JP2009096874A - Thermosetting resin composition, cured product thereof and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
【課題】硬化反応過程で水やアンモニアガスなどの揮発物が発生せず、繊維強化複合材料を作製するための各種成形法に適した粘度特性を有し、かつ得られる硬化物は耐熱性および残炭率などが優れたジヒドロベンゾオキサジン系新規熱硬化性樹脂組成物を提供する。
【解決手段】ジヒドロベンゾオキサジン環を1個以上有する化合物と、シアネート基を1個以上有する化合物からなる熱硬化性樹脂組成物。
【選択図】なし[PROBLEMS] To prevent generation of volatile substances such as water and ammonia gas during the curing reaction, to have viscosity characteristics suitable for various molding methods for producing a fiber-reinforced composite material, and to obtain a cured product having heat resistance and Provided is a novel dihydrobenzoxazine-based thermosetting resin composition having an excellent residual carbon ratio.
A thermosetting resin composition comprising a compound having at least one dihydrobenzoxazine ring and a compound having at least one cyanate group.
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Description
本発明は、熱硬化性樹脂組成物、特に硬化反応過程で水やアンモニアガスなどの揮発物が発生せず、かつレジントランスファー成形(以下、RTMという。)のような繊維強化複合材料の各種成形法に適した粘度特性を有し、かつ得られる硬化物の耐熱性および残炭率などが優れたジヒドロベンゾオキサジン系熱硬化性樹脂組成物に関する。ここでRTMのような繊維強化複合材料の各種成形法に適した粘度特性とは、ある温度での溶融粘度が10(Pa・s)以下で、その温度で2時間経過しても溶融粘度が100(Pa・s)以下の低い粘度を維持する(低粘度で粘度変化が小さいため繊維への含浸性が長時間優れている)が、それより以上の温度(硬化温度)になればすみやかに硬化する、ということを意味する。 The present invention relates to a thermosetting resin composition, particularly various moldings of fiber reinforced composite materials such as resin transfer molding (hereinafter referred to as RTM) which does not generate volatiles such as water and ammonia gas in the course of curing reaction. The present invention relates to a dihydrobenzoxazine-based thermosetting resin composition having viscosity characteristics suitable for the method and excellent in the heat resistance and residual carbon ratio of the resulting cured product. Here, the viscosity characteristic suitable for various molding methods of fiber reinforced composite materials such as RTM is that the melt viscosity at a certain temperature is 10 (Pa · s) or less, and the melt viscosity does not exceed 2 hours even at that temperature. Maintains a low viscosity of 100 (Pa · s) or less (low viscosity and small change in viscosity so that the fiber can be impregnated for a long time), but immediately when the temperature is higher (curing temperature) It means to harden.
ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化複合材料は、軽量かつ強度、剛性、耐衝撃性、耐疲労性などの機械物性や耐熱性等に優れているため、近年宇宙・航空、自動車、鉄道車両・船舶、スポーツ用品等の分野、一般産業分野等多くの分野で幅広く用いられている。 Fiber reinforced composite materials composed of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, and other reinforcing fibers and matrix resins are lightweight and have excellent mechanical properties such as strength, rigidity, impact resistance, and fatigue resistance, and heat resistance. In recent years, it has been widely used in many fields such as fields such as space / aviation, automobiles, railway vehicles / ships, sporting goods, and general industrial fields.
マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも用いられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂等が用いられる。なかでも特に宇宙・航空分野などの耐熱性や難燃性を要求される分野では、フェノール樹脂がよく用いられる(例えば特許文献1または2参照)。 As the matrix resin, both a thermosetting resin and a thermoplastic resin are used. As the thermosetting resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, phenol resin, maleimide resin, cyanate resin and the like are used. In particular, phenolic resins are often used in fields that require heat resistance and flame retardancy, particularly in the space and aviation fields (see, for example, Patent Document 1 or 2).
繊維強化複合材料の製造には、プリプレグ法、ハンドレイアップ法、フィラメントワインディング法、RTM法等の方法が適用される。このうち、RTM法は、型内に配置した強化用繊維基材に液状の熱硬化性樹脂組成物を含浸、加熱硬化する方法であり、大型かつ複雑な形状の繊維強化複合材料を成形できるという特長を有する。 Methods such as a prepreg method, a hand layup method, a filament winding method, and an RTM method are applied to the production of the fiber reinforced composite material. Among these, the RTM method is a method of impregnating a liquid thermosetting resin composition into a reinforcing fiber base disposed in a mold and heat-curing, and can form a fiber-reinforced composite material having a large and complicated shape. Has features.
RTM法に用いられる樹脂に要求される特性としては、強化用繊維基材への含浸を容易にするために低粘度であること、また、樹脂含浸時の粘度変化が小さいことが挙げられる。さらに、樹脂を含浸した後に型内で樹脂の硬化を行うが、硬化反応過程で揮発物を発生せず、かつ硬化温度(例えば200℃)に温度を上げればすみやかに硬化するということも重要である。そのため、RTM法に適した樹脂として、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂が多く用いられている(例えば特許文献3〜6参照)。 The properties required for the resin used in the RTM method include a low viscosity for facilitating the impregnation of the reinforcing fiber base material and a small change in viscosity during the resin impregnation. Furthermore, after the resin is impregnated, the resin is cured in the mold, but it is also important that volatiles are not generated in the curing reaction process, and that the resin is cured as soon as the temperature is raised to a curing temperature (for example, 200 ° C.). is there. Therefore, many epoxy resins and unsaturated polyester resins are used as resins suitable for the RTM method (see, for example, Patent Documents 3 to 6).
しかしながら、宇宙・航空分野などの耐熱性や難燃性を要求される分野では、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂では必要な難燃性や残炭率などの特性が得られない。したがって、これらの(難燃性や残炭率)特性に優れた樹脂として、フェノール樹脂を用いるのが最適である。フェノール樹脂をRTMに適用しようとした場合、フェノール樹脂は硬化反応が縮合反応であるためその過程で水やアンモニアガスなどの揮発物が発生する。また、樹脂の粘度が高く、RTMを用いて成形を行う際に樹脂が強化繊維に充分含浸せず、ボイド等の欠陥が発生し、品質の優れた成形品が得られないという問題があり、フェノール樹脂をRTMに適用することは困難であった(例えば非特許文献7〜9参照)。 However, in fields that require heat resistance and flame retardancy such as space and aviation, epoxy resin and unsaturated polyester resin cannot provide the necessary flame retardancy and residual charcoal rate. Therefore, it is optimal to use a phenol resin as a resin excellent in these properties (flame retardancy and residual carbon ratio). When an attempt is made to apply a phenol resin to an RTM, the phenol resin is a condensation reaction, so that volatile substances such as water and ammonia gas are generated in the process. In addition, the viscosity of the resin is high, the resin does not sufficiently impregnate the reinforcing fibers when molding using RTM, defects such as voids occur, and there is a problem that a molded product with excellent quality cannot be obtained, It was difficult to apply a phenol resin to RTM (see, for example, Non-Patent Documents 7 to 9).
