JPH051159A - Fiber-reinforced composite material reinforced with porous resin particles - Google Patents

Fiber-reinforced composite material reinforced with porous resin particles

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JPH051159A
JPH051159A JP18050491A JP18050491A JPH051159A JP H051159 A JPH051159 A JP H051159A JP 18050491 A JP18050491 A JP 18050491A JP 18050491 A JP18050491 A JP 18050491A JP H051159 A JPH051159 A JP H051159A
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JP
Japan
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resin
particles
matrix resin
fiber
composite
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JP18050491A
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Japanese (ja)
Inventor
Shahid P Qureshi
シヤヒド・パルベズ・クーレシ
R Hoffman Richard
リチヤード・アール・ホフマン
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BP Corp North America Inc
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins

Abstract

PURPOSE: To provide a fiber-reinforced composition reinforced with porous resin articles useful for the production of fiber-reinforced composite bodies.
CONSTITUTION: A laminated fiber-reinforced composite body comprises an epoxy matrix resin composition and continuous structural fibers embedded in the matrix resin and is formed of a plurality of layers, each individual layer being composed of the structural fibers forming a layer of a spherical spongy structure and porous hard polyamide particles having an average particle diameter of about 1-about 75 microns which are dispersed in the matrix resin.
COPYRIGHT: (C)1993,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複合体材料、特に、靭
性の耐衝撃性繊維補強複合体に関する。より具体的に言
えば、本発明は、繊維補強複合体の強化方法及びかかる
複合体を強化するのに有用な粒子に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to composite materials, and in particular tough, impact resistant fiber reinforced composites. More specifically, the present invention relates to methods of reinforcing fiber-reinforced composites and particles useful in reinforcing such composites.

【0002】[0002]

【発明の背景】繊維補強複合体は、スポーツ用品にまた
家庭電化製品の如き消費製品の製造に使用するために広
く受け入れられている高強度高弾性物質である。また、
複合体は、自動車用の構造部材として、またビルデング
や航空機の部材として益々使用されている。構造用途で
使用するときには、複合材料は、典型的には、連続繊維
フィラメント又は織布を熱硬化性又は熱可塑性樹脂マト
リックス中に埋込んで形成される。かかる複合体は相当
な強度及び剛性を示すことができ、そして有意の軽量化
を達成できる可能性はそれらを金属代替え物として使用
するための極めて魅力的なものにしている。しかしなが
ら、多くの構造用途での受入れは、現在入手可能な複合
体材料の多くの脆弱性によって制限されてきた。かかる
複合体が有用な引張強度及び圧縮強度を保持しながら衝
撃に耐えることができないことは、多年の間重大な問題
であった。複合体の低い耐衝撃性は、通常、多量の複合
体を用いることことによって達成することができる。し
かしながら、この解決法は、コストを増加し、さもなけ
れば達成可能な重量軽減を少なくし、且つそれらを多く
の用途に対して受入れ不可能にする。
BACKGROUND OF THE INVENTION Fiber reinforced composites are widely accepted high strength, high modulus materials for use in sports equipment and in the manufacture of consumer products such as home appliances. Also,
Composites are increasingly used as structural components for automobiles and as components for building and aircraft. When used in structural applications, composites are typically formed by embedding continuous fiber filaments or woven fabrics in a thermosetting or thermoplastic resin matrix. Such composites can exhibit considerable strength and stiffness, and the possibility of achieving significant weight savings makes them extremely attractive for use as metal substitutes. However, acceptance for many structural applications has been limited by the many vulnerabilities of currently available composite materials. The inability of such composites to withstand impact while retaining useful tensile and compressive strength has been a serious problem for many years. The low impact resistance of composites can usually be achieved by using large amounts of composites. However, this solution increases costs, reduces the weight savings that would otherwise be achievable, and makes them unacceptable for many applications.

【0003】複合体の業界は、これらの欠点を打破する
ための方法を見いだすのに長らく深い関わりを持ってき
た。向上した破壊靭性を有する複合体の開発に向けられ
た過去20年間にわたってかなりの努力が費いやされて
きた。一般に用いられているマトリックス樹脂の大部分
並びに補強用繊維の多くのものは一般には脆弱であるの
で、その努力の多くは、良好な靭性を有する成分を得る
ための研究ににつぎ込まれてきた。その結果として、強
化したマトリックスに対する研究は最近の多くの特許文
献の課題になっていた。
The composite industry has long been deeply involved in finding ways to overcome these drawbacks. Significant efforts have been expended over the last two decades towards developing composites with improved fracture toughness. Since most of the commonly used matrix resins as well as many of the reinforcing fibers are generally brittle, much of that effort has been devoted to work to obtain components with good toughness. As a result, research into toughened matrices has been the subject of many recent patent documents.

【0004】数十年間の間、プラスチック業界では、剛
性で時には脆弱な熱可塑性及び熱硬化性エンジニアリン
グ樹脂を強化するのにゴム変性剤が使用されてきた。た
いていの場合に、このゴムは、粒子の形態で剛性樹脂全
体に分散されている。また、ゴム成分の有効性を向上さ
せるためにゴム粒子と剛性相との間の相互作用を変更さ
せるための様々な手段が開発されてきた。例えば、ゴム
成分は剛性相との相容性を変更させるためのグラフト化
によって変性されており、そして剛性相への結合を促進
させるためにゴムに反応性官能基を付加することが有効
であることも示されている。他の解決策は、異なる樹脂
の組合せ、向上した特性を有するブレンドやアロイの形
成を包含していた。
For decades, rubber modifiers have been used in the plastics industry to reinforce rigid and sometimes brittle thermoplastic and thermoset engineering resins. In most cases, the rubber is dispersed throughout the rigid resin in the form of particles. Also, various means have been developed to modify the interaction between the rubber particles and the rigid phase to improve the effectiveness of the rubber component. For example, the rubber component has been modified by grafting to modify its compatibility with the rigid phase, and it is effective to add reactive functional groups to the rubber to facilitate binding to the rigid phase. It is also shown. Other solutions have included the combination of different resins, the formation of blends and alloys with improved properties.

【0005】エンジニアリング樹脂の強化に使用される
方法は、ダイアマント及びモールトン両氏が“Develop
ment of Resin for Damage Tolerant Composites
−ASystematic Approach ”(29th National S
AMPE Symposium,April3−5,1984)において
示したように、複合構造体に一般に使用されるマトリッ
クス樹脂の強化に適応されてきた。また、1973年2
月7日に公告された英国特許第1,306,231号に
従ってエポキシ樹脂組成物にポリスルホンの如きより延
性の熱可塑性樹脂を加えることによってアロイやブレン
ドを形成することは、エポキシ樹脂の延性を向上させ且
つ向上した靭性を提供することが示されている。最近に
なって、エポキシ樹脂と末端官能性の熱可塑性樹脂との
組合せは、向上した靭性を示すことが示されている( 米
国特許第4,498,948号を参照されたい) 。ごく
最近になって、エポキシ樹脂と反応性末端官能基を有す
る熱可塑性樹脂との硬化性組成物は特別に処方したマト
リックス樹脂の靭性を向上させると言われているが、但
し、純樹脂は、硬化後に、架橋したガラス相がガラス連
続相中に分散された特定の相分離モルホロジーを示すと
いう条件が付いている( 米国特許第4,656,208
号を参照されたい) 。また、反応性ゴム成分を含める(
これは、架橋分散ガラス相中に含められると言われてい
る) ことによって、更に改善が達成されると言われてい
る( 米国特許第4,680,076号を参照されたい)
。ごく最近では、かかるマトリックス樹脂を基材とす
る複合体を強化するのに、相分離した架橋エポキシ樹脂
中に分散したゴムから作った不融性粒子を使用すること
が提案された( 米国特許第4,783,506号を参照
されたい) 。
The method used to reinforce engineering resins is described by Diamant and Moulton in "Develop.
ment of Resin for Damage Tolerant Composites
-A Systematic Approach "(29th National S
As shown in AMPE Symposium, April 3-5, 1984), it has been adapted to strengthen matrix resins commonly used in composite structures. Also, 1973 2
Forming alloys and blends by adding a more ductile thermoplastic resin such as polysulfone to an epoxy resin composition in accordance with British Patent No. 1,306,231 published on May 7, improves ductility of the epoxy resin. And has been shown to provide improved toughness. More recently, the combination of epoxy resins and end-functionalized thermoplastics has been shown to exhibit improved toughness (see US Pat. No. 4,498,948). Most recently, curable compositions of epoxy resins and thermoplastics with reactive terminal functional groups have been said to improve the toughness of specially formulated matrix resins, provided that the pure resin is After curing, the crosslinked glass phase exhibits the particular phase separation morphology dispersed in the glass continuous phase (US Pat. No. 4,656,208).
No.). Also, include a reactive rubber component (
This is said to be included in the cross-linked dispersed glass phase) and further improvement is said to be achieved (see US Pat. No. 4,680,076).
. Most recently, it has been proposed to use infusible particles made from rubber dispersed in a phase separated crosslinked epoxy resin to reinforce such matrix resin based composites (US Pat. 4,783,506).

【0006】ゴムや熱可塑性樹脂等の添加は一般には純
樹脂の延性及び耐衝撃性を向上させるけれども、得られ
る複合体に及ぼされる影響は必ずしも有益なものではな
い。多くの場合に、複合体の靭性向上はごく僅かであ
り、そして高温特性の低下や高められた温度での水への
暴露の如き環境極限に対する抵抗性の低下がしばしば見
られる。複雑な製造法に又は靭性向上を達成するのに再
現するのが困難なユニークな樹脂モルホロジーに頼る複
合構造体は、二次加工間に非実用的な制御度を必要とす
る場合があり、かくして製造コストを増加しそして時に
は不安定な性能や貧弱な信頼性をもたらす。
Although the addition of rubber, thermoplastic resin, etc. generally improves the ductility and impact resistance of the pure resin, the effect on the resulting composite is not always beneficial. In many cases, the toughness enhancement of the composites is negligible and the resistance to environmental extremes such as reduced high temperature properties and exposure to water at elevated temperatures is often seen. Composite structures that rely on unique resin morphologies that are difficult to reproduce in complex manufacturing processes or to achieve improved toughness may require impractical degrees of control during fabrication, thus It increases manufacturing costs and sometimes results in unstable performance and poor reliability.

