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WO2021241734A1 - エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料およびその製造方法 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料およびその製造方法 Download PDF

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WO2021241734A1
WO2021241734A1 PCT/JP2021/020408 JP2021020408W WO2021241734A1 WO 2021241734 A1 WO2021241734 A1 WO 2021241734A1 JP 2021020408 W JP2021020408 W JP 2021020408W WO 2021241734 A1 WO2021241734 A1 WO 2021241734A1
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WO
WIPO (PCT)
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epoxy resin
fiber
reinforced composite
resin composition
composite material
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2021/020408
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English (en)
French (fr)
Inventor
林慎也
小柳静恵
松川滉
富岡伸之
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.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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 Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Priority to JP2021531121A priority Critical patent/JPWO2021241734A1/ja
Publication of WO2021241734A1 publication Critical patent/WO2021241734A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C39/02Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
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    • B29C70/48Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements in the closed mould, e.g. resin transfer moulding [RTM], e.g. by vacuum
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    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L51/00Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L51/04Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to rubbers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins

Definitions

  • the present invention relates to an epoxy resin composition suitably used for aerospace members, automobile members, etc., a fiber-reinforced composite material using the same, and a method for producing the same.
  • Fiber-reinforced composite materials consisting of reinforced fibers and matrix resins can be designed to take advantage of the advantages of reinforced fibers and matrix resins, so their applications are expanding to the aerospace field, sports field, general industrial field, etc. ..
  • the reinforcing fiber glass fiber, aramid fiber, carbon fiber, boron fiber, etc. are used.
  • the matrix resin both a thermosetting resin and a thermoplastic resin are used, but a thermosetting resin that can be easily impregnated into the reinforcing fiber is often used.
  • the thermosetting resin an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, a bismaleimide resin, a cyanate resin and the like are used.
  • a method for forming the fiber-reinforced composite material As a method for forming the fiber-reinforced composite material, a method such as a prepreg method, a hand lay-up method, a filament winding method, a plutrusion method, or an RTM (Resin Transfer Molding) method is applied.
  • the prepreg method is a method of obtaining a molded product by laminating a prepreg in which a reinforcing fiber is impregnated with an epoxy resin composition into a desired shape and heating the prepreg.
  • this prepreg method is suitable for the production of fiber-reinforced composite materials having high material strength required for structural material applications such as aircraft and automobiles, it goes through many processes such as prepreg production and laminating.
  • the RTM method is a method in which a liquid epoxy resin composition is injected into a reinforcing fiber base material placed in a heated molding mold, impregnated, and heat-cured in the molding mold to obtain a molded product.
  • Each molding step of the RTM method includes a step of injecting and impregnating a liquid epoxy resin composition into a reinforcing fiber base material placed in a heated molding die, and a step of heating and curing the epoxy resin composition in the molding die. The process is divided into a step of obtaining a molded product and removing the molded product from the molding die.
  • the epoxy resin composition In order to shorten the time for injecting and impregnating the epoxy resin composition into the reinforcing fiber base material, the epoxy resin composition should have a low viscosity so as to be impregnated in a short time, and the epoxy resin composition being injected has a low viscosity. It is necessary to maintain the condition. Further, in order to shorten the heat curing time, it is required that the epoxy resin composition is sufficiently cured in a short time and high heat resistance is imparted so that the epoxy resin composition can be smoothly demolded.
  • an epoxy resin composition containing methylenebis (3-chloro-2,6-diethylaniline) (M-CDEA) as a curing agent has been disclosed, and there is a method of suppressing an increase in viscosity for a long time. It has been proposed (Patent Document 1). Further, an epoxy resin composition containing diaminodiphenyl sulfone as a curing agent is disclosed, which has excellent impregnation property, can be cured at high speed at 180 ° C., and the resin is sufficiently cured in the demolding step after molding. A method has been proposed (Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Although the method described in Patent Document 1 can suppress an increase in viscosity for a long time, the resin composition has a high viscosity, so that the impregnation property is insufficient and the reactivity is low. Since it contains (3-chloro-2,6-diethylaniline) (M-CDEA), it has a problem that its curability at a high temperature of 180 ° C. is low and sufficient high strength is not developed in a short time.
  • M-CDEA (3-chloro-2,6-diethylaniline)
  • Patent Document 2 Although the method described in Patent Document 2 described above is excellent in impregnation property, it may not be sufficiently good for high-speed curing property required at a high level.
  • an object of the present invention is that the viscosity is very low, the impregnation property is excellent, the viscosity increase is suppressed even at the injection temperature, the viscosity can be sufficiently cured in a short time, and the resin is used in the demolding step after molding. It is an object of the present invention to provide an epoxy resin composition that can be smoothly demolded by sufficiently curing and imparting high heat resistance. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a fiber-reinforced composite material having excellent compressive strength, impact resistance and microcrack resistance during moist heat.
  • the present invention has the following configuration in order to solve the above problems. That is, an epoxy resin composition containing at least the following constituents [A] to [C] as an epoxy resin and at least the following constituents [D] and [E] as a curing agent.
  • A] is contained in an amount of 30 parts by mass or more and 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component
  • the component [B] is contained in an amount of 20 parts by mass or more and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component.
  • the constituent component [D] is contained in 55 parts by mass or more and 75 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total curing agent component, and is contained in the total number of epoxy groups (E) contained in the epoxy resin and in the curing agent.
  • It is an epoxy resin composition in which H / E which is the ratio with the total number of active hydrogens (H) of an amine compound is 1.1 or more and 1.4 or less.
  • H / E which is the ratio with the total number of active hydrogens (H) of an amine compound is 1.1 or more and 1.4 or less.
  • the fiber-reinforced composite material of the present invention is a fiber-reinforced composite material containing the cured product of the epoxy resin composition and the reinforced fiber base material.
  • the first aspect of the method for producing a fiber-reinforced composite material of the present invention is a main agent solution containing at least the constituent components [A] to [C] as an epoxy resin, and at least the constituent components [D] and the curing agent.
  • a molding die in which a curing agent solution consisting of a liquid containing the component [E] and in which the component [D] is uniformly dissolved is mixed at 70 ° C. or higher and 130 ° C. or lower and then heated to 110 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. It is a method for producing a fiber-reinforced composite material which is injected into a reinforcing fiber base material arranged inside, impregnated, and cured at 110 ° C.
  • constituent component [A] is an all-epoxy resin.
  • 30 parts by mass or more and 50 parts by mass or less are contained with respect to 100 parts by mass of the component
  • the component [B] is contained by 20 parts by mass or more and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component
  • the component [B] is contained.
  • D] is contained in an amount of 55 parts by mass or more and 75 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total curing agent component, and the total number of epoxy groups (E) contained in the epoxy resin and the total number of active hydrogens of the amine compound contained in the curing agent.
  • This is a method for producing a fiber-reinforced composite material having an H / E ratio of (H) of 1.1 or more and 1.4 or less.
  • the second aspect of the method for producing a fiber-reinforced composite material of the present invention is a main agent solution containing at least the constituent components [A] to [C] as an epoxy resin, and at least the constituent components [D] and the curing agent.
  • a molding die in which a curing agent solution consisting of a liquid containing the component [E] and in which the component [D] is uniformly dissolved is mixed at 70 ° C. or higher and 130 ° C. or lower and then heated to 90 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. It is a method for producing a fiber-reinforced composite material which is injected into a reinforcing fiber base material arranged inside, impregnated, and cured at 160 ° C.
  • constituent component [A] is an all-epoxy resin.
  • 30 parts by mass or more and 50 parts by mass or less are contained with respect to 100 parts by mass of the component
  • the component [B] is contained by 20 parts by mass or more and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component
  • the component [B] is contained.
  • D] is contained in an amount of 55 parts by mass or more and 75 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total curing agent component, and the total number of epoxy groups (E) contained in the epoxy resin and the total number of active hydrogens of the amine compound contained in the curing agent.
  • This is a method for producing a fiber-reinforced composite material having an H / E ratio of (H) of 1.1 or more and 1.4 or less.
  • the viscosity is very low, the impregnation property is excellent, the viscosity increase is suppressed even at the injection temperature, the viscosity is stable, sufficient curing can be performed in a short time, and the resin is sufficient in the demolding step after molding. It becomes possible to provide an epoxy resin composition which can be smoothly demolded by being cured and imparted with high heat resistance, and a fiber-reinforced composite material having excellent compression strength and impact resistance at the time of moist heat can be obtained.
  • the fiber-reinforced composite material composed of the epoxy resin composition and the reinforcing fiber is excellent in compressive strength, impact resistance, and microcrack resistance during moist heat, it should be suitably used for aeronautical / spacecraft members, automobile members, and the like. Can be done.
  • the constituent component [A] used in the present invention is a tetrafunctional glycidyl diamine type epoxy resin, which is a necessary component for imparting high heat resistance and mechanical properties to a cured resin product and a fiber-reinforced composite material.
  • a tetrafunctional glycidyl diamine type epoxy resin which is a necessary component for imparting high heat resistance and mechanical properties to a cured resin product and a fiber-reinforced composite material.
  • N, N, N', N'-tetraglycidyl-4,4'-diaminodiphenylmethane N, N, N', N'-tetraglycidyl-3,3'-dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane.
  • N, N, N', N'-tetraglycidyl-m-xylylene diamine N, N, N', N'-tetraglycidyl-p-xylylene diamine, etc.
  • N, N, N', N'-tetraglycidylxylylenediamine isomers or derivatives thereof, 1,3-bis (diglycidylaminomethyl) cyclohexane, 1,4-bis (diglycidylaminomethyl) cyclohexane, Examples thereof include tetraglycidylates of various alicyclic diamines such as 2,5-bis (diglycidylaminomethyl) norbornane and 2,6-bis (diglycidylaminomethyl) norbornane.
  • the constituent component [A] two or more kinds of these tetrafunctional glycidyl diamine type epoxy resins may be used in combination.
  • the constituent [A1] N, N, N', N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is preferably contained as the constituent [A], and the constituent [A1] is used as the constituent [A]. Is more preferable.
  • tetrafunctional glycidyl diamine type epoxy resins include "Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), YH434L (manufactured by Nittetsu Chemical & Materials Co., Ltd.), and "jER (registered trademark)”. 604 (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.), "Araldite (registered trademark)” MY720, “Araldite (registered trademark)” MY721 (all manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.), TETRAD-C (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) ) Etc. can be used.
  • the constituent component [A] in the present invention needs to be contained in an amount of 30 parts by mass or more and 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component.
  • the constituent component [A] is contained in an amount of 30 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of all the epoxy resin components, the cured resin material exhibits high heat resistance and the compressive strength of the fiber-reinforced composite material during moist heat is improved. do.
  • the constituent component [A] is 50 parts by mass or less, the viscosity of the resin composition at the time of resin injection is reduced, and the impregnation property into the reinforcing fiber base material is improved. From this point of view, the blending amount of the constituent component [A] is more preferably in the range of 40 parts by mass or more and 50 parts by mass or less.
  • the constituent component [B] in the present invention is an aminophenol type epoxy resin, which is a necessary component for lowering the viscosity of the resin composition and giving high mechanical properties to the cured resin product and the fiber-reinforced composite material.
  • N N-diglycidyl-4-glycidyloxyaniline
  • N N-diglycidyl-2-methyl-4-glycidyloxyaniline
  • N N-diglycidyl-3-methyl-4-glycidyloxyaniline
  • N- Diglycidyl-2,6-dimethyl-4-glycidyloxyaniline N, N-diglycidyl-3,5-dimethyl-4-glycidyloxyaniline
  • N N-diglycidyl-2-ethyl-4-glycidyloxyaniline
  • constituent component [B] two or more kinds of these aminophenol type epoxy resins may be used in combination.
  • constituent [B1] triglycidyl-p-aminophenol is preferably contained as the constituent [B]
  • constituent [B1] is more preferably used as the constituent [B].
  • aminophenol type epoxy resin examples include "jER (registered trademark)” 630 (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), “Araldite (registered trademark)” MY0500, “Araldite (registered trademark)” MY0510, and “Araldite”. (Registered trademark) "MY0600”, “Araldite (registered trademark)” MY0610 (all manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.), ELM100 (manufactured by Sumitomo Chemical Corporation) and the like can be used.
  • the constituent component [B] in the present invention needs to be contained in an amount of 20 parts by mass or more and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component.
  • the constituent component [B] When the constituent component [B] is contained in an amount of 20 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of all the epoxy resin components, the cured resin exhibits high heat resistance, and the viscosity of the resin composition at the resin impregnation temperature is reduced. The impregnation property into the reinforcing fiber base material is improved.
  • the constituent component [B] is 40 parts by mass or less, the deterioration of the physical properties at the time of moist heat is suppressed, and the compressive strength of the fiber-reinforced composite material at the time of moist heat is improved. From this point of view, the blending amount of the constituent component [B] is more preferably in the range of 20 parts by mass or more and 30 parts by mass or less.
  • the epoxy resin composition of the present invention contains both the constituent component [A] and the constituent component [B], and the constituent component [A] is 30 parts by mass or more and 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of all the epoxy resin components. It is essential that the constituent component [B] is contained in an amount of 20 parts by mass or more and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component.
  • the viscosity is very low and the impregnation property is excellent, the increase in viscosity is suppressed even at the injection temperature, and it is stable, and it is sufficient in a short time.
  • the resin is sufficiently cured during the demolding process after molding, and by imparting high heat resistance, it can be demolded smoothly and has excellent compression strength and impact resistance during moist heat. It becomes possible to provide an epoxy resin composition obtained by obtaining a fiber-reinforced composite material.
  • the constituent component [C] in the present invention is a bisphenol F type epoxy resin, and in order to reduce the viscosity of the resin composition at the resin impregnation temperature and improve the impregnation property into the reinforcing fiber base material, the resin cured product and the fiber are further prepared. It is a necessary component to give high mechanical properties to reinforced composite materials.
  • the bisphenol F type epoxy resin of the constituent component [C] is one in which two phenolic hydroxyl groups of bisphenol F are glycidylated.
  • bisphenol F-type epoxy resins include "jER (registered trademark)” 806, “jER (registered trademark)” 807, “jER (registered trademark)” 1750, “jER (registered trademark)” 4004P, and “jER (registered)”.
  • Examples of commercially available products of the tetramethylbisphenol F type epoxy resin which is an alkyl substituent include "Epototo (registered trademark)" YSLV-80XY (Nittetsu Chemical & Materials Co., Ltd.).
  • the constituent component [C] in the present invention is preferably contained in an amount of 20 parts by mass or more and 40 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component.
  • the constituent component [C] is contained in an amount of 20 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of all the epoxy resin components, the viscosity of the resin composition at the resin impregnation temperature is reduced, and the impregnation property into the reinforcing fiber base material is improved. It is preferable because it can prevent unimpregnation and further exhibits high toughness and elastic modulus in the cured resin product, and when it is 40 parts by mass or less, it is preferable because it exhibits high heat resistance. From this point of view, the blending amount of the constituent component [C] is more preferably in the range of 20 parts by mass or more and 30 parts by mass or less.
  • bisphenol type epoxy resin other than bisphenol F type phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, resorcinol type epoxy resin, which are epoxy resins other than the constituents [A] to [C]
  • It is selected from phenol aralkyl type epoxy resin, naphthol aralkyl type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, epoxy resin having a biphenyl skeleton, isocyanate-modified epoxy resin, tetraphenylethane type epoxy resin, triphenylmethane type epoxy resin, etc. 1
  • the epoxy resin of more than one species may be contained, and the content thereof is preferably less than 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component.
  • epoxy resins other than the constituents [A] to [C] include bisphenol A diglycidyl ether, tetrabromobisphenol A diglycidyl ether, bisphenol AD diglycidyl ether, 2, 2', 6,6.
  • bisphenol type epoxy resins other than bisphenol F type are preferably used because they contribute to an excellent balance between toughness and heat resistance of the cured resin, and liquid bisphenol type epoxy resins are particularly excellent in impregnation into reinforcing fibers. Since it contributes, it is preferably used as an epoxy resin other than the constituents [A] to [C].
  • liquid means that the viscosity at 25 ° C is 1000 Pa ⁇ s or less
  • solid means that there is no fluidity at 25 ° C or the fluidity is extremely low. Specifically, it means that the viscosity at 25 ° C. is larger than 1000 Pa ⁇ s.
  • the viscosity is determined according to the "conical-viscosity measuring method using a flat plate type rotational viscometer” in JIS Z8803 (1991), and an E-type viscometer equipped with a standard cone rotor (1 ° 34'x R24) (for example, Tokyo Keiki). Measured using TVE-30H manufactured by Co., Ltd.).
  • the bisphenol type epoxy resin other than bisphenol F type is a glycidylated two phenolic hydroxyl groups of a bisphenol compound other than bisphenol F, and is bisphenol A type, bisphenol AD type, bisphenol S type, or these. Examples thereof include halogens of bisphenols, alkyl substituents, hydrogenated products and the like.
  • these bisphenol type epoxy resins not only monomers but also high molecular weight bodies having a plurality of repeating units can be preferably used. From the viewpoint of the balance between toughness and heat resistance of the cured resin, when a bisphenol type epoxy resin other than the bisphenol F type is contained, it is preferably less than 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component.
  • Examples of commercially available bisphenol S-type epoxy resins include "EPICLON (registered trademark)" EXA-1515 (manufactured by DIC Corporation).
  • the epoxy resin composition of the present invention contains at least two kinds of curing agents in order to impart excellent heat resistance and mechanical strength to the fiber-reinforced composite material while enhancing the impregnation property into the reinforcing fiber base material.
  • the curing agent refers to a compound having an active group that can react with an epoxy group to form a crosslinked structure with an epoxy resin.
  • one type of curing agent is the crystalline aromatic diamine of the constituent component [D].
  • the component [D] is a component necessary for imparting high mechanical properties to a cured resin product and a fiber-reinforced composite material while having a low viscosity and excellent handleability and improving the impregnation property into a reinforcing fiber base material.
  • crystalline aromatic diamines are 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 2,2'-diethyldiaminodiphenylmethane, 4,4'.
  • the constituent component [D1] 4,4'-methylenebis (2-isopropyl-6-methylaniline) is preferably contained as the constituent component [D]
  • the constituent component [D1] is used as the constituent component [D]. It is more preferable to be used.
  • Commercially available crystalline aromatic diamines include "Lonza Cure (registered trademark)” M-MIPA, “Lonza Cure (registered trademark)” M-DIPA (all manufactured by Lonza Co., Ltd.), and Seika Cure S (manufactured by Seika Co., Ltd.). ), 3,3'-DAS (manufactured by Mitsui Kagaku Fine Co., Ltd.) and the like.
  • the constituent component [D] in the present invention needs to be contained in an amount of 55 parts by mass or more and 75 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total curing agent component.
  • the constituent component [D] is contained in an amount of 55 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the total curing agent component, the viscosity at the resin impregnation temperature at the time of injection is sufficiently low, the impregnation property is good, and the fiber-reinforced composite material is obtained. The compressive strength during moist heat is improved.
  • the curing agent can be treated as a liquid at 25 ° C., so that it is excellent in handling and can exhibit high-speed curing at high temperature. From this point of view, it is more preferably in the range of 60 parts by mass or more and 70 parts by mass or less.
  • the other type of curing agent is the liquid aromatic diamine of the constituent component [E].
  • the constituent component [E] is liquid at 25 ° C., and the constituent component [D] can be dissolved to form a uniform curing agent liquid. Since the curing agent can be treated as a liquid at 25 ° C., the handleability is improved. It is an essential ingredient.
  • the uniformly dissolved state refers to a liquid state in which the constituent component [D] has not reached the solubility at 23 ° C. and no solid component is deposited.
  • this curing agent liquid remains liquid for a long time, it can be suitably used in a method for producing a fiber-reinforced composite material such as the RTM method.
  • diethyltoluenediamine such as 2,4-diethyl-6-methyl-m-phenylenediamine and 4,6-diethyl-2-methyl-m-phenylenediamine.
  • the constituent [E1] diethyltoluenediamine and / or the constituent [E2] 4,4'-diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane are preferably used as the constituent [E], and the constituent [E2].
  • 4,4'-Diamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane is more preferably used as the constituent component [E].
  • a cured epoxy resin having a high glass transition temperature and a high elastic modulus can be obtained.
  • the epoxy resin composition of the present invention may also contain a curing agent other than the constituent component [D] and the constituent component [E].
  • a curing agent other than the constituent component [D] and the constituent component [E] include an aliphatic diamine curing agent such as hexamethylenediamine, 1,3-pentanediamine, and 2-methylpentamethylenediamine, and isophoronediamine, 4. , 4'-Methylenebiscyclohexylamine, 4,4'-methylenebis (2-methylcyclohexylamine), bis (aminomethyl) norbornan, 1,2-cyclohexanediamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane and the like.
  • diamine curing agents include diamine curing agents. These curing agents may be used alone or in combination of two or more.
  • the epoxy resin composition of the present invention contains, as other components, a curing accelerator, a plasticizer, a dye, a pigment, an inorganic filler, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a coupling agent, a surfactant and the like, if necessary. Can be included.
  • H / E which is the ratio of the total number of epoxy groups (E) contained in the epoxy resin to the total number of active hydrogens (H) of the amine compound contained in the curing agent, is 1.1 or more and 1.4 or less. , 1.2 or more and 1.3 or less is more preferable.