そのため、耐熱性や難燃性を要求される分野においてRTM成形を行う場合、これまでのフェノール樹脂に代わる樹脂として、硬化時に副生成物が発生せず、かつ織物に注入可能な低い粘度を長時間保持する新規材料の開発が必須である。さらに、フェノール樹脂並みの各種性能(例えば高い耐熱性や残炭率)を有することも要求される。 Therefore, when performing RTM molding in fields where heat resistance and flame retardancy are required, as a substitute for conventional phenolic resins, by-products are not generated during curing and a low viscosity that can be injected into fabrics is long. It is essential to develop new materials that maintain time. Furthermore, it is also required to have various performances (for example, high heat resistance and residual carbon ratio) similar to phenol resins.
ところで、従来のフェノール樹脂とは異なり、硬化反応過程で揮発物が発生せず、低粘度で成形性に優れた熱硬化性樹脂として、ジヒドロベンゾオキサジン化合物が知られている(例えば特許文献10または非特許文献11参照)。 By the way, unlike a conventional phenol resin, a dihydrobenzoxazine compound is known as a thermosetting resin that does not generate volatile substances in the curing reaction process and has low viscosity and excellent moldability (for example, Patent Document 10 or Non-patent document 11).
ジヒドロベンゾオキサジン系熱硬化性樹脂組成物は、その特徴である耐熱性、難燃性、電気絶縁性、低誘電性などを利用して、主にプリント基板や半導体封止材料などの電気・電子材料としての適用が多くなされている(例えば特許文献12〜14参照)。 Dihydrobenzoxazine-based thermosetting resin compositions are mainly used for electrical and electronic components such as printed circuit boards and semiconductor encapsulating materials by utilizing their characteristics such as heat resistance, flame retardancy, electrical insulation, and low dielectric properties. Many applications have been made as materials (see, for example, Patent Documents 12 to 14).
しかしながら、大型かつ複雑な形状の繊維強化複合材料を成形できるRTM成形に適した粘度特性を有し、かつ得られる硬化物の耐熱性や残炭率に優れたジヒドロベンゾオキサジン系熱硬化性樹脂組成物の開発に言及した報告例は見当たらない。 However, a dihydrobenzoxazine-based thermosetting resin composition having viscosity characteristics suitable for RTM molding capable of molding a fiber reinforced composite material having a large and complex shape, and excellent in heat resistance and residual carbon ratio of the resulting cured product There are no reports that mention the development of products.
そこで、本発明は、従来のフェノール樹脂とは異なって硬化反応過程で水やアンモニアガスなどの揮発物が発生せず、かつRTMのような繊維強化複合材料の各種成形法に適した粘度特性を有し、かつ得られる硬化物の耐熱性および残炭率などが優れたジヒドロベンゾオキサジン系熱硬化性樹脂組成物、その硬化物及び繊維強化複合材料を提供するものである。 Therefore, unlike the conventional phenol resin, the present invention does not generate volatiles such as water and ammonia gas in the curing reaction process, and has a viscosity characteristic suitable for various molding methods of fiber reinforced composite materials such as RTM. The present invention provides a dihydrobenzoxazine-based thermosetting resin composition having excellent heat resistance and residual carbon ratio of the obtained cured product, the cured product, and a fiber-reinforced composite material.
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、(a)ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物に、(b)シアネート基を有する化合物を添加することにより、従来のフェノール樹脂に比べてRTMのような繊維強化複合材料の各種成形法に適した粘度特性を有し、かつ得られる硬化物は耐熱性および残炭率などが優れたジヒドロベンゾオキサジン系新規熱硬化性樹脂が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have obtained a conventional phenol resin by adding (b) a compound having a cyanate group to a compound having a dihydrobenzoxazine ring. Compared to RTM, the dihydrobenzoxazine-based new thermosetting resin has viscosity characteristics suitable for various molding methods of fiber reinforced composite materials such as RTM, and the cured product is excellent in heat resistance and residual carbon ratio. As a result, the present invention has been completed.
即ち、上記課題を達成する本発明は、請求項1〜8に記載の次の熱硬化性樹脂組成物及びその硬化物並びに繊維強化複合材料である。
請求項1に係る熱硬化性樹脂組成物は、(a)ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物、および(b)シアネート基を有する化合物からなるものである。
また、請求項2に係る熱硬化性樹脂組成物は、請求項1に記載の熱硬化性樹脂組成物において、(a)ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物、および(b)シアネート基を有する化合物を溶融混合または溶液混合してなるものである。
請求項3に係る熱硬化性樹脂組成物は、請求項1または請求項2に記載の熱硬化性樹脂組成物において、(a)ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物5〜95mol%、および(b)シアネート基を有する化合物95〜5mol%からなるものである。
さらに、請求項4に係る熱硬化性樹脂組成物は、請求項1〜3のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物において、任意温度における初期粘度が10(Pa・s)以下であり、かつ同温度で2時間保持した時の粘度が100(Pa・s)以下であるものである。
That is, this invention which achieves the said subject is the following thermosetting resin composition of Claims 1-8, its hardened | cured material, and a fiber reinforced composite material.
The thermosetting resin composition according to claim 1 comprises (a) a compound having a dihydrobenzoxazine ring and (b) a compound having a cyanate group.
Moreover, the thermosetting resin composition which concerns on Claim 2 is a thermosetting resin composition of Claim 1, (a) The compound which has a dihydrobenzoxazine ring, and (b) The compound which has a cyanate group. It is formed by melt mixing or solution mixing.
The thermosetting resin composition according to claim 3 is the thermosetting resin composition according to claim 1 or 2, wherein (a) a compound having a dihydrobenzoxazine ring is 5-95 mol%, and (b) It consists of 95 to 5 mol% of a compound having a cyanate group.
Furthermore, in the thermosetting resin composition according to any one of claims 1 to 3, the thermosetting resin composition according to claim 4 has an initial viscosity of 10 (Pa · s) or less at an arbitrary temperature, And the viscosity when it hold | maintains at the same temperature for 2 hours is 100 (Pa * s) or less.
さらに、また請求項5に係る熱硬化性樹脂組成物は、請求項1〜3のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物において、(a)ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物が、一般式(1)で表される官能基を1個以上有する化合物である。
請求項6に係る熱硬化性樹脂組成物は、請求項1〜3のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物において、(b)シアネート基を有する化合物が、一般式(2)で表される官能基を1個以上有する化合物である。
The thermosetting resin composition according to claim 6 is the thermosetting resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound (b) having a cyanate group is represented by the general formula (2). A compound having one or more functional groups.
