CN108431073A - 环氧树脂组合物、纤维增强复合材料、成型品以及压力容器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供可获得具有优异的拉伸强度利用率的纤维增强复合材料的环氧树脂组合物、使用其的纤维增强复合材料、成型品以及压力容器。另外,本发明的目的在于提供轻质化效果高、并且对高压气体填充·释压时的反复负载的耐性强的压力容器。为了实现上述目的,本发明的环氧树脂组合物是含有下述构成要素[A]~[C]的环氧树脂组合物,构成要素[C]为下述构成要素[c1]或下述构成要素[c2],使该环氧树脂组合物固化而得到的固化物在动态粘弹性评价中的橡胶状态弹性模量为10MPa以下。[A]被叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基取代的苯基缩水甘油基醚,[B]2官能以上的芳香族环氧树脂,[C]固化剂,[c1]酸酐系固化剂,[c2]脂肪族胺系固化剂。
Description
技术领域
本发明涉及环氧树脂组合物、纤维增强复合材料、成型品以及压力容器。
背景技术
环氧树脂发挥其优异的机械特性,已广泛用于涂料、粘接剂、电气电子信息材料、先进复合材料等产业领域。尤其是在包括碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等增强纤维和基体树脂的纤维增强复合材料中,经常使用环氧树脂。
作为纤维增强复合材料的制造方法,可适宜选择预浸渍(prepreg)法、手糊工成型(hand lay-up)法、长丝缠绕(filament winding)法、拉挤成型法(Pultrusion method)、RTM(Resin Transfer Molding,树脂传递模塑工艺)法等方法。在这些方法中,使用液态树脂的长丝缠绕法、拉挤成型法、RTM法在压力容器、电线、汽车等产业用途中的应用尤其活跃。
通常,对于利用预浸渍法制造的纤维增强复合材料而言,由于增强纤维的配置被精密地控制,故而显示出优异的机械特性。另一方面,受近年来对环境的关注高涨、温室效应气体的排放限制的动向的影响,对于预浸料坯以外的使用了液态树脂的纤维增强复合材料也要求进一步的高强度化。
另外,以往,作为高压气体的储藏容器,逐渐使用钢、铝合金等金属制容器。但是,金属制压力容器的重量大,移动、运输等耗费劳力。因此,近年来,用纤维增强复合材料增强了的压力容器备受关注。进而,以天然气为燃料的汽车、搭载有燃料电池***的汽车作为低公害车受到注目,这些汽车中搭载有填充燃料的压力容器。这些汽车要求能够填充更多燃料的压力容器,以便延长在没有补给燃料的情况下能够行驶的距离,为此,需要提高压力容器的耐压性,并且,从燃料费用的观点考虑,也要求压力容器的轻质化。另外,在用于空气呼吸器等的压力容器中,为了减轻对人的负担,也要求轻质化。并且,也要求由高压气体填充·释压时的反复负载所导致的、耐压性能的降低小的压力容器。另外,在用纤维增强复合材料增强了的压力容器中,压力容器的耐压性能等机械特性受纤维增强复合材料的特性支配,要求提高纤维增强复合材料的性能。
专利文献1公开了长丝缠绕用树脂,其使用丙烯酰胺、邻苯二甲酰亚胺来提高与增强纤维的粘接性,由此提供扭转强度优异的纤维增强复合材料。
专利文献2公开了RTM用树脂,其使用取代苯基缩水甘油基醚、提供操作性和机械强度优异的纤维增强复合材料。
专利文献3公开了树脂组合物,其使用单官能的环氧树脂、特别是缩水甘油基邻苯二甲酰亚胺和3官能以上的环氧树脂,提高耐冲击性和低温下的力学特性。
专利文献4公开了含有对叔丁基苯基缩水甘油基醚作为反应性化合物的、耐热性和压缩特性优异的环氧树脂组合物。
专利文献5公开了使用取代苯基缩水甘油基醚和纳米二氧化硅微粒的、弹性模量和耐热性提高的树脂组合物。
专利文献6公开了环氧树脂组合物,其使用取代苯基缩水甘油基醚和3官能以上的环氧树脂、提供基于热循环的疲劳特性优异的纤维增强复合材料。
专利文献7公开了RTM用树脂组合物,其使用脂环式胺化合物和反应性催化剂,能够实现低温短时间固化。
专利文献8公开了环氧树脂组合物,其含有单官能环氧树脂、多官能环氧树脂、芯壳聚合物,弹性模量和破裂韧性优异。
专利文献9公开了预浸渍用树脂组合物,其含有具有联苯基骨架的单官能环氧树脂,提供强度以及伸长率优异的纤维增强复合材料。
专利文献10公开了使用单官能环氧树脂作为反应性稀释剂的低粘度的环氧树脂组合物。
专利文献11公开了罐体,其通过使螺旋层(helical layer)的树脂具有比环绕层(hoop layer)的树脂大的弹性,从而可提高***强度且可实现薄壁化。
专利文献12公开了对卷绕至衬料的预浸料坯的厚度进行控制、使耐压强度提高的技术。
专利文献13公开了压力容器,其通过规定形成压力容器外壳的纤维增强复合材料在纤维方向上的伸长率和在与纤维方向垂直的方向上的伸长率,从而抑制90度裂纹的产生,提高耐久性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-212254号公报
专利文献2:日本特开2005-120127号公报
专利文献3:日本特开2010-59225号公报
专利文献4:日本专利第4687167号公报
专利文献5:日本特开2010-174073号公报
专利文献6:日本特开2012-82394号公报
专利文献7:日本特表2015-508125号公报
专利文献8:日本特开2011-46797号公报
专利文献9:日本特开2006-265458号公报
专利文献10:日本特表2009-521589号公报
专利文献11:日本特开2008-32088号公报
专利文献12:日本特开2000-313069号公报
专利文献13:日本特开平8-219393号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而,专利文献1中虽然扭转强度及压缩强度提高,但是纤维增强复合材料的拉伸强度利用率并不充分。专利文献2虽然公开了低粘度且具有耐热性的树脂,但纤维增强复合材料的拉伸强度利用率仍不充分。专利文献3中,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率也不充分。并且,专利文献3公开的树脂组合物用于预浸料坯且粘度高,不适用于使用液态树脂的工艺。并且,虽然通过控制热塑性粒子的配置来提高性能,但这样的层合体独自的设计,难以适用于使用液态树脂的工艺、特别是拉挤成型法、长丝缠绕法。
专利文献4对于圆筒扭转强度的提高而言有效果,但拉伸强度利用率不充分。专利文献5对于压缩强度的提高而言有效果,但拉伸强度利用率不充分。专利文献6虽然疲劳特性优异,但纤维增强复合材料的拉伸强度利用率不充分。
进而,专利文献7所示的树脂组合物虽然可于低温固化,但纤维增强复合材料的拉伸强度利用率不充分。专利文献8虽然对于耐冲击性的提高而言有效果,但拉伸强度利用率不充分。专利文献9虽然能够得到耐热性优异的纤维增强复合材料,但是拉伸强度利用率不充分。专利文献10虽然能够得到低粘度的树脂组合物,但纤维增强复合材料的拉伸强度利用率不充分。
进而,专利文献4至6以及9中公开的树脂组合物用于预浸料坯且粘度高,不适用于使用液态树脂的工艺。
对于专利文献11以及12公开的发明而言,对高压气体填充·释压时所施加的反复负载的耐性不充分。专利文献13所公开的发明虽然对于抑制90度裂纹而言优异,但应变利用率不充分。
因此,本发明的目的在于提供可获得具有优异的拉伸强度利用率的纤维增强复合材料的环氧树脂组合物、将该环氧树脂组合物用作基体树脂的、具有优异的拉伸强度利用率的纤维增强复合材料、成型品以及压力容器。
另外,本发明的目的在于提供轻质化效果高、并且对高压气体填充·释压时的反复负载的耐性强的压力容器。
用于解决课题的手段
本发明的发明人们为了解决上述课题进行了潜心研究,结果发现了包括下述构成的环氧树脂组合物,从而完成了本发明。即,本发明的环氧树脂组合物包括以下构成。
环氧树脂组合物,其是含有下述构成要素[A]~[C]的环氧树脂组合物,构成要素[C]为下述构成要素[c1]或下述构成要素[c2],使该环氧树脂组合物固化而得到的固化物在动态粘弹性评价中的橡胶状态弹性模量为10MPa以下。
[A]被叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基取代的苯基缩水甘油基醚
[B]2官能以上的芳香族环氧树脂
[C]固化剂
[c1]酸酐系固化剂
[c2]脂肪族胺系固化剂
另外,本发明的纤维增强复合材料包括上述环氧树脂组合物的固化物和增强纤维。
进而,本发明的成型品以及压力容器的第一方式由上述纤维增强复合材料形成。
另外,本发明的发明人们发现下述压力容器,从而完成了本发明。即本发明的压力容器的第二方式为具有衬料、和被覆衬料的纤维增强复合材料层的压力容器,所述纤维增强复合材料层由包括热固性树脂组合物的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料构成,所述纤维增强复合材料的玻璃化转变温度为95℃以上,压力容器的应变利用率为85%以上。
发明效果
使用本发明的环氧树脂组合物作为基体树脂的、本发明的纤维增强复合材料、成型品以及压力容器的第一方式具有优异的拉伸强度利用率。
另外,本发明的压力容器的第二方式的轻质化效果高,且对高压气体填充·释压时的反复负载的耐性强。
具体实施方式
本发明的环氧树脂组合物是包含下述构成要素[A]~[C]的环氧树脂组合物,构成要素[C]是下述构成要素[c1]或下述构成要素[c2],使该环氧树脂组合物固化而成的固化物在动态粘弹性评价中的橡胶状态弹性模量为10MPa以下。
[A]被叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基取代的苯基缩水甘油基醚
[B]2官能以上的芳香族环氧树脂
[C]固化剂
[c1]酸酐系固化剂
[c2]脂肪族胺系固化剂
本发明的环氧树脂组合物包含上述构成要素[A]~[C]。
本发明的构成要素[A]、即被叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基中的任一者取代的苯基缩水甘油基醚,是为了得到具有优异的拉伸强度利用率的纤维增强复合材料而必需的成分。拉伸强度利用率是纤维增强复合材料以何种程度有效利用了增强纤维强度的指标。对于即使使用了相同种类和量的增强纤维的纤维复合增强材料彼此而言,拉伸强度利用率高的纤维增强复合材料显示出更高的拉伸强度。作为上述苯基缩水甘油基醚、即环氧树脂,例如可以举出邻苯基苯酚缩水甘油基醚、对苯基苯酚缩水甘油基醚、对叔丁基苯基缩水甘油基醚、对仲丁基苯基缩水甘油基醚、对异丙基苯基缩水甘油基醚等。
构成要素[B]是含有芳香环的2官能以上的环氧树脂。所谓2官能以上的环氧树脂,是指在1分子中具有2个以上环氧基的化合物。作为上述环氧树脂,可以举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、含有二环戊二烯骨架的环氧树脂、芴型环氧树脂、苯酚Novolac型环氧树脂、甲酚Novolac型环氧树脂等Novolac型环氧树脂、联苯芳烷基型、新酚树脂型环氧树脂(xyloc type epoxy resin)、N,N,O-三缩水甘油基间氨基苯酚、N,N,O-三缩水甘油基对氨基苯酚、N,N,O-三缩水甘油基-4-氨基-3-甲基苯酚、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-亚甲基二苯胺、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-2,2’-二乙基-4,4’-亚甲基二苯胺、N,N,N’,N’-四缩水甘油基间苯二甲胺、二缩水甘油基苯胺等缩水甘油基胺型环氧树脂等。这些环氧树脂可以单独使用,也可以组合多种使用。
构成要素[C]为固化剂,为下述构成要素[c1]或下述构成要素[c2]。
[c1]酸酐系固化剂
[c2]脂肪族胺系固化剂
构成要素[c1]为酸酐系固化剂。所谓酸酐系固化剂,是指在分子中具有1个以上酸酐基的化合物。作为酸酐系固化剂,例如可以举出甲基四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、马来酸酐、琥珀酸酐等。
构成要素[c2]是脂肪族胺系固化剂。所谓脂肪族胺系固化剂,是指在分子内具有1个以上伯氨基或仲氨基的脂肪族化合物。作为脂肪族胺系固化剂,例如可以举出异佛尔酮二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、六亚甲基二胺、N-氨基乙基哌嗪、4,4’-亚甲基双环己基胺、2,2’-二甲基-4,4’-亚甲基双环己基胺、环己烷二胺、1,3-双氨基甲基环己烷、具有亚烷基二醇结构的脂肪族多胺等。
