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JP7585671B2 - Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials, prepreg and fiber-reinforced composite material - Google Patents

Epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials, prepreg and fiber-reinforced composite material Download PDF

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JP7585671B2
JP7585671B2 JP2020150249A JP2020150249A JP7585671B2 JP 7585671 B2 JP7585671 B2 JP 7585671B2 JP 2020150249 A JP2020150249 A JP 2020150249A JP 2020150249 A JP2020150249 A JP 2020150249A JP 7585671 B2 JP7585671 B2 JP 7585671B2
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Description

本発明は、航空宇宙用途、スポーツ用途および一般産業用途に適した繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好ましく用いられるエポキシ樹脂組成物、ならびに、これをマトリックス樹脂としたプリプレグおよび繊維強化複合材料に関するものである。 The present invention relates to an epoxy resin composition that is preferably used as a matrix resin for fiber-reinforced composite materials suitable for aerospace applications, sports applications, and general industrial applications, as well as to a prepreg and a fiber-reinforced composite material that use the same as the matrix resin.

炭素繊維やアラミド繊維などを強化繊維として用いた繊維強化複合材料は、比強度、比弾性率に優れることから、航空機や自動車などの構造材料用途や、テニスラケットのフレーム、ゴルフシャフト、釣り竿、自転車のフレームなどのスポーツ向け材料用途などに広く利用されている。繊維強化複合材料の製造方法には、強化繊維に未硬化の樹脂組成物が含浸されたシート状の成形材料であるプリプレグを複数枚積層した後、加熱硬化させる方法や、モールド中に配置した強化繊維に液状の樹脂を流し込み加熱硬化させるレジン・トランスファー・モールディング法などが用いられている。これらの製造方法のうちプリプレグを用いる方法は、強化繊維の配向を厳密に制御でき、また積層構成の設計自由度が高いことから、高性能な繊維強化複合材料を得やすい利点がある。このプリプレグに用いられる樹脂組成物としては、機械的特性、耐熱性、取り扱い性に優れるエポキシ樹脂組成物が広く用いられる。 Fiber-reinforced composite materials using carbon fibers, aramid fibers, etc. as reinforcing fibers have excellent specific strength and specific elastic modulus, and are therefore widely used in structural materials for aircraft and automobiles, and in materials for sports such as tennis racket frames, golf shafts, fishing rods, and bicycle frames. Methods for producing fiber-reinforced composite materials include a method in which multiple prepregs, which are sheet-shaped molding materials in which reinforcing fibers are impregnated with an uncured resin composition, are laminated and then heated and cured, and a resin transfer molding method in which liquid resin is poured into reinforcing fibers placed in a mold and then heated and cured. Among these manufacturing methods, the method using prepregs has the advantage that it is easy to obtain high-performance fiber-reinforced composite materials, since the orientation of the reinforcing fibers can be strictly controlled and there is a high degree of freedom in designing the laminate structure. As the resin composition used in this prepreg, an epoxy resin composition with excellent mechanical properties, heat resistance, and handling properties is widely used.

繊維強化複合材料に使用されるエポキシ樹脂組成物には、硬化後の弾性率とたわみの両立が要求される。とりわけ、繊維強化複合材料の90°方向強度や耐衝撃性、ならびに疲労特性を高めるために、たわみの向上が求められている。たわみの向上には、エポキシ樹脂硬化物の架橋密度を低くすることが有効であるが、架橋密度を低くすると弾性率が低下することが多く、硬化物のたわみと弾性率にはトレードオフの関係があった。そのため、樹脂硬化物の弾性率とたわみの両立は非常に難しい課題であった。 Epoxy resin compositions used in fiber-reinforced composite materials are required to achieve both elastic modulus and deflection after curing. In particular, improved deflection is required to increase the 90° strength, impact resistance, and fatigue properties of fiber-reinforced composite materials. Reducing the crosslink density of the cured epoxy resin is an effective way to improve deflection, but lowering the crosslink density often results in a decrease in the elastic modulus, and there is a trade-off between the deflection and elastic modulus of the cured product. For this reason, achieving both the elastic modulus and deflection of the cured resin has been an extremely difficult task.

この課題を解決する方法として、特許文献1には、エポキシ樹脂とアミン系硬化剤、および硬化促進剤からなる樹脂組成物にフェノール化合物を併用することにより、樹脂硬化物のたわみと弾性率の改善を図る手法が記載されている。 As a method for solving this problem, Patent Document 1 describes a method for improving the deflection and elastic modulus of the cured resin by using a phenolic compound in combination with a resin composition consisting of an epoxy resin, an amine-based curing agent, and a curing accelerator.

特開2002-284852号公報JP 2002-284852 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術を用いた場合においても、得られる樹脂硬化物や繊維強化複合材料の機械特性は十分とは言えず、さらなる機械特性の向上が求められている。 However, even when the technology described in Patent Document 1 is used, the mechanical properties of the resulting cured resin and fiber-reinforced composite material are not sufficient, and further improvement in the mechanical properties is required.

そこで、本発明は、弾性率およびたわみに優れたエポキシ樹脂組成物、ならびに該エポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグ、繊維強化複合材料を提供することを課題とする。 Therefore, the objective of the present invention is to provide an epoxy resin composition that has excellent elastic modulus and deflection, as well as a prepreg and a fiber-reinforced composite material that use the epoxy resin composition.

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、本発明のエポキシ樹脂組成物は、下記の構成要素[A]、[B]、[C]および[D]を含み、かつ下記の条件(i)~(iii)のすべてを満たすことを特徴とする繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物である。
構成要素[A]:エポキシ樹脂
構成要素[B]:アミン系硬化剤
構成要素[C]:フェノール化合物
構成要素[D]:硬化促進剤
条件(i):構成要素[A]のエポキシ基数に対する構成要素[B]の活性水素の数の比をXBとしたとき、XBが0.1~0.4の範囲にあること。
条件(ii):構成要素[C]のうち、式(1)で示されるフェノール化合物を[C1]とし、構成要素[A]のエポキシ基数に対する構成要素[C1]の活性水素の数の比をXC1としたとき、XC1が0.3~0.9の範囲にあること。
The present invention employs the following means to solve the above problems. That is, the epoxy resin composition of the present invention is an epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials, which comprises the following components [A], [B], [C], and [D], and satisfies all of the following conditions (i) to (iii):
Component [A]: epoxy resin Component [B]: amine-based curing agent Component [C]: phenol compound Component [D]: curing accelerator Condition (i): When the ratio of the number of active hydrogens in component [B] to the number of epoxy groups in component [A] is XB, XB is in the range of 0.1 to 0.4.
Condition (ii): When the phenol compound represented by formula (1) among the components [C] is defined as [C1] and the ratio of the number of active hydrogens in the component [C1] to the number of epoxy groups in the component [A] is defined as XC1, XC1 is in the range of 0.3 to 0.9.

