JP7086218B2 - 熱硬化性樹脂組成物、フィルム接着剤、プリプレグ及びこれらの製造方法 - Google Patents
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Description
前記熱硬化性樹脂組成物がビスマレイミド化合物、及びジアミノトリアジンの構造を有するトリアジン化合物を含むことを特徴とするフィルム接着剤。
前記熱硬化性樹脂組成物がビスマレイミド化合物と、ジアミノトリアジンの構造を有するトリアジン化合物と、を含むことを特徴とするプリプレグ。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、ビスマレイミド化合物と、ジアミノトリアジンの構造を有するトリアジン化合物と、を含んでなる。このトリアジン化合物は、硬化反応時にビスマレイミド化合物に溶解するとともに、トリアジン環のNH2基が金属と配位結合を形成することによって、金属材料に対する接着性を向上させる。
本熱硬化性樹脂組成物に配合されるビスマレイミド化合物(以下、「BMI」ともいう)としては、従来公知のビスマレイミド化合物を用いることができる。例えば、下記化学式(1)で表されるビスマレイミド化合物が挙げられる。
ビスマレイミド化合物が芳香環構造を含む(以下、「芳香族ビスマレイミド化合物」ともいう)場合、化学式(1)中のXは、以下の化学式(2)~(8)に記載する構造であることが好ましい。
ビスマレイミド化合物が芳香環構造を含まない(以下、「脂肪族ビスマレイミド化合物」ともいう)場合、化学式(1)中のXは、以下の化学式(9)~(11)に記載する構造であることが好ましい。
本発明に用いるトリアジン化合物は、ジアミノトリアジンの構造を有するトリアジン化合物である。例えば、下記化学式(12)~(14)で表されるトリアジン化合物が挙げられる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、共反応物質を含んでいることが好ましい。この共反応物質は、室温で液状であることが好ましい。このような共反応物質としては、アルケニルフェノール及び/又はアルケニルフェノールエーテルが例示される。
化学式(16)のうち、以下の化学式(17)の化合物は特に好ましい。
本樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。熱可塑性樹脂としては、公知の熱可塑性樹脂を使用することができる。
熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド等を挙げることができる。
本発明において、可溶性熱可塑性樹脂とは、180℃において熱硬化性樹脂組成物中に一部又は全部が溶解する熱可塑性樹脂を意味する。可溶性熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂組成物中に溶解し、熱硬化性樹脂組成物の粘度を増加させる。
本発明において、不溶性熱可塑性樹脂とは、180℃において熱硬化性樹脂組成物中に溶解しない熱可塑性樹脂をいう。不溶性熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂を挙げることができる。
本熱硬化性樹脂組成物には、接着性を損なわない限り、他の成分を含有させることができる。他の成分として、重合防止剤、導電性粒子、導電性フィラー、無機フィラー、ゴム状成分、靭性付与剤、安定剤や離型剤、着色剤等が例示される。
本熱硬化性樹脂組成物を製造するには、上述の成分を混合して均一に溶解及び/又は分散した組成物とすればよく、その方法に特に制限はない。これらの成分を常温で混合してもよいが、経済的に製造するためには加熱して混合することが好ましい。この場合、加熱温度は通常30~150℃であり、50~120℃が好ましい。150℃を超える温度では重合反応が速くなり、本熱硬化性樹脂組成物が混合中に硬化する可能性がある。
