JPH0768379B2 - プリプレグ用樹脂組成物の製法 - Google Patents

プリプレグ用樹脂組成物の製法

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JPH0768379B2
JPH0768379B2 JP2673486A JP2673486A JPH0768379B2 JP H0768379 B2 JPH0768379 B2 JP H0768379B2 JP 2673486 A JP2673486 A JP 2673486A JP 2673486 A JP2673486 A JP 2673486A JP H0768379 B2 JPH0768379 B2 JP H0768379B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、先進複合材料として、強度、弾性率、さらに
はこれらを比重で除した、比強度、比弾性率の大なるこ
とを要求される構造体に用いられるプリプレグに用いる
樹脂組成物の製法に関する。さらに詳しくは、人体に有
害な溶媒を用いることなく、熱的に不安定なシアン酸エ
ステル系樹脂を含む樹脂組成物を短時間で製造する方法
に関する。
[従来の技術] 先進複合材料は、強化繊維とマトリックス樹脂からなる
不均一材料であり、一般に強化繊維に樹脂を含浸させた
プリプレグが成形材料と使用されている。マトリックス
樹脂としては、プリプレグの積層を容易にするため粘着
性(タック)のある熱硬化性樹脂が、従来から使用され
ている。マトリックス樹脂は、強化繊維の機械的性能を
複合材料の構造体として発現させるために重要な役割を
担っており、特に、耐熱性、耐水性、耐溶剤性、非繊維
軸方向の機械的強度といった物性は、マトリックス樹脂
の物性を顕著に反映する。従来から、特に耐熱性を要求
される構造体は、テトラグリシジルジアミノジフェニル
メタンと、ジアミノジフェニルスルホンを主成分とする
エポキシ樹脂が用いられてきているが、近年、エポキシ
樹脂よりも耐熱性及び耐水性の良好な樹脂として、シア
ン酸エステル系樹脂が注目されている。シアン酸エステ
ル系樹脂はダイマー酸系ポリアミド(特開昭58−19856
3)や熱可塑性ポリウレタンや熱可塑性かつ非晶性のポ
リエステル(特開昭60−233175)と変性して接着剤とす
ることが知られており、またポリエーテルスルホンと混
合した組成物(特開昭57−165451)も報告されている。
また、この樹脂にエポキシ樹脂とポリスルホン樹脂を混
合してプリプレグ用樹脂組成物(特開昭60−250026)と
する例も知られている。
以上の例では組成物の製法については溶媒を使用して各
成分を混合する方法が一般に採用されている。しかし、
ポリスルホンやポリエーテルスルホンなどの熱可塑性樹
脂を溶解するためには、一般に人体に有害なハロゲン化
炭化水素を必要とし、また、混合組成物から溶媒を完全
に除去することも難しく、この場合には複合材料の物性
に不都合な結果を招く。一方、溶媒を使用せずに熱可塑
性樹脂をシアン酸エステル系樹脂およびエポキシ樹脂か
らなる熱硬化性樹脂に完全に溶解させるためには高温を
必要とし、熱硬化性樹脂の硬化反応が起り粘度が異常に
高くなったり、反応熱により樹脂の分解が起ったりする
ことから高品質の樹脂組成物が得られない。
[発明が解決しようとする問題点] 以上のような樹脂組成物の製法上の欠点を改良したもの
が本発明である。本発明の目的は、十分に検討された方
法、すなわち、熱可塑性樹脂を粉砕したのち溶媒を用い
ることなくエポキシ樹脂に溶解させ、それをシアン酸エ
ステル系樹脂と混合することにより、高品質のプリプレ
グ用樹脂組成物を取得する方法を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、下記の樹脂[A],[B],[C]を必須成
分とするプリプレグ用樹脂組成物の製法において、
[B]を粉砕したのち溶媒を用いずに[C]に溶解し、
それから[A]と混合することを特徴とするプリプレグ
用樹脂組成物の製法。
