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JP2007269971A - Binder composition for reinforcing fiber substrate, reinforcing fiber substrate with binder, and method for producing preform and fiber-reinforced composite material - Google Patents

Binder composition for reinforcing fiber substrate, reinforcing fiber substrate with binder, and method for producing preform and fiber-reinforced composite material Download PDF

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JP2007269971A
JP2007269971A JP2006097174A JP2006097174A JP2007269971A JP 2007269971 A JP2007269971 A JP 2007269971A JP 2006097174 A JP2006097174 A JP 2006097174A JP 2006097174 A JP2006097174 A JP 2006097174A JP 2007269971 A JP2007269971 A JP 2007269971A
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reinforcing fiber
fiber substrate
binder composition
binder
composition
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Application number
JP2006097174A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Kawachi
真二 河内
Yoshio Sasaki
美穂 佐々木
Kenichi Yoshioka
健一 吉岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material system of long term storing without adjusting surroundings, requiring no preliminary work such as measurement and mixing of principal ingredients and a curing agent, excellent in workability, and suitable for RTM (resin transfer molding) molding of fiber-reinforced composite material. <P>SOLUTION: The binder composition for reinforcing fiber substrate comprises a thermoplastic resin (A) and a heterocyclic compound (B) containing nitrogen atom in a molecule and has 50-120°C glass transition temperature, wherein the composition itself has no self curing property but can start curing reaction with an epoxy resin composition (C) at ≥60°C by coming into contact with the epoxy resin (C). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材および船舶部材などに好適に用いられる繊維強化複合材料に関するものであり、より詳しくは、本発明は、作業性およびプロセス性に優れた繊維強化複合材料のレジン・トランスファー・モールディングによる製造方法、それに用いられるプリフォーム、該プリフォームの作製に用いられるバインダー付き強化繊維基材および強化繊維基材用バインダー組成物に関するものである。   The present invention relates to a fiber reinforced composite material suitably used for aircraft members, spacecraft members, automobile members, ship members, and the like. More specifically, the present invention relates to a fiber reinforced composite having excellent workability and processability. The present invention relates to a method for producing a material by resin transfer molding, a preform used therefor, a reinforcing fiber substrate with a binder used for producing the preform, and a binder composition for reinforcing fiber substrate.

従来、ガラス繊維、炭素繊維およびアラミド繊維などの強化繊維と、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂およびビスマレイミド樹脂などのマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料は、軽量でありながら、強度、剛性、耐衝撃性および耐疲労性などの機械物性に優れ、さらに耐食性に優れているため、航空機、宇宙機、自動車、鉄道車両、船舶、土木建築およびスポーツ用品などの数多くの分野に応用されてきた。特に高性能が要求される用途では、強化繊維として連続繊維を用いた繊維強化複合材料が用いられ、強化繊維としては炭素繊維が好適に用いられている。またマトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂、中でも特にエポキシ樹脂が多く用いられている。   Conventionally, fiber reinforced composite materials composed of reinforced fibers such as glass fiber, carbon fiber and aramid fiber and matrix resins such as unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, phenol resin, cyanate resin and bismaleimide resin are lightweight. However, it has excellent mechanical properties such as strength, rigidity, impact resistance and fatigue resistance, as well as excellent corrosion resistance, so it can be used in many applications such as aircraft, spacecraft, automobiles, railway vehicles, ships, civil engineering and sports equipment. Has been applied to the field. Particularly in applications that require high performance, fiber reinforced composite materials using continuous fibers are used as reinforcing fibers, and carbon fibers are preferably used as reinforcing fibers. As the matrix resin, a thermosetting resin, especially an epoxy resin is often used.

繊維強化複合材料は様々な方法で製造されるが、生産コスト低減のポテンシャルが高いことから、型内に配置した強化繊維基材に液状の熱硬化性樹脂組成物を注入し、加熱硬化して繊維強化複合材料を得るレジン・トランスファー・モールディング(Resin Transfer Molding、以下、RTMと略記することがある。)が、広く適用されている。   Fiber reinforced composite materials are manufactured by various methods, but since the potential for reducing production costs is high, a liquid thermosetting resin composition is injected into a reinforced fiber base placed in a mold and cured by heating. Resin transfer molding (hereinafter sometimes abbreviated as RTM) for obtaining fiber reinforced composite materials is widely applied.

RTMで繊維強化複合材料を製造する場合、強化繊維基材を目的とする製品と近い形状に加工したプリフォームを作製し、プリフォームを型内に設置して熱硬化性樹脂組成物を注入することが多い。   When manufacturing a fiber reinforced composite material by RTM, a preform processed into a shape close to the target product of the reinforcing fiber substrate is prepared, the preform is placed in a mold, and a thermosetting resin composition is injected. There are many cases.

使用する熱硬化性樹脂としては、使用直前に樹脂成分である主剤と該樹脂成分を架橋させる作用をもつ硬化剤を計量、混合して用いる、いわゆる「二液型」の熱硬化性樹脂組成物を用いることが多い(特許文献1と2参照)。この「二液型」熱硬化性樹脂組成物の利点は、主剤と硬化剤を個別に貯蔵することができるため、貯蔵環境の調整をすることなく長期間にわたって貯蔵できることであるが、計量、混合および混合時に発生した気泡の脱泡などRTMの事前作業が多く作業性が悪く、また、主剤および硬化剤の計量を間違えると硬化不良が起こり、得られた繊維強化複合材料の力学物性が著しく低下するという問題がある。   As a thermosetting resin to be used, a so-called “two-component” thermosetting resin composition in which a main component which is a resin component and a curing agent having a function of crosslinking the resin component are measured and mixed immediately before use is used. Is often used (see Patent Documents 1 and 2). The advantage of this “two-component” thermosetting resin composition is that the main agent and the curing agent can be stored separately, so that they can be stored for a long time without adjusting the storage environment. In addition, there is a lot of prior work of RTM, such as defoaming of bubbles generated during mixing, and workability is poor. Also, if the measurement of the main agent and curing agent is wrong, poor curing occurs, and the mechanical properties of the resulting fiber reinforced composite material are significantly reduced. There is a problem of doing.

「二液型」の熱硬化性樹脂組成物を用いる繊維強化複合材料の製造方法の作業性を改善する方法としては、主剤と硬化剤が予め混合されているいわゆる「一液型」の熱硬化性樹脂組成物を用いる方法がある(特許文献3と4参照)。しかしながら、「一液型」の熱硬化性樹脂組成物を用いる場合、常に硬化反応が進行するためにその熱硬化性樹脂組成物を貯蔵するためには、貯蔵環境を低温に調整する必要があるためコストがかかり、また、環境調整を行っても「二液型」の熱硬化性樹脂組成物のように長期間の貯蔵は困難である。   As a method for improving the workability of the method for producing a fiber-reinforced composite material using a “two-component” thermosetting resin composition, a so-called “one-component” thermosetting in which a main agent and a curing agent are mixed in advance is used. There is a method using a conductive resin composition (see Patent Documents 3 and 4). However, when a “one-pack type” thermosetting resin composition is used, the storage environment must be adjusted to a low temperature in order to store the thermosetting resin composition because the curing reaction always proceeds. Therefore, it is costly, and even if the environment is adjusted, it is difficult to store for a long period of time like a “two-component” thermosetting resin composition.

従って、RTMにより繊維強化複合材料を成形する方法において、「二液型」の熱硬化性樹脂組成物のように貯蔵環境の調整を行うことなく長期間の貯蔵が可能で、かつ、「一液型」の熱硬化性樹脂組成物のように作業性に優れた材料システムの開発が望まれていた。   Therefore, in the method of forming a fiber reinforced composite material by RTM, it can be stored for a long period of time without adjusting the storage environment like the “two-component” thermosetting resin composition, Development of a material system having excellent workability such as a thermosetting resin composition of “type” has been desired.

このような材料システムを構築するためには、硬化剤成分を予め強化繊維基材に配置しておくことが有効であるが、硬化剤を基材表面に安定に配置する方法および強化繊維ストランド内まで均一に硬化させる方法がなく、実現には至っていなかった。
米国特許第5688877号明細書 特開平05−320480号公報 米国特許第5369192号明細書 米国特許第5942182号明細書
In order to construct such a material system, it is effective to arrange the curing agent component on the reinforcing fiber substrate in advance, but the method for stably arranging the curing agent on the surface of the substrate and the reinforcing fiber strand There was no method to cure evenly, and it was not realized.
US Pat. No. 5,688,877 JP 05-320480 A US Pat. No. 5,369,192 US Pat. No. 5,942,182

そこで本発明の目的は、かかる従来技術の背景に鑑み、環境調整を行うことなく長期間の貯蔵が可能であり、主剤および硬化剤の計量や混合という事前作業が不要で作業性に優れた繊維強化複合材料のRTM成形に最適な材料システムを提供することにあり、具体的には、作業性およびプロセス性に優れた繊維強化複合材料のレジン・トランスファー・モールディングによる製造方法、それに用いられるプリフォーム、該プリフォームの作製に用いられるバインダー付き強化繊維基材および強化繊維基材用バインダー組成物を提供することにある。   Therefore, in view of the background of the prior art, the object of the present invention is a fiber that can be stored for a long period of time without adjusting the environment, and does not require prior work such as measurement and mixing of the main agent and the curing agent, and has excellent workability. The object is to provide an optimal material system for RTM molding of reinforced composite materials. Specifically, a manufacturing method by resin transfer molding of a fiber reinforced composite material excellent in workability and processability, and a preform used therefor An object of the present invention is to provide a reinforcing fiber substrate with a binder and a binder composition for reinforcing fiber substrate, which are used for producing the preform.

