チッソ(株)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)”(サビックイノベーティブプラスチックス社製)、“オーラム(登録商標)”(三井化学(株)製)、“ベスペル(登録商標)”(デュポン社製)PEEKポリマーとして“Victrex(登録商標)”(ビクトレックス社製)、ポリスルホンとして“UDEL(登録商標)”(ソルベイ アドバンストポリマーズ社製)、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。 Commercially available thermoplastic resins that are soluble in epoxy resins and have hydrogen-bonding functional groups include Denkabutyral as a polyvinyl acetal resin and “Denkapoval (registered trademark)” as a polyvinyl alcohol resin (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.). ), “Vinylec (registered trademark)” (manufactured by Chisso Corporation), “Macromelt (registered trademark)” (manufactured by Henkel Co., Ltd.), “Amilan (registered trademark)” CM4000 (manufactured by Toray Industries, Inc.), As polyimide, “Ultem (registered trademark)” (manufactured by Subic Innovative Plastics), “Aurum (registered trademark)” (manufactured by Mitsui Chemicals), “Vespel (registered trademark)” (manufactured by DuPont) as PEEK polymer “Victrex (registered trademark)” (manufactured by Victrex), “UDEL (polysulfone) Recorded trademark) "(Solvay manufactured Advanced Polymers, Inc.), polyvinylpyrrolidone as don" Luviskol (registered trademark) "(BASF Japan Ltd. can be exemplified, Ltd.).
また、アクリル系樹脂は、エポキシ樹脂との高い相溶性を有し、粘弾性制御のために好ましく用いられる。アクリル樹脂の市販品としては、“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。 Moreover, acrylic resin has high compatibility with an epoxy resin, and is preferably used for viscoelasticity control. Commercially available acrylic resins include “Dianar (registered trademark)” BR series (Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), “Matsumoto Microsphere (registered trademark)” M, M100, M500 (Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.) ) And the like.
ゴム粒子としては、架橋ゴム粒子、およ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。 As the 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.
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、EXL−2611、EXL−3387(ロームアンドハーズ(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(ガンツ(株)製)、“Nanostrength(登録商標)”M22、51、52、53(アルケマ社製)、“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。 Examples of commercially available core-shell rubber particles include “Paraloid (registered trademark)” EXL-2655, EXL-2611, and EXL-3387 (produced by Rohm and Haas Co., Ltd.) made of a butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer. "Staffyroid (registered trademark)" AC-3355, TR-2122 (manufactured by Ganz), "Nanostrength (registered trademark)" M22, 51, 52, 53 (Manufactured by Arkema Co., Ltd.), “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る。ポリアミド粒子の市販品として、SP−500(東レ(株)製)、“オルガゾル(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. As commercial products of polyamide particles, SP-500 (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Orgazol (registered trademark)” (manufactured by Arkema Co., Ltd.) and the like can be used.
本発明において、S−B−M、B−M、およびM−B−Mからなる群から選ばれる少なくとも1種のブロック共重合体[E](以下略して、ブロック共重合体と記すこともある)をさらに含んでいることは、エポキシ樹脂組成物の優れた耐熱性を維持しつつ、靱性や耐衝撃性を向上させるために有効である。 In the present invention, at least one block copolymer [E] (hereinafter abbreviated as a block copolymer) selected from the group consisting of SBM, BM, and MBM. Furthermore, it is effective to improve toughness and impact resistance while maintaining the excellent heat resistance of the epoxy resin composition.
ここで、前記のS、B、および、Mで表される各ブロックは共有結合によって連結されているか、何らかの化学構造を介して共有結合によって連結されている。 Here, the blocks represented by S, B, and M are linked by a covalent bond or by a covalent bond via some chemical structure.
ブロックMは、ポリメタクリル酸メチルのホモポリマーまたはメタクリル酸メチルを少なくとも50質量%含むコポリマーである。ブロックBはブロックMに非相溶で、そのガラス転移温度が20℃以下である。ブロックBのガラス転移温度は、エポキシ樹脂組成物、およびブロック共重合体単体のいずれを用いた場合でも、動的粘弾性測定装置(RSAII:レオメトリックス社製、または、レオメーターARES:TAインスツルメント社製)を用いてDMA法により測定できる。すなわち、厚さ1mm、幅2.5mm、幅34mmの板状のサンプルにし、それを、−100〜250℃の温度で掃引し、ストレスを加える周期を1Hzとして測定し、その最大tanδ値をブロックBのガラス転移温度とする。ここで、サンプルの作製は次のようにして行う。エポキシ樹脂組成物を用いた場合は、エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、1mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み1mmになるように設定したモールド中で130℃の温度で2時間硬化させることでボイドのない板状樹脂硬化物が得られ、ブロック共重合体単体を用いた場合、2軸押し出し機を用いることで同様にボイドのない板が得られ、これらをダイヤモンドカッターにより上記サイズに切り出して評価することができる。 Block M is a homopolymer of polymethyl methacrylate or a copolymer containing at least 50% by weight of methyl methacrylate. Block B is incompatible with block M and has a glass transition temperature of 20 ° C. or lower. The glass transition temperature of the block B is a dynamic viscoelasticity measuring apparatus (RSAII: manufactured by Rheometrics, Inc. or rheometer ARES: TA instrument) regardless of whether the epoxy resin composition or the block copolymer alone is used. (Manufactured by Ment Co., Ltd.). That is, a plate-shaped sample having a thickness of 1 mm, a width of 2.5 mm, and a width of 34 mm is measured by sweeping it at a temperature of −100 to 250 ° C. and measuring a stress application period as 1 Hz, and blocking the maximum tan δ value. Let B be the glass transition temperature. Here, the sample is manufactured as follows. When the epoxy resin composition is used, the epoxy resin composition is degassed in a vacuum, and then heated at 130 ° C. in a mold set to a thickness of 1 mm by a 1 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. By curing at a temperature for 2 hours, a plate-like resin cured product without voids is obtained, and when a block copolymer is used alone, a plate without voids is obtained similarly by using a biaxial extruder. It can cut and evaluate to the said size with a diamond cutter.
ブロックSはブロックBおよびMに非相溶であり、そのガラス転移温度は、ブロックBよりも高いものである。ブロックSのガラス転移温度または融点は、23℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。ブロックSの例として、芳香族ビニル化合物、例えばスチレン、α−メチルスチレンまたはビニルトルエンから得られるもの、アルキル鎖が1〜18の炭素原子を有するアルキル酸および/またはメタクリル酸のアルキルエステルから得られるものを挙げることができる。 Block S is incompatible with blocks B and M, and its glass transition temperature is higher than that of block B. The glass transition temperature or melting point of the block S is preferably 23 ° C. or higher, and more preferably 50 ° C. or higher. Examples of blocks S are obtained from aromatic vinyl compounds such as those obtained from styrene, α-methylstyrene or vinyltoluene, alkyl acids having an alkyl chain of 1 to 18 carbon atoms and / or alkyl esters of methacrylic acid. Things can be mentioned.
また、ブロック共重合体がS−B−Mの場合は、S、B、Mのいずれかのブロックが、ブロック共重合体がB−MまたはM−B−Mの場合は、B、Mのいずれかのブロックが、エポキシ樹脂と相溶することは、靱性の向上の観点から好ましい。 In addition, when the block copolymer is SBM, any block of S, B, M is B, when the block copolymer is BM or MBM, It is preferable from the viewpoint of improving toughness that any of the blocks is compatible with the epoxy resin.
かかるブロック共重合体[E]の配合量は、力学特性やコンポジット作製プロセスへの適合性の観点から、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、1〜10質量部であることが好ましく、さらに好ましくは2〜7質量部である。[E]が1質量部未満の場合、樹脂硬化物の靭性および塑性変形能力の向上が不足しがちで、繊維強化複合材料の耐衝撃性が不十分となる場合がある。10質量部を超える場合、樹脂硬化物の弾性率が低下して繊維強化複合材料の機械特性が不十分となる上、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなるため、取り扱い性に問題が生じる場合がある。 The blending amount of the block copolymer [E] is preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of all epoxy resin components from the viewpoint of mechanical properties and compatibility with the composite production process. Preferably it is 2-7 mass parts. When [E] is less than 1 part by mass, improvement in toughness and plastic deformation ability of the cured resin tends to be insufficient, and the impact resistance of the fiber-reinforced composite material may be insufficient. If it exceeds 10 parts by mass, the elastic modulus of the cured resin is lowered, the mechanical properties of the fiber reinforced composite material become insufficient, and the viscosity of the epoxy resin composition increases, which may cause problems in handling. is there.
かかるブロックMに、メタクリル酸メチル以外のモノマーを共重合成分として導入することは、エポキシ樹脂との相溶性および樹脂硬化物の各種特性制御の観点から好ましく実施される。かかるモノマー共重合成分は、特に限定されるものではなく、上記観点から適宜選択可能だが、通常は、極性の高いエポキシ樹脂への相溶性を得るために、極性の高いモノマー、特に水溶性のモノマーが好ましく使用される。中でも、アクリルアミド誘導体が好ましく使用でき、特にジメチルアクリルアミドが好ましく用いられる。また、メタクリル酸メチル以外のモノマー共重合成分としては、反応性のモノマーも適用可能である。ここで反応性モノマーとは、エポキシ分子のオキシラン基または硬化剤の官能基と反応可能な官能基を有するモノマーを意味する。この反応可能な官能基としては、オキシラン基、アミン基またはカルボキシル基等をあげることが出来るが、これらに限定されるものではない。反応性モノマーとして、(メタ)アクリル酸(メタクリル酸とアクリル酸を総称して(メタ)アクリル酸と略記)または、加水分解されることにより(メタ)アクリル酸を生じる他の任意のモノマーを用いることもできる。反応性モノマーは、かかるブロック共重合体[E]とエポキシ樹脂との相溶性や、[E]とエポキシの界面接着性を向上させるため好ましく用いられる。 Introducing a monomer other than methyl methacrylate into the block M as a copolymerization component is preferably performed from the viewpoint of compatibility with the epoxy resin and control of various properties of the resin cured product. Such a monomer copolymerization component is not particularly limited and can be appropriately selected from the above viewpoints. Usually, in order to obtain compatibility with a highly polar epoxy resin, a highly polar monomer, particularly a water-soluble monomer. Are preferably used. Among these, acrylamide derivatives can be preferably used, and dimethylacrylamide is particularly preferably used. Moreover, a reactive monomer is also applicable as a monomer copolymerization component other than methyl methacrylate. Here, the reactive monomer means a monomer having a functional group capable of reacting with the oxirane group of the epoxy molecule or the functional group of the curing agent. Examples of the functional group capable of reacting include, but are not limited to, an oxirane group, an amine group, and a carboxyl group. As the reactive monomer, (meth) acrylic acid (methacrylic acid and acrylic acid are collectively abbreviated as (meth) acrylic acid) or any other monomer that generates (meth) acrylic acid by hydrolysis is used. You can also. The reactive monomer is preferably used in order to improve the compatibility between the block copolymer [E] and the epoxy resin and the interfacial adhesion between the [E] and the epoxy.
ブロックBのガラス転移温度は20℃以下、好ましくは0℃以下、より好ましくは−40℃以下である。かかるガラス転移温度は、靱性の観点では低ければ低いほど好ましいが、−100℃を下回ると繊維強化複合材料とした際に切削面が荒れるなどの加工性に問題が生じる場合がある。 The glass transition temperature of the block B is 20 ° C. or lower, preferably 0 ° C. or lower, more preferably −40 ° C. or lower. Such a glass transition temperature is preferably as low as possible from the viewpoint of toughness. However, when the temperature is lower than −100 ° C., there may be a problem in workability such as a roughened cutting surface when a fiber reinforced composite material is used.
ブロックBは、エラストマーブロックであることが好ましく、かかるエラストマーブロックを合成するために用いられるモノマーは、ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエンおよび2−フェニル−1,3−ブタジエンから選択することができる。 Block B is preferably an elastomer block and the monomers used to synthesize such elastomer blocks are butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene and 2-phenyl. It can be selected from -1,3-butadiene.
かかるブロックBは、ポリジエン、特にポリブタジエン、ポリイソプレンおよびこれらのランダム共重合体または部分的または完全に水素化されたポリジエン類の中から選択するのが靱性の観点から好ましい。かかる部分的または完全に水素化されたポリジエン類は、通常の水素化方法に従って作製できる。ポリブタジエンの中では、ポリ1,2−ブタジエン(ガラス転移温度約0℃)などが好ましく挙げられるが、上記で列記したジエンの中で最も低いガラス転移温度を有するポリ1,4−ブタジエン(ガラス転移温度約−90℃)を使用するのがより好ましい。ガラス転移温度がより低いブロックBを用いることは耐衝撃性や靱性の観点から有利だからである。 Such block B is preferably selected from polydienes, in particular polybutadiene, polyisoprene and their random copolymers or partially or fully hydrogenated polydienes from the standpoint of toughness. Such partially or fully hydrogenated polydienes can be made according to conventional hydrogenation methods. Among the polybutadienes, poly 1,2-butadiene (glass transition temperature of about 0 ° C.) and the like are preferable, but poly 1,4-butadiene (glass transition) having the lowest glass transition temperature among the dienes listed above. More preferably, a temperature of about −90 ° C.) is used. This is because the use of the block B having a lower glass transition temperature is advantageous from the viewpoint of impact resistance and toughness.
