JPWO2020066746A1 - 繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料 - Google Patents

繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2020066746A1
JPWO2020066746A1 JP2020548505A JP2020548505A JPWO2020066746A1 JP WO2020066746 A1 JPWO2020066746 A1 JP WO2020066746A1 JP 2020548505 A JP2020548505 A JP 2020548505A JP 2020548505 A JP2020548505 A JP 2020548505A JP WO2020066746 A1 JPWO2020066746 A1 JP WO2020066746A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
composite material
reinforced composite
resin composition
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020548505A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7424990B2 (ja
Inventor
恭兵 狩野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd filed Critical Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Publication of JPWO2020066746A1 publication Critical patent/JPWO2020066746A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7424990B2 publication Critical patent/JP7424990B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/44Amides
    • C08G59/46Amides together with other curing agents
    • C08G59/48Amides together with other curing agents with polycarboxylic acids, or with anhydrides, halides or low-molecular-weight esters thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/48Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/44Amides
    • C08G59/46Amides together with other curing agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/50Amines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/50Amines
    • C08G59/5006Amines aliphatic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/50Amines
    • C08G59/5026Amines cycloaliphatic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/249Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs characterised by the additives used in the prepolymer mixture
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/40Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2063/00Use of EP, i.e. epoxy resins or derivatives thereof, as moulding material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C08J2363/02Polyglycidyl ethers of bis-phenols

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

強化繊維への含浸性や速硬化性が優れ、硬化時して得られる成形物の耐熱性が高く、短時間での生産性に優れる繊維強化複合材料のマトリクス樹脂として好適な樹脂組成物を提供する。エポキシ樹脂(A)と下記一般式(1)で表されるエステル化合物(B)を含む主剤と、アミン化合物(C)を含む硬化剤で構成される二液硬化型の繊維強化複合材料用樹脂組成物である。(R1およびR2はアルキル基またはアリール基を表し、R1とR2が互いに連結して環状構造を形成していても良い。また、R1はエステル含有基であってもよい。)

Description

本発明は、低粘度かつ短時間での硬化性に優れる繊維強化複合材料用の樹脂組成物と、それを用いた繊維強化複合材料及びこれを用いた繊維強化成形体の製造方法に関する。
繊維強化複合材料は、一般に、ガラス繊維、アラミド繊維や炭素繊維等の強化繊維と、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂等の熱硬化性マトリクス樹脂から構成され、軽量かつ、強度、耐食性や耐疲労性等の機械物性に優れることから、航空機、自動車、土木建築およびスポーツ用品等の構造材料として幅広く適応されている。
繊維強化複合材料の製造方法は、熱硬化性のマトリクス樹脂が予め強化繊維へ含浸されたプリプレグを用いたオートクレーブ成形法またはプレス成形法や、強化繊維へ液状のマトリクス樹脂を含浸させる工程と熱硬化による成形工程を含むレジントランスファー成形法、リキッドコンプレッション成形法、ウェットレイアップ成形法、引き抜き成形法またはフィラメントワインディング成形法等の手法によって実施される。このうちプリプレグを用いずに含浸と成形を行うレジントランスファー等の成形法は、速やかに強化繊維に含浸させるため、低粘度のマトリクス樹脂が用いられる。
加えて、レジントランスファー成形法、リキッドコンプレッション成形法では、高い生産性を確保するため樹脂を強化繊維に含浸させた後、硬化速度が速いマトリクス樹脂が求められている。さらに、これらの成形法では、硬化後において成形物を金型から脱型する工程が含まれており、高い生産性を確保するためには硬化速度が速いだけでなく脱型性にも優れるマトリクス樹脂組成物が求められている。
従来、レジントランスファー成形法、リキッドコンプレッション成形法では、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられてきた。ラジカル重合性を有する不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂は低粘度であり速硬化性に優れるものの、成形時の硬化収縮が大きく、成形物の耐熱性、強度や靱性等の機械物性が相対的に低いという課題がある。ウレタン樹脂は速硬化性に優れ、強度や靱性の高い成形物が得られるものの、成形物の耐熱性が低い、吸水率が高いという課題がある。エポキシ樹脂は耐熱性、強度や靱性の高い成形物が得られるものの、速硬化性に劣るという課題がある。
特許文献1には、エポキシ樹脂と特定のフェノール化合物の組み合わせにより樹脂組成物の速硬化性を付与させた取り組みがなされているものの、ゲル化までの時間が長く速硬化性が不足しており、耐熱性にも劣る。
特許文献2、3には、エポキシ樹脂とポリエチレンポリアミンからなる樹脂組成物に、特定の触媒を添加することにより、速硬化性を付与させた取り組みがなされている。しかし、ゲル化までの時間が長く速硬化性が不足している。
特許文献4には、エポキシ樹脂と特定のアミン化合物、フェノール化合物の組み合わせにより樹脂組成物の速硬化性を付与された取り組みがなされているが、依然として速硬化性が不足している。
特許文献5、6、7、8には、ラクトン化合物を使用したエポキシ樹脂組成物が提案されているが、二液硬化型の速硬化性を発現するエポキシ樹脂組成物ではない。
繊維強化複合材料のマトリクス樹脂に関し、低粘度性に優れ耐熱性を落とすことなく、さらに高い生産性を確保するため速硬化性のさらなる向上が望まれている。
特開2016−098322号公報 特表2015−535022号公報 特表2015−536373号公報 WO2017/179358号公報 特開2013−32510号公報 特表2008−530321号公報 特開平11−158350号公報 特開平3−2258号公報
本発明は、低粘度性と耐熱性を損なうことなく、速硬化性に優れた繊維強化複合材料用の樹脂組成物を提供することを目的とする。更に、繊維強化複合材料(繊維強化成形体)を生産性良く得ることができる樹脂組成物又はこれを使用したプリプレグ、繊維強化成形体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、前述の課題を解決するため検討を行った結果、特定のエポキシ樹脂とエステル化合物を含む主剤と、特定のアミン化合物を含む硬化剤を用いることにより、前記課題を解決することを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、エポキシ樹脂(A)と下記一般式(1)で表されるエステル化合物(B)を含む主剤と、アミン化合物(C)を含む硬化剤で構成される二液硬化型の繊維強化複合材料用樹脂組成物である。
Figure 2020066746
(式中、RおよびRは炭素原子数1〜40のアルキル基または炭素原子数6〜40のアリール基を表し、RとRが互いに連結して環状構造を形成していてもよい。また、RはR23OCO-で表される基であってもよく、R23はR、Rと同意である。)
上記エステル化合物(B)としては、下記一般式(2)〜(4)のいずれかで表されるエステル化合物が挙げられる。
Figure 2020066746