本発明は、かかる課題を解決するために次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物は、熱可塑性樹脂(A)および分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)を含むガラス転移温度が50〜120℃の樹脂組成物であって、該樹脂組成物自体には自己硬化性はないがエポキシ樹脂組成物(C)との接触により60℃以上の温度で該エポキシ樹脂組成物(C)との硬化反応を開始し得ることを特徴とするものである。   The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, the binder composition for reinforcing fiber base of the present invention is a resin composition having a glass transition temperature of 50 to 120 ° C. containing a thermoplastic resin (A) and a heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule. The resin composition itself is not self-curing, but it can initiate a curing reaction with the epoxy resin composition (C) at a temperature of 60 ° C. or more by contact with the epoxy resin composition (C). It is characterized by.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の好ましい態様によれば、前記の熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度120〜260℃の非晶質熱可塑性樹脂であり、具体的にはポリエーテルイミドやポリエーテルスルホンが挙げられる。また、前記の熱可塑性樹脂(A)の配合量は全体の75〜95重量%である。   According to a preferred embodiment of the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention, the thermoplastic resin is an amorphous thermoplastic resin having a glass transition temperature of 120 to 260 ° C., specifically, polyetherimide or Examples include polyethersulfone. Moreover, the compounding quantity of the said thermoplastic resin (A) is 75 to 95 weight% of the whole.

また、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の好ましい態様によれば、前記の分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)としてはイミダゾール化合物が挙げられ、その複素環化合物(B)の配合量は全体の5〜25重量%である。   Moreover, according to the preferable aspect of the binder composition for reinforcing fiber bases of this invention, an imidazole compound is mentioned as a heterocyclic compound (B) which contains a nitrogen atom in the said molecule | numerator, The heterocyclic compound (B) Is 5 to 25% by weight of the total.

更に、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の好ましい態様によれば、その強化繊維基材用バインダー組成物の形態は、平均粒子径が0.1〜200μmの範囲の粒子状形態である。   Furthermore, according to the preferable aspect of the binder composition for reinforcing fiber bases of this invention, the form of the binder composition for reinforcing fiber bases is a particulate form with an average particle diameter of 0.1-200 micrometers. .

本発明のバインダー付き強化繊維基材は、少なくとも強化繊維基材の片面に好ましくは1〜50g/mの目付で、前記の強化繊維基材用バインダー組成物を付与したシート状またはテープ状の強化繊維基材であり、好ましい態様によれば、強化繊維基材を構成する強化繊維として炭素繊維が用いられる。 The reinforcing fiber substrate with a binder according to the present invention is preferably in the form of a sheet or a tape in which the binder composition for reinforcing fiber substrate is applied at least on one side of the reinforcing fiber substrate, preferably with a basis weight of 1 to 50 g / m 2 . According to a preferred embodiment, carbon fiber is used as the reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber substrate.

本発明のプリフォームは、前記のシート状またはテープ状のバインダー付き強化繊維基材が積層されてなり、層間に該強化繊維基材用バインダー組成物を存在させることによって形態を固定したプリフォームである。   The preform of the present invention is a preform in which the reinforcing fiber base material with a binder in the form of a sheet or tape is laminated, and the form is fixed by the presence of the binder composition for reinforcing fiber base material between layers. is there.

さらに、本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、前記のプリフォームに硬化剤を含まない液状エポキシ樹脂組成物を含浸させ、硬化させることを特徴とするものである。   Furthermore, the method for producing a fiber-reinforced composite material of the present invention is characterized in that the preform is impregnated with a liquid epoxy resin composition containing no curing agent and cured.

本発明によれば、環境調整することなく長期間貯蔵可能であり、計量や混合という事前作業を行うことなくRTMにて繊維強化複合材料を成形することができる強化繊維基材用バインダー組成物、強化繊維基材およびプリフォームが得られ、また、得られた繊維強化複合材料は力学物性に優れるため、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材および船舶部材などの構造部材に好適に使用することができる。   According to the present invention, a binder composition for a reinforcing fiber substrate that can be stored for a long time without adjusting the environment, and can form a fiber-reinforced composite material by RTM without performing prior work such as weighing and mixing, Reinforced fiber base material and preform can be obtained, and the obtained fiber reinforced composite material is excellent in mechanical properties, so that it can be suitably used for structural members such as aircraft members, spacecraft members, automobile members and ship members. it can.

本発明の繊維強化複合材料の強化繊維基材用バインダー組成物は、熱可塑性樹脂(A)および分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)を含む樹脂組成物であって、該樹脂組成物自体には自己硬化性はないが後述するエポキシ樹脂組成物(C)との接触により60℃以上の温度で該エポキシ樹脂組成物(C)との硬化反応を開始することが可能な樹脂組成物であり、好ましくは60℃以上且つ100℃未満の温度で硬化反応を開始することが可能な樹脂組成物である。該樹脂組成物と該エポキシ樹脂組成物(C)との接触により開始する硬化反応を60℃未満の温度で開始する場合は反応性が高すぎるため、該エポキシ樹脂組成物(C)をプリフォームに注入するときの増粘速度が速すぎ、使用時間が短くなる。また、100℃以上の温度で硬化反応を開始する場合は反応性が低すぎるため硬化に要する時間が長くなり、コストが高くなるため好ましくない。   The binder composition for reinforcing fiber substrate of the fiber-reinforced composite material of the present invention is a resin composition containing a thermoplastic resin (A) and a heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule, the resin composition Resin composition capable of initiating a curing reaction with the epoxy resin composition (C) at a temperature of 60 ° C. or higher by contact with the epoxy resin composition (C) described later, although the product itself is not self-curing Preferably, it is a resin composition capable of initiating a curing reaction at a temperature of 60 ° C. or higher and lower than 100 ° C. When the curing reaction initiated by the contact between the resin composition and the epoxy resin composition (C) is initiated at a temperature of less than 60 ° C., the reactivity is too high, so the epoxy resin composition (C) is preformed. The rate of thickening when injected into the gel is too fast and the use time is shortened. In addition, when the curing reaction is started at a temperature of 100 ° C. or higher, the reactivity is too low, so that the time required for curing becomes long and the cost becomes high, which is not preferable.

硬化開始温度を測定する方法としては、JIS K 7123(1987)に従い、束示差走査熱量計(本発明においては、Pyris 1 DSC((株)パーキンエルマージャパン製、熱流束示差走査熱量測定装置)を使用)にて比熱容量を測定し、得られたDSC曲線からJIS K 0129(2005)に従って補外開始温度(発熱ピークよりも低温側のベースラインを高温側へ延長した直線と、ピークの低温側の曲線に勾配が最大となる点で引いた接線との交点の温度)を求める方法がある。   As a method of measuring the curing start temperature, according to JIS K 7123 (1987), a bundle differential scanning calorimeter (in the present invention, Pyris 1 DSC (manufactured by Perkin Elmer Japan, heat flux differential scanning calorimeter)) The specific heat capacity was measured at the time of use, and from the obtained DSC curve, the extrapolated start temperature (a straight line obtained by extending the base line on the low temperature side from the exothermic peak to the high temperature side in accordance with JIS K 0129 (2005), and the low temperature side of the peak There is a method for obtaining the temperature of the intersection of the tangent drawn at the point where the gradient is maximum in the curve of

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物は、低温での加工を可能にするため、ガラス転移温度が50〜120℃であることが必要であり、好ましくはガラス転移温度は60〜100℃であり、更に好ましくは65〜90℃である。   The binder composition for reinforcing fiber base of the present invention needs to have a glass transition temperature of 50 to 120 ° C., preferably 60 to 100 ° C., in order to enable processing at a low temperature. Yes, more preferably 65 to 90 ° C.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物のガラス転移温度が50℃より低い場合は保管中に粒子同士が融着するなどの不都合が起こる恐れがあり、また、本発明のバインダー組成物のガラス転移温度が120℃より高いと低温での加工性および繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度が低下する。   When the glass transition temperature of the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention is lower than 50 ° C., there is a possibility that inconveniences such as particle fusion occur during storage, and the glass of the binder composition of the present invention. When the transition temperature is higher than 120 ° C., the processability at low temperatures and the compressive strength after impact of the fiber-reinforced composite material are lowered.

強化繊維基材用バインダー組成物のガラス転移温度を好ましい値とするためには、熱可塑性樹脂(A)の配合量を好ましくは全体の75〜95重量%とし、より好ましくは80〜90重量%とし、分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)の配合量を好ましくは全体の5〜25重量%とし、より好ましくは10〜20重量%とすることが有効である。また、これらの熱可塑性樹脂(A)と複素環化合物(B)の配合量はエポキシ樹脂組成物の硬化性にも影響を及ぼすことがある。熱可塑性樹脂(A)の配合量が全体の75重量%未満で分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)の配合量が25重量%以上の場合、エポキシ樹脂組成物(C)と接触した場合の硬化反応速度が速すぎるため粘度の増加が早く、含浸に必要な時間低粘度を保持することができないことがある。また、熱可塑性樹脂(A)の配合量が全体の95重量%以上で分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)の配合量が5重量%未満の場合は、エポキシ樹脂組成物(C)と接触しても硬化反応を起こさず、硬化することができないことがある。   In order to set the glass transition temperature of the binder composition for reinforcing fiber base to a preferable value, the blending amount of the thermoplastic resin (A) is preferably 75 to 95% by weight, more preferably 80 to 90% by weight. It is effective that the amount of the heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule is preferably 5 to 25% by weight, more preferably 10 to 20% by weight. Moreover, the compounding quantity of these thermoplastic resins (A) and a heterocyclic compound (B) may influence the sclerosis | hardenability of an epoxy resin composition. When the blending amount of the thermoplastic resin (A) is less than 75% by weight and the blending amount of the heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule is 25% by weight or more, contact with the epoxy resin composition (C) In this case, the curing reaction rate is too high, so that the viscosity increases rapidly and the low viscosity may not be maintained for the time required for impregnation. When the blending amount of the thermoplastic resin (A) is 95% by weight or more and the blending amount of the heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule is less than 5% by weight, the epoxy resin composition (C ) Does not cause a curing reaction and cannot be cured.