エラストマ−のブロックBを合成するために用いるモノマーとしては、アルキル(メタ)アクリレートを用いることもできる。具体例としては、エチルアクリレート(−24℃)、ブチルアクリレート(−54℃)、2−エチルヘキシルアクリレート(−85℃)、ヒドロキシエチルアクリレート(−15℃)および2−エチルヘキシルメタアクリレート(−10℃)を挙げることができる。ここで、各アクリレートの名称の後のカッコ中に示した数値は、それぞれのアクリレートを用いた場合に得られるブロックBのガラス転移温度である。これらの中では、ブチルアクリレートを用いるのが好ましい。これらのブロックBを合成するモノマーとしてのアクリレートは、メタクリル酸メチルを少なくとも50質量%含むブロックMのアクリレートとは非相溶である。したがって、Bブロックとしては、主としてポリ1,4−ブタジエンもしくは、ポリブチルアクリレート、ポリ(2−エチルヘキシルアクリレート)からなることがより好ましい。 As a monomer used for synthesizing the block B of the elastomer, alkyl (meth) acrylate can also be used. Specific examples include ethyl acrylate (−24 ° C.), butyl acrylate (−54 ° C.), 2-ethylhexyl acrylate (−85 ° C.), hydroxyethyl acrylate (−15 ° C.), and 2-ethylhexyl methacrylate (−10 ° C.). Can be mentioned. Here, the numerical value shown in parentheses after the name of each acrylate is the glass transition temperature of the block B obtained when each acrylate is used. Of these, butyl acrylate is preferably used. The acrylate as a monomer for synthesizing these blocks B is incompatible with the acrylate of the block M containing at least 50% by mass of methyl methacrylate. Therefore, it is more preferable that the B block is mainly composed of poly1,4-butadiene, polybutyl acrylate, or poly (2-ethylhexyl acrylate).
ブロック共重合体[E]としてトリブロック共重合体M−B−Mを用いる場合、トリブロック共重合体M−B−Mの二つのブロックMは、互いに同一でも異なっていてもよい。また、同じモノマーによるもので分子量が異なるものにすることもできる。 When the triblock copolymer MBM is used as the block copolymer [E], the two blocks M of the triblock copolymer MBM may be the same as or different from each other. Also, the molecular weight can be different due to the same monomer.
ブロック共重合体[E]としてトリブロック共重合体M−B−Mとジブロック共重合体B−Mを併用する場合は、トリブロック共重合体M−B−MのブロックMがジブロック共重合体B−MのMブロックと同一でも、異なっていてもよく、また、M−B−MトリブロックのブロックBはジブロック共重合体B−Mと同一でも異なっていてもよい。 When the triblock copolymer MBM and the diblock copolymer BM are used in combination as the block copolymer [E], the block M of the triblock copolymer MBM is diblock copolymer. The M block of the polymer B-M may be the same as or different from the M block, and the block B of the M-B-M triblock may be the same as or different from the diblock copolymer B-M.
ブロック共重合体[E]としてトリブロック共重合体S−B−Mとジブロック共重合体B−Mおよび/またはトリブロック共重合体M−B−Mを併用する場合には、このトリブロック共重合体S−B−MのブロックMと、トリブロック共重合体M−B−Mの各ブロックMと、ジブロック共重合体B−MのブロックMとは互いに同一でも異なっていてもよく、トリブロック共重合体S−B−Mと、トリブロック共重合体M−B−Mと、ジブロック共重合体B−Mとの各ブロックBは互いに同一でも異なっていてもよい。 When the triblock copolymer SBM and the diblock copolymer BM and / or the triblock copolymer MBM are used in combination as the block copolymer [E], the triblock The block M of the copolymer SBM, the blocks M of the triblock copolymer MBM, and the block M of the diblock copolymer BM may be the same as or different from each other. The blocks B of the triblock copolymer SBM, the triblock copolymer MBM, and the diblock copolymer BM may be the same as or different from each other.
本発明の材料で使用されるブロック共重合体はアニオン重合によって製造でき、例えば欧州特許第EP524,054号公報や欧州特許第EP749,987号公報に記載の方法で製造できる。 The block copolymer used in the material of the present invention can be produced by anionic polymerization, and can be produced, for example, by the method described in EP 524,054 or EP 749,987.
トリブロック共重合体M−B−Mの具体例としては、メタクリル酸メチル−ブチルアクリレート−メタクリル酸メチルからなる共重合体として、Nanostrength M22(アルケマ社製)や、極性官能基をもつNanostrength M22N(アルケマ社製)が挙げられる。トリブロック共重合体S−B−Mの具体例としては、スチレン−ブタジエン−メタクリル酸メチルからなる共重合体として、アルケマ社製のNanostrength 123、Nanostrength 250、Nanostrength 012,Nanostrength E20,Nanostrength E40(以上、アルケマ社製)が挙げられる。 Specific examples of the triblock copolymer M-B-M include, as a copolymer consisting of methyl methacrylate-butyl acrylate-methyl methacrylate, Nanostrength M22 (manufactured by Arkema) or Nanostrength M22N having a polar functional group ( Arkema). Specific examples of the triblock copolymer S-B-M include a styrene-butadiene-methyl methacrylate copolymer such as Nanostrength 123, Nanostrength 250, Nanostrength 012, Nanostrength E20, Nanostrength E40 (manufactured by Arkema). , Manufactured by Arkema).
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。エポキシ樹脂として[A]、[B]、[C]を投入し、撹拌しながらエポキシ樹脂混合物の温度を130〜180℃の任意の温度まで上昇させ、エポキシ樹脂[A]、[B]、[C]を均一に溶解させる。このとき、硬化剤・硬化促進剤以外のその他の成分を添加し、ともに混練しても良い。その後、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硬化剤ならびに硬化促進剤を添加し混練、分散させる。この方法は、保存安定性に優れるエポキシ樹脂組成物を得ることができ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. [A], [B], and [C] are added as epoxy resins, and the temperature of the epoxy resin mixture is increased to an arbitrary temperature of 130 to 180 ° C. while stirring, and the epoxy resins [A], [B], [C, C] is uniformly dissolved. At this time, other components other than the curing agent / curing accelerator may be added and kneaded together. Thereafter, while stirring, the temperature is preferably lowered to 100 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower, and a curing agent and a curing accelerator are added and kneaded and dispersed. This method is preferably used because an epoxy resin composition having excellent storage stability can be obtained.
ここで、エポキシ樹脂[A]〜[C]は、硬化前において互いに均一に相溶している状態であったとしても、硬化過程においてスピノーダル分解し、エポキシ樹脂[A]リッチ相とエポキシ樹脂[B]リッチ相とで相分離構造を形成する傾向がある。ここで本発明において相分離構造とは、エポキシ樹脂[A]リッチ相とエポキシ樹脂[B]リッチ相を含む2相以上の相が分離して形成されている構造をいう。エポキシ樹脂[A]リッチ相およびエポキシ樹脂[B]リッチ相とは、それぞれエポキシ樹脂[A]およびエポキシ樹脂[B]を主成分とする相のことをいう。また、ここで主成分とは、当該相において最も高い含有率で含まれている成分のことをいう。相分離構造は、エポキシ樹脂[A]およびエポキシ樹脂[B]以外の成分を主成分とする相をさらに含む3相以上の相分離構造であっても良い。本発明のエポキシ樹脂[A]〜[C]および硬化剤[D]からなるエポキシ樹脂組成物は、それを反応し硬化させて得られる樹脂硬化物が、少なくともエポキシ樹脂[A]リッチ相とエポキシ樹脂[B]リッチ相からなる相分離構造を有し、その相分離構造周期が1nm〜5μmであることが好ましい。さらに、好ましい相分離構造周期は1nm〜1μmである。本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化過程において、エポキシ樹脂[C]はエポキシ樹脂[A]、[B]の相溶化剤として機能することになる。 Here, even when the epoxy resins [A] to [C] are in a state of being uniformly compatible with each other before curing, the spinodal decomposition occurs in the curing process, and the epoxy resin [A] rich phase and the epoxy resin [ B] There is a tendency to form a phase separation structure with the rich phase. Here, in the present invention, the phase separation structure refers to a structure in which two or more phases including an epoxy resin [A] rich phase and an epoxy resin [B] rich phase are separated. The epoxy resin [A] rich phase and the epoxy resin [B] rich phase refer to phases mainly comprising the epoxy resin [A] and the epoxy resin [B], respectively. Moreover, a main component means the component contained by the highest content rate in the said phase here. The phase separation structure may be a phase separation structure of three or more phases further including a phase mainly composed of components other than the epoxy resin [A] and the epoxy resin [B]. In the epoxy resin composition comprising the epoxy resins [A] to [C] and the curing agent [D] according to the present invention, a cured resin obtained by reacting and curing the epoxy resin [A] -rich phase and epoxy is obtained. Preferably, the resin [B] has a phase separation structure composed of a rich phase, and the phase separation structure period is 1 nm to 5 μm. Furthermore, a preferable phase separation structure period is 1 nm to 1 μm. In the curing process of the epoxy resin composition of the present invention, the epoxy resin [C] functions as a compatibilizing agent for the epoxy resins [A] and [B].
さらに、ブロック共重合体[E]が含まれる場合、硬化前においてエポキシ樹脂[A]〜[C]とブロック共重合体[E]が互いに均一に相溶している状態であったとしても、硬化過程においてスピノーダル分解し、エポキシ樹脂[A]リッチ相とエポキシ樹脂[B]リッチ相とブロック共重合体[E]リッチ相の3相で相分離構造を形成する傾向がある。本発明のエポキシ樹脂[A]〜[C]、硬化剤[D]およびブロック共重合体[E]からなるエポキシ樹脂組成物は、それを反応し硬化させて得られる樹脂硬化物が、少なくともエポキシ樹脂[A]リッチ相、エポキシ樹脂[B]リッチ相およびブロック共重合体[E]からなる相分離構造を有し、エポキシ樹脂[A]リッチ相と、エポキシ樹脂[B]リッチ相、およびブロック共重合体[E]リッチ相の相分離構造周期が1nm〜5μmであることが好ましく、ブロック共重合体[E]リッチ相の相分離周期が1nm〜1μmであることがさらに好ましい。 Furthermore, when the block copolymer [E] is included, even if the epoxy resins [A] to [C] and the block copolymer [E] are uniformly compatible with each other before curing, In the curing process, spinodal decomposition tends to occur, and a phase separation structure tends to be formed by the three phases of the epoxy resin [A] rich phase, the epoxy resin [B] rich phase, and the block copolymer [E] rich phase. The epoxy resin composition comprising the epoxy resins [A] to [C], the curing agent [D] and the block copolymer [E] according to the present invention has a resin cured product obtained by reacting and curing at least epoxy. A phase separation structure comprising a resin [A] rich phase, an epoxy resin [B] rich phase, and a block copolymer [E], an epoxy resin [A] rich phase, an epoxy resin [B] rich phase, and a block The phase separation structure period of the copolymer [E] rich phase is preferably 1 nm to 5 μm, and the phase separation period of the block copolymer [E] rich phase is more preferably 1 nm to 1 μm.
本発明において相分離構造とは、異なる成分を主成分とする相が、2相以上形成されている構造をいう。本発明においては、異なる成分を主成分とする相が1nm未満の相分離構造周期である場合は、分子レベルで均一に混合している状態、すなわち相溶状態と見なすものとする。相分離構造であるか否かは、電子顕微鏡、位相差光学顕微鏡、その他種々の方法によって判断することができる。 In the present invention, the phase separation structure refers to a structure in which two or more phases mainly composed of different components are formed. In the present invention, when the phase composed mainly of different components has a phase separation structure period of less than 1 nm, it is regarded as a state of being uniformly mixed at the molecular level, that is, a compatible state. Whether or not it is a phase separation structure can be determined by an electron microscope, a phase-contrast optical microscope, and various other methods.