  • H / E is 1.1 or more, it is preferable because a good effect of improving curability and an effect of improving the plastic deformation ability of the cured resin product can be obtained, and when it is 1.4 or less, it has high heat resistance. Is preferable because it expresses.
  • the epoxy resin composition of the present invention contains core-shell rubber particles containing an epoxy group in the shell portion, in which the volume average particle diameter is in the range of 50 nm or more and 300 nm or less as the constituent component [F].
  • the core-shell rubber particles are excellent in that they give high toughness to the fiber-reinforced composite material, and have the effects of improving impact resistance and suppressing the generation of microcracks, which will be described later.
  • the core-shell rubber particles are particles in which a part or the whole of the core surface is covered by a method such as graft-polymerizing a particulate core portion mainly composed of a polymer such as crosslinked rubber and a polymer different from the core portion. Means.
  • a polymer polymerized from one or more selected from a conjugated diene-based monomer, an acrylic acid ester-based monomer, and a methacrylic acid ester-based monomer, a silicone resin, or the like can be used.
  • Specific examples thereof include butadiene, isoprene, and chloroprene, and a crosslinked polymer composed of these alone or by using a plurality of kinds thereof is preferable.
  • butadiene as the conjugated diene-based monomer, that is, a polymer polymerized from a monomer containing butadiene as a core component. ..
  • the shell component constituting the core-shell rubber particles is graft-polymerized with the above-mentioned core component and chemically bonded to the polymer particles constituting the core component.
  • the component constituting such a shell component is, for example, a polymer polymerized from one or more selected from (meth) acrylic acid ester, aromatic vinyl compound and the like.
  • a component contained in the epoxy resin composition of the present invention that is, a functional group that reacts with the epoxy resin or a curing agent component thereof is introduced into the shell component.
  • Such a functional group When such a functional group is introduced, the affinity with the epoxy resin is improved, and finally it can react with the epoxy resin composition and be incorporated into the cured product, so that the dispersion is good. Sex can be achieved. As a result, a sufficient effect of improving toughness can be obtained even with a small amount of compounding, and it is possible to improve toughness while maintaining Tg and elastic modulus.
  • a functional group include a hydroxyl group, a carboxyl group, and an epoxy group.
  • a method for introducing such a functional group into the shell portion one or more components such as acrylic acid esters and methacrylic acid esters containing such functional groups are added to the core surface as a part component of the monomer. Examples thereof include a method such as graft polymerization.
  • the core-shell rubber particles of the component [F] in the present invention preferably have a volume average particle diameter of 50 nm or more and 300 nm or less, and preferably 50 nm or more and 150 nm or less.
  • the volume average particle size can be measured using a nanotrack particle size distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., dynamic light scattering method).
  • a nanotrack particle size distribution measuring device manufactured by Nikkiso Co., Ltd., dynamic light scattering method.
  • the volume average particle diameter is 50 nm or more, the specific surface area of the core-shell rubber particles is moderately small, which is energetically advantageous, so that aggregation is unlikely to occur and the toughness improving effect is high.
  • the volume average particle diameter is 300 nm or less, the distance between the core-shell rubber particles is appropriately small, and the toughness improving effect is high.
  • core-shell rubber particles there are no particular restrictions on the method for producing core-shell rubber particles, and those produced by a well-known method can be used.
  • Commercially available core-shell rubber particles include, for example, "Paraloid (registered trademark)" EXL-2655 (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) composed of a butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer, and an acrylic acid ester / methacrylic acid ester copolymer weight.
  • the core layer of a glassy polymer having a glass transition temperature of room temperature or higher such as Staphyroid IM-601 and IM-602 (manufactured by Aica Kogyo Co., Ltd.), is covered with an intermediate layer of a rubber-like polymer having a low Tg.
  • a core-shell rubber particle having a three-layer structure, which is surrounded by a shell layer can also be used.
  • these core-shell rubber particles are treated as powder by crushing the lumps taken out, and the powder-like core-shell rubber is often dispersed again in the thermosetting resin composition.
  • this method has a problem that it is difficult to stably disperse the particles in a state without agglomeration, that is, in a state of primary particles.
  • it should be handled in the state of a masterbatch in which one component of a thermosetting resin, for example, primary particles is dispersed in an epoxy resin, without taking it out in a lump form from the manufacturing process of core-shell rubber particles.
  • a preferable dispersed state can be obtained by using a material capable of producing the same.
  • the core-shell rubber particles that can be handled in such a masterbatch state can be produced, for example, by the method described in JP-A-2004-315572.
  • a suspension in which core-shell rubber particles are dispersed is obtained by using a method of polymerizing core-shell rubber in an aqueous medium typified by emulsion polymerization, dispersion polymerization, and suspension polymerization.
  • the suspension is mixed with water and an organic solvent exhibiting partial solubility, for example, a ketone solvent such as acetone or methyl ethyl ketone, or an ether solvent such as tetrahydrofuran or dioxane, and then a water-soluble electrolyte such as sodium chloride or chloride.
  • the organic solvent layer and the aqueous layer are phase-separated by contacting with potassium, and the aqueous layer is separated and removed to obtain an organic solvent in which the core-shell rubber particles obtained are dispersed. Then, after mixing the epoxy resin, the organic solvent is evaporated and removed to obtain a masterbatch in which the core-shell rubber particles are dispersed in the epoxy resin in the form of primary particles.
  • a masterbatch in which the core-shell rubber particles are dispersed in the epoxy resin in the form of primary particles.
  • Kaneka registered trademark
  • the content of the core-shell rubber particles is preferably 1 part by mass or more and 10 parts by mass or less, and more preferably 1 part by mass or more and 8 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the total epoxy resin component.
  • a cured resin product having high toughness is obtained, and when it is 10 parts by mass or less, a cured product having a high elastic modulus is obtained, and the dispersibility of the core-shell rubber particles in the resin is also good. Therefore, it is preferable.
  • a generally used dispersion method can be used. For example, a method using a three-roll, a ball mill, a bead mill, a jet mill, a homogenizer, a rotation / revolution mixer, or the like can be mentioned. Further, the above-mentioned method of mixing the core-shell rubber particle-dispersed epoxy masterbatch can also be preferably used. However, even if the particles are dispersed in the state of primary particles, reaggregation may occur due to excessive heating or a decrease in viscosity.
  • the core-shell rubber particles are dispersed / blended and mixed / kneaded with other components after the dispersion, it is preferable to carry out the process within a temperature and viscosity range in which reaggregation of the core-shell rubber particles does not occur.
  • a temperature and viscosity range in which reaggregation of the core-shell rubber particles does not occur.
  • the viscosity of the composition may decrease and aggregation may occur, so that it is preferable to knead at a lower temperature.
  • gelation occurs at the time of temperature rise to prevent reaggregation, so that there is no problem in exceeding 150 ° C. at that time.
  • the epoxy resin composition of the present invention has 1 ⁇ ⁇ ⁇ 20 when the resin viscosity after 30 minutes at a constant temperature of 110 ° C., which is obtained by isothermal measurement with an E-type viscometer, is ⁇ (unit: mPa ⁇ s). Is preferable.
  • the epoxy resin composition of the present invention is injected into a preform made of a reinforcing fiber base material placed in a molding mold, if the epoxy resin composition of the present invention is highly reactive at the injection temperature, the viscosity is increased during the injection process. May become difficult to mold, for example, the impregnation property may decrease, an unimpregnated portion may be formed, or the molding may take a long time.
  • the viscosity 30 minutes after mixing the main agent and the curing agent is preferably 1 ⁇ ⁇ ⁇ 20 mPa ⁇ s at 110 ° C., and more preferably 1 ⁇ ⁇ ⁇ . It is 18 mPa ⁇ s.
  • the viscosity is measured by an E-type viscometer (Tokyo) equipped with a standard cone rotor (1 ° 34'x R24) according to the "conical-viscosity measurement method using a plate-shaped rotary viscometer" in JIS Z8803 (1991). Viscosity measured at a rotation speed of 50 rpm using a TVE-30H manufactured by Viscometer Co., Ltd.
  • the lower limit of the viscosity at 110 ° C. is not particularly limited, and the lower the viscosity, the easier the injection impregnation of the epoxy resin composition in the method for producing the fiber-reinforced composite material of the present invention described later, particularly the RTM method, and the better the moldability. ..
  • the epoxy resin composition in the present invention is cured at 180 ° C. for 30 minutes.
  • the glass transition temperature Tg of the object is preferably 170 ° C. or higher and 190 ° C. or lower.
  • the heat resistance of the fiber-reinforced composite material depends on the glass transition temperature of the epoxy resin cured product obtained by curing the epoxy resin composition, and by setting the Tg to 170 ° C. or higher, the heat resistance of the resin cured product is ensured. By setting the temperature to 190 ° C.
  • the curing shrinkage of the epoxy resin composition can be suppressed, and the deterioration of the surface quality of the fiber-reinforced composite material caused by the difference in thermal expansion between the epoxy resin composition and the reinforcing fiber can be prevented. .. Further, from the relationship between heat resistance and surface quality, it is more preferably 175 ° C. or higher and 190 ° C. or lower.
  • the glass transition temperature of the cured resin product obtained by curing the epoxy resin composition is determined by measurement using a dynamic viscoelastic measurement (DMA) device. That is, using a rectangular test piece cut out from a resin-cured plate, DMA measurement is performed under high temperature, and the temperature of the inflection point of the obtained storage elastic modulus G'is defined as Tg. The measurement conditions are as described in the examples.
  • DMA dynamic viscoelastic measurement
  • the epoxy resin composition of the present invention can be demolded after the precure. Therefore, it is preferable that the glass transition temperature Tg of the cured resin product cured at 130 ° C. for 120 minutes is 120 ° C. or higher and 140 ° C. or lower.
  • the glass transition temperature Tg of the epoxy resin cured product obtained by curing the epoxy resin composition is 120 ° C. or higher, the resin is sufficiently cured during the demolding step after precure, and high heat resistance is imparted. Therefore, the mold can be smoothly removed, and when the temperature is 140 ° C.
  • the curing shrinkage of the epoxy resin composition is suppressed, and the surface quality of the fiber-reinforced composite material resulting from the difference in thermal expansion between the epoxy resin composition and the reinforcing fiber is obtained. Can be prevented from deteriorating. Further, from the relationship between heat resistance and surface quality, it is more preferably 120 ° C. or higher and 135 ° C. or lower.
  • the preform used for the fiber-reinforced composite material of the present invention it is preferable to use a preform in which a reinforcing fiber base material is linked with a hot-melt binder (tack fire).
  • a sheet-like base material such as a reinforced fiber woven fabric is often laminated and shaped, and processed into a shape close to a desired product to form a preform.
  • a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be applied.
  • the thermoplastic resin include resins such as polyamide, polysulfone, polyetherimide, polyphenylene ether, polyimide and polyamideimide.
  • thermosetting resin examples include epoxy resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, and phenol resin.
  • the form of the binder is not particularly limited, but forms such as films, tapes, long fibers, short fibers, spun yarns, woven fabrics, knits, non-woven fabrics, mesh bodies, and particles can be adopted. Among them, the particle form or the non-woven fabric form can be particularly preferably used.
  • binder particles The case where the binder is in the form of particles
  • the binder resin composition is a non-woven fabric is referred to as a binder non-woven fabric.
  • the average particle size thereof is preferably 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the average particle size refers to the median size, and the average particle size of the binder particles can be measured using, for example, a laser diffraction type particle size distribution meter or the like. If the average particle size is smaller than 10 ⁇ m, the adhesive strength and workability of the preform may decrease. From this point of view, the average particle size is more preferably 30 ⁇ m or more. When the average particle size is larger than 500 ⁇ m, the reinforcing fibers may be wavy when preformed, and the mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material may be deteriorated. From this point of view, the average particle size is more preferably 300 ⁇ m or less.
  • the average diameter thereof is preferably 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the average diameter is a value obtained by observing the cross section of the binder nonwoven fabric with a scanning electron microscope, measuring the diameter of 100 arbitrarily selected fibers, and calculating the average value. If the cross-sectional shape of the fiber is not a perfect circle, measure the minor axis as its diameter and use it as the average value. If the average diameter is smaller than 10 ⁇ m, the adhesive strength of the preform may decrease.
  • the average diameter is larger than 300 ⁇ m, the reinforcing fibers of the preform may be wavy and the mechanical properties of the obtained fiber-reinforced composite material may be deteriorated. From this point of view, the average diameter is more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the binder is attached to at least the surface of the reinforcing fiber base material and is used as the reinforcing fiber base material with a binder. Further, the reinforcing fiber base material with a binder has the above-mentioned binder at least on the surface and is used for preform.
  • the binder when a non-woven fabric is used as the form of the binder, the binder can be uniformly arranged on the base material, so that the impregnation flow path of the matrix resin is secured, the impregnation property is particularly excellent, and voids are extremely unlikely to occur. Furthermore, even when the amount of binder adhered is smaller than in the case of particle morphology, the effect of morphological fixing when preformed is equivalently maintained, and the original high value of matrix resin when used as a fiber-reinforced composite material. It is preferable because it can exhibit heat resistance and mechanical properties.
  • the adhesion amount in case of attaching the conventional binders, including particle morphology on the surface, on one or both sides, per side 0.5 g / m 2 or more 50 g / m 2 or less, preferably 1 g / m 2 While it is preferable to have a texture of 30 g / m 2 or less, the non-woven fabric has a texture of 0.5 g / m 2 or more and 10 g / m 2 or less while maintaining the same effect of fixing the shape when it is made into a preform. It is also possible.
  • the preform is formed by laminating a reinforcing fiber base material with a binder having at least the above-mentioned binder on the surface and fixing the form.
  • a binder is attached to at least one surface of the reinforcing fiber base material by heating to form a reinforcing fiber base material with a binder, and then a plurality of the binders are laminated to obtain a laminate having the binder at least between the laminated layers. .. This is heated and cooled, and the binder adheres between the base material layers to fix the morphology, whereby a preform having the binder at least between the laminated layers can be obtained.
  • the preform can be produced by cutting a reinforcing fiber base material with a binder to which a binder is attached into a predetermined shape, laminating it on a mold, and applying appropriate heat and pressure.
  • a press can be used, or a method of surrounding the inside with a vacuum bag film and sucking the inside with a vacuum pump to pressurize with atmospheric pressure can also be used.
  • the fiber volume content of the reinforcing fibers is preferably in the range of 45% or more and 70% or less, and more preferably in the range of 50% or more and 65% or less.
  • the fiber volume content is 45% or more, a fiber-reinforced composite material having a higher elastic modulus and excellent weight reduction effect can be obtained, and when it is 70% or less, there is no decrease in strength due to rubbing between the reinforcing fibers, and further tensile strength.
  • a fiber-reinforced composite material having excellent mechanical properties such as the above can be obtained.
  • the temperature at which the epoxy resin composition is not gelled is set. It is preferably an existing epoxy resin composition.
  • gelation of the epoxy resin composition means that the reaction between the epoxy resin in the resin and the curing agent proceeds and the fluidity is lost, and heat curing such as ATD-1000 (manufactured by Alpha Technologies Co., Ltd.)
  • ATD-1000 manufactured by Alpha Technologies Co., Ltd.
  • the complex viscosity obtained from the increase in torque as the curing reaction progresses reaches 1.0 ⁇ 10 5 Pa ⁇ s.
  • the temperature be the gelling temperature.
  • the binder in the form of a non-woven fabric When the binder in the form of a non-woven fabric is heated to a temperature higher than the melting point, the entanglement of the polymer molecular chains forming the binder becomes loose. If a non-gelled epoxy resin composition is present around this, the epoxy resin composition enters the gaps between the loosened polymer molecular chains, and in that state, the epoxy resin cures through gelation, resulting in resin and polymer molecules. It is preferable because the chains may be entangled to improve the interfacial adhesive strength, and the impact resistance and the microcrack resistance may be improved.
  • the binder in the form of a non-woven fabric used in the fiber-reinforced composite material of the present invention is preferably made of polyamide having a melting point of 165 ° C. or higher and 180 ° C. or lower.
  • the melting point of the polyamide is 165 ° C or higher, the morphology can be maintained during curing in the manufacturing process of the fiber-reinforced composite material, the interlayer thickness capable of sufficient plastic deformation can be uniformly secured, and the non-woven fabric is a continuous phase, so that cracks occur. Is preferable because it can efficiently block the heat and impact resistance is exhibited.
  • the melting point of the polyamide is 180 ° C.
  • the polyamide begins to melt at a temperature lower than the gelation temperature of the epoxy resin composition, so that the epoxy resin composition enters the gaps between the loosened polyamide molecular chains, and the epoxy resin is in that state. It is preferable that the resin and the polyamide molecular chain are entangled with each other by being cured through gelation to improve the interfacial adhesion strength, and the impact resistance and the microcrack resistance may be improved.
  • the reinforcing fiber in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include glass fiber, carbon fiber, graphite fiber, aramid fiber, boron fiber, alumina fiber, and silicon carbide fiber. Two or more of these reinforcing fibers may be mixed and used. Above all, it is preferable to use carbon fiber or graphite fiber in order to obtain a fiber-reinforced composite material that is lighter and has higher durability. In particular, carbon fiber is preferably used because it has an excellent specific elastic modulus and specific strength in applications where there is a high demand for weight reduction and high strength of the material.
  • the carbon fiber any kind of carbon fiber can be used depending on the application, but it is preferable that the carbon fiber has a tensile elastic modulus of at most 400 GPa from the viewpoint of impact resistance. Further, from the viewpoint of strength, since a composite material having high rigidity and mechanical strength can be obtained, it is preferable that the carbon fiber has a tensile strength of 4.4 GPa or more and 6.5 GPa or less. Further, the tensile elongation is also an important factor, and it is preferable that the carbon fiber has a high strength and a high elongation of 1.7% or more and 2.3% or less. Therefore, carbon fibers having the characteristics of a tensile elastic modulus of at least 230 GPa, a tensile strength of at least 4.4 GPa, and a tensile elongation of at least 1.7% are most suitable.
  • the fiber-reinforced composite material of the present invention is a combination of a cured product of an epoxy resin composition and a reinforcing fiber.
  • the fiber-reinforced composite material is used especially in the aircraft field, high heat resistance and mechanical properties are required. Since the fiber-reinforced composite material of the present invention has excellent heat resistance and reflects the high mechanical properties of the cured epoxy resin, it has a high compressive strength during moist heat and is said to be 1100 MPa or more, more preferably 1200 MPa or more. It can show 0 ° compressive strength at high moist heat. Further, the post-impact compressive strength can be 260 MPa or more, more preferably 265 MPa or more, which is a high post-impact compressive strength.
  • microcracks are minute cracks of about several tens of ⁇ m that may occur in fiber-reinforced composite materials used in aircraft applications, and range from a high temperature of about 70 ° C to a low temperature of about -50 ° C. It is known that it is likely to occur when exposed to an environment where temperature changes are repeated.
  • the matrix resin in the fiber-reinforced composite material is exposed to a high temperature of about 70 ° C. to a low temperature of about -50 ° C, the matrix resin itself tends to shrink, but is surrounded by reinforcing fibers that hardly shrink.
  • step c As a specific calculation method for the number of microcracks, the following a. b. After being exposed to the environmental conditions as shown in step c, a width of 25 mm was cut out from a region ⁇ 10 mm from the vertical center of the test piece, and the cut surface was polished as an observation surface, and 200 times using a commercially available microscope. It is obtained by observing the observation surface at a magnification and measuring the number of cracks that have occurred.
  • the cells are transferred to a commercially available environmental tester and first exposed to an environment of ⁇ 54 ° C. for 1 hour. After that, the temperature is raised to 71 ° C. at a heating rate of 10 ° C. ⁇ 2 ° C./min. After raising the temperature, the temperature is maintained at 71 ° C. for 5 minutes ⁇ 1 minute, the temperature is lowered to ⁇ 54 ° C. at 10 ° C. ⁇ 2 ° C./min, and the temperature is maintained at ⁇ 54 ° C. for 5 minutes ⁇ 1 minute.
  • This cycle of raising the temperature from ⁇ 54 ° C. to 71 ° C. and lowering the temperature to ⁇ 54 ° C. is defined as one cycle, and this cycle is repeated 200 times.
  • the environmental exposure in the constant temperature and humidity chamber and the cycle in the environmental tester are defined as 1 block, and 5 blocks are repeated.
  • the number of microcracks observed by the above method is preferably 5 or less, and more preferably 3 or less, from the viewpoint of long-term durability of the fiber-reinforced composite material.
  • Specific examples of the method for producing a fiber-reinforced composite material using the epoxy resin composition of the present invention include a liquid composite molding method, a resin film infusion method, a filament winding method, a hand lay-up method, and a pull-fusion method. , Prepreg method, etc.
  • the liquid composite molding method is a so-called preform made of reinforced fibers, that is, a sheet-like or three-dimensional curved fabric, mat, etc. that has been preformed to a position almost close to the shape of the final molded product. This is a method of injecting a liquid epoxy resin composition and then curing the epoxy resin composition to obtain a fiber-reinforced composite material.
  • This manufacturing method is a molding method that is often used because it can mold a member having a complicated shape and has good productivity.
  • This manufacturing method includes an RTM method, an SRI (Structural Reaction Injection Molding) method, a VaRTM (Vacum-assisted Resin Transfer Molding) method, an SCRIMP (Seeman's Complex Method Molding) method, and SCRIMP (Seeman's Compression Molding) method.
