WO2023089997A1 - 硬化性組成物、硬化物、繊維強化複合材料、及び繊維強化樹脂成形品 - Google Patents

硬化性組成物、硬化物、繊維強化複合材料、及び繊維強化樹脂成形品 Download PDF

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WO2023089997A1
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WO
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curable composition
epoxy resin
fiber
resin
amine compound
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顕人 河崎
真実 木村
邦裕 森永
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Dic株式会社
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/20Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the epoxy compounds used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material

Definitions

  • the present invention relates to a curable composition that is fast-curing and has excellent heat resistance and toughness in the cured product, a cured product, a fiber-reinforced composite material, and a fiber-reinforced resin molded product made of the curable composition.
  • Fiber-reinforced composite materials using carbon fiber, aramid fiber, etc. as reinforcing fibers are widely used in general industrial applications such as automobiles and wind turbines, aerospace industry applications, and sports applications, taking advantage of their high specific strength and specific modulus.
  • fiber-reinforced composite materials have been actively developed as a way to reduce the weight of metals.
  • Thermosetting resins such as unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, and epoxy resins are mainly used as matrix resins for fiber-reinforced composite materials.
  • a cured product obtained from a curable composition containing an epoxy resin has excellent heat resistance, high strength, high elastic modulus, adhesion, chemical resistance, and good moldability. Practical use is progressing in various applications as a resin for fiber-reinforced composite materials.
  • epoxy resins for fiber-reinforced composite materials have the disadvantage that the cured product tends to be hard and brittle compared to other resin systems.
  • a resin composition capable of improving this brittleness and giving a cured product having excellent toughness.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a curable composition having long fluidity and excellent rapid curing properties, and excellent heat resistance and toughness in the cured product, a cured product made of the curable composition, and a fiber
  • An object of the present invention is to provide a reinforced composite material and a fiber-reinforced resin molded product.
  • the present inventors have found a curable composition containing an epoxy resin, a specific amine compound, and a thermoplastic resin, wherein the epoxy group in the epoxy resin is
  • the above problems can be solved by using a curable composition in which the ratio [H/E] of the number of moles E to the number of moles H of active hydrogen in the amine compound is in the range of 1 to 1.2. , completed the present invention.
  • the present invention provides a curable composition containing an epoxy resin (A), an amine compound (B), and a thermoplastic resin (C), wherein the mol of epoxy groups in the epoxy resin (A) is The ratio [H/E] between the number E and the number H of moles of active hydrogen in the amine compound (B) is in the range of 1 to 1.2, and the amine compound (B) is an alicyclic amine compound.
  • the present invention relates to a curable composition, a cured product made of the curable composition, a fiber-reinforced composite material, and a fiber-reinforced resin molded product, characterized by comprising:
  • the curable composition of the present invention has long fluidity and excellent fast curing properties, and has excellent heat resistance and toughness in the cured product, so it is suitably used for fiber reinforced composite materials and fiber reinforced resin molded articles. be able to.
  • the "long fluidity" in the present invention is the time required for the viscosity of the curable composition in the curing reaction to reach 200 mPa s (80 ° C) from the initial viscosity of less than 200 mPa s (80 ° C).
  • “Excellent rapid curability” means that the viscosity of the curable composition reaches from 200 mPa ⁇ s to 5,000 mPa ⁇ s (80°C) in a short time.
  • the curable composition of the present invention is characterized by containing an epoxy resin (A), an amine compound (B), and a thermoplastic resin (C).
  • Examples of the epoxy resin (A) include aliphatic epoxy resins, bisphenol-type epoxy resins, phenylene ether-type epoxy resins, naphthylene ether-type epoxy resins, biphenyl-type epoxy resins, triphenylmethane-type epoxy resins, and phenol novolak-type epoxy resins.
  • cresol novolak type epoxy resin bisphenol novolac type epoxy resin, naphthol novolac type epoxy resin, naphthol-phenol co-condensation novolac type epoxy resin, naphthol-cresol co-condensation novolac type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin, naphthol aralkyl type epoxy Resin, dicyclopentadiene-phenol addition reaction type epoxy resin, biphenylaralkyl type epoxy resin, fluorene type epoxy resin, xanthene type epoxy resin, dihydroxybenzene type epoxy resin, trihydroxybenzene type epoxy resin, oxazolidone type epoxy resin, glycidylamine type Epoxy resins, bis(hydroxynaphthalene)-type epoxy resins, and the like are included.
  • epoxy resins (A) can be used alone or in combination of two or more.
  • the aliphatic epoxy resin, the bisphenol-type epoxy resin, and the bisphenol-type epoxy resin are more preferred, since a curable composition having long fluidity and excellent heat resistance in the cured product can be obtained.
  • the ratio of the bisphenol type epoxy resin to the total weight of the epoxy resin (A) is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% or more. 80% or more is particularly preferred.
  • Examples of the aliphatic epoxy resin include glycidyl etherification products of various aliphatic polyol compounds.
  • Examples of the aliphatic polyol compound include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 2-methylpropanediol, 1,2,2-trimethyl-1,3-propanediol, 2,2-dimethyl-3 -isopropyl-1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 3-methyl-1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentane Aliphatic diol compounds such as diols, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, 1,4-bis(hydroxymethyl)cyclohexane, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol; tri- or more functional alipha
  • bisphenol type epoxy resin examples include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol AP type epoxy resin, bisphenol B type epoxy resin, bisphenol BP type epoxy resin, bisphenol E type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, and bisphenol S type epoxy resin. Resins, hydrogenated bisphenol type epoxy resins obtained by hydrogenating these resins, and the like.
  • biphenyl type epoxy resin examples include 4,4′-dihydroxybiphenyl type epoxy resin, 2,2′-dihydroxybiphenyl type epoxy resin, tetramethyl-4,4′-dihydroxybiphenyl type epoxy resin, tetramethyl-2 , 2'-dihydroxybiphenyl-type epoxy resins, and hydrogenated biphenyl-type epoxy resins obtained by hydrogenating these.
  • triphenylmethane-type epoxy resin examples include those having a structural site represented by the following structural formula (1) as a repeating structural unit.
  • R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a bonding point that connects the structural site represented by the structural formula (1) via a methine group marked with *. . n is an integer of 1 or more. ]
  • a glycidyloxybenzene or glycidyloxynaphthalene structure is at a structural site represented by any of the following structural formulas (2-1) to (2-3). and those having a molecular structure knotted together.
  • X is an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, an ether bond, a carbonyl group, a carbonyloxy group, a sulfide group, or a sulfone group.
  • Examples of the glycidylamine type epoxy resin include N,N-diglycidylaniline, 4,4′-methylenebis[N,N-diglycidylaniline], triglycidylaminophenol, N,N,N′,N′- tetraglycidylxylylenediamine and the like.
  • Examples of the bis(hydroxynaphthalene) type epoxy resin include those represented by any of the following structural formulas (3-1) to (3-3).
  • the epoxy equivalent weight of the epoxy resin (A) is in the range of 155 to 195 g/equivalent, since a curable composition having long fluidity and excellent rapid curability and excellent heat resistance in the cured product can be obtained. is preferred, and a range of 160 to 190 g/equivalent is more preferred.
  • the amine compound (B) is used as a curing agent or curing accelerator for the epoxy resin (A), and is essentially an alicyclic amine compound.
  • alicyclic amine compounds examples include cyclohexylamine, dimethylaminocyclohexane, mensendiamine, isophoronediamine, norbornenediamine, bis(aminomethyl)cyclohexane, diaminodicyclohexylmethane, methylenebis(methylcyclohexanamine), and the like. These alicyclic amine compounds can be used alone or in combination of two or more. Also, among these, bis(aminomethyl)cyclohexane is preferred because it has excellent rapid curability and provides a curable composition having excellent heat resistance and toughness in the cured product, and 1,3-bis (Aminomethyl)cyclohexane is more preferred.
  • the amine compound (B) can also be used in combination with an amine compound other than the alicyclic amine compound (hereinafter abbreviated as "other amine compound”), if necessary.
  • the content of the alicyclic amine compound has excellent rapid curability, and a curable composition having excellent heat resistance and toughness in the cured product can be obtained. is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably 80% or more.
  • Examples of the other amine compound (B) include ethylenediamine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, propylenediamine, N,N,N',N'-tetramethylpropylenediamine, dimethylaminopropyl Amines, diethylaminopropylamine, dibutylaminopropylamine, diethylenetriamine, N,N,N',N'',N'-pentamethyldiethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, 3,3'-diaminodipropylamine , butanediamine, pentanediamine, hexanediamine, trimethylhexanediamine, N,N,N',N'-tetramethylhexanediamine, bis(2-dimethylaminoethyl)ether, dimethylaminoethoxyethoxyethanol, triethanolamine, dimethyl Aliphatic amine compounds such as aminohexanol
  • Amine compounds having a polyoxyalkylene structure in the molecular structure such as polyoxyethylenediamine and polyoxypropylenediamine;
  • imidazole 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, 3-methylimidazole, 4-methylimidazole, 5-methylimidazole, 1-ethylimidazole, 2-ethylimidazole, 3-ethylimidazole, 4-ethylimidazole, 5-ethyl imidazole, 1-n-propylimidazole, 2-n-propylimidazole, 1-isopropylimidazole, 2-isopropylimidazole, 2-isopropylimidazole, 1-n-butylimidazole, 2-n-butylimidazole, 1-isobutylimidazole, 2-isobutylimidazole, 2-undecyl-1H-imidazole, 2-heptadecyl-1H-imidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1,3-dimethylimidazole, 2,4-dimethylimidazole, 2-ethy
  • imidazoline compounds such as 2-methylimidazoline and 2-phenylimidazoline.