本発明において、相分離の構造周期は、次のように定義するものとする。なお、相分離構造には、両相連続構造と海島構造が有るのでそれぞれについて定義する。両相連続構造の場合、顕微鏡写真の上に所定の長さの直線をランダムに3本引き、その直線と相界面の交点を抽出し、隣り合う交点間の距離を測定し、これらの数平均値を構造周期とする。かかる所定の長さとは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定するものとする。構造周期が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上で引いた20mmの長さ(サンプル上1μmの長さ)をいい、同様にして、相分離構造周期が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上10μmの長さ)をいい、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上100μmの長さ)をいうものとする。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて再度測定する。 In the present invention, the structural period of phase separation is defined as follows. The phase separation structure includes a two-phase continuous structure and a sea-island structure. In the case of a biphasic continuous structure, three straight lines of a predetermined length are drawn randomly on the micrograph, the intersection of the straight line and the phase interface is extracted, the distance between adjacent intersections is measured, and the number average of these The value is the structure period. The predetermined length is set as follows based on a micrograph. When the structural period is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and a length of 20 mm drawn on the photograph (a length of 1 μm on the sample) In the same manner, when the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), a photograph is taken at a magnification of 2,000 times, and the length is randomly 20 mm on the photograph. When the phase separation structure period is expected to be on the order of 1 μm (1 μm or more and less than 10 μm), a photograph is taken at a magnification of 200 times and a length of 20 mm is randomly selected on the photograph ( (Length of 100 μm above the sample). If the measured phase separation structure period is out of the expected order, the measurement is performed again at a magnification corresponding to the corresponding order.
海島構造の場合、顕微鏡写真の上にかかる所定の領域を3箇所選出し、その領域内の島相サイズの数平均値である。島相のサイズは、相界面から一方の相界面へ島相を通って引く最短距離の線の長さをいう。島相が楕円形、不定形、または、二層以上の円または楕円になっている場合であっても、相界面から一方の相界面へ島相を通る最短の距離を用いるものとする。かかる所定の領域とは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定するものとする。相分離構造周期が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに選ばれる4mm四方の領域(サンプル上0.2μm四方の領域)をいい、同様にして、相分離構造周期が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに選ばれる4mm四方の領域(サンプル上2μm四方の領域)をいい、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに選ばれる4mm四方の領域(サンプル上20μm四方の領域)をいうものとする。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて再度測定する。 In the case of the sea-island structure, three predetermined areas are selected on the micrograph, and the number average value of the island phase sizes in the area is selected. The size of the island phase refers to the length of the shortest distance line drawn from the phase interface to one phase interface through the island phase. Even when the island phase is an ellipse, an indeterminate shape, or a circle or ellipse of two or more layers, the shortest distance passing through the island phase from the phase interface to one phase interface is used. The predetermined area is set as follows based on a micrograph. When the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and a 4 mm square region (on the sample) randomly selected on the photograph In the same way, if the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), the photograph is taken at a magnification of 2,000 times. When the phase separation structure period is expected to be on the order of 1 μm (1 μm or more and less than 10 μm), the photograph is taken at a magnification of 200 times. 4 mm square area (20 μm square area on the sample) selected at random. If the measured phase separation structure period is out of the expected order, the measurement is performed again at a magnification corresponding to the corresponding order.
この樹脂硬化物の相分離構造は、樹脂硬化物の断面を走査型電子顕微鏡もしくは透過型電子顕微鏡により観察することができる。必要に応じて、オスミウムなどで染色しても良い。染色は、通常の方法で行うことができる。 The phase separation structure of the cured resin product can be observed with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope. You may dye | stain with osmium etc. as needed. Dyeing can be performed by a usual method.
かかる相分離構造を有することにより、弾性率と靭性の両立が可能となる。構造周期が1nm未満の場合は、キャビテーション効果を発揮できず、靱性不足するだけでなく、弾性率も不足しやすい。また、5μmを超える場合では、その構造周期が大きいために、亀裂が島相への進展なく、海相のみの領域で進展するのでキャビテ―ション効果を発現できず、樹脂硬化物の靱性が不充分である場合がある。 By having such a phase separation structure, it becomes possible to achieve both elastic modulus and toughness. When the structural period is less than 1 nm, the cavitation effect cannot be exhibited, and not only the toughness is insufficient but also the elastic modulus is easily insufficient. In addition, when the thickness exceeds 5 μm, the structure period is large, so that the crack does not progress to the island phase and progresses only in the region of the sea phase, so that the cavitation effect cannot be expressed, and the toughness of the cured resin is not good. May be sufficient.
また、かかるエポキシ樹脂[A]リッチ相とエポキシ樹脂[B]リッチ相の相分離構造周期が1nmに満たない場合は、本発明の目的を損なうことのない範囲内で、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、相分離構造周期を大きくすることができる。
(1)全エポキシ樹脂に対するエポキシ樹脂[C]の配合割合を減らす。
(2)エポキシ樹脂[A]の軟化点を高くする。
(3)エポキシ樹脂[B]の軟化点を低くする。
(4)エポキシ樹脂[A]、[B]両方の配合割合を増やす。
Further, when the phase separation structure period of the epoxy resin [A] rich phase and the epoxy resin [B] rich phase is less than 1 nm, at least one of the following adjustment methods is within the range not impairing the object of the present invention. By performing one or more methods, the phase separation structure period can be increased.
(1) The blending ratio of the epoxy resin [C] to the total epoxy resin is reduced.
(2) Increase the softening point of the epoxy resin [A].
(3) Lower the softening point of the epoxy resin [B].
(4) Increase the blending ratio of both epoxy resins [A] and [B].
また、かかるエポキシ樹脂[A]リッチ相とエポキシ樹脂[B]リッチ相の相分離構造周期が5μmを超えた場合は、本発明の目的を損なうことのない範囲内で、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、相分離構造周期を小さくすることができる。
(1)全エポキシ樹脂に対するエポキシ樹脂[C]の配合割合を増やす。
(2)エポキシ樹脂[A]の軟化点を低くする。
(3)エポキシ樹脂[B]の軟化点を高くする。
(4)エポキシ樹脂[A]、[B]両方の配合割合を減らす。
Further, when the phase separation structure period of the epoxy resin [A] rich phase and the epoxy resin [B] rich phase exceeds 5 μm, at least one of the following adjustment methods is within the range not impairing the object of the present invention. By performing one or more methods, the phase separation structure period can be reduced.
(1) Increase the blending ratio of the epoxy resin [C] to the total epoxy resin.
(2) Lower the softening point of the epoxy resin [A].
(3) Increase the softening point of the epoxy resin [B].
(4) Reduce the blending ratio of both epoxy resins [A] and [B].
また、ブロック共重合体[E]リッチ相の相分離構造周期が5μmを超えた場合は、本発明の目的を損なうことのない範囲内で、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、相分離構造周期を小さくすることができる。
(1)ブロック共重合体[E]の配合割合を減らす。
(2)エポキシ樹脂[A]の軟化点を低くする。
(3)エポキシ樹脂[B]の配合割合を増やす。
Further, when the phase separation structure period of the block copolymer [E] rich phase exceeds 5 μm, at least one of the following adjustment methods is performed within a range that does not impair the object of the present invention. As a result, the phase separation structure period can be reduced.
(1) The blending ratio of the block copolymer [E] is reduced.
(2) Lower the softening point of the epoxy resin [A].
(3) Increase the compounding ratio of the epoxy resin [B].
また、ブロック共重合体[E]リッチ相の相分離構造周期は、本発明の目的を損なうことのない範囲内で、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、大きくすることできる。
(1)ブロック共重合体[E]の配合割合を増やす。
(2)エポキシ樹脂[A]の軟化点を高くする。
(3)エポキシ樹脂[B]の配合割合を減らす。
Further, the phase separation structure period of the block copolymer [E] rich phase is increased by performing at least one of the following adjustment methods within a range not impairing the object of the present invention. it can.
(1) Increase the blending ratio of the block copolymer [E].
(2) Increase the softening point of the epoxy resin [A].
(3) The blending ratio of the epoxy resin [B] is reduced.
本発明のエポキシ樹脂組成物をプリプレグのマトリックス樹脂として用いる場合、タックやドレープなどのプロセス性の観点から、エポキシ樹脂組成物の80℃における粘度は、0.5〜200Pa・sであることが好ましい。エポキシ樹脂組成物の80℃における粘度が0.5Pa・sに満たない場合、製造したプリプレグが形状を保持しがたく、プリプレグに割れを生じる可能性がある。また、繊維強化複合材料成形時に多くの樹脂フローを生じ、強化繊維含有量にばらつきが生じたりする可能性がある。また、80℃における粘度が200Pa・sを超える場合、プリプレグを製造する際、強化繊維間にエポキシ樹脂組成物を充分に含浸できない。このために、得られる繊維強化複合材料中にボイドを生じ、繊維強化複合材料の強度が低下する恐れがある。さらに、エポキシ樹脂組成物の80℃における粘度は、プリプレグ製造工程において、強化繊維間に樹脂が含浸しやすく、高繊維含有率のプリプレグを製造できるため、5〜50Pa・sの範囲にあることがより好ましい。粘度については、本発明の目的を損なうことのない範囲内で、下記の(1)〜(2)の少なくとも1つ以上の方法を行うことにより低粘度化でき、下記の(3)〜(4)の少なくとも1つ以上の方法を行うことにより高粘度化できる。
(1)軟化点の低いエポキシ樹脂[A]および/または[B]を用いて、低粘度化する。
(2)エポキシ樹脂[C]の質量部数を増量し、低粘度化する。
(3)軟化点の高いエポキシ樹脂[A]および/または[B]を用いて、高粘度化する。
(4)熱可塑樹脂の添加によって、エポキシ樹脂組成物が高粘度化する。
When the epoxy resin composition of the present invention is used as a matrix resin for a prepreg, the viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition is preferably 0.5 to 200 Pa · s from the viewpoint of processability such as tack and drape. . When the viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition is less than 0.5 Pa · s, the produced prepreg is difficult to maintain its shape, and the prepreg may be cracked. Moreover, many resin flows are produced at the time of fiber-reinforced composite material molding, and there is a possibility that the reinforcing fiber content varies. When the viscosity at 80 ° C. exceeds 200 Pa · s, the epoxy resin composition cannot be sufficiently impregnated between the reinforcing fibers when the prepreg is produced. For this reason, voids are generated in the obtained fiber-reinforced composite material, and the strength of the fiber-reinforced composite material may be reduced. Furthermore, the viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition may be in the range of 5 to 50 Pa · s because the resin is easily impregnated between the reinforcing fibers and a prepreg having a high fiber content can be manufactured in the prepreg manufacturing process. More preferred. The viscosity can be lowered by performing at least one of the following methods (1) to (2) within the range not impairing the object of the present invention, and the following (3) to (4 The viscosity can be increased by performing at least one of the methods.
(1) The viscosity is lowered using an epoxy resin [A] and / or [B] having a low softening point.
(2) Increase the number of parts by mass of the epoxy resin [C] to lower the viscosity.
(3) Increase viscosity using epoxy resin [A] and / or [B] having a high softening point.
(4) The addition of the thermoplastic resin increases the viscosity of the epoxy resin composition.
ここで粘度とは、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、またはレオメーターARES:TAインスツルメント社製)を用い、直径40mmのパラレルプレートを用い、昇温速度1.5℃/分で単純昇温し、周波数0.5Hz、Gap 1mmで測定を行った複素粘弾性率η*のことを指している。 Here, the viscosity is a dynamic viscoelasticity measuring device (Rheometer RDA2: manufactured by Rheometrics or Rheometer ARES: manufactured by TA Instruments), a parallel plate having a diameter of 40 mm, and a temperature rising rate of 1. It refers to the complex viscoelastic modulus η * obtained by simply raising the temperature at 5 ° C./min and measuring at a frequency of 0.5 Hz and a gap of 1 mm.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、その樹脂硬化物の弾性率が、3.8〜5.0GPaの範囲内であることが好ましい。より好ましくは、4.0〜5.0GPaである。かかる弾性率が3.8GPaに満たない場合、繊維強化複合材料とした際の静的強度が不充分となる場合がある。5.0GPaを超える場合、繊維強化複合材料とした際の塑性変形能力が不充分となりがちで、繊維強化複合材料の衝撃強度が不足する場合がある。ここで、弾性率については、本発明の目的を損なうことのない範囲内で、下記の少なくとも1つ以上の方法を行うことにより、向上させることができる。
(1)エポキシ樹脂[A]として弾性率の高いビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いる。
(2)エポキシ樹脂[B]の質量部数を増やす。
(3)エポキシ樹脂[B]としてアミン型エポキシを用い、中でも弾性率の高いアミノフェノール型エポキシ樹脂を用いる。
(4)エポキシ樹脂[C]としてビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いる。
In the epoxy resin composition of the present invention, the elastic modulus of the resin cured product is preferably in the range of 3.8 to 5.0 GPa. More preferably, it is 4.0 to 5.0 GPa. When the elastic modulus is less than 3.8 GPa, the static strength when the fiber-reinforced composite material is obtained may be insufficient. If it exceeds 5.0 GPa, the plastic deformation ability tends to be insufficient when the fiber reinforced composite material is used, and the impact strength of the fiber reinforced composite material may be insufficient. Here, the elastic modulus can be improved by performing at least one of the following methods within a range that does not impair the object of the present invention.
