JPH01135859A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JPH01135859A
JPH01135859A JP29321587A JP29321587A JPH01135859A JP H01135859 A JPH01135859 A JP H01135859A JP 29321587 A JP29321587 A JP 29321587A JP 29321587 A JP29321587 A JP 29321587A JP H01135859 A JPH01135859 A JP H01135859A
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JP
Japan
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epoxy resin
weight
parts
resin composition
tetraglycidyldiaminodiphenylmethane
Prior art date
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Pending
Application number
JP29321587A
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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〕 本発明は高性能型の炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂
に関するものである。
〔従来の技術〕
炭素繊維強化プラスチックス(以下CFRPと略す)は
、比強度、比弾性率が大きいことから、民間航空機分野
において、機体を軽量化するための溝道材料として検討
されてあり、すでにその第一段階として2次構造材料と
して使用されている。さらに、最近では高強伸度の炭素
繊維が開発されこれを使用したCFRPが1次構造材と
して検討されはじめている。
航空機用CFRPに使用されているエポキシ樹脂は、N
−N−N’  ・N′−テトラグリシジルジアミノジフ
ェニルメタンを主成分とし、硬化剤は4・4′ジアミノ
ジフェニルスルホンが使用されている。かかる樹脂は、
例えば特公昭55−25217号公報に詳細に開示され
ている。この樹脂組成物は、高弾性率を有し熱変形温度
が高いため、こ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、層間剪断強度およ
び圧縮強度を有している。しかしながら、この樹脂組成
物は硬化物の伸度が小さく耐水性が悪いため、得られる
CFRPは、以下に示すような欠陥を有している。
すなわち、樹脂の伸度が小さいため、CFRPの90’
引張伸度が0.4〜0.5%と小ざい。この結果、O°
/90°、O°/±45°/90°のような積層板の引
張物性は低いものになり、炭素111i雑の優れた特性
を十分活かしていない。さらに、最近開発された高強伸
度炭素繊維に対しては、O°引張物性も十分に発現でき
ない。
一方、耐水性が悪いため、吸水後の耐熱性低下が大きい
。この結果、航空機の構造材として重要な物性である吸
水後の高温での圧縮強度が低くなる。この状態での圧縮
協力を満すために、CFRPを厚くしなければならず、
cFRPの機体軽量化効率を悪くしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
そこで、本発明者らは、cFRPの耐熱性、層間剪断強
度および圧縮強度を損なうことなく優れた引張物性、耐
水性を発現するエポキシ樹脂を見い出すべく鋭意検討し
た結果、本発明に到達した。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、本発明は、 (1)全エポキシ樹脂を100重量部として、20〜8
0重量部のN−N−N’  ・N′−テトラグリシジル
ジアミノジフェニルメタンと、15〜80重量部の3r
化ジシクロペンタジエンフェノール類重合物エポキシ樹
脂(式1) (以下DCBE樹脂と略す)と、エポキシ
基1当量に対して0.8〜1.2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重量部として、15〜6
0重最部の重量−N −N’  ・N′−テトラグリシ
ジルジアミノジフェニルメタンと、15〜60重!II
(7) D CB E 4MFs ト、15〜60!I
IM(7)/ボラック型エポキシ樹脂又はジシクロペン
タジェンフェノール類共重合物(以下DCE樹脂と略す
)と、エポキシ基1当量に対して0.8〜1.2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
特徴とするエポキシ樹脂組成物(以下本発明Bという)
に関する。
すなわち、本発明Aのエポキシ樹脂組成物は、硬化物の
弾性率を損なうことなく硬化物の伸度を大きくした結果
、得られるCFRPは、層間剪断強度および圧縮強度を
損なうことなく、90’引張伸度を0.70〜0.95
%と大きく向上したため、O’/90°、O°/±45
°/90°などの積層板の物性が改善されるので、炭素
繊維の優れた性能を十分発現する。また、最近開発され
た高強伸度炭素繊維のO°引張物性を十分発現する。ざ
らに、硬化物の耐熱性を損なうことなく耐水性を改善し
たので、1qられるcFRPの吸水後の高温での圧縮強
度は、航空機の構造材として十分満足できるものになっ
ている。ざらに、本発明Aの耐熱性および硬化物の伸度
を向上させるために、本発明Aにノボラック型エポキシ
樹脂又はDCE樹脂を添加した本発明Bが好ましい。本
発明Bは他の物性を損わずに耐熱性および硬化物の伸度
を向上させた結果、得られるCFRPは、層間剪断強度
、圧縮強度を損なうことなく引張物性および耐熱性がざ
らに優れたものになった。
本発明に使用されるN−N−N’  ・N′−テトラグ
リシジルジアミノジフェニルメタンは、E 1M434
 、 TL913 、 YH434などの商標名で市販
されている。このエポキシ樹脂は、4官能エポキシ樹脂
であるため、架橋密度が高くなり高弾性率かつ高耐熱性
の硬化物が得られるという長所がある。
一方、硬化物の伸度が小さく、分子内に窒素原子を有す
るため、硬化物の耐水性が悪いという欠点がおる。これ
らの特性を考慮して、N・N−N’  ・N′−テトラ
グリシジルジアミノジフェニルメタンの添加量は、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
