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JP7411493B2 - Fiber reinforced resin and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、繊維強化樹脂及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fiber reinforced resin and a method for producing the same.

動的共有結合を有する樹脂を繊維で強化した繊維強化樹脂に関する技術として、特許文献1に記載の技術がある。特許文献1には、マトリックス樹脂として動的共有結合を含む樹脂と、当該樹脂の内部に配置された強化繊維とを有する繊維強化樹脂が複数接合されることで構成され、前記繊維強化樹脂同士が縫合糸により縫合されることで繊維強化樹脂複合体同士が接合していることを特徴とする、繊維強化樹脂複合体が記載されている。 There is a technique described in Patent Document 1 as a technique related to a fiber-reinforced resin in which a resin having dynamic covalent bonds is reinforced with fibers. Patent Document 1 describes a structure in which a plurality of fiber-reinforced resins each having a resin containing a dynamic covalent bond as a matrix resin and reinforcing fibers arranged inside the resin are joined, and the fiber-reinforced resins are bonded together. A fiber-reinforced resin composite is described, which is characterized in that the fiber-reinforced resin composites are joined together by sutures.

特開2019-25841号公報JP2019-25841A

本発明者が検討したところ、特許文献1に記載の繊維強化樹脂には耐油性(油に対する耐性)に改善の余地があることがわかった。
本発明が解決しようとする課題は、良好な耐油性を示す繊維強化樹脂及びその製造方法の提供である。
Upon investigation by the present inventor, it was found that the fiber-reinforced resin described in Patent Document 1 has room for improvement in oil resistance (resistance to oil).
The problem to be solved by the present invention is to provide a fiber-reinforced resin that exhibits good oil resistance and a method for producing the same.

本発明の繊維強化樹脂は、繊維と、水酸基を含む繰り返し単位を有して構成され、外部刺激によって可逆的に解離又は結合可能な動的共有結合を有する樹脂とを含み、少なくとも一部の前記水酸基を構成する水素原子がフッ素原子を含むシラン基に置換されているものである。その他の解決手段は発明を実施するための形態において後記する。 The fiber-reinforced resin of the present invention includes fibers and a resin having dynamic covalent bonds that are configured to have repeating units containing hydroxyl groups and can be reversibly dissociated or bonded by external stimulation, and includes at least a portion of the above-mentioned fibers. Hydrogen atoms constituting hydroxyl groups are substituted with silane groups containing fluorine atoms. Other solutions will be described later in the detailed description.

本発明によれば、良好な耐油性を示す繊維強化樹脂及びその製造方法を提供できる。 According to the present invention, a fiber reinforced resin exhibiting good oil resistance and a method for producing the same can be provided.

繊維強化樹脂の斜視図である。It is a perspective view of fiber reinforced resin. 図1AのA-A線断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A. 繊維強化樹脂の表面付近の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the surface of the fiber-reinforced resin. 繊維強化樹脂の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of fiber reinforced resin. 水酸基とシラン化合物との反応を説明する図である。It is a figure explaining the reaction of a hydroxyl group and a silane compound. 刺激付与工程を説明する図である。It is a figure explaining a stimulus application process.

以下、本発明を実施するための形態(本実施形態)を説明する。ただし、本発明は以下の内容及び図示の内容になんら限定されず、本発明の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形して実施できる。本発明は、異なる実施形態同士を組み合わせて実施できる。以下の記載において、異なる実施形態において同じ部材については同じ符号を付し、重複する説明は省略する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form (this embodiment) for implementing this invention is demonstrated. However, the present invention is not limited to the following content or the content shown in the drawings, and can be implemented with arbitrary modifications within a range that does not significantly impair the effects of the present invention. The present invention can be implemented by combining different embodiments. In the following description, the same members in different embodiments will be denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted.

図1Aは、繊維強化樹脂1の斜視図である。繊維強化樹脂1は繊維2及び樹脂3を含み、繊維2によって樹脂3を強化したものである。図1Aにおいて破線で示す繊維2は、樹脂3に埋没している。繊維強化樹脂1は、平織りで網目状に織り込まれた繊維2への樹脂3の含侵により構成される。 FIG. 1A is a perspective view of fiber reinforced resin 1. FIG. The fiber-reinforced resin 1 includes fibers 2 and resin 3, and the resin 3 is reinforced by the fibers 2. The fibers 2 shown by broken lines in FIG. 1A are embedded in the resin 3. The fiber-reinforced resin 1 is constructed by impregnating the resin 3 into the fibers 2 which are woven in a plain weave in the form of a mesh.

図1Bは、図1AのA-A線断面図である。繊維2は、例えば、無機繊維及び有機繊維が挙げられる。例えば無機繊維として、アラミド繊維、ガラス繊維、アスベスト繊維、炭素繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、チタン酸カリウム繊維、チラノ繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維等が挙げられる。また、例えば有機繊維として、高強度ポリエチレン繊維、ポリアセタール繊維、脂肪族又は芳香族ポリアミド繊維、ポリアクリレート繊維、フッ素繊維、ボロン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、アラミド繊維、PBO(ポリ-p-フェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維等が挙げられる。これらの繊維は、単独又は二種以上組み合わせて使用できる。 FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A. Examples of the fibers 2 include inorganic fibers and organic fibers. Examples of inorganic fibers include aramid fibers, glass fibers, asbestos fibers, carbon fibers, silica fibers, silica-alumina fibers, alumina fibers, zirconia fibers, potassium titanate fibers, tyranno fibers, silicon carbide fibers, and metal fibers. Examples of organic fibers include high-strength polyethylene fibers, polyacetal fibers, aliphatic or aromatic polyamide fibers, polyacrylate fibers, fluorine fibers, boron fibers, polyacrylonitrile fibers, aramid fibers, and PBO (poly-p-phenylenebenzobisoxazole). ) fibers, etc. These fibers can be used alone or in combination.

これらの繊維2のうち、機械的強度等の点から、有機繊維が好ましく、特に炭素繊維が好ましい。炭素繊維は、その原料により、合成高分子由来の炭素繊維(ポリアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系、レーヨン系炭素繊維等)と、鉱物由来の炭素繊維(ピッチ系炭素繊維等)とに分類できる。これらのうち、機械的強度の観点から合成高分子由来の炭素繊維が好ましい。また、繊維2としては、強度の観点からアラミド繊維及びガラス繊維も好ましい。 Among these fibers 2, organic fibers are preferred from the viewpoint of mechanical strength, and carbon fibers are particularly preferred. Carbon fibers can be classified into synthetic polymer-derived carbon fibers (polyacrylonitrile-based, polyvinyl alcohol-based, rayon-based carbon fibers, etc.) and mineral-derived carbon fibers (pitch-based carbon fibers, etc.) depending on their raw materials. Among these, carbon fibers derived from synthetic polymers are preferred from the viewpoint of mechanical strength. Moreover, as the fiber 2, aramid fiber and glass fiber are also preferable from the viewpoint of strength.

繊維2は、連続繊維、長繊維、短繊維、チョップド等の形状で、一方向材、平織り、不職布等の形状で用いられる。また、樹脂3中に直接添加して用いられることもある。図示の例では、繊維2は長繊維を網目状に編み込まれる。ただし、繊維2の形状及び状態は、これらの例及び図示の例に限定されるものではない。 The fibers 2 are in the form of continuous fibers, long fibers, short fibers, chopped fibers, etc., and are used in the form of unidirectional material, plain weave, nonwoven fabric, etc. It may also be used by directly adding it to the resin 3. In the illustrated example, the fibers 2 are made of long fibers that are woven into a mesh pattern. However, the shape and state of the fibers 2 are not limited to these examples and the illustrated examples.

