JP2020132733A - Epoxy resin composition for carbon fiber-reinforced composite material, prepreg, and carbon fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料に関するものである。 The present invention relates to epoxy resin compositions for carbon fiber reinforced composites, prepregs and carbon fiber reinforced composites.
炭素繊維強化複合材料は、軽量、高強度および高剛性であることから、スポーツ・レジャー分野、自動車分野、航空機分野、他の一般産業分野等に幅広く用いられている。最近では、より軽量、高強度および高剛性である炭素繊維強化複合材料が、自動車分野、航空機分野等においてよく用いられている。 Since the carbon fiber reinforced composite material is lightweight, high strength and high rigidity, it is widely used in the sports / leisure field, the automobile field, the aircraft field, other general industrial fields and the like. Recently, carbon fiber reinforced composite materials, which are lighter, stronger and more rigid, are often used in the fields of automobiles, aircraft and the like.
炭素繊維強化複合材料は、炭素繊維およびマトリックス樹脂を必須の構成要素とする材料である。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂組成物や熱可塑性樹脂組成物が用いられるが、熱硬化性樹脂組成物が熱可塑性樹脂組成物に比べて広く使用されている。 The carbon fiber reinforced composite material is a material containing carbon fiber and a matrix resin as essential components. As the matrix resin, a thermosetting resin composition or a thermoplastic resin composition is used, but the thermosetting resin composition is widely used as compared with the thermoplastic resin composition.
炭素繊維強化複合材料は、プリプレグという炭素繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させた中間材料を介す場合はオートクレーブ成形、プレス成形、内圧成形等で製造され、プリプレグを介さない場合はフィラメントワインディング成形、Resin Transfer Molding(RTM)成形等で製造される。品位の高い炭素繊維強化複合材料が要求される航空機分野等では、プリプレグを介したオートクレーブ成形が一般的である。 The carbon fiber reinforced composite material is manufactured by autoclave molding, press molding, internal pressure molding, etc. when a carbon fiber base material called prepreg is impregnated with a matrix resin, and filament winding molding when not via prepreg. Manufactured by Resin Transfer Molding (RTM) molding or the like. In the field of aircraft, etc., where high-quality carbon fiber reinforced composite materials are required, autoclave molding via prepreg is common.
炭素繊維基材に熱硬化性樹脂組成物が含浸したプリプレグから炭素繊維強化複合材料を製造する場合、プリプレグの積層体を加熱して熱硬化性樹脂組成物を硬化させる工程が必要となる。プリプレグの積層体を加熱する際、熱硬化性樹脂組成物の硬化反応が始まるまで熱硬化性樹脂組成物の粘度は温度上昇に伴い低くなり、熱硬化性樹脂組成物が系外に多く流れ出てしまうことがある。その結果、炭素繊維強化複合材料の寸法が所望の寸法と異なったり、炭素繊維強化複合材料の機械特性が低下したりすることがある。このため硬化に至るまでの系外への樹脂の流れ出し(以下、「樹脂フロー」ともいう。)を制御することが重要となってくる。また樹脂フローに加えて、航空機分野等では優れた機械特性や耐湿熱性も炭素繊維強化複合材料には要求される。 When a carbon fiber reinforced composite material is produced from a prepreg in which a carbon fiber base material is impregnated with a thermosetting resin composition, a step of heating a laminate of prepregs to cure the thermosetting resin composition is required. When the laminate of prepreg is heated, the viscosity of the thermosetting resin composition decreases as the temperature rises until the curing reaction of the thermosetting resin composition starts, and a large amount of the thermosetting resin composition flows out of the system. It may end up. As a result, the dimensions of the carbon fiber reinforced composite material may differ from the desired dimensions, or the mechanical properties of the carbon fiber reinforced composite material may deteriorate. For this reason, it is important to control the outflow of the resin to the outside of the system (hereinafter, also referred to as “resin flow”) until curing. In addition to resin flow, carbon fiber reinforced composite materials are also required to have excellent mechanical properties and moisture and heat resistance in the aircraft field and the like.
樹脂フローを制御、抑制したプリプレグとしては、例えば下記のものが提案されている。
(1)揺変剤を添加することで、熱硬化性樹脂組成物の流動を抑制させたプリプレグ(特許文献1、2)。
(2)フェノキシ樹脂を添加することで、成形時の熱硬化性樹脂組成物の最低粘度を向上させたプリプレグ(特許文献3)。
The following are proposed as prepregs in which the resin flow is controlled and suppressed, for example.
(1) A prepreg in which the flow of a thermosetting resin composition is suppressed by adding a rocking agent (
(2) A prepreg in which the minimum viscosity of a thermosetting resin composition at the time of molding is improved by adding a phenoxy resin (Patent Document 3).
しかしながら、(1)のプリプレグの場合、揺変剤を添加することで熱硬化性樹脂組成物の硬化物の靭性が大きく低下してしまう。熱硬化性樹脂組成物の硬化物の靭性は炭素繊維強化複合材料の機械特性、特に層間破壊靭性値に影響を与えるため、航空機分野等への使用は困難である。
(2)のプリプレグの場合、フェノキシ樹脂を添加することで熱硬化性樹脂組成物の耐湿熱性が大きく低下してしまう。そのため、高い耐湿熱性を求められる、航空機分野等への使用は困難である。またエポキシ樹脂の種類や配合量、さらに硬化剤の種類や配合量により、適したフェノキシ樹脂の配合量は大きく変化するため、樹脂フローを制御することは必ずしも容易ではない。
However, in the case of the prepreg of (1), the toughness of the cured product of the thermosetting resin composition is greatly reduced by adding the rocking agent. Since the toughness of the cured product of the thermosetting resin composition affects the mechanical properties of the carbon fiber reinforced composite material, particularly the interlayer fracture toughness value, it is difficult to use it in the aircraft field and the like.
In the case of the prepreg of (2), the addition of the phenoxy resin greatly reduces the moist heat resistance of the thermosetting resin composition. Therefore, it is difficult to use it in the aircraft field, etc., where high moisture and heat resistance is required. Further, it is not always easy to control the resin flow because the suitable blending amount of the phenoxy resin varies greatly depending on the type and blending amount of the epoxy resin and the type and blending amount of the curing agent.
本発明の目的は、優れた機械特性および耐湿熱性を有する炭素繊維強化複合材料を得ることでき、成形硬化特性に優れた炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、および炭素繊維強化複合材料を提供することにある。 An object of the present invention is to obtain a carbon fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties and moisture heat resistance, and an epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material having excellent molding and curing properties, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material. Is to provide.
本発明は、下記の態様を有する。
[1] 下記構成要素(A)、構成要素(B)、構成要素(C)および構成要素(D)を含む炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物であって、
下記構成要素(B)の含有量が、下記構成要素(A)100質量部に対して5〜25質量部であり、
温度Tにおける前記炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物の以下の測定方法で測定される粘度をη(T)としたときに、温度Tは65〜100℃の範囲内であり、65〜100℃の範囲内のいずれの温度においてもη(T)が下記式(1)を満たす、炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
構成要素(A):エポキシ樹脂
構成要素(B):熱可塑性樹脂
構成要素(C):ジアミノジフェニルスルホン
構成要素(D):ジシアンジアミド
5000exp(−0.08T)≦η(T) ・・・式(1)
<測定方法>
レオメータのプレートを予め30℃まで加温し、温度が安定するまで待ち、温度が安定したことを確認した後に、エポキシ樹脂組成物をプレートに分取し、ギャップを調整した後に、以下の測定条件でエポキシ樹脂組成物の粘度を測定する。
(測定条件)
・装置:レオメータ
・使用プレート:35φパラレルプレート
・プレートギャップ:0.5mm
・測定モード:応力一定
・測定周波数:10rad/秒
・昇温速度:30℃から、少なくともエポキシ樹脂組成物が硬化反応を開始する直前の温度まで、2℃/分で昇温する。
・応力:300Pa
[2] 前記温度Tは65〜100℃の範囲内であり、65〜100℃の範囲内のいずれの温度においても前記η(T)が下記式(2)を満たす、[1]の炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
η(T)≦30000exp(−0.08T) ・・・式(2)
[3] 前記構成要素(C)の含有量が、前記構成要素(A)のエポキシ基に対して前記構成要素(C)の活性水素基が0.8〜1.2当量となる量であり、かつ前記構成要素(D)の含有量が、前記構成要素(A)のエポキシ基に対して前記構成要素(D)の活性水素基が0.05〜0.15当量となる量である、[1]または[2]の炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
[4] 前記構成要素(C)の含有量が、前記構成要素(A)のエポキシ基に対して前記構成要素(C)の活性水素基が0.2〜0.6当量となる量であり、かつ前記構成要素(D)の含有量が、前記構成要素(A)のエポキシ基に対して前記構成要素(D)の活性水素基が0.2〜0.5当量となる量である、[1]または[2]の炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
[5] 前記構成要素(B)がポリエーテルスルホンである、[1]〜[4]のいずれかの炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
[6] 下記構成要素(E)をさらに含む、[1]〜[5]のいずれかの炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
構成要素(E):硬化促進剤
[7] 前記構成要素(E)がウレア化合物である、[6]の炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
[8] [1]〜[7]のいずれかの炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物が炭素繊維基材に含浸した、プリプレグ。
[9] [8]のプリプレグを硬化して得られる、炭素繊維強化複合材料。
The present invention has the following aspects.
[1] An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material, which comprises the following components (A), components (B), components (C) and components (D).
The content of the following component (B) is 5 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the following component (A).
When the viscosity measured by the following measuring method of the epoxy resin composition for carbon fiber reinforced composite material at the temperature T is η (T), the temperature T is in the range of 65 to 100 ° C., and is 65 to 100. An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material in which η (T) satisfies the following formula (1) at any temperature within the range of ° C.
Component (A): Epoxy resin Component (B): Thermoplastic resin Component (C): Diaminodiphenyl sulfone Component (D): Dicyanodiamide 5000exp (-0.08T) ≤ η (T) ... 1)
<Measurement method>
The rheometer plate is preheated to 30 ° C., waits until the temperature stabilizes, and after confirming that the temperature has stabilized, the epoxy resin composition is separated into the plate, the gap is adjusted, and then the following measurement conditions are applied. Measure the viscosity of the epoxy resin composition with.
(Measurement condition)
・ Equipment: Rheometer ・ Plate used: 35φ parallel plate ・ Plate gap: 0.5mm
-Measurement mode: constant stress-Measurement frequency: 10 rad / sec-Rising rate: From 30 ° C. to at least the temperature immediately before the epoxy resin composition starts the curing reaction, the temperature is raised at 2 ° C./min.
・ Stress: 300Pa
[2] The carbon fiber of [1], wherein the temperature T is in the range of 65 to 100 ° C., and the η (T) satisfies the following formula (2) at any temperature in the range of 65 to 100 ° C. Epoxy resin composition for reinforced composite materials.
η (T) ≤30000 exp (-0.08T) ... Equation (2)
[3] The content of the component (C) is such that the active hydrogen group of the component (C) is 0.8 to 1.2 equivalents with respect to the epoxy group of the component (A). And the content of the component (D) is such that the active hydrogen group of the component (D) is 0.05 to 0.15 equivalent with respect to the epoxy group of the component (A). The epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material according to [1] or [2].
[4] The content of the component (C) is such that the active hydrogen group of the component (C) is 0.2 to 0.6 equivalent to the epoxy group of the component (A). And the content of the component (D) is such that the active hydrogen group of the component (D) is 0.2 to 0.5 equivalent with respect to the epoxy group of the component (A). The epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material according to [1] or [2].
[5] The epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material according to any one of [1] to [4], wherein the component (B) is a polyether sulfone.
[6] An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material according to any one of [1] to [5], further comprising the following component (E).
Component (E): Curing Accelerator [7] The epoxy resin composition for a carbon fiber-reinforced composite material according to [6], wherein the component (E) is a urea compound.
[8] A prepreg in which the carbon fiber base material is impregnated with the epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material according to any one of [1] to [7].
[9] A carbon fiber reinforced composite material obtained by curing the prepreg of [8].
本発明によれば、優れた機械特性および耐湿熱性を有する炭素繊維強化複合材料を得ることでき、成形硬化特性に優れた炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、および炭素繊維強化複合材料を提供できる。 According to the present invention, a carbon fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties and moisture heat resistance can be obtained, and an epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material having excellent molding and curing properties, a prepreg, and a carbon fiber reinforced composite material. Can be provided.