キシ樹脂だけを100重量部とした場合、15〜60重
但部であり、より好ましくは20〜50重量部である。
この範囲より多くすると、硬化物の伸度および耐水性が
低下し、少なくすると、硬化物の耐熱性および弾性率が
低下する。弾性率を低下させると得られるcFRPの層
間剪断強度および圧縮強度が低下する。N −N −N
’  ・N′−テトラグリシジルジアミノジフェニルメ
タンにN・N−N’  ・N′−トリグリシジルアミノ
ジフェニルメタンおよびこれらのグリシジル基同志が反
応した二四体が含有されていても、本発明の樹脂組成物
の性能を損なうことはない。
本発明に使用されるDCBE樹脂はBr化ジシクロペン
タジェンフェノール類共重合物のポリグリシジルエーテ
ル型エポキシ樹脂でBr含有量が16〜50重量%のも
のであり、このBr化エポキシ樹脂は耐水性および耐熱
性にすぐれる。
またトリシクロデカン環を有するため架橋密度がさがっ
てもエポキシ基反応率が上がり、耐熱性の低下につなが
りにくく、また3rの解離温度が高くなる。また、難燃
硬化に対する有効添加量を考慮してBr化エポキシ樹脂
の添加量は15〜60重量部であり、より好ましくは2
0〜50重量部である。この範囲より多くすると硬化物
の耐熱性および伸度が低下し、少なくすると硬化物の耐
水性および弾性率が低下する。
本発明に使用されるノボラック型エポキシ樹脂は、フェ
ノールノボラック樹脂およびタレゾ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でありDCE樹脂
はジシクロペンタジェンフェノール類共重合物(以下D
C樹脂と略す)のポリグリシジルエーテル型エポキシ樹
脂である。このノボラック型エポキシ樹脂及びDCE樹
脂は高耐熱性、高耐水性および高伸度の硬化物になると
いう長所があるが、弾性率の低い硬化物になるという欠
点がある。これらの特性を考慮して、ノボラック型エポ
キシ樹脂およびDCE樹脂の添加量は15〜60重量部
であり、より好ましくは20〜50重量部である。この
範囲より多いと硬化物の弾性率が低下し、少なくすると
硬化物の耐水性および伸度が低下する。
ざらに、本発明の樹脂組成物に、EP828゜E Pl
ool、 E P4O10,TD128 、エピクロン
855、エピクロン1050. ELA128などの商
標名で市販されているビスフェノールへのグリシジルエ
ーテル型エポキシ樹脂の添加は硬化物の伸度を大きくす
ることから、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非常に好ましい。
本発明に使用される硬化剤としての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比較的長い
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
ものである。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当最に対してアミン1当
口添加すればよいが、硬化速度やシェルフライフの調整
および得られる硬化物の耐熱性、耐水性、伸度から、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当足に対して、0.8〜1.2当量の範囲である。
この範囲より多ければ、硬化速度は速くなりシェルフラ
イフは短くなる。ざらに、硬化物の耐水性および耐熱性
が低下する。この範囲より少なくすると、硬化速度は非
常に遅くなると共に硬化物の耐熱性および伸度が低下す
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、他の硬化剤または硬化促進剤と併用するこ
とはもちろん可能である。特に、三弗化ホウ素アミン錯
体との併用は他の性能を損なうことなく、硬化速度を速
くしてくれることから非常に好ましい。
本発明においては、プリプレグに適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整
してもさしつかえない。さらに、本発明の樹脂組成物の
性能を損わない程度に、熱可塑性樹脂などを添加し、樹
脂粘度の調節および硬化時の樹脂フローの調節をしても
かまわない。
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、
一定方向に配列されたテープ、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FRPの補強剤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、硬化物の弾性率を損
なうことなく硬化物の伸度を大きくした結果、得られる
CFRPは層間剪断強度および圧縮強度を損なうことな
く、90°引張伸度を0.7〜0.95%と大きく向上
したため、O’ /90°、0°/±45°/90°な
どの積層板の物性が非善されるので、炭素繊維の優れた
性能を十分発現する。また、最近開発された高強度炭素
繊維のO°引張物性を十分発現する。さらに、硬化物の
耐熱性を損なうことなく耐水性を改良したので、得られ
るcFRPの吸水後の高温での圧縮強度は、航空機の構
造材として十分満足できるものになった。
〔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 N−N−N’  ・N′−テトラグリシジルジアミノジ
フェニルメタン(エポキシ当1120 )1750gと
DCBEm脂(DCBElooLL )  (エポキシ
当ff1360 > 1690gとビスフェノールAの
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂(エポキシ当量18
9 ) 1750gを100 ℃にあらかじめ加熱した
ニーダに加え十分混合する。混合した後、ニーダ内容物
の温度を60〜65度に冷却して、4・4′ジアミノジ
フエニルメタン16009と三弗化ホウ素モノエチルア
ミン253を加え十分混合してエポキシ樹脂組成物を作
った。この樹脂組成物を一方向に引き揃えた炭素繊維“
′トレカep T−500(、東しく(3)商標)にホ
ットメルト法により含浸させ、樹脂含有量34重量%の
一方向プリプレグを作成した。得られたプリプレグを長
さ30cm、幅30Cmに切断し、これを8枚積層した
俊、離型処理したアルミ上積層した物を乗せ、ナイロン
製のバキュムパックでオートクレーブ成形用にセットし
た。このセットした物を、オートクレーブに入れ、6.
