TWI803586B - 纖維強化複合材料用樹脂組成物、纖維強化複合材料、硬化物及成形體的製造方法 - Google Patents

纖維強化複合材料用樹脂組成物、纖維強化複合材料、硬化物及成形體的製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI803586B
TWI803586B TW108107349A TW108107349A TWI803586B TW I803586 B TWI803586 B TW I803586B TW 108107349 A TW108107349 A TW 108107349A TW 108107349 A TW108107349 A TW 108107349A TW I803586 B TWI803586 B TW I803586B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fiber
reinforced composite
resin composition
composite material
resin
Prior art date
Application number
TW108107349A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201938628A (zh
Inventor
狩野恭兵
谷口裕一
Original Assignee
日商日鐵化學材料股份有限公司
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 日商日鐵化學材料股份有限公司 filed Critical 日商日鐵化學材料股份有限公司
Publication of TW201938628A publication Critical patent/TW201938628A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI803586B publication Critical patent/TWI803586B/zh

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
    • C08G59/62Alcohols or phenols
    • C08G59/621Phenols
    • 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
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • 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
    • C08G59/502Polyalkylene polyamines
    • 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
    • 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
    • C08G59/56Amines 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
    • C08G59/62Alcohols or phenols
    • 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
    • C08J5/241Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C08L63/10Epoxy resins modified by unsaturated compounds
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Abstract

本發明的目的在於提供一種無損低黏度性與耐熱性,且快速硬化性優異的樹脂組成物。一種纖維強化複合材料用樹脂組成物及於其中調配強化纖維而獲得的纖維強化複合材料,所述纖維強化複合材料用樹脂組成物為包括主劑及硬化劑、且主劑與硬化劑的質量比為90:10~70:30的範圍的二液硬化型的樹脂組成物,所述主劑包含環氧樹脂(A),所述硬化劑包含選自降冰片烷二胺或三乙四胺中的胺化合物(B)及酚化合物(C),所述纖維強化複合材料用樹脂組成物的特徵在於:酚化合物(C)包含具有兩個以上的酚性羥基的酚化合物,且於硬化劑中含有5重量%~35重量%。

Description

