KR20180087995A - Prepreg with high toughness and high tensile strength - Google Patents

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Abstract

Provided is a high toughness prepreg which is composed of: (a) a reinforcing fiber; (b) a resin composition composed of an epoxy resin containing bisphenol A type, aminophenol type, and tetraglycidyl diaminodiphenylmethane, and a curing agent containing dicyandiamide and 3-(3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimeth-K urea; (c) polyether sulfone as a solubility toughening agent; and (d) a nylon 12 fine particle as an insoluble toughening agent. At least 50% of the component (c) and at least 95% of the component (d) are distributed within a 20% depth of the thickness of the prepreg. According to the present invention, the prepreg ensures excellent effects such as high toughness, high strength, and high heat resistance.

Description

고인성 프리프레그{Prepreg with high toughness and high tensile strength} [0001] Prepreg with high toughness and high tensile strength [

본 발명은 350℉ 경화형 고인성 프리프레그에 관한 것으로서, 상세하게는 항공 우주용 부품 및 구조체 등 첨단수송기기 부품소재로 사용하기 위한 최적의 수지 합성 및 배합기술과 350℉ 경화형 경화제를 이용한 고인성, 고강도 및 고내열이 우수한 350℉ 경화형 고인성 프리프레그에 관한 것이다. The present invention relates to a 350 ℉ curable high toughness prepreg, and more particularly, to a resin composition and compounding technique suitable for use as a material for advanced transport equipment such as aerospace parts and structures, Hardness tough toughness prepreg having high strength and high heat resistance.

프리프레그란, 섬유와 수지를 주성분으로 하는 매트릭스와의 조합으로 제조되는 섬유강화복합재료이다. 탄소섬유와 수지로 구성되는 탄소 섬유강화복합재료는 기계 강도 특성이 우수하고, 스포츠, 항공우주, 자동차 차체 등 일반 산업용도에 넓게 이용되고 있다.The prepreg is a fiber-reinforced composite material produced by a combination of a fiber and a matrix mainly composed of a resin. The carbon fiber reinforced composite material composed of carbon fiber and resin has excellent mechanical strength characteristics and is widely used in general industrial applications such as sports, aerospace, automobile body, and the like.

복합 재료는 전형적으로 두 개의 주요 성분으로서 수지 매트릭스 및 연속 보강 섬유로 구성된다. 복합 재료는 흔히 복합 부품의 물리적 제한 및 특징이 결정적으로 중요한 항공 우주 분야와 같은, 까다로운 환경에서 작업을 수행하기 위해 필요하다.Composite materials typically consist of a resin matrix and continuous reinforcing fibers as two major components. Composites are often needed to perform tasks in demanding environments, such as aerospace, where the physical limitations and characteristics of composite components are critically important.

사전-함침된 복합 재료(프리프레그)는 복합 부품들의 제조에 광범위하게 사용된다. 프리프레그는 비경화된 수지 매트릭스 및 섬유 보강재의 조합물이며, 이는 최종 복합 부품으로 성형하고 경화시키기 쉬운 형태이다. 섬유 보강재를 수지로 사전-함침시킴으로써, 제조자는 섬유 네트워크로 함침되는 수지의 양과 위치를 주의하여 조절해야 한다. 복합 부품의 섬유 및 수지의 상대적인 양 및 섬유 네트워크 내 수지의 분포가 부품의 구조적 특성에 큰 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있다. 프리프레그는 로드-베어링(load-bearing) 구조 부품 및 구체적으로는 항공우주 복합 부품 예컨대, 날개, 동체, 칸막이 및 조종면을 제조하는 데 사용하기 위한 바람직한 재료이다. 이러한 부품들이 이를 위해 일반적으로 수립된 충분한 강도, 손상 허용성 및 다른 요건들을 갖는 것은 중요하다. Pre-impregnated composites (prepregs) are widely used in the manufacture of composite parts. A prepreg is a combination of an uncured resin matrix and a fiber reinforcement, which is a form that is easy to shape and cure into a final composite part. By pre-impregnating the fiber reinforcement with resin, the manufacturer must carefully control the amount and location of the resin impregnated with the fiber network. It is well known that the relative amount of fibers and resin in a composite part and the distribution of resin in the fiber network have a great influence on the structural characteristics of the part. Pre-pressures are a preferred material for use in the manufacture of load-bearing structural components and specifically aerospace composite components such as wings, fuselages, partitions and maneuvers. It is important that these components have sufficient strength, damage tolerance and other requirements generally established for this.

기존의 프리프레그는 강력하고 손상 허용성이 있는 복합 부품을 제공하는 데 의도적으로 사용하기에 매우 적합하지만, 더 높은 수준의 강도(예를 들어, 인장 강도 및 압축 강도), 손상 허용성(CAI) 및 층간 파괴 인성(GIc 및 GIIc)을 갖는 복합 부품을 제조하는데 사용될 수 있는 프리프레그를 제공하는 것이 여전히 지속적으로 필요하다.Conventional prepresses are well suited for intentional use in providing strong, damage-tolerant composite parts, but require a higher level of strength (e.g., tensile and compressive strength), damage tolerance (CAI) And interlaminar fracture toughness (GIc and GIIc). It is still a continuing need to provide prepregs that can be used to prepare composite parts having interlaminar fracture toughness (GIc and GIIc).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인장강도, 압축강도, 손상 허용성 및 층간 파괴 인성을 갖는 프리프레그를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems and provides a prepreg having tensile strength, compressive strength, damage tolerance and interlaminar fracture toughness.

본 발명은 (a) 강화섬유, (b) 비스페놀 A 타입, 아미노페놀 타입 및 테트라글리시딜 디아미노디페닐메탄으로 구성된 에폭시 수지 및 4,4‘-디아미노디페닐설폰, 디시안디아마이드 및 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메?K우레아를 포함하는 경화제로 구성된 수지 조성물, (c) 용해성 강인화제로서 폴리에테르설폰 및 (d) 불용성 강인화제로 나일론12 미립자를 필수의 성분으로 하며, 구성 요소 c는 50% 이상, d는 95 % 이상이 프리프레그 표면에서 프리프레그의 두께의 20 % 깊이의 범위 내에 분포하는 것을 특징으로 하는 고인성 프리프레그를 제공한다. (B) an epoxy resin composed of bisphenol A type, aminophenol type and tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, and 4,4'-diaminodiphenylsulfone, dicyandiamide, and 3 (C) a polyether sulfone as a soluble toughening agent, and (d) an insoluble toughening agent as essential components. Wherein the content of component c is not less than 50% and the content of d is not less than 95% is distributed within a range of 20% of the thickness of the prepreg at the surface of the prepreg.

본 발명의 프리프레그를 구성하는 강화 섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 섬유를 포함하고, 강화 섬유의 함유율이 프리프레그 전체 중량 대비 35 내지 65 중량부인 것이 바람직하다. The reinforcing fibers constituting the prepreg of the present invention include one or more fibers selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, and graphite fiber, and the content of the reinforcing fiber is greater than the total weight of the prepreg Preferably 35 to 65 parts by weight.

본 발명의 프리프레그를 제조하기 위한 수지 조성물을 구성하는 에폭시 수지의 함량은 60 내지 80 중량부, 경화제의 함량은 10 내지 20 중량부, 용해성 강인화제 및 불용성 강인화제의 함량은 10 내지 30 중량부인 것이 바람직하다. The content of the epoxy resin constituting the resin composition for producing the prepreg of the present invention is 60 to 80 parts by weight, the content of the curing agent is 10 to 20 parts by weight, the content of the soluble toughening agent and the insoluble toughening agent is 10 to 30 parts by weight .