本发明的环氧树脂组合物固化而成的固化物在动态粘弹性评价中的橡胶状态弹性模量为10MPa以下。通过使橡胶状态弹性模量为该范围,所得纤维增强复合材料显示出优异的拉伸强度利用率。需要说明的是,在本发明中,纤维增强复合材料的拉伸强度通过拉伸强度利用率进行评价。此处,所谓橡胶状态弹性模量,是与交联密度具有相关性的指标,通常情况下交联密度越低,橡胶状态弹性模量也越低。拉伸强度利用率以纤维增强复合材料的拉伸强度/(增强纤维的线束强度×纤维体积含有率)×100表示,该数值高时,表示可更高水平地发挥出增强纤维的性能,轻质化效果高。
本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式中,优选构成要素[B]为下述构成要素[b1]或下述构成要素[b2],该环氧树脂组合物的固化收缩率为3.5~7.0%。
[b1]可被取代的二缩水甘油基苯胺
[b2]四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷
构成要素[b1]为可被取代的二缩水甘油基苯胺。作为取代基,例如可以举出碳原子数1~4的烷基、苯基、苯氧基等。碳原子数1~4的烷基可抑制环氧树脂的粘度升高,故而优选。作为上述环氧树脂,例如可以举出二缩水甘油基苯胺、二缩水甘油基甲苯胺、N,N-二缩水甘油基-4-苯氧基苯胺等。
构成要素[b2]为四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷。
对于本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式,优选在全部环氧树脂100质量份中含有15~50质量份构成要素[A]。通过使构成要素[A]为该范围,易于得到可提供固化收缩率和拉伸强度利用率的均衡性优异的纤维增强复合材料的环氧树脂组合物。
对于本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式,优选含有2种以上由构成要素[A]所示的成分。通过导入不同结构或者取代位置的立***阻,能够进一步抑制分子间的运动。
本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式中,在不损害本发明的效果的范围、特别是粘度的允许范围内,还可以含有除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂。除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂可以基于目的来调节机械特性、耐热性、耐冲击性等的均衡性、粘度等的工艺适合性,可以适当地使用。
作为除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂,例如可以举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、氨基苯酚型环氧树脂、苯酚Novolac型环氧树脂、含有二环戊二烯骨架的环氧树脂、构成要素[A]以外的苯基缩水甘油基醚型环氧树脂、具有环氧基的反应性稀释剂等。这些环氧树脂可以单独使用,也可以组合多种。
构成要素[b1]或构成要素[b2]与构成要素[A]组合而得到的增强纤维复合材料,显示出更优异的固化收缩率和拉伸强度利用率的均衡性。
对于本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式,优选构成要素[B]同时含有构成要素[b1]和构成要素[b2]。其原因在于,能够得到作为液态树脂的操作性优异、固化收缩率和拉伸强度利用率的均衡性更优异、并且耐热性也优异的纤维增强复合材料。
进而,通过使固化收缩率为3.5%以上,能抑制拉挤成型时树脂固化物与模具之间的摩擦,拉挤工程稳定,并且能够抑制树脂沉渣的产生。另外,通过使固化收缩率为7.0%以下,能够抑制在环氧树脂固化物与增强纤维之间产生的内部(收缩)应力,得到拉伸强度利用率优异的纤维增强复合材料。此处,固化收缩率如下计算:按照JIS K7112(1999),采用A法(水中置换法)于23℃测定环氧树脂组合物的未固化物比重和固化物比重,使用计算式(固化物比重-未固化物比重)÷固化物比重×100进行计算。
对于将本发明的环氧树脂组合物固化的条件,没有特别规定,可以基于固化剂的特性适当地选择。
通常情况下,热固性树脂随着固化时的交联形成而体积收缩。因此,认为交联密度越高,固化收缩率越大。另一方面,交联密度越高,橡胶状态弹性模量越高,成型品的拉伸强度利用率降低。即,难以同时实现一定的固化收缩率和低橡胶状态弹性模量。本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式能同时实现上述两者,成为可提供固化收缩率和拉伸强度利用率的均衡性优异的纤维增强复合材料的液态环氧树脂组合物。
对于本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式同时实现低橡胶状态弹性模量和固化收缩率的原因,虽尚不确定,但推测如下:构成要素[A]所具有的立***阻大的取代基对构成要素[C]的固化反应产生干扰,由共价键带来的交联变少,交联密度变低,另一方面,构成要素[A]具有的立***阻大的取代基填入自由体积,从而网状结构的填充率提高,固化收缩率变高。另外,环氧树脂组合物的固化物中,构成要素[b1]的芳香环作为立***阻与构成要素[A]的叔丁基、苯基等取代基产生干扰,限制分子链的运动。其结果,在由共价键产生的交联密度变低的同时,庞大的骨架进一步填入自由体积,由此固化收缩率变得更高。另外,构成要素[b2]通常情况下为使交联密度提高的成分,与构成要素[A]并用时,一部分环氧基受到立***阻的影响,未反应,其成为进一步的立***阻,故而与构成要素[b1]相同地,在交联密度低的状态下,构成要素[A]具有的立***阻的大的取代基填入自由体积,由此成为高固化收缩率。即,由构成要素[A]、构成要素[b1]或构成要素[b2]、构成要素[C]的组合而固化形成的环氧树脂固化物,能够同时实现低橡胶状态弹性模量和高固化收缩率。进而,通过使用该环氧树脂组合物作为基体树脂,能够得到固化收缩率与拉伸强度利用率的均衡性优异的纤维增强复合材料。
对于本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式,优选构成要素[B]为下述构成要素[b1]或下述构成要素[b2],使该环氧树脂组合物固化而成的固化物的拉伸伸长率为3.5%以下。
[b1]可被取代的二缩水甘油基苯胺
[b2]四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷
构成要素[b1]为可被取代的二缩水甘油基苯胺。作为取代基,例如可以举出碳原子数1~4的烷基、苯基、苯氧基等。碳原子数1~4的烷基能够抑制环氧树脂的粘度上升,故而优选。作为上述环氧树脂,例如可以举出二缩水甘油基苯胺、二缩水甘油基甲苯胺、N,N-二缩水甘油基-4-苯氧基苯胺等。
构成要素[b2]是四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷。
将构成要素[b1]或构成要素[b2]与构成要素[A]组合而得到的纤维增强复合材料,显示出优异的拉伸强度利用率以及湿热处理后的层间剪切强度。
对于本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式,优选构成要素[B]同时含有构成要素[b1]和构成要素[b2]。其原因在于,能够得到作为液态树脂的操作性优异、且拉伸强度利用率和湿热处理后的层间剪切强度更优异、并且耐热性也优异的纤维增强复合材料。
对于本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式,优选在全部环氧树脂100质量份中包含20~50质量份构成要素[A]。通过使构成要素[A]的含量为该范围,易于得到同时实现了低橡胶状态弹性模量和低拉伸伸长率的环氧树脂固化物,该环氧树脂固化物可提供拉伸强度利用率和湿热处理后的层间剪切强度的均衡性优异的纤维增强复合材料。
对于本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式,在不损害本发明的效果的范围、特别是在粘度允许的范围内,可以进一步含有除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂。对于除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂,可以基于目的调节机械特性、耐热性、耐冲击性等的均衡性、粘度等的工艺适合性,可以适当地使用。
作为上述环氧树脂,例如可以举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、氨基苯酚型环氧树脂、苯酚Novolac型环氧树脂、含有二环戊二烯骨架的环氧树脂、除构成要素[A]以外的苯基缩水甘油基醚型环氧树脂、具有环氧基的反应性稀释剂等。它们可以单独使用,也可以组合多种。
进而,通过使环氧树脂组合物固化而得到的固化物的拉伸伸长率为3.5%以下,能够得到拉伸强度利用率以及湿热处理后的层间剪切强度优异的纤维增强复合材料。通过使湿热处理后的层间剪切强度提高,即使在高温多湿的严苛环境下使用纤维增强复合材料时也能够抑制强度降低,能够得到耐环境性优异的纤维增强复合材料。此处,拉伸伸长率是按照JIS K 7113(1995)、通过小型1(1/2)号形试验片进行测定而得到的值。
使本发明的环氧树脂组合物固化的条件没有特别地规定,可以基于固化剂的特性适当地选择。
通常情况下,对于环氧树脂固化物而言,交联密度变得越低、即橡胶状态弹性模量变得越低,则拉伸伸长率越高。本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式中,发现橡胶状态弹性模量越低、即交联密度越低,并且拉伸伸长率越低,则纤维增强复合材料的拉伸强度利用率以及湿热处理后的层间剪切强度均提高,并且耐热性也优异。即,虽然通常情况下难以同时实现低橡胶状态弹性模量和低拉伸伸长率,但本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式能同时实现上述两者,成为可提供拉伸强度利用率和湿热处理后的层间剪切强度以及耐热性优异的纤维增强复合材料的液态环氧树脂组合物。
本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式可同时实现低橡胶状态弹性模量和低拉伸伸长率的原因虽然尚不清楚,但可推测如下:构成要素[A]所具有的立***阻大的取代基对构成要素[C]的固化反应产生干扰,由共价键带来的交联变少,交联密度变低,另一方面,这些立***阻部分对分子链进行干扰,阻碍网状结构的自由变形,拉伸伸长率变低。另外,环氧树脂组合物的固化物中,构成要素[b1]的芳香环作为立***阻对构成要素[A]的叔丁基、苯基等取代基产生干扰,限制分子链的运动。其结果,在由共价键带来的交联密度变低的同时,拉伸伸长率变低。另外,构成要素[b2]通常为使交联密度升高的成分,但与构成要素[A]并用时,一部分的环氧基受到立***阻的影响而未反应,这成为进一步的立***阻,因此,与构成要素[b1]同样地,在交联密度低的状态下分子链与立***阻部分发生缠绕,拉伸伸长率变低。也就是说,由构成要素[A]、构成要素[b1]或构成要素[b2]、构成要素[C]的组合固化而成的环氧树脂固化物,能够同时实现低橡胶状态弹性模量和低拉伸伸长率。并且,通过使用该环氧树脂组合物作为基体树脂,能够得到具有优异的拉伸强度利用率和耐热性以及湿热处理后的层间剪切强度的纤维增强复合材料。
对于本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式,优选利用无转子固化试验机测得的、80℃时的胶凝时间为15~100分钟。通过使胶凝时间为该范围,能够得到生产率优异的环氧树脂组合物。
对于构成要素[A]、即被叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基取代的苯基缩水甘油基醚而言,是没有利用单官能环氧树脂时所观察到的固化速度延迟、且用于提高拉伸强度利用率而必需的成分。作为上述环氧树脂,例如可以举出邻苯基苯酚缩水甘油基醚、对叔丁基苯基缩水甘油基醚、对仲丁基苯基缩水甘油基醚、对异丙基苯基缩水甘油基醚等。
对于本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式,优选在全部环氧树脂100质量份中包含5~40质量份构成要素[A]。通过使构成要素[A]的含量为该范围,易于得到可提供固化速度和拉伸强度利用率的均衡性优异的纤维增强复合材料的环氧树脂组合物。
对于本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式,优选含有2种以上由构成要素[A]所示的成分。通过导入不同的结构或取代位置的立***阻,可以进一步抑制分子间的运动。