(1) A bisphenol F type epoxy resin having a high elastic modulus is used as the epoxy resin [A].
(2) Increase the number of parts by mass of the epoxy resin [B].
(3) An amine type epoxy is used as the epoxy resin [B], and an aminophenol type epoxy resin having a high elastic modulus is used.
(4) A bisphenol F type epoxy resin is used as the epoxy resin [C].
ここで、かかる樹脂硬化物を得るための硬化温度や硬化時間は特に限定されず、配合する硬化剤や硬化促進剤に応じて、コストや生産性、また得られる樹脂硬化物の力学特性、耐熱性、品位等の観点から適宜選択できる。例えば、ジシアンジアミドとDCMUを組み合わせた硬化剤系では、130〜150℃の温度で90分〜2時間硬化させる条件が好ましく、ジアミノジフェニルスルホンを用いた場合には、180℃の温度で2〜3時間硬化させる条件が好ましい。 Here, the curing temperature and curing time for obtaining such a resin cured product are not particularly limited, and depending on the curing agent and curing accelerator to be blended, the cost and productivity, the mechanical properties of the resulting resin cured product, heat resistance It can be appropriately selected from the viewpoints of properties and quality. For example, in a curing agent system in which dicyandiamide and DCMU are combined, a condition of curing at a temperature of 130 to 150 ° C. for 90 minutes to 2 hours is preferable, and when diaminodiphenyl sulfone is used, a temperature of 180 ° C. for 2 to 3 hours. Conditions for curing are preferred.
ここで、本発明における樹脂硬化物の弾性率の測定方法について説明する。まず、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所定の硬化条件で硬化させることでボイドのない板状樹脂硬化物を得る。この樹脂硬化物をダイヤモンドカッターにより幅10mm、長さ60mmに切り出し、樹脂硬化物の弾性率測定用のサンプルを得る。得られたサンプルを、万能力学試験機(インストロン社製)を用いて、スパンを32mm、クロスヘッドスピードを100mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げにより測定する。サンプル数n=5の平均値を、樹脂硬化物の弾性率とする。 Here, a method for measuring the elastic modulus of the cured resin in the present invention will be described. First, after defoaming the epoxy resin composition in a vacuum, the voids of the voids are cured by curing under a predetermined curing condition in a mold set to a thickness of 2 mm by a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. A cured plate-like resin is obtained. This cured resin product is cut out to a width of 10 mm and a length of 60 mm by a diamond cutter to obtain a sample for measuring the elastic modulus of the cured resin product. The obtained sample is measured by 3-point bending according to JIS K7171 (1994) using a universal testing machine (Instron) with a span of 32 mm and a crosshead speed of 100 mm / min. The average value of the number of samples n = 5 is defined as the elastic modulus of the resin cured product.
本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化させた樹脂硬化物の樹脂靱性値は、1.1MPa・m0.5以上であることが好ましい。より好ましくは、1.3MPa・m0.5以上である。樹脂靱性値が1.1MPa・m0.5未満であると、繊維強化複合材料の耐衝撃性が不足する場合がある。ここで、本発明の範囲内で、下記の少なくとも1つ以上の方法を行うことにより、樹脂靱性値を向上させることができる。
(1)数平均分子量の大きなエポキシ樹脂[A]および/または[B]を用いる。
(2)エポキシ樹脂[A]の質量部数を増やす。
(3)ブロック共重合体[E]を配合する。
The resin toughness value of the cured resin obtained by curing the epoxy resin composition of the present invention is preferably 1.1 MPa · m 0.5 or more. More preferably, it is 1.3 MPa · m 0.5 or more. If the resin toughness value is less than 1.1 MPa · m 0.5 , the impact resistance of the fiber-reinforced composite material may be insufficient. Here, within the scope of the present invention, the resin toughness value can be improved by performing at least one of the following methods.
(1) An epoxy resin [A] and / or [B] having a large number average molecular weight is used.
(2) Increase the number of parts by mass of the epoxy resin [A].
(3) A block copolymer [E] is blended.
ここで、樹脂硬化物の樹脂靭性値の測定について説明する。まず、エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、6mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み6mmになるように設定したモールド中で所定の硬化条件で硬化させることでボイドのない板状樹脂硬化物を得る。得られた樹脂硬化物をダイヤモンドカッターにより幅12.7mm、長さ150mmに切り出し、幅方向の片端から5〜7mmの予亀裂を導入し、樹脂硬化物の樹脂靭性値の測定用サンプルを作製する。試験片への初期の予亀裂の導入は、液体窒素温度まで冷やした剃刀の刃を試験片にあて、ハンマーで剃刀に衝撃を加えることで行う。樹脂硬化物の樹脂靭性値は、上記で得たサンプルを用い、万能力学試験機(インストロン社製)を用い、ASTM D5045(1999)に従って測定する。サンプル数n=5の平均値を、樹脂硬化物の樹脂靱性値とする。 Here, the measurement of the resin toughness value of the cured resin will be described. First, after defoaming the epoxy resin composition in a vacuum, the voids of the voids are cured by curing under a predetermined curing condition in a mold set to a thickness of 6 mm with a 6 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. A cured plate-like resin is obtained. The obtained cured resin is cut into a width of 12.7 mm and a length of 150 mm with a diamond cutter, a pre-crack of 5 to 7 mm is introduced from one end in the width direction, and a sample for measuring the resin toughness value of the cured resin is produced. . The initial precrack is introduced into the test piece by applying a razor blade cooled to the liquid nitrogen temperature to the test piece and applying an impact to the razor with a hammer. The resin toughness value of the cured resin is measured according to ASTM D5045 (1999) using the sample obtained above and using a universal testing machine (manufactured by Instron). The average value of the number of samples n = 5 is defined as the resin toughness value of the cured resin.
本発明に用いられ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。中でも、230〜800GPaの引張弾性率を有する炭素繊維が好ましく用いられ、より好ましくは引張弾性率280GPaの炭素繊維が用いられる。230〜800GPaの高弾性率を有する高弾性率の炭素繊維を本発明のエポキシ樹脂組成物と組み合わせた場合に、本発明の効果が特に顕著に現れ、良好な耐衝撃性を得られる傾向がある。 The reinforcing fiber used in the present invention is not particularly limited, and glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, boron fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber and the like are 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. Among these, carbon fibers having a tensile modulus of 230 to 800 GPa are preferably used, and carbon fibers having a tensile modulus of 280 GPa are more preferably used. When a high elastic modulus carbon fiber having a high elastic modulus of 230 to 800 GPa is combined with the epoxy resin composition of the present invention, the effect of the present invention is particularly prominent, and good impact resistance tends to be obtained. .
強化繊維の形態は特に限定されるものではない、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。特に、高い比強度、比弾性率を要求される用途には、強化繊維束を単一方向に引き揃えた配列が最も適している。 The form of the reinforcing fiber is not particularly limited. 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. The term “long fiber” as used herein refers to a single fiber or fiber bundle that is substantially continuous by 10 mm or more. A short fiber is a fiber bundle cut to a length of less than 10 mm. In particular, for applications requiring high specific strength and specific elastic modulus, an array in which reinforcing fiber bundles are aligned in a single direction is most suitable.
本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、特に限定されるものではないが、プリプレグ積層成形法、レジントランスファーモールディング法、レジンフィルムインフュージョン法、ハンドレイアップ法、シートモールディングコンパウンド法、フィラメントワインディング法、プルトルージョン法、などにより製造することができる。 The method for producing the fiber-reinforced composite material of the present invention is not particularly limited, but includes a prepreg lamination molding method, a resin transfer molding method, a resin film infusion method, a hand layup method, a sheet molding compound method, and a filament winding method. , Pultrusion method, etc.
レジントランスファーモールディング法とは、強化繊維基材に直接液状の熱硬化性樹脂を含浸させ、硬化させる方法である。この方法は、プリプレグのような中間体を経由しないため、成形コスト低減のポテンシャルを有し、宇宙機、航空機、鉄道車両、自動車、船舶などの構造材料に好ましく用いることができる。 The resin transfer molding method is a method in which a reinforcing fiber substrate is directly impregnated with a liquid thermosetting resin and cured. Since this method does not go through an intermediate such as a prepreg, it has the potential to reduce molding costs, and can be preferably used for structural materials such as spacecraft, aircraft, railway vehicles, automobiles, and ships.
フィラメントワインディング法とは、ロービングを1〜数十本引き揃え、樹脂を含浸させながら回転する金型(マンドレル)に所定の厚さまでテンションを掛けて所定の角度で巻き付け、硬化後脱型する方法である。 The filament winding method is a method in which one to several tens of rovings are aligned, wound around a rotating mold (mandrel) while being impregnated with resin, tensioned to a predetermined thickness, wound at a predetermined angle, and demolded after curing. is there.
プルトルージョン法は、強化繊維を液状の熱硬化樹脂組成物の満たされた含浸槽に連続的に通し、熱硬化樹脂組成物を含浸させ、スクイーズダイ及び、加熱金型を通して引張機によって連続的に引き抜きつつ、成形、硬化させる成形方法である。この方法は、繊維強化複合材料を連続的に成形できるという利点を有するため、釣竿、ロッド、パイプ、シート、アンテナ、建築構造物等の強化繊維プラスチック(FRP)の製造に用いられている。 In the pultrusion method, the reinforcing fiber is continuously passed through an impregnation tank filled with a liquid thermosetting resin composition, impregnated with the thermosetting resin composition, and continuously through a squeeze die and a heating die by a tension machine. This is a molding method in which the resin is molded and cured while being drawn. Since this method has an advantage that a fiber reinforced composite material can be continuously formed, it is used for manufacturing reinforced fiber plastics (FRP) such as fishing rods, rods, pipes, sheets, antennas, and building structures.
プリプレグ積層成形法とは、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である。 The prepreg laminate molding method is a method in which a resin is heated and cured while applying pressure to the shaped product and / or the laminate after shaping and / or laminating the prepreg.
中でもプリプレグ積層成形法が、繊維強化複合材料の剛性、強度に優れているため好ましい。 Among these, the prepreg laminate molding method is preferable because the fiber-reinforced composite material is excellent in rigidity and strength.
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繊維基材に含浸させてなるものである。含浸させる方法としては、ウェット法とホットメルト法(ドライ法)等を挙げることができる。 The prepreg of the present invention is obtained by impregnating a fiber base material with the epoxy resin composition of the present invention. Examples of the impregnation method include a wet method and a hot melt method (dry method).
ウェット法は、メチルエチルケトン、メタノール等の溶媒にエポキシ樹脂組成物を溶解させた溶液に強化繊維を浸漬した後、強化繊維を引き上げ、オーブン等を用いて強化繊維から溶媒を蒸発させ、エポキシ樹脂組成物を強化繊維に含浸させる方法である。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に含浸させる方法、または離型紙等の上にエポキシ樹脂組成物をコーティングしたフィルムを作製しておき、次いで強化繊維の両側また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強化繊維に樹脂を含浸させる方法である。なかでもプリプレグ中に残留する溶媒がないため、ホットメルト法を用いることが好ましい。 In the wet method, after immersing the reinforcing fiber in a solution in which the epoxy resin composition is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol, the reinforcing fiber is pulled up, and the solvent is evaporated from the reinforcing fiber using an oven or the like. This is a method of impregnating a reinforcing fiber. The hot melt method is a method in which a reinforcing fiber is impregnated directly with an epoxy resin composition whose viscosity is reduced by heating, or a film in which an epoxy resin composition is coated on a release paper is prepared, and then both sides of the reinforcing fiber are prepared. Alternatively, it is a method of impregnating a reinforcing fiber with a resin by overlapping the film from one side and heating and pressing. In particular, since there is no solvent remaining in the prepreg, it is preferable to use a hot melt method.
プリプレグの単位面積あたりの強化繊維量は、70〜200g/m2であることが好ましい。かかる強化繊維量が70g/m2未満の場合、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、積層作業が繁雑になることがある。一方で、強化繊維量が200g/m2を超える場合、プリプレグのドレープ性が悪くなる傾向にある。また、繊維質量含有率は、好ましくは60〜90質量%であり、より好ましくは65〜85質量%であり、さらに好ましくは70〜80質量%である。繊維質量含有率が60質量%未満では、樹脂の比率が多すぎるため、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いことや、繊維強化複合材料の硬化時の発熱量が高くなりすぎることがある。また、繊維質量含有率が90質量%を超える場合、樹脂の含浸不良を生じるため、得られる繊維強化複合材料はボイドの多いものとなる恐れがある。 The amount of reinforcing fiber per unit area of the prepreg is preferably 70 to 200 g / m 2 . When the amount of the reinforcing fiber 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 laminating 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 mass content is preferably 60 to 90% by mass, more preferably 65 to 85% by mass, and further preferably 70 to 80% by mass. If the fiber mass content is less than 60% by mass, the resin ratio is too high, so that the advantages of the fiber reinforced composite material having excellent specific strength and specific elastic modulus cannot be obtained, and the calorific value when the fiber reinforced composite material is cured. May become too high. Further, when the fiber mass content exceeds 90 mass%, resin impregnation failure occurs, so that the obtained fiber-reinforced composite material may have many voids.
