JP2022133796A - Curing agent composition for thermosetting resin, epoxy resin composition, and fiber-reinforced composite - Google Patents
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Abstract
【課題】可使時間が長く、速硬化性を有するエポキシ樹脂組成物を製造することができる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物を提供する。
【解決手段】硬化剤A、硬化剤Bおよび硬化剤Cを含有してなる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物であって、硬化剤Aは、アミノ基に対する2つのオルト位にそれぞれ置換基を有する芳香族ポリアミンであり、該置換基はアルキル基、芳香族基およびハロゲン基から選択され、硬化剤Bは、25℃で液体である芳香族ポリアミンであり、硬化剤Cは、芳香族ポリアミンであり、該芳香族ポリアミンは、アミノ基に対するオルト位に電子供与基をただ一つ有するかオルト位に置換基を有しない芳香族ポリアミンであることを特徴とする、熱硬化性樹脂用硬化剤組成物。
【選択図】なし
Kind Code: A1 A curing agent composition for a thermosetting resin is provided which is capable of producing an epoxy resin composition having a long pot life and fast curing properties.
A curing agent composition for a thermosetting resin comprising a curing agent A, a curing agent B and a curing agent C, wherein the curing agent A has substituents at two ortho-positions to an amino group. The substituent is selected from an alkyl group, an aromatic group and a halogen group, the curing agent B is an aromatic polyamine that is liquid at 25 ° C., and the curing agent C is an aromatic polyamine A curing agent composition for a thermosetting resin, wherein the aromatic polyamine is an aromatic polyamine having only one electron-donating group at the ortho position to the amino group or having no substituents at the ortho position. thing.
[Selection figure] None
Description
本発明は、熱硬化性樹脂用硬化剤組成物に関し、詳しくは、可使時間が長く、速硬化性を有するエポキシ樹脂組成物を製造することができる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a curing agent composition for thermosetting resins, and more particularly to a curing agent composition for thermosetting resins, which is capable of producing an epoxy resin composition having a long pot life and quick curing properties.
繊維強化複合材料(以下、「FRP」ということもある。)は、軽量かつ高強度、高剛性であるため、釣り竿やゴルフシャフト等のスポーツ・レジャー用途、自動車や航空機等の産業用途等の幅広い分野で用いられている。熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料の成形方法としては、型内に配置した繊維強化基材に液状の樹脂組成物を含浸、硬化して繊維強化複合材料を得るレジン・トランスファー・モールディング(RTM)法や、予め樹脂を繊維強化基材に含浸させてシート状に形成したプリプレグ(中間基材)を成形する方法、等が知られている。 Fiber reinforced composite materials (hereinafter also referred to as "FRP") are lightweight, high strength, and high rigidity, so they are widely used in sports and leisure applications such as fishing rods and golf shafts, and industrial applications such as automobiles and aircraft. used in the field. As a method of molding a composite material using a thermosetting resin as a matrix resin, resin transfer molding ( RTM) method, and a method of molding a prepreg (intermediate base material) formed into a sheet by impregnating a fiber-reinforced base material with a resin in advance, and the like are known.
近年では、その中でも特に、繊維強化複合材料を製造するための工程が少なく、オートクレーブのような高価な設備を必要としない、低コストで生産性の優れた製造方法であるRTM成形法が注目されている。RTM成形法に用いるマトリックス樹脂の組成としては、主としてエポキシ樹脂と硬化剤とを含み、場合により他の添加剤を含む。高い力学物性を有する硬化物や繊維強化複合材料を得るために、硬化剤に芳香族ポリアミンを利用することが一般的である。 In recent years, in particular, the RTM molding method, which is a low-cost and highly productive manufacturing method that has few processes for manufacturing fiber-reinforced composite materials and does not require expensive equipment such as an autoclave, has attracted attention. ing. The composition of the matrix resin used in the RTM molding method mainly contains an epoxy resin and a curing agent, and optionally other additives. Aromatic polyamines are generally used as curing agents in order to obtain cured products and fiber-reinforced composite materials with high mechanical properties.
RTM成形法に利用するエポキシ樹脂組成物においては、強化繊維基材へのエポキシ樹脂組成物含浸時に硬化剤が濾別されることを防ぐため、硬化剤や添加剤は主剤となるエポキシ樹脂へ溶解した状態で保管され、使用されることが多い。このような、主剤のエポキシ樹脂へ硬化剤や添加剤を溶解混合したエポキシ樹脂組成物を、1液型のエポキシ樹脂組成物という。 In the epoxy resin composition used in the RTM molding method, the curing agent and additives are dissolved in the epoxy resin that is the main ingredient in order to prevent the curing agent from being filtered out when the epoxy resin composition is impregnated into the reinforcing fiber base material. stored and used in many cases. Such an epoxy resin composition obtained by dissolving and mixing a curing agent and an additive into an epoxy resin as a main agent is called a one-liquid type epoxy resin composition.
この1液型のエポキシ樹脂組成物では、エポキシ樹脂に硬化剤が溶解した状態で存在するため、エポキシ樹脂と硬化剤との反応が比較的起こり易く、エポキシ樹脂組成物のシェルフライフが短くなる問題があった。このため、1液型のエポキシ樹脂組成物は冷凍保管する必要があった。 In this one-liquid type epoxy resin composition, since the curing agent exists in a dissolved state in the epoxy resin, the reaction between the epoxy resin and the curing agent is relatively likely to occur, which shortens the shelf life of the epoxy resin composition. was there. For this reason, the one-liquid type epoxy resin composition had to be stored frozen.
この課題を解決するため、エポキシ樹脂と硬化剤を使用する直前に混合する、2液型エポキシ樹脂組成物が検討されている。2液型エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂を主成分として含む主剤液と、硬化剤を主成分として含む硬化剤液(硬化剤組成物)とから構成され、使用直前にこれらの2液を混合して得られるエポキシ樹脂組成物である。 In order to solve this problem, a two-liquid type epoxy resin composition, in which an epoxy resin and a curing agent are mixed immediately before use, has been studied. A two-component epoxy resin composition consists of a main liquid containing an epoxy resin as a main component and a curing agent liquid (curing agent composition) containing a curing agent as a main component, and these two liquids are mixed immediately before use. It is an epoxy resin composition obtained by
2液型エポキシ樹脂組成物においては、主剤液と硬化剤液を使用直前に混合するため、その混合の容易さが重要となる。1液型エポキシ樹脂組成物に使用される硬化剤を2液型エポキシ樹脂組成物の硬化剤とすることも可能ではあるが、特許文献1に記載されるように、1液型エポキシ樹脂組成物に使用される芳香族ポリアミン硬化剤は通常固体であり、主剤液との混合不良が起きやすい。そのため、硬化剤組成物は液状であることが望ましい。 In a two-liquid type epoxy resin composition, since the base liquid and the curing agent liquid are mixed immediately before use, ease of mixing is important. The curing agent used for the one-component epoxy resin composition can be used as the curing agent for the two-component epoxy resin composition. Aromatic polyamine curing agents used in are usually solid and tend to be poorly mixed with the main liquid. Therefore, it is desirable that the curing agent composition is liquid.
液状の芳香族ポリアミンを硬化剤としたエポキシ樹脂組成物としては、特許文献2および3に記載のものが知られるている。しかし、特許文献2や3に記載されたエポキシ樹脂
組成物から得られる樹脂硬化物は十分な弾性率や破壊靭性などの力学的特性を備えていない。
As an epoxy resin composition using a liquid aromatic polyamine as a curing agent, those described in Patent Documents 2 and 3 are known. However, the resin cured products obtained from the epoxy resin compositions described in Patent Documents 2 and 3 do not have sufficient mechanical properties such as elastic modulus and fracture toughness.
また、RTM法において、繊維強化複合材料を高効率で生産するために、樹脂硬化時間の短縮を実現する、速硬化性が要求される。特許文献4には、フェノール性水酸基を有する芳香族環を2個以上有する化合物を用いた、速硬化性の2液型エポキシ樹脂組成物が提案されている。しかし、フェノール性水酸基を有する化合物をエポキシ樹脂組成物へ添加した場合、その反応性の高さより樹脂組成物の粘度上昇が速く、RTM成形における可使時間が極端に短くなってしまい、強化繊維基材内部に、十分な量の樹脂を含浸させることが困難となる。そのため、この様なエポキシ樹脂組成物を用いて作製される繊維強化複合材料は、ボイド等の多くの欠陥を内在する。その結果、繊維強化複合材料構造体の圧縮性能及び損傷許容性などが低下する問題がある。 In addition, in the RTM method, rapid curability is required to shorten the resin curing time in order to produce fiber-reinforced composite materials with high efficiency. Patent Document 4 proposes a fast-curing two-component epoxy resin composition using a compound having two or more aromatic rings having phenolic hydroxyl groups. However, when a compound having a phenolic hydroxyl group is added to the epoxy resin composition, the viscosity of the resin composition increases rapidly due to its high reactivity, and the pot life in RTM molding is extremely shortened. It becomes difficult to impregnate the inside of the material with a sufficient amount of resin. Therefore, a fiber-reinforced composite material produced using such an epoxy resin composition contains many defects such as voids. As a result, there is a problem that the compression performance and damage tolerance of the fiber-reinforced composite material structure are degraded.
従来、高いレベルでの繊維強化複合材料の生産性を実現するために十分な速硬化性を有するとともに、自動車や航空機等の産業用途で要求される耐熱性や力学特性を有する樹脂硬化物を得ることのできる2液型エポキシ樹脂組成物、およびそれを実現する液状の硬化剤組成物は、これまで存在しなかった。 Obtaining a resin cured product that has sufficient fast-curing properties to achieve a high level of productivity for fiber-reinforced composite materials, and also has the heat resistance and mechanical properties required for industrial applications such as automobiles and aircraft. There have been no two-part epoxy resin compositions capable of achieving this, nor a liquid curing agent composition capable of realizing such a composition.
本発明は、可使時間が長く、速硬化性を有するエポキシ樹脂組成物を製造することができる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物を提供することを課題とする。さらに、加熱することで、200℃以下の温度で均一な液体となり、その後室温で1週間以上均一な液体状態を保持することが可能である熱硬化性樹脂用硬化剤組成物を提供することを課題とする。
本発明はさらに、高い力学特性を備えたエポキシ樹脂組成物の硬化物および繊維強化複合材料を提供することを課題とする。
An object of the present invention is to provide a curing agent composition for thermosetting resins that can produce an epoxy resin composition having a long pot life and fast curing properties. Furthermore, the present invention aims to provide a curing agent composition for thermosetting resins, which becomes a uniform liquid at a temperature of 200° C. or less by heating, and is capable of maintaining the uniform liquid state at room temperature for one week or longer. Make it an issue.
Another object of the present invention is to provide a cured epoxy resin composition and a fiber-reinforced composite material having high mechanical properties.
すなわち本発明は、硬化剤A、硬化剤Bおよび硬化剤Cを含有してなる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物であって、硬化剤Aは、アミノ基に対する2つのオルト位にそれぞれ置換基を有する芳香族ポリアミンであり、該置換基はアルキル基、芳香族基およびハロゲン基から選択され、硬化剤Bは、25℃で液体である芳香族ポリアミンであり、硬化剤Cは、芳香族ポリアミンであり、該芳香族ポリアミンは、アミノ基に対するオルト位に電子供与基をただ一つ有するかオルト位に置換基を有しない芳香族ポリアミンであることを特徴とする、熱硬化性樹脂用硬化剤組成物である。 That is, the present invention provides a curing agent composition for thermosetting resins comprising a curing agent A, a curing agent B and a curing agent C, wherein the curing agent A has substituents at two ortho positions to an amino group. wherein the substituents are selected from alkyl groups, aromatic groups and halogen groups, curing agent B is an aromatic polyamine that is liquid at 25° C., curing agent C is an aromatic polyamine and the aromatic polyamine is an aromatic polyamine having only one electron-donating group at the ortho-position to the amino group or having no substituents at the ortho-position. composition.
本発明によれば、可使時間が長く、速硬化性を有するエポキシ樹脂組成物を製造することができる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物を提供することができる。さらに、加熱することで、200℃以下の温度で均一な液体となり、その後室温で1週間以上均一な液体状態を保持することが可能である熱硬化性樹脂用硬化剤組成物を提供することができる。
本発明はさらに、高い力学特性を備えたエポキシ樹脂組成物の硬化物および繊維強化複合材料を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a curing agent composition for thermosetting resins that can produce an epoxy resin composition having a long pot life and fast curing properties. Furthermore, it is possible to provide a curing agent composition for thermosetting resins, which becomes a uniform liquid at a temperature of 200° C. or less by heating, and can then maintain the uniform liquid state at room temperature for one week or longer. can.