(式中のR〜R22は水素原子、水酸基、炭素原子数1〜20の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素原子数6〜20のアリール基、炭素原子数3〜20のヘテロアリール基またはR23OCO-で表される基であり、アリール基、ヘテロアリール基またはR23OCO-基の場合、これらは芳香族骨格又は6員ラクトン骨格(R17の場合は、それが結合する炭素原子)に直接に結合しても、架橋基を介して結合してもよい。)
上記アミン化合物(C)としては、下記一般式(5)で表されるアミン化合物が挙げられる。好ましくは、下記式(6)〜(8)で表されるアミン化合物である。
X−(CHNH (5)
(式中、Xは炭素数1〜16のn価の有機基を表し、nは2又は3を表す。)
Figure 2020066746
主剤と硬化剤の質量比が90:10〜70:30の範囲であること、エステル化合物(B)が主剤中に2〜30重量%含有されること、または繊維強化複合材料用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が100℃以上を示すことのいずれか1つ以上を満足することは、好ましい態様である。
また、本発明は上記の繊維強化複合材料用樹脂組成物に、強化繊維を配合してなることを特徴とするプリプレグである。このプリプレグは、強化繊維の体積含有率が45〜70%であることがよい。
更に、本発明は上記のプリプレグの硬化物である。
また、本発明は上記のプリプレグを、レジントランスファー成形法、またはリキッドコンプレッション成形法で成形することを特徴とする成形体の製造方法である。
また、本発明は上記の二液硬化型の繊維強化複合材料用樹脂組成物を用意すること、この繊維強化複合材料用樹脂組成物の二液と強化繊維を混合してプリプレグとすること、次いでこのプリプレグを金型にて加熱硬化、成形することからなる工程を有することを特徴とする成形体の製造方法である。
本発明の繊維強化複合材料用樹脂組成物は、低粘度で良好な強化繊維への含浸性を有し、かつ短時間での硬化性を示す。そのため、プリプレグをレジントランスファー成形法またはリキッドコンプレッション成形法によって成形体とするために使用される繊維強化複合材料用樹脂組成物として適する。更に、硬化して得られる成形物は、金型からの脱型性に優れかつガラス転移温度が高いものとなる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の繊維強化複合材料用樹脂組成物は、これに強化繊維を配合してプリプレグとなり、このプリプレグを硬化又は成形することにより硬化物又は成形体となる。以下、繊維強化複合材料用樹脂組成物を樹脂組成物とも言い、繊維強化複合材料を複合材料、成形体または硬化物とも言う。
本発明の樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)と、前記式(1)で表されるエステル化合物(B)を含む主剤とアミン化合物(C)を含む硬化剤で構成される二液硬化型の樹脂組成物である。ここで、上記エポキシ樹脂(A)、エステル化合物(B)、アミン化合物(C)を、それぞれ(A)成分、(B)成分、及び(C)成分、又はエポキシ樹脂、エステル化合物、アミン化合物ともいう。
主剤成分として使用するエポキシ樹脂(A)は、2官能以上のエポキシ樹脂が好ましく使用される。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールZ型エポキシ樹脂、イソホロンビスフェノール型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂や、これらビスフェノール型エポキシ樹脂のハロゲン、アルキル置換体、水素化物などの他、単量体に限らず複数の繰り返し単位を有する高分子量体、アルキレンオキサイド付加物のグリシジルエーテルや、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂や、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキサンカルボキシレ−ト、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、1−エポキシエチル−3,4−エポキシシクロヘキサン等の脂環式エポキシ樹脂や、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