樹脂3は、水酸基を含む繰り返し単位を有して構成され、外部刺激によって可逆的に解離又は結合可能な動的共有結合を有するものである。ここでいう外部刺激は例えば熱又は光である。動的共有結合は、共有結合でありながら、外部刺激により可逆的に解離及び結合可能なものである。繊維強化樹脂1では、動的共有結合が樹脂3のネットワーク構造に組み込まれている。動的共有結合を有する樹脂3では、ネットワーク構造が動的共有結合により変化する。ネットワーク構造の変化については、図5を参照しながら後記する。 The resin 3 is composed of repeating units containing hydroxyl groups, and has a dynamic covalent bond that can be reversibly dissociated or bonded by external stimulation. The external stimulus here is, for example, heat or light. A dynamic covalent bond is a covalent bond that can be reversibly dissociated and bonded by external stimulation. In the fiber reinforced resin 1, dynamic covalent bonds are incorporated into the network structure of the resin 3. In the resin 3 having dynamic covalent bonds, the network structure changes due to the dynamic covalent bonds. Changes in the network structure will be described later with reference to FIG.

動的共有結合は、例えば、エステル結合、イミン結合、四級アンモニウム塩結合、オキサゾリン結合、スピロオルトエステル結合、ほう酸エステル結合、ジスルフィルド結合等であるが、これに限られない。中でも、動的共有結合はエステル結合であることが好ましい。動的共有結合がエステル結合であることで、動的共有結合を樹脂3中の水酸基と容易にエステル交換反応できる。以下の式(1)に、動的共有結合の一つであるエステル交換反応の化学式を示す。なお、式(1)に示した化学式はエステル交換反応で得られる構造の一部である。なお、この化学反応式において、R、R’及びR’’は任意の化学構造を表す。 Examples of dynamic covalent bonds include, but are not limited to, ester bonds, imine bonds, quaternary ammonium salt bonds, oxazoline bonds, spiro-orthoester bonds, borate ester bonds, and disulfide bonds. Among these, the dynamic covalent bond is preferably an ester bond. Since the dynamic covalent bond is an ester bond, the dynamic covalent bond can be easily transesterified with the hydroxyl group in the resin 3. The following formula (1) shows a chemical formula for transesterification, which is one of the dynamic covalent bonds. Note that the chemical formula shown in formula (1) is a part of the structure obtained by transesterification. In addition, in this chemical reaction formula, R, R' and R'' represent arbitrary chemical structures.

Figure 0007411493000001
Figure 0007411493000001

樹脂3は、重合層3a及びフッ素層3bを有する。フッ素層3bは、重合層3aの表面に形成される。ここでいう重合層3aの表面は、重合層3aとフッ素層3bとの界面である。重合層3a及びフッ素層3bについて、図2を参照しながら説明する。 The resin 3 has a polymer layer 3a and a fluorine layer 3b. Fluorine layer 3b is formed on the surface of polymer layer 3a. The surface of the polymer layer 3a here is the interface between the polymer layer 3a and the fluorine layer 3b. The polymer layer 3a and the fluorine layer 3b will be explained with reference to FIG. 2.

図2は、繊維強化樹脂1の表面付近の拡大図である。重合層3a及びフッ素層3bは通常は樹脂3として一体に形成されるが、本明細書では説明のために、重合層3aとフッ素層3bとを区別して図示している。重合層3aは、水酸基を含む繰り返し単位11を有して構成される。図示の例では、繰り返し単位11に含まれる水酸基として、水酸基とフッ素層3bとの結合により生じた酸素原子が図示される。 FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the surface of the fiber-reinforced resin 1. The polymer layer 3a and the fluorine layer 3b are normally formed integrally as the resin 3, but in this specification, the polymer layer 3a and the fluorine layer 3b are illustrated separately for the sake of explanation. The polymer layer 3a is configured with repeating units 11 containing hydroxyl groups. In the illustrated example, the hydroxyl group contained in the repeating unit 11 is an oxygen atom produced by a bond between the hydroxyl group and the fluorine layer 3b.

繰り返し単位11に含まれるR及びRは、少なくともいずれかが動的共有結合(例えばエステル結合)を含み、脂肪族又は芳香族の直鎖又は分岐を有する炭素鎖である。この炭素鎖は、例えばエポキシ樹脂のように、酸素等の炭素以外の原子を含んでもよい。この場合、厳密には炭素鎖ではないが、説明の簡略化のために、本明細書では炭素鎖というものとする。重合層3aを構成する繰り返し単位11の構造は、繊維強化樹脂の耐熱温度に大きく影響を与える。従って、その構造は、必要な耐熱温度から決定できる。 At least one of R 1 and R 2 contained in the repeating unit 11 contains a dynamic covalent bond (for example, an ester bond) and is an aliphatic or aromatic linear or branched carbon chain. This carbon chain may also contain atoms other than carbon, such as oxygen, for example in epoxy resins. In this case, although it is not strictly a carbon chain, it will be referred to as a carbon chain in this specification for the sake of simplification of explanation. The structure of the repeating units 11 constituting the polymer layer 3a greatly influences the temperature limit of the fiber-reinforced resin. Therefore, its structure can be determined based on the required heat resistance temperature.

重合層3aは、通常、上記の動的共有結合を含む繰り返し単位11を含む。中でも、重合層3aは、エポキシ化合物と酸無水物とを反応させたエポキシ樹脂であることが好ましい。エポキシ化合物と酸無水物とを反応させたエポキシ樹脂であることで、動的共有結合であるエステル結合及び水酸基を生成できる。そこで、図示の例では、樹脂3(特に重合層3a)は動的共有結合を含むエポキシ樹脂を含み、繰り返し単位11の重合末端には水酸基12が結合する。 The polymeric layer 3a typically includes repeating units 11 containing the above-mentioned dynamic covalent bonds. Among these, the polymer layer 3a is preferably an epoxy resin made by reacting an epoxy compound with an acid anhydride. By using an epoxy resin made by reacting an epoxy compound with an acid anhydride, it is possible to generate an ester bond and a hydroxyl group, which are dynamic covalent bonds. Therefore, in the illustrated example, the resin 3 (particularly the polymer layer 3a) includes an epoxy resin containing dynamic covalent bonds, and the hydroxyl group 12 is bonded to the polymer terminal of the repeating unit 11.

エポキシ樹脂の中でも、機械的強度の観点から、硬化時にエステル結合を形成するモノマー、又はモノマー骨格としてエステル結合を含む繰り返し単位11を有する樹脂が好ましい。 Among epoxy resins, from the viewpoint of mechanical strength, monomers that form ester bonds upon curing or resins having repeating units 11 containing ester bonds as a monomer skeleton are preferred.

硬化時にエステル結合を形成するモノマーとしては、多官能のエポキシ基を有するエポキシ化合物と、硬化剤としてのカルボン酸無水物又は多価カルボン酸とにより構成されることが好ましい。 The monomer that forms an ester bond during curing is preferably composed of an epoxy compound having a polyfunctional epoxy group and a carboxylic acid anhydride or polyvalent carboxylic acid as a curing agent.

エポキシ樹脂の例としては、ビスフェノールA型樹脂、ノボラック型樹脂、脂環式樹脂、グリシジルアミン樹脂が好ましい。エポキシ化合物の例としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、レゾシノールジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロビスフェノールAジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、クレゾールノボラックポリグリシジルエーテル、テトラブロムビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールヘキサフロロアセトンジグリシジルエーテル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Preferred examples of the epoxy resin include bisphenol A type resins, novolac type resins, alicyclic resins, and glycidylamine resins. Examples of epoxy compounds include bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, resosinol diglycidyl ether, hexahydrobisphenol A diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, and neopentyl glycol diglycidyl ether. Glycidyl ether, phthalic acid diglycidyl ester, dimer acid diglycidyl ester, triglycidyl isocyanurate, tetraglycidyl diaminodiphenylmethane, tetraglycidyl metaxylene diamine, cresol novolac polyglycidyl ether, tetrabromo bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol hexafluoroacetone di Examples include, but are not limited to, glycidyl ether.

