JP7739718B2 - 繊維強化複合材料中間体、繊維強化複合材料の製造方法 - Google Patents
繊維強化複合材料中間体、繊維強化複合材料の製造方法Info
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[A]非芳香族エポキシ樹脂
[B]体積平均粒径0.1~10μmの顔料
[C]非芳香族熱可塑性樹脂
[D]カチオン硬化剤またはアニオン硬化剤。
[A]非芳香族エポキシ樹脂
[B]体積平均粒径0.1~10μmの顔料
[C]非芳香族熱可塑性樹脂
[D]カチオン硬化剤またはアニオン硬化剤。
[A]非芳香族エポキシ樹脂
[B]体積平均粒径0.1~10μmの顔料
[C]非芳香族熱可塑性樹脂
[D]カチオン硬化剤またはアニオン硬化剤。
(1)構成要素[A]非芳香族エポキシ樹脂
・(3’,4’-エポキシシクロヘキサン)メチル3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(“セロキサイド”(登録商標)2021P、(株)ダイセル製)エポキシ当量:136(g/eq.)
・2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパンのジグリシジルエーテル(YX8000、三菱ケミカル(株)製)。
・酸化チタン(ルチル型)(“Ti-Pure”(登録商標)R-960、ケマーズ(株)製、体積平均粒径0.5μm)。
・ポリビニルホルマール(“ビニレック”(登録商標)K、JNC(株)製)。
・ジメチル-p-アセトキシフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモナート“サンエイド”(登録商標)SI-150、三新化学工業(株)製)。
・T300/3631-2織物(平織)プリプレグ(東レ(株)製)
・T300織物(平織)(東レ(株)製)。
・ヒュームドシリカ(“AEROSIL(登録商標)”RY200S、日本アエロジル(株)製)。
・4-(メチルチオ)フェノール(“サンエイド(登録商標)”S-ME三新化学工業(株)製)。
・シリコーンゴムパウダー(KPM-601、信越化学工業(株)製)。
以下の方法にて各実施例および比較例のエポキシ樹脂組成物ならびに繊維強化複合材料を作製し各種測定を行った。
表1~6に記載の構成要素[A]に該当するエポキシ樹脂、および構成要素[B]に該当する顔料および必要であれば構成要素[E]チキソトロピー性付与剤、構成要素[G]ゴムを三本ロールミルに投入し、任意のロール回転速度で混合し、粉体混合予備体を得た。前記粉体混合予備体と表1~6に記載の構成要素[C]に該当する熱可塑性樹脂を混合器へ投入し、加熱混合を行い、熱可塑性樹脂を溶解させた。次いで、混練を続けたまま60℃以下の温度まで降温させ、表1~6に記載の構成要素[D]カチオン硬化剤を加えて攪拌し、エポキシ樹脂組成物を得た。
繊維強化複合材料としてT300/3631-2織物(平織)プリプレグの6枚積層体を用意し、180℃のオーブンに一定時間入れることでプリプレグの硬化度を調整した。また、RTM材として成形型内にT300織物(平織)をプリフォーミングして6枚積層体(本発明において「プリフォーム」とも言う)を用意した。成形型にプリフォームを賦形し、トリグリシジル-m-アミノフェノール(“アラルダイト”(登録商標)MY0600 ハンツマン(株)製、エポキシ等量118)100質量部とジエチルトルエンジアミン(“jER”(登録商標)キュアW、三菱ケミカル(株)製、アミン当量68)をエポキシ当量とアミン当量の比が1.0となるように混合した樹脂組成物(本発明において「樹脂A」とも言う)を型に注入し、プリフォームに樹脂組成物を60℃で注入し、RTM材を得た。得られたRTM材を180℃のオーブンに一定時間入れることでRTM材の硬化度を調整した。
繊維強化複合材料予備体の硬化度は示差走査熱量計(DSC Q2500:TAインスツルメント(株)製)を用いて、窒素雰囲気中で5℃/分の昇温速度にて、得られる発熱曲線の発熱量より計算した。上記(2)で180℃のオーブンに入れる前の繊維強化複合材料予備体の発熱量をW1(mW/g)、180℃のオーブンに入れる後の繊維強化複合材料予備体の発熱量をW2(mW/g)とし、硬化度を以下の式により計算した。
