JPH01135858A - 繊維強化用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

繊維強化用エポキシ樹脂組成物

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JPH01135858A
JPH01135858A JP29321687A JP29321687A JPH01135858A JP H01135858 A JPH01135858 A JP H01135858A JP 29321687 A JP29321687 A JP 29321687A JP 29321687 A JP29321687 A JP 29321687A JP H01135858 A JPH01135858 A JP H01135858A
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JP
Japan
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epoxy resin
resin composition
resin
cfrp
diaminodiphenylsulfone
Prior art date
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Pending
Application number
JP29321687A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Nanba
宏彰 難波
Masato Tamao
玉生 征人
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Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Kokusaku Pulp Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、耐熱性及び疎水性のの優れた炭素iIi維強
化プラスチック(以下CFRPと略す)を与える炭M繊
維プリプレグ用エポキシ樹脂組酸物に関するものである
(従来の技術〕 炭素繊維の比強度、比弾性率を活かしてcFRPはスポ
ーツ用途をはじめとして、航空機及び産業用分野に広く
使用されはじめた。航空機及び産業用分野は一般に高い
耐熱性を要求するところから、この分野に使用されてい
るcFRPのマトリックス樹脂としては、N−N−N’
・N′−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンか
、これを若干変性したものと、硬化剤として4・4′ジ
アミノジフェニルスルホンを混合したエポキシ樹脂組成
物が主流である。かかる樹脂は、例えば特公昭55−2
5217号公報に詳細に開示されている。これらの樹脂
組成物の硬化物は、高弾性率を有し熱変形温度が高いた
め、これらの樹脂組成物によって得られるCFRPは、
乾燥時において優れた耐熱性、層間剪断強度及び圧縮強
度を有している。しかしながら、これらの樹脂組成物の
硬化剤は、伸度が小ざく耐水性が悪いため得られるCF
RPは以下に記すような欠陥を有している。
すなわち、硬化物の伸度が小さいため、O。
/90°、O°/±45°/90°のような積層板の引
張破断伸度は、1.()〜1.2%あるが、0,3〜0
.4%低レベルの歪みで90’ 層にクラックが入るの
で、実用的には耐疲労性を考慮すると0.3〜0.4%
の伸度レベルしか使用できない。この結果、現状のcF
RPの引張物性は優れた炭素繊維の物性を充分利用して
いるとはいえない。
また、耐水性が悪いため吸水後の機械的物性及び耐熱性
の低下が著しく、実用化では、乾燥時の優れた耐熱性、
機械的物性は有しておらず、随分低い性能になって炭素
繊維の優れた物性を充分利用してない。ざらに吸水によ
る寸法変化が大きいため、寸法精度の厳しい産業用途に
は使用しにくい。
このJ:うに、現行のエポキシ樹脂組成分は硬化物の伸
度が小さく、耐水性が悪いため炭素繊維の優れた物性を
十分利用できていないと共にcFRP使用の可能性を低
いものにしている。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、硬化物の伸度及び耐水性を改良し、炭
wigの優れた物性を十分利用できるcFRPを与える
エポキシ樹脂を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のかかる目的は、 (1)ジシクロペンタジェンとフェノール類の共重合物
のエポキシ樹脂(式I)(以下DCE樹脂と略す)及び
エポキシ基1当量に対して0.6〜1.4当量の4・4
