JPS61126126A - 炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂組成物

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JPS61126126A
JPS61126126A JP24620984A JP24620984A JPS61126126A JP S61126126 A JPS61126126 A JP S61126126A JP 24620984 A JP24620984 A JP 24620984A JP 24620984 A JP24620984 A JP 24620984A JP S61126126 A JPS61126126 A JP S61126126A
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JP
Japan
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epoxy resin
curing agent
resin composition
epoxy
carbon fiber
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JP24620984A
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Shigeru Suzue
茂 鈴江
Takeji Nakae
中江 武次
Tadahide Sato
佐藤 忠秀
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Toray Industries Inc
Original Assignee
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】 [産業上の利用分野] 本発明は炭素繊維プリプレグとして用いられるエポキシ
樹脂組成物に関する。ざらに詳しくは、耐衝撃性と吸湿
後・高温条件下での圧縮強度に優れた炭素繊維強化プラ
スチックを与えるエポキシ樹脂組成物に関する。
[従来の技術] 炭素繊維強化プラスチック(以下CFRPと略す)は、
比強度・比弾性率が大きい特徴を生かして航空機材料と
しての実用化がなされている。これに用いられるマトリ
ックス樹脂は、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エ
ポキシ樹脂の主成分とし、ジアミノジフェニルスルホン
を硬化剤として用いている。この樹脂組成物を硬化して
得られる樹脂硬化物は、高弾性率を有し、熱変形温度も
高いため、得られるCFRPもまた、優れた耐熱性、層
間剪断強度、吸湿後・高温条件下における圧縮強度に優
れている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記樹脂硬化物は引張伸度が低く、CF
RPとして耐衝撃性に乏しい欠点があつた。
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、耐衝撃性と吸
湿後・高温条件下における圧縮強度に優れたCFRPを
与えるエポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする
[問題点を解決するための手段」 本発明にあけるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(
構造式1)と硬化剤(構造式2)を必須成分として含有
する炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂組成物でおる。
構造式1 構造式2 (式中、Rは炭素数2〜6のアルキレングリコールの残
基で必る。残基とはアルキレングリコールの水酸基を除
いたものである。) [構造式1で示されるエポキシ樹脂は高弾性率かつ高伸
度を与えるエポキシ樹脂でおる。(特開昭58−140
089)Lかし、このエポキシ樹脂と、現在、耐熱性エ
ポキシ効果剤として用いられる、4,4′−ジアミノジ
フェニルスルホンを硬化剤とする樹脂組成物はぐ樹脂硬
化物の伸度が6%程度であるが、得られるCFRPの耐
衝撃性は不十分でおり、まだ、要求されている衝撃特性
レベルまで到達していない。ざらに、吸水率が大きい欠
点を有するため吸水後・高温条件下にあける圧縮強度が
低い。
そこで、樹脂硬化物の伸度を12%と大幅に向上させる
と共に、耐水性を改善することにより、得られるCFR
Pの耐衝撃性を改善しつつ、同時に吸水後・高温条件下
における圧縮強度を満足させる樹脂系を鋭意検討した結
果到達したのが本発明である。曵 すなわち、構造式1のエポキシ樹脂と構造式2のエポキ
