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JPS63186741A - 繊維強化複合材料 - Google Patents

繊維強化複合材料

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Publication number
JPS63186741A
JPS63186741A JP62019265A JP1926587A JPS63186741A JP S63186741 A JPS63186741 A JP S63186741A JP 62019265 A JP62019265 A JP 62019265A JP 1926587 A JP1926587 A JP 1926587A JP S63186741 A JPS63186741 A JP S63186741A
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JP
Japan
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reinforced composite
composite material
fibers
imide compound
mol
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Application number
JP62019265A
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English (en)
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JPH0784530B2 (ja
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Hiroshi Nakamura
宏 中村
Masanao Hata
畑 誠直
Kunimasa Kamio
神尾 邦政
Yasuhisa Saito
康久 斉藤
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.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/144,426 priority patent/US4794148A/en
Priority to EP88300581A priority patent/EP0277742A3/en
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Publication of JPH0784530B2 publication Critical patent/JPH0784530B2/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機械的強度、耐熱性耐熱水性にすぐれた繊維
強化複合材料に関するものである。
〔従来の技術〕
繊維を強化材とした複合材料は大きい引張強度と弾性率
を有し、航空機、自動車の構造材、エンジンの構成部品
あるいは、スポーツ、レジャー用品など種々の用途が拡
大しつつある。
これら複合材料のマトリックス相の材料としては成形性
、物性の点から王として熱硬化性樹脂、殊にエポキシ樹
脂が使用されてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、近年複合材料の応用分野が拡大するにつ
れて、従来より以上の機械的強度の向上、あるいはいま
までの使用環境よりもさらに高温、高温といったように
過酷な環境下において化学的安定性、機械的性質を維持
する材料が要望されるようになってきた。
繊維強化複合材料は強化繊維の特性を最大限に発揮させ
るにはマトリックスとして用いる樹脂が重要であり、上
記要望に応えるためには、マトリックス樹脂の改良が必
要である。
本発明の目的は、機械的強度、耐熱性及び耐熱水性にす
ぐれた複合材料を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はエポキシ脂(A)と下記一般式(1)で示され
るイミド化合物(B)を必須成分とする樹脂組成物の硬
化物をマトリックスとし、強化材として繊維(C)を用
いてなることを特1故とする繊維強化複合材料を提供す
るものである。
R+ 弐(1) p。
〔式(1)中、Arは芳香族残基、R1は水素原子ある
いは炭素数1〜10のアルキル基、R2は水素原子、炭
素数1〜2oのアルキル基、アルコキシ基あるいは水酸
基、Xは−NH2gおよび/または−OHlを表し、m
及びΩはそれぞれ0〜30の整数でmとnは同時に0で
ない。〕本発明は、前記の実情に鑑み検討の拮果、上記
のエポキシ樹脂組成物をマトリックス相として使用し、
強化材として繊維を用いて得られた繊維強化複合材料が
機械的強度、耐熱性、耐熱水性に優れることを見出し、
達成されたものである。
以下本発明について詳細に説明する。
本発明に用いられるエポキシ樹脂(A)は分子中に2個
以上のエポキシ基を有する化合物であり、例示するとビ
スフェノールA、ビスフェノールF、ハイドロキノン、
レゾルシン、フロログリシン、トリス−(4−ヒドロキ
シフェニル)メタン、1,1゜2.2.−テトラキス(
4−ヒドロキシフェニル)エタン等の二価あるいは三価
以上のフェノール類またはテトラブロムビスフェノール
A等のハロゲン化ビスフェノール類から誘導されるグリ
シジルエーテル化合物、フェノール、0−クレゾール等
のフェノール類とホルムアルデヒドの反応生成物である
ノボランク樹脂から誘導されるノボラック系エポキシ樹
脂、アニリン、p−アミノフェノール、m−アミノフェ
ノール、4〜アミノ−m−クレゾール、6−アミノ−m
−クレゾール、4,4゛−ジアミノジフェニルメタン、
3,3”−ジアミノジフェニルメタン、4.41−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、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ヘ
ンセン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼ
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.
2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン、
p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2
.4−トルエンジアミン、2.6− )ルエンジアミン
、P−キシリレンジアミン、m−キシリレンジアミン、
1.4−シクロヘキサン−ビス(メチルアミン)、1.