ポリオキシアルキレンジグリシジルエーテル等の脂肪族エポキシ樹脂や、フタル酸ジグリシジルエステルや、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステルや、ダイマー酸グリシジルエステル等のグリシジルエステルや、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルジアミノジフェニルスルホン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、テトラグリシジルキシリレンジアミン等のグリシジルアミン類等を用いることができる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
エポキシ樹脂の25℃における粘度は、流動性の観点から30000mPa・s以下であることが好ましい。なお、本明細書において、粘度は特に断りのない限り、E型粘度計により測定する。
主剤成分として使用するエステル化合物(B)は、上記一般式(1)で表されるエステル化合物である。これらはエステル構造を有することによりアミン化合物と反応することで水酸基が生成し速硬化性が向上する。
一般式(1)において、RおよびRは炭素原子数1〜40のアルキル基または炭素原子数6〜40のアリール基を表すが、好ましくは炭素原子数1〜10のアルキル基又は6〜20のアリール基である。フェノール性水酸基を生成するという観点からは、Rはアリール基であることが好ましい。また、RとRが互いに連結して環状構造を形成していてもよく、上記アルキル基またはアリール基は置換基を有してもよい。好ましい置換基は、水酸基、カルボキシ基、チオール基、エステル基(OCO)等である。また、Rはエステル含有基(R23OCO-)であることができる。ここで、R23はR、Rと同意であり、エステル基の酸素または炭素と結合する。また、RとRは置換基を有してもよい。この置換基は一般式(2)〜(4)の説明から理解可能である。
これらの中で特に、上記一般式(2)〜(4)で表されるエステル化合物は、アミン化合物と反応することでフェノール性水酸基を生成し速硬化性がさらに向上するため好ましい。
一般式(2)〜(4)において、R〜R22は水素原子、水酸基、炭素原子数1〜20の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素原子数6〜20のアリール基、炭素原子数3〜20のヘテロアリール基またはR23OCO-で表される基であり、アリール基、ヘテロアリール基またはR23OCO-基の場合、これらは芳香族骨格又は6員ラクトン骨格に直接に結合しても、架橋基を介して結合してもよい。ここで、R17は環構成炭素原子に結合していないので、それが結合する炭素原子と直接又は架橋基を介して結合してもよい。R23は上記アルキル基又はアリール基と同意である。好ましい架橋基は、炭素数1〜3のアルキレン基等である。
上記アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基(R23がアルキル基またはアリール基である場合を含む)である場合は、これらは置換基を有することができ、好ましい置換基は、水酸基、カルボキシ基、チオール基、エステル基(OCO)等である。
以下に、一般式(1)または(2)〜(4)で表される化合物の具体的な構造式の例を示す。これらは1種を単独で用いても、必要に応じて2種類以上を用いてもよい。
Figure 2020066746
硬化剤成分として使用するアミン化合物(C)は、アミノ基を有する化合物であるが、好ましくは上記一般式(5)で表される化合物である。一般式(5)で表されるアミン化合物(C)は、アミノメチル基を一分子中に2又は3個有する。アミノメチル基は、エポキシ基やアクリロイル基との反応性が高く速硬化性に優れる。また、一分子中にアミノメチル基を二つ以上有することで、加熱硬化時に架橋密度の高い耐熱性に優れた成形物が得られる。
アミン化合物(C)の具体例としては、式(9)で表される二級アミンを分子構造に有するイミノビスプロピルアミン、トリエチレンテトラミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン等の非環式脂肪族ポリアミン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3,6−トリスアミノメチルシクロヘキサン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5.5)ウンデカン、ビス(アミノメチル)ノルボルナン等の環状脂肪族ポリアミン、メタキシリレンジアミン(MXDA)等の芳香環を含むポリアミン、およびこれらの脂環や芳香環にアルキル基が置換した誘導体が挙げられる。
