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JPS6338050B2 - - Google Patents
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JPS6338050B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6338050B2
JPS6338050B2 JP59051162A JP5116284A JPS6338050B2 JP S6338050 B2 JPS6338050 B2 JP S6338050B2 JP 59051162 A JP59051162 A JP 59051162A JP 5116284 A JP5116284 A JP 5116284A JP S6338050 B2 JPS6338050 B2 JP S6338050B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
epoxy resin
cured product
elongation
resin
cured
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired
Application number
JP59051162A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60197738A (en
Inventor
Tadahide Sato
Kuniaki Tobukuro
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 JP5116284A priority Critical patent/JPS60197738A/en
Publication of JPS60197738A publication Critical patent/JPS60197738A/en
Publication of JPS6338050B2 publication Critical patent/JPS6338050B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(技術分野) 本発明は、高性能型の炭素繊維プリプレグ用樹
脂に関するものである。 (従来技術) 炭素繊維強化プラスチツクス(以下CFRPと略
す)は比強度、比弾性率が大きいことから民間航
空機分野に於て、機体を軽量化するための構造材
料として検討されており、すでにその第1段階と
して2次構造材として使用されている。さらに最
近では高強伸度の炭素繊維が関発され、これを使
用したCFRPが1次構造材として検討されはじめ
ている。 航空機用CFRPに使用されているエポキシ樹脂
の硬化剤は4,4′―ジアミノジフエニルスルホン
が使用されている。この硬化剤を使用したエポキ
シ樹脂組成物は高弾性率を有し熱変形温度が高い
ため得られるCFRPは、優れた耐熱性、層間セン
断強度、及び、圧縮強度を有している。しかしな
がら、この硬化剤を使用したエポキシ樹脂組成物
は、硬化物の伸度が小さいため、得られるCFRP
の90゜引張伸度も樹脂伸度に対応して小さい。こ
の結果、0゜/90゜、0゜/±45/90゜のような積層板
の引張物性は低いものになり、炭素繊維の優れた
特性を十分活かしていない。さらに、最近開発さ
れた高強伸度炭素繊維に対しては、0゜引張物性も
十分に発現できない。このため、硬化物の耐熱
性、及び、弾性率を損わずして伸度の大きな硬化
物を与えるエポキシ樹脂用硬化剤の開発が強く望
まれている。 (本発明の目的) そこで、本発明者らは、CFRPの耐熱性、層間
セン断強度、及び、圧縮強度を損うことなく優れ
た引張物性を発現するエポキシ樹脂用硬化剤を見
い出すべく鋭意検討した結果、本発明に到達し
た。 (本発明の構成) すなわち、 一般式 (式中、Rは炭素数2〜10のアルキレングリコ
ール、または、炭素数5〜14の脂環式ジオールの
残基である。)で示される化合物を硬化剤として
含有する炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂組成
