JPH03281635A - プリプレグ用樹脂組成物 - Google Patents

プリプレグ用樹脂組成物

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JPH03281635A
JPH03281635A JP8128190A JP8128190A JPH03281635A JP H03281635 A JPH03281635 A JP H03281635A JP 8128190 A JP8128190 A JP 8128190A JP 8128190 A JP8128190 A JP 8128190A JP H03281635 A JPH03281635 A JP H03281635A
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resin
prepreg
weight
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epoxy resin
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JP8128190A
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Mikio Shima
美樹男 島
Sakanori Ito
栄記 伊藤
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Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Nippon Steel Chemical 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ポリエポキシ化合物をマトリックス樹脂と
するプリプレグ用樹脂組成物に係り、特にそれ自体か速
硬化性に優れ、プリプレグにした場合の貯蔵安定性に優
れ、かつ耐熱性に優れた成形硬化物を与え、レジャー用
途やスポーツ製品関係及び産業用等の種々の用途に使用
することかできる複合材料として有用なプリプレグ用樹
脂組成物に関する。
〔従来の技術〕
エポキシ樹脂は、各種用途の分野で要求される力学的特
性や熱的特性等においてバランスの採れた性能を有する
ことから、幅広い分野で使用されており、特にガラス繊
維、炭素繊維、セラミックス繊維、アラミド繊維等を強
化繊維とする繊維強化プラスチックス(以下、FRPと
略称する)を中心とする複合材料におけるマトリックス
樹脂として多用されている。
このFRPは、強度や弾性率を比重で除した比強度や比
弾性率が従来の金属材料に比べて格段に優れていること
から、特に軽量化か要求される航空機関係の分野での用
途や、釣竿、ゴルフシャフト、テニスラケット等のスポ
ーツ製品関係の用途に広範に利用されている。
そして、このFRPを所定の用途の製品に成形する場合
、一方向に引き揃えた強化繊維に未硬化樹脂を含浸させ
た、いわゆるプリプレグの形で使用することが一般に行
われている。
そして、このプリプレグの製造に使用されるエポキシ樹
脂としては、例えば、航空機関係の用途に用いられる耐
熱性プリプレグとしてはテトラグリシジルジアミノジフ
ェニルメタン等の多官能エポキシ樹脂とジアミノジフェ
ニルスルホンの様な芳香族ポリアミンとの樹脂組成物が
知られており、また、スポーツ製品関係の用途に用いら
れる汎用プリプレグとしてはフェノールノボラック型エ
ポキシ樹脂やビスフェノールA型エポキシ樹脂等のエポ
キシ樹脂とその硬化剤及び硬化促進剤とを組合わせた樹
脂組成物が知られている。
このプリプレグを用い、ゴルフシャフトや釣竿等のスポ
ーツ、レジャー製品を製造する場合は、250°F硬化
タイプエポキシ樹脂の有する耐熱性で十分であるが、一
部の産業用途では、硬化後のFRP製品を切削工具を用
いて所定の寸法に加工する必要があり、この場合には切
削工具とこのFRP製品の切削部分との間に摩擦熱が生
じ、場合によっては250°F硬化タイプエポキシ樹脂