Figure 0007585671000001
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(式(1)中、R~Rは、水素原子、炭素数1~8の炭化水素基、メトキシ基、水酸基またはハロゲンを表しており、すべてが同一または異なっていてもよいが、少なくとも2個は水酸基である。R~R10は、水素原子、炭素数1~8の炭化水素基、メトキシ基またはハロゲンを表しており、すべてが同一または異なっていてもよい。Xは元素なし、SO、CH、CH(CH)、C(CH、S、O、C=Oのいずれかを表す。)
条件(iii):XB+XC1が0.4~1.0の範囲にあること。
(In formula (1), R 1 to R 5 represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, a methoxy group, a hydroxyl group or a halogen, and may be the same or different, but at least two are hydroxyl groups. R 6 to R 10 represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, a methoxy group or a halogen, and may be the same or different, and X represents any one of no element, SO 2 , CH 2 , CH(CH 3 ), C(CH 3 ) 2 , S, O or C═O.)
Condition (iii): XB+XC1 is in the range of 0.4 to 1.0.

また、本発明のプリプレグは、強化繊維と上記エポキシ樹脂組成物からなるプリプレグである。 The prepreg of the present invention is a prepreg made of reinforcing fibers and the above-mentioned epoxy resin composition.

さらに、本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維と上記エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる繊維強化複合材料である。 Furthermore, the fiber-reinforced composite material of the present invention is a fiber-reinforced composite material consisting of reinforcing fibers and a cured product of the above-mentioned epoxy resin composition.

本発明によれば、弾性率およびたわみに優れたエポキシ樹脂組成物、ならびに該エポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグ、繊維強化複合材料が得られる。 According to the present invention, an epoxy resin composition having excellent elastic modulus and deflection, as well as a prepreg and a fiber-reinforced composite material using the epoxy resin composition, can be obtained.

本発明のエポキシ樹脂組成物は、[A]エポキシ樹脂、[B]アミン系硬化剤、[C]フェノール化合物、[D]硬化促進剤を必須成分として含む。まずはこれら成分について説明する。 The epoxy resin composition of the present invention contains the following essential components: [A] epoxy resin, [B] amine-based curing agent, [C] phenolic compound, and [D] curing accelerator. First, we will explain these components.

(構成要素[A])
本発明における構成要素[A]は、エポキシ樹脂である。エポキシ樹脂は、分子内にエポキシ基を有する化合物である。[A]が1分子中にエポキシ基を2個以上有するエポキシ樹脂である場合、エポキシ樹脂組成物を硬化して得られる樹脂硬化物のガラス転移温度が高くなるため好ましい。本発明のプリプレグや繊維強化複合材料の耐熱性や力学特性に著しい悪影響を及ぼさない範囲で、1分子中にエポキシ基を1個有する単官能エポキシ樹脂を含有してもよい。
(Component [A])
The component [A] in the present invention is an epoxy resin. An epoxy resin is a compound having an epoxy group in the molecule. When [A] is an epoxy resin having two or more epoxy groups in one molecule, it is preferable because the glass transition temperature of the resin cured product obtained by curing the epoxy resin composition is high. A monofunctional epoxy resin having one epoxy group in one molecule may be contained within a range that does not significantly adversely affect the heat resistance and mechanical properties of the prepreg or fiber-reinforced composite material of the present invention.

かかるエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ジアミノジフェニルメタン型、ジアミノジフェニルスルホン型、アミノフェノール型、メタキシレンジアミン型、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン型、イソシアヌレート型、ヒダントイン型、フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック型、トリスヒドロキシフェニルメタン型およびテトラフェニロールエタン型等のエポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂は、これらを単独で用いても、複数種類を組み合わせてもよい。 Examples of such epoxy resins include bisphenol A type, bisphenol F type, diaminodiphenylmethane type, diaminodiphenylsulfone type, aminophenol type, metaxylenediamine type, 1,3-bisaminomethylcyclohexane type, isocyanurate type, hydantoin type, phenol novolac type, orthocresol novolac type, trishydroxyphenylmethane type, and tetraphenylolethane type epoxy resins. These epoxy resins may be used alone or in combination.

ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”828(三菱ケミカル(株)製)、“エピクロン(登録商標)”850(DIC(株)製)、“エポトート(登録商標)”YD-128(東都化成(株)製)、およびDER-331やDER-332(以上、ダウケミカル社製)などが挙げられる。 Commercially available bisphenol A epoxy resins include jER (registered trademark) 828 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Epiclon (registered trademark) 850 (manufactured by DIC Corporation), Epototo (registered trademark) YD-128 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), and DER-331 and DER-332 (all manufactured by The Dow Chemical Company).

ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、“アラルダイト(登録商標)”GY282(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製)、“jER(登録商標)”806、“jER(登録商標)”807、“jER(登録商標)”1750(以上、三菱ケミカル(株)製)、“エピクロン(登録商標)”830(DIC(株)製)および“エポトート(登録商標)”YD-170(東都化成(株)製)などが挙げられる。 Commercially available bisphenol F type epoxy resins include "Araldite (registered trademark)" GY282 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), "jER (registered trademark)" 806, "jER (registered trademark)" 807, "jER (registered trademark)" 1750 (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), "Epicron (registered trademark)" 830 (manufactured by DIC Corporation), and "Epotohto (registered trademark)" YD-170 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.).

ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂の市販品としては、ELM434(住友化学(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY720(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY721(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY9512(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY9663(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、および“エポトート(登録商標)”YH-434(東都化成(株)製)、“jER(登録商標)”630(三菱ケミカル(株)製)などが挙げられる。 Commercially available diaminodiphenylmethane type epoxy resins include ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), "Araldite (registered trademark)" MY720 (manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), "Araldite (registered trademark)" MY721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), "Araldite (registered trademark)" MY9512 (manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), "Araldite (registered trademark)" MY9663 (manufactured by Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), "Epotohto (registered trademark)" YH-434 (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), and "jER (registered trademark)" 630 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

ジアミノジフェニルスルホン型エポキシ樹脂の市販品としては、TG3DAS(三井化学ファイン(株)製)などが挙げられる。 Commercially available diaminodiphenylsulfone type epoxy resins include TG3DAS (manufactured by Mitsui Fine Chemicals, Inc.).

アミノフェノール型エポキシ樹脂の市販品としては、ELM120(住友化学(株)製)、ELM100(住友化学(株)製)、“jER(登録商標)”630(三菱ケミカル(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY0500(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY0510(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY0600(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY0610(ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ(株)製)などが挙げられる。 Commercially available aminophenol type epoxy resins include ELM120 (Sumitomo Chemical Co., Ltd.), ELM100 (Sumitomo Chemical Co., Ltd.), jER (registered trademark) 630 (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), Araldite (registered trademark) MY0500 (Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), Araldite (registered trademark) MY0510 (Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), Araldite (registered trademark) MY0600 (Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.), and Araldite (registered trademark) MY0610 (Huntsman Advanced Materials Co., Ltd.).

本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲であれば、前記以外のエポキシ樹脂も適宜含有することができる。 The epoxy resin composition of the present invention may contain epoxy resins other than those mentioned above as appropriate, provided that the object of the present invention is not impaired.

(構成要素[B])
本発明の構成要素[B]は、アミン系硬化剤である。例えば、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンのような芳香族アミン、ジシアンジアミド、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン等の脂肪族アミンが挙げられる。
(Component [B])
The component [B] of the present invention is an amine-based curing agent, for example, an aromatic amine such as diaminodiphenylmethane or diaminodiphenylsulfone, or an aliphatic amine such as dicyandiamide, triethylenetetramine, or isophoronediamine.