物に関する。ここで、残基とはアルキレングリコ
ール、または脂環式ジオールの水酸基を除いたも
のである。 本発明の一般式で示される化合物は公知の方法
で得ることができる。たとえば、炭素数2〜10の
アルキレングリコール、または、炭素数5〜14の
脂環式ジオールをP―ニトロベンゾイルクロライ
ドと反応させ、ついで生成物をパラジウム触媒の
存在下、ヒドラジンで還元することにより得るこ
とができる。炭素数2〜10のアルキレングリコー
ルとしては、エチレングリコール、1,2―プロ
パンジオール、1,3―プロパンジオール、1,
2―ブタンジオール、1,4―ブタンジオール、
2,3―ブタンジオール、1,5―ペンタンジオ
ール、2,4―ペンタンジオール、ネオペンチル
グリコール、1,3―ジメチル―1,3―プロパ
ンジオール、1,5―ヘキサンジオール、1,6
―ヘキサンジオール、2―エチル―2―メチル―
1,3―プロパンジオール、2―メチル―2,4
―ペンタンジオール、1,7―ヘプタンジオー
ル、2,2―ジエチル―1,3―プロパンジオー
ル、2―メチル―2―プロピル―1,3―プロパ
ンジオール、2,2―ジエチル―1,3―プロパ
ンジオール、2―メチル―2―プロピル―1,3
―プロパンジオール、1,8―オクタンジオー
ル、2―エチル―1,3―ヘキサンジオール、
1,9―ノナンジオール、1,10―デカンジオー
ルなどの直鎖の、または、側鎖を有するアルキレ
ングリコールなどがあげられる。アルキレングリ
コールは、酸素、イオウなどの異種原子を含んで
いてもよく、たとえばジエチレングリコール、ト
リエチレングリコール、チオジエタノールなどが
あげられる。炭素数5〜14の脂環式ジオールとし
ては、1,3―シクロペンタンジオール、1,4
―シクロヘキサンジオール、1,4―シクロヘキ
サンジメチロール、1,5―デカリンジオール、
トリシクロデカンジメチロールなどのジオールが
あげられる。これらアルキレングリコール、脂環
式ジオールのうち炭素数4〜6の直鎖の、また
は、側鎖を有するアルキレングリコールを使用す
ると特にすぐれた引張物性のエポキシ樹脂硬化物
が得られる。この化合物の添加量は理論的にはエ
ポキシ1当量に対してアミン1当量になるよう添
加すれば良いが、硬化速度やシエルフライフの調
整、及び、得られる硬化剤の耐熱性、耐水性、伸
度などから、この化合物の添加量はエポキシ1当
量に対して0.5〜1.5当量であり、より好ましく
は、0.8〜1.2当量である。また、本発明におい
て、この化合物は他の硬化剤と併用することは勿
論可能である。 英国特許118237は、この化合物と単一エポキシ
樹脂との組合せである。しかし、このような組合
せでは、この化合物の性能を十分に発現できな
い。複数のエポキシ樹脂を配合したものとこの化
合物の組合せのみが、この化合物の性能を十分に
発現するのである。 本発明に使用されるエポキシ樹脂は市販されて
いるエポキシ樹脂であるならなんでも良いが、こ
の硬化剤の性能を十分に発現するには以下のエポ
キシ樹脂および添加量が最も好ましい。 N,N,N,N′―テトラグリシジルジアミノ
ジフエニルメタンは、ELM434、YL913、
YH434、等の商品名で市販されている。このエ
ポキシ樹脂は4官能であるため架橋密度が高くな
り高弾性率かつ高耐熱性の硬化物が得られるとい
う長所がある。一方、硬化物の伸度が小さいと共
に耐水性が悪いという欠点がある。これらの特性
を考慮して、N,N,N′,N′―テトラグリシジ
ルジアミノジフエニルメタンの添加量は、エポキ
シ樹脂成分中15〜70重量%である。より好ましく
は25〜55重量%である。この範囲より多くすると
伸度及び耐水性が低下し、少なくすると硬化物の
耐熱性及び弾性率が低下する。樹脂の弾性率を低
下させると得られるCFRPの層間セン断強度及び
圧縮強度が低下する。 Br化エポキシ樹脂は、Br化ビスフエノールA
のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂及びBr化
フエノールノボラツク樹脂のグリシジルエーテル
型エポキシ樹脂である。Br含有量が16〜50重量
%のものであり、エピクロン152、エピクロン
1120、EBS340、Ep1050、BRENS、等の商品名
で市販されている。この樹脂から得られる硬化物