또한 본 발명의 프리프레그는 층간 인성 GIIc가 10 내지 13 in- lbf/in2, 습열시 압축강도가 1200MPa이상인 것이 특징이다. The prepreg of the present invention is characterized in that the interlayer toughness GIIc is 10 to 13 in-lbf / in 2 and the compressive strength at the time of wet heating is 1200 MPa or more.

본 발명에 따른 프리프레그는 고인성, 고강도 및 고내열성이 우수한 효과가 있다. The prepreg according to the present invention has an excellent effect of high toughness, high strength and high heat resistance.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

복합 재료는 전형적으로 두 개의 주요 성분으로서 수지 매트릭스 및 연속 보강 섬유로 구성된다. 복합 재료는 흔히 복합 부품의 물리적 제한 및 특징이 결정적으로 중요한 항공 우주 분야와 같은, 까다로운 환경에서 작업을 수행하기 위해 필요하다.Composite materials typically consist of a resin matrix and continuous reinforcing fibers as two major components. Composites are often needed to perform tasks in demanding environments, such as aerospace, where the physical limitations and characteristics of composite components are critically important.

경화된 복합 재료의 인장 강도는 보강 섬유 및 매트릭스 수지의 개별적인 특성들뿐 아니라, 이러한 두 성분들 사이의 상호 작용에 의해 주로 달라진다. 또한, 섬유-수지 조성비는 중요한 인자이다. 인장력 하에 있는 경화된 복합재는 보강 토우에 위치한 개별 섬유 필라멘트들의 다중 인장 파괴로부터 발생하는 누적된 손실의 메커니즘을 통해 파단(fail)되는 경향이 있다. 파괴된 필라멘트 단부에 인접한 수지의 응력 수준이 매우 커지면, 전체 복합재는 파단될 수 있다. 그러므로, 섬유 강도, 매트릭스의 강도, 및 파괴된 필라멘트 단부 부근의 응력 소산(stress dissipation) 효율은 경화된 복합 재료의 인장 강도에 기여할 것이다.The tensile strength of the cured composite material is largely dependent on the individual properties of the reinforcing fibers and the matrix resin as well as by the interaction between these two components. In addition, fiber-resin composition ratio is an important factor. The cured composites under tensile forces tend to fail through the mechanism of cumulative loss resulting from multiple tensile failure of individual fiber filaments located in the reinforcing tow. If the stress level of the resin adjacent to the broken filament end becomes very large, the entire composite can be broken. Therefore, the fiber strength, the strength of the matrix, and the stress dissipation efficiency near the destroyed filament end will contribute to the tensile strength of the cured composite.

많은 용도에서, 경화된 복합 재료의 인장 강도 특성을 최대화하는 것이 바람직하다. 그러나, 인장 강도를 최대화하려는 시도는 흔히 다른 바람직한 특성 예컨대, 복합재 구조물의 압축 성능 및 손상 허용성에 부정적인 효과를 초래할 수 있다. 또한, 인장 강도를 최대화하려는 시도는 프리프레그의 점성(tack) 및 아웃-라이프(outlife)에 예기치 않은 효과를 가질 수 있다. 미경화된 프리프레그의 고착성(stickiness) 또는 점착성(tackiness)은 일반적으로 "점성(tack)"으로 지칭된다. 비경화된 프리프레그의 점성은 레이 업(lay up) 및 성형 작업 시 중요한 고려 사항이다. 점성이 거의 또는 전혀 없는 프리프레그는 구조적으로 강력한 복합 부품을 제조하기 위해 성형될 수 있는 라미네이트로 제조되기 어렵다. 반대로, 점성이 매우 많은 프리프레그는 취급하기 어렵고, 또한 몰드에 정위시키기에 곤란할 수 있다. 프리프레그는 손쉬운 취급과 우수한 라미네이트/성형 특징을 보장하도록 적당한 양의 점성을 갖는 것이 바람직하다. 제공된 경화된 복합 재료의 강도 및/또는 손상 허용성을 증가시키기 위한 임의의 시도에 있어서, 미경화된 프리프레그의 점성을 적합한 프리프레그 취급 및 성형을 보장하도록 허용 한계치 내로 유지시키는 것이 중요하다.In many applications, it is desirable to maximize the tensile strength properties of the cured composite. Attempts to maximize tensile strength, however, can often have negative effects on other desirable properties, such as compressive performance and damage tolerance of the composite structure. In addition, attempts to maximize tensile strength can have unexpected effects on the tack and outlife of the prepreg. The stickiness or tackiness of the uncured prepreg is generally referred to as "tack ". The viscosity of the uncured prepreg is an important consideration in lay up and molding operations. A prepreg with little or no viscosity is difficult to fabricate with a laminate that can be molded to make structurally robust composite parts. On the contrary, a prepreg having a very high viscosity is difficult to handle, and it may also be difficult to position it on a mold. The prepreg preferably has a suitable amount of viscosity to ensure easy handling and excellent laminate / molding characteristics. In any attempt to increase the strength and / or damage tolerance of the cured composite material provided, it is important to maintain the viscosity of the uncured prepreg within acceptable limits to ensure proper prepreg handling and molding.

프리프레그의 "아웃-라이프"는 프리프레그가 허용될 수 없을 정도로 경화되기 전에 주위 조건에 노출될 수 있는 기간이다. 프리프레그의 아웃-라이프는 다양한 요인에 따라 크게 다를 수 있지만, 사용되는 수지 제형에 의해 주로 조절된다. 프리프레그 아웃-라이프는 일상적인 취급, 레이업 및 성형 작업이 프리프레그가 허용될 수 없을 정도로 경화되지 않으면서 수행되도록 충분히 길어야 한다. 제공된 경화된 복합 재료의 강도 및/또는 손상 허용성을 증가시키기 위한 임의의 시도에 있어서, 미경화된 프리프레그의 아웃-라이프는 경화 전 프리프레그를 처리, 취급 및 레이 업시키기에 충분한 시간을 허용하도록 가능한 오래 지속되는 것이 중요하다.The "out-life" of the prepreg is a period during which the prepreg can be exposed to ambient conditions before it is cured to an unacceptable degree. The out-life of the prepreg can vary widely depending on various factors, but is mainly controlled by the resin formulation used. The prepreg out-life should be long enough so that routine handling, layup, and molding operations are performed without curing the prepreg to an unacceptable degree. In any attempt to increase the strength and / or damage tolerance of the cured composite material provided, the out-life of the uncured prepreg allows sufficient time for processing, handling and laying up the prepreg before curing It is important to be as long as possible.

복합재의 인장 성능을 증가시키는 가장 일반적인 방법은 매트릭스와 섬유 사이의 결합의 강도를 약화시키기 위하여 섬유의 표면을 변화시키는 것이다. 이는 흑연화한 후에 섬유의 전기-산화 표면 처리의 양을 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 매트릭스 섬유 결합 강도를 감소시키는 것은 계면 분리에 의해 노출된 필라멘트 단부에서 응력 소산에 대한 메커니즘을 일으킨다. 이러한 계면 분리는 복합 부품이 인장력을 잃기 전에 견딜 수 있는 인장 손실의 양을 증가시킨다.The most common way to increase the tensile performance of a composite is to change the surface of the fiber to weaken the bond strength between the matrix and the fiber. This can be achieved by reducing the amount of electro-oxidized surface treatment of the fibers after graphitization. Reducing the matrix fiber bond strength causes a mechanism for stress dissipation at the filament ends exposed by interfacial separation. This interfacial separation increases the amount of tensile loss that a composite component can withstand before it loses its tensile strength.