Figure 2020066746
これらの中で特に、上記式(6)で表されるノルボルナンジアミン、上記式(7)で表される1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、または上記式(8)で表されるトリエチレンテトラミンであることが好ましい。これらのアミン化合物とすることにより、速硬化性が向上する。これらはそれぞれ単独で使用してもよく、混合して使用してもよい。
本発明の樹脂組成物は、主剤と硬化剤との二液硬化型であり、これらを所定の割合で混合することにより、加熱硬化可能となる。この主剤と硬化剤の混合比率は、主剤中のエポキシ樹脂成分と、硬化剤中の硬化剤成分の種類によって決定される。具体的には、全エポキシ樹脂成分に含まれるエポキシ基のモル数と硬化剤成分に含まれる活性水素のモル数の比率を計算して調整され、質量比が90:10〜70:30の範囲である。この範囲であれば、得られた樹脂硬化物の耐熱性や弾性率が優れる。
主剤には、エステル化合物(B)を2〜30質量%の範囲で含むことが望ましい。含有率が低すぎると、速硬化性が十分に発現しない。一方、含有率が高すぎると耐熱性が低下する。
本発明の樹脂組成物は、主剤と硬化剤との二液硬化型であり、上記アミン化合物を含む硬化剤は、必要により他の硬化剤成分、硬化促進剤、又は硬化触媒を含むことができる。
また、主剤および硬化剤には、その他の成分として、可塑剤、染料、有機顔料や無機充填剤、高分子化合物、カップリング剤、界面活性剤および溶剤など適宜配合することもできる。また、他の硬化性樹脂を配合することもできる。このような硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、硬化性アクリル樹脂、硬化性アミノ樹脂、硬化性メラミン樹脂、硬化性ウレア樹脂、硬化性シアネートエステル樹脂、硬化性ウレタン樹脂、硬化性オキセタン樹脂、硬化性エポキシ/オキセタン複合樹脂等が挙げられるがこれらに限定されない。
これらは、主剤および硬化剤に含まれる成分との反応性や粘度等を考慮して、いずれかに配合することができる。主剤又は硬化剤に含まれる成分と反応する配合は、避けることになる。また、溶剤は成形体の生産性を低下させるので、含まないか少量とすることが望ましい。
上記他の硬化剤成分又は硬化促進剤、硬化触媒としては、例えば、三級アミン、カルボン酸、スルホン酸、ルイス酸錯体、オニウム塩、イミダゾール、アルコール類や、フェノール、クレゾール、アリルフェノール、ニトロフェノール、パラアミノフェノール、メタアミノフェノール、モノ−t−ブチルフェノール、ジ−t−ブチルフェノール等のフェノール性水酸基を一つ有する化合物等が挙げられる。これらを1種または2種以上を用いてもよい。
本発明の樹脂組成物は、硬化物としたときのガラス転移温度(Tg)が、好ましくは100℃以上である。Tgが100℃より低い場合、得られた繊維強化複合材料の硬化物又は成形体を金型から離型する際に変形しやすい。
本発明の繊維強化複合材料に用いられる強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ボロン繊維等から選ばれるが、強度に優れた繊維強化複合材料を得るためには炭素繊維を使用するのが好ましい。
本発明のプリプレグは、上記樹脂組成物と強化繊維を含む。プリプレグにおける強化繊維の体積含有率は、好ましくは45〜70%、より好ましくは48〜62%の範囲である。この範囲にすることにより、空隙が少なく、かつ強化繊維の体積含有率が高い成形体が得られるため、優れた強度の成形材料が得られる。
プリプレグの硬化は、好ましくは主剤を50〜90℃の範囲、硬化剤を20〜60℃の範囲の温度で予め繊維を配置した金型等に注入し、90〜160℃の温度、好ましくは100〜140℃で、15秒〜360秒の時間、好ましくは25〜150秒、加熱硬化することにより行うことができる。主剤と硬化剤は同時に金型へ注入してもよいが、均一性を高めるため、直前に混合してから注入することが、望ましい。しかし、混合すること無く金型に注入し、繊維の存在下で混合してもよい。混合方式としては衝突混合、スタティックミキサー方式等特に制限はないが、短時間で均一混合が完了する衝突混合方式が好ましい。
