JPS61103922A - Epoxy resin composition for use in composite material - Google Patents
Epoxy resin composition for use in composite materialInfo
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- JPS61103922A JPS61103922A JP22389584A JP22389584A JPS61103922A JP S61103922 A JPS61103922 A JP S61103922A JP 22389584 A JP22389584 A JP 22389584A JP 22389584 A JP22389584 A JP 22389584A JP S61103922 A JPS61103922 A JP S61103922A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は靭性および繊維直角方向の引張伸度の優れた複
合材料用エポキシ樹脂組成物に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an epoxy resin composition for composite materials that has excellent toughness and tensile elongation in the direction perpendicular to the fibers.
[従来の技術]
炭素繊維、ガラス繊維および芳香族ポリアミド繊維など
の強化材とエポキシ樹脂からなる複合材料は、その高い
比強度、比弾性率を生かしてゴルフシャフトや釣竿など
のプレミア・スポーツ用途および航空機等の構造材用途
に広く使用されている。しかし、これらの複合材料に使
用されているエポキシ樹脂は、更に大きな強度や強靭性
も必要とする用途には性能が不十分であり、靭性の優れ
たエポキシ樹脂の出現が強く望まれている。[Prior Art] Composite materials made of reinforcing materials such as carbon fibers, glass fibers, and aromatic polyamide fibers and epoxy resins are used for premium sports applications such as golf shafts and fishing rods, taking advantage of their high specific strength and specific modulus. Widely used for structural materials such as aircraft. However, the performance of the epoxy resins used in these composite materials is insufficient for applications that require greater strength and toughness, and there is a strong desire for the emergence of epoxy resins with superior toughness.
エポキシ樹脂の靭性の向上に関して多くの技術が提案さ
れている。その手法の一つは、エポキシ樹脂にアクリロ
ニトリル−ブタジェン共重合体などのゴムを添加した後
、エポキシ樹脂を硬化させてゴム相を分散相として形成
させることによりクラックの発生を防止したり、接着強
度の向上を図るものである(例えば、特開昭57−21
450号公報)。他の手法には、ポリスルホン、ポリア
クリレートなどの熱可塑性′I7M脂をエポキシ樹脂に
添加・混合し硬化樹脂のクラックの伝播を制御し゛ た
り、この樹脂を使用して炭素繊維強化複合材料の靭性を
向上させる方法がある(例えば、The[3ritis
h Polymer Journal、 Vol、
15 、March、 1983 、P、 71
.28th 3aa+pe 5yiposiui
、 1983 、P、 367 、特開昭58−1
34126)。しかし、これらの手法は複合材料の靭性
を飛躍的に向上させるには不満足であり、更にこれらの
ゴムや熱可塑性樹脂を混合するとエポキシ樹脂の粘度が
非常に高くなり、プリプレグの製造あるいは成形工程で
強化材との含浸性不良が生じ易いこと、エポキシ樹脂と
改質材の共通溶媒を使用しないと両者の均質な混合が不
可能な場合が多いなどの問題がある。Many techniques have been proposed for improving the toughness of epoxy resins. One method is to add rubber such as acrylonitrile-butadiene copolymer to epoxy resin, and then cure the epoxy resin to form a rubber phase as a dispersed phase, which prevents cracks and improves adhesive strength. (For example, Japanese Patent Laid-Open No. 57-21
450). Other methods include adding and mixing thermoplastic 'I7M resins such as polysulfone and polyacrylate to epoxy resins to control the propagation of cracks in cured resins, and using these resins to improve the toughness of carbon fiber reinforced composite materials. There are ways to improve it (for example, The[3ritis
h Polymer Journal, Vol.
15, March, 1983, P, 71
.. 28th 3aa+pe 5yiposiui
, 1983, P, 367, JP-A-58-1
34126). However, these methods are unsatisfactory in dramatically improving the toughness of composite materials, and furthermore, when these rubbers and thermoplastic resins are mixed, the viscosity of the epoxy resin becomes extremely high, making it difficult to manufacture or mold prepregs. There are problems such as poor impregnation with the reinforcing material, and homogeneous mixing of the epoxy resin and the modifier is often impossible unless a common solvent is used for both.
エポキシ樹脂の各種ポリアミド樹脂による改質も古(か
ら研究されている。特公昭40−1874号公報は、エ
ポキシ樹脂とメタノール可溶ナイロンからなる接着性組
成物を、特開昭55−71771号公報はエポキシ樹脂
、アルケニルフェノール重合体および共重合ナイロンあ
るいはナイロン12からなる構造用接着剤組成物を、特
開昭56−152832号は固体状エポキシ樹脂、固体
レゾール型フェノール樹脂および直鎖状ポリアミド樹脂
からなる塗膜用粉体エポキシ樹脂組成物を i開
示している。また、米国特許2,705.223号、2
,986.539号および特開昭58−53913号公
報は、ダイマー酸系ポリアミドとエポキシ樹脂からなる
組成物あるいはこの組成物と強化繊維からなるプリプレ
グを開示してい、る。Modification of epoxy resins with various polyamide resins has also been studied since ancient times. discloses a structural adhesive composition composed of an epoxy resin, an alkenylphenol polymer, and copolymerized nylon or nylon 12, and JP-A-56-152832 discloses a structural adhesive composition composed of a solid epoxy resin, a solid resol type phenolic resin, and a linear polyamide resin. A powder epoxy resin composition for coating film is disclosed.Also, U.S. Pat.
, 986.539 and JP-A-58-53913 disclose a composition comprising a dimer acid polyamide and an epoxy resin, or a prepreg comprising this composition and reinforcing fibers.
