JPS61250021A - プリプレグ用マトリツクス樹脂組成物 - Google Patents

プリプレグ用マトリツクス樹脂組成物

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JPS61250021A
JPS61250021A JP9100485A JP9100485A JPS61250021A JP S61250021 A JPS61250021 A JP S61250021A JP 9100485 A JP9100485 A JP 9100485A JP 9100485 A JP9100485 A JP 9100485A JP S61250021 A JPS61250021 A JP S61250021A
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JP
Japan
Prior art keywords
epoxy resin
type epoxy
bisphenol
resin
cured product
Prior art date
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Pending
Application number
JP9100485A
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English (en)
Inventor
Tadahide Sato
佐藤 忠秀
Takeji Nakae
中江 武次
Toshio Muraki
村木 俊夫
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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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〕 本発明は高性能型炭素繊維プリプレグ用樹脂に関するも
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於
て、機体の一層の軽量化のため一次構造材料として検討
されはじめた。
現在、CFRPが一次構造材として使用されるために要
求されている最も重要な特性の一つは、高温吸湿下での
圧縮強度を維持しての優れた衝撃特性である。
即ち、航空機が、高温多湿地方で使用されるときCFR
Pは吸湿し、地上待機中に機体温度が上昇、し、その直
後飛行する際に、最大の圧縮荷重が機体にかかるため、
高温吸湿下での圧縮強度が要求される。
また、CFRPは機体製造時の治具等の落下衝撃や、飛
行中の雪の衝突等により、外観上異常がないにもかかわ
らず層間剥離を起し強度低下をきたす。このため安全上
問題となり、この衝撃特性の向上がCFRPの一次構造
材として使用されるかどうかの鍵になっている。
現在、航空機用CFRP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、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
弾性率を有し耐熱性は高いが、樹脂伸度が小ざく脆い硬
化物となる。この樹脂組成物から得られるCFRPは優
れた高温吸湿下での圧縮強度は発現するが、衝撃特性は
低く一次構造材としては使用できない。
〔発明の目的〕
そこで、本発明者らは、CFRPの高湿吸湿下の圧縮強
度を損うことなく優れた衝撃特性を発現するマトリック
ス樹脂を見い出すべく鋭意検討した結果、本発明に到達
した。
〔本発明の構成〕
すなわち、本発明は次の構成を有する。
下記A〜Eを必須成分とするプリプレグ用マトリックス
樹脂。
A  M、N、N’、N’−テトラグリシジルジアミノ
ジフェニルメタン B ビスフェノールA型エポキシ樹脂または/およびビ
スフェノールF型エポキシ樹脂CN、N、0−トリグリ
シジルアミノフェノールまたは/およびブロム化エポキ
シ樹脂または/およびフェノールノボラック型エポキシ
樹脂D 一般式(I) で示される硬化剤 E 一般式(Il) で示されるポリサルホン 特開昭60−4526には、一般式(I)で表わされる
化合物とポリサルホンの組合せが開示されているが、使
用されているエポキシ樹脂としては、分子内に2個以上
のエポキシ基を含有するエポキシ樹脂が単独で使用され
ている。しかし、単独のエポキシ樹脂を用いたのでは性
能を十分に発揮できず、複数のエポキシ樹脂を配合した
ものが性能を十分発揮する。すなわち、本発明に用いら
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、ELM434、YL913、YH4
34などの商品名で市販されている。このエポキシ樹脂
は四官能エポキシ樹脂であるため、架橋密度が高くなり
、高弾性かつ高耐熱性の硬化物が得られるという長所が
ある。だが、硬化物の伸度が小さく耐水性が悪い欠点が
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
エポキシ樹脂成分中20〜60重量%であり、より好ま
しくは20〜50重量%である。この範囲より多くする
と、得られる硬化物は脆くなり耐水性も悪くなる。少な
くすると、硬化物の耐熱性及び弾性率が低下する。硬化
物の弾性率が低下すると得られるCFRPの圧縮強度は
低いものになってしまう。
本発明に用いられるブロム化エポキシ樹脂は、ブロム化
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
、及びブロム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ある。エビクロン152、エ