纖維強化複合材料用樹脂組成物、纖維強化複 合材料、硬化物及成形體的製造方法
本發明是有關於一種黏度低且短時間內的硬化性優異的纖維強化複合材料用的樹脂組成物、使用其的纖維強化複合材料及使用其的纖維強化成形體的製造方法。
一般而言,纖維強化複合材料包含玻璃纖維、聚芳醯胺(aramide)纖維或碳纖維等強化纖維及不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、苯并噁嗪樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂等熱硬化性基質樹脂,就輕量且強度、耐腐蝕性或耐疲勞性等機械物性優異的方面而言,作為飛機、汽車、土木建築及運動用品等的結構材料而廣泛適用。
纖維強化複合材料的製造方法是藉由以下方法而實施:使用將熱硬化性的基質樹脂預先含浸於強化纖維所得的預浸體的高壓釜成形法或壓製成形法;或包括使液狀的基質樹脂含浸於強化纖維的步驟及藉由熱硬化而進行的成形步驟的樹脂轉注成形法(resin transfer molding method)、液體壓縮成形法(liquid compression molding method)、濕敷(wet lay-up)成形法、拉拔成形法或線繞(filament winding)成形法等。其中,不使用預浸 體來進行含浸與成形的樹脂轉注等成形法中,為使強化纖維快速地含浸,而使用低黏度的基質樹脂。
此外,於樹脂轉注成形法、液體壓縮成形法中,為了確保高生產性,於使強化纖維含浸樹脂後,要求硬化速度快的基質樹脂。進而,於該些成形法中,包括於硬化後將成形物自模具脫模的步驟,為了確保高生產性,要求不僅硬化速度快而且脫模性亦優異的基質樹脂組成物。
先前,於樹脂轉注成形法、液體壓縮成形法中,一直使用不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、胺基甲酸酯樹脂或環氧樹脂等熱硬化性樹脂。具有自由基聚合性的不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂雖然黏度低且快速硬化性優異,但有成形時的硬化收縮大,成形物的耐熱性、強度或韌性等機械物性相對低的課題。胺基甲酸酯樹脂雖然可獲得快速硬化性優異、強度或韌性高的成形物,但有成形物的耐熱性低、吸水率高的課題。環氧樹脂雖然可獲得耐熱性、強度或韌性高的成形物,但有快速硬化性差的課題。
專利文獻1中,雖然嘗試藉由環氧樹脂與特定的酚化合物的組合來對樹脂組成物賦予快速硬化性,但至凝膠化為止的時間長,快速硬化性不足,耐熱性亦差。
專利文獻2、專利文獻3中,嘗試藉由於包含環氧樹脂與聚乙烯多胺的樹脂組成物中添加特定的觸媒來賦予快速硬化性。但是,至凝膠化為止的時間長,快速硬化性不足。
專利文獻4中,嘗試藉由環氧樹脂與特定的胺化合物、 酚化合物的組合來對樹脂組成物賦予快速硬化性,但仍然是快速硬化性不足。
關於纖維強化複合材料的基質樹脂,為使低黏度性優異且不降低耐熱性、進而確保高生產性,期望快速硬化性的進一步提升。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2016-098322號公報
[專利文獻2]日本專利特表2015-535022號公報
[專利文獻3]日本專利特表2015-536373號公報
[專利文獻4]WO2017/179358號公報
本發明的目的在於提供一種無損低黏度性與耐熱性、且快速硬化性優異的纖維強化複合材料用的樹脂組成物。進而,目的在於提供一種可生產性良好地獲得纖維強化複合材料及纖維強化成形體的樹脂組成物或製造方法。
本發明者等人為解決所述課題而進行研究,結果發現,藉由使用包含特定的環氧樹脂的主劑、及包含特定的胺化合物與具有酚性羥基的酚化合物的硬化劑,而解決所述課題,從而完成本發明。
即,本發明為一種纖維強化複合材料用樹脂組成物,其為包括主劑及硬化劑、且主劑與硬化劑的質量比為90:10~70: 30的範圍的二液硬化型的樹脂組成物,所述主劑包含環氧樹脂(A),所述硬化劑包含下述式(1)或式(2)所表示的胺化合物(B)及酚化合物(C),所述纖維強化複合材料用樹脂組成物的特徵在於:酚化合物(C)包含具有兩個以上的酚性羥基的酚化合物,且於硬化劑中含有5重量%~35重量%。
Figure 108107349-A0305-02-0005-1
所述酚化合物(C)較佳為由下述通式(3)所表示,且以於凝膠滲透層析法的測定中二核體含有率為17面積%以下、三核體含有率為38面積%以上、四核體以上的含有率為45面積%以下的比例構成的苯酚酚醛清漆。
Figure 108107349-A0305-02-0005-2
(式中,n表示0以上的整數,為0~5)