は、耐水性及び弾性率が高い反面、エポキシ当量
が大きいため架橋密度が低くなり耐熱性が低い。
さらに、Br原子に起因する立体障害のため樹脂
伸度が小さい。これらの特性を考慮してBr化エ
ポキシ樹脂の添加量は、エポキシ樹脂成分中15〜
55重量%であり。より好ましくは20〜40重量%で
ある。この範囲より多くすると硬化物の耐熱性及
び耐水性が低下する。一方、少なくすると、硬化
物の弾性率及び耐水性が低下する。 ビスフエノールA型エポキシ樹脂はEp828、
Ep1001、YD128、エピクロン855、エピクロン
1050、ELA128、DER331、等の商品名で市販さ
れている。この樹脂から得られる硬化物は、樹脂
伸度が大きい反面、弾性率が低い。これらの特性
を考慮してビスフエノールA型エポキシ樹脂の添
加量は、エポキシ樹脂成分中5〜50重量%であ
り、より好ましくは10〜40重量%である。この範
囲より多くすると硬化物の弾性率が低下する。一
方、少なくすると、硬化物の伸度が低下する。 N,N,O―トリグリシジルメタアミノフエノ
ールは、ELM120、YDM120、等の商品名で市販
されている。このエポキシ樹脂は自己硬化性を有
するほど反応性が良い。さらに三官能エポキシ樹
脂であるので、架橋密度が高くなる結果、高耐熱
性かつ高弾性率の硬化物が得られる。反面、硬化
物の伸度は小さく、耐水性が悪い。これらの特性
を考慮して、N,N,O―トリグリシジルメタア
ミノフエノールの添加量は、エポキシ樹脂成分中
5〜30重量%であり、より好ましくは10〜20重量
%である。この範囲より多くすると、耐水性が低
下すると共にプリプレグのシエルフライフが短く
なる。一方、少なくすると、硬化性が悪くなると
共に弾性率が低くなる。 ノボラツク型エポキシ樹脂は、フエノールノボ
ラツク樹脂及びクレゾールノボラツク樹脂のグリ
シジルエーテル型エポキシ樹脂であり、Ep152、
Ep154、DER485、N740、N673、ESCN220L、
等の商品名で市販されている。このノボラツク型
エポキシ樹脂は高耐熱性、高耐水性の硬化物にな
るという長所があるが弾性率の低い硬化物になる
欠点がある。これらの特性を考慮して、ノボラツ
ク型エポキシ樹脂の添加量は15〜60重量部であ
り、より好ましくは20〜50重量%である。この範
囲より多いと硬化物の弾性率が低下し、少なくす
ると硬化物の耐水性及び伸度が低下する。 本発明においてプリプレグに適した樹脂粘度に
するため、一般式で示される化合物、4、4′―ジ
アミノジフエニルスルホン、及び4、4′―ジアミ
ノジフエニルメタンで予備重合して樹脂粘度を調
節してもさしつかえない。さらに、本発明の樹脂
組成物の特性を損わない程度に熱可塑性樹脂を添
加し樹脂粘度を調節したり、硬化時の樹脂フロー
の調節をしてもさしつかえない。 本発明のエポキシ樹脂組成物はCFRPとして好
ましく用いられるが、この場合に使用される炭素
繊維とは一定方向に配列されたテープ、シート状
物、マツト状物、織物などどのような形態の炭素
繊維にも適用できる。さらに、ガラス繊維、ボロ
ン繊維、有機繊維などの通常FRPの補強材とし
て用いられるものはすべて使用できる。 (本発明の効果) 本発明にかかるエポキシ樹脂組成物の硬化物は
耐熱性及び弾性率をほとんど損うことなく伸度を
大きくする結果、得られるCFRPは層間セン断強
度、及び圧縮強度を損うのことなく90゜引張伸度
を大巾に向上するため、0゜/90゜、0゜/±45゜/90゜
などの積層板の物性が大巾に改善されるので炭素
繊維の優れた性能を十分発現する。また、最近開
発された高強伸度炭素繊維の0゜引張物性も十分発
現する。 以下、実施例によつて本発明をさらに詳しく説
明する。 一般式(Rがネオペンチルグリコール残基の場
合)の製造例 還流冷却器、温度計、撹拌機を装置した4ツ口
1フラスコにピリジン360c.c.、P―ニトロベン
ゾイルクロライド371g(スモル)、ネオペンチル
グリコール104g(1モル)を仕込み加熱し、3
時間還流した。次いで反応液を2の氷水中に注
ぎ、沈澱物を過乾燥し融点149〜152℃のネオペ
ンチル・ジpニトロベンゾエート389gを得た。
同様な反応装置にネオペンチルグリコール―ジp
ニトロベンゾエート120.6g(0.3モル)を500c.c.