これらの特許で使用されるダイマー酸系ポリアミドは、
実質的に十分な量の末端基を有しエポキシ樹脂の硬化剤
として反応させるべく使用されている。以上に例示した
エポキシ樹脂とポリアミド樹脂からなる組成物は、複合
材料の靭性を向上させるという観点から見ると性能的に
不満足であり、またその構成においても本発明と明らか
に異なる。The dimer acid polyamides used in these patents are
It has a substantially sufficient amount of terminal groups to be used as a curing agent for epoxy resins. The composition made of an epoxy resin and a polyamide resin exemplified above is unsatisfactory in terms of performance from the viewpoint of improving the toughness of a composite material, and its structure is also clearly different from the present invention.
更に、エポキシ樹脂と反応性を有するダイマー酸系ポリ
アミドとエポキシ樹脂からなる組成物は、反応に伴なう
粘度の上昇が大きく樹脂の混合工程や強化材とのプリプ
レグ化工程等において均質な製品を取得するうえで不都
合となる。Furthermore, compositions made of dimer acid-based polyamides and epoxy resins that are reactive with epoxy resins have a large increase in viscosity due to the reaction, making it difficult to produce homogeneous products during the resin mixing process or prepreg formation process with reinforcing materials. It is inconvenient to obtain it.
航空機用CFRPに使用されているエポキシ樹脂の硬化
剤は4,4′−ジアミノジフェニルスルホンが使用され
ている。“この硬化剤を使用したエポキシ樹脂組成物は
高弾性率を有し、熱変形温度が高いため得られるCFR
Pは、優れた耐熱性、層間剪断強度、及び圧縮強度を有
しているが、繊維直角方向の引張破断伸度が小さい。4,4'-diaminodiphenylsulfone is used as a curing agent for epoxy resins used in aircraft CFRP. “Epoxy resin compositions using this curing agent have a high modulus of elasticity and a high heat distortion temperature, resulting in CFR
P has excellent heat resistance, interlaminar shear strength, and compressive strength, but has low tensile elongation at break in the direction perpendicular to the fibers.
この結果、0°/90″、0°/±45°/900のよ
うな積層板の引張物性は低いものになり、炭素繊維の優
れた特性を十分生かしていない。As a result, the tensile properties of laminates such as 0°/90'' and 0°/±45°/900 are low, and the excellent properties of carbon fibers are not fully utilized.
[発明が解決しようとする問題点コ
本発明は、靭性ならびに繊維直角方向の引張破断伸度の
優れた複合材料用エポキシ樹脂組成物を提供することを
一つの目的とし、本発明の他の目的は、樹脂組成物の製
造および複合材料用プリプレグの製造・成形工程におい
て適度の粘度を有し均質な製品を与える靭゛性ならびに
繊維直角方向の引張破断伸度の優れた複合材料用エポキ
シ樹脂組成物を提供することにある。[Problems to be Solved by the Invention] One object of the present invention is to provide an epoxy resin composition for composite materials that has excellent toughness and tensile elongation at break in the direction perpendicular to the fibers. is an epoxy resin composition for composite materials that has excellent toughness and tensile elongation at break in the direction perpendicular to the fibers and provides a homogeneous product with appropriate viscosity in the manufacturing process of resin compositions and prepregs for composite materials. It's about providing things.
[問題点を解決するための手段]
本発明は、
「(1)下記(A)、(B)および(C)を必須成分と
して配合してなる複合材料用エポキシ樹脂組成物。[Means for Solving the Problems] The present invention provides: “(1) An epoxy resin composition for composite materials comprising the following (A), (B) and (C) as essential components.
(A> ポリエポキシド
(B) 一般式■
(式中、Rは炭素数2〜10のアルキレングリコール、
または、炭素数5〜14の脂環式ジオールの残基である
。残基とは、アルキレングリコール、または、脂環式ジ
オールの水酸基を除いたものである。)で示される硬化
剤
(C) 高分子量ダイマー酸系ポリアミド(2)
上記(1)に6いて(B)成分の一般式■のRが
Hz
献
−CH2−C−CH2−■
Hs
のネオベンチルグリコールジパラアミノベンゾエートで
ある複合材料用エポキシ樹脂組成物。(A> Polyepoxide (B) General formula ■ (In the formula, R is an alkylene glycol having 2 to 10 carbon atoms,
Alternatively, it is a residue of an alicyclic diol having 5 to 14 carbon atoms. The residue is an alkylene glycol or an alicyclic diol from which the hydroxyl group has been removed. ) Curing agent (C) High molecular weight dimer acid polyamide (2)
An epoxy resin composition for composite materials in the above (1), wherein R in the general formula (1) of the component (B) is neobentyl glycol dipraminobenzoate of Hz -CH2-C-CH2-2Hs.
〈3) 上記(1)において(C)成分が、ポリアミ
ド1g当り5X10−4モル当量以下の末端基濃度を有
する高分子mダイマー酸系ポリアミドである複合材料用
エポキシ樹脂組成物。」
に関するものである。(3) An epoxy resin composition for composite materials in the above (1), wherein the component (C) is a polymeric m-dimer acid-based polyamide having a terminal group concentration of 5×10 −4 molar equivalents or less per 1 g of polyamide. ”.
