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JP3442851B2 - Cfrp用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Cfrp用エポキシ樹脂組成物

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Publication number
JP3442851B2
JP3442851B2 JP07899594A JP7899594A JP3442851B2 JP 3442851 B2 JP3442851 B2 JP 3442851B2 JP 07899594 A JP07899594 A JP 07899594A JP 7899594 A JP7899594 A JP 7899594A JP 3442851 B2 JP3442851 B2 JP 3442851B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
epoxy resin
component
weight
resin composition
cfrp
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP07899594A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH07286033A (ja
Inventor
和也 後藤
智雄 佐野
正裕 杉森
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.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp, Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP07899594A priority Critical patent/JP3442851B2/ja
Publication of JPH07286033A publication Critical patent/JPH07286033A/ja
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CFRP(炭素繊維強
化複合材料)用のマトリックスエポキシ樹脂組成物に関
する。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂は硬化後の樹脂の機械的特
性、電気的特性に優れるため広い分野に用いられてい
る。例えば、電子材料用封止剤、塗料・舗装材料、ある
いは接着剤と多岐に渡っている。さらに近年、機械特
性、耐熱性に優れることから繊維複合材料用マトリック
ス樹脂として用いられるようになってきており、特に炭
素繊維(CF)を補強材として航空機用から釣竿、ゴル
フクラブシャフト等の汎用用途まで広く用いられてい
る。
【0003】これらCFRPの成形方法としては、プリ
プレグ(マトリックス樹脂と補強繊維とを組み合わせた
複合材料用前駆体)を使用する方法の他、ハンドレイア
ップ法、フィラメントワインディング(FW)法、レジ
ントランスファーモールディング(RTM)法、インジ
ェクション法等があり、その中でFW、あるいはRTM
法に使用される樹脂としては、硬化後のコンポ物性に優
れることはもちろん、成形プロセスにおいては含浸性を
考えると、低粘度でかつ粘度安定性に優れる方がよい。
【0004】このような樹脂としてはエポキシ樹脂、酸
無水物系硬化剤、イミダゾール系触媒を組み合わせたエ
ポキシ樹脂組成物が好適に用いられる。ただしこのよう
な樹脂組成物のエポキシ樹脂について、その分子量が小
さいと硬化樹脂の伸度が小さくなってしまうことが特開
平3−17118号公報に記載されている。同公報の記
載によれば、硬化樹脂の引張伸度と耐熱性のバランスか
らエポキシ樹脂の分子量としては400〜490でなけ
ればならない。しかし分子量が大きくなるとそれだけ粘
度が高くなってしまい含浸性に関しては好ましくない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低粘度で硬
化性に優れ、かつ粘度の安定性にも優れ、更に硬化樹脂
物性としては伸度と耐熱性とのバランスの良好なCFR
P用のエポキシ樹脂組成物の提供を課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、 (a)分子量が400以下のビスフェノールA型エポキ
シ樹脂:100重量部 (b)液状の酸無水物系硬化剤:成分(a)のエポキシ
樹脂に対する量論量の50〜120% (c)イミダゾール系触媒:0.1〜5重量部 (d)−COO−構造を有するカルボン酸またはエステ
ルの中から選ばれる少なくとも一種類以上の化合物の
塩:0.2〜重量部 から成るCFRP用エポキシ樹脂組成物によって、上記
課題を解決するものである。
【0007】本発明で用いる(a)成分であるエポキシ
樹脂は分子量が400以下のビスフェノールA型のエポ
キシ樹脂でなければならず、分子量が400を越えると
粘度が高くなって含浸性が悪くなるので不適である。
【0008】成分(b)の酸無水物系硬化剤としては常
温で液状であれば特に制限はないが、メチルテトラヒド
ロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無
水メチルナジック酸が好適に用いられる。成分(b)の
添加量としては、成分(a)のエポキシ樹脂に対する量
論量の50〜120%でなければならず、この範囲を越
えると硬化物の耐熱性が低下するので好ましくない。よ
り好ましい範囲は70〜110%である。
【0009】成分(c)のイミダゾール系触媒としては
常温で液状の方が好ましく、2−エチル−4−メチルイ
ミダゾールが好適に用いられる。その添加量としては成
分(a)のエポキシ樹脂100重量部に対して0.1〜
5重量部でなければならなず、0.1重量部より少ない
と硬化速度が著しく遅くなり、5重量部を越えると粘度
の安定性が著しく損なわれるので好ましくない。より好
ましい範囲は0.5〜3重量部である。
【0010】成分(d)の−COO−構造を有する化合
物としては、カルボン酸またはエステルの中から選ばれ
る少なくとも一種類以上の化合物の塩である。このよう
な化合物の具体例としては、ステアリン酸、オレイン酸
等の脂肪酸、N−アシルアミノ酸またはアルキルエーテ
ルカルボン酸の塩やジアルキルスルホコハク酸エステル
