JP7139572B2 - Epoxy resin compositions, fiber reinforced composites, moldings and pressure vessels - Google Patents

Epoxy resin compositions, fiber reinforced composites, moldings and pressure vessels Download PDF

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本発明は、エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料、成形品および圧力容器に関するものである。 The present invention relates to epoxy resin compositions, fiber reinforced composites, moldings and pressure vessels.

エポキシ樹脂はその優れた機械的特性を活かし、塗料、接着剤、電気電子情報材料、先端複合材料などの産業分野に広く使用されている。特に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料では、エポキシ樹脂が多用されている。 Epoxy resins are widely used in industrial fields such as paints, adhesives, electrical and electronic information materials, and advanced composite materials, taking advantage of their excellent mechanical properties. In particular, epoxy resins are frequently used in fiber-reinforced composite materials composed of reinforcing fibers such as carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers and matrix resins.

繊維強化複合材料の製造方法としては、プリプレグ法、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、RTM(Resin Transfer Molding)法等の工法が適宜選択される。これらの工法のうち、液状樹脂を用いるフィラメントワインディング法、プルトルージョン法、RTM法は、圧力容器、電線、自動車などの産業用途への適用が特に活発化している。 As a method for manufacturing the fiber-reinforced composite material, a construction method such as a prepreg method, a hand lay-up method, a filament winding method, a pultrusion method, an RTM (Resin Transfer Molding) method, or the like is appropriately selected. Among these construction methods, the filament winding method, the pultrusion method, and the RTM method, which use liquid resin, have been actively applied to industrial applications such as pressure vessels, electric wires, and automobiles.

一般にプリプレグ法により製造された繊維強化複合材料は、強化繊維の配置が精緻に制御されるため、優れた機械特性を示す。一方で近年の環境への関心の高まり、温室効果ガスの排出規制の動きを受け、プリプレグ以外の、液状樹脂を用いた繊維強化複合材料でも、さらなる高強度化が求められている。 In general, fiber-reinforced composite materials produced by the prepreg method exhibit excellent mechanical properties because the arrangement of reinforcing fibers is precisely controlled. On the other hand, in response to the growing interest in the environment in recent years and the movement to control greenhouse gas emissions, there is a demand for even higher strength in fiber-reinforced composite materials using liquid resins other than prepregs.

特許文献1は、アクリルアミドやフタルイミドを用い、強化繊維との接着性を上げることで、ねじり強度に優れた繊維強化複合材料を与えるフィラメントワインディング向け樹脂を開示している。 Patent Literature 1 discloses a resin for filament winding that uses acrylamide or phthalimide to increase adhesion to reinforcing fibers, thereby providing a fiber-reinforced composite material with excellent torsional strength.

特許文献2は、置換フェニルグリシジルエーテルを用いた、作業性と機械強度に優れた繊維強化複合材料を与えるRTM向け樹脂を開示している。 Patent Document 2 discloses a resin for RTM that uses a substituted phenylglycidyl ether and provides a fiber-reinforced composite material with excellent workability and mechanical strength.

特許文献3は、置換フェニルグリシジルエーテルとナノシリカ微粒子を用い、弾性率と耐熱性を向上させる樹脂組成物を開示している。 Patent Document 3 discloses a resin composition that uses substituted phenylglycidyl ether and nanosilica fine particles to improve elastic modulus and heat resistance.

特許文献4は、脂環式アミン化合物と反応性触媒を用い、低温短時間硬化が可能なRTM向け樹脂組成物を開示している。 Patent Document 4 discloses a resin composition for RTM that uses an alicyclic amine compound and a reactive catalyst and can be cured at low temperature for a short period of time.

特許文献5は、単官能エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、コアシェルポリマーを含み、弾性率と破壊靱性に優れるエポキシ樹脂組成物を開示している。 Patent Document 5 discloses an epoxy resin composition containing a monofunctional epoxy resin, a polyfunctional epoxy resin and a core-shell polymer and having excellent elastic modulus and fracture toughness.

特許文献6は、ビフェニル骨格を有する1官能エポキシを含み、強度および伸びに優れる繊維強化複合材料を与えるプリプレグ用樹脂組成物を開示している。 Patent Document 6 discloses a prepreg resin composition that contains a monofunctional epoxy having a biphenyl skeleton and provides a fiber-reinforced composite material having excellent strength and elongation.

特許文献7は、反応性希釈剤として単官能エポキシを用いる低粘度のエポキシ樹脂組成物を開示している。 US Pat. No. 5,300,001 discloses low viscosity epoxy resin compositions using monofunctional epoxies as reactive diluents.

特開2000-212254号公報JP-A-2000-212254 特開2005-120127号公報JP 2005-120127 A 特開2010-174073号公報JP 2010-174073 A 特表2015-508125号公報Japanese Patent Publication No. 2015-508125 特開2011-46797号公報JP 2011-46797 A 特開2006-265458号公報JP 2006-265458 A 特表2009-521589号公報Japanese Patent Publication No. 2009-521589

しかしながら、特許文献1はねじり強度および圧縮強度は向上するものの、繊維強化複合材料の引張強度利用率は十分とはいえない。特許文献2は、低粘度で耐熱性を有する樹脂は開示されているものの、繊維強化複合材料の引張強度利用率は十分とはいえない。特許文献3は、圧縮強度の向上には効果があるが、引張強度利用率は十分とはいえない。特許文献4に示される樹脂組成物は、低温での硬化は可能であるものの、繊維強化複合材料の引張強度利用率は十分ではなかった。 However, although Patent Document 1 improves torsional strength and compressive strength, the tensile strength utilization factor of the fiber-reinforced composite material cannot be said to be sufficient. Although Patent Document 2 discloses a resin having low viscosity and heat resistance, it cannot be said that the tensile strength utilization rate of the fiber-reinforced composite material is sufficient. Patent Document 3 is effective in improving compressive strength, but the utilization rate of tensile strength is not sufficient. Although the resin composition disclosed in Patent Document 4 can be cured at a low temperature, the tensile strength utilization factor of the fiber-reinforced composite material was not sufficient.

さらに特許文献5は、耐衝撃性の向上には効果があるが引張強度利用率は十分といえなかった。特許文献6は、耐熱性に優れる繊維強化複合材料が得られるものの、引張強度利用率は十分とはいえない。特許文献7は低粘度の樹脂組成物を得られるものの、繊維強化複合材料の引張強度利用率は十分とはいえない。 Furthermore, although Patent Document 5 is effective in improving impact resistance, the utilization rate of tensile strength was not sufficient. In Patent Document 6, although a fiber-reinforced composite material having excellent heat resistance can be obtained, the tensile strength utilization factor cannot be said to be sufficient. Although Patent Document 7 can obtain a low-viscosity resin composition, it cannot be said that the tensile strength utilization factor of the fiber-reinforced composite material is sufficient.

さらに、特許文献3および6で開示されている樹脂組成物はプリプレグ向けの粘度が高いものであり、液状樹脂を用いるプロセスには適用できない。 Furthermore, the resin compositions disclosed in Patent Documents 3 and 6 have high viscosity for prepreg and cannot be applied to processes using liquid resins.

そこで、本発明は、適切な硬化速度を有し、優れた引張強度利用率を示す繊維強化複合材料を与えるエポキシ樹脂組成物、それをマトリックス樹脂として用いた、優れた引張強度利用率を有する繊維強化複合材料、成形品および圧力容器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides an epoxy resin composition that has an appropriate curing rate and provides a fiber-reinforced composite material exhibiting excellent tensile strength utilization, and a fiber having excellent tensile strength utilization using the composition as a matrix resin. The object is to provide reinforced composites, moldings and pressure vessels.

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、下記構成からな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。すなわち本発明のエポキシ樹脂組成物は、以下の構成からなる。 As a result of intensive studies aimed at solving the above problems, the inventors of the present invention have found an epoxy resin composition having the following constitution, and have completed the present invention. That is, the epoxy resin composition of the present invention has the following constitution.

次の構成要素[A]~[C]を含むエポキシ樹脂組成物であって、構成要素[B]が、下記構成要素[b1]および/または下記構成要素[b2]と、構成要素[b1]および構成要素[b2]以外の2官能以上の芳香族エポキシ樹脂と、から構成されており、構成要素[C]が下記構成要素[c1]または下記構成要素[c2]であり、ローターレス硬化試験機による80℃におけるゲルタイムが15~100分であり、該エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物の動的粘弾性評価におけるゴム状態弾性率が10MPa以下である、エポキシ樹脂組成物。
[A]tert-ブチル基、sec-ブチル基、イソプロピル基、またはフェニル基で置換されたフェニルグリシジルエーテルである単官能エポキシ樹脂
[B]2官能以上の芳香族エポキシ樹脂
[b1]置換されていてもよいジグリシジルアニリン(ここで、置換基は、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、フェノキシ基から選ばれる基である。)
[b2]テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン
[C]硬化剤
[c1]酸無水物系硬化剤
[c2]脂肪族アミン系硬化剤。
An epoxy resin composition containing the following components [A] to [C], wherein the component [B] is the following component [b1] and/or the following component [b2] and the following component [b1] and a bifunctional or higher aromatic epoxy resin other than the component [b2], the component [C] is the following component [c1] or the following component [c2], and the rotorless curing test An epoxy resin composition having a gel time of 15 to 100 minutes at 80° C. using a machine, and a cured product obtained by curing the epoxy resin composition having a rubber state elastic modulus of 10 MPa or less in dynamic viscoelasticity evaluation.
[A] A monofunctional epoxy resin that is a phenylglycidyl ether substituted with a tert-butyl group, sec-butyl group, isopropyl group, or phenyl group
[B] Bifunctional or higher aromatic epoxy resin
[b1] optionally substituted diglycidylaniline (wherein the substituent is a group selected from an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a phenyl group and a phenoxy group).
[b2] Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane [C] Curing agent [c1] Acid anhydride curing agent [c2] Aliphatic amine curing agent.

また、本発明の繊維強化複合材料は、上記エポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維とからなる。 Also, the fiber-reinforced composite material of the present invention comprises a cured product of the epoxy resin composition and reinforcing fibers.

さらに、本発明の成形品および圧力容器は、上記繊維強化複合材料からなる。 Further, the molded article and pressure vessel of the present invention are made of the fiber-reinforced composite material.