对于本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式,优选构成要素[B]为下述构成要素[b1]或构成要素[b2]。
[b1]可被取代的二缩水甘油基苯胺
[b2]四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷
构成要素[A]通过与构成要素[b1]或构成要素[b2]组合,能够以更高水平同时实现固化速度和拉伸强度利用率,并且耐热性也优异,故而优选。
构成要素[b1]为可被取代的二缩水甘油基苯胺。作为取代基,例如可以举出碳原子数1~4的烷基、苯基、苯氧基等。碳原子数1~4的烷基可抑制环氧树脂的粘度升高,故而优选。作为上述环氧树脂,例如可以举出二缩水甘油基苯胺、二缩水甘油基甲苯胺、N,N-二缩水甘油基-4-苯氧基苯胺等。
构成要素[b2]为四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷。
环氧树脂组合物的固化物中,构成要素[b1]的芳香环作为立***阻与构成要素[A]的叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基产生干扰,抑制分子链的运动。其结果,即使由共价键带来的交联密度低,也显示出高耐热性。另外,构成要素[b2]通常为使交联密度升高、使耐热性提高的成分,与构成要素[A]并用时,一部分的环氧树脂受到立***阻的影响而未反应,其成为进一步的立***阻,故而,与构成要素[b1]同样地在交联密度低的状态下分子链的运动被抑制。也就是说,由构成要素[A]、构成要素[b1]或构成要素[b2]、以及构成要素[C]的组合固化得到的环氧树脂固化物,能够得到具有适当的固化速度、具有高拉伸强度利用率、并且耐热性优异的纤维增强复合材料。
对于本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式,优选构成要素[B]同时包含构成要素[b1]和构成要素[b2]。通过同时包含构成要素[b1]和构成要素[b2],易于得到作为液态树脂的操作性优异、固化速度、耐热性以及拉伸强度利用率的均衡性优异的纤维增强复合材料。
本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式中,在不损害本发明的效果的范围、特别是在粘度允许的范围内,可以进一步含有除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂。对于除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂,可以基于目的调节机械特性、耐热性、耐冲击性等的均衡性、粘度等的工艺适合性,可适当地使用。
作为上述环氧树脂,例如可以举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、氨基苯酚型环氧树脂、苯酚Novolac型环氧树脂、含有二环戊二烯骨架的环氧树脂、除构成要素[A]以外的苯基缩水甘油基醚型环氧树脂、具有环氧基的反应性稀释剂等。它们可以单独使用,也可以组合多种。
构成要素[A]是具有立***阻大的取代基的单官能环氧树脂。单官能环氧树脂可抑制网状结构的形成,大幅地减小环氧树脂固化物的交联密度。也就是说,能够大大地降低橡胶状态弹性模量,提高成型品的拉伸强度利用率。另一方面,通常情况下,单官能环氧树脂抑制网状结构的形成,故而胶凝化慢、固化需要时间。并且,树脂固化物的耐热性降低。对于构成要素[A]抑制固化速度的延迟的原因尚不清楚,但推测是由于:构成要素[A]具有的立***阻基团在固化过程中与网状结构发生干扰,故而,形成假交联(pseudo cross-linkage),抑制在采用通常的单官能环氧树脂时所观察到的固化速度延迟。其结果,能够提供可同时实现适当的固化速度和低橡胶状态弹性模量的、在通常的固化操作中显示出优异的拉伸强度利用率的纤维增强复合材料。
即,对于本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式,橡胶状态弹性模量越低,则纤维增强复合材料的拉伸强度利用率越高,同时也可以解决伴随于此的固化速度延迟的问题。
本发明的胶凝时间如下:量取2mL环氧树脂组合物,利用无转子固化试验机(Curelastometer V型、日合商事(株)社制),在测定温度80℃、振动波形为正弦波、振动数100cpm、振幅角±1°的条件下进行固化动态测定,胶凝时间为环氧树脂组合物的转矩值变为0.02N·m为止的时间。
对于本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式,优选使该环氧树脂组合物固化得到的固化物在压缩试验中的压缩剪切强度为50~120MPa。通过使压缩剪切强度为该范围,能够抑制包括该环氧树脂组合物的纤维增强复合材料的层间剪切破裂,故而优选。特别是,在由纤维增强复合材料形成的压力容器中,能够抑制螺旋层与环绕层之间的层间剪切破裂,故而优选。
此处,压缩剪切强度是如下所得的值:从环氧树脂固化物中切出厚6mm、宽6mm、长6mm的试验片,使用万能试验机,以试验速度为1.0mm/分钟进行压缩试验,按照JIS K7181(1994),测定压缩屈服应力,压缩剪切强度是将压缩屈服应力除以2而得到的值。
本发明的环氧树脂组合物优选构成要素[A]为被叔丁基或仲丁基取代的苯基缩水甘油基醚。作为取代基的叔丁基或仲丁基易于与环氧树脂的网状结构发生干扰,作为立***阻基的效果变大,因此,易于得到橡胶状态弹性模量更低的固化物,易于得到拉伸强度利用率更优异的纤维增强复合材料。
本发明的环氧树脂组合物优选构成要素[C]为构成要素[c1]。作为构成要素[c1]的酸酐系固化剂,能够均衡性良好地同时实现环氧树脂组合物的低粘度化和树脂的固化物的耐热性,故而优选。
对于酸酐系固化剂,例如可以举出甲基四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐、内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐、甲基双环庚烷二甲酸酐、双环庚烷二甲酸酐、马来酸酐、琥珀酸酐等。
本发明的环氧树脂组合物优选构成要素[c1]包含具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的化合物。本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式中,具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的酸酐因该骨架的立***阻性而使得与分子链间的干扰变大,从能够得到固化收缩率与拉伸强度利用率的均衡性以及耐热性均优异的环氧树脂组合物的固化物的观点考虑,优选使用。在本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式中,具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的酸酐因该骨架的立***阻性而使得与分子链间的干扰变大,从能够得到更低的橡胶状态弹性模量、低拉伸伸长率的环氧树脂组合物的固化物的观点考虑,优选使用。在本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式中,具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的酸酐因该骨架的立***阻性而导致与分子链间的干扰变大,能够得到固化速度和拉伸强度利用率的均衡性更优异的纤维增强复合材料,故而优选。作为具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的酸酐,具体而言可以举出甲基内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐、内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐、甲基双环庚烷二甲酸酐、双环庚烷二甲酸酐。
使用酸酐作为固化剂时,通常并用固化促进剂。作为固化促进剂,可以使用咪唑化合物、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(以下,称为DBU)盐、叔胺化合物、路易斯酸等。其中,本发明的环氧树脂组合物,优选含有咪唑化合物或叔胺化合物作为固化促进剂。上述固化促进剂由于反应性高、生产率优异,故而优选使用。作为咪唑化合物,可以举出2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-乙基-4-甲基咪唑等。作为叔胺化合物,可以举出二甲基苄基胺、三(二甲基氨基甲基)苯酚等。
本发明的环氧树脂组合物优选构成要素[C]为构成要素[c2]、且含有环烷基二胺,在该环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基。本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式中,优选使用环烷基二胺(在该环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基),其原因在于,因与构成要素[A]以及构成要素[b1]或构成要素[b2]组合,由立***阻产生的分子链的束缚变大,能够得到固化收缩率与拉伸强度利用率的均衡性、以及耐热性均优异的纤维增强复合材料。本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式中,优选使用环烷基二胺(在该环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基),其原因在于,因与构成要素[A]以及构成要素[b1]或构成要素[b2]组合,由立***阻产生的分子链的束缚变大,能够得到拉伸强度利用率和湿热处理后的层间剪切强度更优异的纤维增强复合材料。本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式中,优选使用环烷基二胺(在该环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基),其原因在于,因与构成要素[A]以及构成要素[b1]或构成要素[b2]组合,由立***阻产生的分子链的束缚变大,能够得到固化速度与拉伸强度利用率的均衡性更优异的纤维增强复合材料。作为这样的固化剂,具体而言可以举出2,2’-二甲基-4,4’-亚甲基双环己基胺等。
作为构成要素[c2]的、上述的脂肪族胺系固化剂,可以单独或组合使用。
本发明的环氧树脂组合物优选构成要素[C]还含有具有亚烷基二醇结构的脂肪族多胺作为构成要素[c2]。通过将环烷基二胺(在该环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基)与具有亚烷基二醇结构的脂肪族多胺并用,环氧树脂组合物的粘度以及固化物的橡胶状态弹性模量的均衡性易于提高,易于提高纤维增强复合材料的拉伸强度利用率,故而优选。对于亚烷基二醇结构,可以举出聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚氧乙烯与聚氧丙烯的共聚物等。其中,末端具有氨基的脂肪族多胺与环氧树脂的反应性优异,易于组入到与环氧树脂形成的网状结构中,使纤维增强复合材料的拉伸强度利用率提高,故而优选使用。作为末端具有氨基的脂肪族多胺,可以举出具有2-氨基丙基醚结构、2-氨基乙基醚结构、或3-氨基丙基醚结构的脂肪族多胺。
本发明的环氧树脂组合物优选构成要素[C]还含有异佛尔酮二胺作为构成要素[c2]。除了环烷基二胺(在该环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基)之外还加入异佛尔酮二胺时,不仅易于得到拉伸强度利用率优异的纤维增强复合材料,并且能够改善操作稳定性。其原因在于,通过加入异佛尔酮二胺,从而可抑制树脂浴中的胺与空气中的二氧化碳形成盐的现象(amine brush),可改善操作稳定性。
作为构成要素[c2]的、这些的脂肪族胺系固化剂,除上述之外也可以组合使用。
对于构成要素[C]的总量,优选相对于环氧树脂组合物中含有的全部环氧树脂成分的环氧基而言以活性氢当量或酸酐当量计为0.6~1.2当量。通过为该范围,易于得到可提供耐热性与机械特性的均衡性优异的纤维增强复合材料的、树脂固化物。
对于本发明的橡胶状态弹性模量,从使环氧树脂组合物固化而得到的固化物中切出厚2mm、宽12.7mm、长45mm的试验片,使用粘弹性测定装置(ARES、TA Instruments公司制),在扭转振动频率1.0Hz、升温速度5.O℃/分钟的条件下,在30~250℃的温度范围进行DMA测定,读取玻璃化转变温度以及橡胶状态弹性模量。在储能弹性模量G’曲线中,玻璃状态处的切线与转变状态处的切线的交点处的温度为玻璃化转变温度。另外,橡胶状态弹性模量是在高于玻璃化转变温度的温度区域中、储能弹性模量变平坦的区域的储能弹性模量,此处,是指比玻璃化转变温度高40℃的温度处的储能弹性模量。