所述硬化劑的25℃下的黏度較佳為2000mPa.s以下。該黏度可藉由E型黏度計進行測定。
本發明的纖維強化複合材料用樹脂組成物可為將其於120℃下進行5分鐘熱處理而硬化成的硬化物的玻璃轉移溫度為110℃以上。
本發明的另一形態為一種纖維強化複合材料,其特徵在於,其是於所述纖維強化複合材料用樹脂組成物中調配強化纖維而成。該情況下,強化纖維的體積含有率較佳為45%~70%。
另外,本發明為一種成形體的製造方法,其特徵在於,利用樹脂轉注成形法、或液體壓縮成形法將所述纖維強化複合材料成形。
本發明的又一形態為一種成形體的製造方法,其包括如下步驟,所述步驟包括:準備所述二液硬化型的纖維強化複合材料用樹脂組成物;將該纖維強化複合材料用樹脂組成物的二液與強化纖維混合而製成纖維強化複合材料;繼而利用模具將該纖維強化複合材料加熱硬化而成形。
本發明的纖維強化複合材料用樹脂組成物的黏度低,具有良好的對強化纖維的含浸性,且顯示出短時間內的硬化性。因此,適合作為用以藉由樹脂轉注成形法或液體壓縮成形法將纖維強化複合材料製成成形體的纖維強化複合材料用樹脂組成物。進而,硬化而得的成形物為自模具的脫模性優異,且玻璃轉移溫度高者。
以下,對本發明的實施形態進行詳細說明。
本發明的纖維強化複合材料用樹脂組成物於其中調配強化纖維而形成纖維強化複合材料,且藉由將該纖維強化複合材料硬化或成形而形成硬化物或成形體。以下,亦將纖維強化複合材料用樹脂組成物稱為樹脂組成物,亦將纖維強化複合材料稱為複合材料。
本發明的樹脂組成物為包括主劑及硬化劑的二液硬化型的樹脂組成物,所述主劑包含環氧樹脂(A),所述硬化劑包含所述式(1)或式(2)所表示的胺化合物(B)及酚化合物(C)。此處,亦將所述環氧樹脂(A)、胺化合物(B)、酚化合物(C)分別稱為(A)成分、(B)成分、及(C)成分,或者分別稱為環氧樹脂、胺化合物、及酚化合物。
用作主劑成分的環氧樹脂(A)可較佳地使用二官能以上的環氧樹脂。具體而言,可使用雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚E型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂、雙酚Z型環氧樹脂、異佛爾酮雙酚型環氧樹脂等雙酚型環氧樹脂;該些雙酚A型環氧樹脂的鹵素、烷基取代物、氫化物等、以及不限於單量體而具有多個重複單元的高分子聚合物;環氧烷加成物的縮水甘油醚;苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、雙酚A酚醛清漆型環氧樹脂等酚醛清漆型環氧樹脂;3,4-環氧基-6-甲基環己基甲基-3,4-環氧基-6-甲基環己烷羧酸酯、3,4-環氧基環己基甲基 -3,4-環氧基環己烷羧酸酯、1-環氧基乙基-3,4-環氧基環己烷等脂環式環氧樹脂;三羥甲基丙烷聚縮水甘油醚、季戊四醇聚縮水甘油醚、聚氧伸烷基二縮水甘油醚等脂肪族環氧樹脂;鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、二聚酸縮水甘油酯等縮水甘油酯;四縮水甘油基二胺基二苯基甲烷、四縮水甘油基二胺基二苯基碸、三縮水甘油基胺基苯酚、三縮水甘油基胺基甲酚、四縮水甘油基伸二甲苯二胺等縮水甘油胺類等。該些可單獨使用一種,亦可組合使用兩種以上。
就流動性的觀點而言,環氧樹脂的25℃下的黏度較佳為30000mPa.s以下。再者,本說明書中,只要無特別說明,則黏度是藉由E型黏度計進行測定。
用作硬化劑成分的胺化合物(B)為所述式(1)所表示的降冰片烷二胺、或所述式(2)所表示的三乙四胺。藉由為該些胺化合物,快速硬化性提升。降冰片烷二胺、三乙四胺可分別單獨使用,亦可混合使用。
另一用作硬化劑成分的酚化合物(C)為一分子中具有兩個以上的酚性羥基作為官能基的酚化合物。藉由為兩個以上,快速硬化性提升。
作為所述酚化合物的具體例,可列舉:雙酚A、雙酚S、雙酚F、聯苯酚、雙酚芴、2,2-雙(4-羥基-3,5-二甲基苯基)丙烷、4,4'-亞甲基雙(2,6-二甲基苯酚)、4,4'-亞甲基雙(2,6-二-第三丁基苯酚)、雙甲酚芴、苯酚酚醛清漆、甲酚酚醛清漆、對苯二酚、甲基 對苯二酚、二甲基對苯二酚、三甲基對苯二酚、四甲基對苯二酚、異丙基對苯二酚、甲基-異丙基對苯二酚、單-第三丁基對苯二酚、二-第三丁基對苯二酚、單-第三戊基對苯二酚、二-第三戊基對苯二酚、硝基對苯二酚、苯基對苯二酚、二苯基對苯二酚、氯對苯二酚、二氯對苯二酚、三氯對苯二酚、四氯對苯二酚、溴對苯二酚、二溴對苯二酚、三溴對苯二酚、四溴對苯二酚、鄰苯二酚、第三丁基鄰苯二酚、間苯二酚、鄰苯三酚、二硝基鄰苯三酚、1,2,4-苯三醇等,該些可單獨使用一種,亦可視需要而使用兩種以上。