3−シクロヘキサン−ビス(メチルアミン)、5−アミ
ノ−1−(4’−アミノフェニル)−1,3,3−トリ
メチルインダン、6−アミノ−1−(4°−アミノフェ
ニル)−1,3,3−)リメチルインダン等から誘導さ
れるアミン系エポキシ樹脂、p−オキシ安息香酸、m−
オキシ安息香酸、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香
族カルボン酸から誘導されるグリシジルエステル系化合
物、5,5−ジメチル・ヒダントイン等からm I!さ
れるヒダントイン系エポキシ樹脂、2,2゛−ビス(3
,4−エポキシシクロヘキシル)プロパン、2.2−ビ
ス(4−(2,3−エポキシプロピル)シクロヘキシル
]プロパン、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、3,
4−エポキシシクロへキシルメチル−3,4−エポキシ
シクロヘキサンカルボキシレート等の脂環式エポキシ樹
脂、その他、トリグリシジルイソシアヌレート、2.4
.6− トリグリシドキシ−s−トリアジン等の1種ま
たは2種以上を挙げることができる。
次にイミド化合物(B)について説明する。
先述の式(1)中のArについて詳細に説明すると、A
rは単核あるいは多核の2価の芳香族残基であり、芳香
環は低級のアルキル基、ハロゲン、低級のアルコキシ基
等が置換されているもの及び非置換のものが含まれる。
具体的には、Arは芳香族アミンの残基を1種もしくは
2種・以上をあげることができる。さらに具体的には、
末端基Xが−NH,である場合、Arは芳香族ジアミン
の残基であり、末端基Xが一〇Hの場合、末端基に隣接
するArはアミノフェノールの残基であり、その他のA
rは芳香族ジアミンの残基である。
当該芳香族アミンについて例示すると、芳香族ジアミン
については4.4”−ジアミノジフェニルメタン、3.
3”−ジアミノジフェニルメタン、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、4.4’−ジアミノジフェニルプロパン、4
.4’−ジアミノジフェニルスルフォン、3.3°−ジ
アミノジフェニルスルフォン、2.4−トルエンジアミ
ン、2.6−)ルエンジアミン、m−フェニレンジアミ
ン、p−フェニレンジアミン、ベンジジン、4.4’ 
−ジアミノジフェニルスルファイド、3,3°−ジクロ
ロ−4,4”−ジアミノジフェニルスルフォン、3.3
’−ジクロロ−4,4゛−ジアミノジフェニルプロパン
、3,3°−ジ)チル−4,4゜−ジアミノジフェニル
メタン、3,3”−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビ
フェニル、3,3°−ジメチル−4,4°−ジアミノビ
フェニル、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
、1.4〜ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2
,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン
、4.4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニル
スルフォン、4.4“−ビス(3−アミノフェノキシ)
ジフェニルスルフォン、9.9″−ビス(4−アミノフ
ェニル)フルオレン、3゜3°−ジカルボキシ−4,4
゛−ジアミノジフェニルメタン、2.4−ジアミノアニ
ソール、ビス(3−アミ7′フエニル)メチルホスフィ
ンオキサイド、3.3’−ジアミノヘンシフエノン、0
−トルイジンスルフォン、4,4”−メチレン−ビスー
〇−クロロアニリン、テトラクロロジアミノジフェニル
メタン、m−キシリレンジアミン、P−キシリレンジア
ミン、4,4′−ジアミノスチルベン、5−アミノ−1
−(4°アミノフェニル−1,3,3−トリメチルイン
ダン、6−アミノ−1−(4’−アミノフェニル)−1
,3,3−トリメチルインダン、5−アミノ−6−メチ
ル−1−(3’  −アミノ−4゛メチルフエニル)−
1,3,3−)リメチルインダン、7−アミノ−6−メ