のイソプロピルアルコールに分散させ、この溶液
を30分間窒素置換した後、10%パラジウム―炭素
5gを添加した。次いで80%ヒドラジン水和物66
g(1.05モル)を30分間で滴下し、終了後3時間
還流した。次いで口紙を通して触媒を除いた後、
冷却して163〜165℃のネオペンチルグリコール―
ジpアミノベンゾエート93gを得た。 アルキレングリコール、及び脂環式ジオールを
かえて同様の操作を行ない、表1に示される化合
物を製造した。 実施例 1 N,N,N′,N′―テトラグリシジルジアミノ
ジフエニルメタン(エポキシ当量120)40gとブ
ロム化エポキシ樹脂(エポキシ当量360)40gと
N,N,O―トリグリシジルメタアミノフエノー
ル(エポキシ当量118)20gをあらかじめ155℃〜
160℃に加熱混合した後、プロピレングリコール
―ジpアミノベンゾエート48gを加え完全に溶解
した。このエポキシ樹脂組成物を厚さ2mmの型に
流し込み180℃1時間硬化した後、190℃4時間硬
化して硬化物を得た。この硬化物の引張強度、弾
性率、伸度、ガラス転移点、及び20時間沸騰水浸
漬後の吸収率を表1に示す。 実施例 2 N,N,N′,N′―テトラグリシジルジアミノ
ジフエニルメタン45gとブロム化エポキシ樹脂40
gとN,N,O―トリグリシジルメタアミノフエ
ノール15gをあらかじめ155℃〜160℃で加熱混合
した後、ネオペンチルグリコール―ジpアミノベ
ンゾエート52gを加え完全に溶解し実施例1と同
様にして硬化物を得た。 この硬化物の物性を表1に示す。 実施例 3 N,N,N′,N′―テトラグリシジルジアミノ
ジフエニルメタン40gとブロム化エポキシ樹脂30
gとN,N,O―トリグリシジルメタアミノフエ
ノール15gとビスフエノールA型エポキシ樹脂
(エポキシ当量189)15gをあらかじめ155℃〜160
℃で加熱混合した後、ネオペンチル―ジpアミノ
ベンゾエート53gを加え完全に溶解し実施例1と
同様にして硬化物を得た。 この硬化物の物性を表1に示す。 実施例 4〜6 硬化剤を、1,6―ヘキサンジオール―ジpア
ミノベンゾエート、1,4―シクロヘキサンメチ
ロール―ジp―アミノベンゾエート、及び、トリ
シクロデカンジメチロール―ジpアミノベンゾエ
ートに換えて、実施例3と同様にして硬化物を得
た。 これらの硬化物の物性を表1に示す。 比較例 1 N,N,N′,N′―テトラグリシジルジアミノ
ジフエニルメタン100gをあらかじめ155℃〜160
℃に加熱した後、ネオペンチルグリコール―ジp
―アミノベンゾエート71gを加え完全に溶解した
後、実施例1と同様にして硬化物を得た。 この硬化物の物性を表1に示す。 比較例 2〜5 ジオールをかえた種々のジpアミノベンゾエー
トを用い比較例1と同様にして硬化物を得た。 この硬化物の物性を表1に示す。 表1より、本発明におけるエポキシ樹脂組成物
が優れた性能を有することが、明らかに確認でき
た。 実施例 7 N,N,N′,N′―テトラグリシジルジアミノ
ジフエニルメタン2000gとブロム化エポキシ樹脂
1500gとN,N,O―トリグリシジルメタアミノ
フエノール1000gとビスフエノールA型エポキシ
樹脂(エポキシ当量189)500gをあらかじめ100
℃に加熱したニーダに加え十分混合する。混合し
た後ニーダ内容物の温度を60〜65℃に冷却して、
ネオペンチルグリコール ジpアミノベンゾエー
ト54gを加えて十分混合しエポキシ樹脂組成物を
作つた。この樹脂組成物を1方向に引き揃えた炭
素繊維“トレカ”T―500(東レ(株)商標)にホツト
メルト法により含浸させ、樹脂含有量34重量%の
1方向プリプレグを作成した。得られたプリプレ
グを長さ30cm、巾30cmに切断し、これを8枚積層
した後、離型処理したアルミ板上に載せ、ナイロ
ン製のバキユムバツクでオートクレーブ成形用に
セツトした。このセツトした物をオートクレーブ
に入れ6Kg/cm2に加圧した後180℃、2時間加熱
して硬化板を得た。この硬化板の炭素繊維含有量
は59.3容量%であり板の厚さは、1.11mmであつ
た。この硬化板から炭素繊維方向に長さ230mm、
巾12.73mmの0゜引張用試験片を切り出した。この
試験片の両端の両側に長さ50mm、巾12.73mmで一
方の端に10mmのテーパ部を有するガラス製のタブ
を接着した。このタブ付き試験片の中央に歪みゲ
ージを貼り付け1mm/分の引張速度で引張り、引
張物性を測定した。この測定結果を表2に示す。
また、この硬化板から、ASTM、D695に準じて
試験片を切り出し圧縮物性を測定した。この結果
を表2に示す。次に、プリプレグを35cm、巾30cm
に切断し、これを16枚積層した。この積層した物
を上記と同様な方法で硬化板を作つた。この硬化
板の炭素含有量は598容量%で、板の厚さは2.20
mmであつた。この硬化板から炭素繊維に対して
90゜方向に長さ230mm、巾25.45mmの90゜引張用試験
片を切り出した。この試験片の中央に歪みゲージ
を貼り付け、引張速度1mm/分で引張り、引張物
性を測定した。この結果を表2に示す。さらに、
この硬化板からASTM、D2344に準じて試験片
を切り出し層間セン断強度を測定した。この結果
を表2に示す。これらの測定結果により、特に、
引張物性、耐水性、耐熱性が優れていることを確
認した。
(Technical Field) The present invention relates to a high-performance carbon fiber prepreg resin. (Prior art) Carbon fiber reinforced plastics (hereinafter abbreviated as CFRP) have high specific strength and specific modulus, so they are being considered as a structural material to reduce the weight of aircraft bodies in the field of civil aircraft, and they are already being used as structural materials to reduce the weight of aircraft bodies. As a first step, it is used as a secondary structural material. Furthermore, recently, high strength and elongation carbon fibers have become relevant, and CFRP using them has begun to be considered as a primary structural material. 4,4'-diaminodiphenylsulfone is used as a curing agent for epoxy resins used in aircraft CFRP. An epoxy resin composition using this curing agent has a high modulus of elasticity and a high heat distortion temperature, so the resulting CFRP has excellent heat resistance, interlaminar shear strength, and compressive strength. However, the epoxy resin composition using this curing agent has a low elongation of the cured product, so the resulting CFRP