ここで、プリプレグ積層成形法において、熱および圧力を付与する方法としては、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。 Here, in the prepreg lamination molding method, as a method of 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.
オートクレーブ成形法は、所定の形状のツール版にプリプレグを積層して、バッギングフィルムで覆い、積層物内を脱気しながら加圧、加熱硬化させる方法であり、繊維配向が精密に制御でき、またボイドの発生が少ないため、力学特性に優れ、また高品位な成形体が得られる。成形時に掛ける圧力は0.3〜1.0MPaが好ましい。また、成形温度は90〜200℃の範囲であることが好ましい。 The autoclave molding method is a method of laminating a prepreg on a tool plate of a predetermined shape, covering with a bagging film, pressurizing and heat-curing while degassing the inside of the laminate, and the fiber orientation can be precisely controlled, Further, since the generation of voids is small, a molded article having excellent mechanical properties and high quality can be obtained. The pressure applied during molding is preferably 0.3 to 1.0 MPa. The molding temperature is preferably in the range of 90 to 200 ° C.
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ましい方法である。より具体的には、マンドレルにプリプレグを捲回し、プリプレグの固定および圧力付与のため、捲回した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、張力をかけつつ捲回し、プリプレグに張力を加える。それらをオーブン中で樹脂を加熱硬化させた後、マンドレルを抜き取って管状体を得る方法である。ラッピングテープを巻く張力は20〜78Nであることが好ましい。また成形温度は80〜200℃の範囲であることが好ましい。 The wrapping tape method is a method in which a prepreg is wound around a mandrel or the like and a tubular body made of a fiber reinforced composite material is formed, and is a preferable method for producing a rod-like body such as a golf shaft or a fishing rod. More specifically, the prepreg is wound around a mandrel, and a wrapping tape made of a thermoplastic film is wound outside the wound prepreg to apply tension to the prepreg so as to fix the prepreg and apply pressure. . In this method, the resin is heated and cured in an oven, and then the mandrel is extracted to obtain a tubular body. The tension for winding the wrapping tape is preferably 20 to 78N. The molding temperature is preferably in the range of 80 to 200 ° C.
また、内圧成形法は、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。成形時に付与する圧力は0.1〜2.0MPaが好ましい。また成形温度は室温〜200℃の範囲であることが好ましく、80〜180℃の範囲であることがさらに好ましい。 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. The pressure applied during molding is preferably 0.1 to 2.0 MPa. The molding temperature is preferably in the range of room temperature to 200 ° C, and more preferably in the range of 80 to 180 ° C.
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、硬化させ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ましくに用いられる。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好ましく用いられる。さらに一般産業用途では、自動車、自転車、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好ましく用いられる。 The fiber reinforced composite material obtained by curing using the epoxy resin composition of the present invention as a matrix resin is preferably used for sports applications, general industrial applications, and aerospace applications. More specifically, in sports applications, it is preferably used for golf shafts, fishing rods, tennis and badminton racket applications, stick applications such as hockey, and ski pole applications. In addition, in general industrial applications, structural materials for moving bodies such as automobiles, bicycles, ships and railway vehicles, drive shafts, leaf springs, windmill blades, pressure vessels, flywheels, paper rollers, roofing materials, cables, and repair reinforcement materials Etc. are preferably used.
本発明のプリプレグを管状に硬化させてなる繊維強化複合材料製管状体は、ゴルフシャフト、釣り竿などに好ましく用いることができる。 The tubular body made of fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg of the present invention into a tubular shape can be preferably used for golf shafts, fishing rods and the like.
以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。ここで、実施例2〜10,18,19が本発明の実施例であり、実施例1,11〜17は参考実施例である。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. Here, Examples 2 to 10, 18, and 19 are examples of the present invention, and Examples 1, 11 to 17 are reference 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)エポキシ樹脂組成物の調製
ニーダー中に、硬化剤、硬化促進剤以外の、ブロック共重合体[E]などのその他の成分を所定量加え、混練しつつ、150℃まで昇温し、150℃、1時間混練することで、透明な粘調液を得た。70℃まで混練しつつ降温させた後、硬化剤および硬化促進剤を所定量添加え、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2〜4に示す通りである。
(1) Preparation of epoxy resin composition In kneader, other components such as block copolymer [E] other than curing agent and curing accelerator are added in a predetermined amount, and the temperature is raised to 150 ° C while kneading. By kneading at 150 ° C. for 1 hour, a transparent viscous liquid was obtained. After the temperature was lowered while kneading to 70 ° C., a predetermined amount of a curing agent and a curing accelerator were added and kneaded to obtain an epoxy resin composition. The compounding ratio of each Example and Comparative Example is as shown in Tables 2-4.
<エポキシ樹脂([A])>
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”1007、エポキシ当量:1925、三菱化学(株)製、軟化点:128℃)
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”4007P、エポキシ当量:2270、三菱化学(株)製、軟化点:108℃)
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”4010P、エポキシ当量:4400、三菱化学(株)製、軟化点:135℃)
<エポキシ樹脂([B])>
・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(株)製、エポキシ当量:125)
・トリグリシジル−p−アミノフェノール(“jER(登録商標)”jER630、エポキシ当量:98、三菱化学(株)製))
・トリグリシジル−p−アミノフェノール(“アラルダイド(登録商標)”MY0500、エポキシ当量:110、ハイツマン・アドバンスドマテリアル(株)製)
・3,3’−テトラグリシジルジアミノジフェニルエーテル(TG3DDE、エポキシ当量:122、東レファインケミカル(株)製)。
<Epoxy resin ([A])>
Bisphenol A type epoxy resin ("jER (registered trademark)" 1007, epoxy equivalent: 1925, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, softening point: 128 ° C)
Bisphenol F type epoxy resin (“jER (registered trademark)” 4007P, epoxy equivalent: 2270, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, softening point: 108 ° C.)
Bisphenol F type epoxy resin (“jER (registered trademark)” 4010P, epoxy equivalent: 4400, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, softening point: 135 ° C.)
<Epoxy resin ([B])>
Tetraglycidyl diaminodiphenyl methane (“Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., epoxy equivalent: 125)
Triglycidyl-p-aminophenol ("jER (registered trademark)" jER630, epoxy equivalent: 98, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Triglycidyl-p-aminophenol (“Araldide (registered trademark)” MY0500, epoxy equivalent: 110, manufactured by Heitzmann Advanced Material Co., Ltd.)
-3,3'-tetraglycidyl diamino diphenyl ether (TG3DDE, epoxy equivalent: 122, manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.).
<エポキシ樹脂([C])>
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(“エピクロン(登録商標)”830、エポキシ当量:170、DIC(株)製)。
<Epoxy resin ([C])>
-Bisphenol F type epoxy resin ("Epiclon (registered trademark)" 830, epoxy equivalent: 170, manufactured by DIC Corporation).
<硬化剤([D])>
・ジシアンジアミド(硬化剤、DICY7、三菱化学(株)製)。
<Curing agent ([D])>
Dicyandiamide (curing agent, DICY7, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
<ブロック共重合体[E]>
・S−B−M共重合体(“Nanostrength(登録商標)”E40:Sがスチレン(Tg:約90℃)、Bが1,4−ブタジエン(Tg:約−90℃)、Mがメタクリル酸メチル(Tg:約130℃)。アルケマ(株)製)
・M−B−M共重合体(“Nanostrength(登録商標)”M22N:Bがブチルアクリレート(Tg:約−50℃)、Mがメタクリル酸メチルと極性官能基含有モノマーの共重合体(Tg:約130℃)、アルケマ(株)製)。
<Block copolymer [E]>
SBM copolymer (“Nanostrength®” E40: S is styrene (Tg: about 90 ° C.), B is 1,4-butadiene (Tg: about −90 ° C.), M is methacrylic acid Methyl (Tg: about 130 ° C.) manufactured by Arkema Co., Ltd.
MBM copolymer (“Nanostrength (registered trademark)” M22N: B is butyl acrylate (Tg: about −50 ° C.), M is a copolymer of methyl methacrylate and a polar functional group-containing monomer (Tg: About 130 ° C.), manufactured by Arkema Co., Ltd.).
<その他の成分>
・多官能エポキシ樹脂(“jER(登録商標)”1031S、エポキシ当量:200、三菱化学(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:470、三菱化学(株)製、軟化点:64℃)
・“ビニレック(登録商標)”PVF−K(ポリビニルホルマール)、チッソ(株)製)
・DCMU99(3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア、硬化促進剤、保土ヶ谷化学工業(株)製)。
<Other ingredients>
・ Polyfunctional epoxy resin ("jER (registered trademark)" 1031S, epoxy equivalent: 200, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
Bisphenol A type epoxy resin (“jER (registered trademark)” 1001, epoxy equivalent: 470, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, softening point: 64 ° C.)
・ "Vinylec (registered trademark)" PVF-K (polyvinyl formal), manufactured by Chisso Corporation
DCMU99 (3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea, curing accelerator, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.)
(2)数平均分子量測定
測定装置としては、“HLC(登録商標)”8220GPC(東ソー株式会社製)、検出器としてUV−8000(254nm)、カラムにはTSK−G4000H(東ソー株式会社製)を用いた。エポキシ樹脂をTHFに、濃度0.1mg/mlで溶解させ、これを流速1.0ml/分、温度40℃で測定したサンプルの保持時間を、ポリスチレンの校正用サンプルの保持時間を用いて、分子量に換算して求めた。数平均分子量測定結果を表1に示す。
(2) Number average molecular weight measurement “HLC (registered trademark)” 8220GPC (manufactured by Tosoh Corporation) as a measuring device, UV-8000 (254 nm) as a detector, and TSK-G4000H (manufactured by Tosoh Corporation) as a column. Using. The epoxy resin was dissolved in THF at a concentration of 0.1 mg / ml, and this was measured at a flow rate of 1.0 ml / min and at a temperature of 40 ° C., and the molecular weight was determined using the retention time of the polystyrene calibration sample. It was calculated in terms of Table 1 shows the number average molecular weight measurement results.
(3)樹脂硬化物の弾性率
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特に断らない限り、130℃の温度で90分間硬化させ、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、スパンを32mm、クロスヘッドスピードを100mm/分とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、弾性率を得た。サンプル数n=5とし、その平均値で比較した。
(3) Elastic modulus of cured resin After the defoaming of the epoxy resin composition in vacuum, unless otherwise noted in a mold set to 2 mm thick with a 2 mm thick Teflon (registered trademark) spacer, 130 Curing was performed at a temperature of 90 ° C. for 90 minutes to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. 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 testing machine (manufactured by Instron) was used, the span was set to 32 mm, the crosshead speed was set to 100 mm / min, and JIS K7171 (1994). In accordance with the above, three-point bending was performed to obtain an elastic modulus. The number of samples was set to n = 5, and the average value was compared.
(4)樹脂硬化物の樹脂靱性値の測定
エポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、6mm厚のテフロン(登録商標)製スペーサーにより厚み6mmになるように設定したモールド中で特に断らない限り、130℃の温度で90分間硬化させ、厚さ6mmの樹脂硬化物を得た。この樹脂硬化物を幅12.7mm、長さ150mmでカットし、試験片を得た。この樹脂硬化物から、幅12.7mm、長さ150mmの試験片を切り出し、ASTM D5045(1999)に従って、試験片を加工し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、測定をおこなった。試験片への初期の予亀裂の導入は、液体窒素温度まで冷やした剃刀の刃を試験片にあてハンマーで剃刀に衝撃を加えることで行った。ここでいう、樹脂靱性値とは、変形モードI(開口型)の臨界応力強度のことを指している。
(4) Measurement of resin toughness value of resin cured product After defoaming the epoxy resin composition in vacuum, it is not particularly refused in a mold set to be 6 mm thick with a 6 mm thick Teflon (registered trademark) spacer. As long as it was cured at a temperature of 130 ° C. for 90 minutes, a cured resin product having a thickness of 6 mm was obtained. This cured resin product was cut into a width of 12.7 mm and a length of 150 mm to obtain a test piece. A test piece having a width of 12.7 mm and a length of 150 mm was cut out from the cured resin, processed according to ASTM D5045 (1999), and measured using an Instron universal tester (Instron). It was. The initial precrack was introduced into the test piece by applying a razor blade cooled to liquid nitrogen temperature to the test piece and applying an impact to the razor with a hammer. Here, the resin toughness value refers to the critical stress strength of deformation mode I (opening type).