チル−1−(3’  −アミノル4′−メチルフエニル
) −1,3,3−1−リメチルインダン、6−アミノ
−5−メチル−1−(4’  −アミノ−3゛−メチル
フェニル) −1,3,3−トリメチルインダン、6−
アミノ−7〜メチル−1−(4’  −アミノ−3゛−
メチルフェニル) −L3,3− トリメチルインダン
等の1種または2種以上が挙げられる。
一方、アミンフェノール類について例示すると0−アミ
ノフェノール、m−アミノフェノール、P−アミノフェ
ノール、6−アミノ−m−クレゾール、4−アミノ−m
−クレゾール、2.2−(4−ヒドロキシフェニル−4
−アミノフェニル)−プロパン、2.2− (4−ヒド
ロキシフェニル−2°−メチル−4′−アミノフェニル
)−プロパン、2.2−(3−メチル−4−ヒドロキシ
フェニル−4”−アミノフェニル)−プロパン、3−ア
ミノ−1−ナフトール、8−アミノ−2−ナフトール、
5−アミノ−1−ナフトール、4−アミノ−2−メチル
−1−ナフトール等の1種または2種以上が挙げられる
R+及びR2については前述のとおりであるが、R,と
しては特に炭素数1〜10のアルキル基が望ましい。
本発明の末端官能型イミド化合物(B)の製造方法につ
いて例示する。
([)式のXが−NH,のものについては、上記の芳香
族ジアミンと、式 %式% 〔式中、R1、R1は前述と同じ、〕で示される化合物
(以下B+異性体をそれぞれX成分、Y成分とする。)
を芳香族ジアミンを過剰にして、通常のイミド化反応を
行って合成することができる。
合成された化合物をBt とする。
(1)式のXが、−0Hのものについては、−OII 
5を存する上記の芳香族モノアミンと、上記の芳香族ジ
アミンをB+に、芳香族ジアミン/B。
のモル比が(m+n)/ (m+n+1)でかつ芳香族
モノアミン/B、のモル比が2/(m−+−n士1)(
m、nは前述に同じ。)となるように加えて通常のイミ
ド化反応を行って合成することができる。
以上本発明の末端官能型イミド化合物の合成方法につい
て例示したが、もちろんこれらに限定されるものではな
い。
Bl については公知の方法で合成することができる0
例示すると、式 〔式中、R+ 、Rz は前述に同し。〕で示される化
合物(以下B、とする。)と無水マレイン酸をモル比が
1/2でラジカル重合触媒の非存在下、及びラジカル重
合禁止剤の存在下もしくは非存在下に反応して得られる
。B3について例示すると、スチレン、α−メチルスチ
レン、α、p−ジメチルスチレン、α1m−ジメチルス
チレン、イソプロピルスチレン、ビニルトルエン、p 
−t −ブチルスチレン、p−イソプロペニルフェノー
ル、m−イソプロペニルフェノール、1−メトキシ−3
−イソプロペニルベンゼン、1−メトキシ−4−イソプ
ロペニルベンゼン、ビニルキシレン等の1種または2種
以上が挙げられる。
このようにして得られた本発明の末端官能型イミド化合
物は、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチ
ルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、塩化
メチレン、クロロホルム等の低沸点溶媒に高濃度で可溶
でありさらに、エポキシ樹脂との相溶性の優れている。
本発明は以上説明したエポキシ樹脂と末端官能型イミド
化合物を必須成分とし、必要に応じて公知のエポキシ樹
脂硬化剤や硬化促進剤、充填剤、難燃剤、補強剤、表面
処理剤、顔料など併用することができる。
公知のエポキシ硬化剤としては前述の芳香族アミンやキ
シリレンジアミンなどの脂肪族アミンなどのアミン系硬
化剤、フェノールノボラνりやクレゾールノボランクな
どのポリフェノール化合物、さらには酸無水物、ジシア
ンジアミド、ヒドラジド化合物などが例示される。エポ
キシ樹脂(A)と末端官能型イミド化合物CB)との割
合については(A)1g当量に対して(B)と他の硬化
剤の合計が0.8〜1.2 g当量であり、好ましくは
(B)が0.02 g当量以上である。
硬化促進剤としてはベンジルジメチルアミン、2.4.
6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、1.