【0007】強化複合体を製造するための別の方法は、
昭和51年5月21日に公開された特願昭49ー132
669号に記載されるように、マトリックス樹脂中に埋
込まれた繊維よりなる層と熱可塑性樹脂よりなる層とを
交互にした積層化複合構造体の開発であった。最近にな
って、米国特許第4,604,319号において、複数
の繊維補強マトリックス樹脂層間に熱可塑性樹脂層を接
着結合させて間挿した積層化繊維−樹脂複合体が開示さ
れている。間挿( インターリーフ)構造体は、通常、連
続繊維に樹脂を含浸してプリプレグを形成し次いでプリ
プレグを熱可塑性樹脂フィルムシートと交互にして複合
体を堆積することによって製造される。次いで、堆積し
た構造体は熱及び圧力を受け、かくしてマトリックス樹
脂が硬化され且つ各層が接合される。また、この特許に
は、熱可塑性樹脂にチョップト繊維、固体粒子、ウイス
カー等の如き補強材料を充填してなるインターリーフ層
も開示されている。
Another method for making a reinforced composite is:
Japanese Patent Application No. Sho 49-132, published on May 21, 1976
No. 669, it was the development of a laminated composite structure in which layers of fibers embedded in a matrix resin and layers of a thermoplastic resin were alternated. Recently, U.S. Pat. No. 4,604,319 discloses a laminated fiber-resin composite in which a thermoplastic resin layer is adhesively bonded and interposed between a plurality of fiber-reinforced matrix resin layers. Interleaf structures are usually manufactured by impregnating continuous fibers with resin to form a prepreg and then alternating the prepreg with a sheet of thermoplastic resin film to deposit the composite. The deposited structure is then subjected to heat and pressure, thus curing the matrix resin and bonding the layers together. This patent also discloses an interleaf layer formed by filling a thermoplastic resin with a reinforcing material such as chopped fibers, solid particles and whiskers.

【0008】向上した靭性を有する交互配置複合構造体
が開示されてきたけれども、ガラス転移温度の低下や高
温クリープの増加を含めて他の物性が幾つか犠牲になっ
ていた。かかる複合体に付随する更に他の困難として
は、多くのかかる複合体での剛性の損失、異なる樹脂よ
り形成された層間で起こる可能性がある接着破損、及び
貧弱な耐溶剤性による使用中の特性劣化を挙げることが
できる。加えて、熱可塑性樹脂を基材とするプリプレグ
は一般に粘着性が欠けており、このことは、複合体への
それらの二次加工を複雑にし且つ複雑な構造体の二次加
工に必要とされる熟練の度合いを増加する。結局、これ
は、スクラップ損失の増加やより複雑な品質制御操作の
必要性をもたらす可能性があり、しかして受け入れ可能
な信頼性レベルを得るには製造コストの増加が招かれ
る。
Although interleaved composite structures having improved toughness have been disclosed, some other physical properties have been sacrificed, including decreased glass transition temperature and increased high temperature creep. Yet another difficulty associated with such composites is the loss of stiffness in many such composites, possible adhesive failure between layers formed of different resins, and poor solvent resistance during use. Characteristic deterioration can be mentioned. In addition, thermoplastic-based prepregs generally lack tack, which complicates their fabrication into composites and is required for fabrication of complex structures. Increase the degree of skill. In the end, this can lead to increased scrap losses and the need for more complex quality control operations, leading to increased manufacturing costs to obtain acceptable reliability levels.

【0009】最近になって、かかるマトリックス樹脂を
基材とする複合体の強化に対して、相分離した架橋エポ
キシ樹脂マトリックス中に分散させたゴムから作った不
融性粒子を使用することが提案された( 米国特許第4,
783,506号を参照されたい) 。また、斯界では複
合体材料の強化に対して硬質粒状変性剤をマトリックス
樹脂中にに分散させることが開示されており、これは、
例えば、ヨーロッパ公開特許第274,899号及び同
第351,025号並びに米国特許第4,863,78
7号に記載されているので、必要ならばそれらを参照さ
れたい。
Recently, it has been proposed to use infusible particles made of rubber dispersed in a phase separated crosslinked epoxy resin matrix for the reinforcement of such matrix resin based composites. (US Patent No. 4,
783,506). It is also disclosed in the art to disperse hard particulate modifiers in a matrix resin for reinforcement of composite materials, which
For example, European Published Patents 274,899 and 351,025 and US Pat. No. 4,863,78.
No. 7, see them if necessary.

【0010】かくして、強化複合体の製造に現在利用可
能な組成物及び方法は更に改良が要求されている。向上
した耐衝撃性を有する複合体、特に、衝撃後に良好な圧
縮強度を有するものは斯界において有益な進歩になり、
そしてかかる強化複合体を製造するための信頼性のある
方法は早急に受け入れられ、かくしてこれらの目的に対
して現在利用可能な複雑で且つ費用のかかる製造方法に
取って代わることができるであろう。
Thus, the compositions and methods currently available for making reinforced composites require further improvement. Composites with improved impact resistance, especially those with good compressive strength after impact, represent a valuable advance in the art,
And a reliable method for producing such reinforced composites would be quickly accepted and could thus replace the complex and costly production methods currently available for these purposes. .

【0011】[0011]

【発明の概要】本発明は、連続繊維及びマトリックス樹
脂組成物を含む積層化複合構造体、より具体的に言え
ば、粒状変性剤で強化したマトリックス樹脂中に連続繊
維を埋封してなる複合構造体であって、本質上球状のス
ポンジ様構造を有する粒状変性剤( 多孔性ポリアミド粒
子とも記載される)を使用したことを特徴とする改良し
た積層化複合構造体、及び硬化前に積層化複合体の中間
層の間隔にあるマトリックス樹脂中に多孔性ポリアミド
粒子を組み込むことによって強化積層化複合体を製造す
るための方法を提供するものである。得られる複合構造
体は、靭性の著しく且つ予想外の向上を示す。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a laminated composite structure comprising continuous fibers and a matrix resin composition, and more specifically, a composite formed by embedding continuous fibers in a matrix resin reinforced with a particulate modifier. An improved laminated composite structure characterized by the use of a particulate modifier (also described as porous polyamide particles) having an essentially spherical sponge-like structure, and laminating prior to curing Provided is a method for making a reinforced laminated composite by incorporating porous polyamide particles in a matrix resin that is spaced between intermediate layers of the composite. The resulting composite structure exhibits a significant and unexpected improvement in toughness.

【0012】[0012]

【発明の具体的な説明】本発明の改良された複合構造体
は、連続繊維をマトリックス樹脂中に埋封して形成した
別々の層からなり、しかしてこの層は、本質上球状のス
ポンジ様構造を有する粒子の形態の微細に分割したポリ
アミド樹脂( 多孔性ポリアミド粒子とも記載される) を
充填したマトリックス樹脂からなる積層領域又は層によ
って分離され又は通常離隔されている。
Detailed Description of the Invention The improved composite structure of the present invention comprises separate layers formed by embedding continuous fibers in a matrix resin, which layers are essentially spherical sponge-like. They are separated or usually separated by a layered region or layers of matrix resin filled with finely divided polyamide resin (also referred to as porous polyamide particles) in the form of structured particles.

【0013】本発明の実施に従って強化複合体の製造に
有用なマトリックス樹脂は、繊維補強複合体業界におい
て一般に使用される樹脂組成物であり、そして熱硬化性
物質及び熱可塑性物質の両方を包含することができる。
しかしながら、たいていの用途に対して熱硬化性樹脂の
方が好ましく、そして本発明の実施において有用である
と記載される熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、シ
アネート樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアネート樹脂成
分とビスマレイミド樹脂成分との組合せからなるBT樹
脂及びかかる樹脂の混合物並びに広く使用される架橋性
ポリエステル樹脂の如き繊維補強複合体の製造に最も普
通に用いられるものが挙げられる。多くの熱硬化性樹脂
は一般には低い延性を有し従って極めて脆弱であり、そ
れ故にかかる樹脂を基材とする複合構造体はその教示に
従って強化したときに大きな利益を受ける。
Matrix resins useful in making reinforced composites in accordance with the practice of the present invention are resin compositions commonly used in the fiber reinforced composite industry and include both thermosets and thermoplastics. be able to.
However, thermosetting resins are preferred for most applications, and thermosetting resins described as useful in the practice of the present invention include epoxy resins, cyanate resins, bismaleimide resins, cyanate resin components. And the bismaleimide resin component in combination with BT resins and mixtures of such resins as well as those most commonly used in the production of fiber reinforced composites such as the widely used crosslinkable polyester resins. Many thermosetting resins generally have low ductility and are therefore extremely brittle, and therefore composite structures based on such resins will greatly benefit when reinforced according to that teaching.

【0014】かくして、好ましいマトリックス樹脂組成
物は熱硬化性樹脂を基材としており、そして特に好まし
いものは一般にはエポキシ樹脂及びジアミン硬化剤等の
如き適当な硬化剤を含む周知で広く使用されるエポキシ
樹脂組成物である。エポキシ樹脂組成物は、適当な硬化
促進剤及び熱硬化性複合体業界で通常使用されるような
追加的な成分を随意に含むことができる。
Thus, preferred matrix resin compositions are based on thermosetting resins, and particularly preferred are the well known and widely used epoxies which generally contain suitable curing agents such as epoxy resins and diamine curing agents. It is a resin composition. The epoxy resin composition may optionally include suitable cure accelerators and additional components such as are commonly used in the thermoset composite industry.