  • the amount of the amine curing agent (B) used is such that the ratio [H/E] of the number of moles E of epoxy groups in the epoxy resin (A) to the number of moles H of active hydrogen in the amine compound (B) is , is used so as to be in the range of 1 to 1.2, and has long fluidity and excellent fast curing properties, and a curable composition having excellent heat resistance and toughness in the cured product is obtained. , 1.05 to 1.15.
  • thermoplastic resin (C) examples include acrylic resin (C1) and core-shell type rubber particles (C2). These thermoplastic resins (C) can be used alone or in combination of two or more.
  • the acrylic resin (C1) its constituent monomers, polymerization method, etc. are appropriately selected depending on the desired performance.
  • the constituent monomers include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, ( (meth)acrylic acid alkyl esters such as butyl methacrylate and 2-ethylhexyl (meth)acrylate; (meth)acrylic acid esters having an alicyclic structure such as cyclohexyl (meth)acrylate and cyclohexyl methacrylate; ) (meth)acrylic acid esters having an aromatic ring such as benzyl acrylate; (meth)acrylic acid (fluoro)alkyl esters such as 2-trifluoroethyl (meth)acrylate; (meth)acrylic acid, (anhydrous) malein acid, acid group-containing monomers such as maleic anhydride; hydroxyl group-containing monomers such as hydroxyethyl (meth)acrylate,
  • the acrylic resin (C1) is preferably a block copolymer obtained by copolymerizing a plurality of block polymers having different monomer constitutions.
  • the block copolymer include an AB type diblock type, an ABA type or an ABC type triblock type, and the like. Among these, a curable composition having excellent rapid curability and excellent heat resistance and toughness in the cured product can be obtained.
  • a curable composition having excellent rapid curability and excellent heat resistance and toughness in the cured product can be obtained.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the acrylic resin (C1) is preferably in the range of 1,000 to 500,000.
  • a weight average molecular weight (Mw) shows the value measured by the gel permeation chromatography (GPC) method.
  • the core-shell type rubber particles (C2) specifically refer to core-shell type rubber particles, in which a polymer different from the core component is added to the surface of a particulate core component containing a crosslinked rubbery polymer as a main component. It refers to rubber particles in which part or all of the surface of the particulate core component is covered with a shell component by graft polymerization.
  • the core component examples include crosslinked rubber particles.
  • the type of rubber is not limited, and examples thereof include butadiene rubber, acrylic rubber, silicone rubber, butyl rubber, nitrile rubber, styrene rubber, synthetic natural rubber, ethylene propylene rubber and the like.
  • the shell component examples include polymers polymerized from one or more monomers selected from the group consisting of acrylic acid esters, methacrylic acid esters and aromatic vinyl compounds.
  • the shell component is preferably graft-polymerized to the core component and chemically bonded to the polymer constituting the core component.
  • a crosslinked rubbery polymer composed of a polymer of styrene and butadiene is used as the core component
  • a polymer of methyl methacrylate, which is a methacrylic acid ester, and styrene, which is an aromatic vinyl compound is used as the shell component. is preferably used.
  • C2 Commercially available products of the core-shell type rubber particles (C2) include, for example, “Paraloid (registered trademark)” EXL-2655 (manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) composed of butadiene/alkyl methacrylate/styrene copolymer, acrylic ester ⁇ “Staphyloid (registered trademark)” AC-3355 and TR-2122 (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.) composed of methacrylic acid ester copolymers, “PARALOID (registered trademark)” composed of butyl acrylate/methyl methacrylate copolymer )” EXL-2611, EXL-3387 (manufactured by Rohm & Haas), “Kane Ace (registered trademark)” MX series (manufactured by Kaneka Corporation), and the like.
  • Paraloid (registered trademark)” EXL-2655 manufactured by Kureha Chemical
  • the core-shell type rubber particles (C2) have a volume average particle diameter of low viscosity, good impregnation into fibers, and a curable composition capable of forming a cured product having excellent heat resistance and toughness. It is preferably in the range of 50 to 1,000 nm, more preferably 50 to 500 nm, because it is possible to obtain a good product.
  • the curable composition of the present invention preferably contains 1 to 10 parts by mass of the core-shell type rubber particles (C2) with respect to 100 parts by mass of the total amount of the curable composition (excluding the organic solvent). It is more preferably 9 parts by mass, and even more preferably 3 to 8 parts by mass. By using it within the above range, a curable composition having a low viscosity and good impregnation into reinforcing fibers can be obtained, and a cured product having excellent heat resistance and toughness can be formed. A sexual composition is obtained and is useful.
  • the content of the thermoplastic resin (C) has long fluidity and excellent rapid curability, and a curable composition having excellent toughness in the cured product is obtained, so the epoxy resin (A), It is preferably in the range of 0.5 to 10% by mass, more preferably in the range of 2.0 to 8.0% by mass, based on the total mass of the amine compound (B) and the thermoplastic resin (C).
  • the curable composition of the present invention has a long fluidity and excellent fast curing property, and a curable composition having excellent heat resistance and toughness in the cured product is obtained, so the initial viscosity at 80 ° C. is 200 mPa. * It is preferable that it is less than s.
  • a curable composition having long fluidity and excellent fast curing property, and excellent heat resistance and toughness in the cured product can be obtained.
  • ° C.) is preferably 180 seconds or longer, and the time (b) from 200 mPa s to 5,000 mPa s (80 ° C.) is 180 seconds or less. is preferred.
  • the time (a) and the time (b) However, those satisfying the following formula (1) are particularly preferable.
  • the curable composition of the present invention can contain flame retardants/flame retardant aids, fillers, additives, organic solvents, etc. within limits that do not impair the effects of the present invention.
  • the order of blending in producing the curable composition is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be achieved. That is, all components may be mixed in advance and used, or may be mixed in order as appropriate. Among them, it is preferable to use them by mixing them in an appropriate order, since a curable composition having long fluidity and excellent rapid curability and excellent heat resistance and toughness in the cured product can be obtained.
  • a blending method of premixing the epoxy resin (A) and the thermoplastic resin (C) and then adding the amine compound (B) is preferred.
  • the viscosity of the mixture of the epoxy resin (A) and the thermoplastic resin (C) at 25° C. has excellent rapid curability, and the cured composition has excellent heat resistance and toughness. is obtained, the range of 1,000 to 50,000 mPa ⁇ s is preferable, and the range of 2,000 to 40,000 mPa ⁇ s is more preferable.
  • kneading can be performed using a kneader such as an extruder, a heating roll, a kneader, a roller mixer, or a Banbury mixer.
  • a kneader such as an extruder, a heating roll, a kneader, a roller mixer, or a Banbury mixer.
  • Various members that can be contained in the curable composition of the present invention are described below.
  • the curable composition of the present invention may contain a non-halogen flame retardant that does not substantially contain halogen atoms in order to exhibit flame retardancy.
  • non-halogen flame retardants examples include phosphorus flame retardants, nitrogen flame retardants, silicone flame retardants, inorganic flame retardants, organic metal salt flame retardants, and the like.
  • a single flame retardant may be used, or a plurality of flame retardants of the same type may be used, or flame retardants of different types may be used in combination.
  • inorganic and organic flame retardants can be used as the phosphorus-based flame retardant.
  • inorganic compounds include red phosphorus, monoammonium phosphate, diammonium phosphate, triammonium phosphate, ammonium phosphates such as ammonium polyphosphate, and inorganic nitrogen-containing phosphorus compounds such as phosphoramide. .
  • the red phosphorus is preferably surface-treated for the purpose of preventing hydrolysis, etc.
  • surface treatment methods include (i) magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, zinc hydroxide, water (ii) inorganic compounds such as magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, zinc hydroxide, titanium hydroxide, and the like, and A method of coating with a mixture of a thermosetting resin such as a phenolic resin, (iii) a coating of an inorganic compound such as magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, zinc hydroxide, titanium hydroxide, etc. is coated with a thermosetting resin such as a phenolic resin. A method of double-coating with a resin and the like can be mentioned.
  • hydrotalcite magnesium hydroxide, boric compounds, zirconium oxide, black dye, calcium carbonate, zeolite, zinc molybdate, activated carbon, etc.
  • hydrotalcite magnesium hydroxide
  • boric compounds zirconium oxide
  • black dye calcium carbonate
  • zeolite zeolite
  • zinc molybdate activated carbon
  • nitrogen-based flame retardant examples include triazine compounds, cyanuric acid compounds, isocyanuric acid compounds, phenothiazine, etc. Triazine compounds, cyanuric acid compounds, and isocyanuric acid compounds are preferred.