ピクロン11201ESB340、Ep1050、BR
EN−3の商品名で市販されている。このブロム化エポ
キシ樹脂は耐水性及び弾性率の高い硬化物になるが、ブ
ロム原子に起因する立体障害を有するため、伸度が小さ
く脆い硬化物になる。これらの特性を考慮して、ブロム
化エポキシ樹脂の添加量は、エポキシ樹脂成分中10〜
50重量%であり、より好ましくは10〜40重量%で
ある。この範囲より多くすると硬化物の耐熱性が低下す
ると共に伸度が小ざく脆くなる。少なくすると硬化物の
耐水性及び弾性率が低下する。
本発明に用いられるビスフェノールA型エポキシ樹脂は
、Ep82B、Ep 1001 、YDl 28、エビ
クロン855、DER331、DER337、ELA1
28等の商品名で市販されている。
この樹脂から得られる硬化物は樹脂伸度が大きい反面、
弾性率が低い。これらの特性を考慮してビスフェノール
A型エポキシ樹脂の添加量はエポキシ樹脂成分中10〜
60重量%であり、より好ましくは、15〜50重量%
である。この範囲より多くすると硬化物の弾性率が低下
する。少なくすると硬化物の伸度が低下する。
本発明に使用するN、N、0−トリグリシジルアミノフ
ェノールは、ELM120、YDM120、等の商品名
で市販されている。このエポキシ樹脂は自己硬化性を有
する程反応性が良い。ざらに、三官能エポキシ樹脂であ
るので架橋密度が高くなる結果、高耐熱性かつ高弾性率
の硬化物が得られる。
反面、硬化物の伸度は小さく、耐水性が悪い。これらの
特性を考慮して、N、 N、 0− トリグリシジルメ
タアミノフェノールの添加量は、エポキシ樹脂成分中5
〜30重量%であり、より好ましくは10〜20重量%
である。この範囲より多くすると耐水性が低下すると共
に伸度が低下し脆くなる。ざらに、マトリックス樹脂組
成物のポットライフが短くなる。一方、少なくすると、
弾性率が低下するし硬化性が悪くなる。
本発明に使用されるフェノールノボラック型エポキシ樹
脂は、El)152、Ep154、DER485、N7
40等の商品名で市販されている。
このフェノールノボラック型エポキシ樹脂は高耐熱性、
高耐水性の硬化物になるという長所があるが、弾性率の
低い硬化物になる欠点がある。これらの特性を考慮して
、フェノールノボラック型エポキシ樹脂の添加量は10
〜50重量部であり9゜より好ましくは15〜40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耐水性及び耐熱性が低下する。
本発明に使用されるビスフェノールF型エポキシ樹脂は
、エピクロン830、El)807の商品名で市販され
ている。この樹脂から得られる硬化物は樹脂伸度が大き
い反面弾性率が低い。これらの特性を考慮してビスフェ
ノールF型エポキシ樹脂の添加量は、エポキシ樹脂成分
中10〜50重量%であり、より好ましくは10〜40
重量%である。この範囲より多くすると硬化物の弾性率
が低下し、少なくすると硬化物の伸度が低下する。
ざらに、低粘度のエポキシ樹脂である、ELA301等
の商品名で市販されている反応希釈剤及びERL422
1、ERL4206等の商品名で市販されている脂環族
エポキシ樹脂の添加は、本発明マトリックス樹脂組成物
のタック及びドレープ性を向上させることから好ましい
。しかし、これらのエポキシ樹脂の添加は、得られる硬
化物の耐熱性及び耐水性を低下させるため、添加mはエ
ポキシ成分中20重量%以下であり、好ましくは15重
量%以下である。
本発明の一般式(I)で示される硬化剤は公知の方法で
得ることができる。たとえば、ネオペンチルグリコール
をニトロベ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、ヒドラジンで還元するこ
とにより得ることができる。アミノ基の置換位置は、エ
ステル基に対してp位及びm位のどちらであってもよい
。一般式(I)で示される硬化剤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当量になるよう添加す
るのが普通であり、特開昭60−4526でも最適添加
量は、エポキシ1当量に対して1゜3〜0.7アミン当
量となっている。しかし、一般式(n)で示されるポリ
サルホンの添加効率を最大にし、衝撃特性を向上させる
には一般式(1)で示される硬化剤の添加量は、エポキ
シ1当量に対し、0.4〜0.7未満アミン当量であり
、より好ましくは、0.5〜0.65アミン当量である
。このように硬化剤の量を減らした場合、アミン1当量
添加した場合の硬化物のガラス転移温度と同程度にする
には、硬化温度をより高温にするか、硬化時間を長くす
る必要がある。この欠点を補うため、三フッ化ホウ素ア
ミン錯体、ジシアンジアミド等の硬化促進剤を添加する
ことは非常に好ましい。
本発明に用いられる一般式(II)で示されるポリサル
ホンは、ニーデルポリサルホンP−1700、及び、P
−3500の商品名で市販されている。さらに、公知の
方法により合成したオリゴマでもよい。このポリサルホ
ンの添加量は、エポキシ樹脂と一般式(I)で示される
硬化剤とから成るエポキシ樹脂組成物100重量部に対
して5〜50重量部が良いが、より好ましくは10〜4
0重量部でおる。この範囲より多くすると非常に粘度の
高いマトリックス樹脂組成物になるため樹脂の含浸が悪
いうえ成形性の悪いプリプレグしか得られない。この結
果、得られるCFRPは物性の悪いものになる。また、
この範囲より少なくすると、ポリサルホンの添加効果が
なく衝撃特性の低いCFRPLか得られない。
本発明のマトリックス樹脂組成物は、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、織物などのような形態のものに適用できる。さらに