注入温度が低いと流動性が低下し、成形型及び繊維への充填不良が起こり好ましくない。また、注入温度が高いとバリが発生したり、注入時に樹脂の硬化が始まりタンク内や成形型内での樹脂が硬化し充填不良が発生するため好ましくない。また、成形時間は短すぎると十分に充填されず、長すぎると型内での樹脂が硬化し成形不良が起こるとともに生産性の低下が起こるため好ましくない。本発明のプリプレグに含まれる樹脂組成物は、上記の様な比較的低い注入温度にて成形型への注入、含浸が可能となり、また短い硬化時間で型からの離形ができる硬化物を得ることができる。
本発明の樹脂組成物からプリプレグ又は繊維強化複合材料(成形体又は硬化物)を作製する方法は、特に限定されないが、RTM法又はLCM法が好適である。RTM法とは、強化繊維からなる繊維基材あるいはプリフォームを成形型内に設置し、その成形型内に液状の繊維強化複合材料用樹脂組成物を注入して強化繊維に含浸させて、プリプレグとし、その後に加熱してプリプレグを硬化させて、成形体を得る方法である。硬化条件は、上記プリプレグの硬化で説明した条件が適する。LCM法とは、あらかじめ樹脂をなじませた強化繊維からなる繊維基材あるいはプリフォームを成形型内に成形圧力を解放した状態で設置し、成形型を型締めすることで含浸と成形を同時に行い予備成形体とした後に、金型を加熱して予備成形体を硬化させて、成形体を得る方法である。LCM法の硬化条件も、上記プリプレグの硬化で説明した条件が適する。
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。配合量を示す部は、特に断りがない限り質量部である。
実施例および比較例で使用した各成分の略号は、以下の通りである。
(A)成分
YD−128:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(新日鉄住金化学社製)
YDF−170:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(新日鉄住金化学社製)
(B)成分
DHCM:ジヒドロクマリン
SAPE:サリチル酸フェニル
(C)成分
NBDA:ビス(アミノメチル)ノルボルナン
1,3−BAC:1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン
TETA:トリエチレンテトラミン
(D)成分(その他成分)
4tBP:4−tert−ブチルフェノール
2E4MZ:2−エチル−4−メチルイミダゾール
DICY:ジシアンジアミド
各物性の測定または試験方法は、以下のとおりである。
(主剤粘度の測定)
E型粘度計コーンプレートタイプ(東機産業株式会社:RE80H)を用いて25℃で測定した。測定開始から60秒経過後の値を、粘度の値とした。
(ゲルタイムの測定)
120℃に加熱しておいたゲル化試験機(日新科学製)のプレート上に二液硬化型樹脂組成物を添加し、フッ素樹脂棒を用いて一秒間に2回転の速度で攪拌し、樹脂組成物の硬化が進行し可塑性を失うまでに要した時間をゲル化時間とした。ゲル化しないときは×とした。
(ガラス転移温度Tgの測定)
動的粘弾性試験機を用いて、ガラス転移温度測定用試験片を昇温速度5℃/分、曲げモード、測定周波数10Hzの条件で測定し、損失弾性率(E’’)の最大値をTgとした。
実施例1
(A)成分としてYD−128を95部、(B)成分としてDHCMを5部、(C)成分としてNBDAを20.9部使用した。
(A)成分と(B)成分を混合して主剤とした。(C)成分と(D)成分を混合して硬化剤とした。
主剤と硬化剤を、真空ミキサーを用いて、室温下で5分間攪拌しながら混合して、樹脂組成物を得た。
この樹脂組成物を、平板形状にくり抜かれた4mm厚のスペーサーを設けた縦60mm×横80mmの120℃に加熱された金型へ流し込み、5分間硬化させた後、得られた硬化物を、卓上バンドソーを用いて50mm×10mmの大きさに切削して試験片を得て、これをTgの測定に用いた。
実施例2〜7、比較例1〜8
(A)〜(D)成分として表1および表2に記載された組成(部)にて各原料を使用した以外は、実施例1と同様の混合条件にて樹脂組成物と試験片を作製した。
実施例1〜7の配合、試験結果を表1に、比較例1〜8の配合、試験結果を表2に示す。配合量の数字は質量部である。
Figure 2020066746
Figure 2020066746