ではマトリックス樹脂が軟化し、求められる寸法精度で
加工することが困難になる場合がある。
また、単に耐熱性の点だけに注目するならば、前述した
様なテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン等の多
官能エポキシ樹脂とジアミノジフェニルスルホンの様な
芳香族ポリアミンとの樹脂組成物がこれら耐熱性の高い
分野に使用できるが、これらは価格が高く、成形時間に
長時間を必要とし、かつ、プリプレグにした場合の貯蔵
安定性が低いことから実用的ではない。
更に、耐熱性の高いノボラック型エポキシ樹脂を主組成
とした樹脂組成は耐熱性も高く、価格も低いが、成形時
間に長時間を必要とするため、実用的ではない。
〔発明か解決しようとする課題〕
そこで、本発明者らは、かかる問題点を解決するために
鋭意検討を重ねた結果、フルオレン骨格を有するビスフ
ェノールエポキシを配合することにより、上記問題を一
挙に解決できること、即ち、硬化時間が短く、プリプレ
グにした場合の貯蔵安定性に優れ、かつ、FRP製品に
した場合に耐熱性に優れた製品を与えるプリプレグ用樹
脂組成物が得られることを見出し、本発明に到達した。
従って、本発明の目的は、硬化時間が短く、プリプレグ
にした場合の貯蔵安定性に優れ、かつ、FRP製品にし
た場合に耐熱性に優れた製品を与えるプリプレグ用樹脂
組成物を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
即ち、本発明は、下記(a)成分100重量部と硬化剤
1〜100重量部とを必須成分として含有するプリプレ
グ用樹脂組成物である。
(a)2種類以上のポリエポキシ化合物からなり、少な
くともそのうちの1種類が下記一般式(1)〔但し、式
中Aは下記一般式 (但し、Rはアルキル基を示し、nはO又は1〜4の整
数を示す)で表される2価の有機基を示し、mはO又は
1〜20の整数である〕で表されるフルオレン骨格を有
するエポキシ樹脂10〜50重量部を含むポリエポキシ
化合物 以下、本発明の詳細な説明する。
先ず、本発明で使用するフルオレン骨格を持ったエポキ
シ樹脂は、9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)フルオ
レン又はそのアルキル誘導体(以下、ビスフェノール成
分ということがある)をエビクロルヒドリンでエポキシ
化することにより得られるものである。上記ビスフェノ
ール成分中のヒドロキシフェニル基におけるヒドロキシ
基の位置は2〜6位のいずれでもよいが、好ましくは4
−位であり、好ましい成分としては9,9−ビス(4−
ヒドロキシフェニル)フルオレンあるいはそのメチル又
はその誘導体である。
また、上記エポキシ樹脂はその原料であるビスフェノー
ル成分とエピクロルヒドリンのモル比により一般式(1
)中のmの数が決まり、好ましいmの数はその用途で異
なるが、通常1−10である。
即ち、ビスフェノール成分に対してエピクロルヒドリン
を大過剰で使用すればビスフェノール成分のジグリシジ
ルエーテルが主生成物として得られ、また、ビスフェノ
ール成分に対するエピクロルヒドリンの使用量を2当量
以下とすればm=1以上の高分子量ビスフェノールエポ
キシ樹脂が得られ、使用量については全ポリエポキシ化
合物100重量部に対し、10〜50重量部がよく、望
ましくは20〜50重量部含有することが必要である。
使用量がこれより多くなると樹脂組成物が溶解しないか
、溶解してもマクロ相分離構造となって使用不可能であ
り、また、これより少ないと添加効果か発現しない。
本発明で使用されるポリエポキシ化合物のうち、一般式
(1)以外のエポキシ樹脂としては、特に制限はなく、
市販の種々のエポキシ樹脂を使用できるが、特に例示す
るならば、例えばELM−434、ELM−120、E
LM−100(以上、住友化学(II)裂開品名)、Y
H−4,34,(東部化成(t@製製品品名あるいはM
Y−720(チバ・ガイギー社製商品名)の如きグリシ
ジルアミンタイプのエポキシ樹脂や、エビクロン830