The present invention can further provide a cured epoxy resin composition and a fiber-reinforced composite material with high mechanical properties.
以下、本発明を詳細に説明する。なお、繊維強化複合材料を「FRP」、炭素繊維強化複合材料を「CFRP」と略記する場合がある。 The present invention will be described in detail below. A fiber reinforced composite material may be abbreviated as "FRP", and a carbon fiber reinforced composite material as "CFRP".
〔熱硬化性樹脂用硬化剤組成物〕
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物は、硬化剤A、硬化剤Bおよび硬化剤Cを含有してなる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物である。この熱硬化性樹脂用硬化剤組成物は、80~200℃の温度に加熱することで均一な液体となる。
[Curing agent composition for thermosetting resin]
The curing agent composition for thermosetting resins of the present invention is a curing agent composition for thermosetting resins containing curing agent A, curing agent B and curing agent C. This curing agent composition for thermosetting resin becomes a uniform liquid by heating to a temperature of 80 to 200°C.
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物は、80~200℃の温度で均一な液体となり、液温を200℃に昇温後に25℃に降温させて25℃で1週間静置した後において均一な液体であり、好ましくはさらに2週間静置(合計3週間静置)した後においても均一な液体であり、特に好ましくは合計1か月間静置した後においても均一な液体である。 The curing agent composition for thermosetting resins of the present invention becomes a uniform liquid at a temperature of 80 to 200° C. After raising the liquid temperature to 200° C., lowering the temperature to 25° C., and allowing it to stand at 25° C. for 1 week, Preferably, it is a uniform liquid even after standing still for 2 weeks (3 weeks in total), and particularly preferably after standing still for 1 month.
液温を200℃に昇温後に25℃に降温させて25℃で静置した後、均一な液体状態である期間が1週間未満であると、実質的に液状の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物として扱うことが困難となり、主剤液との混合不良が起きやすいため好ましくない。 After raising the liquid temperature to 200° C., lowering the temperature to 25° C. and allowing it to stand still at 25° C., if the period in which it is in a uniform liquid state is less than 1 week, the curing agent for thermosetting resin is substantially liquid. It is not preferable because it becomes difficult to handle as a composition and poor mixing with the main component liquid is likely to occur.
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物において、熱硬化性樹脂用硬化剤組成物の全質量を基準として硬化剤A、硬化剤Bおよび硬化剤Cの合計が70~100質量%を占める。
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物は、上記の条件を満足する範囲であれば、さらに他の硬化剤やその他の成分を含有してもよい。
In the curing agent composition for thermosetting resins of the present invention, the total amount of curing agent A, curing agent B and curing agent C accounts for 70 to 100% by mass based on the total mass of the curing agent composition for thermosetting resins. .
The curing agent composition for thermosetting resins of the present invention may further contain other curing agents and other components as long as the above conditions are satisfied.
〔硬化剤A〕
硬化剤Aは、アミノ基に対する2つのオルト位にそれぞれ置換基を有する芳香族ポリアミンであり、該置換基はアルキル基、芳香族基およびハロゲン基から選択される。また、硬化剤Aは25℃で固体である。この硬化剤Aを含有することで、エポキシ樹脂との組成物として硬化させたときに、優れた耐熱性や弾性率、破壊靭性などの力学特性を備えるエポキシ樹脂硬化物を得ることができる。
[Curing agent A]
Curing agent A is an aromatic polyamine having two substituents each ortho to the amino group, the substituents being selected from alkyl groups, aromatic groups and halogen groups. Also, curing agent A is solid at 25°C. By containing this curing agent A, when cured as a composition with an epoxy resin, it is possible to obtain an epoxy resin cured product having excellent mechanical properties such as heat resistance, elastic modulus, and fracture toughness.
硬化剤Aとして用いる、アミノ基に対する2つのオルト位にそれぞれ置換基を有する芳香族ポリアミンとして、下記化学式(1)で表される化合物を用いることができる。 A compound represented by the following chemical formula (1) can be used as the aromatic polyamine having substituents at two ortho-positions to the amino group, which is used as the curing agent A.
ただし、上記の化学式(1)中、R1~R4はそれぞれ独立に、脂肪族置換基、芳香族置換基、アルコキシ基およびハロゲン原子のいずれかであり、かつ少なくとも1つの置換基は炭素数1~6の脂肪族置換基、芳香族置換基およびハロゲン原子のいずれかである。Xは-CH2-、-CH(CH3)-、-C(CH3)2-、-S-、-O-、-SO2-、-CO-、-CONH-、-NHCO-、-C(=O)-および-O-C(=O)-のいずれかである。 However, in the above chemical formula (1), R 1 to R 4 are each independently an aliphatic substituent, an aromatic substituent, an alkoxy group or a halogen atom, and at least one substituent has a carbon number Any of 1 to 6 aliphatic substituents, aromatic substituents and halogen atoms. X is -CH 2 -, -CH(CH 3 )-, -C(CH 3 ) 2 -, -S-, -O-, -SO 2 -, -CO-, -CONH-, -NHCO-, - It is either C(=O)- and -OC(=O)-.
化学式(1)において、炭素数は1~6の脂肪族置換基として、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基が例示される。芳
香族置換基として、フェニル基、ナフチル基が例示される。
In chemical formula (1), aliphatic substituents having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group and n-pentyl group. , neopentyl group, n-hexyl group, and cyclohexyl group. A phenyl group and a naphthyl group are illustrated as an aromatic substituent.
硬化剤Aの芳香族ポリアミンは、好ましくは芳香族ジアミンであり、なかで、4,4’-ジアミノジフェニルメタン誘導体が特に好ましい。
この芳香族ポリアミンとして、具体的には下記化学式(2)~(5)で示される化合物が例示される。これらは単独で用いてもよく、併用しても用いてもよい。
The aromatic polyamine of curing agent A is preferably an aromatic diamine, of which 4,4'-diaminodiphenylmethane derivatives are particularly preferred.
Specific examples of aromatic polyamines include compounds represented by the following chemical formulas (2) to (5). These may be used alone or in combination.
〔硬化剤B〕
硬化剤Bは、25℃で液体である芳香族ポリアミンである。この芳香族ポリアミンを含有することで、室温で液体の状態を保持することができる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物を得ることができる。
[Curing agent B]
Hardener B is an aromatic polyamine that is liquid at 25°C. By containing this aromatic polyamine, it is possible to obtain a curing agent composition for thermosetting resins that can maintain a liquid state at room temperature.
硬化剤Bの芳香族ポリアミンとして、好ましくはフェニレンジアミン誘導体または4,4’-ジアミノジフェニルメタン誘導体を用いる。この芳香族ポリアミンとして、下記化学式(6)または(7)で表される化合物を例示することができる。 As the aromatic polyamine for the curing agent B, a phenylenediamine derivative or a 4,4'-diaminodiphenylmethane derivative is preferably used. Examples of this aromatic polyamine include compounds represented by the following chemical formula (6) or (7).
ただし、化学式(6)中、R5~R8はそれぞれ独立に、水素原子、脂肪族置換基、アルコキシ基およびチオアルコキシ基のいずれかであり、かつ少なくとも1つの置換基は炭素数1~6の脂肪族置換基およびチオアルコキシ基のいずれかである。 However, in chemical formula (6), R 5 to R 8 are each independently a hydrogen atom, an aliphatic substituent, an alkoxy group or a thioalkoxy group, and at least one substituent has 1 to 6 carbon atoms. is either an aliphatic substituent of or a thioalkoxy group.
ただし、化学式(7)中、R9~R10はそれぞれ独立に、脂肪族置換基、メトキシ基、アルコキシ基およびチオアルコキシ基のいずれかである。 However, in chemical formula (7), R 9 to R 10 are each independently an aliphatic substituent, a methoxy group, an alkoxy group or a thioalkoxy group.
硬化剤Bとして用いる芳香族ポリアミンとして。具体的には下記化学式(8)~(12)で表される化合物を例示すことができる。これらは単独で用いてもよく、併用してもよい。 As an aromatic polyamine used as curing agent B. Specifically, compounds represented by the following chemical formulas (8) to (12) can be exemplified. These may be used alone or in combination.
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物において、硬化剤Aと硬化剤Bの質量比率は、好ましくは1:99~99:1、さらに好ましくは20:80~80:20、特に好ましくは40:60~70:30である。硬化剤Aの割合がこれより少ないと、得られる樹脂硬化物の耐熱性や弾性率、破壊靭性などの力学特性が不十分となりやすく好ましくない。他方、硬化剤Aの割合がこれより多いと、得られる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物が、室温で液状を保持することが困難となり好ましくない。 In the curing agent composition for thermosetting resins of the present invention, the mass ratio of curing agent A to curing agent B is preferably 1:99 to 99:1, more preferably 20:80 to 80:20, particularly preferably 40:60 to 70:30. If the proportion of the curing agent A is less than this, mechanical properties such as heat resistance, elastic modulus and fracture toughness of the resin cured product obtained tend to be insufficient, which is not preferable. On the other hand, if the ratio of the curing agent A is higher than this, it becomes difficult for the obtained curing agent composition for thermosetting resins to maintain a liquid state at room temperature, which is undesirable.
〔硬化剤C〕
硬化剤Cは、芳香族ポリアミンであり、該芳香族ポリアミンは、アミノ基に対するオルト位に電子供与基をただ一つ有するかオルト位に置換基を有しない芳香族ポリアミンである。硬化剤Cの芳香族ポリアミンの電子供与基は、好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、メトキシ基またはエトキシ基である。この硬化剤Cを含有することで、得られるエポキシ樹脂組成物の硬化反応が促進され、エポキシ樹脂組成物に、速
硬化性を付与することができる。
[Curing agent C]
Curing agent C is an aromatic polyamine having only one electron donating group ortho to the amino group or no substituents ortho to the amino group. The electron-donating group of the aromatic polyamine of curing agent C is preferably methyl, ethyl, propyl, isopropyl, methoxy or ethoxy. By including this curing agent C, the curing reaction of the resulting epoxy resin composition is accelerated, and rapid curing can be imparted to the epoxy resin composition.
硬化剤Cとして、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’-チオジアニリン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルジフェニルメタン、1,1-ビス(4-アミノフェニル)シクロヘキサン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、m-フェニレンジアミン、2,4-ジアミノトルエン、2,6-ジアミノトルエン、2,4,6-トリメチル-1,3-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、o-ジアニシジン、3,3’,5,5’-テトラメチルベンジジンを例示することができる。なかでも、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、2,6-ジアミノトルエン、m-フェニレンジアミンを用いることが好ましく、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、2,6-ジアミノトルエン、m-フェニレンジアミンが好ましい。 As curing agent C, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, 1,3-bis(4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis(3-aminophenoxy)benzene, 4,4'-thiodianiline, 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane, 1,1-bis(4-aminophenyl)cyclohexane, 3,3'-diaminobenzophenone, m-phenylenediamine, 2,4-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, 2,4,6-trimethyl-1,3-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone , 3,3′-diaminodiphenylsulfone, 3,4′-diaminodiphenylsulfone, o-dianisidine, and 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine. Among them, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane, 1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene, 1,3-bis(3- aminophenoxy)benzene, 2,6-diaminotoluene, m-phenylenediamine, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene, 2,6-diaminotoluene, m-phenylenediamine is preferred.
硬化剤Cの融点は、好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下、特に好ましくは120℃以下である。融点が200℃を超えると、硬化剤Cを硬化剤Aおよび硬化剤Bと混合したときに液体状の組成物を得ることが困難となり、得られる熱硬化性樹脂用硬化剤組成物を室温で液体状に保持することが困難となり易く好ましくない。また、硬化剤Aは25℃で固体である。 The melting point of the curing agent C is preferably 200° C. or lower, more preferably 150° C. or lower, particularly preferably 120° C. or lower. If the melting point exceeds 200° C., it becomes difficult to obtain a liquid composition when the curing agent C is mixed with the curing agents A and B, and the obtained curing agent composition for thermosetting resins is cooled at room temperature. It is not preferable because it tends to be difficult to maintain the liquid state. Also, curing agent A is solid at 25°C.