本発明のエポキシ樹脂組成物は適切な硬化速度を有し、該エポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂として用いた、本発明の繊維強化複合材料、成形品および圧力容器は、優れた引張強度利用率を有する。 The epoxy resin composition of the present invention has an appropriate curing rate, and the fiber-reinforced composite material, molded article and pressure vessel of the present invention using the epoxy resin composition as a matrix resin exhibit excellent tensile strength utilization. have.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、次の構成要素[A]~[C]を含むエポキシ樹脂組成物であって、構成要素[C]が下記構成要素[c1]または下記構成要素[c2]であり、ローターレス硬化試験機による80℃におけるゲルタイムが15~100分であり、該エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物の動的粘弾性評価におけるゴム状態弾性率が10MPa以下である。
[A]tert-ブチル基、sec-ブチル基、イソプロピル基、またはフェニル基で置換されたフェニルグリシジルエーテル
[B]2官能以上の芳香族エポキシ樹脂
[C]硬化剤
[c1]酸無水物系硬化剤
[c2]脂肪族アミン系硬化剤。
The epoxy resin composition of the present invention is an epoxy resin composition containing the following components [A] to [C], wherein the component [C] is the following component [c1] or the following component [c2]. A gel time at 80° C. measured by a rotorless curing tester is 15 to 100 minutes, and a cured product obtained by curing the epoxy resin composition has a rubber state elastic modulus of 10 MPa or less in dynamic viscoelasticity evaluation.
[A] Phenyl glycidyl ether substituted with a tert-butyl group, sec-butyl group, isopropyl group, or phenyl group [B] Difunctional or higher aromatic epoxy resin [C] Curing agent [c1] Acid anhydride curing Agent [c2] Aliphatic amine curing agent.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記構成要素[A]~[C]を含む。 The epoxy resin composition of the present invention contains the constituent elements [A] to [C].

本発明の構成要素[A]であるtert-ブチル基、sec-ブチル基、イソプロピル基、またはフェニル基のいずれか一つで置換されたフェニルグリシジルエーテルは、適切な硬化速度と優れた引張強度利用率を有する繊維強化複合材料を得るために必要な成分である。引張強度利用率は、繊維強化複合材料が、強化繊維の強度をどれだけ活用しているかの指標である。同じ種類と量の強化繊維を用いた繊維複合強化材料同士であっても、引張強度利用率が高い繊維強化複合材料の方が、高い引張強度を示す。
かかるフェニルグリシジルエーテル、すなわち、エポキシ樹脂としては、例えば、o-フェニルフェノールグリシジルエーテル、p-tert-ブチルフェニルグリシジルエーテル、p-sec-ブチルフェニルグリシジルエーテル、p-イソプロピルフェニルグリシジルエーテル、などが挙げられる。
The phenylglycidyl ether substituted with any one of tert-butyl group, sec-butyl group, isopropyl group, or phenyl group, which is the constituent element [A] of the present invention, has an appropriate curing speed and excellent utilization of tensile strength. It is a necessary component to obtain a fiber-reinforced composite material with a high modulus. The tensile strength utilization rate is an index of how much the fiber-reinforced composite material utilizes the strength of the reinforcing fibers. Even among fiber composite reinforcing materials using the same type and amount of reinforcing fibers, the fiber reinforced composite material having a higher tensile strength utilization rate exhibits a higher tensile strength.
Examples of such phenylglycidyl ethers, that is, epoxy resins include o-phenylphenolglycidyl ether, p-tert-butylphenylglycidyl ether, p-sec-butylphenylglycidyl ether, p-isopropylphenylglycidyl ether, and the like. .

構成要素[B]は、芳香環を含む2官能以上のエポキシ樹脂である。2官能以上のエポキシ樹脂とは、1分子中に2個以上のエポキシ基を有する化合物である。かかるエポキシ樹脂としては、例えば、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を含むエポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、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型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型やザイロック型のエポキシ樹脂、N,N,O-トリグリシジル-m-アミノフェノール、N,N,O-トリグリシジル-p-アミノフェノール、N,N,O-トリグリシジル-4-アミノ-3-メチルフェノール、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-メチレンジアニリン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-2,2’-ジエチル-4,4’-メチレンジアニリン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、ジグリシジルアニリンなどのグリシジルアミン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは単独で用いても、複数種を組み合わせても良い。 Component [B] is a bifunctional or higher functional epoxy resin containing an aromatic ring. A bifunctional or higher epoxy resin is a compound having two or more epoxy groups in one molecule. Examples of such epoxy resins include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, epoxy resin containing a dicyclopentadiene skeleton, fluorene type epoxy resin, Novolak type epoxy resins such as phenol novolak type epoxy resins and cresol novolak type epoxy resins, biphenylaralkyl type and Zyroc type epoxy resins, N,N,O-triglycidyl-m-aminophenol, N,N,O-triglycidyl -p-aminophenol, N,N,O-triglycidyl-4-amino-3-methylphenol, N,N,N',N'-tetraglycidyl-4,4'-methylenedianiline, N,N, glycidyl such as N',N'-tetraglycidyl-2,2'-diethyl-4,4'-methylenedianiline, N,N,N',N'-tetraglycidyl-m-xylylenediamine, diglycidylaniline; Amine-type epoxy resins and the like are included. These may be used singly or in combination.

構成要素[C]は硬化剤であり、下記構成要素[c1]または下記構成要素[c2]である。
[c1]酸無水物系硬化剤
[c2]脂肪族アミン系硬化剤。
Component [C] is a curing agent and is component [c1] or component [c2] below.
[c1] Acid anhydride curing agent [c2] Aliphatic amine curing agent.

構成要素[c1]は酸無水物系硬化剤である。酸無水物系硬化剤とは、分子中に酸無水物基を1個以上有する化合物である。酸無水物系硬化剤としては、例えばメチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水マレイン酸、無水コハク酸などが挙げられる。 Component [c1] is an acid anhydride curing agent. An acid anhydride-based curing agent is a compound having one or more acid anhydride groups in the molecule. Acid anhydride curing agents include, for example, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride, maleic anhydride, and succinic anhydride.

構成要素[c2]は、脂肪族アミン系硬化剤である。脂肪族アミン系硬化剤とは、分子内に1級または2級のアミノ基を1個以上有する化合物である。脂肪族アミン系硬化剤としては、例えば、イソホロンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンジアミン、N-アミノエチルピペラジン、4,4’-メチレンビスシクロヘキシルアミン、2,2’-ジメチル-4,4’-メチレンビスシクロヘキシルアミン、シクロヘキサンジアミン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、アルキレングリコール構造を有する脂肪族ポリアミンなどが挙げられる。アルキレングリコール構造には、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンの共重合体などが挙げられる。 Component [c2] is an aliphatic amine curing agent. An aliphatic amine-based curing agent is a compound having one or more primary or secondary amino groups in its molecule. Examples of aliphatic amine curing agents include isophoronediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, hexamethylenediamine, N-aminoethylpiperazine, 4,4′-methylenebiscyclohexylamine, 2,2′-dimethyl-4,4 '-methylenebiscyclohexylamine, cyclohexanediamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane, and aliphatic polyamines having an alkylene glycol structure. Alkylene glycol structures include polyoxyethylene, polyoxypropylene, copolymers of polyoxyethylene and polyoxypropylene, and the like.

本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物の動的粘弾性評価により得られるゴム状態弾性率は10MPa以下である。ゴム状態弾性率を該範囲とすることで、得られる繊維強化複合材料が優れた引張強度利用率を示す。なお、本発明において、繊維強化複合材料の引張強度は、引張強度利用率により評価する。ここで、ゴム状態弾性率とは、架橋密度と相関がある指標であり、一般的に架橋密度が低いほど、ゴム状態弾性率も低くなる。引張強度利用率は、繊維強化複合材料の引張強度/(強化繊維のストランド強度×繊維体積含有率)×100で示され、この数値が高いことは強化繊維の性能をより高く引き出していることを表し、軽量化効果が大きいといえる。 The rubber state elastic modulus obtained by dynamic viscoelasticity evaluation of the cured product obtained by curing the epoxy resin composition of the present invention is 10 MPa or less. By setting the rubbery state elastic modulus within this range, the resulting fiber-reinforced composite material exhibits an excellent tensile strength utilization factor. In addition, in the present invention, the tensile strength of the fiber-reinforced composite material is evaluated by the tensile strength utilization factor. Here, the rubber state elastic modulus is an index that is correlated with the crosslink density, and generally, the lower the crosslink density, the lower the rubber state elastic modulus. The tensile strength utilization rate is indicated by the tensile strength of the fiber-reinforced composite material/(strand strength of reinforcing fiber x fiber volume content) x 100, and a high value indicates that the performance of the reinforcing fiber is being drawn out higher. It can be said that the weight reduction effect is large.

本発明のエポキシ樹脂組成物のローターレス硬化試験機(キュラストメーター)による80℃におけるゲルタイムは15~100分である。この範囲とすることで、単官能エポキシを適用した場合に見られる硬化速度の遅延がなく、生産性に優れるエポキシ樹脂硬化物が得られる。 The gel time of the epoxy resin composition of the present invention at 80° C. measured by a rotorless curing tester (curastometer) is 15 to 100 minutes. Within this range, there is no retardation in the curing speed observed when a monofunctional epoxy is applied, and an epoxy resin cured product with excellent productivity can be obtained.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[A]を、全エポキシ樹脂100質量部中5~40質量部含むことが好ましい。構成要素[A]の含有量を当該範囲とすることで、硬化速度と引張強度利用率のバランスに優れた繊維強化複合材料を与えるエポキシ樹脂組成物が得られる。 The epoxy resin composition of the present invention preferably contains 5 to 40 parts by mass of component [A] based on 100 parts by mass of the total epoxy resin. By setting the content of the component [A] within the above range, an epoxy resin composition that provides a fiber-reinforced composite material having an excellent balance between curing speed and tensile strength utilization can be obtained.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[A]に示される成分を2種類以上含むことが好ましい。異なる構造もしくは置換位置の立体障害が導入されることで、分子間の運動がより抑制される。 The epoxy resin composition of the present invention preferably contains two or more of the component [A]. Intermolecular motion is further suppressed by introducing steric hindrance of different structures or substitution positions.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[B]が、下記構成要素[b1]または下記構成要素[b2]であることが好ましい。
[b1]置換されていてもよいジグリシジルアニリン
[b2]テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン。
In the epoxy resin composition of the present invention, the component [B] is preferably the following component [b1] or the following component [b2].
[b1] optionally substituted diglycidylaniline [b2] tetraglycidyldiaminodiphenylmethane.

構成要素[b1]は、置換されていてもよいジグリシジルアニリンである。置換基としては、例えば、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、フェノキシ基などが挙げられる。炭素数1~4のアルキル基は、エポキシ樹脂の粘度上昇を抑えるため好ましい。かかるエポキシ樹脂としては、例えばジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジン、N,N-ジグリシジル-4-フェノキシアニリンなどが挙げられる。 Component [b1] is an optionally substituted diglycidylaniline. Examples of substituents include alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, phenyl groups, and phenoxy groups. Alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are preferable because they suppress the viscosity increase of the epoxy resin. Examples of such epoxy resins include diglycidylaniline, diglycidyltoluidine, N,N-diglycidyl-4-phenoxyaniline and the like.