W2/W1×100[%]。
繊維強化複合材料予備体の表面を任意に処理(研磨)した。繊維強化複合材料予備体における樹脂フィルムに密着する表面に耐水性研磨紙C34P#400(理研コランダム(株)製)を手で押し当て5往復することで、表面処理とした。
(1)で作製した樹脂組成物を30cm幅の離型紙の上にエポキシ樹脂組成物の目付が200g/m2となるようにリバースロールコーターを用いてコーティングし、離型紙付き樹脂フィルムを得た。
離型紙付き樹脂フィルムの樹脂フィルム側を成形型に貼り付け、離型紙のみを剥がした。ここで、成形型にはアルミニウム板に離型剤を塗布したものを用いた。
上記(6)にて得られた繊維強化複合材料中間体を熱硬化した。繊維強化複合材料予備体がプリプレグ積層体からなる繊維強化複合材料中間体はオートクレーブにて6気圧、180℃2時間、昇温1.7℃/分の条件で、硬化度を調整した繊維強化複合材料予備体がRTM材からなる繊維強化複合材料中間体はオーブンにて180℃2時間、昇温1.7℃/分の条件で熱硬化した。RTM材の前処理を行っていない場合は、光硬化後の樹脂フィルム上にプリフォームを積層し、その状態でオーブンにて樹脂Aを60℃で注入し、そのままオーブンにて180℃2時間、昇温1.7℃/分の条件で熱硬化した。
上記(7)にて熱硬化して得られた繊維強化複合材料の樹脂フィルム表面に補修テープ(“スコッチ”(登録商標)DUCT-TP18 3M(株)製)を48mm×80mmの範囲に貼り付け、10cm角のアルミプレートを上に重ね、その状態で5分間静置した後、テープを引き剥がした際、テープの粘着面に一部でも樹脂フィルムが付着した場合、繊維強化複合材料における樹脂フィルムと繊維強化複合材料予備体との接着性が「不良」、付着がなかった場合を「良好」と判定した。
上記(7)で調製した繊維強化複合材料の樹脂フィルム側をATR法によるIR測定(FT/IR-4000日本分光(株)製 プリズム:ダイヤモンド、測定波長:400~4,000cm-1、積算回数:16回)を行い、エステルを示す1,715cm-1のピークを用いて規格化し、繊維強化複合材料予備体に使用されている樹脂硬化物由来のベンゼン環を示す1,592cm-1のピークの値を評価することで、繊維強化複合材料予備体に使用されている樹脂が成形中に樹脂フィルムと混合し、繊維強化複合材料の表面へ露出した量を評価することが可能となる。繊維強化複合材料予備体に使用されている樹脂硬化物起因のベンゼン環を示す1,592cm-1のピークの値が0.6以下であれば、繊維強化複合材料の表面の耐UV性は良好と判定した。また、実施例50~53においては上記と同様にATR法によるIR測定を実施し、エステルを示す1715cm-1のピークを用いた規格化は行わず、繊維強化複合材料予備体に使用されている樹脂硬化物起因のベンゼン環を示す1592cm-1のピークの値を評価した。この場合、繊維強化複合材料予備体に使用されている樹脂硬化物起因のベンゼン環を示す1592cm-1のピークの値が1.0以下であれば、繊維強化複合材料の表面の耐UV性は良好と判定した。
実施例1~22は、耐UV性およびUV遮蔽性を有するエポキシ樹脂組成物を含む樹脂フィルムを成形型に貼り付けた後、該樹脂フィルムをUV照射により硬化し、その上から未処理のまたは硬化度を調整したプリプレグの表面を未処理または研磨処理を行った繊維強化複合材料予備体を積層することで得られた繊維強化複合材料中間体をオートクレーブにて成形した。
実施例23~43は耐UV性およびUV遮蔽性を有するエポキシ樹脂組成物を含む樹脂フィルムを成形型に貼り付けた後、該樹脂フィルムをUV照射により硬化し、硬化度を調整したRTM材の表面を未処理または研磨処理した繊維強化複合材料予備体を積層することで得られた繊維強化複合材料中間体をオーブンにて熱硬化した。前処理を行っていない場合は、光硬化後の樹脂フィルム上にプリフォームを積層し、その状態で樹脂Aを60℃で注入し、オーブンにて熱硬化した。
比較例1は耐UV性およびUV遮蔽性を有するエポキシ樹脂組成物を含む樹脂フィルムを成形型に貼り付けた後、該樹脂フィルムにUV照射を行わず未処理のプリプレグを積層しオートクレーブにて熱硬化した。比較例2は耐UV性およびUV遮蔽性を有するエポキシ樹脂組成物を含む樹脂フィルムを成形型に貼り付けた後、該樹脂フィルムにUV照射を行わずプリフォームを積層し、その状態で樹脂Aを60℃で注入し、オーブンにて熱硬化することでRTM材による繊維複合材料を得た。