′ジアミノジフェニルスルホンから主としてなることを
特徴とする炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂組成物(
以下、本発明Aという)。
(RはH又は炭素数1〜9のアルキル基、nは1〜15
までの整数) (2)全エポキシ樹脂を100重ω部として、85〜4
0重量部のDCE樹脂と15〜60重量部の3rエポキ
シ樹脂と、エポキシ基1当量に対して0.6〜1.4当
母の4・4′ジアミノジフェニルスルホンを含有するこ
とを特徴とする炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂租組
成物(以下本発明Bという)。
によって達成される。
すなわち、本発明Aのエポキシ樹脂組成物は、得られる
硬化物の伸度及び耐水性を向上させた結果、cFRPの
90°引張伸度が大巾に改良され、Q’/90°、O°
/±45°/90°などの積層板の実用的に使える引張
伸度も向上するし、吸水による耐熱性及び機械的物性の
低下を大巾に小さくしたため、実用に際して十分高い性
能を発揮するcFRPが得られる。また耐水性が良いた
め吸水による寸法変化は非常に小さく寸法安定性の良い
cFRPが得られる。さらに本発明Aの耐水性及び弾性
率を向上させるためには、本発明Aに、Br化エポキシ
樹脂を添加した本発明Bが好ましい。本発明Bのエポキ
シ樹脂組成物は、得られる硬化物の伸度を損なわずに弾
性率を向上させた結果、cFRPの引張物性と共に、層
間剪断強度及び圧縮物性がさらに優れたものとなった。
また、耐水性もざらに改善されたため、吸水による耐熱
性及び機械的物性の劣化の改良と共に寸法安定性がさら
に優れたものになった。
本発明に使用されるDCE樹脂は、ジシクロペンタジェ
ンとフェノール類の共重合物(以下DC樹脂と略す)の
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂であり、DC樹脂の
重合度により2官能から数官能のエポキシ樹脂である。
この樹脂から得られる硬化物は伸度が大きく耐水性が良
い。この結果、この樹脂から1qられるcFRPは引張
物性は優れており、乾燥時の層間剪断強度及び圧縮強度
は現行のN−N−N’  ・N’ −テトラグリシジル
ジアミノジフェニルメタンを主成分とした樹脂組成物か
ら得られるCFRPより若干低いものの、耐水性が良い
ため、吸水時の、特に高温でこれらの物性は数段優れて
いる。実用の際は、CFRPは吸水することから、この
DCE樹脂から得られるCFRPの方が現行の樹脂系か
ら得られるCFRPより高い物性を発揮する。
本発明に使用される3r化エポキシ樹脂は、Brビスフ
ェノールAのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂及びB
r化フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル型
エポキシ樹脂及び臭素化エポキシ化ジシクロペンタジェ
ンとフェノール類共重合物で、Br含有量が16〜50
重量%のものである。
この樹脂から得られる硬化物は、耐水性及び弾性率が高
い反面、エポキシ当ωが大きいため、架(・n密度が低
く耐熱性が低い。また、この樹脂の硬化物は、Br原子
に起因する立体障害のため伸度は小さいが架橋密度が小
ざいことから潜在的には伸度が大きい。すなわち、この
樹脂を他のエポキシ樹脂で希釈しBr原子に起因する立
体障害を緩和すると、この樹脂系の硬化物の伸度は大き
くなる。これらの特性を考慮してBr化エポキシ樹脂の
添加量は、硬化剤の4・4′ジアミノジフェニルスルホ
ンを除いたエポキシ樹脂のみを100重量部とした場合
、15〜60重量部でおり、より好ましくは、20〜5
0重量部である。この範囲より多くすると硬化物の耐熱
性及び伸度が低下するし、少なくすると弾性率及び耐水
性が低下する。この3r化エポキシ樹脂を添加したフェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂の硬化物は、耐水性を
ざらに向上させると共に弾性率も高くなるため、得られ
るCFRPの乾燥時の層間剪断強度及び圧縮強度は、現
行のN−N−N’  ・N′−テトラグリシジルジアミ
ノジフェニルメタン系の樹脂から得られるCFRPと同
程度になり、吸水劣化に対しては著しく改善されている
ので、吸水後の層間剪断強度及び圧縮強度は、現行のも
のより数段優れている。
さらに、本発明の樹脂組成物に、EP828、EPlo
ol、EP1004、YD128、エピクロン855、
エピクロン1050. E LA128 、D E R
331などの商標名で市販されているビスフェノールA
のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂の添加は、硬化物
の伸度を改善することから、このエポキシ樹脂の添加は
特に好ましい。またELM120 、YDM120など
の商標名で市販されている、N−N−0−トリグリシジ
ルメタアミンフェノールの添加も硬化性及び弾性率を向
上するので、本発明の樹脂組成物の耐水性を損わない程
度にこのエポキシ樹脂を添加することも好ましい。
本発明に使用される硬化剤の4・4′ジアミノジフェニ
ルスルホンは、アミン系硬化剤としては長いシェルフラ
イフが有ると共に、高耐熱性の硬化物を与える4・4′
ジアミノジフェニルスルホンの添加量は理論的にはエポ
キシ1当量に対してアミン1当量添加すればよいが、硬
化速度やシェルフライフの副面及び得られる硬化物の耐
熱性、耐水性、伸度を考慮して、4・4′ジアミノジフ
ェニルスルホンの添加量は、エポキシ1当量に対して、
0.6〜1.4当量であり、より好ましくは0.8〜1
.1当量である。こ′の範囲より多ければシェルフライ
フは短くなり、得られる硬化物の耐水性及び耐熱性が低
下するし、この範囲より少なければ、硬化性が悪くなる
と共に得られる硬化物の耐熱性及び伸度が低下する。ま
た、本発明において、4・4′ジアミノジフェニルスル
ホンは他の硬化物または硬化促進剤と併用することは勿
論可能である。特に三弗化ホウ素アミン錯体との併用は
、他の性能を損うことなく、硬化速度を改善することか
ら非常に好ましい。
本発明において、プリプレグに適用した樹脂粘度にする
ため、4・4′ジアミノジフェニルスルホンや4・4′
ジアミノジフエニルメタンで予備重合し樹脂粘度を調節
・してもさしつかえない。ざらに、本発明の樹脂組成物
の特性を損わない程度に熱可塑性樹脂を添加し、樹脂の
粘度を調節したり、硬化時の樹脂フローの調節をしても
さしつかえない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、cFRPとして好まし
く用いられるが、この場合に使用される炭素繊維とは、
一定方向に配列させたテープ、シート状物、マット状物
、織物など、どのような形態の炭素繊維にも適用できる
。ざらに、ガラス繊維、ボロン繊維、有機繊維など、通
常のFRPの補強材として用いられるものは、すべて使
用できる。
(発明の効果〕 本発明Aのエポキシ樹脂組成物は、得られる硬化物の伸
度及び耐水性を向上させた結果、CFRPの90’引張
伸度が大巾に改良され、O。
/90’ 、 O’ /±45°/90°などの積層板
の実用的に使える引張伸度も向上する。また、吸水によ
る耐熱性及び機械的物性の低下を大巾に小ざくしたため
、実用に際して十分高い性能を発揮するCFRPが得ら
れる。また耐水性が良いため吸水による寸法変化は非常
に小さく寸法安定性の良いcFRPが)qられる。
本発明Bのエポキシ樹脂組成物は、得られる硬化物の伸
度を損わずに弾性率を向上させた結果、CFRPの引張
物性と共に、層間剪断強度及び圧縮物性がざらに優れた
ものとなった。また、耐水性もざらに改善されたため、
吸水による耐熱性の劣化の改良と共に寸法安定性がざら
に優れたものになった。
〔実施例〕 以下、実施例によって、本発明をざらに詳細に説明する
実施例1 DCE樹脂(DCE−100LL >  (エポキシ当
量251 ) 4935gと4・4′ジアミノジフェニ
ルスルホン11209と三弗化ホウ素モノエチルアミン
23.0gを、あらかじめ60〜65℃に加熱したニー
ダに入れ十分混合し、エポキシ樹脂組成物を作った。こ
の樹脂組成物を、一方向に引き揃えた炭素繊維“トレカ
”T−300(東し商標)にホットメルト法により含浸
させ、樹脂含有口34゛重量%の一方向プリプレグを作
成した。得られプリプレグを長さ300m5巾30Cm
に切断し、これを8枚積層した後、離型処理したアルミ
板にのせナイロン製のバキュームバッグでおおい、バッ
グ内を真空引きした後、オートクレーブに入れ、6 K
!J / criに加圧した後、1.5℃/分で昇温し
、180°Cで2時間加熱し硬化板を得た。得られた硬
化板の炭素繊維含有聞は59.2容量%であり、板の厚
さは1.15mであった。この硬化板から繊維方向に長
さ230#、巾12.72 #のO°引張試験片を切り
出した。この試験片の両端の両側に長さ50m、巾12
.72.で一方の端に10履のテーパ部を持つガラス製
のタブを接着した。このタブ付き試験片の中央に、歪み
ゲージを張り付け1rM1/分の引張速度で引張り、引
張物性を測定した。測定結果を表1に示す。ざらに、こ
の硬化板からA S T M −D −695に準じて
試験片を切り出し圧縮物性を測定した。この結果を表1
に示す。また、プリプレグを長さ35cm、巾30Cm