【0015】用いることができるエポキシ樹脂は一分子
当り複数のエポキシ基を有する硬化性エポキシ樹脂であ
る。かかる樹脂は複合体材料を製造するのに一般に使用
されており、そして多くのものが商業源から容易に入手
可能である。かかる樹脂の例は、アルコール、フェノー
ル、カルボン酸、芳香族アミン又はアミノフェノールの
如き多官能性化合物とエピクロルヒドリン、エポキシ化
ジエン又はポリエンとの反応生成物を含めたポリグリシ
ジル化合物である。更に他の例としては、ジエン変性フ
ェノール系ノボラックのジグリシジルエーテル、多官能
性シクロ脂肪族カルボン酸とエピクロロヒドリンとの反
応生成物、シクロ脂肪族エポキシド、シクロ脂肪族エポ
キシエーテル及びシクロ脂肪族エポキシエステルの如き
シクロ脂肪族エポキシド等が挙げられる。エポキシ樹脂
の混合物を用いることもできる。好ましいエポキシド
は、ビスフェノールAエポキシド、エポキシノボラッ
ク、シクロ脂肪族エポキシエーテル及びグリシジルアミ
ンを包含する。これらのエポキシ樹脂の様々なものが商
業源から例えばシャーウイン・ウイリアムズ・カンパニ
ーから「PGA−X」、ダウ・ケミカル・カンパニーか
ら「DEN431」及び「Tactix 56」、FICコー
ポレーションから「Glyamine 125」並びにチバ・ガ
イギー・コーポレーションから「RD87−160」及
び「MY−720」の如き商品名で入手可能である。
The epoxy resin which can be used is a curable epoxy resin having a plurality of epoxy groups per molecule. Such resins are commonly used to make composite materials, and many are readily available from commercial sources. Examples of such resins are polyglycidyl compounds including reaction products of polyfunctional compounds such as alcohols, phenols, carboxylic acids, aromatic amines or aminophenols with epichlorohydrin, epoxidized dienes or polyenes. Still other examples include diglycidyl ethers of diene-modified phenolic novolacs, reaction products of polyfunctional cycloaliphatic carboxylic acids with epichlorohydrin, cycloaliphatic epoxides, cycloaliphatic epoxy ethers and cycloaliphatic Examples thereof include cycloaliphatic epoxides such as epoxy ester. It is also possible to use mixtures of epoxy resins. Preferred epoxides include bisphenol A epoxides, epoxy novolacs, cycloaliphatic epoxy ethers and glycidyl amines. A variety of these epoxy resins are available from commercial sources such as "PGA-X" from Sherwin Williams Company, "DEN431" and "Tactix 56" from Dow Chemical Company, "Glyamine 125" from FIC Corporation and Ciba. Available from Geigy Corporation under trade names such as "RD87-160" and "MY-720".

【0016】用いることができるジアミン硬化剤として
は、エポキシ樹脂の製造に慣用される芳香族ジアミン、
例えば、4,4' −ジアミノジフェニルエーテル、4,
'−ジアミノジフェニルメタン、4,4' −ジアミノ
ジフェニルスルホン、3,3' −ジアミノジフェニルス
ルホン、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジア
ミン、4,4' −ビス( アミノジフェニル) プロパン、
4,4' −ジアミノジフェニルスルフィド、トリメチレ
ングリコールビス( p−アミノベンゾエート)等並びに
それらの様々な位置異性体が挙げられる。多核芳香族ジ
アミン硬化剤の変種例えば米国特許第4,579,88
5号、同第4,517,321号及び同第4,686,
250号に開示されるもの、並びにキシレンジアミン、
ビス( アミノメチル) シクロヘキサン、ジシアンジアミ
ド等も有用である。様々なジアミン硬化剤を単独で又は
組合せて用いることができる。
Diamine curing agents that can be used include aromatic diamines commonly used in the production of epoxy resins,
For example, 4,4 '- diaminodiphenyl ether, 4,
4 '- diaminodiphenylmethane, 4,4' - diaminodiphenyl sulfone, 3,3 '- diaminodiphenyl sulfone, p- phenylenediamine, m- phenylenediamine, 4,4' - bis (diamino diphenyl) propane,
4,4 '- diaminodiphenyl sulfide, trimethylene glycol bis (p- aminobenzoate), etc. and various positional isomers thereof. Variants of polynuclear aromatic diamine hardeners such as US Pat. No. 4,579,88
No. 5, No. 4,517, 321 and No. 4,686,
No. 250, as well as xylene diamine,
Bis (aminomethyl) cyclohexane, dicyandiamide and the like are also useful. Various diamine curing agents can be used alone or in combination.

【0017】好適なエポキシ樹脂組成物は、樹脂業界に
おいて周知で且つ広く用いられている方法及びプラクチ
スに従って製造することができる。一般には、マトリッ
クス樹脂組成物は、エポキシ樹脂100重量部当り2重
量部( pbw) よりも多いジアミン硬化剤を含む。選択さ
れる硬化剤の特定レベルは用いるジアミンの種類に左右
されるけれども、エポキシ樹脂100pbw 当り好ましく
は少なくとも3pbw 更に好ましくは約6〜約150pbw
のジアミン硬化剤が使用される。選択される各成分の量
は、個々の成分の分子量及び最終マトリックス樹脂系に
望まれる反応性アミン( N−H) 基対エポキシ基のモル
比に左右される。たいていのプリプレグ及び複合体用途
では、約0.3:1〜1.8:1好ましくは0.4:1
〜1.3:1の範囲内のN−H基対エポキシド基モル比
を提供するのに十分なジアミン硬化剤が使用される。
Suitable epoxy resin compositions can be prepared according to methods and practices well known and widely used in the resin industry. Generally, the matrix resin composition comprises more than 2 parts by weight (pbw) diamine curing agent per 100 parts by weight epoxy resin. The particular level of curing agent selected will depend on the type of diamine used, but is preferably at least 3 pbw per 100 pbw epoxy resin, more preferably from about 6 to about 150 pbw.
Diamine hardeners are used. The amount of each component selected depends on the molecular weight of the individual components and the desired molar ratio of reactive amine (N—H) groups to epoxy groups in the final matrix resin system. For most prepreg and composite applications, about 0.3: 1 to 1.8: 1, preferably 0.4: 1.
Sufficient diamine hardener is used to provide a molar ratio of NH groups to epoxide groups in the range of 1.3: 1.

【0018】組成物は、硬化樹脂組成物の延性及び耐衝
撃性を向上させることによって得られる複合体に向上し
た靭性を付与するために更に熱可塑性重合体を含むこと
ができる。硬化に先立って組成物中に溶解させると、熱
可塑性重合体は、未硬化樹脂の粘度及びフィルム強度を
向上させ、これによって含浸操作で使用するための樹脂
加工性を向上させることもでき、そしてプリプレグに対
して複合体の製造で利用するための良好な取扱特性を提
供することができる。斯界では、エポキシ樹脂と組み合
わせて使用するための様々な熱可塑性樹脂、例えば、ポ
リアリールスルホンやポリアリールエーテルスルホンの
如きポリアリールエーテル、ポリエーテルケトン、ポリ
フェニレンエーテル等、並びにポリアリーレート、ポリ
アミド、ポリアミド−イミド、ポリエーテルイミド、ポ
リカーボネート、フェノキシ樹脂等が知られている。熱
可塑性重合体を含める目的が粘度、加工性及び取扱特性
を向上させることである場合には、選択される熱可塑性
重合体は、未硬化エポキシ樹脂組成物中に必ず可溶性で
ある。使用する熱可塑性重合体の割合は、選択した熱可
塑性重合体及び意図する特定の最終用途に一部分左右さ
れる。しかしながら、たいていの目的では、組成物は、
ジアミン硬化剤及びエポキシ樹脂成分の総量100pbw
当り0〜30pbw の熱可塑性樹脂を含む。
The composition may further include a thermoplastic polymer to impart improved toughness to the resulting composite by improving the ductility and impact resistance of the cured resin composition. When dissolved in the composition prior to curing, the thermoplastic polymer can also improve the viscosity and film strength of the uncured resin, thereby improving resin processability for use in the impregnation operation, and Prepregs can be provided with good handling properties for use in the manufacture of composites. Various thermoplastics for use in combination with epoxy resins, such as polyaryl ethers such as polyaryl sulfones and polyaryl ether sulfones, polyether ketones, polyphenylene ethers, and the like, as well as polyarylates, polyamides, polyamides, are known in the art. -Imide, polyether imide, polycarbonate, phenoxy resin and the like are known. The thermoplastic polymer selected is always soluble in the uncured epoxy resin composition when the purpose of including the thermoplastic polymer is to improve viscosity, processability and handling properties. The proportion of thermoplastic polymer used will depend in part on the thermoplastic polymer selected and the particular end use intended. However, for most purposes the composition is
Total amount of diamine curing agent and epoxy resin component 100 pbw
It contains 0 to 30 pbw of thermoplastic resin.