[A] シアン酸エステル系樹脂 [B] ガラス転移温度が100℃以上の熱可塑性樹脂 [C] エポキシ樹脂 シアン酸エステル系樹脂は、分子中にシアナート基を2
個以上有する化合物またはそのプレポリマーまたはこれ
らを必須成分とする熱硬化性樹脂である。好適なシアン
酸エステルとしては、構造式[I]の化合物が用いられ
る。
RO−C≡N) ……[I] ここで、Rは芳香族性の有機基であり、mは2から5ま
での自然数である。
特に好適なシアン酸エステルとしては、2,2′−ビス
(4−シアナトフェニル)プロパンが挙げられる。
シアン酸エステル系樹脂は多くの場合マレイミド類と混
合し、予備重合することにより粘着性を付与される。
マレイミド類としては、構造式[II]のものが用いられ
る。
Rは2価ないし5価の芳香族性または脂肪族性有機基で
あり、mは2ないし5の自然数である。
特に好適なマレイミドとしては、ビス(4−マレイミド
フェニル)メタンが挙げられる。
本発明ではシアン酸エステルとマレイミドを100:0から2
0:80の重量比で混合したものが特に好ましく用いられ
る。この混合物は、あらかじめ80〜160℃で1〜4時間
予備重合されることが望ましい。
シアン酸エステル系樹脂は特にエポキシ樹脂とは反応性
が高いため、この両者の混合はできるだけ低温で行なう
必要がある。本発明ではその点を考慮して良好な方法を
発明した。
本発明で用いる熱可塑性樹脂は、硬化物の耐熱性を高め
るために、ガラス転移温度(Tg)が100℃以上、好まし
くは、150℃以上の熱可塑性樹脂である。主鎖中にSO2
を有するポリマー(たとえば、ポリスルホンやポリエー
テルスルホン)や、ポリアミドイミド、ポリイミドは特
に好ましく用いられる。さらにポリエーテルスルホンは
エポキシ樹脂への溶解性が良いので、最も適している。
また、これらのオリゴマーを用いることも構わない。
これら熱硬化性樹脂は、一般にエンジニアリングプラス
チックに属し、溶融温度が高いため熱安定性の低い熱硬
化性樹脂への溶解混合は難しい。そこで、溶解速度を速
めるために熱可塑性樹脂の粉砕を検討した。これらのポ
リマーは耐衝撃性が良好なため粉砕されにくいポリマー
であるが、衝撃式粉砕機により粉砕することができる。
衝撃式粉砕機は、粉砕時に液体窒素やドライアイス等に
より冷却を行なうものが本発明の目的により適してい
る。衝撃式粉砕機は、特にそのタイプを限定しないが、
ブレード(羽根)をモーターで回転し、ライナー(ブレ
ードのぶつかる壁)とブレードとの間で粉末が衝撃を受
けるタイプの粉砕機が好ましい。
本発明に用いる熱可塑性樹脂は、粉砕により200μm以
下の粒径とすることが望ましいが、150μm以下がより
好ましい。粉砕後にふるい、あるいは気流分級機により
分級して大きな粒子を除くことは組成物中に未溶解の粒
子をなくすることに大きな効果がある。
本発明において好ましく用いられるエポキシ樹脂として
は、テトラグリンジルジアミノジフェニルメタン、トリ
グリシジル−p−アミノフェノール、トリグリシジル−
m−アミノフェノール、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、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、ブロム化エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等
か挙げられる。テトラグリシジルジアミノジフェニルメ
タンは耐熱性が良好で、強化繊維との接着性が良好なた
め好んで用いられる。ただし、テトラグリシジルジアミ
ノジフェニルメタンは靭性に乏しいので他のエポキシ樹
脂と混合して用いることも、本発明においては好都合で
ある。また、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、低分子量タイプのフェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂は靭性が良好なため好んで
用いられる。
本発明の組成物は加熱により無触媒で硬化が可能である
が、硬化を促進させるための触媒として用いられる化合