構成要素[b2]は、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンである。 Component [b2] is tetraglycidyldiaminodiphenylmethane.

構成要素[A]は、構成要素[b1]または構成要素[b2]と組み合わせることで、硬化速度と引張強度利用率をより高いレベルで両立することができ、さらに耐熱性にも優れるため、好ましい。 Component [A] is preferable because, when combined with component [b1] or component [b2], both curing speed and tensile strength utilization rate can be achieved at a higher level, and heat resistance is also excellent. .

エポキシ樹脂組成物の硬化物中で、構成要素[b1]の芳香環は、立体障害として構成要素[A]のtert-ブチル基、sec-ブチル基、イソプロピル基、またはフェニル基と干渉し、分子鎖の運動を制限する。その結果、共有結合に由来する架橋密度が低くとも、高い耐熱性を示す。また、構成要素[b2]は、一般に架橋密度を上昇させて耐熱性を向上させる成分であるが、構成要素[A]と併用した場合、一部のエポキシ樹脂が立体障害の影響を受けて未反応となり、これがさらなる立体障害となるため、構成要素[b1]と同様に、架橋密度が低い状態で分子鎖の運動が制限される。つまり、構成要素[A]、構成要素[b1]または構成要素[b2]、および構成要素[c1]または構成要素[c2]の組み合わせにより硬化されたエポキシ樹脂硬化物は、適切な硬化速度を有し、高い引張強度利用率を有することに加え、耐熱性に優れる繊維強化複合材料を得ることができる。 In the cured product of the epoxy resin composition, the aromatic ring of the component [b1] interferes with the tert-butyl group, sec-butyl group, isopropyl group, or phenyl group of the component [A] as a steric hindrance, and the molecule Limit chain movement. As a result, high heat resistance is exhibited even when the crosslink density derived from covalent bonds is low. In addition, component [b2] is a component that generally increases the crosslink density and improves heat resistance. Since this becomes a reaction and further steric hindrance, the motion of the molecular chain is restricted in a state where the crosslink density is low, similarly to the component [b1]. That is, the epoxy resin cured product cured by the combination of component [A], component [b1] or component [b2], and component [c1] or component [c2] has an appropriate curing speed. However, in addition to having a high tensile strength utilization rate, a fiber-reinforced composite material having excellent heat resistance can be obtained.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[B]が、構成要素[b1]と構成要素[b2]を同時に含むことが好ましい。液状樹脂としての作業性に優れ、硬化速度、耐熱性および引張強度利用率のバランスに優れた繊維強化複合材料が得られやすくなる。 In the epoxy resin composition of the present invention, component [B] preferably contains component [b1] and component [b2] at the same time. It is easy to obtain a fiber-reinforced composite material which is excellent in workability as a liquid resin and which has an excellent balance among curing speed, heat resistance and tensile strength utilization rate.

本発明のエポキシ樹脂組成物にはさらに、本発明の効果を損なわない範囲、特に粘度の許容される範囲において、構成要素[A]、構成要素[b1]および構成要素[b2]以外のエポキシ樹脂を含有することができる。構成要素[A]、構成要素[b1]および構成要素[b2]以外のエポキシ樹脂は、機械特性、耐熱性、耐衝撃性などのバランスや、粘度などのプロセス適合性を目的に応じて調節することができ、好適に用いられる。 The epoxy resin composition of the present invention further contains an epoxy resin other than the constituent elements [A], the constituent elements [b1], and the constituent elements [b2] within a range that does not impair the effects of the present invention, particularly within an allowable viscosity range. can contain Epoxy resins other than component [A], component [b1] and component [b2] are adjusted according to the purpose for the balance of mechanical properties, heat resistance, impact resistance, etc., and process suitability such as viscosity. and is preferably used.

かかるエポキシ樹脂としては、例えば、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を含むエポキシ樹脂、構成要素[A]以外のフェニルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、エポキシ基を有する反応性希釈剤などが挙げられる。これらは単独で用いても、複数種を組み合わせても良い。 Examples of such epoxy resins include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, aminophenol type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, dicyclo Epoxy resins containing a pentadiene skeleton, phenylglycidyl ether type epoxy resins other than the component [A], reactive diluents having an epoxy group, and the like. These may be used singly or in combination.

構成要素[A]は立体障害の大きい置換基を有する単官能型エポキシ樹脂である。単官能エポキシは、ネットワークの形成を抑え、エポキシ樹脂硬化物の架橋密度を大きく低減させる。つまり、ゴム状態弾性率を大きく下げることができ、成形品の引張強度利用率が向上する。一方で、通常の単官能エポキシではネットワークの形成を抑えるためにゲル化が遅く、硬化に時間がかかる。さらに、樹脂硬化物の耐熱性が低下する。構成要素[A]が、硬化速度の遅延を抑制する理由は明らかではないが、構成要素[A]の有する立体障害基が、硬化の過程においてネットワークと干渉するため、擬似的な架橋が形成され、通常の単官能エポキシ樹脂で見られる硬化速度の遅延を抑えるためと推測している。その結果、適切な硬化速度と低いゴム状態弾性率の両立が可能となり、通常の硬化プロセスで、優れた引張強度利用率を示す繊維強化複合材料を与えることができる。 Component [A] is a monofunctional epoxy resin having a substituent with high steric hindrance. A monofunctional epoxy suppresses the formation of a network and greatly reduces the crosslink density of the cured epoxy resin. That is, the rubber state elastic modulus can be greatly reduced, and the tensile strength utilization rate of the molded product is improved. On the other hand, ordinary monofunctional epoxies are slow to gel and slow to cure because they suppress network formation. Furthermore, the heat resistance of the cured resin is lowered. The reason why the component [A] suppresses the delay in the curing speed is not clear, but the steric hindrance group of the component [A] interferes with the network during the curing process, resulting in the formation of pseudo-crosslinks. , presumably to suppress the delay in curing rate seen in ordinary monofunctional epoxy resins. As a result, it is possible to achieve both an appropriate cure rate and a low rubbery state modulus, and to provide a fiber-reinforced composite material exhibiting excellent tensile strength utilization in a normal curing process.

すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ゴム状態弾性率が低いほど繊維強化複合材料の引張強度利用率が向上すると同時に、それに伴い硬化速度が遅延する問題も克服したものである。 That is, the epoxy resin composition of the present invention overcomes the problem that the lower the rubbery state elastic modulus, the higher the tensile strength utilization rate of the fiber-reinforced composite material, and the slower the curing rate.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、該エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物の圧縮試験における圧縮せん断強度が50~120MPaであることが好ましい。圧縮せん断強度を該範囲とすることで、該エポキシ樹脂組成物からなる繊維強化複合材料の層間せん断破壊が抑制されるため好ましい。特に、繊維強化複合材料からなる圧力容器においては、ヘリカル層とフープ層との層間せん断破壊が抑制されるため好ましい。 The epoxy resin composition of the present invention preferably has a compressive shear strength of 50 to 120 MPa in a compression test of a cured product obtained by curing the epoxy resin composition. By setting the compressive shear strength within this range, the interlaminar shear failure of the fiber-reinforced composite material made of the epoxy resin composition is suppressed, which is preferable. In particular, in a pressure vessel made of a fiber-reinforced composite material, the interlaminar shear fracture between the helical layer and the hoop layer is suppressed, which is preferable.

ここで圧縮せん断強度は、エポキシ樹脂硬化物から、厚み6mm、幅6mm、長さ6mmの試験片を切り出し、万能試験機を用いて、試験速度1.0mm/分で圧縮試験を行い、JIS K7181(1994)に従い、圧縮降伏応力を測定し、圧縮降伏応力を2で除した値である。 Here, the compressive shear strength is obtained by cutting out a test piece having a thickness of 6 mm, a width of 6 mm, and a length of 6 mm from the epoxy resin cured product, and performing a compression test at a test speed of 1.0 mm/min using a universal testing machine, according to JIS K7181. (1994), the compressive yield stress is measured and divided by two.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[A]が、tert-ブチル基またはsec-ブチル基で置換されたフェニルグリシジルエーテルであることが好ましい。置換基であるtert-ブチル基またはsec-ブチル基が、エポキシネットワークと干渉しやすくなり、立体障害基としての効果が大きくなるため、より低ゴム状態弾性率の硬化物が得られやすくなり、より引張強度利用率に優れる繊維強化複合材料を得やすくなる。 In the epoxy resin composition of the present invention, the component [A] is preferably phenylglycidyl ether substituted with a tert-butyl group or a sec-butyl group. The tert-butyl group or sec-butyl group, which is a substituent, is likely to interfere with the epoxy network and has a greater effect as a steric hindrance group. It becomes easier to obtain a fiber-reinforced composite material having an excellent tensile strength utilization rate.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[C]が、構成要素[c1]であることが好ましい。構成要素[c1]である酸無水物系硬化剤は、エポキシ樹脂組成物の低粘度化と樹脂の硬化物の耐熱性をバランス良く両立できるので好ましい。 In the epoxy resin composition of the present invention, component [C] is preferably component [c1]. The acid anhydride-based curing agent, which is the component [c1], is preferable because it can achieve both low viscosity of the epoxy resin composition and heat resistance of the cured resin in a well-balanced manner.

酸無水物系硬化剤は、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、メチルビシクロヘプタンジカルボン酸無水物、ビシクロヘプタンジカルボン酸無水物、無水マレイン酸、無水コハク酸などが挙げられる。 Acid anhydride curing agents include, for example, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methylendomethylenetetrahydrophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, methylbicyclo heptanedicarboxylic anhydride, bicycloheptanedicarboxylic anhydride, maleic anhydride, succinic anhydride, and the like.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[c1]が、ノルボルネン骨格またはノルボルナン骨格を有する化合物を含むことが好ましい。本発明のエポキシ樹脂組成物においては、ノルボルネン骨格またはノルボルナン骨格を有する酸無水物は、該骨格の立体障害性により分子鎖との干渉が大きくなり、より硬化速度と引張強度利用率のバランスに優れる繊維強化複合材料が得られるため好ましい。ノルボルネン骨格またはノルボルナン骨格を有する酸無水物としては、具体的には、無水メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、メチルビシクロヘプタンジカルボン酸無水物、ビシクロヘプタンジカルボン酸無水物が挙げられる。 In the epoxy resin composition of the present invention, the component [c1] preferably contains a norbornene skeleton or a compound having a norbornane skeleton. In the epoxy resin composition of the present invention, a norbornene skeleton or an acid anhydride having a norbornane skeleton increases interference with the molecular chain due to the steric hindrance of the skeleton, resulting in a better balance between curing speed and tensile strength utilization rate. It is preferable because a fiber-reinforced composite material can be obtained. Specific examples of acid anhydrides having a norbornene skeleton or a norbornane skeleton include methylendomethylenetetrahydrophthalic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, methylbicycloheptanedicarboxylic anhydride, and bicycloheptanedicarboxylic anhydride. .