(5)構造周期の測定
上記(4)で得られた樹脂硬化物を染色後、薄切片化し、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて下記の条件で透過電子像を取得した。染色剤は、モルホロジーに充分なコントラストが付くよう、OsO4とRuO4を樹脂組成に応じて使い分けた。
・装置:H−7100透過型電子顕微鏡(日立(株)製)
・加速電圧:100kV
・倍率:10,000倍
これにより、[A]リッチ相、[B]リッチ相および[E]リッチ相の構造周期を観察した。[A]、[B]および[E]の種類や比率により、樹脂硬化物の相分離構造は、両相連続構造や海島構造を形成するのでそれぞれについて以下のように測定した。
(5) Measurement of structural period After the resin cured product obtained in (4) was dyed, it was cut into thin sections and a transmission electron image was obtained under the following conditions using a transmission electron microscope (TEM). As the staining agent, OsO 4 and RuO 4 were properly used according to the resin composition so that the morphology was sufficiently contrasted.
Apparatus: H-7100 transmission electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd.)
・ Acceleration voltage: 100 kV
-Magnification: 10,000 times Thereby, the structural period of [A] rich phase, [B] rich phase, and [E] rich phase was observed. Depending on the types and ratios of [A], [B], and [E], the phase separation structure of the cured resin formed a biphasic continuous structure and a sea-island structure, and each was measured as follows.
両相連続構造の場合、顕微鏡写真の上に所定の長さの直線をランダムに3本引き、その直線と相界面の交点を抽出し、隣り合う交点間の距離を測定し、これらの数平均値を構造周期とした。かかる所定の長さとは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定するものとした。構造周期が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上で引いた20mmの長さ(サンプル上1μmの長さ)をいい、同様にして、相分離構造周期が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上10μmの長さ)をいい、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに20mmの長さ(サンプル上100μmの長さ)をいうものとした。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて再度測定した。 In the case of a biphasic continuous structure, three straight lines of a predetermined length are drawn randomly on the micrograph, the intersection of the straight line and the phase interface is extracted, the distance between adjacent intersections is measured, and the number average of these The value was the structure period. The predetermined length is set as follows based on a micrograph. When the structural period is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and a length of 20 mm drawn on the photograph (a length of 1 μm on the sample) In the same manner, when the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), a photograph is taken at a magnification of 2,000 times, and the length is randomly 20 mm on the photograph. When the phase separation structure period is expected to be on the order of 1 μm (1 μm or more and less than 10 μm), a photograph is taken at a magnification of 200 times and a length of 20 mm is randomly selected on the photograph ( 100 μm length) on the sample. If the measured phase separation structure period was out of the expected order, it was measured again at a magnification corresponding to the corresponding order.
海島構造の場合、顕微鏡写真の上にかかる所定の領域を3箇所選出し、その領域内の島相サイズの数平均値である。島相のサイズは、相界面から一方の相界面へ島相を通って引く最短距離の線の長さをいう。島相が楕円形、不定形、または、二層以上の円または楕円になっている場合であっても、相界面から一方の相界面へ島相を通る最短の距離を用いるものとした。かかる所定の領域とは、顕微鏡写真を基に以下のようにして設定するものとした。相分離構造周期が0.01μmオーダー(0.01μm以上0.1μm未満)と予想される場合、倍率を20,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに選ばれる4mm四方の領域(サンプル上0.2μm四方の領域)をいい、同様にして、相分離構造周期が0.1μmオーダー(0.1μm以上1μm未満)と予想される場合、倍率を2,000倍で写真撮影し、写真上でランダムに選ばれる4mm四方の領域(サンプル上2μm四方の領域)をいい、相分離構造周期が1μmオーダー(1μm以上10μm未満)と予想される場合、倍率を200倍で写真撮影し、写真上でランダムに選ばれる4mm四方の領域(サンプル上20μm四方の領域)をいうものとした。もし、測定した相分離構造周期が予想したオーダーより外れていた場合、該当するオーダーに対応する倍率にて再度測定した。 In the case of the sea-island structure, three predetermined areas are selected on the micrograph, and the number average value of the island phase sizes in the area is selected. The size of the island phase refers to the length of the shortest distance line drawn from the phase interface to one phase interface through the island phase. Even when the island phase is an ellipse, an indeterminate shape, or a circle or ellipse of two or more layers, the shortest distance passing through the island phase from the phase interface to one phase interface is used. The predetermined region is set as follows based on a micrograph. When the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.01 μm (0.01 μm or more and less than 0.1 μm), a photograph is taken at a magnification of 20,000 times, and a 4 mm square region (on the sample) randomly selected on the photograph In the same way, if the phase separation structure period is expected to be on the order of 0.1 μm (0.1 μm or more and less than 1 μm), the photograph is taken at a magnification of 2,000 times. When the phase separation structure period is expected to be on the order of 1 μm (1 μm or more and less than 10 μm), the photograph is taken at a magnification of 200 times. 4 mm square area (20 μm square area on the sample) selected at random. If the measured phase separation structure period was out of the expected order, it was measured again at a magnification corresponding to the corresponding order.
(6)プリプレグの作製
エポキシ樹脂組成物を、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)”T800SC−24K(東レ(株)製、引張弾性率:294GPa、引張強度:5880MPa)に樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧してエポキシ樹脂組成物を含浸させ、単位面積辺りの炭素繊維質量125g/m2、繊維質量含有率75質量%の、T800SC使い一方向プリプレグを作製した。また、炭素繊維としてT700SC−24K(東レ(株)製、引張弾性率:230GPa、引張強度:4900MPa)を用いたこと以外は上記と同様にして、単位面積辺りの炭素繊維質量125g/m2、繊維質量含有率75質量%の、T700SC使い一方向プリプレグも作製した。
(6) Preparation of prepreg The epoxy resin composition was applied to a release paper using a reverse roll coater to prepare a resin film. Next, two resin films of carbon fiber “Torayca (registered trademark)” T800SC-24K (manufactured by Toray Industries, Inc., tensile elastic modulus: 294 GPa, tensile strength: 5880 MPa) aligned in one direction in the form of a sheet are formed. The carbon fiber mass per unit area was impregnated with an epoxy resin composition, and a unidirectional prepreg using T800SC having a carbon fiber mass of 125 g / m 2 and a fiber mass content of 75 mass% was produced. Further, in the same manner as described above except that T700SC-24K (manufactured by Toray Industries, Inc., tensile elastic modulus: 230 GPa, tensile strength: 4900 MPa) was used as the carbon fiber, the mass of the carbon fiber per unit area was 125 g / m 2 , A unidirectional prepreg using T700SC having a fiber mass content of 75% by mass was also produced.
(7)一方向積層板の作製
次の(a)および(b)の操作により作成した。
(a)上記(6)で作成した一方向プリプレグを、繊維方向を揃えて20ply積層した。
(b)積層したプリプレグをナイロンフィルムで隙間のないように覆った。これをオートクレーブ中で135℃、内圧588kPaで2時間加熱加圧して硬化し、一方向積層板を作製した。
(7) Production of unidirectional laminated board It produced by operation of following (a) and (b).
(A) The unidirectional prepreg prepared in (6) above was laminated in 20 ply with the fiber direction aligned.
(B) The laminated prepreg was covered with a nylon film so that there was no gap. This was cured by heating and pressing at 135 ° C. and an internal pressure of 588 kPa for 2 hours in an autoclave to produce a unidirectional laminate.
(8)円筒シャルピー衝撃試験用繊維強化複合材料製管状体の作製
次の(a)〜(e)の操作により、T800SC使い一方向プリプレグを、繊維方向が円筒軸方向に対して45°および−45°になるよう、各3plyを交互に積層し、さらにT800SC使い一方向プリプレグを、繊維方向が円筒軸方向に対して平行になるよう、3plyを積層し、内径が6.3mmの繊維強化複合材料製管状体を作製した。マンドレルは、直径6.3mm、長さ1000mmのステンレス製丸棒を使用した。
(8) Fabrication of tubular body made of fiber reinforced composite material for cylindrical Charpy impact test By the following operations (a) to (e), a T800SC unidirectional prepreg is used, and the fiber direction is 45 ° with respect to the cylindrical axis direction. 3ply is laminated alternately so that the angle is 45 °, and one-way prepreg using T800SC is laminated, 3ply is laminated so that the fiber direction is parallel to the cylindrical axis direction, and the inner diameter is 6.3 mm. A tubular material was made. The mandrel was a stainless steel round bar with a diameter of 6.3 mm and a length of 1000 mm.
(a)上記(6)に従い作製したT800SC使い一方向プリプレグから、縦104mm、横800mmの長方形の形状(長辺の方向に対して繊維軸方向が45度となるように)に2枚切り出した。この2枚のプリプレグの繊維の方向をお互いに交差するように、かつ短辺方向に10mm(マンドレル半周分)ずらして張り合わせた。 (A) Two sheets were cut into a rectangular shape having a length of 104 mm and a width of 800 mm (so that the fiber axis direction was 45 degrees with respect to the direction of the long side) from the unidirectional prepreg using T800SC produced according to (6) above. . The two prepreg fibers were laminated so that the directions of the fibers crossed each other and shifted by 10 mm (half the mandrel half circumference) in the short side direction.
(b)離型処理したマンドレルに張り合わせたプリプレグの長方形形状の長辺とマンドレル軸方向が同一方向になるように、マンドレルを捲回した。 (B) The mandrel was wound so that the long side of the rectangular shape of the prepreg bonded to the mandrel subjected to the mold release treatment and the mandrel axial direction were the same direction.
(c)その上に、上記(6)に従い作製したT800SC使い一方向プリプレグを縦114mm、横800mmの長方形形状(長辺方向が繊維軸方向となる)に切り出したものを、その繊維の方向がマンドレル軸の方向と同一になるように、マンドレルに捲回した。 (C) On top of that, a unidirectional prepreg using T800SC produced according to (6) above was cut into a rectangular shape with a length of 114 mm and a width of 800 mm (the long side direction is the fiber axis direction), and the fiber direction is The mandrel was wound around so that the direction of the mandrel axis was the same.
(d)さらに、その上から、ラッピングテープ(耐熱性フィルムテープ)を巻きつけて捲回物を覆い、硬化炉中、特に断らない限り、130℃で90分間、加熱成形した。なお、ラッピングテープの幅は15mm、張力は34N、巻き付けピッチ(巻き付け時のずれ量)は2.0mmとし、これを2plyラッピングした。 (D) Further, a wrapping tape (heat-resistant film tape) was wrapped around the wound product to cover the wound product, and then heat-molded at 130 ° C. for 90 minutes unless otherwise specified. The width of the wrapping tape was 15 mm, the tension was 34 N, the winding pitch (deviation amount at the time of winding) was 2.0 mm, and this was 2 ply wrapping.
(e)この後、マンドレルを抜き取り、ラッピングテープを除去して繊維強化複合材料製管状体を得た。
また、T700SC使い一方向プリプレグを用いたこと以外は、上記(a)〜(e)の操作を同様にしてT700SC使い繊維強化複合材料製管状体も作製した。
(E) Thereafter, the mandrel was extracted, and the wrapping tape was removed to obtain a fiber-reinforced composite material tubular body.
In addition, a tubular body made of fiber reinforced composite material using T700SC was prepared in the same manner as the above operations (a) to (e) except that a unidirectional prepreg using T700SC was used.
(9)繊維強化複合材料製管状体のシャルピー衝撃試験
上記(8)で得た繊維強化複合材料製管状体を60mmでカットし、内径6.3mm、長さ60mmの試験片を作製した。秤量300kg・cmで管状体の側面から衝撃を与えてシャルピー衝撃試験を行った。振り上がり角から、下記の式、
E=WR[(cosβ−cosα)−(cosα'−cosα)(α+β)/(α+α')]
E:吸収エネルギー(J)
WR:ハンマーの回転軸の周りのモーメント(N・m)
α:ハンマーの持ち上げ角度(°)
α’:ハンマーの持ち上げ角αから空振りさせたときの振り上がり角(°)
β:試験片破断後のハンマーの振り上がり角(°)
に従って衝撃の吸収エネルギーを計算した。なお、試験片にはノッチ(切り欠き)は導入していない。測定数はn=5で行い、平均値で比較した。
(9) Charpy impact test of fiber-reinforced composite material tubular body The fiber-reinforced composite material tubular body obtained in (8) above was cut at 60 mm to prepare a test piece having an inner diameter of 6.3 mm and a length of 60 mm. A Charpy impact test was performed by applying an impact from the side of the tubular body at a weight of 300 kg · cm. From the swing angle, the following formula:
E = WR [(cosβ-cosα) − (cosα′−cosα) (α + β) / (α + α ′)]
E: Absorbed energy (J)
WR: Moment around the rotation axis of the hammer (N · m)
α: Hammer lift angle (°)
α ': Swing angle when the hammer is swung from the lift angle α (°)
β: Hammer swing angle after test specimen breakage (°)
The absorbed energy of impact was calculated according to Note that notches (notches) are not introduced into the test piece. The number of measurements was n = 5, and the average values were compared.