  • triazine compound examples include melamine, acetoguanamine, benzoguanamine, melon, melam, succinoguanamine, ethylenedimelamine, melamine polyphosphate, triguanamine, and guanylmelamine sulfate, melem sulfate, and melam sulfate.
  • examples thereof include aminotriazine sulfate compounds, the above aminotriazine-modified phenol resins, and products obtained by further modifying the aminotriazine-modified phenol resins with tung oil, isomerized linseed oil, and the like.
  • cyanuric acid compound examples include cyanuric acid and melamine cyanurate.
  • the amount of the nitrogen-based flame retardant is appropriately selected depending on the type of nitrogen-based flame retardant, other components of the curable composition, and the desired degree of flame retardancy. 0.05 parts by mass to 10 parts by mass, and particularly preferably 0.1 parts by mass to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the total resin components.
  • a metal hydroxide, a molybdenum compound, or the like may be used in combination.
  • any organic compound containing a silicon atom can be used as the silicone-based flame retardant without particular limitation, and examples thereof include silicone oil, silicone rubber, and silicone resin.
  • the amount of the silicone flame retardant to be blended is appropriately selected depending on the type of silicone flame retardant, other components of the curable composition, and the desired degree of flame retardancy. 0.05 parts by mass to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total resin components. Moreover, when using the said silicone type flame retardant, you may use a molybdenum compound, an alumina, etc. together.
  • inorganic flame retardants examples include metal hydroxides, metal oxides, metal carbonate compounds, metal powders, boron compounds, and low-melting glass.
  • metal hydroxide examples include aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, dolomite, hydrotalcite, calcium hydroxide, barium hydroxide, and zirconium hydroxide.
  • metal oxides include zinc molybdate, molybdenum trioxide, zinc stannate, tin oxide, aluminum oxide, iron oxide, titanium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, zinc oxide, molybdenum oxide, and cobalt oxide. , bismuth oxide, chromium oxide, nickel oxide, copper oxide, tungsten oxide, and the like.
  • metal carbonate compounds include zinc carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, basic magnesium carbonate, aluminum carbonate, iron carbonate, cobalt carbonate, and titanium carbonate.
  • the metal powder examples include aluminum, iron, titanium, manganese, zinc, molybdenum, cobalt, bismuth, chromium, nickel, copper, tungsten, and tin.
  • boron compound examples include zinc borate, zinc metaborate, barium metaborate, boric acid, and borax.
  • low-melting glass examples include Seapley (Bokusui Brown Co.), hydrated glass SiO 2 —MgO—H 2 O, PbO—B 2 O 3 system, ZnO—P 2 O 5 —MgO system, P2O5 - B2O3 - PbO -MgO system, P-Sn-OF system, PbO- V2O5 - TeO2 system, Al2O3 - H2O system, lead borosilicate system, etc. can be mentioned.
  • the amount of the inorganic flame retardant compounded is appropriately selected depending on the type of the inorganic flame retardant, other components of the curable composition, and the desired degree of flame retardancy. 0.05 parts by mass to 20 parts by mass, and particularly preferably 0.5 parts by mass to 15 parts by mass, per 100 parts by mass of the total resin components.
  • organometallic salt-based flame retardants examples include ferrocene, acetylacetonate metal complexes, organometallic carbonyl compounds, organic cobalt salt compounds, organic sulfonate metal salts, metal atoms and aromatic compounds or heterocyclic compounds in ionic bonds or Coordinate bonded compounds and the like can be mentioned.
  • the amount of the organometallic salt-based flame retardant to be blended is appropriately selected depending on the type of the organometallic salt-based flame retardant, other components of the curable composition, and the desired degree of flame retardancy. It is preferable to mix 0.005 parts by mass to 10 parts by mass with respect to the total 100 parts by mass of the resin components of the curable composition.
  • the curable composition of the present invention may contain a filler.
  • the curable composition of the present invention contains a filler, the resulting cured product can exhibit excellent mechanical properties.
  • fillers include titanium oxide, glass beads, glass flakes, glass fibers, calcium carbonate, barium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate, potassium titanate, aluminum borate, magnesium borate, fused silica, crystalline silica, alumina, nitride
  • fibrous reinforcing agents such as silicon, aluminum hydroxide, kenaf fiber, carbon fiber, alumina fiber, quartz fiber, and non-fibrous reinforcing agents. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. Moreover, these may be coated with an organic substance, an inorganic substance, or the like.
  • glass fiber when used as a filler, it can be selected from long fiber type rovings, short fiber type chopped strands, milled fibers, and the like. It is preferable to use a glass fiber surface-treated for the resin to be used.
  • the strength of the incombustible layer (or carbonized layer) generated during combustion can be further improved.
  • the incombustible layer (or carbonized layer) once formed during combustion is less likely to be damaged, and a stable heat insulating ability can be exhibited, resulting in a greater flame retardant effect.
  • a high stiffness can be imparted to the material.
  • the curable composition of the present invention may contain additives.
  • additives include, for example, plasticizers, antioxidants, ultraviolet absorbers, stabilizers such as light stabilizers, antistatic agents, conductivity-imparting agents, stress relaxation agents, release agents, crystallization accelerators, and hydrolysis inhibitors.
  • agents lubricants, impact agents, slidability improvers, compatibilizers, nucleating agents, reinforcing agents, reinforcing agents, flow control agents, dyes, sensitizers, coloring pigments, rubbery polymers, thickeners , an anti-settling agent, an anti-sagging agent, an anti-foaming agent, a coupling agent, an anti-rust agent, an anti-bacterial/anti-mold agent, an anti-fouling agent, a conductive polymer and the like can be added.
  • the curable composition of the present invention may contain an organic solvent, for example, when a fiber-reinforced resin molded article is produced by a filament winding method.
  • organic solvents include methyl ethyl ketone acetone, dimethylformamide, methyl isobutyl ketone, methoxypropanol, cyclohexanone, methyl cellosolve, ethyl diglycol acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, and the like. can be appropriately selected depending on the application.
  • the curable composition of the present invention has a very high curing speed, and can be used in various applications such as paints, electrical and electronic materials, adhesives, and molded products, taking advantage of the excellent heat resistance and mechanical strength of the cured product. can be done.
  • the curable composition of the present invention can be suitably used for fiber-reinforced composite materials, fiber-reinforced resin moldings, and the like, in addition to applications where the composition itself is cured. These are described below.
  • the method of obtaining a cured product from the curable composition of the present invention may conform to a general curing method for epoxy resin compositions. It may be selected as appropriate depending on the type, application, and the like. For example, a method of heating the curable composition at a temperature in the range of room temperature to about 250°C can be used. A general method for a curable composition can be used as a molding method, and conditions specific to the curable composition of the present invention are unnecessary.
  • the fiber-reinforced composite material of the present invention is a material in a state before curing after impregnating reinforcing fibers with a curable composition.
  • the reinforcing fibers may be twisted yarns, untwisted yarns, or untwisted yarns, but untwisted yarns and untwisted yarns are preferable because they have excellent moldability in the fiber-reinforced composite material.
  • the form of the reinforcing fibers those in which the fiber direction is aligned in one direction or a woven fabric can be used.
  • the woven fabric can be freely selected from plain weave, satin weave, etc., depending on the site and application.
  • carbon fiber glass fiber, aramid fiber, boron fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, etc., which are excellent in mechanical strength and durability, can be used, and two or more of these can be used in combination.
  • carbon fiber is particularly preferable because the strength of the molded article is excellent, and various types of carbon fiber such as polyacrylonitrile, pitch, and rayon can be used.
  • the method for obtaining a fiber-reinforced composite material from the curable composition of the present invention is not particularly limited.
  • a method of immersing unidirectional reinforcing fibers in which the reinforcing fibers are aligned in one direction in the varnish (before curing by the pultrusion method or filament winding method), or overlapping the reinforcing fiber fabrics and setting them in a concave shape Then, after sealing with a convex mold, a method of injecting resin and impregnating under pressure (state before curing by RTM method) can be used.
  • the curable composition does not necessarily impregnate the inside of the fiber bundle, and even if the curable composition is localized near the surface of the fiber. good.
  • the volume content of the reinforcing fibers with respect to the total volume of the fiber-reinforced composite material is preferably 40% to 85%, and in terms of strength, it is in the range of 50% to 70%. is more preferred. If the volume content is less than 40%, the content of the curable composition is too large, resulting in insufficient flame retardancy of the resulting cured product, or is required for fiber-reinforced composite materials with excellent specific elastic modulus and specific strength. In some cases, it may not be possible to satisfy various characteristics. Moreover, when the volume content exceeds 85%, the adhesiveness between the reinforcing fibers and the resin composition may deteriorate.
  • the fiber-reinforced resin molded article of the present invention is a molded article having reinforcing fibers and a cured product of a curable composition, and is obtained by thermosetting a fiber-reinforced composite material.
  • the volume content of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced molded product is preferably in the range of 40% to 85%, and from the viewpoint of strength, it is 50% to 70%. A range is particularly preferred.