請求項7に係る発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物を硬化させてなる硬化物である。
また、請求項8に係る発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物と強化用繊維基材からなる繊維強化複合材料である。
The invention according to claim 7 is a cured product obtained by curing the thermosetting resin composition according to any one of claims 1 to 6.
The invention according to claim 8 is a fiber-reinforced composite material comprising the thermosetting resin composition according to any one of claims 1 to 6 and a reinforcing fiber base material.
この発明によれば、RTMのような繊維強化複合材料を作製するための各種成形法に適した粘度特性を有する熱硬化性樹脂組成物が得られる。すなわち、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、金型中にセットした繊維織物に外部から溶融させた樹脂を注入する際には硬化反応が進行せず、かつ繊維織物に含浸させるに十分低い粘度を有している。しかしながら、樹脂の溶融温度より以上に温度を上げると、硬化反応は速やかに進行する。しかも、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、従来のフェノール樹脂のように硬化反応過程で副生成物が発生しないため緻密な成形品を作製することができ、得られる硬化物は残炭率も高いため、例えば宇宙航空用複合材料としてだけでなく、自動車用部材、鉄道車両用部材、船舶用部材、建築用部材等にも好適に用いることができ、極めて有用である。 According to this invention, a thermosetting resin composition having viscosity characteristics suitable for various molding methods for producing a fiber-reinforced composite material such as RTM can be obtained. That is, the thermosetting resin composition of the present invention does not proceed with a curing reaction when a resin melted from the outside is poured into a fiber fabric set in a mold, and is sufficiently low to impregnate the fiber fabric. Has viscosity. However, when the temperature is raised above the melting temperature of the resin, the curing reaction proceeds rapidly. In addition, the thermosetting resin composition of the present invention can produce a dense molded product because no by-product is generated in the curing reaction process as in the case of conventional phenol resins, and the resulting cured product has a residual carbon ratio. Therefore, it can be suitably used not only as a composite material for aerospace, but also for automobile members, railway vehicle members, marine members, building members, etc., and is extremely useful.
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、各官能基に対して(a)ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物5〜95モル%と、(b)シアネート基を有する化合物95〜5モル%からなる樹脂成分から成る。なお、モル%とは、該組成物中に含有する(a)あるいは(b)の官能基の割合を示す。 The thermosetting resin composition of the present invention is a resin comprising (a) a compound having 5 to 95 mol% having a dihydrobenzoxazine ring and (b) a compound having 95 to 5 mol% having a cyanate group for each functional group. Consists of ingredients. In addition, mol% shows the ratio of the functional group (a) or (b) contained in the composition.
前記(a)のジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物とは、分子内に少なくとも一般式(1):
フェノール性水酸基1個以上有する化合物としては、フェノール核の少なくとも1つのオルソ位が空いた(置換されていない)化合物であれば特に限定されず、例えば、フェノール、o−,m−,またはp−クレゾール、2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、4−n−ノニルフェノール、4−n−オクチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、4−n−ヘキシルフェノールなどのアルクルフェノール類の他、p−シクロヘキシルフェノール、p−クミルフェノール、p−フェニリフェノール、p−アリルフェノール、α−またはβ−ナフトールなどのフェノール性水酸基を1個有する化合物も使用できる。また、フェノール性水酸基を2個以上有する化合物の例としては、カテコール、ヒドロキノン、レゾルシノール、1,5−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,2’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−オキシビスフェノール、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビスフェノールA、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジフルオロビスフェノールA、4,4’−[2,2,2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチリデン]ビスフェノール、4,4’−シクロペンチリデンビスフェノール、4,4’−(ジメチルシリレン)ビスフェノール、4,4’−シクロヘキシリデンビスフェノール、テルペンジフェノール、1,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アダマンタン、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン、4,4’,4’’−メチリデントリスフェノールなどが挙げられる。さらに、上記フェノール化合物とホルマリンを公知の方法で反応させたオリゴマーとして、例えば、フェノールノボラック型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型フェノール樹脂、ビスフェノールAノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂も使用できる。また、キシリレン変性フェノール樹脂、メラミン変性フェノール樹脂、ベンゾグアナミン変性フェノール樹脂、マレイミド変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、ブタジエン変性フェノール樹脂などの各種変性フェノール樹脂、さらにはポリ(p−ビニルフェノール)およびその共重合体などのフェノール性水酸基を有する他のオリゴマーやポリマーも使用できる。これらのフェノール性水酸基を1個以上有する化合物は、その使用にあたっては1種類単独使用のみに限定されるものではなく、2種類以上の併用も可能である。 The compound having one or more phenolic hydroxyl groups is not particularly limited as long as it is a compound in which at least one ortho position of the phenol nucleus is vacant (unsubstituted). For example, phenol, o-, m-, or p- Alkyl such as cresol, 2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 4-n-nonylphenol, 4-n-octylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 4-n-hexylphenol In addition to ruphenols, compounds having one phenolic hydroxyl group such as p-cyclohexylphenol, p-cumylphenol, p-phenylylphenol, p-allylphenol, α- or β-naphthol can also be used. Examples of the compound having two or more phenolic hydroxyl groups include catechol, hydroquinone, resorcinol, 1,5-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,2′-dihydroxybiphenyl, 4,4′-dihydroxy. Biphenyl, 4,4′-oxybisphenol, 4,4′-dihydroxybenzophenone, bisphenol A, bisphenol E, bisphenol F, bisphenol S, difluorobisphenol A, 4,4 ′-[2,2,2-trifluoro-1 -(Trifluoromethyl) ethylidene] bisphenol, 4,4'-cyclopentylidene bisphenol, 4,4 '-(dimethylsilylene) bisphenol, 4,4'-cyclohexylidene bisphenol, terpene diphenol, 1,3-bis ( - hydroxyphenyl) adamantane, 1,3,5-trihydroxybenzene, 4,4 ', 4' '- such as methylidene tris phenol. Furthermore, as an oligomer obtained by reacting the phenol compound with formalin by a known method, for example, a phenol novolac type phenol resin, a cresol novolac type phenol resin, a bisphenol A novolac type phenol resin, or a resol type phenol resin can be used. In addition, various modified phenolic resins such as xylylene-modified phenolic resin, melamine-modified phenolic resin, benzoguanamine-modified phenolic resin, maleimide-modified phenolic resin, silicone-modified phenolic resin, butadiene-modified phenolic resin, poly (p-vinylphenol) and their co-polymers. Other oligomers and polymers having a phenolic hydroxyl group such as a polymer can also be used. These compounds having one or more phenolic hydroxyl groups are not limited to single use alone, and two or more types can be used in combination.