硬化剤であるカルボン酸無水物又は多価カルボン酸の例としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、3-ドデセニル無水コハク酸、オクテニルコハク酸無水物、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ドデシル無水コハク酸、無水クロレンディック酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメート)、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、無水トリメリット酸、ポリアゼライン酸無水物、エチレングリコール ビスアンヒドロトリメリテート、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸、4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸、多価脂肪酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of carboxylic anhydrides or polyhydric carboxylic acids that are curing agents include phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, 3-dodecenylsuccinic anhydride, octenylsuccinic anhydride, Methylhexahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride, dodecylsuccinic anhydride, chlorendic anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenonetetracarboxylic anhydride, ethylene glycol bis(anhydrotrimate), methylcyclohexenetetracarboxylic acid Anhydride, trimellitic anhydride, polyazelaic anhydride, ethylene glycol bisanhydrotrimellitate, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid, 4-cyclohexene-1,2-dicarboxylic acid, polyvalent fatty acid etc., but are not limited to these.

重合層3aは、硬化後に動的共有結合の解離及び結合を促進させる触媒(以下、「動的触媒」という)を含んでもよい。動的触媒は、重合層3aの液状組成物(後記する)に均一に分散するものが好ましい。例えばエステル交換反応を促進する触媒である場合、動的触媒として例えば、酢酸亜鉛(II)、亜鉛(II)アセチルアセトナート、ナフテン酸亜鉛(II)、アセチルアセトン鉄(III)、アセチルアセトンコバルト(II)、アルミニウムイソプロポキシド、チタニウムイソプロポキシド、メトキシド(トリフェニルホスフィン)銅(I)錯体、エトキシド(トリフェニルホスフィン)銅(I)錯体、プロポキシド(トリフェニルホスフィン)銅(I)錯体、イソプロポキシド(トリフェニルホスフィン)銅(I)錯体、メトキシドビス(トリフェニルホスフィン)銅(II)錯体、エトキシドビス(トリフェニルホスフィン)銅(II)錯体、プロポキシドビス(トリフェニルホスフィン)銅(II)錯体、イソプロポキシドビス(トリフェニルホスフィン)銅(II)錯体、トリス(2,4-ペンタンジオナト)コバルト(III)、二酢酸すず(II)、ジ(2-エチルヘキサン酸)すず(II)、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン、トリアザビシクロデセン、トリフェニルホスフィン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The polymerized layer 3a may contain a catalyst (hereinafter referred to as "dynamic catalyst") that promotes the dissociation and bonding of dynamic covalent bonds after curing. The dynamic catalyst is preferably one that is uniformly dispersed in the liquid composition (described later) of the polymerization layer 3a. For example, in the case of catalysts that promote transesterification reactions, examples of dynamic catalysts include zinc (II) acetate, zinc (II) acetylacetonate, zinc (II) naphthenate, iron (III) acetylacetone, and cobalt acetylacetone (II). , aluminum isopropoxide, titanium isopropoxide, methoxide (triphenylphosphine) copper (I) complex, ethoxide (triphenylphosphine) copper (I) complex, propoxide (triphenylphosphine) copper (I) complex, isopropoxy do(triphenylphosphine)copper(I) complex, methoxidebis(triphenylphosphine)copper(II) complex, ethoxidebis(triphenylphosphine)copper(II) complex, propoxidebis(triphenylphosphine)copper(II) complex, Isopropoxide bis(triphenylphosphine) copper(II) complex, tris(2,4-pentanedionato)cobalt(III), tin(II) diacetate, tin(II) di(2-ethylhexanoate), Examples include, but are not limited to, N,N-dimethyl-4-aminopyridine, diazabicycloundecene, diazabicyclononene, triazabicyclodecene, and triphenylphosphine.

重合層3aは、上記のもののほかにも、可逆的に解離及び結合可能な共有結合を有する架橋成分を導入した熱可塑型樹脂であってもよい。このような架橋成分を導入可能な熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、熱可塑型樹脂に導入可能な架橋成分としては、アルコキシアミン骨格、ジアリールビベンゾフラン骨格、ジオキサボラン骨格を有するものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 In addition to the above materials, the polymer layer 3a may be a thermoplastic resin into which a crosslinking component having a covalent bond that can be reversibly dissociated and bonded is introduced. Thermoplastic resins into which such a crosslinking component can be introduced include, but are not limited to, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, acrylic resin, and the like. Further, examples of crosslinking components that can be introduced into the thermoplastic resin include those having an alkoxyamine skeleton, a diarylbibenzofuran skeleton, and a dioxaborane skeleton, but are not limited thereto.

フッ素層3bは、フッ素原子を含むシラン基13を含むものである。シラン基13は-SiRで示される官能基である。Rは、図示の例では、フッ素原子で一部の水素を置換したアルキル基である。R、R、Rは、少なくともいずれかがフッ素原子を含み、それぞれ独立して、例えば、水素原子、フッ素原子で置換されてもよいアルキル基、又は、フッ素原子で置換されてもよいアルコキシ基である。アルキル基は、直鎖又は分岐のいずれでもよく、鎖状又は環状のいずれでもよい。 The fluorine layer 3b contains silane groups 13 containing fluorine atoms. The silane group 13 is a functional group represented by -SiR 3 R 4 R 5 . In the illustrated example, R 5 is an alkyl group in which some hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms. At least one of R 3 , R 4 , and R 5 contains a fluorine atom, and each of R 3 , R 4 , and R 5 may be independently substituted with, for example, a hydrogen atom, an alkyl group that may be substituted with a fluorine atom, or a fluorine atom. It is an alkoxy group. The alkyl group may be linear or branched, and may be chain or cyclic.

繊維強化樹脂1では、繰り返し単位11に含まれる少なくとも一部の水酸基を構成する水素原子がシラン基13で置換されている。即ち、シラン基13を構成するケイ素原子は、繰り返し単位11に含まれる酸素原子に結合する。そして、ケイ素原子が結合する酸素原子は、繰り返し単位11に含まれる水酸基を構成する酸素原子である。繰り返し単位11での水酸基の位置でシラン基13が酸素原子に結合していれば、シラン基13は水酸基を構成する酸素原子に結合していると考えることができる。シラン基13が水酸基を構成する酸素原子に結合しているか否かは、重合層3aの繰り返し単位11の構造を同定し、繰り返し単位11での水酸基の位置及びシラン基13の位置を同定することで、決定できる。 In the fiber-reinforced resin 1, hydrogen atoms constituting at least some of the hydroxyl groups contained in the repeating units 11 are substituted with silane groups 13. That is, the silicon atom constituting the silane group 13 is bonded to the oxygen atom contained in the repeating unit 11. The oxygen atom to which the silicon atom is bonded is the oxygen atom constituting the hydroxyl group contained in the repeating unit 11. If the silane group 13 is bonded to an oxygen atom at the position of the hydroxyl group in the repeating unit 11, it can be considered that the silane group 13 is bonded to the oxygen atom constituting the hydroxyl group. Whether or not the silane group 13 is bonded to the oxygen atom constituting the hydroxyl group can be determined by identifying the structure of the repeating unit 11 of the polymerized layer 3a, and identifying the position of the hydroxyl group in the repeating unit 11 and the position of the silane group 13. So, you can decide.

このように、フッ素原子を含むシラン基13は、酸素原子を介して、繰り返し単位11の炭素鎖に結合する。従って、フッ素層3bは重合層3aと化学的に結合して構成される。従って、化学的な接合により、フッ素層3bの重合層3aへの界面接着性を高くできる。 In this way, the silane group 13 containing a fluorine atom is bonded to the carbon chain of the repeating unit 11 via the oxygen atom. Therefore, the fluorine layer 3b is chemically bonded to the polymer layer 3a. Therefore, the interfacial adhesion of the fluorine layer 3b to the polymer layer 3a can be increased by chemical bonding.