、アラミド繊維、ポロン繊維、炭化ケイ素繊維など先進
複合材料の補強材、さらに、これらのハイブリッドにつ
いても使用できる。
〔本発明の効果〕
本発明にかかるマトリックス樹脂組成物を用いたCFR
Pは、高温吸湿下での圧縮強度を損うことなく、衝撃特
性が大巾に向上した。さらに、CFRPにおいて向上が
望まれている90”引張伸度も大巾に向上した。
以下、実施例によって本発明の詳細な説明する。
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41120)350g、ブロム
化エポキシ樹脂(エポキシ当量360)300Q、ビス
フェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当W11B9>
350g、ネオペンチルグリコールジル−アミノベンゾ
エート(アミン当ff1855 )2B2Q (エポキ
シ1当量に対してアミン0.6当量に相当)、三フッ化
ホウ素モノエチルアミン15g、ポリサルホンp −1
700,256,49を塩化メチレン(55)/クロロ
ホルム(42)/メタノール(3)の混合群*3590
 gに溶かした。この溶液を“トレカ”T300クロス
#7373(東しく株)商品名)に含浸させ、−晩放置
後、120℃、5分間乾燥してWR41%のクロスプリ
プレグを作製した。このプリプレグを疑似等方に24プ
ライ積層した後、離型処理したアルミ板上に載せ、ナイ
ロン製のバキュムバッグでオートクレーブ用にセットし
た。このセットした物をオートクレーブに入れ6 kg
/cJに加圧した後、180℃、2時間加熱して硬化板
を得た。この硬化板の厚さは、5.0mm、ガラス転移
温度は190℃であった。この硬化板から縦150m、
横100#lの試験片を切り出した後、縦横厚さ方向が
90”になるよう端面加工した。この試験片に厚さ1c
mあたり675kg−cm、及び、900kg−cmの
落錘衝撃を与えた債、縦方向に圧縮荷重をかけ、衝撃箋
の残存圧縮強度を測定した。この結果を表1に示す。さ
らに、上記溶液を用い“トレカ″T300.3Kに含浸
させドラムワインド法にてWR35%の一方向プリプレ
グを作製した。このプリプレグを一方向に5枚積層した
後、クロスプリプレグと同様にしてオートクレーブで硬
化し硬化板を得た。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2に示す。次に、この一方向プリプレグを10枚
一方向に積層し同様にして硬化板を作った。この硬化板
から炭素繊維に対して90°方向に長さ230rnm、
巾254面の90’引張用試験片を切り出した。この試
験片の中央に歪みゲージを貼り付け、引張速度1m/分
で引張り、引張物性を測定した。この結果を表2に示す
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350q、ブロム化エポキシ樹脂300q1
ビスフエノールA型エポキシ樹脂350Cl。
ネオベンチルグリコールジp−アミノベンゾエート47
0g(エポキシ1当量に対してアミン1当量に相当)、
ポリサルホンp−1700,294gを塩化メチレン(
55)/クロロホルム(42)/メタノール(3)の混
合溶媒に溶かした。この溶液を用い実施例1と同様にし
て衝撃後の残存圧縮強度、圧縮強度及び90”引張物性
を測定した。
その結果を表1及び表2に示す。
比較例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1000CI、ネオペンチルグリコールジル
−アミノベンゾエート710(j(エポキシ1当量に対
してアミン1当量)、ポリサルホンp−1700,34
2CIを塩化メチレン(55)/クロロホルム(42)
/メタノール(3)の混合溶媒に溶かした。この溶液を
用い実施例1と同様にして衝撃後の残存圧縮強度、圧縮
強度及び90°引張物性を測定した。その結果を表1及
び表2に示す。
表1及び表2より、本発明にかかるマトリックス樹脂組
成物より得られるCFRPは、高温吸湿下の圧縮物性を
損わずに、衝撃特性が非常に優れていることが確認でき
ると共に、90”引張伸度も優れていることが確認でき
た。
表1.クロスコンポジットの残存圧縮強度ELM434
 CM、N、N’、N’−テトラグリシジルジアミノジ
フェニルメタン EPC152ニブOム化エポキシ樹脂 El)  828:ビスフェノールA型エポキシ樹脂表
2一方向コンボジットの物性

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 下記A〜Eを必須成分とするプリプレグ用マトリックス
    樹脂組成物 A N,N,N′,N′−テトラグリシジルジアミノジ
    フェニルメタン B ビスフェノールA型エポキシ樹脂または/およびビ
    スフェノールF型エポキシ樹脂 C N,N,O−トリグリシジルアミノフェノールまた
    は/およびブロム化エポキシ樹脂または/およびフェノ
    ールノボラック型エポキシ樹脂 D 一般式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼ で示される硬化剤 E 一般式(II) ▲数式、化学式、表等があります▼ で示されるポリサルホン
JP9100485A 1985-04-30 1985-04-30 プリプレグ用マトリツクス樹脂組成物 Pending JPS61250021A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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