(大日本インキ化学工業■製商品名)の如きビスフェノ
ールFタイプのエポキシ樹脂や、エピコート152やエ
ピコート154(油化シェルエポキシ社製商品名)の如
きフェノールノボラックタイプのエポキシ樹脂や、エビ
クロン152(大日本インキ化学工業算製商品名)の如
きブロム化ビスフェノールAタイプのエポキシ樹脂や、
ESCN−220(住友化学■製商品名)の如きクレゾ
ールノボラックタイプのエポキシ樹脂や、その他ビスフ
ェノールSタイプのエポキシ樹脂や脂環式エポキシ樹脂
等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、そのいずれ
かを単独で使用することもできるほか、複数種類のもの
を組み合わせた混合物として使用することもできる。
また、本発明のプリプレグ用樹脂組成物に用いられる硬
化剤としては、通常のエポキシ樹脂の硬化剤として使用
されるものが挙げられるが、特に例示するならば、三弗
化ホウ素モノメチルアミン錯体、三弗化ホウ素ピペリジ
ン錯体等の三弗化ホウ素アミン錯体、トリメチルアミン
等の第三級アミン、N−メチルイミタゾール、N−エチ
ルイミタゾール等のイミタゾール化合物、無水フタル酸
、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ナジック酸無水物等の酸
無水物、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニ
ルエーテル、ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族ア
ミン化合物、各種フェノール樹脂のごときフェノール系
化合物、ジフェニルメタンジイソシアネート、ジフェニ
ルエーテルジイソシアネート等のイソシアネート化合物
等が挙げられる。
このプリプレグ用樹脂組成物の硬化剤は、その分子量に
もよるか、概ねポリエポキシ化合物100重量部に対し
て、1〜100重量部であり、これより多いと未反応の
エポキシ樹脂硬化剤が樹脂中に残存して得られたエポキ
シ樹脂硬化物の特性か悪化し、また、これより少ないと
逆に未反応のポリエポキシ化合物が残存したり、硬化に
時間かかかりすぎる等の問題が生じる。
また、これらの硬化剤だけで硬化させることも可能であ
るが、硬化温度を低下させたり、硬化時間を短縮させる
目的で、硬化促進剤を併用して用いることも可能である
。この硬化促進剤としては、例えば、ベンジルジメチル
アミン等の第三級アミンや、2−フェニル−4−メチル
イミタゾール、2−フェニル−4−メチルイミタゾール
、2−メチル−4−メチルイミタゾール等のイミタゾー
ル化合物や、2−メチルジクロルジメチルウレア等の尿
素化合物や、アジピン酸ヒドラジド等の酸ヒドラジド化
合物が挙げられる。
本発明のプリプレグ用樹脂組成物は、以上の様な(a)
成分と硬化剤とを必須成分とし、必要に応じて硬化促進
剤を使用するものであるが、これらの他に、硬化物に靭
性を付与する等の目的のために、熱可塑性ポリマー等を
添加してもよい。更に、無水シリカ、顔料、ゴム状物質
等を添加することもできる。
本発明のプリプレグ用樹脂組成物を製造する方法につい
ては、特に制限はなく、必要な各成分が液状であるかあ
るいは固形状であるか等の条件や、目的とするプリプレ
グ用樹脂組成物の混合状態若しくは分散状態に応じて、
適宜好ましい方法を選択することができる。例えば、各
成分に可溶な溶媒を使用して比較的低温で混合する低温
溶媒混合方法や、溶媒を使用せずに高温で混合する高温
無溶媒混合方法等がある。好ましい方法としては高温無
溶媒混合方法である。
本発明の樹脂組成物を用いたプリプレグは、この様なエ
ポキシ樹脂組成物を強化繊維中に含浸させて得られる。
強化繊維としては、一般にプリプレグ用として使用され
るものであれば如何なるものでもよく、例えば、炭素繊
維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミッ
クス繊維等を挙げることができ、また、その形状につい