実施例44~53は耐UV性およびUV遮蔽性を有するエポキシ樹脂組成物を含む樹脂フィルムを成形型に貼り付けた後、該樹脂フィルムをUV照射により硬化し、その上から未処理のまたは硬化度を調整したプリプレグの表面を未処理または研磨処理を行った繊維強化複合材料予備体を積層することで得られた繊維強化複合材料中間体をオートクレーブにて成形した。実施例44~53は熱成形中に塗布剤中に混入するプリプレグの樹脂量について良好との判定が得られた。また、塗布前のプリプレグの硬化度が高い程熱成形中に塗布剤に混入するプリプレグの樹脂量の抑制効果が高いことが示された。
Claims (13)
- 以下の構成要素[A]~[D]を含むエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂組成物に含まれる全エポキシ樹脂100質量部に対して構成要素[B]を15~75質量部含むエポキシ樹脂組成物を含む樹脂フィルムを成形型に貼り付けた後、該エポキシ樹脂組成物を光硬化せしめ、該樹脂フィルムの上に繊維強化複合材料予備体を積層することで得られる繊維強化複合材料中間体の製造方法。
[A]非芳香族エポキシ樹脂
[B]体積平均粒径0.1~10μmの顔料
[C]非芳香族熱可塑性樹脂
[D]カチオン硬化剤またはアニオン硬化剤 - 前記エポキシ樹脂組成物がさらに構成要素[E]を含む、請求項1に記載の繊維強化複合材料中間体の製造方法。
[E]チキソトロピー性付与剤 - 前記エポキシ樹脂組成物がさらに構成要素[F]を含む、請求項1または2に記載の繊維強化複合材料中間体の製造方法。
[F]硬化助剤 - 前記エポキシ樹脂組成物が構成要素[A]を少なくとも2種類含む、請求項1~3のいずれかに記載の繊維強化複合材料中間体の製造方法。
- 前記構成要素[A]~[D]を含むエポキシ樹脂組成物を含む樹脂フィルムを光硬化せしめた後、該樹脂フィルム表面を研磨処理および/またはプラズマ処理する、請求項1~4のいずれかに記載の繊維強化複合材料中間体の製造方法。
- 前記エポキシ樹脂組成物を光硬化せしめた後、前記樹脂フィルムの上に繊維強化複合材料予備体を積層する前に該繊維強化複合材料予備体の硬化度を20~60%とする、請求項1~5のいずれかに記載の繊維強化複合材料中間体の製造方法。
- 前記エポキシ樹脂組成物を光硬化せしめた後、前記樹脂フィルムの上に繊維強化複合材料予備体を積層する前に該繊維強化複合材料予備体の硬化度を20~60%とした後、該繊維強化複合材料予備体の表面を研磨処理および/またはプラズマ処理する、請求項1~6のいずれかに記載の繊維強化複合材料中間体の製造方法。
- 前記繊維強化複合材料予備体が炭素繊維を含む、請求項1~7のいずれかに記載の繊維強化複合材料中間体の製造方法。
- 請求項1~8のいずれかに記載の繊維強化複合材料中間体の製造方法で製造された繊維強化複合材料中間体に対し、さらに加熱、または加熱および加圧による成形を行う、繊維強化複合材料の製造方法。
- 前記繊維強化複合材料の構成要素[A]~[D]を含むエポキシ樹脂組成物を含む樹脂フィルム側の表面を研磨処理および/またはプラズマ処理する、請求項9に記載の繊維強化複合材料の製造方法。
- 以下の構成要素[A]~[E]を含むエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂組成物に含まれる全エポキシ樹脂100質量部に対して構成要素[B]を15~75質量部含むエポキシ樹脂組成物を含む、光硬化性の樹脂フィルム。
[A]非芳香族エポキシ樹脂
[B]体積平均粒径0.1~10μmの顔料
[C]非芳香族熱可塑性樹脂
[D]カチオン硬化剤またはアニオン硬化剤
[E]チキソトロピー性付与剤 - 前記エポキシ樹脂組成物がさらに構成要素[F]を含む、請求項11に記載の光硬化性の樹脂フィルム。
構成要素[F]硬化助剤 - 前記エポキシ樹脂組成物が構成要素[A]を少なくとも2種類含む、請求項11または12に記載の光硬化性の樹脂フィルム。
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