JP2006233188A - Prepreg for composite material and composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機用構造材料をはじめとして、自動車用途、船舶用途、スポーツ用途、その他一般産業用途に好適な炭素繊維強化複合材料を得るためのプリプレグ、およびそれから得られる炭素繊維強化複合材料に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a prepreg for obtaining a carbon fiber reinforced composite material suitable for use in aircraft applications, marine applications, sports applications, and other general industrial applications, including aircraft structural materials, and a carbon fiber reinforced composite material obtained therefrom. It is.
炭素繊維とマトリックス樹脂硬化物とからなる炭素繊維強化複合材料は、その優れた力学物性などから、航空機、自動車、産業用途に幅広く使われている。近年、その使用実績を積むに従い、繊維強化複合材料の適用範囲はますます拡がっている。 Carbon fiber reinforced composite materials composed of carbon fibers and matrix resin cured products are widely used in aircraft, automobiles, and industrial applications due to their excellent mechanical properties. In recent years, the application range of fiber reinforced composite materials has been expanded as the use results have been increased.
かかる複合材料を構成するマトリックス樹脂には、含浸性や耐熱性に優れる熱硬化性樹脂が用いられることが多く、熱硬化性樹脂には、成形性に優れること、高温、湿潤環境(湿熱環境)にあっても高度の機械強度を発現することが必要とされる。 As the matrix resin constituting such a composite material, a thermosetting resin excellent in impregnation and heat resistance is often used, and the thermosetting resin has excellent moldability, high temperature, wet environment (humid heat environment). Even so, it is necessary to develop a high mechanical strength.
この熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が使用されているが、中でもエポキシ樹脂は、耐熱性、成形性に優れ、炭素繊維複合材料にしたときに高度の機械強度が得られるため、幅広く使用されている。 As this thermosetting resin, phenol resin, melanin resin, bismaleimide resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, etc. are used. Among them, epoxy resin is excellent in heat resistance and moldability, and is a carbon fiber composite material. It is widely used because high mechanical strength can be obtained.
従来の炭素繊維強化複合材料は室温下の通常の環境では、炭素繊維とマトリックス樹脂との間に発現される接着性は充分に高く機械強度も良好であるが、一旦、湿熱環境下におかれると、マトリックス樹脂が吸湿することで可塑化し、かかる接着性の低下により機械強度が損なわれることから、耐湿熱性の改善が強く望まれている。 Conventional carbon fiber reinforced composite materials have a sufficiently high adhesion between carbon fiber and matrix resin in a normal environment at room temperature and good mechanical strength. Then, since the matrix resin is plasticized by absorbing moisture and the mechanical strength is impaired due to such a decrease in adhesiveness, improvement in heat and humidity resistance is strongly desired.
そのため、複合材料内部への水分の浸入を抑制する対策として、複合材料の空隙率を低下させたり、樹脂の極性を減じたりする試みが行われている。 For this reason, attempts have been made to reduce the porosity of the composite material or reduce the polarity of the resin as a measure for suppressing the ingress of moisture into the composite material.
樹脂の極性を減じるには、樹脂を構成するポリマー分子にアルキル基等の側鎖を導入したり、主鎖のアルキル基を長くしたり、エポキシ当量を高め、硬化剤を減らす等の手法が考えられる。(例えば特許文献1、2参照)
しかし、アルキル基等の側鎖を導入すると耐熱性が低下し、また、主鎖のアルキル鎖を長くすると、弾性率と耐熱性が低下し、さらに、エポキシ当量を高め、硬化剤を減らすと炭素繊維との接着性が低下して、得られる複合材料において、繊維方向の圧縮強度、非繊維方向の引張強度、剪断強度、及び、剥離強度等の機械強度が大きく低下する問題があった。
However, when side chains such as alkyl groups are introduced, the heat resistance decreases, and when the main alkyl chain is lengthened, the modulus of elasticity and heat resistance decrease, and when the epoxy equivalent is increased and the curing agent is decreased, carbon is reduced. There is a problem that the mechanical strength such as the compressive strength in the fiber direction, the tensile strength in the non-fiber direction, the shear strength, and the peel strength is greatly reduced in the resulting composite material due to a decrease in adhesion to the fiber.
本発明は、室温乾燥下のみならず、湿熱環境下にあっても、高度の機械強度を発現する炭素繊維強化複合材料を与えるプリプレグ、およびそれから得られる炭素繊維強化複合材料を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a prepreg that provides a carbon fiber reinforced composite material that exhibits high mechanical strength not only under room temperature drying but also in a moist heat environment, and a carbon fiber reinforced composite material obtained therefrom. And
本発明のプリプレグは上記目的を達成するために次のような構成を有する。すなわち、次の構成要素[A]、[B]、[C]を必須成分とする複合材料用プリプレグであって、マトリックス樹脂の測定周波数0.5Hz、測定温度50℃での動的粘弾性測定における複素粘性率η*が10〜100000Pa・sの範囲にあることを特徴とする複合材料用プリプレグである。 In order to achieve the above object, the prepreg of the present invention has the following configuration. That is, a prepreg for a composite material having the following components [A], [B], and [C] as essential components, and measuring the dynamic viscoelasticity of the matrix resin at a measurement frequency of 0.5 Hz and a measurement temperature of 50 ° C. Is a composite prepreg characterized by having a complex viscosity η * in the range of 10 to 100,000 Pa · s.
[A]:炭素繊維からなる強化繊維
[B]:エポキシ樹脂
[C]:構造式(I)で表される構造単位を有するベンゾオキサジン化合物
[A]: Reinforcing fiber made of carbon fiber [B]: Epoxy resin [C]: Benzoxazine compound having a structural unit represented by structural formula (I)
(式中、R1は、炭素数1〜12の鎖状アルキル基、炭素数3〜8の環状アルキル基、フェニル基、又は炭素数1〜12の鎖状アルキル基またはハロゲンで置換されたフェニル基から選ばれる1つであり、芳香環の酸素原子が結合している炭素原子のオルト位とパラ位の少なくとも一方の炭素原子には水素が結合)
また、構成要素[D]として、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、エラストマーから選ばれる1種以上を含む複合材料用プリプレグであることが好ましい。
(In the formula, R 1 represents a chain alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a cyclic alkyl group having 3 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a chain alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or phenyl substituted with halogen. A hydrogen atom bonded to at least one of the ortho and para carbon atoms to which the oxygen atom of the aromatic ring is bonded)
Moreover, it is preferable that it is a prepreg for composite materials containing as a component [D] 1 or more types chosen from a thermoplastic resin, a thermoplastic elastomer, and an elastomer.