【0019】エポキシ組成物は、硬化速度を向上させる
ための促進剤を追加的に含むことができる。促進剤は、
エポキシ樹脂配合業界において広く知られ且つ使用され
ているものの中から選択され、そして慣用量で使用する
ことができる。これらの目的に対して有効であることが
判明した促進剤としては、BF3 : モノエチルアミン、
BF3 :トリエタノールアミン、BF3 :ピペリジン及
びBF3 :2−メチルイミダゾールの如きルイス酸:ア
ミン錯体、イミダゾール、1−メチルイミダゾール、2
−メチルイミダゾール、N,N−ジメチルベンジルアミ
ン等の如きアミン、p−トルエンスルホン酸:イミダゾ
ール錯体等の如き第三アミンの酸塩、FC−520( 3
−Mカンパニーから得られる)の如きトリフルオルメタ
ンスルホン酸の塩、オルガノホスホニウムハライド、ジ
シアンジアミド、4,4' −メチレンビス( フェニレン
ジメチル尿素) 及び1,1−ジメチル−3−フェニル尿
素が挙げられる。かかる促進剤の混合物を用いることも
できる。ある最終用途では、染料、顔料、安定剤、チキ
ソトロープ剤等を含めるのが望ましい場合もあり、そし
てこれらの及び他の添加剤は複合体業界で一般に実施さ
れているレベルで必要に応じて含めることができる。硬
化時に、マトリックス樹脂組成物は、用いることができ
る任意の粒状添加剤、充填剤及び補強剤を除いて、実質
上単一の連続的な硬質相を形成する。
The epoxy composition may additionally contain accelerators to improve the cure rate. The accelerator is
It can be selected from among those widely known and used in the epoxy resin compounding industry and used in customary amounts. Promoters found to be effective for these purposes include BF 3 : monoethylamine,
BF 3 : triethanolamine, BF 3 : piperidine and Lewis acids such as BF 3 : 2-methylimidazole: amine complexes, imidazole, 1-methylimidazole, 2
Amines such as -methylimidazole, N, N-dimethylbenzylamine, etc., acid salts of tertiary amines such as p-toluenesulfonic acid: imidazole complexes, FC-520 (3
Salts of such trifluoromethanesulfonic acid obtained) from -M Company, organo phosphonium halide, dicyandiamide, 4,4 '- methylenebis (phenylene-methylurea) and 1,1 dimethyl-3-phenyl urea. It is also possible to use mixtures of such promoters. In some end uses it may be desirable to include dyes, pigments, stabilizers, thixotropic agents, etc., and these and other additives should be included as necessary at levels commonly practiced in the composite industry. You can Upon curing, the matrix resin composition forms a substantially single continuous hard phase except for any particulate additives, fillers and reinforcing agents that may be used.

【0020】硬化に先立って、マトリックス樹脂組成物
は、本発明の実施に従って強化複合体の製造に使用され
る連続繊維補強剤又は構造繊維及び粒状変性剤と組み合
わされる。好適な構造繊維は、100kpsiよりも大きい
引張強度及び200万psi よりも大きい引張弾性率を有
すると一般的に特徴づけることができる。これらの目的
に対して有用な繊維としては、炭素又はグラファイト繊
維、ガラス繊維及び炭化珪素、アルミナ、チタニア、硼
素等より形成した繊維並びに例えばポリオレフィン、ポ
リ( ベンゾチアゾール) 、ポリ( ベンゾイミダゾール)
、ポリアリーレート、ポリ( ベンゾオキサゾール) 、
芳香族ポリアミド、ポリアリールエーテル等の如き有機
重合体から形成した繊維が挙げられ、そしてかかる繊維
の2種以上からなる混合物を挙げることもできる。好ま
しくは、繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及びデュポン社
から商品名「Kevlar 」の下に販売される繊維の如き芳
香族ポリアミド繊維から選択される。繊維は、典型的に
は500〜420,000フィラメントの連続トウの形
態で、連続する未配向のテープとして又は織布として用
いることができる。
Prior to curing, the matrix resin composition is combined with continuous fiber reinforcement or structural fibers and particulate modifiers used in the manufacture of reinforced composites in accordance with the practice of this invention. Suitable structural fibers can generally be characterized as having a tensile strength greater than 100 kpsi and a tensile modulus greater than 2 million psi. Fibers useful for these purposes include carbon or graphite fibers, glass fibers and fibers formed of silicon carbide, alumina, titania, boron and the like, and also polyolefins, poly (benzothiazole), poly (benzimidazole), etc.
, Polyarylate, poly (benzoxazole),
Included are fibers formed from organic polymers such as aromatic polyamides, polyaryl ethers, and the like, and also mixtures of two or more of such fibers. Preferably, the fibers are selected from glass fibers, carbon fibers and aromatic polyamide fibers such as those sold under the trade name "Kevlar" by the DuPont company. The fibers are typically in the form of continuous tows of 500 to 420,000 filaments and can be used as continuous unoriented tape or as a woven fabric.

【0021】本発明の実施に使用されるポリアミド粒子
は、微細に分割されたポリアミド樹脂からなりそして本
質状球状のスポンジ様構造を有する。このポリアミド粒
子は、一般には1〜75ミクロン好ましくは約1〜約2
5ミクロン更に好ましくは約2〜約15ミクロンの平均
直径を有する。ポリアミド粒子は多孔性として即ち大き
い内部細孔容積を有するとして更に特徴づけることがで
き、そしてかかるポリアミド粒子より形成した粉末は通
常5m2 /g よりも大きい好ましくは約9m2/gよりも大き
く30m2/g又はそれ以上程の大きい比表面積を有する。
かかる粉末の比表面積は、通常のBET法に従って測定
される。本発明の実施にはフレーク、円柱ポリアミド粒
子又はフィブリッド様物質の如き他の物理的形態の多孔
性ポリアミド粒子も有用であることが理解されるであろ
うが、かかる形態のものは好ましくはない。細孔容積は
ポリアミド粒子の多孔度の尺度とみなすことができる
が、本発明の実施に有用なポリアミド粒子は、典型的に
は大きい細孔容積好ましくは約1.5cm3/g よりも大き
く3.5cm3/g 程又はそれ以上の大きい細孔容積を有す
る。
The polyamide particles used in the practice of this invention consist of finely divided polyamide resin and have an essentially spherical sponge-like structure. The polyamide particles are generally 1 to 75 microns, preferably about 1 to about 2
It has an average diameter of 5 microns, more preferably about 2 to about 15 microns. The polyamide particles can be further characterized as porous, ie having a large internal pore volume, and the powder formed from such polyamide particles is usually greater than 5 m 2 / g, preferably greater than about 9 m 2 / g and 30 m. It has a large specific surface area of 2 / g or more.
The specific surface area of such powder is measured according to a usual BET method. It will be appreciated that other physical forms of porous polyamide particles such as flakes, cylindrical polyamide particles or fibrid-like materials are also useful in the practice of the present invention, although such forms are not preferred. While pore volume can be considered a measure of the porosity of polyamide particles, polyamide particles useful in the practice of the present invention typically have large pore volumes, preferably greater than about 1.5 cm 3 / g. Pore volume as large as 0.5 cm 3 / g or more.

【0022】本発明の実施に有用な多孔性ポリアミド粒
子は、任意の孔質ポリアミドより形成することができ
る。選択されるポリアミドは、その最終粒子形態におい
て、積層体の二次加工や硬化の間に遭遇する圧力及び温
度下に溶融、圧縮又は扁平化されることに抵抗するのに
十分な耐熱性、硬度及び剛性を有する。加えて、ポリア
ミドは、粒子のユニークな表面特性を保存するためにゲ
ル化前にマトリックス樹脂組成物中に実質上不溶性であ
るように選択される。
The porous polyamide particles useful in the practice of the present invention can be formed from any porous polyamide. The polyamide selected, in its final particle form, has sufficient heat resistance and hardness to resist being melted, compressed or flattened under the pressures and temperatures encountered during fabrication and curing of the laminate. And has rigidity. In addition, the polyamide is selected to be substantially insoluble in the matrix resin composition prior to gelation to preserve the unique surface properties of the particles.

【0023】使用することができるポリアミド樹脂とし
ては、ポリカプロラクタム( ナイロン6) 、ポリヘキサ
メチレンジアミンセバカミド( ナイロン66) 、ポリウ
ンデカノアミド( ナイロン11) 、ポリドデカノアミド
( ナイロン12) 等の如き容易に入手可能なナイロン樹
脂のうちのどれかが挙げられる。かかる樹脂から所要の
多孔度を有する粒子を製造することは、従来技術に例え
ば米国特許第4,831,061号、同第2,359,
877号及び特開昭62−240325号に記載されて
いるので、必要ならばそれらを参照されたい。多孔性ナ
イロン6粒子、多孔性ナイロン11粒子及び多孔性ナイ
ロン12粒子を含めて本発明の実施に使用するのに好適
な様々な多孔性ポリアミド粒子及び多孔性ナイロン被覆
粒子例えば二酸化チタン粒子が入手可能である。
Polyamide resins that can be used include polycaprolactam (nylon 6), polyhexamethylenediamine sebacamide (nylon 66), polyundecanoamide (nylon 11), polydodecanoamide.
Any of the readily available nylon resins such as (nylon 12) and the like. Producing particles having the required porosity from such resins has been described in the prior art, for example in US Pat. Nos. 4,831,061 and 2,359,
No. 877 and JP-A No. 62-240325, refer to them if necessary. Various porous polyamide particles and porous nylon coated particles suitable for use in the practice of the present invention are available, including porous nylon 6 particles, porous nylon 11 particles and porous nylon 12 particles. Is.

【0024】複合体の二次加工に使用される粒状変性剤
は、複合体の強化に使用するために斯界において知られ
た種々の粒状変性剤のすべてを含めて、本発明の多孔性
ポリアミド粒子のみからなってよく、又はかかる粒子と
例えば架橋ゴムから若しくはポリスチレン、ポリフェニ
レンエーテル、ポリスルホン等の如き硬質樹脂から形成
した非孔性粒子との混合物であってもよい。
The particulate modifiers used to fabricate the composite include the porous polyamide particles of the present invention, including all of the various particulate modifiers known in the art for use in reinforcing composites. It may consist solely of, or may be a mixture of such particles with, for example, non-porous particles formed from cross-linked rubber or from hard resins such as polystyrene, polyphenylene ether, polysulfone and the like.

【0025】本発明の強化複合構造体は連続繊維をマト
リックス樹脂中に埋封して形成した個々の層からなり、
しかしてこれらの層は分離され又は通常隔離されてお
り、そして層表面は多孔性ポリアミド粒子を充填したマ
トリックス樹脂からなる層領域又は間隔層を形成してい
る。粒子は各層を分離する働きをし、かくして間隔層の
厚さは粒子寸法に直接関係する。
The reinforced composite structure of the present invention comprises individual layers formed by embedding continuous fibers in a matrix resin,
The layers are then separated or usually separated, and the layer surfaces form layer regions or spacing layers of matrix resin filled with porous polyamide particles. The particles serve to separate the layers and thus the thickness of the spacing layer is directly related to particle size.