シラン基13は、直鎖又は分岐鎖を有するアルキル基又はシクロアルキル基により構成される炭素鎖がケイ素原子に結合した構造を有し、前記炭素鎖に含まれる水素原子の少なくとも一部をフッ素原子で置換したものであることが好ましい。このようなシラン基13を用いることで、撥油性が向上し油に対しての耐性を向上できる。具体的には例えば、シラン基13は、トリフルオロプロピルシラン、トリフルオロエチルシラン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記の図2の例では、シラン基13を構成するケイ素に対し、一部の水素原子をフッ素原子で置換した直鎖のアルキル基と、例えばアルキル基であるRと、例えばアルキル基であるRとが結合している。 The silane group 13 has a structure in which a carbon chain composed of a linear or branched alkyl group or a cycloalkyl group is bonded to a silicon atom, and at least a part of the hydrogen atoms contained in the carbon chain are replaced with fluorine atoms. It is preferable that it be substituted with . By using such a silane group 13, oil repellency can be improved and resistance to oil can be improved. Specifically, for example, the silane group 13 includes trifluoropropylsilane, trifluoroethylsilane, etc., but is not limited to these. In the example shown in FIG. 2 above, for silicon constituting the silane group 13, a straight chain alkyl group in which some of the hydrogen atoms are replaced with fluorine atoms, R 3 which is an alkyl group, and R 3 which is an alkyl group, for example. It is bonded to R4 .

なお、フッ素原子の数は図示の例に限られず、1つでも複数でもよい。また、フッ素層3b中のケイ素に結合する炭素鎖(フッ素原子を含む炭素鎖)の構造も、図示の例に限られない。 Note that the number of fluorine atoms is not limited to the illustrated example, and may be one or more. Furthermore, the structure of the carbon chain (carbon chain containing fluorine atoms) bonded to silicon in the fluorine layer 3b is not limited to the illustrated example.

シラン基13は、上記のようにフッ素原子を有する。このため、シラン基13は表面エネルギーが低く、シラン基13は表面である空気界面に局在化し易い。この結果、重合層3aに対して化学結合したフッ素層3bにより、繊維強化樹脂1の耐油性を向上できる。耐油性について説明する The silane group 13 has a fluorine atom as described above. Therefore, the silane group 13 has a low surface energy, and the silane group 13 is likely to be localized at the air interface, which is the surface. As a result, the oil resistance of the fiber reinforced resin 1 can be improved by the fluorine layer 3b chemically bonded to the polymer layer 3a. Explain about oil resistance

繊維強化樹脂1において、繊維2と樹脂3との間には界面が存在する。このため、繊維強化樹脂1に油が浸透した場合、繊維2と樹脂3との界面に油が侵入する可能性もある。特に、繊維2が撥水性繊維の場合、油は撥水性繊維と馴染みやすいため、界面に油が侵入し易い。界面への油の侵入により、樹脂3からの繊維2の剥離が生じ易くなり、繊維強化樹脂1の耐油性が低下する。 In the fiber reinforced resin 1, an interface exists between the fibers 2 and the resin 3. Therefore, if oil penetrates into the fiber-reinforced resin 1, there is a possibility that the oil may penetrate into the interface between the fibers 2 and the resin 3. Particularly, when the fibers 2 are water-repellent fibers, oil tends to be compatible with the water-repellent fibers, and thus oil tends to enter the interface. Due to the intrusion of oil into the interface, the fibers 2 tend to peel off from the resin 3, and the oil resistance of the fiber reinforced resin 1 decreases.

そこで、樹脂3の表面にフッ素層3bが配置される。フッ素層3bは表面エネルギが低いため、樹脂3表面での撥油性を向上できる。この結果、樹脂3への油の侵入と樹脂3からの繊維2の剥離とを抑制でき、繊維強化樹脂1の耐油性を向上できる。 Therefore, a fluorine layer 3b is placed on the surface of the resin 3. Since the fluorine layer 3b has a low surface energy, the oil repellency on the surface of the resin 3 can be improved. As a result, the intrusion of oil into the resin 3 and the peeling of the fibers 2 from the resin 3 can be suppressed, and the oil resistance of the fiber reinforced resin 1 can be improved.

繊維強化樹脂1では、油の接触角は、例えば60°以上、好ましくは80°以上である。中でも、油が例えば潤滑油、樹脂3の種類が例えばエポキシ樹脂の場合にこの範囲が好ましい。接触角をこの範囲にすることで、油の浸透を抑制し耐油性を向上できる。なお、油の接触角は接触角計の装置を用いて油であるドデカンを使用することにより測定できる。 In the fiber reinforced resin 1, the oil contact angle is, for example, 60° or more, preferably 80° or more. Among these, this range is preferable when the oil is, for example, a lubricating oil and the type of resin 3 is, for example, an epoxy resin. By setting the contact angle within this range, oil penetration can be suppressed and oil resistance can be improved. Note that the contact angle of oil can be measured by using dodecane, which is oil, using a contact angle meter device.

繊維強化樹脂1は、任意の用途に使用できる。繊維強化樹脂1は、例えば、車両部品、鉄道車両、船舶、航空機、ユニットバス、浄化槽、プリント基板、遊具、スキー板等、各種分野で使用される部品又は本体に使用できる。 The fiber reinforced resin 1 can be used for any purpose. The fiber-reinforced resin 1 can be used for parts or bodies used in various fields, such as vehicle parts, railway vehicles, ships, aircraft, unit buses, septic tanks, printed circuit boards, play equipment, skis, and the like.

図3は、繊維強化樹脂1の製造方法を示すフローチャートである。繊維強化樹脂1の製造方法は、含侵工程S1と硬化工程S2とを含む。繊維強化樹脂1の製造方法は、更に、刺激付与工程S3を含むことが好ましい。刺激付与工程S3は、硬化工程S2と同時に、即ち、硬化工程S2が刺激付与工程S3を兼ねてもよく、硬化工程S2の後に別途更に刺激付与工程S3が行われてもよい。 FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the fiber-reinforced resin 1. The method for manufacturing the fiber reinforced resin 1 includes an impregnation step S1 and a curing step S2. It is preferable that the method for manufacturing the fiber reinforced resin 1 further includes a stimulation step S3. The stimulation step S3 may be performed simultaneously with the curing step S2, that is, the curing step S2 may also serve as the stimulation step S3, or the stimulation step S3 may be performed separately after the curing step S2.

含侵工程S1は、水酸基を含む繰り返し単位を有して構成され、外部刺激によって可逆的に解離又は結合可能な動的共有結合を有する樹脂3(図1A、図1B)の前駆体と、フッ素原子を含むシラン化合物と、を含む液状組成物を繊維2(図1A、図1B)に含侵させるものである。樹脂3は、上記図1A~図3を参照して説明した樹脂3と同義であり、例えばエポキシ樹脂である。 In the impregnation step S1, a precursor of the resin 3 (FIG. 1A, FIG. 1B), which is constituted by a repeating unit containing a hydroxyl group and has a dynamic covalent bond that can be reversibly dissociated or bonded by an external stimulus, and fluorine The fiber 2 (FIGS. 1A and 1B) is impregnated with a liquid composition containing a silane compound containing atoms. The resin 3 has the same meaning as the resin 3 described above with reference to FIGS. 1A to 3, and is, for example, an epoxy resin.