さらに、構成要素[B]としてエポキシ当量220未満の液状または半固形状のエポキシ樹脂と、エポキシ当量220以上の固形エポキシ樹脂を併用して用いる複合材料用プリプレグであって、構成要素[B]に含まれるエポキシ当量220未満の液状エポキシ樹脂が、構成要素[B]全体の中で30〜80重量%である複合材料用プリプレグであることが好ましい。
さらに、構成要素[E]として、ポリフェノール類を含む複合材料用プリプレグであることが好ましい。 そして、本発明の複合材料は、これら前記の複合材料用プリプレグを硬化して得られる複合材料である。
Furthermore, the component [B] is a prepreg for a composite material using a liquid or semi-solid epoxy resin having an epoxy equivalent of less than 220 and a solid epoxy resin having an epoxy equivalent of 220 or more in combination. The liquid epoxy resin having an epoxy equivalent of less than 220 contained is preferably a composite prepreg that is 30 to 80% by weight in the entire component [B].
Furthermore, it is preferable that it is a prepreg for composite materials containing polyphenols as component [E]. The composite material of the present invention is a composite material obtained by curing these prepregs for composite materials.
本発明によれば、以下に説明するとおり、複合材料に要求される諸特性を満足しながら、湿熱環境下で機械特性に優れた複合材料を提供することができる。 According to the present invention, as will be described below, it is possible to provide a composite material having excellent mechanical properties in a wet and heat environment while satisfying various properties required for the composite material.
以下、本発明において最良の実施形態の例を説明する。 Hereinafter, an example of the best embodiment in the present invention will be described.
本発明の構成要素[A]は炭素繊維からなる強化繊維である。炭素繊維は高度な耐湿熱性、比強度、比弾性率を繊維強化複合材料に発現させるために有効である。 The component [A] of the present invention is a reinforcing fiber made of carbon fiber. The carbon fiber is effective for causing the fiber-reinforced composite material to exhibit high heat and humidity resistance, specific strength, and specific elastic modulus.
炭素繊維の形態としては、一方向に引き揃えた長繊維、二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組み紐などが挙げられるが、これに限定されるものではない。 Examples of the carbon fiber include, but are not limited to, a long fiber aligned in one direction, a bi-directional woven fabric, a multiaxial woven fabric, a non-woven fabric, a mat, a knit, and a braid.
炭素繊維は用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維を用いることが可能であるが、繊維本来の引張強度や複合材料としたときの耐衝撃性が高いという面から、いわゆる高強度炭素繊維が好ましい。すなわち、ストランド引張試験におけるストランド引張強度4.4GPa以上が好ましく、4.6GPa以上がより好ましい。かかるストランド引張強度は高ければ高いほど好ましいが、4.9GPa程度もあれば十分な場合が多い。10GPaを超えると得られる複合材料の加工性が悪くなる場合がある。また、引張り破断伸度は1.7%以上が好ましく、1.8%以上がより好ましい。かかる引張破断伸度も高ければ高いほど好ましいが2.0%程度もあれば本発明の目的として十分な場合が多い。尚、ここでいうストランド引張試験とは束状の炭素繊維に下記組成の樹脂を含浸させ、130℃で35分間硬化させた後、JIS R7601(1986)に基づいて行う試験をいう。 As the carbon fiber, any type of carbon fiber can be used depending on the application, but so-called high-strength carbon fiber is preferable from the viewpoint of high tensile strength of the fiber and high impact resistance when used as a composite material. That is, the strand tensile strength in the strand tensile test is preferably 4.4 GPa or more, and more preferably 4.6 GPa or more. Such strand tensile strength is preferably as high as possible, but about 4.9 GPa is often sufficient. When it exceeds 10 GPa, the workability of the obtained composite material may deteriorate. Further, the tensile elongation at break is preferably 1.7% or more, and more preferably 1.8% or more. The higher the tensile elongation at break, the better. However, about 2.0% is often sufficient for the purpose of the present invention. The strand tensile test here refers to a test conducted based on JIS R7601 (1986) after impregnating a bundle of carbon fibers with a resin having the following composition and curing at 130 ° C. for 35 minutes.
*樹脂組成
・3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−シクロヘキシル−カルボキシレート(例えば、ERL−4221、ユニオンカーバイド社製) 100重量部
・3フッ化ホウ素モノエチルアミン(例えば、ステラケミファ株式会社製) 3重量部
・アセトン(例えば、和光純薬工業株式会社製) 4重量部
また、炭素繊維は引張弾性率が200GPa以上であることが好ましい。引張弾性率が高い炭素繊維を用いることは、複合材料としたときに高剛性を得ることに繋がる。かかる引張弾性率はより好ましくは210GPa以上であり、さらに好ましくは220GPa以上である。かかる引張弾性率は高ければ高いほど好ましいが230GPa程度もあれば本発明の目的として十分な場合が多い。700GPaを超えると得られる複合材料の耐衝撃性が低下する場合がある。
* Resin composition-3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxy-cyclohexyl-carboxylate (for example, ERL-4221, manufactured by Union Carbide) 100 parts by weight-boron trifluoride monoethylamine (for example, Stella Chemifa Corporation) (Made by company) 3 parts by weight Acetone (for example, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 4 parts by weight The carbon fiber preferably has a tensile modulus of 200 GPa or more. The use of carbon fibers having a high tensile modulus leads to high rigidity when a composite material is used. Such tensile elastic modulus is more preferably 210 GPa or more, and further preferably 220 GPa or more. The higher the tensile elastic modulus, the better. However, if it is about 230 GPa, it is often sufficient for the purpose of the present invention. If it exceeds 700 GPa, the impact resistance of the resulting composite material may be reduced.
炭素繊維はまた、他の強化繊維と混合して用いてもかまわない。他の強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維等が挙げられる。 Carbon fibers may also be used in combination with other reinforcing fibers. Examples of other reinforcing fibers include glass fibers, aramid fibers, boron fibers, alumina fibers, and silicon carbide fibers.
本発明の構成要素[B]はエポキシ樹脂であり、本発明においては主にマトリックス樹脂として用いられる。エポキシ樹脂としては、分子内に少なくとも2個以上のエポキシ基を有する化合物であれば、いかなるものも使用できる。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、テトラグリシジルキシレンジアミン、グリシジルアニリン、グリシジルo−トルイジンなどのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂、オキサゾリドン環を含有するイソシアネート変性エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を含有するエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を含有するエポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格を含有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を含有するエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、等を挙げることができる。 The component [B] of the present invention is an epoxy resin, and is mainly used as a matrix resin in the present invention. Any epoxy resin can be used as long as it is a compound having at least two epoxy groups in the molecule. Specifically, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol type epoxy resin such as tetrabromobisphenol A type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, etc. Novolak type epoxy resin, tetraglycidyl diaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, glycidyl aniline, glycidyl amine type epoxy resin such as glycidyl o-toluidine, isocyanate modified epoxy resin containing oxazolidone ring, biphenyl skeleton Epoxy resin containing, epoxy resin containing naphthalene skeleton, epoxy resin containing triphenylmethane skeleton, Epoxy resins containing black cyclopentadiene skeleton, an alicyclic epoxy resin, and the like.