本発明で使用し得るポリエポキシドは、分子中に平均し
て一個より多いエポキシ基を有する化合物であり、この
エポキシ基は末端基として存在するものであってもよく
、また分子内部にあってもよい。ポリエポキシドは、飽
和あるいは不飽和の脂肪族、環状脂肪族、芳香族または
複素環式化合物であってもよく、更にハロゲン原子、水
酸基、エーテル基等を含む化合物であり・でもよく、例
えば、ビスフェノールA、FaよびSのグリシジル化合
物、クレゾールノボラックまたはフェノールノボラック
のグリシジル化合物、芳香族アミンのグリシジル化合物
および環状脂肪族エポキシ樹脂などがある。Polyepoxides that can be used in the present invention are compounds that have on average more than one epoxy group in the molecule, and this epoxy group may be present as a terminal group or may be internal to the molecule. . The polyepoxide may be a saturated or unsaturated aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic compound, and may also be a compound containing a halogen atom, a hydroxyl group, an ether group, etc., for example, bisphenol A. , glycidyl compounds of Fa and S, glycidyl compounds of cresol novolak or phenol novolak, glycidyl compounds of aromatic amines, and cycloaliphatic epoxy resins.
そのようなポリエポキシドの具体例には、1゜4−ビス
(2,3−エポキシプロポキシ)ベンゼン、4.4′−
ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ジフェニルエーテ
ルがある。 。Specific examples of such polyepoxides include 1°4-bis(2,3-epoxypropoxy)benzene, 4.4'-
Bis(2,3-epoxypropoxy)diphenyl ether. .
ポリエポキシドの別の例として多価フェノールのグリシ
ジル化合物がある。これに使用し得る多価フェノールと
しては、例えばレゾルシノール、カテコール、ヒドロキ
ノン、2.2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパ
ン(ビスフェノールA) 、2.2−ビス(4−ヒドロ
キシフェニル)ブタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル
)スルボン(ビスフェノールS)、ビス(4−ヒドロキ
シフェニル)メタン、トリス(4−ヒドロキシフェニル
)メタン、3.9−ビス(3−メトキシ、4−ヒドロキ
シフェニル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ
(5,5)ウンデカン、更にハロゲン含有フェノールと
して2.2−ビス(4−ヒドロキシテトラブロモフェニ
ル)プロパンなどが含まれる。Another example of a polyepoxide is a glycidyl compound of polyhydric phenol. Polyhydric phenols that can be used for this purpose include, for example, resorcinol, catechol, hydroquinone, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane (bisphenol A), 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)butane, bis( 4-hydroxyphenyl)sulfone (bisphenol S), bis(4-hydroxyphenyl)methane, tris(4-hydroxyphenyl)methane, 3.9-bis(3-methoxy,4-hydroxyphenyl)-2,4,8 , 10-tetraoxaspiro(5,5)undecane, and 2,2-bis(4-hydroxytetrabromophenyl)propane as a halogen-containing phenol.
ポリエポキシドの別の例として、多価アルコールのグリ
シジル化合物がある。この目的に使用し得る多価アルコ
ールとしては、例えばグリセロール、エチレングリコー
ル、ペンタエリスリトール、2.2−ビス(4−ヒドロ
キシシクロヘキシル)プロパンなどが挙げられる。Another example of a polyepoxide is a glycidyl compound of a polyhydric alcohol. Examples of polyhydric alcohols that can be used for this purpose include glycerol, ethylene glycol, pentaerythritol, and 2,2-bis(4-hydroxycyclohexyl)propane.
内部エポキシ基を有するポリエポキシドの例として、4
−(1,2−エポキシエチル)−1,2−エボキツシク
ロヘキサン、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)
エーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−(
3,4−エポキシ)シクロヘキサンカルボ、キシレート
などが挙げられる。Examples of polyepoxides with internal epoxy groups include 4
-(1,2-epoxyethyl)-1,2-epoxycyclohexane, bis(2,3-epoxycyclopentyl)
Ether, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-(
Examples include 3,4-epoxy)cyclohexanecarbo, xylate, and the like.
ポリエポキシドの別の例として、芳香族アミンのグリシ
ジル化合物がある。この目的に使用し得る芳香族アミン
としては、ジアミノジフェニルメタン、メタキシリレン
ジアミン、m−7ミノフエノール、p−アミノフェノー
ルなどがある。Another example of a polyepoxide is a glycidyl compound of an aromatic amine. Aromatic amines that can be used for this purpose include diaminodiphenylmethane, metaxylylene diamine, m-7 minophenol, p-aminophenol, and the like.
これらのポリエポキシドのうち、ビスフェノールAのジ
グリシジルエーテル、タレゾールノボラックあるいはフ
ェノールノボラックのグリシジル化合物、ジアミノジフ
ェニルメタンのグリシジル化合物およびアミノフェノー
ルのグリシジル化合物が好ましく使用される。Among these polyepoxides, diglycidyl ether of bisphenol A, glycidyl compounds of talesol novolak or phenol novolak, glycidyl compounds of diaminodiphenylmethane, and glycidyl compounds of aminophenol are preferably used.
本発明の一般式■で示される化合物は公知の方法で得る
ことができる。例えば、炭素数2〜10のアルキレンゲ
ルコール、または、炭素数5〜14の脂環式ジオールを
p−ニトロペンゾイルクロライドと反応させ、ついで生
成物をパラジウム触媒の存在下、ヒドラジンで還元する
ことにより得ることができる。炭素数2〜10のフルキ
レングリコールとしては、エチレングリコール、1,2
−プロパンジオール、1.3−プロパンジオール、1.