本発明のフィルム接着剤は、前述の熱硬化性樹脂組成物が基材繊維に担持されて成る。熱硬化性樹脂組成物は基材繊維に含浸していることが好ましい。フィルム接着剤の目付は、50~1500g/m2が好ましく、100~500g/m2がより好ましい。
本発明のフィルム接着剤は、本熱硬化性樹脂組成物と基材繊維とを一体化することにより製造することができる。本熱硬化性樹脂組成物を基材繊維と一体化させる方法としては、公知の湿式含浸法や乾式含浸法を用いることができる。湿式含浸法は有機溶媒を用いるため、樹脂組成物を含浸した後、有機溶媒を除去する必要がある。したがって、有機溶媒が残存する虞がない乾式法であるホットメルト法を用いることが好ましい。
本発明のフィルム接着剤は、接着界面に配置して公知の手法により硬化させることにより使用される。特に、繊維強化複合材料同士を接着する場合や、繊維強化複合材料と金属材料とを接着する場合に好ましく使用される。また、繊維強化複合材料を作製するためのプリプレグに積重して使用することもできる。即ち、繊維強化複合材料を作製するとともに、該繊維強化複合材料を接着対象物(他の繊維強化複合材料や金属材料)に接着することもできる。
本発明のプリプレグ(以下、「本プリプレグ」ともいう)は、前述の本熱硬化性樹脂組成物が強化繊維基材に含浸しているプリプレグである。
本プリプレグは、本熱硬化性樹脂組成物を強化繊維基材内に含浸させることにより製造することができる。本熱硬化性樹脂組成物を強化繊維基材内に含浸させる方法としては、公知の湿式法や乾式法を用いることができる。湿式法は有機溶媒を用いるため、樹脂組成物を含浸した後、有機溶媒を除去する必要がある。したがって、有機溶媒が残存することがない乾式法であるホットメルト法を用いることが好ましい。
本プリプレグは公知の手法により硬化させることにより繊維強化複合材料を作製することができる。本プリプレグを用いて繊維強化複合材料を作製する方法としては、従来公知の方法、例えば、マニュアルレイアップ、自動テープレイアップ(ATL)、自動繊維配置、真空バギング、オートクレーブ硬化、オートクレーブ以外の硬化、流体援用加工、圧力支援プロセス、マッチモールドプロセス、単純プレス硬化、プレスクレーブ硬化、又は連続バンドプレスを使用する方法が挙げられる。
本熱硬化性樹脂組成物と、強化繊維から成る強化繊維基材と、を複合化して硬化させることで繊維強化複合材料を得ることができる。強化繊維基材と複合化する方法としては、特に制限はなく、本発明のプリプレグのように強化繊維基材と本熱硬化性樹脂組成物を予め複合化してもよい。また、例えば、レジントランスファー成形法(RTM法)、ハンドレイアップ法、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のように成形時に複合化してもよい。
強化繊維基材と、本熱硬化性樹脂組成物とを複合化した後、特定の条件で加熱加圧して硬化させることにより、繊維強化複合材料(FRP)を得ることができる。本発明のプリプレグを用いて、FRPを製造する方法としては、オートクレーブ成形の他、プレス成形等の公知の成形法が挙げられる。
・BMI1100-H:BMI-1100H(商品名)(N,N’-4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド、 大和化成工業(株)社製)
・TDAB:Compimide TDAB(商品名)(2,4-ビスマレイミドトルエン、 Evonik Industries AG社製)
[脂肪族ビスマレイミド化合物]
・BMI-TMH:BMI-TMH(商品名)(1,6’-ビスマレイミド-(2,2,4-トリメチル)ヘキサン、 大和化成工業(株)社製)
[共反応物質]
・DABPA:DABPA(商品名)(2,2’-ジアリルビスフェノールA、 大和化成工業(株)社製)
・PEI:Ultem1000-1000(商品名)粉砕物(ポリエーテルイミド、 SABICイノベーティブプラスチック社製、 平均粒子径15μm)
・PES:スミカエクセル5003P(商品名)粉砕物(ポリエーテルスルホン、住友化学工業(株)製、平均粒子径15μm)