また、これらのエポキシ樹脂を組み合わせて用いることも好ましい。複合材料用のプリプレグでは、ドレープ性が求められることから、マトリックス樹脂は液状、または半固形状であることが必要不可欠である。そのために、構成要素[B]のエポキシ樹脂として、エポキシ当量が220未満の液状、または半固形状のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。一方で、複合材料には、耐衝撃性、高引張強度等の機械特性が求められることから、マトリックス樹脂には、高靭性、高伸度といった物性が求められる。そのために、エポキシ当量が220未満の液状、または半固形状のエポキシ樹脂に加え、構成要素[B]のエポキシ樹脂として、エポキシ当量が220以上の高分子量体であるエポキシ樹脂を併用して用いることが好ましい。 It is also preferable to use a combination of these epoxy resins. In a prepreg for a composite material, since drapability is required, it is essential that the matrix resin is in a liquid or semi-solid state. Therefore, it is preferable to use a liquid or semi-solid epoxy resin having an epoxy equivalent of less than 220 as the epoxy resin of the component [B]. On the other hand, since composite materials are required to have mechanical properties such as impact resistance and high tensile strength, matrix resins are required to have physical properties such as high toughness and high elongation. Therefore, in addition to a liquid or semi-solid epoxy resin having an epoxy equivalent of less than 220, an epoxy resin that is a high molecular weight polymer having an epoxy equivalent of 220 or more is used as the epoxy resin of the component [B]. Is preferred.
かかる併用態様について、エポキシ当量が220未満のエポキシ樹脂の配合量は、構成成分[B]全体の中で、30〜80重量%であることが好ましい。30重量%未満の場合、ドレープ性が不足となり、80重量%を超える場合、耐衝撃性、引張強度といった機械特性が低下する傾向にある。 About this combined use aspect, it is preferable that the compounding quantity of the epoxy resin whose epoxy equivalent is less than 220 is 30 to 80 weight% in the whole structural component [B]. When it is less than 30% by weight, the drape property is insufficient, and when it exceeds 80% by weight, mechanical properties such as impact resistance and tensile strength tend to be lowered.
本発明の構成要素[C]は、構造式(I)で表される構造単位を有するベンゾオキサジン化合物である。 Component [C] of the present invention is a benzoxazine compound having a structural unit represented by Structural Formula (I).
(式中、R1は、炭素数1〜12の鎖状アルキル基、炭素数3〜8の環状アルキル基、フェニル基、又は炭素数1〜12の鎖状アルキル基またはハロゲンで置換されたフェニル基から選ばれる1つであり、芳香環の酸素原子が結合している炭素原子のオルト位とパラ位の少なくとも一方の炭素原子には水素が結合)
R1の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、フェニル基、o−メチルフェニル基、m−メチルフェニル基、p−メチルフェニル基、o−エチルフェニル基、m−エチルフェニル基、p−エチルフェニル基、o−t−ブチルフェニル基、m−t−ブチルフェニル基、p−t−ブチルフェニル基、o−クロロフェニル基、o−ブロモフェニル基などを好ましく挙げることができる。これらの中でも、良好な取り扱い性を与えることから、メチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基、o−メチルフェニル基がさらに好ましい。
(In the formula, R 1 represents a chain alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a cyclic alkyl group having 3 to 8 carbon atoms, a phenyl group, or a chain alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, or phenyl substituted with halogen. A hydrogen atom bonded to at least one of the ortho and para carbon atoms to which the oxygen atom of the aromatic ring is bonded)
Examples of R 1 include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, phenyl group, o-methylphenyl group, m-methyl. Phenyl group, p-methylphenyl group, o-ethylphenyl group, m-ethylphenyl group, p-ethylphenyl group, ot-butylphenyl group, mt-butylphenyl group, pt-butylphenyl group , O-chlorophenyl group, o-bromophenyl group and the like can be preferably exemplified. Among these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a phenyl group, and an o-methylphenyl group are more preferable because they give good handleability.
本発明において、ベンゾオキサジン化合物としては、例えば次構造式(II)〜(IX)で表される化合物からなる群から選ばれるものが好ましく用いられるが、これらに限定されるものではない。 In the present invention, as the benzoxazine compound, for example, those selected from the group consisting of compounds represented by the following structural formulas (II) to (IX) are preferably used, but are not limited thereto.
構成要素[C]のベンゾオキサジン化合物は、モノマーのみからなるものでも良いし、数分子が重合してオリゴマー状態となっていても良く、また、異なる構造を有するベンゾオキサジン化合物を同時に用いても良い。構成要素[C]のベンゾオキサジン化合物は、構成要素[B]のエポキシ樹脂と混合されてマトリックス樹脂を構成する。 The benzoxazine compound of the constituent element [C] may be composed only of a monomer, or several molecules may be polymerized into an oligomer state, or benzoxazine compounds having different structures may be used simultaneously. . The benzoxazine compound of component [C] is mixed with the epoxy resin of component [B] to form a matrix resin.
構成要素[C]のベンゾオキサジン化合物は、熱により開環反応してフェノール性水酸基を分子内に生成する。生成したフェノール性水酸基と、構成要素[B]のエポキシ樹脂のエポキシ基が反応することにより、低吸水で、耐湿熱性に優れた硬化物を生成する。そのために、構成要素[C]のベンゾオキサジン化合物の開環反応を促進する化合物を必要に応じて使用しても良い。開環反応を促進する化合物としては、フェノール化合物、カルボン酸、スルホン酸等のプロトン酸、三ハロゲン化ホウ素錯体等のルイス酸、芳香族アミン、イミダゾール等のアミン化合物、トリフェニルホスフィン等を挙げることができる。これらは単独で使用しても良いし、2種類以上併用しても良い。 The benzoxazine compound of the constituent element [C] generates a phenolic hydroxyl group in the molecule by a ring-opening reaction by heat. The produced phenolic hydroxyl group reacts with the epoxy group of the epoxy resin of the constituent element [B] to produce a cured product having low water absorption and excellent heat and moisture resistance. Therefore, a compound that promotes the ring-opening reaction of the benzoxazine compound as the constituent element [C] may be used as necessary. Examples of compounds that promote the ring-opening reaction include phenolic compounds, proton acids such as carboxylic acids and sulfonic acids, Lewis acids such as boron trihalide complexes, amine compounds such as aromatic amines and imidazoles, and triphenylphosphine. Can do. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明の構成要素[D]はマトリックス樹脂に添加される添加剤であり、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、エラストマーから選ばれる1種以上からなる。構成要素[D]はマトリックス樹脂組成物の靭性を向上させ、かつ、粘弾性を変化させて粘度、貯蔵弾性率、チキソトロピー性を適正化する役割がある。構成要素[D]として用いられる熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、エラストマーは、単独で使用しても良いし、2種類以上を併用しても良い。 Component [D] of the present invention is an additive added to the matrix resin, and is composed of one or more selected from thermoplastic resins, thermoplastic elastomers, and elastomers. Component [D] has a role of improving the toughness of the matrix resin composition and changing the viscoelasticity to optimize the viscosity, storage elastic modulus, and thixotropy. The thermoplastic resin, thermoplastic elastomer, and elastomer used as component [D] may be used alone or in combination of two or more.