シ硬化剤を併用することによってその目的が達せられる
。構造式2のRとしては、エチレングリコール、1.2
−プロパンジオール、1゜3−プロパンジオール、1,
2−ブタンジオール、1.4−ブタンジオール、2,3
−ブタンジオール、1.5−ベンタンジオール、2,4
−ベンタルジオール、ネオペンチルグリコール、1,3
−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ヘキ
サンジオール、1.6−ヘキサンジオール、2−エチル
−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル
−2,4−ベンタンジオールの残基が挙げられるが、耐
熱性の面から、主鎖中の炭素数2〜4のジオールが、よ
り好ましい。ざらには主鎖中の炭素数が3のジオールが
最も溶解性に優れるためより好ましい。この構造式2の
硬化剤を用いることによって、樹脂硬化物の伸度の大幅
な向上が見られ、CFRPとしての耐衝撃性が改善され
た。
また、構造式1のエポキシ樹脂は油化シェルエポキシ(
株)社製YX7を用い、構造式2の硬化剤は公知の方法
で合成することが出来る。すなわち、炭素数2〜6のア
ルキレングリコールをp−二トロペンゾイルクロライド
と反応させ、ついで反応物をパラジウム触媒の存在下で
還元することによって合成される。
本発明において、エポキシ樹脂(構造式1)と硬化剤(
構造式■)の特徴をそこなわない範囲で他のエポキシ樹
脂や硬化剤を混合することは一向に差し支えない。混合
しうるエポキシ樹脂としては、ELM434、YL91
3、YH434などの商標名で市販されているN、N、
I’4’ 、N’ −テトラグリシジルジアミノジフェ
ニルメタンや、ELMI 20.YDMI 20などの
商標名で市販されているN、N、O−トリグリシジルメ
タアミノフェノールや、Epl 52、巳p154、N
740、DEN485、ESCN22OL、N673な
どの商標名で市販されているノボラック型エポキシや、
ED828、巳p1001、YDl 28、エピクロン
855、エピクロン1050.ELA128、D E 
R33,2、DER661などの商標名で市販されてい
るビスフェノールA型エポキシ樹脂や、エピクロン15
2、ESB340、Ep1050.BREN−3などの
商標名で市販されているブロム化エポキシ樹脂が挙げら
れる。
またこれらに限定されない。
また混合しうる他の硬化剤としては、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
ルメタンが挙げられるが、これらに限定されない。これ
らエポキシ樹脂や硬化剤の添加により、耐熱性や耐水性
を調節することが出来る。
また、エポキシ樹脂と硬化剤の混合比はエポキシ基1当
量に対して、アミノ基の活性水素が0゜7〜1,3当量
となるように混合すればよいが、より好ましくは、0.
9〜1.1当量である。
本発明による樹脂組成物は耐衝撃性、耐熱性に優れた物
であり、その用途はCFRPに限定されない。ガラス繊
維、有機繊維などの通常のFRPや、塗料おるいは接着
剤・接着シートとしての使用か可能であり、組成物を溶
媒に溶解の後、母材に含浸ざば、溶媒を除去して使用す
ることも可能でおる。
[実施例] 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例1〜5及び比較例1,2について、表1に樹脂組
成を示す。エポキシ樹脂としては、油化シェルエポキシ
(株)製のYX7及びEp828、注文化学工業(株)
製の巳LM434及び大日本インキ工業(株〉製のEP
C152を用いた。硬化剤については実施例1〜4につ
いては以下に示す手段で合成し、比較例1.2では注文
化学工業(株)製のDDS (ジアミノジフェニルスル
ホン)を用いた。
構造式2で表わされる硬化剤の製造例(R残基がネオペ
ンチルグリコールの場合〉 還流冷却器、温度計、撹拌機を装着した4ツロ]αフラ
スコにピリジン360CC,l)−ニトロベンゾイルク
ロライド371(1(2モル)、ネオペンチルグリコー
ル104C1(1モル)を仕込み加    :熱し、3
時間還流した。次いで反応液を212の氷水中に注ぎ、
沈澱物を濾過乾燥し、融点149〜152°Cのネオペ
ンチルグリコール−ジーpニトロベンゾエート389g
を得た。同様な反応装置にネオペンチルグリコール−ジ
ーpニトロベンゾエート121a  (0,3モル)を
500CCのイソプロピルアルコールに分散させ、この
溶液を30分間窒素置換した後、10%パラジウム−炭
素5gを添加した。次いで80%ヒドラジン水和物66
g (1,05モル)を30分で滴下し、終了後3時間
還流した。次いで濾紙を通して触媒を除いた後、冷却し