  • fiber-reinforced resin molded products examples include automobile parts such as front subframes, rear subframes, front pillars, center pillars, side members, cross members, side sills, roof rails and propeller shafts, core members for electric cables, Examples include pipe materials for submarine oil fields, roll and pipe materials for printers, robot fork materials, primary structural materials for aircraft, secondary structural materials, and the like.
  • the method for obtaining a fiber-reinforced molded article from the curable composition of the present invention is not particularly limited, it is preferable to use a pultrusion method (pultrusion method), a filament winding method, an RTM method, or the like.
  • the pultrusion method is a method of molding a fiber-reinforced resin molded product by introducing a fiber-reinforced composite material into a mold, heating and curing it, and then pulling it out with a drawing device.
  • a fiber-reinforced composite material including unidirectional fibers
  • the fiber-reinforced composite material is preferably molded by thermosetting at a temperature range of 50° C. to 250° C., and more preferably molded at a temperature range of 70° C. to 220° C. . This is because if the molding temperature is too low, sufficient rapid curing may not be obtained, and if it is too high, warping due to thermal strain may easily occur.
  • the fiber-reinforced composite material is precured at 50° C. to 100° C. to obtain a tack-free cured product, and then further treated at a temperature condition of 120° C. to 200° C., in two steps. A method of curing, etc. can be mentioned.
  • Other methods for obtaining a fiber-reinforced molded article from the curable composition of the present invention include a hand lay-up method and a spray-up method in which a fiber aggregate is laid in a mold and the varnish and fiber aggregate are laminated in multiple layers; Using either a male or female mold, the base material made of reinforcing fibers is impregnated with varnish and stacked and molded, covered with a flexible mold that can apply pressure to the molded product, and the product is airtightly sealed in a vacuum. (Reduced pressure)
  • the vacuum bag method for molding, the SMC press method for compressing and molding a sheet of varnish containing reinforcing fibers in advance with a mold, and the like can be used.
  • Example 1 Preparation of curable composition (1)
  • Using an evaporator set at 100 ° C. 85 parts by mass of bisphenol A type epoxy resin (manufactured by DIC Corporation "EPICLON 840S”) and 40% polybutadiene rubber particles dispersed bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Kaneka Corporation "Kaneace 15 parts by mass of MX-154”) was added and stirred for 30 minutes to obtain a mixture.
  • 19 parts by mass of 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane was added and stirred for 1 minute with a spatula to obtain a curable composition (1).
  • Example 5 Preparation of curable composition (5)
  • a mixture was obtained by throwing in 6 parts by mass of "NANOSTRENGTH D51N” manufactured by the company and stirring for 120 minutes.
  • 19.9 parts by mass of 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane was added and stirred for 1 minute with a spatula to obtain a curable composition (5).
  • Example 6 Preparation of curable composition (6)
  • a bisphenol A type epoxy resin (“EPICLON 840S” manufactured by DIC Corporation) and a polymethyl methacrylate block-polybutyl acrylate block diblock acrylic resin ( 3 parts by mass of "NANOSTRENGTH D51N” manufactured by Arkema Co., Ltd.) is added and stirred for 120 minutes, then the temperature is lowered to 100 ° C., and polybutadiene rubber particles are dispersed 40% bisphenol A type epoxy resin ("Kaneace MX-154" manufactured by Kaneka Corporation). A mixture was obtained by throwing in 7.5 parts by mass and stirring for 30 minutes. Next, after cooling the mixture to room temperature, 20 parts by mass of 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane was added and stirred for 1 minute with a spatula to obtain a curable composition (6).
  • EPICLON 840S manufactured by DIC Corporation
  • Curable compositions (R2) to (R4) were obtained in the same manner as in Comparative Example 1 at the blending ratios shown in Table 3.
  • ⁇ Rheometer measurement> Using a rheometer ("MCR302" manufactured by Anton Paar), 0.6 ml of the curable composition was placed immediately after blending each component in the proportions shown in Tables 1 to 3, and the viscosity over time was measured.
  • the measurement conditions were a temperature of 80° C., a shear rate of 10 (1/s), an atmospheric gas of Air, a cone of 20 mm, a Dispo parallel plate, and a gap of 2 mm.
  • compositions and evaluation results of the curable compositions (1) to (14) prepared in Examples 1 to 14 and the curable compositions (R1) to (R4) prepared in Comparative Examples 1 to 4 are shown in Tables 1 to 3. shown in
  • Examples 1 to 14 shown in Tables 1 and 2 are examples of the curable composition of the present invention. It was confirmed that these curable compositions have long fluidity and excellent rapid curability, and have heat resistance and toughness in cured products.
  • Comparative Example 3 is an example that does not use an alicyclic amine compound. This curable composition was not cured and could not be evaluated.
  • Comparative Example 4 is an example in which no thermoplastic resin is used. This curable composition was confirmed to have insufficient toughness in a cured product.

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Abstract

長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物、前記硬化性組成物からなる硬化物、繊維強化複合材料及び繊維強化樹脂成形品を提供する。エポキシ樹脂(A)と、アミン化合物(B)と、熱可塑性樹脂(C)とを含有する硬化性組成物であって、前記エポキシ樹脂(A)中のエポキシ基のモル数Eと前記アミン化合物(B)中の活性水素のモル数Hとの比[H/E]が、1~1.2の範囲であり、前記アミン化合物(B)が、脂環式アミン化合物を含むものであることを特徴とする硬化性組成物を用いる。