酸無水物を硬化剤として使用する場合は、一般に硬化促進剤を併用する。硬化促進剤としては、イミダゾール化合物、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン(以下、DBUという)塩、3級アミン化合物、ルイス酸などが用いられる。
これらの中でも、本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤として、イミダゾール化合物または3級アミン化合物を含むことが好ましい。かかる硬化促進剤は、反応性が高く生産性に優れるため、好ましく用いられる。イミダゾール化合物としては、2-エチル-4-メチルイミダゾールや1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾールなどが挙げられる。3級アミン化合物としては、ジメチルベンジルアミンやトリス(ジメチルアミノメチル)フェノールなどが挙げられる。
When an acid anhydride is used as a curing agent, it is generally used together with a curing accelerator. As curing accelerators, imidazole compounds, 1,8-diazabicyclo[5.4.0]-7-undecene (hereinafter referred to as DBU) salts, tertiary amine compounds, Lewis acids and the like are used.
Among these, the epoxy resin composition of the present invention preferably contains an imidazole compound or a tertiary amine compound as a curing accelerator. Such a curing accelerator is preferably used because of its high reactivity and excellent productivity. Examples of imidazole compounds include 2-ethyl-4-methylimidazole and 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole. Tertiary amine compounds include dimethylbenzylamine and tris(dimethylaminomethyl)phenol.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[C]が、構成要素[c2]であって、アミノ基を有する炭素原子に隣接する炭素原子が置換基を有する2,2’-ジメチル-4,4’-メチレンビスシクロヘキシルアミンを含むことが好ましい。本発明のエポキシ樹脂組成物において、アミノ基を有する炭素原子に隣接する炭素原子が置換基を有する2,2’-ジメチル-4,4’-メチレンビスシクロヘキシルアミンの適用は、構成要素[A]および構成要素[b1]または構成要素[b2]との組み合わせで、立体障害による分子鎖の拘束が大きくなり、より硬化速度と引張強度利用率のバランスに優れる繊維強化複合材料が得られるため好ましい
In the epoxy resin composition of the present invention, the component [C] is the component [c2], and the carbon atom adjacent to the carbon atom having an amino group has a substituent 2,2'-dimethyl-4, It preferably contains 4'-methylenebiscyclohexylamine . In the epoxy resin composition of the present invention, the application of 2,2'-dimethyl-4,4'-methylenebiscyclohexylamine having a substituent at the carbon atom adjacent to the carbon atom having an amino group is the component [A] The combination with component [b1] or component [b2] is preferable because the restraint of molecular chains due to steric hindrance is increased, and a fiber-reinforced composite material having a better balance between curing speed and tensile strength utilization can be obtained .

構成要素[c2]である、これらの脂肪族アミン系硬化剤は、単独または組み合わせて使用することができる。 These aliphatic amine-based curing agents, which are component [c2], can be used alone or in combination.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[C]が、さらに構成要素[c2]としてアルキレングリコール構造を有する脂肪族ポリアミンを含むことが好ましい。アミノ基を有する炭素原子に隣接する炭素原子が置換基を有する2,2’-ジメチル-4,4’-メチレンビスシクロヘキシルアミンと、アルキレングリコール構造を有する脂肪族ポリアミンを併用することにより、エポキシ樹脂組成物の粘度および硬化物のゴム状態弾性率のバランスが向上しやすくなり、繊維強化複合材料の引張強度利用率を向上しやすくなるため好ましい。アルキレングリコール構造には、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンの共重合体などが挙げられる。中でも、末端にアミノ基を有する脂肪族ポリアミンが、エポキシ樹脂との反応性に優れ、エポキシ樹脂とのネットワークに取り込まれやすく、繊維強化複合材料の引張強度利用率を向上させるため、好適に用いられる。末端にアミノ基を有する脂肪族ポリアミンとしては、2-アミノプロピルエーテル構造、2-アミノエチルエーテル構造、または3-アミノプロピルエーテル構造を有する脂肪族ポリアミンが挙げられる。
In the epoxy resin composition of the present invention, component [C] preferably further contains an aliphatic polyamine having an alkylene glycol structure as component [c2]. 2,2'-Dimethyl-4,4'-methylenebiscyclohexylamine having a substituent on the carbon atom adjacent to the carbon atom having an amino group and an aliphatic polyamine having an alkylene glycol structure are used in combination to obtain an epoxy resin. It is preferable because the balance between the viscosity of the composition and the rubber state elastic modulus of the cured product is easily improved, and the tensile strength utilization rate of the fiber-reinforced composite material is easily improved. Alkylene glycol structures include polyoxyethylene, polyoxypropylene, copolymers of polyoxyethylene and polyoxypropylene, and the like. Among them, aliphatic polyamines having amino groups at their terminals are preferably used because they have excellent reactivity with epoxy resins, are easily incorporated into networks with epoxy resins, and improve the tensile strength utilization rate of fiber-reinforced composite materials. . Aliphatic polyamines having terminal amino groups include aliphatic polyamines having a 2-aminopropyl ether structure, a 2-aminoethyl ether structure, or a 3-aminopropyl ether structure.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成要素[C]が、さらに構成要素[c2]としてイソホロンジアミンを含むことが好ましい。アミノ基を有する炭素原子に隣接する炭素原子が置換基を有する2,2’-ジメチル-4,4’-メチレンビスシクロヘキシルアミンに加え、イソホロンジアミンを加えることは、引張強度利用率に優れる繊維強化複合材料が得られることに加え、プロセス安定性が改善される。イソホロンジアミンを加えることで、樹脂バス中のアミンが空気中の二酸化炭素と塩を形成する現象(アミンブラッシュ)を抑え、プロセス安定性を改善するためである。
In the epoxy resin composition of the present invention, component [C] preferably further contains isophoronediamine as component [c2]. Adding isophoronediamine in addition to 2,2′-dimethyl-4,4′-methylenebiscyclohexylamine in which the carbon atom adjacent to the carbon atom having an amino group has a substituent provides fiber reinforcement with excellent tensile strength utilization rate. In addition to obtaining composite materials, process stability is improved. This is because the addition of isophoronediamine suppresses the phenomenon in which amine in the resin bath forms a salt with carbon dioxide in the air (amine blush), thereby improving process stability.

構成要素[c2]である、これらの脂肪族アミン系硬化剤は、上記以外にも組み合わせて使用することができる。 These aliphatic amine-based curing agents, which are the component [c2], can be used in combination other than the above.

構成要素[C]の総量は、エポキシ樹脂組成物に含まれる全エポキシ樹脂成分のエポキシ基に対し、活性水素当量または酸無水物当量を0.6~1.2当量とすることが好ましい。この範囲とすることで、耐熱性と機械特性のバランスに優れた繊維強化複合材料を与える、樹脂硬化物が得られやすくなる。 The total amount of component [C] is preferably 0.6 to 1.2 equivalents in terms of active hydrogen equivalents or acid anhydride equivalents relative to the epoxy groups of all the epoxy resin components contained in the epoxy resin composition. Within this range, it becomes easier to obtain a resin cured product that gives a fiber-reinforced composite material having an excellent balance between heat resistance and mechanical properties.

本発明におけるゲルタイムは、エポキシ樹脂組成物を2mL計量し、ローターレス硬化試験機(キュラストメーターV型、日合商事(株)社製)を用い、測定温度80℃、振動波形は正弦波、振動数100cpm、振幅角±1°の条件下で硬化挙動測定を行い、エポキシ樹脂組成物のトルク値が0.02N・mとなるまでの時間とする。 The gel time in the present invention was measured by weighing 2 mL of the epoxy resin composition, using a rotorless curing tester (curastometer V type, manufactured by Nichigo Shoji Co., Ltd.) at a measurement temperature of 80 ° C., with a sine wave vibration waveform. The curing behavior is measured under conditions of a frequency of 100 cpm and an amplitude angle of ±1°, and the time until the torque value of the epoxy resin composition reaches 0.02 N·m.

本発明におけるゴム状態弾性率は、エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物から、厚み2mm、幅12.7mm、長さ45mmの試験片を切り出し、粘弾性測定装置(ARES、ティー・エイ・インスツルメント社製)を用い、ねじり振動周波数1.0Hz、昇温速度5.0℃/分の条件下で、30~250℃の温度範囲でDMA測定を行い、ガラス転移温度およびゴム状態弾性率を読み取る。ガラス転移温度は、貯蔵弾性率G’曲線において、ガラス状態での接線と転移状態での接線との交点における温度である。また、ゴム状態弾性率は、ガラス転移温度を上回る温度領域で、貯蔵弾性率が平坦になった領域での貯蔵弾性率であり、ここではガラス転移温度から40℃上の温度での貯蔵弾性率とする。 The rubber state elastic modulus in the present invention was measured by cutting out a test piece having a thickness of 2 mm, a width of 12.7 mm and a length of 45 mm from the cured product obtained by curing the epoxy resin composition, and using a viscoelasticity measuring device (ARES, T.A.In.) (manufactured by Strument), under the conditions of a torsional vibration frequency of 1.0 Hz and a temperature increase rate of 5.0 ° C./min, DMA measurement was performed in the temperature range of 30 to 250 ° C., and the glass transition temperature and rubber state elastic modulus were measured. to read. The glass transition temperature is the temperature at the intersection of the tangent line in the glassy state and the tangent line in the transition state on the storage modulus G' curve. In addition, the rubber state elastic modulus is the storage elastic modulus in the area where the storage elastic modulus becomes flat in the temperature range above the glass transition temperature. and

また、エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物のガラス転移温度を95℃以上とすることが好ましく、繊維強化複合材料に発生するゆがみや、変形が原因となる力学特性の低下を抑制でき、耐環境性に優れた繊維強化複合材料が得られる。 In addition, it is preferable to set the glass transition temperature of the cured product obtained by curing the epoxy resin composition to 95° C. or higher. A fiber-reinforced composite material with excellent environmental friendliness can be obtained.