5KCl/crAに加圧した後、2.0℃/分で昇温し
、180’Cで2時間加熱して硬化板を1qた。この硬
化板の炭素繊維含有量は58容量%であり、板の厚さは
1.20mであった。
この硬化板から炭素繊維方向に長さ230mm、幅12
.72mのO°引張用試験片を切り出した。この試験片
の両端の両側に長さ50m、幅12.72mで一方の端
に10mのテーパ部を有する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1
MF1/分の引張速度で引張、引張物性を測定した。こ
の測定結果を表1に示す。また、この硬化板から、AS
TM。
D695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。次に、プリプレグを35Cm
、幅30Cmに切断し、これを16枚積層した。この積
層した物を、上記と同様な方法で硬化板を作った。この
硬化板の炭素含有量は60容Q%で、板の厚さは2.2
3#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230順、幅25.42 #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1M/分で引張、引張物性を測定し
た。
この結果を表1に示す。さらに、この硬化板から、AS
TM、D2344に準じて試験片を切り出し、層間剪断
強度を測定した。この結果を表1に示す。これらの測定
結果より、特に耐水性、耐熱性および引張物性が優れて
いることを確認した。
表  1 実施例2 N−N−N’  ・N′−テトラグリシジルジアミノジ
フェニルメタン1500gとDCBE樹脂1690 ’
jとノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量17B 
> 2000g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。混合した後、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
フ工ニルスルホンieoogと三弗化ホウ素モノエチル
アミン259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%の一方面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およ
び90°引張物性、圧縮物性、層間剪断強度を測定した
。これらの結果は表2のとおりであり、特に、耐水性、
耐熱性、引張物性が優れていることを確認した。
表  2 実施例3 N−N−N’  ・N′−テトラグリシジルジアミノジ
フェニルメタン1500gとDCBE樹脂1410gと
ノボラック型エポキシ樹脂1500gとビスフェノール
Aのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂(エポキシ当量
188 ) 7509を、あらかじめ100’Cに加熱
したニーダに加え十分混合した。混合した後、ニーダ内
容物の温度を60〜65°Cに冷却して、4・4′ジア
ミノジフ工ニルスルホン1650gと三弗化ホウ素モノ
エチルアミン25g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重回置の一方面プリプレグを
作った。このプリプレグを使用して、実施例1と同様に
Ooおよび90’引張物性、圧縮強度、層間剪断強度を
測定した。これらの結果は表3のとおりであり、特に耐
水性、耐熱性、引張物性が優れていることを確認した。
表  3 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5000 gと4・4′ジアミノジフ工
ニルスルホン2400gと三弗化ホウ素モノエチルアミ
ン25gを、あらかじめ60〜65℃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と同様にしてプリプレグを造った。このプリプレ
グを使用して、実施例1と同様にOoおよび90°引張
物性、圧縮物性、層間剪断強度を測定した。これらの結
果は表4のとおりで、引張物性および耐水性の悪いCF
RPLか得られなかった。
表  4

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)全エポキシ樹脂を100重量部として、20〜8
    0重量部のN・N・N′・N′−テトラグリシジルジア
    ミノジフェニルメタンと、15〜80重量部のBr化ジ
    シクロペンタジエンフェノール類重合物のエポキシ樹脂
    (式1)と、エポキシ基1当量に対して0.8〜1.2
    当量の4・4′ジアミノジフェニルスルホンを含有する
    ことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼式1 (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、15〜6
    0重量部のN・N・N′・N′−テトラグリシジルジア
    ミノジフェニルメタンと、15〜60重量部のBr化ジ
    シクロペンタジエンフェノール類共重合物のエポキシ樹
    脂(式1)と、15〜60重量部のノボラック型エポキ
    シ樹脂又はジシクロペンタジエンフェノール類共重合物
    のエポキシ樹脂と、エポキシ基1当量に対して0.8〜
    1.2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エポキシ樹脂組成物。 ▲数式、化学式、表等があります▼式1 (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)
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015507648A (ja) * 2011-12-09 2015-03-12 サイテク・テクノロジー・コーポレーシヨン 複合構造用表面フィルムおよびその作成方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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