JP5817206B2 - 繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
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Description
(1) 骨格にリンを含むリン含有エポキシ樹脂と、
ジシアンジアミドと、
1,1’−(4−メチル−1,3−フェニレン)ビス(3,3−ジメチル尿素)と、下記式(1)で示されるフェニル−ジメチル尿素と、下記式(2)で示されるメチレン−ジフェニル−ビスジメチル尿素との少なくとも1つを含む硬化促進剤と、
を含み、
前記リン含有エポキシ樹脂のリン含有量は、エポキシ樹脂組成物中に1.0質量%以上5.0質量%以下であることを特徴とする繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
(2) 前記硬化促進剤の含有量は、前記リン含有エポキシ樹脂とその他のエポキシ樹脂との質量の和100質量部に対して1質量部以上15質量部以下であることを特徴とする上記(1)に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
(3) フェノキシ樹脂を含むことを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
(4) 前記フェノキシ樹脂の含有量が、前記リン含有エポキシ樹脂とその他のエポキシ樹脂との質量の和100質量部に対して、5質量部以上40質量部以下であることを特徴とする上記(3)に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
(5) 前記ジシアンジアミドの配合量は、硬化剤以外のエポキシ樹脂組成物のエポキシ当量に対する硬化剤の活性水素当量の比が0.5以上1以下であることを特徴とする上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
(6) 上記(1)から(5)の何れか1つに記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物を強化繊維に含浸させてなることを特徴とするプリプレグ。
リン含有エポキシ樹脂は、下記式(3)で示される化合物からなる。
本実施形態の組成物は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、リン含有エポキシ樹脂以外の他のエポキシ樹脂を含有することができる。このようなエポキシ樹脂として、たとえば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、イソシアネート変性エポキシ樹脂等が挙げられる。ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂が挙げられる。これらはいずれか1種を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。中でもビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。
ジシアンジアミドは、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる。一般に、硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させうるものであればどのような構造のものでもよく、公知の硬化剤が使用可能である。硬化剤の具体例としては、アミン、酸無水物、ノボラック樹脂、フェノール、メルカプタン、ルイス酸アミン錯体、オニウム塩、イミダゾールなどが挙げられる。これらの中でも、アミン型の硬化剤が好ましい。アミン型の硬化剤としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族アミン、脂肪族アミン、イミダゾール誘導体、ジシアンジアミド、テトラメチルグアニジン、チオ尿素付加アミンなど、およびそれらの異性体、変成体を用いることができる。これらのなかでもジシアンジアミドは、プリプレグの保存性に優れるため特に好ましく、本実施形態では、エポキシ樹脂用の硬化剤として用いられる。
本実施形態の組成物に含有される硬化促進剤は、本実施形態の組成物を硬化させるための縮合触媒である。硬化促進剤は、硬化剤として用いられるジシアンジアミドの硬化反応を促進する効果を有する。本実施形態の組成物に用いられる硬化促進剤は、ジシアンジアミドの硬化反応を促進する効果を有するものであれば特に限定されるものではなく、従来公知の硬化促進剤を用いることができる。硬化促進剤として、例えば、1,1’−(4−メチル−1,3−フェニレン)ビス(3,3−ジメチル尿素)、下記式(1)で示されるフェニル−ジメチル尿素、下記式(2)で示されるメチレン−ジフェニル−ビスジメチル尿素、3−フェニル−1,1−ジメチル尿素、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素(DCMU)、3−(3−クロロ−4−メチルフェニル)−1,1−ジメチル尿素等の尿素誘導体、三級アミン、イミダゾール化合物、フェニルジメチルウレア(PDMU)等のウレア化合物、三フッ化モノエチルアミン、三塩化アミン錯体等のアミン錯体などが挙げられる。硬化促進剤はこれらを単独で用いてもよく、2種以上を混合してもよい。
本発明の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物は、フェノキシ樹脂を含むことが、組成物の強靭性を向上させる点と、未硬化の組成物の粘度を制御して作業性を向上させることができる点で好ましい。フェノキシ樹脂とは、ビスフェノール類とエピクロルヒドリンより合成されるポリヒドロキシポリエーテルで熱可塑性樹脂である。