該些中,尤其是雙酚A、雙酚F、或苯酚酚醛清漆就快速硬化性與硬化劑的品質穩定性的方面而言優異。
作為所述苯酚酚醛清漆,較佳為由所述通式(3)所表示,且以於凝膠滲透層析法(gel permeation chromatography,GPC)的測定中二核體含有率為17面積%以下、三核體含有率為38面積%以上、四核體以上的含有率為45面積%以下的比例構成的苯酚酚醛清漆。此處,所謂二核體是指通式(3)中n=0的成分,所謂三核體是指通式(3)中n=1的成分,所謂四核體是指通式(3)中n=2的成分。藉由以二核體含有率為17面積%以下、三核體含有率為38面積%以上、四核體以上的含有率為45面積%以下的比例包含,硬化劑的黏度不會過高,可無損對纖維的含浸性地顯現快速硬化性。
本發明的樹脂組成物為主劑與硬化劑的二液硬化型,包含所述胺化合物與酚化合物的硬化劑可視需要而包含其他硬化劑 成分、硬化促進劑、或硬化觸媒。
另外,於主劑及硬化劑中,亦可適當調配塑化劑、染料、有機顏料或無機填充劑、高分子化合物、偶合劑、界面活性劑及溶劑等作為其他成分。另外,亦可調配其他硬化性樹脂。作為此種硬化性樹脂,可列舉不飽和聚酯樹脂、硬化性丙烯酸樹脂、硬化性胺基樹脂、硬化性三聚氰胺樹脂、硬化性脲樹脂、硬化性氰酸酯樹脂、硬化性胺基甲酸酯樹脂、硬化性氧雜環丁烷樹脂、硬化性環氧基/氧雜環丁烷複合樹脂等,但並不限定於該些。該些可考慮與主劑及硬化劑中所含的成分的反應性或黏度等而調配於任一者中。避免與主劑或硬化劑中所含的成分反應地進行調配。另外,溶劑會使成形體的生產性下降,故理想的是不含或為少量。
作為所述其他硬化劑成分或硬化促進劑、硬化觸媒,例如可列舉:三級胺、羧酸、磺酸、路易斯酸錯合物、鎓鹽、咪唑、醇類、或苯酚、甲酚、丙烯酚(allyl phenol)、硝基酚、對胺基酚、間胺基酚、單-第三丁基酚、二-第三丁基酚等具有一個酚性羥基的化合物等。該些可使用一種或兩種以上。
硬化劑中理想的是以5質量%~35質量%的範圍包含酚化合物(C)。若含有率過低,則快速硬化性無法充分顯現。另一方面,若含有率過高,則硬化劑的黏度變得過高,此外耐熱性亦下降。
胺化合物(B)的含有率理想的是以65%~95%的範圍包含。
硬化劑的25℃下的黏度較佳為2000mPa.s以下。若黏 度超過2000mPa.s,則難以於強化纖維中充分含浸。黏度的下限並無特別限制,黏度越低,成形時的組成物的注入含浸越容易而較佳。
本發明的樹脂組成物為主劑與硬化劑的二液硬化型,藉由將該些以規定的比例混合,而能夠加熱硬化。該主劑與硬化劑的混合比率是根據主劑中的環氧樹脂成分與硬化劑中的硬化劑成分的種類而決定。具體而言,計算所有環氧樹脂成分中所含的環氧基的莫耳數及硬化劑成分中所含的活性氫的莫耳數的比率而加以調整,莫耳比為90:10~70:30的範圍。若為該範圍,則所得的樹脂硬化物的耐熱性或彈性係數優異。
本發明的樹脂組成物的於120℃下加熱5分鐘而成為硬化物時的玻璃轉移溫度(Tg)較佳為100℃以上,更佳為110℃以上。於Tg低於100℃的情況下,當將所得的纖維強化複合材料的硬化物或成形體自模具脫模時容易變形。
作為本發明的纖維強化複合材料中使用的強化纖維,選自玻璃纖維、聚芳醯胺纖維、碳纖維、硼纖維等中,但為了獲得強度優異的纖維強化複合材料,較佳為使用碳纖維。
本發明的纖維強化複合材料包含所述樹脂組成物及強化纖維。纖維強化複合材料中的強化纖維的體積含有率較佳為45%~70%,更佳為48%~62%的範圍。藉由設為該範圍,可獲得空隙少且強化纖維的體積含有率高的成形體,因而可獲得強度優異的成形材料。
纖維強化複合材料的硬化可較佳地藉由以下方式來進行:將主劑以50℃~90℃的範圍、將硬化劑以20℃~60℃的範圍的溫度注入至預先配置有纖維的模具等中,以90℃~160℃的溫度、較佳為100℃~140℃加熱硬化15秒~360秒的時間、較佳為25秒~150秒。主劑與硬化劑可同時注入至模具中,為了提高均勻性,理想的是之前混合後進行注入。但是,亦可不進行混合而注入至模具中,並於纖維的存在下進行混合。作為混合方式,衝突混合、靜態混合器方式等並無特別限制,較佳為短時間內完成均勻混合的衝突混合方式。
若注入溫度低,則流動性下降,從而導致對成形模具及纖維的填充不良而欠佳。另外,若注入溫度高,則產生飛邊,或於注入時樹脂開始硬化而槽內或成形模具內的樹脂硬化,產生填充不良,因而欠佳。另外,若成形時間過短,則無法充分填充,若過長,則模具內的樹脂硬化而導致成形不良,並且導致生產性的下降,因而欠佳。本發明的纖維強化複合材料中所含的樹脂組成物可獲得能夠於如所述般的較低注入溫度下注入、含浸於成形模具,另外以短的硬化時間完成自模具的脫模的硬化物。