ても特に制限されるものではなく、例えば、一方向に配
列されたテープ、シート状物、マット、織物等を挙げる
ことができる。そして、この様な強化繊維については、
エポキシ樹脂組成物との接着性を向上させるために、そ
の表面を適当な表面処理剤で表面処理してもよい。
この目的で使用される表面処理剤としては、特に限定さ
れるものではないが、例えば、アミノシラン系カップリ
ング剤や、エポキシ樹脂、チタンカップリング剤等を挙
げることができる。
この様な強化繊維と上記プリプレグ用エポキシ樹脂組成
物を使用してエポキシ樹脂プリプレグを製造する方法に
ついても、特に制限されるものではなく、例えば、プリ
プレグ用エポキシ樹脂組成物を所定の温度に加熱し、こ
のプリプレグ用エポキシ樹脂組成物の所定量をリバース
コーターロール、ナイフェツジ型コーター等の手段で常
法により離型紙上に塗布して樹脂フィルムを調製し、次
にこの離型紙上の樹脂フィルムの上に強化繊維を含浸せ
しめる、いわゆるホットメルト法や、樹脂を溶媒に溶か
して樹脂溶液を調製し、この樹脂溶液を強化繊維に含浸
させた後、溶剤を揮発させてプリプレグを得るウェット
法等がある。
〔実施例〕
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明を具体°的
に説明する。
実施例1 液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェルエポ
キシ社製商品名:エビ:]−)828)40重量部と、
固形ビスフェノールA型エポキシ樹脂(日本チバカイギ
ー社製商品名:アラルダイ)6071)30重量部と、
下記構造式(2) で示されるフルオレン骨格を有するエポキシ樹脂30重
量部とを加熱溶解させて均一な混合物にした後、この混
合物を80℃に保ち、これにジシアンジアミド4重量部
とジクロロフエニルジメチルウレア3重量部を加え、均
一に混合して実施例1のプリプレグ用樹脂組成物を調製
した。
この様にして得られたプリプレグ用樹脂組成物の一部を
140°Cで2時間加熱硬化させ、カラス転移温度(T
g)測定用の注型樹脂試験片を製造し、レオメータ−(
レオメトリックス社製)を用いてガラス転移温度を測定
した。また、残りのプリプレグ用樹脂組成物を100°
Cに加熱し、リバースコーターロールにて離型紙上に塗
布し、目付け80 g / mの樹脂フィルムを調製し
た。更に、上記樹脂フィルム上に炭素繊維(旭化成カー
ボンファイバー社製商品名:ハイカーボロン)を引き揃
え、120℃の加熱ロールを使用して繊維の解繊、樹脂
の含浸を行い、幅300mm、繊維目付け150 g/
耐、樹脂含有率35重量%のエポキシ樹脂プリプレグを
製造した。得られたエポキシ樹脂プリプレグは、強化繊
維の乱れが無く、適度のタック性、ドレープ性を有する
非常に高品質のものであった。
次に、この様にして製造されたエポキシ樹脂プリプレグ
を同一方向にI8プライ積層し、真空バッグ内にセット
し、オートクレーブ中、昇温速度2°C/min、14
0℃×2時間、3kgf/crjの条件で加熱加圧成形
を行った。この際、バッグ内は、オートクレーブ内圧力
が2kgf/ciになるまで真空圧を維持した。
この様にして成形された厚さ2鮒、繊維含有率57%の
コンポジット単層板から、0°方向曲げ試験用の試験片
(大きさ12.7mm X 80m X 2mm )、
ILSS試験用の試験片(大きさ12.7mm X 4
0mm X 2mm)をダイアモンドプレートカッター
で切出し、万能試験機(インストロン社製)を用いてそ
れぞれの物性試験を行った。結果を第1表に示す。
第 表 比較例1 液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェルエポ
キシ社製商品名:エヒコ−)828) 40重量部と、
固形ビスフェノールA型エポキシ樹脂(日本チバカイギ
ー社製商品名:アラルダイ)6071)30重量部と、
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(住友化学(枕型
