WO2024075480A1 - 熱硬化性樹脂組成物及びその硬化物、プリプレグ、繊維強化複合材、高圧ガス容器 - Google Patents
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Classifications
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
- F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
Definitions
- the present invention relates to a thermosetting resin composition and its cured product, a prepreg, a fiber-reinforced composite material, and a high-pressure gas cylinder containing the fiber-reinforced composite material.
- CNG vehicles environmentally friendly natural gas vehicles
- FCVs fuel cell vehicles
- Fuel cell vehicles are powered by fuel cells, so it is essential to develop hydrogen stations where hydrogen, the fuel used in fuel cell vehicles, can be compressed to high pressure and filled into the vehicles.
- Steel tanks have been used so far as high-pressure gas storage tanks used in hydrogen stations for fuel cell vehicles, or as on-board fuel tanks for CNG vehicles, fuel cell vehicles, etc., but progress has been made in the development of lighter high-pressure gas storage tanks that use resin materials for the tank liner or outer layer. Reducing the weight of on-board fuel tanks has the advantage of improving the fuel efficiency of the vehicles that are equipped with them.
- Pressure vessels such as high-pressure gas storage tanks usually have a metal liner and an outer layer that covers the outer surface of the liner, but in recent years, in order to create lighter pressure vessels, the production of pressure vessels with plastic liners and linerless pressure vessels has also been considered.
- a known method for manufacturing pressure vessels is to use a tow prepreg (also called a tow prepreg), in which reinforcing fibers are pre-impregnated with an epoxy resin composition, and manufacture the pressure vessel through filament winding molding.
- a tow prepreg also called a tow prepreg
- reinforcing fibers are pre-impregnated with an epoxy resin composition
- Patent Document 1 discloses a prepreg containing carbon fibers and a matrix resin as a prepreg useful for forming a high-strength and high-toughness fiber-reinforced plastic, the matrix resin being a curable resin composition containing a bisphenol-type epoxy resin, a difunctional or higher (meth)acrylate compound, and a curing agent containing dicyandiamide and a radical polymerization agent, and the cured product of the curable resin composition has a predetermined flexural modulus and breaking elongation. Also disclosed is a method of winding the prepreg around a mandrel to produce a tubular body.
- Patent Document 2 discloses a curable resin composition for prepregs that is useful for molding high-strength and high-toughness fiber-reinforced plastics, the curable resin composition comprising two types of epoxy resins that satisfy predetermined requirements, difunctional or higher functional (meth)acrylate compounds, and a curing agent.
- Thermosetting resin compositions used as the matrix resin of prepregs are required to have a long pot life in order to ensure the long-term storage stability of the prepregs.
- the thermosetting resin compositions used as the matrix resin of prepregs are required to have both a high glass transition temperature and a high elongation percentage in the cured product.
- Patent Documents 1 and 2 it was difficult to satisfy all of these required properties.
- the object of the present invention is to provide a thermosetting resin composition that produces a cured product with a high glass transition temperature and elongation and has a long pot life, a cured product thereof, a prepreg, a fiber-reinforced composite material, and a high-pressure gas container containing the fiber-reinforced composite material.
- the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by using a predetermined (meth)acrylate compound and an epoxy resin curing agent in a thermosetting resin composition containing an epoxy resin, a (meth)acrylate compound, an epoxy resin curing agent, and a thermal radical polymerization initiator. That is, the present invention relates to the following.
- thermosetting resin composition comprising component (A): an epoxy resin, component (B): a (meth)acrylate compound, component (C): an epoxy resin curing agent, and component (D): a thermal radical polymerization initiator, wherein component (B) comprises poly(butadiene-co-acrylonitrile) (B1) having acryloyloxy groups at both ends and a polyfunctional (meth)acrylate (B2) other than component (B1), and component (C) comprises a boron amine complex.
- component (B2) contains a polyfunctional (meth)acrylate having an aromatic ring.
- thermosetting resin composition according to the above [1] or [2], wherein the content of the component (B) is 5 to 50 parts by mass relative to 100 parts by mass of the component (A) in the thermosetting resin composition.
- thermosetting resin composition according to any one of [1] to [6] above.
- a prepreg comprising the thermosetting resin composition according to any one of [1] to [6] above and reinforcing fibers.
- a fiber-reinforced composite material obtained by curing the prepreg described in [8] or [9] above.
- a high-pressure gas cylinder comprising the fiber-reinforced composite material according to [10] above.
- the present invention provides a thermosetting resin composition having a long pot life and a cured product with a high glass transition temperature and elongation, a cured product thereof, a prepreg, a fiber-reinforced composite material, and a high-pressure gas container containing the fiber-reinforced composite material.
- the high-pressure gas container can be manufactured by filament winding molding using the prepreg of the present invention, and it is possible to produce a high-pressure gas container with a plastic liner or a linerless high-pressure gas container.
- (meth)acrylate encompasses both acrylate and methacrylate.
- room temperature means 25°C unless otherwise specified.
- thermosetting resin composition The thermosetting resin composition of the present invention (hereinafter also referred to as "the composition of the present invention”) is Component (A): epoxy resin, Component (B): (meth)acrylate compound, A thermosetting resin composition comprising: component (C): an epoxy resin curing agent; and component (D): a thermal radical polymerization initiator, wherein the component (B) contains poly(butadiene-co-acrylonitrile) (B1) having acryloyloxy groups at both ends and a polyfunctional (meth)acrylate (B2) other than the component (B1), and the component (C) contains a boron amine complex.
- the composition of the present invention can give a cured product having a high glass transition temperature (Tg) and elongation, and further has a long pot life.
- thermosetting resin composition of the present invention contains an epoxy resin (A) and a (meth)acrylate compound (B) as thermosetting resins.
- the epoxy resin curing agent (C) is a curing agent for the epoxy resin (A)
- the thermal radical polymerization initiator (D) acts as a thermal radical polymerization initiator for curing the (meth)acrylate compound (B).
- Thermosetting (epoxy) resin compositions consisting of an epoxy resin and an epoxy resin curing agent generally have excellent curability, heat resistance, etc., but the low elongation of the cured product is an issue when used for high-pressure gas containers and the like that require high toughness.
- epoxy resin compositions usually cure quickly, it has been necessary to improve the pot life, particularly when used for prepregs that are stored at room temperature.
- the pot life is improved by including a boron amine complex in component (C) used in the thermosetting resin composition of the present invention.
- component (B) used in the present invention contains poly(butadiene-co-acrylonitrile) (B1) having acryloyloxy groups at both ends, and a polyfunctional (meth)acrylate (B2) other than component (B1).
- component (B1) which is a specific diacrylate having a rubber structure
- component (B2) in component (B) suppresses an excessive decrease in Tg of the cured product caused by the use of component (B1).
- the epoxy resin (A) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a polyfunctional epoxy resin having two or more epoxy groups. From the viewpoint of improving the Tg of the cured product, however, a polyfunctional epoxy resin containing an aromatic ring or an alicyclic structure in the molecule is preferred.
- the epoxy resin (A) include at least one selected from the group consisting of epoxy resins having a glycidylamino group derived from metaxylylenediamine, epoxy resins having a glycidylamino group derived from paraxylylenediamine, epoxy resins having a glycidylamino group derived from 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane, epoxy resins having a glycidylamino group derived from 1,4-bis(aminomethyl)cyclohexane, epoxy resins having a glycidylamino group derived from diaminodiphenylmethane, epoxy resins having a glycidylamino group and/or a glycidyloxy group derived from paraaminophenol, epoxy resins having a glycidyloxy group derived from resorcinol, epoxy resins having a glycidyloxy group derived from bisphenol A
- the epoxy resin (A) is preferably one having as a main component at least one selected from the group consisting of epoxy resins having a glycidylamino group derived from meta-xylylenediamine, epoxy resins having a glycidylamino group derived from para-xylylenediamine, epoxy resins having a glycidyloxy group derived from bisphenol A, and epoxy resins having a glycidyloxy group derived from bisphenol F, and more preferably one having as a main component at least one selected from the group consisting of epoxy resins having a glycidyloxy group derived from bisphenol A, and epoxy resins having a glycidyloxy group derived from bisphenol F.
- main component means that other components may be contained within a range that does not deviate from the spirit of the present invention, and preferably means 50 to 100% by mass, more preferably 70 to 100% by mass, and even more preferably 90 to 100% by mass of the total.
- the epoxy resin (A) may be either a solid epoxy resin or a liquid epoxy resin, but from the viewpoint of ease of impregnation into reinforcing fibers when applied to prepregs, it is preferable that the epoxy resin (A) contains a liquid epoxy resin as the main component.
- Solid epoxy resin refers to an epoxy resin that does not have fluidity at 25°C
- liquid epoxy resin refers to an epoxy resin that has fluidity at 25°C.
- the epoxy equivalent (functional group equivalent) of the epoxy resin (A) is not particularly limited, but from the viewpoint of facilitating impregnation into reinforcing fibers when applied to a prepreg, it is preferably 1,500 g/equivalent or less, more preferably 1,200 g/equivalent or less, even more preferably 1,000 g/equivalent or less, still more preferably 800 g/equivalent or less, still more preferably 500 g/equivalent or less, more preferably 300 g/equivalent or less, still more preferably 250 g/equivalent or less, still more preferably 220 g/equivalent or less, and still more preferably 200 g/equivalent or less, and from the viewpoint of curability, it is preferably 120 g/equivalent or more.
- the epoxy equivalent of the epoxy resin (A) means the epoxy equivalent of the mixture.
- the (meth)acrylate compound (B) used in the present invention includes poly(butadiene-co-acrylonitrile) (B1) having acryloyloxy groups at both ends, and a polyfunctional (meth)acrylate (B2) other than the component (B1).
- the component (B1) used in the present invention is a diacrylate containing a copolymer structure of butadiene and acrylonitrile and having acryloyloxy groups at both ends of the main chain.
- the content of the structural units derived from acrylonitrile in component (B1) is preferably 5 to 50 mass %, more preferably 10 to 30 mass %, and even more preferably 10 to 25 mass %.
- the weight average molecular weight (Mw) of component (B1) is preferably 1,000 to 30,000, more preferably 2,000 to 10,000, and even more preferably 3,000 to 8,000. If the Mw is 1,000 or more, it is likely to contribute to improving the elongation of the cured product, and if it is 30,000 or less, it is likely to suppress a decrease in the Tg of the cured product.
- An example of a commercially available product of component (B1) is "Hypro 1300X33LC" manufactured by Chori GLEX.
- the content of component (B1) in component (B) is preferably 1 to 70 mass%, more preferably 5 to 60 mass%, even more preferably 10 to 60 mass%, even more preferably 15 to 60 mass%, and even more preferably 15 to 50 mass%. If the content of component (B1) in component (B) is 1 mass% or more, it is likely to contribute to improving the elongation of the cured product, and if it is 70 mass% or less, it is possible to suppress a decrease in the Tg of the cured product and reduce the variation in the physical properties of the cured product.
- the component (B2) used in the present invention may be any (meth)acrylate other than the component (B1) that has two or more (meth)acrylic groups.
- the component (B2) is preferably a (meth)acrylate that does not have a glycidyl group.
- Examples of (meth)acrylates other than component (B1) include epoxy (meth)acrylates having a main skeleton derived from an epoxy compound, urethane (meth)acrylates having a main skeleton derived from a polyisocyanate and a polyol, polyester (meth)acrylates having a main skeleton derived from a polyol, etc.
- at least one selected from the group consisting of urethane (meth)acrylates and polyester (meth)acrylates is preferred.
- the number of (meth)acrylic groups in component (B2) is preferably 2 to 6, more preferably 2 to 4, even more preferably 2 to 3, and even more preferably 2. If the number of (meth)acrylic groups in component (B2) is 2 or more, it is likely to contribute to improving the Tg of the cured product, and if it is 6 or less, the elongation of the cured product can be maintained.
- the component (B2) preferably contains a polyfunctional (meth)acrylate containing an aromatic ring.
- the aromatic ring may be a single ring or a condensed ring, and examples thereof include, but are not limited to, a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, and a tetracene ring. Among these, at least one ring selected from the group consisting of a benzene ring and a naphthalene ring is preferred, and a benzene ring is more preferred.
- the number of aromatic rings contained in component (B2) may be one or more, and from the viewpoint of improving the Tg of the cured product, it is preferably two or more.
- polyfunctional (meth)acrylates containing an aromatic ring used as component (B2), include di(meth)acrylates having a structure derived from biphenol, di(meth)acrylates having a structure derived from bisphenol A, di(meth)acrylates having a structure derived from bisphenol F, di(meth)acrylates having a fluorene structure, and di(meth)acrylates having a structure derived from an aromatic hydrocarbon formaldehyde resin, and one or more of these can be used.
- the di(meth)acrylate may be any of epoxy di(meth)acrylate, urethane di(meth)acrylate, and polyester di(meth)acrylate.
- the aromatic hydrocarbon formaldehyde resin is a resin obtained by reacting an aromatic hydrocarbon with formaldehyde.
- the aromatic hydrocarbon may be at least one selected from the group consisting of benzene, xylene, toluene, mesitylene, pseudocumene, ethylbenzene, propylbenzene, decylbenzene, cyclohexylbenzene, biphenyl, methylbiphenyl, naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, ethylnaphthalene, anthracene, methylanthracene, dimethylanthracene, ethylanthracene, and binaphthyl, and is preferably at least one selected from the group consisting of xylene, toluene, and mesitylene, and more preferably xylene.
- xylene formaldehyde resin is also called "xy
- aromatic ring-containing polyfunctional (meth)acrylate used as component (B2) from the viewpoint of improving the Tg and elongation of the cured product, it is more preferable to use at least one selected from the group consisting of a compound represented by the following general formula (B2-1), a compound represented by the following general formula (B2-2), and a di(meth)acrylate having a structure derived from an aromatic hydrocarbon formaldehyde resin:
- R1 and R2 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group
- R3 and R4 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group
- m and n each independently represent the number of repeating units and are a number from 0 to 20.
- R1 and R2 are the same as above, and R5 is an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms.
- X is a residue of a diisocyanate
- Y is a residue of a diol. Either X or Y contains an aromatic ring.
- r indicates the number of repeating units and is a number of 1 or more. The r+1 Xs and the r Ys may all be the same or different from each other.
- R 1 and R 2 are preferably methyl groups
- R 3 and R 4 are preferably methyl groups.
- m and n are each independently preferably a number from 1 to 15, more preferably a number from 1 to 10, and even more preferably a number from 2 to 6.
- m+n is a number from 0 to 40, and from the viewpoint of further improving the Tg and elongation of the cured product, it is preferably a number from 2 to 30, more preferably a number from 2 to 20, and even more preferably a number from 4 to 12.
- R1 and R2 are preferably methyl groups.
- R5 is an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, which may be either linear or branched.
- R5 is preferably an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, more preferably 2 to 3 carbon atoms.
- X is a divalent group and is a residue of a diisocyanate represented by OCN-X-NCO.
- the diisocyanate may be a chain aliphatic diisocyanate such as trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, 1,3-pentamethylene diisocyanate, 1,5-pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 1,2-propylene diisocyanate, 1,2-butylene diisocyanate, 2,3-butylene diisocyanate, 1,3-butylene diisocyanate, 2-methyl-1,5-pentamethylene diisocyanate, or 3-methyl-1,5-pentamethylene diisocyanate; 1,3-cyclopentane diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, 1,3-cyclohexane diisocyanate, or methyl-2-methyl-1,5-pentamethylene diisocyanate;
- the diisocyanate is a diisocyanate containing an aromatic ring.
- the diisocyanate is, from the viewpoint of improving the elongation of the cured product, preferably at least one selected from the group consisting of linear aliphatic diisocyanates and aliphatic diisocyanates containing an alicyclic structure, more preferably at least one selected from the group consisting of hexamethylene diisocyanate, 1,2-bis(isocyanatemethyl)cyclohexane, 1,3-bis(isocyanatemethyl)cyclohexane, and isophorone diisocyanate, and even more preferably hexamethylene diisocyanate.
- Y in the general formula (B2-2) is a divalent group and is a residue of a diol represented by HO-Y-OH.
- the diol include linear aliphatic diols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polytetramethylene glycol; diols containing an alicyclic structure such as cyclohexanedimethanol and tricyclodecanedimethanol; and diols containing an aromatic ring such as biphenol, bisphenol A, bisphenol F, and bisphenoxyfluoreneethanol, as well as diols obtained by adding
- the diol is preferably at least one selected from the group consisting of linear aliphatic diols and diols containing an aromatic ring, more preferably a diol containing an aromatic ring, and even more preferably at least one selected from the group consisting of bisphenol A, bisphenol F, and diols obtained by adding ethylene oxide or propylene oxide to these.
