JPS6017288B2 - 耐熱性エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

耐熱性エポキシ樹脂組成物

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JPS6017288B2
JPS6017288B2 JP14426577A JP14426577A JPS6017288B2 JP S6017288 B2 JPS6017288 B2 JP S6017288B2 JP 14426577 A JP14426577 A JP 14426577A JP 14426577 A JP14426577 A JP 14426577A JP S6017288 B2 JPS6017288 B2 JP S6017288B2
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JP
Japan
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epoxy resin
heat resistance
resin composition
heat
composite
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JP14426577A
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邦明 戸袋
澄子 長崎
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、すぐれたコンポジット物性を有し、かつ18
000の耐熱性を有するェポキシ樹脂組成物に関する。
一般に、ェポキシ樹脂は、強度、接着性、耐薬品性、電
気的性質などがいずれもすぐれていることから、接着剤
が電気部品をはじめ、塗料、コーティング剤など多方面
に使われているが、なかでも近年強化プラスチックのマ
トリックス樹脂としての伸びが著しい。もともと強化プ
ラスチックはガラス繊維を補強材とし、不飽和ポリエス
テル樹脂をマトリックス樹脂として用いる系が中心であ
ったが、炭素繊維が強化プラスチックの補強材として使
用されるようになってから、炭素繊維との接着性のすぐ
れているェポキシ樹脂がマトリックス樹脂として使用さ
れるようになり、炭素繊維の比強度、比弾性率を活かし
た炭素繊維強化プラスチック(以下CFRPと略称する
)はスポーツ用品をはじめ、航空機や一般産業用分野に
広く使われるようになつた。周知のように、CFRPは
ゴルフシャフトや釣竿などのスポーツ用品を中心として
開発されて来たため、主としてビスフエノールAジグリ
シジルヱーテル型ェポキシ樹脂やフェノールノボラック
型ヱポキシ樹脂から製造されているが、このようなCF
RPは一般に耐熱性が低い、コンポジット物性、とくに
横方向の曲げ強度や層間敷断強度(以下1BSと略称す
る)が低いなどの欠点を有している。
ことに耐熱性の点では熱変形温度が100℃〜150q
o程度のものであるため、使用温度130qoが限界で
あった。それ故耐熱性の要求される産業用途のなかでも
航空機用途には耐熱性の高いCFRPの開発が要求され
ていた。そこで、本発明者らは、耐熱性のすぐれた、か
つすぐれたコンポジット物性を有するェポキシ樹脂組成
物の開発に関し、鋭意努力した結果本発明に到達した。
すなわち、必須の構成成分として、 (1} N・N・N′・N′ーテトラグリシジルービス
(アミノフエニル)メタンまたは/およびその縮合生成
物と、(2’トリグリシジルメタアミノフエノールまた
は/およびその縮合生成物と、【31 4・4−ジアミ
ノジフエニルスルホンとを含有することを特徴とするェ
ポキシ樹脂組成物を用いることによって、180〜20
0℃の耐熱性とすぐれたコンポジット物性を有するCF
RPが得られるのである。