本発明で用いられる熱可塑性樹脂(A)としては、ガラス転移温度が好ましくは120〜260℃であり、より好ましくは130〜250℃である非晶質熱可塑性樹脂を用いることができる。ガラス転移温度が120℃より低い場合は、得られた繊維強化複合材料のガラス転移温度が低くなり、構造部材として好適に用いることが難しくなることがある。また、ガラス転移温度が260℃を超える場合は、該樹脂組成物を製造するときに安価な製造方法である加熱混合を行う場合は300℃以上の温度が必要になり、分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)が熱分解する可能性がある。また、有機溶剤に熱可塑性樹脂(A)と分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)を溶解後、脱溶媒する方法もあるがコストが高くなる。   As the thermoplastic resin (A) used in the present invention, an amorphous thermoplastic resin having a glass transition temperature of preferably 120 to 260 ° C, more preferably 130 to 250 ° C can be used. When the glass transition temperature is lower than 120 ° C., the glass transition temperature of the obtained fiber-reinforced composite material becomes low, and it may be difficult to use it suitably as a structural member. Further, when the glass transition temperature exceeds 260 ° C., a temperature of 300 ° C. or higher is required when heating and mixing, which is an inexpensive manufacturing method when manufacturing the resin composition, and nitrogen atoms are introduced into the molecule. The contained heterocyclic compound (B) may be thermally decomposed. Further, there is a method of removing the solvent after dissolving the thermoplastic resin (A) and the heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule in an organic solvent, but the cost increases.

本発明で用いられる非晶質熱可塑性樹脂としては、例えば、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、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーレンオキシド、ポリエーテルケトンおよびポリエーテルエーテルスルホンなど、いわゆるエンジニアリング・プラスチックスに属する樹脂が好ましく用いられる。   Examples of the amorphous thermoplastic resin used in the present invention include so-called engineering, such as polyimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyamide, polyamideimide, polyarylene oxide, polyetherketone and polyetherethersulfone. Resins belonging to plastics are preferably used.

また、かかる非晶質熱可塑性樹脂は、末端または側鎖にエポキシ樹脂と反応し得る官能基を有することが好ましく、例えば、ポリエーテルイミドや、末端水酸基のポリエーテルスルホンなどが好適に用いられる。   The amorphous thermoplastic resin preferably has a functional group capable of reacting with an epoxy resin at the terminal or side chain. For example, polyetherimide, polyethersulfone having a terminal hydroxyl group, and the like are preferably used.

本発明で用いられる分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)としては、例えば、ピペラジン誘導体、トリアゾール誘導体およびイミダゾール誘導体などを好ましく用いることができ、特にイミダゾール誘導体が耐熱性の優れた硬化物が得られるため好ましく用いられる。   As the heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule used in the present invention, for example, piperazine derivatives, triazole derivatives, imidazole derivatives and the like can be preferably used. In particular, imidazole derivatives are cured products having excellent heat resistance. Is preferably used.

かかるイミダゾール誘導体としては、例えば、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−アミノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメメリテート、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾリウムトリメリレート、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾリウムトリメリレート、2,4−ジアミノ−6−〔2’−メチルイミダゾリル−(1’)〕−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−〔2’−ウンデシルイミダゾリル−(1’)〕−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−〔2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)〕−エチル−s−トリアジンおよびそれらのエポキシ樹脂付加反応物などが好ましく用いられ、特に2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾールおよびそれらのエポキシ樹脂付加反応物などが好適である。   Examples of such imidazole derivatives include imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 1 -Aminoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazolium trimellitate, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazolium trime , 1-cyanoethyl-2-undecylimidazolium trimellrate, 2,4-diamino-6- [2'-methylimidazolyl- (1 ')]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6 -[2'-undecylimidazolyl- (1 ')]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6- [2'-ethyl-4'-methylimidazolyl- (1')]-ethyl-s -Triazine and their epoxy resin addition reaction products are preferably used, especially 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole and their epoxy resin addition reaction A thing etc. are suitable.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物には、任意の成分として、さらに他の成分を含むことが可能である。他の成分としては、例えば、酸化防止剤、非溶解性の有機粒子および無機粒子を挙げることができる。特に、有機粒子のうち、架橋ゴム粒子や非溶解性の熱可塑性樹脂粒子は、高靭性化効果を向上させるために有効である。   The binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention can further contain other components as optional components. Examples of other components include antioxidants, non-soluble organic particles and inorganic particles. In particular, among the organic particles, crosslinked rubber particles and non-soluble thermoplastic resin particles are effective for improving the toughening effect.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の調製は、熱的に安定なため特に大きな制限がなく、様々な公知の方法が用いられる。最も経済的な方法は、強化繊維基材用バインダー組成物を構成する各成分を好適には150〜260℃程度の比較的高温で、押出機やニーダーなどを用いて混練する方法である。得られた強化繊維基材用バインダー組成物は、粉砕して粒子にしたり、口金から溶融押出することにより繊維状やフィルム状の形態に加工したりすることもできる。   The preparation of the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention is not particularly limited because it is thermally stable, and various known methods can be used. The most economical method is a method in which the components constituting the reinforcing fiber base material binder composition are kneaded preferably at a relatively high temperature of about 150 to 260 ° C. using an extruder or a kneader. The obtained binder composition for reinforcing fiber base can be pulverized into particles, or processed into a fibrous or film form by melt extrusion from a die.

また、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の調製方法として、各成分を含む有機溶剤溶液を水中に分散させエマルジョンとし、そのエマルジョンを加熱して溶媒を揮発させ、ディスパーション(分散液、詳しくは固体粒子が液中に分散(Disperse)したもの)を調製する方法がある。ディスパーションは、そのままの状態で、該ディスパージョン中に強化繊維基材をディップさせた後に強化繊維基材から水を揮発除去する強化繊維の加工に用いることもでき、濾過して粒子を取り出し、その粒子を強化繊維基材に付与する方法にも用いることもできる。   In addition, as a method for preparing the binder composition for reinforcing fiber base of the present invention, an organic solvent solution containing each component is dispersed in water to form an emulsion, the emulsion is heated to volatilize the solvent, and a dispersion (dispersion, In detail, there is a method of preparing a dispersion of solid particles in a liquid. The dispersion can be used as it is for processing of reinforcing fibers that volatilize and remove water from the reinforcing fiber base after the reinforcing fiber base is dipped in the dispersion. It can also be used in a method of applying the particles to the reinforcing fiber substrate.

このように、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の形態としては、通孔を設けたフィルム、テープ、長繊維、短繊維、紡績糸、織物、ニット、不織布、網状体および粒子など各種の形態のものを採用することができる。   As described above, the form of the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention includes various films such as films, tapes, long fibers, short fibers, spun yarns, woven fabrics, knits, non-woven fabrics, nets, and particles provided with through holes. The thing of the form of can be employ | adopted.

例えば、強化繊維基材用バインダー組成物の形態が粒子状形態の場合、その平均粒子径はレーザー解析・散乱式粒度分布測定機((株)セイシン企業製LMS−24を用い、取り込み回数500回で測定)で測定した場合0.1〜200μmであることが好ましく、より好ましくは1〜150μmである。平均粒子径が0.1μmより小さい場合は製造が困難となり、また、平均粒子径が200μmより大きい場合はプリフォームとしたときに強化繊維にうねりが生じて繊維強化複合材料の機械物性が低下することがあり、また粒子がエポキシ樹脂組成物(C)に完全溶解あるいは膨潤しないため、系内で硬化反応が十分に進行せず、耐熱性や耐薬品性が低下するという問題が生じることがある。   For example, when the form of the binder composition for a reinforcing fiber substrate is a particulate form, the average particle diameter is 500 times by using a laser analysis / scattering type particle size distribution analyzer (LMS-24 manufactured by Seishin Corporation). When measured by (1), it is preferably 0.1 to 200 μm, more preferably 1 to 150 μm. When the average particle size is smaller than 0.1 μm, the production becomes difficult, and when the average particle size is larger than 200 μm, the reinforced fibers are swelled when formed into a preform, and the mechanical properties of the fiber-reinforced composite material are lowered. In addition, since the particles do not completely dissolve or swell in the epoxy resin composition (C), the curing reaction does not proceed sufficiently in the system, resulting in a problem that heat resistance and chemical resistance are lowered. .

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物は、強化繊維からなる強化繊維基材に付与して用いられる。   The binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention is used by being applied to a reinforcing fiber substrate made of reinforcing fibers.

本発明で用いられる強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維および金属繊維などが挙げられ、特に計量かつ高性能な繊維強化複合材料が得られる点で、炭素繊維が好ましく用いられる。   Examples of the reinforcing fiber used in the present invention include carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, metal fiber, and the like. Carbon fiber is preferably used in that a fiber-reinforced composite material having a particularly high performance can be obtained.

本発明で用いられる炭素繊維としては、具体的にはアクリル系、ピッチ系およびレーヨン系等の炭素繊維が挙げられ、特に引張強度の高いアクリル系の炭素繊維が好ましく用いられる。炭素繊維の形態としては、有撚糸、解撚糸および無撚糸等を使用することができるが、繊維強化複合材料の成形性と強度特性のバランスが良いため、解撚糸または無撚糸が好ましく用いられる。   Specific examples of the carbon fiber used in the present invention include acrylic, pitch, and rayon carbon fibers, and acrylic carbon fibers having high tensile strength are particularly preferred. As the form of the carbon fiber, twisted yarn, untwisted yarn, untwisted yarn and the like can be used, but untwisted yarn or untwisted yarn is preferably used because the balance between moldability and strength characteristics of the fiber reinforced composite material is good.