대안적으로, 섬유에 코팅제 또는 "사이즈제(size)"를 도포하는 것은 수지-섬유 결합 강도를 저하시킬 수 있다. 이러한 방법은 유리 섬유 복합재에서 잘 알려져 있지만, 또한 탄소 섬유로 보강된 복합재에 적용될 수 있다. 이러한 전략들을 이용함으로써, 인장 강도를 상당히 증가시키는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 개선은 충격 후 압축(compression after impact; CAI) 강도와 같은 특성의 감소를 수반하는데, 이는 수지 매트릭스와 섬유 사이의 높은 결합 강도를 필요로 한다.Alternatively, applying a coating or "size" to the fibers can reduce the resin-fiber bond strength. This method is well known in glass fiber composites, but can also be applied to composites reinforced with carbon fibers. By using these strategies, it is possible to significantly increase the tensile strength. However, this improvement entails a decrease in properties such as compression after impact (CAI) strength, which requires a high bond strength between the resin matrix and the fibers.

또 다른 대안적인 방법은 보다 낮은 계수 매트릭스를 사용하는 것이다. 낮은 계수 수지를 갖는 것은 파괴된 필라멘트의 가까운 부근에 형성될 응력 수준을 감소시킨다. 이는 보통 본질적으로 보다 낮은 계수를 갖는 수지 (예를 들어, 시아네이트 에스테르)를 선택하거나, 탄성중합체(카복시-말단된 부타디엔-아크릴로나이트릴[CTBN], 아민-말단된 부타디엔-아크릴로나이트릴[ATBN] 등)과 같은 성분을 포함함으로써 달성된다. 이러한 다양한 방법의 조합이 또한 알려져 있다.Another alternative is to use a lower coefficient matrix. Having a low coefficient resin reduces the stress level to be formed in the vicinity of the broken filament. This may be accomplished by selecting a resin that is usually inherently lower in modulus (e.g., cyanate ester) or by selecting an elastomer (carboxy-terminated butadiene-acrylonitrile [CTBN], amine- terminated butadiene- acrylonitrile [ATBN], etc.). Combinations of these various methods are also known.

보다 낮은 계수 수지를 선택하는 것은 복합재 인장 강도를 증가시키는데 효과적일 수 있다. 그러나, 이는 압축특성, 예컨대 충격 후 압축(CAI) 강도 및 오픈 홀 압축(open hole compression; OHC) 강도의 감소에 의해 전형적으로 측정되는 손상 허용성에 대한 성향을 초래할 수 있다. 따라서, 인장 강도 및 손상 허용성 둘 모두를 동시에 증가시키시기는 매우 어렵다.Choosing a lower coefficient resin may be effective in increasing the composite tensile strength. However, this can lead to propensity for damage tolerance, which is typically measured by compression properties, such as impact-after-compression (CAI) strength and reduced open hole compression (OHC) strength. Therefore, it is very difficult to simultaneously increase both the tensile strength and the damage tolerance.

프리프레그의 다중층은 일반적으로 라미네이트된 구조를 갖는 복합 부품을 제조하기 위해 사용된다. 이러한 복합 부품의 박리는 중요한 파단 방식이다. 박리는 두 개의 층들이 서로 분리될 경우 일어난다. 중요한 설계 제 한 요소로는 박리를 시작하는데 필요한 에너지 및 박리를 전진(propagate)시키는데 필요한 에너지 둘 모두가 있다. 박리의 시작 및 전진은 흔히 방식 I 및 방식 II 파괴 인성을 검사함으로써 결정된다. 파괴 인성은 보통 단방향성 섬유 배향을 갖는 복합 재료를 사용하여 측정된다. 복합 재료의 층간 파괴 인성은 Glc(더블 캔틸레버 빔; Double Cantilever Beam) 및 G2c(엔드 노치 플렉스; End Notch Flex) 시험을 이용하여 정량된다. 방식 I에 있어서, 사전-균열된 라미네이트 파단은 박리력(peel force)의 지배를 받고, 방식 II에 있어서, 균열은 전단력(shear force)에 의해 전진된다. G2c 층간 파괴 인성은 CAI와 관련이 있다. 높은 손상 허용성을 나타내는 프리프레그 재료는 또한 높은 CAI 및 G2c 값을 가진다.Multiple layers of prepreg are typically used to produce composite parts having laminated structures. The detachment of such composite parts is an important failure mode. Peeling occurs when the two layers are separated from each other. Important design constraints include both the energy required to initiate delamination and the energy required to propagate delamination. The onset and advancement of delamination is often determined by examining Method I and Method II fracture toughness. Fracture toughness is usually measured using a composite material with unidirectional fiber orientation. The interlaminar fracture toughness of the composite material is quantified using Glc (Double Cantilever Beam) and G2c (End Notch Flex) tests. In Method I, the pre-cracked laminate fracture is subjected to a peel force, and in Method II, the crack is advanced by a shear force. G2c interlaminar fracture toughness is related to CAI. The prepreg material exhibiting high damage tolerance also has a high CAI and G2c value.

층간 파괴 인성을 증가시키는 간단한 방법은 프리프레그 층들 사이의 삽입물로서 열가소성 시트를 도입함으로써 매트릭스 수지의 연성(ductility)을 증가시키는 것이었다. 그러나, 이러한 방법으로는 사용하기 어려운 딱딱하고 점성이 없는 재료를 수득하기 쉽다. 또 다른 방법은 섬유 층들 사이에 약 25 내지 30 마이크론 두께의 단단한 수지 사이층을 포함하는 것이다. 프리프레그 생성물은 미세하고 단단한 열가소성 입자를 함유하는 수지 부화(rich) 표면을 포함한다. 사이층-단단해진 재료에 있어서, 방식 II 파괴 인성의 초기 값은 사이층이 없는 탄소 섬유 프리프레그의 값보다 약 4배 높지만, 파괴 인성값은 균열이 낮은 값에서 퍼지고 수렴됨에 따라 감소되며, 이는 삽입물이 없는 시스템의 값과 거의 동일하다. 결국, 평균 G2c 값은 균열이 복합재의 매우 단단한 층간 (수지-부화) 영역으로부터 덜 단단한 층간 (섬유) 영역으로 이동함에 따라 최고가 된다.A simple way to increase the interlaminar fracture toughness was to increase the ductility of the matrix resin by introducing a thermoplastic sheet as an insert between the prepreg layers. However, in this method, it is easy to obtain a hard and viscous material which is difficult to use. Another method is to include a layer of hard resin between about 25 to 30 microns thick between the fibrous layers. The prepreg product comprises a resin rich surface containing fine, hard thermoplastic particles. For layer-hardened materials, the initial value of the Method II fracture toughness is about four times higher than the value of the carbonless prepreg without the interlayer, but the fracture toughness value decreases as the crack spreads and converges at low values, It is almost identical to the value of the system without inserts. As a result, the average G2c value becomes highest as the cracks move from the very hard interlayer (resin-enriched) region of the composite to the less hard interlayer (fiber) region.

기존의 프리프레그는 강력하고 손상 허용성이 있는 복합 부품을 제공하는 데 의도적으로 사용하기에 매우 적합하지만, 더 높은 수준의 강도(예를 들어, 인장 강도 및 압축 강도), 손상 허용성(CAI) 및 층간 파괴 인성(GIc 및 GIIc)을 갖는 복합 부품을 제조하는데 사용될 수 있는 프리프레그를 제공하는 것이 여전히 지속적으로 필요하다.Conventional prepresses are well suited for intentional use in providing strong, damage-tolerant composite parts, but require a higher level of strength (e.g., tensile and compressive strength), damage tolerance (CAI) And interlaminar fracture toughness (GIc and GIIc). It is still a continuing need to provide prepregs that can be used to prepare composite parts having interlaminar fracture toughness (GIc and GIIc).