以下に、本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび炭素繊維強化複合材料と、これらの製造方法についてより詳細に説明する。
なお、以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
・「プリプレグ」とは、エポキシ樹脂組成物等の樹脂組成物を炭素繊維基材へ含浸させた炭素繊維強化複合材料を作製するための中間材料である。
・「炭素繊維強化複合材料」とは、マトリックス樹脂と炭素繊維基材とを含む。炭素繊維強化複合材料は、マトリックス樹脂となる熱硬化性樹脂組成物や熱可塑性樹脂組成物と、炭素繊維基材とから直接製造することもできるし、プリプレグのような中間材料を介して製造することもできる。例えば、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂組成物を含むプリプレグを複数積層し、硬化することで炭素繊維強化複合材料を得ることができる。
・「炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物」とは、炭素繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好適に用いることができるエポキシ樹脂組成物である。
・「エポキシ樹脂」とは、分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物のことを意味する。
・「エポキシ当量」とは1グラム当量のエポキシ基を含むエポキシ樹脂のグラム数のことを意味する。
Hereinafter, the epoxy resin composition for carbon fiber reinforced composite material, the prepreg, and the carbon fiber reinforced composite material according to the embodiment of the present invention, and the manufacturing method thereof will be described in more detail.
The definitions of the following terms apply throughout the specification and claims.
-"Prepreg" is an intermediate material for producing a carbon fiber reinforced composite material in which a carbon fiber base material is impregnated with a resin composition such as an epoxy resin composition.
-The "carbon fiber reinforced composite material" includes a matrix resin and a carbon fiber base material. The carbon fiber reinforced composite material can be produced directly from the thermosetting resin composition or the thermoplastic resin composition as the matrix resin and the carbon fiber base material, or is produced through an intermediate material such as a prepreg. You can also do it. For example, a carbon fiber reinforced composite material can be obtained by laminating and curing a plurality of prepregs containing a thermosetting resin composition such as an epoxy resin as a matrix resin.
-The "epoxy resin composition for carbon fiber reinforced composite material" is an epoxy resin composition that can be suitably used as a matrix resin for carbon fiber reinforced composite material.
-"Epoxy resin" means a compound having two or more epoxy groups in the molecule.
"Epoxy equivalent" means the number of grams of epoxy resin containing 1 gram equivalent of epoxy groups.
[炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物]
本発明の炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物(以下、単に「エポキシ樹脂組成物」ともいう。)は、下記構成要素(A)、構成要素(B)、構成要素(C)および構成要素(D)を含む。エポキシ樹脂組成物は、下記構成要素(E)をさらに含むことが好ましい。また、エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて下記任意成分を含んでいてもよい。なお、構成要素(C)および構成要素(D)は硬化剤である。
[Epoxy resin composition for carbon fiber reinforced composite material]
The epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material of the present invention (hereinafter, also simply referred to as “epoxy resin composition”) has the following constituent elements (A), constituent elements (B), constituent elements (C) and constituent elements. (D) is included. The epoxy resin composition preferably further contains the following component (E). In addition, the epoxy resin composition may contain the following optional components, if necessary. The component (C) and the component (D) are hardeners.
<構成要素(A)>
構成要素(A)は、エポキシ樹脂である。
構成要素(A)としては、エポキシ樹脂であればいずれのエポキシ樹脂でも使用可能であり、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、オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、トリグリシジルアミノフェノール、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、ヒドロフタル酸型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、レゾルシン型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノキシエタノールフルオレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂、ビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂、オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、トリグリシジルアミノフェノール、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンから選ばれる1種以上のエポキシ樹脂が好ましい。特に、これらのエポキシ樹脂を複数組み合わせることで、優れた取り扱い性を有し、成形時の樹脂フローがより制御可能なプリプレグ、および機械特性や耐熱性に優れる炭素繊維強化複合材料を得ることができる。
<Component (A)>
The component (A) is an epoxy resin.
As the component (A), any epoxy resin can be used as long as it is an epoxy resin. Specifically, a bisphenol A type epoxy resin, a bisphenol F type epoxy resin, an epoxy resin having an oxazolidone ring skeleton, and a novolak type epoxy. Resin, triglycidylaminophenol, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, hydrophthalic acid type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, resorcin type epoxy resin, hydroquinone type epoxy resin, bisphenoloxyethanol fluorene type epoxy resin, bisphenol fluorene type epoxy resin, bisphenol fluorene Examples include type epoxy resins. Among these, bisphenol A type epoxy resin liquid at 25 ° C, bisphenol F type epoxy resin liquid at 25 ° C, epoxy resin having an oxazolidone ring skeleton, novolac type epoxy resin, triglycidylaminophenol, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane are selected. One or more epoxy resins are preferred. In particular, by combining a plurality of these epoxy resins, it is possible to obtain a prepreg having excellent handleability and more controllable resin flow during molding, and a carbon fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties and heat resistance. ..
構成要素(A)の組成としては、具体的には、構成要素(A)の総質量に対して、25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂および25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂の少なくとも一方が10〜60質量%であり、トリグリシジルアミノフェノールおよびテトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの少なくとも一方が15〜50質量%であり、ノボラック型エポキシ樹脂が0〜30質量%であり、オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂が0〜30質量%であることが好ましく、25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂および25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂の少なくとも一方が30〜60質量%であり、トリグリシジルアミノフェノールおよびテトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの少なくとも一方が20〜40質量%であり、ノボラック型エポキシ樹脂が0〜20質量%であり、オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂が10〜20質量%であることがより好ましい。 Specifically, as the composition of the component (A), at least of the bisphenol A type epoxy resin liquid at 25 ° C. and the bisphenol F type epoxy resin liquid at 25 ° C. with respect to the total mass of the component (A). One is 10 to 60% by mass, at least one of triglycidylaminophenol and tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is 15 to 50% by mass, the novolak type epoxy resin is 0 to 30% by mass, and the epoxy has an oxazolidone ring skeleton. The resin is preferably 0 to 30% by mass, and at least one of the bisphenol A type epoxy resin liquid at 25 ° C. and the bisphenol F type epoxy resin liquid at 25 ° C. is 30 to 60% by mass, and triglycidyl aminophenol. More preferably, at least one of tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is 20 to 40% by mass, the novolak type epoxy resin is 0 to 20% by mass, and the epoxy resin having an oxazolidone ring skeleton is 10 to 20% by mass.
25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、例えば三菱ケミカル社製のjER(登録商標)828;DOW社製のD.E.R.(登録商標)331;新日鉄住金化学社製のエポトート(登録商標)YD−128;DIC社製のEPICLON(登録商標)850等が挙げられる。
25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、例えば三菱ケミカル社製のjER(登録商標)806、807;DOW社製のD.E.R.(登録商標)354;新日鉄住金化学社製のエポトート(登録商標)YD−170;DIC製のEPICLON(登録商標)830等が挙げられる。
トリグリシジルアミノフェノールの市販品としては、例えばHUNTSMAN社製のAraldite(登録商標)MY0500、MY0510、MY0600、MY0610;三菱ケミカル社製のjER(登録商標)630等が挙げられる。
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンの市販品としては、例えば三菱ケミカル社製のjER(登録商標)604;HUNTSMAN社製のAraldite(登録商標)MY720;新日鐵住金化学製のYH434L等が挙げられる。
オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、例えば新日鐵住金化学製のYD−952;DIC社製のEPICLON(登録商標)TSR−400等が挙げられる。
ノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、例えば三菱ケミカル社性のjER(登録商標)152、154;DIC社製のEPICLON(登録商標)N740、N775等が挙げられる。
Examples of commercially available bisphenol A type epoxy resins liquid at 25 ° C. include jER® 828 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation and D.D. E. R. (Registered trademark) 331; Epotote (registered trademark) YD-128 manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd .; EPICLON (registered trademark) 850 manufactured by DIC Corporation and the like.
Commercially available products of the bisphenol F type epoxy resin liquid at 25 ° C. include, for example, jER (registered trademark) 806 and 807 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation; and D.D. E. R. (Registered trademark) 354; Epotote (registered trademark) YD-170 manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd .; EPICLON (registered trademark) 830 manufactured by DIC and the like.
Examples of commercially available products of triglycidyl aminophenol include Araldite (registered trademark) MY0500, MY0510, MY0600, MY0610 manufactured by HUNTSMAN; and jER (registered trademark) 630 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
Examples of commercially available products of tetraglycidyl diaminodiphenylmethane include jER (registered trademark) 604 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation; Araldite (registered trademark) MY720 manufactured by HUNTSMAN; and YH434L manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.
Examples of commercially available epoxy resins having an oxazolidone ring skeleton include YD-952 manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd .; EPICLON (registered trademark) TSR-400 manufactured by DIC Corporation.
Examples of commercially available novolak type epoxy resins include jER (registered trademark) 152, 154 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation; EPICLON (registered trademark) N740 and N775 manufactured by DIC Corporation.
<構成要素(B)>
構成要素(B)は熱可塑性樹脂である。
当該熱可塑性樹脂は構成要素(A)に溶解されており、本発明のエポキシ樹脂組成物中で粒子形状等の溶解前の形をとどめていない。
<Component (B)>
The component (B) is a thermoplastic resin.
The thermoplastic resin is dissolved in the component (A), and does not retain the shape before dissolution such as the particle shape in the epoxy resin composition of the present invention.
構成要素(B)としては、具体的にはポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリビニルホルマール、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でもポリエーテルスルホンは、エポキシ樹脂組成物に配合することで、加熱された際のエポキシ樹脂組成物の流動性をより適切に抑制し、かつエポキシ樹脂組成物の硬化物(以下、「樹脂硬化物」ともいう。)の機械特性や耐湿熱性に影響を与えにくいことから好ましい。
ポリエーテルスルホンの市販品としては、例えば住友化学社製のスミカエクセルPES5003MP、2603MP;Solvay社製のVirantage(登録商標)VW−10200RP、VW−10700RP;BASF社製のUltrason(登録商標)E2020P等が挙げられる。
Specific examples of the component (B) include polyether sulfone, polyetherimide, polyvinylformal, acrylic resin, and phenoxy resin. Among these, the polyether sulfone is blended with the epoxy resin composition to more appropriately suppress the fluidity of the epoxy resin composition when heated, and the cured product of the epoxy resin composition (hereinafter, "resin"). It is also preferable because it does not easily affect the mechanical properties and moisture and heat resistance of "cured product").
Examples of commercially available products of polyether sulfone include Sumika Excel PES5003MP and 2603MP manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd .; Volkswagen® VW-10200RP and VW-10700RP manufactured by Solvay Co., Ltd .; Ultrason (registered trademark) E2020P manufactured by BASF Co., Ltd. Can be mentioned.
構成要素(B)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して、5〜25質量部であり、8〜20質量部が好ましく、10〜15質量部がより好ましい。構成要素(B)の含有量が5質量部以上であれば、加熱された際のエポキシ樹脂組成物の流動性を適切に抑制することができる。構成要素(B)の含有量が25質量部以下であれば、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなりすぎず、プリプレグの製造時にエポキシ樹脂組成物を炭素繊維基材に十分に含浸させることができ、炭素繊維強化複合材料とした際のボイド等の欠陥を抑制することができる。 The content of the component (B) is 5 to 25 parts by mass, preferably 8 to 20 parts by mass, and more preferably 10 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). When the content of the component (B) is 5 parts by mass or more, the fluidity of the epoxy resin composition when heated can be appropriately suppressed. When the content of the component (B) is 25 parts by mass or less, the viscosity of the epoxy resin composition does not become too high, and the carbon fiber base material can be sufficiently impregnated with the epoxy resin composition during the production of the prepreg. , It is possible to suppress defects such as voids when the carbon fiber reinforced composite material is used.
<構成要素(C)>
構成要素(C)は第1の硬化剤であるジアミノジフェニルスルホンである。
構成要素(C)としては、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン等、いずれの異性体も使用することができる。
これらの異性体は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。ただし、異性体を2種以上併用すると、低温で融解してしまい、意図しない温度で硬化反応が開始することがある。よって、異性体は1種を単独で用いることが好ましい。
ジアミノジフェニルスルホンの市販品としては、例えば和歌山精化工業社製のSEIKACURE−S;小西化学工業社製の3,3’−DAS;HUNTSMAN社製のAradur(登録商標)9664−1、9719−1等が挙げられる。
<Component (C)>
The component (C) is diaminodiphenyl sulfone, which is the first curing agent.
As the component (C), any isomer such as 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 3,4'-diaminodiphenyl sulfone and the like can be used.
One of these isomers may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. However, if two or more isomers are used in combination, they may melt at a low temperature and the curing reaction may start at an unintended temperature. Therefore, it is preferable to use one isomer alone.
Commercially available products of diaminodiphenyl sulfone include, for example, SEIKACURE-S manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd .; 3,3'-DAS manufactured by Konishi Chemical Industry Co., Ltd .; Aradur (registered trademark) 9664-1, 9719-1 manufactured by HUNTSMAN. And so on.