2−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3
−ブタンジオール、1.5−ベンタンジオール、2,4
−ベンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1.3
−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1.5−ヘキ
サンジオール、1゜6−ヘキサンジオール、2−エチル
−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル
−2゜4−ベンタンジオール、1.7−へブタンジオー
ル、2.2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2
−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、
2.2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−メ
チル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、1,
8−オクタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサン
ジオール、1,9−ノナンジオール、1.10−デカン
ジオールなどの直鎖の、または、側鎖を有するアルキレ
ングリコールなどがあげられる。アルキレングリコール
は、酸素、イオウなどの異種原子を含んでいてもよく、
例えばジエチレングリコール、トリエチレングリコール
、チオジェタノールなどがあげられる。炭素数5〜14
の脂環式ジオールとしては、1.3−シクロベンタンジ
オール、1,4−シクロヘキサンジオール、’1.4−
シクロヘキサンジメチロール、1,5−デカンジオール
、トリシクロデカンジメチロールなどのジオールがあげ
られる。これらアルキレングリコール、脂環式ジオール
のうち炭素数4〜8の直鎖の、または、側鎖を有するア
ルキレングリコールを使用すると特にすぐれた引張物性
のエポキシ樹脂硬化物が得られる。The compound represented by the general formula (1) of the present invention can be obtained by a known method. For example, by reacting an alkylene gelcol having 2 to 10 carbon atoms or an alicyclic diol having 5 to 14 carbon atoms with p-nitropenzoyl chloride, and then reducing the product with hydrazine in the presence of a palladium catalyst. Obtainable. As the fullylene glycol having 2 to 10 carbon atoms, ethylene glycol, 1,2
-propanediol, 1.3-propanediol, 1.
2-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3
-butanediol, 1,5-bentanediol, 2,4
-bentanediol, neopentyl glycol, 1.3
-dimethyl-1,3-propanediol, 1,5-hexanediol, 1゜6-hexanediol, 2-ethyl-2-methyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2゜4-bentanediol, 1.7-hebutanediol, 2.2-diethyl-1,3-propanediol, 2
-methyl-2-propyl-1,3-propanediol,
2.2-diethyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2-propyl-1,3-propanediol, 1,
Examples include linear or side chain alkylene glycols such as 8-octanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, 1,9-nonanediol, and 1,10-decanediol. Alkylene glycols may contain heteroatoms such as oxygen, sulfur, etc.
Examples include diethylene glycol, triethylene glycol, thiogentanol, and the like. Carbon number 5-14
Examples of the alicyclic diol include 1,3-cyclobentanediol, 1,4-cyclohexanediol, '1.4-
Examples include diols such as cyclohexane dimethylol, 1,5-decane diol, and tricyclodecane dimethylol. Among these alkylene glycols and alicyclic diols, a cured epoxy resin having particularly excellent tensile properties can be obtained by using a linear or side chain alkylene glycol having 4 to 8 carbon atoms.
この化合物の添加量は理論的にはエポキシ1当量に対し
てアミン1当量になるよう添加すれば良いが、硬化速度
やシェルフライフの調整、及び、得 1られる硬
化剤の耐熱性、耐水性、伸度などから、この化合物の添
加量はエポキシ1当量に対して0゜5〜1.5当量、よ
り好ましくは、0.8〜1゜2当l使用される。また、
本発明において、この化合物は他の硬化剤と併用するこ
とは勿論可能である。更に、三フフ化ホウ素、アミン錯
体、イミダゾール化合物などを硬化促進剤として使用す
ることもできる。Theoretically, the amount of this compound to be added may be 1 equivalent of amine per 1 equivalent of epoxy. From the viewpoint of elongation, etc., the amount of this compound added is 0.5 to 1.5 equivalents, more preferably 0.8 to 1.2 equivalents, per equivalent of epoxy. Also,
In the present invention, it is of course possible to use this compound in combination with other curing agents. Furthermore, boron trifluoride, amine complexes, imidazole compounds, etc. can also be used as curing accelerators.
本発明で使用される高分子量ダイマー酸系ポリアミドと
は、不飽和高級脂肪酸を二量化して得られるダイマー酸
を主成分とするジカルボン酸とエチレンジアミン、ヘキ
サメチレンジアミンなどのジアミンから製造されるポリ
アミドである。用いられる不飽和高級脂肪酸は乾性油、
半乾性油、またはこれらの遊離酸またはこれらの酸の単
純な脂肪族アルコールエステル、特にリノール酸に富ん
だ原料の重合によって得られる。ここでいうダイマー酸
は個々のダイマー酸はもちろんダイマー酸混合物も含む
。The high molecular weight dimer acid polyamide used in the present invention is a polyamide manufactured from dicarboxylic acid whose main component is dimer acid obtained by dimerizing unsaturated higher fatty acids and diamines such as ethylene diamine and hexamethylene diamine. be. The unsaturated higher fatty acids used are drying oils,
Obtained by polymerization of semi-drying oils or raw materials rich in these free acids or simple aliphatic alcohol esters of these acids, especially linoleic acid. The term "dimer acid" as used herein includes not only individual dimer acids but also mixtures of dimer acids.
ダイマー酸混合物はたいてい、大部分が三量体であるが
、三量体、高重合体、単量体も含まれている。Dimer acid mixtures are often predominantly trimers, but also include trimers, polymers, and monomers.
種々のダイマー酸が用いられるがリノール酸またはリル
ン酸に富む物質の重合により得られたものが入手しやす
い。この高分子量ダイマー酸系ポリアミドとしては例え
ばリルン酸のダイマーから得られるものが=マクロメル
トn(ヘンケル日本社製)の商標で販売されている。Various dimer acids can be used, but those obtained by polymerizing substances rich in linoleic acid or linoleic acid are readily available. As this high molecular weight dimer acid polyamide, for example, one obtained from a dimer of lylunic acid is sold under the trademark of Macromelt n (manufactured by Henkel Nippon Co., Ltd.).