  • CAPRI to better control the resin injection process, especially the vacuum auxiliary resin transfer forming process, by evacuating the resin supply tank to a pressure below atmospheric pressure, using circulating compression and controlling the net forming pressure.
  • the filament winding method is a method in which a reinforcing fiber bundle is impregnated with an epoxy resin composition, wound around a core metal, and then cured to form a fiber-reinforced composite material.
  • This manufacturing method is a molding method that is often used because a cylindrical member can be easily molded and the productivity is good.
  • a preform made of reinforced fibers is impregnated with a required and sufficient amount of an epoxy resin composition by rolling it with a roller, and then the epoxy resin composition is cured to obtain a fiber reinforced composite material.
  • the method In the hand lay-up method, a preform made of reinforced fibers is impregnated with a required and sufficient amount of an epoxy resin composition by rolling it with a roller, and then the epoxy resin composition is cured to obtain a fiber reinforced composite material.
  • the plutovieron method is a method in which a reinforcing fiber bundle is impregnated with an epoxy resin composition, the epoxy resin composition is cured through the reinforcing fiber bundle in a heating mold, and then the molded product is withdrawn using a take-up machine. , A method of using a fiber-reinforced composite material. Since the plutotulon method uses continuous reinforcing fibers, it is easy to obtain a fiber-reinforced composite material with high strength and high rigidity.
  • the epoxy resin composition of the present invention is preferably applied to the RTM method from the viewpoint of efficiently obtaining a fiber-reinforced composite material having a complicated shape.
  • a reinforcing fiber base material or preform is placed in a molding die, a liquid matrix resin is injected into the molding die to impregnate the reinforcing fiber base material or preform, and then the reinforcing fiber base material or preform is heated.
  • a molding mold having a plurality of injection ports is used, and the epoxy resin composition is injected simultaneously from the plurality of injection ports or sequentially with a time lag, etc., to obtain a fiber-reinforced composite material. It is preferable to select appropriate conditions according to the conditions, because the degree of freedom that can be applied to compacts of various shapes and sizes can be obtained. There is no limit to the number and shape of such injection ports, but the larger the number of injection ports, the better to enable injection in a short time, and the arrangement is such that the flow length of the resin can be shortened according to the shape of the molded product. Is preferable.
  • a closed mold made of a rigid material may be used as a molding mold when the RTM method is applied, and an open mold of the rigid material and a flexible film (bag) may be used. It is also possible to use. In the latter case, the reinforcing fiber substrate can be placed between the open mold of the rigid material and the flexible film.
  • the rigid material various existing materials such as metal such as steel and aluminum, fiber reinforced plastic (FRP), wood, and gypsum are used.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • Polyamide, polyimide, polyester, fluororesin, silicone resin and the like are used as the material of the flexible film.
  • the VaRTM method when an open mold of a rigid material and a flexible film are used, the VaRTM method is usually used in which suction is performed and the epoxy resin is injected only at atmospheric pressure without using special pressurizing means.
  • a method of adjusting the injection pressure to a pressure lower than the atmospheric pressure is also possible, as in the CAPRI method cited in WO01 / 41993A2.
  • the inside of the molding mold means the inside of a cavity formed by the closed mold, and when an open mold made of a rigid material and a flexible film are used, the molding mold is used.
  • the inside means the space surrounded by the open mold and the flexible film.
  • foam cores, honeycomb cores, metal parts, etc. can be installed in the molding mold to obtain a composite material integrated with these.
  • a sandwich structure obtained by arranging reinforcing fibers on both sides of a foam core or a honeycomb core and forming the sandwich structure is useful because it is lightweight and has a large bending rigidity.
  • a single liquid in which all the components are mixed in a batch can be injected into a mold from a single container, or a main agent containing at least the constituent components [A] to [C] as an epoxy resin.
  • a liquid and a curing agent liquid consisting of a liquid containing at least the constituent component [D] and the constituent component [E] as a curing agent and in which the constituent component [D] is uniformly dissolved are stored in separate containers and mixed. It is possible to inject into the mold via a container, or to store the main agent liquid and the curing agent liquid in separate containers and inject into the mold from the container at atmospheric pressure while injecting into the container via the mixer. be.
  • the mixture of the main agent liquid and the curing agent liquid can also be made into a low-viscosity liquid, and it is easy to impregnate the reinforcing fibers. Become. Moreover, since the epoxy main agent liquid and the curing agent liquid are stored separately, long-term storage is possible without any particular limitation on the storage conditions.
  • both the container and the mold of the epoxy resin composition are kept at a constant temperature in the resin injection step.
  • the mold temperature in the injection step that is, the injection temperature, is from the range of 70 ° C. or higher and 130 ° C. or lower based on the relationship between the initial viscosity and the viscosity increase of the epoxy resin composition from the viewpoint of enhancing the impregnation property into the reinforcing fiber base material. It is preferably the selected temperature.
  • Heat curing in the mold is performed by holding the mold at the time of injection for a certain period of time, raising the temperature to the maximum curing temperature and holding it for a certain period of time to cure, the temperature of the mold at the time of injection and the maximum curing temperature. It is possible to use any of the methods of raising the temperature to an intermediate temperature, holding the temperature for a certain period of time, raising the temperature again, and holding the temperature for a certain period of time after reaching the maximum curing temperature.
  • the holding time of the maximum curing temperature in the curing in the mold is preferably 15 minutes or more and 2 hours or less, and more preferably 15 minutes or more and 90 minutes or less.
  • the curing in the mold is precure.
  • the aftercure time is preferably 15 minutes or more and 2 hours or less, and more preferably 15 minutes or more and 1 hour or less.
  • a fiber-reinforced composite material that requires heat resistance is manufactured, it is finally cured at a temperature of 160 ° C. or higher and 190 ° C. or lower.
  • the maximum curing temperature in the molding mold is preferably 160 ° C. or higher and 190 ° C. or lower
  • the after-cure temperature is preferably 160 ° C. or higher and 190 ° C. or lower.
  • the maximum temperature in precure is preferably 110 ° C or higher and 150 ° C or lower.
  • the main agent solution and the curing agent solution are mixed at 70 ° C. or higher and 130 ° C. or lower.
  • the temperature of the mold in the injection step that is, the injection temperature is 110 ° C. or higher and 150 ° C. or higher based on the relationship between the initial viscosity and the viscosity increase of the epoxy resin composition from the viewpoint of enhancing the impregnation property into the reinforcing fiber base material. It is preferable that the temperature is selected from the range of ° C. or lower, and it is preferable to perform heat curing at a temperature of 110 ° C. or higher and 150 ° C. or lower in the molding die.
  • the temperature is raised to the maximum curing temperature and held for a certain period of time to cure, the main agent solution and the curing agent solution are mixed at 70 ° C. or higher and 130 ° C. or lower.
  • the temperature of the mold in the injection step that is, the injection temperature is 90 ° C. or higher and 130 ° C. or higher based on the relationship between the initial viscosity and the increase in viscosity of the epoxy resin composition from the viewpoint of enhancing the impregnation property into the reinforcing fiber base material. It is preferable that the temperature is selected from the range of ° C. or lower, and it is preferable to perform heat curing at a temperature of 160 ° C. or higher and 200 ° C. or lower in the molding die.
  • the pressure at the time of injecting the epoxy resin composition is usually 0.1 MPa or more and 1.0 MPa or less, and the VaRTM method in which the resin composition is injected by vacuum suctioning the inside of the molding die can also be used. From the viewpoint of economy, 0.1 MPa or more and 0.6 MPa is preferable. Further, even in the case of pressure injection, it is preferable to suck the inside of the molding mold into a vacuum before injecting the resin composition because the generation of voids is suppressed.
  • the vacuum suction referred to here means that the inside of the molding die is usually in a pressure state of 0.1 MPa or more and 1.0 MPa or less.
  • the epoxy resin composition of the present invention is preferably used in a preform composed of a reinforced fiber base material arranged in a molding die in an arbitrary range of 70 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. It is preferred to inject at temperature. At that time, if the reactivity of the epoxy resin composition of the present invention is high at the injection temperature, the viscosity may increase during the injection process and molding may become difficult. Therefore, the epoxy resin composition of the present invention preferably has a resin viscosity of 20 mPa ⁇ s or less, more preferably 18 mPa ⁇ s or less, after 30 minutes at a constant temperature of 110 ° C.
  • the viscosity is measured by an E-type viscometer (Tokyo) equipped with a standard cone rotor (1 ° 34'x R24) according to the "conical-viscosity measurement method using a plate-shaped rotary viscometer" in JIS Z8803 (1991). Viscosity measured at a rotation speed of 50 rpm using a TVE-30H manufactured by Viscometer Co., Ltd. If the viscosity 30 minutes after the start of injection is higher than the above range, the impregnation property of the epoxy resin composition may be insufficient.
  • the lower limit of the resin viscosity after a constant 30 minutes at 110 ° C. is not particularly limited, and the lower the viscosity, the easier the injection impregnation of the epoxy resin composition of the present invention in the RTM method, and the better the moldability.
  • the fiber-reinforced composite material of the present invention has excellent mechanical properties, compression strength during wet and heat, impact resistance, and microcrack resistance, the fuselage, main wings, tail wings, moving blades, fairings, cowls, doors, seats, interior materials, etc.
  • Epoxy resin (a) The tetrafunctional glycidyl diamine type epoxy resin represented by the component [A] ⁇ "Araldite (registered trademark)" MY721 (N, N, N', N'-tetraglycidyl-4,4' -Diaminodiphenylmethane, epoxy equivalent: 113 g / mol, manufactured by Huntsman Japan Corporation) (B) Aminophenol type epoxy resin represented by the component [B] ⁇ "jER (registered trademark)” 630 (N, N-diglycidyl-4-glycidyloxyaniline, epoxy equivalent: 98 g / mol, Mitsubishi Chemical Corporation Made) (C) Bisphenol F type epoxy resin represented by the component [C] ⁇ "EPICLON (registered trademark)” 830 (diglycidyl ether of bisphenol F, epoxy equivalent: 170 g / mol, manufactured by DIC Corporation) (D) Other epoxy resins- "EPICLON (registered trademark)"
  • Curing agent (a) Crystalline aromatic diamine represented by component [D] "Lonza Cure (registered trademark)" M-MIPA (3,3'-diisopropyl-5,5'-dimethyl-4,4 '-Diaminodiphenylmethane, active hydrogen equivalent: 78 g / mol, manufactured by Lonza Co., Ltd.) -"Lonza Cure (registered trademark)” M-DEA (3,3', 5,5'-tetraethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, active hydrogen equivalent: 78 g / mol, manufactured by Lonza Co., Ltd.) "Lonza Cure (registered trademark)” M-CDEA (4,4'-methylenebis (3-chloro-2,6-diethylaniline, active hydrogen equivalent: 95 g / mol, manufactured by Lonza Co., Ltd.)) (B) Liquid aromatic diamine represented by the component [E] ⁇
  • a binder was produced according to the following production method.
  • PA-1 crystalline polyamide, melting point: 170 ° C.
  • fibers discharged from a mouthpiece provided with one orifice are stretched using an aspirator with an impact plate at the tip and compressed air, and then formed into a wire mesh. It was sprayed and collected.
  • the fiber sheets collected on the wire mesh were heat-bonded using a heating press to prepare a binder 1 in the form of a non-woven fabric.
  • PES amorphous polyether sulfone, melting point: none
  • PA-2 crystalline polyamide, melting point: 225 ° C.
  • fibers discharged from a mouthpiece provided with one orifice are stretched using an aspirator with an impact plate at the tip and compressed air, and then formed into a wire mesh. It was sprayed and collected.
  • the fiber sheets collected on the wire mesh were heat-bonded using a heating press to prepare a binder 3 in the form of a non-woven fabric.
  • PA-3 crystalline polyamide, melting point: 110 ° C.
  • fibers discharged from a mouthpiece provided with one orifice are stretched using an aspirator with an impact plate at the tip and compressed air, and then formed into a wire mesh. It was sprayed and collected.
  • the fiber sheets collected on the wire mesh were heat-bonded using a heating press to prepare a binder 4 in the form of a non-woven fabric.
  • the prepared binder resin composition was freeze-milled using a hammer mill (PULVERIZER, manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.) using a screen having a pore size of 1 mm and using liquid nitrogen to obtain a binder 5 in the form of particles. Such particles were passed through a sieve having an opening size of 150 ⁇ m and 75 ⁇ m, and the binder particles remaining on the sieve having an opening size of 75 ⁇ m were used for evaluation.
  • a hammer mill PULVERIZER, manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.
  • the obtained binder was used as a carbon fiber unidirectional fabric (plain weave, warp: carbon fiber T800S-24K-10C manufactured by Toray Industries, Inc., carbon fiber grain 295 g / m 2 , warp density 7.2 / 25 mm, weft: glass fiber. ECE225 1/0 1Z Nitto Boseki Co., Ltd., weft density 7.5 yarns / 25 mm) was attached to one side. Coating weight, when the binder 1 of the binder 4 5 g / m 2, in the case of binder 5 was 10 g / m 2. Then, it was heated using a far-infrared heater to fuse the binder, and a reinforced fiber base material with a binder having a binder on one side surface was obtained.
  • a carbon fiber unidirectional fabric plain weave, warp: carbon fiber T800S-24K-10C manufactured by Toray Industries, Inc., carbon fiber grain 295 g / m 2 , warp density 7.2 / 25
  • Tg glass transition temperature
  • the temperature was lowered to 30 ° C., and the mold was removed. After demolding, the temperature is raised from 30 ° C to 180 ° C at a rate of 1.5 ° C / min for post-curing, and after curing at 180 ° C for 30 minutes, the temperature is lowered to 30 ° C and post-curing is performed.
  • a test piece having a width of 12.7 mm and a length of 79.4 mm is cut so that the 0 ° direction and the length direction are the same, and is used for 0 ° compressive strength.
  • a test piece was prepared. This test piece was immersed in warm water at 72 ° C. for 14 days, and then the 0 ° compressive strength of the fiber-reinforced composite material was measured. The measurement of 0 ° compressive strength conforms to ASTM D695, and a universal material testing machine (4208 type Instron manufactured by Instron Japan Co., Ltd.) is used as a testing machine, and the crosshead speed at the time of measurement is 1.27 mm /. The measurement temperature was set to 82 ° C.
  • a test piece having a width of 101.6 mm and a length of 152.4 mm was cut so that the 0 ° direction and the length direction were the same, and made into SACMA SRM 2R-94. According to this, the compressive strength after impact was measured.
  • a testing machine a universal material testing machine (1128 type Tencilon manufactured by Instron Japan Co., Ltd.) was used. Here, the energy of the impact of the falling weight was set to 6.7 J / mm, and the crosshead speed was set to 1.27 mm / min.
  • the cells are transferred to a commercially available environmental tester and first exposed to an environment of ⁇ 54 ° C. for 1 hour. After that, the temperature is raised to 71 ° C. at a heating rate of 10 ° C. ⁇ 2 ° C./min. After raising the temperature, the temperature is maintained at 71 ° C. for 5 minutes ⁇ 1 minute, the temperature is lowered to ⁇ 54 ° C. at 10 ° C. ⁇ 2 ° C./min, and the temperature is maintained at ⁇ 54 ° C. for 5 minutes ⁇ 1 minute.
  • This cycle of raising the temperature from ⁇ 54 ° C. to 71 ° C. and lowering the temperature to ⁇ 54 ° C. is defined as one cycle, and this cycle is repeated 200 times.
  • the environmental exposure in the constant temperature and humidity chamber and the cycle in the environmental tester are defined as 1 block, and 5 blocks are repeated.
  • a width of 25 mm is cut out from a region ⁇ 10 mm from the center of the vertical direction of the test piece subjected to the above environmental exposure, the cut surface is polished as an observation surface, and the observation surface is observed at a magnification of 200 times using a commercially available microscope. The number of cracks occurring was measured.
  • Example 1 As shown in Table 1, 40 parts of "Araldite (registered trademark)” MY721 as a component [A], 30 parts of “jER (registered trademark)” 630 as a component [B], and “EPICLON” as a component [C]. 30 parts of “830 (registered trademark)” was added, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour to prepare a main agent solution. In addition, 40 parts of “Lonza Cure (registered trademark)” M-MIPA as a constituent component [D] and 18 parts of "jER Cure (registered trademark)” W as a constituent component [E] are added to a container separate from the main agent solution. , 80 ° C.
  • the mixture cooled to 70 ° C. was used as a curing agent solution.
  • 100 parts of the main agent solution and 58 parts of the curing agent solution were mixed to obtain an epoxy resin composition, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured and found to be 179 ° C. and 18 mPa ⁇ s, respectively. rice field.
  • the Tg of the cured product cured at 130 ° C. for 120 minutes was 135 ° C.
  • Examples 2 to 9 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 1, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change in Examples 1 to 9 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 20 mPa ⁇ s or less, and the impregnation property into the reinforcing fiber was also good.
  • it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C for 120 minutes, and showed sufficient heat resistance even when cured at 180 ° C for 30 minutes.
  • the fiber-reinforced composite material also had good heat resistance, mechanical properties, and durability, with a 0 ° compressive strength during moist heat of 1100 MPa or more, a post-impact compressive strength of 260 MPa or more, and a number of microcracks of 3 or less.
  • Example 10 As shown in Table 1, 25 parts of "Araldite (registered trademark)” MY721 as a component [A], 30 parts of “jER (registered trademark)” 630 as a component [B], and “EPICLIN” as a component [C]. 30 parts of (registered trademark) "830 and 20 parts of” Kaneace (registered trademark) "MX-416 as a constituent component [F] were added, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour to prepare a main agent solution.
  • the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured. It was higher than the binder melting point of the material, the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 20 mPa ⁇ s or less, and the impregnation property into the reinforcing fiber was also good. In addition, it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C for 120 minutes, and showed sufficient heat resistance even when cured at 180 ° C for 30 minutes.
  • the compressive strength at 0 ° during moist heat was 1100 MPa or more
  • the compressive strength after impact was 260 MPa or more
  • the number of microcracks was 0, and the heat resistance, mechanical properties, and durability were also good.
  • Example 11 and 12 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 10 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 2, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • the blending amount of each component was changed as shown in Table 2, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • the component [A] is contained in an amount of 35 parts by mass.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the changes between Examples 10 and Examples 11 and 12 are the content ratio of each component and the core-shell rubber type.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, but the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was in Example 10. It was a little inferior to.
  • the fiber-reinforced composite material had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C for 120 minutes, and showed sufficient heat resistance even when cured at 180 ° C for 30 minutes.
  • the compressive strength at 0 ° during moist heat was 1100 MPa or more
  • the compressive strength after impact was 260 MPa or more
  • the number of microcracks was 0, and the heat resistance, mechanical properties, and durability were also good.
  • Example 13 to 16 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 2, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Examples 13-16 is the binder species. In each case, the viscosity after holding at 110 ° C.
  • Example 13 the adhesiveness between the resin and the binder is slightly inferior to that in Example 1 because the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material does not exist or is higher than the gelation temperature of the resin.
  • the compressive strength after impact and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were slightly inferior to those of Example 1.
  • Example 15 although the gelation temperature of the resin is higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the melting point of the polyamide as a binder is less than 165 ° C., so that the thickness between the layers of the fiber-reinforced composite material is in Example 1.
  • the results were slightly non-uniform, and the post-impact compression strength and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were slightly inferior to those of Example 1.
  • Example 17 As shown in Table 2, 40 parts of "Araldite (registered trademark)” MY721 as a component [A], 30 parts of “jER (registered trademark)” 630 as a component [B], and “EPICLON” as a component [C]. 30 parts of “830 (registered trademark)” was added, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour to prepare a main agent solution. In addition, in a container separate from the main agent solution, 45 parts of "Ronza Cure (registered trademark)” M-MIPA as the constituent component [D] and 22 parts of "Kayahard (registered trademark)” AA (PT) as the constituent component [E].
  • the mixture was added in portions, stirred at 80 ° C. for 1 hour to uniformly dissolve, and then the temperature was lowered to 70 ° C. to prepare a curing agent solution.
  • 100 parts of the main agent solution and 58 parts of the curing agent solution were mixed to obtain an epoxy resin composition, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured and found to be 177 ° C. and 20 mPa ⁇ s, respectively. rice field. Further, as a result of preparing a cured resin product by the above method and measuring the Tg of the cured product, the Tg of the cured product cured at 130 ° C.
  • Example 18 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17, except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 2, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change in Examples 17 to 25 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 18 mPa ⁇ s or less, and the impregnation property into the reinforcing fiber was also good. In addition, it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C for 120 minutes, and showed sufficient heat resistance even when cured at 180 ° C for 30 minutes.
  • the fiber-reinforced composite material also had good heat resistance, mechanical properties, and durability, with a 0 ° compressive strength during moist heat of 1100 MPa or more, a post-impact compressive strength of 260 MPa or more, and a number of microcracks of 3 or less.
  • Examples 19 to 25 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17, except that the blending amount of each component was changed as shown in Tables 2 and 3, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured. bottom.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change in Examples 17 to 25 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin is higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes is slightly higher than 20 mPa ⁇ s only in Examples 21 and 25, but 20 mPa ⁇ s in the others. It was s or less, and the impregnation property into the reinforcing fiber was generally good. In addition, it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C for 120 minutes, and showed sufficient heat resistance even when cured at 180 ° C for 30 minutes.