炭素繊維の弾性率は、成形された構造部材の特性と重量との観点から、200GPa〜400GPaの範囲であることが好ましい。弾性率がこの範囲より低いと、構造部材の剛性が不足し軽量化が不十分となる場合があり、逆に弾性率がこの範囲より高いと、一般に炭素繊維の強度が低下する傾向がある。より好ましい弾性率は、250GPa〜370GPaの範囲内であり、さらに好ましくは290GPa〜350GPaの範囲内である。   The elastic modulus of the carbon fiber is preferably in the range of 200 GPa to 400 GPa from the viewpoint of the characteristics and weight of the molded structural member. If the elastic modulus is lower than this range, the rigidity of the structural member may be insufficient and weight reduction may be insufficient. Conversely, if the elastic modulus is higher than this range, the strength of the carbon fiber generally tends to decrease. A more preferable elastic modulus is in the range of 250 GPa to 370 GPa, and more preferably in the range of 290 GPa to 350 GPa.

本発明で用いられる強化繊維からなる強化繊維基材は、強化繊維単独または複数種、更には必要に応じ他の化学繊維などと組み合わせたものから成り、その形態としては、繊維方向がほぼ同方向に引き揃えられたものや、織物、編物、ブレイドおよびマット等を使用することができるが、特に、高力学物性および強化繊維の体積含有率が高い繊維強化複合材料が得られるという点で、強化繊維が実質的に一方向に配向されており、ガラス繊維または化学繊維で固定された、いわゆる一方向織物が好ましく用いられる。   The reinforcing fiber substrate made of reinforcing fibers used in the present invention is composed of reinforcing fibers alone or in combination with a plurality of types, and further combined with other chemical fibers as necessary. Woven fabrics, knitted fabrics, braids, mats, etc. can be used, especially in terms of obtaining fiber reinforced composite materials with high mechanical properties and high volume content of reinforcing fibers. A so-called unidirectional fabric in which the fibers are substantially oriented in one direction and fixed with glass fibers or chemical fibers is preferably used.

一方向織物としては、例えば、炭素繊維からなるストランドを経糸として一方向に互いに平行に配置し、それと直交するガラス繊維または化学繊維からなる緯糸とが、互いに交差して平織組織をなしたものや、炭素繊維のストランドからなる経糸とこれに平行に配列されたガラス繊維または化学繊維からなる繊維束の補助経糸と、これらと直交するように配列されたガラス繊維または化学繊維からなる緯糸からなり、該補助経糸と該緯糸が互いに交差することにより炭素繊維ストランドが一体に保持されて織物が形成されているノンクリンプ構造の織物等が挙げられる。   Examples of the unidirectional woven fabric include strands made of carbon fibers arranged in parallel in one direction as warps, and wefts made of glass fibers or chemical fibers intersecting with each other to form a plain weave structure. , Consisting of a warp made of carbon fiber strands, an auxiliary warp of a fiber bundle made of glass fibers or chemical fibers arranged parallel to this, and a weft made of glass fibers or chemical fibers arranged so as to be orthogonal thereto, Examples thereof include a non-crimped woven fabric in which carbon fibers are integrally held by the auxiliary warp and the weft intersecting each other to form a woven fabric.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物を強化繊維からなる強化繊維基材に付与する方法としては、強化繊維からなる強化繊維基材の表面に本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の粒子を付着させ、加熱により固定する方法、強化繊維からなる強化繊維基材の表面に本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の繊維を巻き付ける方法などが使用することができる。強化繊維からなる強化繊維基材に本発明の強化繊維基材用バインダー組成物を付与し、バインダー付き強化繊維基材を作製してから続いてプリフォームを作製することができる。   As a method for applying the binder composition for reinforcing fiber base of the present invention to the reinforcing fiber base composed of reinforcing fibers, the binder composition for reinforcing fiber base of the present invention is applied to the surface of the reinforcing fiber base composed of reinforcing fibers. A method of attaching particles and fixing by heating, a method of winding fibers of the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention around the surface of a reinforcing fiber substrate made of reinforcing fibers, and the like can be used. The binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention is applied to the reinforcing fiber substrate made of reinforcing fibers, and then a reinforcing fiber substrate with a binder is prepared, and then a preform can be prepared.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物を強化繊維からなる強化繊維基材に付与する方法としては、強化繊維基材の製造時に付与することも可能であり、既存の強化繊維基材に後加工として付与することもできる。また、後述のプリフォーム作製時に強化繊維基材の積層と本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の付与を交互に行うこともできる。   As a method for applying the binder composition for reinforcing fiber base of the present invention to a reinforcing fiber base composed of reinforcing fibers, it can be applied at the time of manufacturing the reinforcing fiber base, and it can be applied to an existing reinforcing fiber base. It can also be given as processing. Moreover, lamination | stacking of a reinforced fiber base material and provision of the binder composition for reinforced fiber base materials of this invention can also be performed alternately at the time of the preform preparation mentioned later.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物を強化繊維からなる強化繊維基材の表面に付与する場合は、少なくとも強化繊維基材の片面に1〜50g/mの目付で付着させることが好ましい。目付が上記範囲より少ないと、形態固定や高靭性化の効果およびエポキシ樹脂組成物との反応性が少なく、目付が多いと、強化繊維ストランドあるいはバインダー付き強化繊維基材のみかけ体積が大きくなるため、強化繊維の体積含有率の大きい繊維強化複合材料の製造が困難になる、あるいはエポキシ樹脂組成物の含浸性が乏しくなるなどの不利が生じることがある。 When the binder composition for reinforcing fiber base of the present invention is applied to the surface of a reinforcing fiber base made of reinforcing fibers, it is preferably attached to at least one side of the reinforcing fiber base with a basis weight of 1 to 50 g / m 2. . If the basis weight is less than the above range, the effect of fixing the form and increasing the toughness and the reactivity with the epoxy resin composition are low. If the basis weight is large, the apparent volume of the reinforcing fiber strand or the reinforcing fiber base with a binder increases. There may be disadvantages such as difficulty in producing a fiber-reinforced composite material having a large volume content of reinforcing fibers or poor impregnation of the epoxy resin composition.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物を強化繊維からなる強化繊維基材に付与して得られたバインダー付き強化繊維基材は、所定の形状に切り出し、型の上で積層し、適切な熱と圧力を加えてプリフォームを作製するために用いることができる。加圧の手段はプレスを用いることもできるし、バギングして内部を−90kPa以下まで真空ポンプで吸引して大気圧により加圧する方法を用いることもできる。プリフォームを作製するときの加熱の温度は、60〜150℃であることが好ましい。   A reinforcing fiber substrate with a binder obtained by applying the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention to a reinforcing fiber substrate composed of reinforcing fibers is cut into a predetermined shape, laminated on a mold, It can be used to make a preform by applying heat and pressure. The pressurizing means can be a press, or a method of bagging and sucking the inside to −90 kPa or less with a vacuum pump and pressurizing with atmospheric pressure. The heating temperature for producing the preform is preferably 60 to 150 ° C.

プリフォームには、バインダー付き強化繊維基材の他にフォームコア、ハニカムコアおよび金属部品などを一体化させることも可能である。   In addition to a reinforcing fiber substrate with a binder, a foam core, a honeycomb core, a metal part, and the like can be integrated into the preform.

上記のようにして得られた本発明のプリフォームは、RTM成形に好適に用いられる。
本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、型内に設置した本発明のプリフォームに硬化剤を含まないエポキシ樹脂組成物(C)を注入して含浸させ、加熱することにより本発明の強化繊維基材用バインダー組成物とエポキシ樹脂組成物が硬化反応を起こして繊維強化複合材料を得るものである。
The preform of the present invention obtained as described above is suitably used for RTM molding.
The method for producing a fiber-reinforced composite material according to the present invention is obtained by injecting and impregnating an epoxy resin composition (C) containing no curing agent into a preform of the present invention placed in a mold and heating it. The fiber base binder composition and the epoxy resin composition undergo a curing reaction to obtain a fiber reinforced composite material.

本発明の繊維強化複合材料の製造方法において、プリフォームを設置する型としては剛体からなるクローズドモールドを用いてもよいし、剛体のオープンモールドと可撓性のフィルム(バッグ)を用いてもよい。後者の場合、プリフォームは剛体オープンモールドと可撓性フィルムの間に設置する。   In the method for producing a fiber-reinforced composite material of the present invention, a closed mold made of a rigid body may be used as a mold for installing the preform, or a rigid open mold and a flexible film (bag) may be used. . In the latter case, the preform is placed between the rigid open mold and the flexible film.

剛体型の材料としては、スチールやアルミニウムなどの金属、FRP、木材および石膏などを用いることができる。可撓性のフィルムの材料としては、ナイロン、フッ素樹脂およびシリコーン樹脂などを用いることができる。   As the rigid material, metals such as steel and aluminum, FRP, wood, plaster, and the like can be used. As a material for the flexible film, nylon, fluorine resin, silicone resin, or the like can be used.

本発明の繊維強化複合材料の製造方法における具体的な手順としては、剛体のクローズドモールドを用いる場合は、加圧して型締めし、エポキシ樹脂組成物(C)を加圧して注入することができる。このとき、注入口とは別に吸引口を設け、真空ポンプに接続して吸引することができる。あるいは、吸引を行いながら、加圧手段は特に用いず大気圧で液状のエポキシ樹脂組成物(C)を注入することができる。   As a specific procedure in the method for producing a fiber-reinforced composite material of the present invention, when a rigid closed mold is used, it can be pressurized and clamped, and the epoxy resin composition (C) can be pressurized and injected. . At this time, a suction port can be provided separately from the injection port and connected to a vacuum pump for suction. Alternatively, the liquid epoxy resin composition (C) can be injected at atmospheric pressure while performing suction without using a pressurizing means.

