JPS59217720A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JPS59217720A
JPS59217720A JP9297783A JP9297783A JPS59217720A JP S59217720 A JPS59217720 A JP S59217720A JP 9297783 A JP9297783 A JP 9297783A JP 9297783 A JP9297783 A JP 9297783A JP S59217720 A JPS59217720 A JP S59217720A
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JP
Japan
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epoxy resin
cured product
heat resistance
elongation
resin composition
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JP9297783A
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Tadahide Sato
佐藤 忠秀
Kuniaki Tobukuro
戸袋 邦朗
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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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1機体を軽量化するための構造
材料として検討されており、すでにその第一段階として
2次構造材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0FRPが1次構造材として検討されはじめて
いる。
航空機用0FRP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。この樹脂組成物
は、高弾性率を有1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0FRPは、乾燥時において、優
れた耐熱性1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0FRPは、以下に記すような欠陥を有
している。
すなわち、樹脂の伸度が小さいため、0FRPの90°
引張伸度が04〜0.5チと小さい。この結果、0°/
90°、0°/±45°/90°のような積層板の引張
物性は低いものになシ、炭素繊維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、0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太きい
。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
強力を満すために、 C!FRP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。
〔本発明の目的〕
そこで2本発明者らは、CFRPの耐熱性1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9本発明に到達した。
〔本発明の構成〕
すなわち2本発明は。
(1)  少なくとも、  N 、 N 、 N’ 、
 N’−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、
Br化エポキシ樹脂およヒ4.4’−ジアミノジフェニ
ルスルホンを含有するエポキシ樹脂組成物(以下本発明
Aという)。
(2)  少なくとも+ N e N e N’ + 
N’−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、 
 Br化エポキシ樹脂。
ノボラック型エポキシ樹脂および4.4′−ジアミノジ
フェニルスルホンを含有するエポキシ樹脂+1fl 放
物(以下本発明Bという)。
に関する。
すなわち2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
しだ結果、得られるCFRPは1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〜
095%と大きく向上しただめ。
0°/90°、0°/±45/90°などの積層板の物
性2人 が弗善されるので、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0°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
ことなく面1水性を改良したので。
得られる0FRP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
。さらに1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2本発明Aにノボラック型エポキシ樹脂を
添加した本発明Bが好ましい。
本発明Bは、他の物性を損な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1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
性がさ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、gLM434
゜YL913.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1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ある。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。この範囲より多く5− すると、硬化物の伸度および面]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OF、BP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+
 NeNeN’  )リグリシジルジアミノジフェニル
メタンおよびこれらのグリシジル基同志が反応した二量
体が含有されていても2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Br化エポキシ樹脂は、 Br化ヒ
スフェノールAのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、
  Br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で、  Br含有量が16〜50重
量係のものであり、エピクロン152、エピク0711
20.B5B540.EPl 050、 BRgN−s
の商標名で市販されている。このBr化エポキシ樹脂は
、耐水性および弾性率の高い硬化物になるという長所が
あるが、エポキシ当量が大きいことから架橋密度が低く
耐熱性の低い硬化物になるという欠点がある。さらに。
6− Br原子に起因する立体障害を有するため、 Br化エ
ポキシ樹脂の濃度を高くすると硬化物の伸度が低下する
。これらの特性を考慮して Br化エポキシ樹脂の添加
量は、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ク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、 EPl
 52.EPl 54.DER485、N740.N6
73.B50N22OL。
などの商標名で市販されている。このノボラック型エポ
キシ樹脂は高耐熱性、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9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配
水性および伸度が低下する。
さらに1本発明の樹脂組成物に、EP828゜EPl 
001.EPl 004.YDl 28.エピクロン8
551エピクロン1050. ELAl 28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
−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当量に対して、08〜12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。さらに、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9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′−ジアミノジフェ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。さらに本発明の樹脂組成
物の性能を損なわない程度に。
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9− 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。さらに、ガラス繊維、ボロン繊維、有
機繊維など9通常FRPの補強材として用いられるもの
はすべて使用できる。
〔本発明の効果〕
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太きくした結果、得られる
C!FRPは1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070〜095チと大きく向
上しただめ、0°/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伸度炭素繊維の0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
く耐水性を改良しだので、得られる0FRP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。
本発明Bは、他の物性を損な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OF10− RPは1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さらに優れたものになった。
以下、実施例によって本発明をさ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(エポキシ当量120)175
0.とBr化エポキシ樹脂(エポキシ当量ろ60)15
00gと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(エポキシ当量189)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/−ジアミノジフェニルメタン1600g
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。この樹脂組成物を一
方向に引き揃えた炭素繊維”トレカ” T −500(
東し■商標)にホットメルト法により含浸させ、樹脂含
有量34重量係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30師9幅30anに切断し。
これを8枚積層した後、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バ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、6z/=n2に加圧した後、1.5℃/
分で昇温し、180℃で2時間加熱して硬化板を得た。
この硬化板の炭素繊維含有量は58容量係であり、板の
厚さは1.13mmであった。この硬化板から炭素繊維
方向に長さ230mm、幅12.72mmの0°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
50皿。
幅12.72皿で一方の端に10皿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p付け1mm/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。まだ
、この硬化板から、ASTM、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35 an 、幅30Cfn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容量係で、板の厚さは2.19mm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23
0 mm 、幅25.43mm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ケージを張り付け
、引張速度1 mm 7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、A
STM、D2344に準じて試験片を切り出し9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。
13− 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 Br化エポキシ樹脂1500
gとノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量176)
2000gを、あらかじめ100℃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℃に冷却して。
14− 4.4’−ジアミノジフェニルスルホン1600g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および90引張物性、圧縮物性9
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 Br化エポキシ樹
脂1250g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)750gを、あらかじめ100
℃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6o〜65℃に冷却してl 4
#”−ジアミノジフェニルスルホン1650 g ト三
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、0°および90°引張物性、圧縮強度
1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。
17− 表6 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5000gと4,4′−ジアミ
ンジフェニルスルホン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シ
、以下実施例1と同様にしてプリプレグを18− 作った。このプリプレグを使用して、実施例1と同様に
、0 および90引張物性、圧縮物性9層間剪断強度を
測定した。これらの結果は9表4のとおりで、引張物性
および耐水性の悪い(:!FRPしか得られなかった。
表4 特許出願人  東 し 株 式 会 社19− 122−

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  少なくとも、 N 、 N 、 N’ 、 
    N’−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、 
    Br化エポキシm 脂および4.4′−ジアミノジフェ
    ニルスルホンヲ含有するエポキシ樹゛脂組成物。
  2. (2)  少なくとも+  N+ N * N’t N
    ’−テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、  
    Br化エポキシ樹脂。 ノボラック型エポキシ樹脂および4.4′−ジアミノジ
    フェニルスルホンを含有するエポキシ樹脂組成物0
JP9297783A 1983-05-26 1983-05-26 エポキシ樹脂組成物 Granted JPS59217720A (ja)

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JPS6244770B2 JPS6244770B2 (ja) 1987-09-22

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4757117A (en) * 1984-08-24 1988-07-12 Ciba-Geigy Corporation Powder coating compositions
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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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