商品名:ESCN 220−L)30重量部とを加熱溶
解させて、均一な混合物にした後、この混合物を80°
Cに保ち、ジシアンジアミド4重量部とジクロロフエニ
ルジメチルウレア3重量部を加えて比較例1のプリプレ
グ用樹脂組成物を調製した。
この様にして得られたプリプレグ用樹脂組成物の一部を
140°Cで2時間加熱硬化させ、このうちの一部をガ
ラス転移温度(Tg)測定用の注型樹脂試験片とした。
また、140℃で2時間硬化させた試験片について更に
200℃で2時間の後硬化を行い、ガラス転移温度(T
g)測定用の注型樹脂試験片と(7た。また、残りのプ
リプレグ用樹脂組成物を1008Cに加熱し、リバース
コーターロールにて離型紙上に塗布し、目付け80 g
 / %の樹脂フィルムを調製した。
更に、上記樹脂フィルム上に炭素繊維(旭化成カーボン
ファイバー社製商品名:ハイカーボロン)を引き揃え、
120℃の加熱ロールを使用して繊維の解繊、樹脂の含
浸を行い、幅300mm、繊維目付け150 g / 
m、樹脂含有率35重量%のエポキシ樹脂プリプレグを
製造した。得られたエポキシ樹脂プリプレグは、強化繊
維の乱れが無く、適度のタック性、ドレープ性を有する
非常に高品質のものであった。
この様にして製造されたエポキシ樹脂プリプレグを同一
方向にI8プライ積層し、真空バッグ内にセットし、オ
ートクレーブ中、昇温速度2°C/min、140°C
X2時間、3kgf/cnrの条件で加熱加圧成形を行
った。この際、バック内は、オートクレーブ内圧力が2
kgf/cnfになるまで真空圧を維持した。
この様にして成形された厚さ2 mm、繊維含有率57
%のコンポジット単層板を2分割し、一方のコンポジッ
ト単層板から00方向曲げ試験用の試験片(大きさ12
.7mm X 80mm X 2mm) ’t ILs
s試験用の試験片(大きさ12.7mm x 40mm
 x 2mm )をダイアモンドプレートカッターで切
出し、万能試験機(インストロン社製)を用いてそれぞ
れの物性試験を行った。また、他方のコンポジット単層
板について更に200°Cで2時間の後硬化をした後、
上記した寸法に切出し、それぞれの試験を行った。
結果を第2表に示す。
第 2 表 比較例2 液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化シェルエポ
キシ社製商品名コニピコ−)828)50重量部と、テ
トラグリシジルアミノジフェニルメタン(日本チバガイ
ギー社製商品名:MY−720) 50重量部とを80
℃で加熱混合し、均一な樹脂混合物にしたのち、4,4
−ジアミノジフェニルスルホン33重量部を加え、10
0℃で2時間、更に150°Cで4時間加熱混合し、プ
リプレグ用樹脂組成物を調製した。
この様にして得られたプリプレグ用樹脂組成物の一部を
200℃で1時間加熱硬化させ、このうちの一部をガラ
ス転移温度(Tg)測定用の注型樹脂試験片とした。ま
た、200℃で1時間硬化させた試験片について更に2
00℃で1時間の後硬化を行い、ガラス転移温度(Tg
)測定用の注型樹脂試験片とした。また、残りのプリプ
レグ用樹脂組成物を100℃に加熱し、リバースコータ
ーロールにて離型紙上に塗布し、目付け80g/mの樹
脂フィルムを調製した。
更に、上記樹脂フィルム上に炭素繊維(旭化成カーボン
ファイバー社製商品名:ハイカーボ07)を引き揃え、
120℃の加熱ロールを使用して繊維の解繊、樹脂の含
浸を行い、幅300mm、繊維目付け150g/m、樹
脂含有率35重量%のエポキシ樹脂プリプレグを製造し
た。
この様にして製造されたエポキシ樹脂プリプレグを同一
方向に18プライ積層し、真空バッグ内にセットし、オ
ートクレーブ中、昇温速度2°C/min、200°C
X1時間、6kgf/ciの条件で加熱加圧成形を行っ
た。この際、バッグ内は、オートクレーブ内圧力が3k
gf/crlになるまで真空圧を維持した。
この様にして成形された厚さ2M、繊維含有率57%の
コンポジット単層板を2分割し、一方のコンポジット単
層板から、0°方向曲げ試験用の試験片(大きさ12.