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物において、硬化剤Aと硬化剤Bとの合計100質量部に対して硬化剤Cは、好ましくは1~43質量部、さらに好ましくは3~30質量部、特に好ましくは5~20質量が含有される。含有量が1質量部未満であると、得られるエポキシ樹脂組成物に速硬化性を付与することが困難となり好ましくない。他方、43質量部を超えると、得られるエポキシ樹脂組成物の反応性が過剰に高くなり、RTM成形における可使時間が極端に短くなり好ましくない。この場合、強化繊維基材内部に十分な量の樹脂を含浸させることが困難となり、この様なエポキシ樹脂組成物を用いて作製される繊維強化複合材料は、ボイド等の多くの欠陥を内在することになり、繊維強化複合材料構造体の圧縮性能および損傷許容性が低下する。 In the curing agent composition for thermosetting resins of the present invention, the curing agent C is preferably 1 to 43 parts by mass, more preferably 3 to 30 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the curing agent A and the curing agent B. parts, particularly preferably 5 to 20 parts by weight. If the content is less than 1 part by mass, it becomes difficult to impart rapid curability to the resulting epoxy resin composition, which is not preferred. On the other hand, when it exceeds 43 parts by mass, the reactivity of the obtained epoxy resin composition becomes excessively high, and the pot life in RTM molding becomes extremely short, which is not preferable. In this case, it becomes difficult to impregnate the inside of the reinforcing fiber base material with a sufficient amount of resin, and the fiber-reinforced composite material produced using such an epoxy resin composition contains many defects such as voids. As a result, the compressive performance and damage tolerance of the fiber reinforced composite structure are reduced.
〔その他の成分〕
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物は、さらにその他の成分を含有していてもよく、例えば、導電性粒子、難燃剤、無機系充填剤、内部離型剤を含有してもよい。
[Other ingredients]
The curing agent composition for thermosetting resins of the present invention may further contain other components, such as conductive particles, flame retardants, inorganic fillers, and internal release agents. .
導電性粒子として、ポリアセチレン粒子、ポリアニリン粒子、ポリピロール粒子、ポリチオフェン粒子、ポリイソチアナフテン粒子及びポリエチレンジオキシチオフェン粒子等の導電性ポリマー粒子;カーボン粒子;炭素繊維粒子;金属粒子;無機材料または有機材料から成るコア材を導電性物質で被覆した粒子を例示することができる。 Conductive particles include conductive polymer particles such as polyacetylene particles, polyaniline particles, polypyrrole particles, polythiophene particles, polyisothianaphthene particles and polyethylenedioxythiophene particles; carbon particles; carbon fiber particles; metal particles; Particles in which a core material composed of is coated with a conductive substance can be exemplified.
難燃剤として、リン系難燃剤を例示することができる。このリン系難燃剤は分子中にリン原子を含むものであればよく、リン酸エステル、縮合リン酸エステル、ホスファゼン化合物、ポリリン酸塩といった有機リン化合物や赤リンを例示することができる。 As a flame retardant, a phosphorus-based flame retardant can be exemplified. The phosphorus-based flame retardant may contain a phosphorus atom in the molecule, and examples thereof include organic phosphorus compounds such as phosphoric acid esters, condensed phosphoric acid esters, phosphazene compounds and polyphosphates, and red phosphorus.
無機系充填剤材として、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、酸化亜鉛、グラファイト、硫酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、酸化マグネシウム、ケイ酸塩鉱物を例示することができる。
特に、ケイ酸塩鉱物を用いることが好ましい。ケイ酸塩鉱物の市販品として、THIXOTROPIC AGENT DT 5039(ハンツマン・ジャパン株式会社製)を挙げることができる。
Examples of inorganic fillers include aluminum borate, calcium carbonate, silicon carbonate, silicon nitride, potassium titanate, basic magnesium sulfate, zinc oxide, graphite, calcium sulfate, magnesium borate, magnesium oxide, and silicate minerals. can do.
In particular, it is preferable to use silicate minerals. Commercially available silicate minerals include THIXOTROPIC AGENT DT 5039 (manufactured by Huntsman Japan KK).
内部離型剤として、例えば、金属石鹸類、ポリエチレンワックスやカルバナワックスといった植物ワックス、脂肪酸エステル系離型剤、シリコンオイル、動物ワックス、フッ素系非イオン界面活性剤を例示することができる。内部離型剤の市販品として、MOLD WIZ(登録商標)、INT1846(AXEL PLASTICS RESEARCH
LABORATORIES INC.製)、Licowax S、Licowax P、Licowax OP、Licowax PE190、Licowax PED(クラリアントジャパン社製)、ステアリルステアレート(SL-900A;理研ビタミン(株)製を例示することができる。
Examples of internal mold release agents include metallic soaps, vegetable waxes such as polyethylene wax and carnauba wax, fatty acid ester mold release agents, silicone oils, animal waxes, and fluorine-based nonionic surfactants. Commercially available internal release agents include MOLD WIZ (registered trademark), INT1846 (AXEL PLASTICS RESEARCH
LABORATORIES INC. ), Licowax S, Licowax P, Licowax OP, Licowax PE190, Licowax PED (manufactured by Clariant Japan), and stearyl stearate (SL-900A; manufactured by Riken Vitamin Co., Ltd.).
〔熱硬化性樹脂用硬化剤組成物の製造方法〕
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物は、硬化剤Aと硬化剤Bと硬化剤Cと、必要に応じてその他の成分と、を混合することにより、製造することができる。混合の順序は問わない。
[Method for producing curing agent composition for thermosetting resin]
The curing agent composition for thermosetting resins of the present invention can be produced by mixing curing agent A, curing agent B, curing agent C, and, if necessary, other components. The order of mixing does not matter.
混合のときの組成物の温度は、好ましくは50~200℃、さらに好ましくは50~150℃、特に好ましくは80~120℃である。200℃を超えると、添加する成分が熱分解してしまう場合があり好ましくない。他方、50℃未満であると、固体である硬化剤Aおよび硬化剤Cが融解せず、硬化剤Bへ融解しにくくなるため、液状の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物を得ることが困難となり好ましくない。 The temperature of the composition during mixing is preferably 50-200°C, more preferably 50-150°C, and particularly preferably 80-120°C. If the temperature exceeds 200°C, the added components may be thermally decomposed, which is not preferable. On the other hand, when the temperature is lower than 50°C, the solid curing agents A and C do not melt and are difficult to melt into the curing agent B, making it difficult to obtain a liquid curing agent composition for thermosetting resins. It is not preferable.
硬化剤の混合に用いる装置として、ロールミル、プラネタリーミキサー、ニーダー、エクストルーダー、バンバリーミキサー、攪拌翼を備えた混合容器、横型混合槽を例示することができる。混合は、大気中で行ってもよく、不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。 Examples of equipment used for mixing the curing agent include roll mills, planetary mixers, kneaders, extruders, Banbury mixers, mixing vessels equipped with stirring blades, and horizontal mixing tanks. Mixing may be performed in air or under an inert gas atmosphere.
大気中で混合する場合は、温度および湿度が管理された雰囲気が行うことが好ましい。この場合、例えば30℃以下の一定温度に管理された温度で混合するか、相対湿度50%RH以下の低湿度雰囲気で混合することが好ましい。 When mixing in air, it is preferable to perform the mixing in an atmosphere in which the temperature and humidity are controlled. In this case, it is preferable to mix at a constant temperature of, for example, 30° C. or less, or in a low-humidity atmosphere with a relative humidity of 50% RH or less.
〔エポキシ樹脂主剤〕
エポキシ樹脂主剤は、エポキシ樹脂を含んで成る。エポキシ樹脂主剤は、これらの他に、その他の任意成分を含んでいても良い。エポキシ樹脂主剤におけるエポキシ樹脂の含有量は、全エポキシ樹脂主剤の質量を基準に30~100質量%、好ましくは50~100質量%である。
[Epoxy resin main agent]
The epoxy resin base agent comprises an epoxy resin. The epoxy resin main agent may contain other optional components in addition to these. The content of the epoxy resin in the epoxy resin main agent is 30 to 100% by weight, preferably 50 to 100% by weight, based on the total weight of the epoxy resin main agent.
〔エポキシ樹脂〕
エポキシ樹脂組成物に利用可能なエポキシ樹脂は特に制限されないが、テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、テトラグリシジル-3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、テトラグリシジル-3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、などの4官能グリシジルアミン型エポキシ樹脂、トリグリシジル-m-アミノフェノール、トリグリシジル-p-アミノフェノール、イソシアヌル酸トリグリシジル、などの3官能エポキシ樹脂、ジグリシジルアニリンやその誘導体であるジグリシジル-o-トルイジン、ジグリシジル-m-トルイジン、ジグリシジル-p-トルイジン、ジグリシジル-キシリジン、ジグリシジル-メシジン、ジグリシジル-アニシジン、ジグリシジル-フェノキシアニリン、あるいはジグリシジル-ナフチルアミンおよびその誘導体、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、1,6-ナフタレンジオールジグリシジルエーテル、などの2官能エポキシ樹脂、が例示される。これらのエポキシ樹脂を単独で用いても良いが、複数のエポキシ樹脂を混合して用いても良い。
〔Epoxy resin〕
Epoxy resins that can be used in the epoxy resin composition are not particularly limited, but tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylsulfone, tetraglycidyl-3,3'-diaminodiphenylsulfone. , tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenyl ether, tetraglycidyl-3,4'-diaminodiphenyl ether, tetrafunctional glycidylamine type epoxy resins, triglycidyl-m-aminophenol, triglycidyl-p-aminophenol, isocyanur trifunctional epoxy resins such as triglycidyl acid, diglycidylaniline and its derivatives diglycidyl-o-toluidine, diglycidyl-m-toluidine, diglycidyl-p-toluidine, diglycidyl-xylidine, diglycidyl-mesidine, diglycidyl-anisidine, diglycidyl -Bifunctional epoxies such as phenoxyaniline, or diglycidyl-naphthylamine and its derivatives, bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, resorcinol diglycidyl ether, 1,6-naphthalene diol diglycidyl ether, etc. Resin is exemplified. These epoxy resins may be used alone, or a plurality of epoxy resins may be mixed and used.
エポキシ樹脂は、必要に応じて合成しても良い。どのような方法で合成しても良いが、例えば、原料である芳香族ジアミンやアミノフェノール、ジフェノールとエピクロロヒドリンなどのエピハロヒドリンとを反応させてハロヒドリン体を得た後、次いでアルカリ性化合物を用いて環化反応することにより得られる。 The epoxy resin may be synthesized as required. It may be synthesized by any method, but for example, after reacting an aromatic diamine, aminophenol, or diphenol as a raw material with an epihalohydrin such as epichlorohydrin to obtain a halohydrin body, an alkaline compound is then added. obtained by a cyclization reaction using
エピハロヒドリンとしては、例えば、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピフルオロヒドリンなどが挙げられる。これらの中でも、反応性や取扱性の観点から、エピクロロヒドリンおよびエピブロモヒドリンが特に好ましい。 Epihalohydrin includes, for example, epichlorohydrin, epibromohydrin, epifluorohydrin, and the like. Among these, epichlorohydrin and epibromohydrin are particularly preferred from the viewpoint of reactivity and handleability.
原料である芳香族ジアミンやアミノフェノール、ジフェノールとエピハロヒドリンとのモル比は1:1~1:30が好ましく、1:3~1:20がより好ましい。反応時に用いる溶媒としては、エタノールやn-ブタノールなどのアルコール系溶媒、メチルイソブチルケトンやメチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、アセトニトリルやN,N-ジメチルホルムアミドなどの非プロトン性極性溶媒、トルエンやキシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒が例示される。溶媒の使用量は芳香族ジアミンに対して1~10質量倍であることが好ましい。 The molar ratio of raw materials such as aromatic diamine, aminophenol or diphenol to epihalohydrin is preferably 1:1 to 1:30, more preferably 1:3 to 1:20. Solvents used for the reaction include alcohol solvents such as ethanol and n-butanol, ketone solvents such as methyl isobutyl ketone and methyl ethyl ketone, aprotic polar solvents such as acetonitrile and N,N-dimethylformamide, and toluene and xylene. Aromatic hydrocarbon solvents are exemplified. The amount of solvent to be used is preferably 1 to 10 times the weight of the aromatic diamine.
反応時間は、0.1~180時間であることが好ましく、0.5~24時間がより好ましい。反応温度は、20~100℃であることが好ましく、40~80℃がより好ましい。 The reaction time is preferably 0.1 to 180 hours, more preferably 0.5 to 24 hours. The reaction temperature is preferably 20-100°C, more preferably 40-80°C.