【0026】本明細書において用いる用語「粒度」は、
相分離を決定する粒子の寸法を意味し、しかして小さい
不規則的な又は実質上球状の粒子では粒子の直径であ
る。たいていの場合に寸法全体が均一な粒子を得るのは
実用的ではないので、粒状変性剤は、通常、様々な粒度
を包含する粒子の混合物からなる。粒度は、“Coulte
r”ウンター若しくは“Multisizer ”装置の使用によ
るか又は“Granulometer”装置によるが如く標準方法
の変形法のどれかによって測定することができる。本発
明の実施に従って複合体を強化するのに有用で且つ有効
な粒子変性剤は、粒子の大半が1〜約75ミクロンの範
囲内にある平均直径を有するものである。本発明の目的
に対して好適な粉末粒状物質の混合物は、篩わけ分類等
の如き周知の方法を使用して粒子混合物を分類すること
によって得ることができる。
As used herein, the term "particle size" refers to
It refers to the size of the particles that determines phase separation, and for small irregular or substantially spherical particles is the particle diameter. Since it is not practical in most cases to obtain particles that are uniform in overall size, the particulate modifier usually consists of a mixture of particles encompassing different particle sizes. The particle size is "Coulte
r "unter or" Multisizer "equipment or by any of the variations of standard methods such as by" Granulometer "equipment. Useful for strengthening composites in accordance with practice of the invention and Effective particle modifiers are those in which the majority of the particles have an average diameter in the range of 1 to about 75 microns. Suitable mixtures of powdered particulate materials for the purposes of the present invention include those of the sieve classification. It can be obtained by classifying the particle mixture using known methods such as.

【0027】様々な粒度のものからなる粒状混合物の使
用は、他の有害な影響を及ぼす場合があり、従ってそれ
ほど好ましくはない。粒子の混合物をマトリックス樹脂
中に均一に分散させることは極めて大きい粒子の存在に
よって困難にされる場合があり、従って充填樹脂の被覆
特性は一定しなくなる。プリプレグの片面又は両面に付
着した未硬化充填マトリックス樹脂のフィルム中に広く
分散した少数の極めて大きい( >50ミクロン) 粒子の
存在は、その外面に有意のピーク又は高い斑点を形成す
る傾向がある。かかる高い斑点の存在は見かけ表面荒さ
に影響を及ぼし、かくして堆積操作において層と層との
間での完全且つ有効な接触を妨げることによってプリプ
レグの表面粘着性が減少される。粘着性の低下は粒度分
布の広いものからなる粒子混合物の場合に特に顕著であ
り、従って狭く分布した粒子混合物の方が好ましい。
The use of granular mixtures of varying particle size can have other deleterious effects and is therefore less preferred. Uniform distribution of a mixture of particles in a matrix resin can be made difficult by the presence of very large particles and thus the coating properties of the filling resin are not constant. The presence of a small number of very large (> 50 micron) particles widely dispersed in a film of uncured filled matrix resin attached to one or both sides of the prepreg tends to form significant peaks or high specks on its outer surface. The presence of such high specks affects the apparent surface roughness, thus reducing the surface tack of the prepreg by preventing complete and effective contact between layers in the deposition operation. The decrease in tackiness is particularly noticeable in the case of a particle mixture having a wide particle size distribution, and thus a narrowly distributed particle mixture is preferred.

【0028】本発明の強化複合体の製造に用いられる各
成分の割合は、意図する最終用途並びに選択した特定の
樹脂、繊維及び樹脂粒子に一部分左右される。全体的に
見て、複合体は約20〜約80重量%の連続繊維と残部
のマトリックス樹脂及び粒子とからなり、そしてその粒
子は粒子とマトリックス樹脂組成物との総重量を基にし
て1〜約25重量%に相当する。複合体の強化に必要と
される樹脂粒子のレベルは上記の範囲内であるけれど
も、最適レベルは、マトリックス樹脂の種類、繊維の充
填量、粒子の種類及び同様の因子に応じて必然的に変動
し、それ故に用いる特定の繊維及び樹脂系について決定
されなければならない。一般には、複合体の靭性に所望
の向上を付与する粒子の最低レベルを用いるのが望まし
い。最適レベルよりも多くを用いることができるけれど
も、それによる靭性の向上はさほどでなく、高温/湿潤
強度の如き他の物理的特性が有害な影響を受ける可能性
がある。粒子の極めて高い画分が中間層の間隔に配置さ
れてなる複合体は、粒子の最低レベルにおいて靭性の向
上を提供するのに最も有効であると思われる。
The proportion of each component used to make the reinforced composites of this invention will depend in part on the intended end use and the particular resin, fiber and resin particles selected. Overall, the composite consists of about 20 to about 80% by weight of continuous fibers and the balance matrix resin and particles, and the particles are 1-based on the total weight of the particles and matrix resin composition. This corresponds to about 25% by weight. Although the level of resin particles required to strengthen the composite is within the above range, the optimum level will necessarily vary depending on the matrix resin type, fiber loading, particle type and similar factors. However, it must be determined accordingly for the particular fiber and resin system used. In general, it is desirable to use the lowest level of particles that will provide the desired improvement in composite toughness. Although more than optimum levels can be used, the resulting toughness enhancement is modest and other physical properties such as high temperature / wet strength can be detrimentally affected. Composites in which a very high fraction of particles are spaced in the interlayers appear to be most effective in providing toughness enhancement at the lowest levels of particles.

【0029】積層複合体の製造のために通常使用されて
いる方法は、本発明の複合体を二次加工するのに容易に
適応させることができる。一般的には、かかる複合体
は、連続繊維の均一に配置された平行繊維からなる含浸
テープから、又は連続繊維トウから織成した樹脂含浸織
布から形成される。プリプレグと称されるこれらの含浸
繊維構造体は、溶融被覆、カレンダ加工、樹脂溶液又は
溶融樹脂による浸漬含浸、マトリックス樹脂のフィルム
へのテープ又は織布の溶融圧着等を包含する任意の都合
の良い方法を使用してテープ又は織布にマトリックス樹
脂組成物を未硬化状態で含浸させることによって製造す
ることができる。
The methods commonly used for making laminated composites can be readily adapted to fabricate the composites of this invention. Generally, such composites are formed from impregnated tapes of uniformly arranged parallel fibers of continuous fibers or resin impregnated woven fabrics woven from continuous fiber tows. These impregnated fibrous structures, referred to as prepregs, can be of any convenient type, including melt coating, calendering, dip impregnation with resin solutions or molten resins, melt compression bonding of tapes or fabrics to films of matrix resin, etc. It can be prepared by impregnating a tape or woven fabric with a matrix resin composition in the uncured state using the method.

【0030】次いで、複合体は、プリプレグのシート又
はテープを堆積して堆積物を形成しそしてその堆積物を
通常熱で加圧下に硬化させることによって形成される。
プリプレグの各層( 各々は連続繊維及びマトリックス樹
脂を未硬化形態で含む) は、硬化時に付着して単一構造
体( これは、本質上連続し且つ実質上均一のマトリック
ス樹脂相中に埋込まれた連続繊維の別々の層を有する)
を形成する隣接面を有する。
The composite is then formed by depositing a sheet or tape of prepreg to form a deposit and curing the deposit under pressure, usually with heat.
Each layer of prepreg (each containing continuous fibers and matrix resin in uncured form) adheres upon cure to a single structure (which is embedded in an essentially continuous and substantially uniform matrix resin phase). Have separate layers of continuous fibers)
Has an adjoining surface.

【0031】本発明の強化複合体を形成するに当って
は、プリプレグ層の各々の間に多孔性ポリアミド粒子を
均一に分布させることが必要である。この目的に対して
様々な方法を用いることができ、そしてプリプレグの表
面における粒子の配置は堆積操作前に若しくはその間に
別個の工程として実施することができ、又はテープ若し
くは織布の含浸工程に一体化することもできる。前者は
二段法と称され、これに対して後者は一段法と称され
る。
In forming the reinforced composite of the present invention, it is necessary to evenly distribute the porous polyamide particles between each of the prepreg layers. Various methods can be used for this purpose, and the placement of the particles on the surface of the prepreg can be carried out as a separate step before or during the deposition operation, or integrated into the tape or woven fabric impregnation step. It can also be converted. The former is called the two-step method, while the latter is called the one-step method.

【0032】二段法を実施するための方法は、堆積操作
間に各プリプレグテープ又はシートの表面上に散布、噴
霧、拡散又は同様の操作によって粒子を物理的に分布さ
せ、粒子を液状マトリックス樹脂組成物中に均一に分散
させてその混合物をプリプレグの表面上に被覆し、そし
て粒子充填マトリックス樹脂組成物のフィルムを形成し
そのフィルムを堆積操作等でプリプレグの層間に差し込
むことを包含する。被覆又は間挿工程に基づく二段法は
追加的なマトリックス樹脂を提供し、かくして粒子によ
って形成される層と層との間の層領域を満たすのに適切
なマトリックス樹脂が利用可能になるのを保証する。
The method for carrying out the two-step method is to physically distribute the particles on the surface of each prepreg tape or sheet during the deposition operation by spraying, spraying, diffusing or similar operations, and then distributing the particles in a liquid matrix resin. Coating the mixture on the surface of the prepreg with uniform dispersion in the composition, and forming a film of the particle-filled matrix resin composition and inserting the film between layers of the prepreg, such as by a deposition operation. The two-step method, which is based on a coating or intercalation process, provides additional matrix resin, thus ensuring that a suitable matrix resin is available to fill the layer area between the layers formed by the particles. Guarantee.