N・N・N′・N′ーテトラグリシジルービス(アミノ
フェニル)メタンは分子内にアミン窒素原子を有するた
め、炭素繊維との接着性がすぐれている他、多官能ェポ
キシ樹脂であるため、その硬化物は架橋密度が高く耐熱
性の高い硬化物が得られるが、とくに硬化剤に4・4′
ージアミノジフェニルスルホン(以下DDSと略称する
)を用いた場合に熱変形温度の高い硬化物が得られ、し
かもその樹脂組成物は比較的長いポットライフを有する
ため、プリプレグ用樹脂組成物としても使用することが
出来るのである。
このように、N・N・N′・N′−テトラグリシジルー
ビス(アミノフェニル)メタンは高性能、高耐熱性ェポ
キシ樹脂としてすぐれた特性を有しているが、反面いく
つかの重大な欠点を有している。すなわち、N・N・N
′・N′ーテトラグリシジルービス(アミノフェニル)
メタンをDDSで硬化させた硬化物の熱変形温度は20
000以上あり、耐熱性はきわめてすぐれているが、硬
化物は伸びが小さいため硬くて脆く、かつ熱衝撃に弱い
ため、航空機などの特殊な用途に使うためには性能の向
上が必要不可欠であった。さらに、N・N・N′・N′
ーテトラグリシジルービス(アミノフエニル)メタンと
DDSとは反応性が著しく悪いため、反応を十分行なわ
せるためには210oo以上の高温で4時間以上のアフ
ターキュアーを行なう必要があるなどの欠点も有してい
る。そこで本発明者らは、N・N・N′・N′ーテトラ
グリシジルービス(アミノフエニル)メタンとDDSと
の反応性改善と硬化物の可凝性改善に関して鋭意研究を
行なった。
すなわち、常套手段により、DOSの硬化促進剤として
BF3・MEA(三弗化ホウ素モノェチルアミン銭塩)
を用いて検討したところ、反応性の改善は顕著に認めら
れたが、反面、耐熱性の低下が著しいばかりかコンポジ
ット物性の低下も大きかった。そこで種々の硬化促進剤
について検討を行なったが、いずれも同じ結果で、コン
ポジット物性並びに耐熱性を低下させることなく、反応
性を改善しうる硬化促進剤を見し、出すことは出来なか
った。一方、硬化物の可操性改善に関しては、反応性ェ
ラストマー(たとえば/・ィカーCTBN、ウレタン変
性ェポキシ樹脂)や、ウレタンゴムやポリアミドなどの
添加剤について種々検討したが、いずれも耐熱性の低下
やコンポジット物性(とくに曲げ強度)の低下が著しく
、有効な方法を見出すことが出来なかった。そこで本発
明者らは、DDSとの反応性がよく、かつ、N・N・N
′・N′ーテトラグリシジルービス(アミ/フェニル)
メタンとの親和性の良い可操性のあるェポキシ樹脂を探
索した結果、トリグリシジルメタアミノフェノールがき
わめてすぐれた特性を有していることを見し、出した。
すなわち、トリグリシジルメタアミノフェノールはたは
/およびその縮合生成物を添加することにより、N・N
・N′・N′ーテトラグリシジルービス(アミノフヱニ
ル)メタンの耐熱性を低下させることなく、反応性の改
善とコンポジット物性を著しく改善することが出来たば
かりか、樹脂組成物のポットライフの低下も認められず
、トリグリシジルメタアミノフェノールの添加がきわめ
て有効なことを見出した。そこでトリグリシジルメタア
ミノフェノールの添加量と耐熱性とコンポジツト物性並
びに反応性の関係につき詳細に研究した結果、トリグリ
シジルメタアミノフェノールの添加量があまり多くなる
と耐熱性、耐水性の低下を来たし、添加量が少ないとコ
ンポジツト物性の向上、反応性改善効果が認められない
ため、トリグリシジルメタアミノフェノールの添加量は
N・N・N′・N′−テトラグリシジルービス(アミノ
フェニル)メタンに対し10〜5の重量%より好ましく
は10〜3の重量%の範囲が最適であることを見出した
。次に、硬化剤としてのDDSの添加量に関しても種々
検討した結果、理論的にはェボキシ当量1に対しアミン
1当量添加すればよいが、硬化速度やポットライフ調節
のためDDSの添加量はェポキシ基1当量に対して0.