- Y in the general formula (B2-2) is more preferably a divalent group represented by the following general formula (Y1).
- R6 and R7 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group, and are preferably a methyl group.
- p and q each independently represent the number of repeating units and are a number from 0 to 20. * represents a bond.
- r is a number of 1 or more, and preferably a number of 1 or more and 200 or less.
- di(meth)acrylates having a structure derived from aromatic hydrocarbon formaldehyde resins which are used as component (B2), include "NIKANOL XUAT” (urethane acrylate xylene resin) manufactured by Fudow Co., Ltd.
- the content of the aromatic ring-containing polyfunctional (meth)acrylate in component (B2) is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and 100% by mass or less, from the viewpoint of improving the Tg of the cured product.
- polyfunctional (meth)acrylates that do not contain aromatic rings such as ⁇ , ⁇ -alkanediol di(meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, polypropylene glycol di(meth)acrylate, butylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, and dipentaerythritol hexaacrylate, can also be used.
- aromatic rings such as ⁇ , ⁇ -alkanediol di(meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, polypropylene glycol di(meth)acrylate, butylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, dipentaerythritol
- the content of component (B2) in component (B) is preferably 30 to 99 mass%, more preferably 40 to 95 mass%, even more preferably 40 to 90 mass%, even more preferably 40 to 85 mass%, and even more preferably 50 to 85 mass%. If the content of component (B2) in component (B) is 30 mass% or more, it is likely to contribute to improving the Tg of the cured product, and if it is 99 mass% or less, it is possible to maintain the elongation of the cured product and reduce the variation in the physical properties of the cured product.
- component (B) may also contain a (meth)acrylate other than components (B1) and (B2), such as a monofunctional (meth)acrylate, for the purpose of lowering the viscosity of the composition.
- a (meth)acrylate other than components (B1) and (B2) such as a monofunctional (meth)acrylate
- the total content of component (B1) and component (B2) in component (B) is preferably 70 mass% or more, more preferably 80 mass% or more, and even more preferably 90 mass% or more, and 100 mass% or less.
- the content of component (B) in the thermosetting resin composition is preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 5 to 45 parts by mass, and even more preferably 10 to 45 parts by mass, per 100 parts by mass of component (A). If the content of component (B) in the thermosetting resin composition is 5 parts by mass or more per 100 parts by mass of component (A), a long pot life is easily achieved, and if it is 50 parts by mass or less, the Tg of the cured product is easily maintained.
- the epoxy resin curing agent (C) used in the present invention contains a boron amine complex from the viewpoint of achieving a long pot life.
- the content of the boron amine complex in component (C) is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, and still more preferably 90% by mass or more, and is 100% by mass or less.
- Examples of boron amine complexes include boron halide amine complexes.
- Examples of boron halide amine complexes include boron trifluoride amine complexes and boron trichloride amine complexes, and from the viewpoint of achieving a long pot life, boron trichloride amine complexes are preferred.
- Examples of the amine component in the boron amine complex include alkylamines, alkanolamines, and cyclic aliphatic amines.
- alkylamines include monoalkylamines such as monoethylamine, monopropylamine, monobutylamine, monohexylamine, monooctylamine, and monolaurylamine; dialkylamines such as dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, dihexylamine, dioctylamine, and dilaurylamine; and trialkylamines such as triethylamine, tripropylamine, tributylamine, trihexylamine, trioctylamine, trilaurylamine, N,N-dimethylethylamine, N,N-dimethylpropylamine, N,N-dimethylbutylamine, N,N-dimethylhexylamine, N,N-dimethyl
- alkanolamines include monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, monoisopropanolamine, diisopropanolamine, triisopropanolamine, N-methylethanolamine, N-methylisopropanolamine, N-butylethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-butyldiethanolamine, and N-methyldiisopropanolamine.
- Examples of the cyclic aliphatic amine include piperidine and N,N-dicyclohexylmethylamine.
- the amine component in the boron amine complex is preferably a tertiary alkylated amine, i.e., a trialkylamine, more preferably at least one selected from the group consisting of N,N-dimethylethylamine, N,N-dimethylpropylamine, N,N-dimethylbutylamine, N,N-dimethylhexylamine, N,N-dimethyloctylamine, and N,N-dimethyllaurylamine, and even more preferably N,N-dimethyloctylamine.
- a tertiary alkylated amine i.e., a trialkylamine
- boron amine complexes used as component (C) include HUNTSMAN's "Accelerator DY 9577” (boron trichloride amine complex, amine component: N,N-dimethyl-n-octylamine).
- Component (C) may also contain an epoxy resin curing agent other than the boron amine complex.
- the epoxy resin curing agent other than the boron amine complex include amine-based curing agents, phenol-based curing agents, acid anhydride-based curing agents, and hydrazide-based curing agents, and one or more of these may be used.
- the content of the epoxy resin curing agent other than the boron amine complex in component (C) is preferably 70 mass% or less, more preferably 50 mass% or less, even more preferably 30 mass% or less, still more preferably 20 mass% or less, still more preferably 10 mass% or less, and still more preferably 5 mass% or less, the lower limit being 0 mass%.
- the content of component (C) in the thermosetting resin composition is preferably 0.1 to 40 parts by mass, more preferably 0.5 to 20 parts by mass, and even more preferably 1 to 10 parts by mass, per 100 parts by mass of component (A). If the content of component (C) in the thermosetting resin composition is 0.1 parts by mass or more per 100 parts by mass of component (A), it is easy to ensure curability, and if it is 40 parts by mass or less, it is easy to achieve a long pot life.
- the component (D) used in the present invention may be any compound that generates radicals when heated and can cure the component (B), and examples of such compounds include azo compounds and organic peroxides.
- Azo compounds include azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) (ABVN), 4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid) (ABCVA), 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile) (AMBN), 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) dihydrochloride (AAPH), 2,2'-azobis(2-methylpropionate) dimethyl, 2,2'-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride, etc., and one or more of these can be used.
- AIBN azobisisobutyronitrile
- ABSVN 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile)
- ABSCVA 4,4'-azobis(4-cyanopentanoic acid)
- AMBN 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile)
- AAPH 2,2'-azo
- Organic peroxides include peroxyketals such as 2,2-bis(4,4-di-tert-butylperoxycyclohexyl)propane, 1,1-di(tert-hexylperoxy)cyclohexane, 1,1-di(tert-butylperoxy)cyclohexane, n-butyl-4,4-di(tert-butylperoxy)valerate, and 2,2-di(tert-butylperoxy)butane; hydroperoxides such as tert-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, diisopropylbenzene hydroperoxide, p-menthane hydroperoxide, and 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide; tert-butylcumyl peroxide, di-tert Dialkyl peroxides such as t-butyl peroxide and di-tert-hexyl peroxide; diacy
- organic peroxides are preferred as component (D), more preferably at least one selected from the group consisting of peroxyketals, hydroperoxides, diacyl peroxides, peroxydicarbonates, peroxyesters, and dialkyl peroxides, even more preferably dialkyl peroxides, and even more preferably 2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane.
- the content of component (D) in the thermosetting resin composition is preferably 0.01 to 5 parts by mass, more preferably 0.05 to 2 parts by mass, even more preferably 0.1 to 2 parts by mass, and even more preferably 0.5 to 2 parts by mass, per 100 parts by mass of component (B). If the content of component (D) in the thermosetting resin composition is 0.01 parts by mass or more per 100 parts by mass of component (B), it is easy to ensure curability, and if it is 5 parts by mass or less, it is easy to achieve a long pot life.
- the thermosetting resin composition may further contain ground natural silica as component (E).
- component (E) is a general term for natural siliceous rocks produced in Japan and around the world, and includes, for example, quartz sand that contains SiO2 and further contains impurities such as Al and Fe.
- Natural silica pulverized material is the above-mentioned natural silica pulverized material.
- D50 of component (E) measured by a laser scattering/diffraction method is preferably 0.5 to 10 ⁇ m, and the uniformity coefficient K expressed as D60/D10 is preferably 2 to 8.
- the content of component (E) in the thermosetting resin composition is preferably 0.01 to 10 mass%, more preferably 0.05 to 5.0 mass%, and even more preferably 0.1 to 3.0 mass%.
- the content of component (E) in the thermosetting resin composition is 0.01 mass% or more, it contributes to improving the hardness of the obtained cured product, and when it is 10 mass% or less, it is possible to improve the hardness while suppressing a decrease in the elongation of the cured product.
- the content of component (E) includes not only the crushed natural silica stone intentionally blended into the thermosetting resin composition, but also the crushed natural silica stone derived from the raw materials of the composition or mixed in during the production process of the composition.
- thermosetting resin composition may further contain other components, such as modifying components such as fillers and plasticizers, flow adjusting components such as thixotropic agents, reactive or non-reactive diluents, pigments, leveling agents, tackifiers, and stress relaxation components, depending on the application.
- modifying components such as fillers and plasticizers
- flow adjusting components such as thixotropic agents, reactive or non-reactive diluents, pigments, leveling agents, tackifiers, and stress relaxation components, depending on the application.
- examples of the stress relaxation component include elastomer particles such as silicone-based elastomer particles, butyl acrylate-based elastomer particles, polyetheramine-based elastomer particles, and other rubber particles. Liquid rubber components such as epoxidized polybutadiene can also be used. Commercially available products of the stress relaxation component include Kane Ace B series, FM series, M series, and MX series manufactured by Kaneka Corporation, and liquid epoxidized polybutadiene Eboride PB3600 and Eboride PB4700 manufactured by Daicel Corporation.
- the content of the stress relaxation component is preferably 0.1 to 15 mass %, more preferably 0.5 to 10 mass %, based on the solid content of the thermosetting resin composition.
- the "solid content of the thermosetting resin composition” refers to the amount excluding water and organic solvents from the total amount of the thermosetting resin composition.
- the thermosetting resin composition of the present invention may further contain a solvent from the viewpoint of enhancing the impregnation ability into the reinforcing fibers.
- the solvent include alcohol-based solvents such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-propoxyethanol, 2-butoxyethanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, and 1-propoxy-2-propanol; ester-based solvents such as ethyl acetate and butyl acetate; ketone-based solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone; ether-based solvents such as diethyl ether and diisopropyl ether; and hydrocarbon-based solvents such as toluene.
- alcohol-based solvents such as methanol, ethanol, 1-propano
- the solvent is preferably at least one selected from the group consisting of alcohol-based solvents, ester-based solvents, ketone-based solvents, and hydrocarbon-based solvents having 8 or less carbon atoms, and more preferably at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and toluene.
- the total content of components (A) to (D) in the thermosetting resin composition is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more, and 100% by mass or less, based on the solid content of the thermosetting resin composition, from the viewpoint of effectively exerting the effects of the present invention.
- the content thereof is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the impregnation into the reinforcing fibers, the content thereof in the thermosetting resin composition is preferably 5 mass% or more, more preferably 10 mass% or more, and even more preferably 15 mass% or more, and from the viewpoint of ease of removing the solvent, the content thereof is preferably 80 mass% or less, more preferably 70 mass% or less.
- the thermosetting resin composition may be a solventless composition that does not substantially contain a solvent.
- a solventless thermosetting resin composition is a thermosetting resin composition in which the content of the solvent is preferably less than 5% by mass, more preferably 2% by mass or less, even more preferably 1% by mass or less, still more preferably 0.5% by mass or less, and even more preferably 0% by mass.
- thermosetting resin composition there are no particular limitations on the method for preparing the thermosetting resin composition, and the components (A) to (D) and other components used as necessary can be mixed and prepared using known methods and equipment. There are no particular limitations on the order in which the components contained in the thermosetting resin composition are mixed, but when components (A) and (B) are highly viscous, it is preferable to first heat and mix components (A) and (B) at 80 to 120°C, then cool to below 80°C, and then mix components (C) and (D). This is to prevent thermal polymerization of component (C) from progressing during the preparation of the thermosetting resin composition.
- the cured product of the thermosetting resin composition of the present invention (hereinafter, simply referred to as "cured product of the present invention") is obtained by thermally curing the above-mentioned thermosetting resin composition of the present invention by a known method.
- the curing conditions of the thermosetting resin composition are appropriately selected depending on the application and form, but the curing temperature is preferably 90 to 160°C, more preferably 100 to 150°C.
- the form of the cured product of the present invention is not particularly limited and can be selected according to the application.
- the application of the thermosetting resin composition is a paint
- the cured product of the composition is usually in the form of a film.
- the cured product of the present invention is preferably a matrix resin of a fiber-reinforced composite material described later.
- the glass transition temperature (Tg) of the cured product of the present invention is preferably 80°C or higher, more preferably 85°C or higher, even more preferably 87°C or higher, and even more preferably 90°C or higher, from the viewpoint of use as a matrix resin for fiber-reinforced composite materials described below, as well as in high-pressure gas containers, etc., and is usually 200°C or lower.
- the Tg of the cured product can be measured by the method described in the Examples.
- the prepreg of the present invention contains the thermosetting resin composition and reinforcing fibers.
- the form of the reinforcing fiber used in the prepreg include short fiber, long fiber, and continuous fiber.
- long fiber or continuous fiber is preferred, and continuous fiber is more preferred.
- short fibers refer to fibers having a fiber length of 0.1 mm or more and less than 10 mm
- long fibers refer to fibers having a fiber length of 10 mm or more and 100 mm or less
- continuous fibers refer to fiber bundles having a fiber length of more than 100 mm.
- the continuous fibers may be in the form of a tow, a sheet, a tape, etc., and the continuous fibers constituting a sheet or a tape may be unidirectional (UD) materials, woven fabrics, nonwoven fabrics, etc.
- the shape of the continuous fibers is preferably a tow or tape, more preferably a tow.
- the number of continuous fiber bundles (filament number) constituting a tow is preferably 3K to 50K, more preferably 6K to 40K, from the viewpoint of easily obtaining high strength and high elastic modulus.
- the average fiber length of the continuous fiber bundle is not particularly limited, but from the viewpoint of molding processability, it is preferably 1 to 10,000 m, more preferably 100 to 10,000 m.
- the average fineness of the continuous fiber bundle is preferably 50 to 2000 tex (g/1000 m), more preferably 200 to 1500 tex, and even more preferably 500 to 1500 tex, from the viewpoint of moldability and the viewpoint of facilitating obtaining high strength and high elastic modulus.
- the average tensile modulus of the continuous fiber bundle is preferably 50 to 1000 GPa.
- Examples of materials for the reinforcing fibers include inorganic fibers such as carbon fibers, glass fibers, basalt fibers, metal fibers, boron fibers, and ceramic fibers, and organic fibers such as aramid fibers, polyoxymethylene fibers, aromatic polyamide fibers, polyparaphenylene benzobisoxazole fibers, and ultra-high molecular weight polyethylene fibers.
- inorganic fibers are preferred from the viewpoint of obtaining high strength, and at least one type selected from the group consisting of carbon fibers, glass fibers, and basalt fibers is preferred because they are lightweight, have high strength, and have a high elastic modulus, and carbon fibers are more preferred from the viewpoints of strength and light weight.
- Examples of carbon fibers include polyacrylonitrile-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, etc. Carbon fibers made from plant-derived raw materials such as lignin and cellulose can also be used.
- the reinforcing fibers may be treated with a treatment agent, such as a surface treatment agent or a sizing agent.
- the surface treatment agent is preferably a silane coupling agent, for example, a silane coupling agent having a vinyl group, a silane coupling agent having an amino group, a silane coupling agent having an epoxy group, a silane coupling agent having a (meth)acrylic group, a silane coupling agent having a mercapto group, etc.
- bundling agents examples include urethane-based bundling agents, epoxy-based bundling agents, acrylic-based bundling agents, polyester-based bundling agents, vinyl ester-based bundling agents, polyolefin-based bundling agents, polyether-based bundling agents, and carboxylic acid-based bundling agents, and among these, one or more of these may be used in combination.
- bundling agents that combine two or more types include urethane/epoxy-based bundling agents, urethane/acrylic-based bundling agents, and urethane/carboxylic acid-based bundling agents.
- the amount of the treatment agent is preferably 0.001 to 5% by mass, more preferably 0.1 to 3% by mass, and even more preferably 0.5 to 2% by mass relative to the reinforcing fiber, from the viewpoint of improving the interfacial adhesion with the cured product of the thermosetting resin composition and further improving the strength and impact resistance of the resulting prepreg and composite material.