また、剛体のオープンモールドと可撓性フィルムを用いる場合は、通常は、吸引と大気圧による注入を採用することができる。大気圧による注入で、良好な含浸を実現するためには、樹脂拡散媒体を用いることが有効である。また、プリフォームの設置に先立って、剛体型の表面にゲルコートを塗布することも好ましい。プリフォームを設置した後、型締めあるいはバギングを行い、続いてエポキシ樹脂組成物(C)の注入を行う。   Further, when a rigid open mold and a flexible film are used, suction and injection by atmospheric pressure can be usually employed. In order to achieve good impregnation by injection at atmospheric pressure, it is effective to use a resin diffusion medium. It is also preferable to apply a gel coat to the rigid surface prior to installation of the preform. After installing the preform, mold clamping or bagging is performed, and then the epoxy resin composition (C) is injected.

本発明において、エポキシ樹脂組成物(C)とは分子内に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を含むものであり、エポキシ樹脂は単独あるいは複数種の混合物で使用することができる。   In the present invention, the epoxy resin composition (C) includes an epoxy resin having two or more epoxy groups in the molecule, and the epoxy resin can be used alone or in a mixture of plural kinds.

かかるエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールADジグリシジルエーテル、2,2’,6,6’−テトラメチル−4,4’−ビフェノールジグリシジルエーテル、N,N,O−トリグリシジル−m−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−3−メチルフェノール、N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジル−o−トルイジン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−2,2’−ジエチル−4,4’−メチレンジアニリン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、1,3−ビス(ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、エチレングリコールジグリジジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサメチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、1,6−ジヒドロキシナフタレンのジグリシジルエーテル、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンのジグリシジルエーテル、トリス(p−ヒドロキシフェニル)メタンのトリグリシジルエーテル、テトラキス(p−ヒドロキシフェニル)エタンのテトラグリシジルエーテル、フェノールノボラックグリシジルエーテル、クレゾールノボラックグリシジルエーテル、フェノールとジシクロペンタジエンの縮合物のグリシジルエーテル、フェノールアラルキル樹脂のグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレート、N−グリシジルフタルイミド、5−エチル−1,3−ジグリシジル−5−メチルヒダントイン、1,3−ジグリシジル−5,5−ジメチルヒダントイン、ビスフェノールAジグリシジルエーテルとトリレンイソシアネートの付加により得られるオキサゾリドン型エポキシ樹脂、およびフェノールアラルキル型エポキシ等を使用することができる。   Examples of such an epoxy resin include bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, tetrabromobisphenol A diglycidyl ether, bisphenol AD diglycidyl ether, 2,2 ′, 6,6′-tetramethyl-4,4. '-Biphenol diglycidyl ether, N, N, O-triglycidyl-m-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-p-aminophenol, N, N, O-triglycidyl-4-amino-3- Methylphenol, N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyl-o-toluidine, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-methylenedianiline, N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-2,2′-diethyl-4,4′-methylenedianiline, , N, N ′, N′-tetraglycidyl-m-xylylenediamine, 1,3-bis (diglycidylaminomethyl) cyclohexane, ethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, hexamethylene glycol diglycidyl ether, Neopentyl glycol diglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, diglycidyl phthalate, diglycidyl terephthalate, diglycidyl ether of 1,6-dihydroxynaphthalene, 9,9- Diglycidyl ether of bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, triglycidyl ether of tris (p-hydroxyphenyl) methane, tetrakis ( -Hydroxyphenyl) ethane tetraglycidyl ether, phenol novolac glycidyl ether, cresol novolac glycidyl ether, glycidyl ether of a condensate of phenol and dicyclopentadiene, glycidyl ether of phenol aralkyl resin, triglycidyl isocyanurate, N-glycidyl phthalimide, 5 -Ethyl-1,3-diglycidyl-5-methylhydantoin, 1,3-diglycidyl-5,5-dimethylhydantoin, oxazolidone type epoxy resin obtained by addition of bisphenol A diglycidyl ether and tolylene isocyanate, and phenol aralkyl type Epoxy or the like can be used.

特に、ビスフェノールAジグリシジルエーテルやビスフェノールFジグリシジルエーテルは、バランスのとれた力学物性と耐薬品性に優れた硬化物が得られる点で好適であり、また、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノールやN,N,N’,N’−テトラグリシジル−4,4’−メチレンジアニリンを用いることにより、得られる硬化物の耐熱性を向上させることができる。   In particular, bisphenol A diglycidyl ether and bisphenol F diglycidyl ether are suitable in that a cured product having well-balanced mechanical properties and chemical resistance can be obtained, and N, N, O-triglycidyl- By using p-aminophenol or N, N, N ′, N′-tetraglycidyl-4,4′-methylenedianiline, the heat resistance of the resulting cured product can be improved.

エポキシ樹脂組成物(C)にはその他の成分として、可塑剤、染料、有機顔料や無機充填剤、高分子化合物、カップリング剤および界面活性剤など適宜配合することができる。   The epoxy resin composition (C) can be appropriately mixed with other components such as a plasticizer, a dye, an organic pigment, an inorganic filler, a polymer compound, a coupling agent, and a surfactant.

エポキシ樹脂組成物(C)の注入の際、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の溶解やその後の硬化が円滑に行われるように、30〜90℃程度の温度に型を加熱しながら注入を行うことができる。   While injecting the epoxy resin composition (C), the mold composition is heated to a temperature of about 30 to 90 ° C. so that the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention and the subsequent curing are smoothly performed. An injection can be performed.

エポキシ樹脂組成物(C)の注入の後に、加熱硬化を行う。加熱硬化時の型の温度は、エポキシ樹脂組成物(C)の注入時における型の温度と同じでも良いが、低温での硬化の場合、脱型の際に繊維強化複合材料が変形しない程度の剛性が得られるまで硬化を進めるために時間がかかる場合があるため、注入時の型の温度より高い温度を選ぶことが好ましく、例えば、80〜180℃の範囲の温度が好ましい。また、加熱硬化の時間は1〜20時間の範囲が好ましい。   Heat-curing is performed after injection | pouring of an epoxy resin composition (C). The mold temperature at the time of heat curing may be the same as the mold temperature at the time of injection of the epoxy resin composition (C), but in the case of curing at a low temperature, the fiber reinforced composite material is not deformed at the time of demolding. Since it may take time to advance curing until rigidity is obtained, it is preferable to select a temperature higher than the temperature of the mold at the time of injection, for example, a temperature in the range of 80 to 180 ° C is preferable. The heat curing time is preferably in the range of 1 to 20 hours.

加熱硬化の過程において、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物は一旦、エポキシ樹脂組成物(C)に溶解させるか、あるいはエポキシ樹脂組成物(C)により膨潤させることが好ましい。このようにすることで、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物の成分の一つである分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)とエポキシ樹脂組成物(C)が接触し、硬化反応を開始する。硬化反応は、アニオン重合で進行するためエポキシ樹脂組成物(C)中に分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)が均一分散していなくても、繊維強化複合材料の靭性等の機械物性や、耐熱性および耐薬品性等を良好なものとすることができる。   In the process of heat curing, it is preferable that the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention is once dissolved in the epoxy resin composition (C) or swollen with the epoxy resin composition (C). By doing in this way, the heterocyclic compound (B) which contains a nitrogen atom in the molecule | numerator which is one of the components of the binder composition for reinforcing fiber bases of this invention, and an epoxy resin composition (C) contact, Initiate the curing reaction. Since the curing reaction proceeds by anionic polymerization, even if the heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule is not uniformly dispersed in the epoxy resin composition (C), the toughness of the fiber-reinforced composite material, etc. The physical properties, heat resistance, chemical resistance, and the like can be improved.

このように、加熱硬化の前に一旦バインダー組成物を溶解あるいは膨潤させるという態様は、強化繊維基材用バインダー組成物の形状や、強化繊維基材用バインダー組成物とエポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂との組み合わせや、強化繊維基材用バインダー組成物中の熱可塑性樹脂(A)、または加熱温度条件を適宜選択することにより達成される。   As described above, the mode in which the binder composition is once dissolved or swollen before heat-curing is the shape of the binder composition for reinforcing fiber base, and the epoxy in the binder composition for reinforcing fiber base and the epoxy resin composition. It is achieved by appropriately selecting the combination with the resin, the thermoplastic resin (A) in the binder composition for reinforcing fiber substrate, or the heating temperature condition.

加熱硬化の後、脱型して繊維強化複合材料を取り出す。   After heat curing, the mold is removed and the fiber reinforced composite material is taken out.

本発明においては、その後、繊維強化複合材料を硬化温度よりも高い温度で加熱する、いわゆる後硬化を行ってもよい。後硬化の温度は90〜200℃が好ましく、時間は1〜4時間が好ましい。   In the present invention, after that, so-called post-curing may be performed in which the fiber-reinforced composite material is heated at a temperature higher than the curing temperature. The post-curing temperature is preferably 90 to 200 ° C., and the time is preferably 1 to 4 hours.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物はRTM法に特に適したものであるが、RTM法以外の成形法にも好適に用いることができる。例えば、本発明の強化繊維基材用バインダー組成物を付与した強化繊維基材の形状がストランドやテープ状の場合には、フィラメントワインディング法、プルトルージョン法およびプリプレグ法等にも適しており、また、強化繊維基材の形状がシート状の場合にはハンドレイアップ法やプリプレグ法等にも適している。   The binder composition for reinforcing fiber base of the present invention is particularly suitable for the RTM method, but can also be suitably used for molding methods other than the RTM method. For example, when the shape of the reinforcing fiber substrate to which the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention is applied is a strand or a tape, it is also suitable for the filament winding method, the pultrusion method, the prepreg method, etc. When the shape of the reinforcing fiber base is a sheet, it is suitable for a hand layup method, a prepreg method, and the like.