8〜1.2当量の範囲であれば、硬化物の耐熱性、コン
ポジット物性とも実質的に変化はなく、本発明の目的を
何ら損わないことを確認した。
さて本発明の実施に当つては、本発明の目的を害しない
範囲で、他のェポキシ化合物、熱可塑性ポリマー、無水
シリカ、顔料などを必要に応じて添加してもさしつかえ
ない。
とくに、一般式で表わされる英国ICI社の“ポリェー
テルスルホン”や、一般式で表わされ る米国カーボランダム社の“ポリアリルスルホン”を添
加することにより耐熱性、耐水性が向上するほか、CF
RPの耐疲労性が向上し、さらにプリプレグにした場合
成形性が著しく向上し、製造条件の変動によるコンポジ
ット物性の変化がきわめて小さくなり、安定して高性能
のCFRPを製造するこが出来るのである。
なお本発明による樹脂組成物をプリプレグ用樹脂組成物
として用いる場合、粘度を調節する目的で、DDSやD
DM(4・4−ジアミノジフヱニルメタン)で予備重合
してもさしつかえない。また、本発明は、補強材として
ガラス繊維、ボロン繊維、有機繊維など、通常FRPの
補強材として用いられるものはすべて使用出来るし、構
造用接着剤としても有用であるが、少なくとも補強材の
一部に炭素繊維を使用する繊維強化複合材料のマトリッ
クス樹脂として使用する場合に、もっともすぐれた効果
が得られる。本発明に使用出来る炭素繊維としては、し
−ョン系、ピッチ系、ポリアクリルニトリル系など、い
ずれの炭素繊維にも使用出来る。以下、実施例によって
本発明の内容をさらに詳細に説明する。
実施例 ェポキシ当量127のN・N・N′・N′ーテトラグリ
シジルービス(アミノフエニル)メタン800夕と、ェ
ポキシ当量117のトリグリシジルメタアミノフエノー
ル200夕と、DDS496夕をメチルエチルケトン1
828のこ溶解することによってマトリックス樹脂溶液
を調整した。
次いで、ポリアクリルニトリル系繊維を焼成、表面処理
して得られた炭素繊維“トレカ”T−300を一方向に
引揃えた後、前記樹脂溶液を含浸させ、120ooで5
分乾燥することによってプリプレグを作成した。
得られたプリプレグを長さ30伽、中30肌に裁断し、
これを12叉積層したのち、積層板をテトロンタフタで
つつみ、さらに2枚のテトロンフィルム間にはさんだの
ち、油圧プレスの熱坂間に挿入し、7k9/地に加圧し
て70℃で1時間硬化させた。得られた硬化板を190
℃のオーブン中で4時間アフターキューを行ない、完全
に硬化した試験片を得た。得られた試験片の炭素繊維含
有量は62容量%であり、熱変形温度は20500であ
った。
一方、ASTMD−234亀並びにASTM D−79
0に準じて測定したIBS並びに曲げ強度は表1の通り
であり、コンポジット物性、耐熱性ともすぐれているこ
とが確認された。表1 比較例 ェポキシ当量127のN・N・N′・N′ーテトラグリ
シジルービス(アミノフエニル)メタン1000夕とD
DS488夕をメチルエチルケトン1818のこ熔解す
ることによってマトリックス樹脂溶液を調製した。
次いで実施例と同様の方法でプリプレグを作成したのち
、積層板を作り、180qoで1時間プレス成形した。
そこで得られた硬化板を19000で4時間アフターキ
ュアーしてから熱変形温度を測定したところ、190q
○しかなかった。そのためさらに210ooで4時間ア
フターキュアーしたところ熱変形温度は204℃になっ
た。こうして得られた硬化板について、実施例と同一条
件でLISS並びに曲げ強度を測定した。結果は表2の
通りで、実施例に比較してコンポジット物性の著しく低
いものしか得られなかった。表2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 必須の構成成分として (1) N・N・N′・N′−テトラグリシジル−ビス
    (アミノフエニル)メタンまたは/およびその縮合生成
    物と、(2) トリグリシジルメタアミノフエノールま
    たは/およびその縮合生成物と、(3) 4・4′−ジ
    アミノジフエニルスルホンとを含有することを特徴とす
    るエポキシ樹脂組成物。
JP14426577A 1977-12-01 1977-12-01 耐熱性エポキシ樹脂組成物 Expired JPS6017288B2 (ja)

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