另外,优选使将环氧树脂组合物固化而得到的固化物的玻璃化转变温度为95℃以上,能够抑制纤维增强复合材料中产生的应变、由变形所导致的力学特性的降低,能够得到耐环境性优异的纤维增强复合材料。
使本发明的环氧树脂组合物固化的条件,没有特别的规定,可根据固化剂的特性适当地选择。
本发明的环氧树脂组合物优选用于通过拉挤成型法、长丝缠绕等液态工艺制造的纤维增强复合材料。为了提高向增强纤维束中的含浸性,该环氧树脂组合物需要为液态。具体而言,本发明的环氧树脂组合物优选25℃时的粘度为2000mPa·s以下。通过使粘度在该范围内,能够使环氧树脂组合物含浸于增强纤维束中,不需要在树脂浴中设置特别的加热装置、不需要通过有机溶剂等进行稀释。
上述粘度更优选为200~1000mPa·s。通过使上述粘度为该范围,能够抑制成型过程中的树脂垂落,进一步提高环氧树脂组合物向增强纤维束中的含浸性。
本发明中的粘度、增粘倍率如下测定:使用装备有标准锥形转子(1°34’×R24)的E型粘度计(东机产业(株)制、TVE-30H),依据JIS Z8803(1991)中的“使用圆锥-平板形旋转粘度计的粘度测定方法”,在测定温度25℃、旋转速度50转/分钟的条件下进行测定。初期粘度为从测定开始5分钟后的粘度。需要说明的是,在本发明中,当只是称为粘度时,是指初期粘度。另外,将25℃时的90分钟后粘度除以初期粘度而得到的值作为增粘倍率。
本发明的环氧树脂组合物,优选25℃时的90分钟后增粘倍率为4倍以下。增粘倍率为环氧树脂组合物的适用期的指标。另外,通过使增粘倍率为该范围,在拉挤成型法、长丝缠绕法中能够使增强纤维粘着(pick up)的环氧树脂组合物的质量具有稳定性。
本发明的环氧树脂组合物可以在不丧失本发明的效果的范围内含有热塑性树脂。作为热塑性树脂,可以含有可溶于环氧树脂的热塑性树脂、橡胶粒子以及热塑性树脂粒子等有机粒子等。
作为可溶于环氧树脂的热塑性树脂,例如可以举出聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛等聚乙烯醇缩醛树脂、聚乙烯醇、苯氧基树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚砜。
作为橡胶粒子,可以举出交联橡胶粒子、以及在交联橡胶粒子的表面接枝聚合异种聚合物而得到的芯壳橡胶粒子。
在本发明的环氧树脂组合物的制备中,既可以使用例如行星式搅拌机、机械搅拌机这样的机械进行混炼,也可以使用烧杯和刮刀等进行手动混合。
本发明的纤维增强复合材料包括本发明的环氧树脂组合物的固化物和增强纤维。将采用上述方法制备的本发明的环氧树脂组合物与增强纤维复合一体化后,进行固化,由此能够得到含有本发明的环氧树脂组合物的固化物作为基体树脂的本发明的纤维增强复合材料。
本发明中使用的增强纤维没有特别限定,可以使用玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维等。这些纤维可以混合2种以上使用。其中,优选使用能够得到轻质且高刚性的纤维增强复合材料的碳纤维。
本发明的环氧树脂组合物可适合用于拉挤成型法、长丝缠绕法。拉挤成型法为下述成型法:使树脂附着于增强纤维的粗纱上,并使其通过模具,同时使树脂连续地固化而得到成型品。长丝缠绕法为下述成型法:在使树脂附着于增强纤维的同时,卷绕至芯轴或衬料,进行固化而得到成型品。本发明的环氧树脂组合物在所有方法中均可在制备后投入到树脂浴中进行使用。
使用了本发明的环氧树脂组合物的纤维增强复合材料优选用于压力容器、传动轴、驱动轴、电线电缆芯材、汽车、船舶以及铁路用车等移动物体的结构体、电缆用途。
本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式适合用于成型品、特别是利用拉挤成型法的拉挤成型品的制造。通常情况下,与不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比,环氧树脂组合物的固化收缩率较小,因此存在下述问题:固化后的树脂与模具内壁的摩擦大,在模具出口部分堆积树脂沉渣,随着拉伸力的增加而产生断丝,成型性降低。另外,存在伴随着沉渣的堆积而在成型品表面产生条纹状的污损(blurs)、成型品的机械特性、外观降低的问题。但是,本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式虽然为环氧树脂组合物,但具有适当的固化收缩率,因此,能够得到成型性优异的、并且成型品的机械特性、外观也优异的拉挤成型品,故而优选。
本发明的环氧树脂组合物的第二以及第三优选方式优选用于利用长丝缠绕法的成型品以及压力容器的制造。通常情况下单官能的环氧树脂大大地降低树脂组合物的粘度、改善长丝缠绕成型等的操作性,但是其成为交联末端,故而在固化过程中的增粘迟缓,其结果,存在固化时间大幅地变慢、另外所得的成型品的耐热性降低的问题。但是,本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式通过使用特定的单官能环氧树脂,而具有适当的胶凝时间,故而能够得到成型性优异、并且耐热性也优异的成型品,故而优选。
本发明的成型品由纤维增强复合材料形成,该纤维增强复合材料包括本发明的环氧树脂组合物的固化物和增强纤维。
另外,本发明的压力容器的第一方式由纤维增强复合材料形成,该纤维增强复合材料包括本发明的环氧树脂组合物的固化物和增强纤维。本发明的压力容器的第一方式具有高拉伸强度利用率,因此显示出优异的轻质化效果,故而优选。
包括本发明的环氧树脂组合物的第一优选方式的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料、成型品以及压力容器,不仅具有一定的固化收缩率,而且具有优异的拉伸强度利用率,故而优选。
包括本发明的环氧树脂组合物的第二优选方式的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料、成型品以及压力容器,具有优异的拉伸强度利用率,湿热处理后的层间剪切强度以及耐热性也优异,故而优选。
包括本发明的环氧树脂组合物的第三优选方式的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料、成型品以及压力容器,可以采用通常的固化操作进行成型,具有优异的拉伸强度利用率,故而优选。
本发明的压力容器的第二方式,是具备衬料、和被覆衬料的纤维增强复合材料层的压力容器,所述纤维增强复合材料层由包括热固性树脂组合物的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料构成,所述纤维增强复合材料的玻璃化转变温度为95℃以上,压力容器的应变利用率为85%以上。
本发明的压力容器的第二方式通过使应变利用率为85%以上,轻质化效果优异。应变利用率以在压力容器的破裂试验中破裂应变/增强纤维的线束断裂应变×100表示。该应变利用率的数值高时,表示以更高水平发挥增强纤维的性能,可以说轻质化效果高。
另外,通过使构成纤维增强复合材料层的纤维增强复合材料的玻璃化转变温度为95℃以上,能够抑制由高压气体填充·释压时产生的负荷所导致的、压力容器的应变、变形,进而能够抑制由其导致的耐压性能的降低。此处,纤维增强复合材料的玻璃化转变温度可以通过下述<压力容器的玻璃化转变温度测定>中所述的方法测定。
本发明的压力容器的第二方式优选热固性树脂组合物的固化物的通过动态粘弹性评价得到的橡胶状态弹性模量为10MPa以下。通过使橡胶状态弹性模量为该范围,所得的压力容器显示出优异的应变利用率。进而,通过使用橡胶状态弹性模量为该范围的热固性树脂组合物,在制造压力容器时不采用改变环绕层与螺旋层的树脂的工序以及将预浸料坯的厚度控制为一定的技术,即可得到生产率优异、显示出优异的应变利用率的压力容器,故而优选。
进而,对于本发明的压力容器的第二方式,优选热固性树脂组合物为包含下述构成要素[A]~[C]的环氧树脂组合物,构成要素[B]为下述构成要素[b1]或下述构成要素[b2],构成要素[C]为选自下述构成要素[c1]~[c3]中的至少一种固化剂。
[A]被叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基取代的苯基缩水甘油基醚
[B]2官能以上的芳香族环氧树脂
[b1]可被取代的二缩水甘油基苯胺
[b2]四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷
[C]固化剂
[c1]酸酐系固化剂
[c2]脂肪族胺系固化剂
[c3]芳香族胺系固化剂。
通过如上所述地设置热固性树脂组合物的组成,易于得到应变利用率和耐热性的均衡性优异的压力容器。
对于本发明的压力容器的第二方式中的作为构成要素[A]的被叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基取代的苯基缩水甘油基醚,能够得到应变利用率和耐热性优异的压力容器,故而优选使用。作为上述环氧树脂,例如可以举出对叔丁基苯基缩水甘油基醚、对异丙基苯基缩水甘油基醚、对仲丁基苯基缩水甘油基醚、邻苯基苯酚缩水甘油基醚等。
本发明的压力容器的第二方式中的构成要素[B]通过与构成要素[A]组合,所得的压力容器显示出优异的应变利用率和耐热性。构成要素[B]为下述构成要素[b1]或构成要素[b2]。
构成要素[b1]为可被取代的二缩水甘油基苯胺。作为取代基,例如可以举出碳原子数1~4的烷基、苯基、苯氧基等。碳原子数1~4的烷基可抑制环氧树脂的粘度升高,故而优选。作为上述环氧树脂,例如可以举出二缩水甘油基苯胺、二缩水甘油基甲苯胺、N,N-二缩水甘油基-4-苯氧基苯胺等。
构成要素[b2]为四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷。
本发明的压力容器的第二方式中所用的环氧树脂组合物,在不损害本发明的效果的范围、特别是在粘度允许的范围内,可以含有除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂。除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂,可以基于目的调节机械特性、耐热性、耐冲击性等的均衡性、粘度等的工艺适合性,可以适当地使用。
作为除构成要素[A]、构成要素[b1]以及构成要素[b2]以外的环氧树脂,例如可以举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、氨基苯酚型环氧树脂、苯酚Novolac型环氧树脂、含有二环戊二烯骨架的环氧树脂、除构成要素[A]以外的苯基缩水甘油基醚型环氧树脂、具有环氧基的反应性稀释剂等。它们既可以单独使用,也可以组合多种。
本发明的压力容器的第二方式中的构成要素[C],为选自下述构成要素[c1]~[c3]中的至少1种固化剂。
[c1]酸酐系固化剂
[c2]脂肪族胺系固化剂
[c3]芳香族胺系固化剂
所谓构成要素[c1]的酸酐系固化剂,是在分子中具有1个以上酸酐基的化合物。作为酸酐系固化剂,例如可以举出甲基四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、马来酸酐、琥珀酸酐等。
所谓构成要素[c2]以及构成要素[c3]的胺系固化剂,为在分子内具有1个以上伯氨基或仲氨基的化合物。
作为构成要素[c2]的脂肪族胺系固化剂,例如可以举出异佛尔酮二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、六亚甲基二胺、N-氨基乙基哌嗪、4,4’-亚甲基双环己基胺、2,2’-二甲基-4,4’-亚甲基双环己基胺、环己烷二胺、1,3-双氨基甲基环己烷、具有亚烷基二醇结构的脂肪族多胺等。
作为构成要素[c3]的芳香族胺系固化剂,例如可以举出间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、二乙基甲苯二胺、4,4’-二氨基-3,3’-二乙基二苯基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基二苯基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’,5,5’-四甲基二苯基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’,5,5’-四乙基二苯基甲烷等。
本发明的压力容器的第二方式中,发现使所用的环氧树脂组合物固化而得到的固化物的通过动态粘弹性评价得到的橡胶状态弹性模量越低,压力容器的应变利用率越提高。进而,在本发明的压力容器的第二方式中,使用构成要素[A]、构成要素[b1]或构成要素[b2]、构成要素[C],能够得到橡胶状态弹性模量和玻璃化转变温度的均衡性优异的环氧树脂组合物,故而优选。