かかるアミン系硬化剤としては、得られる樹脂組成物の保存安定性、硬化性に優れるという点から、芳香族アミン類および/またはジシアンジアミドを含むことが好ましい。これらの中でも、より保存安定性、硬化性に優れるという点から、ジシアンジアミドがさらに好ましく使用される。 The amine-based curing agent preferably contains aromatic amines and/or dicyandiamide, because the resulting resin composition has excellent storage stability and curing properties. Among these, dicyandiamide is more preferably used, because it has better storage stability and curing properties.

本発明における構成要素[B]の含有量として、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂とアミン系硬化剤との当量比、すなわちエポキシ樹脂組成物中におけるエポキシ樹脂のエポキシ基数に対するアミン系硬化剤の活性水素の数の比(アミン系硬化剤の活性水素の数/エポキシ樹脂のエポキシ基数)をXBとしたとき、XBは0.1~0.4の範囲にあることが必要であり、XBは0.1~0.3の範囲にあることが好ましい。XBをかかる範囲とすることにより、弾性率とたわみに優れた樹脂硬化物を得ることができる。通常、たわみに優れたエポキシ樹脂硬化物を得るためには、未反応の官能基を極力減らすために、エポキシ樹脂のエポキシ基数と硬化剤の活性水素の数を揃える、すなわち、XBを1.0に近づけることが多いが、本発明においては、後述の構成要素[C]もエポキシ樹脂と反応するため、構成要素[B]の含有量を少なくすることが重要である。 In the present invention, when the content of the component [B] is the equivalent ratio of the epoxy resin in the epoxy resin composition to the amine-based curing agent, that is, the ratio of the number of active hydrogens in the amine-based curing agent to the number of epoxy groups in the epoxy resin in the epoxy resin composition (number of active hydrogens in the amine-based curing agent/number of epoxy groups in the epoxy resin) is XB, XB must be in the range of 0.1 to 0.4, and XB is preferably in the range of 0.1 to 0.3. By setting XB in this range, a resin cured product with excellent elastic modulus and deflection can be obtained. Usually, in order to obtain an epoxy resin cured product with excellent deflection, the number of epoxy groups in the epoxy resin and the number of active hydrogens in the curing agent are made equal to each other in order to reduce unreacted functional groups as much as possible, that is, XB is often made close to 1.0, but in the present invention, since the component [C] described later also reacts with the epoxy resin, it is important to reduce the content of the component [B].

(構成要素[C])
本発明の構成要素[C]は、フェノール化合物である。例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、ビスフェノールZ、ジヒドロキシナフタレン、(フェニレンジイソプロピリデン)ビスフェノール、およびこれらのハロゲン置換体やアルキル置換体等が挙げられる。
(Component [C])
The component [C] of the present invention is a phenol compound, such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, bisphenol S, bisphenol Z, dihydroxynaphthalene, (phenylenediisopropylidene)bisphenol, and halogen- or alkyl-substituted derivatives thereof.

本発明では、エポキシ樹脂組成物中に式(1)で表されるフェノール化合物[C1]を含む必要がある。 In the present invention, the epoxy resin composition must contain a phenol compound [C1] represented by formula (1).

Figure 0007585671000002
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(式(1)中、R~Rは、水素原子、炭素数1~8の炭化水素基、メトキシ基、水酸基またはハロゲンを表しており、すべてが同一または異なっていてもよいが、少なくとも2個は水酸基である。R~R10は、水素原子、炭素数1~8の炭化水素基、メトキシ基またはハロゲンを表しており、すべてが同一または異なっていてもよい。Xは元素なし、SO、CH、CH(CH)、C(CH、S、O、C=Oのいずれかを表す。)
発明者らは、フェノール化合物として[C1]を含むことによって、樹脂硬化物の弾性率とたわみが極めて高いレベルで両立可能であることを見出した。従来、エポキシ樹脂組成物にビスフェノールAなどの化合物を併用することによって、エポキシ樹脂硬化物のたわみが大きくなることは知られていたが、弾性率が低下する課題があった。これは、架橋点の間に剛直なビスフェノール化合物が挿入されることで、微少な隙間が生じることに由来すると考えられる。[C1]は分子内に2つの芳香環を有する化合物であって、片方の芳香環に2個以上の水酸基が結合している化合物である。水酸基がエポキシ基と反応し、架橋構造に取り込まれたときに、水酸基を有さない芳香環が隙間を埋めることによって、ビスフェノールAなどの、両方の芳香環に水酸基を有する化合物対比、弾性率が向上するのだと考えている。
(In formula (1), R 1 to R 5 represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, a methoxy group, a hydroxyl group or a halogen, and may be the same or different, but at least two are hydroxyl groups. R 6 to R 10 represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms, a methoxy group or a halogen, and may be the same or different, and X represents any one of no element, SO 2 , CH 2 , CH(CH 3 ), C(CH 3 ) 2 , S, O or C═O.)
The inventors have found that by including [C1] as a phenolic compound, it is possible to achieve both an extremely high level of elastic modulus and deflection of the resin cured product. Conventionally, it has been known that the use of a compound such as bisphenol A in an epoxy resin composition increases the deflection of the epoxy resin cured product, but there was a problem of a decrease in elastic modulus. This is thought to be due to the fact that a rigid bisphenol compound is inserted between the crosslinking points, causing a small gap. [C1] is a compound having two aromatic rings in the molecule, and two or more hydroxyl groups are bonded to one of the aromatic rings. It is believed that when the hydroxyl group reacts with the epoxy group and is incorporated into the crosslinking structure, the aromatic ring without the hydroxyl group fills the gap, thereby improving the elastic modulus compared to compounds having hydroxyl groups on both aromatic rings, such as bisphenol A.

フェノール化合物[C1]としては、例えば、4-ベンジルレソルシノール、4-(α-メチルベンジル)レソルシノール、2-(フェニルスルホニル)-1,4-ベンゼンジオール、フェニルヒドロキノン、2,3-ジヒドロキシビフェニル、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、3,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2,4-ジヒドロキシ-5-tert-ブチルベンゾフェノン等が挙げられる。これらの中でも、エポキシ樹脂に対して適度な溶解性を有し、取扱い性に優れるという観点から、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノンが好ましく使用される。 Examples of the phenol compound [C1] include 4-benzylresorcinol, 4-(α-methylbenzyl)resorcinol, 2-(phenylsulfonyl)-1,4-benzenediol, phenylhydroquinone, 2,3-dihydroxybiphenyl, 2,4-dihydroxybenzophenone, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, 3,4-dihydroxybenzophenone, and 2,4-dihydroxy-5-tert-butylbenzophenone. Among these, 2,4-dihydroxybenzophenone is preferably used because it has suitable solubility in epoxy resins and is easy to handle.