Description

硬化性組成物、硬化物、繊維強化複合材料、及び繊維強化樹脂成形品
 本発明は、速硬化性であり、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物、前記硬化性組成物からなる硬化物、繊維強化複合材料及び繊維強化樹脂成形品に関する。
 炭素繊維やアラミド繊維などを強化繊維として用いた繊維強化複合材料は、高い比強度および比弾性率を活かし、自動車や風車などの一般産業用途、航空宇宙産業用途、スポーツ用途に広く利用されており、近年では、金属の軽量化として繊維強化複合材料の開発が盛んに行われている。
 この繊維強化複合材料用のマトリクス樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が主に使用されている。その中でも、エポキシ樹脂を含む硬化性組成物から得られる硬化物には、優れた耐熱性、高強度、高弾性率、密着性、耐薬品性を有し、成形性も良好である点から、繊維強化複合材料用の樹脂として、様々な用途において実用化が進んでいる。
 一方、繊維強化複合材料用エポキシ樹脂には、他の樹脂系に比較して、硬化物がかた脆くなりやすいという短所がある。繊維強化複合材料用の樹脂として、より広い用途に展開するためには、このかた脆さを改善し、強靭性に優れる硬化物を与えうる樹脂組成物の開発が求められている。
 前記課題の解決手段の一つとして、エポキシ樹脂とゴム成分を含む化合物とをあらかじめ反応させてなる変性エポキシ樹脂を用いる方法や、組成物に靭性付与成分を添加する手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)が、靭性付与成分の添加により、配合物(組成物)の粘度が上がることになり、その結果として、強化繊維への含浸性が悪くなるといった問題があった。
 そこで、長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における耐熱性及び靭性により一層優れた材料が求められていた。
特開2010-59300号公報
 本発明が解決しようとする課題は、長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物、前記硬化性組成物からなる硬化物、繊維強化複合材料及び繊維強化樹脂成形品を提供することである。
 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、エポキシ樹脂と、特定のアミン化合物と、熱可塑性樹脂とを含有する硬化性組成物であって、前記エポキシ樹脂中のエポキシ基のモル数Eと前記アミン化合物中の活性水素のモル数Hとの比[H/E]が、1~1.2の範囲である硬化性組成物を用いることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
 すなわち、本発明は、エポキシ樹脂(A)と、アミン化合物(B)と、熱可塑性樹脂(C)とを含有する硬化性組成物であって、前記エポキシ樹脂(A)中のエポキシ基のモル数Eと前記アミン化合物(B)中の活性水素のモル数Hとの比[H/E]が、1~1.2の範囲であり、前記アミン化合物(B)が、脂環式アミン化合物を含むものであることを特徴とする硬化性組成物、前記硬化性組成物からなる硬化物、繊維強化複合材料及び繊維強化樹脂成形品に関するものである。
 本発明の硬化性組成物は、長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有することから、繊維強化複合材料及び繊維強化樹脂成形品に好適に用いることができる。なお、本発明における「長い流動性」とは、硬化反応における硬化性組成物の粘度が、200mPa・s(80℃)未満の初期粘度から200mPa・s(80℃)に到達するまでの時間が十分に確保できることを云い、「優れた速硬化性」とは、硬化性組成物の粘度が200mPa・sから5,000mPa・s(80℃)に到達するまでの時間が短いことを云う。
 本発明の硬化性組成物は、エポキシ樹脂(A)と、アミン化合物(B)と、熱可塑性樹脂(C)とを含有するものであることを特徴とする。
 前記エポキシ樹脂(A)としては、例えば、脂肪族エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェニレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-フェノール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-クレゾール共縮ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、キサンテン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂、トリヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂、オキサゾリドン型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビス(ヒドロキシナフタレン)型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂(A)は、単独で用いることも2種以上を併用することもできる。また、これらの中でも、長い流動性を有し、硬化物における優れた耐熱性を有する硬化性組成物が得られることから、前記脂肪族エポキシ樹脂、前記ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂がより好ましい。前記エポキシ樹脂(A)として複数種を併用する場合、エポキシ樹脂(A)の総質量に対するビスフェノール型エポキシ樹脂の割合が50質量%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、80%以上であることが特に好ましい。
 前記脂肪族エポキシ樹脂としては、例えば、各種の脂肪族ポリオール化合物のグリシジルエーテル化物が挙げられる。前記脂肪族ポリオール化合物は、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、2-メチルプロパンジオール、1,2,2-トリメチル-1,3-プロパンジオール、2,2-ジメチル-3-イソプロピル-1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、3-メチル1,5-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、1,4-ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘサン、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール等の脂肪族ジオール化合物;トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール等の3官能以上の脂肪族ポリオール化合物等が挙げられる。
 前記ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAP型エポキシ樹脂、ビスフェノールB型エポキシ樹脂、ビスフェノールBP型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、及びこれらに水素添加した水添ビスフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。
 前記ビフェニル型エポキシ樹脂としては、例えば、4,4’-ジヒドロキシビフェニル型エポキシ樹脂、2,2’-ジヒドロキシビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチル-4,4’-ジヒドロキシビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチル-2,2’-ジヒドロキシビフェニル型エポキシ樹脂、及びこれらに水素添加した水添ビフェニル型エポキシ樹脂等が挙げられる。
 前記トリフェニルメタン型エポキシ樹脂としては、例えば、下記構造式(1)で表される構造部位を繰り返し構造単位として有するもの等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
[式中R、Rは、それぞれ独立して、水素原子又は構造式(1)で表される構造部位と*印が付されたメチン基を介して連結する結合点の何れかである。nは1以上の整数である。]
 前記フェノールアラルキル型又は前記ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂としては、例えば、グリシジルオキシベンゼン又はグリシジルオキシナフタレン構造が、下記構造式(2-1)~(2-3)の何れかで表される構造部位にて結節された分子構造を有するもの等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中Xは炭素原子数2~6のアルキレン基、エーテル結合、カルボニル基、カルボニルオキシ基、スルフィド基、スルホン基の何れかである。]
 前記グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、N,N-ジグリシジルアニリン、4,4’-メチレンビス[N,N-ジグリシジルアニリン]、トリグリシジルアミノフェノール、N,N,N’,N’-テトラグリシジルキシリレンジアミン等が挙げられる。
 前記ビス(ヒドロキシナフタレン)型エポキシ樹脂としては、例えば、下記構造式(3-1)~(3-3)の何れかで表される等が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 前記エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量は、長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性を有する硬化性組成物が得られることから、155~195g/当量の範囲の範囲が好ましく、160~190g/当量の範囲がより好ましい。
 前記アミン化合物(B)は、前記エポキシ樹脂(A)の硬化剤或いは硬化促進剤として用いるものであり、脂環式アミン化合物を必須として用いる。
 前記脂環式アミン化合物としては、例えば、シクロヘキシルアミン、ジメチルアミノシクロヘキサン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルネンジアミン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、メチレンビス(メチルシクロヘキサンアミン)等が挙げられる。これらの脂環式アミン化合物は、単独で用いることも2種以上を併用することもできる。また、これらの中でも、優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、ビス(アミノメチル)シクロヘキサンが好ましく、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンがより好ましい。
 また、前記アミン化合物(B)は、必要に応じて、前記脂環式アミン化合物以外のアミン化合物(以下、「その他のアミン化合物」と略記する。)を併用することもできる。なお、前記脂環式アミン化合物の含有量は、優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、前記アミン化合物(B)中に50%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80質量%以上が特に好ましい。
 前記その他のアミン化合物(B)としては、例えば、エチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、プロピレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルプロピレンジアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、ジエチレントリアミン、N,N,N’,N’’,N’’-ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、3,3’-ジアミノジプロピルアミン、ブタンジアミン、ペンタンジアミン、ヘキサンジアミン、トリメチルヘキサンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルヘキサンジアミン、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、ジメチルアミノエトキシエトキシエタノール、トリエタノールアミン、ジメチルアミノヘキサノール、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキシスピロ(5,5)ウンデカンアダクト等の脂肪族アミン化合物;
 ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン等、分子構造中にポリオキシアルキレン構造を有するアミン化合物;
 ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、N-アミノエチルピペラジン、N,N’-ジメチルピペラジン、モルホリン、メチルモルホリン、エチルモルホリン、キヌクリジン(1-アザビシクロ[2.2.2]オクタン)、トリエチレンジアミン(1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン)、ピロール、ピラゾール、ピリジン、ヘキサヒドロ-1,3,5-トリス(3-ジメチルアミノプロピル)-1,3,5-トリアジン、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-7-ウンデセン等の複素環式アミン化合物;
 フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、N-メチルベンジルアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、ジエチルトルエンジアミン、キシリレンジアミン、α-メチルベンジルメチルアミン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の芳香環含有アミン化合物;
 イミダゾール、1-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、3-メチルイミダゾール、4-メチルイミダゾール、5-メチルイミダゾール、1-エチルイミダゾール、2-エチルイミダゾール、3-エチルイミダゾール、4-エチルイミダゾール、5-エチルイミダゾール、1-n-プロピルイミダゾール、2-n-プロピルイミダゾール、1-イソプロピルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、1-n-ブチルイミダゾール、2-n-ブチルイミダゾール、1-イソブチルイミダゾール、2-イソブチルイミダゾール、2-ウンデシル-1H-イミダゾール、2-ヘプタデシル-1H-イミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、1,3-ジメチルイミダゾール、2,4-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-フェニルイミダゾール、2-フェニル-1H-イミダゾール、4-メチル-2-フェニル-1H-イミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニル-4,5-ジ(2-シアノエトキシ)メチルイミダゾール、1-ドデシル-2-メチル-3-ベンジルイミダゾリウムクロライド、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール塩酸塩等のイミダゾール化合物;
 2-メチルイミダゾリン、2-フェニルイミダゾリン等のイミダゾリン化合物などが挙げられる。
 これらのその他のアミン化合物は、単独で用いることも2種以上を併用することもできる。
 前記アミン硬化剤(B)の使用量は、前記エポキシ樹脂(A)中のエポキシ基のモル数Eと前記アミン化合物(B)中の活性水素のモル数Hとの比[H/E]が、1~1.2の範囲となるように用いるものであり、長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、1.05~1.15の範囲となるように用いることが好ましい。
 前記熱可塑性樹脂(C)としては、例えば、アクリル樹脂(C1)、コアシェル型ゴム粒子(C2)等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂(C)は、単独で用いることも2種以上を併用することもできる。
 前記アクリル樹脂(C1)としては、その構成モノマーや重合方式等は所望の性能によって適宜選択されるが、前記構成モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル等の脂環構造を有する(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸ベンジル等の芳香環を有する(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸2-トリフルオロエチル等の(メタ)アクリル酸(フルオロ)アルキルエステル;(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、無水マレイン酸等の酸基含有モノマー;(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル等の水酸基含有モノマー;(メタ)アクリル酸グリシジル、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタクリレート等のエポキシ基含有モノマー;スチレン等の芳香族ビニル化合物;ブタジエン、イソプレン等のジエン化合物などが挙げられる。これらの中でも、優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを主成分とするアクリル樹脂が好ましい。
 また、前記アクリル樹脂(C1)は、異なるモノマー構成のブロック重合体が複数共重合したブロック共重合体であることが好ましい。前記ブロック共重合体としては、例えば、A-B型のジブロック型、A-B-A型或いはA-B-C型のトリブロック型等が挙げられる。これらの中でも、優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、(メタ)アクリル酸メチルを主成分とするブロックと、(メタ)アクリル酸ブチルを主成分とするブロックの両方を有することが好ましい。より具体的には、ポリメチルメタクリレートブロック-ポリブチルアクリレートブロック-ポリメチルメタクリレートブロックからなるトリブロック型アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレートブロック-ポリブチルアクリレートブロックからなるジブロック型アクリル樹脂が好ましく、ジブロック型アクリル樹脂が特に好ましい。前記アクリル樹脂(C1)の重量平均分子量(Mw)は、1,000~500,000の範囲であることが好ましい。なお、本発明において、重量平均分子量(Mw)は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法により測定した値を示す。
 前記コアシェル型ゴム粒子(C2)とは、具体的には、コアシェル型ゴム粒子を指し、架橋されたゴム状ポリマーを主成分とする粒子状コア成分の表面に、前記コア成分とは異なるポリマーをグラフト重合することで粒子状コア成分表面の一部または全部をシェル成分で被覆したゴム粒子をいう。
 前記コア成分としては、例えば、架橋ゴム粒子が挙げられる。前記架橋ゴム粒子としては、ゴムの種類は制限されず、例えば、ブタジエンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンゴム、合成天然ゴム、エチレンプロピレンゴム等が挙げられる。
 前記シェル成分としては、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル及び芳香族ビニル化合物からなる群より選ばれ1種または複数種のモノマーから重合された重合体等が挙げられる。なお、前記シェル成分は、前記コア成分にグラフト重合されており、前記コア成分を構成するポリマーと化学結合していることが好ましい。なお、前記コア成分として、スチレンとブタジエンの重合体から構成される架橋ゴム状ポリマーを使用する場合、シェル成分としては、メタクリル酸エステルであるメタクリル酸メチルと芳香族ビニル化合物であるスチレンの重合体を用いることが好ましい。
 前記コアシェル型ゴム粒子(C2)の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド(登録商標)”EXL-2655(呉羽化学工業株式会社製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなる“スタフィロイド(登録商標)”AC-3355、TR-2122(武田薬品工業株式会社製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“PARALOID(登録商標)”EXL-2611、EXL-3387(Rohm&Haas社製)、“カネエース(登録商標)”MXシリーズ(株式会社カネカ製)等が挙げられる。
 また、前記コアシェル型ゴム粒子(C2)の体積平均粒子径は、低粘度で繊維への良好な含浸性を有しており、優れた耐熱性及び靭性を有する硬化物を形成可能な硬化性組成物が得られることから、50~1,000nmの範囲が好ましく、50~500nmであることがより好ましい。
 本発明の硬化性組成物は、前記硬化組成物(有機溶剤を除く)の全量100質量部に対して、前記コアシェル型ゴム粒子(C2)を1~10質量部含有することが好ましく、2~9質量部であることがより好ましく、3~8質量部が更に好ましい。前記範囲内で使用することで、低粘度で、強化繊維への良好な含浸性を有した硬化性組成物が得られ、優れた耐熱性及び靭性を有する硬化物を形成することが可能な硬化性組成物が得られ、有用である。
 前記熱可塑樹脂(C)の含有量は、長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた靭性を有する硬化性組成物が得られることから、前記エポキシ樹脂(A)、前記アミン化合物(B)及び前記熱可塑性樹脂(C)の合計質量中に0.5~10質量%の範囲であることが好ましく、2.0~8.0質量%の範囲がより好ましい。
 本発明の硬化性組成物は、長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、80℃における初期粘度が200mPa・s未満であることが好ましい。また、同様に長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、硬化反応における前記初期粘度から200mPa・s(80℃)に到達するまでの時間(a)が180秒以上であることが好ましく、200mPa・sから5,000mPa・s(80℃)に到達するまでの時間(b)が180秒以下であることが好ましい。さらに、より一層長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、前記時間(a)及び前記時間(b)とが、下記式(1)を満たすものが特に好ましい。
[(b)/(a)]<1          (1)
 本発明の硬化性組成物は、難燃剤/難燃助剤、充填材、添加剤、有機溶剤等を本発明の効果を損なわない範囲で含有することができる。硬化性組成物を製造する際の配合順序は、本発明の効果が達成できる方法であれば特に限定されない。すなわち、すべての成分を予め混合して用いてもよいし、適宜順番に混合して用いてもよい。中でも、長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、適宜順番に混合して用いることが好ましく、例えば、前記エポキシ樹脂(A)と前記熱可塑性樹脂(C)とを予め混合し、次いで、前記アミン化合物(B)を添加する配合方法が好ましい。また、前記エポキシ樹脂(A)、及び前記熱可塑性樹脂(C)の混合物の25℃における粘度は、優れた速硬化性を有し、硬化物における優れた耐熱性及び靭性を有する硬化性組成物が得られることから、1,000~50,000mPa・sの範囲が好ましく、2,000~40,000mPa・sの範囲がより好ましい。
 前記配合方法としては、例えば、押出機、加熱ロール、ニーダー、ローラミキサー、バンバリーミキサー等の混練機を用いて混練製造することができる。以下で、本発明の硬化性組成物に含有可能な各種部材について説明する。
 ・難燃剤/難燃助剤
 本発明の硬化性組成物は、難燃性を発揮させるために、実質的にハロゲン原子を含有しない非ハロゲン系難燃剤を含有していてもよい。
 前記非ハロゲン系難燃剤としては、例えば、リン系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコーン系難燃剤、無機系難燃剤、有機金属塩系難燃剤等が挙げられ、それらの使用に際しても何等制限されるものではなく、単独で使用しても、同一系の難燃剤を複数用いても良く、また、異なる系の難燃剤を組み合わせて用いることも可能である。
