JPWO2019181402A1 - プリプレグおよび繊維強化複合材料 - Google Patents
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Abstract
Description
[A]:エポキシ樹脂
[B]:ジシアンジアミド
[C]:融点が130℃以下であり、[B]の溶解度パラメータとの差が8以内である溶解度パラメータを有する化合物
また、本発明の繊維強化複合材料は、上記プリプレグが硬化されてなる繊維強化複合材料である。
本発明の樹脂組成物において、構成要素[A]100質量部に対し、構成要素[B]を4〜16質量部含むことが好ましく、より好ましくは6〜10質量部である。構成要素[B]の配合量をかかる範囲とすることで、耐熱性と機械特性のバランスに優れたエポキシ樹脂硬化物を得ることができる。
(1)強化繊維
・“トレカ(登録商標)” T1100G−24K(繊維数24000本、引張弾性率:324GPa、密度1.8g/cm3、東レ(株)製)。
・“アラルダイト(登録商標)”MY0500(アミノフェノール型エポキシ樹脂、エポキシ当量:118g/eq、官能基数:3、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)
・“アラルダイト(登録商標)”MY0600(アミノフェノール型エポキシ樹脂、エポキシ当量:118g/eq、官能基数:3、ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)
・“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、エポキシ当量:120g/eq、官能基数:4、住友化学工業(株)製)
・“TEPIC(登録商標)”S(イソシアヌル酸型エポキシ樹脂、エポキシ当量:100g/eq、官能基数:3、日産化学工業(株)製)
・“AER(登録商標)”4001(イソシアネート変性エポキシ樹脂、エポキシ当量:290g/eq、旭化成イーマテリアルズ(株)製)
・“EHPE(登録商標)”3150(脂環式エポキシ樹脂、エポキシ当量:180g/eq、(株)ダイセル製)
・“jER(商標登録)”828(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量:170g/eq、三菱ケミカル(株)製)
・“jER(商標登録)”4004P(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量:550g/eq、三菱ケミカル(株)製)。
・DICY7(ジシアンジアミド、BSP:16.0、三菱ケミカル(株)製)。
・ジエチレングリコールモノエチルエーテル(融点:−80℃、沸点:196℃、CSP:10.5、東京化成工業(株)製)
・ジメチルホルムアミド(融点:−61℃、沸点:153℃、CSP:12.0、東京化成工業(株)製)
・ジメチルスルホキシド(融点:19℃、沸点:189℃、CSP:12.1、ナカライテスク(株)製)
・エチルフェニルエーテル(融点:−30℃、沸点:173℃、CSP:9.4、東京化成工業(株)製)
・エチレングリコールジエチルエーテル(融点:−74℃、沸点:121℃、CSP:8.3、東京化成工業(株)製)
・スクシンイミド(融点:124℃、沸点:287℃、CSP:15.5、東京化成工業(株)製)。
・ジブチルエーテル(融点:−98℃、沸点:141℃、CSP:7.8、東京化成工業(株)製)(対比用。本発明で特定する構成要素[C]には属しない。)
・メチルシクロペンタン(融点:−142℃、沸点:72℃、CSP:7.8、東京化成工業(株)製)(対比用。本発明の構成要素[C]には属しない。)。
・2,4−トルエンビス(ジメチルウレア)(“Omicure(登録商標)”24、Emerald Performance Materials,LLC製、融点188℃)。
・“ビニレック(登録商標)”K(ポリビニルホルマール、JNC(株)製)。
以下の測定方法を使用し、各実施例のエポキシ樹脂組成物およびプリプレグを測定した。
樹脂組成物の粘度は、動的粘弾性装置ARES−2KFRTN1−FCO−STD(ティー・エイ・インスツルメント社製)を用いて測定した。上下部測定冶具に直径25mmの平板のパラレルプレートを用い、上部と下部の冶具間距離が1mmとなるように該エポキシ樹脂組成物をセット後、ねじりモード(測定周波数:0.5Hz)で測定した。20℃から30℃まで速度1℃/分で昇温し、25℃での複素粘弾性率を樹脂組成物の25℃での粘度とした。
未硬化の樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、30℃から速度1.7℃/分で昇温して90℃の温度で60分間保持した後、速度2.0℃/分で昇温して135℃の温度で120分間硬化させ、厚さ2mmの板状の樹脂硬化物を得た。この樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパンを32mm、クロスヘッドスピードを100mm/分、サンプル数n=6とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、強度および弾性率の平均値をそれぞれ樹脂硬化物の曲げ強度、樹脂硬化物の曲げ弾性率とした。