- continuous carbon fibers include, for example, Toray Industries, Inc.'s Torayca yarns "T300”, “T300B”, “T400HB”, “T700SC”, “T800SC”, “T800HB”, “T830HB”, “T1000GB”, “T100GC”, “M35JB”, “M40JB”, “M46JB”, “M50JB”, “M55J”, “M55JB”, “M60JB”, “M30SC”, and “Z600”series; and TENAX "HTA40" series, “HTS40” series, “HTS45” series, and “HTS45P12” series manufactured by Teijin Ltd.
- examples of commercially available continuous carbon fibers other than tow include Torayca cloths "CO6142", “CO6151B”, “CO6343”, “CO6343B”, “CO6347B”, “CO6644B”, "CK6244C”, “CK6273C”, "CK6261C”, "UT70” series, "UM46” series, "BT70” series, "T300” series, “T300B” series, “T400HB” series, “T700SC” series, “T800SC” series, “T800HB” series, "T1000GB” series, "M35JB” series, and “M40 JB series, “M46JB” series, “M50JB” series, “M55J” series, “M55JB” series, “M60JB” series, “M30SC” series, and "Z600GT”series; carbon fiber fabrics such as PYROFIL "TR3110M", “TR3523M”, “TR3524M”, “TR6110HM”, “TR6120HM”, “TRK101
- the content of the reinforcing fibers in the prepreg is preferably in a range such that the volume fraction of the reinforcing fibers in the prepreg is 0.10 or more, more preferably 0.20 or more, even more preferably 0.30 or more, and even more preferably 0.40 or more, from the viewpoints of obtaining high strength and high elastic modulus. Also, from the viewpoints of gas barrier properties, impact resistance, and moldability, the content is preferably in a range such that the volume fraction is 0.85 or less, more preferably 0.80 or less, and even more preferably 0.70 or less.
- the volume fraction Vf1 of the reinforcing fibers in the prepreg can be calculated from the following formula.
- Vf 1 ⁇ mass (g) of reinforcing fiber/specific gravity of reinforcing fiber ⁇ ⁇ [ ⁇ mass (g) of reinforcing fiber/specific gravity of reinforcing fiber ⁇ + ⁇ mass (g) of solid content of impregnated thermosetting resin composition/specific gravity of solid content of thermosetting resin composition ⁇ ]
- the total content of the solids of the thermosetting resin composition constituting the prepreg and the reinforcing fibers is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more, with the upper limit being 100% by mass.
- the shape of the prepreg varies depending on the form of the reinforcing fibers used, but from the viewpoint of producing a high-pressure gas container by a filament winding method, a tow prepreg is preferred.
- a prepreg in the form of a tape or sheet can be used.
- a tape-shaped prepreg is preferred, and a UD tape is more preferred.
- the method for producing the prepreg is not particularly limited, and it can be produced according to a conventional method.
- the prepreg after impregnating the reinforcing fibers with the thermosetting resin composition, the prepreg can be obtained by removing the solvent through a drying process as necessary.
- the method of impregnating the reinforcing fiber with the thermosetting resin composition is not particularly limited, and a known method can be used as appropriate depending on the form of the reinforcing fiber, etc.
- a method can be mentioned in which a continuous fiber bundle unwound from a roll is immersed in a resin bath filled with the above-mentioned thermosetting resin composition, and after impregnation with the composition, the bundle is pulled up from the resin bath. Then, a step of removing excess thermosetting resin composition using a squeeze roll or the like can be performed.
- the impregnation with the thermosetting resin composition can be carried out under pressurized or reduced pressure conditions, if necessary.
- the reinforcing fibers impregnated with the thermosetting resin composition are subjected to a drying process to remove the solvent.
- a drying process to remove the solvent.
- the drying conditions can be selected in the range of 30 to 120°C, and the drying time can be selected in the range of 10 seconds to 5 minutes.
- the prepreg obtained through the above drying process can be wound up or otherwise processed to form a prepreg product, or it can be used for the continuous production of fiber-reinforced composite materials after the drying process without being wound up or otherwise processed.
- the fiber-reinforced composite material of the present invention (hereinafter, simply referred to as "composite material") is obtained by curing the prepreg, and contains a cured product of the thermosetting resin composition and reinforcing fibers.
- the fiber-reinforced composite material of the present invention has high heat resistance and impact resistance because it contains the cured product of the thermosetting resin composition.
- the prepreg, the thermosetting resin composition, the reinforcing fiber, and the preferred embodiments thereof used in the production of the composite material are the same as those described above.
- the content of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced composite is preferably in a range such that the volume fraction of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced composite is 0.10 or more, more preferably 0.20 or more, even more preferably 0.30 or more, and even more preferably 0.40 or more, from the viewpoints of obtaining high strength and high elastic modulus, and is preferably in a range such that the volume fraction is 0.85 or less, more preferably 0.80 or less, and even more preferably 0.70 or less, from the viewpoints of gas barrier properties, impact resistance, and moldability.
- the volume fraction Vf of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced composite material can be calculated from the following formula.
- Vf ⁇ mass (g) of reinforcing fiber/specific gravity of reinforcing fiber ⁇ [ ⁇ mass (g) of reinforcing fiber/specific gravity of reinforcing fiber ⁇ + ⁇ mass (g) of cured product of thermosetting resin composition/specific gravity of cured product of thermosetting resin composition ⁇ ]
- the composite material can be produced by premolding the prepreg into a desired shape and then curing the prepreg.
- a tow or tape-shaped prepreg can be used to produce the composite material by molding the prepreg by a filament winding method, a tape winding method, a braiding method, a 3D printer method, etc.
- a prepreg in tow or tape form is wound around the outer surface of a balloon, mandrel, or liner, and then heat cured to produce a composite material of the desired shape.
- a balloon or a mandrel is used to braid a tow- or tape-shaped prepreg into a unidirectional or braided structure by a braider to form a prepreg, and then the prepreg is heated and cured.
- a tow- or tape-shaped prepreg can also be braided and formed without using a balloon or a mandrel.
- a composite material can be produced by placing one or more prepregs in a mold and heating and curing them under vacuum or pressurized conditions.
- the method of curing the prepreg in the manufacture of the composite material is not particularly limited, and is carried out by a known method at a temperature and for a time sufficient to cure the thermosetting resin composition contained in the prepreg.
- the prepreg curing conditions depend on the thickness of the prepreg and the composite material to be formed, but for example, the curing temperature can be selected in the range of 10 to 180°C and the curing time in the range of 5 minutes to 200 hours, and from the viewpoint of productivity, the curing temperature is preferably 80 to 180°C and the curing time in the range of 10 minutes to 5 hours.
- the composite material of the present invention is suitable for use in hollow molded articles such as pipes, shafts, cylinders, and tanks, as it is manufactured using tow or tape-shaped prepregs.
- the composite material is suitable as a material for forming high-pressure gas containers.
- the high pressure gas container of the present invention contains the fiber reinforced composite material. It is sufficient that at least a part of the high pressure gas container of the present invention is made of the fiber reinforced composite material.
- the fiber reinforced composite material for example, in the case of a high pressure gas container having a liner and an outer layer provided so as to cover the outer surface of the liner, at least one of the liner and the outer layer may be made of the fiber reinforced composite material.
- the entire container may be made of the fiber reinforced composite material.
- high-pressure gas containers containing fiber-reinforced composite materials include: (1) a configuration having a metal liner and an outer layer made of the fiber-reinforced composite material of the present invention; (2) a configuration having a resin liner and an outer layer made of the fiber-reinforced composite material of the present invention; (3) a configuration having a liner made of the fiber-reinforced composite material of the present invention and an outer layer made of a material other than the fiber-reinforced composite material; and (4) a configuration consisting only of a container made of the fiber-reinforced composite material of the present invention (linerless).
- Examples of the metal used in the "metallic liner" in (1) above include light alloys such as aluminum alloys and magnesium alloys.
- the resin used in the "resin liner” in (2) above is not particularly limited as long as it is a resin excellent in gas barrier properties and pressure resistance, and examples of the resin include thermoplastic resins, cured products of thermosetting resins, cured products of photocurable resins, etc. Among these, thermoplastic resins are preferred from the viewpoint of ease of molding the liner.
- thermoplastic resin examples include polyamide resins, polyester resins, polyolefin resins, polyimide resins, polycarbonate resins, polyetherimide resins, polyamideimide resins, polyphenylene etherimide resins, polyphenylene sulfide resins, polysulfone resins, polyethersulfone resins, polyarylate resins, liquid crystal polymers, polyetheretherketone resins, polyetherketone resins, polyetherketoneketone resins, polyetheretherketoneketone resins, polybenzimidazole resins, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
- thermoplastic resins At least one selected from the group consisting of polyamide resins and polyolefin resins is preferred, and polyamide resins are more preferred.
- the resin liner may contain the above-mentioned stress relaxation component.
- the "outer layer made of a material other than the fiber-reinforced composite material” in (3) above is preferably an outer layer made of a fiber-reinforced composite material other than the fiber-reinforced composite material of the present invention, from the viewpoint of improving reinforcement.
- the outer layer can be formed so as to cover the outer surface of the main body portion of the liner without any gaps.
- the outer layer may be provided directly on the outer surface of the liner.
- one or more other layers may be provided on the outer surface of the liner, and the outer layer may be provided on the surface of the other layers.
- an adhesive layer may be provided between the liner and the outer layer to improve adhesion between the liner and the outer layer.
- the thickness of the outer layer made of the fiber-reinforced composite material of the present invention can be appropriately selected depending on the capacity, shape, etc. of the high-pressure gas container, but from the viewpoint of imparting high gas barrier properties and impact resistance, it is preferably 100 ⁇ m or more, more preferably 200 ⁇ m or more, and even more preferably 400 ⁇ m or more, and from the viewpoint of reducing the size and weight of the high-pressure gas container, it is preferably 80 mm or less, more preferably 60 mm or less.
- the thickness of the liner made of the fiber-reinforced composite material of the present invention can be appropriately selected according to the capacity, shape, etc. of the high-pressure gas container, but from the viewpoint of gas barrier properties and pressure resistance, it is preferably 100 ⁇ m or more, more preferably 200 ⁇ m or more, and even more preferably 400 ⁇ m or more, and from the viewpoint of miniaturization and weight reduction of the high-pressure gas container, it is preferably 60 mm or less, more preferably 40 mm or less.
- the thickness of the container made of the fiber-reinforced composite material of the present invention can be appropriately selected depending on the capacity, shape, etc. of the high-pressure gas container, but from the viewpoint of gas barrier properties and pressure resistance, it is preferably 1 mm or more, more preferably 2 mm or more, and even more preferably 5 mm or more, and from the viewpoint of miniaturization and weight reduction of the high-pressure gas container, it is preferably 80 mm or less, more preferably 60 mm or less.
- the content of the reinforcing fibers in the liner, outer layer or high-pressure gas container made of the fiber-reinforced composite material of the present invention is preferably in a range such that the volume fraction of the reinforcing fibers is 0.10 or more, more preferably 0.20 or more, even more preferably 0.30 or more, and even more preferably 0.40 or more, from the viewpoint of obtaining high strength and high elastic modulus. Also, from the viewpoint of gas barrier properties, impact resistance and moldability, the volume fraction is preferably in a range such that the volume fraction is 0.85 or less, more preferably 0.80 or less, even more preferably 0.75 or less, and even more preferably 0.70 or less.
- the volume fraction of the reinforcing fibers can be calculated in the same manner as described above.
- the high-pressure gas container is preferably in the above-mentioned form (2), (3) or (4), and more preferably in the form (3) or (4).
- the high-pressure gas container may further include components such as a nozzle and a valve that are made of a material other than the fiber-reinforced composite material.
- any layer such as a protective layer, a paint layer, or a rust-preventing layer may be formed on the surface of the high-pressure gas container.
- the gas to be stored in the high-pressure gas container may be any gas that is in a gaseous state at 25°C and 1 atm, and examples of such gas include hydrogen, oxygen, carbon dioxide, nitrogen, argon, LPG, alternative fluorocarbons, methane, etc. Among these, hydrogen is preferred from the viewpoint of the effectiveness of the present invention.
- the production method described in the above-mentioned method for producing a fiber reinforced composite material can be appropriately used depending on the form of the reinforcing fiber or prepreg used.
- the tow or tape-shaped prepreg can be molded by a filament winding method, a tape winding method, a braiding method, a 3D printer method, or the like to produce the high pressure gas container.
- a tow- or tape-shaped prepreg is wound using a filament winding method or a tape winding method so as to cover the outer surface of a metal or resin liner, and then the prepreg is heat-cured to form an outer layer made of a fiber-reinforced composite material, thereby manufacturing the high-pressure gas container.
- the high-pressure gas container is of the above embodiment (3) or (4), the high-pressure gas container can be manufactured by forming a tow- or tape-shaped prepreg into a container shape by a filament winding method, a tape winding method, a braiding method, a 3D printer method, or the like, and then heat-curing the prepreg.
- Tg Glass transition temperature
- DSC25 differential scanning calorimeter
- thermosetting resin composition prepared in each example was molded into a flat plate of 200 mm ⁇ 200 mm ⁇ 2 mm thickness, and cured for 180 minutes in a hot air oven at 130° C. to produce a cured product.
- a rectangular piece measuring 180 mm ⁇ 15 mm ⁇ 2 mm thickness was cut out from the cured product to prepare a tensile test specimen.
- Elongation (%) (length of test piece at break ⁇ initial length of test piece)/(initial length of test piece) ⁇ 100
- thermosetting resin composition A cured product (test piece) of the thermosetting resin composition was prepared in the same manner as in the elongation measurement.
- the test piece was placed on a horizontal surface in an environment of 23° C., and the Shore D hardness was measured by pressing an Asker Rubber Hardness Tester Type D (manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd.) against the test piece. The results are shown in the table. The higher the value, the higher the hardness.
- thermosetting resin composition prepared in each example at 23° C. was measured, and then 10 g of the thermosetting resin composition was placed in a plastic cup (diameter 46 mm) and stored at 23° C. The time (weeks) until the viscosity of the thermosetting resin composition became at least twice the initial viscosity was measured and shown in the table.
- the viscosity of the thermosetting resin composition was measured using an E-type viscometer "TVE-22H type viscometer, cone plate type" (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).
- thermosetting resin composition examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 2 (Preparation and Evaluation of Thermosetting Resin Compositions)
- the components shown in Table 1 were blended and mixed in the parts by mass shown in Table 1 to obtain a thermosetting resin composition.
- the thermosetting resin composition thus obtained was evaluated by the above-mentioned method. The results are shown in Table 1.
- the blend amounts (parts by mass) in Table 1 are all amounts of active ingredients.
- thermosetting resin composition of the present invention has a glass transition temperature of 80° C. or higher and an elongation of 4% or higher.
- the pot life of the thermosetting resin composition is long.
- the thermosetting resin compositions of Examples 1 to 7 and 10 to 15 had little variation in the measured elongation values, and further achieved a cured product Tg of 85° C. or higher.
- the thermosetting resin composition (epoxy resin composition) of Comparative Example 1 which did not contain components (B) and (D), had a short pot life and the elongation of the cured product did not reach 4%.
- the thermosetting resin composition of Comparative Example 2 which did not contain component (B1), did not reach 4% elongation of the cured product.
- thermosetting resin composition which can give a cured product having a high glass transition temperature and a high elongation and has a long pot life, a cured product thereof, a prepreg, a fiber-reinforced composite material, and a high-pressure gas container containing the fiber-reinforced composite material.
- the high-pressure gas container can be produced by filament winding molding using the prepreg of the present invention, and it is also possible to produce a high-pressure gas container with a plastic liner or a linerless high-pressure gas container.