本発明で使用される高分子量ポリアミドは、およそ1o
O〜200℃の範囲に軟化温度を有する固形ポリアミド
であり、特に末端アミノ基および末端カルボキシ基の合
計量がポリアミド1g当り5×10″″5モル当量以下
であるものが好ましく使用される一0本発明で使用する
ポリアミドは十分高分子量であることが特に重要であり
、低分子口で末端基量が多くエポキシドと反応性の高い
ポリアミドは複合材料の靭性向上効果が小さいうえ、ポ
リエポキシドとポリアミドを混合する工程および強化材
に含浸してプリプレグを製造する工程で両者が反応し粘
度が高くなるため高品質のプリプレグの製造が困ガにな
る。ポリアミド使用量は、ポリエポキシドおよび硬化剤
の合計量100重量部に対し、5〜100重量部好まし
くは10〜30重量部使用される。ポリアミドの使用量
が5重量部以下の場合には、複合材料の靭性向上効果が
小さく、一方100重量部より多い場合には均質な混合
が困難になるとともに樹脂の耐熱性が大きく低下する。The high molecular weight polyamide used in the present invention is approximately 10
A solid polyamide having a softening temperature in the range of 0 to 200°C, and in particular, one in which the total amount of terminal amino groups and terminal carboxyl groups is 5 x 10''5 molar equivalent or less per 1 g of polyamide is preferably used. It is particularly important that the polyamide used in the present invention has a sufficiently high molecular weight. Polyamides with low molecular weight, a large number of terminal groups, and high reactivity with epoxides have a small effect on improving the toughness of composite materials, and also During the mixing process and the process of impregnating reinforcing material to produce prepreg, the two react and the viscosity increases, making it difficult to produce high-quality prepreg. The amount of polyamide used is 5 to 100 parts by weight, preferably 10 to 30 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total amount of polyepoxide and curing agent. When the amount of polyamide used is less than 5 parts by weight, the effect of improving the toughness of the composite material is small, while when it is more than 100 parts by weight, homogeneous mixing becomes difficult and the heat resistance of the resin is greatly reduced.
本発明の各成分の混合方法に特に制限はなく、各成分の
性状や、目的とする配合物の混合状態あるいは分散状態
に応じて適宜好ましい方法を選択することができる。混
合方法の一例として(A)。There is no particular restriction on the method of mixing the components of the present invention, and a preferred method can be selected as appropriate depending on the properties of each component and the mixing state or dispersion state of the target compound. (A) as an example of the mixing method.
(B)および(C)の各成分が溶解する溶媒を使用して
比較的低温で均一溶液とする方法があり、他の例として
溶媒を使用せずに比較的高温で各成分を混合する方法が
ある。後者の場合には、ポリエポキシドとポリアミドは
先ず高温で溶解させたのち温度を下げ、次いで硬化剤を
混合する方法が好ましく使用される。There is a method of forming a homogeneous solution at a relatively low temperature using a solvent in which the components (B) and (C) are dissolved, and another method is of mixing each component at a relatively high temperature without using a solvent. There is. In the latter case, it is preferable to first melt the polyepoxide and polyamide at a high temperature, lower the temperature, and then mix the curing agent.
本発明のエポキシ樹脂組成物はCFRPとして好ましく
用いられるが、この場合に使用される炭素繊維とは一定
方向に配列されたテープ、シート状物、マット状物、織
物などどのような形態の炭素繊維にも適用できる。さら
に、ガラス繊維、ボロン1iA維、有11aA帷など通
常FRPの補強材として用いられるものはすべて使用で
きる。The epoxy resin composition of the present invention is preferably used as CFRP, and the carbon fibers used in this case include carbon fibers in any form such as tapes, sheets, mats, and textiles arranged in a certain direction. It can also be applied to Furthermore, all materials normally used as reinforcing materials for FRP, such as glass fiber, boron 1iA fiber, and aluminum 11aA strip, can be used.
[作用]
本発明では、ポリエポキシド、高分子量ダイマー酸系ポ
リアミドおよび一般式■で表わされる硬化剤を組合せる
ことにより、エポキシ樹脂の脆さが改良され靭性の優れ
た複合材料用樹脂組成物が提供される。[Function] In the present invention, by combining a polyepoxide, a high molecular weight dimer acid polyamide, and a curing agent represented by the general formula (■), a resin composition for composite materials with improved brittleness of the epoxy resin and excellent toughness is provided. be done.
本発明の硬化剤の使用は、硬化物の耐熱性を向上させる
とともに高分子量ダイマー酸系ポリアミドとの相溶性に
優れ、エポキシ樹脂組成物の均質性を著しく向上させる
。また、この組合せは各成分の配合工程および強化材に
含浸してプリプレグを製造する工程における不均質ない
し不都合な粘度上昇を伴なうことなく、複合材料の靭性
の向上をもたらす。さらに、このエポキシ樹脂組成物は
、C・
一方向積層材の繊維直角方向の引張伸度を大幅に向上さ
せる。Use of the curing agent of the present invention improves the heat resistance of the cured product, has excellent compatibility with high molecular weight dimer acid polyamide, and significantly improves the homogeneity of the epoxy resin composition. Moreover, this combination improves the toughness of the composite material without causing inhomogeneous or undesirable increases in viscosity during the step of blending each component and the step of impregnating the reinforcing material to produce a prepreg. Furthermore, this epoxy resin composition significantly improves the tensile elongation of the C. unidirectional laminate in the direction perpendicular to the fibers.
[実施例]
以下の実施例によって本発明を更に詳細に説明する。実
施例中の各成分の量は重量部を表わし、ポリエポキシド
の内容は以下のとおりである。[Example] The present invention will be explained in further detail by the following example. The amounts of each component in the examples represent parts by weight, and the contents of the polyepoxide are as follows.