・AURUM:AURUM PD450M(商品名)(ポリイミド、三井化学(株)製)
(ジアミノトリアジンの構造を有するトリアジン化合物)
・VD-3(商品名)(四国化成工業株式会社製)、融点:160℃(カタログ値)、下記化学式(12)で示される化合物である。化学式(12)中、Rは炭素数1~15の脂肪族鎖であり、本化合物はその混合物である。
・D3265(商品名)(東京化成工業株式会社製)、融点:140℃(カタログ値)、下記化学式(20)で示される化合物である。
・基材A:E10T 4W 106T(商品名)(ガラス繊維織物、 ユニチカグラスファイバー(株)社製、 目付:106g/m2)
・基材B:H25X104(商品名)(ガラス繊維織物、 ユニチカグラスファイバー(株)社製、 目付:24.5g/m2)
[炭素繊維基材]
・基材C:炭素繊維ストランド テナックス(登録商標) IMS 65 E 23 24K 830tex(帝人(株)社製、 引張強度:5800MPa、 引張弾性率:290GPa)を、単位面積当たりの繊維質量が190g/m2となるように炭素繊維を一方向に整列させて作製したシート状の強化繊維基材
・基材D:テナックス(登録商標) W3101 (炭素繊維織物、帝人(株)社製、目付:200g/m2)
BMIプリプレグとフィルム接着剤を[45°/-45°/0°/90°/フィルム接着剤]の方向に5枚積層した積層体をハニカムコアの上下に積層してハニカムコア積層体を得た。なお、プリプレグのフラットワイズ引張試験においては、フィルム接着剤を使用せず、[45°/-45°/0°/90°]の方向に4枚積層した積層体をハニカムコアの上下に積層してハニカムコア積層体を得た。この時のハニカムコアは、昭和飛行機工業株式会社製、AL3/16-5052-.002Nを使用した。この積層体をバッグ内に入れ、オートクレーブ内で1.7℃/分で昇温し、180℃にて360分間加熱し、硬化させ、さらに240℃で360分ポストキュアを行い、ハニカムサンドイッチパネルを得た。
得られたハニカムサンドイッチパネルから縦50.8mm、横50.8mmに試験片を切り出し、該試験片の上下面に縦50.8mm、横50.8mmのアルミブロックをエポキシ接着剤で接着した。接着剤が硬化した後、ハニカムサンドイッチパネルの上下方向(厚さ方向)に、ASTM C 273に準拠し、引張速度0.5mm/分で引張試験を行い、ハニカムサンドイッチパネルのフラットワイズ強度を測定した。
アルミ板(グレード:2024-T3)を幅25.4mm、長さ101.6mmにカットし、端より12.7mmブラストした。ブラスト部分にフィルム接着剤を張り付け、上面にも12.7mmブラストしたアルミ板を重ねた。この積層体をバッグ内に入れ、オートクレーブ内で2℃/分で昇温し、180℃にて360分間加熱し、硬化させ、さらに240℃で360分ポストキュアを行いフラットワイズ試験片を得た。ASTM D 1002に準拠し、引張試験を行い、フィルム接着剤のラップシェア引張強度を測定した。
ハンドレイアップの際、積層のしやすさを評価した。
十分にタックがあり、積層後も剥がれがないものを〇、
タックが弱く、積層後に端部などの剥がれが確認できるものを△、
タックが非常に弱く、常温での積層が困難であるものを×とした。
プリプレグを一辺が360mmの正方形にカット、積層し、積層構成[+45/0/-45/90]3Sの積層体を得た。通常の真空オートクレーブ成形法を用い、0.59MPaの圧力下、180℃の条件で6時間成形した。得られた成形物を取り出し、熱風循環乾燥機を用いて、240℃の条件下で6時間、フリースタンドでポストキュアを実施した。成形物を幅101.6mm×長さ152.4mmの寸法に切断し、損傷後圧縮強度(CAI)試験の試験片を得た。この試験片を用いて、SACMA SRM 2R-94に従い、30.5Jの衝撃を与えて損傷させた後、損傷面積および圧縮強度(CAI)を測定した。試験片圧縮試験機のクロスヘッドスピードは1.27mm/分とし、n=5で測定を行った。
[熱硬化性樹脂組成物の調製]
表1に示す配合で各成分を85℃で混合し、熱硬化性樹脂組成物を調製した。