環化反応時に用いるアルカリ性化合物としては水酸化ナトリウムや水酸化カリウムが例示される。アルカリ性化合物は固体として添加しても水溶液として添加してもよい。 Examples of alkaline compounds used in the cyclization reaction include sodium hydroxide and potassium hydroxide. The alkaline compound may be added as a solid or as an aqueous solution.
環化反応時には相間移動触媒を用いてもよい。相間移動触媒としては塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、硫酸水素テトラブチルアンモニウムなどの第四級アンモニウム塩、臭化トリブチルヘキサデシルホスホニウム、臭化トリブチルドデシルホスホニウムなどのホスホニウム化合物、18-クラウン-6-エーテルなどのクラウンエーテル類が例示される。 A phase transfer catalyst may be used during the cyclization reaction. Phase transfer catalysts include quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, benzyltriethylammonium chloride, and tetrabutylammonium hydrogen sulfate; phosphonium compounds such as tributylhexadecylphosphonium bromide and tributyldodecylphosphonium bromide; Examples include crown ethers such as 18-crown-6-ether.
〔任意成分〕
エポキシ樹脂主剤は、上記のエポキシ樹脂以外に、熱可塑性樹脂を含んでいても良い。熱可塑性樹脂は、得られる繊維強化複合材料の破壊靭性や耐衝撃性を向上させる。かかる熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂用硬化剤組成物の製造過程で熱硬化性樹脂用硬化剤組成物中に溶解させてもよい。
[Optional component]
The epoxy resin main agent may contain a thermoplastic resin in addition to the above epoxy resins. The thermoplastic resin improves the fracture toughness and impact resistance of the resulting fiber-reinforced composite material. Such a thermoplastic resin may be dissolved in the thermosetting resin curing agent composition during the production process of the thermosetting resin curing agent composition.
熱可塑性樹脂の具体的例としては、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート等が挙げられる。これらは、単独で用いても、2種以上を併用しても良い。エポキシ樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂は、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量(Mw)が8000~100000の範囲のポリエーテルスルホン、ポリスルホンが特に好ましい。重量平均分子量(Mw)が8000以上であれば、得られるFRPの耐衝撃性が十分となり、また100000以下であれば、粘度が著しく高くなることなく良好な取扱性を示すエポキシ樹脂組成物が得られる。エポキシ樹脂可溶性熱可塑性樹脂の分子量分布は均一であることが好ましい。特に、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比である多分散度(Mw/Mn)が1~10の範囲であることが好ましく、1.1~5の範囲であることがより好ましい。 Specific examples of thermoplastic resins include polyethersulfone, polysulfone, polyetherimide, polycarbonate and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The thermoplastic resin contained in the epoxy resin composition is particularly preferably polyethersulfone or polysulfone having a weight average molecular weight (Mw) measured by gel permeation chromatography in the range of 8,000 to 100,000. If the weight-average molecular weight (Mw) is 8000 or more, the resulting FRP will have sufficient impact resistance, and if it is 100000 or less, an epoxy resin composition will be obtained which exhibits good handleability without markedly increasing viscosity. be done. The epoxy resin-soluble thermoplastic resin preferably has a uniform molecular weight distribution. In particular, the polydispersity (Mw/Mn), which is the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn), is preferably in the range of 1 to 10, more preferably in the range of 1.1 to 5. more preferred.
熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂と反応性を有する反応基又は水素結合を形成する官能基を有していることが好ましい。このような熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂の硬化過程中における溶解安定性を向上させることができる。また、硬化後に得られる繊維強化複合材料に破壊靭性、耐薬品性、耐熱性及び耐湿熱性を付与することができる。 The thermoplastic resin preferably has a reactive group reactive with the epoxy resin or a functional group forming a hydrogen bond. Such thermoplastic resins can improve the dissolution stability during the curing process of epoxy resins. In addition, fracture toughness, chemical resistance, heat resistance, and resistance to moist heat can be imparted to the fiber-reinforced composite material obtained after curing.
エポキシ樹脂との反応性を有する反応基としては、水酸基、カルボン酸基、イミノ基、アミノ基などが好ましい。水酸基末端のポリエーテルスルホンを用いると、得られる繊維強化複合材料の耐衝撃性、破壊靭性及び耐溶剤性が特に優れるためより好ましい。 A hydroxyl group, a carboxylic acid group, an imino group, an amino group and the like are preferable as the reactive group having reactivity with the epoxy resin. The use of hydroxyl-terminated polyethersulfone is more preferable because the resulting fiber-reinforced composite material has particularly excellent impact resistance, fracture toughness and solvent resistance.
熱硬化性樹脂用硬化剤組成物に含まれる熱可塑性樹脂の含有量は、粘度に応じて適宜調整される。繊維強化基材への含浸の観点から、熱硬化性樹脂用硬化剤組成物100質量部に対して、0.1~10質量部が好ましく、0.5~5質量部がより好ましい。0.1質量部以上の場合は、得られる繊維強化複合材料は十分な破壊靭性や耐衝撃性を示す。熱可塑性樹脂の含有量が10質量部以下であれば、エポキシ樹脂組成物の粘度が著しく高くなることなく、繊維強化基材への含浸が容易となり、得られる繊維強化複合材料の特性が向上する。 The content of the thermoplastic resin contained in the thermosetting resin curing agent composition is appropriately adjusted according to the viscosity. From the viewpoint of impregnation into the fiber-reinforced base material, the amount is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 5 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the curing agent composition for thermosetting resins. When the content is 0.1 part by mass or more, the resulting fiber-reinforced composite material exhibits sufficient fracture toughness and impact resistance. When the content of the thermoplastic resin is 10 parts by mass or less, the viscosity of the epoxy resin composition does not significantly increase, the impregnation of the fiber-reinforced base material is facilitated, and the properties of the obtained fiber-reinforced composite material are improved. .
熱可塑性樹脂には、アミン末端基を有する反応性芳香族オリゴマー(以下、単に「芳香族オリゴマー」ともいう)を含むことが好ましい。 The thermoplastic resin preferably contains a reactive aromatic oligomer having amine end groups (hereinafter also simply referred to as "aromatic oligomer").
エポキシ樹脂組成物は、加熱硬化時にエポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応により高分子量化する。高分子量化により二相域が拡大することによって、エポキシ樹脂組成物に溶解していた芳香族オリゴマーは、反応誘起型の相分離を引き起こす。この相分離により、硬化後のエポキシ樹脂と、芳香族オリゴマーと、が共連続となる樹脂の二相構造をマトリックス樹脂内に形成する。また、芳香族オリゴマーはアミン末端基を有していることから、エポキシ樹脂との反応も生じる。この共連続の二相構造における各相は互いに強固に結合しているため、耐溶剤性も向上している。 The epoxy resin composition has a high molecular weight due to a curing reaction between the epoxy resin and the curing agent during heat curing. The expansion of the two-phase region due to the increase in the molecular weight causes the aromatic oligomer dissolved in the epoxy resin composition to undergo reaction-induced phase separation. Due to this phase separation, a two-phase resin structure in which the cured epoxy resin and the aromatic oligomer are co-continuous is formed in the matrix resin. Also, since aromatic oligomers have amine end groups, they also react with epoxy resins. Since each phase in this co-continuous two-phase structure is strongly bonded to each other, solvent resistance is also improved.
この共連続の構造は、繊維強化複合材料に対する外部からの衝撃を吸収してクラック伝播を抑制する。その結果、アミン末端基を有する反応性芳香族オリゴマーを含むエポキシ樹脂組成物を用いて作製される繊維強化複合材料は、高い耐衝撃性及び破壊靭性を有する。 This co-continuous structure absorbs external impact on the fiber-reinforced composite material and suppresses crack propagation. As a result, fiber reinforced composites made with epoxy resin compositions containing reactive aromatic oligomers with amine end groups have high impact resistance and fracture toughness.
この芳香族オリゴマーとしては、公知のアミン末端基を有するポリスルホン、アミン末端基を有するポリエーテルスルホンを用いることができる。アミン末端基は第一級アミン(-NH2)末端基であることが好ましい。 As the aromatic oligomer, known polysulfones having amine end groups and polyether sulfones having amine end groups can be used. Preferably, the amine end groups are primary amine (--NH 2 ) end groups.
エポキシ樹脂組成物に配合される芳香族オリゴマーは、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量が8000~40000であることが好ましい。重量平均分子量が8000以上である場合、マトリクス樹脂の靱性向上効果が高い。また、重量平均分子量が40000以下である場合、樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎることなく、強化繊維基材へ樹脂組成物が含浸しやすくなる等の加工上の利点が得られる。 The aromatic oligomer blended in the epoxy resin composition preferably has a weight average molecular weight of 8,000 to 40,000 as measured by gel permeation chromatography. When the weight average molecular weight is 8000 or more, the effect of improving the toughness of the matrix resin is high. Moreover, when the weight average molecular weight is 40,000 or less, the viscosity of the resin composition does not become too high, and processing advantages such as the impregnation of the reinforcing fiber base material with the resin composition being facilitated can be obtained.
芳香族オリゴマーとしては、「Virantage DAMS VW-30500 RP(登録商標)」(Solvay Specialty Polymers社製)のような市販品を好ましく用いることができる。 As the aromatic oligomer, commercially available products such as "Virantage DAMS VW-30500 RP (registered trademark)" (manufactured by Solvay Specialty Polymers) can be preferably used.
熱硬化性樹脂用硬化剤組成物に配合する前の熱可塑性樹脂の形態は、特に限定されない
が、粒子状であることが好ましい。粒子状の熱可塑性樹脂は、樹脂組成物中に均一に配合、溶解することができる。
The form of the thermoplastic resin before being blended into the thermosetting resin curing agent composition is not particularly limited, but it is preferably particulate. The particulate thermoplastic resin can be uniformly blended and dissolved in the resin composition.
エポキシ樹脂主剤には、粒子状ゴム成分が配合されてもよい。本発明において、粒子状とは、エポキシ樹脂主剤に溶解せずに分散していることを意味し、且つ当該エポキシ樹脂主剤を用いた樹脂硬化物においても、分散して島成分を構成する。 A particulate rubber component may be blended into the epoxy resin base. In the present invention, the term "particulate" means that the particles are not dissolved but dispersed in the epoxy resin main agent, and even in the resin cured product using the epoxy resin main agent, they are dispersed to form island components.
粒子状ゴム成分は、樹脂硬化物や繊維複合材料の破壊靭性や耐衝撃性を向上させる。
粒子状ゴム成分としては、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、メタクリル酸メチル-ブタジエン-スチレンゴムが挙げられる。
The particulate rubber component improves the fracture toughness and impact resistance of cured resins and fiber composite materials.
Particulate rubber components include silicone rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, and methyl methacrylate-butadiene-styrene rubber.
粒子状ゴム成分の平均粒子径は、1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましく、0.3μm以下であることが更に好ましい。平均粒子径の下限は特に限定されないが、0.03μm以上であることが好ましく、0.05μm以上であることがより好ましく、0.08μm以上であることが更に好ましい。平均粒子径が1μmを超える場合、強化繊維基材への含浸工程において、粒子状ゴム成分が強化繊維基材表面で濾されてしまい、強化繊維束内部へ含浸しにくくなる。これにより、樹脂の含浸不良が起こることがあり、また得られる繊維強化複合材料の物性が低下してしまう。 The average particle size of the particulate rubber component is preferably 1 µm or less, more preferably 0.5 µm or less, and even more preferably 0.3 µm or less. Although the lower limit of the average particle size is not particularly limited, it is preferably 0.03 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, and even more preferably 0.08 μm or more. When the average particle size exceeds 1 μm, the particulate rubber component is filtered out on the surface of the reinforcing fiber base material in the step of impregnating the reinforcing fiber base material, making it difficult to impregnate the inside of the reinforcing fiber bundle. As a result, poor resin impregnation may occur, and the physical properties of the resulting fiber-reinforced composite material may deteriorate.
本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物と、エポキシ樹脂主剤と、を利用して製造するエポキシ樹脂組成物における粒子状ゴム成分の含有量は、エポキシ樹脂組成物全量のうち0.1~50質量%であることが好ましく、0.5~20質量%であることがより好ましく、1~15質量%であることが更に好ましい。0.1質量%未満の場合、樹脂硬化物や繊維複合材料の破壊靭性や耐衝撃性が十分に向上しない。 The content of the particulate rubber component in the epoxy resin composition produced using the thermosetting resin curing agent composition of the present invention and the epoxy resin base resin is from 0.1 to 0.1 in the total amount of the epoxy resin composition. It is preferably 50% by mass, more preferably 0.5 to 20% by mass, even more preferably 1 to 15% by mass. If it is less than 0.1% by mass, the fracture toughness and impact resistance of the cured resin and fiber composite material are not sufficiently improved.