본 발명의 프리프레그용에 적합한 수지 조성물은 이하에서 논하는 수지 조성물에서 선택할 수 있다. 2관능 에폭시 수지 및 3관능 에폭시 수지는 예로서 하기 물질을 기초로 한 것을 포함한다. The resin composition suitable for the prepreg of the present invention can be selected from the resin compositions discussed below. The bifunctional epoxy resin and the trifunctional epoxy resin include those based on the following materials by way of example.

상기 2관능 에폭시 수지는 예를 들면, 비스페놀 A, 비스페놀 F 등의 비스페놀류의 디글리시딜 에테르(이른바, 비스페놀계 에폭시 수지), 에폭시 페놀 노볼락류, 다관능성 에폭시 수지 및 이들의 할로겐화 유도체를 포함한다. 염소 및 브롬은 할로겐화 유도체를 제조하기 위해 가장 보편적으로 사용되는 할로겐이다. 브롬화 에폭시수지는 당해 조성물에 불연성을 부여할 수 있다. 보다 바람직하게, 2관능 에폭시 수지는 디글리시딜 에테르 비스페놀 F가 적당하다.Examples of the bifunctional epoxy resin include diglycidyl ethers of bisphenols such as bisphenol A and bisphenol F (so-called bisphenol-based epoxy resins), epoxyphenol novolacs, polyfunctional epoxy resins, and halogenated derivatives thereof . Chlorine and bromine are the most commonly used halogens for the production of halogenated derivatives. The brominated epoxy resin may impart nonflammability to the composition. More preferably, diglycidyl ether bisphenol F is suitable as the bifunctional epoxy resin.

상기 3관능 에폭시 수지는 예를 들면, 트리글리시딜 p-아미노페놀 및 트리글리시딜 m-아미노페놀이 가장 바람직하다. 이 외에는 4관능 에폭시 수지로, 테트라글리시딜-4,4‘-디아미노디페닐메탄 및 테트라글리시딜-3,3‘-디아미노디페닐메탄이 있다.The trifunctional epoxy resin is most preferably, for example, triglycidyl p-aminophenol and triglycidyl m-aminophenol. Other examples of the tetrafunctional epoxy resin include tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane and tetraglycidyl-3,3'-diaminodiphenylmethane.

본 발명에 있어서는 비스페놀 A 타입, 아미노페놀 타입 및 테트라글리시딜 디아미노디페닐메탄으로 구성된 에폭시 수지가 바람직하다. 수지 조성물 중, 에폭시 수지의 함량은 60 내지 80중량부인 것이 바람직하다. 에폭시 수지의 함량이 60중량부 미만이면, 성형성이 좋지 않은 문제가 있고, 80중량부를 초과할 경우 복합소재용으로서의 적절한 인장강도 등의 물성을 갖지 못하게 된다. In the present invention, an epoxy resin composed of bisphenol A type, aminophenol type and tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is preferable. In the resin composition, the content of the epoxy resin is preferably 60 to 80 parts by weight. When the content of the epoxy resin is less than 60 parts by weight, moldability is poor. When the amount is more than 80 parts by weight, the epoxy resin does not have adequate physical properties such as tensile strength for composites.

에폭시 수지 조성물에 이용되는 경화제로서는, 에폭시기와 반응할 수 있는 활성기를 가지는 화합물이면 이용할 수 있다. 예를 들면, 아민계 경화제로서 에틸렌디아민, 에틸렌 트리아민, 트리에틸렌테트라민, 헥사메틸렌디아민, m-크실렌 디아민과 같은 지방족 아민류, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노 디에틸 디페닐메탄, 디아미노 디에틸 디페닐 술폰 등의 방향족 아민류, 벤질 디메틸 아민, 테트라메틸 구아니딘, 2,4,6-트리스(디메틸아미노 메틸) 페놀 등의 제3 아민류, 또, 디시안디아미드와 같은 염기성 활성 수소화합물이나, 아디프산(adipic acid) 디히드라지드 등의 유기산 디히드라지드,2-메틸이미다졸,2-에틸-4-메틸이미다졸, 등의 이미다졸류를 들 수 있다. 또, 산무수물계 경화제로서폴리아디핀산 무수물, 폴리(에틸 옥타데칸 이산) 무수물, 폴리세바스산 무수물 등의 지방족 산무수물, 메틸테트라히드로무수 프탈산, 헥사히드로무수 프탈산, 메틸 사이클로헥센디카르복실 산무수물 등의 지환식 산무수물, 무수 후탈산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로메리트산, 글리세롤 트리스 트리멜리테이트 등의 방향족 산무수물, 무수 헤트산, 테트라 브로모무수프탈산 등의 할로겐계 산무수물을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는 비교적 저온에서 경화해, 또한 보존 안정성이 양호한 일로부터, 경화제로서 아민계 경화제, 안에서도 염기성 활성 수소화합물을 바람직하게 이용할 수 있다. 아울러, 본 발명의 프리프레그용에 적합한 경화제로, 4,4‘-디아미노디페닐설폰(DDS)을 포함한다. As the curing agent used in the epoxy resin composition, a compound having an active group capable of reacting with an epoxy group can be used. Examples of the amine-based curing agent include aliphatic amines such as ethylenediamine, ethylenetriamine, triethylenetetramine, hexamethylenediamine and m-xylenediamine, meta-phenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiethyldiphenyl Aromatic amines such as methane and diamino diethyldiphenyl sulfone, tertiary amines such as benzyldimethylamine, tetramethylguanidine and 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol, and basic amines such as dicyandiamide Hydrogen compounds and organic acid dihydrazides such as adipic acid dihydrazide, imidazoles such as 2-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole. Examples of the acid anhydride-based curing agent include aliphatic acid anhydrides such as polyadipic acid anhydride, poly (ethyloctadecanedioic acid) anhydride and poly sebacic acid anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylcyclohexene dicarboxylic acid anhydride Alicyclic acid anhydrides such as trimellitic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, and glycerol tristrimellitate, and halogen-based acid anhydrides such as anhydrous hic acid and tetrabromophthalic anhydride. have. In the present invention, since it is cured at a relatively low temperature and the storage stability is good, a basic active hydrogen compound can be preferably used in the amine curing agent as a curing agent. In addition, as a curing agent suitable for the prepreg of the present invention, 4,4'-diaminodiphenylsulfone (DDS) is included.

경화 촉진제로는, 디시안디아마이드를 포함하고, 0.1 중량부 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 1 중량부 내지 5 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 잠복성 아민계 경화제에 의해서 경화를 일으킬 수 있지만, 소량의 촉매 즉, 경화촉진제에 의해 경화시간을 큰폭으로 단축할 수 있다. 이와 같이, 촉매 및 경화촉진제라고 하는 용어는 경화제 단독으로 달성 가능한 경화시간을 단축하는 화학 약품을 가리키는 것을 이해할 필요가 있다. 이전의 예상을 초과하는 경화시간의 단축을 완수하기 위해서 사용하고 있는 우레아계 촉매로는 3,3’-(4-메틸-1,3-페닐렌) 비스(1,1-디메틸우레아)가 있다. 이 촉매의 사용량은 0.1 중량부 내지 10 중량부이며, 0.5 중량부 내지 5 중량부인 것이 바람직하고, 0.5 중량부 내지 3 중량부 인 것이 가장 바람직하다.As the curing accelerator, it is preferable to use dicyandiamide, preferably 0.1 to 10 parts by weight, and most preferably 1 to 5 parts by weight. The curing can be caused by the latent amine type curing agent, but the curing time can be greatly shortened by a small amount of catalyst, that is, a curing accelerator. As such, it is to be understood that the term catalyst and cure accelerator refers to a chemical that shortens the curing time achievable with the curing agent alone. As a urea-based catalyst used to complete the shortening of the curing time exceeding the previous prediction, there is a 3,3 '- (4-methyl-1,3-phenylene) bis (1,1-dimethylurea) . The catalyst is used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, most preferably 0.5 to 3 parts by weight.