熱可塑性樹脂としては、主鎖に、炭素−炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、尿素結合、チオエーテル結合、スルホン結合、イミダゾール結合、カルボニル結合から選ばれる結合を有する熱可塑性樹脂が好ましく使用される。ポリアクリレート、ポリアミド、ポリアラミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンのようなエンジニアリングプラスチックに属する熱可塑性樹脂の一群がより好ましく使用される。特に好ましくは、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどが、耐熱性にも優れることから好ましく使用される。また、これらの熱可塑性樹脂が熱硬化性樹脂との反応性を有することは靱性向上および硬化樹脂の耐環境性維持の観点から好ましい。特に好ましい官能基としては、カルボキシル基、アミノ基、水酸基などが挙げられる。これら熱可塑性樹脂の市販品として、ポリエーテルスルホンとしては、スミカエクセル(登録商標)PES3600P、スミカエクセル(登録商標)PES5003P、スミカエクセル(登録商標)PES5200P、スミカエクセル(登録商標、以上、住友化学工業(株)製)PES7200P、ポリエーテルイミドとしては、ウルテム(登録商標)1000、ウルテム(登録商標、以上、日本ジーイープラスチックス(株)製)1010などを使用することができる。 The thermoplastic resin is selected from carbon-carbon bond, amide bond, imide bond, ester bond, ether bond, carbonate bond, urethane bond, urea bond, thioether bond, sulfone bond, imidazole bond and carbonyl bond in the main chain. A thermoplastic resin having a bond is preferably used. A group of thermoplastic resins belonging to engineering plastics such as polyacrylates, polyamides, polyaramids, polyesters, polycarbonates, polyphenylene sulfides, polybenzimidazoles, polyimides, polyetherimides, polysulfones, polyethersulfones are more preferably used. Particularly preferably, polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone and the like are preferably used because of their excellent heat resistance. Moreover, it is preferable that these thermoplastic resins have reactivity with the thermosetting resin from the viewpoint of improving toughness and maintaining the environmental resistance of the cured resin. Particularly preferred functional groups include a carboxyl group, an amino group, and a hydroxyl group. As commercially available products of these thermoplastic resins, polyethersulfone includes SUMIKAEXCEL (registered trademark) PES3600P, SUMIKAEXCEL (registered trademark) PES5003P, SUMIKAEXCEL (registered trademark) PES5200P, SUMIKAEXCEL (registered trademark, and above, Sumitomo Chemical Industries). As PES7200P and polyetherimide, Ultem (registered trademark) 1000, Ultem (registered trademark, above, manufactured by Nippon GE Plastics) 1010 and the like can be used.
これらの熱可塑性樹脂は、マトリックス樹脂中に溶解させて使用してもいいし、粉砕などの方法により微粒子化したものをマトリックス樹脂中に分散させて使用してもよい。 These thermoplastic resins may be used after being dissolved in a matrix resin, or may be used after being finely divided by a method such as pulverization or the like.
かかる熱可塑性樹脂の配合量は、マトリックス樹脂における全エポキシ基含有化合物100重量部に対して、好ましくは1〜30重量部配合するのが、マトリックス樹脂に適度な流動性を与え、得られる炭素繊維強化プラスチックの機械強度を高める作用を有するのでよい。 The amount of the thermoplastic resin blended is preferably 1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total epoxy group-containing compound in the matrix resin. It may have an effect of increasing the mechanical strength of the reinforced plastic.
熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステル系、またはポリアミド系の熱可塑性エラストマーが好ましく配合される。ここでいう熱可塑性エラストマーとは、ハードセグメント成分とソフトセグメント成分からなるブロック共重合体であり、室温以下のガラス転移温度と室温以上の融点を有するポリマーである。ポリエステル系またはポリアミド系の熱可塑性エラストマーの場合は、ハードセグメント成分がポリエステル単位、あるいはポリアミド単位である構造を有する。これらの熱可塑性エラストマーとしては例えば国際公開第96/02592号パンフレットに記載のものを用いることができる。 As the thermoplastic elastomer, a polyester-based or polyamide-based thermoplastic elastomer is preferably blended. The thermoplastic elastomer here is a block copolymer composed of a hard segment component and a soft segment component, and is a polymer having a glass transition temperature below room temperature and a melting point above room temperature. The polyester-based or polyamide-based thermoplastic elastomer has a structure in which the hard segment component is a polyester unit or a polyamide unit. As these thermoplastic elastomers, for example, those described in International Publication No. 96/02592 pamphlet can be used.
また、多くの市販品も使用できる。市販のポリエステル系熱可塑性エラストマーとしては、東レ・デュポン社“ハイトレル”、東洋紡社“ベルプレン”、等を挙げることができ、ポリアミド熱可塑性エラストマーとしては、ATOFINA社の“PEBAX”、三菱化学社の“NOVAMID”等を挙げることができる。 Many commercial products can also be used. Examples of commercially available polyester-based thermoplastic elastomers include Toray Du Pont's “Hytrel” and Toyobo's “Belprene”. Polyamide thermoplastic elastomers include ATOFINA's “PEBAX” and Mitsubishi Chemical's “ NOVAMID "and the like.
これらの熱可塑性エラストマーは、マトリックス樹脂中に溶解させて使用してもいいし、粉砕などの方法により微粒子化したものをマトリックス樹脂中に分散させて使用してもよい。 These thermoplastic elastomers may be used after being dissolved in a matrix resin, or may be used after being finely divided by a method such as pulverization or the like.