由本發明的樹脂組成物來製作纖維強化複合材料或成形體的方法並無特別限定,適宜為樹脂轉注成形(resin transfer molding,RTM)法或液體壓縮成形(liquid compression molding,LCM)法。所謂RTM法,是指將包含強化纖維的纖維基材或預成形體設置於成形模具內,於該成形模具內注入液狀的纖維強化複 合材料用樹脂組成物而使強化纖維含浸,製成纖維強化複合材料,其後進行加熱而使纖維強化複合材料硬化,從而獲得成形體的方法。硬化條件適宜為所述纖維強化複合材料用樹脂組成物的硬化中所說明的條件。所謂LCM法,是指將包含預先融合有樹脂的強化纖維的纖維基材或預成形體,於釋放了成形壓力的狀態下設置於成形模具內,並將成形模具合模,藉此而同時進行含浸與成形,並於製成纖維強化複合材料後將模具加熱而使纖維強化複合材料硬化,從而獲得成形體的方法。LCM法的硬化條件亦適宜為所述纖維強化複合材料用樹脂組成物的硬化中所說明的條件。
[實施例]
其次,基於實施例對本發明進行具體的說明,但本發明只要不超過其主旨,則並不限定於以下的實施例。表示調配量的份只要無特別說明則為質量份。
實施例及比較例中使用的各成分的略號如下所述。
YD-128:雙酚A型環氧樹脂(新日鐵住金化學公司製造)
YD-170:雙酚F型環氧樹脂(新日鐵住金化學公司製造)
TETA:三乙四胺
NBDA:雙(胺基甲基)降冰片烷
1,3-BAC:1,3-雙胺基甲基環己烷
BPA:雙酚A
BPF:雙酚F
4tBP:4-第三丁基苯酚
合成例1
於具備攪拌機、溫度調節裝置、回流冷卻器、完全冷凝器、減壓裝置等的攪拌槽型反應機中,加入100份的作為雙酚F且二核體量為90面積%的雙酚F、及600份的苯酚,升溫至80℃後,添加1.55份的草酸二水合物,攪拌10分鐘而溶解後,歷時30分鐘滴加115份的37.5%福馬林。其後,將反應溫度維持為92℃,繼續反應3小時。反應結束後,將溫度提高至110℃,進行脫水後,將殘存的苯酚於150℃、60mmHg的回收條件下回收約90%後,於160℃、5mmHg的回收條件下回收,之後進而於160℃、80mmHg的條件下歷時90分鐘滴加水10份而將殘存的苯酚去除,獲得粗苯酚酚醛清漆樹脂。所得的粗苯酚酚醛清漆樹脂的組成為:二核體量為55.1面積%、三核體量為24.9面積%、四核體量為11.1面積%、五核體量為5.0面積%、六核體以上的含量為3.9面積%,Mw為339,分散度(Mw/Mn)為1.190。
將以上所得的粗苯酚酚醛清漆樹脂以21kg/小時向將轉子轉數設為250rpm、以3mmHg~5mmHg的真空度運轉的離心薄膜蒸發器中連續地供給1小時,將蒸發成分及苯酚酚醛清漆樹脂連續地抽出。離心薄膜蒸發器帶有套管,加熱傳導面為0.21m2且於套管中流動260℃的熱介質。另外,離心薄膜蒸發器具有外部冷凝器,冷卻傳導面為1.3m2且流動120℃的加溫水,使蒸發成分的總量冷凝而抽出。
所得的苯酚酚醛清漆樹脂的組成為:二核體量為9.1面積%、 三核體量為48.9面積%、四核體量為22.9面積%、五核體量為10.4面積%、六核體以上的含量為8.7面積%,Mw為423,分散度(Mw/Mn)為1.122。蒸發成分的二核體量為97.9面積%,三核體量為2.1面積%,Mw為203,分散度(Mw/Mn)為1.006。所得的苯酚酚醛清漆樹脂中未確認到著色。將該苯酚酚醛清漆的名稱稱為PN-1。
各物性的測定或試驗方法如下所述。
(分子量分佈的測定)
使用於凝膠滲透層析儀(gel permeation chromatograph,GPC)的本體(東曹股份有限公司製造的HLC-8220GPC)上串聯地具有管柱(東曹股份有限公司製造的TSKgelG4000HXL、TSKgelG3000HXL、TSKgelG2000HXL)者,將管柱溫度設為40℃,溶離液使用四氫呋喃,流速設為1ml/分鐘,檢測器使用折射率(refractive index,RI)(示差折射計)檢測器來進行測定,根據峰值的面積%而求出二核體含有率、三核體含有率、及n=1體含有率。
(硬化劑黏度的測定)
使用錐板型E型黏度計(東機產業股份有限公司:RE80H),於25℃下測定。將自測定開始經過60秒後的值設為黏度的值。
(凝膠時間的測定)
於預先加熱至120℃的凝膠化試驗機(日新科學製造)的板上添加二液硬化型樹脂組成物,使用氟樹脂棒以一秒鐘轉兩下的 速度攪拌,將樹脂組成物發生硬化直至失去塑化性所需的時間設為凝膠化時間。
(玻璃轉移溫度的測定)
使用動態黏彈性試驗機,於升溫速度5℃/分鐘、彎曲模式、測定頻率10Hz的條件下對玻璃轉移溫度測定用試驗片進行測定,將損失彈性係數(E")的最大值設為玻璃轉移溫度。
(碳纖維強化塑膠(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)的彎曲試驗)