本発明の繊維強化複合材料を製造するための材料システムは、貯蔵安定性および作業性が従来の材料システムに比べ優れており、また本発明の強化繊維基材用バインダー組成物等を用いて製造した繊維強化複合材料は、靭性に優れており、胴体、主翼、尾翼、動翼、フェアリング、カウル、ドア、座席および内装材などの航空機部材、モーターケースおよび主翼などの宇宙機部材、構体およびアンテナなどの人工衛星部材、外板、シャシー、空力部材や座席などの自動車部材、構体や座席などの鉄道車両部材および船体や座席などの船舶部材など多くの構造材料に好適に用いることができる。   The material system for producing the fiber-reinforced composite material of the present invention is superior in storage stability and workability compared to conventional material systems, and is manufactured using the binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention. The fiber reinforced composite material has excellent toughness, aircraft parts such as fuselage, main wing, tail wing, moving wing, fairing, cowl, door, seat and interior material, spacecraft parts such as motor case and main wing, structure and It can be suitably used for many structural materials such as artificial satellite members such as antennas, outer plates, chassis, automobile members such as aerodynamic members and seats, railway vehicle members such as structures and seats, and ship members such as hulls and seats.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する
<炭素繊維からなる繊維基材の製造>
各実施例で用いた炭素繊維からなる強化繊維基材は、次のようにして作製した。無撚糸である炭素繊維T800S−24K−10C(東レ(株)製)を経糸に用い、ガラス繊維ECE225 1/0 1Z(日東紡(株)製)を緯糸に用いて、実質的に炭素繊維が一方向に配列された平織組織の織物を作製した。タテ糸密度は7.2本/25mmとし、ヨコ糸密度は7.5本/25mmとした。織物の炭素繊維目付は190g/mであった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
The reinforcing fiber substrate made of carbon fiber used in each example was produced as follows. Carbon fiber T800S-24K-10C (manufactured by Toray Industries, Inc.), which is a non-twisted yarn, is used as warp yarns, and glass fiber ECE225 1/0 1Z (manufactured by Nittobo Co., Ltd.) is used as weft yarns. A plain woven fabric arranged in one direction was produced. The warp yarn density was 7.2 yarns / 25 mm, and the weft yarn density was 7.5 yarns / 25 mm. The carbon fiber basis weight of the woven fabric was 190 g / m 2 .

<エポキシ樹脂組成物(C)の調合>
各実施例で用いたエポキシ樹脂組成物(C)は、次の成分を調合したものである。下記の組成は、混合液中の組成比であり、単位は重量部である。
・“アラルダイト”(登録商標)MY−721(ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ製、グリシジルアミン型エポキシ樹脂):40部
・“エピコート”(登録商標)630 (ジャパンエポキシレジン(株)製、アミノフェノール型エポキシ樹脂):15部
・“エピコート”(登録商標)825(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):30部
・“エピコート”(登録商標)1750(ジャパンエポキシレジン(株)製、ビスフェノールF型エポキシ樹脂):15部
<強化繊維基材用バインダー組成物およびその原料のガラス転移温度の測定>
各実施例で使用した強化繊維基材用バインダー組成物の原料である熱可塑性樹脂または各実施例で得られた強化繊維基材用バインダー組成物5〜10mgを採取し、JIS K7121(1987)に従い、中間点ガラス転移温度(Tmg)を測定した。測定にはPyris 1 DSC((株)パーキンエルマージャパン製、熱流束示差走査熱量測定装置)を用い、サンプル数は2とした。
<Preparation of epoxy resin composition (C)>
The epoxy resin composition (C) used in each example is prepared by mixing the following components. The following composition is a composition ratio in the mixed solution, and the unit is parts by weight.
-"Araldite" (registered trademark) MY-721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials, glycidylamine type epoxy resin): 40 parts-"Epicoat" (registered trademark) 630 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., aminophenol type) Epoxy resin): 15 parts, “Epicoat” (registered trademark) 825 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., bisphenol A type epoxy resin): 30 parts, “Epicoat” (registered trademark) 1750 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) Bisphenol F type epoxy resin): 15 parts <Measurement of glass transition temperature of binder composition for reinforcing fiber substrate and its raw material>
5-10 mg of the thermoplastic resin that is the raw material of the binder composition for reinforcing fiber base used in each example or 5-10 mg of the binder composition for reinforcing fiber base obtained in each example is collected and in accordance with JIS K7121 (1987). The midpoint glass transition temperature (T mg ) was measured. For the measurement, Pyris 1 DSC (manufactured by PerkinElmer Japan Co., Ltd., heat flux differential scanning calorimeter) was used, and the number of samples was 2.

<硬化開始温度(補外開始温度)の測定>
各実施例で得られた強化繊維基材用バインダー組成物10部と上記方法で得られたエポキシ樹脂組成物(C)90部を混合し、得られた混合物から試料として5〜10mgを採取した後、JIS K 7123(1987)に従って比熱容量を測定し、得られたDSC曲線からJIS K 0129(2005)に従って補外開始温度(発熱ピークよりも低温側のベースラインを高温側へ延長した直線と、ピークの低温側の曲線に勾配が最大となる点で引いた接線との交点の温度)を求めた。測定にはPyris 1 DSC((株)パーキンエルマージャパン製、熱流束示差走査熱量測定装置)を用い、サンプル数は2とした。
<Measurement of curing start temperature (extrapolation start temperature)>
10 parts of the binder composition for reinforcing fiber substrate obtained in each Example and 90 parts of the epoxy resin composition (C) obtained by the above method were mixed, and 5 to 10 mg was sampled from the obtained mixture. Then, the specific heat capacity was measured according to JIS K 7123 (1987), and the extrapolated onset temperature (the straight line obtained by extending the base line on the lower temperature side than the exothermic peak to the higher temperature side) from the obtained DSC curve according to JIS K 0129 (2005) The temperature of the intersection with the tangent line drawn at the point where the slope is maximum on the curve on the low temperature side of the peak was determined. For the measurement, Pyris 1 DSC (manufactured by PerkinElmer Japan Co., Ltd., heat flux differential scanning calorimeter) was used, and the number of samples was 2.

<繊維強化複合材料の試験体の製造>
各実施例で使用した繊維強化複合材料は、RTMで作製したものである。各実施例および比較例で作製した強化繊維基材用バインダー組成物を付与したバインダー付き強化繊維基材において、炭素繊維の長手方向を0°とした強化繊維基材を[+45°/0°/−45°/90°]を基本として3回繰り返したものを対称に積層し、プリフォームを作製する。得られたプリフォームに、70℃の温度で前記のエポキシ樹脂組成物(C)を注入含浸した後、1分間に1.5℃ずつ130℃の温度まで昇温して130℃の温度で2時間予備硬化する。予備硬化品をRTM型から取り出した後、熱風オーブン中で180℃の温度で2時間硬化して試験体の繊維強化複合材料とした。
<Manufacture of specimens of fiber reinforced composite materials>
The fiber reinforced composite material used in each example is manufactured by RTM. In the reinforcing fiber substrate with binder to which the binder composition for reinforcing fiber substrate produced in each Example and Comparative Example was applied, the reinforcing fiber substrate with the longitudinal direction of the carbon fiber being 0 ° was [+ 45 ° / 0 ° / -45 [deg.] / 90 [deg.]] Are repeated three times and laminated symmetrically to produce a preform. The obtained preform was impregnated with the epoxy resin composition (C) at a temperature of 70 ° C., and then heated to a temperature of 130 ° C. at a rate of 1.5 ° C. per minute. Pre-cure for hours. The pre-cured product was taken out of the RTM mold and then cured in a hot air oven at a temperature of 180 ° C. for 2 hours to obtain a fiber reinforced composite material of a test specimen.

<繊維強化複合材料のガラス転移温度の測定>
前記の製造方法で得られた繊維強化複合材料から重量20mgの試料を切り出し、JIS k7121(1987)に従い、中間点ガラス転移温度(Tmg)を測定した。測定にはPyris 1 DSC((株)パーキンエルマージャパン製、熱流束示差走査熱量測定装置)を用い、サンプル数は2とした。
<Measurement of glass transition temperature of fiber reinforced composite material>
A sample having a weight of 20 mg was cut out from the fiber-reinforced composite material obtained by the above production method, and the midpoint glass transition temperature (T mg ) was measured according to JIS k7121 (1987). For the measurement, Pyris 1 DSC (manufactured by PerkinElmer Japan Co., Ltd., heat flux differential scanning calorimeter) was used, and the number of samples was 2.

<繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度の測定>
前記の製造方法で得られた繊維強化複合材料から、試験片の長手方向を炭素繊維配向角0°として縦150mm、横100mmの矩形試験片を切り出し、その矩形試験片の中心に、JIS K 7089(1996)に従って試験片の厚さ1mmあたり20Jの落錘衝撃を与えた後、JIS K 7089(1996)に従い残存圧縮強度(CAI)を測定した。サンプル数は5とした。
<Measurement of compressive strength after impact of fiber reinforced composite material>
From the fiber reinforced composite material obtained by the above production method, a rectangular test piece having a length of 150 mm and a width of 100 mm was cut out with a carbon fiber orientation angle of 0 ° as a longitudinal direction of the test piece, and JIS K 7089 was formed at the center of the rectangular test piece. After applying a falling weight impact of 20 J per 1 mm thickness of the test piece according to (1996), the residual compressive strength (CAI) was measured according to JIS K 7089 (1996). The number of samples was 5.