また、アミノ基を1個以上有する化合物としては、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、n−ブチルアミン、n−ドデシルアミン、n−ノニルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、アリルアミンなどのアルキルモノアミン類およびアルケニルモノアミン類、アニリン、メチルアニリン、エチルアニリン、ジエチルアニリン、ベンジルアミン、o−トルイジン、m−トルイジン、p−トルイジン、α−ナフチルアミン、β−ナフチルアミンなどの芳香族モノアミン類などが挙げられる。さらに、2−アミノ−ベンジルアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,10−ジアミノデカン、2,7−ジアミノフルオレン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、9,10−ジアミノフェナントレン、1,4−ジアミノピペラジン、1,4−メチレンジアニリン、1,4−ジアミノベンゾフェノン、4,4−ジアミノジフェニルスルホン、メチレンジアニリン、フルオレンジアミン、4,4−オキシジアニリン、フルオレンテトラアミン、テトラアミンジフェニルエーテル、メラミンなども使用できる。 Examples of the compound having at least one amino group include methylamine, ethylamine, n-propylamine, n-butylamine, n-dodecylamine, n-nonylamine, cyclopentylamine, cyclohexylamine, allylamine, and other alkyl monoamines and alkenyls. Examples include monoamines, aromatic monoamines such as aniline, methylaniline, ethylaniline, diethylaniline, benzylamine, o-toluidine, m-toluidine, p-toluidine, α-naphthylamine, β-naphthylamine and the like. Furthermore, 2-amino-benzylamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,10-diaminodecane, 2,7-diaminofluorene, 1,4-diaminocyclohexane, 9,10-diaminophenanthrene 1,4-diaminopiperazine, 1,4-methylenedianiline, 1,4-diaminobenzophenone, 4,4-diaminodiphenylsulfone, methylenedianiline, fluorenediamine, 4,4-oxydianiline, fluorenetetraamine, Tetraamine diphenyl ether, melamine, etc. can also be used.
さらに、ホルムアルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒド水溶液であるホルマリン、あるいはその重合物であるトリオキサン、パラホルムアルデヒドなどをいずれも使用することができる。 Furthermore, as the formaldehyde compound, formalin that is an aqueous formaldehyde solution, or trioxane or paraformaldehyde that is a polymer thereof can be used.
反応溶媒としては、トルエン、キシレン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、1−プロパノール、1−ブタノール、メタノールなどの溶媒を用いることができる。 As the reaction solvent, solvents such as toluene, xylene, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, 1-propanol, 1-butanol and methanol can be used.
フェノール性水酸基の全てを反応させる場合は、フェノール性水酸基1モルに対して、アミノ基1モル、およびホルムアルデヒド2モル以上を用いるのが好ましい。反応温度は80℃〜100℃が好ましい。反応温度が80℃未満の場合は反応が進行しにくく、100℃を超える場合は一旦生成したジヒドロベンゾオキサジン環が開環してオリゴマー化するという副反応が促進される。反応時間は、反応温度にもよるが、1〜6時間で反応が完結する。 When all of the phenolic hydroxyl groups are reacted, it is preferable to use 1 mol of amino group and 2 mols of formaldehyde with respect to 1 mol of phenolic hydroxyl group. The reaction temperature is preferably 80 ° C to 100 ° C. When the reaction temperature is less than 80 ° C., the reaction hardly proceeds. When the reaction temperature exceeds 100 ° C., a side reaction in which the once generated dihydrobenzoxazine ring is opened and oligomerized is promoted. Although the reaction time depends on the reaction temperature, the reaction is completed in 1 to 6 hours.
反応終了後、溶媒を留去し、必要に応じて水洗浄またはアルカリ洗浄等の精製操作を行い、未反応のフェノール性水酸基を有する化合物、アミン類、およびホルムアルデヒド化合物を除去することにより、ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物が得られる。 After completion of the reaction, the solvent is distilled off, and if necessary, a purification operation such as water washing or alkali washing is performed to remove unreacted phenolic hydroxyl group-containing compounds, amines, and formaldehyde compounds, thereby obtaining dihydrobenzoic acid. A compound having an oxazine ring is obtained.
以上のようにして得られるジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物としては、たとえば以下の一般式(3)〜(6)で表される化合物が挙げられる。 Examples of the compound having a dihydrobenzoxazine ring obtained as described above include compounds represented by the following general formulas (3) to (6).
上記の化合物の中でも、一般式(3)、(4)または(6)で表される化合物が好ましい。 Among the above compounds, compounds represented by the general formula (3), (4) or (6) are preferable.
前記(b)のシアネート基を有する化合物としては、分子内に一般式(2):
本発明に用いられるシアネート基を有する化合物の具体例としては、例えば、フェノールノボラック型シアネート樹脂、o−クレゾールノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールAノボラック型シアネート樹脂などの多官能性フェノール型シアネート樹脂や、ビスフェノールA型シアネート樹脂 、ビスフェノールE型シアネート樹脂、ビスフェノールF型シアネート樹脂、ビスフェノールS型シアネート樹脂などのビスフェノール型シアネート樹脂等が挙げられる。その他、ビス(3−メチル−4−シアネートフェニル)メタン、ビス(3−エチル−4−シアネートフェニル)メタン、ビス(3,5−ジメチル−4−シアネートフェニル)メタン、1,1−ビス(4−シアネートフェニル)エタン、ビス(4−シアネートフェニル)メタン、2,2−ビス(4−シアネートフェニル)−1,1,1,−3,3,3,−ヘキサフルオロプロパン、ジ(4−シアネートフェニル)エーテル、ジ(4−シアネートフェニル)チオエーテル、4,4−ジシアネート−ジフェニル等を用いることができる。これらは、単独で、または2種以上の混合物として用いられる。 Specific examples of the compound having a cyanate group used in the present invention include, for example, polyfunctional phenol type cyanate resins such as phenol novolak type cyanate resin, o-cresol novolak type cyanate resin, bisphenol A novolak type cyanate resin, and bisphenol. Examples include A-type cyanate resins, bisphenol E-type cyanate resins, bisphenol F-type cyanate resins, and bisphenol-type cyanate resins such as bisphenol S-type cyanate resins. In addition, bis (3-methyl-4-cyanatephenyl) methane, bis (3-ethyl-4-cyanatephenyl) methane, bis (3,5-dimethyl-4-cyanatephenyl) methane, 1,1-bis (4 -Cyanatephenyl) ethane, bis (4-cyanatephenyl) methane, 2,2-bis (4-cyanatephenyl) -1,1,1, -3,3,3,3-hexafluoropropane, di (4-cyanate) Phenyl) ether, di (4-cyanatephenyl) thioether, 4,4-dicyanate-diphenyl, and the like. These are used alone or as a mixture of two or more.