  • the fiber-reinforced composite material also had good heat resistance, mechanical properties, and durability, with a 0 ° compressive strength during moist heat of 1100 MPa or more, a post-impact compressive strength of 260 MPa or more, and a number of microcracks of 3 or less.
  • Example 26 As shown in Table 3, 25 parts of "Araldite (registered trademark)” MY721 as a component [A], 30 parts of "jER (registered trademark)” 630 as a component [B], and “EPICLON” as a component [C]. (Registered trademark) "830 parts and 20 parts of” Kaneace (registered trademark) "MX-416 as a constituent component [F] were added, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 1 hour to prepare a main agent solution. As described in Example 10, since “Kaneace (registered trademark)” MX-416 contains 75% by mass of "Araldite (registered trademark)” MY721, 100 parts by mass of the main agent solution of this example contains.
  • the component [A] is contained in an amount of 40 parts by mass.
  • the mixture was added in portions, stirred at 80 ° C. for 1 hour to uniformly dissolve, and then the temperature was lowered to 70 ° C. to prepare a curing agent solution.
  • 105 parts of the main agent liquid and 67 parts of the curing agent liquid were mixed to obtain an epoxy resin composition, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • the viscosity is 22 mPa ⁇ s, and the impregnation property is slightly inferior.
  • the Tg of the cured product cured at 130 ° C. for 120 minutes was 131 ° C.
  • the Tg of the cured product cured at 180 ° C. for 30 minutes was 173 ° C. It had sufficient heat resistance.
  • a fiber-reinforced composite material was produced using this epoxy resin composition, and the compressive strength at 0 ° during moist heat and the compressive strength after impact were measured.
  • Example 27 and 28 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 26 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 3, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • the blending amount of each component was changed as shown in Table 3, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • the component [A] is contained in an amount of 40 parts by mass.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the changes between Examples 26 and 27 and 28 are the content ratio of each component and the core-shell rubber type.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, but the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was Example 26. It was a little inferior to.
  • the fiber-reinforced composite material also had good heat resistance, mechanical properties, and durability, with a 0 ° compressive strength during moist heat of 1100 MPa or more, a post-impact compressive strength of 260 MPa or more, and a number of microcracks of 3 or less.
  • Examples 29 to 32 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17, except that the blending amount of each component was changed as shown in Tables 3 and 4, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured. bottom.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 17 and Examples 29-32 is the binder species. In each case, the viscosity after holding at 110 ° C.
  • Example 31 although the gelation temperature of the resin is higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the melting point of the polyamide as a binder is less than 165 ° C., so that the thickness between the layers of the fiber-reinforced composite material is in Example 17.
  • the results were slightly non-uniform, and the post-impact compression strength and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were slightly inferior to those of Example 17.
  • Example 1 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Comparative Example 1 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 20 mPa ⁇ s or less, and the impregnation property into the reinforcing fiber was also good. In addition, it had Tg that could be demolded by curing at 130 ° C. for 120 minutes, and the number of microcracks was as good as 3 or less.
  • Example 2 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Comparative Example 2 is the content ratio of each component.
  • the cured product obtained by curing at 180 ° C. for 30 minutes was sufficiently cured, but the Tg was 159 ° C. and the heat resistance was low.
  • Example 3 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during wet and heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Comparative Example 3 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 20 mPa ⁇ s or less, and the impregnation property into the reinforcing fiber was also good. In addition, it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C for 120 minutes, and showed good heat resistance even when cured at 180 ° C for 30 minutes.
  • the post-impact compressive strength and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were also good. However, the 0 ° compressive strength at the time of moist heat was 1060 MPa, which was a defect.
  • Example 4 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Comparative Example 4 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C. for 120 minutes, and showed good heat resistance even when cured at 180 ° C. for 30 minutes.
  • the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 34 mPa ⁇ s, which exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was inferior. Voids due to impregnation defects were observed in the obtained fiber-reinforced composite material, and the compressive strength after impact was as poor as 255 MPa.
  • Example 5 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Comparative Example 5 is the content ratio of each component.
  • the cured product obtained by curing at 180 ° C. for 30 minutes was sufficiently cured, but the Tg was 158 ° C. and the heat resistance was low.
  • Example 6 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Comparative Example 6 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material.
  • Example 7 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Comparative Example 7 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was lower than the binder melting point of the reinforced fiber base material, the post-impact compressive strength of the fiber reinforced composite material was 258 MPa, and the number of microcracks was 5, which was poor.
  • Example 8 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 1 and Comparative Example 8 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the binder melting point of the reinforced fiber base material, and the post-impact compressive strength of the fiber reinforced composite material and the number of microcracks were good.
  • the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 25 mPa ⁇ s, which exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was inferior.
  • curing at 130 ° C. for 120 minutes did not cure sufficiently and could not be smoothly removed. Further, it was not sufficiently cured by curing at 180 ° C. for 30 minutes, the Tg of the cured resin product was 164 ° C., and the fiber-reinforced composite material also had a poor compressive strength of 0 ° at wet heat of 1090 MPa.
  • Example 9 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 5, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the changes between Example 1 and Comparative Example 9 are the content ratio of each component and the epoxy resin type.
  • the gelation temperature of the resin is higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes is 20 mPa ⁇ s or less, the impregnation property into the reinforcing fiber is good, and the mold is removed by curing at 130 ° C. for 120 minutes. It had a possible Tg and showed good heat resistance even when cured at 180 ° C for 30 minutes.
  • the post-impact compressive strength and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were also good. However, the 0 ° compressive strength at the time of moist heat was 1010 MPa, which was poor.
  • Example 10 a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the changes between Example 10 and Comparative Example 10 are the content ratio of each component and the epoxy resin species.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C. for 120 minutes, and showed good heat resistance even when cured at 180 ° C. for 30 minutes. However, the viscosity after holding at 110 ° C.
  • Example 11 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 17 and Comparative Example 11 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, but the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was somewhat insufficient. In addition, it had Tg that could be demolded by curing at 130 ° C. for 120 minutes, and the number of microcracks was as good as 3 or less.
  • Example 12 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 17 and Comparative Example 12 is the content ratio of each component.
  • the cured product obtained by curing at 180 ° C. for 30 minutes was sufficiently cured, but the Tg was 154 ° C. and the heat resistance was low.
  • Example 13 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 17 and Comparative Example 13 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 20 mPa ⁇ s or less, and the impregnation property into the reinforcing fiber was also good.
  • it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C. for 120 minutes, and the post-impact compressive strength and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were also good.
  • the Tg after curing at 180 ° C. for 30 minutes was low at 168 ° C., and the compressive strength at 0 ° at wet heat was also poor at 1080 MPa.
  • Example 14 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured. In addition, a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured. The only change between Example 17 and Comparative Example 14 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C. for 120 minutes, and showed good heat resistance even when cured at 180 ° C. for 30 minutes.
  • the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 34 mPa ⁇ s, which exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was inferior. Voids due to poor impregnation were observed in the obtained fiber-reinforced composite material, and the compressive strength after impact was 252 MPa, which was poor.
  • Example 15 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 17 and Comparative Example 15 is the content ratio of each component.
  • the cured product obtained by curing at 180 ° C. for 30 minutes was sufficiently cured, but the Tg was 153 ° C. and the heat resistance was low.
  • Example 16 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 17 and Comparative Example 16 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material.
  • the fiber-reinforced composite material had good 0 ° compressive strength and the number of microcracks during moist heat, but the post-impact compressive strength was 227 MPa, which was poor.
  • Example 17 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the only change between Example 17 and Comparative Example 17 is the content ratio of each component.
  • Example 18 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured. In addition, a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured. The only change between Example 17 and Comparative Example 18 is the content ratio of each component.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, and the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were good.
  • the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 25 mPa ⁇ s, which exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was inferior.
  • curing at 130 ° C. for 120 minutes did not cure sufficiently and could not be smoothly removed. Further, it was not sufficiently cured by curing at 180 ° C. for 30 minutes, the Tg of the cured resin product was 159 ° C., and the heat resistance was insufficient.
  • Example 19 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 17 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 6, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured. In addition, a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured. The changes between Example 17 and Comparative Example 19 are the content ratio of each component and the epoxy resin species.
  • the gelation temperature of the resin is higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes is 20 mPa ⁇ s or less, the impregnation property into the reinforcing fiber is good, and the mold is removed by curing at 130 ° C. for 120 minutes. It had a possible Tg and showed good heat resistance even when cured at 180 ° C for 30 minutes.
  • the post-impact compressive strength and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were also good. However, the 0 ° compressive strength at the time of moist heat was 1030 MPa, which was a defect.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the changes between Example 26 and Comparative Example 20 are the content ratio of each component and the epoxy resin species.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, it had a Tg that could be demolded by curing at 130 ° C for 120 minutes, and showed good heat resistance even after curing at 180 ° C for 30 minutes, but it showed good heat resistance at 110 ° C for 30 minutes.
  • the viscosity after holding was over 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fibers was inferior.
  • the compressive strength at 0 ° during moist heat was 1170 MPa, which was sufficient, but the compressive strength after impact was 250 MPa, and the number of microcracks was 6, which was poor.
  • Example 21 An epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of each component was changed as shown in Table 7, and the gelation temperature of the resin and the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes were measured.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the changes between Example 1 and Comparative Example 21 are the content ratio of each component and the type of curing agent.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, but the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 37 mPa ⁇ s, which greatly exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was inferior.