(10)繊維強化複合材料の0°曲げ強度の測定方法
繊維強化複合材料の曲げ強度の指標として、一方向材の繊維強化複合材料の0°曲げ強度を測定した。一方向積層板を、厚み2mm、幅15mm、長さ100mmとなるように切り出した。インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、クロスヘッド速度5.0mm/分、スパン80mm、圧子径10mm、支点径 4mmで測定を行ない、曲げ強度を計算した。また、作製したプリプレグの目付に基づいて、実Vfを求めた後、得られた曲げ強度をVf60%に換算した。
(10) Measuring method of 0 ° bending strength of fiber reinforced composite material As an index of bending strength of the fiber reinforced composite material, 0 ° bending strength of the fiber reinforced composite material of the unidirectional material was measured. The unidirectional laminate was cut out to have a thickness of 2 mm, a width of 15 mm, and a length of 100 mm. Using an Instron universal testing machine (manufactured by Instron), measurement was performed at a crosshead speed of 5.0 mm / min, a span of 80 mm, an indenter diameter of 10 mm, and a fulcrum diameter of 4 mm, and the bending strength was calculated. Moreover, after calculating | requiring real Vf based on the fabric weight of the produced prepreg, the obtained bending strength was converted into Vf60%.
(11)軟化点測定(環球法)
環球法JIS−K7234(2008年)にて測定した。
(11) Softening point measurement (ring and ball method)
Measured by ring and ball method JIS-K7234 (2008).
(12)樹脂硬化物のエポキシ成分のガラス転移温度の測定
上記(3)と同様の方法で作製した樹脂硬化物をダイヤモンドカッターで幅13mm、長さ35mmに切り出し、かかる樹脂硬化物を動的粘弾性測定装置(DMAQ800:ティー・エイ・インスツルメンツ社製)を用い、40℃〜250℃まで昇温速度5℃/分で昇温し、周波数1.0Hzの曲げモードでガラス転移温度の測定を行った。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。表1,2にその結果を示す。ただし、相分離構造を有する樹脂硬化物のガラス転移温度測定では、樹脂硬化物のガラス転移温度が2つ生じる場合があり、表1,2に記載のガラス転移温度は、低い方のガラス転移温度である。
(12) Measurement of glass transition temperature of epoxy component of cured resin product A cured resin product produced by the same method as in (3) above was cut out to a width of 13 mm and a length of 35 mm using a diamond cutter, and the cured resin product was subjected to dynamic viscosity. Using an elasticity measuring device (DMAQ800: manufactured by TA Instruments Inc.), the temperature was raised from 40 ° C. to 250 ° C. at a rate of temperature rise of 5 ° C./min, and the glass transition temperature was measured in a bending 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. Tables 1 and 2 show the results. However, in the measurement of the glass transition temperature of the cured resin having a phase separation structure, two glass transition temperatures of the cured resin may occur, and the glass transition temperatures shown in Tables 1 and 2 are the lower glass transition temperatures. It is.
(実施例1)
[A]としてjER1007を30部、[B]としてMY0500を40部、[C]としてエピクロン830を30部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を2.5℃/分で昇温し、130℃、90分硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、力学特性は良好であった。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度も良好であった。
Example 1
[A] is 30 parts of jER1007, [B] is 40 parts of MY0500, [C] is 30 parts of Epicron 830, and curing agent [D] is DICY7 with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The resulting epoxy resin composition was heated at 2.5 ° C./min and cured at 130 ° C. for 90 minutes. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and had good mechanical properties. As a result, the impact resistance of the tubular body made of fiber-reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K and the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate were also good.
(実施例2)
[A]としてjER4007Pを30部用いた以外は、実施例1と同様に、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例1と比較して、弾性率が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度が実施例1と比較して向上した。
(Example 2)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that 30 parts of jER4007P was used as [A]. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and improved the elastic modulus as compared with Example 1. As a result, the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was improved as compared with Example 1.
(実施例3)
[A]としてjER4007Pを40部、[B]としてELM434を40部、[C]としてエピクロン830を20部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、良好な力学特性であった。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料の力学特性も良好であった。
(Example 3)
[A] is 40 parts of jER4007P, [B] is 40 parts of ELM434, [C] is 20 parts of Epicron 830, and the curing agent [D] is DICY7 with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and had good mechanical properties. As a result, the mechanical properties of the fiber-reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K were also good.
(実施例4)
[B]としてMY0500を40部用いた以外は、実施例3と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例3と比較して樹脂弾性率が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度も実施例3と比較して向上した。
Example 4
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 3 except that 40 parts of MY0500 was used as [B]. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, and the resin elastic modulus was improved as compared with Example 3. As a result, the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was also improved as compared with Example 3.
(実施例5)
[B]としてjER630を40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。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様に硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例4と比較して樹脂弾性率が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度も実施例4と比較して向上した。
(Example 5)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 4 except that 40 parts of jER630 was used as [B]. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured in the same manner as in Example 1. The obtained resin cured product formed a fine phase separation structure, and the resin elastic modulus was improved as compared with Example 4. As a result, the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was also improved as compared with Example 4.
(実施例6)
[A]としてjER4010Pを40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。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例4と比較して樹脂靱性値が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性が実施例4と比較して向上した。
(Example 6)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 4 except that 40 parts of jER4010P was used as [A]. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, and the resin toughness value was improved as compared with Example 4. As a result, the impact resistance of the tubular body made of fiber reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was improved as compared with Example 4.
(実施例7)
[A]としてjER4007Pを45部、[B]としてMY0500を45部、[C]としてエピクロン830を10部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、良好な樹脂靱性値と弾性率を有していた。その結果、得られたエポキシ樹脂組成物と炭素繊維としてT700SC−24Kからなるプリプレグを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度は、良好であった。
(Example 7)
45 parts of jER4007P as [A], 45 parts of MY0500 as [B], 10 parts of Epicron 830 as [C], and DICY7 as curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components, An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and had a good resin toughness value and elastic modulus. As a result, the impact resistance property and the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate were good for the fiber-reinforced composite material tubular body produced using the obtained epoxy resin composition and the prepreg made of T700SC-24K as the carbon fiber. there were.
(実施例8)
炭素繊維としてT800SC−24Kを用いた以外は、実施例7と同様に繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度は、実施例7と比較して向上した。
(Example 8)
A fiber-reinforced composite material was obtained in the same manner as in Example 7 except that T800SC-24K was used as the carbon fiber. The impact resistance characteristics of the obtained fiber-reinforced composite material tubular body and the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate were improved as compared with Example 7.
(実施例9)
[A]としてjER4007Pを30部、[B]としてMY0500を50部、[C]としてエピクロン830を20部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例2と比較して、弾性率が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度も向上した。
Example 9
30 parts of jER4007P as [A], 50 parts of MY0500 as [B], 20 parts of Epicron 830 as [C], and DICY7 as curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components, An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and improved the elastic modulus as compared with Example 2. As a result, the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was also improved.
(実施例10)
[A]としてjER4007Pを50部、[B]としてMY0500を30部、[C]としてエピクロン830を20部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例9と比較して樹脂靱性値が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性が向上した。
(Example 10)
[A] is 50 parts of jER4007P, [B] is 30 parts of MY0500, [C] is 20 parts of Epicron 830, and the curing agent [D] is DICY7 with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, and the resin toughness value was improved as compared with Example 9. As a result, the impact resistance of the fiber reinforced composite material tubular body produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was improved.
(実施例11)
[A]としてjER4007Pを20部、[B]としてjER630を40部、[C]としてエピクロン830を40部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、良好な力学特性を有していた。しかし、エポキシ樹脂組成物の80℃での粘度が2Pa・sと低かったため、作製したプリプレグにわずかに割れが生じた。なお、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度は良好であった。
(Example 11)
20 parts of jER4007P as [A], 40 parts of jER630 as [B], 40 parts of Epicron 830 as [C], and DICY7 as curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components, An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and had good mechanical properties. However, since the viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition was as low as 2 Pa · s, the produced prepreg was slightly cracked. In addition, the impact resistance characteristic of the tubular body made of fiber reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K and 0 ° bending strength of the unidirectional laminate were good.
(実施例12)
[C]としてエピクロン830を20部、その他のエポキシ樹脂としてjER1031Sを20部用いた以外は実施例11と同様に、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例11と比較し弾性率はやや低下するが、ガラス転移温度が向上した。得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度も良好であった。さらに得られたエポキシ樹脂組成物の80℃における粘度は16Pa・sと良好な粘度であったため、繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度は、実施例11と比較して向上した。
(Example 12)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 11 except that 20 parts of Epicron 830 was used as [C] and 20 parts of jER1031S was used as the other epoxy resin. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained resin cured product formed a fine phase separation structure, and although the elastic modulus was slightly lowered as compared with Example 11, the glass transition temperature was improved. The impact resistance of the tubular body made of fiber reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K and the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate were also good. Furthermore, since the viscosity at 80 ° C. of the obtained epoxy resin composition was 16 Pa · s, the impact resistance characteristics of the fiber-reinforced composite material tubular body and the 0 ° bending strength of the unidirectional laminates were Improved compared to 11.
(実施例13)
その他の成分として熱可塑樹脂であるポリビニルホルマール樹脂PVF−Kを10部添加した以外は、実施例11と同様に、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、力学特性は良好であった。さらに得られたエポキシ樹脂組成物の80℃における粘度は31Pa・sと適正な粘度であったため、繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度は、実施例11と比較して向上した。
(Example 13)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 11 except that 10 parts of polyvinyl formal resin PVF-K, which is a thermoplastic resin, was added as the other component. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and had good mechanical properties. Furthermore, since the viscosity at 80 ° C. of the obtained epoxy resin composition was an appropriate viscosity of 31 Pa · s, the impact resistance characteristics of the fiber-reinforced composite material tubular body and the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate were as follows. Improved compared to 11.
(実施例14)
[A]としてjER1007を30部、[B]としてELM434を40部、[C]としてエピクロン830を30部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、良好な樹脂靱性値と弾性率を有していた。その結果、得られたエポキシ樹脂組成物と炭素繊維としてT800SC−24Kからなるプリプレグを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度は、良好であった。
(Example 14)
30 parts of jER1007 as [A], 40 parts of ELM434 as [B], 30 parts of Epicron 830 as [C], and DICY7 as curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components, An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and had a good resin toughness value and elastic modulus. As a result, the impact resistance property and the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate were good for the fiber-reinforced composite material tubular body produced using the obtained epoxy resin composition and the prepreg made of T800SC-24K as the carbon fiber. there were.
(実施例15)
[A]としてjER4007Pを20部、[B]としてjER630を40部、[C]としてエピクロン830を40部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、ブロック共重合体 [E]としてS−B−M共重合体を3部、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例13対比樹脂靱性値が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂組成物と炭素繊維としてT800SC−24Kからなるプリプレグを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性は、実施例13対比向上した。
(Example 15)
20 parts of jER4007P as [A], 40 parts of jER630 as [B], 40 parts of Epicron 830 as [C], and DICY7 as curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components, An amount of 0.9 equivalent, an epoxy resin composition was prepared using 3 parts of the SBM copolymer as the block copolymer [E] and 2 parts of DCMU99 as the curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, and the resin toughness value compared with Example 13 was improved. As a result, the impact resistance characteristics of the obtained fiber reinforced composite material tubular body produced using the epoxy resin composition and the prepreg made of T800SC-24K as the carbon fiber were improved as compared with Example 13.
(実施例16)
ブロック共重合体 [E]としてM−B−M共重合体を3部用いた以外は、実施例11と同様に、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例13対比樹脂靱性値が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂組成物と炭素繊維としてT800SC−24Kからなるプリプレグを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性は、実施例13対比向上した。
(Example 16)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 11 except that 3 parts of MBM copolymer was used as the block copolymer [E]. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, and the resin toughness value compared with Example 13 was improved. As a result, the impact resistance characteristics of the obtained fiber reinforced composite material tubular body produced using the epoxy resin composition and the prepreg made of T800SC-24K as the carbon fiber were improved as compared with Example 13.