8−ジアザビジクロウデセンなどのアミン類や、2−エ
チル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合
物、三フフ化ホウ素アミン錯体などが例示できる。
本発明で強化材として使用される繊維としては炭素繊維
、黒鉛繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊
維、チタニア繊維、窒化硼素繊維、芳香族ポリアミド繊
維、芳香族ポリエステル繊維、ポリヘンツイミダヅール
繊維等、引張強度 0.5GPa以上、ヤング率50G
Pa以上の無a質または有機質繊維を例示することがで
きる。これら繊維は連続トウ、織布、短繊維、ボイスカ
ーなどの形で用いることができる。
また、使用目的によっては2種以上の繊維、形状の異な
った繊維を併用することも可能である。
さらに強化繊維の他にタルク、マイカ、炭酸カルシウム
、アルミナ水和物、炭化ケイ素、カーボンブラック、シ
リカ等の粒状物を混用することも樹脂組成物の粘性を改
良して複合材料の成形を容易にしたり、あるいは得られ
る複合材料の物性、例えば圧縮強度などを改良するため
に有効である。
複合材料の製造法としては従来公知のエポキシ樹脂をマ
トリックスとした繊維強化複合材料の製造法、例えばプ
リプレグ法、フィラメントワインディング法、レジンイ
ンジェクタ5ンモールデイング法等、いずれの方法も採
用できるがプリプレグ法が適している。ここでいうプリ
プレグとは強化繊維に樹脂組成物を含浸させたものであ
り、シート状、連続トウ、ストランドおよびヤーンの形
またはベレット状の形をとる。シート状のものでは強化
繊維が連続トウが引き揃とられた形、短繊維がマット状
に絡まった形、あるいは織布の形をとっている。またこ
れら構造の異なるシートを数枚重ね合わせた積層シート
状プリプレグ、また連続トウプリプレグを数本束ねたも
のも有用な材料である。
これらプリプレグの繊維含有率は一般に5〜70体積%
、特に10〜60体積%が好ましい。
これらプリプレグを重ね、または巻きつけること等によ
り所望の形状に賦形した後、加熱、加圧して樹脂組成物
を硬化させることにより繊維強化複合材料を得ることが
できる。
〔発明の効果〕
本発明の繊維強化複合材料は機械的強度、耐熱性、耐熱
水性に優れており、構造材料として有用である。
〔実施例) 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
尚、当該末端官能型イミドオリゴマーの合成のための原
料として例示した製造方法を用いて、以下のものを合成
して使用した。
X成分 Y成分 参考例1 撹拌装置、温度計、冷却分液装置のついたフラスコに4
,4′ジアミノジフエニルメタン29.7g(0,15
モル)及びm−クレゾール242gを加えて、ジアミノ
ジフェニルメタンを溶解後、キシレン48゜5gを加え
て120°Cまで昇温する。この温度でX成分31.4
 g (0,1モル)を加え175°Cまで昇温し、脱
水反応を5時間つづけた。反応後へキサン/イソプロパ
ツール混合液に沈澱して、さらに同波で洗浄を2回行な
い、減圧乾燥してイミド化合物を得た。このものの融点
は約240’C、アミン当量は643g/egであった
参考例2 参考例−1の4.4′ジアミノジフエニルメタン29.
7g(0,15モル)を2,4−トルエンジアミン24
.4 g (0,2モル)にかえて同様の反応を行イミ
ド化合物を得た。このものの融点は約220°C、アミ
ン当量は353g/egであった。
参考例3 撹拌装置、温度計、冷却分液装置のついたフラスコにm
−アミノフェノール80.2 g (0,27モル)及
びm−クレゾール312gを加えて、m−アミノフェノ
ールを溶解後、キシレン62.2gを加えて120°C
まで昇温する。この温度でX成分110 g (0,3
5モル)を加え、参考例1と同様の方法でイミド化合物
を得た。このものの融点は300°C1水酸基当量は2
39g/egであった。
参考例4 参考例3と同様にして、X成分64 g (0,20モ
ル)及びm−クレゾール230.2 gを仕込み、溶解
し70°Cまで昇温し、この温度で2.4−)ルエンジ
アニリン12.4 g (0,1モル)を添加し、1時
間保温後m−アミンフェノール22.2 g (0,2
0モル)を添加し、更に1時間の保温を行った。その後
キシレン46gを加え175°Cまで昇温しで脱水反応
を5時間続けた。以下参考例3と同様の操作を行ないイ
ミド化合物を得た。このものの融点は260°C5水酸
基当量は426g/egであった。
参考例5 撹拌装置、温度計、冷却分液装置のついたフラスコに2
.4−トルエンジアニリン26.2 g (0,215
モル)及びm−クレゾール117gを仕込み70°Cに
昇温し、2.4−)ルエンジアミンを溶解した後、X成
分20.3 g (0,064モル)X成分を24.7
 g (0,079モル)仕込んでポリアミド酸を形成
させる。その後トルエン25.2 gを仕込み、150
°Cまで昇温後回温度で10時間脱水反応を続けた。反
応後得られた樹脂溶液を750gのイソプロパツールに
沈澱し、2回洗浄後、減圧乾燥してイミド化合物を得た