エポキシA:ビスフェノールAジグリシジルエーテル、
油化シェルエポキシ(株)類エピコート828゜
エポキシBニジアミノシフIニルメタンのテトラグリシ
ジル化合物、住友化学(株)製ELM434゜
エポキシC:テトラブロムビスフェノールAジグリシジ
ルエーテル、大日本インキ(株)製エビクロン152゜
エポキシDEN、N、O−トリグリシジルメタアミノフ
ェノール、住友化学(株)tJELM120゜
実施例1
エポキシA15部、エポキシ840部、エポキシ030
部、エポキシ030部およびダイマー酸系ポリアミド“
マクロメルト” 6238 (軟化温度138℃、末端
基量1.7X10−4モル当量/g)38.5部をフラ
スコに入れ、攪拌下オイルバスで150℃に加熱した。Epoxy A: bisphenol A diglycidyl ether,
Yuka Shell Epoxy Co., Ltd. Epicote 828° Epoxy B Nidiaminosifylmethane tetraglycidyl compound, Sumitomo Chemical Co., Ltd. ELM434° Epoxy C: Tetrabromobisphenol A diglycidyl ether, Dainippon Ink Co., Ltd. Eviclon 152° Epoxy DEN, N, O-triglycidyl meta-aminophenol, Sumitomo Chemical Co., Ltd. tJELM120゜Example 1 15 parts of epoxy A, 840 parts of epoxy, epoxy 030
030 parts of epoxy and dimer acid polyamide
38.5 parts of Macromelt'' 6238 (softening temperature 138°C, amount of end groups 1.7×10 −4 molar equivalents/g) was placed in a flask and heated to 150°C in an oil bath while stirring.
3時間すると透明な粘稠液が得られた。この溶液にネオ
ペンチルグリコールバラジアミノ、ベンゾエート53部
を添加し、すばやく均一溶解させた。フラスコを減圧に
して脱泡後、配合樹脂を成形型に注型し、180℃で2
時間硬化させ厚さ211の透明硬化板を得た。A clear viscous liquid was obtained after 3 hours. 53 parts of neopentyl glycol valadiamino benzoate was added to this solution and quickly and uniformly dissolved. After defoaming by reducing the pressure in the flask, the blended resin was poured into a mold and heated at 180℃ for 2 hours.
A transparent cured plate having a thickness of 211 mm was obtained by curing for a period of time.
硬化物のガラス転移温度(示差差動熱量計を使用し、4
0℃/分の昇温速度で測定)は172℃であり、島津オ
ートグラフl5−5000を用いてクロスヘッド速度2
.5ffl1m/分の条件で測定した引張破断伸度は1
0.9%であった。The glass transition temperature of the cured product (using a differential calorimeter, 4
(measured at a heating rate of 0°C/min) was 172°C, using a Shimadzu Autograph 15-5000 at a crosshead speed of 2.
.. The tensile elongation at break measured at 5ffl1m/min is 1
It was 0.9%.
同様にして、ポリアミドを添加せずに、エポキシA1エ
ポキシB1エポキシC1エポキシDおよびネオペンチル
グコールバラジアミノペンゾエートの混合物から硬化板
を作製した。このもののガラス転移温度は197℃であ
り、引張破断伸度は6.0%であった。Similarly, cured plates were made from a mixture of epoxy A1 epoxy B1 epoxy C1 epoxy D and neopentyl glycol valadiaminopenzoate without adding polyamide. The glass transition temperature of this material was 197°C, and the tensile elongation at break was 6.0%.
本実施例から、硬化物の大幅なガラス転移温度の低下を
伴うことな(、ダイマー酸系ボリアミドが均質に混合さ
れた高伸度の硬化物が得られることが明らかにされた。From this example, it was revealed that a cured product with high elongation in which dimer acid polyamide was homogeneously mixed was obtained without significantly lowering the glass transition temperature of the cured product.
実施例2
実施例1の“マクロメルト”6238の代わりに、′マ
クロメルト”6224(軟化温度126℃、末端基量2
.1X10−4モル当ffi/g)を使用しポリエポキ
シドとポリアミドからなる透明溶液を得た。この溶液に
ネオペンチルグリコールバラジアミノベンゾエートを添
加し、均一に溶解した樹脂組成物を得た。Example 2 In place of "Macromelt" 6238 in Example 1, 'Macromelt' 6224 (softening temperature 126°C, terminal group amount 2
.. A clear solution of polyepoxide and polyamide was obtained using 1.times.10@-4 mole equivalent ffi/g). Neopentyl glycol valadiaminobenzoate was added to this solution to obtain a uniformly dissolved resin composition.
実施例3
エポキシA15部、エポキシ855部、エポキシ030
部、“マクロメルト”6238 66部およびネオペン
チルグリコールバラジアミノベンゾエートを53部使用
して、実施例1と同様の方法で樹脂組成物を調製した。Example 3 15 parts of epoxy A, 855 parts of epoxy, 030 epoxy
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 using 66 parts of Macromelt 6238 and 53 parts of neopentyl glycol valadiaminobenzoate.
これを180℃で2時間硬化させたところ透明な硬化板
が得られた。When this was cured at 180° C. for 2 hours, a transparent cured plate was obtained.
同様にして、ネオペンチルグリコールバラジアミノベン
ゾエートの代わり゛に、ジアミノジフェニルスルホンを
使用すると不透明な硬化板が得られた。Similarly, opaque cured plates were obtained when diaminodiphenylsulfone was used in place of neopentyl glycol valadiaminobenzoate.
本実施例から、硬化剤にネオペンチルグリコールバラジ
アミノベンゾエートを使用することによって相溶性が向
上し、゛マクロメルトパを人聞に混合しても均一な樹脂
硬化板が得られることが明らかにされた。From this example, it was revealed that by using neopentyl glycol valadiaminobenzoate as a curing agent, the compatibility was improved, and that a uniform resin cured plate could be obtained even if macromeltopa was mixed with the mixture.