<構成要素(D)>
構成要素(D)は第2の硬化剤であるジシアンジアミドである。
ジシアンジアミドの市販品としては、例えば三菱ケミカル社製のjERキュア(登録商標)DICY7、DICY15;Evonik Industries社製のDICYANEX(登録商標)1400F等が挙げられる。
<Component (D)>
The component (D) is dicyandiamide, which is a second curing agent.
Examples of commercially available dicyandiamides include jER Cure (registered trademark) DICY7 and DICY15 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation; DICYANEX (registered trademark) 1400F manufactured by Evonik Industries.
構成要素(C)を主の硬化剤として使用する場合、構成要素(C)の含有量は、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(C)の活性水素基が0.8〜1.2当量となる量が好ましい。このとき、構成要素(D)の含有量は、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(D)の活性水素基が0.05〜0.15当量となる量が好ましい。構成要素(C)の含有量は、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(C)の活性水素基が0.9〜1.1当量となる量がより好ましい。このとき、構成要素(D)の含有量は、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(D)の活性水素基が0.05〜0.10当量となる量がより好ましい。
構成要素(C)を主の硬化剤として使用することで高い耐熱性と耐湿熱性を備えた樹脂硬化物を得ることができ、構成要素(D)を副の硬化剤として使用することでジアミノジフェニルスルホンの遅い硬化反応を補うことができる。特に、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(C)の活性水素基が、0.8当量以上であれば高い耐熱性と耐湿熱性を備えた樹脂硬化物を得ることができ、1.2当量以下であれば硬化剤過多となり樹脂硬化物の機械特性や耐熱性を低下させることを抑制することができる。また、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(D)の活性水素基が、0.05当量以上であればジアミノジフェニルスルホンの遅い硬化反応を補い樹脂フローを抑制することができ、0.15当量以下であればジアミノジフェニルスルホンで硬化した際の高い耐熱性と耐湿熱性を維持しつつ硬化反応を速めることができる。
When the component (C) is used as the main curing agent, the content of the component (C) is such that the active hydrogen group of the component (C) is based on the epoxy group (1 equivalent) of the component (A). An amount of 0.8 to 1.2 equivalent is preferable. At this time, the content of the component (D) is such that the active hydrogen group of the component (D) is 0.05 to 0.15 equivalent with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A). preferable. The content of the component (C) is more preferably 0.9 to 1.1 equivalents of the active hydrogen group of the component (C) with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A). At this time, the content of the component (D) is such that the active hydrogen group of the component (D) is 0.05 to 0.10 equivalent with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A). More preferred.
A resin cured product having high heat resistance and moist heat resistance can be obtained by using the component (C) as the main curing agent, and diaminodiphenyl by using the component (D) as the secondary curing agent. It can compensate for the slow curing reaction of sulfone. In particular, if the active hydrogen group of the component (C) is 0.8 equivalent or more with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A), a cured resin product having high heat resistance and moisture heat resistance can be obtained. If the amount is 1.2 equivalents or less, the amount of the curing agent is excessive, and it is possible to suppress deterioration of the mechanical properties and heat resistance of the cured resin product. Further, if the active hydrogen group of the component (D) is 0.05 equivalent or more with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A), the slow curing reaction of diaminodiphenyl sulfone is supplemented and the resin flow is suppressed. If the amount is 0.15 equivalent or less, the curing reaction can be accelerated while maintaining high heat resistance and moisture heat resistance when cured with diaminodiphenyl sulfone.
構成要素(C)と構成要素(D)とを同当量程度配合することもでき、その場合、構成要素(C)の含有量は、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(C)の活性水素基が0.2〜0.6当量となる量が好ましい。このとき、構成要素(D)の含有量は、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(D)の活性水素基が0.2〜0.5当量となる量が好ましい。
構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(C)の活性水素基が、0.2当量以上であれば高い耐熱性と耐湿熱性を備えた樹脂硬化物を得ることができ、0.6当量以下であれば硬化剤過多となり樹脂硬化物の機械特性や耐熱性を低下させることを抑制することができる。また、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(D)の活性水素基が、0.2当量以上であればジアミノジフェニルスルホンの遅い硬化反応を補い樹脂フローを抑制することができ、0.5当量以下であればジアミノジフェニルスルホンで硬化した際の高い耐熱性と耐湿熱性を維持しつつ硬化反応を速めることができる。
The component (C) and the component (D) can be blended in the same amount, in which case the content of the component (C) is relative to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A). The amount of the active hydrogen group of the component (C) is preferably 0.2 to 0.6 equivalent. At this time, the content of the component (D) is such that the active hydrogen group of the component (D) is 0.2 to 0.5 equivalent with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A). preferable.
If the active hydrogen group of the component (C) is 0.2 equivalent or more with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A), a cured resin product having high heat resistance and moisture heat resistance can be obtained. If the amount is 0.6 equivalent or less, the amount of the curing agent is excessive, and it is possible to suppress deterioration of the mechanical properties and heat resistance of the cured resin product. Further, if the active hydrogen group of the component (D) is 0.2 equivalent or more with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A), the slow curing reaction of diaminodiphenyl sulfone is supplemented and the resin flow is suppressed. If the amount is 0.5 equivalent or less, the curing reaction can be accelerated while maintaining high heat resistance and moisture heat resistance when cured with diaminodiphenyl sulfone.
<構成要素(E)>
構成要素(E)は硬化促進剤である。
エポキシ樹脂組成物が構成要素(E)を含んでいれば、硬化剤である構成要素(C)および構成要素(D)の硬化反応をさらに速める効果が得られる。
構成要素(E)としては、具体的にはウレア化合物、イミダゾール類、ルイス酸塩等が挙げられる。これらの中でもウレア化合物は、樹脂硬化物の機械特性や耐熱性に影響を与えることなく硬化反応を速めることができるため好ましい。
ウレア化合物としては、例えば1−(3,4−ジクロロフェニル)−3,3−ジメチル尿素、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチル尿素、1−(4−クロロフェニル)−3,3−ジメチル尿素、1,1−ジメチル−3−フェニル尿素、1−(3,4−ジメチルフェニル)−3,3−ジメチル尿素、1−(3,4−ジメチルフェニル)−3,3−ジメチル尿素、1−(2−ヒドロキシフェニル)−3,3−ジメチル尿素、2,4−ジ(N,N−ジメチルウレイド)−トルエン、4,4’−メチレンビス(フェニルジメチルウレア)等が挙げられる。
<Component (E)>
The component (E) is a curing accelerator.
If the epoxy resin composition contains the component (E), the effect of further accelerating the curing reaction of the component (C) and the component (D), which are curing agents, can be obtained.
Specific examples of the component (E) include urea compounds, imidazoles, and Lewis salts. Among these, the urea compound is preferable because it can accelerate the curing reaction without affecting the mechanical properties and heat resistance of the cured resin product.
Examples of urea compounds include 1- (3,4-dichlorophenyl) -3,3-dimethylurea, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea, 1- (4-chlorophenyl) -3, 3-Dimethylurea, 1,1-dimethyl-3-phenylurea, 1- (3,4-dimethylphenyl) -3,3-dimethylurea, 1- (3,4-dimethylphenyl) -3,3-dimethyl Examples thereof include urea, 1- (2-hydroxyphenyl) -3,3-dimethylurea, 2,4-di (N, N-dimethylureide) -toluene, and 4,4'-methylenebis (phenyldimethylurea).
構成要素(E)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して、0.1〜15質量部が好ましく、0.5〜7質量部がより好ましい。構成要素(E)の含有量が0.1質量部以上であれば、反硬化反応を十分に速めることができ、樹脂フローをより抑制することができる。構成要素(E)の含有量が15質量部以下であれば、樹脂硬化物の機械特性や耐熱性に影響を与えることを抑制することができる。 The content of the component (E) is preferably 0.1 to 15 parts by mass, more preferably 0.5 to 7 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). When the content of the component (E) is 0.1 parts by mass or more, the anti-curing reaction can be sufficiently accelerated and the resin flow can be further suppressed. When the content of the component (E) is 15 parts by mass or less, it is possible to suppress the influence on the mechanical properties and heat resistance of the cured resin product.
<任意成分>
エポキシ樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、必要に応じて構成要素(A)、構成要素(B)、構成要素(C)、構成要素(D)および構成要素(E)以外の構成要素(以下、「任意成分」ともいう。)を含んでいてもよい。
任意成分としては、公知の各種添加剤が挙げられる。
添加剤としては、熱可塑性樹脂粒子、コアシェル型エラストマー粒子、アクリル樹脂等から構成されるブロック共重合体、分子中に1つのエポキシ基を有する化合物、希釈剤、無機粒子(シリカ等)、炭素質成分(カーボンナノチューブ等)、難燃剤(リン化合物等)、脱泡剤等が挙げられる。これらの中でも、樹脂硬化物の機械特性や耐熱性を低下させることなく層間破壊靱性値を向上させる点から、添加剤としては熱可塑性樹脂粒子が好ましい。
<Arbitrary ingredient>
The epoxy resin composition is, if necessary, a component (A), a component (B), a component (C), a component (D), and a component (as long as the effects of the present invention are not impaired. It may contain components other than E) (hereinafter, also referred to as "arbitrary components").
Examples of the optional component include various known additives.
Examples of the additive include a block copolymer composed of thermoplastic resin particles, core-shell elastomer particles, acrylic resin, etc., a compound having one epoxy group in the molecule, a diluent, inorganic particles (silica, etc.), and carbonaceous material. Examples include components (carbon nanotubes, etc.), flame retardants (phosphorus compounds, etc.), defoaming agents, and the like. Among these, thermoplastic resin particles are preferable as the additive from the viewpoint of improving the interlayer fracture toughness value without deteriorating the mechanical properties and heat resistance of the cured resin product.
熱可塑性樹脂粒子とは粒子状の熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂としては、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリビニルホルマール、およびこれらの共重合体等が挙げられる。これら熱可塑性樹脂粒子は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、炭素繊維強化複合材料に好適に靭性付与できる観点から、ポリアミドが好ましい。
ポリアミドとしては、繰り返し構造中にアミド結合を有していれば、特に限定されない。当該ポリアミドは1種のポリアミドからなるポリアミド粒子でもよいし、2種以上のポリアミドからなるポリアミド粒子でもよい。当該ポリアミドが2種以上のポリアミドからなるポリアミド粒子である場合は、各ポリアミドが粒子中で均一に存在していても、層構造のように不均一に存在していてもよい。ポリアミドは例えばラクタム類の開環重合、ジアミンとジカルボン酸の重縮合、アミノカルボン酸の重縮合等の方法により得ることができる。当該ポリアミドの具体的な例としてはナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、ナイロンM5T、またダイセル・エボニック社のトロガミド(登録商標)T5000、トロガミド(登録商標)CX7323のように芳香族環や脂環を含むポリアミド等が挙げられる。
The thermoplastic resin particles are particulate thermoplastic resins. Examples of the thermoplastic resin include polyacetal, polyethylene terephthalate, polyester, polyamide, polyurethane, polyethersulfone, polyetherimide, polycarbonate, polyimide, polyvinylformal, and copolymers thereof. One type of these thermoplastic resin particles may be used alone, or two or more types may be used in combination. Among these, polyamide is preferable from the viewpoint of imparting toughness to the carbon fiber reinforced composite material.
The polyamide is not particularly limited as long as it has an amide bond in the repeating structure. The polyamide may be polyamide particles made of one kind of polyamide, or may be polyamide particles made of two or more kinds of polyamides. When the polyamide is polyamide particles composed of two or more kinds of polyamides, each polyamide may be uniformly present in the particles or may be non-uniformly present as in a layered structure. Polyamide can be obtained by, for example, ring-opening polymerization of lactams, polycondensation of diamine and dicarboxylic acid, polycondensation of aminocarboxylic acid and the like. Specific examples of the polyamide include nylon 6, nylon 46, nylon 66, nylon 11, nylon 12, nylon 610, nylon 612, nylon 6T, nylon 6I, nylon 9T, nylon M5T, and Dycel Ebonic's Trogamide (Trogamide). Examples thereof include polyamides containing an aromatic ring or an alicyclic ring such as T5000 (registered trademark) and CX7323 (registered trademark).
ポリアミドとしては、結晶性ポリアミドおよび非晶性ポリアミドのいずれも好ましく使用することができ、結晶性ポリアミド、非晶性ポリアミドをいずれか単独で使用してもよいし、混合して使用してもよい。
結晶性ポリアミドを使用する場合、その融点は100〜180℃であることが好ましく、120〜180℃であることがより好ましく、140〜180℃であることがさらに好ましい。一方、非晶性ポリアミドを使用する場合、そのガラス転移温度は100〜180℃であることが好ましく、120〜180℃であることがより好ましく、140〜180℃であることがさらに好ましい。結晶性ポリアミドの融点や、非晶性ポリアミドのガラス転移温度が上記範囲内であれば、熱可塑性樹脂粒子の配合による炭素繊維強化複合材料への靭性付与の効果がより高くなる。
As the polyamide, either crystalline polyamide or amorphous polyamide can be preferably used, and either crystalline polyamide or amorphous polyamide may be used alone or in combination. ..