상기 경화 촉진제를 포함하는 경화제는 상기 수지 조성물 전체 100중량부를 기준으로, 10 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 경화 촉진제를 포함하는 경화제가, 10 중량부 미만일 경우 경화 속도에 부정적 영향을 미치고, 20 중량부를 초과하면 성형성이 좋지 않다. The curing agent containing the curing accelerator is preferably 10 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the total of the resin composition. If the amount of the curing agent containing the curing accelerator is less than 10 parts by weight, the curing rate will be adversely affected. If the amount is more than 20 parts by weight, the moldability is poor.

본 발명으로 사용할 수 있는 강인화제로는 열가소성 수지류, 경화한 열강화성 수지류, 엘라스토머류 등의 분체가 포함된다. 이들의 미립자는 수지의 인성을 향상시키고, 섬유 강화 복합재료의 충격 저항을 향상시키기 위해서 유효하다. 강인화제의 사용량은 일반적으로 수지 조성물 전체 100중량부를 기준으로 10 내지 30중량부가 바람직하고, 14 내지 25 중량부가 가장 바람직하다. 10중량부 미만이면 본 발명에서 요구되는 충분한 인성이 발현되기 어렵고, 30중량부를 초과할 경우 에폭시 수지와의 블렌드가 곤란해져 프리프레그의 점착성이 저하될 우려가 있다. The toughening agent usable in the present invention includes thermoplastic resins, cured thermosetting resins, and elastomers. These fine particles are effective for improving the toughness of the resin and improving the impact resistance of the fiber-reinforced composite material. The amount of the toughening agent to be used is generally 10 to 30 parts by weight, and most preferably 14 to 25 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total resin composition. If the amount is less than 10 parts by weight, sufficient toughness required in the present invention is difficult to be exhibited. If the amount is more than 30 parts by weight, blending with the epoxy resin becomes difficult, and the tackiness of the prepreg may be deteriorated.

강인화제로서 바람직하게 사용할 수 있는 열가소성 수지류에는, 폴리아미드류가 포함된다. 바람직하게 사용할 수 있는 열경화성 수지류에는 에폭시 수지류, 페놀 수지류 등이 포함된다. 바람직하게 사용할 수 있는 엘라스토머 미립자류에는 가교 고무 미립자류 및 가교 고무 미립자류의 표면에 다른 폴리머를 그라프트 중합시킴으로써 얻어진 코어 쉘형 고무 미립자류가 포함된다. 강인화제를 사용함으로써, 복합 재료에 보다 큰 손상 허용성(CAI) 및 층간 인성을 제공한다. 즉 강인화제는 충격 후 압축(CAI) 성능 및 층간 인성(GIIc)을 증가시킨다.  Thermoplastic resins preferably usable as toughening agents include polyamides. Thermosetting resins which can be preferably used include epoxy resins, phenol resins and the like. The elastomer fine particles which can be preferably used include core-shell type rubber microparticles obtained by graft polymerizing cross-linked rubber microparticles and other polymers on the surfaces of cross-linked rubber microparticles. The use of toughening agents provides greater damage tolerance (CAI) and interlaminar toughness to the composite material. That is, toughening agents increase impact-to-impact (CAI) performance and interlayer toughness (GIIc).

강인화제는 단독으로 또는 조합하여 구성되며, 폴리아미드, 코폴리아미드, 폴리이미드, 아라미드, 폴리케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 고성능 탄화수소 중합체, 액정 중합체, PTFE, 탄성중합체 및 세그먼트화 탄성중합체가 있다. 본 발명에 있어서는 용해성 강인화제 및 불용성 강인화제의 혼합된 강인화제를 사용하는 것이 특징인데, 용해성 강인화제는 폴리에테르설폰(PES) 입자가, 불용성 강인화제로는 나일론 12 미립자가 가장 바람직하다. 본 발명에 있어서 강인화제 입자의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폴리에테르설폰 입자와 나일론 12 미립자를 볼-밀하여 10㎛이하로 만든 입자가 바람직하다. The toughening agents may be composed solely or in combination and may be selected from the group consisting of polyamides, copolyamides, polyimides, aramids, polyketones, polyetheretherketones, polyesters, polyurethanes, polysulfones, polyethersulfones, high performance hydrocarbon polymers, , PTFE, elastomers, and segmented elastomers. In the present invention, a mixed toughening agent of a soluble toughening agent and an insoluble toughening agent is used. The soluble toughening agent is preferably polyethersulfone (PES), and the insoluble toughening agent is most preferably nylon 12. In the present invention, the size of the toughening agent particle is not particularly limited, but particles made of polyether sulfone particles and nylon 12 particles ball-milled to 10 탆 or less are preferable.

본 발명에 있어서의 복합 폴리아미드 미립자에는 그 효과를 손상시키지 않는 정도에 있어서, 다른 수지를 혼합하는 것도 가능하다. 혼합할 수 있는 다른 수지로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 열가소성 수지로서는 구체적으로 비닐계 중합체, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아릴렌에테르, 폴리알릴렌술피드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈, 실리콘 및 이들 공중합체 등을 들 수 있고, 열경화성 수지로서는 에폭시 수지, 벤즈옥사진수지, 비니에스테르 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. The composite polyamide fine particles of the present invention can be mixed with other resins to such an extent that the effect is not impaired. The other resin that can be mixed is not particularly limited, and examples of the thermoplastic resin include a vinyl polymer, a polyester, a polyamide, a polyarylene ether, a polyallylen sulfide, a polyether sulfone, a polysulfone, a polyether Ketone, polyether ether ketone, polyurethane, polycarbonate, polyamideimide, polyimide, polyetherimide, polyacetal, silicone, and copolymers thereof. Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, benzoxazine resin , A vinyl ester resin, and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.

본 발명에 있어서는 상기한 강인화제 입자가 프리프레그의 표면 부근 부분에 형성되어 있는 구조인 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the above-mentioned toughening agent particles are formed in the vicinity of the surface of the prepreg.

상세하게는, 용해성 강인화제인 폴리에테르설폰 50%와 불용성 강인화제인 나일론 12 미립자의 95% 이상이 프리프레그의 표면에서 프리프레그의 두께의 20% 깊이의 범위 내에 편재하여 분포하는 구조를 취하는 것이 보다 바람직하다. Specifically, it takes a structure in which 50% of polyethersulfone as a soluble toughening agent and 95% or more of nylon 12 fine particles as an insoluble toughening agent are distributed and distributed in a range of 20% of the thickness of the prepreg on the surface of the prepreg More preferable.

이와 같은 구조를 취함으로써, 복합 재료 층 사이에 수지층이 형성되기 쉽고, 또 그로 인하여 복합 재료 층 사이의 접착성이나 밀착성이 높아져서 얻어지는 강화 섬유 복합 재료에 고도의 층간 인성이나 내충격성이 발현될 수 있는 것이다. By adopting such a structure, a resin layer is likely to be formed between the composite material layers, and as a result, the adhesion and adhesion between the composite material layers become high, so that a high interlayer toughness and impact resistance can be exhibited in the obtained reinforcing fiber composite material It is.

다음에는 본 발명의 프리프레그에 대하여 설명하기로 한다. 강화 섬유에 함침시킨 후의 수지 조성물의 실시양태를 경화시킴으로써, 경화된 생성물의 형태로 에폭시 수지 조성물의 실시양태를 매트릭스 수지로서 함유하는 프리프레그를 얻을 수 있다.Next, the prepreg of the present invention will be described. By impregnating the reinforcing fiber with the embodiment of the resin composition, a prepreg containing the embodiment of the epoxy resin composition as a matrix resin in the form of a cured product can be obtained.