[フィルム接着剤の作製]
各熱硬化性樹脂組成物を基材繊維内に含浸してフィルム接着剤とした。この際の加熱温度は50℃であった。このフィルム接着剤を用いてタック性を評価した。結果を表1に示した。
実施例2で得られた熱硬化性樹脂組成物と、炭素繊維基材である基材Cを用いて以下の方法でプリプレグを作製した。得られたプリプレグを用いてフラットワイズおよびタック性を評価した。結果を表2に示した。なお、フラットワイズ試験においては、フィルム接着剤を使用せず、得られたプリプレグを、[45°/-45°/0°/90°]の方向に4枚積層した積層体をハニカムコアの上下に積層してハニカムコア積層体を硬化させたハニカムサンドイッチパネルを用いて評価した。実施例14で得られたプリプレグは、フィルム接着剤を用いなくても十分に高いフラットワイズ特性を示した。
[プリプレグの作製]
リバースロールコーターを用いて、離型紙上に、熱硬化性樹脂組成物を塗布して50g/m2目付の樹脂フィルムを作製した。次に、炭素繊維基材の両面に得られた樹脂フィルムを積重し、温度100℃、圧力0.2MPaの条件で加熱加圧して、炭素繊維含有率が65質量%のプリプレグを作製した。
炭素繊維基材として基材Dを用いた以外は実施例14と同様にしてプリプレグを作製した。得られたプリプレグを用いてフラットワイズおよびタック性を評価した。結果を表2に示した。実施例14で得られたプリプレグは、フィルム接着剤を用いなくても十分に高いフラットワイズ特性を示した。
熱硬化性樹脂組成物として、比較例1で得られた樹脂組成物を用いた以外は実施例14と同様にしてプリプレグを作製した。得られたプリプレグを用いてタック性を評価した。結果を表2に示した。トリアジン化合物を含まない比較例5で得られたプリプレグのフラットワイズ特性は、不十分なものであった。
炭素繊維基材として基材Dを用いた以外は比較例5と同様にしてプリプレグを作製した。得られたプリプレグを用いてタック性を評価した。結果を表2に示した。トリアジン化合物を含まない比較例6で得られたプリプレグのフラットワイズ特性は、不十分なものであった。
Claims (15)
- 前記熱硬化性樹脂組成物が、前記ビスマレイミド化合物100質量部に対して前記トリアジン化合物を0.1~30質量部含む請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 前記熱硬化性樹脂組成物が、さらに熱可塑性樹脂を含む請求項1又は2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 前記熱硬化性樹脂組成物が、前記ビスマレイミド化合物100質量部に対して前記トリアジン化合物を0.1~30質量部含む請求項4に記載のフィルム接着剤。
- 前記熱硬化性樹脂組成物が、さらに熱可塑性樹脂を含む請求項4又は5に記載のフィルム接着剤。
- 前記基材繊維が、ガラス繊維又は炭素繊維である請求項4乃至6の何れか1項に記載のフィルム接着剤。
- 目付が50~1500g/m2である請求項4乃至7の何れか1項に記載のフィルム接着剤。
- 基材繊維と、熱硬化性樹脂組成物と、を一体化することを特徴とする請求項4に記載のフィルム接着剤の製造方法。
- 前記一体化が、前記基材繊維への前記熱硬化性樹脂組成物の含浸である請求項9に記載のフィルム接着剤の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂組成物が、前記ビスマレイミド化合物100質量部に対して前記トリアジン化合物を0.1~30質量部含む請求項11に記載のプリプレグ。
- 前記熱硬化性樹脂組成物が、さらに熱可塑性樹脂を含む請求項11又は12に記載のプリプレグ。
- 前記強化繊維が、炭素繊維である請求項11乃至13の何れか1項に記載のプリプレグ。
- 強化繊維と、請求項1乃至3の何れか1項に熱硬化性樹脂組成物と、を一体化することを特徴とするプリプレグの製造方法。
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