When a crystalline polyamide is used, its melting point is preferably 100 to 180 ° C., more preferably 120 to 180 ° C., and even more preferably 140 to 180 ° C. On the other hand, when an amorphous polyamide is used, its glass transition temperature is preferably 100 to 180 ° C, more preferably 120 to 180 ° C, and even more preferably 140 to 180 ° C. When the melting point of the crystalline polyamide and the glass transition temperature of the amorphous polyamide are within the above ranges, the effect of imparting toughness to the carbon fiber reinforced composite material by blending the thermoplastic resin particles becomes higher.
ポリアミドの市販品としては、例えばダイセル・エボニック社製のVESTOSINTシリーズ(VESTOSINT(登録商標)2158、VESTOSINT(登録商標)2159等);エムスケミー社製のグリルアミド(登録商標)TR90NZ、グリルアミド(登録商標)TR55;ダイセル・エボニック社製のTOROGAMID(登録商標)CX7323、TOROGAMID(登録商標)T5000等が挙げられる。 Examples of commercially available polyamide products include the VESTOSINT series manufactured by Daicel Ebonic (VESTOSINT (registered trademark) 2158, VESTOSINT® 2159, etc.); Grillamide (registered trademark) TR90NZ and Grillamide (registered trademark) TR55 manufactured by Ems-Chemie. Examples thereof include TOROGAMID (registered trademark) CX7323 and TOROGAMID (registered trademark) T5000 manufactured by Daicel Ebonic.
熱可塑性樹脂粒子は粒子状であれば、どのような形状でもよいが、球状であることが好ましく、真球状であることがより好ましい。形状が真球に近くなるほど炭素繊維強化複合材料への靭性付与の効果が高くなる。 The thermoplastic resin particles may have any shape as long as they are in the form of particles, but they are preferably spherical, and more preferably true spherical. The closer the shape is to a true sphere, the higher the effect of imparting toughness to the carbon fiber reinforced composite material.
熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径は8〜60μmであることが好ましく、10〜45μmであることがより好ましく、15〜35μmであることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径が8μm以上であれば、プリプレグの製造において、エポキシ樹脂組成物を炭素繊維基材に含浸させる際に熱可塑性樹脂粒子が炭素繊維基材の中に侵入しにくく、炭素繊維基材の表面で濾別されやすい。熱可塑性樹脂粒子が濾別されて炭素繊維基材の表面近傍付近に多く存在するほど、熱可塑性樹脂粒子の配合による炭素繊維強化複合材料への靭性付与の効果が高くなる。熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径が60μm以下であれば、プリプレグの製造において、塗工機を用いてエポキシ樹脂組成物を離型紙等に薄く塗工する際に、塗工機に熱可塑性樹脂粒子が詰まりにくい。また、炭素繊維強化複合材料を作製した際に炭素繊維の真直性が低下しにくい。
熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定法で測定した体積基準での累積分布の50%に相当する粒子径である。
The average particle size of the thermoplastic resin particles is preferably 8 to 60 μm, more preferably 10 to 45 μm, and even more preferably 15 to 35 μm. When the average particle size of the thermoplastic resin particles is 8 μm or more, the thermoplastic resin particles do not easily penetrate into the carbon fiber base material when the carbon fiber base material is impregnated with the epoxy resin composition in the production of the prepreg. Easy to filter on the surface of the carbon fiber substrate. The more the thermoplastic resin particles are filtered out and abundantly present in the vicinity of the surface of the carbon fiber base material, the higher the effect of imparting toughness to the carbon fiber reinforced composite material by blending the thermoplastic resin particles becomes higher. When the average particle size of the thermoplastic resin particles is 60 μm or less, when the epoxy resin composition is thinly coated on a release paper or the like using a coating machine in the production of prepreg, the thermoplastic resin particles are applied to the coating machine. Is hard to clog. Further, when the carbon fiber reinforced composite material is produced, the straightness of the carbon fiber is unlikely to decrease.
The average particle size of the thermoplastic resin particles is a particle size corresponding to 50% of the cumulative distribution on a volume basis measured by the laser diffraction type particle size distribution measurement method.
熱可塑性樹脂粒子の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して、5〜30質量部が好ましく、8〜25質量部がより好ましく、10〜20質量部がさらに好ましい。熱可塑性樹脂粒子の含有量が、5質量部以上であれば炭素繊維強化複合材料へ高い靭性を付与することができ、30質量部以下であればエポキシ樹脂組成物の取り扱い性の悪化やプリプレグのタック性の悪化を防ぐことができる。 The content of the thermoplastic resin particles is preferably 5 to 30 parts by mass, more preferably 8 to 25 parts by mass, and even more preferably 10 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). If the content of the thermoplastic resin particles is 5 parts by mass or more, high toughness can be imparted to the carbon fiber reinforced composite material, and if it is 30 parts by mass or less, the handleability of the epoxy resin composition deteriorates or the prepreg It is possible to prevent deterioration of tackiness.
<粘度>
エポキシ樹脂組成物の粘度の制御は樹脂フローの制御に大きな影響を与える。特に航空機分野等の大型部材を成形する際は、硬化温度への昇温をよりゆっくりと行う必要がある。そのため、硬化反応が始まるまでのエポキシ樹脂組成物の粘度が樹脂フローの制御により大きな影響を持つ。
本発明においては、温度Tにおけるエポキシ樹脂組成物の以下の測定方法で測定される粘度をη(T)としたときに、温度Tは65〜100℃の範囲内であり、65〜100℃の範囲内のいずれの温度においてもη(T)は下記式(1)を満たす。また、65〜100℃の範囲内のいずれの温度においてもη(T)は下記式(2)を満たすことが好ましい。
5000exp(−0.08T)≦η(T) ・・・式(1)
η(T)≦30000exp(−0.08T) ・・・式(2)
なお、「η(T)」は、温度Tにおける粘度を示す。例えば、「η(65)」とは、65℃におけるエポキシ樹脂組成物の粘度のことであり、「η(100)」とは、100℃におけるエポキシ樹脂組成物の粘度のことである。
<Viscosity>
The control of the viscosity of the epoxy resin composition has a great influence on the control of the resin flow. In particular, when molding a large member such as in the aircraft field, it is necessary to raise the temperature to the curing temperature more slowly. Therefore, the viscosity of the epoxy resin composition until the curing reaction starts has a greater influence on the control of the resin flow.
In the present invention, when the viscosity measured by the following measuring method of the epoxy resin composition at the temperature T is η (T), the temperature T is in the range of 65 to 100 ° C. and is at 65 to 100 ° C. At any temperature within the range, η (T) satisfies the following equation (1). Further, it is preferable that η (T) satisfies the following formula (2) at any temperature in the range of 65 to 100 ° C.
5000exp (-0.08T) ≤ η (T) ... Equation (1)
η (T) ≤30000 exp (-0.08T) ... Equation (2)
In addition, "η (T)" indicates a viscosity at a temperature T. For example, "η (65)" is the viscosity of the epoxy resin composition at 65 ° C., and "η (100)" is the viscosity of the epoxy resin composition at 100 ° C.
すなわち、温度Tが65℃から100℃の範囲内である時に、この温度範囲内のいずれの温度においても粘度η(T)は5000exp(−0.08T)以上である。温度Tが65℃から100℃の範囲内のいずれの温度においても、粘度η(T)が5000exp(−0.08T)以上であれば、樹脂フローを適切な範囲となるよう抑制することができる。温度Tが65℃から100℃の範囲内において、この温度範囲内のいずれの温度においても粘度η(T)は5500exp(−0.08T)以上であることが好ましく、6000exp(−0.08T)以上であることがより好ましい。
また、温度Tが65℃から100℃の範囲内である時に、この温度範囲内のいずれの温度においても粘度η(T)は30000exp(−0.08T)以下であることが好ましい。温度Tが65℃から100℃の範囲内のいずれの温度においても、粘度η(T)が30000exp(−0.08T)以下であれば、エポキシ樹脂組成物を容易に炭素繊維基材へ含浸させることができ、作製したプリプレグのドレープ性、タック性を適正な範囲とすることができる。温度Tが65℃から100℃の範囲内において、この温度範囲内のいずれの温度においても粘度η(T)は20000exp(−0.08T)以下であることがより好ましく、10000exp(−0.08T)以下であることがさらに好ましい。
That is, when the temperature T is in the range of 65 ° C. to 100 ° C., the viscosity η (T) is 5000 exp (−0.08 T) or more at any temperature in this temperature range. At any temperature in the range of 65 ° C. to 100 ° C., if the viscosity η (T) is 5000 exp (−0.08 T) or more, the resin flow can be suppressed to an appropriate range. .. When the temperature T is in the range of 65 ° C. to 100 ° C., the viscosity η (T) is preferably 5500 exp (−0.08 T) or more, preferably 6000 expp (−0.08 T) at any temperature within this temperature range. The above is more preferable.
Further, when the temperature T is in the range of 65 ° C. to 100 ° C., the viscosity η (T) is preferably 30,000 exp (−0.08 T) or less at any temperature within this temperature range. When the viscosity η (T) is 30,000 exp (−0.08 T) or less at any temperature in the range of 65 ° C. to 100 ° C., the carbon fiber base material is easily impregnated with the epoxy resin composition. The drapeability and tackiness of the produced prepreg can be set within an appropriate range. When the temperature T is in the range of 65 ° C. to 100 ° C., the viscosity η (T) is more preferably 20000 exp (-0.08 T) or less at any temperature in this temperature range, and 10000 exp (-0.08 T). ) The following is more preferable.
粘度はエポキシ樹脂組成物の昇温粘度測定を行うことで求めることができる。具体的には、レオメータのプレートを予め30℃まで加温し、温度が安定するまで待ち、温度が安定したことを確認した後に、エポキシ樹脂組成物をプレートに分取し、ギャップを調整した後に、以下の測定条件でエポキシ樹脂組成物の粘度を測定する。
(測定条件)
・装置:レオメータ
・使用プレート:35φパラレルプレート
・プレートギャップ:0.5mm
・測定モード:応力一定
・測定周波数:10rad/秒
・昇温速度:30℃から、少なくともエポキシ樹脂組成物が硬化反応を開始する直前の温度(すなわち、急激に粘度が上昇する温度)まで、2℃/分で昇温する。
・応力:300Pa
The viscosity can be determined by measuring the temperature rise viscosity of the epoxy resin composition. Specifically, the rheometer plate is preheated to 30 ° C., waits until the temperature stabilizes, and after confirming that the temperature has stabilized, the epoxy resin composition is separated into the plate and the gap is adjusted. , The viscosity of the epoxy resin composition is measured under the following measurement conditions.
(Measurement condition)
・ Equipment: Rheometer ・ Plate used: 35φ parallel plate ・ Plate gap: 0.5mm
-Measurement mode: constant stress-Measurement frequency: 10 rad / sec-Rising rate: From 30 ° C to at least the temperature immediately before the epoxy resin composition starts the curing reaction (that is, the temperature at which the viscosity rapidly increases) 2 The temperature is raised at ° C / min.
・ Stress: 300Pa
<製造方法>
エポキシ樹脂組成物は、例えば構成要素(A)、構成要素(B)、構成要素(C)および構成要素(D)と、必要に応じて構成要素(E)および任意成分の1つ以上とを混合することで得られる。
また、例えば構成要素(A)の一部および構成要素(D)と、必要に応じて構成要素(E)とを混合してマスターバッチを調製しておき、得られたマスターバッチに残りの構成要素(A)、構成要素(B)および構成要素(C)と、必要に応じて任意成分とを混合してエポキシ樹脂組成物を製造してもよい。
各構成要素の混合方法としては、例えば三本ロールミル、プラネタリミキサー、ニーダー、ホモジナイザー、ホモディスパー等の混合機を用いる方法が挙げられる。
<Manufacturing method>
The epoxy resin composition contains, for example, a component (A), a component (B), a component (C) and a component (D), and if necessary, one or more of the component (E) and an optional component. Obtained by mixing.
Further, for example, a part of the component (A) and the component (D) are mixed with the component (E) as needed to prepare a masterbatch, and the remaining components are added to the obtained masterbatch. An epoxy resin composition may be produced by mixing the element (A), the component (B), the component (C), and an optional component, if necessary.
Examples of the mixing method of each component include a method using a mixer such as a three-roll mill, a planetary mixer, a kneader, a homogenizer, and a homodisper.