 前記リン系難燃剤としては、無機系、有機系のいずれも使用することができる。無機系化合物としては、例えば、赤リン、リン酸一アンモニウム、リン酸二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム等のリン酸アンモニウム類、リン酸アミド等の無機系含窒素リン化合物が挙げられる。
 また、前記赤リンは、加水分解等の防止を目的として表面処理が施されていることが好ましく、表面処理方法としては、例えば、(i)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン、酸化ビスマス、水酸化ビスマス、硝酸ビスマス又はこれらの混合物等の無機化合物で被覆処理する方法、(ii)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン等の無機化合物、及びフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の混合物で被覆処理する方法、(iii)水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化チタン等の無機化合物の被膜の上にフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂で二重に被覆処理する方法等が挙げられる。
 前記有機リン系化合物としては、例えば、リン酸エステル化合物、ホスホン酸化合物、ホスフィン酸化合物、ホスフィンオキシド化合物、ホスホラン化合物、有機系含窒素リン化合物等の汎用有機リン系化合物の他、9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン=10-オキシド、10-(2,5―ジヒドロオキシフェニル)-10H-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン=10-オキシド、10-(2,7-ジヒドロオキシナフチル)-10H-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン=10-オキシド等の環状有機リン化合物が挙げられる。
 また前記リン系難燃剤を使用する場合、該リン系難燃剤にハイドロタルサイト、水酸化マグネシウム、ホウ化合物、酸化ジルコニウム、黒色染料、炭酸カルシウム、ゼオライト、モリブデン酸亜鉛、活性炭等を併用してもよい。
 前記窒素系難燃剤としては、例えば、トリアジン化合物、シアヌル酸化合物、イソシアヌル酸化合物、フェノチアジン等が挙げられ、トリアジン化合物、シアヌル酸化合物、イソシアヌル酸化合物が好ましい。
 前記トリアジン化合物としては、例えば、メラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、メロン、メラム、サクシノグアナミン、エチレンジメラミン、ポリリン酸メラミン、トリグアナミン等の他、例えば、硫酸グアニルメラミン、硫酸メレム、硫酸メラムなどの硫酸アミノトリアジン化合物、前記アミノトリアジン変性フェノール樹脂、及び該アミノトリアジン変性フェノール樹脂を更に桐油、異性化アマニ油等で変性したもの等が挙げられる。
 前記シアヌル酸化合物の具体例としては、例えば、シアヌル酸、シアヌル酸メラミン等を挙げることができる。
 前記窒素系難燃剤の配合量としては、窒素系難燃剤の種類、硬化性組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、硬化性組成物の樹脂成分の合計100質量部に対し、0.05質量部~10質量部の範囲で配合することが好ましく、特に0.1質量部~5質量部の範囲で配合することが好ましい。
 また前記窒素系難燃剤を使用する際、金属水酸化物、モリブデン化合物等を併用してもよい。
 前記シリコーン系難燃剤としては、ケイ素原子を含有する有機化合物であれば特に制限がなく使用でき、例えば、シリコーンオイル、シリコーンゴム、シリコーン樹脂等が挙げられる。
 前記シリコーン系難燃剤の配合量としては、シリコーン系難燃剤の種類、硬化性組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、硬化性組成物の樹脂成分の合計100質量部に対し、0.05質量部~20質量部の範囲で配合することが好ましい。また前記シリコーン系難燃剤を使用する際、モリブデン化合物、アルミナ等を併用してもよい。
 前記無機系難燃剤としては、例えば、金属水酸化物、金属酸化物、金属炭酸塩化合物、金属粉、ホウ素化合物、低融点ガラス等が挙げられる。
 前記金属水酸化物の具体例としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ドロマイト、ハイドロタルサイト、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ジルコニウム等を挙げることができる。
 前記金属酸化物の具体例としては、例えば、モリブデン酸亜鉛、三酸化モリブデン、スズ酸亜鉛、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化ビスマス、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化銅、酸化タングステン等を挙げることができる。
 前記金属炭酸塩化合物の具体例としては、例えば、炭酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム、炭酸鉄、炭酸コバルト、炭酸チタン等を挙げることができる。
 前記金属粉の具体例としては、例えば、アルミニウム、鉄、チタン、マンガン、亜鉛、モリブデン、コバルト、ビスマス、クロム、ニッケル、銅、タングステン、スズ等を挙げることができる。
 前記ホウ素化合物の具体例としては、例えば、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸、ホウ砂等を挙げることができる。
 前記低融点ガラスの具体例としては、例えば、シープリー(ボクスイ・ブラウン社)、水和ガラスSiO-MgO-HO、PbO-B系、ZnO-P-MgO系、P-B-PbO-MgO系、P-Sn-O-F系、PbO-V-TeO系、Al-HO系、ホウ珪酸鉛系等のガラス状化合物を挙げることができる。
 前記無機系難燃剤の配合量としては、無機系難燃剤の種類、硬化性組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、硬化性組成物の樹脂成分の合計100質量部に対し、0.05質量部~20質量部の範囲で配合することが好ましく、特に0.5質量部~15質量部の範囲で配合することが好ましい。
 前記有機金属塩系難燃剤としては、例えば、フェロセン、アセチルアセトナート金属錯体、有機金属カルボニル化合物、有機コバルト塩化合物、有機スルホン酸金属塩、金属原子と芳香族化合物又は複素環化合物がイオン結合又は配位結合した化合物等が挙げられる。
 前記有機金属塩系難燃剤の配合量としては、有機金属塩系難燃剤の種類、硬化性組成物の他の成分、所望の難燃性の程度によって適宜選択されるものであるが、例えば、硬化性組成物の樹脂成分の合計100質量部に対し、0.005質量部~10質量部の範囲で配合することが好ましい。
 ・充填材
 本発明の硬化性組成物は、充填材を含有していてもよい。本発明の硬化性組成物が充填材を含有すると、得られる硬化物において優れた機械特性を発現させることができるようになる。
 充填材としては、例えば、酸化チタン、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラス繊維、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、チタン酸カリウム、硼酸アルミニウム、硼酸マグネシウム、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、水酸化アルミや、ケナフ繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、石英繊維等の繊維状補強剤や、非繊維状補強剤等が挙げられる。これらは一種単独で用いても、二種以上を併用してもよい。また、これらは、有機物や無機物等で被覆されていてもよい。
 また、充填材としてガラス繊維を用いる場合、長繊維タイプのロービング、短繊維タイプのチョップドストランド、ミルドファイバー等から選択して用いることが出来る。ガラス繊維は使用する樹脂用に表面処理した物を用いるのが好ましい。充填材は配合されることによって、燃焼時に生成する不燃層(又は炭化層)の強度を一層向上させることができる。燃焼時に一度生成した不燃層(又は炭化層)が破損しにくくなり、安定した断熱能力を発揮できるようになり、より大きな難燃効果が得られる。さらに、材料に高い剛性も付与することができる。
 ・添加剤
 本発明の硬化性組成物は、添加剤を含有していてもよい。本発明の硬化性組成物が添加剤を含有すると、得られる硬化物において剛性や寸法安定性等、他の特性が向上する。添加剤としては、例えば可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の安定剤、帯電防止剤、導電性付与剤、応力緩和剤、離型剤、結晶化促進剤、加水分解抑制剤、潤滑剤、衝撃付与剤、摺動性改良剤、相溶化剤、核剤、強化剤、補強剤、流動調整剤、染料、増感材、着色用顔料、ゴム質重合体、増粘剤、沈降防止剤、タレ防止剤、消泡剤、カップリング剤、防錆剤、抗菌・防カビ剤、防汚剤、導電性高分子等を添加することも可能である。
 ・有機溶剤
 本発明の硬化性組成物は、フィラメントワインディング法にて繊維強化樹脂成形品を製造する場合などには、有機溶剤を含有していてもよい。ここで使用し得る有機溶剤としては、メチルエチルケトンアセトン、ジメチルホルムアミド、メチルイソブチルケトン、メトキシプロパノール、シクロヘキサノン、メチルセロソルブ、エチルジグリコールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられ、その選択や適正な使用量は用途によって適宜選択し得る。
 本発明の硬化性組成物は、硬化速度が非常に高く、硬化物における耐熱性や機械強度に優れる特徴を生かし、塗料や電気・電子材料、接着剤、成型品等、様々な用途に用いることができる。本発明の硬化性組成物はそれ自体を硬化させて用いる用途の他、繊維強化複合材料や繊維強化樹脂成形品等にも好適に用いることができる。以下にこれらについて説明する。
 ・硬化性組成物の硬化物
 本発明の硬化性組成物から硬化物を得る方法としては、一般的なエポキシ樹脂組成物の硬化方法に準拠すればよく、例えば加熱温度条件は、組み合わせる硬化剤の種類や用途等によって、適宜選択すればよい。例えば、硬化性組成物を、室温~250℃程度の温度範囲で加熱する方法が挙げられる。成形方法なども硬化性組成物の一般的な方法が用いること可能であり、特に本発明の硬化性組成物に特有の条件は不要である。
 ・繊維強化複合材料
 本発明の繊維強化複合材料とは、硬化性組成物を強化繊維に含浸させた後の硬化前の状態の材料のことである。ここで、強化繊維は、有撚糸、解撚糸、又は無撚糸などいずれでも良いが、解撚糸や無撚糸が、繊維強化複合材料において優れた成形性を有することから、好ましい。さらに、強化繊維の形態は、繊維方向が一方向に引き揃えたものや、織物が使用できる。織物では、平織り、朱子織りなどから、使用する部位や用途に応じて自由に選択することができる。具体的には、機械的強度や耐久性に優れることから、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維などが挙げられ、これらの2種以上を併用することもできる。これらの中でもとりわけ成形品の強度が良好なものとなる点から炭素繊維が好ましく、かかる、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系などの各種のものが使用できる。
 本発明の硬化性組成物から繊維強化複合材料を得る方法としては、特に限定されないが、例えば、硬化性組成物を構成する各成分を均一に混合してワニスを製造し、次いで、前記で得られたワニスに強化繊維を一方向に引き揃えた一方向強化繊維を浸漬させる方法(プルトルージョン法やフィラメントワインディング法での硬化前の状態)や、強化繊維の織物を重ねて凹型にセットし、その後、凸型で密閉してから樹脂を注入し圧力含浸させる方法(RTM法での硬化前の状態)等が挙げられる。
 本発明の繊維強化複合材料は、前記硬化性組成物が必ずしも繊維束の内部まで含浸されている必要はなく、繊維の表面付近に該硬化性組成物が局在化している態様であっても良い。
 さらに、本発明の繊維強化複合材料は、繊維強化複合材料の全体積に対する強化繊維の体積含有率が40%~85%であることが好ましく、強度の点から50%~70%の範囲であることがさらに好ましい。体積含有率が40%未満の場合、前記硬化性組成物の含有量が多すぎて得られる硬化物の難燃性が不足したり、比弾性率と比強度に優れる繊維強化複合材料に要求される諸特性を満たすことができなかったりする場合がある。また、体積含有率が85%を超えると、強化繊維と樹脂組成物の接着性が低下してしまう場合がある。
 ・繊維強化樹脂成形品