此处,所谓橡胶状态弹性模量,是与交联密度具有相关性的指标,通常而言交联密度越低,橡胶状态弹性模量也变得越低。另外,橡胶状态弹性模量和玻璃化转变温度均是与环氧树脂固化物的交联密度相关的指标。橡胶状态弹性模量高时交联密度变高,玻璃化转变温度升高。另一方面,橡胶状态弹性模量低时,交联密度变低,玻璃化转变温度降低。本发明的压力容器的第二方式中,发现橡胶状态弹性模量越低、即交联密度越低,则压力容器的应变利用率越提高,同时也克服了耐热性降低的问题。即,一般而言,橡胶状态弹性模量与玻璃化转变温度是此消彼长(trade-off)的关系,但是在本发明的压力容器的第二方式中,通过使用构成要素[A]、构成要素[b1]或构成要素[b2]、构成要素[C],从而打破该此消彼长,可提供能够得到具有优异的应变利用率和耐热性的压力容器的、液态的环氧树脂组合物。
通过构成要素[A]、构成要素[b1]或构成要素[b2]、构成要素[C]的组合能够同时实现耐热性和低橡胶状态弹性模量的原因,尚不确定,但可推测其原因在于:构成要素[A]具有的立***阻大的取代基对构成要素[C]的固化反应产生干扰,形成均衡性良好地包含由共价键带来的交联和由立***阻带来的分子链束缚的固化物。环氧树脂组合物的固化物中,构成要素[b1]的芳香环作为立***阻与构成要素[A]的叔丁基、异丙基等取代基产生干扰,限制分子链的运动。其结果,即使由共价键带来的交联密度低,也显示出高耐热性。另外,构成要素[b2]通常为使交联密度升高、提高耐热性的成分,但与构成要素[A]并用时,一部分的环氧树脂受到立***阻的影响而未反应,其成为进一步的立***阻,因此,与构成要素[b1]同样地,在交联密度低的状态下抑制分子链的运动。也就是说,通过构成要素[A]、构成要素[b1]或构成要素[b2]、构成要素[C]的组合而固化得到的环氧树脂固化物能够同时实现低橡胶状态弹性模量和高玻璃化转变温度。并且,通过限制分子链的运动,使得分子应变难以产生,对反复负载的耐性增强。也就是说,通过使用该环氧树脂组合物作为基体树脂,能够得到耐热性和应变利用率优异的压力容器,该压力容器的轻质化效果和耐压性能优异。
本发明的压力容器的第二方式优选构成要素[B]同时包含构成要素[b1]和构成要素[b2]。通过同时包含构成要素[b1]和构成要素[b2],能够得到生产率优异、应变利用率和耐热性的均衡性更优异的压力容器。
本发明的压力容器的第二方式优选构成要素[A]为被叔丁基或仲丁基取代的苯基缩水甘油基醚。作为取代基的叔丁基或仲丁基易于与环氧树脂网状结构产生干扰,作为立***阻基团的效果变大,因此,易于得到橡胶状态弹性模量更低的固化物,并且,易于得到应变利用率更优异的压力容器。
本发明的压力容器的第二方式优选构成要素[C]为构成要素[c1]。作为构成要素[c1]的酸酐系固化剂,能够均衡性良好地同时实现环氧树脂组合物的低粘度化和树脂的固化物的耐热性,故而优选。
本发明的压力容器的第二方式优选构成要素[c1]含有具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的化合物。本发明的压力容器的第二方式中,具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的酸酐,因为由该骨架产生的立***阻,使得分子链的束缚变大,能够得到耐热性和应变利用率更优异的压力容器,故而优选。作为具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的酸酐,具体而言,可以举出甲基内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐、内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐、甲基双环庚烷二甲酸酐、双环庚烷二甲酸酐。
使用酸酐作为固化剂时,一般而言并用固化促进剂。作为固化促进剂,可以使用咪唑化合物、DBU盐、叔胺化合物、路易斯酸等。其中,本发明的压力容器的第二方式优选含有咪唑化合物或叔胺化合物作为固化促进剂。这些固化促进剂由于反应性高、生产率优异,故而优选使用。作为咪唑化合物,可以举出2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-乙基-4-甲基咪唑等。作为叔胺化合物,可以举出二甲基苄基胺、三(二甲基氨基甲基)苯酚等。
对于本发明的压力容器的第二方式,优选构成要素[C]为构成要素[c2],包含环烷基二胺,且该环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基。另外,本发明的压力容器的第二方式,优选构成要素[C]为构成要素[c3],包含在氨基的邻位具有取代基的芳香族二胺。本发明的压力容器的第二方式中,优选使用在氨基的邻位具有取代基的芳香族二胺或与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基的环烷基二胺,其原因在于,它们与构成要素[A]以及构成要素[B]组合,使得由立***阻产生的分子链束缚变大,能够得到耐热性和应变利用率更优异的压力容器。作为这样的固化剂,具体而言,可以举出二乙基甲苯二胺、4,4’-二氨基-3,3’-二乙基二苯基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’-二甲基二苯基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’,5,5’-四甲基二苯基甲烷、4,4’-二氨基-3,3’,5,5’-四乙基二苯基甲烷、2,2’-二甲基-4,4’-亚甲基双环己基胺等。其中,优选2,2’-二甲基-4,4’-亚甲基双环己基胺或二乙基甲苯二胺。
这些胺系固化剂可以单独使用或者组合使用。
本发明的压力容器的第二方式,优选构成要素[C]还含有具有亚烷基二醇结构的脂肪族多胺作为构成要素[c2]。从环氧树脂组合物的粘度以及压力容器的耐热性与应变利用率的均衡性的观点考虑,更优选并用具有亚烷基二醇结构的脂肪族多胺、和在氨基的邻位具有取代基的芳香族二胺或与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基的环烷基二胺。亚烷基二醇结构中,可以举出聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚氧乙烯与聚氧丙烯的共聚物等。其中,在末端具有氨基的脂肪族多胺与环氧树脂的反应性优异,易于组入与环氧树脂形成的网状结构,使压力容器的应变利用率提高,故而优选使用。作为在末端具有氨基的脂肪族多胺,可以举出具有2-氨基丙基醚结构、2-氨基乙基醚结构、或3-氨基丙基醚结构的脂肪族多胺。
本发明的压力容器的第二方式,优选构成要素[C]还含有异佛尔酮二胺作为构成要素[c2]。从能够得到应变利用率优异的压力容器、并且改善操作稳定性的观点考虑,更优选除了环烷基二胺(在该环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基)之外还添加异佛尔酮二胺。通过添加异佛尔酮二胺,抑制树脂浴中的胺与空气中的二氧化碳形成盐的现象(amine brush),改善操作稳定性。
对于构成要素[C]的总量,优选相对于环氧树脂组合物所含的全部环氧树脂成分的环氧基、使活性氢当量或酸酐当量为0.6~1.2当量。通过为该范围,能够得到耐热性和机械特性的均衡性优异的压力容器。
本发明的压力容器的第二方式中,为了提高热固性树脂组合物向增强纤维束中的含浸性,优选所用的热固性树脂组合物为液态。具体而言,优选25℃时的粘度为2000MPa·s以下。通过使粘度为该范围,不需要在树脂浴设置特别的加热装置、不需要利用有机溶剂等进行稀释,即可使环氧树脂组合物含浸于增强纤维束中。
本发明的压力容器的第二方式,可以在不破坏本发明的效果的范围内,含有热塑性树脂。作为热塑性树脂,可以含有可溶于环氧树脂的热塑性树脂、橡胶粒子以及热塑性树脂粒子等有机粒子等。
作为可溶于环氧树脂的热塑性树脂,例如可以举出聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛等聚乙烯醇缩醛树脂、聚乙烯醇、苯氧基树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚砜。
作为橡胶粒子,可以举出交联橡胶粒子、以及在交联橡胶粒子的表面接枝聚合不同种类聚合物而成的芯壳橡胶粒子。
在本发明的压力容器的第二方式中所用的热固性树脂组合物的制备中,可使用例如行星式搅拌机、机械搅拌机这样的机械进行混炼,也可以使用烧杯和刮刀等进行手动混合。
本发明的压力容器的第二方式所用的增强纤维没有特别的限定,可以使用玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维等。也可以将上述纤维混合2种以上进行使用。其中,优选使用能够得到轻质且高刚性的纤维增强复合材料的碳纤维。
本发明的压力容器的第二方式优选通过长丝缠绕法制造。长丝缠绕法是下述成型法,即,一边使热固性树脂组合物附着于增强纤维一边卷绕于衬料,然后使其固化,从而得到具备衬料和被覆衬料的纤维增强复合材料层的成型品,所述纤维增强复合材料层由包括热固性树脂组合物的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料构成。压力容器的制造中可使用金属制、聚乙烯、聚酰胺等树脂制的衬料,可适当地选择所期望的材料。另外,对于衬料形状,也可以根据所期望的形状适当地选择。
本发明的压力容器的第二方式优选用于燃料电池***的高压氢罐、高压天然气罐、空气呼吸器用罐等。
实施例
以下,给出实施例,针对本发明进一步具体地说明,本发明并不限定于这些实施例的记载。
本实施例中使用的构成要素如下所示。
<使用的材料>
构成要素[A]
·“Epiol(注册商标)”TB(对叔丁基苯基缩水甘油基醚、日油(株)制)
·“Denacol(注册商标)”EX-146(对叔丁基苯基缩水甘油基醚、Nagase ChemteXCorporation制)
·“Epiol(注册商标)”SB(对仲丁基苯基缩水甘油基醚、日油(株)制)
·OPP-G(邻苯基苯酚缩水甘油基醚、三光(株)制)。
·“Denacol(注册商标)”EX-142(邻苯基苯酚缩水甘油基醚、Nagase ChemteXCorporation制)。
构成要素[B]
·GAN(N,N-二缩水甘油基苯胺、日本化药(株)制)
·GOT(N,N-二缩水甘油基邻甲苯胺、日本化药(株)制)
·Px-GAN(N,N-二缩水甘油基-4-苯氧基苯胺、Toray Fine Chemicals Co.,Ltd.制)
·“Sumiepoxy(注册商标)”ELM434(N,N,N’,N’-四缩水甘油基-4,4’-二氨基二苯基甲烷、住友化学(株)制)
·“OGSOL(注册商标)”PG-100(芴系环氧树脂、Osaka Gas Chemical Co.,Ltd.制)
·“OGSOL(注册商标)”EG-200(芴系环氧树脂、Osaka Gas Chemical Co.,Ltd.制)
·“ARALDITE(注册商标)”MY0500(三缩水甘油基对氨基苯酚、Huntsman JapanK.K.制)
·“ARALDITE(注册商标)”MY0610(三缩水甘油基间氨基苯酚、Huntsman JapanK.K.制)
·“Sumiepoxy(注册商标)”ELM-100(三缩水甘油基-对氨基甲酚、住友化学(株)制)
·“TETRAD(注册商标)”-X(N,N,N’,N’-四缩水甘油基-间苯二甲胺、MITSUBISHTGAS CHEMICAL(株)制)
·“jER(注册商标)”828(液态双酚A型环氧树脂、三菱化学(株)制)
·“jER(注册商标)”1001(固形双酚A型环氧树脂、三菱化学(株)制)
·“jER(注册商标)”806(液态双酚F型环氧树脂、三菱化学(株)制)
·“jER(注册商标)”830(液态双酚F型环氧树脂、三菱化学(株)制)
·“ARALDITE(注册商标)”PY306(液态双酚F型环氧树脂、Huntsman Japan K.K.制)
·NC-7300L(萘Novolac型环氧树脂、日本化药(株)制)。
构成要素[C]
·“Baxxodur(注册商标)”EC201(异佛尔酮二胺、BASF Japan(株)制)
·“Baxxodur(注册商标)”EC331(2,2’-二甲基-4,4’-亚甲基双环己基胺、BASFJapan(株)制)
·XTA-801(1,4-双(氨基甲基)环己烷、Huntsman Japan K.K.制)
·“JEFFAMINE(注册商标)”D-230(聚丙二醇二胺、Huntsman Japan K.K.制)
·“JEFFAMINE(注册商标)”D-400(聚丙二醇二胺、Huntsman Japan K.K.制)
·HN-2200(甲基四氢邻苯二甲酸酐、日立化成工业(株)制)