に切断し、これを16枚積層した。こめ積層板を上記と
同様な方法で硬化板を作った。この硬化板の炭素含有率
は、60.8容量%で、板の厚さは2.24Mであった
。この硬化板から炭素繊維に対して90°方向に長さ2
30s、巾25.41 msの90’引張用試験片を切
り出した。この試験片の中央に歪みゲージを張り付け、
引張速度1#/分で引張り、引張物性を測定した。その
結果を表1に示す。さらに、この硬化板からASTM、
D −2344に準じて試験片を切り出し層間剪断強度
を測定した。
この測定結果を表1に示す。これらの測定結果より引張
物性、耐熱性、耐水性が優れていることを確認した。
表  1 実施例2 DCE樹脂2960 gとBrエポキシ樹脂(エポキシ
当量360 ) 1400yをあらかじめ100’Cに
加熱したニーダに加え十分混合する。この後、ニーダ内
容物の温度を60〜65°Cに冷却して、4・4′ジア
ミノジフェニルスルホン910 gと三弗化ホウ素23
.0gを加え十分混合してエポキシ樹脂組成物を作った
。この樹脂組成物を使用し、実施例1と同様にして、樹
脂含有量34重量%の一方向プリプレグを作成した。こ
のプリプレグを使用して、実施例1と同様にOo及び9
0”引張物性、圧縮物性、層間剪断強度を測定し、その
結果を表2に示す。これらの結果より、引張物性、耐熱
性、耐水性が優れていることを確認した。
表  2 比較例1 N −N −N’  ・N′−テトラグリシジルジアミ
ノジフェニルメタン25009と4・4′ジアミノジフ
工ニルスルホン1200gと三弗化ホウ素モノエチルア
ミンとを65°Cに加熱したニーダに加え十分混合して
エポキシ樹脂組成物を作り、以下実施例1と同様にして
樹脂含有量34重量%の一方向プリプレグを作った。こ
のプリプレグを使用して実施例1と同様にOo及び90
’引張物性、圧縮物性、層間剪断強度を測定し結果を表
3に示す。
これらの結果より、引張物性及び耐水性の悪いCFRP
L/か得られなかった。
表  3

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)式 I に示すジシクロペンタジエンとフェノール
    類の共重合物のエポキシ樹脂及びエポキシ基1当量に対
    して0.6〜1.4当量の4・4′ジアミノジフェニル
    スルホンから主としてなることを特徴とする繊維プリプ
    レグ用エポキシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼式 I (RはH又は炭素数1〜9のアルキル基、nは1〜15
    までの整数)
  2. (2)全エポキシ樹脂を100重量部として、85〜4
    0重量部のジシクロペンタジエンとフェノール類の共重
    合物のエポキシ樹脂(式 I )と、15〜60重量部の
    Br化エポキシ樹脂と、エポキシ基1当量に対して0.
    6〜1.4当量の4・4′ジアミノジフェニルスルホン
    を含有することを特徴とする炭素繊維プリプレグ用エポ
    キシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼式 I (RはH又は炭素数1〜9のアルキル基、nは1〜15
    までの整数)
JP29321687A 1987-11-20 1987-11-20 繊維強化用エポキシ樹脂組成物 Pending JPH01135858A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0484632A2 (en) * 1990-10-23 1992-05-13 Amoco Corporation Prepreg with improved room temperature storage stability
US5284929A (en) * 1993-03-10 1994-02-08 Shell Oil Company Epoxy resins with cyclohexenenorbornene moieties
WO2006095516A1 (ja) * 2005-03-09 2006-09-14 The Yokohama Rubber Co., Ltd. 硬化性樹脂組成物およびプリプレグならびにこれを用いた複合材料
JP2020023601A (ja) * 2018-08-06 2020-02-13 日立化成株式会社 伸縮性樹脂形成用熱硬化性組成物、伸縮性樹脂、及び半導体装置
JP2020143226A (ja) * 2019-03-07 2020-09-10 東レ株式会社 炭素繊維強化ビニルエステル樹脂組成物およびその製造方法

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