7mmX80mmX 2mm) 、ILSS試験用の試
験片(大きさ12.7mm X 40mm X 2mm
 )をダイアモンドブレードカッターで切出し、万能試
験機(インストロン社製)を用いてそれぞれの物性試験
を行った。
また、他方のコンポジット単層板について更に200°
Cで1時間の後硬化をした後、上記した寸法に切出し、
それぞれの、試験を行った。結果を第3表に示す。
第 表 実施例2 液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化ンエルエポ
キシ社製商品名:エビ]−)828)25重量部と、テ
トラグリシジルアミノジフェニルメタン(8本チバガイ
ギー社製商品名:MY−720) 25重量部と、前記
構造式(2)で示されるフルオレン骨格を有するエポキ
シ樹脂25重量部とを80°Cで加熱混合し、均一な樹
脂混合物にしたのち、4,4−ジアミノジフェニルスル
ホン33重量部を100℃で2時間、更に150°Cで
4時間加熱混合し、プリプレグ用樹脂組成物を調製した
この様にして得られたプリプレグ用樹脂組成物の一部を
200℃で1時間加熱硬化させ、このうちの一部をガラ
ス転移温度(Tg)測定用の注型樹脂試験片とした。ま
た、200°Cで1時間硬化させた試験片について更に
200℃で1時間の後硬化を行い、ガラス転移温度(T
g)測定用の注型樹脂試験片とした。また、残りのプリ
プレグ用樹脂組成物を100℃に加熱し、リバースコー
ターロールにて離型紙上に塗布し、目付け80g/rr
?の樹脂フィルムを調製した。
更に、上記樹脂フィルム上に炭素繊維(旭化成カーボン
ファイバー社製商品名:ハイカーボロン)を引き揃え、
120℃の加熱ロールを使用して繊維の解繊、樹脂の含
浸を行い、幅300 mm、繊維目付け150g/m、
樹脂含有率35重量%のエポキシ樹脂プリプレグを製造
した。
この様にして製造されたエポキシ樹脂プリプレグを同一
方向に18プライ積層し、真空バッグ内にセットし、オ
ートクレーブ中、昇温速度2°C/min、200°C
X】時間、6kgf/crlの条件で加熱加圧成形を行
った。この際、バッグ内は、オートクレーブ内圧力が3
kgf/cutになるまで真空圧を維持した。
この様にして成形された厚さ2mm、繊維含有率57%
のコンポジット単層板を2分割し、一方のコンポジット
単層板から、0°方向曲げ試験用の試験片(大きさ12
.7mm X 80mm X 2mm ) 、ILSS
試験用の試験片(大きさ1.2.7mm X 40mm
 X 2mm )をダイアモンドプレートカッターで切
出し、万能試験機(インストロン社製)を用いてそれぞ
れの物性試験を行った。
また、他方のコンポジット単層板について更に200°
Cで1時間の後硬化をした後、上記した寸法に切出し、
それぞれの試験を行った。結果を第4表に示す。
第 表 〔発明の効果〕 本発明のプリプレグ用樹脂組成物は、硬化時間が短く、
しかも、プリプレグにした場合の貯蔵安定性に優れ、か
つ、成形硬化物も耐熱性に優れたものか得られ、レジャ
ー用途やスポーツ製品関係、あるいは産業用等の種々の
用途に使用可能であり、その実用的価値の極めて高いも
のである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記(a)成分100重量部と硬化剤1〜100
    重量部とを必須成分として含有することを特徴とするプ
    リプレグ用樹脂組成物。 (a)2種類以上のポリエポキシ化合物からなり、少な
    くともそのうちの1種類が下記一般式(1)▲数式、化
    学式、表等があります▼(1) 〔但し、式中Aは下記一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、Rはアルキル基を示し、nは0又は1〜4の整
    数を示す)で表される2価の有機基を示し、mは0又は
    1〜20の整数である〕で表されるフルオレン骨格を有
    するエポキシ樹脂10〜50重量部を含むポリエポキシ
    化合物
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