粒子状ゴム成分は、エポキシ樹脂へ高濃度で分散したマスターバッチとして用いることもできる。この場合、ゴム状成分をエポキシ樹脂組成物へ高度に分散させることが容易になる。 The particulate rubber component can also be used as a masterbatch dispersed in an epoxy resin at high concentration. In this case, it becomes easy to highly disperse the rubber-like component in the epoxy resin composition.
粒子状ゴム成分の市販品としては、MX-153(ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、33質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-257(ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、37質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-154(ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、40質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-960(ビスフェノールA型エポキシ樹脂に、25質量%のシリコーンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-136(ビスフェノールF型エポキシ樹脂に、25質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-965(ビスフェノールF型エポキシ樹脂に、25質量%のシリコーンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-217(フェノールノボラック型エポキシ樹脂に、25質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-227M75(ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂に、25質量%のスチレンブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-334M75(臭素化エポキシ樹脂に、25質量%のスチレンブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-416(4官能グリシジルアミン型エポキシ樹脂に、25質量%のブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、MX-451(3官能グリシジルアミン型エポキシ樹脂に、25質量%のスチレンブタジエンゴムを単一分散させたもの、株式会社カネカ社製)、が挙げられる。 Commercially available particulate rubber components include MX-153 (a bisphenol A type epoxy resin in which 33% by mass of butadiene rubber is monodispersed, manufactured by Kaneka Corporation), MX-257 (bisphenol A type epoxy 37% by mass of butadiene rubber is dispersed in a resin, manufactured by Kaneka Corporation), MX-154 (bisphenol A type epoxy resin, 40% by mass of butadiene rubber is dispersed in a single dispersion, stock Kaneka Co., Ltd.), MX-960 (bisphenol A type epoxy resin with 25% by mass of silicone rubber dispersed in a single dispersion, manufactured by Kaneka Corporation), MX-136 (bisphenol F type epoxy resin with 25% Monodispersed mass% butadiene rubber, manufactured by Kaneka Co., Ltd.), MX-965 (bisphenol F type epoxy resin, 25% by mass of silicone rubber monodispersed, manufactured by Kaneka Co., Ltd. ), MX-217 (25% by mass of butadiene rubber dispersed in a phenol novolak type epoxy resin, manufactured by Kaneka Corporation), MX-227M75 (bisphenol A novolac type epoxy resin, 25% by mass of Styrene-butadiene rubber monodispersed, manufactured by Kaneka Corporation), MX-334M75 (brominated epoxy resin, 25% by mass of styrene-butadiene rubber monodispersed, manufactured by Kaneka Corporation), MX-416 (tetrafunctional glycidylamine epoxy resin, 25% by mass of butadiene rubber monodispersed, manufactured by Kaneka Corporation), MX-451 (trifunctional glycidylamine epoxy resin, 25% by mass styrene-butadiene rubber, manufactured by Kaneka Corporation).
エポキシ樹脂主剤には、その他の添加剤として、導電性粒子や難燃剤、無機系充填剤、内部離型剤が配合されてもよい。 As other additives, conductive particles, flame retardants, inorganic fillers, and internal mold release agents may be added to the epoxy resin main agent.
導電性粒子としては、ポリアセチレン粒子、ポリアニリン粒子、ポリピロール粒子、ポリチオフェン粒子、ポリイソチアナフテン粒子及びポリエチレンジオキシチオフェン粒子等の導電性ポリマー粒子;カーボン粒子;炭素繊維粒子;金属粒子;無機材料又は有機材料から成るコア材を導電性物質で被覆した粒子が例示される。 Conductive particles include conductive polymer particles such as polyacetylene particles, polyaniline particles, polypyrrole particles, polythiophene particles, polyisothianaphthene particles and polyethylenedioxythiophene particles; carbon particles; carbon fiber particles; Particles in which a core material made of a material is coated with a conductive substance are exemplified.
難燃剤としては、リン系難燃剤が例示される。リン系難燃剤としては、分子中にリン原子を含むものであれば特に限定されず、例えば、リン酸エステル、縮合リン酸エステル、ホスファゼン化合物、ポリリン酸塩などの有機リン化合物や赤リンが挙げられる。 Examples of flame retardants include phosphorus-based flame retardants. The phosphorus-based flame retardant is not particularly limited as long as it contains a phosphorus atom in the molecule. be done.
無機系充填剤材としては、例えば、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、酸化亜鉛、グラファイト、硫酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、酸化マグネシウム、ケイ酸塩鉱物が挙げられる。特に、ケイ酸塩鉱物を用いることが好ましい。ケイ酸塩鉱物の市販品としては、THIXOTROPIC AGENT DT 5039(ハンツマン・ジャパン株式会社製)が挙げられる。 Examples of inorganic filler materials include aluminum borate, calcium carbonate, silicon carbonate, silicon nitride, potassium titanate, basic magnesium sulfate, zinc oxide, graphite, calcium sulfate, magnesium borate, magnesium oxide, and silicates. minerals. In particular, it is preferable to use silicate minerals. Commercially available silicate minerals include THIXOTROPIC AGENT DT 5039 (manufactured by Huntsman Japan KK).
内部離型剤としては、例えば、金属石鹸類、ポリエチレンワックスやカルバナワックス等の植物ワックス、脂肪酸エステル系離型剤、シリコンオイル、動物ワックス、フッ素系非イオン界面活性剤を挙げることができる。これら内部離型剤の配合量は、前記エポキシ樹脂100質量部に対して、0.1~5質量部であることが好ましく、0.2~2質量部であることがさらに好ましい。この範囲内においては、金型からの離型効果が好適に発揮される。 Examples of internal release agents include metal soaps, vegetable waxes such as polyethylene wax and carnauba wax, fatty acid ester release agents, silicone oils, animal waxes, and fluorine-based nonionic surfactants. The content of these internal release agents is preferably 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.2 to 2 parts by mass, per 100 parts by mass of the epoxy resin. Within this range, the release effect from the mold is favorably exhibited.
内部離型剤の市販品としては、“MOLD WIZ(登録商標)” INT1846(AXEL PLASTICS RESEARCH LABORATORIES INC.製)、Licowax S、Licowax P、Licowax OP、Licowax PE190、Licowax PED(クラリアントジャパン社製)、ステアリルステアレート(SL-900A;理研ビタミン(株)製が挙げられる。 Commercially available internal release agents include "MOLD WIZ (registered trademark)" INT1846 (manufactured by AXEL PLASTICS RESEARCH LABORATORIES INC.), Licowax S, Licowax P, Licowax OP, Licowax PE190, Licowax PED (manufactured by Clariant Japan), Stearyl stearate (SL-900A; manufactured by Riken Vitamin Co., Ltd.).
〔エポキシ樹脂主剤の製造方法〕
エポキシ樹脂主剤は、エポキシ樹脂と、必要に応じてその他の任意成分と、を混合することにより製造できる。これらの混合の順序は問わない。
また、エポキシ樹脂組成物の状態としては、各成分が均一に混和した一液の状態でもよく、一部の成分が固体として分散したスラリーの状態でもよい。
[Method for producing epoxy resin main agent]
The epoxy resin main agent can be produced by mixing an epoxy resin and, if necessary, other optional components. The order of these mixtures does not matter.
The state of the epoxy resin composition may be a one-liquid state in which each component is uniformly mixed, or a slurry state in which some components are dispersed as solids.
エポキシ樹脂主剤の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知のいずれの方法を用いてもよい。混合温度としては、40~200℃の範囲が例示できる。200℃を超える場合、部分的にエポキシ樹脂の自己重合反応が進行して強化繊維基材への含浸性が低下したり、得られるエポキシ樹脂主剤を用いて製造される樹脂硬化物の物性が低下したりする場合がある。40℃未満である場合、エポキシ樹脂主剤の粘度が高く、実質的に混合が困難となる場合がある。好ましくは50~100℃であり、さらに好ましくは50~90℃の範囲である。 The method for producing the epoxy resin main agent is not particularly limited, and any conventionally known method may be used. As the mixing temperature, a range of 40 to 200° C. can be exemplified. If the temperature exceeds 200°C, the self-polymerization reaction of the epoxy resin partially progresses, resulting in a decrease in the impregnation of the reinforcing fiber base material, and the physical properties of the cured resin produced using the obtained epoxy resin base material decrease. may do so. If the temperature is less than 40°C, the viscosity of the epoxy resin base agent is high, and mixing may be substantially difficult. It is preferably in the range of 50 to 100°C, more preferably in the range of 50 to 90°C.
混合機械装置としては、従来公知のものを用いることができる。具体的な例としては、ロールミル、プラネタリーミキサー、ニーダー、エクストルーダー、バンバリーミキサー、攪拌翼を備えた混合容器、横型混合槽などが挙げられる。各成分の混合は、大気中又は不活性ガス雰囲気下で行うことができる。大気中で混合が行われる場合は、温度、湿度が管理された雰囲気が好ましい。特に限定されるものではないが、例えば、30℃以下の一定温度に管理された温度や、相対湿度50%RH以下の低湿度雰囲気で混合することが好ましい。 A conventionally known machine can be used as the mixing machine. Specific examples include roll mills, planetary mixers, kneaders, extruders, Banbury mixers, mixing vessels equipped with stirring blades, and horizontal mixing tanks. Mixing of each component can be performed in air or under an inert gas atmosphere. When mixing is performed in air, an atmosphere in which temperature and humidity are controlled is preferable. Although not particularly limited, for example, it is preferable to mix at a temperature controlled at a constant temperature of 30° C. or less or in a low-humidity atmosphere with a relative humidity of 50% RH or less.
〔エポキシ樹脂組成物〕
エポキシ樹脂組成物は、本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物とエポキシ樹脂主剤と、を含んで成る。
[Epoxy resin composition]
The epoxy resin composition comprises the thermosetting resin curing agent composition of the present invention and an epoxy resin main agent.
エポキシ樹脂組成物は、100℃における粘度が、50mPa・s以下であることが好ましく、30mPa・sであることがより好ましく、20mPa・sであることが更に好ましい。100℃における粘度が、50mPa・sを超える場合、エポキシ樹脂組成物の強化繊維基材への含浸が困難になる。その結果、得られる繊維強化複合材料においてボイド等が形成され易くなり、物性の低下を引き起こす。なお、粘度と含浸性の関係は強化繊維基材構成にも左右されるものであり、上記の粘度範囲外でも、強化繊維基材への含浸が良好になる場合もある。 The epoxy resin composition preferably has a viscosity at 100° C. of 50 mPa·s or less, more preferably 30 mPa·s, and even more preferably 20 mPa·s. If the viscosity at 100° C. exceeds 50 mPa·s, impregnation of the reinforcing fiber base material with the epoxy resin composition becomes difficult. As a result, voids and the like are likely to be formed in the resulting fiber-reinforced composite material, causing deterioration in physical properties. Note that the relationship between the viscosity and the impregnability depends on the structure of the reinforcing fiber base material, and even if the viscosity is outside the above range, the impregnation of the reinforcing fiber base material may be good in some cases.
また、エポキシ樹脂組成物の可使時間は、複合材料の成形条件によって異なるが、例えば、大型の複合材料を、レジントランスファー成形法(RTM法)を用いて、比較的低い含侵圧力で繊維基材に含侵させる場合、可使時間として、100℃で保持した際の粘度が50mPa・sを超えるまでの時間が60分以上であることが好ましく、180分以上であることがより好ましく、300分以上であることが更に好ましい。 In addition, the pot life of the epoxy resin composition varies depending on the molding conditions of the composite material. When the material is impregnated, the usable time until the viscosity exceeds 50 mPa s when held at 100 ° C. is preferably 60 minutes or more, more preferably 180 minutes or more, and 300 minutes. minutes or more is more preferable.