(実施例17)
ブロック共重合体 [E]としてM−B−M共重合体を10部用いた以外は、実施例11と同様に、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例16と比較し樹脂靱性値が大きく向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂組成物と炭素繊維としてT800SC−24Kからなるプリプレグを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性は、実施例16と比較し向上した。
(実施例18)
[A]としてjER4007Pを40部、[B]としてTG3DASを30部、[C]としてエピクロン830を30部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、細かな相分離構造を形成し、良好な力学特性であった。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性および一方向積層板の0°曲げ強度が良好であった。
(Example 17)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 11, except that 10 parts of MBM copolymer was used as the block copolymer [E]. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, and the resin toughness value was greatly improved as compared with Example 16. As a result, the impact resistance characteristics of the fiber-reinforced composite material tubular body produced using the obtained epoxy resin composition and the prepreg made of T800SC-24K as the carbon fiber were improved as compared with Example 16.
(Example 18)
[A] is 40 parts of jER4007P, [B] is 30 parts of TG3DAS, [C] is 30 parts of Epicron 830, and the curing agent [D] is DICY7 with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure and had good mechanical properties. As a result, the impact resistance of the tubular body made of fiber reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K and the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate were good.
(実施例19)
[B]として3,3’−TGDDEを40部用いた以外は、実施例3と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様に硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成し、実施例3対比樹脂弾性率が向上した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度が実施例3対比向上した。
(Example 19)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 3 except that 40 parts of 3,3′-TGDDE was used as [B]. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured in the same manner as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, and the resin elastic modulus compared with Example 3 was improved. As a result, the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was improved as compared with Example 3.
(参考例1)
[A]としてjER1007を40部、[B]としてjER630を20部、[C]としてエピクロン830を40部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成したが、実施例で得られる弾性率ほどの弾性率は得られなかった。その結果、得られたエポキシ樹脂組成物と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度は、実施例に比べてやや不足していた。
(Reference Example 1)
40 parts of jER1007 as [A], 20 parts of jER630 as [B], 40 parts of Epicron 830 as [C], and DICY7 as curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components, An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, but an elastic modulus as high as that obtained in Examples was not obtained. As a result, the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin composition and carbon fiber T800SC-24K was slightly insufficient as compared with the Examples.
(参考例2)
[A]としてjER1007を20部、[B]としてELM434を60部、[C]としてエピクロン830を20部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成したが、実施例で得られる樹脂靱性値ほどの樹脂靱性値は得られなかった。その結果、得られたエポキシ樹脂組成物と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性は、実施例に比べてやや不足していた。
(Reference Example 2)
[A] is 20 parts of jER1007, [B] is 60 parts of ELM434, [C] is 20 parts of Epicron 830, and the curing agent [D] is DICY7 with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Although the obtained resin cured product formed a fine phase separation structure, the resin toughness value as high as the resin toughness value obtained in the examples was not obtained. As a result, the impact resistance of the tubular body made of fiber reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin composition and carbon fiber T800SC-24K was slightly insufficient as compared with the Examples.
(参考例3)
[A]としてjER4010Pを10部、[B]としてELM434を50部、[C]としてエピクロン830を40部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成したが、実施例で得られる樹脂靱性値ほどの樹脂靱性値は得られなかった。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性は、実施例に比べてやや不足していた。
(Reference Example 3)
10 parts of jER4010P as [A], 50 parts of ELM434 as [B], 40 parts of Epicron 830 as [C], and DICY7 as curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components, An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Although the obtained resin cured product formed a fine phase separation structure, the resin toughness value as high as the resin toughness value obtained in the examples was not obtained. As a result, the impact resistance characteristics of the tubular body made of fiber reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K were slightly insufficient as compared with the Examples.
(参考例4)
[A]としてjER1007を60部、[B]としてjER630を30部、[C]としてエピクロン830を10部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成したが、実施例で得られる弾性率ほどの弾性率は得られなかった。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度は、実施例に比べてやや不足していた。
(Reference Example 4)
[A] is 60 parts of jER1007, [B] is 30 parts of jER630, [C] is 10 parts of Epicron 830, and the curing agent [D] is DICY7 with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. The obtained cured resin formed a fine phase separation structure, but an elastic modulus as high as that obtained in Examples was not obtained. As a result, the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was slightly insufficient as compared with the examples.
(参考例5)
[A]としてjER4007Pを20部、[B]としてMY0500を30部、[C]としてエピクロン830を50部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度は良好であった。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、微細な相分離構造を形成したが、実施例で得られる樹脂靱性値ほどの樹脂靱性値は得られなかった。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性は、実施例に比べてやや不足していた。
(Reference Example 5)
20 parts of jER4007P as [A], 30 parts of MY0500 as [B], 50 parts of Epicron 830 as [C], and DICY7 as curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components, An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The resulting epoxy resin composition had a good viscosity at 80 ° C. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Although the obtained resin cured product formed a fine phase separation structure, the resin toughness value as high as the resin toughness value obtained in the examples was not obtained. As a result, the impact resistance characteristics of the tubular body made of fiber reinforced composite material produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K were slightly insufficient as compared with the Examples.
(比較例1)
[A]としてjER1007を50部、[B]としてELM434を50部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。エポキシ樹脂[C]を添加していないために、得られた樹脂硬化物は、粗大相分離構造を形成し、弾性率が不足した。さらにエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度が200Pa・sを越えたために、繊維強化複合材料にボイドが生じた。その結果、繊維強化複合材料の力学特性が不足した。
(Comparative Example 1)
[A] is 50 parts of jER1007, [B] is 50 parts of ELM434, and DICY7 is the curing agent [D] in an amount that makes 0.9 equivalents of active hydrogen groups to the epoxy groups of all epoxy resin components, promoting curing. An epoxy resin composition was prepared using 2 parts of DCMU99 as an agent. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Since the epoxy resin [C] was not added, the obtained cured resin formed a coarse phase separation structure, and the elastic modulus was insufficient. Furthermore, since the viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition exceeded 200 Pa · s, voids occurred in the fiber-reinforced composite material. As a result, the mechanical properties of the fiber reinforced composite material were insufficient.
(比較例2)
[A]としてjER1007を50部、[C]としてエピクロン830を50部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。エポキシ樹脂[B]を添加していないために、得られた樹脂硬化物は、均一相分離構造を形成し、弾性率が不足した。さらにエポキシ樹脂組成物の80℃での粘度が200Pa・sを越えたために、繊維強化複合材料にわずかにボイドが生じた。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度が不足した。
(Comparative Example 2)
[A] is 50 parts of jER1007, [C] is 50 parts of Epicron 830, and DICY7 is used as the curing agent [D] in such an amount that the active hydrogen group becomes 0.9 equivalent to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using 2 parts DCMU99 as an accelerator. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Since the epoxy resin [B] was not added, the obtained resin cured product formed a uniform phase separation structure, and the elastic modulus was insufficient. Furthermore, since the viscosity at 80 ° C. of the epoxy resin composition exceeded 200 Pa · s, a slight void was generated in the fiber-reinforced composite material. As a result, the 0 ° bending strength of the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was insufficient.
(比較例3)
[B]としてELM434を50部、[C]としてエピクロン830を50部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。エポキシ樹脂[A]を添加していないために、得られた樹脂硬化物は、均一相分離構造を形成し、樹脂靱性値が著しく不足した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性が不足した。
(Comparative Example 3)
50 parts ELM434 as [B], 50 parts Epicron 830 as [C], and DICY7 as the curing agent [D], in an amount such that the active hydrogen groups are 0.9 equivalents relative to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using 2 parts DCMU99 as an accelerator. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Since the epoxy resin [A] was not added, the obtained cured resin formed a uniform phase separation structure, and the resin toughness value was remarkably insufficient. As a result, the impact resistance of the fiber-reinforced composite material tubular body produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was insufficient.
(比較例4)
[A]としてjER1007を40部、[B]としてELM434を40部、その他のエポキシ樹脂としてGANを20部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。エポキシ樹脂[C]を添加していないために、得られた樹脂硬化物は、粗大相分離構造を形成し、樹脂靱性値が著しく不足した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性が不足した。
(比較例5)
[B]としてELM434を40部、[C]としてエピクロン830を20部、その他のエポキシ樹脂としてjER1001を40部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を2部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。軟化点90℃以上のビスフェノール型エポキシ樹脂[A]を添加していないために、得られた樹脂硬化物は、均一構造を形成し、樹脂靱性値が著しく不足した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性が不足した。
(Comparative Example 4)
[A] is 40 parts of jER1007, [B] is 40 parts of ELM434, 20 parts of GAN is the other epoxy resin, and DICY7 is the curing agent [D] with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components. An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent and 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Since the epoxy resin [C] was not added, the obtained cured resin formed a coarse phase separation structure, and the resin toughness value was remarkably insufficient. As a result, the impact resistance of the fiber-reinforced composite material tubular body produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was insufficient.
(Comparative Example 5)
40 parts of ELM434 as [B], 20 parts of Epicron 830 as [C], 40 parts of jER1001 as other epoxy resin, and DICY7 as the curing agent [D] are active hydrogen groups relative to the epoxy groups of all epoxy resin components An epoxy resin composition was prepared using an amount of 0.9 equivalent to 2 parts of DCMU99 as a curing accelerator. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Since the bisphenol type epoxy resin [A] having a softening point of 90 ° C. or higher was not added, the obtained cured resin formed a uniform structure, and the resin toughness value was extremely insufficient. As a result, the impact resistance of the fiber-reinforced composite material tubular body produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K was insufficient.
(比較例6)
[B]としてELM434を20部、[C]としてエピクロン830を45部、その他のエポキシ樹脂としてjER4004Pを35部、硬化剤[D]としてDICY7を全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素基が0.9当量となる量、硬化促進剤としてDCMU99を3部用いて、エポキシ樹脂組成物を調製した。得られたエポキシ樹脂組成物を実施例1と同様の条件で硬化した。得られた樹脂硬化物は、[A]を用いていないために、均一構造を形成し、弾性率と樹脂靱性値が不足した。その結果、得られたエポキシ樹脂と炭素繊維T800SC−24Kを用いて作製した一方向積層板の0°曲げ強度および繊維強化複合材料製管状体の耐衝撃特性が不足した。
(Comparative Example 6)
20 parts ELM434 as [B], 45 parts Epicron 830 as [C], 35 parts jER4004P as the other epoxy resin, and DICY7 as the curing agent [D] are active hydrogen groups with respect to the epoxy groups of all epoxy resin components An epoxy resin composition was prepared using 0.9 part by weight of 3 parts DCMU99 as a curing accelerator. The obtained epoxy resin composition was cured under the same conditions as in Example 1. Since the obtained cured resin did not use [A], it formed a uniform structure and lacked the elastic modulus and resin toughness value. As a result, the unidirectional laminate produced using the obtained epoxy resin and carbon fiber T800SC-24K lacked the 0 ° bending strength and the impact resistance characteristics of the fiber-reinforced composite material tubular body.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、高い弾性率と高い靱性を有し、さらに低粘度であるため、高繊維含有率のプリプレグ成形を可能にする。このため、エポキシ樹脂組成物と強化繊維を組み合わせることにより、優れた耐衝撃性と強度を併せ持つ繊維強化複合材料を得ることができる。このため、得られる繊維強化複合材料は、スポーツ用途、一般産業用途、さらに航空機用途に好ましく用いられる。 The epoxy resin composition of the present invention has a high elastic modulus and a high toughness, and further has a low viscosity, and thus enables prepreg molding with a high fiber content. For this reason, the fiber reinforced composite material which has the outstanding impact resistance and intensity | strength can be obtained by combining an epoxy resin composition and a reinforced fiber. For this reason, the obtained fiber reinforced composite material is preferably used for sports applications, general industrial applications, and aircraft applications.
Claims (9)
[A]軟化点90℃以上のビスフェノールF型エポキシ樹脂 30〜50質量部
[B]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂 30〜50質量部
[C]数平均分子量450以下のビスフェノールF型エポキシ樹脂 10〜40質量部
[D]硬化剤
(但し、エポキシ樹脂[A]〜[C]の合計量が100質量部を超えることはない。) Below a [A] ~ epoxy resin composition comprising [D], an epoxy resin [A] ~ [C] on 100 parts by weight total epoxy resin component, Shi meet the following blending ratio The cured resin obtained by curing the epoxy resin composition has a phase separation structure having [A] rich phase and [B] rich phase, and the phase separation structure period is 1 nm to 5 μm. An epoxy resin composition.
[A] Bisphenol F type epoxy resin having a softening point of 90 ° C. or higher 30 to 50 parts by mass [B] Trifunctional or higher amine type epoxy resin 30 to 50 parts by mass [C] Bisphenol F type epoxy resin having a number average molecular weight of 450 or less 10 -40 mass parts [D] Hardener (However, the total amount of epoxy resin [A]-[C] does not exceed 100 mass parts.)
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