본 발명의 프리프레그는 상기 수지 조성물을 강화 섬유에 함침시켜 이루어지는 것이다. 사용되는 강화 섬유의 유형에 구체적 제한 또는 제약은 없으며, 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 알루미나 섬유 및 탄화규소 섬유를 비롯한 매우 다양한 섬유가 사용된다. 또한 이들 섬유를 2종류 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 강화 섬유의 형태나 배열에 대해서는 한정되지 않고, 예를 들어 일방향으로 정렬된 장섬유, 단일의 토우, 직물, 니트, 부직포, 매트 및 브레이드 등의 섬유 구조물이 사용된다. The prepreg of the present invention is obtained by impregnating the resin composition with the reinforcing fiber. There are no specific limitations or restrictions on the type of reinforcing fibers used and a wide variety of fibers are used, including glass fibers, carbon fibers, graphite fibers, aramid fibers, boron fibers, alumina fibers and silicon carbide fibers. Two or more of these fibers may be used in combination. The shape and arrangement of the reinforcing fibers are not limited, and for example, fibrous structures such as long fibers aligned in one direction, single tows, fabrics, knits, nonwoven fabrics, mats and braids are used.

특히 재료의 경량화나 고강도화의 요구가 높은 용도에 있어서는, 그의 우수한 비탄성률과 비강도로 인해, 탄소 섬유를 적적히 사용할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 탄소 섬유가 바람직하다.Particularly, in applications where the weight of the material is required to be high or the strength thereof is high, carbon fibers can be suitably used because of its excellent non-elasticity ratio and non-elasticity. Therefore, carbon fiber is preferred in the present invention.

본 발명에서 바람직하게 사용되는 탄소 섬유는 모든 종류의 탄소 섬유를 사용하는 것이 가능하지만, 층간 인성이나 내충격성의 관점에서 200 내지 300 GPa 범위의 인장 탄성률을 갖는 탄소 섬유인 것이 바람직하다. 수지 조성물은 100 내지 150℃ 에서 최저 점도가 10 Poise 내지지 25 Poise 이하가 바람직하다.The carbon fiber preferably used in the present invention may be any kind of carbon fiber, but is preferably carbon fiber having a tensile modulus in the range of 200 to 300 GPa from the viewpoint of interlayer toughness and impact resistance. The resin composition preferably has a minimum viscosity at 100 to 150 DEG C of not more than 25 Poise in 10 Poise.

또한, 수지 조성물은 30 ℃에 있어서, 50,000 내지 100,000Poise 이하의 점도를 가지는 것이 기대된다. 100,000Poise 이하의 점도를 가지는 수지 조성물이 바람직하고, 프리프레그의 바람직한 여러 특성을 가지고 있다.The resin composition is expected to have a viscosity of 50,000 to 100,000 Paise or less at 30 占 폚. A resin composition having a viscosity of 100,000 Poise or less is preferable, and has various desirable characteristics of a prepreg.

아울러, 수지 조성물의 에폭시 평균 당량이 200 내지 300인 것이 바람직하다. 이 바람직한 평균 에폭시 당량의 범위를 달성하기 위해서는, 고분자량의 수지(예를 들면, 1,000을 초과하는 분자량)와 저분량(예를 들면, 200 미만의 분자량)의 수지를 혼합한다.It is also preferable that the average epoxy equivalence of the resin composition is 200 to 300. To achieve this preferred range of average epoxy equivalents, a high molecular weight resin (e.g., molecular weight greater than 1,000) and a low molecular weight (e.g., less than 200 molecular weight) resin are mixed.

본 발명의 프리프레그는 수지 조성물을 강화 섬유에 함침한 것이 바람직하고, 그 프리프레그의 강화 섬유 질량 분율은 35 내지 65 중량부가 바람직하다. 강화 섬유의 중량부가 지나치게 낮으면 얻어지는 복합 재료의 질량이 과대해지고, 비강도 및 비탄성율이 우수한 섬유 강화 복합 재료의 이점이 부정적 영향을 미치고, 또한 탄소 섬유의 중량부가 지나치게 높으면, 수지 조성물의 함침 불량이 발생하여, 얻어지는 복합 재료가 보이드가 많은 것이 되기 쉽고, 그 역학 특성이 크게 저하되는 경우가 있다. The prepreg of the present invention is preferably impregnated with the reinforcing fiber, and the reinforcing fiber mass fraction of the prepreg is preferably 35 to 65 parts by weight. If the weight of the reinforcing fiber is excessively low, the resultant composite material becomes excessively massive, and the advantage of the fiber reinforced composite material excellent in the non-rigidity and the non-elasticity ratio adversely affects. If the weight of the carbon fiber is excessively high, , The resulting composite material tends to have a large void, and its mechanical properties may be significantly lowered.

상기와 같은 방법으로 제조된 프리프레그는 층간 인성 GIIC가 10 내지 13 in- lbf/in2, 습열시 압축강도가 1200MPa이상으로 인성 및 습열 압축강도가 우수하여 항공 우주용 부품을 위한 복합재료로 사용하기 적합하다. The prepreg prepared by the above-mentioned method has a interlayer toughness GIIC of 10 to 13 in-lbf / in 2 and a compressive strength of 1200 MPa or higher at the time of wet heat, and is excellent in toughness and wet heat compression strength and thus used as a composite material for aerospace components .

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, these examples are for illustrating the present invention specifically, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1Example 1

비스페놀 A 타입, 아미노페놀 타입 및 테트라글리시딜 디아미노디페닐메탄으로 구성된 에폭시 수지를 상온(25℃)에서 믹싱 후 120℃까지 2℃/min으로 승온시킨 후, solvay사 PES를 투입시켜 온도는 120℃를 1~2시간동안 유지하고 PES 입자가 완전히 녹을 때까지 믹싱한다. PES입자가 완전히 녹은 후 나일론 12입자를 투입시키고 0.5~1시간 균일하게 믹싱한다. 이때 사용되는 PES 및 나일론 12 미립자는, 입자 지름 30㎛인 PES 입자와 입자 지름 20㎛인 나일론 12 입자를 Ball-mill을 통해 분쇄한 10㎛ 이하 입자를 혼용하였으며, 이 화합물은 180℃에서 점도 변화 기울기가 0.2 poise/min 이며, 30℃ 점도는 50,000~100,000 poise, 130℃에서는 10~20posie인 화합물을 구성한다. 이배합물의 온도를 2℃/min으로 감온 시킨 후 4,4‘-DDS, 디시아노디아민 및 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메?K우레아를 포함하는 경화제를 10min이내로 고르게 교반하였다. Epoxy resin composed of bisphenol A type, aminophenol type and tetraglycidyldiaminodiphenylmethane was mixed at room temperature (25 ° C) and then heated to 120 ° C at a rate of 2 ° C / min. Then, solvay PES was charged, Keep 120 ° C for 1-2 hours and mix until the PES particles are completely dissolved. After the PES particles are completely melted, add 12 nylon particles and mix them uniformly for 0.5 to 1 hour. The PES and nylon 12 microparticles used herein were a mixture of PES particles having a particle diameter of 30 占 퐉 and nylon 12 particles having a particle diameter of 20 占 퐉, which were pulverized through a ball-mill and mixed with particles having a particle size of 10 占 퐉 or less. The slope is 0.2 poise / min, the viscosity at 30 ° C is 50,000 ~ 100,000 poise, and at 130 ° C it is 10 ~ 20 posie. After the temperature of the mixture was lowered to 2 캜 / min, a curing agent containing 4,4'-DDS, dicyanodiamine and 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimeth-K urea was allowed to react within 10 min And stirred well.