·“KAYAHARD(注册商标)”MCD(甲基内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐与内亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐的混合液(表中,记载为通用名甲基纳迪克酸酐)、日本化药(株)制)
·双氰胺(双氰胺、NIPPON CARBIDE(株)制)
·“ARADUR(注册商标)”5200(二乙基甲苯二胺、Huntsman Japan K.K.制)
·“jERCURE(注册商标)”W(二乙基甲苯二胺、三菱化学(株)制)
·3,3’DAS(3,3’-二氨基二苯基砜、MITSUI FINE CHEMICALS,Inc.制)
·Seikacure-S(4,4’-二氨基二苯基砜、SEIKA(株)制)。
除构成要素[A]及[B]以外的环氧树脂
·“Denacol(注册商标)”EX-731(N-缩水甘油基邻苯二甲酰亚胺、Nagase ChemteXCorporation制)
·“Denacol(注册商标)”EX-141(苯基缩水甘油基醚、Nagase ChemteXCorporation制)
·YED216(1,6-己二醇二缩水甘油基醚、YuKa Shell Epoxy(株)制)。
固化促进剂
·“KAOLIZER(注册商标)”No.20(N,N-二甲基苄基胺、花王(株)制)
·“U-CAT(注册商标)”SA102(1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳-7-烯的2-乙基己酸盐、San-Apro Ltd.制)
·“OMICURE(注册商标)”94(3-苯基-1,1-二甲基脲、PTI Japan(株)制)
·“Curezol(注册商标)”2E4MZ(2-乙基-4-甲基咪唑、四国化成工业(株))
·“Curamid(注册商标)”CN(2-乙基-4-甲基-1H-咪唑-1-丙腈、Borregaard公司制)。
<环氧树脂组合物的制备方法>
向烧杯中,加入构成要素[A]、构成要素[B]以及根据需要添加除此之外的环氧树脂,升温至80℃的温度,进行30分钟加热混炼。然后,在持续混炼的状态下降温至30℃以下的温度,加入构成要素[C]以及根据需要加入除此之外的固化剂、固化促进剂,搅拌10分钟,得到环氧树脂组合物。
各实施例以及比较例的成分配比如表1~11所示。
<环氧树脂组合物的胶凝时间评价方法>
量取2mL环氧树脂组合物,利用无转子固化试验机(Curelastometer V型、日合商事(株)社制),在测定温度80℃、振动波形为正弦波、振动数100cpm、振幅角±1°的条件下进行固化动态测定,将环氧树脂组合物的转矩值变为0.02N·m为止的时间作为胶凝时间。
<树脂固化物的制作方法>
将按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备的环氧树脂组合物在真空中进行脱泡后,在利用厚2mm的“Teflon(注册商标)”制隔板以厚度为2mm的方式进行设定的模中使其固化,得到厚2mm的板状树脂固化物。固化条件基于使用的固化剂采用下述A或B。
·固化条件A:于100℃固化2小时后,于150℃固化4小时。
·固化条件B:于80℃固化2小时后,于110℃固化4小时。
<树脂固化物的动态粘弹性测定方法>
从通过上述<树脂固化物的制作方法>得到的树脂固化物中,切出宽12.7mm、长45mm的试验片,使用粘弹性测定装置(ARES、TA Instruments公司制),在扭转振动频率1.0Hz、升温速度5.0℃/分钟的条件下在30~250℃的温度范围进行DMA测定,读取玻璃化转变温度以及橡胶状态弹性模量。在储能弹性模量G’曲线中,将玻璃状态处的切线与转变状态处的切线的交点处的温度作为玻璃化转变温度。另外,对于橡胶状态弹性模量而言,是在高于玻璃化转变温度的温度区域中、储能弹性模量变平坦的区域的储能弹性模量,此处,是指比玻璃化转变温度高40℃的温度处的储能弹性模量。
<环氧树脂组合物的固化收缩率评价方法>
基于JIS K7112(1999),采用A法(水中置换法),于23℃测定环氧树脂组合物的未固化物比重和固化物的比重。
环氧树脂组合物的固化收缩率采用(固化物比重-未固化物比重)÷固化物比重×100的计算式进行计算。
<树脂固化物的拉伸试验方法>
根据JIS K7113(1995),从通过上述<树脂固化物的制作方法>得到的树脂固化物中切出小型1(1/2)号形试验片,使用INSTRON万能试验机(INSTRON公司制)以十字头速度1.0mm/分钟测定拉伸伸长率。将以试样数n=6测定得到的值的平均值作为拉伸伸长率。
<树脂固化物的压缩剪切强度评价方法>
将环氧树脂组合物在真空中脱泡后,在利用厚6mm的“Teflon(注册商标)”制隔板以厚度为6mm的方式进行设定的模中于80℃的温度使其固化2小时后,进而于110℃的温度使其固化4小时,得到厚度6mm的板状的树脂固化物。
从所得树脂固化物中,切出宽6mm、长6mm的试验片,使用INSTRON万能试验机(INSTRON公司制),以试验速度1.0mm/分钟进行压缩试验,根据JIS K7181(1994),测定压缩屈服应力,将压缩屈服应力除以2所得的值作为压缩剪切强度。
<纤维增强复合材料的制作方法1>
于常温,使按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备的环氧树脂组合物含浸于单向排列成片状的碳纤维“Torayca(注册商标)”T700S-12K-50C(东丽(株)制、单位面积重量为150g/m2)中,得到含浸了环氧树脂的碳纤维片材。将8片所得的片材以使纤维方向相同的方式层叠后,夹持在利用金属制隔板以厚度为1mm的方式进行设定的模具中,将该模具用已加热至80℃或100℃的加压机进行2小时加热固化。然后,从加压机中取出模具,进一步在已加热至110℃或150℃的烘箱中加热固化4小时,得到纤维增强复合材料。需要说明的是,根据使用的固化剂,固化条件适用以下A或B。
·固化条件A:于100℃固化2小时后,于150℃固化4小时。
·固化条件B:于80℃固化2小时后,于110℃固化4小时。
<纤维增强复合材料的制作方法2>
使按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备的环氧树脂组合物含浸于碳纤维“Torayca(注册商标)”T700S-12K-50C(东丽(株)制)中,同时以碳纤维束不松弛的程度的一定张力卷绕至框上,夹持在通过金属制隔板以厚度为6mm的方式进行设定的模具中,将该模具用已加热至80℃或100℃的加压机进行2小时加热固化。然后,从加压机中取出模具,进而用已加热至110℃或150℃的烘箱进行4小时加热固化,得到纤维增强复合材料。需要说明的是,根据使用的固化剂,固化条件适用以下A或B。
·固化条件A:于100℃固化2小时后,于150℃固化4小时。
·固化条件B:于80℃固化2小时后,于110℃固化4小时。
<纤维增强复合材料的拉伸强度测定>
使用从按照上述<纤维增强复合材料的制作方法1>制作的纤维增强复合材料中以成为宽12.7mm、长229mm的方式切出的、在两端粘接有宽1.2mm、长50mm的玻璃纤维增强塑料制拉片(tab)的试验片,根据ASTM D 3039,采用INSTRON万能试验机(INSTRON公司制),以十字头速度1.27mm/分钟测定拉伸强度。将以试样数n=6测定得到的值的平均值作为拉伸强度。
拉伸强度利用率通过纤维增强复合材料的拉伸强度/(增强纤维的线束强度×纤维体积含有率)×100而算出。
需要说明的是,纤维体积含有率使用基于ASTM D 3171测定的值。
<纤维增强复合材料的湿热处理后的层间剪切强度测定>
从按照上述<纤维增强复合材料的制作方法2>制作的纤维增强复合材料中以成为宽12.0mm、长36.0mm的方式进行切出,在98℃的沸水中浸渍24小时后,根据ASTM D2344,使用INSTRON万能试验机(INSTRON公司制),以十字头速度1mm/分钟测定层间剪切强度。将以试样数n=6测定得到的值的平均值作为层间剪切强度。
<纤维增强复合材料的玻璃化转变温度测定>
从按照上述<纤维增强复合材料的制作方法1>制作的纤维增强复合材料中,取出小片(5~10mg),根据JIS K7121(1987),测定中间点玻璃化转变温度(Tmg)。在测定中使用差示扫描量热计DSC Q2000(TA Instruments公司制),在氮气气氛下以Modulated模式、升温速度5℃/分钟进行测定。
<拉挤成型性的评价方法>
使用按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备的环氧树脂组合物和碳纤维“Torayca(注册商标)”T700S-12K-50C(东丽(株)制、单位面积重量为150g/m2),将拉挤成型装置的加热成型模具加热至110℃或150℃进行连续成型。拉挤速度为0.5m/分钟,对从拉挤成型开始拉挤700m后的模具出口的树脂附着量进行感官评价,按照A、B、C、D进行评价。A:在模具出口几乎无树脂附着。B:在模具出口附着一些树脂。C:在模具出口虽有树脂附着,但拉挤速度、表面品相无变化。D:模具出口的树脂附着量多,拉挤速度迟缓、在成型品表面产生条纹状的污损。为C以上时,可进行拉挤成型。需要说明的是,固化温度基于所使用的固化剂进行选择。
<压力容器的制作方法>
向碳纤维“Torayca(注册商标)”T700S-12K-50C(东丽(株)制)中加入按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备的环氧树脂组合物使树脂含有率为29质量%后,以环绕层4层、螺旋层4层、环绕层2层的方式卷绕至容量7.5L的铝制衬料上,在烘箱内使其固化。需要说明的是,环绕层、螺旋层与衬料纵向所成的角度分别为89.7度、20度。另外,固化条件根据所用的固化剂适用下述A或B。
·固化条件A:于100℃固化2小时后,于150℃固化4小时。
·固化条件B:于80℃固化2小时后,于110℃固化4小时。
<压力容器的应变利用率测定>
在按照上述<压力容器的制作方法>制作的压力容器上,沿着圆周方向在6处粘贴应变仪,从压力容器的内侧施加水压,由此使压力容器破裂,读取破裂时的应变,作为破裂应变。将各应变仪的数值的平均值作为破裂应变。
应变利用率通过破裂应变/增强纤维的线束断裂应变×100来计算。
<压力容器的玻璃化转变温度测定>
从按照上述<压力容器的制作制方法>制作的压力容器的纤维增强复合材料层中采取小片(5~10mg),根据JIS K7121(1987),测定中间点玻璃化转变温度(Tmg)。测定中使用差示扫描量热计DSC Q2000(TA Instruments公司制),在氮气气氛下,以Modulated模式、升温速度5℃/分钟进行测定。
(实施例1)
作为构成要素[A]使用60质量份OPP-G,作为构成要素[B]使用15质量份“Sumiepoxy(注册商标)”ELM434(构成要素[b2])、25质量份“jER(注册商标)”806,作为构成要素[C]使用91.5质量份“KAYAHARD(注册商标)”MCD(构成要素[c1]),作为固化促进剂使用4质量份“U-CAT(注册商标)”SA102,按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备环氧树脂组合物。该环氧树脂组合物的固化收缩率为3.8%。
接下来,在“固化条件B”下将该环氧树脂组合物固化,制作固化物,进行动态粘弹性评价,结果橡胶状态弹性模量为3.5MPa,固化收缩率和橡胶状态弹性模量良好。并且,玻璃化转变温度为92℃,耐热性也良好。
按照<纤维增强复合材料的制作方法1>,由所得的环氧树脂组合物制作纤维增强复合材料,得到纤维体积含有率为67%的纤维增强复合材料。采用上述方法测定所得的纤维增强复合材料的拉伸强度,计算拉伸强度利用率,结果为84%。
另外,在按照<拉挤成型性的评价方法>进行的评价中,虽然在模具出口有树脂附着,但拉挤速度、表面品相无变化,拉挤成型性能良好。
(实施例2~18)
分别按照表1以及表2所示改变树脂组成,除此之外,采用与实施例1相同的方法(其中,固化条件按照表中所述的固化条件A或B。)制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。所得的环氧树脂固化物均显示出良好的固化收缩率、橡胶状态弹性模量。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率以及拉挤成型性能也良好。
(实施例19)
作为构成要素[A]使用25质量份“Denacol(注册商标)”EX-146,作为构成要素[B]使用25质量份GAN(构成要素[b1])、50质量份“jER(注册商标)”828,作为构成要素[C]使用91质量份HN-2200(构成要素[c1]),作为固化促进剂使用2质量份“KAOLIZER(注册商标)”No.20,按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备环氧树脂组合物。