以上に述べたような熱可塑性エラストマーを配合した樹脂組成物は、優れたタック性を示しながら、低粘度であるため、ドレープ性、強化繊維への含浸性にも優れる。また、このような熱可塑性エラストマーを配合しない場合に比較して、樹脂の粘弾性関数の温度依存性、特に室温付近での変化が小さいため、プリプレグの取り扱い性の温度依存性が小さくなり、好ましい。従って、これを用いたプリプレグは、タック性、ドレープ性、品位ともに優れた特性を発現し得る。このような効果を得るためには、熱可塑性エラストマーをマトリックス樹脂におけるエポキシ基含有化合物100重量部に対して1〜30重量部配合することが好ましい。 Since the resin composition containing the thermoplastic elastomer as described above has excellent tackiness and low viscosity, it is excellent in drape and impregnation into reinforcing fibers. Further, compared to the case where such a thermoplastic elastomer is not blended, the temperature dependency of the viscoelastic function of the resin, particularly the change near room temperature is small, so the temperature dependency of the prepreg handling property is reduced, which is preferable. . Therefore, a prepreg using the same can exhibit excellent properties in tackiness, drapeability, and quality. In order to obtain such an effect, it is preferable to add 1 to 30 parts by weight of the thermoplastic elastomer to 100 parts by weight of the epoxy group-containing compound in the matrix resin.
エラストマーとしては、固形ゴム、液状ゴム、ゴム粒子などを用いることができる。一般に固形ゴムは液状ゴムに比べて同一量をマトリックス樹脂に溶解した場合の粘度上昇が大きく、成形過程の樹脂組成物を適度な粘度レベルに保ちながら、比較的成形物の耐熱性を維持できるため好ましい。特に、マトリックス樹脂の粘弾性関数の温度依存性が減少し、プリプレグを扱う作業環境温度の変動があっても取り扱い性が悪化しにくく、またプリプレグ放置によるタック性の経時変化を小さくし、硬化物である成形板の表面平滑性を向上することができる。固形ゴムとしてはブタジエンとアクリロニトリルのランダムコポリマーであるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体がエポキシ樹脂との相溶性の面から好ましい。アクリロニトリルの共重合比を変化させることでエポキシ樹脂との相溶性を制御できる。さらにエポキシ樹脂との接着性をあげるために官能基を有する固形ゴムがより好ましい。官能基としては、カルボキシル基、アミノ基などがある。特にカルボキシル基を含有する固形アクリロニトリル−ブタジエンゴムが好ましい。また、水素化ニトリルゴムも耐候性に優れるため好ましい。これら固形ゴムの市販品としてNIPOL(登録商標)1072、NIPOL1072J、NIPOL1472、NIPOL1472HV、NIPOL1042、NIPOL1043、NIPOLDN631、NIPOL1001、ZETPOL(登録商標)2020、ZETPOL2220、ZETPOL3110(以上、日本ゼオン(株)製)等が挙げられる。 As the elastomer, solid rubber, liquid rubber, rubber particles, or the like can be used. In general, solid rubber has a large increase in viscosity when dissolved in the same amount in a matrix resin compared to liquid rubber, so that the heat resistance of the molded product can be maintained relatively while maintaining the resin composition in the molding process at an appropriate viscosity level. preferable. In particular, the temperature dependency of the viscoelastic function of the matrix resin is reduced, the handling property is not easily deteriorated even if the working environment temperature changes when handling the prepreg, and the change in tackiness with time due to leaving the prepreg is reduced, and the cured product It is possible to improve the surface smoothness of the molded plate. As the solid rubber, an acrylonitrile-butadiene copolymer which is a random copolymer of butadiene and acrylonitrile is preferable from the viewpoint of compatibility with the epoxy resin. The compatibility with the epoxy resin can be controlled by changing the copolymerization ratio of acrylonitrile. Further, a solid rubber having a functional group is more preferable in order to increase the adhesion with the epoxy resin. Examples of the functional group include a carboxyl group and an amino group. In particular, a solid acrylonitrile-butadiene rubber containing a carboxyl group is preferable. Hydrogenated nitrile rubber is also preferable because of its excellent weather resistance. NIPOL (registered trademark) 1072, NIPOL 1072J, NIPOL 1472, NIPOL 1472HV, NIPOL 1042, NIPOL 1043, NIPOLDN 631, NIPOL 1001, ZETPOL (registered trademark) 2020, ZETPOL 2210, ZETPOL 3110 (manufactured by ZETPOL 3110) Can be mentioned.
また、ゴム粒子としては、架橋ゴム粒子、及び架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合したコアシェルゴム粒子が好ましく用いられる。市販の架橋ゴム粒子としては、カルボキシル変性のブタジエン−アクリロニトリル共重合体の架橋物からなるFX601P(JSR(株)製)、アクリルゴム微粒子からなるCX−MNシリーズ(日本触媒(株)製)、YR−500シリーズ(東都化成(株)製)などを使用することができる。また、市販のコアシェルゴム粒子としては、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合体からなるパラロイド(登録商標)EXL−2655(呉羽化学工業(株)製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなるスタフィロイド(登録商標)AC−3355、TR−2122(武田薬品工業(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合体からなるPARALOID(登録商標)EXL−2611、EXL−3387(Rohm& Haas社製)などを使用することができる。 As the rubber particles, crosslinked rubber particles and core-shell rubber particles obtained by graft polymerization of a different polymer on the surface of the crosslinked rubber particles are preferably used. Commercially available crosslinked rubber particles include FX601P (made by JSR) made of a crosslinked product of carboxyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer, CX-MN series (made by Nippon Shokubai Co., Ltd.) made of acrylic rubber fine particles, YR. -500 series (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.) can be used. Commercially available core-shell rubber particles include paraloid (registered trademark) EXL-2655 (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.), acrylate ester / methacrylate ester copolymer comprising butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer. Staphyloid (registered trademark) AC-3355, TR-2122 (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.), PARALOID (registered trademark) EXL-2611, EXL-3387 (composed of butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer) Rohm & Haas) can be used.
これらゴム成分は靱性向上の反面、樹脂の弾性率や耐熱性を低下させやすいため、配合する場合は、添加量をマトリックス樹脂におけるエポキシ基含有化合物100重量部に対して0.1〜20重量部とすることが好ましく、1〜10重量部であることがさらに好ましい。 These rubber components improve toughness, but easily reduce the elastic modulus and heat resistance of the resin. Therefore, when blended, the amount added is 0.1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy group-containing compound in the matrix resin. Preferably, the amount is 1 to 10 parts by weight.