本発明における構成要素[C1]の含有量として、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂とフェノール化合物[C1]との当量比、すなわちエポキシ樹脂組成物中におけるエポキシ樹脂のエポキシ基数に対するフェノール化合物[C1]の活性水素の数の比(フェノール化合物[C1]の活性水素の数/エポキシ樹脂のエポキシ基数)をXC1としたとき、XC1は0.3~0.9の範囲にあることが必要であり、0.3~0.7の範囲にあることが好ましい。 As for the content of the component [C1] in the present invention, when the equivalent ratio of the epoxy resin to the phenol compound [C1] in the epoxy resin composition, i.e., the ratio of the number of active hydrogens in the phenol compound [C1] to the number of epoxy groups in the epoxy resin in the epoxy resin composition (number of active hydrogens in the phenol compound [C1]/number of epoxy groups in the epoxy resin) is XC1, XC1 must be in the range of 0.3 to 0.9, and is preferably in the range of 0.3 to 0.7.

また、上記XBとXC1の和をXB+XC1としたとき、XB+XC1は0.4~1.0の範囲にあることが必要であり、0.5~1.0の範囲にあることが好ましい。XC1、およびXB+XC1をかかる範囲とすることにより、弾性率とたわみに優れた樹脂硬化物を得ることができる。 When the sum of XB and XC1 is XB+XC1, XB+XC1 must be in the range of 0.4 to 1.0, and preferably in the range of 0.5 to 1.0. By setting XC1 and XB+XC1 in this range, a cured resin with excellent elastic modulus and deflection can be obtained.

(構成要素[D])
本発明の構成要素[D]は硬化促進剤であり、具体的にはエポキシ樹脂とフェノール化合物の硬化促進剤であり、構成要素[A]と構成要素[C]の反応を促進する。エポキシ樹脂とフェノール化合物の反応性を高める観点から、エポキシ樹脂組成物中に硬化促進剤を含んでいることが必要である。硬化促進剤としては、エポキシ樹脂組成物の保存安定性と硬化性を両立する観点から、芳香族ウレア化合物、イミダゾール誘導体およびリン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化促進剤を使用することが好ましい。
(Component [D])
The component [D] of the present invention is a curing accelerator, specifically, a curing accelerator for an epoxy resin and a phenolic compound, and promotes the reaction between the component [A] and the component [C]. In order to enhance the reactivity of the epoxy resin and the phenolic compound, it is necessary that the epoxy resin composition contains a curing accelerator. As the curing accelerator, it is preferable to use at least one curing accelerator selected from the group consisting of aromatic urea compounds, imidazole derivatives, and phosphorus compounds, in order to achieve both storage stability and curability of the epoxy resin composition.

前記芳香族ウレア化合物としては、例えば、3-フェニル-1,1-ジメチルウレア、3-(3-クロロ-4-メチルフェニル)-1,1-ジメチルウレア、3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチルウレア、トルエンビスジメチルウレア等が挙げられる。また、芳香族ウレア化合物の市販品としては、DCMU-99(保土ヶ谷化学工業(株)製)、“Omicure(登録商標)”24(ピィ・ティ・アイ・ジャパン(株)製)等を使用することができる。 Examples of the aromatic urea compound include 3-phenyl-1,1-dimethylurea, 3-(3-chloro-4-methylphenyl)-1,1-dimethylurea, 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea, toluene bisdimethylurea, etc. Commercially available aromatic urea compounds include DCMU-99 (manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.) and "Omicure (registered trademark)" 24 (manufactured by PTI Japan Co., Ltd.).

前記イミダゾール誘導体としては、例えば、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-エチルイミダゾール、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-エチル-4-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等が挙げられる。また、イミダゾール誘導体の市販比としては、“キュアダクト(登録商標)”P-0505、1B2MZ、1B2PZ、2MZ-CN、2E4MZ-CN、2PZ-CN(以上、四国化成工業(株)製)等が挙げられる。 Examples of the imidazole derivatives include 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl-2-ethylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, and 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole. Commercially available imidazole derivatives include "Cureduct (registered trademark)" P-0505, 1B2MZ, 1B2PZ, 2MZ-CN, 2E4MZ-CN, and 2PZ-CN (all manufactured by Shikoku Chemical Industry Co., Ltd.).

前記リン化合物としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ-o-トリルホスフィン、トリス(p-メトキシフェニル)ホスフィン、トリフェニルホスフィン トリフェニルボラン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等が挙げられる。また、リン化合物の市販品としては、“ホクコーTPP(登録商標)”、“TOTP(登録商標)”、“TPP-K(登録商標)”(以上、北興化学工業(株)製)等が挙げられる。 Examples of the phosphorus compounds include triphenylphosphine, tri-o-tolylphosphine, tris(p-methoxyphenyl)phosphine, triphenylphosphine triphenylborane, and tetraphenylphosphonium tetraphenylborate. Commercially available phosphorus compounds include "Hokuko TPP (registered trademark)", "TOTP (registered trademark)", and "TPP-K (registered trademark)" (all manufactured by Hokko Chemical Industry Co., Ltd.).

硬化促進剤[D]の含有量は、エポキシ樹脂[A]100質量部に対し、好ましくは1~8質量部であり、より好ましくは1.5~6質量部であり、さらに好ましくは2~4質量部である。硬化促進剤[D]をこの範囲で含有することにより、保存安定性と硬化速度のバランスに優れ、物性が良好な樹脂硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物が得られる。 The content of the curing accelerator [D] is preferably 1 to 8 parts by mass, more preferably 1.5 to 6 parts by mass, and even more preferably 2 to 4 parts by mass, per 100 parts by mass of the epoxy resin [A]. By including the curing accelerator [D] in this range, an epoxy resin composition can be obtained that has an excellent balance between storage stability and curing speed and provides a cured resin with good physical properties.

(構成要素[E])
本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を失わない範囲において、構成要素[E]として熱可塑性樹脂を含有することができる。熱可塑性樹脂は本発明に必須の成分ではないが、エポキシ樹脂組成物に含有することにより、粘弾性を制御したり、硬化物に靭性を付与したりすることができる。
(Component [E])
The epoxy resin composition of the present invention may contain a thermoplastic resin as component [E], as long as the effects of the present invention are not lost. Although the thermoplastic resin is not an essential component of the present invention, by including it in the epoxy resin composition, it is possible to control the viscoelasticity and impart toughness to the cured product.

このような熱可塑性樹脂の例としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、芳香族ビニル単量体・シアン化ビニル単量体・ゴム質重合体から選ばれる少なくとも2種類を構成成分とする重合体、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミドなどが挙げられる。芳香族ビニル単量体・シアン化ビニル単量体・ゴム質重合体から選ばれる少なくとも2種類を構成成分
とする重合体の例としては、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS樹脂)などが挙げられる。ポリスルホン、ポリイミドは、主鎖にエーテル結合や、アミド結合を有するものであってもよい。
Examples of such thermoplastic resins include polymethyl methacrylate, polyvinyl formal, polyvinyl butyral, polyvinyl acetal, polyvinyl pyrrolidone, polymers containing at least two kinds of constituents selected from aromatic vinyl monomers, vinyl cyanide monomers, and rubber polymers, polyamides, polyesters, polycarbonates, polyarylene oxides, polysulfones, polyethersulfones, polyimides, etc. Examples of polymers containing at least two kinds of constituents selected from aromatic vinyl monomers, vinyl cyanide monomers, and rubber polymers include acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS resins), acrylonitrile-styrene copolymers (AS resins), etc. Polysulfones and polyimides may have an ether bond or an amide bond in the main chain.

ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドンは、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などの多くの種類のエポキシ樹脂と良好な相溶性を有し、エポキシ樹脂組成物の流動性制御の効果が大きい点で好ましく、ポリビニルホルマールが特に好ましい。これらの熱可塑性樹脂の市販品を例示すると、“デンカブチラール(登録商標)”および“デンカホルマール(登録商標)”(電気化学工業(株)製)、“ビニレック(登録商標)”(JNC(株)製)などがある。 Polymethyl methacrylate, polyvinyl formal, polyvinyl butyral, and polyvinyl pyrrolidone are preferred because they have good compatibility with many types of epoxy resins such as bisphenol A type epoxy resins and novolac type epoxy resins, and are highly effective in controlling the fluidity of epoxy resin compositions, with polyvinyl formal being particularly preferred. Examples of commercially available products of these thermoplastic resins include "Denka Butyral (registered trademark)" and "Denka Formal (registered trademark)" (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), and "Vinylec (registered trademark)" (manufactured by JNC Corporation).

また、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミドは、樹脂そのものが耐熱性に優れるほか、耐熱性が要求される用途、例えば航空機の構造部材などによく用いられるエポキシ樹脂であるテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、テトラグリシジルキシレンジアミンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂と適度な相溶性を有する樹脂骨格をもつ重合体があり、これを使用するとエポキシ樹脂組成物の流動性制御の効果が大きいほか、繊維強化樹脂複合材料の耐衝撃性を高める効果があるため好ましい。このような重合体の例としては、ポリスルホンでは“レーデル(登録商標)”A(ソルベイアドバンスドポリマーズ社製)、“スミカエクセル(登録商標)”PES(住友化学(株)製)など、ポリイミドでは“ウルテム(登録商標)”(ジーイープラスチックス社製)、“Matrimid(登録商標)”5218(ハンツマン社製)などが挙げられる。 In addition, polysulfone, polyethersulfone, and polyimide have excellent heat resistance as resins themselves, and there are polymers with a resin skeleton that has moderate compatibility with glycidylamine-type epoxy resins such as tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, triglycidylaminocresol, and tetraglycidylxylenediamine, which are epoxy resins often used in applications requiring heat resistance, such as structural components of aircraft. The use of these polymers is preferable because they have a large effect of controlling the flowability of the epoxy resin composition and also have the effect of increasing the impact resistance of fiber-reinforced resin composite materials. Examples of such polymers include polysulfones such as "Radel (registered trademark)" A (manufactured by Solvay Advanced Polymers) and "Sumikaexcel (registered trademark)" PES (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and polyimides such as "Ultem (registered trademark)" (manufactured by GE Plastics Co., Ltd.) and "Matrimid (registered trademark)" 5218 (manufactured by Huntsman).

本発明のエポキシ樹脂組成物において、熱可塑性樹脂を含む場合は、エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂100質量部に対して、1~60質量部含まれることが好ましい。 When the epoxy resin composition of the present invention contains a thermoplastic resin, it is preferable that the thermoplastic resin is contained in an amount of 1 to 60 parts by mass per 100 parts by mass of the epoxy resin contained in the epoxy resin composition.

(その他の添加剤)
本発明のエポキシ樹脂組成物は、本発明の効果を妨げない範囲で、カップリング剤や、熱硬化性樹脂粒子、または、カーボンブラック、カーボン粒子や金属めっき有機粒子等の導電性粒子、あるいはシリカゲル、クレー等の無機フィラーを含有することができる。これらの添加には、エポキシ樹脂組成物の粘度を高め、樹脂フローを小さくする粘度調整効果、樹脂硬化物の弾性率、耐熱性を向上させる効果、耐摩耗性を向上させる効果がある。
(Other additives)
The epoxy resin composition of the present invention may contain, within the scope of not impairing the effects of the present invention, a coupling agent, thermosetting resin particles, conductive particles such as carbon black, carbon particles, metal-plated organic particles, or inorganic fillers such as silica gel, clay, etc. The addition of these has a viscosity adjusting effect of increasing the viscosity of the epoxy resin composition and reducing resin flow, an effect of improving the elastic modulus and heat resistance of the cured resin, and an effect of improving the abrasion resistance.

(エポキシ樹脂組成物の調製方法)
本発明のエポキシ樹脂組成物の調製には、例えばニーダー、プラネタリーミキサー、3本ロールおよび2軸押出機といった機械を用いて混練してもよいし、均一な混練が可能であれば、ビーカーとスパチュラなどを用い、手で混ぜてもよい。
(Method for preparing epoxy resin composition)
In preparing the epoxy resin composition of the present invention, the components may be kneaded using a machine such as a kneader, a planetary mixer, a three-roll mill, or a twin-screw extruder, or may be mixed by hand using a beaker and a spatula, etc., so long as uniform kneading is possible.

(繊維強化複合材料)
本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬化後の弾性率とたわみに優れており、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好適に用いられる。繊維強化複合材料を得る方法としては、ハンドレイアップ法、RTM法、フィラメントワインディング法、引抜成形法など、成形工程において強化繊維に樹脂組成物を含浸させる方法や、あらかじめ樹脂組成物を強化繊維に含浸させたプリプレグを、オートクレーブ法やプレス成形法によって成形する方法がある。なかでも、繊維の配置および樹脂の割合を精密に制御でき、複合材料の特性を最大限に引き出すことができるため、あらかじめ、エポキシ樹脂組成物と強化繊維からなるプリプレグとしておくことが好ましい。
(Fiber-reinforced composite materials)
The epoxy resin composition of the present invention is excellent in elastic modulus and deflection after curing, and is suitable for use as a matrix resin for fiber-reinforced composite materials. Methods for obtaining fiber-reinforced composite materials include methods in which the resin composition is impregnated into reinforcing fibers in a molding process, such as the hand lay-up method, the RTM method, the filament winding method, and the pultrusion molding method, and methods in which a prepreg in which the resin composition has been impregnated into reinforcing fibers in advance is molded by the autoclave method or the press molding method. Among these, it is preferable to prepare a prepreg made of the epoxy resin composition and reinforcing fibers in advance, since the fiber arrangement and the resin ratio can be precisely controlled and the properties of the composite material can be maximized.

本発明のプリプレグ及び繊維強化複合材料に用いる強化繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等を好ましく挙げることができるが、炭素繊維が特に好ましい。強化繊維の形態や配列については限定されず、例えば、一方向に引き揃えられた長繊維、単一のトウ、織物、ニット、および組紐などの繊維構造物が用いられる。強化繊維として2種類以上の炭素繊維や、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、PBO繊維、高強力ポリエチレン繊維、アルミナ繊維および炭化ケイ素繊維などを組み合わせて用いても構わない。 Preferably, the reinforcing fibers used in the prepreg and fiber-reinforced composite material of the present invention include carbon fiber, graphite fiber, aramid fiber, glass fiber, etc., with carbon fiber being particularly preferred. There are no limitations on the shape or arrangement of the reinforcing fibers, and fiber structures such as long fibers aligned in one direction, single tows, woven fabrics, knits, and braids can be used. Two or more types of carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, PBO fiber, high-strength polyethylene fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, etc. may be used in combination as the reinforcing fibers.