塩等が挙げられる。またその添加量としては、成分
(a)のエポキシ樹脂100重量部に対して0.2〜
重量部でなければならず、0.2重量部より少ないと添
加効果が現れず、重量部より多いと硬化物の耐熱性が
低下するので好ましくない。より好ましい範囲は0.5
〜2重量部である。
【0011】本発明における(d)成分の役割は非常に
大きい。何故なら通常(a)、(b)、(c)成分だけ
であれば耐熱性等は優れるものの硬化樹脂の引張伸度が
低く、場合によってはCFの引張伸度を下回り、一方向
コンポの0°方向の引張において樹脂破壊が律速になっ
てしまい、CFによる補強の効果が十分に発揮されない
が、(d)成分を加えることにより他の特性を犠牲にす
ることなく、硬化樹脂の伸度を大幅に改善することがで
きるからである。
【0012】
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳しく説明
するが、実施例、比較例中の化合物の略号、及び試験法
は以下の通りである。 Ep828 :ビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化
シェル社製 分子量:約380) Ep834 :ビスフェノールA型エポキシ樹脂(油化
シェル社製 分子量:約470) MNA :無水メチルナジック酸 MeTHPA:メチルテトラヒドロフタル酸無水物 2E4MZ :2−エチル−4−メチルイミダゾール DASS :ジアルキルスルホコハク酸エステル塩
【0013】
【化1】
【0014】<曲げ試験(3点曲げ)> 装置:オリエンテック製テンシロン サンプル形状、L/D(=支点間距離/厚み) :樹脂板 60mm1 ×8mmw ×2mmt L/D=16 :コンポ 0° 120mm1 ×10mmw ×2mmt L/D=40 : 90° 60mm1 ×10mmw ×2mmt L/D=16 圧子先端半径 :3.2mm クロスヘッドスピード:2mm/min <TMA Tg測定> 装置 :TAインスツルメント製 943TMA モード :エクスパンジョン 荷重 :1g 昇温速度:10℃/min
【0015】(実施例1〜10)表1に示す組成物(数
値は重量部)を、2mmのスペーサをはさんだ2枚のガ
ラス板の間に流し込んで140℃の乾燥器に60分入れ
て硬化させた。得られた樹脂板から試験片を切り出し
て、曲げ試験、及びTMA Tg測定を実施した結果を
表2に示す。同表から伸度及び耐熱性等の物性のバラン
スが非常に良好であることがわかる。またこれらの樹脂
を40℃の浴に入れ、三菱レイヨン社製カーボンファイ
バーTR−30GのCFを用いてFW法で一方向の平板
を巻き、プレスで硬化させた。成形条件はプレス圧5k
g/cm2 で140℃×60分、CFの体積含有率は6
0%であった。得られたコンポの0°、90°曲げ試験
を実施した結果を併せて表2に示す。コンポ物性も非常
に良好であることがわかる。
【0016】(比較例1、2)組成を表1に示す如く変
える以外は実施例と同様に評価した。評価結果を表2に
示す。硬化剤が少なすぎると樹脂の弾性率が極端に低く
なり、耐熱性も低く、コンポ物性も悪かった。また、硬
化剤が多すぎても耐熱性が低く、90°曲げ強度もあま
り良くなかった。
【0017】(比較例3、4)組成を表1に示す如く変
える以外は実施例と同様に評価した。評価結果を表2に
示す。触媒が少なすぎると反応性が低下し140℃×6
0分では硬化不十分なようであった。また触媒が多すぎ
る場合は、浴内の樹脂がかなり増粘しており、おそらく
その影響であろうと考えられるが、含浸性が低下したた
め90°の曲げ強度があまり良くなかった。
【0018】(比較例5〜7)組成を表1に示す如く変
える以外は実施例と同様に評価した。評価結果を表2に
示す。DASSを添加しない、あるいは添加量が少ない
系ではやはり樹脂の曲げ伸度が良くなく、コンポ物性、
特に90°曲げ強度があまり良くなかった。また添加量
が多すぎると、樹脂物性では弾性率、Tgが低下した。
【0019】(比較例8)組成を表1に示す如く変える
以外は実施例と同様に評価した。評価結果を表2に示
す。やはり粘度が若干高いため含浸性が悪く、コンポの
90°曲げ強度が本発明の樹脂を用いた場合に比べやや
低かった。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】上述のように構成された本発明のCFR
P用エポキシ樹脂組成物は、室温で低粘度であることか
ら強化繊維への含浸性に優れ、かつ硬化性及び粘度の安
定性のバランスに優れている。さらに硬化樹脂は伸度と
耐熱性のバランスに優れ、本発明の樹脂組成物を用いて
得られたコンポは非常に良好な物性を示す。また本発明
のエポキシ樹脂組成物は工程中での安定性に優れるた
め、FW、RTM成形等に適している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C08J 5/04 CFC C08J 5/04 CFC (56)参考文献 特開 平7−268067(JP,A) 特開 平3−17118(JP,A) 特開 昭59−6442(JP,A) 特開 昭59−6441(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 59/00 - 59/72 C08L 63/00 - 63/10 C08J 5/04 - 5/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)分子量が400以下のビスフェノ
    ールA型エポキシ樹脂:100重量部 (b)液状の酸無水物系硬化剤:成分(a)のエポキシ
    樹脂に対する量論量の50〜120% (c)イミダゾール系触媒:0.1〜5重量部 (d)−COO−構造を有するカルボン酸またはエステ
    ルの中から選ばれる少なくとも一種類以上の化合物の
    塩:0.2〜重量部 から成るCFRP用エポキシ樹脂組成物
  2. 【請求項2】 (b)成分がメチルテトラヒドロ無水フ
    タル酸である請求項1記載のCFRP用エポキシ樹脂組
    成物。
  3. 【請求項3】 (d)成分がジアルキルスルホコハク酸
    エステルである請求項1または2一項記載のCFRP用
    エポキシ樹脂組成物。
JP07899594A 1994-04-18 1994-04-18 Cfrp用エポキシ樹脂組成物 Expired - Lifetime JP3442851B2 (ja)

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