<作用効果>
以上説明した本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述した構成要素(A)、構成要素(B)、構成要素(C)および構成要素(D)を含み、特定温度における粘度が規定されているので、樹脂フローを制御でき、成形硬化特性に優れる。また、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いれば、優れた機械特性および耐湿熱性を有する炭素繊維強化複合材料を得ることできる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、炭素繊維およびマトリックス樹脂を必須の構成要素とする炭素繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好適である。
<Action effect>
The epoxy resin composition of the present invention described above includes the above-mentioned components (A), components (B), components (C) and components (D), and the viscosity at a specific temperature is defined. , Resin flow can be controlled and excellent molding and curing characteristics. Further, by using the epoxy resin composition of the present invention, a carbon fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties and moisture heat resistance can be obtained.
The epoxy resin composition of the present invention is suitable as a matrix resin for a carbon fiber reinforced composite material containing carbon fibers and a matrix resin as essential components.
[プリプレグ]
本発明のプリプレグは、上述した本発明のエポキシ樹脂組成物が炭素繊維基材に含浸したものであり、炭素繊維強化複合材料を製造するための中間材料である。
プリプレグの繊維目付(1m2あたりの炭素繊維基材の含有量:FAW)は、プリプレグの用途に応じて適宜設定すればよく、通常、50〜300g/m2である。
[Prepreg]
The prepreg of the present invention is a carbon fiber base material impregnated with the above-mentioned epoxy resin composition of the present invention, and is an intermediate material for producing a carbon fiber reinforced composite material.
The fiber basis weight of the prepreg (content of carbon fiber base material per 1 m 2 : FAW) may be appropriately set according to the use of the prepreg, and is usually 50 to 300 g / m 2 .
プリプレグの総質量に対するエポキシ樹脂組成物の含有量(以下、「樹脂含有量」という。)は、20〜50質量%が好ましく、30〜40質量%がより好ましい。樹脂含有量が20質量%以上であれば、プリプレグのタックが低くなりすぎることを抑制し、取扱に適したタックとすることができる。さらにエポキシ樹脂組成物の不足に起因する炭素繊維強化複合材料の機械特性の低下を防ぐこともできる。樹脂含有量が50質量%以下であれば、プリプレグのタックが高くなりすぎることを抑制し、取扱に適したタックとすることができる。さらにエポキシ樹脂組成物の過剰に起因するVf(炭素繊維強化複合材料中の炭素繊維基材の体積含有率)向上に伴う、炭素繊維強化複合材料の機械特性の低下を防ぐこともできる。 The content of the epoxy resin composition with respect to the total mass of the prepreg (hereinafter, referred to as “resin content”) is preferably 20 to 50% by mass, more preferably 30 to 40% by mass. When the resin content is 20% by mass or more, it is possible to prevent the tack of the prepreg from becoming too low, and to make the tack suitable for handling. Further, it is possible to prevent deterioration of the mechanical properties of the carbon fiber reinforced composite material due to the shortage of the epoxy resin composition. When the resin content is 50% by mass or less, the tack of the prepreg can be suppressed from becoming too high, and the tack can be made suitable for handling. Further, it is possible to prevent deterioration of the mechanical properties of the carbon fiber reinforced composite material due to the improvement of Vf (volume content of the carbon fiber base material in the carbon fiber reinforced composite material) due to the excess of the epoxy resin composition.
プリプレグの厚さは、プリプレグの用途に応じて適宜設定すればよく、通常、0.05〜0.3mmである。 The thickness of the prepreg may be appropriately set according to the application of the prepreg, and is usually 0.05 to 0.3 mm.
<炭素繊維基材>
炭素繊維基材としては、比強度や比弾性率が高い炭素繊維強化複合材料を成形することができるという観点からは、炭素繊維が単一方向に引き揃えられた炭素繊維の束からなるシートであることが好ましく、取り扱いが容易であるという観点からは、強化繊維の織物であることが好ましい。
<Carbon fiber base material>
As the carbon fiber base material, from the viewpoint that a carbon fiber reinforced composite material having high specific strength and specific elastic modulus can be formed, a sheet composed of a bundle of carbon fibers in which carbon fibers are aligned in one direction is used. From the viewpoint of being easy to handle, it is preferably a reinforcing fiber woven fabric.
炭素繊維は、長繊維であってもよく、当該長繊維はストランド状であってもよい。また、炭素繊維は、粉砕されていてもよく(ミルド)、長繊維、またはそのストランドが切断されたもの(チョップド)であってもよい。 The carbon fibers may be long fibers, and the long fibers may be in the form of strands. Further, the carbon fibers may be crushed (milled), long fibers, or the strands thereof may be cut (chopped).
炭素繊維の引張強度は3500MPa以上であることが好ましく、5000MPa以上であることがより好ましく、6000MPa以上であることがさらに好ましい。
炭素繊維の引張弾性率は150GPa以上であることが好ましく、200GPa以上であることがより好ましく、250GPa以上であることがさらに好ましい。
炭素繊維の引張強度および引張弾性率は、ASTM D4018に準拠して測定される値である。
The tensile strength of the carbon fiber is preferably 3500 MPa or more, more preferably 5000 MPa or more, and even more preferably 6000 MPa or more.
The tensile elastic modulus of the carbon fiber is preferably 150 GPa or more, more preferably 200 GPa or more, and further preferably 250 GPa or more.
The tensile strength and tensile modulus of carbon fibers are values measured in accordance with ASTM D4018.
炭素繊維のストランド強度については特に制限されないが、例えば航空機の構造材として、一実施形態に係る炭素繊維強化複合材料を用いる場合、当該炭素繊維強化複合材料に用いられる炭素繊維としてはストランド強度が高いものであることが好ましく、具体的にはストランド強度は6000MPa以上であることが好ましい。
炭素繊維のストランド強度は、JIS R 7601に準拠して測定される値である。
The strand strength of the carbon fiber is not particularly limited. For example, when the carbon fiber reinforced composite material according to one embodiment is used as the structural material of an aircraft, the strand strength is high as the carbon fiber used for the carbon fiber reinforced composite material. It is preferable that the strand strength is 6000 MPa or more.
The strand strength of carbon fiber is a value measured in accordance with JIS R 7601.
炭素繊維の繊維径は、3μm以上であることが好ましく、12μm以下であることが好ましい。炭素繊維の繊維径が3μm以上であれば、炭素繊維を加工するための、例えば、コーム、ロール等のプロセスにおいて、炭素繊維が横移動して炭素繊維同士が擦れたり、炭素繊維とロール表面等とが擦れたりするときに、炭素繊維が切断したり、毛羽だまりが生じたりしにくい。このため、安定した強度の炭素繊維強化複合材料を好適に製造することができる。炭素繊維の繊維径が12μm以下であれば、通常の方法で炭素繊維を製造することができる。
炭素繊維束における炭素繊維の本数は、1,000〜70,000本が好ましい。
The fiber diameter of the carbon fiber is preferably 3 μm or more, and preferably 12 μm or less. When the fiber diameter of the carbon fibers is 3 μm or more, in the process for processing the carbon fibers, for example, combs, rolls, etc., the carbon fibers move laterally and rub against each other, or the carbon fibers and the roll surface, etc. When rubbing against, the carbon fiber is less likely to be cut and fluff is less likely to occur. Therefore, a carbon fiber reinforced composite material having stable strength can be suitably produced. When the fiber diameter of the carbon fiber is 12 μm or less, the carbon fiber can be produced by a usual method.
The number of carbon fibers in the carbon fiber bundle is preferably 1,000 to 70,000.
<製造方法>
プリプレグは、ウェット法、ホットメルト法等によって好適に製造することができる。
ウェット法は、具体的には本発明のエポキシ樹脂組成物をメチルエチルケトンやメタノール等の溶媒に溶解して低粘度化した後に、炭素繊維基材に含浸させる方法である。
ホットメルト法は、具体的には本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱により低粘度化した後に、炭素繊維基材に直接含浸させる方法、または本発明のエポキシ樹脂組成物を離型紙等の上にコーティングして樹脂フィルムを作製し、炭素繊維基材の両面または片面から樹脂フィルムを重ねて加熱加圧する方法である。
製造環境やプリプレグから作製される炭素繊維強化複合材料の特性の観点から、プリプレグはホットメルト法で製造されることが好ましい。
<Manufacturing method>
The prepreg can be suitably produced by a wet method, a hot melt method, or the like.
Specifically, the wet method is a method in which the epoxy resin composition of the present invention is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to reduce the viscosity, and then the carbon fiber base material is impregnated.
Specifically, the hot melt method is a method in which the epoxy resin composition of the present invention is reduced in viscosity by heating and then directly impregnated into a carbon fiber base material, or the epoxy resin composition of the present invention is placed on a release paper or the like. This is a method in which a resin film is produced by coating, and a resin film is laminated on both sides or one side of a carbon fiber base material and heated and pressed.
From the viewpoint of the production environment and the characteristics of the carbon fiber reinforced composite material produced from the prepreg, the prepreg is preferably produced by the hot melt method.
<作用効果>
以上説明した本発明のプリプレグは、本発明のエポキシ樹脂組成物が炭素繊維基材に含浸しているので、樹脂フローが制御されている。よって、炭素繊維強化複合材料の製造においてプリプレグを加熱する際にエポキシ樹脂組成物が系外へ流れにくい。また、本発明のプリプレグを用いれば、優れた機械特性および耐湿熱性を有する炭素繊維強化複合材料を得ることできる。
<Action effect>
In the prepreg of the present invention described above, since the epoxy resin composition of the present invention is impregnated in the carbon fiber base material, the resin flow is controlled. Therefore, in the production of the carbon fiber reinforced composite material, the epoxy resin composition does not easily flow out of the system when the prepreg is heated. Further, by using the prepreg of the present invention, a carbon fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties and moisture heat resistance can be obtained.
[炭素繊維強化複合材料]
本発明の炭素繊維強化複合材料は、上述した本発明のプリプレグを硬化して得られ、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物と炭素繊維基材とを含む。
[Carbon fiber reinforced composite material]
The carbon fiber reinforced composite material of the present invention is obtained by curing the above-mentioned prepreg of the present invention, and includes a cured product of the epoxy resin composition of the present invention and a carbon fiber base material.
<加熱成形>
炭素繊維強化複合材料は、2つ以上のプリプレグを積層してプリプレグ積層体とし、このプリプレグ積層体を加熱成形してエポキシ樹脂組成物を硬化することによって得られる。
プリプレグ積層体を加熱成形する際の温度は、エポキシ樹脂組成物を適切に硬化可能な温度であればいずれの温度でもよいが、加熱成形に用いる設備の性能、副資材の性質、得られる炭素繊維強化複合材料の特性、およびエポキシ樹脂組成物の硬化に要する時間の点から170〜190℃が好ましい。加熱成形する際の温度が170℃以上であれば、エポキシ樹脂組成物が十分に硬化し、より高い耐熱性を有する炭素繊維強化複合材料を得ることができる。加熱成形する際の温度が190℃以下であれば、加熱成形に用いる設備や副資材としてより安価なものを用いることができる。
<Heat molding>
The carbon fiber reinforced composite material is obtained by laminating two or more prepregs to form a prepreg laminate, and heat-molding the prepreg laminate to cure the epoxy resin composition.
The temperature at which the prepreg laminate is heat-molded may be any temperature as long as the epoxy resin composition can be appropriately cured, but the performance of the equipment used for the heat-molding, the properties of the auxiliary materials, and the obtained
加熱成形時間は、エポキシ樹脂組成物を十分に硬化でき、かつ後述する加熱成形法に適した時間であればよい。例えばオートクレーブ成形法の場合、加熱成形時間は1〜4時間が好ましい。加熱成形時間が1時間以上であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化が十分である。加熱成形が4時間を超えると、製造コストがより高額となる。 The heat molding time may be any time as long as the epoxy resin composition can be sufficiently cured and is suitable for the heat molding method described later. For example, in the case of the autoclave molding method, the heat molding time is preferably 1 to 4 hours. If the heat molding time is 1 hour or more, the epoxy resin composition is sufficiently cured. If the heat molding exceeds 4 hours, the manufacturing cost becomes higher.
加熱成形法としては、例えばオートクレーブ成形法、オーブン成形法、プレス成形法等の公知の方法が挙げられる。加熱成形法としては、より優れた機械特性を有する繊維強化複合材料を得ることができる点から、オートクレーブ成形法が好ましい。 Examples of the heat molding method include known methods such as an autoclave molding method, an oven molding method, and a press molding method. As the heat molding method, the autoclave molding method is preferable from the viewpoint that a fiber-reinforced composite material having more excellent mechanical properties can be obtained.
<作用効果>
以上説明した炭素繊維強化複合材料は、本発明のエポキシ樹脂組成物が炭素繊維基材に含浸したプリプレグを中間材料としているで、優れた機械特性および耐湿熱性を有する。
<Action effect>
The carbon fiber reinforced composite material described above uses a prepreg impregnated in a carbon fiber base material with the epoxy resin composition of the present invention as an intermediate material, and thus has excellent mechanical properties and moisture and heat resistance.