実施例4
実施例1の樹脂組成物をトリクレン/エタノール/メチ
ルエチルケトン混合層*(1/1/2゜5比)450部
に溶解し、透明な溶液を調製した1この溶液を、束しく
株)製“トレカ”T300使用平織クロスに樹脂金mが
41%になるように塗布・含浸させた。1日風乾後、加
熱乾燥して溶媒を除去したところ、タック性とドレープ
性のある均質なプリプレグが得られた。このプレプレグ
を24枚積層し、オートクレーブを使用して180℃、
2時間、圧力6h/a+Fの条件で硬化させ、厚さ約5
゜、の複合材を得た。 ′
実施例5
エポキシA15部、エポキシ840部、エポキシ030
部、エポキシ030部および“マクロメルト”6238
3℃、6部を150℃で加熱して、透明な粘稠液を得
た。この溶液を135℃まで冷却し、ネオペンチルグリ
コールバラジアミノベンゾエートを添加し、すばやく均
一分散させた。Example 4 A transparent solution was prepared by dissolving the resin composition of Example 1 in 450 parts of tricrene/ethanol/methyl ethyl ketone mixed layer* (1/1/2°5 ratio). A plain weave cloth using T300 manufactured by Torayka Co., Ltd. was coated and impregnated with resin gold m to a concentration of 41%. After air drying for one day, the solvent was removed by heat drying, and a homogeneous prepreg with tack and drape properties was obtained. 24 sheets of this prepreg were laminated and heated at 180℃ using an autoclave.
Cured for 2 hours at a pressure of 6h/a+F to a thickness of approx.
A composite material of ゜ was obtained. ′
Example 5 15 parts of epoxy A, 840 parts of epoxy, 030 epoxy
part, 030 parts of epoxy and 6238 parts of "Macromelt"
At 3°C, 6 parts were heated to 150°C to obtain a clear viscous liquid. This solution was cooled to 135° C., neopentyl glycol valadiaminobenzoate was added, and uniformly dispersed quickly.
この樹脂を用いて、シリコンベーパー上にレジンフィル
ムを形成し、このフィルムを“トレカ”T700の一方
向配列繊維にW が35%になるように加熱加圧して転
写し、タック性とドレープ性のある均質な一方向配列ブ
リブレグを得た。このプリプレグ24枚積層し、オート
クレーブを使用して180℃、2時間、圧力61q/a
lの条件で硬化させ、厚さ約4.5mmの複合材を得た
。この複合材に先端R161fflの錘を使用して、6
80−・cn+/cm(試料厚さ)の落錘11i1エネ
ルギーを与えた。この衝撃試験より生じた損傷の度合を
キャノン・ホロンニツクス社製超音波深傷映像装置M4
00B型を用いて測定した。損傷面積を表1に示す。Using this resin, a resin film is formed on silicone vapor, and this film is transferred to the unidirectionally aligned fibers of "Torayca" T700 by heating and pressing so that the W is 35%, and the tackiness and drape properties are improved. A homogeneous unidirectionally aligned blibleg was obtained. 24 sheets of this prepreg were laminated and heated in an autoclave at 180°C for 2 hours at a pressure of 61q/a.
A composite material having a thickness of about 4.5 mm was obtained. Using a weight with a tip R161ffl on this composite material,
A falling weight 11i1 energy of 80−·cn+/cm (sample thickness) was applied. The degree of damage caused by this impact test was measured using an ultrasonic deep damage imaging device M4 manufactured by Canon Holonics.
It was measured using 00B type. The damaged area is shown in Table 1.
“トレカ”T700の代わりに“トレカ”T3OOを使
用して、上述と同様の方法で一方向配列ブリプレグを作
製した。このプリプレグを16枚重ね、オートクレーブ
を使用して180℃、2時間、圧力6Ic+1/rdの
条件で硬化させ、厚さ約2111111の一方向積・層
材を得た。島津オートグラフlS−5000を用いて、
クロスヘッド速度2.510111/分の条件で上記複
合材の繊維直角方向の引張破断伸度を測定した。結果を
表1に示す。A unidirectional alignment blipreg was produced in the same manner as described above, using "Toreca" T3OO instead of "Toreca" T700. 16 sheets of this prepreg were stacked and cured using an autoclave at 180° C. for 2 hours at a pressure of 6Ic+1/rd to obtain a unidirectional laminated material with a thickness of about 21111111. Using Shimadzu Autograph IS-5000,
The tensile elongation at break of the composite material in the direction perpendicular to the fibers was measured at a crosshead speed of 2.510111/min. The results are shown in Table 1.
比較例1
実施例5において、ポリアミドを添加していない組成物
について同様にして複合材を作製し、衝撃試験および繊
維直角方向の引張試験を行なった。Comparative Example 1 A composite material was prepared in the same manner as in Example 5 using a composition to which no polyamide was added, and an impact test and a tensile test in the direction perpendicular to the fibers were conducted.
結果を表1に示す。The results are shown in Table 1.
実施例6
実施例5の“マクロメルト”6238 30゜6部の代
わりに45.9部を使用した以外は実施例5と同様にし
て複合材を作製し、衝撃試験を行なった。結果を表1に
示す。Example 6 A composite material was prepared in the same manner as in Example 5, except that 45.9 parts of "Macromelt" 6238 30°6 parts in Example 5 was used, and an impact test was conducted. The results are shown in Table 1.