樹脂3の前駆体は、硬化により樹脂3を形成する未硬化の原料組成物、又は、液状の樹脂3そのもののどちらでもよい。取り扱いが良好な観点から、樹脂3の前駆体は、硬化により樹脂3を形成する原料組成物であることが好ましい。樹脂3が例えばエポキシ樹脂である場合、樹脂3の前駆体は例えばエポキシ化合物又はプレポリマである。従って、例えば、エポキシ樹脂の原料組成物として上記重合層3aの説明で挙げたエポキシ化合物及び硬化剤を任意に採用し、水酸基を有する重合層3aを含む樹脂3を製造すればよい。なお、硬化は、例えば、後記する硬化工程S2において行われる。 The precursor of the resin 3 may be either an uncured raw material composition that forms the resin 3 by curing, or the liquid resin 3 itself. From the viewpoint of easy handling, the precursor of the resin 3 is preferably a raw material composition that forms the resin 3 upon curing. If the resin 3 is, for example, an epoxy resin, the precursor of the resin 3 is, for example, an epoxy compound or a prepolymer. Therefore, for example, the resin 3 including the polymerized layer 3a having hydroxyl groups may be produced by arbitrarily employing the epoxy compound and curing agent mentioned in the description of the polymerized layer 3a above as the raw material composition of the epoxy resin. Note that curing is performed, for example, in a curing step S2 described later.

水酸基は、前駆体である原料(例えばエポキシ化合物又は硬化剤の少なくとも一方)が有してもよく、樹脂3の反応中(生成中)の化学反応により新たに生成してもよい。また、動的共有結合も、前駆体である原料(例えばエポキシ化合物又は硬化剤の少なくとも一方)が有してもよく、樹脂3の反応中(生成中)の化学反応により新たに生成してもよい。 The hydroxyl group may be present in a raw material that is a precursor (for example, at least one of an epoxy compound or a curing agent), or may be newly generated by a chemical reaction during the reaction (production) of the resin 3. Furthermore, the dynamic covalent bond may be present in the precursor raw material (for example, at least one of the epoxy compound or the curing agent), or may be newly generated by a chemical reaction during the reaction (formation) of the resin 3. good.

フッ素原子を含むシラン化合物(以下、単にシラン化合物という)は、樹脂3の重合層3a(図2)に含まれる水酸基との結合によりシラン基13(図2)を生成するものである。シラン化合物は液体であってもよく固体であってもよい。ただし、固体のシラン化合物の場合、シラン化合物は液状組成物に十分に溶解することが好ましい。シラン化合物の水酸基への結合は、例えば後記する硬化工程S2において行われる。 A silane compound containing a fluorine atom (hereinafter simply referred to as a silane compound) forms a silane group 13 (FIG. 2) by bonding with a hydroxyl group contained in the polymerized layer 3a (FIG. 2) of the resin 3. The silane compound may be liquid or solid. However, in the case of a solid silane compound, it is preferable that the silane compound is sufficiently dissolved in the liquid composition. The bonding of the silane compound to the hydroxyl group is performed, for example, in the curing step S2 described later.

シラン化合物は、例えば、フッ素原子を含むアルコキシシランである。このようなアルコキシシランを用いることで、表面エネルギーが低いため、耐油性が向上する利点がある。フッ素原子を含むアルコキシシランの具体例としては、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロエチルトリメトキシシラン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The silane compound is, for example, an alkoxysilane containing a fluorine atom. The use of such alkoxysilane has the advantage of improving oil resistance due to its low surface energy. Specific examples of the alkoxysilane containing a fluorine atom include trifluoropropyltrimethoxysilane, trifluoroethyltrimethoxysilane, etc., but are not limited thereto.

液状組成物におけるシラン化合物の含有量は、樹脂3の前駆体100質量部に対して0.1質量部以上5質量部以下であることが好ましい。シラン化合物の含有量をこの範囲にすることで、樹脂3の表面にフッ素層3bを配置し易くでき、樹脂3の耐油性を向上できる。 The content of the silane compound in the liquid composition is preferably 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the precursor of resin 3. By setting the content of the silane compound within this range, the fluorine layer 3b can be easily disposed on the surface of the resin 3, and the oil resistance of the resin 3 can be improved.

また、液状組成物は、上記の図2を参照しながら説明した動的触媒を含んでもよい。 The liquid composition may also include the dynamic catalyst described with reference to FIG. 2 above.

樹脂3の前駆体及びシラン化合物を含む液状組成物の繊維2への含侵は、例えば、真空中で容器内に例えば平織りした繊維2を配置し、当該容器に液状組成物を流し込むことで行うことができる。ただし、繊維2への具体的含侵方法はこれに限られない。 The fiber 2 is impregnated with a liquid composition containing a precursor of the resin 3 and a silane compound, for example, by placing the plain-woven fiber 2 in a container in a vacuum, and pouring the liquid composition into the container. be able to. However, the specific method of impregnating the fiber 2 is not limited to this.

硬化工程S2は、繊維2(図1A、図1B)に含侵させた液状組成物の硬化により樹脂3を生成させるものである。樹脂3が例えばエポキシ樹脂である場合、硬化工程S2では、エポキシ化合物と硬化剤(酸無水物等)との反応により繰り返し単位11(図2)が生成する。これとともに、硬化工程S2では、反応により生じた水酸基又は原料組成物の含まれる水酸基のうちの少なくとも一方の水酸基に対し、シラン化合物が結合する。ここでいう水酸基は、重合層3a(図2)での繰り返し単位11に含まれる水酸基等である。水酸基へのシラン化合物の結合について、図4を参照して説明する。 In the curing step S2, the resin 3 is produced by curing the liquid composition impregnated into the fibers 2 (FIGS. 1A and 1B). When the resin 3 is, for example, an epoxy resin, in the curing step S2, repeating units 11 (FIG. 2) are generated by the reaction between the epoxy compound and the curing agent (acid anhydride, etc.). At the same time, in the curing step S2, the silane compound is bonded to at least one of the hydroxyl groups generated by the reaction or the hydroxyl groups contained in the raw material composition. The hydroxyl group referred to here is the hydroxyl group contained in the repeating unit 11 in the polymer layer 3a (FIG. 2). The bonding of the silane compound to the hydroxyl group will be explained with reference to FIG. 4.

図4は、水酸基とシラン化合物との反応を説明する図である。図4の内容は水酸基へのシラン化合物の結合の具体的形態の一例であり、水酸基へのシラン化合物の結合は図4に限られない。硬化工程S2において、シラン化合物14(図示の例ではアルコキシシラン)は加水分解する。そして、加水分解したシラン化合物14は、重合層3aに含まれる水酸基と反応し、水酸基を構成する酸素原子にシラン化合物14のケイ素原子が結合する。これにより、図2を参照して説明したように、重合層3aを構成する繰り返し単位11に対し、酸素原子を介してシラン基13が結合する。 FIG. 4 is a diagram illustrating the reaction between a hydroxyl group and a silane compound. The content of FIG. 4 is an example of a specific form of bonding of a silane compound to a hydroxyl group, and the bonding of a silane compound to a hydroxyl group is not limited to that shown in FIG. 4. In the curing step S2, the silane compound 14 (alkoxysilane in the illustrated example) is hydrolyzed. Then, the hydrolyzed silane compound 14 reacts with the hydroxyl group contained in the polymerized layer 3a, and the silicon atom of the silane compound 14 bonds to the oxygen atom constituting the hydroxyl group. Thereby, as explained with reference to FIG. 2, the silane group 13 is bonded to the repeating unit 11 constituting the polymerized layer 3a via an oxygen atom.