按照“固化条件A”将该环氧树脂组合物固化,制作固化物,进行动态粘弹性评价,结果橡胶状态弹性模量为5.7MPa。另外,固化物的拉伸伸长率为2.5%,橡胶状态弹性模量与拉伸伸长率的均衡性良好。
按照<纤维增强复合材料的制作方法1>,由所得的环氧树脂组合物制作纤维增强复合材料,得到纤维体积含有率为65%的纤维增强复合材料。采用上述方法测定所得的纤维增强复合材料的拉伸强度,计算强度利用率,结果为80%。另外,采用上述方法测定所得的纤维增强复合材料的玻璃化转变温度,结果为112℃,耐热性也良好。
(实施例20~37)
分别按照表3以及表4所示改变树脂组成,除此之外,采用与实施例19相同的方法(其中,固化条件按照表中所述的固化条件A或B。)制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。评价结果如表3以及表4所示。所得的环氧树脂固化物均显示出良好的橡胶状态弹性模量、拉伸伸长率。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率、玻璃化转变温度也良好。
需要说明的是,针对实施例21、28、31、33,按照上述<纤维增强复合材料的制作方法2>制作纤维增强复合材料,按照上述<纤维增强复合材料的湿热处理后的层间剪切强度测定>,采用上述方法测定湿热处理后的层间剪切强度。结果如表14所示,均显示良好的值。
另外,针对实施例19~21、25、28、31、33、35、36,按照<压力容器的制作方法>制作压力容器,评价应变利用率以及玻璃化转变温度。评价结果如表12所示。均显示良好的耐热性、应变利用率。
(实施例38)
作为构成要素[A]使用20质量份“Epiol(注册商标)”SB,作为构成要素[B]使用80质量份“jER(注册商标)”828,作为构成要素[C]使用20.0质量份XTA-801(构成要素[c2]),按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备环氧树脂组合物。该环氧树脂组合物于80℃时的胶凝时间为10分钟。
接下来,在“固化条件B”下将该环氧树脂组合物固化,制作固化物,进行动态粘弹性评价,结果橡胶状态弹性模量为8.8MPa,胶凝时间和橡胶状态弹性模量良好。进而,玻璃化转变温度为128℃,耐热性也良好。
按照<纤维增强复合材料的制作方法1>,由所得的环氧树脂组合物制作纤维增强复合材料,得到纤维体积含有率为66%的纤维增强复合材料。采用上述方法测定所得的纤维增强复合材料的拉伸强度,计算拉伸强度利用率,结果为76%。
(实施例39~64)
分别按照表5~7所示改变树脂组成,除此之外,采用与实施例38相同的方法,制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。所得的环氧树脂固化物均显示出良好的低温短时间固化性、橡胶状态弹性模量。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率也良好。
(实施例65)
针对表8所示的树脂组成,按照上述<环氧树脂组合物的制备方法>制备环氧树脂组合物。
由所得的环氧树脂组合物,按照<压力容器的制作方法>制作压力容器。按照上述方法进行所得压力容器的破裂试验,计算应变利用率,结果为85%。另外,测定所得压力容器的玻璃化转变温度,结果为138℃,应变利用率和耐热性良好。
另外,按照“固化条件A”将所得的环氧树脂组合物固化,制作固化物,进行动态粘弹性评价,结果橡胶状态弹性模量为10.2MPa。
(实施例66、67)
除了分别如表8所示改变树脂组成之外,采用与实施例65相同的方法制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及压力容器。评价结果如表8所示。所得的压力容器均显示良好的耐热性、应变利用率。
(比较例1)
除了如表9所示改变树脂组成之外,采用与实施例1相同的方法(其中,固化条件按照表中所述的条件。)制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。固化收缩率低,为3.1%,不充分,胶凝时间为98分钟,固化缓慢,橡胶状态弹性模量显示高值,为14.0MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为68%,不充分。
另外,在按照<拉挤成型性的评价方法>的评价中,拉挤速度迟缓、在成型品表面产生条纹状的污损,拉挤成型性能不充分。
(比较例2)
除了如表9所示改变树脂组成之外,采用与实施例1相同的方法制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。胶凝时间为46分钟,固化性良好,但固化收缩率低,为2.6%,不充分,橡胶状态弹性模量显示为高值,为12.2MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为70%,不充分。
另外,在按照<拉挤成型性的评价方法>进行的评价中,拉挤速度显著迟缓、在成型品表面产生条纹状的污损,拉挤成型性能不充分。
(比较例3)
除了如表9所示改变树脂组成之外,采用与实施例1相同的方法(其中,固化条件按照表中所述的条件。)制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。此处,代替构成要素[A]而使用的“Denacol(注册商标)”EX-731为单官能环氧树脂。固化收缩率低,为3.2%,不充分,胶凝时间为75分钟,固化缓慢,橡胶状态弹性模量显示为高值,为12.0MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为72%,不充分。
另外,在按照<拉挤成型性的评价方法>进行的评价中,拉挤速度迟缓、在成型品表面产生条纹状的污损,拉挤成型性能不充分。
(比较例4)
除了如表9所示改变树脂组成之外,采用与实施例1相同的方法制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。胶凝时间为38分钟,固化性良好,固化收缩率也良好,为4.7%,但橡胶状态弹性模量显示为高值,为14.1MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为69%,不充分。
另外,在按照<拉挤成型性的评价方法>进行的评价中,在模具出口几乎无树脂附着,拉挤成型性能良好。
(比较例5)
除了如表9所示改变树脂组成之外,采用与实施例1相同的方法(其中,固化条件按照表中所述的条件。)制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。固化收缩率为7.3%,过高,不充分,胶凝时间为190分钟,固化缓慢,橡胶状态弹性模量显示为高值,为16.5MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为67%,不充分。
另外,在按照<拉挤成型性的评价方法>进行的评价中,在模具出口几乎无树脂附着,拉挤成型性能良好。
(比较例6)
除了如表9所示改变树脂组成之外,采用与实施例1相同的方法制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。
固化收缩率低,为3.3%,不充分,橡胶状态弹性模量显示为高值,为12.5MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为71%,不充分。
另外,在按照<拉挤成型性的评价方法>进行的评价中,拉挤速度迟缓、在成型品表面产生条纹状的污损,拉挤成型性能不充分。
(比较例7)
除了代替构成要素[A]而使用无立***阻的为单官能环氧树脂的“Denacol(注册商标)”EX-141之外,采用与实施例19相同的方法,制作环氧树脂组合物、树脂固化物以及纤维增强复合材料。树脂组成以及评价结果如表10所示。橡胶状态弹性模量为5.5MPa,良好,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率也良好,为80%,但拉伸伸长率显示为高值,为3.8%。其结果,纤维增强复合材料的玻璃化转变温度为82℃,湿热处理后的层间剪切强度如表14所示,为67MPa,不充分。
进而,采用与实施例19相同的方法,制作环氧树脂组合物以及压力容器。评价结果如表13所示。所得压力容器的玻璃化转变温度为80℃,耐热性不充分。
(比较例8)
除了未添加构成要素[A]之外,采用与实施例19相同的方法,制作环氧树脂组合物、树脂固化物以及纤维增强复合材料。树脂组成以及评价结果如表10所示。拉伸伸长率为2.3%,橡胶状态弹性模量显示为高值,为11.4MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为73%,不充分。
进而,采用与实施例19相同的方法,制作环氧树脂组合物以及压力容器。评价结果如表13所示。所得压力容器的应变利用率为82%,不充分。
(比较例9)
如表10所示改变树脂组成,采用与实施例19相同的方法,制作环氧树脂组合物、树脂固化物以及纤维增强复合材料。评价结果如表10所示。拉伸伸长率为3.7%,橡胶状态弹性模量显示为高值,为16.0MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为67%,不充分。
(比较例10)
除了代替构成要素[A]而使用无立***阻的单官能环氧树脂即“Denacol(注册商标)”EX-141之外,采用与实施例30相同的方法制作环氧树脂组合物、树脂固化物以及纤维增强复合材料。树脂组成以及评价结果如表10所示。橡胶状态弹性模量为4.3MPa,良好,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率也良好,为82%,但拉伸伸长率显示出高值,为4.3%。其结果,纤维增强复合材料的玻璃化转变温度为86℃,湿热处理后的层间剪切强度如表14所示,为62MPa,不充分。
(比较例11)
除了未添加构成要素[A]之外,采用与实施例30相同的方法(其中,固化条件按照表中所述的条件。)制作环氧树脂组合物、树脂固化物以及纤维增强复合材料。树脂组成以及评价结果如表10所示。拉伸伸长率为3.2%,橡胶状态弹性模量显示为高值,为13.2MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为70%,不充分。
(比较例12)
除了如表10所示改变树脂组成之外,采用与实施例30相同的方法(其中,固化条件按照表中所述的条件。)制作环氧树脂组合物、树脂固化物以及纤维增强复合材料。评价结果如表10所示。拉伸伸长率为3.3%,橡胶状态弹性模量显示为高值,为13.0MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为70%,不充分。
进而,采用与实施例30相同的方法制作环氧树脂组合物以及压力容器。评价结果如表13所示。所得压力容器的应变利用率为80%,不充分。
(比较例13)
除了如表11所示改变树脂组成之外,采用与实施例38相同的方法,制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。胶凝时间为12分钟,固化性良好,但橡胶状态弹性模量显示为高值,为15.5MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为66%,不充分。
(比较例14)
除了如表11所示改变树脂组成之外,采用与实施例38相同的方法制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。胶凝时间为29分钟,固化性良好,但橡胶状态弹性模量显示为高值,为12.5MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为72%,不充分。
(比较例15)
除了如表11所示改变树脂组成之外,采用与实施例38相同的方法制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。胶凝时间为3分钟,固化性良好,但橡胶状态弹性模量显示出高值,为17.1MPa。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为65%,不充分。
(比较例16)
除了如表11所示改变树脂组成之外,采用与实施例38相同的方法制作环氧树脂组合物、环氧树脂固化物以及纤维增强复合材料。此处,代替构成要素[A]而使用的“Denacol(注册商标)”EX-141为无立***阻的单官能环氧树脂。橡胶状态弹性模量显示为低值,为6.7MPa,但胶凝时间为175分钟,固化缓慢,不充分。
(比较例17)