エポキシ樹脂組成物に含まれる硬化剤の総量は、エポキシ樹脂組成物中に配合されている全てのエポキシ樹脂を硬化させるのに適した量であり、用いるエポキシ樹脂や硬化剤の種類に応じて適宜調節される。具体的にはエポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂の総エポキシ基の数と熱硬化性樹脂用硬化剤組成物に含まれる活性水素の数の比率は、好ましくは0.7~1.3、さらに好ましくは0.8~1.2、特に好ましくは0.9~1.1である。活性水素の数の比率が0.7未満であるか1.3を超えると、エポキシ基と活性水素のモルバランスが崩れ、得られる樹脂硬化物の架橋密度が不十分となり、耐熱性や、弾性率や破壊靭性などの力学特性が低くなり好ましくない。 The total amount of the curing agent contained in the epoxy resin composition is an amount suitable for curing all the epoxy resins contained in the epoxy resin composition, and may be appropriately adjusted depending on the type of epoxy resin and curing agent used. adjusted. Specifically, the ratio of the total number of epoxy groups of the epoxy resin in the epoxy resin composition to the number of active hydrogens contained in the thermosetting resin curing agent composition is preferably 0.7 to 1.3, and further It is preferably 0.8 to 1.2, particularly preferably 0.9 to 1.1. If the ratio of the number of active hydrogens is less than 0.7 or exceeds 1.3, the molar balance between the epoxy groups and the active hydrogens will be disturbed, and the resulting cured resin will have insufficient cross-linking density, resulting in poor heat resistance and elasticity. It is not preferable because the mechanical properties such as modulus and fracture toughness are lowered.
本発明によれば、180℃で30分間硬化させて得られる硬化物の、下記式で表されるDSC硬化度αが98%以上である、エポキシ樹脂組成物を得ることができる。
α=(ΔH未硬化-ΔH硬化物)/ΔH未硬化×100
(ただし、ΔHは20℃/分間の昇温速度でDSC測定を行った際に確認される硬化反応に伴う発熱量であり、ΔH未硬化は未硬化のエポキシ樹脂組成物のΔHであり、ΔH硬化物は樹脂硬化物のΔHである。)
According to the present invention, it is possible to obtain an epoxy resin composition in which the cured product obtained by curing at 180° C. for 30 minutes has a DSC curing degree α represented by the following formula of 98% or more.
α = (ΔH uncured - ΔH cured product) / ΔH uncured × 100
(However, ΔH is the amount of heat generated due to the curing reaction confirmed when DSC measurement is performed at a temperature increase rate of 20° C./minute, and ΔH uncured is the ΔH of the uncured epoxy resin composition, and ΔH The cured product is ΔH of the resin cured product.)
すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物は、180℃で30分間硬化させて得られる硬化物の、上記式で表されるDSC硬化度αが98%以上である、エポキシ樹脂組成物である。DSC硬化度αが98%以上であることで、優れた耐熱性、力学特性を得ることができるとともに、経時的な特性の変化を抑制することができる。 That is, the epoxy resin composition of the present invention is an epoxy resin composition in which a cured product obtained by curing at 180° C. for 30 minutes has a DSC curing degree α represented by the above formula of 98% or more. When the DSC curing degree α is 98% or more, excellent heat resistance and mechanical properties can be obtained, and changes in properties over time can be suppressed.
〔エポキシ樹脂硬化物〕
本発明はまた、上記のエポキシ樹脂組成物を硬化させて得られるエポキシ樹脂硬化物である。
[Epoxy resin cured product]
The present invention is also an epoxy resin cured product obtained by curing the above epoxy resin composition.
この樹脂硬化物は、ガラス転移温度が、好ましくは150℃以上、さらに好ましくは180℃以上、特に好ましくは200℃以上である。150℃未満であると、産業用途として利用する場合に耐熱性が不十分となり好ましくない。
このエポキシ樹脂硬化物は、吸水時におけるガラス転移温度が、好ましくは120℃以上、さらに好ましくは140℃以上である。120℃未満であると、産業用途として利用
する場合、耐熱性が不十分となり好ましくない。
The cured resin has a glass transition temperature of preferably 150° C. or higher, more preferably 180° C. or higher, particularly preferably 200° C. or higher. If it is less than 150°C, the heat resistance is insufficient for industrial use, which is not preferable.
The epoxy resin cured product preferably has a glass transition temperature of 120° C. or higher, more preferably 140° C. or higher when water is absorbed. If it is less than 120°C, the heat resistance will be insufficient for industrial use, which is not preferable.
この樹脂硬化物は、JIS K7171法で測定される曲げ弾性率が、好ましくは3.0GPa以上、さらに好ましくは3.3GPa以上、特に好ましくは3.5GPa以上である。3.0GPa未満であると、エポキシ樹脂組成物を使用して得られる繊維強化複合材料の特性が低下し易く好ましくない。 The cured resin preferably has a flexural modulus of 3.0 GPa or higher, more preferably 3.3 GPa or higher, particularly preferably 3.5 GPa or higher, as measured by JIS K7171. If it is less than 3.0 GPa, the properties of the fiber-reinforced composite material obtained using the epoxy resin composition tend to deteriorate, which is not preferable.
〔繊維強化複合材料〕
本発明はまた、上記のエポキシ樹脂硬化物および繊維強化基材を含む繊維強化複合材料である。この繊維強化複合材料は、繊維強化基材と、本発明のエポキシ樹脂組成物とを複合化して硬化させることにより得ることができる。繊維強化基材として、好ましくは炭素繊維強化基材を用いる。硬化は加熱より行うことができる。
[Fiber-reinforced composite material]
The present invention is also a fiber-reinforced composite material comprising the cured epoxy resin and a fiber-reinforced base material. This fiber-reinforced composite material can be obtained by compounding and curing a fiber-reinforced base material and the epoxy resin composition of the present invention. A carbon fiber reinforced substrate is preferably used as the fiber reinforced substrate. Curing can be performed by heating.
繊維強化基材とエポキシ樹脂組成物とを複合化する方法として、繊維強化基材とエポキシ樹脂組成物とを予め複合化してもよく、例えば、レジントランスファー成形法(RTM法)、ハンドレイアップ法、フィラメントワインディング法、プルトルージョン法のように成形時に複合化してもよい。 As a method for compounding the fiber-reinforced base material and the epoxy resin composition, the fiber-reinforced base material and the epoxy resin composition may be compounded in advance, for example, a resin transfer molding method (RTM method) or a hand lay-up method. , a filament winding method, and a pultrusion method.
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて繊維強化複合材料を製造する方法として、例えばRTM法、オートクレーブ成形法、プレス成形法を用いることができる。本発明のエポキシ樹脂組成物は、特にRTM法に適している。ここで、RTM法は、型内に配置した繊維強化基材に液状のエポキシ樹脂組成物を含浸、硬化して繊維強化複合材料を得る方法である。複雑形状の繊維強化複合材料を効率よく得る観点からRTM法は好ましい成型方法である。 Examples of methods for producing a fiber-reinforced composite material using the epoxy resin composition of the present invention include RTM, autoclave molding, and press molding. The epoxy resin composition of the present invention is particularly suitable for the RTM method. Here, the RTM method is a method for obtaining a fiber-reinforced composite material by impregnating a fiber-reinforced base material placed in a mold with a liquid epoxy resin composition and curing the composition. The RTM method is a preferable molding method from the viewpoint of efficiently obtaining a complex-shaped fiber-reinforced composite material.
本発明において、RTM法において用いられる型として、剛性材料からなるクローズドモールドを用いてもよく、剛性材料のオープンモールドと可撓性のフィルム(バッグ)を用いてもよい。後者の場合、繊維強化基材は、剛性材料のオープンモールドと可撓性フィルムの間に設置することができる。剛性材料としては、例えばスチールやアルミニウムなどの金属、繊維強化プラスチック(FRP)、木材、石膏などを用いることができる。可撓性のフィルムの材料としては、例えばポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、フッ素樹脂、シリコーン樹脂を用いることができる。 In the present invention, as the mold used in the RTM method, a closed mold made of a rigid material may be used, or an open mold made of a rigid material and a flexible film (bag) may be used. In the latter case, the fiber reinforced substrate can be placed between an open mold of rigid material and the flexible film. Examples of rigid materials that can be used include metals such as steel and aluminum, fiber reinforced plastics (FRP), wood, and gypsum. Examples of flexible film materials that can be used include polyamide, polyimide, polyester, fluororesin, and silicone resin.
RTM法において剛性材料のクローズドモールドを用いる場合には、加圧して型締めし、エポキシ樹脂組成物を加圧して注入する。このとき、注入口とは別に吸引口を設け、真空ポンプに接続して吸引してもよい。吸引を行うと、特別な加圧手段を用いることなく大気圧のみでエポキシ樹脂組成物を注入することができる。この方法では、複数の吸引口を設けることにより大型の部材を製造することができ、好適に用いることができる。 When a rigid material closed mold is used in the RTM method, the mold is clamped under pressure and the epoxy resin composition is injected under pressure. At this time, a suction port may be provided separately from the injection port and connected to a vacuum pump for suction. When suction is performed, the epoxy resin composition can be injected only at atmospheric pressure without using special pressurizing means. In this method, a large-sized member can be manufactured by providing a plurality of suction ports, and it can be used preferably.
RTM法において、剛性材料のオープンモールドと可撓性フィルムを用いる場合には、吸引を行い、特別な加圧手段を用いることなく大気圧のみでエポキシ樹脂を注入してもよい。大気圧のみでの注入で良好な含浸を実現するために、樹脂拡散媒体を用いることが有効である。さらに、繊維強化基材の設置に先立ち、剛性材料の表面にゲルコートを塗布してもよい。 In the RTM method, when an open mold made of a rigid material and a flexible film are used, suction may be performed and the epoxy resin may be injected only under atmospheric pressure without using special pressurizing means. It is effective to use a resin diffusion medium to achieve good impregnation by injection at atmospheric pressure only. Additionally, a gel coat may be applied to the surface of the rigid material prior to installation of the fiber reinforced substrate.
RTM法において、繊維強化基材にエポキシ樹脂組成物を含浸した後、加熱硬化を行う。加熱硬化時の型温は、通常、エポキシ樹脂組成物の注入時における型温より高い温度が選ばれる。加熱硬化時の型温は例えば80~200℃である。加熱硬化の時間は例えば1分間~20時間である。加熱硬化が完了した後、脱型して繊維強化複合材料を取り出す。その後、得られた繊維強化複合材料をより高い温度で加熱して後硬化を行ってもよい。後硬化の温度は例えば150~200℃、時間は例えば1分間~4時間である。 In the RTM method, the fiber-reinforced base material is impregnated with the epoxy resin composition and then heat-cured. The mold temperature during heat curing is usually selected to be higher than the mold temperature during injection of the epoxy resin composition. The mold temperature during heat curing is, for example, 80 to 200.degree. The heat curing time is, for example, 1 minute to 20 hours. After heat curing is completed, the fiber-reinforced composite material is taken out by demolding. The resulting fiber-reinforced composite material may then be heated at a higher temperature for post-curing. The post-curing temperature is, for example, 150 to 200° C., and the time is, for example, 1 minute to 4 hours.
エポキシ樹脂組成物をRTM法で繊維強化基材に含浸させる際の含浸圧力は、その樹脂組成物の粘度や樹脂フローなどを勘案して適宜決定すればよい。具体的な含浸圧力は、好ましくは0.001~10MPa、さらに好ましくは0.01~1MPaである。RTM法を用いて繊維強化複合材料を得る場合、エポキシ樹脂組成物は、100℃における粘度が、50mPa・s以下であることが好ましく、30mPa・sであることがより好ましく、20mPa・sであることが更に好ましい。100℃における粘度が、50mPa・sを超える場合、エポキシ樹脂組成物の強化繊維基材への含浸が困難になる。 The impregnation pressure for impregnating the fiber-reinforced base material with the epoxy resin composition by the RTM method may be appropriately determined in consideration of the viscosity and resin flow of the resin composition. A specific impregnation pressure is preferably 0.001 to 10 MPa, more preferably 0.01 to 1 MPa. When obtaining a fiber-reinforced composite material using the RTM method, the epoxy resin composition preferably has a viscosity at 100° C. of 50 mPa s or less, more preferably 30 mPa s, and 20 mPa s. is more preferred. If the viscosity at 100° C. exceeds 50 mPa·s, impregnation of the reinforcing fiber base material with the epoxy resin composition becomes difficult.