物とては、イミダゾール類、フェノール類、オクチル酸
亜鉛等の有機金属塩、ジクミルパーオキシド等の過酸化
物、酸無水物、アゾ化合物が挙げられる。また、芳香族
アミンなどのエポキシ硬化剤も用いられる。
本発明における樹脂組成物の良好な組成は以下のように
示される。
[A] シアン酸エスデル系樹脂 20〜90重量% [B] 熱可塑性樹脂 5〜30重量% [C] エポキシ樹脂 5〜70重量% 本発明の典型的な方法は、これらエポキシ樹脂を100℃
〜180℃、好ましくは120℃〜150℃に加熱し、熱可塑性
樹脂を加えて撹拌し溶解させたのち、60℃〜100℃に冷
却してシアン酸エステル系樹脂を加え、さらに冷却のの
ち重合触媒などの添加物を加える方法である。エポキシ
樹脂と熱可塑性樹脂の混合温度をこれより上げること
は、樹脂の劣化を導くので良くない。また、シアン酸エ
ステルを加える温度をこれより上げることも、エポキシ
樹脂とシアン酸エステル樹脂が反応し劣化を導くので良
くない。
本発明のプリプレグ用樹脂組成物と組合せて用いる強化
繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化
ケイ素繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維
等であるが、これらを併用することも可能であり、これ
らの形状には限定されない。
本発明の方法の骨子は次の点にある。
1.耐熱性の高い熱可塑性樹脂を適切な方法により細かく
粉砕すること。
2.熱可塑性樹脂をシアン酸エステル系樹脂よりも熱安定
性の高いエポキシ樹脂に溶解させること。
この時の温度は、100〜180℃であること。
3.シアン酸エステルは、エポキシ樹脂との反応性が高い
ので、熱可塑性樹脂とエポキシ樹脂からなる溶解混合物
とシアン酸エステル系樹脂とを100℃以下で混合するこ
と。
これらのいずれの過程をも満たすことにより良好な樹脂
組成物を得ることができる。
[実施例] 以下、実施例によりさらに詳細に本発明を説明する。
実施例1 ポリエーテルスルホンの衝撃式粉砕機による粉砕(その
1) 三井東圧(株)から入手した、構造式[III]の ポリエーテルスルホン5003P 5kgを、液体窒素を用いて
冷却が可能な衝撃式粉砕機である、リンレックスミルLX
−O(ホソカワミクロン/大阪ガス商標)を用いて粉砕
した。この時内部の温度を−80℃に保った。粉砕には、
1.5時間を要した。粉砕後ふるいにより、150μmの分級
を行なった。得られた粉末の粒度分布(ふるいわけ以前
の粉末)を粉砕前と共に図1に示す。
実施例2 ポリエーテルスルホンの衝撃式粉砕機による粉砕(その
2) 実施例1と同様の原料を液体窒素を用いない衝撃式粉砕
機であるファインビクトリーミルFVP−1(ホソカワミ
クロン(株)商標)を用いて粉砕した。粉砕には1時間
を要した。実施例1のリンレックスミルより大型のマシ
ンであるが、馬力×時間あたりの処理能力は低下した。
この時内部の温度は次第に上昇し、1時間後には、100
℃に達した。粒度分布は、実施例1と同様なものであっ
た。
実施例3 樹脂組成物の作製例 ニーダーに3kgのELM434(住友化学工業(株)製のテト
ラグリシジルジアミノジフェニルメタン)と2kgのEP828
(油化シェルエポキシ(株)製のビスフェノールA型エ
ポキシ樹脂)を秤量し150℃に加熱した。そこに実施例
1により得た微粉末状のポリエーテルスルホン1.5kgを
添加して0.5時間強力に撹拌した。これによりポリエー
テルスルホンが完全にエポキシ樹脂に溶解したことを、
位相差顕微鏡による観察で確認した。
得られたこのニーダー中の混合物を80℃に冷却した後、
5kgのBT2160(三菱ガス化学(株)製、2,2′−ビスシア
ナトフェニル)プロパンとビス(4−マレイミドフェニ
ル)メタンを重量比90:10で混合し予備重合した組成
物)を加え、そのまま0.5時間撹拌した。さらに60℃に
冷却したのち、ジクミルパーオキシド10gを添加し、撹
拌を0.5時間行なって均一な樹脂組成物を得た。このも
ののガラス転移温度を昇温速度10℃でDSC(示差走査熱
量計)により測定すると−15℃であった。