使用自顯影(Autograph)AGS-X(島津製作所製造),藉由依據日本工業標準(Japanese Industrial Standards,JIS)K-7074的方法來對CFRP彎曲試驗片進行測定,測定彎曲彈性係數(GPa)與最大彎曲應力(MPa)。
實施例1
使用100份的作為(A)成分的YD-128、13.3份的作為(B)成分的TETA、3.3份的作為(C)成分的BPA,將該些放入150mL的聚乙烯容器中,使用真空混合器,一邊於室溫下攪拌5分鐘一邊混合而獲得樹脂組成物。
將該樹脂組成物流入挖通為平板形狀且設置有4mm厚的間隔件的縱60mm×橫80mm且加熱至120℃的模具中,進行5分鐘硬化後,使用台式帶鋸將所得的硬化物切削為50mm×10mm的大小而獲得試驗片,將其用於玻璃轉移溫度(Tg)的測定。
藉由手糊(hand lay-up)成形而使碳纖維織物(纖維單 位面積重量為300g/m2、0°構成、6ply(股))含浸以上所得的樹脂組成物,製成CFRP基材。繼而,將CFRP基材載置於加熱至120℃的模具,將模具閉合,硬化5分鐘,獲得2mm厚的CFRP試驗板。對該CFRP試驗板進行切削加工,製作100mm×15mm×厚2mm的CFRP彎曲試驗片。將其用於CFRP的彎曲試驗的評價中。
實施例2~實施例8、比較例1~比較例6
以表1及表2所記載的組成(份)使用各原料來作為(A)成分~(C)成分,除此以外,以與實施例1相同的混合條件製作樹脂組成物及試驗片。
將實施例1~實施例8的調配、試驗結果示於表1中,將比較例1~比較例6的調配、試驗結果示於表2中。調配量的數字為質量份。
Figure 108107349-A0305-02-0017-3
Figure 108107349-A0305-02-0018-4
CFRP的彎曲強度等大致相同,但實施例的成形性或快速硬化性優異,因而生產性高,而且耐熱性優異。

Claims (8)

  1. 一種纖維強化複合材料用樹脂組成物,其為包括主劑及硬化劑、且所述主劑與所述硬化劑的質量比為90:10~70:30的範圍的二液硬化型的樹脂組成物,所述主劑包含環氧樹脂(A),所述硬化劑包含下述式(1)或式(2)所表示的胺化合物(B)及酚化合物(C),所述纖維強化複合材料用樹脂組成物的特徵在於:所述酚化合物(C)包含具有兩個以上的酚性羥基的酚化合物,且於所述硬化劑中含有5重量%~35重量%,其中所述酚化合物(C)為由下述通式(3)所表示,且以於凝膠滲透層析法的測定中二核體含有率為9.1面積%以上且17面積%以下、三核體含有率為38面積%以上、四核體以上的含有率為45面積%以下的比例構成的苯酚酚醛清漆,
    Figure 108107349-A0305-02-0019-5
    Figure 108107349-A0305-02-0019-6
    Figure 108107349-A0305-02-0019-7
    (式(3)中,n表示0以上的整數,為0~5)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的纖維強化複合材料用樹脂組成物,其中所述硬化劑的藉由E型黏度計而測定的25℃下的 黏度為2000mPa.s以下。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的纖維強化複合材料用樹脂組成物,其中將所述纖維強化複合材料用樹脂組成物於120℃下進行5分鐘熱處理而硬化成的硬化物的玻璃轉移溫度顯示為110℃以上。
  4. 一種纖維強化複合材料,其特徵在於,其是於如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的纖維強化複合材料用樹脂組成物中調配強化纖維而成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的纖維強化複合材料,其中所述強化纖維的體積含有率為45%~70%。
  6. 一種硬化物,其為如申請專利範圍第4項所述的纖維強化複合材料的硬化物。
  7. 一種成形體的製造方法,其特徵在於,利用樹脂轉注成形法、或液體壓縮成形法將如申請專利範圍第4項所述的纖維強化複合材料成形。
  8. 一種成形體的製造方法,其包括如下步驟,所述步驟包括:準備如申請專利範圍第1項所述的二液硬化型的纖維強化複合材料用樹脂組成物;將所述纖維強化複合材料用樹脂組成物的二液與強化纖維混合而製成纖維強化複合材料;繼而利用模具將所述纖維強化複合材料加熱硬化而成形。
TW108107349A 2018-03-09 2019-03-06 纖維強化複合材料用樹脂組成物、纖維強化複合材料、硬化物及成形體的製造方法 TWI803586B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018042807 2018-03-09