本発明では、その他の成分として、一般にエポキシ樹脂の硬化剤といわれる化合物を用いても良い。例えば、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンのような芳香族アミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン等の脂肪族アミン、ジシアンジアミド、テトラメチルグアニジン、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物のようなカルボン酸無水物、アジピン酸ヒドラジド等のカルボン酸ヒドラジド、カルボン酸アミド、ポリフェノール化合物等を挙げることができる。これらの中でも良好な耐熱性および硬化性を与えることから、ジアミノジフェニルスルホンの各構造異性体を含むことが好ましい。 In this invention, you may use the compound generally called the hardening | curing agent of an epoxy resin as another component. For example, aromatic amines such as diaminodiphenylmethane and diaminodiphenylsulfone, aliphatic amines such as triethylenetetramine and isophoronediamine, carboxylic acid anhydrides such as dicyandiamide, tetramethylguanidine and methylhexahydrophthalic anhydride, adipic acid Examples thereof include carboxylic acid hydrazides such as hydrazide, carboxylic acid amides, and polyphenol compounds. Among these, it is preferable that each structural isomer of diaminodiphenylsulfone is included in order to give good heat resistance and curability.
本発明の複合材料用プリプレグでは、さらに構成要素[E]であるポリフェノール類をマトリックス樹脂に含ませるのが好ましい。構成要素[E]はポリフェノール類であり、フェノール性水酸基を2つ以上持つことを特徴とする。構成要素[E]は、マトリックス樹脂中に添加され、硬化物の弾性率、および耐湿熱性を向上させる効果を持つ。従って、得られる炭素繊維複合材料の湿熱環境下での圧縮強度を向上させることができる。 In the composite material prepreg of the present invention, it is preferable that the matrix resin further contains polyphenols as the constituent element [E]. Component [E] is a polyphenol and is characterized by having two or more phenolic hydroxyl groups. The component [E] is added to the matrix resin, and has an effect of improving the elastic modulus and heat-and-moisture resistance of the cured product. Therefore, it is possible to improve the compressive strength of the obtained carbon fiber composite material in a wet heat environment.
構成要素[E]のポリフェノール類としては、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有フェノール樹脂、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂などが好ましく用いられるが、これらに限るものではない。 As the polyphenols of component [E], phenol novolac resins, phenol aralkyl resins, biphenyl skeleton-containing phenol resins, naphthalene skeleton-containing phenol resins, and the like are preferably used, but are not limited thereto.
市販されている構成要素[E]としては、H−1、H−4,DL−92、HF−1(全てフェノールノボラック樹脂:明和化成(株)製)、MEH−7800(フェノールアラルキル樹脂:明和化成(株)製)、MEH−7851(ビフェニル骨格含有フェノール樹脂:明和化成(株)製)、SN−160L(ナフタレン骨格含有フェノール樹脂:東都化成(株)製)などを使用することができる。 As the commercially available component [E], H-1, H-4, DL-92, HF-1 (all phenol novolac resins: manufactured by Meiwa Kasei Co., Ltd.), MEH-7800 (phenol aralkyl resins: Meiwa) Kasei Co., Ltd.), MEH-7851 (biphenyl skeleton-containing phenol resin: Meiwa Kasei Co., Ltd.), SN-160L (naphthalene skeleton-containing phenol resin: Toto Kasei Co., Ltd.), and the like can be used.
構成要素[E]の添加量としては、マトリックス樹脂におけるエポキシ樹脂などのエポキシ基含有化合物100重量部に対して5〜100重量部とすることが好ましく、10〜50重量部であることがさらに好ましい。構成要素[E]の添加量が少なすぎると、湿熱環境下での圧縮強度を向上させる効果が十分ではなく、多すぎると、粘度が高くなりプリプレグのドレープ性が低下する傾向にある。 As addition amount of component [E], it is preferable to set it as 5-100 weight part with respect to 100 weight part of epoxy-group containing compounds, such as an epoxy resin in a matrix resin, and it is still more preferable that it is 10-50 weight part. . If the addition amount of the component [E] is too small, the effect of improving the compressive strength in a moist heat environment is not sufficient, and if it is too much, the viscosity increases and the prepreg drape tends to decrease.
本発明では、さらに、無機添加剤を加えても良い。無機添加剤としては、炭酸カルシウム、酸化チタン、水酸化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム、微粒子状シリカ、炭酸カルシウム、マイカ、タルク、モンモリロナイト、スメクタイト、カーボンブラック、炭化ケイ素、アルミナ水和物等の無機粒子を挙げることができる。 In the present invention, an inorganic additive may be further added. Inorganic additives include inorganic particles such as calcium carbonate, titanium oxide, aluminum hydroxide, aluminum silicate, particulate silica, calcium carbonate, mica, talc, montmorillonite, smectite, carbon black, silicon carbide, and alumina hydrate. Can be mentioned.
さて、プリプレグのドレープ性は、マトリックス樹脂の粘弾性と相関がある。樹脂の粘弾性の測定には、通常、平行平板を用いた動的粘弾性測定法が用いられる。動的粘弾性は、測定温度、測定周波数に依存して変化するが、室温付近の粘弾性挙動を代表する値として、測定温度50℃、測定周波数0.5Hzの条件下での複素粘性率η*が10〜100000Pa・sにあるときに、航空機等の用途に適切なドレープ性を有するプリプレグを得られるため好ましい。さらには、100〜3000Pa・sの範囲がより好ましい。複素粘性率η*がかかる範囲を超える高粘度になった場合、ドレープ性が適正でなくなるだけでなく、プリプレグのタックが不足となり、炭素繊維からなる強化繊維への含浸が行いにくくなることがある。また、複素粘性率η*がかかる範囲に満たない場合は、プリプレグの形態保持性が低下することがある。 Now, the drapability of the prepreg correlates with the viscoelasticity of the matrix resin. For measurement of the viscoelasticity of the resin, a dynamic viscoelasticity measurement method using a parallel plate is usually used. The dynamic viscoelasticity changes depending on the measurement temperature and the measurement frequency. As a representative value of the viscoelastic behavior near room temperature, the complex viscosity η under the conditions of a measurement temperature of 50 ° C. and a measurement frequency of 0.5 Hz is used. When * is in the range of 10 to 100000 Pa · s, it is preferable because a prepreg having a drape suitable for an application such as an aircraft can be obtained. Furthermore, the range of 100 to 3000 Pa · s is more preferable. If the complex viscosity η * is higher than this range, not only will the drapability be inadequate, but the prepreg tack may be insufficient and impregnation of the reinforcing fibers made of carbon fibers may be difficult. . Further, when the complex viscosity η * is less than this range, the prepreg shape retention may be deteriorated.