Claims (12)

  1. エポキシ樹脂(A)と下記一般式(1)で表されるエステル化合物(B)を含む主剤と、アミン化合物(C)を含む硬化剤で構成される二液硬化型の繊維強化複合材料用樹脂組成物。
    Figure 2020066746

    式中、RおよびRは炭素原子数1〜40のアルキル基または炭素原子数6〜40のアリール基を表し、RとRが互いに連結して環状構造を形成していてもよく、置換基を有してもよい。また、RはR23OCO-で表される基であってもよく、R23はRと同意である。
  2. エステル化合物(B)が、下記一般式(2)〜(4)のいずれかで表されることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料用樹脂組成物。
    Figure 2020066746

    式中、R〜R22は水素原子、水酸基、炭素原子数1〜20の直鎖もしくは分岐のアルキル基、炭素原子数6〜20のアリール基、炭素原子数3〜20のヘテロアリール基またはR23OCO-で表される基であり、アリール基、ヘテロアリール基またはR23OCO-基の場合、これらはそれが結合する炭素原子に直接に結合しても、架橋基を介して結合してもよい。
  3. アミン化合物(C)が、下記一般式(5)で表されることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料用樹脂組成物。
    X−(CHNH (5)
    (式中、Xは炭素数1〜16のn価の有機基を表し、nは2又は3を表す。)
  4. アミン化合物(C)が下記式(6)〜(8)のいずれかで表されることを特徴とする請求項3に記載の繊維強化複合材料用樹脂組成物。
    Figure 2020066746
  5. 主剤と硬化剤の質量比が90:10〜70:30の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料用樹脂組成物。
  6. エステル化合物(B)が主剤中に2〜30重量%含有されることを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料用樹脂組成物。
  7. 繊維強化複合材料用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が100℃以上を示すことを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料用樹脂組成物。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料用樹脂組成物に、強化繊維を配合してなることを特徴とするプリプレグ。
  9. 強化繊維の体積含有率が45〜70%である請求項8に記載のプリプレグ。
  10. 請求項8に記載のプリプレグの硬化物。
  11. 請求項8に記載のプリプレグを、レジントランスファー成形法、またはリキッドコンプレッション成形法で成形することを特徴とする成形体の製造方法。
  12. 請求項1に記載の二液硬化型の繊維強化複合材料用樹脂組成物を用意すること、この繊維強化複合材料用樹脂組成物の二液と強化繊維を混合してプリプレグとすること、次いでこのプリプレグを金型にて加熱硬化、成形することからなる工程を有することを特徴とする成形体の製造方法。
JP2020548505A 2018-09-25 2019-09-17 繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料 Active JP7424990B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018178480 2018-09-25
JP2018178480 2018-09-25
PCT/JP2019/036357 WO2020066746A1 (ja) 2018-09-25 2019-09-17 繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020066746A1 true JPWO2020066746A1 (ja) 2021-11-25
JP7424990B2 JP7424990B2 (ja) 2024-01-30