JP2018-042807 2018-03-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201938628A TW201938628A (zh) 2019-10-01
TWI803586B true TWI803586B (zh) 2023-06-01

Family

ID=67847300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108107349A TWI803586B (zh) 2018-03-09 2019-03-06 纖維強化複合材料用樹脂組成物、纖維強化複合材料、硬化物及成形體的製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11390708B2 (zh)
EP (1) EP3763765A4 (zh)
JP (1) JP7307050B2 (zh)
CN (1) CN111801367A (zh)
TW (1) TWI803586B (zh)
WO (1) WO2019171991A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023089997A1 (ja) * 2021-11-16 2023-05-25 Dic株式会社 硬化性組成物、硬化物、繊維強化複合材料、及び繊維強化樹脂成形品
CN117069974B (zh) * 2023-07-18 2024-06-28 哈尔滨工业大学 一种甲基丙烯酸甲酯树脂体系及其室温原位浸渍传递模塑成型纤维增强材料的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105377937A (zh) * 2013-07-18 2016-03-02 喜利得股份公司 基于环氧化物-胺的多组分灰浆料的用途

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0557999A3 (en) * 1992-02-27 1995-09-06 Mitsui Toatsu Chemicals Method for simultaneous preparation of bisphenol f and novolak phenol resins
JPH06100665A (ja) * 1992-09-18 1994-04-12 Mitsui Toatsu Chem Inc エポキシ樹脂組成物
JPH06287270A (ja) * 1993-03-31 1994-10-11 Sanyo Chem Ind Ltd 繊維強化樹脂成形用樹脂組成物および成形体
JPH07207125A (ja) * 1994-01-20 1995-08-08 Mitsui Toatsu Chem Inc フェノール系樹脂組成物
US7745006B2 (en) 2006-12-15 2010-06-29 Ashland Licensing And Intellectual Property, Llc Low odor, fast cure, toughened epoxy adhesive
JP2009102563A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Toray Ind Inc 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
JP2009242719A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Sumitomo Bakelite Co Ltd フェノールノボラック樹脂、エポキシ樹脂組成物及びその硬化物、並びに半導体装置
CN102549091A (zh) * 2009-09-16 2012-07-04 住友电木株式会社 粘合膜、多层电路基板、电子部件和半导体装置
WO2013065516A1 (ja) * 2011-10-31 2013-05-10 東レ株式会社 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
KR102131214B1 (ko) 2012-11-13 2020-07-08 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 수지 이송 성형 공정을 위한 폴리에틸렌 테트라아민 및 트라이에틸렌 다이아민 촉매를 함유하는 에폭시 수지 시스템