RTM法においては、本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物とエポキシ樹脂は含浸する直前に混合されて、エポキシ樹脂組成物が製造されることが好ましい。本発明の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物はエポキシ樹脂との反応性が高いが、含浸される直前に混合されてエポキシ樹脂組成物とされれることで、エポキシ樹脂組成物の粘度が上昇する前に強化繊維基材内部に十分な量のエポキシ樹脂組成物を含浸させることができる。このため、作製される繊維強化複合材料は、ボイド等の欠陥を含まず、圧縮性能および損傷許容性に優れる。 In the RTM method, the epoxy resin composition is preferably produced by mixing the thermosetting resin curing agent composition of the present invention with the epoxy resin immediately before impregnation. Although the curing agent composition for thermosetting resins of the present invention has high reactivity with epoxy resins, the viscosity of the epoxy resin composition increases by being mixed to form an epoxy resin composition immediately before impregnation. A sufficient amount of the epoxy resin composition can be impregnated inside the reinforcing fiber base material in advance. Therefore, the produced fiber-reinforced composite material does not contain defects such as voids, and is excellent in compression performance and damage tolerance.
このように本発明によれば、繊維強化複合材料の製造方法が提供される。すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物を繊維強化基材に含浸して含浸基材とする工程、および該工程で得られた含浸基材を硬化する工程を含む、繊維強化複合材料の製造方法である。 Thus, according to the present invention, a method for producing a fiber-reinforced composite material is provided. That is, a method for producing a fiber-reinforced composite material comprising a step of impregnating a fiber-reinforced base material with the epoxy resin composition of the present invention to obtain an impregnated base material, and a step of curing the impregnated base material obtained in the step. be.
この製造方法において、本発明のエポキシ樹脂組成物を繊維強化基材に含浸して含浸基材とする工程が、本発明のエポキシ樹脂組成物を、型内に配置した繊維強化基材に含浸して含浸基材とする工程であり、その工程で得られた含浸基材を硬化する工程が含浸基材を加熱硬化する工程であることが好ましい。
そして、本発明のエポキシ樹脂組成物を繊維強化基材に含浸して含浸基材とする工程の直前に、本発明のエポキシ樹脂組成物を調製する工程が含まれることが好ましい。
In this production method, the step of impregnating a fiber-reinforced base material with the epoxy resin composition of the present invention to form an impregnated base material includes impregnating the fiber-reinforced base material placed in a mold with the epoxy resin composition of the present invention. It is preferable that the step of curing the impregnated base material obtained in the step is a step of heat-curing the impregnated base material.
A step of preparing the epoxy resin composition of the present invention is preferably included immediately before the step of impregnating a fiber-reinforced base material with the epoxy resin composition of the present invention to form an impregnated base material.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。実施例および比較例において使用した成分および評価方法を以下に記載する。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. Components and evaluation methods used in Examples and Comparative Examples are described below.
1.エポキシ樹脂組成物の原料
(1)硬化剤
(1-1) 硬化剤A
・4,4’-ジアミノ-3,3’-ジイソプロピル-5,5’-ジメチルジフェニルメタン(ロンザ社製 Lonzacure M-MIPA(製品名)、以下「M-MIPA」と略記する、融点70℃、25℃で固体)
・4,4’-ジアミノ-3,3’-ジエチル-5,5’-ジメチルジフェニルメタン(クミアイ化学社製 MED-J(製品名)、以下「MED-J」と略記する、融点76℃、25℃で固体)
1. Raw materials for epoxy resin composition (1) Curing agent (1-1) Curing agent A
· 4,4'-diamino-3,3'-diisopropyl-5,5'-dimethyldiphenylmethane (Lonzacure M-MIPA (product name) manufactured by Lonza, hereinafter abbreviated as "M-MIPA", melting point 70 ° C., 25 solid at °C)
· 4,4'-diamino-3,3'-diethyl-5,5'-dimethyldiphenylmethane (MED-J (product name) manufactured by Kumiai Chemical Co., Ltd., hereinafter abbreviated as "MED-J", melting point 76 ° C., 25 solid at °C)
(1-2) 硬化剤B
・ジエチルトルエンジアミン(クミアイ化学社製 ハートキュア10(製品名)、以下「DETDA」と略記する、25℃で液体)
・ジメチルチオトルエンジアミン(クミアイ化学社製 ハートキュア30(製品名)、以下「DMTDA」と略記する、25℃で液体)
(1-2) Curing agent B
・ Diethyltoluenediamine (Heart Cure 10 (product name) manufactured by Kumiai Chemical Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “DETDA”, liquid at 25 ° C.)
・ Dimethylthiotoluene diamine (Kumiai Chemical Co., Ltd. Heart Cure 30 (product name), hereinafter abbreviated as “DMTDA”, liquid at 25 ° C.)
(1-3) 硬化剤C
・3,4’-ジアミノジフェニルエーテル(帝人社製、以下「3,4’-DAPE」と略記する、融点80℃、25℃で固体)
・2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(東京化成工業社製、以下「BAPP」と略記する、融点129℃、25℃で固体)
・1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン(東京化成工業社製、以下「TPE-R」と略記する、融点116℃、25℃で固体)
・1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン(東京化成工業社製、以下「APB」と略記する、融点108℃、25℃で固体)
・2,6-ジアミノトルエン(東京化成工業社製、以下「DAT」と略記する、融点106℃、25℃で固体)
・m-フェニレンジアミン(富士フイルム和光純薬社製、以下「MPD」と略記する、融点65℃、25℃で固体)
(1-3) Curing agent C
3,4'-diaminodiphenyl ether (manufactured by Teijin Limited, hereinafter abbreviated as "3,4'-DAPE", melting point 80°C, solid at 25°C)
· 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “BAPP”, melting point 129 ° C., solid at 25 ° C.)
・ 1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “TPE-R”, melting point 116 ° C., solid at 25 ° C.)
・ 1,3-bis(3-aminophenoxy)benzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “APB”, melting point 108 ° C., solid at 25 ° C.)
2,6-diaminotoluene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “DAT”, melting point 106 ° C., solid at 25 ° C.)
· m-phenylenediamine (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, hereinafter abbreviated as “MPD”, melting point 65 ° C., solid at 25 ° C.)
(2)エポキシ樹脂
・N,N-ジグリシジル-o-トルイジン(日本化薬社製 GOT(製品名)、以下「GOT」と略記する)
・N,N-ジグリシジルアニリン(日本化薬社製 GAN(製品名)、以下「GAN」と略記する)
・テトラグリシジル-3,4’-ジアミノジフェニルエーテル
これは、下記の合成例1の方法で合成した。以下「3,4’-TGDDE」と略記する。
(2) Epoxy resin N,N-diglycidyl-o-toluidine (GOT (product name) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., hereinafter abbreviated as "GOT")
・N,N-diglycidylaniline (GAN (product name) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “GAN”)
- Tetraglycidyl-3,4'-diaminodiphenyl ether This was synthesized by the method of Synthesis Example 1 below. Hereinafter, it is abbreviated as "3,4'-TGDDE".
〔合成例1〕 3,4’-TGDDEの合成
温度計、滴下漏斗、冷却管および攪拌機を取り付けた四つ口フラスコに、エピクロロヒドリン1110.2g(12.0mol)を仕込み、窒素パージを行いながら温度を70℃まで上げて、これにエタノール1000gに溶解させた3,4’-ジアミノジフェニルエーテル200.2g(1.0mol)を4時間かけて滴下した。さらに6時間撹拌し、付加反応を完結させ、N,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシ-3-クロロプロピル)-3,4’-ジアミノジフェニルエーテルを得た。続いて、フラスコ内温度を25℃に下げてから、これに48%NaOH水溶液500.0g(6.0mol)を2時間で滴下してさらに1時間撹拌した。環化反応が終わってからエタノールを留去して、400gのトルエンで抽出を行い5%食塩水で2回洗浄を行った。有機層からトルエンとエピクロロヒドリンを減圧下で除くと、3,4’-TGDDEを主成分とする褐色の粘性液体が361.7g(収率85.2%)得られた。
[Synthesis Example 1] Synthesis of 3,4'-TGDDE A four-necked flask equipped with a thermometer, a dropping funnel, a cooling tube and a stirrer was charged with 1110.2 g (12.0 mol) of epichlorohydrin and purged with nitrogen. The temperature was raised to 70° C. while continuing, and 200.2 g (1.0 mol) of 3,4′-diaminodiphenyl ether dissolved in 1000 g of ethanol was added dropwise over 4 hours. After further stirring for 6 hours, the addition reaction was completed to give N,N,N',N'-tetrakis(2-hydroxy-3-chloropropyl)-3,4'-diaminodiphenyl ether. Subsequently, after the temperature in the flask was lowered to 25° C., 500.0 g (6.0 mol) of 48% NaOH aqueous solution was added dropwise over 2 hours, and the mixture was further stirred for 1 hour. After completion of the cyclization reaction, ethanol was distilled off, extraction was performed with 400 g of toluene, and washing was performed twice with 5% saline. When toluene and epichlorohydrin were removed from the organic layer under reduced pressure, 361.7 g (yield 85.2%) of a brown viscous liquid containing 3,4'-TGDDE as a main component was obtained.
(3)粒子状ゴム成分
・MX-416(株式会社カネカ製 MX-416(製品名)、グリシジルアミン型4官能エポキシ樹脂へ粒子状ゴム成分を25質量%の濃度となる様に分散させたマスターバッチ)
(3) Particulate rubber component MX-416 (Kaneka Corporation MX-416 (product name), a master obtained by dispersing the particulate rubber component in a glycidylamine-type tetrafunctional epoxy resin to a concentration of 25% by mass. batch)
2.評価方法
(1)硬化剤組成物の特性
(1-1) 硬化剤組成物の調製
表に記載する割合で硬化剤を計量し、撹拌機を用いて90~110℃の適切な温度で60分間混合し、硬化剤組成物を調製した。
2. Evaluation Method (1) Properties of Curing Agent Composition (1-1) Preparation of Curing Agent Composition Weigh the curing agent in the ratio shown in the table, and use a stirrer at an appropriate temperature of 90 to 110° C. for 60 minutes. Mixed to prepare a hardener composition.
(1-2) 硬化剤組成物の液状保持確認
(1-1)で調製した硬化剤組成物を、室温で1週間保管し、目視で固体成分の析出を確認した。析出がないものを「○」、析出の認められたものを「×」とした。
(1-2) Confirmation of Retention of Curing Agent Composition in Liquid State The curing agent composition prepared in (1-1) was stored at room temperature for 1 week, and precipitation of solid components was visually confirmed. A sample with no precipitation was rated as “◯”, and a sample with deposition was rated as “x”.
(2)樹脂組成物の特性
(2-1) エポキシ樹脂組成物の調製
(1-1)で調製した硬化剤組成物と、エポキシ樹脂、粒子状ゴム成分を表に記載する割合で計量し、撹拌機を用いて80℃で60分間混合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表に記載の組成においては、エポキシ樹脂のエポキシ基と硬化剤の活性水素は当量となる。
(2) Properties of Resin Composition (2-1) Preparation of Epoxy Resin Composition The curing agent composition prepared in (1-1), the epoxy resin, and the particulate rubber component were weighed in proportions shown in the table, The mixture was mixed at 80° C. for 60 minutes using a stirrer to prepare an epoxy resin composition. In addition, in the composition shown in the table, the epoxy group of the epoxy resin and the active hydrogen of the curing agent are equivalent.
(2-2) 初期粘度および可使時間
粘度測定は、東機産業株式会社製B型粘度計TVB-15Mを用い、100℃の条件にて行った。測定開始直後の最小測定値を初期粘度とし、粘度が50mPa・sに到達した時間を可使時間とした。
(2-2) Initial Viscosity and Pot Life Viscosity was measured at 100° C. using a Brookfield viscometer TVB-15M manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. The minimum measured value immediately after the start of measurement was taken as the initial viscosity, and the time when the viscosity reached 50 mPa·s was taken as the pot life.
(3)樹脂硬化物の特性
(3-1) 樹脂硬化物の作成
(2-1)で調製したエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、4mm厚のシリコン樹脂製スペーサーにより厚み4mmになるように設定したステンレス製モールド中に注入した。180℃の温度で30分硬化させ、厚さ4mmの樹脂硬化物を得た。
(3) Properties of cured resin product (3-1) Production of cured resin product After defoaming the epoxy resin composition prepared in (2-1) in a vacuum, it was reduced to a thickness of 4 mm with a 4 mm thick silicon resin spacer. It was injected into a stainless steel mold set to It was cured at a temperature of 180° C. for 30 minutes to obtain a resin cured product having a thickness of 4 mm.