실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 2Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 2

수지 조성물의 함량 및 복합 폴리아미드 미립자의 입자 크기를 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수지 조성물을 제조하였다. A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of the resin composition and the particle size of the composite polyamide fine particles were changed as shown in Table 1.

수지 경화물의 굽힘 탄성률 측정Measurement of flexural modulus of cured resin

실시예 및 비교예에서 제조한 수지 조성물을 진공 중에서 탈포한 후, 3mm 두께의 “테플론(등록상표)”제 스페이서에 의해 두께 3mm가 되도록 설정한 몰드 중에 주입하였다. 180°C의 온도에서 2시간 경화시켜, 두께 3mm의 수지 경화물을 얻었다. 얻어진 수지 경화물의 판으로부터 폭 12.7mm, 길이 61mm의 시험편을 잘라내어, 스팬 사이 48mm의 3점 굽힘을 측정하고, ASTM D 790에 따라 굽힘 탄성률을 구하였다. The resin compositions prepared in Examples and Comparative Examples were defoamed in a vacuum and then injected into a mold set to have a thickness of 3 mm by a 3 mm thick spacer made of Teflon (registered trademark). And cured at 180 ° C for 2 hours to obtain a resin cured product having a thickness of 3 mm. Test pieces having a width of 12.7 mm and a length of 61 mm were cut out from the thus-obtained resin cured product, and three-point bending at 48 mm between spans was measured, and the bending elastic modulus was determined according to ASTM D 790.

수지 경화물의 인성 측정Toughness measurement of cured resin

실시예 및 비교예에서 제조한 수지 조성물을 진공 중에서 탈포한 후, 6mm 두께의 “테플론(등록상표)”제 스페이서에 의해 두께 6mm가 되도록 설정한 몰드 중에 주입하였다. 180°C의 온도에서 2시간 경화시켜, 두께 6mm의 수지 경화물을 얻었다. 이 수지 경화물을 12.7×150mm의 크기로 잘라 시험편을 얻었다. 인스트론 만능시험기(인스트론사제)를 사용하여, ASTM D5045(1999)에 따라 시험편의 가공 및 실험을 행하여 인성을 평가하였다. The resin compositions prepared in Examples and Comparative Examples were defoamed in a vacuum and then injected into a mold set to have a thickness of 6 mm by a spacer made of "Teflon (registered trademark)" having a thickness of 6 mm. And cured at 180 ° C for 2 hours to obtain a resin cured product having a thickness of 6 mm. This cured product of the resin was cut into a size of 12.7 x 150 mm to obtain a test piece. A test piece was processed and tested according to ASTM D5045 (1999) using an Instron universal testing machine (manufactured by Instron) to evaluate toughness.

프리프레그의 제작 Preparation of prepreg

배합 완료된 수지 조성물을 이형지에 도포하여 수지 시트를 제작한다.The resin composition thus compounded is applied to a release paper to prepare a resin sheet.

이형지에 도포된 수지 단위 중량은 53g/m2 resin paper를 제작하였다. 다음으로 resin paper를 일방향으로 배열시킨 탄소 섬유 양면에 가열, 가압으로 함침시켜 일방향 프리프레그를 얻었다. The resin unit weight applied to release paper was 53 g / m 2 resin paper. Next, a unidirectional prepreg was obtained by impregnating both sides of the carbon fiber with resin paper in one direction by heating and pressing.

프리프레그 두께의 20%의 깊이의 범위에 존재하는 PES 및 나일론 12 입자의 존재율 측정 Measure the presence rate of PES and nylon 12 particles in the range of 20% depth of prepreg thickness

프리프레그를, 2매의 표면이 평활한 폴리사불화 에틸렌 수지판 사이에 협지하여 밀착시키고, 7일간에 걸쳐서 서서히 150°C까지 온도를 상승시켜 겔화, 경화시켜 판상의 수지 경화물을 제작하였다. 경화 후, 밀착면과 수직인 방향으로부터 절단하여, 그 단면을 연마 후, 광학 현미경으로 200배 이상으로 확대하여 프리프레그의 상하면(양표면)이 시야 내에 들어가도록 하여 사진 촬영하였다. 또한 사진의 세로 방향이 프리프레그의 두께 방향, 가로 방향이 프리프레그의 면 방향이 되도록 사진 촬영하였다. 동일한 조작에 의해 단면 사진의 가로방향 5개소에서 폴리사불화에틸렌 수지판 사이의 간격을 측정하고, 그 평균값(n=5)을 프리프레그의 두께로 하였다. 이 프리프레그 경화물의 사진 위에서, 프리프레그 경화물의 양 표면측에, 프리프레그 경화물의 표면으로부터 두께의 20% 깊이 위치에 프리프레그의 표면과 평행한 선을 2개 긋고, 다음에 프리프레그의 표면과 상기 선 사이에 존재하는 PES 입자 및 나일론 12 미립자의 각각의 합계 면적과 프리프레그의 두께에 걸쳐서 존재하는 PES 입자 및 나일론 12 미립자의 각각의 합계 면적을 구하고, 프리프레그의 두께 100%에 대해 프리프레그의 표면으로부터 20%의 깊이의 범위에 존재하는 PES 입자 및 나일론 12 미립자의 각각의 존재율을 계산하였다. 여기서 PES 입자 및 나일론 12 미립자 각각의 합계 면적은 단면 사진에서 PES 입자 및 나일론 12 미립자 부분을 도려내고, 그 질량으로부터 환산하여 구하였다. The prepreg was sandwiched between two sheets of smooth polysafluoride ethylene resin plates and brought into close contact with each other and gelled and cured by gradually raising the temperature to 150 ° C over a period of 7 days to prepare a platelet-shaped resin cured product. After curing, the section was cut from a direction perpendicular to the contact surface, and the cross section thereof was polished and then enlarged to 200 times or more by an optical microscope to take a picture so that the upper and lower surfaces (both surfaces) of the prepreg were within the visual field. The photograph was taken such that the longitudinal direction of the photograph was the thickness direction of the prepreg and the lateral direction was the surface direction of the prepreg. The spacing between the polysafused ethylene resin plates at five locations in the transverse direction of the cross-sectional photograph was measured by the same operation, and the average value (n = 5) was determined as the thickness of the prepreg. Two lines parallel to the surface of the prepreg are drawn at the 20% depth position of the thickness from the surface of the prepreg cured product on both surface sides of the prepreg cured product on the photograph of the prepreg cured product, The total area of each of the PES grains and nylon 12 fine grains existing over the total area of each of the PES grains and the nylon 12 grains present between the lines and the thickness of the prepreg was obtained and the total area of the prepreg The existence ratio of each of the PES particles and the nylon 12 fine particles existing in the depth range of 20% from the surface of the noble metal particles was calculated. Here, the total area of each of the PES particle and the nylon 12 particle was obtained by cutting out the PES particle and the nylon 12 fine particle portion in the cross-sectional photograph and converting the mass of the PES particle and the nylon 12 particle.