  • curing at 130 ° C. for 120 minutes did not cure sufficiently and could not be smoothly removed. Further, it was not sufficiently cured by curing at 180 ° C. for 30 minutes, and the Tg of the cured resin product was 162 ° C.
  • Voids due to impregnation defects were observed in the obtained fiber-reinforced composite material, and the compressive strength at 0 ° during moist heat was 1080 MPa, the compressive strength after impact was 220 MPa, and the number of microcracks was 7.
  • a cured resin product and a fiber-reinforced composite material were prepared using each of the epoxy resin compositions, and the Tg of the cured product, the compressive strength at 0 ° during moist heat, the compressive strength after impact, and the number of microcracks were measured.
  • the changes between Example 10 and Comparative Example 22 are the content ratio of each component and the type of curing agent.
  • the gelation temperature of the resin was higher than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, but the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes was 25 mPa ⁇ s, which exceeded 20 mPa ⁇ s, and the impregnation property into the reinforcing fiber was inferior.
  • Example 10 and Comparative Example 23 are the content ratio of each component and the type of curing agent.
  • the viscosity after holding at 110 ° C. for 30 minutes is 20 mPa ⁇ s or less, but it does not cure sufficiently at 130 ° C. for 120 minutes and cannot be removed smoothly, and it does not cure sufficiently even at 180 ° C. for 30 minutes.
  • the heat resistance is inferior at 146 ° C.
  • the gelation temperature of the resin was lower than the melting point of the binder of the reinforcing fiber base material, the adhesiveness between the resin and the binder was slightly inferior, and the compressive strength after impact and the number of microcracks of the fiber-reinforced composite material were slightly insufficient.
  • the 0 ° compressive strength during moist heat was also poor at 990 MPa.
  • the epoxy resin composition of the present invention has a very low viscosity and excellent impregnation property, is stable even at an injection temperature with suppressed increase in viscosity, can be sufficiently cured in a short time, and is used in a demolding step after molding. It is possible to provide an epoxy resin composition that can be smoothly demolded by sufficiently curing the resin and imparting high heat resistance, and can obtain a fiber-reinforced composite material having excellent compression strength and impact resistance during moist heat. Become.
  • the fiber-reinforced composite material composed of the epoxy resin composition and the reinforcing fiber is excellent in compressive strength at the time of moist heat, impact resistance, and microcrack resistance, it can be suitably used for aeronautical / spacecraft members, automobile members, and the like. can.

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Abstract

非常に低粘度で含浸性に優れ、注入温度でも粘度上昇が抑えられ安定であり、短時間で十分な硬化ができ、かつ成形後の脱型工程の際、樹脂が十分硬化し高耐熱性が付与されることで、スムーズに脱型できるエポキシ樹脂組成物を提供すること。さらには、湿熱時の圧縮強度やマイクロクラック耐性に優れた繊維強化複合材料を提供することを課題とする。 少なくともエポキシ樹脂として次の構成成分[A]~[C]を含み、少なくとも硬化剤として次の構成成分[D]および構成成分[E]を含むエポキシ樹脂組成物であって、構成成分[A]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部以上50質量部以下含まれ、かつ構成成分[B]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して20質量部以上40質量部以下含まれ、かつ構成成分[D]が、全硬化剤成分100質量部に対して55質量部以上75質量部以下含まれ、かつエポキシ樹脂に含まれるエポキシ基総数(E)と硬化剤中に含まれるアミン化合物の活性水素総数(H)との比であるH/Eが1.1以上1.4以下であるエポキシ樹脂組成物。 [A]4官能グリシジルジアミン型エポキシ樹脂 [B]アミノフェノール型エポキシ樹脂 [C]ビスフェノールF型エポキシ樹脂 [D]結晶性芳香族ジアミン [E]液状芳香族ジアミン

Description

エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料およびその製造方法
 本発明は、航空・宇宙用部材、自動車用部材等に好適に用いられるエポキシ樹脂組成物、およびそれを用いた繊維強化複合材料ならびにその製造方法に関するものである。
 強化繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化複合材料は、強化繊維とマトリックス樹脂の利点を生かした材料設計が出来るため、航空宇宙分野を始め、スポーツ分野、一般産業分野等に用途が拡大されている。
 強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ボロン繊維等が用いられる。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも用いられるが、強化繊維への含浸が容易な熱硬化性樹脂が用いられることが多い。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアネート樹脂等が用いられる。
 繊維強化複合材料の成形方法としては、プリプレグ法、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、RTM(Resin Transfer Molding)法等の方法が適用される。プリプレグ法は、強化繊維にエポキシ樹脂組成物を含浸したプリプレグを所望の形状に積層し、加熱することによって成形物を得る方法である。しかし、このプリプレグ法は航空機や自動車等の構造材用途で要求される高い材料強度を有する繊維強化複合材料の生産には向いているが、プリプレグの作製、積層等の多くのプロセスを経ることを必要とするため、少量生産しかできず、大量生産には不向きであり、生産性に問題がある。一方、RTM法は、加熱した成形型内に配置した強化繊維基材に液状のエポキシ樹脂組成物を注入し、含浸させ、該成形型内で加熱硬化して成形物を得る方法である。この方法であれば成形型を用意することで、プリプレグ作製工程を介さずに短時間で繊維強化複合材料を成形できるだけでなく、複雑な形状の繊維強化複合材料でも容易に成形が可能という利点もある。
 近年、航空機や自動車等の構造材用途であっても高生産性が求められてきており、高速成形可能かつ飛行機や自動車等の構造材用途で必要とされる高いレベルの物性(耐熱性、耐衝撃性、耐久性等)を有する繊維強化複合材料への要求が高まっている。
 RTM法において、繊維強化複合材料を高速成形するためには、各成形工程における成形時間の短縮(高速成形性)が必要不可欠である。RTM法の各成形工程とは、加熱した成形型内に配置した強化繊維基材に液状のエポキシ樹脂組成物を注入し含浸させる工程、および該成形型内でエポキシ樹脂組成物を加熱硬化して成形物を得て、該成形型から成形物を脱型する工程に分かれる。強化繊維基材にエポキシ樹脂組成物を注入し含浸させる時間を短縮するためには、短時間で含浸するようエポキシ樹脂組成物が低粘度であること、かつ注入中のエポキシ樹脂組成物は低粘度状態を保たれることが必要である。また、加熱硬化時間を短縮するためには、短時間でエポキシ樹脂組成物が十分硬化し、高耐熱性が付与されることで、スムーズに脱型できることが求められる。
 しかしながら、従来のRTM用エポキシ樹脂組成物では、この高速成形性と繊維強化複合材料物性がトレードオフの関係にあった。すなわち、短時間でエポキシ樹脂組成物を注入し含浸させようと注入時のエポキシ樹脂組成物の温度を上げて粘度を下げると、注入中にエポキシ樹脂組成物の一部が反応を始め増粘してしまい、注入に時間がかかっていた。これを防ぐために低粘度かつ反応性の低い樹脂を用いると加熱硬化に時間がかかったり、得られる繊維強化複合材料の物性が低くなったりと、高速成形性と高いレベルの繊維強化複合材料物性を両立することは困難であった。
 このような状況に対し、硬化剤としてメチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(M-CDEA)を含むエポキシ樹脂組成物が開示されており、長時間粘度の上昇を抑えられる方法が提案されている(特許文献1)。また、硬化剤としてジアミノジフェニルスルホンを含むエポキシ樹脂組成物が開示されており、含浸性に優れ、180℃で高速硬化ができ、かつ成形後の脱型工程の際、樹脂が十分硬化している方法が提案されている(特許文献2)。さらに、硬化剤として4,4’-メチレンビス(2-イソプロピル-6-メチルアニリン)(M-MIPA)を含むエポキシ樹脂組成物が開示されており、180℃で十分な高速硬化ができ、かつ成形後の脱型工程で、樹脂が十分硬化している方法が提案されている(特許文献3、4)。
特許第5808057号公報 国際公開第WO2003/040206号 特開2010-150310号公報 国際公報第WO2020/008847号
 前述の特許文献1に記載の方法では、長時間粘度の上昇を抑えることが可能になるものの、樹脂組成物が高粘度であるため、含浸性が不十分であり、また、反応性が低いメチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(M-CDEA)を含むため、180℃の高温での硬化性も低く、短時間では十分な高強度が発現しないという課題があった。
 前述の特許文献2に記載の方法では、含浸性に優れるものの、高いレベルで要求される高速硬化性に対し十分良好とまでは言えない場合があった。
 前述の特許文献3、4に記載の方法では、十分な高速硬化が可能で、かつ成形後の樹脂は十分硬化し容易に脱型できるが、注入工程において樹脂粘度が高いため含浸に時間がかかる上、短時間で注入を切り上げて、次の工程に移ると得られる繊維強化複合材料には未含浸部分が見られ、十分な強度が発現しないという課題があった。
 そこで、本発明の目的は、非常に低粘度で含浸性に優れ、注入温度でも粘度上昇が抑えられ安定であり、短時間で十分な硬化ができ、かつ成形後の脱型工程の際に樹脂が十分硬化し高耐熱性が付与されることで、スムーズに脱型できるエポキシ樹脂組成物を提供することである。さらには、湿熱時の圧縮強度や耐衝撃性、マイクロクラック耐性に優れた繊維強化複合材料を提供することである。
 本発明は、上記課題を解決するために次の構成を有するものである。すなわち、少なくともエポキシ樹脂として次の構成成分[A]~[C]を含み、少なくとも硬化剤として次の構成成分[D]および構成成分[E]を含むエポキシ樹脂組成物であって、構成成分[A]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部以上50質量部以下含まれ、かつ構成成分[B]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して20質量部以上40質量部以下含まれ、かつ構成成分[D]が、全硬化剤成分100質量部に対して55質量部以上75質量部以下含まれ、かつエポキシ樹脂に含まれるエポキシ基総数(E)と硬化剤中に含まれるアミン化合物の活性水素総数(H)との比であるH/Eが1.1以上1.4以下であるエポキシ樹脂組成物である。
[A]4官能グリシジルジアミン型エポキシ樹脂
[B]アミノフェノール型エポキシ樹脂
[C]ビスフェノールF型エポキシ樹脂
[D]結晶性芳香族ジアミン
[E]液状芳香族ジアミン。
 さらに、本発明の繊維強化複合材料は、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物と、強化繊維基材とを含む繊維強化複合材料である。
 また、本発明の繊維強化複合材料の製造方法の第1の態様は、少なくともエポキシ樹脂として前記構成成分[A]~[C]を含む主剤液と、少なくとも硬化剤として前記構成成分[D]および構成成分[E]を含み、構成成分[D]が均一に溶解している液体からなる硬化剤液を、70℃以上130℃以下で混合した後、110℃以上150℃以下に加熱した成形型内に配置した強化繊維基材に注入し、含浸させ、該成形型内で110℃以上150℃以下で硬化を行う繊維強化複合材料の製造方法であって、構成成分[A]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部以上50質量部以下含まれ、かつ構成成分[B]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して20質量部以上40質量部以下含まれ、かつ構成成分[D]が、全硬化剤成分100質量部に対して55質量部以上75質量部以下含まれ、かつエポキシ樹脂に含まれるエポキシ基総数(E)と硬化剤中に含まれるアミン化合物の活性水素総数(H)との比であるH/Eが1.1以上1.4以下である繊維強化複合材料の製造方法である。
 また、本発明の繊維強化複合材料の製造方法の第2の態様は、少なくともエポキシ樹脂として前記構成成分[A]~[C]を含む主剤液と、少なくとも硬化剤として前記構成成分[D]および構成成分[E]を含み、構成成分[D]が均一に溶解している液体からなる硬化剤液を、70℃以上130℃以下で混合した後、90℃以上130℃以下に加熱した成形型内に配置した強化繊維基材に注入し、含浸させ、該成形型内で160℃以上200℃以下で硬化を行う繊維強化複合材料の製造方法であって、構成成分[A]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部以上50質量部以下含まれ、かつ構成成分[B]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して20質量部以上40質量部以下含まれ、かつ構成成分[D]が、全硬化剤成分100質量部に対して55質量部以上75質量部以下含まれ、かつエポキシ樹脂に含まれるエポキシ基総数(E)と硬化剤中に含まれるアミン化合物の活性水素総数(H)との比であるH/Eが1.1以上1.4以下である繊維強化複合材料の製造方法である。
 本発明によれば、非常に低粘度で含浸性に優れ、注入温度でも粘度上昇が抑えられ安定であり、短時間で十分な硬化ができ、かつ成形後の脱型工程の際、樹脂が十分硬化し高耐熱性が付与されることでスムーズに脱型でき、湿熱時の圧縮強度および耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料が得られるエポキシ樹脂組成物を提供することが可能になる。そして、少なくともかかるエポキシ樹脂組成物と強化繊維からなる繊維強化複合材料は、湿熱時の圧縮強度、耐衝撃性、マイクロクラック耐性に優れるので、航空・宇宙機部材、自動車部材等に好適に用いることができる。
 以下に、本発明の望ましい実施の形態について、説明する。
 本発明で用いられる構成成分[A]は、4官能グリシジルジアミン型エポキシ樹脂であり、樹脂硬化物および繊維強化複合材料に高い耐熱性や機械特性を与えるために必要な成分である。例えば、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジイソプロピル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジ-t-ブチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジメチル-5,5’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジエチル-5,5’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジイソプロピル-5,5’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジイソプロピル-5,5’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジ-t-ブチル-5,5’-ジエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’,5,5’-テトラメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’,5,5’-テトラエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’,5,5’-テトライソプロピル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’,5,5’-テトラ-t-ブチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジクロロ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-3,3’-ジブロモ-4,4’-ジアミノジフェニルメタン等のN,N,N’,N’-テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンまたはその誘導体(これらを、構成成分[A1]N,N,N’,N’-テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンと記すこともある)、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-p-キシリレンジアミン等のN,N,N’,N’-テトラグリシジルキシリレンジアミンの異性体またはそれらの誘導体、1,3-ビス(ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、2,5-ビス(ジグリシジルアミノメチル)ノルボルナン、2,6-ビス(ジグリシジルアミノメチル)ノルボルナン等の各種の脂環式ジアミンのテトラグリシジル化物を挙げることができる。また、構成成分[A]として、これらの4官能グリシジルジアミン型エポキシ樹脂を2種類以上組み合わせて使用しても構わない。これらの中でも、構成成分[A1]N,N,N’,N’-テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンが構成成分[A]として含まれることが好ましく、構成成分[A1]が構成成分[A]として用いられることがより好ましい。
 4官能グリシジルジアミン型エポキシ樹脂の市販品としては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(住友化学(株)製)、YH434L(日鉄ケミカル&マテリアル(株)製)、“jER(登録商標)”604(三菱ケミカル(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY720、“アラルダイト(登録商標)”MY721(以上、ハンツマン・ジャパン(株)製)、TETRAD-C(三菱ガス化学(株)製)等を使用することができる。
 本発明における構成成分[A]は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部以上50質量部以下含まれていることが必要である。全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、構成成分[A]が30質量部以上含まれる場合は、樹脂硬化物が高い耐熱性を発現し、かつ繊維強化複合材料の湿熱時の圧縮強度が向上する。また、構成成分[A]が50質量部以下である場合は、樹脂注入時における樹脂組成物の粘度が低減し、強化繊維基材への含浸性が向上する。かかる観点から、構成成分[A]の配合量は40質量部以上50質量部以下の範囲内であることがより好ましい。
 本発明における構成成分[B]は、アミノフェノール型エポキシ樹脂であり、樹脂組成物の粘度を下げ、樹脂硬化物および繊維強化複合材料に高い機械特性を与えるために必要な成分である。例えば、N,N-ジグリシジル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-2-メチル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-3-メチル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-2,6-ジメチル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-3,5-ジメチル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-2-エチル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-3-エチル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-2-イソプロピル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-3-イソプロピル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-2-t-ブチル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-3-t-ブチル-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-2-クロロ-4-グリシジルオキシアニリン、N,N-ジグリシジル-3-クロロ-4-グリシジルオキシアニリン等のトリグリシジル-p-アミノフェノールまたはその誘導体(これらを、構成成分[B1]トリグリシジル-p-アミノフェノールと記すこともある)、N,N,O-トリグリシジル-m-アミノフェノール、N,N,O-トリグリシジル-o-アミノフェノール等のトリグリシジル-p-アミノフェノールの異性体またはそれらの誘導体を挙げることができる。また、構成成分[B]として、これらのアミノフェノール型エポキシ樹脂を2種類以上組み合わせて使用しても構わない。これらの中でも、構成成分[B1]トリグリシジル-p-アミノフェノールが構成成分[B]として、含まれることが好ましく、構成成分[B1]が構成成分[B]として用いられることがより好ましい。
 アミノフェノール型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”630(以上、三菱ケミカル(株)製)、“アラルダイト(登録商標)”MY0500、“アラルダイト(登録商標)”MY0510、“アラルダイト(登録商標)”MY0600、“アラルダイト(登録商標)”MY0610(以上、ハンツマン・ジャパン(株)製)、ELM100(住友化学(株)製)等を使用することができる。
 本発明における構成成分[B]は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して20質量部以上40質量部以下含まれていることが必要である。全エポキシ樹脂成分100質量部に対して、構成成分[B]が20質量部以上含まれる場合は、樹脂硬化物が高い耐熱性を発現し、樹脂含浸温度における樹脂組成物の粘度が低減し、強化繊維基材への含浸性が向上する。また、構成成分[B]が40質量部以下である場合は、湿熱時の物性低下が抑制され、繊維強化複合材料の湿熱時の圧縮強度が向上する。かかる観点から、構成成分[B]の配合量は20質量部以上30質量部以下の範囲内であることがより好ましい。
 本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成成分[A]と構成成分[B]の両方を含み、かつ構成成分[A]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部以上50質量部以下含まれ、かつ構成成分[B]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して20質量部以上40質量部以下含まれることを必須とする。構成成分[A]と構成成分[B]の両方を前記配合量で含むことで、初めて、非常に低粘度で含浸性に優れ、注入温度でも粘度上昇が抑えられ安定であり、短時間で十分な硬化ができ、かつ成形後の脱型工程の際、樹脂が十分硬化しており、高耐熱性が付与されることで、スムーズに脱型でき、湿熱時の圧縮強度および耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料が得られるエポキシ樹脂組成物を提供することが可能になる。
 本発明における構成成分[C]は、ビスフェノールF型エポキシ樹脂であり、樹脂含浸温度における樹脂組成物の粘度を低減し、強化繊維基材への含浸性を向上させるため、さらに樹脂硬化物および繊維強化複合材料に高い機械特性を与えるために必要な成分である。ここで構成成分[C]のビスフェノールF型エポキシ樹脂とは、ビスフェノールFの2つのフェノール性水酸基がグリシジル化されたものである。
 ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては“jER(登録商標)”806、“jER(登録商標)”807、“jER(登録商標)”1750、“jER(登録商標)”4004P、“jER(登録商標)”4007P、“jER(登録商標)”4009P(以上三菱ケミカル(株)製)、“EPICLON(登録商標)”830(DIC(株)製)、“エポトート(登録商標)”YDF-170、“エポトート(登録商標)”YDF2001、“エポトート(登録商標)”YDF2004(以上日鉄ケミカル&マテリアル(株))等が挙げられる。また、アルキル置換体であるテトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては、“エポトート(登録商標)”YSLV-80XY(日鉄ケミカル&マテリアル(株))等が挙げられる。
 本発明における構成成分[C]は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して20質量部以上40質量部以下含まれていることが好ましい。全エポキシ樹脂成分100質量部に対して構成成分[C]が20質量部以上含まれる場合は、樹脂含浸温度における樹脂組成物の粘度を低減し、強化繊維基材への含浸性を向上させ、未含浸を防ぐことができ、さらに樹脂硬化物において高い靭性および弾性率を発現するため好ましく、40質量部以下である場合は、高い耐熱性を発現するため好ましい。かかる観点から、構成成分[C]の配合量は20質量部以上30質量部以下の範囲内であることがより好ましい。
 また、本発明においては、構成成分[A]~[C]以外のエポキシ樹脂である、ビスフェノールF型以外のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、イソシアネート変性エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂等から選択される1種以上のエポキシ樹脂が含まれていてもよく、その含有量は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部未満であることが好ましい。
 構成成分[A]~[C]以外のエポキシ樹脂としては、より具体的には、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールADジグリシジルエーテル、2,2’,6,6’-テトラメチル-4,4’-ビフェノールジグリシジルエーテル、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレンのジグリシジルエーテル、トリス(p-ヒドロキシフェニル)メタンのトリグリシジルエーテル、テトラキス(p-ヒドロキシフェニル)エタンのテトラグリシジルエーテル、フェノールノボラックグリシジルエーテル、クレゾールノボラックグリシジルエーテル、フェノールとジシクロペンタジエンの縮合物のグリシジルエーテル、ビフェニルアラルキル樹脂のグリシジルエーテル、トリグリシジルイソシアヌレート、5-エチル-1,3-ジグリシジル-5-メチルヒダントイン、ビスフェノールAジグリシジルエーテルとトリレンイソシアネートの付加により得られるオキサゾリドン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂等が挙げられる。その中でもビスフェノールF型以外のビスフェノール型エポキシ樹脂は、樹脂硬化物の靭性、耐熱性のバランスに優れた寄与を与えるため好ましく用いられ、特に液状ビスフェノール型エポキシ樹脂は強化繊維への含浸性に優れた寄与を与えるため、構成成分[A]~[C]以外のエポキシ樹脂として、好ましく用いられる。なお、本発明において、「液状」とは、25℃における粘度が1000Pa・s以下であることを指し、「固体状」とは、25℃において流動性をもたない、もしくは極めて流動性が低く、具体的には25℃における粘度が1000Pa・sより大きいことを指す。ここで、粘度は、JIS Z8803(1991)における「円すい-平板形回転粘度計による粘度測定方法」に従い、標準コーンローター(1°34’×R24)を装着したE型粘度計(例えば、東京計器(株)製TVE-30H)を使用して測定する。