除了如表11所示改变树脂组成之外,采用与实施例38相同的方法制作环氧树脂组合物。此处,使用的固化剂为芳香族胺固化剂。即使于80℃经过200分钟以上也不凝胶化,无法制作固化物。
(比较例18)
除了如表11所示改变树脂组成之外,采用与实施例38相同的方法制作环氧树脂组合物。即使于80℃经过200分钟以上也不凝胶化,无法制作固化物。
(比较例19)
按照专利文献2(日本特开2005-120127号公报)的实施例1所述的方法,制作环氧树脂组合物。所得的树脂固化物橡胶状态弹性模量显示出非常高的值,为25.0MPa(表15)。该环氧树脂组合物的粘度高,采用上述<纤维增强复合材料的制作方法1>时,树脂未含浸于纤维中,纤维增强复合材料中包含了大量的空隙。因此,将环氧树脂组合物加热至70℃使其含浸,得到含浸了环氧树脂的碳纤维片材。之后,与上述<纤维增强复合材料的制作方法1>相同地操作,得到纤维增强复合材料。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为61%,不充分。进而,使用所得的环氧树脂组合物得到压力容器。所得压力容器的玻璃化转变温度高,为200℃,应变利用率为70%,不充分。
(比较例20)
按照专利文献3(日本特开2010-59225号公报)的实施例14所述的方法,制作环氧树脂组合物(基础树脂组合物)。固化收缩率为7.2%,过高,不充分,橡胶状态弹性模量显示出高值,为21.1MPa(表15)。
该环氧树脂组合物的粘度非常高,采用上述<纤维增强复合材料的制作方法>所示的方法,无法制作含浸了环氧树脂的碳纤维片材。因此,将环氧树脂组合物溶解于丙酮而制成液态后,含浸于碳纤维中,然后,减压干燥,蒸馏除去丙酮,由此制作含浸了环氧树脂的碳纤维片材。然后,与上述<纤维增强复合材料的制作方法>相同地操作,得到纤维增强复合材料。其结果,纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为61%,不充分。
另外,在按照<拉挤成型性的评价方法>进行的评价中,环氧树脂组合物的粘度非常高,无法进行拉挤成型。
(比较例21)
按照专利文献4(日本专利第4687167号公报)的实施例6所述的方法,制作环氧树脂组合物。使其固化而得到的树脂固化物的橡胶状态弹性模量显示为高值,为11.2MPa(表15)。该环氧树脂组合物的粘度非常高,因此,采用与比较例21相同的方法制作含浸了环氧树脂的碳纤维片材。之后,与上述<纤维增强复合材料的制作方法1>相同地操作,得到纤维增强复合材料。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为70%,不充分。
(比较例22)
按照专利文献6(日本特开2012-82394号公报)的实施例9所述的方法,制作环氧树脂组合物。使其固化而得到的树脂固化物的橡胶状态弹性模量显示为高值,为18.0MPa(表15)。该环氧树脂组合物的粘度非常高,因此,采用与比较例21相同的方法制作含浸了环氧树脂的碳纤维片材。然后,与上述<纤维增强复合材料的制作方法>相同地操作,得到纤维增强复合材料。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为63%,不充分。
(比较例23)
将专利文献5(日本特开2010-174073号公报)的实施例5的环氧树脂组成作为参考,树脂组成如表11所示,制作环氧树脂组合物以及树脂固化物。评价结果如表11所示。拉伸伸长率为2.8%,橡胶状态弹性模量显示为高值,为14.0MPa。其结果,所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为69%,不充分。
(比较例24)
按照专利文献8(日本特开2011-46797号公报)的实施例13所述的方法,制作环氧树脂组合物。使其固化而得到的树脂固化物的橡胶状态弹性模量显示出高值,为12.0MPa(表15)。该环氧树脂组合物的粘度非常高,因此,采用与比较例21相同的方法制作含浸了环氧树脂的碳纤维片材。然后,与上述<纤维增强复合材料的制作方法1>相同地操作,得到纤维增强复合材料。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为70%,不充分。
(比较例25)
按照专利文献9(日本特开2006-265458号公报)的实施例3所述的方法,制作环氧树脂组合物。使其固化而得到的树脂固化物的橡胶状态弹性模量显示为高值,为11.4MPa(表15)。使用所得的环氧树脂组合物,按照上述<纤维增强复合材料的制作方法1>得到纤维增强复合材料。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为71%,不充分。
(比较例26)
按照专利文献10(日本特表2009-521589号公报)的实施例1所述的方法,制作环氧树脂组合物。使其固化而得到的树脂固化物的橡胶状态弹性模量显示为高值,为10.5MPa(表15)。使用所得的环氧树脂组合物,按照上述<纤维增强复合材料的制作方法1>得到纤维增强复合材料。所得的纤维增强复合材料的拉伸强度利用率为72%,不充分。
产业上的可利用性
本发明的环氧树脂组合物优选用于基体树脂,该基体树脂用于制作具有优异的拉伸强度利用率的纤维增强复合材料、成型品以及压力容器的第一方式。
另外,本发明的环氧树脂组合物以及纤维增强复合材料优选用于一般产业用途。
进而,本发明的压力容器的第二方式具有优异的耐热性和应变利用率,故而轻质化效果高,耐压性能优异。因此,本发明的压力容器的第二方式优选用作储藏高压气体的各种压力容器、特别是适合搭载于汽车等中的压力容器。
Claims (35)
1.环氧树脂组合物,其为包含下述构成要素[A]~[C]的环氧树脂组合物,构成要素[C]为下述构成要素[c1]或下述构成要素[c2],将所述环氧树脂组合物固化而得到的固化物在动态粘弹性评价中的橡胶状态弹性模量为10MPa以下,
[A]被叔丁基、仲丁基、异丙基或苯基取代的苯基缩水甘油基醚,
[B]2官能以上的芳香族环氧树脂,
[C]固化剂,
[c1]酸酐系固化剂,
[c2]脂肪族胺系固化剂。
2.如权利要求1所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[B]为下述构成要素[b1]或下述构成要素[b2],所述环氧树脂组合物的固化收缩率为3.5~7.0%,
[b1]可被取代的二缩水甘油基苯胺,
[b2]四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷。
3.如权利要求2所述的环氧树脂组合物,其中,在全部环氧树脂100质量份中,包含15~50质量份构成要素[A]。
4.如权利要求1所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[B]为下述构成要素[b1]或下述构成要素[b2],将所述环氧树脂组合物固化而得到的固化物的拉伸伸长率为3.5%以下,
[b1]可被取代的二缩水甘油基苯胺,
[b2]四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷。
5.如权利要求4所述的环氧树脂组合物,其中,在全部环氧树脂100质量份中,包含20~50质量份构成要素[A]。
6.如权利要求1所述的环氧树脂组合物,其中,利用无转子固化试验机测得的、环氧树脂组合物的80℃时的胶凝时间为15~100分钟。
7.如权利要求6所述的环氧树脂组合物,其中,在全部环氧树脂100质量份中,包含5~40质量份构成要素[A]。
8.如权利要求6或7所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[B]为下述构成要素[b1]或下述构成要素[b2],
[b1]可被取代的二缩水甘油基苯胺,
[b2]四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷。
9.如权利要求2~5、8中任一项所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[B]同时包含构成要素[b1]和构成要素[b2]。
10.如权利要求1~9中任一项所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[A]为被叔丁基或仲丁基取代的苯基缩水甘油基醚。
11.如权利要求2、3、6、7中任一项所述的环氧树脂组合物,其中,含有2种以上由构成要素[A]所示的成分。
12.如权利要求1~11中任一项所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[C]为构成要素[c1]。
13.如权利要求12所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[c1]包含具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的化合物。
14.如权利要求12或13所述的环氧树脂组合物,其中,包含咪唑化合物或叔胺化合物作为固化促进剂。
15.如权利要求1~11中任一项所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[C]为构成要素[c2],包含环烷基二胺,在所述环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基。
16.如权利要求15所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[C]还包含具有亚烷基二醇结构的脂肪族多胺作为构成要素[c2]。
17.如权利要求15所述的环氧树脂组合物,其中,构成要素[C]还包含异佛尔酮二胺作为构成要素[c2]。
18.如权利要求1~17中任一项所述的环氧树脂组合物,其中,所述环氧树脂组合物的25℃时的粘度为2,000mPa·s以下。
19.如权利要求18所述的环氧树脂组合物,其中,所述环氧树脂组合物的25°时的90分钟后增粘倍率为4倍以下。
20.如权利要求6~8中任一项所述的环氧树脂组合物,其中,将所述环氧树脂组合物固化而得到的固化物在压缩试验中的压缩剪切强度为50~120MPa。
21.纤维增强复合材料,其包括增强纤维和权利要求1~20中任一项所述的环氧树脂组合物的固化物。
22.成型品,其是由权利要求21所述的纤维增强复合材料形成的。
23.压力容器,其是由权利要求21所述的纤维增强复合材料形成的。
24.压力容器,其具备衬料和被覆衬料的纤维增强复合材料层,所述纤维增强复合材料层由包括热固性树脂组合物的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料构成,所述纤维增强复合材料的玻璃化转变温度为95℃以上,压力容器的应变利用率为85%以上。
25.如权利要求24所述的压力容器,其中,通过动态粘弹性评价得到的、热固性树脂组合物的固化物的橡胶状态弹性模量为10MPa以下。
26.如权利要求24或25所述的压力容器,其中,热固性树脂组合物为包含下述构成要素[A]~[C]的环氧树脂组合物,构成要素[B]为下述构成要素[b1]或下述构成要素[b2],构成要素[C]为选自下述构成要素[c1]~[c3]中的至少一种固化剂,
[A]被叔丁基、仲丁基、仲丁基、异丙基、苯基中的任意基团取代的苯基缩水甘油基醚,
[B]2官能以上的芳香族环氧树脂,
[b1]可被取代的二缩水甘油基苯胺,
[b2]四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷,
[C]固化剂,
[c1]酸酐系固化剂,
[c2]脂肪族胺系固化剂,
[c3]芳香族胺系固化剂。
27.如权利要求26所述的压力容器,其中,构成要素[B]同时包含构成要素[b1]和构成要素[b2]。
28.如权利要求26或27所述的压力容器,其中,构成要素[A]为被叔丁基或仲丁基取代的苯基缩水甘油基醚。
29.如权利要求26~28中任一项所述的压力容器,其中,构成要素[C]为构成要素[c1]。
30.如权利要求29所述的压力容器,其中,构成要素[c1]包含具有降冰片烯骨架或降冰片烷骨架的化合物。
31.如权利要求29或30所述的压力容器,其中,包含咪唑化合物或叔胺化合物作为固化促进剂。
32.如权利要求26~28中任一项所述的压力容器,其中,构成要素[C]为构成要素[c2],包含环烷基二胺,在所述环烷基二胺中,与具有氨基的碳原子相邻的碳原子具有取代基。
33.如权利要求26~28中任一项所述的压力容器,其中,构成要素[C]为构成要素[c3],包含在氨基的邻位具有取代基的芳香族二胺。
34.如权利要求32或33所述的压力容器,其中,构成要素[C]还包含具有亚烷基二醇结构的脂肪族多胺作为构成要素[c2]。
35.如权利要求32所述的压力容器,其中,构成要素[C]还包含异佛尔酮二胺作为构成要素[c2]。
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