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Abstract
成分(A):エポキシ樹脂、成分(B):(メタ)アクリレート化合物、成分(C):エポキシ樹脂硬化剤、及び成分(D):熱ラジカル重合開始剤、を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記成分(B)がアクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含み、前記成分(C)がホウ素アミン錯体を含む熱硬化性樹脂組成物、その硬化物、プリプレグ、繊維強化複合材、並びに、該繊維強化複合材を含む高圧ガス容器である。
Description
本発明は、熱硬化性樹脂組成物及びその硬化物、プリプレグ、繊維強化複合材、並びに、該繊維強化複合材を含む高圧ガス容器に関する。
近年、環境に配慮した天然ガス自動車(CNG車)や燃料電池自動車(FCV)の普及が進んでいる。燃料電池自動車は燃料電池を動力源としており、その燃料となる水素を高圧に圧縮して自動車に充填する水素ステーションの整備が不可欠である。
燃料電池自動車用の水素ステーション、あるいは、CNG車、燃料電池自動車等の車載用燃料タンクとして用いられる高圧ガス貯蔵タンクとして、これまで鋼製のタンクが使用されてきたが、タンクのライナーあるいはその外層に樹脂材料を用いた、より軽量な高圧ガス貯蔵タンクの開発が進められてきている。車載用燃料タンクを軽量化することにより、搭載車の燃費を改善できるなどのメリットがある。
燃料電池自動車用の水素ステーション、あるいは、CNG車、燃料電池自動車等の車載用燃料タンクとして用いられる高圧ガス貯蔵タンクとして、これまで鋼製のタンクが使用されてきたが、タンクのライナーあるいはその外層に樹脂材料を用いた、より軽量な高圧ガス貯蔵タンクの開発が進められてきている。車載用燃料タンクを軽量化することにより、搭載車の燃費を改善できるなどのメリットがある。
高圧ガス貯蔵タンク等の圧力容器は通常、金属製のライナーと、該ライナーの外表面を覆うように設けられる外層とを有するが、近年、より軽量な圧力容器を作製するため、プラスチックライナーの圧力容器や、ライナーレスの圧力容器の作製も検討されている。
圧力容器の製造方法として、強化繊維にエポキシ樹脂組成物を予め含浸させたトウプリプレグ(トウプレグともいう)を用いて、フィラメントワインディング成形により圧力容器を製造する方法が知られている。
プリプレグ及びプリプレグに好適な硬化性樹脂組成物も検討されている。例えば特許文献1には、高強度かつ高靱性な繊維強化プラスチックを成形するために有用なプリプレグとして、炭素繊維とマトリクス樹脂を含むプリプレグであって、マトリクス樹脂がビスフェノール型エポキシ樹脂、2官能以上の(メタ)アクリレート化合物類、および、ジシアンジアミドとラジカル重合剤とを含む硬化剤を含んでなる硬化性樹脂組成物であり、該硬化性樹脂組成物の硬化物が所定の曲げ弾性率及び破断伸度を有するものが開示されている。また、該プリプレグをマンドレルに巻き付け、管状体を作製する方法も記載されている。
特許文献2には、高強度かつ高靱性な繊維強化プラスチックを成形するために有用なプリプレグ用の硬化性樹脂組成物として、所定の要件を満たす2種のエポキシ樹脂、2官能以上の(メタ)アクリレート化合物類、および硬化剤を含んでなる硬化性樹脂組成物が開示されている。
特許文献2には、高強度かつ高靱性な繊維強化プラスチックを成形するために有用なプリプレグ用の硬化性樹脂組成物として、所定の要件を満たす2種のエポキシ樹脂、2官能以上の(メタ)アクリレート化合物類、および硬化剤を含んでなる硬化性樹脂組成物が開示されている。
プリプレグのマトリクス樹脂に用いる熱硬化性樹脂組成物には、プリプレグの長期保存性を確保するため、ロングポットライフが求められる。また、プリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材において耐熱性及び高靭性を確保するため、プリプレグのマトリクス樹脂に用いる熱硬化性樹脂組成物には、硬化物のガラス転移温度及び伸び率が共に高いことが求められる。しかしながら特許文献1,2の開示技術では、これらの要求特性をすべて満たすことが困難であった。
本発明の課題は、ガラス転移温度及び伸び率が高い硬化物が得られ、ロングポットライフを有する熱硬化性樹脂組成物、その硬化物、プリプレグ、繊維強化複合材、並びに、該繊維強化複合材を含む高圧ガス容器を提供することにある。
本発明者らは、エポキシ樹脂、(メタ)アクリレート化合物、エポキシ樹脂硬化剤、及び熱ラジカル重合開始剤を含有する熱硬化性樹脂組成物において、所定の(メタ)アクリレート化合物及びエポキシ樹脂硬化剤を用いることにより、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち本発明は、下記に関する。
[1]成分(A):エポキシ樹脂、成分(B):(メタ)アクリレート化合物、成分(C):エポキシ樹脂硬化剤、及び成分(D):熱ラジカル重合開始剤、を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記成分(B)がアクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含み、前記成分(C)がホウ素アミン錯体を含む、熱硬化性樹脂組成物。
[2]前記成分(B2)が芳香環を含む多官能(メタ)アクリレートを含む、上記[1]に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[3]前記熱硬化性樹脂組成物中の前記成分(A)100質量部に対する前記成分(B)の含有量が5~50質量部である、上記[1]又は[2]に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[4]前記成分(B)中の前記成分(B1)の含有量が1~70質量%である、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[5]前記ホウ素アミン錯体が三塩化ホウ素アミン錯体である、上記[1]~[4]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[6]前記ホウ素アミン錯体におけるアミン成分がトリアルキルアミンである、上記[1]~[5]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[7]上記[1]~[6]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物の硬化物。
[8]上記[1]~[6]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物と、強化繊維とを含むプリプレグ。
[9]前記プリプレグがトウプリプレグである、上記[8]に記載のプリプレグ。
[10]上記[8]又は[9]に記載のプリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材。
[11]上記[10]に記載の繊維強化複合材を含む、高圧ガス容器。
すなわち本発明は、下記に関する。
[1]成分(A):エポキシ樹脂、成分(B):(メタ)アクリレート化合物、成分(C):エポキシ樹脂硬化剤、及び成分(D):熱ラジカル重合開始剤、を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記成分(B)がアクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含み、前記成分(C)がホウ素アミン錯体を含む、熱硬化性樹脂組成物。
[2]前記成分(B2)が芳香環を含む多官能(メタ)アクリレートを含む、上記[1]に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[3]前記熱硬化性樹脂組成物中の前記成分(A)100質量部に対する前記成分(B)の含有量が5~50質量部である、上記[1]又は[2]に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[4]前記成分(B)中の前記成分(B1)の含有量が1~70質量%である、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[5]前記ホウ素アミン錯体が三塩化ホウ素アミン錯体である、上記[1]~[4]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[6]前記ホウ素アミン錯体におけるアミン成分がトリアルキルアミンである、上記[1]~[5]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
[7]上記[1]~[6]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物の硬化物。
[8]上記[1]~[6]のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物と、強化繊維とを含むプリプレグ。
[9]前記プリプレグがトウプリプレグである、上記[8]に記載のプリプレグ。
[10]上記[8]又は[9]に記載のプリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材。
[11]上記[10]に記載の繊維強化複合材を含む、高圧ガス容器。
本発明によれば、ガラス転移温度及び伸び率が高い硬化物が得られ、ロングポットライフを有する熱硬化性樹脂組成物、その硬化物、プリプレグ、繊維強化複合材、並びに、該繊維強化複合材を含む高圧ガス容器を提供できる。該高圧ガス容器は、本発明のプリプレグを用いてフィラメントワインディング成形により製造することができ、プラスチックライナーの高圧ガス容器や、ライナーレスの高圧ガス容器とすることも可能である。
[定義]
本明細書において「(メタ)アクリレート」は、アクリレートとメタクリレートの両方を包含する。
本明細書において「常温」とは、特に断りがない限り、25℃を意味する。
本明細書において「(メタ)アクリレート」は、アクリレートとメタクリレートの両方を包含する。
本明細書において「常温」とは、特に断りがない限り、25℃を意味する。
[熱硬化性樹脂組成物]
本発明の熱硬化性樹脂組成物(以下「本発明の組成物」ともいう)は、
成分(A):エポキシ樹脂、
成分(B):(メタ)アクリレート化合物、
成分(C):エポキシ樹脂硬化剤、及び
成分(D):熱ラジカル重合開始剤、を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記成分(B)がアクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含み、前記成分(C)がホウ素アミン錯体を含む。
本発明の組成物は上記構成を有することにより、ガラス転移温度(Tg)及び伸び率が高い硬化物が得られ、さらにロングポットライフを有する。
本発明の熱硬化性樹脂組成物(以下「本発明の組成物」ともいう)は、
成分(A):エポキシ樹脂、
成分(B):(メタ)アクリレート化合物、
成分(C):エポキシ樹脂硬化剤、及び
成分(D):熱ラジカル重合開始剤、を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記成分(B)がアクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含み、前記成分(C)がホウ素アミン錯体を含む。
本発明の組成物は上記構成を有することにより、ガラス転移温度(Tg)及び伸び率が高い硬化物が得られ、さらにロングポットライフを有する。
本発明において上記効果が得られる理由については定かではないが、次のように考えられる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(A)及び(メタ)アクリレート化合物(B)を含有する。エポキシ樹脂硬化剤(C)はエポキシ樹脂(A)の硬化剤であり、熱ラジカル重合開始剤(D)は(メタ)アクリレート化合物(B)を硬化させるための熱ラジカル重合開始剤として作用する。
エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤からなる熱硬化性(エポキシ)樹脂組成物は一般に硬化性、耐熱性等に優れるが、高靭性が要求される高圧ガス容器等に用いるには硬化物の伸び率の低さが課題であった。また、エポキシ樹脂組成物は通常硬化が速いことから、特に、常温保存されるプリプレグに用いるためにはポットライフの改善も必要であった。
本発明の熱硬化性樹脂組成物に用いる成分(C)がホウ素アミン錯体を含むことで、ポットライフが向上する。また、本発明の組成物を成分(A)-成分(C)のエポキシ樹脂硬化系と、成分(B)-成分(D)の(メタ)アクリレート硬化系とのハイブリッドとすることにより、組成物中での成分(A)と成分(C)との接触確率が低くなり、ポットライフがより向上したと考えられる。
さらに本発明で用いる成分(B)は、アクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含む。成分(B)がゴム構造を有する特定のジアクリレートである成分(B1)を含むことで硬化物の伸び率が向上し、成分(B)が成分(B2)を含むことで、成分(B1)を用いることによる硬化物Tgの過度な低下を抑制できたと考えられる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(A)及び(メタ)アクリレート化合物(B)を含有する。エポキシ樹脂硬化剤(C)はエポキシ樹脂(A)の硬化剤であり、熱ラジカル重合開始剤(D)は(メタ)アクリレート化合物(B)を硬化させるための熱ラジカル重合開始剤として作用する。
エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤からなる熱硬化性(エポキシ)樹脂組成物は一般に硬化性、耐熱性等に優れるが、高靭性が要求される高圧ガス容器等に用いるには硬化物の伸び率の低さが課題であった。また、エポキシ樹脂組成物は通常硬化が速いことから、特に、常温保存されるプリプレグに用いるためにはポットライフの改善も必要であった。
本発明の熱硬化性樹脂組成物に用いる成分(C)がホウ素アミン錯体を含むことで、ポットライフが向上する。また、本発明の組成物を成分(A)-成分(C)のエポキシ樹脂硬化系と、成分(B)-成分(D)の(メタ)アクリレート硬化系とのハイブリッドとすることにより、組成物中での成分(A)と成分(C)との接触確率が低くなり、ポットライフがより向上したと考えられる。
さらに本発明で用いる成分(B)は、アクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含む。成分(B)がゴム構造を有する特定のジアクリレートである成分(B1)を含むことで硬化物の伸び率が向上し、成分(B)が成分(B2)を含むことで、成分(B1)を用いることによる硬化物Tgの過度な低下を抑制できたと考えられる。
<成分(A):エポキシ樹脂>
本発明に用いるエポキシ樹脂(A)は、エポキシ基を2つ以上有する多官能エポキシ樹脂であれば特に制限されないが、硬化物Tgの向上の観点から、芳香環又は脂環式構造を分子内に含む多官能エポキシ樹脂が好ましい。
本発明に用いるエポキシ樹脂(A)は、エポキシ基を2つ以上有する多官能エポキシ樹脂であれば特に制限されないが、硬化物Tgの向上の観点から、芳香環又は脂環式構造を分子内に含む多官能エポキシ樹脂が好ましい。
エポキシ樹脂(A)の具体例としては、メタキシリレンジアミンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、パラキシリレンジアミンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、パラアミノフェノールから誘導されたグリシジルアミノ基及び/又はグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、レゾルシノールから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールAから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールFから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、及びフェノールノボラックから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。上記エポキシ樹脂は、1種又は2種以上を用いることもできる。
上記の中でも、硬化物Tgの向上の観点から、エポキシ樹脂(A)は、メタキシリレンジアミンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、パラキシリレンジアミンから誘導されたグリシジルアミノ基を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールAから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、及びビスフェノールFから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とするものが好ましく、ビスフェノールAから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂、及びビスフェノールFから誘導されたグリシジルオキシ基を有するエポキシ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種を主成分とするものがより好ましい。
なお、ここでいう「主成分」とは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の成分を含みうることを意味し、好ましくは全体の50~100質量%、より好ましくは70~100質量%、さらに好ましくは90~100質量%を意味する。
なお、ここでいう「主成分」とは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の成分を含みうることを意味し、好ましくは全体の50~100質量%、より好ましくは70~100質量%、さらに好ましくは90~100質量%を意味する。
エポキシ樹脂(A)は固体エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂のいずれでもよいが、プリプレグに適用する際に強化繊維への含浸が容易であるという観点から、エポキシ樹脂(A)は液状エポキシ樹脂を主成分として含むことが好ましい。「固体エポキシ樹脂」とは、25℃において流動性を有さないエポキシ樹脂をいい、「液状エポキシ樹脂」とは、25℃において流動性を有するエポキシ樹脂をいう。
エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量(官能基当量)は特に制限されないが、プリプレグに適用する際に強化繊維への含浸を容易にする観点から、好ましくは1,500g/当量以下、より好ましくは1,200g/当量以下、さらに好ましくは1,000g/当量以下、よりさらに好ましくは800g/当量以下、よりさらに好ましくは500g/当量以下、より好ましくは300g/当量以下、さらに好ましくは250g/当量以下、よりさらに好ましくは220g/当量以下、よりさらに好ましくは200g/当量以下であり、硬化性の観点から、好ましくは120g/当量以上である。
エポキシ樹脂(A)として2種以上のエポキシ樹脂の混合物を用いる場合、エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量とは、該混合物のエポキシ当量を意味する。
エポキシ樹脂(A)として2種以上のエポキシ樹脂の混合物を用いる場合、エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量とは、該混合物のエポキシ当量を意味する。
<成分(B):(メタ)アクリレート化合物>
本発明に用いる(メタ)アクリレート化合物(B)は、アクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含む。
本発明に用いる(メタ)アクリレート化合物(B)は、アクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含む。
(アクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1))
本発明に用いる成分(B1)は、ブタジエンとアクリロニトリルとの共重合構造を含む主鎖の両末端にアクリロイルオキシ基を有するジアクリレートである。
成分(B1)中のアクリロニトリル由来の構成単位の含有量は、硬化物Tgと伸び率とを向上させる観点から、好ましくは5~50質量%、より好ましくは10~30質量%、さらに好ましくは10~25質量%である。
