JP3581204B2 - エポキシ樹脂プリプレグおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐熱性に優れ、かつ成型性に優れた１７７℃硬化型エポキシ樹脂プリプレグおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に繊維強化エポキシ樹脂プリプレグは、比強度、比弾性率が大きいことから、スポーツ用品から航空機用構造部材まで幅広く用いられている。特に、航空機用繊維強化エポキシ樹脂プリプレグに関しては、１７７℃硬化型エポキシ樹脂マトリックスが耐熱性に優れているためよく用いられている。
【０００３】
しかしながら、ノボラックエポキシ樹脂からなる１７７℃硬化型エポキシ樹脂プリプレグは、硬化時の最低粘度が１０ポイズ以下と低いので成型性に問題があった。すなわち、硬化時に最低粘度が低いため、加熱加圧成型時に樹脂が流れて得られる成型品（ＦＲＰ製品（繊維強化プラスチックス製品））の内部に空隙が生じてしまう。
【０００４】
この問題を解決するために、耐熱性に優れたルイス酸−ルイス塩基錯体系硬化剤でエポキシ樹脂をＢ−ステージ化してプリプレグを製造する試みがなされたが、ルイス酸−ルイス塩基錯体系硬化剤では、ある温度を越えると爆発的に硬化反応が進み、制御することが困難であり、一般にはＢ−ステージが行なわれていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ルイス酸−ルイス塩基錯体を硬化剤として用いて、耐熱性に優れ、かつ成型品の内部に空隙が生じない、成型性に優れたエポキシ樹脂プリプレグおよびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のエポキシ樹脂プリプレグは、ノボラックエポキシ樹脂とルイス酸−ルイス塩基錯体からなるＢステージ化したマトリックス樹脂と繊維質基材からなることを特徴とする。
また、本発明のエポキシ樹脂プリプレグの製造方法は、ノボラックエポキシ樹脂１００重量部とルイス酸−ルイス塩基錯体２〜５重量部とを溶剤に溶解したマトリックス樹脂を、不活性ガス雰囲気下に７５〜８５℃にて４〜６時間加熱、混合してＢステージ化し、これを繊維質基材に含浸させた後、溶剤を乾燥除去することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成につき詳しく説明する。
本発明で用いるノボラックエポキシ樹脂は、例えば、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、又はクレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂である。
【０００８】
また、ルイス酸−ルイス塩基錯体は、特に限定されるものではないが、例えば、三フッ化ホウ素−モノエチルアミン錯体、塩化亜鉛−ジイソプロピルアミン錯体、又は三フッ化ホウ素−トリアリルアミン錯体である。
繊維質基材は、ガラス繊維、炭素繊維、有機高弾性繊維（例えば、アラミド繊維）などからなるもので、その形状によりロービング、チョップドストランドマット、コンティニアスマット、クロス、ロービングクロス、サーフェシングマット、チョップドストランドがある。
【０００９】
本発明のエポキシ樹脂プリプレグは、上記ノボラックエポキシ樹脂と上記ルイス酸−ルイス塩基錯体からなるＢ−ステージ化したマトリックス樹脂と上記繊維質基材からなるものである。
このエポキシ樹脂プリプレグを製造するには、ノボラックエポキシ樹脂１００重量部とルイス酸−ルイス塩基錯体２〜５重量部とを溶剤に溶解したマトリックス樹脂を、不活性ガス雰囲気下に７５〜８５℃にて４〜６時間加熱、混合してＢステージ化し、これを繊維質基材に含浸させた後、溶剤を乾燥除去することによる。
【００１０】
ここで用いる溶剤は、例えば、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、又はメチルエチルケトン−メチルセロソルブ混合溶剤などである。この溶剤に溶解して得られるマトリックス樹脂は、６０％溶液とすればよい。