【0033】もう一つの一段法では、粒子は、粒子をマ
トリックス樹脂中に分散させ次いで含浸工程を実施する
ことによって含浸工程間にプリプレグの表面上に配置さ
せることができる。この方法では、例えば、充填樹脂の
フィルムをテープ若しくは織布の表面上に配置すること
によって又は充填樹脂をその表面上に直接被覆すること
によって充填樹脂の表面層を有する繊維構造体を形成す
ることができる。次いで、繊維−樹脂構造体を溶融圧着
又はアイロン掛け操作で加熱することによって連続線維
がマトリックス樹脂中に埋封される。マトリックス樹脂
は溶融状態になりそして一部分が繊維構造体中に流入
し、かくしてその後にテープ又は織布の表面には大き過
ぎて繊維構造体の隙間に入ることができないような粒子
で充填されたマトリックス樹脂が残される。この一段法
は、繊維構造体が、繊維間の開口よりも大きいような粒
子を表面上に保持しながらマトリックス樹脂を通すろ材
として働くようなろ過操作と見なすことができる。
In another one-step method, the particles can be placed on the surface of the prepreg during the impregnation step by dispersing the particles in a matrix resin and then performing the impregnation step. In this method, a fibrous structure having a surface layer of filled resin is formed, for example, by placing a film of filled resin on the surface of a tape or woven fabric or by coating the filled resin directly on the surface. You can The continuous fibers are then embedded in the matrix resin by heating the fiber-resin structure with a melt crimp or ironing operation. The matrix resin is in a molten state and partly flows into the fibrous structure, thus a matrix filled with particles such that the tape or woven surface is too large to subsequently enter the interstices of the fibrous structure. The resin is left behind. This one-step method can be regarded as a filtration operation in which the fibrous structure acts as a filter medium through which the matrix resin is passed while retaining on the surface particles which are larger than the openings between the fibers.

【0034】先に記載したように、粒子の導入に必要と
される適用法以外の強化複合構造体の製造に使用される
堆積工程及び硬化工程は慣用のものである。これらのプ
ロセス工程では通常の処理装置の変形型のもののどれを
使用しても実施することができ、そして複合体業界で通
常使用されるような慣用プロセス工程、適用法及び変形
法が使用される。
As mentioned above, the deposition and curing steps used in the manufacture of reinforced composite structures other than the application method required for the incorporation of particles are conventional. These process steps can be carried out using any of the variations of conventional processing equipment, and conventional process steps, applications and variations as used normally in the composite industry are used. .

【0035】本発明は次の実施例を考慮することによっ
て更に良く理解されるだろうが、これらの実施例は本発
明の一例として提供されるものである。実施例におい
て、特に記していなければすべての部数は重量比であり
そしてすべての温度は℃で与えられている。
The invention will be better understood by considering the following examples, which are provided as an example of the invention. In the examples, all parts are by weight and all temperatures are given in ° C., unless stated otherwise.

【0036】[0036]

【実施例】実施例では、次の物質及び組成物が使用され
ている。エポキシ−1 : 約40モル%のN,N,N' ,N'
テトラグリシジルビス(4−アミノ−3−エチルフェニ
ル) メタン、約47モル%の( 4−ジグリシジルアミノ
−3−エチルフェニル)-( 4−ジグリシジルアミノフェ
ニル) メタン及び約12モル%のN,N,N' ,N'
テトラグリシジルビス( 4−アミノフェニル) メタンを
含むエポキシ樹脂混合物。チバ・ガイギー社から商品名
「RD87−160」として得られる。Tactix 556 : 多環式架橋ヒドロキシ置換ポリ芳香
族化合物のポリグリシジルオリゴマーの混合物。ダウ・
ケミカル・カンパニーから商品名「Tactix 556」と
して得られる。MY 9612 : N,N,N' ,N' −テトラグリシ
ジル−4,4' −メタンジアミン。チバ・ガイギー社か
ら商品名「MY 9612」として得られるエポキシ樹
脂。MY 0510 : O,N,N−トリグリシジル−p−
アミノフェノール。チバ・ガイギー社から商品名「MY
0510」として得られるエポキシ樹脂。3,3' −DDS :3,3' −ジアミノジフェニルスル
ホン。チバ・ガイギー社から商品名「HT−9719」
として得られる芳香族ジアミン硬化剤。4,4' −DDS :4,4' −ジアミノジフェニルスル
ホン。チバ・ガイギー社から商品名「HT−9664」
として得られる芳香族ジアミン硬化剤。Omicure 94 : オミクロン・ケミカルズから得られ
る硬化促進剤であるN,N−ジメチル−N' −フェニル
尿素。PEI : ゼネラル・エレクトリック・カンパニーから
商品名「Ultem 1000」として得られるポリエーテルイ
ミド熱可塑性樹脂。PES : ICI社から商品名「Vitrex 200」とし
て得られるポリエーテルスルホン。ERR4205 : ユニオン・カーバイド・コーポレー
ションから得られるビス( 2,3−エポキシシクロフェ
ニル) エーテル。SED−m : マリンクロット・ケミカル・カンパニー
からの4,4' −ビス(3−アミノフェノキシ) ジフェ
ニルスルホン。BAPP : マリンクロット・ケミカル・カンパニーか
らの2,2' −ビス( 4−(4’−アミノフェノキシ)
フェニル) プロパン。BF3 TEA : インゲルハード・インダストリーズか
らの三弗化ホウ素−トリエタノールアミン錯体。
EXAMPLES In the examples the following materials and compositions were used: Epoxy -1: about 40 mol% of N, N, N ', N ' -
Tetraglycidyl bis (4-amino-3-ethylphenyl) methane, about 47 mol% (4-diglycidylamino-3-ethylphenyl)-(4-diglycidylaminophenyl) methane and about 12 mol% N, N, N ', N' -
An epoxy resin mixture containing tetraglycidyl bis (4-aminophenyl) methane. Obtained from Ciba Geigy under the trade name "RD87-160". Tactix 556 : A mixture of polyglycidyl oligomers of polycyclic bridged hydroxy-substituted polyaromatic compounds. Dow·
It is obtained from the chemical company under the product name "Tactix 556". MY 9612: N, N, N ', N' - tetraglycidyl-4,4 '- methane diamine. Epoxy resin obtained from Ciba Geigy under the trade name "MY 9612". MY 0510 : O, N, N-triglycidyl-p-
Aminophenol. Product name "MY from Ciba Geigy"
Epoxy resin obtained as "0510". 3,3 '-DDS: 3,3' - diaminodiphenyl sulfone. Product name "HT-9719" from Ciba Geigy
As an aromatic diamine curing agent. 4,4 '-DDS: 4,4' - diaminodiphenyl sulfone. Product name "HT-9664" from Ciba Geigy
As an aromatic diamine curing agent. Omicure 94: as a curing accelerator obtained from Omicron Chemicals N, N-dimethyl -N '- phenyl urea. PEI : A polyetherimide thermoplastic resin obtained under the trade name "Ultem 1000" from General Electric Company. PES : Polyethersulfone obtained from ICI under the trade name "Vitrex 200". ERR4205 : Bis (2,3-epoxycyclophenyl) ether obtained from Union Carbide Corporation. SED-m: from Mallinckrodt Chemical Co. 4,4 '- bis (3-aminophenoxy) diphenyl sulfone. BAPP: 2, 2 from Mallinckrodt Chemical Company '- bis (4- (4'-aminophenoxy)
Phenyl) propane. BF 3 TEA : Boron trifluoride-triethanolamine complex from Ingelhard Industries.

【0037】粒子 多孔性ナイロン : 10ミクロンの平均粒度、18.2
m2/gのBET表面積及び3.53cm3/g の細孔容積の多
孔性ナイロン12粒子。非孔性ナイロン : 8ミクロンの平均粒度、1.7m2/g
のBET表面積及び1.10cm3/g の細孔容積の多孔性
ナイロン12粒子。
Particle Porous Nylon : 10 micron average particle size, 18.2
Porous nylon 12 particles with a BET surface area of m 2 / g and a pore volume of 3.53 cm 3 / g. Non-Porous Nylon : 8 micron average particle size, 1.7 m 2 / g
Porous Nylon 12 particles having a BET surface area of 1.10 and a pore volume of 1.10 cm 3 / g.

【0038】繊維 炭素繊維 : アモコ・パホーマンス・プロダクツ・イン
コーポレッドからの商品名「Thornel R40」等級炭
素繊維。この繊維は、典型的には、トウ当り12,00
0のフィラメント数、0.44g/m の降伏値、810kp
siの引張強度、42mpsiの引張弾性率及び1.81g/cc
の密度を有する。 各実施例では、繊維から形成したリボンを用いて140
〜150g/m2の繊維面重量を有するプリプレグを調製し
た。
Fiber Carbon Fiber : Tradename "Thornel R40" grade carbon fiber from Amoco Performance Products Incorporated. This fiber is typically 12,000 per tow
0 filament number, 0.44g / m yield value, 810kp
si tensile strength, 42 mpsi tensile modulus and 1.81 g / cc
Has a density of. Each example uses a ribbon formed from fibers to
A prepreg having a fiber face weight of ˜150 g / m 2 was prepared.

【0039】試験手順 粒度は粒度計によって測定されそして平均粒度として与
えられており、これに対してBET表面積はクリプトン
BET法によって測定され、そして細孔容積は水銀圧入
法によって測定された。
Test Procedure Particle size was measured by a granulometer and given as mean particle size, whereas BET surface area was measured by the krypton BET method and pore volume was measured by the mercury porosimetry method.

【0040】衝撃後圧縮試験 (CAI) :衝撃後圧縮試
験又はCAIと称されるこの方法は、一般に斯界におい
て標準試験法と見なされている。試験片は、32プライ
繊維補強複合体シートから切り取った6×4in寸法のパ
ネルである。ガードナー衝撃試験機において直径5/in
の圧子を用いて0.177in厚のパネルの中央に155
in-ib/inの衝撃を施すことによってパネルに先ず衝撃を
与える。次いで、その衝撃を与えたパネルをジグに取り
付け、そしてパネルの長手方向の縁を立てて残留圧縮強
度について試験する。試験の詳細については、“NAS
A ContractorReport 159293 " (NASA
1980、8月) に更に記載されている。
Post-Impact Compression Test (CAI) : This method, called Post-Impact Compression Test or CAI, is generally considered in the art as a standard test method. The test specimens are 6x4 in size panels cut from a 32 ply fiber reinforced composite sheet. Diameter 5 / in in Gardner Impact Tester
155 in the center of the 0.177 inch thick panel using the indenter
The panel is first impacted by applying an in-ib / in impact. The shocked panel is then attached to a jig and the longitudinal edges of the panel are raised and tested for residual compressive strength. For more information on the test, see "NAS
A Contractor Report 159293 "(NASA
1980, August).