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。 Specific examples of carbon fibers include acrylic, pitch and rayon carbon fibers, with acrylic carbon fibers being particularly preferred due to their high tensile strength.

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、有撚糸の場合は炭素繊維を構成するフィラメントの配向が平行ではないため、得られる炭素繊維強化複合材料の力学特性の低下の原因となることから、炭素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解撚糸または無撚糸が好ましく用いられる。 The carbon fiber can be in the form of twisted yarn, untwisted yarn, or non-twisted yarn, but in the case of twisted yarn, the filaments that make up the carbon fiber are not oriented parallel, which can cause a decrease in the mechanical properties of the resulting carbon fiber reinforced composite material. Therefore, untwisted yarn or non-twisted yarn, which provide a good balance between the moldability and strength properties of the carbon fiber reinforced composite material, are preferably used.

本発明のプリプレグは、様々な公知の方法で製造することができる。例えば、有機溶媒を用いず、樹脂組成物を加熱により低粘度化し、強化繊維に含浸させるホットメルト法により、プリプレグを製造することができる。 The prepreg of the present invention can be manufactured by various known methods. For example, the prepreg can be manufactured by a hot melt method in which the resin composition is heated to reduce its viscosity without using an organic solvent, and then impregnated into the reinforcing fibers.

またホットメルト法では、加熱により低粘度化した樹脂組成物を、直接、強化繊維に含浸させる方法、あるいは一旦樹脂組成物を離型紙などの上にコーティングした樹脂フィルム付きの離型紙シートをまず作製し、次いで強化繊維の両側あるいは片側から樹脂フィルムを強化繊維側に重ね、加熱加圧することにより強化繊維に樹脂組成物を含浸させる方法などを用いることができる。 In addition, in the hot melt method, the resin composition, which has been made low viscosity by heating, can be directly impregnated into the reinforcing fibers, or the resin composition can be coated on a release paper or the like to produce a release paper sheet with a resin film, and then the resin film can be placed on either or both sides of the reinforcing fibers, and the resin composition can be impregnated into the reinforcing fibers by heating and pressurizing.

プリプレグ中の強化繊維の含有率は、好ましくは30~90質量%であり、より好ましくは35~85質量%であり、更に好ましくは65~85質量%である。繊維質量含有率が小さいと、樹脂の量が多すぎて、比強度と比弾性率に優れる繊維強化複合材料の利点が得られにくい場合がある。また、繊維強化複合材料の成形の際、硬化時の発熱量が高くなりすぎる場合がある。一方、繊維質量含有率が大きすぎると、樹脂の含浸不良が生じ、得られる複合材料はボイドの多いものとなる場合がある。またプリプレグのタック性を損ねる場合がある。 The content of reinforcing fibers in the prepreg is preferably 30 to 90% by mass, more preferably 35 to 85% by mass, and even more preferably 65 to 85% by mass. If the fiber mass content is low, the amount of resin is too high, and it may be difficult to obtain the advantages of a fiber-reinforced composite material, which has excellent specific strength and specific modulus. In addition, when molding a fiber-reinforced composite material, the amount of heat generated during curing may be too high. On the other hand, if the fiber mass content is too high, impregnation with the resin may be poor, and the resulting composite material may have many voids. In addition, the tackiness of the prepreg may be impaired.

本発明の繊維強化複合材料は、上述した本発明のプリプレグを所定の形態で積層し、加圧・加熱して樹脂を硬化させる方法を一例として、製造することができる。ここで熱及び圧力を付与する方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、内圧成形法等が採用される。 The fiber-reinforced composite material of the present invention can be produced, for example, by laminating the above-mentioned prepregs of the present invention in a predetermined form and applying pressure and heat to harden the resin. Methods for applying heat and pressure include press molding, autoclave molding, bagging molding, wrapping tape method, and internal pressure molding.

本発明の繊維強化複合材料は、航空宇宙用途、一般産業用途およびスポーツ用途に広く用いることができる。より具体的には、一般産業用途では、自動車、船舶および鉄道車両などの構造体等に好適に用いられる。スポーツ用途では、ゴルフシャフト、釣り竿、テニスやバドミントンのラケット用途に好適に用いられる。 The fiber-reinforced composite material of the present invention can be widely used in aerospace applications, general industrial applications, and sports applications. More specifically, in general industrial applications, it is suitable for use in structures such as automobiles, ships, and railway vehicles. In sports applications, it is suitable for use in golf shafts, fishing rods, and tennis and badminton rackets.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。ただし、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、組成比の単位「部」は、特に注釈のない限り質量部を意味する。また、各種特性(物性)の測定は、特に注釈のない限り温度23℃、相対湿度50%の環境下で行った。 The present invention will be described in detail below with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples. The unit of "parts" in the composition ratio means parts by mass unless otherwise noted. Furthermore, measurements of various characteristics (physical properties) were performed in an environment with a temperature of 23°C and a relative humidity of 50% unless otherwise noted.

<実施例および比較例で使用した材料>。 <Materials used in the Examples and Comparative Examples>.

(1)[A]:エポキシ樹脂
・[A]-1:“jER(登録商標)”828(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量:189g/eq、三菱ケミカル(株)製)。
(1) [A]: epoxy resin; [A]-1: "jER (registered trademark)" 828 (bisphenol A type epoxy resin, epoxy equivalent: 189 g/eq, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

(2)[B]:アミン系硬化剤
・[B]-1:“jERキュア(登録商標)”DICY7(ジシアンジアミド、活性水素当量:21g/eq、活性水素の数:4、三菱ケミカル(株)製)。
(2) [B]: Amine-based curing agent [B]-1: “jER Cure (registered trademark)” DICY7 (dicyandiamide, active hydrogen equivalent: 21 g/eq, number of active hydrogens: 4, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

(3)[C]:フェノール化合物
[C1]に該当するフェノール化合物
・[C1]-1:2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン(活性水素当量:107g/eq、活性水素の数:2、東京化成工業(株)製)。
・[C1]-2:4-ベンジルレソルシノール(活性水素当量:100g/eq、活性水素の数:2、東京化成工業(株)製)。
・[C1]-3:2,3-ジヒドロキシビフェニル(活性水素当量:93g/eq、活性水素の数:2、富士フィルム和光純薬(株)製)。
[C1]に該当しないフェノール化合物
・[C]-4:ビスフェノールA(活性水素当量:114g/eq、活性水素の数:2、東京化成工業(株)製)。
(3) [C]: a phenol compound corresponding to the phenol compound [C1]. [C1]-1: 2,4-dihydroxybenzophenone (active hydrogen equivalent: 107 g/eq, number of active hydrogens: 2, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).
[C1]-2: 4-benzylresorcinol (active hydrogen equivalent: 100 g/eq, number of active hydrogens: 2, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).
[C1]-3: 2,3-dihydroxybiphenyl (active hydrogen equivalent: 93 g/eq, number of active hydrogens: 2, manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
Phenol compounds not corresponding to [C1] [C]-4: Bisphenol A (active hydrogen equivalent: 114 g/eq, number of active hydrogens: 2, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).