本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化させる条件は特に規定されず、硬化剤の特性に応じて適宜選択される。 Conditions for curing the epoxy resin composition of the present invention are not particularly specified, and are appropriately selected according to the properties of the curing agent.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、プルトルージョン法やフィラメントワインディングなどの液状プロセスにより製造される繊維強化複合材料に好適に用いられる。該エポキシ樹脂組成物は強化繊維束への含浸性を向上させるため、液状である必要がある。具体的には、本発明のエポキシ樹脂組成物は、25℃における粘度が2000mPa・s以下であることが好ましい。粘度がこの範囲にあることで、樹脂バスに特段の加温機構を設けることや、有機溶剤などにより希釈することを必要とせず、エポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸させることができる。 The epoxy resin composition of the present invention is suitably used for fiber-reinforced composite materials produced by liquid processes such as the pultrusion method and filament winding. The epoxy resin composition must be liquid in order to improve the impregnating properties of the reinforcing fiber bundles. Specifically, the epoxy resin composition of the present invention preferably has a viscosity of 2000 mPa·s or less at 25°C. When the viscosity is within this range, the reinforcing fiber bundles can be impregnated with the epoxy resin composition without requiring a special heating mechanism for the resin bath or dilution with an organic solvent or the like.

前記粘度は、200~1000mPa・sであることがより好ましい。前記粘度をこの範囲とすることで、成形プロセス中の樹脂垂れを抑制し、エポキシ樹脂組成物の強化繊維束への含浸性をより向上することが出来る。 More preferably, the viscosity is 200 to 1000 mPa·s. By setting the viscosity within this range, it is possible to suppress resin sagging during the molding process and further improve the impregnation of the reinforcing fiber bundles with the epoxy resin composition.

本発明における粘度、増粘倍率は、標準コーンローター(1°34’×R24)を装備したE型粘度計(東機産業(株)製、TVE-30H)を用い、JIS Z8803(1991)における「円すい-板形回転粘度計による粘度測定方法」に従い、測定温度25℃、回転速度50回転/分の条件下で測定する。初期粘度は、測定開始から5分後の粘度とする。なお、本発明において、単に粘度という場合、初期粘度を指す。また、25℃での90分後の粘度を初期粘度で除した値を増粘倍率とする。 The viscosity and thickening ratio in the present invention are measured using an E-type viscometer (TVE-30H, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.) equipped with a standard cone rotor (1 ° 34' × R24), and in accordance with JIS Z8803 (1991). According to "Method for Measuring Viscosity Using a Cone-Plate Rotational Viscometer", measurement is performed at a measurement temperature of 25°C and a rotation speed of 50 revolutions/minute. The initial viscosity is the viscosity after 5 minutes from the start of measurement. In the present invention, the term "viscosity" refers to the initial viscosity. Further, the value obtained by dividing the viscosity after 90 minutes at 25°C by the initial viscosity is defined as the thickening ratio.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、25℃における90分後の増粘倍率が4倍以下であることが好ましい。増粘倍率は、エポキシ樹脂組成物のポットライフの指標である。増粘倍率が該範囲であることで、プルトルージョン法やフィラメントワインディングにおいて、強化繊維がピックアップするエポキシ樹脂組成物の質量を安定性させることができる。 The epoxy resin composition of the present invention preferably has a thickening ratio of 4 times or less after 90 minutes at 25°C. The thickening ratio is an index of the pot life of the epoxy resin composition. When the viscosity increasing ratio is within this range, the mass of the epoxy resin composition picked up by the reinforcing fibers can be stabilized in the pultrusion method or filament winding.

本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を失わない範囲において、熱可塑性樹脂を含有することができる。熱可塑性樹脂としては、エポキシ樹脂に可溶な熱可塑性樹脂や、ゴム粒子および熱可塑性樹脂粒子等の有機粒子等を含有することがでる。 The epoxy resin composition of the present invention may contain a thermoplastic resin as long as the effects of the present invention are not lost. The thermoplastic resin may contain thermoplastic resin soluble in epoxy resin, organic particles such as rubber particles and thermoplastic resin particles, and the like.

エポキシ樹脂に可溶な熱可塑性樹脂としては、例えば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、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルピロリドン、ポリスルホンを挙げることができる。 Examples of thermoplastic resins soluble in epoxy resins include polyvinyl acetal resins such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, phenoxy resins, polyamides, polyimides, polyvinylpyrrolidone, and polysulfone.

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を挙げることができる。 Examples of rubber particles include crosslinked rubber particles and core-shell rubber particles obtained by graft-polymerizing a different polymer on the surface of crosslinked rubber particles.

本発明のエポキシ樹脂組成物の調製には、例えばプラネタリーミキサー、メカニカルスターラーといった機械を用いて混練しても良いし、ビーカーとスパチュラなどを用い、手で混ぜても良い。 The epoxy resin composition of the present invention may be prepared by kneading using a machine such as a planetary mixer or mechanical stirrer, or by manually mixing using a beaker and a spatula.

本発明の繊維強化複合材料は、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維からなる。上記方法で調製された本発明のエポキシ樹脂組成物を、強化繊維と複合一体化した後、硬化させることにより、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物をマトリックス樹脂として含む本発明の繊維強化複合材料を得ることができる。 The fiber-reinforced composite material of the present invention comprises a cured epoxy resin composition of the present invention and reinforcing fibers. The fiber-reinforced composite of the present invention containing the cured epoxy resin composition of the present invention as a matrix resin is obtained by combining the epoxy resin composition of the present invention prepared by the above method with reinforcing fibers and then curing the composition. materials can be obtained.

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、炭化ケイ素繊維などが用いられる。これらの繊維を2種以上混合して用いても構わない。この中で、軽量かつ高剛性な繊維強化複合材料が得られる炭素繊維を用いることが好ましい。 The reinforcing fibers used in the present invention are not particularly limited, and glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers and the like are used. Two or more kinds of these fibers may be mixed and used. Among these, it is preferable to use carbon fiber, which yields a lightweight and highly rigid fiber-reinforced composite material.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、フィラメントワインディング法、プルトルージョン法に好適に使用できる。フィラメントワインディング法は、マンドレルまたはライナーに、強化繊維に樹脂を付着させながら巻きつけ、硬化させて成形品を得る成形法である。プルトルージョン法は、強化繊維のロービングに樹脂を付着させ、金型を通過させながら樹脂を連続的に硬化させて成形品を得る成形法である。本発明のエポキシ樹脂組成物は、いずれの工法においても、調製後に樹脂バスに投入して用いることができる。 The epoxy resin composition of the present invention can be suitably used for the filament winding method and the pultrusion method. The filament winding method is a molding method in which a reinforcing fiber is wound around a mandrel or liner while a resin is adhered thereon, and cured to obtain a molded product. The pultrusion method is a molding method in which resin is adhered to rovings of reinforcing fibers, and the resin is continuously cured while passing through a mold to obtain a molded product. In any construction method, the epoxy resin composition of the present invention can be used by putting it into a resin bath after preparation.

本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料は、圧力容器、プロペラシャフト、ドライブシャフト、電線ケーブルコア材、自動車、船舶および鉄道車両などの移動体の構造体、ケーブル用途に好ましく用いられる。 The fiber-reinforced composite material using the epoxy resin composition of the present invention is preferably used for pressure vessels, propeller shafts, drive shafts, electric wire cable core materials, structures of mobile bodies such as automobiles, ships and railway vehicles, and cable applications. .

本発明のエポキシ樹脂組成物は、フィラメントワインディングによる成形品、および圧力容器の製造に、好適に用いられる。一般に単官能のエポキシ樹脂は樹脂組成物の粘度を大きく下げ、フィラメントワインディング成形などの作業性を改善させるが、架橋末端となるために硬化過程での増粘が遅く、その結果硬化時間が大幅に遅くなったり、また得られた成形品の耐熱性が低下したりする問題がある。しかし、本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定の単官能エポキシ樹脂を用いることで、適切なゲルタイムを有するため、成形性に優れ、さらには耐熱性にも優れる成形品が得られるため好ましい。 The epoxy resin composition of the present invention is suitably used for manufacturing molded products by filament winding and pressure vessels. In general, monofunctional epoxy resins greatly reduce the viscosity of the resin composition and improve the workability of filament winding molding, etc., but since they are crosslinked ends, the viscosity increase during the curing process is slow, and as a result, the curing time is greatly increased. There is a problem that the heat resistance of the obtained molded article is lowered. However, the epoxy resin composition of the present invention is preferable because it has an appropriate gel time by using a specific monofunctional epoxy resin, so that a molded product having excellent moldability and excellent heat resistance can be obtained.

本発明の成形品は、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維からなる繊維強化複合材料からなる。 The molded article of the present invention comprises a fiber-reinforced composite material comprising a cured product of the epoxy resin composition of the present invention and reinforcing fibers.

本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維からなる繊維強化複合材料、成形品、および圧力容器は、通常の硬化プロセスでの成形が可能であり、優れた引張強度利用率を有するため好ましい。 A fiber-reinforced composite material, a molded product, and a pressure vessel comprising a cured product of the epoxy resin composition of the present invention and reinforcing fibers are preferable because they can be molded in a normal curing process and have an excellent tensile strength utilization rate. .

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。なお、以下では実施例1~7、11、12、18~20および23をそれぞれ参考例1~7、11、12、18~20および23と読み替えるものとする。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to the description of these examples. In the following, Examples 1-7, 11, 12 , 18-20 and 23 shall be read as Reference Examples 1-7, 11, 12, 18-20 and 23, respectively.

本実施例で用いた構成要素は以下の通りである。 The components used in this example are as follows.

<使用した材料>
構成要素[A]
・“デナコール(登録商標)”EX-146(p-tert-ブチルフェニルグリシジルエーテル、ナガセケムテックス(株)製)
・“エピオール(登録商標)”SB(p-sec-ブチルフェニルグリシジルエーテル、日油(株)製)
・“デナコール(登録商標)”EX-142(o-フェニルフェノールグリシジルエーテル、ナガセケムテックス(株)製)。
<Materials used>
Component [A]
・ “Denacol (registered trademark)” EX-146 (p-tert-butylphenyl glycidyl ether, manufactured by Nagase ChemteX Co., Ltd.)
・ “Epiol (registered trademark)” SB (p-sec-butylphenyl glycidyl ether, manufactured by NOF Corporation)
- "Denacol (registered trademark)" EX-142 (o-phenylphenol glycidyl ether, manufactured by Nagase ChemteX Corporation).