 ここで、ビスフェノールF型以外のビスフェノール型エポキシ樹脂とは、ビスフェノールF以外のビスフェノール化合物の2つのフェノール性水酸基がグリシジル化されたものであり、ビスフェノールA型、ビスフェノールAD型、ビスフェノールS型、もしくはこれらビスフェノールのハロゲン、アルキル置換体、水添品等が挙げられる。また、これらのビスフェノール型エポキシ樹脂としては、単量体に限らず、複数の繰り返し単位を有する高分子量体も好適に使用することができる。樹脂硬化物の靭性、耐熱性のバランスの観点から、ビスフェノールF型以外のビスフェノール型エポキシ樹脂を含有させる場合、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部未満が好ましい。
 ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”825、“jER(登録商標)”826、“jER(登録商標)”827、“jER(登録商標)”828、“jER(登録商標)”834、“jER(登録商標)”1001、“jER(登録商標)”1002、“jER(登録商標)”1003、“jER(登録商標)”1004、“jER(登録商標)”1004AF、“jER(登録商標)”1007、“jER(登録商標)”1009(以上三菱ケミカル(株)製)、“EPICLON(登録商標)”850(DIC(株)製)、“エポトート(登録商標)”YD-128(日鉄ケミカル&マテリアル(株)製)、“DER(登録商標)”-331、“DER(登録商標)”-332(ダウ・ケミカル社製)等が挙げられる。
 ビスフェノールS型エポキシ樹脂の市販品としては、“EPICLON(登録商標)”EXA-1515(DIC(株)製)等が挙げられる。
 本発明のエポキシ樹脂組成物は、強化繊維基材への含浸性を高めつつ、繊維強化複合材料に優れた耐熱性や機械強度を付与するため、少なくとも2種類の硬化剤を含んでいる。ここで硬化剤とは、エポキシ基と反応してエポキシ樹脂と架橋構造を形成し得る活性基を有する化合物を指す。本発明のエポキシ樹脂組成物が含む少なくとも2種類硬化剤のうち、1種類の硬化剤が構成成分[D]の結晶性芳香族ジアミンである。構成成分[D]は、低粘度で取扱性に優れ、強化繊維基材への含浸性を向上しつつ、樹脂硬化物および繊維強化複合材料に高い機械特性を与えるために必要な成分である。かかる結晶性芳香族ジアミンの例としては、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スルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、2,2’-ジエチルジアミノジフェニルメタン、4,4’-メチレンビス(2-イソプロピル-6-メチルアニリン)(これを、構成成分[D1]と記すこともある)、4,4’-メチレンビス(2,6-ジイソプロピルアニリン)、4,4’-メチレンビス(2,6-ジエチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(N-メチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(N-エチルアニリン)、4,4’-メチレンビス(N-sec-ブチルアニリン)、N,N’-ジ-sec-ブチル-p-フェニレンジアミン等が挙げられる。また、構成成分[D]として、これらの結晶性芳香族ジアミンを2種類以上組み合わせて使用しても構わない。これらの中でも、構成成分[D1]4,4’-メチレンビス(2-イソプロピル-6-メチルアニリン)が構成成分[D]として含まれることが好ましく、構成成分[D1]が構成成分[D]として用いられることがより好ましい。結晶性芳香族ジアミンの市販品としては、“ロンザキュア(登録商標)”M-MIPA、“ロンザキュア(登録商標)”M-DIPA(以上、ロンザ(株)製)、セイカキュアS(セイカ(株)製)、3,3’-DAS(三井化学ファイン(株)製)等が挙げられる。
 本発明における構成成分[D]は、全硬化剤成分100質量部に対して55質量部以上75質量部以下含まれていることが必要である。全硬化剤成分100質量部に対して、構成成分[D]が55質量部以上含まれる場合は、注入時の樹脂含浸温度での粘度が十分低く、含浸性が良好となり、また繊維強化複合材料の湿熱時の圧縮強度が向上する。構成成分[D]が75質量部以下含まれる場合は、硬化剤を25℃で液状として扱えるので取扱性に優れ、高温時の高速硬化性を発現しうる。かかる観点から、60質量部以上70質量部以下の範囲内であることがより好ましい。
 本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれる少なくとも2種類以上の硬化剤の内、もう1種類の硬化剤が、構成成分[E]の液状芳香族ジアミンである。構成成分[E]は、25℃で液状であり、構成成分[D]を溶解し均一な硬化剤液とすることができ、25℃で硬化剤を液状として扱えることで取扱性が向上するため必須の成分である。ここで、均一に溶解された状態とは、23℃において構成成分[D]が溶解度まで達しておらず、固形成分の析出がない液体の状態を指す。また、この硬化剤液は長時間液状を保持するため、RTM法等の繊維強化複合材料の製造方法に好適に用いることができる。ここで構成成分[E]の液状芳香族ジアミンの例として、2,4-ジエチル-6-メチル-m-フェニレンジアミン、4,6-ジエチル-2-メチル-m-フェニレンジアミン等のジエチルトルエンジアミンの異性体(これらを、構成成分[E1]ジエチルトルエンジアミンと記すこともある)、4,6-ジエチル-m-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジエチルジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルジフェニルメタン(これを、構成成分[E2]と記すこともある)、3,3’-ジアミノ-4,4’-ジエチルジフェニルメタン、m-キシリレンジアミン等を挙げることができる。これらの中でも、構成成分[E1]ジエチルトルエンジアミンおよび/または構成成分[E2]4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルジフェニルメタンが構成成分[E]として好ましく用いられ、構成成分[E2]4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメチルジフェニルメタンが構成成分[E]としてより好ましく用いられる。この場合、高ガラス転移温度、高弾性率のエポキシ樹脂硬化物が得られる。かかる液状芳香族ジアミンの市販品としては、“jERキュア(登録商標)”W(三菱ケミカル(株)製)、“カヤハード(登録商標)”A-A(PT)(日本化薬(株)製)等を用いることができる。
 本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成成分[D]および構成成分[E]以外の硬化剤を含むこともできる。構成成分[D]および構成成分[E]以外の硬化剤としては、例えば、ヘキサメチレンジアミン、1,3-ペンタンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン硬化剤や、イソホロンジアミン、4,4’-メチレンビスシクロヘキシルアミン、4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン)、ビス(アミノメチル)ノルボルナン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン等の脂環式ジアミン硬化剤等が挙げられる。これらの硬化剤は単体で用いても良いし、複数を混合して用いても良い。
 また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、その他の成分として硬化促進剤、可塑剤、染料、顔料、無機充填材、酸化防止剤、紫外線吸収剤、カップリング剤、界面活性剤等を必要に応じて含むことができる。
 本発明において、エポキシ樹脂に含まれるエポキシ基総数(E)と硬化剤中に含まれるアミン化合物の活性水素総数(H)との比であるH/Eは1.1以上1.4以下であり、1.2以上1.3以下であることがより好ましい。H/Eが1.1以上である場合は、良好な硬化性向上の効果および樹脂硬化物の塑性変形能力向上の効果が得られるために好ましく、1.4以下である場合は、高い耐熱性を発現するため好ましい。
 本発明のエポキシ樹脂組成物は、構成成分[F]として、体積平均粒子径が50nm以上300nm以下の範囲内にある、シェル部分にエポキシ基を含むコアシェルゴム粒子を含むことも好ましい態様である。コアシェルゴム粒子は繊維強化複合材料に高い靭性を与え、耐衝撃性向上や後述するマイクロクラック発生を抑制する効果がある点で優れている。ここでコアシェルゴム粒子とは、架橋ゴム等のポリマーを主成分とする粒子状のコア部分と、コア部分とは異なるポリマーをグラフト重合する等の方法でコア表面の一部あるいは全体を被覆した粒子を意味する。
 前記コアシェルゴム粒子のコア部分としては、共役ジエン系モノマー、アクリル酸エステル系モノマー、メタクリル酸エステル系モノマーより選ばれる1種または複数種から重合されたポリマー、またはシリコーン樹脂等を用いることができる。具体的には、例えば、ブタジエン、イソプレン、クロロプレンが挙げることができ、これらを単独でもしくは複数種用いて構成される架橋したポリマーであることが好ましい。特に得られる重合体の性質が良好であり、重合が容易であることから、かかる共役ジエン系モノマーとしてブタジエンを用いること、すなわち、コア成分としてブタジエンを含むモノマーから重合されたポリマーであることが好ましい。
 コアシェルゴム粒子を構成するシェル成分は、前記したコア成分にグラフト重合されており、コア成分を構成するポリマー粒子と化学結合していることが好ましい。かかるシェル成分を構成する成分としては、例えば(メタ)アクリル酸エステル、芳香族ビニル化合物等から選ばれた1種または複数種から重合された重合体である。また、該シェル成分には分散状態を安定化させるために、本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれる成分、すなわちエポキシ樹脂またはその硬化剤成分と反応する官能基が導入されていることが好ましい。このような官能基が導入されている場合、エポキシ樹脂との親和性が向上し、また最終的にはエポキシ樹脂組成物と反応して硬化物に取り込まれることが可能であるため、良好な分散性が達成できる。この結果、少量の配合でも十分な靱性向上効果が得られ、Tg、弾性率を維持しつつの靱性向上が可能となる。かかる官能基としては、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基、エポキシ基が挙げられる。このような官能基をシェル部分に導入する方法としては、このような官能基を含むアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類等の一種類または複数の成分を、モノマーの一部成分としてコア表面にグラフト重合する等の方法が挙げられる。
 本発明における構成要素[F]のコアシェルゴム粒子は、体積平均粒子径が50nm以上300nm以下であり、50nm以上150nm以下であることが好ましい。なお、体積平均粒子径はナノトラック粒度分布測定装置(日機装(株)製、動的光散乱法)を用いて測定することができる。あるいは、マイクロトームで作製した硬化物の薄切片をTEM観察し、得られたTEM像から画像処理ソフトを用いて体積平均粒子径を測定することもできる。この場合、少なくとも100個以上の粒子の平均値を用いることが必要である。体積平均粒子径が50nm以上の場合、コアシェルゴム粒子の比表面積が適度に小さくエネルギー的に有利になるため凝集が起きにくく、靱性向上効果が高い。一方、体積平均粒子径が300nm以下の場合、コアシェルゴム粒子間の距離が適度に小さくなり、靱性向上効果が高い。
 コアシェルゴム粒子の製造方法については特に制限はなく、周知の方法で製造されたものを使用できる。コアシェルゴム粒子の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド(登録商標)”EXL-2655(ダウ・ケミカル社製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド(登録商標)”AC-3355、TR-2122(アイカ工業(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“パラロイド(PARALOID)(登録商標)”EXL-2611、EXL-3387(ダウ・ケミカル社製)等を使用することができる。また、スタフィロイドIM-601、IM-602(以上アイカ工業(株)製)等の、ガラス転移温度が室温以上のガラス状ポリマーのコア層をTgの低いゴム状ポリマーの中間層で被い、さらにその周りをシェル層で被った、3層構造を有するコアシェルゴム粒子も使用することができる。通常、これらのコアシェルゴム粒子は塊状で取り出されたものを粉砕して粉体として取り扱われており、粉体状コアシェルゴムを再度熱硬化性樹脂組成物中に分散させることが多い。しかしながら、この方法では粒子を凝集のない状態、すなわち一次粒子の状態で安定に分散させることが難しいという問題がある。この問題に対して、コアシェルゴム粒子の製造過程から一度も塊状で取り出すことなく、最終的には熱硬化性樹脂の一成分、例えばエポキシ樹脂中に一次粒子で分散したマスターバッチの状態で取り扱うことができるものを用いることで、好ましい分散状態を得ることができる。このようなマスターバッチの状態で取り扱えるコアシェルゴム粒子としては、例えば、特開2004-315572号公報に記載の方法で製造することができる。この製造方法では、まず、コアシェルゴムを乳化重合、分散重合、懸濁重合に代表される水媒体中で重合する方法を用いてコアシェルゴム粒子が分散した懸濁液を得る。次に、かかる懸濁液に水と部分溶解性を示す有機溶媒、例えばアセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒や、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒を混合後、水溶性電解質、例えば塩化ナトリウムや塩化カリウムを接触させ、有機溶媒層と水層を相分離させ、水層を分離除去して得られたコアシェルゴム粒子が分散した有機溶媒を得る。その後、エポキシ樹脂を混合した後、有機溶媒を蒸発除去し、コアシェルゴム粒子がエポキシ樹脂中に一次粒子の状態で分散したマスターバッチを得る。かかる方法で製造されたコアシェルゴム粒子分散エポキシマスターバッチとしては、(株)カネカから市販されている“カネエース(登録商標)”を用いることができる。
 コアシェルゴム粒子の含有量は、全エポキシ樹脂成分100質量部に対して1質量部以上10質量部以下であることが好ましく、1質量部以上8質量部以下であることがより好ましい。1質量部以上とした場合、高靱性の樹脂硬化物が得られため好ましく、10質量部以下とした場合、高弾性率の硬化物が得られ、さらに樹脂中のコアシェルゴム粒子の分散性も良好となるため好ましい。
 エポキシ樹脂組成物にコアシェルゴム粒子を混合する方法としては、一般に用いられる分散方法を用いることが出来る。例えば三本ロール、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ホモジナイザー、自転・公転ミキサー等を用いる方法があげられる。また、前述のコアシェルゴム粒子分散エポキシマスターバッチを混合する方法も好ましく用いることが出来る。ただし、一次粒子の状態で分散していても、必要以上の加熱や粘度の低下によって再凝集が起こることがある。したがって、コアシェルゴム粒子の分散・配合、および分散後に他成分と混合・混練する場合は、コアシェルゴム粒子の再凝集が起こらない温度・粘度の範囲で行うことが好ましい。具体的には、組成物により異なるが、例えば、150℃以上の温度で混練した場合、組成物の粘度が下がり凝集が起こる可能性があるので、それより低い温度で混練することが好ましい。ただし、硬化プロセス中で150℃以上に達する場合については、昇温時にゲル化が伴って再凝集が妨げられるから、その際に150℃を超えることに問題はない。
 本発明のエポキシ樹脂組成物は、E型粘度計による等温測定より得られる、110℃一定で30分後の樹脂粘度をη(単位:mPa・s)とするとき、1≦η≦20であることが好ましい。成形型内に配置した強化繊維基材からなるプリフォームに、本発明のエポキシ樹脂組成物を注入する場合、注入温度において、本発明のエポキシ樹脂組成物の反応性が高いと、注入過程で粘度が増加してしまい含浸性が低下し未含浸部が生じたり、成形に時間がかかったりする等、成形が困難になる場合がある。このため、本発明のエポキシ樹脂組成物において、主剤と硬化剤を混合してから30分後の粘度は110℃において1≦η≦20mPa・sであることが好ましく、より好ましくは1≦η≦18mPa・sである。なお、本発明において粘度測定にはJIS Z8803(1991)における「円すい-板形回転粘度計による粘度測定方法」に従い、標準コーンローター(1°34’×R24)を装備したE型粘度計(東京計器(株)製、TVE-30H)を使用して、回転速度50回転/分にて測定した粘度である。110℃における粘度の下限は特に制限なく、粘度が低いほど後述する本発明の繊維強化複合材料の製造方法、とりわけRTM法においてエポキシ樹脂組成物の注入含浸が容易になり成形性に優れるものとなる。
 生産性が重要視される航空機、自動車分野で特に用いられるRTM法においては、短時間で十分硬化が進行することが好ましく、本発明におけるエポキシ樹脂組成物は、180℃で30分間硬化した樹脂硬化物のガラス転移温度Tgが170℃以上190℃以下であることが好ましい。繊維強化複合材料の耐熱性は、エポキシ樹脂組成物を硬化してなるエポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度に依存し、Tgを170℃以上とすることにより、樹脂硬化物の耐熱性が確保され、190℃以下とすることにより、エポキシ樹脂組成物の硬化収縮が抑制され、しかも、エポキシ樹脂組成物と強化繊維との熱膨張の違いから生じる繊維強化複合材料の表面品位の悪化を防ぐことができる。また、耐熱性と表面品位の関係から、より好ましくは175℃以上190℃以下である。ここで、エポキシ樹脂組成物を硬化してなる樹脂硬化物のガラス転移温度は、動的粘弾性測定(DMA)装置を用いた測定により求められる。すなわち、樹脂硬化板から切り出した矩形の試験片を用いて、昇温下DMA測定を行い、得られた貯蔵弾性率G’の変曲点の温度をTgとする。測定条件は、実施例に記したとおりである。
 また、RTM法において、成形型の中で注入から硬化まで等温で行い(プリキュア)、脱型後に高温でアフターキュアする場合、本発明のエポキシ樹脂組成物は、プリキュア後に脱型可能であるという観点から、130℃120分間硬化した樹脂硬化物のガラス転移温度Tgが120℃以上140℃以下であることが好ましい。エポキシ樹脂組成物を硬化してなるエポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度Tgが120℃以上であると、プリキュア後の脱型工程の際に樹脂が十分硬化しており、高耐熱性が付与されることでスムーズに脱型でき、140℃以下であると、エポキシ樹脂組成物の硬化収縮が抑制され、しかも、エポキシ樹脂組成物と強化繊維との熱膨張の違いから生じる繊維強化複合材料の表面品位の悪化を防ぐことができる。また、耐熱性と表面品位の関係から、より好ましくは120℃以上135℃以下である。
 本発明の繊維強化複合材料に用いられるプリフォームとしては、強化繊維基材がホットメルト性のバインダー(タッキファイヤー)で連結されたものを使用することが好ましい。かかる場合、強化繊維織物等のシート状基材を積層、賦形し、所望の製品と近い形状に加工してプリフォームとすることが多い。ホットメルト性のバインダーとしては、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂ともに適用可能である。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミドおよびポリアミドイミド等の樹脂が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびフェノール樹脂等が挙げられる。バインダーの形態としては、特に限定されるものではないが、フィルム、テープ、長繊維、短繊維、紡績糸、織物、ニット、不織布、網状体、粒子等の形態を採用することができる。中でも、粒子形態、または不織布形態が特に好適に使用できる。なお、バインダーが粒子形態である場合をバインダー粒子、バインダー樹脂組成物が不織布である場合をバインダー不織布という。
 バインダーの形態として粒子形態を採用する場合、その平均粒子径は10μm以上500μm以下であることが好ましい。本発明において平均粒子径はメディアン径を指し、バインダー粒子の平均粒子径は、例えばレーザー回折型粒度分布計等を用いて測定することができる。平均粒子径が10μmよりも小さい場合は、プリフォームとした時の接着強度および作業性が低下する場合がある。かかる観点から、平均粒子径は30μm以上であることがより好ましい。平均粒子径が500μmよりも大きい場合は、プリフォームとした時に強化繊維にうねりが生じ、得られる繊維強化複合材料の力学特性の低下が生じる場合がある。かかる観点から、平均粒子径は300μm以下であることがより好ましい。
 バインダーの形態として不織布形態を採用する場合、その平均直径は10μm以上300μm以下であることが好ましい。ここで平均直径は、走査型電子顕微鏡にてバインダー不織布の断面を観察し、任意に選択された100個の繊維について直径を測長し、その平均値を算出した値とする。繊維の断面形状が真円でない場合、短径をその直径として測定し、その平均値とする。平均直径が10μmよりも小さい場合は、プリフォームの接着強度が低下する場合がある。平均直径が300μmよりも大きい場合は、プリフォームの強化繊維にうねりが生じ、得られる繊維強化複合材料の力学特性の低下が生じる場合がある。かかる観点から、平均直径は100μm以下であることがより好ましい。
 バインダーは強化繊維基材の少なくとも表面に付着されてバインダー付き強化繊維基材として用いられる。また、バインダー付き強化繊維基材は、前記したバインダーを少なくとも表面に有しており、プリフォームに使用される。
 バインダーが繊維強化基材の表面に付着される場合の付着量としては、片面または両面に、片面当たり0.5g/m以上10g/m以下、好ましくは1g/m以上7g/m以下の目付で付着していることが好ましい。付着量が0.5g/mよりも少ない場合、プリフォームとした時の形態固定が難しくなる場合があり、10g/mよりも多い場合、マトリックス樹脂の含浸性が乏しくなり、ボイドが発生する場合がある。また、バインダーの形態として不織布を採用する場合、基材上に均一にバインダーを配置することが可能なため、マトリックス樹脂の含浸流路が確保され、特に含浸性に優れ、ボイドが極めて発生しにくく、さらに粒子形態の場合よりもバインダーの付着量が少ない場合でも、プリフォームとした時の形態固定の効果を同等に維持することができ、繊維強化複合材料としたときにマトリックス樹脂が本来有する高い耐熱性や力学特性を発現できるため好ましい。具体的には、粒子形態を含めた通常のバインダーを表面に付着させる場合の付着量は、片面または両面に、片面当たり0.5g/m以上50g/m以下、好ましくは1g/m以上30g/m以下の目付が好ましいのに対し、不織布では、プリフォームとした時の形態固定の効果を同等に維持しながら、0.5g/m以上10g/m以下の目付にすることも可能である。
 プリフォームは、前記したバインダーを少なくとも表面に有するバインダー付き強化繊維基材を積層し、形態を固定してなる。バインダーを、加熱により強化繊維基材の少なくとも片面の少なくとも表面に付着させてバインダー付き強化繊維基材とした後、これを複数枚積層することにより、バインダーを少なくとも積層層間に有する積層体が得られる。これを加熱および冷却をし、バインダーが基材層間を固着して形態を固定することで、バインダーを少なくとも積層層間に有するプリフォームが得られる。
 通常、プリフォームは、バインダーが付着したバインダー付き強化繊維基材を所定の形状に切り出し、型の上で積層し、適切な熱と圧力を加えて作製することができる。加圧の手段はプレスを用いることもできるし、真空バッグフィルムで囲って内部を真空ポンプで吸引して大気圧により加圧する方法を用いることもできる。
 本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維の繊維体積含有率が45%以上70%以下の範囲内であることが好ましく、50%以上65%以下の範囲内であることがより好ましい。繊維体積含有率が45%以上の場合、さらに高弾性率であり軽量化効果に優れる繊維強化複合材料が得られ、70%以下の場合、強化繊維同士の擦過による強度低下がなく、さらに引張強度等の力学特性に優れる繊維強化複合材料が得られる。
 本発明における繊維強化複合材料の製造過程において、エポキシ樹脂組成物を含浸したプリフォームを、前記不織布形態のバインダーの融点以上の温度に加熱した際に、エポキシ樹脂組成物がゲル化していない温度が存在するエポキシ樹脂組成物であることが好ましい。ここでエポキシ樹脂組成物のゲル化とは、樹脂中のエポキシ樹脂と硬化剤の反応が進行し、流動性がなくなることを意味し、ATD-1000(Alpha Technologies(株)製)等の熱硬化測定装置を用いて所定温度でのエポキシ樹脂組成物の動的粘弾性測定を行い、硬化反応進行に伴うトルク上昇から求められる複素粘性率が1.0×10Pa・sに達した際の温度をゲル化温度とする。
 不織布形態のバインダーを融点以上の温度に加熱した場合、バインダーを形成するポリマー分子鎖の絡み合いが緩くなる。この周りにゲル化していないエポキシ樹脂組成物が存在すると、緩くなったポリマー分子鎖の隙間にエポキシ樹脂組成物が入り込み、その状態でエポキシ樹脂がゲル化を経て硬化することで、樹脂とポリマー分子鎖が絡み合って界面接着強度が向上し、耐衝撃性やマイクロクラック耐性が向上することがあるため好ましい。
 本発明の繊維強化複合材料に用いられる不織布形態のバインダーは、融点が165℃以上180℃以下であるポリアミドからなることが好ましい。ポリアミドの融点が165℃以上の場合、繊維強化複合材料の製造過程における硬化時に形態を保持でき、十分な塑性変形が可能な層間厚みを均一に確保出来たり、不織布が連続相であるため、クラックを効率的に遮断することができ耐衝撃性が発現したりするため好ましい。ポリアミドの融点が180℃以下の場合、エポキシ樹脂組成物のゲル化温度より低い温度でポリアミドが融解しだすため、緩くなったポリアミド分子鎖の隙間にエポキシ樹脂組成物が入り込み、その状態でエポキシ樹脂がゲル化を経て硬化することで、樹脂とポリアミド分子鎖が絡み合って界面接着強度が向上し、耐衝撃性やマイクロクラック耐性が向上することがあるため好ましい。
 本発明における強化繊維は特に限定されないが、ガラス繊維、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維および炭化ケイ素繊維等が挙げられる。これらの強化繊維を2種以上混合して用いても構わない。中でも、より軽量で、より耐久性の高い繊維強化複合材料を得るために、炭素繊維や黒鉛繊維を用いることが好ましい。特に、材料の軽量化や高強度化の要求が高い用途においては、優れた比弾性率と比強度を有することから、炭素繊維が好適に用いられる。
 炭素繊維としては、用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維を用いることが可能であるが、耐衝撃性の点から高くとも400GPaの引張弾性率を有する炭素繊維であることが好ましい。また、強度の観点からは、高い剛性および機械強度を有する複合材料が得られることから、引張強度が4.4GPa以上6.5GPa以下の炭素繊維であることが好ましい。また、引張伸度も重要な要素であり、1.7%以上2.3%以下の高強度高伸度炭素繊維であることが好ましい。従って、引張弾性率が少なくとも230GPaであり、引張強度が少なくとも4.4GPaであり、引張伸度が少なくとも1.7%であるという特性を兼ね備えた炭素繊維が最も適している。
 炭素繊維の市販品としては、“トレカ(登録商標)”T800G-24K、“トレカ(登録商標)”T800S-24K、“トレカ(登録商標)”T700G-24K、“トレカ(登録商標)”T300-3K、および“トレカ(登録商標)”T700S-12K(以上東レ(株)製)等が挙げられる。
 本発明の繊維強化複合材料は、エポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維とが組み合わされてなるものである。繊維強化複合材料が、特に航空機分野で用いられる場合には、高い耐熱性や力学特性が要求される。本発明の繊維強化複合材料は、耐熱性に優れ、かつエポキシ樹脂硬化物が有している高い機械特性が反映されるため、湿熱時の圧縮強度が高く、1100MPa以上、より好ましくは1200MPa以上という、高い湿熱時0°圧縮強度を示すことができる。また、衝撃後圧縮強度は260MPa以上、より好ましくは、265MPa以上という、高い衝撃後圧縮強度を示すことができる。
 本発明の繊維強化複合材料は、マイクロクラック耐性に優れる。ここでマイクロクラックとは、航空機用途で使用される繊維強化複合材料で発生することがある数十μm程度の微小なクラックのことであり、70℃程度の高温から-50℃程度の低温までの温度変化が繰り返される環境に何度も暴露されると発生しやすいことが知られている。繊維強化複合材料内のマトリックス樹脂が70℃程度の高温から-50℃程度の低温の雰囲気下にさられるとマトリックス樹脂自身が収縮しようとするが、周囲をほとんど収縮しない強化繊維によって囲まれているため収縮することができず、結果としてマトリックス樹脂自身の内部に引張の応力が内在(熱残留応力)することとなり、これが繰り返されると環境疲労が蓄積し繊維強化複合材料の内部にマイクロクラックが発生することがある。この現象は特に樹脂リッチ部において顕著であり、マイクロクラックも樹脂リッチ部に発生することが多い。マイクロクラックが発生したまま、更なる環境疲労が加わると、マイクロクラックはより巨大なクラックへとさらに成長し、最後にはその巨大なクラックにより繊維強化複合材料の力学特性を低下させてしまう恐れがある。RTM法の制約上、成形時に樹脂の流路が必要となるため、樹脂リッチ部を全くなく繊維強化複合材料を成形することは困難であり、環境疲労により発生するマイクロクラックを防止するためにはマトリックス樹脂硬化物の破壊靭性を高めること、および、マトリックス樹脂に発生する残留熱応力が高くなりすぎないように弾性率を適度に押さえることが効果的である。
 マイクロクラック数の具体的な算出方法としては、市販の恒温恒湿槽と環境試験機を用いて以下a.b.cの手順に示すような環境条件にさらした後、試験片の縦方向の中央から±10mmの領域から幅25mmを切り出し、切り出し面を観察面として研磨し、市販の顕微鏡を用いて200倍の倍率で観察面を観察し発生しているクラックの数を計測することで求められる。
 a.市販の恒温恒湿槽を用い49℃、95%/RHの環境に12時間暴露する。
 b.暴露後に、市販の環境試験機に移し、まず-54℃の環境下に1時間暴露する。その後10℃±2℃/分の昇温速度で71℃まで昇温させる。昇温後71℃で5分±1分保持した後、10℃±2℃/分で-54℃まで降温させ、-54℃で5分±1分保持する。この-54℃から71℃まで昇温しまた-54℃まで降温させるサイクルを1サイクルと定義し、このサイクルを200回繰り返す。
