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JPH09100358A - 炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number
JPH09100358A
JPH09100358A JP25800495A JP25800495A JPH09100358A JP H09100358 A JPH09100358 A JP H09100358A JP 25800495 A JP25800495 A JP 25800495A JP 25800495 A JP25800495 A JP 25800495A JP H09100358 A JPH09100358 A JP H09100358A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
epoxy resin
resin composition
carbon fiber
composite material
fiber reinforced
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP25800495A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuya Goto
和也 後藤
Akira Agata
昭 縣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP25800495A priority Critical patent/JPH09100358A/ja
Publication of JPH09100358A publication Critical patent/JPH09100358A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 CFとの接着性に優れ、タック性能の向上の
ためその他の熱可塑性樹脂を溶解混合する面倒な工程も
いらず、プリプレグとしての取り扱い性に非常に優れ、
それを成形したCFRPの機械特性も非常に優れている
炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物を提供す
る。 【解決手段】 (A)ビスフェノールA型エポキシ樹
脂、(B)式(1)で示される構造を含むエポキシ樹脂
および(C)硬化剤を必須成分とし、60℃での粘度が
100〜5000ポイズである炭素繊維強化複合材料用
のエポキシ樹脂組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維(以下、
CF)との接着性に特に優れた炭素繊維強化複合材料
(以下、CFRP)用のエポキシ樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂は硬化後の樹脂の機械的特
性、電気的特性、接着性、等に優れるため広い分野に用
いられている。例えば、電子材料用封止材、塗料・舗装
材料、あるいは接着剤と多岐に渡っている。またCFR
P用の樹脂組成物としても用いられるようになってきて
おり、航空機用から釣竿、ゴルフクラブシャフト等の汎
用用途まで広く用いられている。
【0003】このCFRPを成形する材料としては、予
めエポキシ樹脂組成物をCF、等に含浸させたプリプレ
グが一般的に用いられるが、このプリプレグのマトリッ
クス樹脂としては、成形後の機械的物性に優れること、
CFとの接着性に優れること、適度なタックを有し作業
性に優れること、等が要求される。現在エポキシ樹脂が
プリプレグ用のマトリックス樹脂としてもっとも一般的
に用いられているのは、上記のような要求をバランス良
く満足するためである。
【0004】しかし上記のような特性はもちろんその組
成によって大きく左右され、現在もっとも一般的に用い
られている組成としては、ビスフェノールA型エポキシ
樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂を主成分と
し、それに硬化剤を加えたものであるが、この組成物の
問題点としてはCFとの接着性が不十分であり、特に高
弾性のCF、ピッチ系のCFとの接着性は良くない。こ
れを解決する手段として特開昭63−37135号公
報、同63−37136号公報、同63−37137号
公報には、樹脂組成物にポリビニルホルマール等の熱可
塑性樹脂を溶解添加することがあげられているが、エポ
キシ樹脂への溶解は通常150℃前後の温度で2時間以
上攪拌しなければならず、結構手間がかかる。またプリ
プレグ調製工程は、通常マトリックス樹脂を離型紙に数
十ミクロンの厚みで塗工し、CFに含浸させるが、熱可
塑性樹脂を溶解させると組成物の粘度がかなり上がって
しまい、これらの塗工、含浸工程の通過性に悪影響が出
てしまう。また、物性的には吸水率が上昇するなどの悪
影響もある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは以上のこ
とに鑑み、工程通過性に悪影響を与えるほどの粘度上昇
を伴わず、CFとの接着性を向上させ、CFRPの物性
を向上させる樹脂組成物について鋭意検討した結果、本
発明に到達した。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、(A)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂、(B)下式(1)で
示される構造を含むエポキシ樹脂および(C)硬化剤を
必須成分とし、60℃での粘度が100〜5000ポイ
ズである炭素繊維強化複合材料用のエポキシ樹脂組成物
にある。
【0007】
【化4】
【0008】
【化5】
【0009】
【化6】
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のエポキシ樹脂組成物の
(A)成分のビスフェノールA型のエポキシ樹脂として
は、一般に市販されているものを使用することができ
る。代表的なものとしては油化シェルエポキシ株式会社
製のエピコート828、834、1001、1009等
を例示することができる。組成物としたときに後述する
粘度範囲となるものであれば、エポキシ当量、分子量に
は制限はない。
【0011】また、本発明のエポキシ樹脂組成物の
(B)成分は、下式(1)の骨格を有することが本発明
の目的を達成するために必要である。1分子当たりのエ
ポキシ基の数は平均1.2〜5官能が好ましく、1.2
〜3官能は更に好ましい。
【0012】
【化7】
【0013】
【化8】
【0014】
【化9】
【0015】このような樹脂としては旭チバ株式会社製
のXAC4151、4152を例示することができる。
【0016】そして、本発明のエポキシ樹脂組成物の