 本発明の繊維強化樹脂成形品とは、強化繊維と硬化性組成物の硬化物とを有する成形品であり、繊維強化複合材料を熱硬化させて得られるものである。本発明の繊維強化樹脂成形品として、具体的には、繊維強化成形品における強化繊維の体積含有率が40%~85%の範囲であることが好ましく、強度の観点から50%~70%の範囲であることが特に好ましい。そのような繊維強化樹脂成形品としては、例えば、フロントサブフレーム、リアサブフレーム、フロントピラー、センターピラー、サイドメンバー、クロスメンバー、サイドシル、ルーフレール、プロペラシャフトなどの自動車部品、電線ケーブルのコア部材、海底油田用のパイプ材、印刷機用ロール・パイプ材、ロボットフォーク材、航空機の一次構造材、二次構造材などを挙げることができる。
 本発明の硬化性組成物から繊維強化成形品を得る方法としては、特に限定されないが、引き抜き成形法(プルトルージョン法)、フィラメントワインディング法、RTM法などを用いることが好ましい。引き抜き成形法(プルトルージョン法)とは、繊維強化複合材料を金型内へ導入して、加熱硬化したのち、引き抜き装置で引き抜くことにより繊維強化樹脂成形品を成形する方法であり、フィラメントワインディング法とは、繊維強化複合材料(一方向繊維を含む)を、アルミライナーやプラスチックライナー等に回転させながら巻きつけたのち、加熱硬化させて繊維強化樹脂成形品を成形する方法であり、RTM法とは、凹型と凸型の2種類の金型を使用する方法であって、前記金型内で繊維強化複合材料を加熱硬化させて繊維強化樹脂成形品を成形する方法である。なお、大型製品や複雑な形状の繊維強化樹脂成形品を成形する場合には、RTM法を用いることが好ましい。
 繊維強化樹脂成形品の成形条件としては、繊維強化複合材料を50℃~250℃の温度範囲で熱硬化させて成形することが好ましく、70℃~220℃の温度範囲で成形することがより好ましい。かかる成形温度が低すぎると、十分な速硬化性が得られない場合があり、逆に高すぎると、熱歪みによる反りが発生しやすくなったりする場合があるためである。他の成形条件としては、繊維強化複合材料を50℃~100℃で予備硬化させ、タックフリー状の硬化物にした後、更に、120℃~200℃の温度条件で処理するなど、2段階で硬化させる方法などを挙げることができる。
 本発明の硬化性組成物から繊維強化成形品を得る他の方法としては、金型に繊維骨材を敷き、前記ワニスや繊維骨材を多重積層してゆくハンドレイアップ法やスプレーアップ法、オス型・メス型のいずれかを使用し、強化繊維からなる基材にワニスを含浸させながら積み重ねて成形、圧力を成形物に作用させることのできるフレキシブルな型をかぶせ、気密シールしたものを真空(減圧)成型する真空バッグ法、あらかじめ強化繊維を含有するワニスをシート状にしたものを金型で圧縮成型するSMCプレス法などが挙げられる。
 以下、実施例と比較例とにより、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、以下に挙げた実施例に限定されるものではない。
(実施例1:硬化性組成物(1)の調製)
 100℃にセットしたエバポレーターを用いて、フラスコにビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC株式会社製「EPICLON 840S」)85質量部と、ポリブタジエンゴム粒子40%分散ビスフェノールA型エポキシ樹脂(株式会社カネカ製「カネエースMX-154」)15質量部を投入し、30分間撹拌することで、混合物を得た。次いで、混合物を常温まで降温した後、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン19質量部を投入し、1分間スパチュラで撹拌することにより、硬化性組成物(1)を得た。
(実施例2~4、7~14:硬化性組成物(2)~(4)、(7)~(14)の調製)
 表1及び2に示す配合比率で実施例1と同様の方法にて、硬化性組成物(2)~(4)、(7)~(14)を得た。
(実施例5:硬化性組成物(5)の調製)
 160℃にセットしたエバポレーターを用いて、フラスコにビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC株式会社製「EPICLON 840S」)94質量部と、ポリメチルメタクリレートブロック-ポリブチルアクリレートブロックのジブロック型アクリル樹脂(アルケマ株式会社製「NANOSTRENGTH D51N」)6質量部を投入し、120分間撹拌することで、混合物を得た。次いで、混合物を常温まで降温した後、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン19.9質量部を投入し、1分間スパチュラで撹拌することにより、硬化性組成物(5)を得た。
(実施例6:硬化性組成物(6)の調製)
 160℃にセットしたエバポレーターを用いて、フラスコにビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC株式会社製「EPICLON 840S」)89.5質量部と、ポリメチルメタクリレートブロック-ポリブチルアクリレートブロックのジブロック型アクリル樹脂(アルケマ株式会社製「NANOSTRENGTH D51N」)3質量部を投入し120分間撹拌、その後、100℃に降温し、ポリブタジエンゴム粒子40%分散ビスフェノールA型エポキシ樹脂(株式会社カネカ製「カネエースMX-154」)7.5質量部を投入し、30分間撹拌することで、混合物を得た。次いで、混合物を常温まで降温した後、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン20質量部を投入し、1分間スパチュラで撹拌することにより、硬化性組成物(6)を得た。
(比較例1:硬化性組成物(R1)の調製)
 100℃にセットしたエバポレーターを用いて、フラスコにビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC株式会社製「EPICLON 840S」)85質量部と、ポリブタジエンゴム粒子40%分散ビスフェノールA型エポキシ樹脂(株式会社カネカ製「カネエースMX-154」)15質量部を投入し、30分間撹拌することで、混合物を得た。次いで、混合物を常温まで降温した後、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン16.3質量部を投入し、1分間スパチュラで撹拌することにより、硬化性組成物(R1)を得た。
(比較例2~4:硬化性組成物(R2)~(R4)の調製)
 表3に示す配合比率で比較例1と同様の方法にて、硬化性組成物(R2)~(R4)を得た。
 なお、実施例及び比較例で使用した成分は以下の通り。
 <エポキシ樹脂(A)>
 ビスフェノールA型エポキシ樹脂:DIC株式会社製「EPICLON 840S」、エポキシ基当量184g/当量
 ビスフェノールF型エポキシ樹脂:DIC株式会社製「EPICLON 830S」、エポキシ基当量168g/当量
 1,6-ヘキサンジオール型エポキシ樹脂:ナガセケムテックス株式会社製「デナコールEX212L」、エポキシ基当量135g/当量
<アミン化合物(B)>
 N-アミノエチルピペラジン
 1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン
 イソホロンジアミン
 ジエチルトルエンジアミン
 <熱可塑性樹脂(C)>
 熱可塑性樹脂(1):ポリブタジエンゴム粒子40%分散ビスフェノールA型エポキシ樹脂(株式会社カネカ製「カネエースMX-154」)、エポキシ基当量302g/当量、25,000mP・s(50℃での測定値)
 熱可塑性樹脂(2):ポリメチルメタクリレートブロック-ポリブチルアクリレートブロックのジブロック型アクリル樹脂(アルケマ株式会社製「NANOSTRENGTH D51N」)
 上記の実施例及び比較例で得られた硬化性組成物(1)~(14)、及び(R1)~(R4)を用いて、下記の評価を行った。
<粘度測定>
 E型粘度計(東機産業株式会社製「TV-20」)を用いて、アミン化合物以外を配合した状態での25℃の粘度を測定した。
<ゲルタイムの測定>
 表1~3に示す割合で各成分を配合した直後に120℃に熱したホットプレート上に硬化性組成物0.15gを載せ、スパチュラで撹拌しながらゲル状になるまでの時間(秒)を測定した。同操作を三回繰り返し、その平均値を下記の評価基準に従い評価した。
 A:150秒以下
 B:150秒~300秒
 C:300秒以上
<ガラス転移温度の測定>
 実施例及び比較例で得られた硬化性組成物を厚さ2mmの型枠内に流し込み、120℃で10分加熱した。得られた硬化物をダイヤモンドカッターで幅5mm、長さ50mmに切り出し、これを試験片とした。次に、粘弾性測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製「DMS6100」)を用いて試験片の両持ち曲げによる動的粘弾性を測定し、tanδが最大となる値の温度をガラス転移温度(Tg)として評価した。なお、動的粘弾性測定の測定条件は、温度条件 室温~260℃、昇温速度3℃/分、周波数1Hz、歪振幅10μmとした。
<破壊靭性の測定>
ASTM D 5045-99に準拠し、KICの値を測定した。
<レオメーター測定>
 レオメーター(Anton Paar社製「MCR302」)を用いて、表1~3に示す割合で各成分を配合した直後に硬化性組成物を0.6ml載せ、経時粘度を測定した。なお、測定条件は、温度80℃、Shear rate 10(1/s)、雰囲気ガス Air、コーン 20mm Dispo parallel plate、Gap 2mmとした。
 実施例1~14で調製した硬化性組成物(1)~(14)、及び比較例1~4で調製した硬化性組成物(R1)~(R4)の組成及び評価結果を表1~3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 なお、表3中の「-」は、硬化せず評価不可を示す。
 表1及び2に示した実施例1~14は、本発明の硬化性組成物の例である。これらの硬化性組成物は長い流動性及び優れた速硬化性を有し、硬化物における耐熱性及び靭性を有することが確認できた。
 一方、比較例1及び2は、エポキシ樹脂中のエポキシ基のモル数Eと前記アミン化合物中の活性水素のモル数Hとの比[H/E]が、1~1.2の範囲外の硬化性組成物の例である。これらの硬化性組成物は、硬化物における耐熱性が不十分であることが確認できた。
 比較例3は、脂環式アミン化合物を用いない例である。この硬化性組成物は、硬化せず評価不可であった。
 比較例4は、熱可塑性樹脂を用いない例である。この硬化性組成物は、硬化物における靭性が不十分であることが確認できた。

Claims (10)

  1.  エポキシ樹脂(A)と、
    アミン化合物(B)と、
    熱可塑性樹脂(C)とを含有する硬化性組成物であって、
    前記エポキシ樹脂(A)中のエポキシ基のモル数Eと前記アミン化合物(B)中の活性水素のモル数Hとの比[H/E]が、1~1.2の範囲であり、
    前記アミン化合物(B)が、脂環式アミン化合物を含むものであることを特徴とする硬化性組成物。
  2.  前記エポキシ樹脂(A)が、ビスフェノール型エポキシ樹脂を含むものである請求項1記載の硬化性組成物。
  3.  前記脂環式アミン化合物が、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンを含むものである請求項1又は2記載の硬化性組成物。
  4.  前記熱可塑性樹脂(C)が、アクリル樹脂(C1)及び/又はコアシェル型ゴム粒子(C2)である請求項1~3の何れか1項記載の硬化性組成物。
  5.  前記エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量が、155~195g/当量の範囲である請求項1~4の何れか1項記載の硬化性組成物。
  6.  前記熱可塑樹脂(C)の含有量が、前記エポキシ樹脂(A)、前記アミン化合物(B)及び前記熱可塑性樹脂(C)の合計質量中に0.5~10質量%の範囲である請求項1~5の何れか1項記載の硬化性組成物。
  7.  前記硬化性組成物の80℃における初期粘度が200mPa・s未満であり、
    硬化反応における前記初期粘度から200mPa・s(80℃)に到達するまでの時間(a)が180秒以上であり、
    200mPa・sから5,000mPa・s(80℃)に到達するまでの時間(b)が180秒以下であり、
    前記時間(a)及び前記時間(b)とが、下記式(1)を満たすものである請求項1~6の何れか1項記載の硬化性組成物。
    [(b)/(a)]<1          (1)
  8.  請求項1~7の何れか1項記載の硬化性組成物の硬化物。
  9.  請求項1~7の何れか1項記載の硬化性組成物と、強化繊維とを含有する繊維強化複合材料。
  10.  請求項9記載の繊維強化複合材料からなる繊維強化樹脂成形品。
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