硬化工程S2での硬化条件は特に制限されず、樹脂3及びシラン化合物の具体的種類及び量に応じて適宜決定すればよい。樹脂3がエポキシ樹脂であり、シラン化合物が例えばアルコキシシランである場合、例えば加熱により液状組成物を硬化できる。加熱温度は、例えば40℃以上80℃以下にできる。加熱時間は、例えば30分以上5時間以下にできる。 The curing conditions in the curing step S2 are not particularly limited, and may be appropriately determined depending on the specific types and amounts of the resin 3 and the silane compound. When the resin 3 is an epoxy resin and the silane compound is, for example, an alkoxysilane, the liquid composition can be cured, for example, by heating. The heating temperature can be, for example, 40°C or higher and 80°C or lower. The heating time can be, for example, 30 minutes or more and 5 hours or less.

図3に戻って、硬化工程S2では、上記のように、重合層3aを構成する繰り返し単位11に対し、酸素原子を介してシラン基13が結合する。このため、重合によって生じたシラン基13の多くは重合層3aの内部に取り込まれ、重合層3aの内部にシラン基13が存在する。そこで、重合層3aの内部に存在するシラン基13を重合層3aの外部、即ち樹脂3の表面に露出させる、刺激付与工程S3が行われることが好ましい。 Returning to FIG. 3, in the curing step S2, as described above, the silane groups 13 are bonded to the repeating units 11 constituting the polymerized layer 3a via oxygen atoms. Therefore, most of the silane groups 13 generated by polymerization are taken into the polymer layer 3a, and the silane groups 13 are present inside the polymer layer 3a. Therefore, it is preferable to perform a stimulation step S3 in which the silane groups 13 present inside the polymer layer 3a are exposed to the outside of the polymer layer 3a, that is, to the surface of the resin 3.

刺激付与工程S3は、樹脂3中の動的共有結合に対し外部刺激を付与するものである。外部刺激が付与される樹脂3は硬化後でもよく、硬化中でもよく、未硬化でもよい。刺激付与工程S3が上記の硬化工程S2を兼ねる場合には、硬化工程S2での加熱が外部刺激となり、もともと存在していた又は新たに生成した動的共有結合に外部刺激が付与される。動的共有結合への外部刺激の付与は、例えば樹脂3への外部刺激の付与により、行うことができる。 In the stimulation step S3, an external stimulation is applied to the dynamic covalent bonds in the resin 3. The resin 3 to which external stimulation is applied may be after curing, may be in the process of being cured, or may be uncured. When the stimulation step S3 also serves as the above-mentioned curing step S2, the heating in the curing step S2 serves as an external stimulus, and the external stimulation is applied to the dynamic covalent bond that originally existed or was newly generated. Application of an external stimulus to the dynamic covalent bond can be performed, for example, by applying an external stimulus to the resin 3.

外部刺激は例えば熱、光等である。刺激付与工程S3により、重合層3aに組み込まれた動的共有結合の解離及び結合が生じ、重合層3aのネットワーク構造が変化する。これにより、表面に露出するシラン基13が増大する。ネットワーク構造の変化について、図5を参照しながら説明する。 External stimuli include heat, light, etc., for example. Through the stimulation step S3, the dynamic covalent bonds incorporated in the polymer layer 3a are dissociated and bonded, and the network structure of the polymer layer 3a changes. This increases the number of silane groups 13 exposed on the surface. Changes in the network structure will be explained with reference to FIG. 5.

図5は、刺激付与工程S3を説明する図である。一例として、硬化工程S2の後に刺激付与工程S3を行う場合を説明するが、硬化工程S2が刺激付与工程S3を兼ねる場合には、硬化工程S2において以下で説明する作用が生じる。即ち、樹脂3の硬化とともにシラン基13が重合層3aの表面に露出する。 FIG. 5 is a diagram illustrating the stimulation application step S3. As an example, a case will be described in which the stimulation step S3 is performed after the curing step S2, but when the curing step S2 also serves as the stimulation step S3, the following effects occur in the curing step S2. That is, as the resin 3 hardens, the silane groups 13 are exposed on the surface of the polymerized layer 3a.

上記の硬化工程S2の終了時点では、重合層3aの外側(樹脂3の表面)及び内部のそれぞれにシラン基13が存在する(図5左図)。この状態で樹脂3に外部刺激が付与されれば、上記のように重合層3aのネットワーク構造が変化する。なお、上記の液状組成物が動的触媒を含む場合、重合層3aも動的触媒を含み、ネットワーク構造の変化が促進される。ネットワーク構造の変化により、エネルギが小さく、原子半径が大きなフッ素を有するシラン基13は、重合層3aの表面である空気界面に露出する。これにより、樹脂3の表面へのシラン基13の露出によりシラン基13が表面に局在化し(図5中央図)、フッ素層3bによる樹脂3の耐油性が向上する。 At the end of the curing step S2, silane groups 13 are present both on the outside (on the surface of the resin 3) and inside the polymerized layer 3a (left diagram in FIG. 5). If an external stimulus is applied to the resin 3 in this state, the network structure of the polymer layer 3a changes as described above. In addition, when the above-mentioned liquid composition contains a dynamic catalyst, the polymerization layer 3a also contains a dynamic catalyst, and the change in the network structure is promoted. Due to the change in the network structure, the silane groups 13 containing fluorine, which have small energy and a large atomic radius, are exposed to the air interface, which is the surface of the polymer layer 3a. As a result, the silane groups 13 are exposed to the surface of the resin 3, so that the silane groups 13 are localized on the surface (center view in FIG. 5), and the oil resistance of the resin 3 due to the fluorine layer 3b is improved.

刺激付与工程S3によって内部のシラン基13を表面に露出させた後、更に外部刺激を付与すると、重合層3aのネットワーク構造が再度変化する(図5右図)。しかし、重合層3aの内部には水酸基が多く存在し、水酸基とフッ素原子とは馴染みにくい。このため、重合層3aのネットワーク構造が再度変化しても、表面に存在するシラン基13は重合層3aの内部に戻り難い。このため、外部刺激によって重合層3aのネットワーク構造が変化しても、樹脂3の耐油性が維持される。 After the internal silane groups 13 are exposed to the surface in the stimulation step S3, when external stimulation is further applied, the network structure of the polymerized layer 3a changes again (see the right diagram in FIG. 5). However, there are many hydroxyl groups inside the polymerized layer 3a, and the hydroxyl groups and fluorine atoms do not mix well with each other. Therefore, even if the network structure of the polymer layer 3a changes again, the silane groups 13 present on the surface are difficult to return to the inside of the polymer layer 3a. Therefore, even if the network structure of the polymer layer 3a changes due to external stimulation, the oil resistance of the resin 3 is maintained.

図3に示す繊維強化樹脂1の製造方法によれば、良好な耐油性を示す繊維強化樹脂1を製造できる。 According to the method for manufacturing fiber-reinforced resin 1 shown in FIG. 3, fiber-reinforced resin 1 that exhibits good oil resistance can be manufactured.

以下、実施例を挙げて更に具体的に本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

<実施例1>
エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製jER828。プレポリマ)100質量部に対し、硬化剤(日立化成工業社製MHAC-P)47質量部、亜鉛(II)アセチルアセトナート(東京化成社製。動的触媒)14質量部、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製KBM-7103。シラン化合物。フッ素原子を含むアルコキシシラン)1質量部を加え、大気中にて撹拌及び混合することで、液状組成物を調製した。調製した液状組成物を、炭素繊維(東レ社製CO6343。繊維2)を平織りしたシートに真空中で含浸した(含侵工程S1)。含侵は、8枚重ねたシート全体に対して行った。含侵後、60℃で2時間加熱した(硬化工程S2)。生成した動的共有結合はエステル結合である。加熱後冷却し、再度、180℃で2時間加熱した(刺激付与工程S3)。以上の操作により、重合層3aの表面にフッ素層3bを有する繊維強化樹脂1を作製した。
<Example 1>
For 100 parts by mass of epoxy resin (JER828, manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., prepolymer), 47 parts by mass of curing agent (MHAC-P, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), zinc (II) acetylacetonate (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd., dynamic catalyst). By adding 14 parts by mass and 1 part by mass of trifluoropropyltrimethoxysilane (KBM-7103 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., a silane compound, an alkoxysilane containing a fluorine atom), and stirring and mixing in the atmosphere, the liquid composition was prepared. Prepared. The prepared liquid composition was impregnated in a vacuum into a plain-woven sheet of carbon fibers (CO6343 manufactured by Toray Industries, Inc. Fiber 2) (impregnation step S1). Impregnation was performed on the entire eight stacked sheets. After impregnation, it was heated at 60° C. for 2 hours (curing step S2). The generated dynamic covalent bond is an ester bond. After heating, it was cooled and heated again at 180° C. for 2 hours (stimulation step S3). Through the above operations, a fiber reinforced resin 1 having a fluorine layer 3b on the surface of the polymerized layer 3a was produced.