The 90° tensile elongation of is also small corresponding to the resin elongation. As a result, the tensile properties of 0°/90° and 0°/±45/90° laminates are low, and the excellent properties of carbon fibers are not fully utilized. Furthermore, recently developed high strength and elongation carbon fibers cannot exhibit sufficient 0° tensile properties. For this reason, there is a strong desire to develop a curing agent for epoxy resins that provides a cured product with high elongation without impairing the heat resistance and elastic modulus of the cured product. (Purpose of the present invention) Therefore, the present inventors conducted intensive studies to find a curing agent for epoxy resin that exhibits excellent tensile properties without impairing the heat resistance, interlaminar shear strength, and compressive strength of CFRP. As a result, we have arrived at the present invention. (Structure of the present invention) That is, General formula (In the formula, R is a residue of an alkylene glycol having 2 to 10 carbon atoms or an alicyclic diol having 5 to 14 carbon atoms.) Epoxy resin for carbon fiber prepreg containing the compound shown as a curing agent. Regarding the composition. Here, the term "residue" refers to an alkylene glycol or an alicyclic diol from which the hydroxyl group has been removed. The compound represented by the general formula of the present invention can be obtained by a known method. For example, it is obtained by reacting an alkylene glycol having 2 to 10 carbon atoms or an alicyclic diol having 5 to 14 carbon atoms with P-nitrobenzoyl chloride, and then reducing the product with hydrazine in the presence of a palladium catalyst. be able to. Examples of alkylene glycols having 2 to 10 carbon atoms include ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,
2-butanediol, 1,4-butanediol,
2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 2,4-pentanediol, neopentyl glycol, 1,3-dimethyl-1,3-propanediol, 1,5-hexanediol, 1,6
-Hexanediol, 2-ethyl-2-methyl-
1,3-propanediol, 2-methyl-2,4
-Pentanediol, 1,7-heptanediol, 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2-propyl-1,3-propanediol, 2,2-diethyl-1,3-propane Diol, 2-methyl-2-propyl-1,3
-Propanediol, 1,8-octanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol,
Examples include linear or side chain alkylene glycols such as 1,9-nonanediol and 1,10-decanediol. Alkylene glycols may contain heteroatoms such as oxygen and sulfur, and include, for example, diethylene glycol, triethylene glycol, thiodiethanol, and the like. Examples of the alicyclic diol having 5 to 14 carbon atoms include 1,3-cyclopentanediol, 1,4
-Cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethylol, 1,5-decalindiol,
Examples include diols such as tricyclodecane dimethylol. Among these alkylene glycols and alicyclic diols, a cured epoxy resin having particularly excellent tensile properties can be obtained by using a linear or side chain alkylene glycol having 4 to 6 carbon atoms. Theoretically, the amount of this compound to be added should be 1 equivalent of amine per 1 equivalent of epoxy. In view of elongation, etc., the amount of this compound added is 0.5 to 1.5 equivalents, more preferably 0.8 to 1.2 equivalents, per 1 equivalent of epoxy. Moreover, in the present invention, it is of course possible to use this compound in combination with other curing agents. British patent 118237 is a combination of this compound with a single epoxy resin. However, with such a combination, the performance of this compound cannot be fully expressed. Only the combination of this compound with a mixture of multiple epoxy resins can fully exhibit the performance of this compound. The epoxy resin used in the present invention may be any commercially available epoxy resin, but the following epoxy resins and addition amounts are most preferred in order to fully exhibit the performance of this curing agent. N,N,N,N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane is ELM434, YL913,