Family

ID=69950501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020548505A Active JP7424990B2 (ja) 2018-09-25 2019-09-17 繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220025140A1 (ja)
EP (1) EP3858899A4 (ja)
JP (1) JP7424990B2 (ja)
CN (1) CN112771103A (ja)
WO (1) WO2020066746A1 (ja)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH032258A (ja) 1989-05-30 1991-01-08 Matsushita Electric Works Ltd 樹脂組成物、プリプレグおよび積層板
JPH11158350A (ja) 1997-09-24 1999-06-15 Hitachi Chem Co Ltd エポキシ樹脂組成物、これを用いたぺースト状組成物およびこれを用いて製造される半導体装置
EP1848754B8 (en) * 2005-02-18 2008-07-16 Henkel AG & Co. KGaA Low shrinkage amine-curing epoxy resin compositions comprising a lactone
WO2011157671A1 (de) * 2010-06-15 2011-12-22 Basf Se Verwendung von cyclischen carbonaten in epoxidharzzusammensetzungen
JP2013032510A (ja) * 2011-06-29 2013-02-14 Toray Ind Inc エポキシ樹脂組成物、成形材料および繊維強化複合材料
KR102131211B1 (ko) * 2012-11-13 2020-07-08 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 수지 이송 성형 공정을 위한 폴리에틸렌 테트라아민을 함유하는 에폭시 수지 시스템
JP6320403B2 (ja) 2012-11-13 2018-05-09 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー 樹脂移送成形プロセスのためのポリエチレンテトラアミンおよびトリエチレンジアミン触媒を含有するエポキシ樹脂系
JP6570854B2 (ja) * 2014-03-26 2019-09-04 三洋化成工業株式会社 繊維強化複合材料用樹脂組成物、繊維強化複合材料用樹脂組成物含浸強化繊維及び繊維強化複合材料
JP6593620B2 (ja) 2014-11-21 2019-10-23 Dic株式会社 エポキシ樹脂組成物、硬化物、繊維強化複合材料、繊維強化樹脂成形品、及び繊維強化樹脂成形品の製造方法
CN108699221B (zh) 2016-04-12 2020-12-01 三菱瓦斯化学株式会社 环氧树脂固化剂、环氧树脂组合物、碳纤维增强复合材料
EP3632982A4 (en) * 2017-05-24 2020-04-08 Mitsubishi Chemical Corporation MOLDING MATERIAL, AND FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIAL

Also Published As

Publication number Publication date
CN112771103A (zh) 2021-05-07
EP3858899A4 (en) 2022-06-29
WO2020066746A1 (ja) 2020-04-02
EP3858899A1 (en) 2021-08-04
US20220025140A1 (en) 2022-01-27
JP7424990B2 (ja) 2024-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6617559B2 (ja) 繊維強化複合材料用2液型エポキシ樹脂組成物および繊維強化複合材料
KR20140138110A (ko) 경화가능한 에폭시 조성물 및 단기 경화 방법
EP3762443B1 (en) Cycloaliphatic amines for epoxy formulations: a novel curing agent for epoxy systems
RU2726406C2 (ru) Композиция эпоксидной смолы, препрег и композитный материал, армированный волокном
EP3559077B1 (en) N-hydroxyl ethyl piperidine (nhep): a novel curing agent for epoxy systems
JP7186711B2 (ja) 硬化性樹脂組成物、及びそれを用いたトゥプリプレグ
JP7221871B2 (ja) 繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料
JPWO2019167579A1 (ja) 熱硬化性樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料
JP2009102563A (ja) エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた繊維強化複合材料
TW201827519A (zh) 纖維強化複合材料用樹脂組成物及使用其之纖維強化複合材料
JP7307050B2 (ja) 繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料
JP2019178224A (ja) エポキシ樹脂、エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた繊維強化複合材料
JPWO2018123454A1 (ja) 硬化性エポキシ樹脂組成物、及びそれを用いた繊維強化複合材料
JP2009227907A (ja) エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた繊維強化複合材料
JP7424990B2 (ja) 繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料
JP2018135496A (ja) 繊維強化複合材料用2液型エポキシ樹脂組成物および繊維強化複合材料
JP7161482B2 (ja) 硬化性エポキシ樹脂組成物、及びそれを用いた繊維強化複合材料
JP2017008317A (ja) エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料、成形品および圧力容器
JP2019167443A (ja) エポキシ樹脂組成物および繊維強化複合材料用プリプレグ
JP2022156912A (ja) 硬化性樹脂組成物、およびこれを用いた繊維強化複合材料
JP2022102349A (ja) 繊維強化複合材料用樹脂組成物及びそれを用いた繊維強化複合材料
JP2020070336A (ja) エポキシ樹脂組成物、成形材料及び繊維強化複合材料

Legal Events

Date Code Title Description
A529 Written submission of copy of amendment under article 34 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A5211

Effective date: 20210311

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220804

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230530

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230727

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231003

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240116

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7424990

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150