成分(B1)の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~30,000、より好ましくは2,000~10,000、さらに好ましくは3,000~8,000である。Mwが1,000以上であれば硬化物の伸び率向上に寄与しやすく、30,000以下であれば硬化物Tgの低下を抑制しやすい。
成分(B1)の市販品としては、蝶理GLEX製「Hypro1300X33LC」等が挙げられる。
本発明に用いる成分(B1)は、ブタジエンとアクリロニトリルとの共重合構造を含む主鎖の両末端にアクリロイルオキシ基を有するジアクリレートである。
成分(B1)中のアクリロニトリル由来の構成単位の含有量は、硬化物Tgと伸び率とを向上させる観点から、好ましくは5~50質量%、より好ましくは10~30質量%、さらに好ましくは10~25質量%である。
成分(B1)の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~30,000、より好ましくは2,000~10,000、さらに好ましくは3,000~8,000である。Mwが1,000以上であれば硬化物の伸び率向上に寄与しやすく、30,000以下であれば硬化物Tgの低下を抑制しやすい。
成分(B1)の市販品としては、蝶理GLEX製「Hypro1300X33LC」等が挙げられる。
成分(B)中の成分(B1)の含有量は、好ましくは1~70質量%、より好ましくは5~60質量%、さらに好ましくは10~60質量%、よりさらに好ましくは15~60質量%、よりさらに好ましくは15~50質量%である。成分(B)中の成分(B1)の含有量が1質量%以上であれば硬化物の伸び率向上に寄与しやすく、70質量%以下であれば硬化物Tgの低下を抑制できるとともに、硬化物の物性のばらつきを低減できる。
(成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2))
本発明に用いる成分(B2)は、(メタ)アクリル基を2つ以上有する、成分(B1)以外の(メタ)アクリレートであればよい。なお成分(B2)は、好ましくはグリシジル基を有さない(メタ)アクリレートである。
成分(B1)以外の(メタ)アクリレートとしては、エポキシ化合物由来の主骨格を有するエポキシ(メタ)アクリレート、ポリイソシアネート及びポリオール由来の主骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート、ポリオール由来の主骨格を有するポリエステル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、硬化物Tgと伸び率とを向上させる観点から、ウレタン(メタ)アクリレート及びポリエステル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
本発明に用いる成分(B2)は、(メタ)アクリル基を2つ以上有する、成分(B1)以外の(メタ)アクリレートであればよい。なお成分(B2)は、好ましくはグリシジル基を有さない(メタ)アクリレートである。
成分(B1)以外の(メタ)アクリレートとしては、エポキシ化合物由来の主骨格を有するエポキシ(メタ)アクリレート、ポリイソシアネート及びポリオール由来の主骨格を有するウレタン(メタ)アクリレート、ポリオール由来の主骨格を有するポリエステル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、硬化物Tgと伸び率とを向上させる観点から、ウレタン(メタ)アクリレート及びポリエステル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
成分(B2)が有する(メタ)アクリル基数は、好ましくは2~6、より好ましくは2~4、さらに好ましくは2~3であり、よりさらに好ましくは2である。成分(B2)が有する(メタ)アクリル基数が2以上であれば硬化物Tgの向上に寄与しやすく、6以下であれば硬化物の伸び率を維持できる。
硬化物Tgの向上の観点から、成分(B2)は、芳香環を含む多官能(メタ)アクリレートを含むことが好ましい。
前記芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、及びテトラセン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環及びナフタレン環からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはベンゼン環である。
成分(B2)が有する芳香環数は1以上であればよく、硬化物Tgの向上の観点から、好ましくは2以上である。
前記芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、及びテトラセン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環及びナフタレン環からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはベンゼン環である。
成分(B2)が有する芳香環数は1以上であればよく、硬化物Tgの向上の観点から、好ましくは2以上である。
成分(B2)として用いられる、芳香環を含む多官能(メタ)アクリレートの具体例としては、ビフェノール由来の構造を有するジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールA由来の構造を有するジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールF由来の構造を有するジ(メタ)アクリレート、フルオレン構造を有するジ(メタ)アクリレート、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂由来の構造を有するジ(メタ)アクリレート等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を用いることができる。上記ジ(メタ)アクリレートは、エポキシジ(メタ)アクリレート、ウレタンジ(メタ)アクリレート、ポリエステルジ(メタ)アクリレートのいずれでもよい。
上記芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂は、芳香族炭化水素とホルムアルデヒドとを反応させることにより得られる樹脂である。該芳香族炭化水素としては、ベンゼン、キシレン、トルエン、メシチレン、プソイドクメン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、デシルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、メチルビフェニル、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、エチルナフタレン、アントラセン、メチルアントラセン、ジメチルアントラセン、エチルアントラセン、及びビナフチルからなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられ、好ましくはキシレン、トルエン、及びメシチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種、より好ましくはキシレンである。なお、キシレンホルムアルデヒド樹脂を「キシレン樹脂」、トルエンホルムアルデヒド樹脂を「トルエン樹脂」、メシチレンホルムアルデヒド樹脂を「メシチレン樹脂」ともいう。
成分(B2)として用いられる、芳香環を含む多官能(メタ)アクリレートとしては、硬化物Tgと伸び率とを向上させる観点から、下記一般式(B2-1)で示される化合物、下記一般式(B2-2)で示される化合物、及び、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂由来の構造を有するジ(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1種がさらに好ましい。
式中、R1及びR2はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を示し、R3及びR4はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を示す。m及びnは繰り返し単位数を示し、それぞれ独立に、0~20の数を示す。
式中、R1及びR2は前記と同じであり、R5は炭素数2~6のアルキレン基である。Xはジイソシアネートの残基であり、Yはジオールの残基である。X、Yのいずれかは、芳香環を含む。rは繰り返し単位数を示し、1以上の数である。r+1個のX、及び、r個のYは、すべて同一でもよく、互いに異なっていてもよい。
式中、R1及びR2はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を示し、R3及びR4はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を示す。m及びnは繰り返し単位数を示し、それぞれ独立に、0~20の数を示す。
式中、R1及びR2は前記と同じであり、R5は炭素数2~6のアルキレン基である。Xはジイソシアネートの残基であり、Yはジオールの残基である。X、Yのいずれかは、芳香環を含む。rは繰り返し単位数を示し、1以上の数である。r+1個のX、及び、r個のYは、すべて同一でもよく、互いに異なっていてもよい。
前記一般式(B2-1)中、R1及びR2は好ましくはメチル基であり、R3及びR4は好ましくはメチル基である。
硬化物Tgと伸び率とをより向上させる観点から、前記一般式(B2-1)中、m及びnはそれぞれ独立に、好ましくは1~15、より好ましくは1~10、さらに好ましくは2~6の数である。また、m+nは、0~40の数であり、硬化物Tgと伸び率とをより向上させる観点から、好ましくは2~30、より好ましくは2~20、さらに好ましくは4~12の数である。
硬化物Tgと伸び率とをより向上させる観点から、前記一般式(B2-1)中、m及びnはそれぞれ独立に、好ましくは1~15、より好ましくは1~10、さらに好ましくは2~6の数である。また、m+nは、0~40の数であり、硬化物Tgと伸び率とをより向上させる観点から、好ましくは2~30、より好ましくは2~20、さらに好ましくは4~12の数である。
前記一般式(B2-2)中、R1及びR2は好ましくはメチル基である。R5は炭素数2~6のアルキレン基であり、該アルキレン基は直鎖又は分岐鎖のいずれでもよい。R5は、好ましくは炭素数2~4、より好ましくは炭素数2~3のアルキレン基である。
前記一般式(B2-2)中のXは2価の基であり、OCN-X-NCOで示されるジイソシアネートの残基である。該ジイソシアネートとしては、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、1,3-ペンタメチレンジイソシアネート、1,5-ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,2-プロピレンジイソシアネート、1,2-ブチレンジイソシアネート、2,3-ブチレンジイソシアネート、1,3-ブチレンジイソシアネート、2-メチル-1,5-ペンタメチレンジイソシアネート、3-メチル-1,5-ペンタメチレンジイソシアネート等の鎖状脂肪族ジイソシアネート;1,3-シクロペンタンジイソシアネート、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、1,3-シクロヘキサンジイソシアネート、メチル-2,4-シクロヘキサンジイソシアネート、メチル-2,6-シクロヘキサンジイソシアネート、1,2-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式構造を含む脂肪族ジイソシアネート;m-フェニレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、m-キシリレンジイソシアネート、p-キシリレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、ナフチレン-1,4-ジイソシアネート、ナフチレン-1,5-ジイソシアネート等の芳香環を含むジイソシアネートが挙げられる。これらのジイソシアネートは、1種又は2種以上を用いることができる。
前記一般式(B2-2)中のYが芳香環を含まない場合、前記ジイソシアネートは芳香環を含むジイソシアネートである。前記一般式(B2-2)中のYが芳香環を含む場合、前記ジイソシアネートは、硬化物の伸び率向上の観点から、好ましくは鎖状脂肪族ジイソシアネート及び脂環式構造を含む脂肪族ジイソシアネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはヘキサメチレンジイソシアネート、1,2-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、及びイソホロンジイソシアネートからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、さらに好ましくはヘキサメチレンジイソシアネートである。
前記一般式(B2-2)中のYは2価の基であり、HO-Y-OHで示されるジオールの残基である。該ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の鎖状脂肪族ジオール;シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール等の脂環式構造を含むジオール;ビフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノキシフルオレンエタノール、並びに、これらジオールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド又はカプロラクトンを付加して得られるジオール等の芳香環を含むジオールが挙げられる。これらのジオールは、1種又は2種以上を用いることができる。
前記ジオールは、硬化物Tgと伸び率とを向上させる観点から、好ましくは鎖状脂肪族ジオール及び芳香環を含むジオールからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは芳香環を含むジオールであり、さらに好ましくは、ビスフェノールA、ビスフェノールF、並びに、これらにエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドを付加して得られるジオールからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
前記一般式(B2-2)中のYは、より好ましくは、下記一般式(Y1)で示される2価の基である。
式中、R6及びR7はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を示し、好ましくはメチル基である。p及びqは繰り返し単位数を示し、それぞれ独立に、0~20の数を示す。*は結合手を示す。
式中、R6及びR7はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を示し、好ましくはメチル基である。p及びqは繰り返し単位数を示し、それぞれ独立に、0~20の数を示す。*は結合手を示す。
前記一般式(B2-2)中のrは1以上の数であり、好ましくは1以上200以下の数である。
また、成分(B2)として用いられる、芳香族炭化水素ホルムアルデヒド樹脂由来の構造を有するジ(メタ)アクリレートの市販品としては、フドー(株)製「NIKANOL XUAT」(ウレタンアクリレートキシレン樹脂)等が挙げられる。
成分(B2)中、芳香環を含む多官能(メタ)アクリレートの含有量は、硬化物Tgの向上の観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、よりさらに好ましくは80質量%以上、よりさらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%以下である。
成分(B2)として、α,ω-アルカンジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の、芳香環を含まない多官能(メタ)アクリレートを用いることもできる。
成分(B)中の成分(B2)の含有量は、好ましくは30~99質量%、より好ましくは40~95質量%、さらに好ましくは40~90質量%、よりさらに好ましくは40~85質量%、よりさらに好ましくは50~85質量%である。成分(B)中の成分(B2)の含有量が30質量%以上であれば硬化物Tgの向上に寄与しやすく、99質量%以下であれば硬化物の伸び率を維持するとともに、硬化物の物性のばらつきを低減できる。
成分(B)は、成分(B1)及び成分(B2)以外に、組成物の低粘度化等を目的として、単官能(メタ)アクリレート等の、成分(B1)及び(B2)以外の(メタ)アクリレートを含むこともできる。
但し成分(B)中の成分(B1)及び成分(B2)の合計含有量は、硬化物Tgの向上の観点から、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%以下である。
但し成分(B)中の成分(B1)及び成分(B2)の合計含有量は、硬化物Tgの向上の観点から、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%以下である。
熱硬化性樹脂組成物中の成分(B)の含有量は、成分(A)100質量部に対し、好ましくは5~50質量部、より好ましくは5~45質量部、さらに好ましくは10~45質量部である。熱硬化性樹脂組成物中の成分(B)の含有量が成分(A)100質量部に対し5質量部以上であればロングポットライフを達成しやすく、50質量部以下であれば硬化物Tgを維持しやすい。
<エポキシ樹脂硬化剤(C)>
本発明に用いるエポキシ樹脂硬化剤(C)は、ロングポットライフを達成する観点から、ホウ素アミン錯体を含む。
成分(C)中のホウ素アミン錯体の含有量は、ロングポットライフを達成する観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、よりさらに好ましくは80質量%以上、よりさらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%以下である。
本発明に用いるエポキシ樹脂硬化剤(C)は、ロングポットライフを達成する観点から、ホウ素アミン錯体を含む。
成分(C)中のホウ素アミン錯体の含有量は、ロングポットライフを達成する観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上、よりさらに好ましくは80質量%以上、よりさらに好ましくは90質量%以上であり、100質量%以下である。
ホウ素アミン錯体としては、ハロゲン化ホウ素アミン錯体等が挙げられる。ハロゲン化ホウ素アミン錯体としては、三フッ化ホウ素アミン錯体、三塩化ホウ素アミン錯体が挙げられ、ロングポットライフを達成する観点から、好ましくは三塩化ホウ素アミン錯体である。
ホウ素アミン錯体におけるアミン成分としては、アルキルアミン、アルカノールアミン、環状脂肪族アミン等が挙げられる。
アルキルアミンとしては、モノエチルアミン、モノプロピルアミン、モノブチルアミン、モノへキシルアミン、モノオクチルアミン、モノラウリルアミン等のモノアルキルアミン;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジラウリルアミン等のジアルキルアミン;トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリヘキシルアミン、トリオクチルアミン、トリラウリルアミン、N,N-ジメチルエチルアミン、N,N-ジメチルプロピルアミン、N,N-ジメチルブチルアミン、N,N-ジメチルへキシルアミン、N,N-ジメチルオクチルアミン、N,N-ジメチルラウリルアミン等のトリアルキルアミンが挙げられる。
アルカノールアミンとしては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N-メチルエタノールアミン、N-メチルイソプロパノールアミン、N-ブチルエタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、N-ブチルジエタノールアミン、N-メチルジイソプロパノールアミン等が挙げられる。
環状脂肪族アミンとしては、ピペリジン、N,N-ジシクロヘキシルメチルアミン等が挙げられる。