(4)[D]:硬化促進剤
・[D]-1:DCMU-99(3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチルウレア、保土ヶ谷化学工業(株)製)。
・[D]-2:“キュアダクト(登録商標)”P-0505(エポキシーイミダゾールアダクト、四国化成工業(株)製)。
・[D]-3:TPP(トリフェニルホスフィン、東京化成工業(株)製)。
(4) [D]: Curing accelerator [D]-1: DCMU-99 (3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea, manufactured by Hodogaya Chemical Industry Co., Ltd.).
[D]-2: Cureduct (registered trademark) P-0505 (epoxy-imidazole adduct, manufactured by Shikoku Chemical Industry Co., Ltd.).
[D]-3: TPP (triphenylphosphine, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.).

<エポキシ樹脂組成物の調製方法>
(1)硬化剤マスターの作製方法
[A]-1(“jER(登録商標)”828)100部のうち10部に対し、[B]-1(“jERキュア(登録商標)”DICY7)を添加し、混錬装置を用いて室温で混錬した。三本ロールを用いて混合物をロール間に2回通し、硬化剤マスターを作製した。
<Method for preparing epoxy resin composition>
(1) Method for preparing a hardener master [B]-1 ("jER Cure (registered trademark)" DICY7) was added to 10 parts of [A]-1 ("jER (registered trademark)" 828) out of 100 parts, and the mixture was kneaded at room temperature using a kneading device. The mixture was passed between the rolls twice using a three-roll mill to prepare a hardener master.

(2)エポキシ樹脂組成物の作製方法
[A]-1(“jER(登録商標)”828)100部のうち90部(前記(1)で使用した[A]-1(“jER(登録商標)”828)10部を除く)および[C]フェノール化合物を混練装置中に投入し、混練しながら150℃まで昇温し、150℃において30分間混練することで透明な粘ちょう液を得た。次いで、混練を続けたまま60℃まで降温し、前記(1)で作製した硬化剤マスターおよび[D]硬化促進剤を投入し、60℃において30分間混錬することでエポキシ樹脂組成物を得た。
(2) Method for Producing an Epoxy Resin Composition 90 parts of 100 parts of [A]-1 ("jER (registered trademark)" 828) (excluding the 10 parts of [A]-1 ("jER (registered trademark)" 828) used in (1) above) and the phenol compound [C] were charged into a kneading device, and the temperature was raised to 150°C while kneading, and a transparent viscous liquid was obtained by kneading for 30 minutes at 150°C. Next, the temperature was lowered to 60°C while continuing the kneading, and the curing agent master produced in (1) above and [D] the curing accelerator were charged, and the mixture was kneaded for 30 minutes at 60°C to obtain an epoxy resin composition.

各実施例および比較例のエポキシ樹脂組成物の組成を表1~3に示した。 The compositions of the epoxy resin compositions for each example and comparative example are shown in Tables 1 to 3.

<樹脂硬化物の作製方法>
上記<エポキシ樹脂組成物の調製方法>に従い調製したエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーを用いて厚み2mmになるように設定したモールド中で、30℃から速度2.5℃/分で130℃まで昇温し、130℃で90分間硬化させ、厚さ2mmの板状の樹脂硬化物を得た。
<Method of Producing Cured Resin>
The epoxy resin composition prepared according to the above <Preparation method of epoxy resin composition> was degassed in a vacuum, and then heated from 30° C. to 130° C. at a rate of 2.5° C./min in a mold set to a thickness of 2 mm using a 2 mm thick Teflon (registered trademark) spacer, and cured at 130° C. for 90 minutes to obtain a plate-shaped cured resin product having a thickness of 2 mm.

<樹脂硬化物の弾性率および曲げたわみの測定>
上記<樹脂硬化物の作製方法>に従い作製した樹脂硬化物から、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製)を用い、スパンを32mm、クロスヘッドスピードを100mm/分、サンプル数n=6とし、JIS K7171(1994)に従って3点曲げを実施し、弾性率および曲げたわみの平均値をそれぞれ樹脂硬化物の弾性率および曲げたわみとした。
<Measurement of Elastic Modulus and Bending Deflection of Cured Resin>
Test pieces measuring 10 mm in width and 60 mm in length were cut out from the cured resin products prepared according to the above <Method for Preparing Cured Resin Product> and subjected to three-point bending in accordance with JIS K7171 (1994) using an Instron universal testing machine (manufactured by Instron Corp.) with a span of 32 mm, a crosshead speed of 100 mm/min, and number of samples n=6. The average values of the elastic modulus and bending deflection were determined as the elastic modulus and bending deflection of the cured resin product, respectively.

<実施例1>
[A]エポキシ樹脂として“jER(登録商標)”828を100部、[B]アミン系硬化剤として“jERキュア(登録商標)”DICY7を1.9部、[C]フェノール化合物として2,4-ジヒドロキシベンゾフェノンを34.0部、[D]硬化促進剤としてDCMU-99を3部用い、上記<エポキシ樹脂組成物の調製方法>に従ってエポキシ樹脂組成物を調製した。
Example 1
An epoxy resin composition was prepared according to the above <Method for preparing epoxy resin composition> using 100 parts of "jER (registered trademark)" 828 as [A] epoxy resin, 1.9 parts of "jER Cure (registered trademark)" DICY7 as [B] amine-based curing agent, 34.0 parts of 2,4-dihydroxybenzophenone as [C] phenol compound, and 3 parts of DCMU-99 as [D] curing accelerator.

このエポキシ樹脂組成物において、[A]エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基数に対する[B]アミン系硬化剤の活性水素の数の比を表すXBは0.2であった。また、[A]エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基数に対する[C1]に該当するフェノール化合物の活性水素の数の比を表すXC1は0.6であった。XBとXC1の和を表すXB+XC1は0.8であった。 In this epoxy resin composition, XB, which represents the ratio of the number of active hydrogens in the amine curing agent [B] to the number of epoxy groups contained in the epoxy resin [A], was 0.2. Furthermore, XC1, which represents the ratio of the number of active hydrogens in the phenol compound corresponding to [C1] to the number of epoxy groups contained in the epoxy resin [A], was 0.6. XB+XC1, which represents the sum of XB and XC1, was 0.8.

得られたエポキシ樹脂組成物について、前記した<樹脂硬化物の作製方法>に記載の方法で硬化して板状の樹脂硬化物を作製した。さらに<樹脂硬化物の弾性率および曲げたわみの測定>に記載の3点曲げ試験を行った結果、弾性率は3.6GPa、曲げたわみは17mmと、優れた弾性率と曲げたわみを有していた。 The obtained epoxy resin composition was cured by the method described above in <Method for producing cured resin> to produce a plate-shaped cured resin. Furthermore, a three-point bending test described in <Measurement of elastic modulus and bending deflection of cured resin> was carried out, and the elastic modulus was 3.6 GPa and the bending deflection was 17 mm, showing excellent elastic modulus and bending deflection.

<実施例2~8>
樹脂組成をそれぞれ表1および2に示したように変更した以外は、実施例1と同じ方法でエポキシ樹脂組成物、樹脂硬化物を作製した。
<Examples 2 to 8>
Epoxy resin compositions and cured resins were prepared in the same manner as in Example 1, except that the resin compositions were changed as shown in Tables 1 and 2, respectively.