以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
各実施例および比較例で使用した原料と、各種測定および評価方法は以下の通りである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to the following description.
The raw materials used in each Example and Comparative Example and various measurement and evaluation methods are as follows.
[原料]
<構成要素(A)>
・jER828:25℃で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、jER(登録商標)828)。
・jER807:25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、jER(登録商標)807)。
・jER604:テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン(三菱ケミカル社製、jER(登録商標)604)。
・MY0510:トリグリシジル−p−アミノフェノール(HUNTSMAN社製、Araldite(登録商標)MY0510)。
・TSR−400:オキサゾリドン環骨格を有するエポキシ樹脂(DIC社製のEPICLON(登録商標)TSR−400)。
[material]
<Component (A)>
-JER828: A bisphenol A type epoxy resin liquid at 25 ° C. (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, jER (registered trademark) 828).
-JER807: A bisphenol F type epoxy resin liquid at 25 ° C. (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, jER (registered trademark) 807).
-JER604: Tetraglycidyl diaminodiphenylmethane (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, jER (registered trademark) 604).
MY0510: Triglycidyl-p-aminophenol (Huntsman Corporation, Araldite® MY0510).
TSR-400: An epoxy resin having an oxazolidone ring skeleton (EPICLON (registered trademark) TSR-400 manufactured by DIC Corporation).
<構成要素(B)>
・5003MP:ポリエーテルスルホン(住友化学社製、スミカエクセルPES5003MP)。
<Component (B)>
-5003MP: Polyether sulfone (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Sumika Excel PES5003MP).
<構成要素(C)>
・SEIKACURE−S:4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(和歌山精化工業社製、SEIKACURE−S)。
<Component (C)>
-SEIKACURE-S: 4,4'-diaminodiphenyl sulfone (manufactured by Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd., SEIKACURE-S).
<構成要素(D)>
・DICY7:ジシアンジアミド(三菱ケミカル社製、jERキュア(登録商標)DICY7)。
<Component (D)>
-DICY7: dicyandiamide (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, jER Cure (registered trademark) DICY7).
<構成要素(E)>
・DCMU:3−(3,4−ジクロフェニル)−1,1−ジメチル尿素(保土谷化学工業社製、DCMU99)。
<Component (E)>
-DCMU: 3- (3,4-diclophenyl) -1,1-dimethylurea (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd., DCMU99).
<炭素繊維基材>
・TR50S:炭素繊維束(三菱ケミカル社製、パイロフィル(登録商標)TR50S)。
<Carbon fiber base material>
-TR50S: Carbon fiber bundle (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Pyrofil (registered trademark) TR50S).
[測定・評価]
<エポキシ樹脂組成物の昇温粘度測定>
レオメータのプレートを予め30℃まで加温し、温度が安定するまで待った。温度が安定したことを確認した後に、エポキシ樹脂組成物をプレートに分取し、ギャップを調整した後に、以下の測定条件でエポキシ樹脂組成物の粘度を測定した。
(測定条件)
・装置:レオメータ(サーモフィッシャー社製、HAAKE MARS40)
・使用プレート:35φパラレルプレート
・プレートギャップ:0.5mm
・測定モード:応力一定
・測定周波数:10rad/秒
・昇温速度:30℃から、少なくともエポキシ樹脂組成物が硬化反応を開始する直前の温度(すなわち、急激に粘度が上昇する温度)まで、2℃/分で昇温した。
・応力:300Pa
[Measurement / evaluation]
<Measurement of temperature rise viscosity of epoxy resin composition>
The rheometer plate was preheated to 30 ° C. and waited for the temperature to stabilize. After confirming that the temperature was stable, the epoxy resin composition was dispensed onto a plate, the gap was adjusted, and then the viscosity of the epoxy resin composition was measured under the following measurement conditions.
(Measurement condition)
・ Equipment: Rheometer (Thermo Fisher, HAAKE MARS40)
・ Plate used: 35φ parallel plate ・ Plate gap: 0.5mm
-Measurement mode: constant stress-Measurement frequency: 10 rad / sec-Rising rate: From 30 ° C to at least the temperature immediately before the epoxy resin composition starts the curing reaction (that is, the temperature at which the viscosity rapidly increases) 2 The temperature was raised at ° C / min.
・ Stress: 300Pa
<エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水率>
エポキシ樹脂組成物の硬化物(樹脂硬化物)の吸水率は以下の方法で測定した。
1)2mm厚のエポキシ樹脂組成物の硬化板を作製した。エポキシ樹脂組成物の硬化条件は室温から1.7℃/分で180℃まで昇温し、180℃で2時間保持し、50℃以下まで自然放冷とした。
2)硬化後、24時間以内に硬化板を長さ55mm、幅12.7mmに加工して、吸水率測定用の試験片とした。
3)試験片の汚れをアセトンでふき取り、吸水前の硬化樹脂試験片の質量を測定した。
4)試験片を71℃の温水に2週間浸漬し、吸水試験を行った。試験片を複数浸漬する際は、試験片同士が直に接しないよう個々の試験片をガーゼで包んだ。
5)浸漬した試験片を取出し、水滴を十分に拭い、吸水後の試験片の質量を測定した。
6)下記式(3)より、樹脂硬化物の吸水率を算出した。
吸水率(%)=(吸水後の試験片の質量−吸水前の試験片の質量)/吸水前の試験片の質量×100 ・・・式(3)
<Water absorption rate of cured product of epoxy resin composition>
The water absorption rate of the cured product (cured resin product) of the epoxy resin composition was measured by the following method.
1) A cured plate of a 2 mm thick epoxy resin composition was prepared. The curing conditions of the epoxy resin composition were that the temperature was raised from room temperature to 180 ° C. at 1.7 ° C./min, held at 180 ° C. for 2 hours, and allowed to cool naturally to 50 ° C. or lower.
2) Within 24 hours after curing, the cured plate was processed into a length of 55 mm and a width of 12.7 mm to prepare a test piece for measuring water absorption.
3) The dirt on the test piece was wiped off with acetone, and the mass of the cured resin test piece before water absorption was measured.
4) The test piece was immersed in warm water at 71 ° C. for 2 weeks to perform a water absorption test. When immersing a plurality of test pieces, each test piece was wrapped with gauze so that the test pieces did not come into direct contact with each other.
5) The immersed test piece was taken out, water droplets were sufficiently wiped off, and the mass of the test piece after water absorption was measured.
6) The water absorption rate of the cured resin product was calculated from the following formula (3).
Water absorption rate (%) = (mass of test piece after water absorption-mass of test piece before water absorption) / mass of test piece before water absorption x 100 ... Equation (3)
<エポキシ樹脂組成物の硬化物の3点曲げ試験>
樹脂硬化物の吸水率の測定と同じ条件で作製した2mm厚の硬化板を長さ60mm、幅8mmに加工して、3点曲げ試験用の試験片とした。
得られた試験片について、3点曲げ治具(圧子、サポートともに先端3.2mmR、サポート間距離:試験片厚みの16倍)を設置した電気機械式万能材料試験器(インストロン社製)を用い、クロスヘッドスピード2mm/分の条件で、樹脂硬化物の曲げ特性(曲げ強度、曲げ弾性率、破断歪み)を測定した。
<Three-point bending test of cured product of epoxy resin composition>
A 2 mm-thick cured plate prepared under the same conditions as the measurement of the water absorption rate of the cured resin product was processed into a length of 60 mm and a width of 8 mm to prepare a test piece for a three-point bending test.
For the obtained test piece, an electromechanical universal material tester (manufactured by Instron) equipped with a three-point bending jig (both indenter and support tip 3.2 mmR, distance between supports: 16 times the test piece thickness) was installed. The bending characteristics (bending strength, flexural modulus, breaking strain) of the cured resin product were measured under the condition of a crosshead speed of 2 mm / min.
<エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度>
樹脂硬化物の吸水率の測定と同じ条件で作製した2mm厚の硬化板を長さ55mm、幅12.7mmに加工して、ガラス転移温度測定用の試験片とした。
得られた試験片について、樹脂硬化物の吸水率の測定と同じ条件で吸水試験を行った。
吸水試験の前後の試験片について、動的粘弾性測定装置(ティー・エイ・インスツルメント社製、ARES−RDA)を用いて、周波数1Hz、昇温レート5℃/分の条件で、ねじりモードでの貯蔵弾性率G’を測定した。logG’を温度に対してプロットし、ゴム状態に転移する前の平坦領域におけるlogG’の近似直線と、ゴム状態に転移した後の領域におけるlogG’の近似直線との交点から求められる温度をガラス転移温度とした。吸水試験前の樹脂硬化物のガラス転移温度を「G’−Tg Dry」、吸水試験後の樹脂硬化物のガラス転移温度を「G’−Tg Wet」とした。
<Glass transition temperature of cured product of epoxy resin composition>
A 2 mm-thick cured plate prepared under the same conditions as the measurement of the water absorption rate of the cured resin product was processed into a length of 55 mm and a width of 12.7 mm to prepare a test piece for measuring the glass transition temperature.
The obtained test piece was subjected to a water absorption test under the same conditions as the measurement of the water absorption rate of the cured resin product.
Twist mode for test pieces before and after the water absorption test using a dynamic viscoelasticity measuring device (ARES-RDA, manufactured by TA Instruments) under the conditions of
<硬化過程での樹脂フロー率の測定>
150mm角に切断したプリプレグを炭素繊維の軸方向が揃うように12枚積層し、プリプレグ積層体を得た。得られたプリプレグ積層体を以下のようにしてバギングした。
図1に示すように、金属ツール1上に離形フィルム2aを敷き、離形フィルム2a上にプリプレグ積層体3を設置した。プリプレグ積層体3の周囲にガラススリーブ4aを配置した。この際、プリプレグ積層体3の端からガラススリーブ4aまで、25mm程度の間隔をあけた。ガラスヤーン5をプリプレグ積層体3の端に沿わせるように配置し、このガラスヤーン5の両端をガラススリーブ4aに耐熱テープ(図示略)で固定した。プリプレグ積層体3の上面に離形フィルム2bを積層した。この離形フィルム2bの大きさは、ガラススリーブ4aが半分まで覆われる程度とした。さらに離形フィルム2b上に金属板6およびナイロン製の不織布7aを積層した。硬化の際、オートクレーブ内部を加圧、バッグ内部を減圧させるため、エポキシ樹脂組成物はプリプレグ積層体3から吸い口8の方向へ流れる。このエポキシ樹脂組成物が流れる経路にナイロン製の不織布7bを配置し、意図的にエポキシ樹脂組成物が留まるようにした。具体的には、吸い口8に接するようにガラススリーブ4bを配置し、このガラススリーブ4bとプリプレグ積層体3の周囲に配置したガラススリーブ4aとの間にナイロン製の不織布7bを配置した。これらのガラススリーブ4a、4bと不織布7bとの間はガラスヤーン5で結んだ。なお、不織布7bはエポキシ樹脂組成物を留めるに十分な大きさとした。バギングフィルム9を被せ、端をシーラント10で封止した。なお、図1(b)において、離形フィルム2a、金属板6、不織布7aおよびバギングフィルム9は省略する。
バギングしたプリプレグ積層体を、オートクレーブを使用して硬化を行った。具体的には、室温から65℃まで1℃/分で昇温し、65℃で20分保持し、さらに180℃まで1℃/分で昇温し、180℃で120分保持した後、3℃/分で50℃以下となるまで降温してから硬化物をオートクレーブから取り出した。硬化前のプリプレグ積層体の質量(Wb)と、硬化後のプリプレグ積層体の質量(Wa)から下記式(4)よりフロー率を算出した。
フロー率(%)=(Wb−Wa)/Wb×100 ・・・式(4)
<Measurement of resin flow rate during curing process>
Twelve prepregs cut into 150 mm squares were laminated so that the axial directions of the carbon fibers were aligned to obtain a prepreg laminate. The obtained prepreg laminate was bagged as follows.
As shown in FIG. 1, a
The bagged prepreg laminate was cured using an autoclave. Specifically, the temperature is raised from room temperature to 65 ° C. at 1 ° C./min, held at 65 ° C. for 20 minutes, further raised to 180 ° C. at 1 ° C./min, held at 180 ° C. for 120 minutes, and then 3 The temperature was lowered to 50 ° C. or lower at ° C./min, and then the cured product was removed from the autoclave. The flow rate was calculated from the following formula (4) from the mass (Wb) of the prepreg laminate before curing and the mass (Wa) of the prepreg laminate after curing.