さらに、(a)ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物、および(b)シアネート基を有する化合物からなる熱硬化性樹脂組成物に対し、そのRTM等の繊維強化複合材料を作製するための各種成形法に適した粘度特性を損なわない範囲で硬化触媒や硬化剤を添加してもよい。 Further, various thermoforming resin compositions comprising (a) a compound having a dihydrobenzoxazine ring and (b) a compound having a cyanate group are subjected to various molding methods for producing a fiber reinforced composite material such as RTM. You may add a curing catalyst and a hardening | curing agent in the range which does not impair the suitable viscosity characteristic.
本発明の熱硬化性樹脂組成物の調製は、各官能基に対して(a)ジヒドロベンゾオキサジン環を有する化合物5〜95モル%と、(b)シアネート基を有する化合物95〜5モル%とを溶融混合または溶液混合させて樹脂液を得るのが好ましい。この場合の溶融混合温度は50〜150℃が好ましく、60〜120℃がより好ましい。溶液混合に用いられる溶媒としては、(a)および(b)の化合物と相溶するものであれば限定されず、メタノール、エタノールなどのアルコール系溶媒、ジエチルエーテルなどのエーテル系溶媒、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒、酢酸エチルなどのエステル系溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、アセトニトリルなどのニトリル系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルムなどの塩素系溶媒などを用いるのが好ましい。また、それらの配合量は、(a)成分5〜95モル%に対し、(b)成分95〜5モル%がより好ましい。特に好ましくは、(a)成分が20〜80モル%に対し、(b)成分80〜20モル%である。なお、ここでモル%は、(a)成分および(b)成分の官能基を基準とする百分率を示す。 Preparation of the thermosetting resin composition of the present invention comprises (a) 5 to 95 mol% of a compound having a dihydrobenzoxazine ring and (b) 95 to 5 mol% of a compound having a cyanate group for each functional group. It is preferable to obtain a resin liquid by melt mixing or solution mixing. In this case, the melt mixing temperature is preferably 50 to 150 ° C, more preferably 60 to 120 ° C. Solvents used for mixing the solution are not limited as long as they are compatible with the compounds (a) and (b). Alcohol solvents such as methanol and ethanol, ether solvents such as diethyl ether, methyl ethyl ketone, acetone , Ketone solvents such as methyl isobutyl ketone, ester solvents such as ethyl acetate, aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, nitrile solvents such as acetonitrile, and chlorine solvents such as dichloromethane and chloroform. preferable. Moreover, as for the compounding quantity, (b) component 95-5 mol% is more preferable with respect to (a) component 5-95 mol%. Particularly preferably, (a) component is 20 to 80 mol%, and (b) component is 80 to 20 mol%. In addition, mol% shows the percentage on the basis of the functional group of (a) component and (b) component here.
このようにして(a)と(b)から得られる熱硬化性樹脂組成物は、繊維強化複合材料を作製するための各種成形法に適した粘度特性を有する。すなわち、ある温度での溶融粘度が10(Pa・s)以下で、その温度で2時間経過しても溶融粘度が100(Pa・s)以下の低い粘度を維持する(低粘度で粘度変化が小さいため繊維への含浸性が長時間に渡って優れている)が、それより以上の温度(硬化温度、例えば200℃以上の温度)になればすみやかに硬化する。具体的には、室温〜100℃での溶融粘度が0.01〜10(Pa・s)で、同じ温度で2時間経過後の溶融粘度が0.01〜100(Pa・s)であることが好ましい。 Thus, the thermosetting resin composition obtained from (a) and (b) has viscosity characteristics suitable for various molding methods for producing a fiber-reinforced composite material. That is, the melt viscosity at a certain temperature is 10 (Pa · s) or less, and a low viscosity of 100 (Pa · s) or less is maintained even after 2 hours at that temperature (the viscosity change is low at low viscosity). Since it is small, the impregnation property into the fiber is excellent for a long time), but it cures quickly when the temperature becomes higher (curing temperature, for example, 200 ° C. or higher). Specifically, the melt viscosity at room temperature to 100 ° C. is 0.01 to 10 (Pa · s), and the melt viscosity after 2 hours at the same temperature is 0.01 to 100 (Pa · s). Is preferred.
例えばRTMを成形法として用いる場合、金型中にセットした繊維織物に外部から溶融させた樹脂を注入する際には硬化反応が進行せず、かつ繊維織物に含浸させるに十分低い粘度を有している。しかしながら、本発明の熱硬化性樹脂は型に樹脂を注入後、樹脂の溶融温度より以上に温度を上げると硬化反応は速やかに進行し、従来のフェノール樹脂のように硬化反応過程で副生成物が発生しないため、緻密な成形品を作製することができる。 For example, when RTM is used as a molding method, when a resin melted from the outside is injected into a fiber fabric set in a mold, the curing reaction does not proceed and the viscosity is low enough to impregnate the fiber fabric. ing. However, in the thermosetting resin of the present invention, after the resin is injected into the mold, if the temperature is raised above the melting temperature of the resin, the curing reaction proceeds rapidly, and by-products are produced during the curing reaction process as in the case of conventional phenol resins Therefore, a dense molded product can be produced.
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、加熱することにより硬化するが、その硬化性は用いる硬化剤の種類や量、又は加熱温度や昇温の仕方などにより異なり、短時間に硬化させることもできるし、また非常に緩やかに硬化させることもできる。いずれの場合も温度と時間を調節しながら完全硬化させることができる。その硬化温度は通常80〜250℃、好ましくは120〜220℃である。また、硬化時間は通常0.5分〜8時間、好ましくは1分〜7時間である。 The thermosetting resin composition of the present invention is cured by heating, but the curability varies depending on the type and amount of the curing agent used, the heating temperature, the method of heating, etc., and can be cured in a short time. It can also be cured very slowly. In either case, complete curing can be achieved while adjusting the temperature and time. The curing temperature is usually 80 to 250 ° C, preferably 120 to 220 ° C. The curing time is usually 0.5 minutes to 8 hours, preferably 1 minute to 7 hours.
このように本発明の熱硬化性樹脂組成物はRTM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、その他の製造方法として、ハンドレイアップ法、プリプレグ法、プルトルージョン法、フィラメントワインディング法、スプレーアップ法などの公知の方法がいずれも好ましく適用できる。 Thus, although the thermosetting resin composition of this invention is especially suitable for RTM, it can be used suitably also for shaping | molding methods other than RTM method. For example, as other production methods, known methods such as a hand lay-up method, a prepreg method, a pultrusion method, a filament winding method, and a spray-up method can be preferably applied.