It is commercially available under product names such as YH434. Since this epoxy resin is tetrafunctional, it has the advantage that it has a high crosslinking density and a cured product with high elastic modulus and high heat resistance can be obtained. On the other hand, the cured product has the drawbacks of low elongation and poor water resistance. Taking these characteristics into consideration, the amount of N,N,N',N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane added is 15 to 70% by weight in the epoxy resin component. More preferably, it is 25 to 55% by weight. If the amount exceeds this range, the elongation and water resistance will decrease, and if it decreases, the heat resistance and elastic modulus of the cured product will decrease. When the elastic modulus of the resin is reduced, the interlaminar shear strength and compressive strength of the obtained CFRP are reduced. The brominated epoxy resin is brominated bisphenol A.
These are the glycidyl ether type epoxy resin and the glycidyl ether type epoxy resin of brominated phenol novolak resin. Br content is 16-50% by weight, Epicron 152, Epicron
It is commercially available under trade names such as 1120, EBS340, Ep1050, BRENS, etc. Although the cured product obtained from this resin has high water resistance and elastic modulus, it has a high epoxy equivalent weight, so the crosslinking density is low and the heat resistance is low.
Furthermore, resin elongation is low due to steric hindrance caused by Br atoms. Taking these characteristics into account, the amount of brominated epoxy resin added should be 15 to 15% in the epoxy resin component.
It is 55% by weight. More preferably, it is 20 to 40% by weight. If the amount exceeds this range, the heat resistance and water resistance of the cured product will decrease. On the other hand, when the amount is decreased, the elastic modulus and water resistance of the cured product decrease. Bisphenol A type epoxy resin is Ep828,
Ep1001, YD128, Epicron 855, Epicron
It is commercially available under trade names such as 1050, ELA128, DER331, etc. A cured product obtained from this resin has a high resin elongation, but a low elastic modulus. Taking these characteristics into consideration, the amount of bisphenol A type epoxy resin added is 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 40% by weight, based on the epoxy resin component. When the amount exceeds this range, the elastic modulus of the cured product decreases. On the other hand, when the amount is decreased, the elongation of the cured product decreases. N,N,O-triglycidyl metaaminophenol is commercially available under trade names such as ELM120 and YDM120. The more this epoxy resin has self-curing properties, the better its reactivity is. Furthermore, since it is a trifunctional epoxy resin, the crosslinking density is high, resulting in a cured product with high heat resistance and high elastic modulus. On the other hand, the cured product has low elongation and poor water resistance. Considering these characteristics, the amount of N,N,O-triglycidyl metaaminophenol added is 5 to 30% by weight, more preferably 10 to 20% by weight, based on the epoxy resin component. If the amount exceeds this range, the water resistance will decrease and the shelf life of the prepreg will be shortened. On the other hand, when the amount is decreased, the curability deteriorates and the elastic modulus decreases. Novolac type epoxy resin is a glycidyl ether type epoxy resin of phenol novolac resin and cresol novolac resin.