 c.上記の恒温恒湿槽での環境暴露および環境試験機でのサイクルをあわせて1ブロックと定義し、5ブロック繰り返す。
 上記方法で観察されるマイクロクラック数は、繊維強化複合材料の長期耐久性という観点から、5個以下であることが好ましく、より好ましくは3個以下である。
 本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料の製造方法として、具体的に、リキッド・コンポジット・モールディング法、レジン・フィルム・インフュージョン法、フィラメントワインディング法、ハンドレイアップ法、プルトルージョン法、プリプレグ法等が挙げられる。リキッド・コンポジット・モールディング法とは、強化繊維よりなる、いわゆるプリフォーム、即ち、最終成形品の形状にほぼ近似したところまで予備成形した、シート状もしくは三次元曲面を持たせた織物、マット等に、液状のエポキシ樹脂組成物を注入した後、エポキシ樹脂組成物を硬化せしめ、繊維強化複合材料とする方法である。本製造方法は、複雑な形状の部材を成形でき、生産性も良いことから、多用される成形法である。本製造方法には、RTM法、SRIM(Structural Reaction Injection Molding)法、VaRTM(Vacuum-assisted Resin Transfer Molding)法、SCRIMP(Seeman’s Composite Resin Infusion Molding Process)法、特表2005-527410に記載の樹脂供給タンクを大気圧よりも低い圧力まで排気し、循環圧縮を用い、かつ正味の成形圧力を制御することにとよって、樹脂注入プロセス、特に真空補助樹脂トランスファ成形プロセスをより適切に制御するCAPRI(Controlled Atmospheric Pressure Resin Infusion)法等がある。
 フィラメントワインディング法とは、強化繊維束にエポキシ樹脂組成物を含浸され、芯金に巻き取った後、エポキシ樹脂組成物を硬化せしめ、繊維強化複合材料とする方法である。本製造方法は、円筒状の部材を容易に成形でき、生産性も良いことから、多用される成形法である。
 ハンドレイアップ法とは、強化繊維よりなるプリフォームに、エポキシ樹脂組成物の必要にして十分な量をローラー掛けして含浸せしめた後、エポキシ樹脂組成物を硬化せしめ、繊維強化複合材料とする方法である。
 プルトルージョン法とは、強化繊維束に、エポキシ樹脂組成物を含浸せしめた後、加熱金型中に該強化繊維束を通してエポキシ樹脂組成物を硬化せしめた後、引取機を用いて成形体を引き抜き、繊維強化複合材料とする方法である。プルトルージョン法は連続した強化繊維を利用するため高強度、高剛性の繊維強化複合材料が得られ易い。
 本発明のエポキシ樹脂組成物は、なかでも、複雑形状の繊維強化複合材料を効率よく得られるという観点から、RTM法に適用されることが好ましい。RTM法とは、強化繊維基材あるいはプリフォームを成形型内に配置し、その成形型内に液状のマトリックス樹脂を注入して強化繊維基材あるいはプリフォームに含浸させ、その後に加熱して該エポキシ樹脂組成物を硬化させて、成形品である繊維強化複合材料を得る方法であり、本発明の繊維強化複合材料の製造方法として好ましく用いられる。かかるRTM法においては、成形型に複数の注入口を有するものを用い、エポキシ樹脂組成物を複数の注入口から同時に、または時間差を設けて順次注入する等、得ようとする繊維強化複合材料に応じて適切な条件を選ぶことが、様々な形状や大きさの成形体に対応できる自由度が得られるために好ましい。かかる注入口の数や形状に制限はないが、短時間での注入を可能にするために注入口は多い程良く、その配置は、成形品の形状に応じて樹脂の流動長を短くできる位置が好ましい。
 本発明の繊維強化複合材料の製造方法において、RTM法を適用する場合に用いる成形型は、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)を用いることも可能である。後者の場合、強化繊維基材は、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、スチールやアルミニウム等の金属、繊維強化プラスチック(FRP)、木材、石膏等既存の各種のものが用いられる。可撓性のフィルムの材料には、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等が用いられる。
 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は、加圧して型締めし、繊維強化複合材料エポキシ樹脂組成物を加圧して注入することが通常行われる。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することも可能である。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組成物を注入することも可能である。この方法は、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るため、好適に用いることができる。
 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は、通常、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するVaRTM法を用いる。WO01/41993A2に引用されるCAPRI法のごとく、大気圧より低い圧力に注入圧力を調製する方法も可能である。大気圧あるいはそれ以下の圧力による注入で良好な含浸を実現するためには、US4902215に示されるような樹脂拡散媒体を用いることが有効である。さらに、強化繊維からなる繊維基材あるいはプリフォームの設置に先立って、剛性材料の表面にゲルコートを塗布することが好ましく行われる。なお、型として剛性材料のクローズドモールドを用いる場合、成形型内とは、当該クローズドモールドで形成されるキャビティ内のことを意味し、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、成形型内とは、当該オープンモールドと可撓性フィルムに囲まれる空間内のことを意味する。
 また、成形型内には、強化繊維以外にフォームコア、ハニカムコア、金属部品等を設置し、これらと一体化した複合材料を得ることも可能である。特にフォームコアやハニカムコアの両面に強化繊維を配置して成形して得られるサンドイッチ構造体は、軽量で大きな曲げ剛性を持つので、有用である。
 本発明のエポキシ樹脂組成物は、全成分をバッチで混合した単一の液体を単一の容器から型に注入することも、少なくともエポキシ樹脂として前記構成成分[A]~[C]を含む主剤液と、少なくとも硬化剤として前記構成成分[D]および構成成分[E]を含み、構成成分[D]が均一に溶解している液体からなる硬化剤液とを別々の容器に格納し、混合器を経由して型に注入することも、主剤液と硬化剤液を別々の容器に格納し、混合器を経由して容器注入しながら、容器から大気圧で型に注入することも可能である。主剤液と硬化剤液を別々に液状のものとすることで、該主剤液と該硬化剤液とを混合した混合物も低粘度な液状とすることができ、強化繊維へ含浸させることが容易になる。またエポキシ主剤液と硬化剤液とを別々に保管するため、保管条件に特に制限なく長期保管も可能となる。
 樹脂の粘度特性は温度に敏感に依存するため、樹脂注入工程では、エポキシ樹脂組成物の容器、型ともにそれぞれ一定の温度に保持されることが好ましい。注入工程における型の温度、すなわち注入温度は、強化繊維基材への含浸性を高める観点から、エポキシ樹脂組成物の初期粘度と粘度上昇の関係を基に、70℃以上130℃以下の範囲から選択した温度であることが好ましい。
 エポキシ樹脂の注入完了後、成形型内で加熱硬化が行われる。成形型内の加熱硬化は、注入時の型の温度のまま一定時間保持して行う方法、最高硬化温度まで昇温し一定時間保持して硬化させる方法、注入時の型の温度と最高硬化温度の中間の温度まで昇温し、一定時間保持した後再度昇温し、最高硬化温度に達した後一定時間保持して硬化させる方法のいずれも用いることが可能である。成形型内での硬化における最高硬化温度の保持時間は15分以上2時間以下が好ましく、15分以上90分以下であることがより好ましい。
 脱型後、成形型内の最高硬化温度より高い温度でアフターキュアすることも可能である。この場合、成形型内の硬化はプリキュアになる。アフターキュアの時間は、15分以上2時間以下が好ましく、15分以上1時間以下であることがより好ましい。耐熱性が要求される繊維強化複合材料を製造する場合は、最終的には160℃以上190℃以下の温度で硬化する。アフターキュアを行わない場合は、成形型内の最高硬化温度を160℃以上190℃以下とし、アフターキュアを行う場合は、アフターキュアの温度を160℃以上190℃以下とすることが好適である。160℃以上190℃以下でアフターキュアする場合、プリキュアにおける最高温度は110℃以上150℃以下であることが好ましい。
 例えば、主剤液と硬化剤液を用い、樹脂注入完了後、注入時の型の温度のまま一定時間保持して行う方法を用いる場合、主剤液および硬化剤液を70℃以上130℃以下で混合することが好ましく、注入工程における型の温度、すなわち注入温度は、強化繊維基材への含浸性を高める観点から、エポキシ樹脂組成物の初期粘度と粘度上昇の関係を基に、110℃以上150℃以下の範囲から選択した温度であることが好ましく、該成形型内で110℃以上150℃以下の温度で加熱硬化を行うことが好ましい。
 また、主剤液と硬化剤液を用い、樹脂注入完了後、最高硬化温度まで昇温し一定時間保持して硬化させる方法を用いる場合、主剤液および硬化剤液を70℃以上130℃以下で混合することが好ましく、注入工程における型の温度、すなわち注入温度は、強化繊維基材への含浸性を高める観点から、エポキシ樹脂組成物の初期粘度と粘度上昇の関係を基に、90℃以上130℃以下の範囲から選択した温度であることが好ましく、該成形型内で160℃以上200℃以下の温度で加熱硬化を行うことが好ましい。
 エポキシ樹脂組成物の注入時の圧力は、通常0.1MPa以上1.0MPa以下で、成形型内を真空吸引して樹脂組成物を注入するVaRTM法も用いることができるが、注入時間と設備の経済性の点から0.1MPa以上0.6MPaが好ましい。また、加圧注入を行う場合でも、樹脂組成物を注入する前に成形型内を真空に吸引しておくと、ボイドの発生が抑えられ好ましい。なお、ここで言う真空吸引とは、成形型内を、通常0.1MPa以上1.0MPa以下の圧力状態とすることをいう。
 本発明の繊維強化複合材料の製造方法において、成形型内に配置した強化繊維基材からなるプリフォームに、本発明のエポキシ樹脂組成物を好適には70℃以上130℃以下の範囲での任意温度において注入することが好ましい。その際、注入温度において、本発明のエポキシ樹脂組成物の反応性が高いと、注入過程で粘度が増加してしまい成形が困難になる場合がある。このため、本発明のエポキシ樹脂組成物は、110℃一定で30分後の樹脂粘度は20mPa・s以下であることが好ましく、より好ましくは18mPa・s以下である。なお、本発明において粘度測定にはJIS Z8803(1991)における「円すい-板形回転粘度計による粘度測定方法」に従い、標準コーンローター(1°34’×R24)を装備したE型粘度計(東京計器(株)製、TVE-30H)を使用して、回転速度50回転/分にて測定した粘度である。注入開始から30分後の粘度が上記の範囲より高いとエポキシ樹脂組成物の含浸性が不十分になることがある。110℃一定30分後における樹脂粘度の下限は特に制限なく、粘度が低いほどRTM法において本発明のエポキシ樹脂組成物の注入含浸が容易になり成形性に優れる。
 本発明の繊維強化複合材料は優れた機械特性、湿熱時圧縮強度、耐衝撃性、マイクロクラック耐性を有するため、胴体、主翼、尾翼、動翼、フェアリング、カウル、ドア、座席、内装材等の航空機部材、モーターケース、主翼等の宇宙機部材、構体、アンテナ等の人工衛星部材、外板、シャシー、空力部材、座席等の自動車部材、構体、座席等の鉄道車両部材、船体、座席等の船舶部材等多くの構造材料に好ましく用いることができる。
 以下、実施例により、本発明におけるエポキシ樹脂組成物等についてさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。また、各種特性(物性)の測定は、特に断りのない限り温度23℃、相対湿度50%の環境下で行った。なお、測定n数は特に断らない限り、n=1である。
 <樹脂原料>
 各実施例・比較例の樹脂組成物を得るために、以下の樹脂原料を用いた。なお、表中の樹脂組成物の欄における各成分の数値は含有量を示し、その単位は、特に断らない限り「質量部」である。
 (1)エポキシ樹脂
(a)構成成分[A]で示される4官能グリシジルジアミン型エポキシ樹脂
・“アラルダイト(登録商標)”MY721(N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、エポキシ当量:113g/mol、ハンツマン・ジャパン(株)製)
(b)構成成分[B]で示されるアミノフェノール型エポキシ樹脂
・“jER(登録商標)”630(N,N-ジグリシジル-4-グリシジルオキシアニリン、エポキシ当量:98g/mol、三菱ケミカル(株)製)
(c)構成成分[C]で示されるビスフェノールF型エポキシ樹脂
・“EPICLON(登録商標)”830(ビスフェノールFのジグリシジルエーテル、エポキシ当量:170g/mol、DIC(株)製)
(d)その他のエポキシ樹脂
・“EPICLON(登録商標)”850(ビスフェノールAのジグリシジルエーテル、エポキシ当量:188g/mol、DIC(株)製)。
 (2)硬化剤
(a)構成成分[D]で示される結晶性芳香族ジアミン
・“ロンザキュア(登録商標)”M-MIPA(3,3’-ジイソプロピル-5,5’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、活性水素当量:78g/mol、ロンザ(株)製)
・“ロンザキュア(登録商標)”M-DEA(3,3’,5,5’-テトラエチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、活性水素当量:78g/mol、ロンザ(株)製)
・“ロンザキュア(登録商標)”M-CDEA(4,4’-メチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン、活性水素当量:95g/mol、ロンザ(株)製)
(b)構成成分[E]で示される液状芳香族ジアミン
・“jERキュア(登録商標)”W(2,4-ジエチル-6-メチル-m-フェニレンジアミンと4,6-ジエチル-2-メチル-m-フェニレンジアミンを主成分とする混合物、活性水素当量:45g/mol、液状、三菱ケミカル(株)製)
・“カヤハード(登録商標)”A-A(PT)(4,4’-ジアミノ-3,3’-ジエチルジフェニルメタンを主成分とする混合物、活性水素当量:64g/mol、液状、日本化薬(株)製)
(c)その他の硬化剤
・“Laromin(登録商標)”C260(4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン):60g/mol、BASF(株)製)。
 (3)添加剤
(a)構成成分[F]で示されるコアシェルゴム粒子
・“カネエース(登録商標)”MX-416(“アラルダイト(登録商標)”MY721:75質量%/コアシェルゴム粒子(体積平均粒子径:100nm、コア部分:架橋ポリブタジエン、シェル部分:メタクリル酸メチル/グリシジルメタクリレート/スチレン共重合ポリマー):25質量%のマスターバッチ、(株)カネカ製)
・“スタフィロイド(登録商標)”AC-3355(コアシェルゴム粒子(体積平均粒子径:500nm、コア部分:架橋ポリブチルアクリレート、シェル部分:架橋ポリスチレン、アイカ工業(株)製)。
 <エポキシ樹脂組成物の調製>
 表に記載した含有割合で各成分を混合し、エポキシ樹脂組成物を調製した。
 <樹脂硬化板の作製>
 上記で調製したエポキシ樹脂組成物を減圧下で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中に注入した。130℃の温度で120分間または180℃の温度で30分間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化板を得た。
 <バインダーの作製>
 下記製造方法に従ってバインダーを作製した。
 (バインダー1の製造方法)
 1個のオリフィスを設けた口金から吐出したPA-1(結晶性のポリアミド、融点:170℃)の繊維を、先端に衝撃板を設けたアスピレータと圧縮空気を用いて延伸した後、金網状に散布して捕集した。金網上に捕集した繊維シートを、加熱プレス機を用いて熱接着し、不織布形態のバインダー1を作製した。
 (バインダー2の製造方法)
 1個のオリフィスを設けた口金から吐出したPES(非晶質性のポリエーテルスルホン、融点:なし)の繊維を、先端に衝撃板を設けたアスピレータと圧縮空気を用いて延伸した後、金網状に散布して捕集した。金網上に捕集した繊維シートを、加熱プレス機を用いて熱接着し、不織布形態のバインダー2を作製した。
 (バインダー3の製造方法)
 1個のオリフィスを設けた口金から吐出したPA-2(結晶性のポリアミド、融点:225℃)の繊維を、先端に衝撃板を設けたアスピレータと圧縮空気を用いて延伸した後、金網状に散布して捕集した。金網上に捕集した繊維シートを、加熱プレス機を用いて熱接着し、不織布形態のバインダー3を作製した。
 (バインダー4の製造方法)
 1個のオリフィスを設けた口金から吐出したPA-3(結晶性のポリアミド、融点:110℃)の繊維を、先端に衝撃板を設けたアスピレータと圧縮空気を用いて延伸した後、金網状に散布して捕集した。金網上に捕集した繊維シートを、加熱プレス機を用いて熱接着し、不織布形態のバインダー4を作製した。
 (バインダー5の製造方法)
 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(DIC(株)製“EPICLON(登録商標)”N-660)15質量部、ビスフェノール型エポキシ樹脂(三菱ケミカル(株)製“jER(登録商標)”825)25質量部、ポリエーテルスルホン(住友化学(株)製“スミカエクセル(登録商標)”PES5200P)60質量部を180℃の温度条件にて小型二軸押出機(S1KRCニーダー、(株)栗本鐵工所)を使用して混練を行ってバインダー樹脂組成物を調製した。調製したバインダー樹脂組成物をハンマーミル(PULVERIZER、ホソカワミクロン(株)製)にて、孔サイズ1mmのスクリーンを使用し、液体窒素を用いて凍結粉砕して粒子形態のバインダー5を得た。かかる粒子を目開きサイズ150μmと75μmの篩いに通し、目開きサイズ75μmの篩いに残ったバインダー粒子を評価に使用した。
 <バインダー付き強化繊維基材の作製>
 得られたバインダーを、炭素繊維一方向織物(平織、縦糸:炭素繊維T800S-24K-10C 東レ(株)製、炭素繊維目付295g/m、縦糸密度7.2本/25mm、横糸:ガラス繊維ECE225 1/0 1Z 日東紡(株)製、横糸密度7.5本/25mm)の片面に付着させた。付着量は、バインダー1からバインダー4の場合は5g/m、バインダー5の場合は10g/mとした。その後、遠赤外線ヒーターを使用して加熱し、バインダーを融着させ、片側表面にバインダーが付与されたバインダー付き強化繊維基材を得た。
 <評価>
 各実施例における評価は以下の通りに行った。
 (1)樹脂組成物のゲル化温度の測定
 測定すべき検体を、熱硬化測定装置ATD-1000(Alpha Technologies(株)製)を用いて180℃に加熱したステージにサンプルを投入し、周波数1.0Hz、歪み1%で動的粘弾性測定を行い、複素粘性率を求めた。このとき、複素粘性率が1.0×10Pa・sに達した温度をゲル化温度とした。なお、検体としては、各成分を混合し、1分間攪拌後のエポキシ樹脂組成物を用いた。
 (2)110℃30分加熱後の樹脂組成物の粘度の測定
 測定すべき検体を、JIS Z8803(1991)における「円すい-平板形回転粘度計による粘度測定方法」に従い、標準コーンローター(1°34’×R24)を装着したE型粘度計を使用して、110℃に保持した状態で測定した。E型粘度計としては、東京計器(株)製TVE-30Hを用いた。なお、検体としては、各成分を混合し、1分間攪拌後のエポキシ樹脂組成物を用いた。
 (3)エポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度Tg測定
 樹脂硬化板から幅12.7mm、長さ40mmの試験片を切り出し、DMA装置ARES(TAインスツルメンツ社製)を用いてTg測定を行った。測定条件は、昇温速度5℃/分である。測定で得られた貯蔵弾性率G’の変曲点での温度をTgとした。
 (4)繊維強化複合材料の湿熱時0°圧縮強度測定
 400mm×400mm×1.2mmの板状キャビティを有する金型に、395mm×395mmに切り出した前記バインダー付き強化繊維基材を、繊維方向を0°として、0°方向に揃えて4枚積層したものをセットし、型締めを行った。続いて、金型を130℃に加温した後、別途予め80℃に加温したエポキシ樹脂組成物を、樹脂注入装置を用い、注入圧0.2MPaで成形型内に注入した。注入後、金型を130℃のまま2時間保持した後、30℃まで降温して、脱型した。脱型後、後硬化として30℃から180℃まで速度1.5℃/minで昇温して、180℃で30分硬化した後、30℃まで降温して後硬化を行い、繊維強化複合材料を得た。
 上記の方法で得た繊維強化複合材料から、幅12.7mm、長さ79.4mmの試験片を、0°方向と長さ方向とが同じになるようにしてカットし、0°圧縮強度用試験片を作製した。この試験片について、72℃温水中に14日間浸漬した後、繊維強化複合材料の0°圧縮強度を測定した。0°圧縮強度の測定は、ASTM D695に準拠し、試験機として、材料万能試験機(インストロン・ジャパン(株)製 4208型インストロン)を用い、測定時のクロスヘッドスピードを1.27mm/min、測定温度を82℃とした。
 (5)繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度測定
 400mm×400mm×4.8mmの板状キャビティを有する金型に、395mm×395mmに切り出した前記バインダー付き強化繊維基材を、繊維方向を0°として、(45°/0°/-45°/90°)を3回繰り返して12枚積層した上に、(90°/-45°/0°/45°)を3回繰り返して12枚積層したものをセットして、型締めを行った。続いて、金型を130℃に加温した後、予め別途80℃に加温したエポキシ樹脂組成物を、樹脂注入装置を用い、注入圧0.2MPaで成形型内に注入し、強化繊維基材に含浸させた。含浸後、金型を130℃まま2時間保持した後、30℃にまで降温して、脱型した。脱型後、後硬化として30℃から180℃まで速度1.5℃/minで昇温して、180℃で30分硬化した後、30℃まで降温して後硬化を行い、繊維強化複合材料を得た。
 上記の方法で得た繊維強化複合材料から、幅101.6mm、長さ152.4mmの試験片を、0°方向と長さ方向が同じになるようにしてカットし、SACMA SRM 2R-94に準拠し、衝撃後圧縮強度を測定した。試験機として、材料万能試験機(インストロン・ジャパン(株)製、1128型テンシロン)を用いた。ここで、落錘衝撃のエネルギーは6.7J/mm、クロスヘッドスピードは1.27mm/minとした。
 (6)繊維強化複合材料のマイクロクラック数
 上記(5)で得られた繊維強化複合材料から、幅75mm、長さ50mmの試験片を0°方向と長さ方向が同じになるようにしてカットした。得られた試験片を市販の恒温恒湿槽と環境試験機を用いて以下a.b.cの手順に示す環境条件にさらした。
 a.市販の恒温恒湿槽を用い49℃、95%/RHの環境に12時間暴露する。
 b.暴露後に、市販の環境試験機に移し、まず-54℃の環境下に1時間暴露する。その後10℃±2℃/分の昇温速度で71℃まで昇温させる。昇温後71℃で5分±1分保持した後、10℃±2℃/分で-54℃まで降温させ、-54℃で5分±1分保持する。この-54℃から71℃まで昇温しまた-54℃まで降温させるサイクルを1サイクルと定義し、このサイクルを200回繰り返す。
 c.上記の恒温恒湿槽での環境暴露および環境試験機でのサイクルをあわせて1ブロックと定義し、5ブロック繰り返す。
 上記の環境暴露を行った試験片の縦方向の中央から±10mmの領域から幅25mmを切り出し、切り出し面を観察面として研磨し、市販の顕微鏡を用いて200倍の倍率で観察面を観察し発生しているクラックの数を計測した。
 (実施例1)
 表1に示すとおり、構成成分[A]として“アラルダイト(登録商標)”MY721を40部、構成成分[B]として“jER(登録商標)”630を30部、構成成分[C]として“EPICLON(登録商標)”830を30部加え、70℃で1時間撹拌して主剤液とした。また、主剤液とは別の容器に、構成成分[D]として“ロンザキュア(登録商標)”M-MIPAを40部、構成成分[E]として“jERキュア(登録商標)”Wを18部加え、80℃で1時間撹拌し均一溶解させた後、70℃に降温した混合物を硬化剤液とした。次いで、主剤液100部と硬化剤液58部を混合してエポキシ樹脂組成物とし、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した結果、それぞれ179℃、18mPa・sであった。また、前述の方法により樹脂硬化物を作製し、硬化物のTgを測定した結果、130℃120分硬化した硬化物のTgは135℃、180℃30分硬化した硬化物のTgは176℃であり、十分な耐熱性を有していた。さらに、このエポキシ樹脂組成物を用いて繊維強化複合材料を作製し、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度を測定した結果、それぞれ1190MPa、272MPaであり、十分に高い強度であった。また、繊維強化複合材料の5ブロック後のマイクロクラック数は2個であり、十分な耐久性を有していた。
 (実施例2~9)
 各構成成分の配合量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1~9における変更点は各構成成分の含有割合のみである。いずれの場合も、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも十分な耐熱性を示した。繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度が1100MPa以上、衝撃後圧縮強度が260MPa以上、マイクロクラック数は3個以下と耐熱性、力学特性、耐久性も良好であった。
 (実施例10)
 表1に示すとおり、構成成分[A]として“アラルダイト(登録商標)”MY721を25部、構成成分[B]として“jER(登録商標)”630を30部、構成成分[C]として“EPICLON(登録商標)”830を30部、構成成分[F]として“カネエース(登録商標)”MX-416を20部加え、70℃で1時間撹拌して主剤液とした。なお、<樹脂原料>の項に記したとおり、“カネエース(登録商標)”MX-416には“アラルダイト(登録商標)”MY721が75質量%含まれるので、本主剤液100質量部中には構成成分[A]が、40質量部含まれる。また、主剤液とは別の容器に、構成成分[D]として“ロンザキュア(登録商標)”M-MIPAを43部、構成成分[E]として“jERキュア(登録商標)”Wを20部加え、80℃で1時間撹拌し均一溶解させた後、70℃に降温した混合物を硬化剤液とした。次いで、主剤液105部と硬化剤液63部を混合してエポキシ樹脂組成物とし、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した結果、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも十分な耐熱性を示した。繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度が1100MPa以上、衝撃後圧縮強度が260MPa以上、マイクロクラック数は0個と耐熱性、力学特性、耐久性も良好であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 (実施例11、12)
 各構成成分の配合量を表2に示すように変更した以外は、実施例10と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。なお、実施例10において説明したとおり、“カネエース(登録商標)”MX-416には“アラルダイト(登録商標)”MY721が75質量%含まれるので、実施例11の主剤液100質量部中には構成成分[A]が、35質量部含まれる。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例10と実施例11、12との間における変更点は各構成成分の含有割合とコアシェルゴム種である。いずれの場合も、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高かったが、110℃30分保持後の粘度は20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が実施例10に比較するとやや劣った。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも十分な耐熱性を示した。繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度が1100MPa以上、衝撃後圧縮強度が260MPa以上、マイクロクラック数は0個と耐熱性、力学特性、耐久性も良好であった。
 (実施例13~16)
 各構成成分の配合量を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と実施例13~16との間における変更点はバインダー種のみである。いずれの場合も、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも十分な耐熱性を示した。一方、実施例13と実施例14では、強化繊維基材のバインダーの融点が存在しないか、樹脂のゲル化温度よりも高いため、樹脂とバインダーとの接着性が実施例1に比較するとやや劣り、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数が実施例1に比較するとやや劣る結果であった。また実施例15では、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高くいものの、バインダーであるポリアミドの融点が165℃未満であるため、繊維強化複合材料の層間の厚みが実施例1に比較するとやや不均一となり、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数が実施例1に比較するとやや劣る結果であった。
 (実施例17)
 表2に示すとおり、構成成分[A]として“アラルダイト(登録商標)”MY721を40部、構成成分[B]として“jER(登録商標)”630を30部、構成成分[C]として“EPICLON(登録商標)”830を30部加え、70℃で1時間撹拌して主剤液とした。また、主剤液とは別の容器に、構成成分[D]として“ロンザキュア(登録商標)”M-MIPAを45部、構成成分[E]として“カヤハード(登録商標)”AA(PT)を22部加え、80℃で1時間撹拌し均一溶解させた後、70℃に降温した混合物を硬化剤液とした。次いで、主剤液100部と硬化剤液58部を混合してエポキシ樹脂組成物とし、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した結果、それぞれ177℃、20mPa・sであった。また、前述の方法により樹脂硬化物を作製し、硬化物のTgを測定した結果、130℃120分硬化した硬化物のTgは135℃、180℃30分硬化した硬化物のTgは171℃であり、十分な耐熱性を有していた。さらに、このエポキシ樹脂組成物を用いて繊維強化複合材料を作製し、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度を測定した結果、それぞれ1210MPa、269MPaであり、十分に高い強度であった。また、繊維強化複合材料の5ブロック後のマイクロクラック数は3個であり、十分な耐久性を有していた。