実施例7
実施例5の“トレカ”T700の代わりに“トレカ”T
300を使用した以外は実施例5と同様の樹脂組成およ
び方法で一方向配列ブリブレグを作製した。このプリプ
レグを16枚重ね、オートクレーブを使用して180℃
、2時間、圧力61/dの条件で硬化させ、厚さ約21
Qmの一方向積層材を得た。島津オートグラフl5−5
000を用いて、クロスヘッド速度2.5mm1分の条
件で上記複合材の繊維直角方向の引張破断伸度を測定し
た。結果を表1に示す。Example 7 “Trading card” T instead of “Trading card” T700 in Example 5
A unidirectionally aligned brev leg was produced using the same resin composition and method as in Example 5, except that 300 was used. 16 sheets of this prepreg were stacked and heated to 180℃ using an autoclave.
, cured for 2 hours at a pressure of 61/d to a thickness of approximately 21/d.
A unidirectionally laminated material of Qm was obtained. Shimadzu Autograph l5-5
000, the tensile elongation at break in the direction perpendicular to the fibers of the composite material was measured at a crosshead speed of 2.5 mm and 1 minute. The results are shown in Table 1.
比較例2
エポキシ845部、エポキシ040部、エポキシ015
部、ジアミノジフェニルスルホン38部および“マクロ
メルト”6238 13.8部を使用して、実施例7と
同様の方法で一方向積層材のam直角方向の引張破断伸
度を測定した。結果を表1に示す。Comparative Example 2 845 parts of epoxy, 040 parts of epoxy, 015 parts of epoxy
The tensile elongation at break in the am-perpendicular direction of the unidirectional laminate was measured in the same manner as in Example 7 using 38 parts of diaminodiphenylsulfone, and 13.8 parts of "Macromelt" 6238. The results are shown in Table 1.
[発明の効果] (1) 複合材料の衝撃による損傷が減少する。[Effect of the invention] (1) Damage to composite materials due to impact is reduced.
(2) 耐熱性の高い樹脂組成物が提供される。(2) A resin composition with high heat resistance is provided.
(3) 品質が安定し、ハンドリング性に優れたプリ
プレグが作製できる。(3) Prepreg with stable quality and excellent handling properties can be produced.
(4) 均質な樹脂組成および硬化樹脂が得られる。(4) A homogeneous resin composition and cured resin can be obtained.
(5)特殊な条件を必要とせず、オートクレーブを用い
て成形できる。(5) Can be molded using an autoclave without requiring special conditions.
(6〉 一方向積層材の繊維直角方向の引張破断伸度
が向上し、均質な多方向積層材ができる。(6) The tensile elongation at break in the direction perpendicular to the fibers of the unidirectional laminated material is improved, and a homogeneous multidirectional laminated material can be produced.
Claims (3)
て配合してなる複合材料用エポキシ樹脂組成物。 (A)ポリエポキシド (B)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼[1] (式中、Rは炭素数2〜10のアルキレングリコール、
または、炭素数5〜14の脂環式ジオールの残基である
。残基とは、アルキレングリコール、または、脂環式ジ
オールの水酸基を除いたものである。)で示される硬化
剤 (C)高分子量ダイマー酸系ポリアミド(1) An epoxy resin composition for composite materials containing the following (A), (B) and (C) as essential components. (A) Polyepoxide (B) General formula ▲ Numerical formula, chemical formula, table, etc. ▼ [1] (In the formula, R is an alkylene glycol having 2 to 10 carbon atoms,
Alternatively, it is a residue of an alicyclic diol having 5 to 14 carbon atoms. The residue is an alkylene glycol or an alicyclic diol from which the hydroxyl group has been removed. ) Curing agent (C) High molecular weight dimer acid polyamide
式[1]のRが ▲数式、化学式、表等があります▼[2] のネオペンチルグリコールジパラアミノベンゾエートで
ある複合材料用エポキシ樹脂組成物。(2) In claim 1, R in general formula [1] of component (B) is a ▲ mathematical formula, chemical formula, table, etc. ▼ [2] An epoxy for composite materials that is neopentyl glycol diparaminobenzoate. Resin composition.
リアミド1g当り5×10^−^4モル当量以下の末端
基濃度を有する高分子量ダイマー酸系ポリアミドである
複合材料用エポキシ樹脂組成物。(3) An epoxy resin composition for composite materials in claim 1, wherein component (C) is a high molecular weight dimer acid polyamide having a terminal group concentration of 5 x 10^-^4 molar equivalents or less per 1 g of polyamide. thing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22389584A JPS61103922A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Epoxy resin composition for use in composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22389584A JPS61103922A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Epoxy resin composition for use in composite material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61103922A true JPS61103922A (en) | 1986-05-22 |
JPH054972B2 JPH054972B2 (en) | 1993-01-21 |
Family
ID=16805387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22389584A Granted JPS61103922A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Epoxy resin composition for use in composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61103922A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6411659A (en) * | 1987-07-06 | 1989-01-17 | Toray Industries | Rotor for high speed rotation |
JPS6415165A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-19 | Toray Industries | Rotor for high speed rotation |
JP2015214711A (en) * | 2010-01-07 | 2015-12-03 | ヘクセル コンポジッツ、リミテッド | Novel resin curing agents |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP22389584A patent/JPS61103922A/en active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6411659A (en) * | 1987-07-06 | 1989-01-17 | Toray Industries | Rotor for high speed rotation |
JPS6415165A (en) * | 1987-07-07 | 1989-01-19 | Toray Industries | Rotor for high speed rotation |
JP2015214711A (en) * | 2010-01-07 | 2015-12-03 | ヘクセル コンポジッツ、リミテッド | Novel resin curing agents |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH054972B2 (en) | 1993-01-21 |
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