構成要素[B]
・GAN(N,N-ジグリシジルアニリン、日本化薬(株)製)
・GOT(N,N-ジグリシジルオルソトルイジン、日本化薬(株)製)
・Px-GAN(N,N‐ジグリシジル‐4‐フェノキシアニリン、東レ・ファインケミカル(株)製)
・“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、住友化学(株)製)
・“オグソール(登録商標)”EG-200(フルオレン系エポキシ樹脂、大阪ガスケミカル(株)製)。
・“ARALDITE(登録商標)”MY0500(トリグリシジル-p-アミノフェノール、ハンツマン・ジャパン(株)製)
・“ARALDITE(登録商標)”MY0610(トリグリシジル-m-アミノフェノール、ハンツマン・ジャパン(株)製)
・“SUMI(登録商標)”ELM-100(パラアミノクレゾール型エポキシ樹脂、住友化学(株)製)
・“TETRAD(登録商標)”-X(N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシレンジアミン、三菱ガス化学(株)製)
・“jER(登録商標)”828(液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱化学(株)製)
・“jER(登録商標)”806(液状ビスフェノールF型エポキシ樹脂、三菱化学(株)製)
・“ARALDITE(登録商標)”PY306(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ハンツマン・ジャパン(株)製)
・NC-7300L(ナフタレンノボラック型エポキシ樹脂、日本化薬(株)製
Component [B]
・GAN (N,N-diglycidylaniline, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)
・GOT (N,N-diglycidyl orthotoluidine, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)
・Px-GAN (N,N-diglycidyl-4-phenoxyaniline, manufactured by Toray Fine Chemicals Co., Ltd.)
・ “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
- "Ogsol (registered trademark)" EG-200 (fluorene-based epoxy resin, manufactured by Osaka Gas Chemicals Co., Ltd.).
・ “ARALDITE (registered trademark)” MY0500 (triglycidyl-p-aminophenol, manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.)
・ “ARALDITE (registered trademark)” MY0610 (triglycidyl-m-aminophenol, manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.)
・ “SUMI (registered trademark)” ELM-100 (para-amino cresol type epoxy resin, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
・ “TETRAD (registered trademark)”-X (N,N,N′,N′-tetraglycidyl-m-xylenediamine, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.)
・ “jER (registered trademark)” 828 (liquid bisphenol A type epoxy resin, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
・ “jER (registered trademark)” 806 (liquid bisphenol F type epoxy resin, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
・ “ARALDITE (registered trademark)” PY306 (Bisphenol F type epoxy resin, manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.)
· NC-7300L (naphthalene novolac type epoxy resin, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. ) .

構成要素[A]、[B]以外のエポキシ樹脂
・“デナコール(登録商標)”EX-141(フェニルグリシジルエーテル、ナガセケムテックス(株)製)
・“デナコール(登録商標)”EX-731(N-グリシジルフタルイミド、ナガセケムテックス(株)製)
・YED216(1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、油化シェルエポキシ(株)製)
Epoxy resin other than constituent elements [A] and [B] ・"Denacol (registered trademark)" EX-141 (phenylglycidyl ether, manufactured by Nagase ChemteX Co., Ltd.)
・ “Denacol (registered trademark)” EX-731 (N-glycidylphthalimide, manufactured by Nagase ChemteX Co., Ltd.)
- YED216 (1,6-hexanediol diglycidyl ether, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.) .

構成要素[C]
・“Baxxodur(登録商標)”EC201(イソホロンジアミン、BASFジャパン(株)製)
・XTA-801(1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ハンツマン・ジャパン(株)製)
・“Baxxodur(登録商標)”EC331(2,2’-ジメチル-4,4’-メチレンビスシクロヘキシルアミン、BASFジャパン(株)製)。
・“JEFFAMINE(登録商標)”D-230(ポリプロピレングリコールジアミン、ハンツマン・ジャパン(株)製)
・HN-2200(メチルテトラヒドロ無水フタル酸、日立化成工業(株)製)
・“KAYAHARD(登録商標)”MCD(無水メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸と無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸の混合液(表中では、一般名の無水メチルナジック酸を記載)、日本化薬(株)製)。
・“jERキュア(登録商標)”W(ジエチルトルエンジアミン、三菱化学(株)製製)
・3,3’DAS(3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、三井化学ファイン(株)製)
・セイカキュア-S(4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、セイカ(株)製)。
Component [C]
・ "Baxxodur (registered trademark)" EC201 (isophorone diamine, manufactured by BASF Japan Ltd.)
・XTA-801 (1,4-bis (aminomethyl) cyclohexane, manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.)
- "Baxxodur (registered trademark)" EC331 (2,2'-dimethyl-4,4'-methylenebiscyclohexylamine, manufactured by BASF Japan Ltd.).
・ “JEFFAMINE (registered trademark)” D-230 (polypropylene glycol diamine, manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.)
・ HN-2200 (methyltetrahydrophthalic anhydride, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.)
・"KAYAHARD (registered trademark)" MCD (a mixed solution of methylendomethylenetetrahydrophthalic anhydride and endomethylenetetrahydrophthalic anhydride (in the table, the common name of methylnadic anhydride is described), manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. ).
・ “jER Cure (registered trademark)” W (diethyltoluenediamine, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation)
・ 3,3'DAS (3,3'-diaminodiphenyl sulfone, manufactured by Mitsui Chemicals Fine Co., Ltd.)
- Seika Cure-S (4,4'-diaminodiphenyl sulfone, manufactured by Seika Co., Ltd.).

硬化促進剤
・“Kaolizer(登録商標)”No.20(N,N-ジメチルベンジルアミン、花王(株)製)
・“U-CAT(登録商標)”SA102(1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7の2-エチルヘキサン酸塩、サンアプロ(株)製)
・“Curamid(登録商標)”CN(2-エチルー4-メチル-1H-イミダゾール-1-プロパンニトリル、Borregaard社製)。
Curing accelerator "Kaolizer (registered trademark)" No. 20 (N,N-dimethylbenzylamine, manufactured by Kao Corporation)
・"U-CAT (registered trademark)" SA102 (2-ethylhexanoate of 1,8-diazabicyclo(5,4,0)undecene-7, manufactured by San-Apro Co., Ltd.)
- "Curamid®" CN (2-ethyl-4-methyl-1H-imidazole-1-propanenitrile, Borregaard).

<エポキシ樹脂組成物の調製方法>
ビーカー中に、構成要素[A]、構成要素[B]および必要に応じそれ以外のエポキシ樹脂を投入し、80℃の温度まで昇温させ30分加熱混練を行った。その後、混練を続けたまま30℃以下の温度まで降温させ、構成要素[C]および必要に応じそれ以外の硬化剤や硬化促進剤を加えて10分間撹拌させ、エポキシ樹脂組成物を得た。
<Method for preparing epoxy resin composition>
In a beaker, component [A], component [B] and, if necessary, other epoxy resins were added, heated to 80° C., and kneaded under heating for 30 minutes. Thereafter, the temperature was lowered to 30° C. or lower while kneading was continued, and the component [C] and, if necessary, other curing agents and curing accelerators were added and stirred for 10 minutes to obtain an epoxy resin composition.

各実施例および比較例の成分配合比について表1~5に示した。 Tables 1 to 5 show the compounding ratio of components in each example and comparative example.

<エポキシ樹脂組成物のゲルタイム評価方法>
エポキシ樹脂組成物を2mL計量し、ローターレス硬化試験機(キュラストメーターV型、日合商事(株)社製)を用い、測定温度80℃、振動波形は正弦波、振動数100cpm、振幅角±1°の条件下で硬化挙動測定を行い、エポキシ樹脂組成物のトルク値が0.02N・mとなるまでの時間をゲルタイムとした。
<Method for evaluating gel time of epoxy resin composition>
2 mL of the epoxy resin composition was weighed and measured using a rotorless curing tester (curastometer V type, manufactured by Nichigo Shoji Co., Ltd.) at a measurement temperature of 80 ° C., the vibration waveform was a sine wave, the frequency of vibration was 100 cpm, and the amplitude angle was The curing behavior was measured under the condition of ±1°, and the gel time was defined as the time until the torque value of the epoxy resin composition reached 0.02 N·m.

<樹脂硬化物の動的粘弾性測定方法>
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80℃の温度で2時間硬化させた後、さらに110℃の温度で4時間硬化させ、厚さ2mmの板状の樹脂硬化物を得た。
<Method for measuring dynamic viscoelasticity of cured resin>
After defoaming the epoxy resin composition in a vacuum, it was cured at a temperature of 80° C. for 2 hours in a mold set to have a thickness of 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. It was cured at a temperature of 110° C. for 4 hours to obtain a plate-shaped resin cured product with a thickness of 2 mm.

得られた樹脂硬化物から、幅12.7mm、長さ45mmの試験片を切り出し、粘弾性測定装置(ARES、ティー・エイ・インスツルメント社製)を用い、ねじり振動周波数1.0Hz、昇温速度5.0℃/分の条件下で、30~250℃の温度範囲でDMA測定を行い、ガラス転移温度およびゴム状態弾性率を読み取った。ガラス転移温度は、貯蔵弾性率G’曲線において、ガラス状態での接線と転移状態での接線との交点における温度とした。また、ゴム状態弾性率は、ガラス転移温度を上回る温度領域で、貯蔵弾性率が平坦になった領域での貯蔵弾性率であり、ここではガラス転移温度から40℃上の温度での貯蔵弾性率とした。 A test piece having a width of 12.7 mm and a length of 45 mm was cut out from the obtained resin cured product, and measured using a viscoelasticity measuring device (ARES, manufactured by T.A. Instruments) at a torsional vibration frequency of 1.0 Hz. DMA measurements were performed in the temperature range of 30 to 250° C. at a temperature rate of 5.0° C./min to read the glass transition temperature and rubber state modulus. The glass transition temperature was taken as the temperature at the intersection of the tangent line in the glass state and the tangent line in the transition state in the storage modulus G' curve. In addition, the rubber state elastic modulus is the storage elastic modulus in the area where the storage elastic modulus becomes flat in the temperature range above the glass transition temperature. and

<樹脂硬化物の圧縮せん断強度評価方法>
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80℃の温度で2時間硬化させた後、さらに110℃の温度で4時間硬化させ、厚さ6mmの板状の樹脂硬化物を得た。
<Method for Evaluating Compressive Shear Strength of Cured Resin>
After defoaming the epoxy resin composition in a vacuum, it was cured at a temperature of 80° C. for 2 hours in a mold set to have a thickness of 6 mm with a 6 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. It was cured at a temperature of 110° C. for 4 hours to obtain a plate-shaped resin cured product with a thickness of 6 mm.

得られた樹脂硬化物から、幅6mm、長さ6mmの試験片を切り出し、万能試験機を用いて、試験速度1.0mm/分で圧縮試験を行い、JIS K7181(1994)に従い、圧縮降伏応力を測定し、圧縮降伏応力を2で除した値を圧縮せん断強度とした。 A test piece with a width of 6 mm and a length of 6 mm was cut out from the obtained resin cured product, and a compression test was performed using a universal testing machine at a test speed of 1.0 mm / min. was measured, and the value obtained by dividing the compressive yield stress by 2 was taken as the compressive shear strength.