 (実施例18)
 各構成成分の配合量を表2に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17~25における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度は18mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも十分な耐熱性を示した。繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度が1100MPa以上、衝撃後圧縮強度が260MPa以上、マイクロクラック数は3個以下と耐熱性、力学特性、耐久性も良好であった。
 (実施例19~25)
 各構成成分の配合量を表2、3に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17~25における変更点は各構成成分の含有割合のみである。いずれの場合も、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度に関しても実施例21と25のみ20mPa・sをわずかに上回るが、その他は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性もおおむね良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも十分な耐熱性を示した。繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度が1100MPa以上、衝撃後圧縮強度が260MPa以上、マイクロクラック数は3個以下と耐熱性、力学特性、耐久性も良好であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 (実施例26)
 表3に示すとおり、構成成分[A]として“アラルダイト(登録商標)”MY721を25部、構成成分[B]として“jER(登録商標)”630を30部、構成成分[C]として“EPICLON(登録商標)”830を30部、構成成分[F]として“カネエース(登録商標)”MX-416を20部加え加え、70℃で1時間撹拌して主剤液とした。なお、実施例10において説明したとおり、“カネエース(登録商標)”MX-416には“アラルダイト(登録商標)”MY721が75質量%含まれるので、本実施例の主剤液100質量部中には構成成分[A]が、40質量部含まれる。また、主剤液とは別の容器に、構成成分[D]として“ロンザキュア(登録商標)”M-MIPAを45部、構成成分[E]として“カヤハード(登録商標)”AA(PT)を22部加え、80℃で1時間撹拌し均一溶解させた後、70℃に降温した混合物を硬化剤液とした。次いで、主剤液105部と硬化剤液67部を混合してエポキシ樹脂組成物とし、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した結果、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高いが粘度は22mPa・sであり、やや含浸性に劣る。また、前述の方法により樹脂硬化物を作製し、硬化物のTgを測定した結果、130℃120分硬化した硬化物のTgは131℃、180℃30分硬化した硬化物のTgは173℃であり、十分な耐熱性を有していた。さらに、このエポキシ樹脂組成物を用いて繊維強化複合材料を作製し、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度を測定した結果、それぞれ1220MPa、277MPaであり、十分に高い強度であった。また、繊維強化複合材料の5ブロック後のマイクロクラック数は0個であり、十分な耐久性を有していた。
 (実施例27、28)
 各構成成分の配合量を表3に示すように変更した以外は、実施例26と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。なお、実施例10において説明したとおり、“カネエース(登録商標)”MX-416には“アラルダイト(登録商標)”MY721が75質量%含まれるので、実施例27の主剤液100質量部中には構成成分[A]が、40質量部含まれる。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例26と実施例27、28との間における変更点は各構成成分の含有割合とコアシェルゴム種である。いずれの場合も、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高かったが、110℃30分保持後の粘度は20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が実施例26に比較するとやや劣った。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも十分な耐熱性を示した。繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度が1100MPa以上、衝撃後圧縮強度が260MPa以上、マイクロクラック数は3個以下と耐熱性、力学特性、耐久性も良好であった。
 (実施例29~32)
 各構成成分の配合量を表3、4に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と実施例29~32との間における変更点はバインダー種のみである。いずれの場合も、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも十分な耐熱性を示した。一方、実施例29と実施例30では、強化繊維基材のバインダーの融点が存在しないか、樹脂のゲル化温度よりも高いため、樹脂とバインダーとの接着性がやや劣り、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数が実施例17に比較するとやや劣る結果であった。また実施例31では、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高くいものの、バインダーであるポリアミドの融点が165℃未満であるため、繊維強化複合材料の層間の厚みが実施例17に比較するとやや不均一となり、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数が実施例17に比較するとやや劣る結果であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 (比較例1)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例1との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、マイクロクラック数は3個以下と良好であった。ただし、180℃30分では十分硬化せず、樹脂硬化物のTgが169℃、繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度が1080MPa、衝撃後圧縮強度が248MPaと耐熱性、力学特性ともに不良であった。
 (比較例2)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例2との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性は良好であった。ただし樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より低く、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度が252MPa、マイクロクラック数が7個と不良であった。また180℃30分硬化で得られた硬化物は十分硬化していたが、Tgが159℃と耐熱性は低かった。
 (比較例3)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例3との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数も良好であった。ただし、湿熱時0°圧縮強度が1060MPaと不良であった。
 (比較例4)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例4との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。ただし、110℃30分保持後の粘度は34mPa・sと、20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣った。得られた繊維強化複合材料には含浸不良によるボイドが見られ、衝撃後圧縮強度が255MPaと不良であった。
 (比較例5)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例5との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性は良好であった。ただし樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より低く、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度が254MPa、マイクロクラック数が8個と不良であった。また180℃30分硬化で得られた硬化物は十分硬化していたが、Tgが158℃と耐熱性は低かった。
 (比較例6)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例6との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高かった。130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。ただし、110℃30分保持後の粘度は23mPa・sと、20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣った。また、繊維強化複合材料の湿熱時0°圧縮強度およびマイクロクラック数は良好であったが、衝撃後圧縮強度が230MPaと不良であった。
 (比較例7)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例7との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性は良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。ただし樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より低く、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度が258MPa、マイクロクラック数が5個と不良であった。
 (比較例8)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例8との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度や、マイクロクラック数は良好であった。ただし、110℃30分保持後の粘度は25mPa・sと、20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣った。また、130℃120分硬化では十分硬化せずスムーズに脱型できなかった。さらに、180℃30分硬化では十分硬化せず、樹脂硬化物のTgが164℃であり、繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度が1090MPaと不良であった。
 (比較例9)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例9との間における変更点は各構成成分の含有割合およびエポキシ樹脂種である。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であまた、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数も良好であった。ただし、湿熱時0°圧縮強度が1010MPaと不良であった。
 (比較例10)
 各構成成分の配合量を表5に示すように変更した以外は、実施例10と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。なお、実施例10において説明したとおり、“カネエース(登録商標)”MX-416には“アラルダイト(登録商標)”MY721が75質量%含まれるので、本比較例の主剤液100質量部中には構成成分[A]が、60質量部含まれる。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例10と比較例10との間における変更点は各構成成分の含有割合およびエポキシ樹脂種である。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。ただし、110℃30分保持後の粘度は34mPa・sと、20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣った。得られた繊維強化複合材料には含浸不良によるボイドが見られ、衝撃後圧縮強度が253MPa、マイクロクラック数が5個と不良であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 (比較例11)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例11との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高かったが、110℃30分保持後の粘度は20mPa・sを超え強化繊維への含浸性はやや不十分であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、マイクロクラック数は3個以下と良好であった。ただし、180℃30分では十分硬化せず、樹脂硬化物のTgが164℃、繊維強化複合材料についても、湿熱時0°圧縮強度は十分であるが、衝撃後圧縮強度が245MPaと不良であった。
 (比較例12)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例12との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性は良好であった。ただし樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より低く、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度が249MPa、マイクロクラック数が8個と不良であった。また180℃30分硬化で得られた硬化物は十分硬化していたが、Tgが154℃と耐熱性は低かった。
 (比較例13)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例13との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数も良好であった。ただし、180℃30分硬化後のTgが168℃と耐熱性が低く、湿熱時0°圧縮強度についても1080MPaと不良であった。
 (比較例14)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例14との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。ただし、110℃30分保持後の粘度は34mPa・sと、20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣った。得られた繊維強化複合材料には含浸不良によるボイドが見られ、衝撃後圧縮強度が252MPaと不良であった。
 (比較例15)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例15との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性は良好であった。ただし樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より低く、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度が251MPa、マイクロクラック数が9個と不良であった。また180℃30分硬化で得られた硬化物は十分硬化していたが、Tgが153℃と耐熱性は低かった。
 (比較例16)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例16との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高かった。130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。ただし、110℃30分保持後の粘度は25mPa・sと、20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣った。また、繊維強化複合材料の湿熱時0°圧縮強度およびマイクロクラック数は良好であったが、衝撃後圧縮強度が227MPaと不良であった。
 (比較例17)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例17との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。110℃30分保持後の粘度は20mPa・sを超え強化繊維への含浸性はやや不十分であった。また、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有したが、180℃30分硬化では十分硬化せず、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より低く、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度が255MPa、マイクロクラック数が6個と不良であった。
 (比較例18)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例18との間における変更点は各構成成分の含有割合のみである。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、繊維強化複合材料の湿熱時0°圧縮強度や衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数は良好であった。ただし、110℃30分保持後の粘度は25mPa・sと、20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣った。また、130℃120分硬化では十分硬化せずスムーズに脱型できなかった。さらに、180℃30分硬化では十分硬化せず、樹脂硬化物のTgが159℃であり、耐熱性が不足していた。
 (比較例19)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例17と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例17と比較例19との間における変更点は各構成成分の含有割合およびエポキシ樹脂種である。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であり強化繊維への含浸性も良好であまた、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示した。繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数も良好であった。ただし、湿熱時0°圧縮強度が1030MPaと不良であった。
 (比較例20)
 各構成成分の配合量を表6に示すように変更した以外は、実施例26と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。なお、実施例10において説明したとおり、“カネエース(登録商標)”MX-416には“アラルダイト(登録商標)”MY721が75質量%含まれるので、本比較例の主剤液100質量部中には構成成分[A]が、60質量部含まれる。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例26と比較例20との間における変更点は各構成成分の含有割合およびエポキシ樹脂種である。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高く、130℃120分硬化で脱型可能なTgを有し、180℃30分硬化でも良好な耐熱性を示したが、110℃30分保持後の粘度は20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣った。また、湿熱時0°圧縮強度は1170MPaと十分であったが、衝撃後圧縮強度が250MPa、マイクロクラック数が6個と不良であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 (比較例21)
 各構成成分の配合量を表7に示すように変更した以外は、実施例1と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例1と比較例21との間における変更点は各構成成分の含有割合および硬化剤種である。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高かったが、110℃30分保持後の粘度は37mPa・sと、20mPa・sを大きく上回り、強化繊維への含浸性が劣る。また、130℃120分硬化では十分硬化せずスムーズに脱型できなかった。さらに、180℃30分硬化では十分硬化せず、樹脂硬化物のTgは162℃であった。得られた繊維強化複合材料には含浸不良によるボイドが見られ、湿熱時0°圧縮強度が1080MPa、衝撃後圧縮強度が220MPa、マイクロクラック数が7個と不良であった。
 (比較例22)
 各構成成分の配合量を表7に示すように変更した以外は、実施例10と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。なお、実施例10において説明したとおり、“カネエース(登録商標)”MX-416には“アラルダイト(登録商標)”MY721が75質量%含まれるので、本比較例の主剤液100質量部中には構成成分[A]が、9質量部含まれる。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例10と比較例22との間における変更点は各構成成分の含有割合および硬化剤種である。樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より高かったが、110℃30分保持後の粘度は25mPa・sと、20mPa・sを超えており、強化繊維への含浸性が劣る。また、130℃120分硬化では十分硬化せずスムーズに脱型できなかった。さらに、180℃30分硬化では十分硬化せず、樹脂硬化物のTgが165℃であり、得られた繊維強化複合材料には含浸不良によるボイドが見られ、湿熱時0°圧縮強度が980MPa、衝撃後圧縮強度が258MPaと不良であった。
 (比較例23)
 各構成成分の配合量を表7に示すように変更した以外は、実施例10と同様にエポキシ樹脂組成物を調製し、樹脂のゲル化温度と110℃30分保持後の粘度を測定した。なお、実施例10において説明したとおり、“カネエース(登録商標)”MX-416には“アラルダイト(登録商標)”MY721が75質量%含まれるので、本比較例の主剤液100質量部中には構成成分[A]が、40質量部含まれる。また、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂硬化物および繊維強化複合材料を作製し、硬化物のTg、湿熱時0°圧縮強度、衝撃後圧縮強度、マイクロクラック数を測定した。実施例10と比較例23との間における変更点は各構成成分の含有割合および硬化剤種である。110℃30分保持後の粘度は20mPa・s以下であるが、130℃120分硬化では十分硬化せずスムーズに脱型できず、180℃30分硬化でも十分硬化せず、樹脂硬化物のTgが146℃と耐熱性が劣る。さらに、樹脂のゲル化温度は強化繊維基材のバインダー融点より低く、樹脂とバインダーとの接着性がやや劣り、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度およびマイクロクラック数がやや不十分であった。湿熱時0°圧縮強度に関しても990MPaと不良であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 本発明のエポキシ樹脂組成物は、非常に低粘度で含浸性に優れ、注入温度でも粘度上昇が抑えられ安定であり、短時間で十分な硬化ができ、かつ成形後の脱型工程の際、樹脂が十分硬化し高耐熱性が付与されることでスムーズに脱型でき、湿熱時の圧縮強度および耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料が得られるエポキシ樹脂組成物を提供することが可能になる。そして、少なくともかかるエポキシ樹脂組成物と強化繊維からなる繊維強化複合材料は、湿熱時圧縮強度、耐衝撃性、マイクロクラック耐性に優れるので、航空・宇宙機部材、自動車部材等に好適に用いることができる。

Claims (16)

  1. 少なくともエポキシ樹脂として次の構成成分[A]~[C]を含み、少なくとも硬化剤として次の構成成分[D]および構成成分[E]を含むエポキシ樹脂組成物であって、構成成分[A]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して30質量部以上50質量部以下含まれ、かつ構成成分[B]が全エポキシ樹脂成分100質量部に対して20質量部以上40質量部以下含まれ、かつ構成成分[D]が、全硬化剤成分100質量部に対して55質量部以上75質量部以下含まれ、かつエポキシ樹脂に含まれるエポキシ基総数(E)と硬化剤中に含まれるアミン化合物の活性水素総数(H)との比であるH/Eが1.1以上1.4以下であるエポキシ樹脂組成物。
    [A]4官能グリシジルジアミン型エポキシ樹脂
    [B]アミノフェノール型エポキシ樹脂
    [C]ビスフェノールF型エポキシ樹脂
    [D]結晶性芳香族ジアミン
    [E]液状芳香族ジアミン
  2. 構成成分[A]として、次の構成成分[A1]、構成成分[B]として、次の構成成分[B1]、構成成分[D]として、次の構成成分[D1]を含む、請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
    [A1]テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン
    [B1]トリグリシジル‐p‐アミノフェノール
    [D1]4,4’-メチレンビス(2-イソプロピル-6-メチルアニリン)
  3. 構成成分[E]として、次の構成成分[E1]および/または構成成分[E2]を含む、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物。
    [E1]ジエチルトルエンジアミン
    [E2]4,4’-ジアミノ-3,3’-ジエチルジフェニルメタン
  4. 構成成分[E]が[E1]ジエチルトルエンジアミンである、請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物。
  5. さらに次の構成成分[F]を含む請求項1から4のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
    [F]体積平均粒子径が50nm以上300nm以下の範囲内にある、シェル部分にエポキシ基を含むコアシェルゴム粒子
  6. E型粘度計による等温測定より得られる、110℃一定で30分後の樹脂粘度η(mPa・s)が1≦η≦20を満たす請求項1から5のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
  7. 請求項1から6のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物と、強化繊維基材とを含む繊維強化複合材料。
  8. 前記強化繊維基材が不織布形態のバインダーで連結されたプリフォームである請求項7に記載の繊維強化複合材料。
  9. 前記不織布形態のバインダーが、融点165℃以上180℃以下のポリアミドからなる請求項8に記載の繊維強化複合材料。
  10. 繊維強化基材の表面に付着した前記不織布形態のバインダーの付着量が、片面当たり0.5g/m以上10g/m以下である請求項8または9に記載の繊維強化複合材料。
  11. 前記強化繊維基材を構成する強化繊維が炭素繊維である、請求項7から10のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
  12. 請求項1から6のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を、加熱した成形型内に配置した強化繊維基材に注入し、含浸させ、該成形型内で硬化を行う繊維強化複合材料の製造方法であって、
    少なくともエポキシ樹脂として構成成分[A]~[C]を含む主剤液と、少なくとも硬化剤として構成成分[D]および構成成分[E]を含み、構成成分[D]が均一に溶解している液体からなる硬化剤液を、70℃以上130℃以下で混合した後、110℃以上150℃以下に加熱した成形型内に配置した強化繊維基材に注入し、含浸させ、該成形型内で110℃以上150℃以下で硬化を行う繊維強化複合材料の製造方法。
  13. 請求項1から6のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を、加熱した成形型内に配置した強化繊維基材に注入し、含浸させ、該成形型内で硬化を行う繊維強化複合材料の製造方法であって、
    少なくともエポキシ樹脂として構成成分[A]~[C]を含む主剤液と、少なくとも硬化剤として構成成分[D]および構成成分[E]を含み、構成成分[D]が均一に溶解している液体からなる硬化剤液を、70℃以上130℃以下で混合した後、90℃以上130℃以下に加熱した成形型内に配置した強化繊維基材に注入し、含浸させ、該成形型内で160℃以上200℃以下で硬化を行う繊維強化複合材料の製造方法。
  14. 前記強化繊維基材として不織布形態のバインダーで連結されたプリフォームを用い、エポキシ樹脂組成物を成形型内に配置したプリフォームに注入する請求項12または13に記載の繊維強化複合材料の製造方法。
  15. 前記エポキシ樹脂組成物が、成形型内で硬化する工程において前記不織布形態のバインダーの融点以上の温度に加熱した時に、ゲル化していない温度が存在するエポキシ樹脂組成物である、請求項14に記載の繊維強化複合材料の製造方法。
  16. 前記主剤液および前記硬化剤液の混合液の注入を、前記成形型内を真空吸引することにより行う、請求項12から15のいずれかに記載の繊維強化複合材料の製造方法。
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