Flow rate (%) = (Wb-Wa) / Wb × 100 ... Equation (4)
[実施例1]
<エポキシ樹脂組成物の調製>
jER828、DICY7、DCMUの質量比が6:3:2となるように、それぞれの原料を秤量した。秤量した原料をマゼルスターKK−2000(クラボウ社製)、三本ロールミルを使用して均一に混練することでマスターバッチを調製した。セパラブルフラスコにjER828を38質量部、jER604を50質量部、5003MPを15質量部秤量し、160〜170℃設定のオイルバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、秤量した原料が均一となるまで加熱撹拌した。セパラブルフラスコをオイルバスから取り出して、内容物の温度が70℃以下となったら、当該セパラブルフラスコへSEIKACURE−Sを9.1質量部、マスターバッチを22質量部秤量した。60〜70℃設定のウォーターバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、セパラブルフラスへコの内容物が均一となるまで加熱撹拌することで、エポキシ樹脂組成物を調製した。
得られたエポキシ樹脂組成物について粘度を測定した。結果を図2に示す。また、温度65℃と100℃におけるエポキシ樹脂組成物の粘度η(T)が上記式(1)を満足するか否かを確認し、満足する場合を「〇」とし、満足しない場合を「×」とした。結果を表1に示す。なお、図2には、y=5000e−0.08T(ただし、yは粘度、Tは温度である。)で表される直線も示した。
また、樹脂硬化物の曲げ特性、ガラス転移温度および吸水率を測定した。これらの結果を表1に示す。
[Example 1]
<Preparation of epoxy resin composition>
Each raw material was weighed so that the mass ratio of jER828, DICY7, and DCMU was 6: 3: 2. A masterbatch was prepared by uniformly kneading the weighed raw materials using Mazerustar KK-2000 (manufactured by Kurabo Industries Ltd.) and a three-roll mill. Weigh 38 parts by mass of jER828, 50 parts by mass of jER604, and 15 parts by mass of 5003MP in a separable flask, and use an oil bath set at 160 to 170 ° C., a stirrer three-one motor and its stirring blade to make the weighed raw materials uniform. It was heated and stirred until it became. The separable flask was taken out from the oil bath, and when the temperature of the contents became 70 ° C. or lower, 9.1 parts by mass of SEIKACURE-S and 22 parts by mass of the masterbatch were weighed into the separable flask. An epoxy resin composition was prepared by heating and stirring until the contents of the separable frass heco became uniform using a water bath set at 60 to 70 ° C., a stirrer three-one motor and a stirring blade thereof.
The viscosity of the obtained epoxy resin composition was measured. The results are shown in FIG. Further, it is confirmed whether or not the viscosity η (T) of the epoxy resin composition at the temperatures of 65 ° C. and 100 ° C. satisfies the above formula (1). ". The results are shown in Table 1. Note that FIG. 2 also shows a straight line represented by y = 5000e −0.08T (where y is viscosity and T is temperature).
In addition, the bending characteristics, glass transition temperature and water absorption rate of the cured resin product were measured. These results are shown in Table 1.
<プリプレグの作製>
ホットメルトコーターを使用して、エポキシ樹脂組成物を離型紙上に塗工して樹脂フィルムを作製した。炭素繊維TR50Sを一方向に引き揃えて作製した炭素繊維基材の上下に樹脂フィルムを貼り合わせ、加熱、加圧することで、エポキシ樹脂組成物を炭素繊維基材中に含浸させることで、プリプレグを作製した。
得られたプリプレグを用いて、硬化過程での樹脂フロー率を測定した。結果を表1に示す。
<Making prepreg>
An epoxy resin composition was applied onto a paper pattern using a hot melt coater to prepare a resin film. A resin film is attached to the top and bottom of the carbon fiber base material prepared by aligning the carbon fiber TR50S in one direction, and the epoxy resin composition is impregnated into the carbon fiber base material by heating and pressurizing the prepreg. Made.
Using the obtained prepreg, the resin flow rate in the curing process was measured. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
<エポキシ樹脂組成物の調製>
実施例1と同じ手順でマスターバッチを調製した。セパラブルフラスコにjER828を5質量部、jER807を55質量部、jER604を35質量部、MY0510を5質量部、5003MPを13質量部秤量し、160〜170℃設定のオイルバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、秤量した原料が均一となるまで加熱撹拌した。セパラブルフラスコをオイルバスから取り出して、内容物の温度が70℃以下となったら、当該セパラブルフラスコへSEIKACURE−Sを43質量部、マスターバッチを5.7質量部秤量した。60〜70℃設定のウォーターバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、セパラブルフラスへコの内容物が均一となるまで加熱撹拌することで、エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、得られたエポキシ樹脂組成物中の構成要素(B)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して12.61質量部である。また、構成要素(E)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して0.77質量部である。
得られたエポキシ樹脂組成物について粘度を測定した。結果を図2に示す。また、温度65℃と100℃におけるエポキシ樹脂組成物の粘度η(T)が上記式(1)を満足するか否かを確認した。結果を表1に示す。
また、樹脂硬化物の曲げ特性、ガラス転移温度および吸水率を測定した。これらの結果を表1に示す。
[Example 2]
<Preparation of epoxy resin composition>
A masterbatch was prepared in the same procedure as in Example 1.
The viscosity of the obtained epoxy resin composition was measured. The results are shown in FIG. Further, it was confirmed whether or not the viscosity η (T) of the epoxy resin composition at temperatures of 65 ° C. and 100 ° C. satisfied the above formula (1). The results are shown in Table 1.
In addition, the bending characteristics, glass transition temperature and water absorption rate of the cured resin product were measured. These results are shown in Table 1.
<プリプレグの作製>
得られたエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、実施例1と同じ手順でプリプレグを作製した。
得られたプリプレグを用いて、硬化過程での樹脂フロー率を測定した。結果を表1に示す。
<Making prepreg>
A prepreg was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the obtained epoxy resin composition was used.
Using the obtained prepreg, the resin flow rate in the curing process was measured. The results are shown in Table 1.
[参考例A]
<エポキシ樹脂組成物の調製>
実施例1と同じ手順でマスターバッチを調製した。セパラブルフラスコにjER828を42質量部、jER604を50質量部、5003MPを15質量部秤量し、160〜170℃設定のオイルバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、秤量した原料が均一となるまで加熱撹拌した。セパラブルフラスコをオイルバスから取り出して、内容物の温度が70℃以下となったら、当該セパラブルフラスコへSEIKACURE−Sを18.7質量部、マスターバッチを14.7質量部秤量した。60〜70℃設定のウォーターバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、セパラブルフラスへコの内容物が均一となるまで加熱撹拌することで、エポキシ樹脂組成物を調製した。
得られたエポキシ樹脂組成物について粘度を測定した。また、温度65℃と100℃におけるエポキシ樹脂組成物の粘度η(T)が上記式(1)を満足するか否かを確認した。結果を表1に示す。
また、樹脂硬化物の曲げ特性、ガラス転移温度および吸水率を測定した。これらの結果を表1に示す。
[Reference example A]
<Preparation of epoxy resin composition>
A masterbatch was prepared in the same procedure as in Example 1. Weigh 42 parts by mass of jER828, 50 parts by mass of jER604, and 15 parts by mass of 5003MP in a separable flask, and use an oil bath set at 160 to 170 ° C., a stirrer three-one motor and its stirring blade to make the weighed raw materials uniform. It was heated and stirred until it became. The separable flask was taken out from the oil bath, and when the temperature of the contents became 70 ° C. or lower, 18.7 parts by mass of SEIKACURE-S and 14.7 parts by mass of the masterbatch were weighed into the separable flask. An epoxy resin composition was prepared by heating and stirring until the contents of the separable frass heco became uniform using a water bath set at 60 to 70 ° C., a stirrer three-one motor and a stirring blade thereof.
The viscosity of the obtained epoxy resin composition was measured. Further, it was confirmed whether or not the viscosity η (T) of the epoxy resin composition at temperatures of 65 ° C. and 100 ° C. satisfied the above formula (1). The results are shown in Table 1.
In addition, the bending characteristics, glass transition temperature and water absorption rate of the cured resin product were measured. These results are shown in Table 1.
<プリプレグの作製>
得られたエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、実施例1と同じ手順でプリプレグを作製した。
得られたプリプレグを用いて、硬化過程での樹脂フロー率を測定した。結果を表1に示す。
<Making prepreg>
A prepreg was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the obtained epoxy resin composition was used.
Using the obtained prepreg, the resin flow rate in the curing process was measured. The results are shown in Table 1.
[比較例1]
<エポキシ樹脂組成物の調製>
セパラブルフラスコにjER807を49質量部、jER604を16質量部、TSR−400を35質量部、5003MPを2.8質量部秤量し、160〜170℃設定のオイルバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、秤量した原料が均一となるまで加熱撹拌した。セパラブルフラスコをオイルバスから取り出して、内容物の温度が70℃以下となったら、当該セパラブルフラスコへSEIKACURE−Sを40.6質量部秤量した。60〜70℃設定のウォーターバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、セパラブルフラスへコの内容物が均一となるまで加熱撹拌することで、エポキシ樹脂組成物を調製した。
得られたエポキシ樹脂組成物について粘度を測定した。結果を図2に示す。また、温度65℃と100℃におけるエポキシ樹脂組成物の粘度η(T)が上記式(1)を満足するか否かを確認した。結果を表1に示す。
また、樹脂硬化物の曲げ特性、ガラス転移温度および吸水率を測定した。これらの結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
<Preparation of epoxy resin composition>
Weigh 49 parts by mass of jER807, 16 parts by mass of jER604, 35 parts by mass of TSR-400, and 2.8 parts by mass of 5003MP in a separable flask, and weigh an oil bath set at 160 to 170 ° C., a stirrer three-one motor and its stirring blade. Was heated and stirred until the weighed raw materials became uniform. The separable flask was taken out from the oil bath, and when the temperature of the contents became 70 ° C. or lower, 40.6 parts by mass of SEIKACURE-S was weighed into the separable flask. An epoxy resin composition was prepared by heating and stirring until the contents of the separable frass heco became uniform using a water bath set at 60 to 70 ° C., a stirrer three-one motor and a stirring blade thereof.
The viscosity of the obtained epoxy resin composition was measured. The results are shown in FIG. Further, it was confirmed whether or not the viscosity η (T) of the epoxy resin composition at temperatures of 65 ° C. and 100 ° C. satisfied the above formula (1). The results are shown in Table 1.
In addition, the bending characteristics, glass transition temperature and water absorption rate of the cured resin product were measured. These results are shown in Table 1.
<プリプレグの作製>
得られたエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、実施例1と同じ手順でプリプレグを作製した。
得られたプリプレグを用いて、硬化過程での樹脂フロー率を測定した。結果を表1に示す。
<Making prepreg>
A prepreg was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the obtained epoxy resin composition was used.
Using the obtained prepreg, the resin flow rate in the curing process was measured. The results are shown in Table 1.
[比較例2]
<エポキシ樹脂組成物の調製>
実施例1と同じ手順でマスターバッチを調製した。セパラブルフラスコにjER807を49質量部、jER604を16質量部、TSR−400を35質量部、5003MPを2.8質量部秤量し、160〜170℃設定のオイルバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、秤量した原料が均一となるまで加熱撹拌した。セパラブルフラスコをオイルバスから取り出して、内容物の温度が70℃以下となったら、当該セパラブルフラスコへSEIKACURE−Sを33質量部、マスターバッチを5.7質量部秤量した。60〜70℃設定のウォーターバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、セパラブルフラスへコの内容物が均一となるまで加熱撹拌することで、エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、得られたエポキシ樹脂組成物中の構成要素(B)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して2.72質量部である。また、構成要素(E)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して0.77質量部である。
得られたエポキシ樹脂組成物について粘度を測定した。結果を図2に示す。また、温度65℃と100℃におけるエポキシ樹脂組成物の粘度η(T)が上記式(1)を満足するか否かを確認した。結果を表1に示す。
また、樹脂硬化物の曲げ特性、ガラス転移温度および吸水率を測定した。これらの結果を表1、2に示す。
[Comparative Example 2]
<Preparation of epoxy resin composition>
A masterbatch was prepared in the same procedure as in Example 1. Weigh 49 parts by mass of jER807, 16 parts by mass of jER604, 35 parts by mass of TSR-400, and 2.8 parts by mass of 5003MP in a separable flask, and weigh an oil bath set at 160 to 170 ° C., a stirrer three-one motor and its stirring blade. Was heated and stirred until the weighed raw materials became uniform. The separable flask was taken out from the oil bath, and when the temperature of the contents became 70 ° C. or lower, 33 parts by mass of SEIKACURE-S and 5.7 parts by mass of the masterbatch were weighed into the separable flask. An epoxy resin composition was prepared by heating and stirring until the contents of the separable frass heco became uniform using a water bath set at 60 to 70 ° C., a stirrer three-one motor and a stirring blade thereof. The content of the component (B) in the obtained epoxy resin composition is 2.72 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). The content of the component (E) is 0.77 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A).