アルキルアミンとしては、モノエチルアミン、モノプロピルアミン、モノブチルアミン、モノへキシルアミン、モノオクチルアミン、モノラウリルアミン等のモノアルキルアミン;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジラウリルアミン等のジアルキルアミン;トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリヘキシルアミン、トリオクチルアミン、トリラウリルアミン、N,N-ジメチルエチルアミン、N,N-ジメチルプロピルアミン、N,N-ジメチルブチルアミン、N,N-ジメチルへキシルアミン、N,N-ジメチルオクチルアミン、N,N-ジメチルラウリルアミン等のトリアルキルアミンが挙げられる。
アルカノールアミンとしては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N-メチルエタノールアミン、N-メチルイソプロパノールアミン、N-ブチルエタノールアミン、N-メチルジエタノールアミン、N-ブチルジエタノールアミン、N-メチルジイソプロパノールアミン等が挙げられる。
環状脂肪族アミンとしては、ピペリジン、N,N-ジシクロヘキシルメチルアミン等が挙げられる。
上記の中でも、ロングポットライフを達成する観点から、ホウ素アミン錯体におけるアミン成分は3級アルキル化アミン、すなわちトリアルキルアミンであることが好ましく、N,N-ジメチルエチルアミン、N,N-ジメチルプロピルアミン、N,N-ジメチルブチルアミン、N,N-ジメチルへキシルアミン、N,N-ジメチルオクチルアミン、及びN,N-ジメチルラウリルアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、N,N-ジメチルオクチルアミンがさらに好ましい。
成分(C)として用いられるホウ素アミン錯体の市販品としては、HUNTSMAN製「Accelerator DY 9577」(三塩化ホウ素アミン錯体、アミン成分:N,N-ジメチル-n-オクチルアミン)等が挙げられる。
成分(C)は、ホウ素アミン錯体以外のエポキシ樹脂硬化剤を含むこともできる。ホウ素アミン錯体以外のエポキシ樹脂硬化剤としては、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ヒドラジド系硬化剤等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を用いることができる。
但しロングポットライフを達成する観点から、成分(C)中のホウ素アミン錯体以外のエポキシ樹脂硬化剤の含有量は、好ましくは70質量%以下、より好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下、よりさらに好ましくは20質量%以下、よりさらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは5質量%以下であり、下限は0質量%である。
但しロングポットライフを達成する観点から、成分(C)中のホウ素アミン錯体以外のエポキシ樹脂硬化剤の含有量は、好ましくは70質量%以下、より好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下、よりさらに好ましくは20質量%以下、よりさらに好ましくは10質量%以下、よりさらに好ましくは5質量%以下であり、下限は0質量%である。
熱硬化性樹脂組成物中の成分(C)の含有量は、成分(A)100質量部に対し、好ましくは0.1~40質量部、より好ましくは0.5~20質量部、さらに好ましくは1~10質量部である。熱硬化性樹脂組成物中の成分(C)の含有量が成分(A)100質量部に対し0.1質量部以上であれば硬化性を担保しやすく、40質量部以下であればロングポットライフを達成しやすい。
<成分(D):熱ラジカル重合開始剤>
本発明に用いる成分(D)は、加熱によりラジカルを発生し、成分(B)を硬化させることができる化合物であればよく、例えば、アゾ化合物、有機過酸化物が挙げられる。
本発明に用いる成分(D)は、加熱によりラジカルを発生し、成分(B)を硬化させることができる化合物であればよく、例えば、アゾ化合物、有機過酸化物が挙げられる。
アゾ化合物としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(ABVN)、4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸)(ABCVA)、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)(AMBN)、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩(AAPH)、2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオン酸)ジメチル、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]二塩酸塩等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を用いることができる。
有機過酸化物としては、2,2-ビス(4,4-ジ-tert-ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1-ジ(tert-へキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1-ジ(tert-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、n-ブチル-4,4-ジ(tert-ブチルパーオキシ)バレレート、2,2-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ブタン等のパーオキシケタール;tert-ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、p-メンタンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3,-テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド;tert-ブチルクミルパーオキサイド、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、ジ-tert-へキシルパーオキサイド等のジアルキルパーオキサイド;ジイソブチルパーオキサイド、ジ(3,5,5-トリメチルヘキサノール)パーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、ジコハク酸パーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド;ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジn-プロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4-tert-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ-2-エチルへキシルパーオキシジカーボネート、ジ-sec-ブチルパーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネート;クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3,-テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、tert-へキシルパーオキシネオデカノエート、tert-ブチルパーオキシネオデカノエート、tert-ヘキシルパーオキシピバレート、tert-ブチルパーオキシピバレート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(2-エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1,1,3,3,-テトラメチルブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、tert-ヘキシルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、tert-ブチルパーオキシラウレート、tert-ブチルパーオキシ-3,5,5-トリメチルヘキサノエート、tert-ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、tert-ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、tert-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキシルモノカーボネート、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、tert-ブチルパーオキシアセテート、tert-ヘキシルパーオキシベンゾエート、tert-ブチルパーオキシベンゾエート等のパーオキシエステル;ジクミルパーオキサイド、α,α’-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、tert-ブチルクミルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3等のジアルキルパーオキサイドが挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を用いることができる。
上記の中でも、成分(B)の硬化性の観点、及び、組成物の常温保存時のロングポットライフを達成する観点から、成分(D)としては有機過酸化物が好ましく、パーオキシケタール、ハイドロパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシジカーボネート、パーオキシエステル、及びジアルキルパーオキサイドからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、ジアルキルパーオキサイドがさらに好ましく、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサンがよりさらに好ましい。
熱硬化性樹脂組成物中の成分(D)の含有量は、成分(B)100質量部に対し、好ましくは0.01~5質量部、より好ましくは0.05~2質量部、さらに好ましくは0.1~2質量部、より更に好ましくは0.5~2質量部である。熱硬化性樹脂組成物中の成分(D)の含有量が成分(B)100質量部に対し0.01質量部以上であれば硬化性を担保しやすく、5質量部以下であればロングポットライフを達成しやすい。
<成分(E):天然硅石粉砕物>
熱硬化性樹脂組成物は、さらに成分(E)として天然硅石粉砕物を含有することができる。熱硬化性樹脂組成物が成分(E)を含有することで、得られる硬化物の伸び率低下を抑制しつつ、硬度を向上させることができる。
天然珪石とは、日本国内や世界各地で産出される天然珪質岩の総称であり、例えば、SiO2を含有し、さらにAl、Fe等の不純物を含む石英砂が挙げられる。天然硅石粉砕物は上記天然珪石を微粉砕したものである。
レーザー散乱・回折法にて測定される成分(E)のD50は、得られる硬化物の硬度向上の観点から、好ましくは0.5~10μmであり、且つD60/D10で表される均等係数Kは、好ましくは2~8である。
熱硬化性樹脂組成物は、さらに成分(E)として天然硅石粉砕物を含有することができる。熱硬化性樹脂組成物が成分(E)を含有することで、得られる硬化物の伸び率低下を抑制しつつ、硬度を向上させることができる。
天然珪石とは、日本国内や世界各地で産出される天然珪質岩の総称であり、例えば、SiO2を含有し、さらにAl、Fe等の不純物を含む石英砂が挙げられる。天然硅石粉砕物は上記天然珪石を微粉砕したものである。
レーザー散乱・回折法にて測定される成分(E)のD50は、得られる硬化物の硬度向上の観点から、好ましくは0.5~10μmであり、且つD60/D10で表される均等係数Kは、好ましくは2~8である。
熱硬化性樹脂組成物が成分(E)を含有する場合、熱硬化性樹脂組成物中の成分(E)の含有量は、好ましくは0.01~10質量%、より好ましくは0.05~5.0質量%、さらに好ましくは0.1~3.0質量%である。熱硬化性樹脂組成物中の成分(E)の含有量が0.01質量%以上であれば、得られる硬化物の硬度向上に寄与し、10質量%以下であれば、硬化物の伸び率低下を抑制しつつ硬度を向上させることができる。
なお成分(E)の含有量には、熱硬化性樹脂組成物に意図的に配合した天然硅石粉砕物だけでなく、組成物の原料由来、あるいは、組成物の製造過程で混入した天然硅石粉砕物も含まれるものとする。
なお成分(E)の含有量には、熱硬化性樹脂組成物に意図的に配合した天然硅石粉砕物だけでなく、組成物の原料由来、あるいは、組成物の製造過程で混入した天然硅石粉砕物も含まれるものとする。
<その他の成分>
熱硬化性樹脂組成物には、さらに、充填材、可塑剤などの改質成分、揺変剤などの流動調整成分、反応性又は非反応性希釈剤、顔料、レベリング剤、粘着付与剤、応力緩和成分などのその他の成分を用途に応じて含有させてもよい。
熱硬化性樹脂組成物には、さらに、充填材、可塑剤などの改質成分、揺変剤などの流動調整成分、反応性又は非反応性希釈剤、顔料、レベリング剤、粘着付与剤、応力緩和成分などのその他の成分を用途に応じて含有させてもよい。
上記のうち、応力緩和成分としては、シリコーン系エラストマー粒子、ブチルアクリレート系エラストマー粒子、ポリエーテルアミン系エラストマー粒子、その他ゴム粒子等の、エラストマー粒子が挙げられる。また、エポキシ化ポリブタジエン等の液状のゴム成分も用いることができる。応力緩和成分の市販品としては、(株)カネカ製の「カネエース」Bシリーズ、FMシリーズ、Mシリーズ、MXシリーズ、(株)ダイセル製の液状エポキシ化ポリブタジエンである「エボリード PB3600」、「エボリード PB4700」等が挙げられる。
熱硬化性樹脂組成物が応力緩和成分を含有する場合、その含有量は、熱硬化性樹脂組成物の固形分中、好ましくは0.1~15質量%、より好ましくは0.5~10質量%である。なお、「熱硬化性樹脂組成物の固形分」とは、熱硬化性樹脂組成物の全量から水及び有機溶剤を除いた量である。
熱硬化性樹脂組成物が応力緩和成分を含有する場合、その含有量は、熱硬化性樹脂組成物の固形分中、好ましくは0.1~15質量%、より好ましくは0.5~10質量%である。なお、「熱硬化性樹脂組成物の固形分」とは、熱硬化性樹脂組成物の全量から水及び有機溶剤を除いた量である。
<溶剤>
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、強化繊維への含浸性を高める観点から、さらに溶剤を含有することができる。
溶剤としては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-プロポキシエタノール、2-ブトキシエタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、1-プロポキシ-2-プロパノール等のアルコール系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル系溶剤:トルエン等の炭化水素系溶剤等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を用いることができる。
配合成分の溶解性の観点、並びに溶剤の除去し易さの観点からは、溶剤としては炭素数8以下の、アルコール系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、及び炭化水素系溶剤からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及びトルエンからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、強化繊維への含浸性を高める観点から、さらに溶剤を含有することができる。
溶剤としては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-プロポキシエタノール、2-ブトキシエタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、1-プロポキシ-2-プロパノール等のアルコール系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル系溶剤:トルエン等の炭化水素系溶剤等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を用いることができる。
配合成分の溶解性の観点、並びに溶剤の除去し易さの観点からは、溶剤としては炭素数8以下の、アルコール系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、及び炭化水素系溶剤からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及びトルエンからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
熱硬化性樹脂組成物中の成分(A)~(D)の合計含有量は、本発明の効果を有効に発現する観点から、熱硬化性樹脂組成物の固形分中、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、よりさらに好ましくは95質量%以上であり、100質量%以下である。
熱硬化性樹脂組成物が溶剤を含有する場合、その含有量は特に制限されないが、強化繊維への含浸性を高める観点から、熱硬化性樹脂組成物中、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上であり、溶剤の除去し易さの観点から、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下である。
熱硬化性樹脂組成物は、実質的に溶剤を含有しない、無溶剤型の組成物でもよい。無溶剤型の熱硬化性樹脂組成物とは、熱硬化性樹脂組成物中の溶剤の含有量が、好ましくは5質量%未満であり、より好ましくは2質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下、よりさらに好ましくは0.5質量%以下であり、よりさらに好ましくは0質量%である。
熱硬化性樹脂組成物は、実質的に溶剤を含有しない、無溶剤型の組成物でもよい。無溶剤型の熱硬化性樹脂組成物とは、熱硬化性樹脂組成物中の溶剤の含有量が、好ましくは5質量%未満であり、より好ましくは2質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下、よりさらに好ましくは0.5質量%以下であり、よりさらに好ましくは0質量%である。
熱硬化性樹脂組成物の調製方法には特に制限はなく、成分(A)~(D)、及び必要に応じ用いられる他の成分を公知の方法及び装置を用いて混合し、調製することができる。熱硬化性樹脂組成物に含まれる各成分の混合順序にも特に制限はないが、成分(A)及び成分(B)が高粘度である場合には、予め成分(A)と成分(B)を80~120℃で加熱して混合した後、80℃未満に冷却し、次いで、成分(C)及び成分(D)を混合することが好ましい。熱硬化性樹脂組成物の調製中に成分(C)の熱重合が進行することを避けるためである。
[硬化物]
本発明の熱硬化性樹脂組成物の硬化物(以下、単に「本発明の硬化物」ともいう)は、上述した本発明の熱硬化性樹脂組成物を公知の方法で熱硬化させたものである。熱硬化性樹脂組成物の硬化条件は用途、形態に応じて適宜選択されるが、硬化温度は好ましくは90~160℃、より好ましくは100~150℃である。
本発明の硬化物の形態も特に限定されず、用途に応じて選択することができる。例えば熱硬化性樹脂組成物の用途が塗料である場合、当該組成物の硬化物は通常、膜状である。なお、本発明の効果を有効に発揮する観点からは、本発明の硬化物は後述する繊維強化複合材のマトリクス樹脂であることが好ましい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物の硬化物(以下、単に「本発明の硬化物」ともいう)は、上述した本発明の熱硬化性樹脂組成物を公知の方法で熱硬化させたものである。熱硬化性樹脂組成物の硬化条件は用途、形態に応じて適宜選択されるが、硬化温度は好ましくは90~160℃、より好ましくは100~150℃である。
本発明の硬化物の形態も特に限定されず、用途に応じて選択することができる。例えば熱硬化性樹脂組成物の用途が塗料である場合、当該組成物の硬化物は通常、膜状である。なお、本発明の効果を有効に発揮する観点からは、本発明の硬化物は後述する繊維強化複合材のマトリクス樹脂であることが好ましい。