本実施形態の組成物は、強化繊維に含浸させてプリプレグとして使用することができる。強化繊維としては、特に制限は無く、炭素繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、高強度ポリエステル繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、スチール繊維などの各種の無機繊維または有機繊維を用いることができる。中でも難燃性の観点から、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維が好ましい。強化繊維の形態としては、一方向に引き揃えてもよく、織物、またノンクリンプファブリックでもよい。
繊維強化複合材料は、前記プリプレグを加熱により硬化させることにより得られる。
表1に示すエポキシ樹脂とフェノキシ樹脂を、140℃で2時間混合し、均一に溶解させた。70℃に降温した後に硬化剤、硬化促進剤を所定の質量部配合し、均一に混合し、各組成物を作製した。
ガラス織物(繊維目付104g/m2)に、樹脂含有量45%(樹脂重量85g/m2)となるよう含浸させて、プリプレグを作製した。
上記のようにして得られたプリプレグを用いて貯蔵安定性を評価した。また、このプリプレグをオートクレーブにて120℃、2時間硬化させて得られた硬化物(繊維強化複合材料)を用いて、燃焼試験、ガラス転移温度Tg、圧縮強度および圧縮弾性を各々測定した。
貯蔵安定性は、得られたプリプレグを室温に14日間暴露した後のタック(粘着力)の有無を25℃の環境下で指触にて評価した。タックは以下の基準で触手により評価した。
○:板状体の表面に十分な粘着力が感じられたもの
×:板状体の表面にやや粘着力が感じられたものまたはほぼ粘着力が感じられなかったもの
プリプレグを6枚積層し、オートクレーブにて硬化した繊維強化複合材料を、7.62cm×30.48cmに裁断して試験片を作製した。作製した試験片を用いて垂直燃焼試験により難燃性を評価した。図1は、垂直燃焼試験の状態を示す図である。図1に示すように、試験片11を垂直に固定し、バーナー12で試験片11の真下から火を60秒間当てた後、延焼の長さLを測定した。延焼の長さLが、15.24cm以下の場合には、耐熱性が良好であると判断した。
オートクレーブ硬化物を3mm×3mmに裁断し、熱機械分析装置(TMA:Thermal Mechanical Analysis)を用いて、ガラス転移温度を求めた。ガラス転移温度Tgは120℃以上であれば耐熱性が良好であると判断した。
[圧縮強度、圧縮弾性率]
プリプレグを21枚積層し、オートクレーブにて硬化した繊維強化複合材料より、ASTM D695にしたがって、試験片を作製し、圧縮強度、圧縮弾性率の試験を行った。圧縮強度が500MPa以上であれば圧縮強度は良好であると判断し、圧縮弾性率が20GPa以上であれば、圧縮弾性率は良好であると判断した。
・リン含有エポキシ樹脂1:商品名「TX−0921」、東都化成社製
・リン含有エポキシ樹脂2:商品名「FX−289z1」、東都化成社製
・リン含有エポキシ樹脂3:商品名「FX−289FA」、東都化成社製
・ビスフェノールF型エポキシ樹脂:商品名「YDF−170」、東都化成社製
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂:商品名「YD−128」、東都化成社製
・フェノールノボラックエポキシ樹脂:商品名「jER152」、JER社製
・フェノキシ樹脂:商品名「YP−75」、東都化成社製
・ジシアンジアミド:商品名「DICY−15」、JER社製
・硬化促進剤1:3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素、商品名「DCMU」、保土ヶ谷化学社製
・硬化促進剤2:1,1’−(4−メチル−1,3−フェニレン)ビス(3,3−ジメチル尿素)、商品名「DYHARD UR500」、Evonik社製
・硬化促進剤3:1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、商品名「1B2PZ」、四国化成社製
・硬化促進剤4:上記式(1)で示されるフェニル−ジメチル尿素、商品名「DYHARD UR300」、Evonik社製
・硬化促進剤5:上記式(2)で示されるメチレン−ジフェニル−ビスジメチル尿素、商品名「オミキュアU−52」、CVC Specialty Chemicals社製
12 バーナー
Claims (6)
- 前記硬化促進剤の含有量は、前記リン含有エポキシ樹脂とその他のエポキシ樹脂との質量の和100質量部に対して1質量部以上15質量部以下であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
- フェノキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
- 前記フェノキシ樹脂の含有量は、前記リン含有エポキシ樹脂とその他のエポキシ樹脂との質量の和100質量部に対して、5質量部以上40質量部以下であることを特徴とする請求項3に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
- 前記ジシアンジアミドの配合量は、硬化剤以外のエポキシ樹脂組成物のエポキシ当量に対する硬化剤の活性水素当量の比が0.5以上1以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1から5の何れか1項に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物を強化繊維に含浸させてなることを特徴とするプリプレグ。
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