The viscosity of the obtained epoxy resin composition was measured. The results are shown in FIG. Further, it was confirmed whether or not the viscosity η (T) of the epoxy resin composition at temperatures of 65 ° C. and 100 ° C. satisfied the above formula (1). The results are shown in Table 1.
In addition, the bending characteristics, glass transition temperature and water absorption rate of the cured resin product were measured. These results are shown in Tables 1 and 2.
<プリプレグの作製>
得られたエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、実施例1と同じ手順でプリプレグを作製した。
得られたプリプレグを用いて、硬化過程での樹脂フロー率を測定した。結果を表1に示す。
<Making prepreg>
A prepreg was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the obtained epoxy resin composition was used.
Using the obtained prepreg, the resin flow rate in the curing process was measured. The results are shown in Table 1.
[参考例B、C]
構成要素(D)の添加量による樹脂硬化物の曲げ特性、ガラス転移温度および吸水率への影響を確認するために、以下の参考例B及び参考例Cを実施した。
[Reference Examples B and C]
The following Reference Example B and Reference Example C were carried out in order to confirm the influence of the addition amount of the component (D) on the bending characteristics, the glass transition temperature and the water absorption rate of the cured resin product.
〔参考例B〕
<エポキシ樹脂組成物の調製>
実施例1と同じ手順でマスターバッチを調製した。セパラブルフラスコにjER807を49質量部、jER604を16質量部、TSR−400を35質量部、5003MPを2.8質量部秤量し、160〜170℃設定のオイルバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、秤量した原料が均一となるまで加熱撹拌した。セパラブルフラスコをオイルバスから取り出して、内容物の温度が70℃以下となったら、当該セパラブルフラスコへSEIKACURE−Sを33質量部、マスターバッチを2.75質量部秤量した。60〜70℃設定のウォーターバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、セパラブルフラスへコの内容物が均一となるまで加熱撹拌することで、エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、得られたエポキシ樹脂組成物中の構成要素(B)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して2.76質量部である。また、構成要素(E)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して0.49質量部である。
樹脂硬化物の曲げ特性、ガラス転移温度および吸水率を測定した。これらの結果を表2に示す。
[Reference Example B]
<Preparation of epoxy resin composition>
A masterbatch was prepared in the same procedure as in Example 1. Weigh 49 parts by mass of jER807, 16 parts by mass of jER604, 35 parts by mass of TSR-400, and 2.8 parts by mass of 5003MP in a separable flask, and weigh an oil bath set at 160 to 170 ° C., a stirrer three-one motor and its stirring blade. Was heated and stirred until the weighed raw materials became uniform. The separable flask was taken out from the oil bath, and when the temperature of the contents became 70 ° C. or lower, 33 parts by mass of SEIKACURE-S and 2.75 parts by mass of the masterbatch were weighed into the separable flask. An epoxy resin composition was prepared by heating and stirring until the contents of the separable frass heco became uniform using a water bath set at 60 to 70 ° C., a stirrer three-one motor and a stirring blade thereof. The content of the component (B) in the obtained epoxy resin composition is 2.76 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). The content of the component (E) is 0.49 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A).
The bending characteristics, glass transition temperature and water absorption of the cured resin were measured. These results are shown in Table 2.
<プリプレグの作製>
得られたエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、実施例1と同じ手順でプリプレグを作製した。
<Making prepreg>
A prepreg was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the obtained epoxy resin composition was used.
〔参考例C〕
<エポキシ樹脂組成物の調製>
実施例1と同じ手順でマスターバッチを調製した。セパラブルフラスコにjER807を49質量部、jER604を16質量部、TSR−400を35質量部、5003MPを2.8質量部秤量し、160〜170℃設定のオイルバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、秤量した原料が均一となるまで加熱撹拌した。セパラブルフラスコをオイルバスから取り出して、内容物の温度が70℃以下となったら、当該セパラブルフラスコへSEIKACURE−Sを33質量部、マスターバッチを7.3質量部秤量した。60〜70℃設定のウォーターバス、攪拌機スリーワンモーターとその撹拌翼を用いて、セパラブルフラスへコの内容物が均一となるまで加熱撹拌することで、エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、得られたエポキシ樹脂組成物中の構成要素(B)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して2.69質量部である。また、構成要素(E)の含有量は、構成要素(A)100質量部に対して1.25質量部である。
樹脂硬化物の曲げ特性、ガラス転移温度および吸水率を測定した。これらの結果を表2に示す。
[Reference Example C]
<Preparation of epoxy resin composition>
A masterbatch was prepared in the same procedure as in Example 1. Weigh 49 parts by mass of jER807, 16 parts by mass of jER604, 35 parts by mass of TSR-400, and 2.8 parts by mass of 5003MP in a separable flask, and weigh an oil bath set at 160 to 170 ° C., a stirrer three-one motor and its stirring blade. Was heated and stirred until the weighed raw materials became uniform. The separable flask was taken out from the oil bath, and when the temperature of the contents became 70 ° C. or lower, 33 parts by mass of SEIKACURE-S and 7.3 parts by mass of the masterbatch were weighed into the separable flask. An epoxy resin composition was prepared by heating and stirring until the contents of the separable frass heco became uniform using a water bath set at 60 to 70 ° C., a stirrer three-one motor and a stirring blade thereof. The content of the component (B) in the obtained epoxy resin composition is 2.69 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A). The content of the component (E) is 1.25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the component (A).
The bending characteristics, glass transition temperature and water absorption of the cured resin were measured. These results are shown in Table 2.
<プリプレグの作製>
得られたエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、実施例1と同じ手順でプリプレグを作製した。
<Making prepreg>
A prepreg was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the obtained epoxy resin composition was used.
図2に示すように、比較例1と比較例2とを比較すると100℃より高温での粘度が異なっている。構成要素(D)および構成要素(E)を含む比較例2のエポキシ樹脂組成物の方が比較例1よりも硬化反応が早く進行し、粘度を高く保持できていることがわかる。このため硬化過程での樹脂フロー率も比較例1と比較例2とでは、比較例2の方が低くなっている。しかし比較例1、2のエポキシ樹脂組成物は、65〜100℃の範囲内において、温度によって粘度η(T)が式(1)を満たす場合と満たさない場合とがあるため、いずれも樹脂フロー率が高く、エポキシ樹脂組成物が流れ出やすくなっている。
一方、実施例1、2のエポキシ樹脂組成物は、いずれも構成要素(D)および構成要素(E)を含み硬化反応が早く、さらに65〜100℃の範囲内のいずれの温度においても粘度η(T)が式(1)を満たしているので、いずれも樹脂フロー率が低く、成形硬化特性に優れている。また、曲げ特性および吸水率の結果より、実施例1、2のエポキシ樹脂組成物を用いれば、優れた機械特性および耐湿熱性を有する炭素繊維強化複合材料が得られることが示された。
As shown in FIG. 2, when Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are compared, the viscosities at a temperature higher than 100 ° C. are different. It can be seen that the epoxy resin composition of Comparative Example 2 containing the component (D) and the component (E) has a faster curing reaction than Comparative Example 1 and can maintain a high viscosity. Therefore, the resin flow rate in the curing process is also lower in Comparative Example 1 and Comparative Example 2. However, in the epoxy resin compositions of Comparative Examples 1 and 2, the viscosity η (T) may or may not satisfy the formula (1) in the range of 65 to 100 ° C. depending on the temperature. The rate is high, and the epoxy resin composition easily flows out.
On the other hand, the epoxy resin compositions of Examples 1 and 2 both contain the component (D) and the component (E), have a rapid curing reaction, and have a viscosity η at any temperature within the range of 65 to 100 ° C. Since (T) satisfies the formula (1), the resin flow rate is low and the molding and curing characteristics are excellent. Further, from the results of the bending property and the water absorption rate, it was shown that the carbon fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties and moisture heat resistance can be obtained by using the epoxy resin compositions of Examples 1 and 2.
特に、実施例2、比較例1、2、および参考例B、Cを比較すると、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(C)を活性水素基が0.8〜1.2当量の範囲で含まれる場合は、構成要素(D)を配合することで樹脂硬化物の弾性率が向上し、破断歪みが低下する傾向にある。また樹脂硬化物の耐熱性の指標であるガラス転移温度も低下する傾向にある。しかし、構成要素(D)の含有量が多すぎると(参考例C)、樹脂硬化物のガラス転移温度が低下しすぎてしまう。よって、構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(C)を活性水素基が0.8〜1.2当量の範囲である場合は、構成要素(D)の含有量が構成要素(A)のエポキシ基(1当量)に対して構成要素(D)の活性水素基が0.05〜0.15当量となる量であることが、樹種フローの制御と樹脂硬化物の特性をよりバランス良く保つことができることが示された。 In particular, when Example 2, Comparative Examples 1 and 2, and Reference Examples B and C are compared, the active hydrogen group of the component (C) is 0.8 with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A). When it is contained in the range of ~ 1.2 equivalents, the elastic modulus of the cured resin product tends to be improved and the breaking strain tends to be lowered by blending the component (D). In addition, the glass transition temperature, which is an index of the heat resistance of the cured resin product, tends to decrease. However, if the content of the component (D) is too large (Reference Example C), the glass transition temperature of the cured resin product will drop too much. Therefore, when the active hydrogen group of the component (C) is in the range of 0.8 to 1.2 equivalents with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A), the content of the component (D) The amount of the active hydrogen group of the component (D) is 0.05 to 0.15 equivalent with respect to the epoxy group (1 equivalent) of the component (A) for controlling the tree species flow and the cured resin product. It was shown that the characteristics of epoxide can be maintained in a more balanced manner.
1 金属ツール
2a 離形フィルム
2b 離形フィルム
3 プリプレグ積層体
4a ガラススリーブ
4b ガラススリーブ
5 ガラスヤーン
6 金属板
7a 不織布
7b 不織布
8 吸い口
9 バギングフィルム
10 シーラント
1
Claims (9)
下記構成要素(B)の含有量が、下記構成要素(A)100質量部に対して5〜25質量部であり、
温度Tにおける前記炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物の以下の測定方法で測定される粘度をη(T)としたときに、温度Tは65〜100℃の範囲内であり、65〜100℃の範囲内のいずれの温度においてもη(T)が下記式(1)を満たす、炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
構成要素(A):エポキシ樹脂
構成要素(B):熱可塑性樹脂
構成要素(C):ジアミノジフェニルスルホン
構成要素(D):ジシアンジアミド
5000exp(−0.08T)≦η(T) ・・・式(1)
<測定方法>
レオメータのプレートを予め30℃まで加温し、温度が安定するまで待ち、温度が安定したことを確認した後に、エポキシ樹脂組成物をプレートに分取し、ギャップを調整した後に、以下の測定条件でエポキシ樹脂組成物の粘度を測定する。
(測定条件)
・装置:レオメータ
・使用プレート:35φパラレルプレート
・プレートギャップ:0.5mm
・測定モード:応力一定
・測定周波数:10rad/秒
・昇温速度:30℃から、少なくともエポキシ樹脂組成物が硬化反応を開始する直前の温度まで、2℃/分で昇温する。
・応力:300Pa An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material, which comprises the following components (A), components (B), components (C) and components (D).
The content of the following component (B) is 5 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the following component (A).
When the viscosity measured by the following measuring method of the epoxy resin composition for carbon fiber reinforced composite material at the temperature T is η (T), the temperature T is in the range of 65 to 100 ° C., and is 65 to 100. An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material in which η (T) satisfies the following formula (1) at any temperature within the range of ° C.
Component (A): Epoxy resin Component (B): Thermoplastic resin Component (C): Diaminodiphenyl sulfone Component (D): Dicyanodiamide 5000exp (-0.08T) ≤ η (T) ... 1)
<Measurement method>
The rheometer plate is preheated to 30 ° C., waits until the temperature stabilizes, and after confirming that the temperature has stabilized, the epoxy resin composition is separated into the plate, the gap is adjusted, and then the following measurement conditions are applied. Measure the viscosity of the epoxy resin composition with.
(Measurement condition)
・ Equipment: Rheometer ・ Plate used: 35φ parallel plate ・ Plate gap: 0.5mm
-Measurement mode: constant stress-Measurement frequency: 10 rad / sec-Rising rate: From 30 ° C. to at least the temperature immediately before the epoxy resin composition starts the curing reaction, the temperature is raised at 2 ° C./min.
・ Stress: 300Pa
η(T)≦30000exp(−0.08T) ・・・式(2) The carbon fiber reinforced according to claim 1, wherein the temperature T is in the range of 65 to 100 ° C., and the η (T) satisfies the following formula (2) at any temperature in the range of 65 to 100 ° C. Epoxy resin composition for composite materials.
η (T) ≤30000 exp (-0.08T) ... Equation (2)
構成要素(E):硬化促進剤 The epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material according to any one of claims 1 to 5, further comprising the following component (E).
Component (E): Hardening accelerator
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