次に、本発明のプリプレグの製造方法について説明する。本発明のプリプレグは、前記本発明のマトリックス樹脂組成物を強化繊維に含浸せしめるものであれば特に限定はされないが、例えばマトリックス樹脂をメチルエチルケトン、メタノールなどの溶媒に溶解して低粘度化し、含浸させるウェット法、あるいは加熱により低粘度化し、含浸させるホットメルト法などの方法により製造することができる。 Next, the manufacturing method of the prepreg of this invention is demonstrated. The prepreg of the present invention is not particularly limited as long as the matrix resin composition of the present invention is impregnated into the reinforcing fiber. For example, the matrix resin is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to lower the viscosity and impregnate. It can be produced by a wet method or a method such as a hot melt method in which the viscosity is lowered and impregnated by heating.
ウェット法では、強化繊維をマトリックス樹脂を含む液体に浸漬した後、引き上げ、オーブンなどを用いて溶媒を蒸発させてプリプレグを得ることができる。 In the wet method, a prepreg can be obtained by immersing reinforcing fibers in a liquid containing a matrix resin, and then pulling up and evaporating the solvent using an oven or the like.
ホットメルト法では、加熱により低粘度化したマトリックス樹脂を直接強化繊維に含浸させる方法、あるいは一旦樹脂組成物を離型紙などの上にコーティングしたフィルムをまず作成し、ついで強化繊維の両側あるいは片側から該フィルムを重ね、加熱加圧することによりマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを製造することができる。ホットメルト法は、プリプレグ中に残留する溶媒がないため好ましい。 In the hot melt method, a method of directly impregnating a reinforcing fiber with a matrix resin whose viscosity has been reduced by heating, or a film in which a resin composition is once coated on release paper or the like is first created, and then from both sides or one side of the reinforcing fiber. A prepreg impregnated with a matrix resin can be produced by stacking the films and applying heat and pressure. The hot melt method is preferable because there is no solvent remaining in the prepreg.
また、本発明のプリプレグの取り扱い性を適切な範囲とするためには強化繊維に樹脂を含浸する工程において、樹脂組成物が到達する最高温度が60℃〜150℃の範囲であることが好ましい。さらには80〜130℃であることが好ましい。かかる最高温度が150℃を超えるとマトリックス樹脂組成物中で硬化反応が部分的に進行し、未硬化樹脂のTgが上昇してしまい適当なドレープ性を達成できない場合があり、また60℃未満であると充分な含浸が困難となる場合がある。 Moreover, in order to make the handleability of the prepreg of the present invention within an appropriate range, it is preferable that the maximum temperature reached by the resin composition is in the range of 60 ° C to 150 ° C in the step of impregnating the reinforcing fiber with resin. Furthermore, it is preferable that it is 80-130 degreeC. When the maximum temperature exceeds 150 ° C., the curing reaction partially proceeds in the matrix resin composition, and the Tg of the uncured resin may increase, and an appropriate drape property may not be achieved. In some cases, sufficient impregnation may be difficult.
本発明のプリプレグは、マトリックス樹脂組成物が必ずしも炭素繊維束の内部まで含浸されている必要はなく、シート状に一方向に引き揃えた炭素繊維や、炭素繊維織物の表面付近にエポキシ樹脂組成物を局在化させておいても良い。 In the prepreg of the present invention, the matrix resin composition does not necessarily need to be impregnated to the inside of the carbon fiber bundle, and the epoxy resin composition is formed near the surface of the carbon fiber aligned in one direction in a sheet shape or the carbon fiber fabric. May be localized.
本発明のプリプレグを用いて炭素繊維強化複合材料を成形するには、プリプレグを積層後、積層物に圧力を付与しながら樹脂を加熱硬化させる方法などを用いることができる。 In order to form a carbon fiber reinforced composite material using the prepreg of the present invention, a method of heat-curing the resin while applying pressure to the laminate after laminating the prepreg can be used.
圧力を付与しながら樹脂を加熱硬化させる方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、内圧成形法などがある。 Examples of methods for heat curing the resin while applying pressure include a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, and an internal pressure molding method.
本発明における繊維強化複合材料は、航空機用構造材料をはじめとして、自動車用途、船舶用途、スポーツ用途、その他一般産業用途に好適であり、室温乾燥下のみならず、湿熱環境下にあっても、高度の機械強度を発現することができる。 The fiber-reinforced composite material according to the present invention is suitable for use in aircraft applications, marine applications, sports applications, and other general industrial applications, including aircraft structural materials. High mechanical strength can be expressed.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。各実施例、比較例については、樹脂組成物、プリプレグ、複合材料等の作製、各種物性の測定は次に示す方法で行った。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. About each Example and the comparative example, preparation of a resin composition, a prepreg, a composite material, etc. and the measurement of various physical properties were performed by the method shown next.
<樹脂組成物の作製>
各実施例、比較例では、次に示す原料樹脂を使用し、表1に示す組成によりニーダーで混練して樹脂組成物を調製した。
[エポキシ樹脂]
・MY720(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、エポキシ当量:125)
・エピコート630(ジャパンエポキシレジン(株)製、トリグリシジルアミノフェノール、エポキシ当量:97.5)
・エピコート828(ジャパンエポキシレジン(株)製、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量:189)
・エピコート1004(ジャパンエポキシレジン(株)製、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量:975)
・HP7200L(大日本インキ(株)製、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、エポキシ当量:245)
[ベンゾオキサジン化合物]
・F−a型(四国化成工業(株)製、ビスフェノールF−アニリン型ベンゾオキサジン)
・B−a型(四国化成工業(株)製、ビスフェノールA−アニリン型ベンゾオキサジン)
[添加剤]
・PES(住友化学工業(株)製、ポリエーテルスルホン、スミカエクセルPES5003P)
・MEH7800SS(明和化成(株)製、フェノールアラルキル樹脂)
・SN160L(東都化成(株)製、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂)
[その他]
・スミキュアS(住友化学工業(株)、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン)
・BF3・ピペリジン(ステラケミファ(株)製)
・ 動的粘弾性測定
マトリックス樹脂の動的粘弾性の測定は、レオメトリックス社製ダイナミックアナライザーRDAII型を使用して行った。測定は半径25mmの平行平板を用い、測定温度50℃、測定周波数0.5Hz、GAP1mmの条件下での複素粘性率η*を求めた。
<Preparation of resin composition>
In each example and comparative example, the following raw material resins were used, and a resin composition was prepared by kneading with a kneader according to the composition shown in Table 1.