【0041】次の実施例の方法は、本発明の実施に有用
な樹脂組成物、プリプレグ及び複合体を調製するのに用
いることができる代表的なものである。これらの方法
は、一般には、熱硬化性樹脂組成物及び複合体の製造に
通常用いられる方法として当業者によって認められてい
る。
The methods of the following examples are representative of those that can be used to prepare resin compositions, prepregs and composites useful in the practice of this invention. These methods are generally recognized by those skilled in the art as the methods commonly used to produce thermosetting resin compositions and composites.

【0042】例1 70.5重量部 (pbw)のMY9612エポキシ樹脂をフ
ラスコにおいて撹拌しながら110℃に加熱し次いで2
9.5pbw の4,4' −DDSジアミン硬化剤を加えそ
して110℃で20分間混合することによってエポキシ
樹脂組成物を調製した。この混合物を103℃に冷却
し、そして15gの多孔性ナイロン粒子を激しい撹拌下
に加えた。合計20分の撹拌後に、反応容器から樹脂を
排出させそしてそれを冷却した。組成物の第二の調製を
実施したが、しかし粒子を省いた。次いで、ここに記載
の方法に実質上従って二段法によって粒状変性剤を片面
に分散させてプリプレグを調製した。このプリプレグ
は、149g/m2の繊維面重量及び38重量%の樹脂含量
を有していた。次いで、[+45/ 90/ −45/ 0]
4sの層配置を使用して12inのプリプレグテープを堆積
して15×15inの積層体にし、次いでオートクレーブ
において90psi の圧力下に355℃で2時間硬化させ
た。得られた複合体パネルを冷却後に、CAI評価のた
めの試験片として用いた。データを表1に要約する。
Example 1 70.5 parts by weight (pbw) of MY9612 epoxy resin was heated to 110 ° C. in a flask with stirring and then 2
An epoxy resin composition was prepared by adding the 4,4 '-DDS diamine curing agent 9.5pbw and mixed at 110 ° C. 20 min. The mixture was cooled to 103 ° C. and 15 g of porous nylon particles were added under vigorous stirring. After stirring for a total of 20 minutes, the resin was drained from the reaction vessel and it was cooled. A second preparation of the composition was carried out, but omitting the particles. The prepreg was then prepared by dispersing the particulate modifier on one side in a two-step process substantially according to the method described herein. The prepreg had a fiber face weight of 149 g / m 2 and a resin content of 38% by weight. Then, [+ 45/90 / -45 / 0]
12 in prepreg tape was deposited into a 15 x 15 in laminate using a 4 s layer arrangement and then cured in an autoclave under 90 psi pressure at 355 ° C for 2 hours. The obtained composite panel was used as a test piece for CAI evaluation after cooling. The data are summarized in Table 1.

【0043】対照例A 実質上例1の方法によってエポキシ樹脂組成物を調製し
たが、しかし変性剤として非孔性ナイロン粒子を代用し
た。更に追加的な評価のために、実質上例1に記載の如
くして熱硬化性エポキシ組成物を用いて複合体を調製し
た。この複合体の組成及び特性データを表1に要約す
る。
Comparative Example A An epoxy resin composition was prepared substantially by the method of Example 1, but substituting non-porous nylon particles as the modifier. For further evaluation, composites were prepared using the thermosetting epoxy composition substantially as described in Example 1. The composition and characterization data for this complex are summarized in Table 1.

【0044】例2 37.5pbw の塩化メチレン中に25.4pbw のMY05
10エポキシ及び37.3pbwのMY9612エポキシを溶解
させた溶液を45℃に加熱することによってエポキシ樹
脂組成物を調製した。15pbw のポリスルホンを加えな
がら混合物を撹拌しそして塩化メチレンを蒸留した。撹
拌した混合物を更に加熱して塩化メチレンを除去し、最
終的には28inの減圧及び110℃の温度にし、そして
この温度を1時間保持した。次いで、21.5pbw の
3,3' −DDSを5分間にわたって加え、次いで混合
物を28inの減圧下に100℃で1時間撹拌して残留溶
剤を除去した。温度を90℃に下げ、0.2pbw のOmi
cure94を加え、撹拌を5分間続けそして樹脂を排出さ
せた。この樹脂をベース樹脂として使用しそして例2に
記載の方法に実質上従って二段法によって多孔性ナイロ
ン粒子を使用してプリプレグ及び複合体を調製した。樹
脂及び粒子をシグマブレードミキサーにおいて約50℃
で一緒にし、そして50〜75℃で約2時間混合して粒
子の分散を完全にした。最終プリプレグテープは、14
5g/m2の繊維面重量及び37.3重量%の樹脂含量を有
していた。複合体試験片を例1における如くして調製し
た。複合体の組成及び特性データを表1に要約する。
Example 2 25.4 pbw of MY05 in 37.5 pbw of methylene chloride.
An epoxy resin composition was prepared by heating a solution of 10 epoxy and 37.3 pbw of MY9612 epoxy dissolved therein to 45 ° C. The mixture was stirred while adding 15 pbw polysulfone and the methylene chloride was distilled. The stirred mixture was further heated to remove methylene chloride, finally at 28 in vacuum and a temperature of 110 ° C. and held at this temperature for 1 hour. Then added 3,3 '-DDS of 21.5pbw for 5 minutes, then the mixture was removed 1 hour stirring to residual solvent at 100 ° C. under a reduced pressure of 28in. The temperature is lowered to 90 ℃ and 0.2 pbw of Omi
Cure 94 was added, stirring continued for 5 minutes and the resin allowed to drain. Prepregs and composites were prepared using the resin as a base resin and using porous nylon particles in a two-step process substantially according to the method described in Example 2. Resin and particles in a sigma blade mixer at about 50 ° C
And mixed at 50-75 ° C. for about 2 hours to ensure complete dispersion of the particles. The final prepreg tape is 14
It had a fiber face weight of 5 g / m 2 and a resin content of 37.3% by weight. Composite specimens were prepared as in Example 1. The composition and characterization data of the complex are summarized in Table 1.

【0045】対照例B 例2の樹脂を実質上同じ方法に従って非孔性ナイロン粒
子と一緒にしそしてこれを用いて比較試験のための複合
体を作った。最終プリプレグテープは、145g/m2の繊
維面重量及び37重量%の最終樹脂含量を有していた。
Control Example B The resin of Example 2 was combined with non-porous nylon particles according to substantially the same method and used to make composites for comparative testing. The final prepreg tape had a fiber face weight of 145 g / m 2 and a final resin content of 37% by weight.

【0046】例3 42.0pbw のERR−4205エポキシ樹脂を樹脂ケ
トルに入れ、そして撹拌下に130℃に加熱してから
8.0pbw のPEIを加えた。均質な溶液が得られるま
で加熱を30分間続け、次いで34.8pbw のSED−
mを加え、そして混合物を105℃に冷却して保った。
混合物が再び均質になったときに、14.3pbw のBA
PPを加え、加熱を105℃で10分間続けてから、混
合物を80℃に冷却し、0.9pbw のBF3 TEAを加
え、更に10分間混合し次いで排出させた。2,131
pbw の冷凍樹脂をシグマブレードミキサーに入れ、樹脂
を温度が35℃に達するまで約15分間混合し次いで2
91pbw の多孔性ナイロン粒子を加えることによって樹
脂の一部分からインターリーフ組成物を調製した。混合
物は45℃の温度に達し、この間に混合を約15分間続
けて粒子を分散させた。二段法によって充填樹脂及び非
充填樹脂からプリプレグを調製し、次いでここに実質上
記載の如くして複合体試験片にした。
Example 3 42.0 pbw of ERR-4205 epoxy resin was placed in a resin kettle and heated to 130 ° C. with stirring before adding 8.0 pbw of PEI. Heating was continued for 30 minutes until a homogeneous solution was obtained, then 34.8 pbw SED-
m was added and the mixture was kept cooled to 105 ° C.
When the mixture became homogeneous again, 14.3 pbw BA
PP was added and heating was continued at 105 ° C for 10 minutes, then the mixture was cooled to 80 ° C, 0.9 pbw BF 3 TEA was added, mixed for another 10 minutes and then discharged. 2,131
Place pbw of frozen resin in a sigma blade mixer, mix the resin for about 15 minutes until the temperature reaches 35 ° C, then 2
An interleaf composition was prepared from a portion of the resin by adding 91 pbw of porous nylon particles. The mixture reached a temperature of 45 ° C., during which mixing was continued for about 15 minutes to disperse the particles. Prepregs were prepared from filled and unfilled resin by a two-step method and then made into composite specimens substantially as described herein.

【0047】対照例C 実質上例3の方法によってそして同じベース樹脂組成物
を使用して、非孔性ナイロン粒子を含むエポキシ樹脂組
成物を調製した。二段法によって充填樹脂及び非充填樹
脂からプリプレグを調製し、次いでここに実質上記載の
如くして複合体試験片にした。また、本発明に従った複
合体の他の例も調製した。
Comparative Example C An epoxy resin composition containing non-porous nylon particles was prepared substantially by the method of Example 3 and using the same base resin composition. Prepregs were prepared from filled and unfilled resin by a two-step method and then made into composite specimens substantially as described herein. Other examples of composites according to the invention were also prepared.

【0048】例4 800gのTactix 556エポキシ樹脂と800gの
ポキシ−1エポキシ樹脂との混合物を5リットルの樹脂
フラスコに入れ、そして110℃に加熱した。165g
のPEI熱可塑性樹脂を3,000gの塩化メチレン中
に溶解させた溶液を撹拌下に1.5時間にわたって加
え、次いで溶剤を除去した。混合物を110℃及び減圧
で45分間加熱撹拌することによってガス抜きして残留
溶剤を除去してから、590gの3,3' −DDSを加
えそして25分間撹拌してジアミンを分散させた。次い
で、樹脂を排出させそしてそれを冷却した。
[0048] d of Example 4 800g of Tactix 556 epoxy resin and 800g
The mixture with poxy-1 epoxy resin was placed in a 5 liter resin flask and heated to 110 ° C. 165g
A solution of PEI thermoplastic resin in 3,000 g of methylene chloride in was added with stirring over 1.5 hours and then the solvent was removed. The mixture after removal of the residual solvent was degassed by heating for 45 minutes at 110 ° C. and vacuum, added 3,3 '-DDS of 590g and the diamine was dispersed and stirred for 25 minutes. The resin was then drained and it was cooled.