このものの融点は260°C、アミン当量は498g/
egであった。
参考例6 撹拌装置、温度計、冷却分液装置のついたフラスコに、
X成分20.3 g (0,064モル)とX成分を2
4゜7 g (0,079モル)、m−クレゾール16
1g、2゜4−トルエンジアニリン8.68 g (0
,0714モル)を仕込み、70°Cで1時間反応を行
う。その後キシレン32.2 gを仕込み、170°C
6時間脱水反応を続けた。
反応後、得られた樹脂溶液550 gをイソプロパツー
ルに沈澱し、2回洗浄後、減圧乾燥してイミド化合物を
得た。このものの水酸基当量は473g /eg、融点
は270°Cであった。
参考例7 参考例6において、X成分を5.4 g (0,024
モル)とX成分を26.6 g (0,119モル)に
、2.4トルエンジアミン8.68 g (0,071
モル)を4.4′−ジアミノジフェニルメタン、12 
g (0,064モル)に、及びm−7ミ/ 7 エ/
 −ル15.5 g (0,14モ/L’) を8.3
0g (0,076モル)にかえた以外は実施例6と同
様にして、イミド化合物を得た。このものの水酸基当量
は702g/eg、融点は約270’Cであった。
参考例8 参考例5において、X成分を29.7 g (0,09
4モル)X成分を15.3 g (0,049モル)を
仕込んだ以外は参考例5と同様にしてイミド化合物を得
た。このもののアミン当量は506g/eg、融点は約
260’Cであった。
実施例 1〜4 スミエポキシELA−128(ビスフェノールA型エポ
キシ樹脂、エポキシ当1187g/eg、住友化学工業
■製)と、参考例1.2,5.及び7で得られたイミド
化合物を表−1で示した配合でアセトンに溶解し、約5
0重量%の樹脂溶液を得た。
これをプリプレグ用樹脂i8 mとした。
該樹脂溶液を炭素繊維(マグナマイト■As 4、住化
バーキュレス■製に含浸してシリコーンはく離紙を巻き
取った。樹脂の付着量は、閣僚を調節できる2本のステ
ンレス製の棒の間を通すことで調整した。ドラムからは
く離紙上に巻き取られた炭素繊維を切り開いて取り、予
め120’Cにセットしておいた防爆型熱風オゾン中で
30分間置き、脱溶媒およびB−ステージを行った。こ
れをプリプレグとした。このようにして得られたプリプ
レグは、それぞれ樹脂を約35重量%含有し、繊維目付
は、それぞれ150g/m”であった。核プリプレグを
切断、積層し、ホットプレスを用いてマツチドダイ成形
を行った。金型の温度は180’Cに調整した。
次いで成形体を金型から取り出し、200’Cで4時間
後硬化し、炭素繊維を60体積%含む一方向強化複合材
料を得た。このようにして得られた試料について物性測
定を行った結果を表−1に示す。
比較例 1 実施例1において参考例1で得られるイミド化合物のか
わりにスミキュア”S(ジアミ)ジフェニルスルフォン
、住人化学工業■製)を30g用いた以外は実施例1と
同様にして一方向強化複合材料を得た。得られた試料に
ついて物性測定を行った結果を表−1に示す。
実施例 5〜9 スミエポキシ@ELM−434(テトラグリシジルジア
ミノジフェニルメタン、エポキシ当量120g/eg、
住友化学工業■製)、参考例2〜4.6及び7で得られ
たイミド化合物、及びスミキュア■M(ジアミノジフェ
ニルメタン、住友化学工業■製〕を表−2に示した配合
し、アセトンに溶解させ、約50重量%の樹脂?8液を
得た。これをプリプレグ用樹脂溶液とした。
以下実施例1と同様にしてプリプレグを作成し、成形、
後硬化し、炭素繊維を60体積%含む一方向強化複合材
料を得た。物性測定を行った結果について表−2に示す
比較例 2 スミエポキシ@ELM434  (実施例3に同し)1
00gにスミキュア@S(比較例1に同じ)40gをア
セトン150gに溶解し、均一溶液を得た。該樹脂溶液
を用いて実施例1と同様にして繊維強化複合材料を得た
。物性測定をした結果を表−2に示した。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)エポシキ樹脂(A)と下記一般式( I )で示さ
    れるイミド化合物(B)を必須成分とする樹脂組成物の
    硬化物をマトリックスとし、強化材として繊維(C)を
    用いてなることを特徴とする繊維強化複合材料。 ▲数式、化学式、表等があります▼式( I ) 〔式中、Xは−NH_2基および/または−OH基を表
    し、Arは芳香族残基、R_1は水素原子あるいは炭素
    数1〜10のアルキル基、R_2は水素原子、炭素数1
    〜20のアルキル基、アルコキシ基あるいは水酸基を表
    し、m及びnはそれぞれ0〜30の整数でmとnは同時
    に0ではない。〕
  2. (2)イミド化合物(B)においてR_1が1〜10の
    アルキル基である特許請求の範囲第(1)項記載の繊維
    強化複合材料。
  3. (3)イミド化合物(B)においてXが−NH_2基で
    ある特許請求の範囲第(1)項記載の繊維強化複合材料
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