耐油性の評価として、JIS K7074「炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法」に準拠し、まず、油含侵前の曲げ強度を評価した。曲げ強度は、曲げ試験機を用いて評価した。曲げ試験に使用した試験片は長さ100mm、幅15mmとし、支点間距離は80mm、試験速度は5mm/min、支点径中央は5mm、スパン両端は2mm、室温で試験した。同じ方法で作製した5つの繊維強化樹脂1についてそれぞれ曲げ試験を行い、試験結果の平均値を曲げ強度とした。 As an evaluation of oil resistance, first, the bending strength before oil impregnation was evaluated in accordance with JIS K7074 "Bending test method for carbon fiber reinforced plastics". Bending strength was evaluated using a bending tester. The test piece used in the bending test had a length of 100 mm and a width of 15 mm, the distance between fulcrums was 80 mm, the test speed was 5 mm/min, the center diameter of the fulcrum was 5 mm, and both ends of the span were 2 mm. The test was conducted at room temperature. A bending test was conducted on each of the five fiber reinforced resins 1 produced by the same method, and the average value of the test results was taken as the bending strength.

次いで、曲げ強度を評価した繊維強化樹脂1について、潤滑油に50℃で1000時間含侵した。1000時間経過後、油をふき取って、再度同じ方法で曲げ強度を評価した。含侵前の曲げ強度と含侵後の曲げ強度とを比較し、含侵後の曲げ強度を含侵前の曲げ強度で除することで、残存曲げ強度を算出した。残存曲げ強度が80%以上であれば、耐油性が向上したと判断した。 Next, the fiber reinforced resin 1 whose bending strength was evaluated was impregnated with lubricating oil at 50° C. for 1000 hours. After 1000 hours had passed, the oil was wiped off and the bending strength was evaluated again using the same method. The bending strength before impregnation and the bending strength after impregnation were compared, and the residual bending strength was calculated by dividing the bending strength after impregnation by the bending strength before impregnation. If the residual bending strength was 80% or more, it was judged that the oil resistance was improved.

評価の結果、含侵前の曲げ強度は650MPa、含侵後の曲げ強度は640MPaであった。従って、残存曲げ強度は98%であり、耐油性が良好であった。 As a result of the evaluation, the bending strength before impregnation was 650 MPa, and the bending strength after impregnation was 640 MPa. Therefore, the residual bending strength was 98%, and the oil resistance was good.

<実施例2>
トリフルオロプロピルトリメトキシシランの使用量を2.5質量部に変更したこと以外が実施例1と同様にして繊維強化樹脂1を作製し、曲げ強度を評価した。評価の結果、含侵前の曲げ強度は644MPa、含侵後の曲げ強度は633MPaであった。従って、残存曲げ強度は98%であり、耐油性が良好であった。
<Example 2>
Fiber-reinforced resin 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of trifluoropropyltrimethoxysilane used was changed to 2.5 parts by mass, and the bending strength was evaluated. As a result of the evaluation, the bending strength before impregnation was 644 MPa, and the bending strength after impregnation was 633 MPa. Therefore, the residual bending strength was 98%, and the oil resistance was good.

<実施例3>
トリフルオロプロピルトリメトキシシランの使用量を5質量部に変更したこと以外が実施例1と同様にして繊維強化樹脂1を作製し、曲げ強度を評価した。評価の結果、含侵前の曲げ強度は637MPa、含侵後の曲げ強度は620MPaであった。従って、残存曲げ強度は97%であり、耐油性が良好であった。
<Example 3>
Fiber-reinforced resin 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of trifluoropropyltrimethoxysilane used was changed to 5 parts by mass, and the bending strength was evaluated. As a result of the evaluation, the bending strength before impregnation was 637 MPa, and the bending strength after impregnation was 620 MPa. Therefore, the residual bending strength was 97%, and the oil resistance was good.

<実施例4>
トリフルオロプロピルトリメトキシシランの使用量を0.5質量部に変更したこと以外が実施例1と同様にして繊維強化樹脂1を作製し、曲げ強度を評価した。評価の結果、含侵前の曲げ強度は653MPa、含侵後の曲げ強度は637MPaであった。従って、残存曲げ強度は98%であり、耐油性が良好であった。
<Example 4>
Fiber-reinforced resin 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of trifluoropropyltrimethoxysilane used was changed to 0.5 parts by mass, and the bending strength was evaluated. As a result of the evaluation, the bending strength before impregnation was 653 MPa, and the bending strength after impregnation was 637 MPa. Therefore, the residual bending strength was 98%, and the oil resistance was good.

<実施例5>
トリフルオロプロピルトリメトキシシランの使用量を0.1質量部に変更したこと以外が実施例1と同様にして繊維強化樹脂1を作製し、曲げ強度を評価した。評価の結果、含侵前の曲げ強度は662MPa、含侵後の曲げ強度は639MPaであった。従って、残存曲げ強度は97%であり、耐油性が良好であった。
<Example 5>
Fiber-reinforced resin 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of trifluoropropyltrimethoxysilane used was changed to 0.1 part by mass, and the bending strength was evaluated. As a result of the evaluation, the bending strength before impregnation was 662 MPa, and the bending strength after impregnation was 639 MPa. Therefore, the residual bending strength was 97%, and the oil resistance was good.

<実施例6>
トリフルオロプロピルトリメトキシシランの使用量を0.01質量部に変更したこと以外が実施例1と同様にして繊維強化樹脂1を作製し、曲げ強度を評価した。評価の結果、含侵前の曲げ強度は657MPa、含侵後の曲げ強度は543MPaであった。従って、残存曲げ強度は83%であり、耐油性が良好であった。
<Example 6>
Fiber-reinforced resin 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of trifluoropropyltrimethoxysilane used was changed to 0.01 part by mass, and the bending strength was evaluated. As a result of the evaluation, the bending strength before impregnation was 657 MPa, and the bending strength after impregnation was 543 MPa. Therefore, the residual bending strength was 83%, and the oil resistance was good.

<実施例7>
トリフルオロプロピルトリメトキシシランの使用量を7.5質量部に変更したこと以外が実施例1と同様にして繊維強化樹脂1を作製し、曲げ強度を評価した。評価の結果、含侵前の曲げ強度は622MPa、含侵後の曲げ強度は521MPaであった。従って、残存曲げ強度は84%であり、耐油性が良好であった。
<Example 7>
Fiber-reinforced resin 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of trifluoropropyltrimethoxysilane used was changed to 7.5 parts by mass, and the bending strength was evaluated. As a result of the evaluation, the bending strength before impregnation was 622 MPa, and the bending strength after impregnation was 521 MPa. Therefore, the residual bending strength was 84%, and the oil resistance was good.