本発明の硬化物のガラス転移温度(Tg)は、後述する繊維強化複合材のマトリクス樹脂、並びに高圧ガス容器等に用いる観点から、好ましくは80℃以上、より好ましくは85℃以上、さらに好ましくは87℃以上、よりさらに好ましくは90℃以上であり、通常、200℃以下である。硬化物Tgは、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
[プリプレグ]
本発明のプリプレグは、前記熱硬化性樹脂組成物と、強化繊維とを含む。
プリプレグに用いる強化繊維の形態としては、短繊維、長繊維、連続繊維が挙げられる。これらの中でも、得られるプリプレグを、後述する高圧ガス容器を構成する材料として用いる観点からは、長繊維又は連続繊維が好ましく、連続繊維がより好ましい。
なお本明細書において、短繊維とは繊維長が0.1mm以上10mm未満、長繊維とは繊維長が10mm以上100mm以下のものをいう。また連続繊維とは、100mmを超える繊維長を有する繊維束をいう。
本発明のプリプレグは、前記熱硬化性樹脂組成物と、強化繊維とを含む。
プリプレグに用いる強化繊維の形態としては、短繊維、長繊維、連続繊維が挙げられる。これらの中でも、得られるプリプレグを、後述する高圧ガス容器を構成する材料として用いる観点からは、長繊維又は連続繊維が好ましく、連続繊維がより好ましい。
なお本明細書において、短繊維とは繊維長が0.1mm以上10mm未満、長繊維とは繊維長が10mm以上100mm以下のものをいう。また連続繊維とは、100mmを超える繊維長を有する繊維束をいう。
連続繊維の形状としては、トウ、シート、テープ等が挙げられ、シート又はテープを構成する連続繊維としては、一方向(UD)材、織物、不織布等が挙げられる。
プリプレグを用いて、フィラメントワインディング法やテープワインディング法により高圧ガス容器を製造する観点からは、連続繊維の形状としてはトウ又はテープが好ましく、トウがより好ましい。トウを構成する連続繊維束の本数(フィラメント数)は、高強度及び高弾性率が得られやすいという観点から、好ましくは3K~50K、より好ましくは6K~40Kである。
プリプレグを用いて、フィラメントワインディング法やテープワインディング法により高圧ガス容器を製造する観点からは、連続繊維の形状としてはトウ又はテープが好ましく、トウがより好ましい。トウを構成する連続繊維束の本数(フィラメント数)は、高強度及び高弾性率が得られやすいという観点から、好ましくは3K~50K、より好ましくは6K~40Kである。
連続繊維において、連続繊維束の平均繊維長には特に制限はないが、成形加工性の観点から、好ましくは1~10,000m、より好ましくは100~10,000mである。
連続繊維束の平均繊度は、成形加工性の観点、高強度及び高弾性率が得られやすいという観点から、好ましくは50~2000tex(g/1000m)、より好ましくは200~1500tex、さらに好ましくは500~1500texである。
また連続繊維束の平均引張弾性率は、好ましくは50~1000GPaである。
連続繊維束の平均繊度は、成形加工性の観点、高強度及び高弾性率が得られやすいという観点から、好ましくは50~2000tex(g/1000m)、より好ましくは200~1500tex、さらに好ましくは500~1500texである。
また連続繊維束の平均引張弾性率は、好ましくは50~1000GPaである。
強化繊維の材質としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、金属繊維、ボロン繊維、セラミック繊維等の無機繊維;アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の有機繊維が挙げられる。これらの中でも、高強度を得る観点からは無機繊維が好ましく、軽量で且つ高強度、高弾性率であることから、好ましくは炭素繊維、ガラス繊維、及びバサルト繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、強度及び軽量性の観点からは、より好ましくは炭素繊維である。
炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。また、リグニンやセルロースなど、植物由来原料の炭素繊維も用いることができる。
炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。また、リグニンやセルロースなど、植物由来原料の炭素繊維も用いることができる。
強化繊維は、処理剤で処理されたものでもよい。処理剤としては、表面処理剤又は集束剤が例示される。
上記表面処理剤としては、シランカップリング剤が好ましい。例えば、ビニル基を有するシランカップリング剤、アミノ基を有するシランカップリング剤、エポキシ基を有するシランカップリング剤、(メタ)アクリル基を有するシランカップリング剤、メルカプト基を有するシランカップリング剤等が挙げられる。
上記表面処理剤としては、シランカップリング剤が好ましい。例えば、ビニル基を有するシランカップリング剤、アミノ基を有するシランカップリング剤、エポキシ基を有するシランカップリング剤、(メタ)アクリル基を有するシランカップリング剤、メルカプト基を有するシランカップリング剤等が挙げられる。
上記集束剤としては、例えば、ウレタン系集束剤、エポキシ系集束剤、アクリル系集束剤、ポリエステル系集束剤、ビニルエステル系集束剤、ポリオレフィン系集束剤、ポリエーテル系集束剤、及びカルボン酸系集束剤等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。2種以上を組み合わせた集束剤としては、例えば、ウレタン/エポキシ系集束剤、ウレタン/アクリル系集束剤、ウレタン/カルボン酸系集束剤等が挙げられる。
前記処理剤の量は、熱硬化性樹脂組成物の硬化物との界面接着性を向上させ、得られるプリプレグ及び複合材の強度、耐衝撃性をより向上させる観点から、強化繊維に対し、好ましくは0.001~5質量%、より好ましくは0.1~3質量%、さらに好ましくは0.5~2質量%である。
強化繊維として市販品を用いることもできる。連続炭素繊維(トウ)の市販品としては、例えば東レ(株)製のトレカ糸「T300」、「T300B」、「T400HB」、「T700SC」、「T800SC」、「T800HB」、「T830HB」、「T1000GB」、「T100GC」、「M35JB」、「M40JB」、「M46JB」、「M50JB」、「M55J」、「M55JB」、「M60JB」、「M30SC」、「Z600」の各シリーズ等;帝人(株)製のテナックス「HTA40」シリーズ、「HTS40」シリーズ、「HTS45」シリーズ、「HTS45P12」シリーズ、「STS40」シリーズ、「UTS50」シリーズ、「ITS50」シリーズ、「ITS55」シリーズ、「IMS40」シリーズ、「IMS60」シリーズ、「IMS65」シリーズ、「IMS65P12」シリーズ、「HMA35」シリーズ、「UMS40」シリーズ、「UMS45」シリーズ、「UMS55」シリーズ、「HTS40MC」シリーズ等;三菱ケミカル(株)製のPYROFIL「HT」、「IM」、「HM」シリーズ、GRAFIL「HT」シリーズ、「DIALEAD」シリーズの炭素繊維トウ;等が挙げられる。
また、トウ以外の連続炭素繊維の市販品としては、東レ(株)製のトレカクロス「CO6142」「CO6151B」、「CO6343」、「CO6343B」、「CO6347B」、「CO6644B」、「CK6244C」、「CK6273C」、「CK6261C」、「UT70」シリーズ、「UM46」シリーズ、「BT70」シリーズ、「T300」シリーズ、「T300B」シリーズ、「T400HB」シリーズ、「T700SC」シリーズ、「T800SC」シリーズ、「T800HB」シリーズ、「T1000GB」シリーズ、「M35JB」シリーズ、「M40JB」シリーズ、「M46JB」シリーズ、「M50JB」シリーズ、「M55J」シリーズ、「M55JB」シリーズ、「M60JB」シリーズ、「M30SC」シリーズ、「Z600GT」シリーズ;三菱ケミカル(株)製のPYROFIL「TR3110M」、「TR3523M」、「TR3524M」、「TR6110HM」、「TR6120HM」、「TRK101M」、「TRK510M」、「TR3160TMS」、「TRK979PQRW」、「TRK976PQRW」、「TR6185HM」、「TRK180M」等の炭素繊維ファブリック;等が挙げられる。
また、トウ以外の連続炭素繊維の市販品としては、東レ(株)製のトレカクロス「CO6142」「CO6151B」、「CO6343」、「CO6343B」、「CO6347B」、「CO6644B」、「CK6244C」、「CK6273C」、「CK6261C」、「UT70」シリーズ、「UM46」シリーズ、「BT70」シリーズ、「T300」シリーズ、「T300B」シリーズ、「T400HB」シリーズ、「T700SC」シリーズ、「T800SC」シリーズ、「T800HB」シリーズ、「T1000GB」シリーズ、「M35JB」シリーズ、「M40JB」シリーズ、「M46JB」シリーズ、「M50JB」シリーズ、「M55J」シリーズ、「M55JB」シリーズ、「M60JB」シリーズ、「M30SC」シリーズ、「Z600GT」シリーズ;三菱ケミカル(株)製のPYROFIL「TR3110M」、「TR3523M」、「TR3524M」、「TR6110HM」、「TR6120HM」、「TRK101M」、「TRK510M」、「TR3160TMS」、「TRK979PQRW」、「TRK976PQRW」、「TR6185HM」、「TRK180M」等の炭素繊維ファブリック;等が挙げられる。
プリプレグ中の強化繊維の含有量は、高強度及び高弾性率を得る観点から、プリプレグ中の強化繊維の体積分率が、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.20以上、さらに好ましくは0.30以上、よりさらに好ましくは0.40以上となる範囲である。また、ガスバリア性、耐衝撃性及び成形加工性の観点からは、好ましくは0.85以下、より好ましくは0.80以下、さらに好ましくは0.70以下となる範囲である。
プリプレグ中の強化繊維の体積分率Vf1は下記式から算出することができる。
Vf1={強化繊維の質量(g)/強化繊維の比重}÷[{強化繊維の質量(g)/強化繊維の比重}+{含浸させた熱硬化性樹脂組成物の固形分の質量(g)/熱硬化性樹脂組成物の固形分の比重}]
プリプレグ中の強化繊維の体積分率Vf1は下記式から算出することができる。
Vf1={強化繊維の質量(g)/強化繊維の比重}÷[{強化繊維の質量(g)/強化繊維の比重}+{含浸させた熱硬化性樹脂組成物の固形分の質量(g)/熱硬化性樹脂組成物の固形分の比重}]
また、プリプレグを構成する熱硬化性樹脂組成物の固形分及び強化繊維の合計含有量は、本発明の効果を得る観点から、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上であり、上限は100質量%である。
<プリプレグの形状、製造方法>
プリプレグの形状は、使用する強化繊維の形態によっても異なるが、フィラメントワインディング法により高圧ガス容器を製造する観点からは、トウプリプレグであることが好ましい。
その他、一方向(UD)材、織物、不織布等の形態の連続繊維を用いた場合には、テープ形状、又はシート形状のプリプレグとすることもできる。これらの中でも、テープワインディング法により高圧ガス容器を製造する観点からは、テープ形状のプリプレグが好ましく、UDテープであることがより好ましい。
プリプレグの形状は、使用する強化繊維の形態によっても異なるが、フィラメントワインディング法により高圧ガス容器を製造する観点からは、トウプリプレグであることが好ましい。
その他、一方向(UD)材、織物、不織布等の形態の連続繊維を用いた場合には、テープ形状、又はシート形状のプリプレグとすることもできる。これらの中でも、テープワインディング法により高圧ガス容器を製造する観点からは、テープ形状のプリプレグが好ましく、UDテープであることがより好ましい。
プリプレグの製造方法には特に制限されず、常法に従って製造できる。例えば、前記熱硬化性樹脂組成物を強化繊維に含浸させた後、必要に応じ乾燥工程に供して溶剤を除去し、プリプレグを得ることができる。
熱硬化性樹脂組成物を強化繊維に含浸させる方法は特に制限されず、強化繊維の形態等に応じて、適宜、公知の方法を用いることができる。例えばトウプリプレグを製造する場合は、前述した熱硬化性樹脂組成物を充填した樹脂浴に、ロールから巻き出した連続繊維束を浸漬させ、該組成物を含浸させた後に樹脂浴から引き上げる方法が挙げられる。その後、絞りロール等を用いて余剰の熱硬化性樹脂組成物を除去する工程を行ってもよい。
熱硬化性樹脂組成物の含浸は、必要に応じ加圧条件下、又は減圧条件下で行うこともできる。
熱硬化性樹脂組成物の含浸は、必要に応じ加圧条件下、又は減圧条件下で行うこともできる。
次いで、必要に応じ、熱硬化性樹脂組成物を含浸させた上記強化繊維を乾燥工程に供して溶剤を除去する。乾燥工程における乾燥条件は特に制限されないが、溶剤を除去することが可能であって、且つ熱硬化性樹脂組成物の硬化が過度に進行しない条件であることが好ましい。この観点から、例えば乾燥温度は30~120℃の範囲で、乾燥時間は10秒~5分の範囲で選択できる。
上記乾燥工程を経て得られたプリプレグは、一旦巻き取り等を行ってプリプレグ製品としてもよく、巻き取り等を行わず、乾燥工程を行った後に連続的に繊維強化複合材の製造に供することもできる。
[繊維強化複合材]
本発明の繊維強化複合材(以下、単に「複合材」ともいう)は、前記プリプレグを硬化させて得られ、前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物と、強化繊維とを含む。本発明の繊維強化複合材は前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物を含むことにより、耐熱性及び耐衝撃性が高いものとなる。
複合材の製造に用いるプリプレグ、熱硬化性樹脂組成物、強化繊維、並びにこれらの好適態様については、前記と同じである。
本発明の繊維強化複合材(以下、単に「複合材」ともいう)は、前記プリプレグを硬化させて得られ、前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物と、強化繊維とを含む。本発明の繊維強化複合材は前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物を含むことにより、耐熱性及び耐衝撃性が高いものとなる。
複合材の製造に用いるプリプレグ、熱硬化性樹脂組成物、強化繊維、並びにこれらの好適態様については、前記と同じである。
<含有量>
繊維強化複合材中の強化繊維の含有量は、高強度及び高弾性率を得る観点から、繊維強化複合材中の強化繊維の体積分率が、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.20以上、さらに好ましくは0.30以上、よりさらに好ましくは0.40以上となる範囲である。また、ガスバリア性、耐衝撃性及び成形加工性の観点からは、好ましくは0.85以下、より好ましくは0.80以下、さらに好ましくは0.70以下となる範囲である。
繊維強化複合材中の強化繊維の体積分率Vfは下記式から算出することができる。
Vf={強化繊維の質量(g)/強化繊維の比重}÷[{強化繊維の質量(g)/強化繊維の比重}+{熱硬化性樹脂組成物の硬化物の質量(g)/熱硬化性樹脂組成物の硬化物の比重}]
繊維強化複合材中の強化繊維の含有量は、高強度及び高弾性率を得る観点から、繊維強化複合材中の強化繊維の体積分率が、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.20以上、さらに好ましくは0.30以上、よりさらに好ましくは0.40以上となる範囲である。また、ガスバリア性、耐衝撃性及び成形加工性の観点からは、好ましくは0.85以下、より好ましくは0.80以下、さらに好ましくは0.70以下となる範囲である。
繊維強化複合材中の強化繊維の体積分率Vfは下記式から算出することができる。
Vf={強化繊維の質量(g)/強化繊維の比重}÷[{強化繊維の質量(g)/強化繊維の比重}+{熱硬化性樹脂組成物の硬化物の質量(g)/熱硬化性樹脂組成物の硬化物の比重}]
<繊維強化複合材の製造方法>
複合材の製造は、前記プリプレグを用いて所望の形状となるようプレ成形を行った後、該プリプレグを硬化させることにより行うことができる。例えば、本発明の複合材をパイプ、シャフト、ボンベ、タンク等の中空形状を有する成形体に適用する場合は、トウ又はテープ形状のプリプレグを用いて、フィラメントワインディング法、テープワインディング法、ブレーディング法、3Dプリンター法等により成形し、複合材を製造することができる。
フィラメントワインディング法又はテープワインディング法では、具体的には、トウ又はテープ形状のプリプレグをバルーン、マンドレル、又はライナーの外表面に巻き付け、次いで加熱硬化させることにより、所望の形状の複合材を製造できる。
ブレーディング法では、例えば、バルーン又はマンドレルを用いて、トウ又はテープ形状のプリプレグを一方向あるいは組紐構造となるようブレーダーによりブレーディングしてプリプレグを成形し、次いで、該プリプレグを加熱硬化させる工程を行う。なお、ブレーディング法においては、バルーン又はマンドレルを使用せずにトウ又はテープ形状のプリプレグを製紐し、成形することもできる。
複合材の製造は、前記プリプレグを用いて所望の形状となるようプレ成形を行った後、該プリプレグを硬化させることにより行うことができる。例えば、本発明の複合材をパイプ、シャフト、ボンベ、タンク等の中空形状を有する成形体に適用する場合は、トウ又はテープ形状のプリプレグを用いて、フィラメントワインディング法、テープワインディング法、ブレーディング法、3Dプリンター法等により成形し、複合材を製造することができる。
フィラメントワインディング法又はテープワインディング法では、具体的には、トウ又はテープ形状のプリプレグをバルーン、マンドレル、又はライナーの外表面に巻き付け、次いで加熱硬化させることにより、所望の形状の複合材を製造できる。
ブレーディング法では、例えば、バルーン又はマンドレルを用いて、トウ又はテープ形状のプリプレグを一方向あるいは組紐構造となるようブレーダーによりブレーディングしてプリプレグを成形し、次いで、該プリプレグを加熱硬化させる工程を行う。なお、ブレーディング法においては、バルーン又はマンドレルを使用せずにトウ又はテープ形状のプリプレグを製紐し、成形することもできる。
連続繊維として一方向(UD)材、織物、不織布等を用いた、シート形状のプリプレグを用いる場合には、金型内にプリプレグを1枚又は複数枚重ねて載置し、真空条件下、又は加圧条件下で加熱硬化させ、複合材を製造することができる。
複合材の製造におけるプリプレグの硬化方法も特に制限されず、プリプレグに含まれる熱硬化性樹脂組成物を硬化させるのに十分な温度及び時間において、公知の方法により行われる。プリプレグの硬化条件はプリプレグ及び形成される複合材の厚さ等にも依存するが、例えば、硬化温度は10~180℃の範囲で、硬化時間は5分~200時間の範囲で選択でき、生産性の観点から、好ましくは、硬化温度は80~180℃、硬化時間は10分~5時間の範囲である。
本発明の複合材は、トウ又はテープ形状のプリプレグを用いて製造する観点からは、パイプ、シャフト、ボンベ、タンク等の中空形状を有する成形体に好適に用いられる。該複合材は、高圧ガス容器を形成する材料として好適である。
[高圧ガス容器]
本発明の高圧ガス容器は、前記繊維強化複合材を含むものである。本発明の高圧ガス容器は、少なくとも一部が前記繊維強化複合材で構成されていればよい。例えば、ライナーと、該ライナーの外表面を覆うように設けられる外層とを有する高圧ガス容器であれば、ライナー及び外層の少なくとも一方が前記繊維強化複合材で構成されたものが挙げられる。また、ライナーレスの高圧ガス容器であれば、該容器全体が前記繊維強化複合材で構成されたものが挙げられる。
本発明の高圧ガス容器は、前記繊維強化複合材を含むものである。本発明の高圧ガス容器は、少なくとも一部が前記繊維強化複合材で構成されていればよい。例えば、ライナーと、該ライナーの外表面を覆うように設けられる外層とを有する高圧ガス容器であれば、ライナー及び外層の少なくとも一方が前記繊維強化複合材で構成されたものが挙げられる。また、ライナーレスの高圧ガス容器であれば、該容器全体が前記繊維強化複合材で構成されたものが挙げられる。
繊維強化複合材を含む高圧ガス容器の具体的な態様としては、(1)金属製のライナーと、本発明の繊維強化複合材からなる外層とを有する構成、(2)樹脂製のライナーと、本発明の繊維強化複合材からなる外層とを有する構成、(3)本発明の繊維強化複合材からなるライナーと、該繊維強化複合材以外の材料からなる外層とを有する構成、(4)本発明の繊維強化複合材からなる容器のみ(ライナーレス)の構成、等が挙げられる。
前記(1)の「金属製のライナー」に用いる金属としては、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金を例示することができる。