本発明において用いることのできる強化用繊維基材としては、例えば、紙、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、ナイロン繊維、シリコンカーバイド繊維などが挙げられる。より高い力学特性を得るためには、ガラス繊維、炭素繊維が好ましく用いられ、炭素繊維がより好ましく用いられる。これらの強化用繊維基材は、長繊維マット、オーバレイマット、チョップドストランドマットなどの不織布、ロービングクロス、平織りクロス、しゅす織クロス、一方織クロスなどの織布、あるいはフィラメント、ストランド、チョップドストランド、ヤーン、ロービングなど様々な形態があるが、本発明の熱硬化性樹脂組成物は粘度が低いため、これらいずれの形態の強化用繊維基材にも良好に含浸させることができる。強化用繊維基材の含有量は適宜選ぶことができるが、例えば、樹脂100重量部に対して5〜500重量部が好ましく、10〜300重量%がより好ましい。 Examples of the reinforcing fiber substrate that can be used in the present invention include paper, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, polyester fiber, boron fiber, alumina fiber, nylon fiber, and silicon carbide fiber. In order to obtain higher mechanical properties, glass fibers and carbon fibers are preferably used, and carbon fibers are more preferably used. These reinforcing fiber base materials are nonwoven fabrics such as long fiber mats, overlay mats, chopped strand mats, woven fabrics such as roving cloths, plain weave cloths, woven cloth cloths, woven cloths, or filaments, strands, chopped strands, Although there are various forms such as yarn and roving, since the thermosetting resin composition of the present invention has a low viscosity, it can be satisfactorily impregnated in any form of the reinforcing fiber base. The content of the reinforcing fiber substrate can be selected as appropriate, but is preferably 5 to 500 parts by weight, more preferably 10 to 300% by weight, for example, with respect to 100 parts by weight of the resin.
以上のように、本発明の熱硬化性樹脂組成物は繊維強化複合材料用の樹脂組成物として最適であるが、それ以外に半導体封止材料、印刷回路基板などの電気・電子材料、あるいは一般成形品などにも応用できる。その他、船艇、鉄道車両、自動車、土木・建築分野にも応用可能である。そのために必要に応じて、各種のフィラーを充填し成形材料を作製し、硬化させて成形品とすることができる。フィラーとしては、例えば、木粉、パルプ粉、各種織物粉砕物、熱硬化性樹脂硬化物の粉砕品などの有機粉末、あるいはシリカ、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、マイカ、炭酸カルシウム、アルミナ、珪砂、カーボン、ガラスなどの無機粉末や粒状物、アルミ粉、鉄粉、銅粉などの金属粉などが挙げられる。フィラーの配合量は適宜選ぶことができるが、例えば、樹脂100重量部に対して5〜1000重量部が好ましく、10〜500重量部がより好ましい。 As described above, the thermosetting resin composition of the present invention is optimal as a resin composition for fiber-reinforced composite materials, but other than that, electrical / electronic materials such as semiconductor sealing materials and printed circuit boards, or general It can also be applied to molded products. In addition, it can also be applied to the fields of ships, railway vehicles, automobiles, civil engineering and architecture. Therefore, if necessary, it can be filled with various fillers to produce a molding material and cured to form a molded product. Examples of the filler include organic powders such as wood powder, pulp powder, various pulverized fabrics, and thermosetting resin cured products, or silica, aluminum hydroxide, talc, clay, mica, calcium carbonate, alumina, and silica sand. Inorganic powders such as carbon and glass and granular materials, metal powders such as aluminum powder, iron powder, and copper powder. Although the compounding quantity of a filler can be selected suitably, for example, 5-1000 weight part is preferable with respect to 100 weight part of resin, and 10-500 weight part is more preferable.
本発明の熱硬化性樹脂組成物から成形材料を作製する方法は特に限定されるものでなく、公知の方法を用いて実施することができる。たとえば、樹脂組成物と上記フィラーを溶融混練することにより成形材料を作製することができる。 The method for producing the molding material from the thermosetting resin composition of the present invention is not particularly limited, and can be carried out using a known method. For example, a molding material can be produced by melt-kneading the resin composition and the filler.
本発明の熱硬化性樹脂組成物を用いた成形材料を加熱反応させて成形品を得る場合の成形法としては公知の方法を用いて実施することができる。たとえば、溶融注型法、プレスにより加熱加圧する圧縮成形法、予熱機で可塑化された成形材料を加熱した金型キャビティ内に圧入して成形するトランスファー成形法、プリフォームに樹脂を含浸させて圧縮成形するマッチドダイ成形法、SMC法、BMC法、発泡剤により発泡・硬化させて発泡体を得る発泡成形法などが挙げられる。 A known method can be used as a molding method when a molding material using the thermosetting resin composition of the present invention is reacted by heating to obtain a molded product. For example, a melt casting method, a compression molding method that heats and presses with a press, a transfer molding method in which a molding material plasticized with a preheater is pressed into a heated mold cavity, and a preform is impregnated with a resin. Examples thereof include a matched die molding method for compression molding, an SMC method, a BMC method, and a foam molding method in which a foam is obtained by foaming and curing with a foaming agent.
以下本発明を実施例および比較例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.
本発明において使用した原料は以下のとおりである。
ベンゾオキサジン化合物の合成に用いる試薬として、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェノール、アニリン、ジアミノジフェニルメタンおよびホルムアルデヒド水溶液は市販試薬を用いた。また、シアネート樹脂は、ロンザジャパン株式会社製のビスフェノールA型シアネート樹脂(以下、BADCyと略す)、ビスフェノールE型シアネート樹脂(以下、LECyと略す)およびフェノールノボラック型シアネート樹脂(以下、PT15と略す)を用いた。
The raw materials used in the present invention are as follows.
As reagents used for the synthesis of benzoxazine compounds, commercially available reagents were used for bisphenol A, bisphenol F, phenol, aniline, diaminodiphenylmethane, and formaldehyde aqueous solution. Further, cyanate resins are bisphenol A type cyanate resin (hereinafter abbreviated as BADCy), bisphenol E type cyanate resin (hereinafter abbreviated as LECy) and phenol novolac type cyanate resin (hereinafter abbreviated as PT15) manufactured by Lonza Japan Co., Ltd. Was used.
比較例に用いた試料としては、一般的なフェノール樹脂として、リグナイト株式会社製フェノール樹脂#200を用いた。 As a sample used for the comparative example, a phenol resin # 200 manufactured by Lignite Co., Ltd. was used as a general phenol resin.