<実施例1>
ポリエーテルイミド(“ウルテム”(登録商標)1000、GE Plastics社製、ガラス転移温度:213℃)80部と1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(“キュアゾール”(登録商標)1B2MZ、四国化成工業(株)製)20部を塩化メチレン400部に溶解して溶液を得た。この溶液を常温においてホモミキサーにて約5000rpmで攪拌しながら、高級アルコール硫酸エステルソーダ(“モノゲン”(登録商標)Y−100、第一工業製薬(株)製)1重量%溶解した水溶液600部を10分間かけて滴下しながら投入してエマルジョン溶液を得た。得られたエマルジョン溶液を50rpmで攪拌しながら1分間に5℃ずつ60℃の温度まで昇温して60℃の温度で2時間かけて塩化メチレンを蒸発させて、ディスパーション溶液を得た。得られたディスパーション溶液を25℃の温度まで放冷した後、濾過、水洗を3回繰り返して得られた粉末を50℃の温度で24時間かけて真空乾燥し、粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を得た。
<Example 1>
80 parts of polyetherimide (“Ultem” (registered trademark) 1000, manufactured by GE Plastics, glass transition temperature: 213 ° C.) and 1-benzyl-2-methylimidazole (“Curazole” (registered trademark) 1B2MZ, Shikoku Chemical Industries ( 20 parts) was dissolved in 400 parts of methylene chloride to obtain a solution. While stirring this solution at about 5000 rpm with a homomixer at room temperature, 600 parts of an aqueous solution in which 1% by weight of higher alcohol sulfate soda ("Monogen" (registered trademark) Y-100, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) was dissolved. Was added dropwise over 10 minutes to obtain an emulsion solution. While stirring the obtained emulsion solution at 50 rpm, the temperature was raised to 60 ° C. at 5 ° C. per minute, and methylene chloride was evaporated at 60 ° C. for 2 hours to obtain a dispersion solution. The obtained dispersion solution is allowed to cool to a temperature of 25 ° C., and then the powder obtained by repeating filtration and washing three times is vacuum-dried at a temperature of 50 ° C. for 24 hours to form a particulate reinforcing fiber substrate. A binder composition was obtained.

得られた粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物のガラス転移温度を、前記方法にて測定したところ、87℃であった。また、平均粒子径をレーザー回析・散乱式粒度分布測定器(LMS−24、(株)セイシン企業製)を用いて測定したところ、6μmであった。   It was 87 degreeC when the glass transition temperature of the obtained binder composition for particulate reinforcing fiber base materials was measured by the said method. Moreover, it was 6 micrometers when the average particle diameter was measured using the laser diffraction and scattering type particle size distribution measuring device (LMS-24, Seisin Enterprise Co., Ltd.).

また、前記方法にて硬化開始温度を測定したところ、85℃であった。   Moreover, it was 85 degreeC when the hardening start temperature was measured by the said method.

得られた粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を、前記の炭素繊維からなる繊維基材の片面に25g/mの目付で散布した後、表面温度が160℃の温度になるように遠赤ヒーターを用いて加熱して粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を融着させ、強化繊維基材用バインダー組成物を付与した強化繊維基材を得た。得られた強化繊維基材用バインダー組成物を付与した強化繊維基材を用い、前記の製造方法で、強化繊維(炭素繊維)の体積含有率が58.1%であり、厚さが4.43mmの繊維強化複合材料を得た。 After dispersing the obtained binder composition for reinforcing fiber base material on one side of the fiber base material made of carbon fiber with a basis weight of 25 g / m 2 , the surface temperature becomes 160 ° C. It heated using the far red heater, the particulate binder composition for reinforcement fiber base materials was fused, and the reinforcement fiber base material which provided the binder composition for reinforcement fiber base materials was obtained. Using the obtained reinforcing fiber base material to which the binder composition for reinforcing fiber base material is applied, the volume content of the reinforcing fiber (carbon fiber) is 58.1% and the thickness is 4. A 43 mm fiber reinforced composite material was obtained.

得られた繊維強化複合材料ガラス転移温度を前記方法にて測定したところ、185℃であり、正常に硬化していることが確認できた。また、得られた繊維強化複合材料に、前記方法に従い厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与し、衝撃後圧縮強度(CAI)を測定した結果、220MPaと高い値であった。
<実施例2>
ポリエーテルスルホン(“スミカエクセル”(登録商標)PES5003P、住友化学(株)製、ガラス転移温度:227℃)を凍結粉砕して得た粉末75部と1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール(“キュアゾール”(登録商標)1B2PZ、四国化成工業(株)製)25部を二軸押出機により210℃の温度で混練して、強化繊維基材用バインダー組成物の粒子状ペレットを得た。得られた強化繊維基材用バインダー組成物のペレットのガラス転移温度を前記方法にて測定したところ、72℃であった。また、得られた粒子状ペレットの平均粒子径をレーザー回析・散乱式粒度分布測定器(LMS−24、(株)セイシン企業製)を用いて測定したところ、98μmであった。
When the obtained fiber reinforced composite material glass transition temperature was measured by the above method, it was 185 ° C., and it was confirmed that it was normally cured. Moreover, as a result of giving impact energy of 20 J per 1 mm thickness according to the said method to the obtained fiber reinforced composite material and measuring compressive strength after impact (CAI), it was as high as 220 MPa.
<Example 2>
75 parts of a powder obtained by freeze-pulverizing polyethersulfone (“Sumika Excel” (registered trademark) PES5003P, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., glass transition temperature: 227 ° C.) and 1-benzyl-2-phenylimidazole (“Cureazole”) 25 parts of “(registered trademark) 1B2PZ, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.” were kneaded at a temperature of 210 ° C. by a twin screw extruder to obtain particulate pellets of a binder composition for a reinforcing fiber substrate. It was 72 degreeC when the glass transition temperature of the pellet of the obtained binder composition for reinforcing fiber base materials was measured by the said method. Moreover, it was 98 micrometers when the average particle diameter of the obtained particulate pellet was measured using the laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (LMS-24, Seisin Enterprise Co., Ltd.).

また、前記方法にて硬化開始温度を測定したところ、93℃であった。   Moreover, it was 93 degreeC when the hardening start temperature was measured by the said method.

得られた粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を前記の炭素繊維からなる繊維基材の片面に27g/mの目付で散布した後、表面温度が160℃の温度になるように遠赤ヒーターを用いて加熱して粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を融着させ、強化繊維基材用バインダー組成物を付与した強化繊維基材を得た。 After the obtained particulate binder composition for reinforcing fiber base material is sprayed on one side of the fiber base material made of carbon fiber with a basis weight of 27 g / m 2 , the surface temperature is 160 ° C. so that the surface temperature becomes 160 ° C. It heated using the red heater, the particulate binder composition for reinforcing fiber bases was fused, and the reinforcing fiber base material which provided the binder composition for reinforcing fiber bases was obtained.

得られた強化繊維基材用バインダー組成物を付与した強化繊維基材を用い、前記の製造方法で、強化繊維の体積含有率が58.6%であり、厚さが4.39mmの繊維強化複合材料を得た。   Using the obtained reinforcing fiber base material to which the binder composition for reinforcing fiber base material is applied, the fiber content of reinforcing fiber is 58.6% and the thickness is 4.39 mm by the above manufacturing method. A composite material was obtained.

得られた繊維強化複合材料ガラス転移温度を前記方法にて測定したところ、192℃であり、正常に硬化していることが確認できた。また、得られた繊維強化複合材料に、前記方法に従い厚さ1mmあたり20Jの衝撃エネルギーを付与し、衝撃後圧縮強度(CAI)を測定した結果、227MPaと高い値であった。   When the obtained fiber reinforced composite material glass transition temperature was measured by the above-mentioned method, it was 192 ° C., and it was confirmed that it was normally cured. In addition, as a result of applying impact energy of 20 J per 1 mm thickness to the obtained fiber-reinforced composite material according to the above method and measuring the compressive strength after impact (CAI), it was a high value of 227 MPa.

<比較例1>
ポリエーテルイミド(“ウルテム”(登録商標)1000、GE Plastics社製、ガラス転移温度:213℃)98部と1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(“キュアゾール”(登録商標)1B2MZ、四国化成工業(株)製)2部を塩化メチレン400部に溶解して溶液を得た。この溶液を常温においてホモミキサーにて約5000rpmで攪拌しながら、高級アルコール硫酸エステルソーダ(“モノゲン”(登録商標)Y−100、第一工業製薬(株)製)1重量%溶解した水溶液600部を10分間かけて滴下しながら投入してエマルジョン溶液を得た。得られたエマルジョン溶液を50rpmで攪拌しながら1分間に5℃ずつ60℃の温度まで昇温して60℃の温度で2時間かけて塩化メチレンを蒸発させて、ディスパーション溶液を得た。得られたディスパーション溶液を25℃の温度まで放冷した後、濾過、水洗を3回繰り返して得られた粉末を50℃の温度で24時間かけて真空乾燥し、粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を得た。
<Comparative Example 1>
Polyetherimide (“Ultem” (registered trademark) 1000, manufactured by GE Plastics, glass transition temperature: 213 ° C.) 98 parts and 1-benzyl-2-methylimidazole (“Cureazole” (registered trademark) 1B2MZ, Shikoku Chemical Industries ( 2 parts) was dissolved in 400 parts of methylene chloride to obtain a solution. While stirring this solution at about 5000 rpm with a homomixer at room temperature, 600 parts of an aqueous solution in which 1% by weight of higher alcohol sulfate soda ("Monogen" (registered trademark) Y-100, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) was dissolved. Was added dropwise over 10 minutes to obtain an emulsion solution. While stirring the obtained emulsion solution at 50 rpm, the temperature was raised to 60 ° C. at 5 ° C. per minute, and methylene chloride was evaporated at 60 ° C. for 2 hours to obtain a dispersion solution. The obtained dispersion solution is allowed to cool to a temperature of 25 ° C., and then the powder obtained by repeating filtration and washing three times is vacuum-dried at a temperature of 50 ° C. for 24 hours to form a particulate reinforcing fiber substrate. A binder composition was obtained.