(C)成分としては、通常エポキシ樹脂組成物の硬化剤
として使用されるものであればよく、特に制限はない。
代表的なものとしてはジシアンジアミド、ウレア系化合
物、アミン系化合物、酸無水物、イミダゾール系化合
物、フェノール系化合物、等を例示することができる。
【0017】本発明のエポキシ樹脂組成物は、プリプレ
グ用のマトリックス樹脂として60℃で100〜500
0ポイズでなければならない。100ポイズより小さい
粘度ではタックがつよすぎたり、成形時の樹脂フローが
多くなったりして好ましくない。また5000ポイズを
越えるとプリプレグへの樹脂の含浸が不十分であった
り、タックがなくなりすぎたり、プリプレグが固くなる
など好ましくない。より好ましい範囲としては300〜
3000ポイズである。
【0018】本発明のエポキシ樹脂組成物は(A)/
(B)の重量比が30/70〜90/10の範囲が好ま
しい。この範囲外では耐熱性とCFとの接着性のバラン
スが低下する傾向にあり、一方向CFRPの繊維軸に対
して90°方向の強度が低くなってしまう。
【0019】また本発明のエポキシ樹脂組成物には上記
の条件を満たす範囲でそのほかのエポキシ樹脂等を添加
することができる。例えばビスフェノールF型、グリシ
ジルアミン型、アミノフェノール型、等のエポキシ樹脂
をあげることができる。
【0020】更に本発明のエポキシ樹脂組成物をCFを
主成分とする補強繊維、に含浸、一体化することにより
得られる取り扱い性良好なプリプレグは成形後のコンポ
物性、特に一方向剤の90°方向の強度に優れている。
【0021】CF材の種類、形態は特に限定しないが、
CF単独の一方向材、織布、ガラスやアラミド繊維との
ハイブリッドでも良い。またCF自身にも特に制限はな
く、パン系、ピッチ系いずれのCFでも良く、弾性率、
強度等にも制限はない。
【0022】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳しく説明
する。実施例中の化合物の略号、及び試験法は以下の通
りである。
【0023】(化合物略号) Ep828 :油化シェルエポキシ株式会社製ビスフ
ェノールA型エポキシ樹脂 Ep1001 :油化シェルエポキシ株式会社製ビスフ
ェノールA型エポキシ樹脂 Ep1002 :油化シェルエポキシ株式会社製ビスフ
ェノールA型エポキシ樹脂 Ep1004 :油化シェルエポキシ株式会社製ビスフ
ェノールA型エポキシ樹脂 XAC4151:旭チバ株式会社製イソシアネート変性
エポキシ樹脂 XAC4152:旭チバ株式会社製イソシアネート変性
エポキシ樹脂 N740 :大日本インキ化学工業株式会社製フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂 PDMU :フェニルジメチルウレア DCMU :ジクロロジメチルウレア Dicy :ジシアンジアミド
【0024】(未硬化樹脂の昇温粘度測定)レオメトリ
ックス社製動的粘弾性測定装置RDA−700を用い、
25mmφのDisk Plate上に未硬化樹脂を盛
り、Gap 0.5mmとして昇温速度2℃/分で昇温
し、60℃にて10ラジアン/秒のシェア加え測定し
た。
【0025】(曲げ試験(3点曲げ))オリエンテック
株式会社製万能力学試験機テンシロンを用い、CFRP
の繊維軸に対し0゜、90゜方向の3点曲げ試験を行っ
た。それぞれの試験片のサイズは、0°曲げ:120m
m長×10mm巾×2mm厚、90°曲げ:60mm長
×10mm巾×2mm厚で、圧子先端半径3.2mm、
圧子の移動速度2mm/分、支点間距離/厚みは、それ
ぞれ40、16で行った。
【0026】(硬化樹脂のガラス転移温度(Tg))レ
オメトリックス社製動的粘弾性測定装置RDA−700
を用い、60mm長×12mm巾×2mm厚の硬化樹脂
試験片に対して5℃/STEPで昇温しながら10ラジ
アン/秒のシェア加え保存剛性率G’を測定した。G’
vs温度のカーブを取得し、ガラス状態領域でのG’に
接線を引き、G’が大きく変化している転移領域で接線
を引き、両接線の交点をガラス転移温度(Tg)とし
た。
【0027】(実施例1〜10、比較例1〜5 表1に示した組成(数値は重量部)で本発明のエポキシ
樹脂組成物を調製し、これを離型紙上に塗工し、一方向
に引きそろえたCF(三菱レイヨン株式会社製、TR3
0G−12L)に含浸し、一方向プリプレグを得た。樹
脂組成物の60℃での粘度を表1にあわせて示した。得
られたプリプレグは取り扱い性良好であった。これを一
方向に積層し130℃×1時間、真空バッグ成形で成形
し、一方向CFRPを得た。得られたCFRPの曲げ試
験、Tg測定を実施し、測定結果を表1にあわせて示し
た。尚、以下の実施例、比較例ともCFの体積含有率は
60±1%になるように調製した。
【0028】
【表1】
【0029】(実施例11〜13、比較例6〜8)表2
に示した組成でエポキシ樹脂組成物を調製し、CFとし
て三菱レイヨン株式会社製HR40−12Mを用いたほ
かは、実施例1と同様にして、一方向CFRPの曲げ試
験、Tg測定を実施し、結果を表2にあわせて示した。
【0030】
【表2】
【0031】
【発明の効果】本発明の炭素繊維強化複合材料用エポキ
シ樹脂組成物は、これまで主流であるビスフェノールA
型エポキシ樹脂とフェノールノボラック型エポキシ樹脂
を主成分とするCFRP用マトリックスレジンよりもC
Fとの接着性に優れ、かつ、タック性能の向上のためそ
の他の熱可塑性樹脂を溶解混合する面倒な工程もいらな
い。また本発明のエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹
脂とするプリプレグは取り扱い性に非常に優れており、
それを成形して得られるCFRPは機械特性に非常に優
れたものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)ビスフェノールA型エポキシ樹
    脂、(B)下式(1)で示される構造を含むエポキシ樹
    脂および(C)硬化剤を必須成分とし、60℃での粘度
    が100〜5000ポイズである炭素繊維強化複合材料
    用のエポキシ樹脂組成物。 【化1】 【化2】 【化3】
  2. 【請求項2】 成分(A)と(B)の比率が(A)/
    (B)=30/70〜90/10(重量比)である請求
    項1記載の炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成
    物。
JP25800495A 1995-10-04 1995-10-04 炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物 Pending JPH09100358A (ja)

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