(3-2) 硬化度
硬化度αは、以下の式を用いて算出した。
α=(ΔH未硬化-ΔH硬化物)/ΔH未硬化×100
(ただし、ΔHは20℃/分間の昇温速度でDSC測定を行った際に確認される硬化反応に伴う発熱量であり、ΔH未硬化は(2-1)で調製したエポキシ樹脂組成物のΔHであり、ΔH硬化物は(3-1)で調製した樹脂硬化物のΔHである。)
(3-2) Curing degree Curing degree α was calculated using the following formula.
α = (ΔH uncured - ΔH cured product) / ΔH uncured × 100
(However, ΔH is the amount of heat generated due to the curing reaction confirmed when DSC measurement is performed at a heating rate of 20° C./minute, and ΔH is the uncured epoxy resin composition prepared in (2-1). ΔH, and the ΔH cured product is the ΔH of the resin cured product prepared in (3-1).)
(3-3) wet-Tg
SACMA 18R-94法に準じて、ガラス転移温度を測定した。
樹脂試験片の寸法は50mm×6mm×2mmで準備した。プレッシャークッカー(エスペック社製、HASTEST PC-422R8)を用い、121℃、24時間、水蒸気飽和の条件にて準備した樹脂試験片の吸水処理を行った。UBM社製動的粘弾性測定装置Rheogel-E400を用い、測定周波数1Hz、昇温速度5℃/分、ひずみ0.0167%の条件で、チャック間の距離を30mmとし、50℃からゴム弾性領域まで、吸水処理した樹脂試験片の貯蔵弾性率E’を測定した。logE’を温度に対してプロットし、logE’の平坦領域の近似直線と、E’が転移する領域の近似直線との交点から求められる温度をガラス転移温度(Tg)として記録した。
(3-3) wet-Tg
The glass transition temperature was measured according to the SACMA 18R-94 method.
The dimensions of the resin test piece were 50 mm x 6 mm x 2 mm. Using a pressure cooker (HASTEST PC-422R8, manufactured by Espec Co., Ltd.), a resin test piece prepared under water vapor saturation conditions at 121° C. for 24 hours was subjected to water absorption treatment. Using a dynamic viscoelasticity measuring device Rheogel-E400 manufactured by UBM, the measurement frequency is 1 Hz, the temperature increase rate is 5 ° C./min, and the strain is 0.0167%. The storage elastic modulus E' of the resin test piece subjected to water absorption treatment was measured. Log E′ was plotted against temperature, and the temperature obtained from the intersection of the approximate straight line of the flat region of log E′ and the approximate straight line of the transition region of E′ was recorded as the glass transition temperature (Tg).
(3-4) 樹脂曲げ弾性率
JIS K7171法に準じて、試験を実施した。その際の、樹脂試験片の寸法は80mm×10mm×4mm(厚みh)で準備した。支点間距離Lは、16×h(厚み)、試験速度2m/minで曲げ試験を行い、曲げ強度と曲げ弾性率を測定した。
(3-4) Resin flexural modulus A test was carried out according to JIS K7171 method. At that time, the resin test piece was prepared with dimensions of 80 mm×10 mm×4 mm (thickness h). A bending test was performed at a distance L between fulcrums of 16×h (thickness) and a test speed of 2 m/min to measure bending strength and bending elastic modulus.
(3-5) K1c
ASTM D5045法に準じて、試験を実施した。その際の、樹脂試験片の寸法は50mm×8mm(幅W)×4mmで準備した。クラック長aは、0.45≦a/W≦0.55となるように調整した。なお、クラック長aは破壊試験後の破断面を光学顕微鏡を用いて観察し、クラックの先端までの長さ、および試験片両表面におけるクラック長さの平均値を採用した。
(3-5) K1c
The test was performed according to ASTM D5045 method. At that time, the dimensions of the resin test piece were prepared to be 50 mm×8 mm (width W)×4 mm. The crack length a was adjusted so that 0.45≦a/W≦0.55. For the crack length a, the fracture surface after the fracture test was observed with an optical microscope, and the length to the tip of the crack and the average value of the crack lengths on both surfaces of the test piece were adopted.
〔実施例1〕
(硬化剤組成物の調製)
表に記載する割合で硬化剤を計量し、撹拌機を用いて90℃の温度で60分間混合し、硬化剤組成物を調製した。
[Example 1]
(Preparation of Curing Agent Composition)
Curing agents were weighed in proportions shown in the table, and mixed using a stirrer at a temperature of 90° C. for 60 minutes to prepare a curing agent composition.
(エポキシ樹脂組成物の調製)
上記で調製した硬化剤組成物と、エポキシ樹脂、粒子状ゴム成分を表に記載する割合で計量し、撹拌機を用いて80℃で60分間混合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、表に記載の組成においては、エポキシ樹脂のエポキシ基と硬化剤の活性水素は当量となる。
(Preparation of epoxy resin composition)
The curing agent composition prepared above, the epoxy resin, and the particulate rubber component were weighed in the proportions shown in the table, and mixed using a stirrer at 80° C. for 60 minutes to prepare an epoxy resin composition. In addition, in the composition shown in the table, the epoxy group of the epoxy resin and the active hydrogen of the curing agent are equivalent.
(樹脂硬化物の作成)
上記で調製したエポキシ樹脂組成物を真空中で脱泡した後、4mm厚のシリコン樹脂製スペーサーにより厚み4mmになるように設定したステンレス製モールド中に注入した。180℃の温度で30分硬化させ、厚さ4mmの樹脂硬化物を得た。
(Preparation of cured resin)
After defoaming the epoxy resin composition prepared above in a vacuum, it was injected into a stainless steel mold set to a thickness of 4 mm with a 4 mm thick silicon resin spacer. It was cured at a temperature of 180° C. for 30 minutes to obtain a resin cured product having a thickness of 4 mm.
硬化剤組成物、樹脂組成物および樹脂硬化物の特性を表に示した。硬化剤組成物は、1週間以上液状を保持していた。樹脂組成物は、100℃において24mPa・sの低粘度を示し、可使時間は120minとなった。硬化度αは100%となり、速硬化性を示した。樹脂硬化物のwet-Tgは156℃、曲げ弾性率は3.4GPa、K1cは0.86MPa・m1/2と高い力学特性を示した。 The properties of the curing agent composition, resin composition and cured resin are shown in the table. The hardener composition remained liquid for over a week. The resin composition exhibited a low viscosity of 24 mPa·s at 100° C. and a pot life of 120 minutes. The degree of cure α was 100%, indicating rapid curability. The wet-Tg of the cured resin was 156° C., the flexural modulus was 3.4 GPa, and the K1c was 0.86 MPa·m 1/2 , showing high mechanical properties.
〔実施例2~22〕
表に記載のとおり組成を変更して実施例1と同様に実施した。エポキシ樹脂組成物の調製においては、実施例2~9および実施例15~22は90℃、実施例10~14は110℃で実施した。硬化剤組成物、樹脂組成物および樹脂硬化物の特性を表に示した。硬化剤組成物は、1週間以上液状を保持していた。樹脂組成物は、100℃において32mPa・s以下の低粘度を示し、可使時間は80min以上となった。硬化度αはいずれも100%となり、速硬化性を示した。樹脂硬化物のwet-Tgは150℃以上、曲げ弾性率は3.2GPa以上、K1cは0.81MPa・m1/2以上と高い力学特性を示した。
[Examples 2 to 22]
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the composition was changed as shown in the table. In the preparation of the epoxy resin composition, Examples 2 to 9 and Examples 15 to 22 were prepared at 90°C, and Examples 10 to 14 were prepared at 110°C. The properties of the curing agent composition, resin composition and cured resin are shown in the table. The hardener composition remained liquid for over a week. The resin composition exhibited a low viscosity of 32 mPa·s or less at 100° C. and a pot life of 80 minutes or more. The degree of cure α was 100% for all of them, indicating rapid curability. The wet-Tg of the cured resin was 150° C. or higher, the flexural modulus was 3.2 GPa or higher, and the K1c was 0.81 MPa·m 1/2 or higher, showing high mechanical properties.
〔実施例23~25〕
表に記載のとおり組成を変更して実施例1と同様に実施した。エポキシ樹脂組成物の調製においては、実施例23および実施例25は90℃、実施例24は110℃で実施した。硬化剤組成物、樹脂組成物、樹脂硬化物の特性を表に示した。硬化剤組成物は、1週間以上液状を保持していた。樹脂組成物の粘度は硬化度αはいずれも100%となり、速硬化性を示した。樹脂硬化物のwet-Tgは156℃以上、曲げ弾性率は3.2GPa以上と高い力学特性を示した。
[Examples 23 to 25]
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the composition was changed as shown in the table. In the preparation of the epoxy resin composition, Examples 23 and 25 were prepared at 90°C, and Example 24 was prepared at 110°C. The properties of the curing agent composition, the resin composition, and the cured resin are shown in the table. The hardener composition remained liquid for over a week. The viscosity of the resin composition was 100% for the curing degree α, indicating rapid curing. The wet-Tg of the cured resin was 156° C. or higher, and the flexural modulus was 3.2 GPa or higher, indicating high mechanical properties.
〔比較例1、3および6〕
表に記載のとおり組成を変更して実施例1と同様に実施した。硬化剤組成物の特性を表に示した。いずれも1週間以内に固体が析出してきた。
[Comparative Examples 1, 3 and 6]
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the composition was changed as shown in the table. The properties of the hardener composition are shown in the table. In both cases, a solid precipitated within one week.
〔比較例2、4および5〕
表に記載のとおり組成を変更して実施例1と同様に実施した。樹脂硬化物の特性を表に示した。いずれも硬化度αが98未満となり、速硬化性が不十分であった。
[Comparative Examples 2, 4 and 5]
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the composition was changed as shown in the table. The properties of the cured resin are shown in the table. In all cases, the degree of cure α was less than 98, indicating insufficient rapid curability.
Claims (13)
硬化剤Aは、アミノ基に対する2つのオルト位にそれぞれ置換基を有する芳香族ポリアミンであり、該置換基はアルキル基、芳香族基およびハロゲン基から選択され、
硬化剤Bは、25℃で液体である芳香族ポリアミンであり、
硬化剤Cは、芳香族ポリアミンであり、該芳香族ポリアミンは、アミノ基に対するオルト位に電子供与基をただ一つ有するかオルト位に置換基を有しない芳香族ポリアミンであることを特徴とする、熱硬化性樹脂用硬化剤組成物。 A curing agent composition for a thermosetting resin containing a curing agent A, a curing agent B and a curing agent C,
Curing agent A is an aromatic polyamine having substituents in each of the two ortho positions to the amino group, the substituents being selected from alkyl groups, aromatic groups and halogen groups,
Curing agent B is an aromatic polyamine that is liquid at 25° C.
The curing agent C is an aromatic polyamine, characterized in that the aromatic polyamine is an aromatic polyamine that has only one electron-donating group at the ortho-position to the amino group or has no substituents at the ortho-position. , a curing agent composition for thermosetting resins.
硬化剤A、硬化剤Bおよび硬化剤Cの合計が70~100質量%を占め、
硬化剤Aと硬化剤Bの質量比率が1:99~99:1であり、
硬化剤Aと硬化剤Bとの合計100質量部に対して硬化剤Cが1~43質量部である
請求項1に記載の熱硬化性樹脂用硬化剤組成物。 The total weight of the curing agent A, the curing agent B and the curing agent C accounts for 70 to 100% by mass based on the total mass of the curing agent composition for thermosetting resins,
The mass ratio of curing agent A and curing agent B is 1:99 to 99:1,
2. The curing agent composition for thermosetting resin according to claim 1, wherein the curing agent C is 1 to 43 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the curing agent A and the curing agent B.
α=(ΔH未硬化-ΔH硬化物)/ΔH未硬化×100
(ただし、ΔHは20℃/分間の昇温速度でDSC測定を行った際に確認される硬化反応に伴う発熱量であり、ΔH未硬化は未硬化のエポキシ樹脂組成物のΔHであり、ΔH硬化物は樹脂硬化物のΔHである。) 10. The epoxy resin composition according to claim 9, wherein a cured product obtained by curing at 180[deg.] C. for 30 minutes has a DSC curing degree [alpha] of 98% or more, represented by the following formula.
α = (ΔH uncured - ΔH cured product) / ΔH uncured × 100
(However, ΔH is the amount of heat generated due to the curing reaction confirmed when DSC measurement is performed at a temperature increase rate of 20° C./minute, and ΔH uncured is the ΔH of the uncured epoxy resin composition, and ΔH The cured product is ΔH of the resin cured product.)
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