BR112015010684A2 (pt) 2012-11-13 2017-07-11 Dow Global Technologies Llc sistema de resina epóxi curável, processo para formar um compósito de epóxi reforçado com fibra e compósito reforçado com fibra curada
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
EP3444291B1 (en) 2016-04-12 2020-04-22 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Epoxy resin curing agent, epoxy resin composition, and carbon fiber-reinforced composite material
CN109843968B (zh) * 2016-10-14 2022-03-25 日铁化学材料株式会社 纤维强化复合材料用树脂组合物和使用它的纤维强化复合材料

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105377937A (zh) * 2013-07-18 2016-03-02 喜利得股份公司 基于环氧化物-胺的多组分灰浆料的用途

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019171991A1 (ja) 2019-09-12
EP3763765A1 (en) 2021-01-13
US20210054137A1 (en) 2021-02-25
JPWO2019171991A1 (ja) 2021-03-25
CN111801367A (zh) 2020-10-20
TW201938628A (zh) 2019-10-01
EP3763765A4 (en) 2021-11-17
JP7307050B2 (ja) 2023-07-11
US11390708B2 (en) 2022-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10920027B2 (en) Epoxy resin composition, molding material, and fiber-reinforced composite material
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
KR100611279B1 (ko) 에폭시 수지 조성물 및 섬유 강화 복합 재료의 제조법 및섬유 강화 복합 재료
JP6995779B2 (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
TWI803586B (zh) 纖維強化複合材料用樹脂組成物、纖維強化複合材料、硬化物及成形體的製造方法
EP1806376A1 (en) Heat-resistant composite material
KR102399500B1 (ko) 섬유 강화 복합 재료용 수지 조성물 및 그것을 이용한 섬유 강화 복합 재료
WO2019065248A1 (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
JP7099113B2 (ja) 炭素繊維プリプレグの製造方法
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
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
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
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
RU2777895C2 (ru) Эпоксидное связующее, препрег на его основе и изделие, выполненное из него
JP2024064038A (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
JP2015048429A (ja) ベンゾオキサジン樹脂組成物