Ep154, DER485, N740, N673, ESCN220L,
It is commercially available under the trade name. This novolak type epoxy resin has the advantage of forming a cured product with high heat resistance and high water resistance, but has the disadvantage of forming a cured product with a low modulus of elasticity. Taking these characteristics into consideration, the amount of novolac type epoxy resin added is 15 to 60 parts by weight, more preferably 20 to 50% by weight. If the amount exceeds this range, the elastic modulus of the cured product will decrease, and if it decreases, the water resistance and elongation of the cured product will decrease. In the present invention, in order to obtain a resin viscosity suitable for prepreg, the resin viscosity is adjusted by prepolymerizing with a compound represented by the general formula, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, and 4,4'-diaminodiphenylmethane. I don't mind. Further, a thermoplastic resin may be added to adjust the resin viscosity or the resin flow during curing to an extent that does not impair the properties of the resin composition of the present invention. The epoxy resin composition of the present invention is preferably used as CFRP, and the carbon fibers used in this case are carbon fibers in any form such as tapes, sheets, mats, textiles, etc. arranged in a certain direction. It can also be applied to Furthermore, all the materials normally used as reinforcing materials for FRP, such as glass fiber, boron fiber, and organic fiber, can be used. (Effects of the present invention) As a result of the cured product of the epoxy resin composition according to the present invention increasing elongation without substantially impairing heat resistance and elastic modulus, the obtained CFRP loses interlaminar shear strength and compressive strength. Since the tensile elongation at 90° is greatly improved without bending, the physical properties of laminates such as 0°/90°, 0°/±45°/90° are greatly improved, making carbon fiber superior. fully demonstrate its performance. In addition, the 0° tensile properties of recently developed high strength and elongation carbon fibers are fully expressed. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Production example of the general formula (when R is a neopentyl glycol residue) In a four-neck flask equipped with a reflux condenser, thermometer, and stirrer, 360 c.c. of pyridine, 371 g (smol) of P-nitrobenzoyl chloride, Prepare 104g (1 mol) of neopentyl glycol and heat,
Refluxed for an hour. Then, the reaction solution was poured into ice water from step 2, and the precipitate was overdried to obtain 389 g of neopentyl dipnitrobenzoate having a melting point of 149-152°C.
In a similar reactor, neopentyl glycol-di-p
120.6 g (0.3 mol) of nitrobenzoate to 500 c.c.
After dispersing the solution in isopropyl alcohol and purging the solution with nitrogen for 30 minutes, 5 g of 10% palladium-carbon was added. Then 80% hydrazine hydrate 66
g (1.05 mol) was added dropwise over 30 minutes, and after the completion of the addition, the mixture was refluxed for 3 hours. Then, after removing the catalyst through the opening paper,
Neopentyl glycol cooled to 163-165℃
93 g of dipaminobenzoate was obtained. The same operation was performed by changing the alkylene glycol and the alicyclic diol to produce the compounds shown in Table 1. Example 1 40 g of N,N,N',N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane (epoxy equivalent: 120), 40 g of brominated epoxy resin (epoxy equivalent: 360), and N,N,O-triglycidylmethaminophenol (epoxy Equivalent weight 118) 20g at 155℃~
After heating and mixing at 160°C, 48g of propylene glycol-dip-aminobenzoate was added and completely dissolved. This epoxy resin composition was poured into a mold with a thickness of 2 mm and cured at 180°C for 1 hour, and then at 190°C for 4 hours to obtain a cured product. Table 1 shows the tensile strength, elastic modulus, elongation, glass transition point, and absorption rate of this cured product after immersion in boiling water for 20 hours. Example 2 45 g of N,N,N',N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane and 40 g of brominated epoxy resin
After heating and mixing 15 g of N,N,O-triglycidyl metaaminophenol at 155°C to 160°C in advance, 52 g of neopentyl glycol-dip-aminobenzoate was added, completely dissolved, and cured in the same manner as in Example 1. I got something. Table 1 shows the physical properties of this cured product. Example 3 40 g of N,N,N',N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane and 30 g of brominated epoxy resin
g, N,N,O-triglycidylmethaminophenol 15g and bisphenol A type epoxy resin (epoxy equivalent 189) 15g in advance at 155°C to 160°C.
After heating and mixing at .degree. C., 53 g of neopentyl-dip-aminobenzoate was added and completely dissolved, and a cured product was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the physical properties of this cured product. Examples 4 to 6 The curing agent was replaced with 1,6-hexanediol-dip-aminobenzoate, 1,4-cyclohexanemethylol-dip-aminobenzoate, and tricyclodecanedimethylol-dip-aminobenzoate, A cured product was obtained in the same manner as in Example 3. Table 1 shows the physical properties of these cured products. Comparative Example 1 100g of N,N,N',N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane was heated to 155℃~160℃ in advance.