て163〜165℃のネオペンチルグリコール−ジ−ル
アミノベンゾエート93gを得た。
実施例2〜4に示される硬化剤3種も同様の手順で合成
した。
次に表2に示される硬化物物性の評価法及びCFRP物
性の評価法について説明する。
硬化物物性の評価法(実施例1の場合)YX7(エポキ
シ当1300)40QとED828(エポキシ当量18
9>60gを160’Cに加熱し混合した俊、ネオペン
チルグリコール−ジーpアミンベンゾエート(アミン当
り85)を38gを加え溶解させ、減圧脱泡ののち、厚
さ2mmの型に流し込み、180’C・2時間硬化して
は硬化物を得た。硬化板を切出し、引張試験により、引
張強度・引張弾性率・引張伸度を求め、DSCによりガ
ラス転位点(To >を、また20時間沸騰水浸漬後の
重量増加率より吸水率を求めた。
実施例2〜4及び比較例1〜2についても同様である。
CFRP物性の評価法(実施例1の場合)炭素繊維とし
てトレカT−700(東しく株)商標)を用いてホット
メルト法によりプリプレグを製作した。実施例1に示す
組成の樹脂を100℃に予熱したニーダ−で混合し、6
0℃に冷却の後、ネオペンチルグリコール−ジ−ルアミ
ノベンゾニー1へを加え、練る。この樹脂を一方向にそ
ろえた炭素繊維に、樹脂の重量百分率が34%となるよ
うに調整して含浸させることによりプリプレグを得た。
衝撃後の圧縮強度を測定する場合はこのプリプレグを疑
似等方向に積層し、オートクレーブにおいて、6−/イ
に加圧し、180’Cで2時間加熱して硬化板とする。
硬化板を切出し、中央に落錘試験により損傷を与える。
この時衝撃エネルギーが比較例1,2と同一になるよう
に行なった。この後、圧縮試験を行ない、衝撃後の圧縮
強度とした。また、吸湿後・高温下での圧縮強度は、前
述のプリプレグを単一方向に積層し、同様の硬化条件で
硬化を行ない硬化板とした後、72°Cの水中に14日
間浸漬し、ASTMD−695に準拠して93°Cにお
CブるO°方向圧縮強度を測定した。
また比較例1,2についても全く同一に測定を行なった
樹脂硬化物物性及びCFRP物性を表2にまとめて掲載
する。樹脂硬化物物性を見ると、実施例1〜4では比較
例に比べて引張伸度が大きい特長がある。また比較例2
はYX7とDDSを用いた組成であり、比較例1より引
張伸度が大でおるが、実施例では当該硬化剤の利用によ
る引張伸度の向上を顕著に示し、YX7と当該硬化剤の
組合せの効果は明確である。また、この樹脂硬化物物性
と関連し、CFRPの衝撃後の圧縮強度が実施例1にお
いて大幅に改善された。
また、吸湿後・高温条件下でのCFRPの圧縮強度は樹
脂の引張物性の他にTCI及び吸水率と関連し、実施例
1において106kv/…m2と、比較例1には劣るも
のの、比較例2を上まわり、十分な強度を維持している
このように、本発明におけるエポキシ組成物が耐衝撃性
と吸湿後・高温条件下における圧縮強度に優れた炭素繊
維強化プラスチックを与えることを確認した。
慢 表1  樹脂組成 1) 重量部 表2  樹脂硬化物物性及びCFRP物性WR(樹脂重
量百分率)=34% 2) 疑似等方積層板、落I!後の圧縮強度3) 単一
方向積層板、72℃14日間水中に浸漬後、93℃にお
ける圧縮強度

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 下記に示すエポキシ樹脂(構造式1)と硬化剤(構造式
    2)を必須成分として含有することを特徴とする炭素繊
    維プリプレグ用エポキシ樹脂組成物。 構造式1 ▲数式、化学式、表等があります▼ 構造式2 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、Rは炭素数2〜6のアルキレングリコールの残
    基である。残基とはアルキレングリコールの水酸基を除
    いたものである。)
JP24620984A 1984-11-22 1984-11-22 炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂組成物 Pending JPS61126126A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006241308A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Toray Ind Inc 繊維強化複合材料
GB2476841A (en) * 2010-01-07 2011-07-13 Hexcel Composites Ltd Curable resins and curing agents therefor

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