【0049】樹脂の試料86pbw をシグマブレードミキ
サーに入れ、そして放置して室温まで温めた。14pbw
の多孔性ナイロン粒子を加えそして混合物を約60分間
剪断して粒子を均一に分散させると、約70℃の樹脂温
度になった。充填樹脂のフィルムを33g/m2の被覆重量
として形成し、そしてプリプレグ成形機を使用して、例
1の操作に実質上従って炭素繊維及び非充填樹脂から製
造した77重量%の繊維含量及び145g/m2の繊維面重
量を有する別個に製造したプリプレグテープと結合させ
た。最終プリプレグテープは、37重量%の繊維含量及
び145g/m2の繊維面重量を有し、そしてナイロン12
粒子は片面の樹脂被覆中に分散されていた。0.197
inのパネル厚を有する試験パネルを提供するために、実
質上例1の操作によって複合体を調製した。複合体の特
性データを表1に要約する。
A sample of 86 pbw of resin was placed in a sigma blade mixer and allowed to warm to room temperature. 14 pbw
Porous nylon particles were added and the mixture was sheared for about 60 minutes to evenly disperse the particles, resulting in a resin temperature of about 70 ° C. A film of filled resin was formed as a coat weight of 33 g / m 2 and a prepreg molding machine was used to produce a fiber content of 77% by weight and 145 g prepared from carbon fiber and unfilled resin substantially according to the procedure of Example 1. It was combined with a separately prepared prepreg tape having a fiber face weight of / m 2 . The final prepreg tape had a fiber content of 37% by weight, a fiber face weight of 145 g / m 2 and a nylon 12
The particles were dispersed in the resin coating on one side. 0.197
The composite was prepared essentially by the procedure of Example 1 to provide a test panel having a panel thickness of in. The characterization data for the complex is summarized in Table 1.

【0050】[0050]

【表1】 註:1.粒子の組成及び多孔度については明細書を参
照。 2.CAI=衝撃後圧縮 ( 1500in-1b/in衝撃) 。 試験手順については明細書を参照。
[Table 1] Note: 1. See specification for particle composition and porosity. 2. CAI = compression after impact (1500 in-1b / in impact). See description for test procedure.

【0051】表1に提供したCIA試験データの考慮か
ら、多孔性粒子を変性剤として用いると、種々のエポキ
シ組成物の損傷許容度が実質上向上されることが明らか
であろう。多孔性ナイロン12粒子を使用して調製した
例1〜3のCAI結果を非孔性ナイロン12粒子を用い
て調製した対照例A〜Cのものと比較されたい。向上は
一般に約5kpsiであるが、これは当業者によって損傷許
容度のかなりの驚くべき向上であると見なされるもので
ある。また、例4の複合体の優れたCAI特性も考慮さ
れたい。
From the consideration of the CIA test data provided in Table 1, it will be apparent that the use of porous particles as the modifier substantially improves the damage tolerance of various epoxy compositions. Compare the CAI results of Examples 1-3 prepared using porous Nylon 12 particles with those of Controls A-C prepared using non-porous Nylon 12 particles. The improvement is generally about 5 kpsi, but this is considered by those skilled in the art to be a considerable and surprising increase in damage tolerance. Also consider the excellent CAI properties of the composite of Example 4.

【0052】かくして、本発明は、連続構造繊維をマト
リックス樹脂中に埋封して形成した別々の層からなる改
良された繊維補強複合体又は組成物であることが分かる
であろうし、また複合体の強化は、マトリックス樹脂成
分中に本質上球状のスポンジ様構造体を含めることによ
って達成されることも分かるであろう。ポリアミド粒子
は、一般には1〜75ミクロン好ましくは約1〜約25
ミクロン更に好ましくは約2〜約15ミクロンの平均直
径を有し、そして大きい内部細孔容積を有するとして更
に特徴づけることができる。かかる粒子より形成した粉
末は、慣用のBET法に従って測定して通常5m2/gより
も大きいそして好ましくは約9m2/gよりも大きく30m2
/g程又はそれ以上の大きい比表面積を有する。また、本
発明は、粒状変性剤が分散された熱硬化性マトリックス
樹脂中に連続構造繊維を埋め込んでなる繊維補強複合体
を強化する方法であって、本明細書に規定する如き多孔
性粒子を使用したことを特徴とする改良法も包含するこ
とが理解されよう。
It will thus be seen that the present invention is an improved fiber reinforced composite or composition comprising separate layers formed by embedding continuous structure fibers in a matrix resin, and the composites. It will also be appreciated that the toughening is achieved by including an essentially spherical sponge-like structure in the matrix resin component. The polyamide particles are generally 1 to 75 microns, preferably about 1 to about 25.
Microns more preferably have an average diameter of about 2 to about 15 microns and can be further characterized as having a large internal pore volume. Powders formed from such particles are usually greater than 5 m 2 / g and preferably greater than about 9 m 2 / g and 30 m 2 measured according to the conventional BET method.
It has a large specific surface area of about / g or more. Further, the present invention is a method for strengthening a fiber-reinforced composite obtained by embedding continuous structure fibers in a thermosetting matrix resin in which a particulate modifier is dispersed, wherein porous particles as defined in the present specification are used. It will be appreciated that it also encompasses improved methods characterized in that they have been used.

【0053】当業者には更に幾多の変更修正が明らかに
なるであろうが、これらの変更修正は特許請求の範囲内
に包含されるものである。
Many more variations and modifications will be apparent to those skilled in the art, and these variations and modifications are intended to be included within the scope of the following claims.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続構造繊維と、球状スポンジ様構造体
を熱硬化性マトリックス樹脂中に埋封した多孔性硬質ポ
リアミド粒子とを含む繊維補強組成物。
1. A fiber reinforced composition comprising continuous structure fibers and porous rigid polyamide particles in which a spherical sponge-like structure is embedded in a thermosetting matrix resin.
【請求項2】 (a)エポキシマトリックス樹脂組成物と、
(b) 該マトリックス樹脂中に埋込まれた連続構造繊維と
を含む積層化繊維補強複合体であって、該構造繊維は、
球状スポンジ様構造体及び約1〜約75ミクロンの範囲
内の平均直径を有する多孔性硬質ポリアミド粒子が該マ
トリックス樹脂中に分散されてなる層を形成する複数の
個々の層を構成していることからなる積層化繊維補強複
合体。
2. An (a) epoxy matrix resin composition,
(b) a laminated fiber-reinforced composite containing continuous structural fibers embedded in the matrix resin, the structural fibers comprising:
Comprising a plurality of individual layers forming a layer of spherical sponge-like structure and porous rigid polyamide particles having an average diameter in the range of about 1 to about 75 microns dispersed in the matrix resin. A laminated fiber reinforced composite consisting of.
【請求項3】 多孔性硬質ポリアミド粒子がマトリック
ス樹脂の1〜約25重量%に相当する請求項1又は2記
載の複合体。
3. A composite according to claim 1 or 2 in which the porous rigid polyamide particles represent 1 to about 25% by weight of the matrix resin.
【請求項4】 エポキシマトリックス樹脂が、少なくと
も1種のエポキシ樹脂と、芳香族ジアミン硬化剤と、随
意成分としての熱可塑性樹脂とを含む請求項1又は2記
載の複合体。
4. The composite according to claim 1, wherein the epoxy matrix resin contains at least one epoxy resin, an aromatic diamine curing agent, and a thermoplastic resin as an optional component.
【請求項5】 エポキシマトリックス樹脂が、少なくと
も1種のエポキシ樹脂と、芳香族ジアミン硬化剤と、エ
ポキシ樹脂及びジアミン硬化剤成分の総重量を基にして
約5〜約30pbw のポリアリールエーテル及びポリエー
テルイミドよりなる群から選択される熱可塑性樹脂とを
含む請求項4記載の複合体。
5. The epoxy matrix resin comprises at least one epoxy resin, an aromatic diamine curing agent, and from about 5 to about 30 pbw polyaryl ether and polyene based on the total weight of the epoxy resin and diamine curing agent components. The composite according to claim 4, which comprises a thermoplastic resin selected from the group consisting of ether imides.
【請求項6】 約20〜約80重量%の構造繊維を含む
請求項1〜5のいずれかに記載の複合体。
6. The composite of any of claims 1-5, comprising about 20 to about 80% by weight structural fiber.
【請求項7】 構造繊維が炭素繊維である請求項6記載
の複合体。
7. The composite according to claim 6, wherein the structural fibers are carbon fibers.
【請求項8】 連続炭素繊維補強材を硬化エポキシ樹脂
組成物中に埋込んでなる積層化連続繊維補強複合構造体
を強化するのに、球状スポンジ様構造体及び1〜25ミ
クロンの平均直径を有する多孔性ポリアミド粒子を使用
する方法。
8. A spherical sponge-like structure and an average diameter of 1 to 25 microns are used to reinforce a laminated continuous fiber reinforced composite structure comprising a continuous carbon fiber reinforcement embedded in a cured epoxy resin composition. A method of using porous polyamide particles having.
【請求項9】 硬質ポリアミド粒子が、エポキシ樹脂組
成物及び粒子の総重量の約1〜約25重量%に相当する
請求項8記載の複合構造体。
9. The composite structure of claim 8, wherein the rigid polyamide particles represent from about 1% to about 25% by weight of the total weight of the epoxy resin composition and particles.
JP18050491A 1990-10-31 1991-06-26 Fiber-reinforced composite material reinforced with porous resin particles Withdrawn JPH051159A (en)

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