After heating to ℃, neopentyl glycol dip
After adding and completely dissolving 71 g of -aminobenzoate, a cured product was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the physical properties of this cured product. Comparative Examples 2 to 5 Cured products were obtained in the same manner as in Comparative Example 1 using various dipaminobenzoates with different diols. Table 1 shows the physical properties of this cured product. From Table 1, it was clearly confirmed that the epoxy resin composition of the present invention had excellent performance. Example 7 2000 g of N,N,N',N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane and brominated epoxy resin
1500g, N,N,O-triglycidylmethaminophenol 1000g and bisphenol A type epoxy resin (epoxy equivalent 189) 500g
Add to a kneader heated to ℃ and mix thoroughly. After mixing, cool the temperature of the kneader contents to 60-65℃,
54 g of neopentyl glycol dipaminobenzoate was added and thoroughly mixed to prepare an epoxy resin composition. This resin composition was impregnated into unidirectionally aligned carbon fibers "Torayca" T-500 (trademark of Toray Industries, Inc.) by a hot melt method to produce a unidirectional prepreg with a resin content of 34% by weight. The obtained prepreg was cut into pieces of 30 cm in length and 30 cm in width, and 8 sheets were laminated, placed on a release-treated aluminum plate, and set for autoclave molding using a nylon bag. This set material was placed in an autoclave, pressurized to 6 kg/cm 2 and then heated at 180° C. for 2 hours to obtain a cured plate. The carbon fiber content of this cured plate was 59.3% by volume, and the thickness of the plate was 1.11 mm. Length 230mm from this hardened plate in the carbon fiber direction,
A 0° tensile test piece with a width of 12.73 mm was cut out. Glass tabs having a length of 50 mm, a width of 12.73 mm, and a tapered portion of 10 mm at one end were adhered to both ends of this test piece. A strain gauge was attached to the center of this tabbed test piece, and the test piece was pulled at a pulling speed of 1 mm/min to measure the tensile properties. The measurement results are shown in Table 2.
Further, a test piece was cut out from this cured plate according to ASTM, D695, and its compression properties were measured. The results are shown in Table 2. Next, prepreg is 35cm long and 30cm wide.
16 sheets were stacked together. A cured plate was made from this laminated product in the same manner as above. The carbon content of this hardened plate is 598% by volume, and the thickness of the plate is 2.20
It was warm in mm. From this hardened plate to carbon fiber
A 90° tensile test piece with a length of 230 mm and a width of 25.45 mm was cut in the 90° direction. A strain gauge was attached to the center of this test piece, and the test piece was pulled at a pulling speed of 1 mm/min to measure the tensile properties. The results are shown in Table 2. moreover,
A test piece was cut out from this cured plate according to ASTM, D2344, and the interlaminar shear strength was measured. The results are shown in Table 2. These measurement results show that, in particular,
It was confirmed that the material had excellent tensile properties, water resistance, and heat resistance.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 N,N,N′,N′―テトラグリシジルジアミ
ノジフエニルメタン、ブロム化エポキシ樹脂を含
有し、さらにN,N,O―トリグリシジルアミノ
フエノール、ビスフエノールA型エポキシ樹脂、
フエノールノボラツク型エポキシ樹脂からなる群
の中から選ばれた少なくとも1種のエポキシ樹脂
をも含有し、一般式 (式中、Rは炭素数2〜10のアルキレングリコ
ール、または、炭素数5〜14の脂環式ジオールの
残基である)で示される化合物を硬化剤として含
有する炭素繊維プリプレグ用エポキシ樹脂組成
物。
[Scope of Claims] 1 Contains N,N,N',N'-tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, brominated epoxy resin, and further contains N,N,O-triglycidylaminophenol, bisphenol A type epoxy resin ,
It also contains at least one epoxy resin selected from the group consisting of phenol novolac type epoxy resins, and has the general formula (In the formula, R is a residue of an alkylene glycol having 2 to 10 carbon atoms or an alicyclic diol having 5 to 14 carbon atoms) as a curing agent.Epoxy resin composition for carbon fiber prepreg thing.
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