各実施例のエポキシ樹脂組成物に関して、XB、XC1およびXB+XC1はそれぞれ表1および2に記載の通りである。 For the epoxy resin compositions of each example, XB, XC1, and XB+XC1 are as shown in Tables 1 and 2, respectively.

樹脂硬化物の3点曲げ試験を行った結果、弾性率および曲げたわみはいずれも良好であった。 A three-point bending test was performed on the cured resin, and the elastic modulus and bending deflection were both good.

<比較例1~6>
表3の樹脂組成に従って上記実施例1と同様の手順でエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物について、前記した<樹脂硬化物の作製方法>に記載の方法で硬化して板状の樹脂硬化物を作製した。
<Comparative Examples 1 to 6>
An epoxy resin composition was obtained in the same manner as in Example 1 using the resin composition in Table 3. The obtained epoxy resin composition was cured by the method described in the above-mentioned <Method of Producing Cured Resin Product> to produce a plate-shaped cured resin product.

各比較例のエポキシ樹脂組成物に関して、XB、XC1およびXB+XC1はそれぞれ表3に記載の通りである。 For the epoxy resin compositions of each comparative example, XB, XC1, and XB+XC1 are as shown in Table 3.

次に<樹脂硬化物の弾性率および曲げたわみの測定>に記載の3点曲げ試験を行った。評価結果を表3に示した。 Next, a three-point bending test was performed as described in <Measurement of elastic modulus and bending deflection of cured resin>. The evaluation results are shown in Table 3.

比較例1は[B]アミン系硬化剤を含んでいないため、樹脂硬化物は極めて脆く、樹脂硬化物の3点曲げ試験に用いる試験片の作製が困難であり、評価できなかった。 Comparative Example 1 did not contain the amine-based curing agent [B], so the cured resin was extremely brittle, and it was difficult to prepare test pieces for a three-point bending test of the cured resin, making it impossible to evaluate it.

比較例2はXBが0.4より大きいため、樹脂硬化物の3点曲げ試験では曲げたわみが13mmと低かった。 In Comparative Example 2, XB was greater than 0.4, so the bending deflection of the cured resin in a three-point bending test was low at 13 mm.

比較例3はXB+XC1が1.0より大きいため、樹脂硬化物は極めて脆く、樹脂硬化物の3点曲げ試験に用いる試験片の作製が困難であり、評価できなかった。 In Comparative Example 3, XB + XC1 was greater than 1.0, so the cured resin was extremely brittle, and it was difficult to prepare a test piece for a three-point bending test of the cured resin, making it impossible to evaluate.

比較例4はXC1が0.3より小さいため、樹脂硬化物の3点曲げ試験では曲げたわみが12mmと低かった。 In Comparative Example 4, XC1 was less than 0.3, so the cured resin had a low deflection of 12 mm in a three-point bending test.

比較例5は[C]フェノール化合物を含んでいないため、樹脂硬化物の3点曲げ試験では曲げたわみが12mmと低かった。 Comparative Example 5 did not contain the phenol compound [C], so the cured resin had a low deflection of 12 mm in a three-point bending test.

比較例6は[C]フェノール化合物としてビスフェノールAを含んでいるが、[C1]に該当するフェノール化合物を含んでいないため、樹脂硬化物の3点曲げ試験では弾性率が2.9GPaと低かった。 Comparative Example 6 contains bisphenol A as the [C] phenolic compound, but does not contain any phenolic compound corresponding to [C1], so the elastic modulus of the cured resin was a low 2.9 GPa in a three-point bending test.

Figure 0007585671000003
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Claims (8)

下記の構成要素[A]、[B]、[C]および[D]を含み、かつ下記の条件(i)~(iii)のすべてを満たすことを特徴とする繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。
構成要素[A]:エポキシ樹脂
構成要素[B]:アミン系硬化剤
構成要素[C]:フェノール化合物
構成要素[D]:硬化促進剤
条件(i):構成要素[A]のエポキシ基数に対する構成要素[B]の活性水素の数の比をXBとしたとき、XBが0.1~0.4の範囲にあること。
条件(ii):構成要素[C]は、構成要素[C1]として4-ベンジルレソルシノール、4-(α-メチルベンジル)レソルシノール、フェニルヒドロキノン、2,3-ジヒドロキシビフェニル、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、3,4-ジヒドロキシベンゾフェノンまたは2,4-ジヒドロキシ-5-tert-ブチルベンゾフェノンを含み、構成要素[A]のエポキシ基数に対する構成要素[C1]の活性水素の数の比をXC1としたとき、XC1が0.3~0.9の範囲にあること。
条件(iii):XB+XC1が0.4~1.0の範囲にあること。
An epoxy resin composition for use in a fiber-reinforced composite material, comprising the following components [A], [B], [C] and [D], and satisfying all of the following conditions (i) to (iii):
Component [A]: epoxy resin Component [B]: amine-based curing agent Component [C]: phenol compound Component [D]: curing accelerator Condition (i): When the ratio of the number of active hydrogens in component [B] to the number of epoxy groups in component [A] is XB, XB is in the range of 0.1 to 0.4.
Condition (ii): The constituent element [C] contains 4-benzylresorcinol, 4-(α-methylbenzyl)resorcinol, phenylhydroquinone, 2,3-dihydroxybiphenyl, 2,4-dihydroxybenzophenone, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, 3,4-dihydroxybenzophenone or 2,4-dihydroxy-5-tert-butylbenzophenone as the constituent element [C1], and when the ratio of the number of active hydrogens in the constituent element [C1] to the number of epoxy groups in the constituent element [A] is defined as XC1, XC1 is in the range of 0.3 to 0.9.
Condition (iii): XB+XC1 is in the range of 0.4 to 1.0.
構成要素[C]は、構成要素[C1]として4-ベンジルレソルシノール、2,3-ジヒドロキシビフェニルまたは2,4-ジヒドロキシベンゾフェノンを含むことを特徴とする請求項1に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。2. The epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials according to claim 1, wherein the component [C] contains 4-benzylresorcinol, 2,3-dihydroxybiphenyl or 2,4-dihydroxybenzophenone as the component [C1]. 構成要素[D]として芳香族ウレア化合物、イミダゾール誘導体およびリン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の硬化促進剤を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。 3. The epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials according to claim 1 or 2, characterized in that it contains, as the component [D], at least one curing accelerator selected from the group consisting of aromatic urea compounds, imidazole derivatives and phosphorus compounds. 構成要素[B]がジシアンジアミドであることを特徴とする請求項1~のいずれかに記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。 4. The epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials according to claim 1, wherein the component [B] is dicyandiamide. 請求項1~のいずれかに記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含むことを特徴とするプリプレグ。 A prepreg comprising the epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials according to any one of claims 1 to 4 and reinforcing fibers. 強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項に記載のプリプレグ。 6. The prepreg according to claim 5 , wherein the reinforcing fibers are carbon fibers. 請求項1~のいずれかに記載の繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維とを含むことを特徴とする繊維強化複合材料。 A fiber-reinforced composite material comprising a cured product of the epoxy resin composition for fiber-reinforced composite materials according to any one of claims 1 to 4 and reinforcing fibers. 強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項に記載の繊維強化複合材料。 8. The fiber-reinforced composite material according to claim 7, characterized in that the reinforcing fibers are carbon fibers.
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