습열시 압축강도의 측정Measurement of compressive strength during wet heat

실시예 및 비교예에서 제작한 일방향 프리프레그를, 섬유 방향을 정렬시켜 10ply 적층하고, 오토클레이브로 180°C의 온도에서 2시간, 0.59MPa의 압력 하에서, 승온 속도 1.5°C/분으로 성형하여 적층체를 제작하였다. 이 적층체로부터 두께 2mm, 폭 12.8mm, 길이 38mm의 탭이 부착된 시험편을 제작하였다. 이때, 시험편의 길이 방향과 상기 섬유 방향이 평행해지도록 시험편을 제작하였다. 이 시험편을 71°C의 온수에 14일간 침지하였다. 이 시험편을 JIS K 7076(1991)에 따라 항온조가 부착된 만능 시험기를 사용하여, 82°C에서의 0° 압축 강도를 측정하였다. 샘플수는 5로 하였다. The unidirectional prepregs prepared in the examples and the comparative examples were laminated 10 lines by aligning the fiber directions and molded at a temperature of 180 ° C for 2 hours under a pressure of 0.59 MPa at a temperature raising rate of 1.5 ° C / Thereby producing a laminate. A test piece having a tab having a thickness of 2 mm, a width of 12.8 mm, and a length of 38 mm was produced from this laminate. At this time, a test piece was prepared so that the longitudinal direction of the test piece and the fiber direction were parallel. This specimen was immersed in hot water at 71 ° C for 14 days. The test piece was measured at 0 ° compression strength at 82 ° C using a universal testing machine equipped with a thermostatic chamber according to JIS K 7076 (1991). The number of samples was 5.

복합재료의 전단 모드 층간 파괴 인성(GIIc) 시험Shear mode interlaminar fracture toughness (GIIc) test of composites

GIIc시편제작을 위해 상기 프리프레그를 일방향으로 20장을 적층하고, 통상의 오토클레이브에 의한 성형을 180℃ 2시간, 압력 6bar에서 수행하였다. 이후 0도 방향으로 13in 90도 방향으로 0.5in 크기로 절삭하여 평가 시편을 준비하였다. For preparing the GIIc specimen, 20 sheets of the prepreg were stacked in one direction, and molding with a normal autoclave was carried out at 180 DEG C for 2 hours and at a pressure of 6 bar. Thereafter, the specimens were prepared by cutting at a size of 0.5 inches in the direction of 13 degrees and 90 degrees in the direction of 0 degrees.

평가 시편을 이용하여 BMS 8-276의 시험 절차에 따라 평가를 진행하였다. 이때 5개의 시편을 평가한 후 평균 값을 표 1에 기록하였다.The test specimens were used to carry out the evaluation according to the test procedure of BMS 8-276. At this time, five specimens were evaluated and the average values were recorded in Table 1.

복합재료의 충격후 압축강도(CAI) 측정Measurement of compressive strength (CAI) after impact of composite material

CAI 시편제작을 위해 상기 프리프레그를 24장을 (+45/0/-45/90)3S로 적층하고, 통상의 오토클레이브에 의한 성형을 180℃ 2시간, 압력 6bar에서 수행하였다. 이후 가로 4in*세로 6in로 절삭하여 평가 시편을 준비하였다. Twenty-four prepregs were laminated with (+ 45/0 / -45 / 90) 3S to prepare a CAI specimen. Molding with a normal autoclave was carried out at 180 DEG C for 2 hours and at a pressure of 6 bar. The specimens were cut into 4 inches by 6 inches long.

평가 시편을 5개 준비한 후, 270 in-lbf impact level로 충격시험을 진행 후 압축 시험을 진행하여 평균 값을 표 1에 기록하였다.After five test specimens were prepared, the impact test was carried out at a 270 in-lbf impact level, and a compression test was conducted. The average values were recorded in Table 1.

실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 조성물 함량Composition content 에폭시Epoxy 7373 6868 6565 6363 8181 7373 경화제Hardener 1717 1616 1515 1414 1919 1717 강인화제A tough topic 1010 1616 2020 2323 -- 1010 프리프레그 중의 PES입자 표층 존재율(%)Percentage of PES particle surface layer present in the prepreg (%) 5151 5050 5252 5555 -- 4040 프리프레그 중의 나일론 12 입자 표층 존재율(%)Percentage of nylon 12 particle surface layer present in the prepreg (%) 9696 9797 9898 9595 -- 9191 Carbon FiberCarbon Fiber IMS60IMS60 IMS60IMS60 IMS60IMS60 IMS60IMS60 IMS60IMS60 IMS60IMS60 습열시 압축강도
(MPa)
Compressive strength during wet heat
(MPa)
12201220 12501250 12701270 12101210 980980 11501150
GIIc
(in- lbf/in2)
G II c
(in-lbf / in 2 )
Avg.Avg. 12.1912.19 11.5211.52 10.8810.88 9.049.04 4.504.50 8.688.68
CAI (ksi) (270 in-lbf impact level)CAI (ksi) (270 in-lbf impact level) Avg.Avg. 48.9748.97 46.6946.69 45.0745.07 46.0846.08 38.8138.81 43.3343.33

표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 경우, 비교예보다 복합재료의 층간 파괴 인성, 충격 후 압축강도 및 습열시 압축강도가 우수한 것으로 나타났다. As shown in Table 1, in Examples 1 to 4 according to the present invention, the interlaminar fracture toughness, the post-impact compressive strength and the compressive strength at the time of wet heat are superior to those of the comparative example.

Claims (6)

(a) 강화섬유,
(b) 비스페놀 A 타입, 아미노페놀 타입 및 테트라글리시딜 디아미노디페닐메탄으로 구성된 에폭시 수지 및 4,4‘-디아미노디페닐설폰, 디시안디아마이드 및 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메?K우레아를 포함하는 경화제로 구성된 수지 조성물
(c) 용해성 강인화제로서 폴리에테르설폰 및
(d) 불용성 강인화제로 나일론12 미립자를 필수의 성분으로 하며,
구성 요소 c는 50% 이상, d는 95 % 이상이 프리프레그 표면에서 프리프레그의 두께의 20 % 깊이의 범위 내에 분포하는 것을 특징으로 하는 고인성 프리프레그.
(a) reinforcing fibers,
(b) an epoxy resin composed of a bisphenol A type, an aminophenol type and tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, and an epoxy resin composed of 4,4'-diaminodiphenylsulfone, dicyandiamide and 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethoxy-urea < / RTI >
(c) a polyether sulfone as a soluble toughening agent and
(d) Nylon 12 fine particles are used as an insoluble toughening agent,
Characterized in that at least 50% of component c and at least 95% of d are distributed within the range of 20% depth of prepreg thickness on the surface of the prepreg.
제 1항에 있어서,
상기 강화섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 흑연 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 섬유를 포함하고, 강화 섬유의 함유율이 프리프레그 전체 중량 대비 35 내지 65 중량부인 것을 특징으로 하는 고인성 프리프레그.
The method according to claim 1,
Wherein the reinforcing fiber comprises one or more fibers selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber and graphite fiber, wherein the content of the reinforcing fiber is 35 to 65 parts by weight based on the total weight of the prepreg Characterized by a high toughness prepreg.
제1항에 있어서,
상기 수지 조성물 중 에폭시 수지의 함량은 60 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는 고인성 프리프레그.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the epoxy resin in the resin composition is 60 to 80 parts by weight.
제1항에 있어서,
상기 수지 조성물 중 경화제의 함량이 10 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 고인성 프리프레그.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the curing agent in the resin composition is 10 to 20 parts by weight.
제 1항에 있어서,
상기 수지 조성물 중 용해성 강인화제 및 불용성 강인화제의 함량이 10 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는 고인성 프리프레그.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the soluble toughening agent and the insoluble toughening agent in the resin composition is 10 to 30 parts by weight.
제1항에 있어서,
층간 인성 GIIc가 10 내지 13 in- lbf/in2, 습열시 압축강도가 1200MPa이상인 것을 특징으로 하는 고인성 프리프레그.
The method according to claim 1,
An interlaminar toughness GIIc of 10 to 13 in-lbf / in 2 , and a compressive strength at the time of wet heating of 1200 MPa or more.
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