実施例および比較例における特性の評価は、次に示す試験規格及び条件によって行った。
1.示差走査熱量計による発熱挙動:樹脂組成物を窒素雰囲気下10℃/分の昇温速度で加熱し、その時の発熱開始温度および発熱ピーク温度を測定した。
2.ゲルタイム:JIS K 6910のストロークキュア法(加熱した熱板上に樹脂組成物を載せて、金属製のへらを用いて一定の速さで掻きまぜる方法)に従い、ゲル化するまでの時間(分)を測定した。
3.熱重量分析:樹脂組成物を窒素雰囲気下10℃/分の昇温速度で加熱し、その時の1%、5%および10%重量が減少する熱分解温度と600℃における残炭率を測定した。
4.溶融粘度:25mmφのパラレルプレート法を用いて、ひずみ0.1%、周波数1Hzにて、昇温速度4℃/分で樹脂が溶融する温度〜300℃まで測定を行い、樹脂の最低粘度、最低粘度を有する温度および硬化温度範囲を求めた。さらに、各サンプルにおいて樹脂の粘度が1〜10(Pa・s)前後になる温度または比較物のフェノール樹脂に関しては粘度が最大に低下する温度それぞれにおいて、粘度の経時変化を2時間測定した。
5.機械的強度:JIS K6911に従い、クロスヘッド速度3mm/分、スパン100mmにて曲げ強度および曲げ弾性率の測定を行った。また、ASTM D5045に従い、破壊靭性試験を3点曲げ法により行った。測定は支点間距離約55mm、荷重速度1mm/分で行い、臨界応力拡大係数KIC(MPa・m1/2)を算出した。
Evaluation of the characteristics in Examples and Comparative Examples was performed according to the following test standards and conditions.
1. Exothermic behavior by differential scanning calorimeter: The resin composition was heated at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, and the exothermic start temperature and the exothermic peak temperature at that time were measured.
2. Gel time: Time until gelation according to JIS K 6910 stroke curing method (method in which a resin composition is placed on a heated hot plate and stirred at a constant speed using a metal spatula) (minutes) Was measured.
3. Thermogravimetric analysis: The resin composition was heated at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere, and the thermal decomposition temperature at which the weight decreased by 1%, 5% and 10% and the residual carbon ratio at 600 ° C. were measured. .
4). Melt viscosity: Measured from the temperature at which the resin melts at a temperature rise rate of 4 ° C./min to 300 ° C. using a parallel plate method of 25 mmφ at a strain of 0.1% and a frequency of 1 Hz. The temperature having viscosity and the curing temperature range were determined. Furthermore, the change with time in viscosity was measured for 2 hours at the temperature at which the viscosity of the resin in each sample was around 1 to 10 (Pa · s) or at the temperature at which the viscosity of the comparative phenol resin was reduced to the maximum.
5). Mechanical strength: According to JIS K6911, the bending strength and the bending elastic modulus were measured at a crosshead speed of 3 mm / min and a span of 100 mm. Further, according to ASTM D5045, a fracture toughness test was performed by a three-point bending method. The measurement was performed at a fulcrum distance of about 55 mm and a load speed of 1 mm / min, and a critical stress intensity factor K IC (MPa · m 1/2 ) was calculated.
[合成例1]
フラスコに、1,4-ジオキサンと37%ホルムアルデヒド水溶液4モルを入れ、液温を5℃以下に保ち、撹拌しながらアニリン2モル(1,4-ジオキサン溶液)を滴下して加えた。さらに、ビスフェノールA1モル(1,4-ジオキサン溶液)を同様に滴下して加え、滴下終了後、還流温度まで昇温してそのまま6時間反応を続けた。その後、溶媒を留去し、アルカリ水溶液で洗浄することにより高分子量成分を除去したビスフェノールA型ベンゾオキサジン化合物モノマー(上記一般式(4)で表される化合物に該当する。以下、B−aと略す。)を得た。
[Synthesis Example 1]
To the flask, 1,4-dioxane and 4 mol of 37% formaldehyde aqueous solution were added, and the liquid temperature was kept at 5 ° C. or lower, and 2 mol of aniline (1,4-dioxane solution) was added dropwise with stirring. Further, 1 mol of bisphenol A (1,4-dioxane solution) was added dropwise in the same manner. After completion of the dropwise addition, the temperature was raised to the reflux temperature and the reaction was continued for 6 hours. Thereafter, the solvent is distilled off, and the high molecular weight component is removed by washing with an aqueous alkaline solution, which corresponds to the compound represented by the general formula (4). Abbreviated).
[合成例2]
フラスコに、1,4-ジオキサンと37%ホルムアルデヒド水溶液4モルを入れ、液温を5℃以下に保ち、撹拌しながらアニリン2モル(1,4-ジオキサン溶液)を滴下して加えた。さらに、ビスフェノールF1モル(1,4-ジオキサン溶液)を同様に滴下して加え、滴下終了後、還流温度まで昇温してそのまま6時間反応を続けた。その後、溶媒を留去し、アルカリ水溶液で洗浄することにより高分子量成分を除去したビスフェノールF型ベンゾオキサジン化合物モノマー(上記一般式(4)で表される化合物に該当する。以下、F−aと略す。)を得た。
[Synthesis Example 2]
To the flask, 1,4-dioxane and 4 mol of 37% formaldehyde aqueous solution were added, and the liquid temperature was kept at 5 ° C. or lower, and 2 mol of aniline (1,4-dioxane solution) was added dropwise with stirring. Further, 1 mol of bisphenol F (1,4-dioxane solution) was added dropwise in the same manner. After completion of the addition, the temperature was raised to the reflux temperature and the reaction was continued for 6 hours. Thereafter, the solvent is distilled off, and the high molecular weight component is removed by washing with an aqueous alkali solution, which corresponds to the compound represented by the general formula (4). Abbreviated).
[合成例3]
フラスコに、1,4-ジオキサンと37%ホルムアルデヒド水溶液4モルを入れ、液温を5℃以下に保ち、撹拌しながらジアミノジフェニルメタン1モル(1,4-ジオキサン溶液)を滴下して加えた。さらに、フェノール2モル(1,4-ジオキサン溶液)を同様に滴下して加え、滴下終了後、還流温度まで昇温してそのまま6時間反応を続けた。その後、溶媒を留去し、アルカリ水溶液で洗浄することにより高分子量成分を除去したジアミノジフェニルメタン型ベンゾオキサジン化合物モノマー(上記一般式(3)で表される化合物に該当する。以下、P−dと略す。)を得た。
[Synthesis Example 3]
1,4-dioxane and 4 mol of 37% formaldehyde aqueous solution were added to the flask, and the temperature of the solution was kept at 5 ° C. or lower, and 1 mol of diaminodiphenylmethane (1,4-dioxane solution) was added dropwise with stirring. Furthermore, 2 mol of phenol (1,4-dioxane solution) was added dropwise in the same manner. After completion of the addition, the temperature was raised to the reflux temperature and the reaction was continued for 6 hours. Thereafter, the solvent is distilled off, and the diaminodiphenylmethane type benzoxazine compound monomer (corresponding to the compound represented by the above general formula (3) from which the high molecular weight component is removed by washing with an alkaline aqueous solution. Hereinafter, Pd and Abbreviated).