実施例4 プリプレグの作製例 実施例3で得た樹脂組成物を離型剤を塗布した離型紙上
に広げその上にトレカクロス#7373(東レ(株)製)を
広げてさらに離型紙で挟み、このものを加熱したローラ
ーの間を通過させることで圧着しプリプレグとした。こ
のとき、プリプレグ中の樹脂の含量が41重量%となるよ
うに樹脂の塗布量を調節した。
このようにして得たプリプレグは、柔軟性と粘着性に富
んだ品位の良好なプリプレグであった。
比較例1 沈澱法によるポリエーテルスルホンの微粉化 50gのポリエーテルスルホンを300gのジメチルスルホキ
シドに溶解させた。80℃に熱した蒸溜水1をモーター
式の撹拌装置により強力に撹拌し、その中にポリマー溶
液を細い糸状に流しこみ沈澱させた。溶液中のジメチル
スルホキシドが少ない時は、ポリマーは微粉末となって
沈澱したが、次第に大きな粉末状となった。沈澱したポ
リマーを150℃で24時間減圧乾燥したが、二次凝集が起
り、ジメチルスルホキシドもなお残存していた。
比較例2 ポリエーテルスルホンのジェット粉砕機による粉砕 実施例1と同様の原料2kgをIDS−5(日本ニューマチッ
ク(株)製)を用いて粉砕した。処理速度は実施例1と
同様だったが150μm以上の粒子が25重量%含まれてい
た。
比較例3 樹脂組成物の作製例 比較例2の粉砕品を用いて実施例3と同様の操作により
樹脂組成物を作製した。粉砕品をエポキシ樹脂に溶解さ
せるのに3時間要し、なおかつわずかに溶解させない粒
子が顕微鏡観察により確認された。
比較例4 樹脂組成物の作製例 実施例3で用いた場合と同一で同量の原料 ポリエーテルスルホン 1.5kg BT2160 5.0kg ELM434 3.0kg EP828 2.0kg を120℃に加熱したニーダーに秤量し、混合撹拌した。
0.5時間が経過しても、ポリエーテルスルホンは完全に
は溶解せず、一方組成物の粘度は次第に上昇した。4時
間が経過すると、ポリエーテルスルホンはほぼ全部溶解
したが、組成物は実施例3によるものよりはるかに粘度
が高く、柔軟性と粘着性の乏しい樹脂組成物となった。
このもののガラス転移温度は12℃であった。そのため、
プリプレグ用樹脂としては適さないことが判明した。
[発明の効果] (1) 本発明の方法によりプリプレグ用樹脂組成物と
して好適な、シアン酸エステル系樹脂と熱可塑性樹脂と
エポキシ樹脂からなる樹脂組成物を溶媒を用いることな
く短時間にかつ大量に作ることができる。
(2) 本発明の方法による樹脂組成物を用いて作成し
たプリプレグは柔軟性と粘着性を有した品位の良好なプ
リプレグである。
【図面の簡単な説明】
図1は実施例1の粉砕前と粉砕後の粒度分布を示す。 単位は重量%である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 //(C08L 63/00 81:06) (C08L 79/04 63:00 81:06)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の樹脂[A],[B],[C]を必須
    成分とするプリプレグ用樹脂組成物の製法において、
    [B]を粉砕したのち溶媒を用いずに[C]に溶解し、
    それから[A]と混合することを特徴とするプリプレグ
    用樹脂組成物の製法。 [A] シアン酸エステル系樹脂 [B] ガラス転移温度が100℃以上の熱可塑性樹脂 [C] エポキシ樹脂
  2. 【請求項2】樹脂[B]がポリエーテルスルホンである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のプリ
    プレグ用樹脂組成物の製法。
  3. 【請求項3】樹脂[B]の粉砕方法が衝撃式粉砕機によ
    るものであり、なおかつ粉砕粒子直径が200μm以下で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の
    プリプレグ用樹脂組成物の製法。
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