得られた粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物のガラス転移温度を前記方法にて測定したところ、206℃であった。また、平均粒子径をレーザー回析・散乱式粒度分布測定器(LMS−24、(株)セイシン企業製)を用いて測定したところ、7μmであった。   It was 206 degreeC when the glass transition temperature of the obtained binder composition for particulate reinforcing fiber base materials was measured by the said method. Moreover, it was 7 micrometers when the average particle diameter was measured using the laser diffraction and scattering type particle size distribution measuring device (LMS-24, Seisin Enterprise Co., Ltd.).

また、前記方法にて硬化開始温度を測定したところ、明確な硬化開始温度は得られなかった。   Further, when the curing start temperature was measured by the above method, a clear curing start temperature was not obtained.

得られた粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を前記の炭素繊維からなる繊維基材の片面に25g/mの目付で散布した後、表面温度が160℃の温度になるように遠赤ヒーターを用いて加熱したが、粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を融着することはできなかった。得られた強化繊維基材用バインダー組成物を散布した強化繊維基材を用い、前記の製造方法で繊維強化複合材料の成形を試みたが、樹脂は硬化せず繊維強化複合材料は得られなかった。
<比較例2>
ポリエーテルスルホン(“スミカエクセル”(登録商標)PES5003P、住友化学(株)製、ガラス転移温度:227℃)を凍結粉砕して得た粉末50部と1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール(“キュアゾール”(登録商標)1B2PZ、四国化成工業(株)製)50部を二軸押出機により210℃の温度で混練して、強化繊維基材用バインダー組成物のペレットを得た。得られた強化繊維基材用バインダー組成物のペレットのガラス転移温度を前記方法にて測定したところ、53℃であった。また、得られた粒子状ペレットの平均粒子径をレーザー回析・散乱式粒度分布測定器(LMS−24、(株)セイシン企業製)を用いて測定したところ、86μmであった。
The resulting particulate reinforcing fiber base binder composition was applied at a basis weight of 25 g / m 2 on one surface of the fibrous base material consisting of the carbon fiber, so that the surface temperature becomes a temperature of 160 ° C. far Although heating was performed using a red heater, the particulate binder composition for reinforcing fiber base material could not be fused. Using the reinforcing fiber substrate sprinkled with the obtained binder composition for reinforcing fiber substrate, an attempt was made to form a fiber-reinforced composite material by the above production method, but the resin was not cured and a fiber-reinforced composite material could not be obtained. It was.
<Comparative example 2>
50 parts of powder obtained by freeze-pulverizing polyethersulfone (“Sumika Excel” (registered trademark) PES5003P, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., glass transition temperature: 227 ° C.) and 1-benzyl-2-phenylimidazole (“Cureazole”) 50 parts of “(registered trademark) 1B2PZ, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.” were kneaded at a temperature of 210 ° C. by a twin screw extruder to obtain pellets of a binder composition for a reinforcing fiber substrate. It was 53 degreeC when the glass transition temperature of the pellet of the obtained binder composition for reinforcing fiber base materials was measured by the said method. Moreover, it was 86 micrometers when the average particle diameter of the obtained particulate pellet was measured using the laser diffraction and scattering type particle size distribution measuring device (LMS-24, Seisin Enterprise Co., Ltd.).

また、前記方法にて硬化開始温度を測定したところ、50℃であった。   Moreover, it was 50 degreeC when the hardening start temperature was measured by the said method.

得られた粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を前記の炭素繊維からなる繊維基材の片面に27g/mの目付で散布した後、表面温度が160℃の温度になるように遠赤ヒーターを用いて加熱して粒子状の強化繊維基材用バインダー組成物を融着させ、強化繊維基材用バインダー組成物を付与した強化繊維基材を得た。 After the obtained particulate binder composition for reinforcing fiber base material is sprayed on one side of the fiber base material made of carbon fiber with a basis weight of 27 g / m 2 , the surface temperature is 160 ° C. so that the surface temperature becomes 160 ° C. It heated using the red heater, the particulate binder composition for reinforcing fiber bases was fused, and the reinforcing fiber base material which provided the binder composition for reinforcing fiber bases was obtained.

得られた強化繊維基材用バインダー組成物を付与した強化繊維基材を用い、前記の製造方法で繊維強化複合材料の成形を試みたが、エポキシ樹脂組成物(C)の注入途中で増粘して、完全に含浸することができず繊維強化複合材料は得られなかった。   Using the reinforcing fiber substrate to which the obtained binder composition for reinforcing fiber substrate was applied, an attempt was made to form a fiber-reinforced composite material by the above-described production method, but the viscosity increased during the injection of the epoxy resin composition (C). Thus, the fiber-reinforced composite material could not be obtained because of complete impregnation.

本発明の強化繊維基材用バインダー組成物は、RTMにて成形する繊維強化複合材料に適しており、得られた繊維強化複合材料は航空機、宇宙機、鉄道車両、自動車および船舶などの構造材料に好適に用いることができるが、その他テニスラケット、ゴルフシャフトおよび釣り竿などのレジャー産業や建築等の分野にも適用することができ有用である。   The binder composition for reinforcing fiber substrate of the present invention is suitable for a fiber reinforced composite material molded by RTM, and the obtained fiber reinforced composite material is a structural material for aircraft, spacecraft, rail vehicles, automobiles, ships, etc. However, the present invention is useful because it can be applied to other fields such as leisure industries such as tennis rackets, golf shafts and fishing rods, and construction.

Claims (12)

熱可塑性樹脂(A)および分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)を含むガラス転移温度が50〜120℃の樹脂組成物であって、該樹脂組成物自体には自己硬化性はないがエポキシ樹脂組成物(C)との接触により60℃以上の温度で該エポキシ樹脂組成物(C)との硬化反応を開始し得ることを特徴とする強化繊維基材用バインダー組成物。   A resin composition having a glass transition temperature of 50 to 120 ° C. containing a thermoplastic resin (A) and a heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule, and the resin composition itself is not self-curing. Is capable of initiating a curing reaction with the epoxy resin composition (C) at a temperature of 60 ° C. or more by contact with the epoxy resin composition (C). 熱可塑性樹脂(A)がガラス転移温度120〜260℃の非晶質熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1記載の強化繊維基材用バインダー組成物。   The binder composition for reinforcing fiber substrate according to claim 1, wherein the thermoplastic resin (A) is an amorphous thermoplastic resin having a glass transition temperature of 120 to 260 ° C. 熱可塑性樹脂(A)がポリエーテルイミドまたはポリエーテルスルホンであることを特徴とする請求項1または2記載の強化繊維基材用バインダー組成物。   The binder composition for reinforcing fiber base according to claim 1 or 2, wherein the thermoplastic resin (A) is polyetherimide or polyethersulfone. 熱可塑性樹脂(A)の配合量が全体の75〜95重量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の強化繊維基材用バインダー組成物。   The binder composition for a reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the blending amount of the thermoplastic resin (A) is 75 to 95% by weight of the whole. 分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)がイミダゾール化合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の強化繊維基材用バインダー組成物。   The binder composition for reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule is an imidazole compound. 分子内に窒素原子を含む複素環化合物(B)の配合量が全体の5〜25重量%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の強化繊維基材用バインダー組成物。   6. The binder composition for reinforcing fiber base according to claim 1, wherein the amount of the heterocyclic compound (B) containing a nitrogen atom in the molecule is 5 to 25% by weight of the whole. . 平均粒子径が0.1〜200μmの粒子状形態であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の強化繊維基材用バインダー組成物。   The binder composition for reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the binder composition is in a particulate form having an average particle diameter of 0.1 to 200 µm. 請求項1〜7のいずれかに記載の強化繊維基材用バインダー組成物を強化繊維基材の表面に付与してなることを特徴とするバインダー付き強化繊維基材。   A reinforcing fiber substrate with a binder, wherein the reinforcing fiber substrate binder composition according to any one of claims 1 to 7 is applied to the surface of the reinforcing fiber substrate. 請求項1〜7のいずれかに記載の強化繊維基材用バインダー組成物を、少なくとも強化繊維基材の片面に1〜50g/mの目付で付与してなることを特徴とするバインダー付き強化繊維基材。 The reinforcing fiber base binder composition according to claim 1, reinforced with a binder, characterized by comprising imparted by basis weight one side of 1 to 50 g / m 2 of at least reinforcing fiber substrate Fiber substrate. 強化繊維基材を構成する強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項8または9記載のバインダー付き強化繊維基材。   The reinforcing fiber substrate with a binder according to claim 8 or 9, wherein the reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber substrate is a carbon fiber. 請求項8〜10のいずれかに記載のバインダー付き強化繊維基材を積層してなり、層間に請求項1〜7のいずれかに記載の強化繊維基材用バインダー組成物を存在させて形態を固定してなることを特徴とするプリフォーム。   A reinforcing fiber substrate with a binder according to any one of claims 8 to 10 is laminated, and the form is formed by causing the binder composition for reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 7 to exist between layers. Preform characterized by being fixed. 請求項10記載のプリフォームに、硬化剤を含まないエポキシ樹脂組成物を含浸させ、熱硬化させることを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。   A method for producing a fiber-reinforced composite material, wherein the preform according to claim 10 is impregnated with an epoxy resin composition containing no curing agent and thermally cured.
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