<比較例1>
トリフルオロプロピルトリメトキシシランを使用しないこと以外は実施例1と同様にして繊維強化樹脂を作製した。比較例1の繊維強化樹脂は、上記特許文献1に記載の繊維強化樹脂に対応する。トリフルオロプロピルトリメトキシシランを使用しないため、作製した樹脂は繊維強化樹脂1のフッ素層3bを有しない。作製した繊維強化樹脂について、曲げ強度を評価した。評価の結果、含侵前の曲げ強度は664MPa、含侵後の曲げ強度は474MPaであった。従って、残存曲げ強度は71%であり、油による曲げ強度の低下が認められた。
<Comparative example 1>
A fiber reinforced resin was produced in the same manner as in Example 1 except that trifluoropropyltrimethoxysilane was not used. The fiber-reinforced resin of Comparative Example 1 corresponds to the fiber-reinforced resin described in Patent Document 1 above. Since trifluoropropyltrimethoxysilane is not used, the produced resin does not have the fluorine layer 3b of the fiber reinforced resin 1. The bending strength of the produced fiber-reinforced resin was evaluated. As a result of the evaluation, the bending strength before impregnation was 664 MPa, and the bending strength after impregnation was 474 MPa. Therefore, the residual bending strength was 71%, indicating that the bending strength had decreased due to oil.

<考察>
フッ素層3bを備える繊維強化樹脂1に関する実施例1~7では、いずれも残存曲げ用土が80%以上であった。このため、50℃で1000時間で油を含侵させても、曲げ強度は大きな影響を受けず、耐油性に優れることがわかった。特に、シラン化合物の使用量を0.1質量部以上5質量部以下にした実施例1~5では、残存曲げ強度は90%を超えていた。これは、フッ素層3bを形成可能な量での使用とともに、刺激付与工程S3(図3)において、過剰に存在するシラン基13が内部に戻ることを抑制できたことに起因するものと考えられる。従って、液状組成物におけるシラン化合物の使用量は、エポキシ樹脂100質量部に対し0.1質量部以上5質量部以下が好ましいことがわかった。
<Consideration>
In Examples 1 to 7 regarding the fiber reinforced resin 1 provided with the fluorine layer 3b, the residual bending soil was 80% or more in all cases. For this reason, it was found that even when impregnated with oil at 50° C. for 1000 hours, the bending strength was not significantly affected and the material had excellent oil resistance. In particular, in Examples 1 to 5 in which the amount of the silane compound used was 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less, the residual bending strength exceeded 90%. This is thought to be due to the fact that the excess silane group 13 was suppressed from returning to the inside in the stimulation step S3 (FIG. 3), as well as being used in an amount sufficient to form the fluorine layer 3b. . Therefore, it has been found that the amount of the silane compound used in the liquid composition is preferably 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the epoxy resin.

一方でフッ素層3bを有しない比較例1では、残存曲げ強度の低下が認められた。これは、50℃で1000時間での含侵中、繊維2と樹脂3との界面に油が染み込んだ結果、剥離が生じ易くなったと考えられる。特に、炭素繊維等の繊維の表面エネルギは低く、油への親和性が高い。このため、繊維2に馴染みやすい油は、例えば図1Bを参照して説明した繊維2と樹脂3との界面に特に染み込みやすくなる。この結果、繊維2と樹脂3との間で剥離が生じ易くなり、残存曲げ強度が低下したと考えられる。 On the other hand, in Comparative Example 1 without the fluorine layer 3b, a decrease in residual bending strength was observed. This is considered to be because oil penetrated into the interface between the fiber 2 and the resin 3 during impregnation at 50° C. for 1000 hours, making it easier to peel off. In particular, fibers such as carbon fibers have low surface energy and high affinity for oil. For this reason, the oil that is easily compatible with the fibers 2 is particularly likely to seep into the interface between the fibers 2 and the resin 3 described with reference to FIG. 1B, for example. As a result, it is considered that peeling between the fibers 2 and the resin 3 is likely to occur, and the residual bending strength is reduced.

1 繊維強化樹脂
2 繊維
3 樹脂
3a 重合層
3b フッ素層
11 繰り返し単位
12 エポキシ基
13 シラン基
14 シラン化合物
S1 含侵工程
S2 硬化工程
S3 刺激付与工程
1 Fiber reinforced resin 2 Fiber 3 Resin 3a Polymer layer 3b Fluorine layer 11 Repeating unit 12 Epoxy group 13 Silane group 14 Silane compound S1 Impregnation step S2 Curing step S3 Stimulation imparting step

Claims (10)

繊維と、
水酸基を含む繰り返し単位を有して構成され、外部刺激によって可逆的に解離又は結合可能な動的共有結合を有する樹脂とを含み、
少なくとも一部の前記水酸基を構成する水素原子がフッ素原子を含むシラン基で置換されている
繊維強化樹脂。
fiber and
A resin configured with a repeating unit containing a hydroxyl group and having a dynamic covalent bond that can be reversibly dissociated or bonded by external stimulation,
A fiber-reinforced resin in which at least some of the hydrogen atoms constituting the hydroxyl groups are substituted with silane groups containing fluorine atoms.
前記シラン基は、直鎖又は分岐鎖を有するアルキル基又はシクロアルキル基により構成される炭素鎖がケイ素原子に結合した構造を有し、前記炭素鎖に含まれる水素原子の少なくとも一部をフッ素原子で置換したものである
請求項1に記載の繊維強化樹脂。
The silane group has a structure in which a carbon chain composed of a linear or branched alkyl group or a cycloalkyl group is bonded to a silicon atom, and at least a portion of the hydrogen atoms contained in the carbon chain are replaced by fluorine atoms. The fiber-reinforced resin according to claim 1, wherein the fiber-reinforced resin is substituted with.
前記繊維は、アラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維のうちの少なくとも一種である
請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂。
The fiber reinforced resin according to claim 1 or 2, wherein the fiber is at least one of aramid fiber, glass fiber, and carbon fiber.
前記動的共有結合はエステル結合である
請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂。
The fiber reinforced resin according to claim 1 or 2, wherein the dynamic covalent bond is an ester bond.
前記樹脂は前記動的共有結合を含むエポキシ樹脂を含む
請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂。
The fiber reinforced resin according to claim 1 or 2, wherein the resin includes an epoxy resin containing the dynamic covalent bond.
であるドデカンの接触角は60°以上である
請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂。
The fiber reinforced resin according to claim 1 or 2, wherein the contact angle of dodecane, which is oil, is 60° or more.
水酸基を含む繰り返し単位を有して構成され、外部刺激によって可逆的に解離又は結合可能な動的共有結合を有する樹脂の前駆体と、フッ素原子を含むシラン化合物と、を含む液状組成物を繊維に含侵させる含侵工程と、
前記繊維に含侵させた前記液状組成物の硬化により前記樹脂を生成させる硬化工程とを含む
繊維強化樹脂の製造方法。
A liquid composition containing a resin precursor having a dynamic covalent bond that is composed of repeating units containing a hydroxyl group and that can be reversibly dissociated or bonded by external stimulation, and a silane compound containing a fluorine atom is used as a fiber. an impregnation step of impregnating the
A method for producing a fiber-reinforced resin, comprising a curing step of producing the resin by curing the liquid composition impregnated into the fibers.
前記樹脂中の動的共有結合に対し外部刺激を付与する刺激付与工程を含む
請求項7に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
The method for producing a fiber-reinforced resin according to claim 7, comprising a stimulation step of applying an external stimulation to the dynamic covalent bonds in the resin.
前記シラン化合物はフッ素原子を含むアルコキシシランである
請求項7又は8に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
The method for producing a fiber reinforced resin according to claim 7 or 8, wherein the silane compound is an alkoxysilane containing a fluorine atom.
前記液状組成物における前記シラン化合物の含有量は、前記前駆体100質量部に対して0.1質量部以上5質量部以下である
請求項7又は8に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
The method for producing a fiber reinforced resin according to claim 7 or 8, wherein the content of the silane compound in the liquid composition is 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less based on 100 parts by mass of the precursor.
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