<繊維強化複合材料の作製方法>
上記<エポキシ樹脂組成物の調製方法>に従い調製したエポキシ樹脂組成物を、一方向に引き揃えたシート状にした炭素繊維“トレカ(登録商標)”T700S-12K-50C(東レ(株)製、目付150g/m)に常温で含浸させ、エポキシ樹脂含浸炭素繊維シートを得た。得られたシートを繊維方向が同じになるよう8枚重ねた後、金属製スペーサーにより厚み1mmになるよう設定した金型に挟み、その金型を80℃に加熱したプレス機で2時間加熱硬化を実施した。その後、プレス機から金型を取り出し、さらに110℃に加熱したオーブンで4時間加熱硬化し、繊維強化複合材料を得た。
<Method for producing fiber-reinforced composite material>
Carbon fiber "Torayca (registered trademark)" T700S-12K-50C (manufactured by Toray Industries, Inc., 150 g/m 2 of basis weight) was impregnated at room temperature to obtain an epoxy resin-impregnated carbon fiber sheet. After stacking eight of the obtained sheets so that the fiber direction is the same, they are sandwiched between a mold set to have a thickness of 1 mm with a metal spacer, and the mold is heated to 80 ° C. in a press for 2 hours to cure. carried out. After that, the mold was removed from the pressing machine, and heat-cured in an oven heated to 110° C. for 4 hours to obtain a fiber-reinforced composite material.

<繊維強化複合材料の引張強度測定>
上記<繊維強化複合材料の作製方法>に従い作製した繊維強化複合材料から、幅12.7mm、長さ229mmになるように切り出し、両端に1.2mm、長さ50mmのガラス繊維強化プラスチック製タブを接着した試験片を用い、ASTM D 3039に準拠して、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用いてクロスヘッドスピード1.27mm/分で引張強度を測定した。サンプル数n=6で測定した値の平均値を引張強度とした。
<Tensile strength measurement of fiber reinforced composite material>
From the fiber reinforced composite material produced according to the above <Method for producing fiber reinforced composite material>, a width of 12.7 mm and a length of 229 mm were cut out, and glass fiber reinforced plastic tabs of 1.2 mm in length and 50 mm in length were attached to both ends. Using the bonded test piece, the tensile strength was measured according to ASTM D 3039 using an Instron universal testing machine (manufactured by Instron) at a crosshead speed of 1.27 mm/min. The average value of the values measured with the number of samples n=6 was taken as the tensile strength.

引張強度利用率は、繊維強化複合材料の引張強度/(強化繊維のストランド強度×繊維体積含有率)×100により算出した。 The tensile strength utilization rate was calculated by dividing the tensile strength of the fiber-reinforced composite material/(strand strength of reinforcing fiber×fiber volume content)×100.

なお、繊維体積含有率は、ASTM D 3171に準拠し、測定した値を用いた。 For the fiber volume content, a value measured according to ASTM D 3171 was used.

(実施例1)
構成要素[A]として“エピオール(登録商標)”SBを20質量部、構成要素[B]として“jER(登録商標)”828を80質量部、構成要素[C]としてXTA-801を20.0質量部用い、上記<エポキシ樹脂組成物の調製方法>に従ってエポキシ樹脂組成物を調製した。このエポキシ樹脂組成物の80℃におけるゲルタイムは10分であった。
(Example 1)
20 parts by mass of "Epiol (registered trademark)" SB as component [A], 80 parts by mass of "jER (registered trademark)" 828 as component [B], and 20 parts by mass of XTA-801 as component [C]. Using 0 parts by mass, an epoxy resin composition was prepared according to the above <Method for preparing epoxy resin composition>. The gel time at 80° C. of this epoxy resin composition was 10 minutes.

次に、該エポキシ樹脂組成物を上記方法で硬化して硬化物を作製し、動的粘弾性評価を行ったところ、ゴム状態弾性率は8.8MPaであり、ゲルタイムとゴム状態弾性率は良好であった。さらに、ガラス転移温度は128℃であり、耐熱性も良好であった。 Next, the epoxy resin composition was cured by the above method to prepare a cured product, and dynamic viscoelasticity evaluation was performed. Met. Furthermore, the glass transition temperature was 128° C., and the heat resistance was also good.

得られたエポキシ樹脂組成物から、<繊維強化複合材料の作製方法>に従って繊維強化複合材料を作製し、繊維体積含有率が66%の繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料の引張強度を上記方法で測定し、引張強度利用率を算出したところ、76%であった。 From the obtained epoxy resin composition, a fiber-reinforced composite material was produced according to <Production method of fiber-reinforced composite material> to obtain a fiber-reinforced composite material having a fiber volume content of 66%. The tensile strength of the obtained fiber-reinforced composite material was measured by the above method, and the tensile strength utilization rate was calculated to be 76%.

(実施例2~27)
樹脂組成をそれぞれ表1~3に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。得られたエポキシ樹脂硬化物は、いずれも良好な低温短時間硬化性、ゴム状態弾性率を示した。得られた繊維強化複合材料の引張強度利用率も良好であった。
(Examples 2 to 27)
An epoxy resin composition, a cured epoxy resin, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Tables 1 to 3. All of the epoxy resin cured products obtained exhibited good low-temperature short-time curability and rubber-like elastic modulus. The tensile strength utilization rate of the resulting fiber-reinforced composite material was also good.

(比較例1)
樹脂組成を表4に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ゲルタイムは98分と硬化が遅く、ゴム状態弾性率が14.0MPaと高い値を示した。その結果、繊維強化複合材料の引張強度利用率は68%と、不十分であった。
(Comparative example 1)
An epoxy resin composition, an epoxy resin cured product, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 4. The gel time was as slow as 98 minutes, and the rubber state elastic modulus was as high as 14.0 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material had an insufficient tensile strength utilization rate of 68%.

(比較例2)
樹脂組成を表4に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ゲルタイムは12分と硬化性は良好であったが、ゴム状態弾性率が15.5MPaと高い値を示した。その結果、繊維強化複合材料の引張強度利用率は66%と、不十分であった。
(Comparative example 2)
An epoxy resin composition, an epoxy resin cured product, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 4. The gel time was 12 minutes and the curability was good, but the rubber state elastic modulus showed a high value of 15.5 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material had an insufficient tensile strength utilization rate of 66%.

(比較例3)
樹脂組成を表4に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ゲルタイムは46分と硬化性は良好であったが、ゴム状態弾性率が12.2MPaと高い値を示した。その結果、繊維強化複合材料の引張強度利用率は70%と、不十分であった。
(Comparative Example 3)
An epoxy resin composition, an epoxy resin cured product, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 4. The gel time was 46 minutes and the curability was good, but the rubber state elastic modulus showed a high value of 12.2 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material had an insufficient tensile strength utilization rate of 70%.

(比較例4)
樹脂組成を表4に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ゲルタイムは29分と硬化性は良好であったが、ゴム状態弾性率が12.5MPaと高い値を示した。その結果、繊維強化複合材料の引張強度利用率は72%と、不十分であった。
(Comparative Example 4)
An epoxy resin composition, an epoxy resin cured product, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 4. The gel time was 29 minutes and the curability was good, but the elastic modulus in the rubber state was as high as 12.5 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material had an insufficient tensile strength utilization rate of 72%.

(比較例5)
樹脂組成を表4に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ゲルタイムは3分と硬化性は良好であったが、ゴム状態弾性率が17.1MPaと高い値を示した。その結果、繊維強化複合材料の引張強度利用率は65%と、不十分であった。
(Comparative Example 5)
An epoxy resin composition, an epoxy resin cured product, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 4. The gel time was 3 minutes and the curability was good, but the rubber state elastic modulus showed a high value of 17.1 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material had an insufficient tensile strength utilization rate of 65%.

(比較例6)
樹脂組成を表4に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ここで、構成要素[A]の代わりに用いた“デナコール(登録商標)”EX-141は、立体障害を持たない単官能エポキシ樹脂である。ゴム状態弾性率は6.7MPaと低い値を示したが、ゲルタイムは175分と硬化が遅く不十分であった。
(Comparative Example 6)
An epoxy resin composition, an epoxy resin cured product, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 4. Here, "Denacol (registered trademark)" EX-141 used instead of the component [A] is a monofunctional epoxy resin having no steric hindrance. The elastic modulus in the rubber state showed a low value of 6.7 MPa, but the gel time was 175 minutes, which was slow and insufficient.

(比較例7)
樹脂組成を表5に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ここで、構成要素[A]代わりに用いた“デナコール(登録商標)”EX-731は、単官能エポキシ樹脂である。ゲルタイムは75分と硬化が遅く不十分であり、ゴム状態弾性率は12.0MPaと高い値を示した。その結果、繊維強化複合材料の引張強度利用率は72%と、不十分であった。
(Comparative Example 7)
An epoxy resin composition, a cured epoxy resin, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 5. Here, "Denacol (registered trademark)" EX-731 used instead of component [A] is a monofunctional epoxy resin. The gel time was 75 minutes, which was slow and insufficient, and the rubber state elastic modulus was as high as 12.0 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material had an insufficient tensile strength utilization rate of 72%.

(比較例8)
樹脂組成を表5に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ゲルタイムは38分と硬化性は良好であったが、ゴム状態弾性率が14.1MPaと高い値を示した。その結果、繊維強化複合材料の引張強度利用率は69%と、不十分であった。
(Comparative Example 8)
An epoxy resin composition, a cured epoxy resin, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 5. The gel time was 38 minutes and the curability was good, but the rubber state elastic modulus was a high value of 14.1 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material had an insufficient tensile strength utilization rate of 69%.

(比較例9)
樹脂組成を表5に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物、および繊維強化複合材料を作製した。ここで、構成要素[C]の代わりに用いた硬化剤は芳香族アミン硬化剤である。ゲルタイムは190分と硬化が遅く不十分であり、ゴム状態弾性率は16.5MPaと高い値を示した。その結果、繊維強化複合材料の引張強度利用率は67%と、不十分であった。
(Comparative Example 9)
An epoxy resin composition, a cured epoxy resin, and a fiber-reinforced composite material were produced in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 5. Here, the curing agent used instead of component [C] is an aromatic amine curing agent. The gel time was 190 minutes, which was slow and insufficient, and the elastic modulus in the rubbery state was as high as 16.5 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material had an insufficient tensile strength utilization rate of 67%.

(比較例10)
樹脂組成を表5に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物を作製した。ここで、構成要素[C]の代わりに用いた硬化剤は、芳香族アミン硬化剤である。80℃では200分以上経過してもゲル化せず、硬化物を作成することが出来なかった。
(Comparative Example 10)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 5. Here, the curing agent used instead of component [C] is an aromatic amine curing agent. At 80° C., gelation did not occur even after 200 minutes or more, and a cured product could not be produced.