[Epoxy resin]
MY720 (manufactured by Huntsman Advanced Materials Corp., tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, epoxy equivalent: 125)
Epicoat 630 (Japan Epoxy Resin Co., Ltd., triglycidylaminophenol, epoxy equivalent: 97.5)
Epicoat 828 (Japan Epoxy Resin Co., Ltd., bisphenol A type epoxy resin, epoxy equivalent: 189)
Epicote 1004 (Japan Epoxy Resin Co., Ltd., bisphenol A type epoxy resin, epoxy equivalent: 975)
HP7200L (Dainippon Ink Co., Ltd., dicyclopentadiene type epoxy resin, epoxy equivalent: 245)
[Benzoxazine compounds]
-Fa type (Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., bisphenol F-aniline type benzoxazine)
・ Ba type (manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd., bisphenol A-aniline type benzoxazine)
[Additive]
-PES (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., polyethersulfone, SUMIKAEXCEL PES5003P)
MEH7800SS (Maywa Kasei Co., Ltd., phenol aralkyl resin)
SN160L (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd., naphthalene skeleton-containing phenol resin)
[Others]
・ SumiCure S (Sumitomo Chemical Co., Ltd., 4,4'-diaminodiphenylsulfone)
・ BF3 ・ Piperidin (manufactured by Stella Chemifa Corporation)
-Dynamic viscoelasticity measurement The dynamic viscoelasticity measurement of the matrix resin was performed using a dynamic analyzer RDAII type manufactured by Rheometrics. For the measurement, a parallel plate having a radius of 25 mm was used, and the complex viscosity η * was obtained under the conditions of a measurement temperature of 50 ° C., a measurement frequency of 0.5 Hz, and a GAP of 1 mm.
2.プリプレグの作製
表1に示すマトリックス樹脂(表中数字は重量部を表す)について、ナイフコーターを用いて目付52g/m2で離型紙上にコーティングし、所定の樹脂目付の樹脂フィルムを作製した。この樹脂フィルムを一方向に引き揃えた炭素繊維(目付190g/m2)の両側に重ね合せてヒートロールを用い、加熱加圧しながらマトリックス樹脂を含浸させ、一方向プリプレグを作製した。なお、強化繊維は東レ(株)製、炭素繊維“トレカ(登録商標)” T700G−12K(繊維数12000本、引張強度4.9GPa、引張弾性率240GPa、引張伸度2.1%)を用いた。
2. Preparation of Prepreg The matrix resin shown in Table 1 (the numbers in the table represent parts by weight) was coated on a release paper with a basis weight of 52 g / m 2 using a knife coater to prepare a resin film with a predetermined resin basis weight. This resin film was superposed on both sides of carbon fibers (weight per unit area 190 g / m 2 ) aligned in one direction, and a heat roll was used to impregnate the matrix resin while heating and pressing to prepare a one-way prepreg. In addition, carbon fiber "Torayca (registered trademark)" T700G-12K (12,000 fibers, tensile strength 4.9 GPa, tensile elastic modulus 240 GPa, tensile elongation 2.1%) manufactured by Toray Industries, Inc. is used as the reinforcing fiber. It was.
3.ドレープ性
上記した方法により作成した一方向プリプレグを100mm×100mmの正方形状に裁断し、試験片とする。室温乾燥状態(25℃±2℃、相対湿度50%)の雰囲気下、R=100mmのSUS製複曲面に賦型可能かどうか確認した。判定尺度としては、○はシワ無く賦型可能、×はシワが発生する、とした。
3. Drapability The unidirectional prepreg prepared by the method described above is cut into a 100 mm × 100 mm square to obtain a test piece. It was confirmed whether or not it was possible to mold into a SUS double curved surface of R = 100 mm in an atmosphere of a room temperature dry state (25 ° C. ± 2 ° C., relative humidity 50%). As a judgment scale, ◯ indicates that molding is possible without wrinkles, and x indicates that wrinkles are generated.
4.積層複合材(複合材料)の0°圧縮強度
上記した方法により作製した一方向プリプレグの繊維方向を揃え、4プライ積層し、オートクレーブにて、180℃で3時間、0.59MPaの圧力下、昇温速度1.5℃/分で成型して積層複合材を作製した。この積層体について、JIS K7076(1991)に従い、0°圧縮強度を求めた。かかる圧縮強度は、5個の試料について測定し、その平均0°圧縮強度を求めた。また測定については、高温吸湿状態(71℃温水に2週間浸漬後、82℃雰囲気下)で行った。
4). 0 ° compressive strength of laminated composite material (composite material) The fiber direction of the unidirectional prepreg produced by the above-mentioned method is aligned, 4 ply layers are laminated, and the autoclave is elevated at 180 ° C for 3 hours under a pressure of 0.59 MPa. A laminated composite material was produced by molding at a temperature rate of 1.5 ° C./min. About this laminated body, 0 degree compressive strength was calculated | required according to JISK7076 (1991). The compressive strength was measured for five samples, and the average 0 ° compressive strength was determined. The measurement was performed in a high temperature moisture absorption state (after being immersed in 71 ° C. warm water for 2 weeks and in an atmosphere at 82 ° C.).
5.積層複合材(複合材料)の0°引張強度
上記した方法により作製した一方向プリプレグの繊維方向を揃え、6プライ積層し、オートクレーブにて、180℃で3時間、0.59MPaの圧力下、昇温速度1.5℃/分で成型して積層複合材を作製した。この積層体について、JIS K7073(1988)に従い、0°引張強度を求めた。かかる引張強度は、5個の試料について測定し、その平均0°引張強度を求めた。また測定については、室温乾燥状態(25℃±2℃、相対湿度50%)で行った。
5. 0 ° tensile strength of laminated composite material (composite material) The fiber direction of the unidirectional prepreg produced by the method described above is aligned, 6 plies are laminated, and the autoclave is elevated at 180 ° C for 3 hours under a pressure of 0.59 MPa. A laminated composite material was produced by molding at a temperature rate of 1.5 ° C./min. About this laminated body, 0 degree tensile strength was calculated | required according to JISK7073 (1988). Such tensile strength was measured for five samples, and the average 0 ° tensile strength was determined. The measurement was performed in a room temperature dry state (25 ° C. ± 2 ° C., relative humidity 50%).
6.測定結果
結果を表1に示す。比較例2は、マトリックス樹脂が固形状となるため、動的粘弾性測定は平行平板間でサンプルが滑って測定できなかった。また、比較例1、2に比較して、各実施例は高温吸湿状態での0°圧縮強度が高く、湿熱特性に優れているものであった。
6). Measurement results The results are shown in Table 1. In Comparative Example 2, since the matrix resin became solid, the dynamic viscoelasticity measurement could not be performed because the sample slipped between the parallel plates. Moreover, compared with the comparative examples 1 and 2, each Example had high 0 degree compressive strength in a high temperature moisture absorption state, and was excellent in the moist heat characteristic.
Claims (6)
[A]:炭素繊維からなる強化繊維
[B]:エポキシ樹脂
[C]:構造式(I)で表される構造単位を有するベンゾオキサジン化合物
[A]: Reinforcing fiber made of carbon fiber [B]: Epoxy resin [C]: Benzoxazine compound having a structural unit represented by structural formula (I)
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