前記(2)の「樹脂製のライナー」に用いる樹脂としては、ガスバリア性及び耐圧性に優れる樹脂であれば特に制限されず、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の硬化物、光硬化性樹脂の硬化物等が挙げられる。これらの中でも、ライナーを容易に成形できるという観点から、好ましくは熱可塑性樹脂である。
当該熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトンケトン樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
ガスバリア性及び耐圧性の観点から、熱可塑性樹脂の中でも好ましくはポリアミド樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはポリアミド樹脂である。
その他、耐衝撃性を高める観点から、樹脂ライナーには前述した応力緩和成分を含有させることもできる。
当該熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトンケトン樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
ガスバリア性及び耐圧性の観点から、熱可塑性樹脂の中でも好ましくはポリアミド樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはポリアミド樹脂である。
その他、耐衝撃性を高める観点から、樹脂ライナーには前述した応力緩和成分を含有させることもできる。
前記(3)の「該繊維強化複合材以外の材料からなる外層」とは、補強性向上の観点から、好ましくは、本発明の繊維強化複合材以外の繊維強化複合材からなる外層が挙げられる。
前記(1)~(3)の態様において、外層は、ライナーの本体部分の外表面を隙間なく覆うように形成することができる。
外層は、ライナー外表面に直接設けてもよい。あるいは、ライナーの外表面に1層又は2層以上の他の層を設け、該他の層の表面に設けてもよい。例えば、ライナーと外層の密着性を向上させるため、ライナーと外層との間に接着層を設けることができる。
外層は、ライナー外表面に直接設けてもよい。あるいは、ライナーの外表面に1層又は2層以上の他の層を設け、該他の層の表面に設けてもよい。例えば、ライナーと外層の密着性を向上させるため、ライナーと外層との間に接着層を設けることができる。
高圧ガス容器が前記(1)又は(2)の態様である場合、本発明の繊維強化複合材からなる外層の厚さは、高圧ガス容器の容量、形状等に応じて適宜選択することができるが、高いガスバリア性及び耐衝撃性を付与する観点から、好ましくは100μm以上、より好ましくは200μm以上、さらに好ましくは400μm以上であり、高圧ガス容器の小型化及び軽量化の観点からは、好ましくは80mm以下、より好ましくは60mm以下である。
高圧ガス容器が前記(3)の態様である場合、本発明の繊維強化複合材からなるライナーの厚さは、高圧ガス容器の容量、形状等に応じて適宜選択することができるが、ガスバリア性及び耐圧性の観点から、好ましくは100μm以上、より好ましくは200μm以上、さらに好ましくは400μm以上であり、高圧ガス容器の小型化及び軽量化の観点からは、好ましくは60mm以下、より好ましくは40mm以下である。
高圧ガス容器が前記(4)の態様である場合、本発明の繊維強化複合材からなる容器の厚さは、高圧ガス容器の容量、形状等に応じて適宜選択することができるが、ガスバリア性及び耐圧性の観点から、好ましくは1mm以上、より好ましくは2mm以上、さらに好ましくは5mm以上であり、高圧ガス容器の小型化及び軽量化の観点からは、好ましくは80mm以下、より好ましくは60mm以下である。
本発明の繊維強化複合材からなるライナー、外層又は高圧ガス容器中の強化繊維の含有量は、高強度及び高弾性率を得る観点から、強化繊維の体積分率が、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.20以上、さらに好ましくは0.30以上、よりさらに好ましくは0.40以上となる範囲である。また、ガスバリア性、耐衝撃性及び成形加工性の観点からは、好ましくは0.85以下、より好ましくは0.80以下、さらに好ましくは0.75以下、よりさらに好ましくは0.70以下となる範囲である。
上記強化繊維の体積分率は、前記と同様の方法で算出することができる。
上記強化繊維の体積分率は、前記と同様の方法で算出することができる。
上記の中でも、軽量性の観点、及び、繊維強化複合材に対し高いガスバリア性が要求されるという観点からは、高圧ガス容器は前記(2)、(3)又は(4)のいずれかの態様であることが好ましく、(3)又は(4)の態様がより好ましい。
なお、高圧ガス容器は口金、バルブ等の、繊維強化複合材以外の材料で構成される部品をさらに有していてもよい。また高圧ガス容器の表面には、保護層、塗料層、錆止含有層等の任意の層が形成されていてもよい。
高圧ガス容器の貯蔵対象となるガスは、25℃、1atmで気体のものであればよく、水素の他、酸素、二酸化炭素、窒素、アルゴン、LPG、代替フロン、メタン等が挙げられる。これらの中でも、本発明の有効性の観点から、好ましくは水素である。
<高圧ガス容器の製造方法>
本発明の高圧ガス容器の製造方法としては、使用する強化繊維又はプリプレグの形態に応じて、前述した繊維強化複合材の製造方法において記載した製造方法を適宜用いることができる。トウ又はテープ形状のプリプレグを用いて高圧ガス容器を製造する場合は、フィラメントワインディング法、テープワインディング法、ブレーディング法、3Dプリンター法等によりトウ又はテープ形状のプリプレグを成形し、高圧ガス容器を製造することができる。
高圧ガス容器が前記(1)又は(2)の態様である場合には、フィラメントワインディング法又はテープワインディング法を用いて、トウ又はテープ形状のプリプレグを金属製又は樹脂製のライナーの外表面を覆うように巻き付け、次いで加熱硬化させることにより、繊維強化複合材からなる外層を形成し、高圧ガス容器を製造することができる。
高圧ガス容器が前記(3)又は(4)の態様である場合には、フィラメントワインディング法、テープワインディング法、ブレーディング法、3Dプリンター法等によりトウ又はテープ形状のプリプレグを容器形状に成形し、次いで加熱硬化させることにより、高圧ガス容器を製造できる。
本発明の高圧ガス容器の製造方法としては、使用する強化繊維又はプリプレグの形態に応じて、前述した繊維強化複合材の製造方法において記載した製造方法を適宜用いることができる。トウ又はテープ形状のプリプレグを用いて高圧ガス容器を製造する場合は、フィラメントワインディング法、テープワインディング法、ブレーディング法、3Dプリンター法等によりトウ又はテープ形状のプリプレグを成形し、高圧ガス容器を製造することができる。
高圧ガス容器が前記(1)又は(2)の態様である場合には、フィラメントワインディング法又はテープワインディング法を用いて、トウ又はテープ形状のプリプレグを金属製又は樹脂製のライナーの外表面を覆うように巻き付け、次いで加熱硬化させることにより、繊維強化複合材からなる外層を形成し、高圧ガス容器を製造することができる。
高圧ガス容器が前記(3)又は(4)の態様である場合には、フィラメントワインディング法、テープワインディング法、ブレーディング法、3Dプリンター法等によりトウ又はテープ形状のプリプレグを容器形状に成形し、次いで加熱硬化させることにより、高圧ガス容器を製造できる。
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。なお、本実施例における測定及び評価は以下の方法で行った。
<ガラス転移温度(Tg)>
示差走査熱量計「DSC25」(TAインスツルメント製)を用いて、各例の熱硬化性樹脂組成物約5mgを昇温速度10℃/分の条件で30~250℃まで加熱して完全硬化させた。この硬化物を30℃まで冷却し、再度昇温速度10℃/分の条件で30~225℃まで加熱する操作を2回繰り返し、2回目の加熱時の測定チャートから硬化物のTgを求めた。
示差走査熱量計「DSC25」(TAインスツルメント製)を用いて、各例の熱硬化性樹脂組成物約5mgを昇温速度10℃/分の条件で30~250℃まで加熱して完全硬化させた。この硬化物を30℃まで冷却し、再度昇温速度10℃/分の条件で30~225℃まで加熱する操作を2回繰り返し、2回目の加熱時の測定チャートから硬化物のTgを求めた。
<伸び率>
各例で調製した熱硬化性樹脂組成物を200mm×200mm×2mm厚の平板となるよう成形し、130℃の熱風オーブン内で180分熱硬化させて硬化物を作製した。該硬化物から180mm×15mm×2mm厚のサイズに短冊片を切り出し、引張試験片とした。
前記試験片を用い、精密万能試験機((株)島津製作所製「オートグラフAGX-plus」)を用いて、下記の条件で引張試験を行い(N=3)、下記式によって伸び率を算出した。破断時の試験片の長さは、破断時のロードセルの変位量より算出した。
伸び率(%)=(破断時の試験片の長さ-初期の試験片の長さ)/(初期の試験片の長さ)×100
つかみ具間距離:115mm
ロードセル(引張力):1kN
引張速度:1mm/分(引張方向:試験片の長手方向)
各例で調製した熱硬化性樹脂組成物を200mm×200mm×2mm厚の平板となるよう成形し、130℃の熱風オーブン内で180分熱硬化させて硬化物を作製した。該硬化物から180mm×15mm×2mm厚のサイズに短冊片を切り出し、引張試験片とした。
前記試験片を用い、精密万能試験機((株)島津製作所製「オートグラフAGX-plus」)を用いて、下記の条件で引張試験を行い(N=3)、下記式によって伸び率を算出した。破断時の試験片の長さは、破断時のロードセルの変位量より算出した。
伸び率(%)=(破断時の試験片の長さ-初期の試験片の長さ)/(初期の試験片の長さ)×100
つかみ具間距離:115mm
ロードセル(引張力):1kN
引張速度:1mm/分(引張方向:試験片の長手方向)
<伸び率の標準偏差>
前記伸び率測定を3つの試験片を用いて3回行った際の標準偏差を求め、表に示した。値が小さいほど、硬化物の物性のばらつきが少なく良好であることを意味する。
前記伸び率測定を3つの試験片を用いて3回行った際の標準偏差を求め、表に示した。値が小さいほど、硬化物の物性のばらつきが少なく良好であることを意味する。
<ショアD硬度>
前記伸び率測定と同様の方法で、熱硬化性樹脂組成物の硬化物(試験片)を作製した。試験片を23℃環境下の水平な場所に載置し、アスカーゴム硬度計D型(高分子計器(株)製)を押し当ててショアD硬度を測定し、表に示した。値が大きいほど、硬度が高いことを意味する。
前記伸び率測定と同様の方法で、熱硬化性樹脂組成物の硬化物(試験片)を作製した。試験片を23℃環境下の水平な場所に載置し、アスカーゴム硬度計D型(高分子計器(株)製)を押し当ててショアD硬度を測定し、表に示した。値が大きいほど、硬度が高いことを意味する。
<ポットライフ>
各例で調製した熱硬化性樹脂組成物の23℃における初期粘度を測定した後、該熱硬化性樹脂組成物10gをプラスティックカップ(径46mm)に入れ、23℃で保管した。熱硬化性樹脂組成物の粘度が初期粘度の2倍以上となる時間(週)を測定し、表に示した。
熱硬化性樹脂組成物の粘度は、E型粘度計「TVE-22H型粘度計 コーンプレートタイプ」(東機産業(株)製)を用いて測定した。
各例で調製した熱硬化性樹脂組成物の23℃における初期粘度を測定した後、該熱硬化性樹脂組成物10gをプラスティックカップ(径46mm)に入れ、23℃で保管した。熱硬化性樹脂組成物の粘度が初期粘度の2倍以上となる時間(週)を測定し、表に示した。
熱硬化性樹脂組成物の粘度は、E型粘度計「TVE-22H型粘度計 コーンプレートタイプ」(東機産業(株)製)を用いて測定した。
実施例1~15、比較例1~2(熱硬化性樹脂組成物の調製及び評価)
表1に示す各成分を、表1に示す質量部で配合して混合し、熱硬化性樹脂組成物を得た。
得られた熱硬化性樹脂組成物について、前述の方法で評価を行った。結果を表1に示す。
なお表1における配合量(質量部)は、いずれも有効成分量である。
表1に示す各成分を、表1に示す質量部で配合して混合し、熱硬化性樹脂組成物を得た。
得られた熱硬化性樹脂組成物について、前述の方法で評価を行った。結果を表1に示す。
なお表1における配合量(質量部)は、いずれも有効成分量である。
表1に記載の成分は下記である。
<エポキシ樹脂(A)>
・(A)jER807:ビスフェノールFジグリシジルエーテル(液状エポキシ樹脂)、三菱ケミカル(株)製「jER807」、エポキシ当量:168g/当量
・(A)jER828:ビスフェノールAジグリシジルエーテル(液状エポキシ樹脂)、三菱ケミカル(株)製「jER828」、エポキシ当量:186g/当量
・(A)jER1004:ビスフェノールA(高分子型)ジグリシジルエーテル(高分子型/固体エポキシ樹脂)、三菱ケミカル(株)製「jER1004」、エポキシ当量:1026g/当量
<エポキシ樹脂(A)>
・(A)jER807:ビスフェノールFジグリシジルエーテル(液状エポキシ樹脂)、三菱ケミカル(株)製「jER807」、エポキシ当量:168g/当量
・(A)jER828:ビスフェノールAジグリシジルエーテル(液状エポキシ樹脂)、三菱ケミカル(株)製「jER828」、エポキシ当量:186g/当量
・(A)jER1004:ビスフェノールA(高分子型)ジグリシジルエーテル(高分子型/固体エポキシ樹脂)、三菱ケミカル(株)製「jER1004」、エポキシ当量:1026g/当量
<(メタ)アクリレート化合物(B)>
・(B1)アクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル):蝶理GLEX製「Hypro1300X33LC」
・(B2-1)エトキシ化(2)ビスフェノールAジメタクリレート、前記一般式(B2-1)においてR1=R2=CH3、R3=R4=CH3、m=n=1(m+n=2)である化合物
・(B2-2)ウレタンジメタクリレート:前記一般式(B2-2)において、R5が炭素数3のアルキレン基、Xがヘキサメチレン基であり、Yが前記一般式(Y1)で示される2価の基(R6及びR7はメチル基)であるウレタンジメタクリレート
・(B2-3)ウレタンアクリレートキシレン樹脂:キシレン樹脂由来の構造を有するウレタンアクリレート、フドー(株)製「NIKANOL XUAT」
・(B2-4):エトキシ化(5)ビスフェノールAジメタクリレート、前記一般式(B2-1)においてR1=R2=CH3、R3=R4=CH3、m=n=5(m+n=10)である化合物、アルケマ社製「SR-480」
・(B1)アクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル):蝶理GLEX製「Hypro1300X33LC」
・(B2-1)エトキシ化(2)ビスフェノールAジメタクリレート、前記一般式(B2-1)においてR1=R2=CH3、R3=R4=CH3、m=n=1(m+n=2)である化合物
・(B2-2)ウレタンジメタクリレート:前記一般式(B2-2)において、R5が炭素数3のアルキレン基、Xがヘキサメチレン基であり、Yが前記一般式(Y1)で示される2価の基(R6及びR7はメチル基)であるウレタンジメタクリレート
・(B2-3)ウレタンアクリレートキシレン樹脂:キシレン樹脂由来の構造を有するウレタンアクリレート、フドー(株)製「NIKANOL XUAT」
・(B2-4):エトキシ化(5)ビスフェノールAジメタクリレート、前記一般式(B2-1)においてR1=R2=CH3、R3=R4=CH3、m=n=5(m+n=10)である化合物、アルケマ社製「SR-480」
<エポキシ樹脂硬化剤(C)>
・(C)DY-9577:三塩化ホウ素アミン錯体(アミン成分:N,N-ジメチル-n-オクチルアミン)、HUNTSMAN製「Accelerator DY 9577」
・(C)DY-9577:三塩化ホウ素アミン錯体(アミン成分:N,N-ジメチル-n-オクチルアミン)、HUNTSMAN製「Accelerator DY 9577」
<熱ラジカル重合開始剤(D)>
・(D)PERHEXA 25B:2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、日油(株)製「パーヘキサ25B」
・(D)PERHEXA 25B:2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)ヘキサン、日油(株)製「パーヘキサ25B」
<天然硅石粉砕物(E)>
・(E-1)天然硅石粉砕物、D50:1.13μm、均等係数K:3.38
・(E-2)天然硅石粉砕物、D50:4.00μm、均等係数K:3.99
・(E-3)天然硅石粉砕物、D50:5.67μm、均等係数K:5.83
・(E-1)天然硅石粉砕物、D50:1.13μm、均等係数K:3.38
・(E-2)天然硅石粉砕物、D50:4.00μm、均等係数K:3.99
・(E-3)天然硅石粉砕物、D50:5.67μm、均等係数K:5.83
表1より、本発明の熱硬化性樹脂組成物の硬化物はガラス転移温度が80℃以上で且つ伸び率4%以上を達成できたことがわかる。また、熱硬化性樹脂組成物のポットライフも長い。
中でも実施例1~7、10~15の熱硬化性樹脂組成物は、伸び率の測定値のばらつきが少なく、さらに硬化物Tg85℃以上を達成できた。
これに対し、成分(B)及び成分(D)を含有しない比較例1の熱硬化性樹脂組成物(エポキシ樹脂組成物)はポットライフが短く、硬化物の伸び率が4%に達しなかった。また、成分(B1)を含有しない比較例2の熱硬化性樹脂組成物も硬化物の伸び率が4%に達しなかった。
中でも実施例1~7、10~15の熱硬化性樹脂組成物は、伸び率の測定値のばらつきが少なく、さらに硬化物Tg85℃以上を達成できた。
これに対し、成分(B)及び成分(D)を含有しない比較例1の熱硬化性樹脂組成物(エポキシ樹脂組成物)はポットライフが短く、硬化物の伸び率が4%に達しなかった。また、成分(B1)を含有しない比較例2の熱硬化性樹脂組成物も硬化物の伸び率が4%に達しなかった。
本発明によれば、ガラス転移温度及び伸び率が高い硬化物が得られ、ロングポットライフを有する熱硬化性樹脂組成物、その硬化物、プリプレグ、繊維強化複合材、並びに、該繊維強化複合材を含む高圧ガス容器を提供できる。該高圧ガス容器は、本発明のプリプレグを用いてフィラメントワインディング成形により製造することができ、プラスチックライナーの高圧ガス容器や、ライナーレスの高圧ガス容器とすることも可能である。
Claims (11)
- 成分(A):エポキシ樹脂、
成分(B):(メタ)アクリレート化合物、
成分(C):エポキシ樹脂硬化剤、及び
成分(D):熱ラジカル重合開始剤、
を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、
前記成分(B)がアクリロイルオキシ基両末端ポリ(ブタジエン-CO-アクリロニトリル)(B1)、及び、成分(B1)以外の多官能(メタ)アクリレート(B2)を含み、
前記成分(C)がホウ素アミン錯体を含む、熱硬化性樹脂組成物。 - 前記成分(B2)が芳香環を含む多官能(メタ)アクリレートを含む、請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 前記熱硬化性樹脂組成物中の前記成分(A)100質量部に対する前記成分(B)の含有量が5~50質量部である、請求項1又は2に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 前記成分(B)中の前記成分(B1)の含有量が1~70質量%である、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 前記ホウ素アミン錯体が三塩化ホウ素アミン錯体である、請求項1~4のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 前記ホウ素アミン錯体におけるアミン成分がトリアルキルアミンである、請求項1~5のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物の硬化物。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の熱硬化性樹脂組成物と、強化繊維とを含むプリプレグ。
- 前記プリプレグがトウプリプレグである、請求項8に記載のプリプレグ。
- 請求項8又は9に記載のプリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材。
- 請求項10に記載の繊維強化複合材を含む、高圧ガス容器。
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- 2023-09-13 WO PCT/JP2023/033282 patent/WO2024075480A1/ja unknown
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