エポキシ樹脂組成物をモールドに注入した後、熱風乾燥機中で30℃から速度1.7℃/分で昇温して90℃の温度で60分間保持した後、速度2.0℃/分で昇温して135℃の温度で120分間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化板を作製した。作製した樹脂硬化板から幅12.7mm、長さ55mmの試験片を切り出した後、SACMA SRM18R−94に従い、DMA法によりガラス転移温度を求めた。貯蔵弾性率G’曲線において、ガラス状態での接線と転移状態での接線との交点温度値をガラス転移温度とした。ここでは、昇温速度5℃/分、周波数1Hzで測定した。
プリプレグのタック性を、タックテスタ(PICMAタックテスタII:東洋精機(株)製)を用いて測定した。18mm×18mmのカバーガラスを0.4kgf(3.9N)の力で5秒間プリプレグに圧着し、30mm/分の速度にて垂直に引張り、剥がれる際の抵抗力をタック値とした。
JIS K7017(1999)に記載されているとおり、一方向繊維強化複合材料の繊維方向を軸方向とし、軸方向を0°軸と定義したときの軸直交方向を90°と定義した。
一方向プリプレグの繊維方向を揃えて20プライ積層し、オートクレーブにて0.7MPaの圧力下、30℃から速度1.7℃/分で昇温して90℃の温度で60分間保持した後、速度2.0℃/分で昇温して135℃の温度で120分間成形して、厚み2mmの一方向材のCFRPを作製した。90°引張強度は、JIS K7073(1988)に従い測定した。硬化板から、長さ150±0.4mm、幅20±0.2mm、厚さ2±0.2mmの一方向90゜引張試験片を作製した。試験片引張試験機のクロスヘッドスピードは1mm/分として測定した。サンプル数n=5として測定し、平均値を90°引張強度とした
(7)樹脂硬化物の偏光顕微鏡観察
未硬化の樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で、30℃から速度1.7℃/分で昇温して90℃の温度で60分間保持した後、速度2.0℃/分で昇温して135℃の温度で120分間硬化させ、厚さ2mmの板状の観察用樹脂硬化物を得た。偏光光学顕微鏡(キーエンス(株)製;VHX−5000、偏光フィルター付き)にて樹脂硬化物の偏光透過観察を行い、複屈折を有する3μm以上の結晶性固形物をジシアンジアミドと見なしてその残存量を評価した。ジシアンジアミドの溶け残りの評価は3段階で判定し、1mm×1mmの観察範囲に残存するジシアンジアミドが0〜60個であれば「A」、61〜120個であれば「B」、121個以上であれば「C」とした。
(樹脂組成物の作製)
次の手法にて、樹脂組成物を作製した。
前記にて得られた樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して、樹脂目付が21g/m2の樹脂フィルムを2枚作製した。次に、繊維目付が125g/m2のシート状となるように一方向に配列させた炭素繊維に、得られた樹脂フィルムを2枚、炭素繊維の両面から重ねて温度110℃、最大圧力1MPaの条件で加熱加圧してエポキシ樹脂組成物を含浸させ、プリプレグを得た。
・構成要素[A];
“アラルダイト(登録商標)”MY0500:35部
“TEPIC(登録商標)”S:35部
“jER(商標登録)”828:10部
“jER(商標登録)”4004P:20部
・構成要素[B];
DICY7:8.0部
・構成要素[C];
ジエチレングリコールモノエチルエーテル:5部。
表1〜4の配合比に従って上記実施例1と同様の手順で樹脂組成物およびプリプレグを得た。得られた樹脂組成物とプリプレグを用いて、上記の「(1)樹脂組成物の粘度測定」、「(2)樹脂硬化物の3点曲げ測定」、「(3)樹脂硬化物のガラス転移温度測定」、「(4)プリプレグのタック性測定」、「(6)繊維強化複合材料の90°引張強度測定」行った。実施例の各種測定結果は表1、2に示す通りであり、実施例2〜22のように樹脂組成物の配合を変更した場合においても、優れた樹脂硬化物の曲げ強度、プリプレグのタック性、および繊維強化複合材料の90°引張強度が得られた。
表5の配合比に従って上記実施例1と同様の手順で樹脂組成物およびプリプレグを得た。得られた樹脂組成物とプリプレグを用いて、上記の「(1)樹脂組成物の粘度測定」、「(2)樹脂硬化物の3点曲げ測定」、「(3)樹脂硬化物のガラス転移温度測定」、「(4)プリプレグのタック性測定」、「(6)繊維強化複合材料の90°引張強度測定」行った。
Claims (7)
- 強化繊維と樹脂組成物とからなるプリプレグであって、該樹脂組成物が下記[A]〜[C]を含み、該樹脂組成物の25℃での粘度が1000Pa・s以上であるプリプレグ。
[A]:エポキシ樹脂
[B]:ジシアンジアミド
[C]:融点が130℃以下であり、[B]の溶解度パラメータとの差が8以内である溶解度パラメータを有する化合物 - 該樹脂組成物において、構成要素[A]100質量部に対し構成要素[C]を1〜10質量部含む請求項1に記載のプリプレグ。
- 該樹脂組成物において、構成要素[B]100質量部に対し構成要素[C]を30〜250質量部含む請求項1または2に記載のプリプレグ。
- 該樹脂組成物に含まれる全ての構成要素[C]の沸点が125℃以上である請求項1〜3のいずれかに記載のプリプレグ。
- 構成要素[A]の平均エポキシ当量が115〜200g/eqである請求項1〜4のいずれかに記載のプリプレグ。
- 構成要素[A]100質量部のうち、分子内に窒素原子を有する3官能以上のエポキシ樹脂を40〜90質量部含む請求項1〜5のいずれかに記載のプリプレグ。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のプリプレグが硬化されてなる繊維強化複合材料。
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