[実施例1〜13]
ジヒドロベンゾオキサジン化合物としてB−a、F−aおよびP−d、シアネート樹脂としてBADCyおよびLECyを表1〜表3に示すような割合で溶融混合した。得られた樹脂組成物の示差走査熱量(DSC)測定およびゲルタイムの測定を行った結果を表1に、溶融粘度の測定を行った結果を表2に、熱重量分析を行った結果を表3に示す。
[Examples 1 to 13]
Ba-, Fa- and P-d as dihydrobenzoxazine compounds and BADCy and LECy as cyanate resins were melt-mixed in proportions as shown in Tables 1 to 3. Table 1 shows the results of differential scanning calorimetry (DSC) measurement and gel time measurement of the obtained resin composition, Table 2 shows the results of melt viscosity measurement, and Table 3 shows the results of thermogravimetric analysis. Shown in
[比較例1]
一般的なフェノール樹脂として#200の示差走査熱量(DSC)測定およびゲルタイムの測定を行った結果を表1に、粘度測定を行った結果を表2に、熱重量分析を行った結果を表3に示す。
[Comparative Example 1]
Table 1 shows the results of differential scanning calorimetry (DSC) measurement and gel time measurement of # 200 as a general phenol resin, Table 2 shows the results of viscosity measurement, and Table 3 shows the results of thermogravimetric analysis. Shown in
[実施例14〜17]
ジヒドロベンゾオキサジン化合物としてB−aおよびF−a、シアネート樹脂としてBADCyおよびLECyを表4に示すような割合で配合、溶融混合した。得られた樹脂組成物をシリコーンゴムモールド中に注型し、180℃/1時間+200℃/2時間+220℃/2時間硬化させて硬化物を作製した。機械的強度の測定結果を表4に示す。
[Examples 14 to 17]
Ba and Fa as dihydrobenzoxazine compounds and BADCy and LECy as cyanate resins were blended in the proportions shown in Table 4 and melt mixed. The obtained resin composition was cast into a silicone rubber mold and cured at 180 ° C./1 hour + 200 ° C./2 hours + 220 ° C./2 hours to produce a cured product. Table 4 shows the measurement results of the mechanical strength.
[比較例2]
一般的なフェノール樹脂として#200を170℃で5分トランスファー成形にて成形を行った後、180℃/1時間+200℃/2時間+220℃/2時間硬化させて硬化物を作製した。機械的強度の測定結果を表4に示す。
[Comparative Example 2]
As a general phenol resin, # 200 was molded by transfer molding at 170 ° C. for 5 minutes, and then cured by 180 ° C./1 hour + 200 ° C./2 hours + 220 ° C./2 hours to produce a cured product. Table 4 shows the measurement results of the mechanical strength.
表1に示したDSC測定の結果から、本発明の実施例は比較例に比べていずれもDSCの発熱開始温度および発熱ピーク温度が高温側にある。また、ゲルタイムの測定結果から、50〜100℃近辺では硬化反応は進行せず、比較的安定であることがわかる。それに対して比較例の一般的なフェノール樹脂は120℃でも2分でゲル化が進行してしまうため安定性が悪く、RTMのような成形法には適さないことがわかる。 From the results of the DSC measurement shown in Table 1, in all of the examples of the present invention, the DSC exothermic start temperature and the exothermic peak temperature are on the high temperature side as compared with the comparative example. Moreover, from the measurement result of gel time, it turns out that hardening reaction does not advance in the vicinity of 50-100 degreeC, and is comparatively stable. On the other hand, it can be seen that the general phenol resin of the comparative example has poor stability because gelation proceeds even at 120 ° C. in 2 minutes and is not suitable for a molding method such as RTM.
また、表2の粘度測定の結果から、比較例の従来のフェノール樹脂は150〜200℃で硬化が進行し、かつ溶融粘度が非常に高いことがわかる。さらに2時間後には全く流動性を示さないため、RTMのような成形方法は不可能である。それに対して、本発明の熱硬化性樹脂組成物は、硬化反応は200℃近くで進行し、かつ溶融粘度が非常に低いだけでなく、その低い値を2時間後でも維持することができるため、RTMのような成形に適していることが明白である。 Moreover, from the result of the viscosity measurement of Table 2, it can be seen that the conventional phenol resin of the comparative example is cured at 150 to 200 ° C. and has a very high melt viscosity. Further, after 2 hours, no fluidity is exhibited, so that a molding method such as RTM is impossible. On the other hand, in the thermosetting resin composition of the present invention, the curing reaction proceeds near 200 ° C. and not only the melt viscosity is very low, but also the low value can be maintained even after 2 hours. It is clear that it is suitable for molding such as RTM.
また、表3の熱重量分析の結果、一般的なフェノール樹脂は硬化反応過程で副生ガスが発生するため、硬化温度である200℃近辺でも5%程度の重量減が起こることがわかる。それに対して本発明の熱硬化性樹脂は、硬化反応が起こる230℃以下ではほとんど重量減がないため緻密な成形品が得られることがわかる。さらに、残炭率はフェノール樹脂と同等レベルにあることから、例えば宇宙航空用複合材料として有用であることが明らかである。 Further, as a result of thermogravimetric analysis shown in Table 3, it is understood that by-product gas is generated in the curing reaction process of a general phenol resin, so that a weight loss of about 5% occurs even near the curing temperature of 200 ° C. On the other hand, it can be seen that the thermosetting resin of the present invention can obtain a dense molded product because there is almost no weight loss at 230 ° C. or lower at which the curing reaction occurs. Further, since the residual carbon ratio is at the same level as that of phenol resin, it is clear that it is useful as a composite material for aerospace, for example.
さらに、表4から、得られる硬化物は機械的強度にも優れていることがわかった。 Furthermore, from Table 4, it was found that the obtained cured product was excellent in mechanical strength.
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、機械的物性や耐熱性に優れているため、宇宙・航空機用等の繊維強化複合材料用の樹脂組成物として最適であるが、それ以外に半導体封止材料、印刷回路基板などの電気・電子材料、あるいは一般成形品などにも応用できる。その他、船艇、鉄道車両、自動車、土木・建築分野にも応用可能である。そのために必要に応じて、各種のフィラーを充填し成形材料を作製し、硬化させて成形品とすることができる。 Since the thermosetting resin composition of the present invention is excellent in mechanical properties and heat resistance, it is most suitable as a resin composition for fiber-reinforced composite materials for space and aircraft, etc. It can also be applied to materials, electrical / electronic materials such as printed circuit boards, and general molded products. In addition, it can also be applied to the fields of ships, railway vehicles, automobiles, civil engineering and architecture. Therefore, if necessary, it can be filled with various fillers to produce a molding material and cured to form a molded product.
Claims (8)
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