(比較例11)
樹脂組成を表5に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物を作製した。80℃では200分以上経過してもゲル化せず、硬化物を作成することが出来なかった。
(Comparative Example 11)
An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the resin composition was changed as shown in Table 5. At 80° C., gelation did not occur even after 200 minutes or more, and a cured product could not be produced.

(比較例12)
特許文献2(特開2005-120127号公報)の実施例1に記載の方法に従い、エポキシ樹脂組成物を作製した。得られた樹脂硬化物ゴム状態弾性率は25.0MPaと非常に高い値を示した(表6)。このエポキシ樹脂組成物は粘度が高く、上記<繊維強化複合材料の作製方法>では樹脂が繊維に含浸せず、繊維強化複合材料に多量のボイドが含まれた。そこで、エポキシ樹脂組成物を70℃に加温して含浸させ、エポキシ樹脂含浸炭素繊維シートを得た。以降は上記<繊維強化複合材料の作製方法>と同様にして、繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料の引張強度利用率は61%と、不十分であった。
(Comparative Example 12)
An epoxy resin composition was produced according to the method described in Example 1 of Patent Document 2 (JP-A-2005-120127). The cured resin obtained had a rubber state elastic modulus of 25.0 MPa, which is a very high value (Table 6). This epoxy resin composition had a high viscosity, and the resin did not impregnate the fibers in <Method for Producing Fiber-Reinforced Composite Material>, resulting in a large amount of voids in the fiber-reinforced composite material. Therefore, the epoxy resin composition was heated to 70° C. for impregnation to obtain an epoxy resin-impregnated carbon fiber sheet. Thereafter, a fiber-reinforced composite material was obtained in the same manner as in the above <Method for producing fiber-reinforced composite material>. The fiber-reinforced composite material obtained had an insufficient tensile strength utilization rate of 61%.

(比較例13)
特許文献3(特開2010-174073号公報)の実施例5のエポキシ組成を参考に樹脂組成を表5に示すとおりとし、エポキシ樹脂組成物および樹脂硬化物を作製した。評価結果を表5に示す。ゴム状態弾性率は14.0MPaと高い値を示した。その結果、得られた繊維強化複合材料の引張強度利用率は69%と、不十分であった。
(Comparative Example 13)
With reference to the epoxy composition of Example 5 of Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-174073), the resin composition was set as shown in Table 5, and an epoxy resin composition and a cured resin were produced. Table 5 shows the evaluation results. The rubber state elastic modulus showed a high value of 14.0 MPa. As a result, the fiber-reinforced composite material obtained had an insufficient tensile strength utilization rate of 69%.

(比較例14)
特許文献5(特開2011-46797号公報)の実施例13に記載の方法に従い、エポキシ樹脂組成物を作製した。これを硬化させて得られた樹脂硬化物のゴム状態弾性率は12.0MPaと高い値を示した(表6)。このエポキシ樹脂組成物は非常に粘度が高かったため、比較例12と同様の方法でエポキシ樹脂含浸炭素繊維シートを作成した。以降は上記<繊維強化複合材料の作製方法>と同様にして、繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料の引張強度利用率は70%と、不十分であった。
(Comparative Example 14)
An epoxy resin composition was prepared according to the method described in Example 13 of Patent Document 5 (JP-A-2011-46797). The rubber-state elastic modulus of the cured resin obtained by curing this was as high as 12.0 MPa (Table 6). Since this epoxy resin composition had a very high viscosity, an epoxy resin-impregnated carbon fiber sheet was produced in the same manner as in Comparative Example 12. Thereafter, a fiber-reinforced composite material was obtained in the same manner as in the above <Method for producing fiber-reinforced composite material>. The fiber-reinforced composite material obtained had an insufficient tensile strength utilization rate of 70%.

(比較例15)
特許文献6(特開2006-265458号公報)の実施例3に記載の方法に従い、エポキシ樹脂組成物を作製した。これを硬化させて得られた樹脂硬化物のゴム状態弾性率は11.4MPaと高い値を示した(表6)。得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、上記<繊維強化複合材料の作製方法>に従って、繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料の引張強度利用率は71%と、不十分であった。
(Comparative Example 15)
An epoxy resin composition was produced according to the method described in Example 3 of Patent Document 6 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-265458). The rubber-state elastic modulus of the cured resin obtained by curing this was as high as 11.4 MPa (Table 6). Using the obtained epoxy resin composition, a fiber-reinforced composite material was obtained according to the above <Method for producing fiber-reinforced composite material>. The fiber-reinforced composite material obtained had an insufficient tensile strength utilization rate of 71%.

(比較例16)
特許文献7(特表2009-521589号公報)の実施例1に記載の方法に従い、エポキシ樹脂組成物を作製した。これを硬化させて得られた樹脂硬化物のゴム状態弾性率は10.5MPaと高い値を示した(表6)。得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、上記<繊維強化複合材料の作製方法>に従って、繊維強化複合材料を得た。得られた繊維強化複合材料の引張強度利用率は72%と、不十分であった。
(Comparative Example 16)
An epoxy resin composition was prepared according to the method described in Example 1 of Patent Document 7 (Japanese Patent Publication No. 2009-521589). The rubber-state elastic modulus of the resin cured product obtained by curing this showed a high value of 10.5 MPa (Table 6). Using the obtained epoxy resin composition, a fiber-reinforced composite material was obtained according to the above <Method for producing fiber-reinforced composite material>. The fiber-reinforced composite material obtained had an insufficient tensile strength utilization rate of 72%.

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本発明のエポキシ樹脂組成物は、通常の条件で硬化可能で有り、優れた引張強度利用率を有する繊維強化複合材料、成形品および圧力容器を作製するためのマトリックス樹脂に好ましく用いられる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The epoxy resin composition of the present invention can be cured under normal conditions and is preferably used as a matrix resin for producing fiber-reinforced composite materials, molded articles and pressure vessels having excellent tensile strength utilization.

また、本発明のエポキシ樹脂組成物および繊維強化複合材料は、一般産業用途に好ましく用いられる。
Moreover, the epoxy resin composition and fiber-reinforced composite material of the present invention are preferably used for general industrial applications.

Claims (15)

次の構成要素[A]~[C]を含むエポキシ樹脂組成物であって、構成要素[B]が、下記構成要素[b1]および/または下記構成要素[b2]と、構成要素[b1]および構成要素[b2]以外の2官能以上の芳香族エポキシ樹脂と、から構成されており、構成要素[C]が下記構成要素[c1]または下記構成要素[c2]であり、ローターレス硬化試験機による80℃におけるゲルタイムが15~100分であり、該エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物の動的粘弾性評価におけるゴム状態弾性率が10MPa以下である、エポキシ樹脂組成物。
[A]tert-ブチル基、sec-ブチル基、イソプロピル基またはフェニル基で置換されたフェニルグリシジルエーテルである単官能エポキシ樹脂
[B]2官能以上の芳香族エポキシ樹脂
[b1]置換されていてもよいジグリシジルアニリン(ここで、置換基は、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、フェノキシ基から選ばれる基である。)
[b2]テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン
[C]硬化剤
[c1]酸無水物系硬化剤
[c2]脂肪族アミン系硬化剤
An epoxy resin composition containing the following components [A] to [C], wherein the component [B] is the following component [b1] and/or the following component [b2] and the following component [b1] and a bifunctional or higher aromatic epoxy resin other than the component [b2], the component [C] is the following component [c1] or the following component [c2], and the rotorless curing test An epoxy resin composition having a gel time of 15 to 100 minutes at 80° C. using a machine, and a cured product obtained by curing the epoxy resin composition having a rubber state elastic modulus of 10 MPa or less in dynamic viscoelasticity evaluation.
[A] A monofunctional epoxy resin which is a phenylglycidyl ether substituted with a tert-butyl group, sec-butyl group, isopropyl group or phenyl group
[B] bifunctional or higher aromatic epoxy resin [b1] optionally substituted diglycidylaniline (wherein the substituent is a group selected from an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a phenyl group and a phenoxy group) be.)
[b2] Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane [C] Curing agent [c1] Acid anhydride curing agent [c2] Aliphatic amine curing agent
構成要素[A]を、全エポキシ樹脂100質量部中5~40質量部含む、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。 2. The epoxy resin composition according to claim 1, comprising 5 to 40 parts by mass of component [A] in 100 parts by mass of the total epoxy resin. 構成要素[A]が、tert-ブチル基またはsec-ブチル基で置換されたフェニルグリシジルエーテルである、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物。 3. The epoxy resin composition according to claim 1, wherein the component [A] is a phenylglycidyl ether substituted with a tert-butyl group or a sec-butyl group. 構成要素[A]に示される成分を2種類以上含む、請求項1~3のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 4. The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 3, comprising two or more of the components shown in component [A]. 構成要素[C]が、構成要素[c1]である、請求項1~4のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 4, wherein component [C] is component [c1]. 構成要素[c1]が、ノルボルネン骨格またはノルボルナン骨格を有する化合物を含む、請求項5に記載のエポキシ樹脂組成物。 6. The epoxy resin composition according to claim 5, wherein the component [c1] contains a norbornene skeleton or a compound having a norbornane skeleton. 硬化促進剤として、イミダゾール化合物または3級アミン化合物を含む、請求項5または6に記載のエポキシ樹脂組成物。 7. The epoxy resin composition according to claim 5, which contains an imidazole compound or a tertiary amine compound as a curing accelerator. 構成要素[C]が、構成要素[c2]としてアルキレングリコール構造を有する脂肪族ポリアミンを含む、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。2. The epoxy resin composition according to claim 1, wherein component [C] contains an aliphatic polyamine having an alkylene glycol structure as component [c2]. 構成要素[C]が、構成要素[c2]としてイソホロンジアミンを含む、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。2. The epoxy resin composition according to claim 1, wherein component [C] contains isophorone diamine as component [c2]. 25℃における粘度が2000mPa・s以下である、請求項1~のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。 The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 9 , which has a viscosity of 2000 mPa·s or less at 25°C. 25℃における90分後の増粘倍率が4倍以下である、請求項10に記載のエポキシ樹脂組成物。 11. The epoxy resin composition according to claim 10 , which has a thickening ratio of 4 times or less after 90 minutes at 25[deg.]C. 該エポキシ樹脂組成物を硬化させた硬化物の圧縮試験における圧縮せん断強度が50~120MPaである、請求項1~11のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物 The epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 11 , wherein a cured product obtained by curing the epoxy resin composition has a compressive shear strength of 50 to 120 MPa in a compression test . 請求項1~12のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維とからなる繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material comprising a cured epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 12 and reinforcing fibers. 請求項13に記載の繊維強化複合材料からなる成形品。 A molded article made of the fiber-reinforced composite material according to claim 13 . 請求項13に記載の繊維強化複合材料からなる圧力容器。
A pressure vessel comprising the fiber-reinforced composite material according to claim 13 .
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