ルイス酸−ルイス塩基錯体の配合量を２〜５重量部としたのは、２重量部未満ではＢステージ化反応が遅いので、ステージング時間が８時間以上と長くなり、一方、５重量部を超えるとＢステージ化反応が速く、反応度合いの制御が困難となるからである。
【００１１】
不活性ガス雰囲気下としたのは、加熱反応させたときに反応が急激に進んだ場合、溶剤への引火を防ぐ理由からである。
また、７５〜８５℃としたのは、７５℃未満では、Ｂステージ化反応が遅く、８５℃超ではＢステージ化反応が速くて反応度合いの制御が困難となるからである。
【００１２】
【実施例】
ノボラックエポキシ樹脂（エピコート１５４）１００重量部と、三フッ化ホウ素−モノエチルアミン錯体（スミキュアＢＦ−Ｍ）２．５重量部を、メチルエチルケトンに溶解し、６０％溶液とした。この溶液を、窒素封入式反応槽中にて混合した。この時、液温度を７５〜８５℃という低温度中にて４〜６時間加熱、混合してＢ−ステージ化を行った。
【００１３】
得られたＢ−ステージ化マトリックス樹脂をガラス繊維布又はカーボン繊維布に含浸後、乾燥タワーにて溶剤を取り除き、プリプレグを作製した。得られたプリプレグは、樹脂含有率３８重量％であった。
このプリプレグよりエポキシ樹脂を抽出して、ＤＭＡ粘度測定器にて昇温速度２℃／分にて樹脂粘度を測定したところ、最低粘度が６０ポイズであった。
【００１４】
このプリプレグを直角形状、詳しくは半径２ｍｍの面取りしたアルミブロックツールに積槽後、１７７℃、４ｋｇ／ｃｍ^２ の条件下で２時間オートクレーブ成型して、ＦＲＰ製品を作製した。
このＦＲＰ成型品を観察したところ、成型品中に空隙がなく、かつ成型品からの樹脂流失が極めて少ない、良好なＦＲＰ成型品であった。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、耐熱性に優れ、かつ成型品の内部に空隙が生じない成型性に優れた１７７℃硬化系における易成型性エポキシ樹脂プリプレグを得ることが可能となる。

Claims (9)

1. ノボラックエポキシ樹脂とルイス酸−ルイス塩基錯体からなるＢステージ化したマトリックス樹脂と繊維質基材からなるエポキシ樹脂プリプレグ。
2. 前記ノボラックエポキシ樹脂が、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、又はクレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂である請求項１記載のエポキシ樹脂プリプレグ。
3. 前記ルイス酸−ルイス塩基錯体が、三フッ化ホウ素−モノエチルアミン錯体、塩化亜鉛−ジイソプロピルアミン錯体、三フッ化ホウ素−トリアリルアミン錯体からなる群より選ばれる少なくとも１種のものである請求項１記載のエポキシ樹脂プリプレグ。
4. 前記繊維質基材が、ガラス繊維、炭素繊維、有機高弾性繊維（例えば、アラミド繊維）からなる群より選ばれる１種からなる請求項１記載のエポキシ樹脂プリプレグ。
5. ノボラックエポキシ樹脂１００重量部とルイス酸−ルイス塩基錯体２〜５重量部とを溶剤に溶解したマトリックス樹脂を、不活性ガス雰囲気下に７５〜８５℃にて４〜６時間加熱、混合してＢステージ化し、これを繊維質基材に含浸させた後、溶剤を乾燥除去するエポキシ樹脂プリプレグの製造方法。
6. 前記ノボラックエポキシ樹脂が、フェノールノボラック樹脂、又はクレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂である請求項５記載のエポキシ樹脂プリプレグの製造方法。
7. 前記ルイス酸−ルイス塩基錯体が、三フッ化ホウ素−モノエチルアミン錯体、塩化亜鉛−ジイソプロピルアミン錯体、三フッ化ホウ素−トリアリルアミン錯体からなる群より選ばれる少なくとも１種のものである請求項５記載のエポキシ樹脂プリプレグの製造方法。
8. 前記溶剤が、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、又はメチルエチルケトン−メチルセロソルブ混合溶剤である請求項５記載のエポキシ樹脂プリプレグの製造方法。
9. 前記繊維質基材が、ガラス繊維、炭素繊維、有機高弾性繊維（例えば、アラミド繊維）からなる群より選ばれる１種からなる請求項５記載のエポキシ樹脂プリプレグの製造方法。