片状模塑料、预浸料和纤维增强复合材料的制作方法

文档序号:20214645发布日期:2020-03-31 11:39阅读:389来源:国知局
片状模塑料、预浸料和纤维增强复合材料的制作方法

本发明涉及能够很好地用于航空航天用部件、汽车用部件等的纤维增强复合材料的纤维增强复合材料用片状模塑料、预浸料、和使用它们而成的纤维增强复合材料。



背景技术:

由增强纤维和基体树脂形成的纤维增强复合材料,可以设计出发挥增强纤维和基体树脂的优点的材料,所以以航空航天领域、汽车领域为代表,其用途已经扩大到运动领域、一般产业领域等,其可以通过手工层叠(handlay-up)法、长丝卷绕(filamentwinding)法、连续拉拔法、树脂转注成型(rtm)法、预浸料的高压釜成型法、以及预浸料、片状模塑料的压制成型法等各种方法制造。下文中,有时将片状模塑料简记作smc。

在这些方法中,将由基体树脂和不连续增强纤维形成的中间基材的smc用热压机进行成型的方法,通用性和生产性优异,所以近年来受到关注。

smc是使用不连续的增强纤维(通常纤维长5~100mm程度)而成的中间材料,预浸料对比、力学特性差,但其优点是在压制成型时smc在模具内扩展大,能够追随复杂形状进行成型。

smc的增强纤维使用玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、硼纤维等,基体树脂使用作为热固化性树脂的环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂等。尤其是,作为近年来要求越变越高的飞机、汽车的轻量化解决材料,将表现高力学性能的碳纤维和环氧树脂组合而成的smc材料再次受到关注。

smc中使用的基体树脂,为了能够充分含浸在增强纤维中,需要低粘度。另一方面,必须在b阶化后一直贴在smc的两面的膜的剥离要容易、并且要具有能够获得良好成型品的流动特性。在此,在使用碳纤维等纤维径比玻璃纤维小的纤维的情况,在压制成型时,纤维间的摩擦阻力严重发生,因而存在smc的流动性差,在模具内扩展不充分的问题。

针对这样的现状,公开了一种用于设定使用玻璃纤维的smc中的、含有1分子中的羟基为2个的丙二醇、和1分子中的异氰酸酯基为2个的二苯基-4,4-二异氰酸酯的环氧树脂组合物,提出了能够容易地进行b阶化的方法(专利文献1)。此外、公开了含有每一分子的羟基平均为2个以上的固态双酚a型环氧化物、和分子中的异氰酸酯基为3个的具有杂环的脂肪族异氰酸酯的环氧树脂组合物,提出了耐热性高、能够容易地b阶化的方法(专利文献2)。进而、公开了由含有1分子中的羟基为2.4个的山梨糖醇聚缩水甘油基醚的环氧树脂与1分子中的异氰酸酯基为3个以上的二苯基-4,4-二异氰酸酯所形成的环氧树脂组合物(专利文献3)。此外、还研究了不连续的碳纤维的束状集合体的形状,提出了例如通过使束状集合体端部和碳纤维的排列方向的角度为12°,能够使束状集合体和树脂的均质性提高、流动特性改善的方法(专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开昭58-191723号公报

专利文献2:日本特开平2-235919号公报

专利文献3:日本特开平5-320303号公报

专利文献4:国际公开第2008/149615号文本



技术实现要素:

发明要解决的课题

前述的专利文献1记载的方法,尽管能够容易地进行b阶化,但在成型温度附近的粘度低、在使用碳纤维的smc的压制成型中仅树脂先行扩展,存在碳纤维流动不充分的课题。

前述的专利文献2和3记载的方法,由于含有羟基的化合物是固态或高粘度液体,所以对纤维的含浸不充分,此外存在成为柔软性差的smc这样的课题。

前述的专利文献4记载的方法,通过将由不连续的碳纤维的束状集合体端部和碳纤维的排列方向之间的角度为12°的束状集合体和乙烯基酯树脂形成的smc压制成型,束状集合体和树脂的均质性变高,碳纤维和树脂成为一体而流动得到改善,但存在树脂收缩造成表面凹凸的情况,以及表面品质不充分的情况。此外、30℃常温时的b阶化后的smc,有树脂粘度低、发粘的情况,此时贴在smc的两面的膜剥离困难,所以有对操作性造成不良影响的情况。

因此,本发明的第一目的是改善该现有技术的缺点,提供由具有充分的含浸性、并且b阶化容易的树脂组合物形成的、在b阶化后显示优异流动特性的smc,以及由其固化而成的、耐热性和强度特性优异的碳纤维增强复合材料。此外、本发明的第二目的是改善现有技术的缺点,提供b阶化后的树脂粘度充分高、30℃常温时的操作性良好、显示优异的流动特性的smc,和由其固化而成的耐热性、表面品质、强度特性优异的碳纤维增强复合材料。

另一方面,预浸料,由于增强纤维是连续丝,纤维含有率高,所以是能够使成型品表现出高力学性能的中间材料,近年来专注于生产性提高,已经有使用压制成型法的事例。但是,在压制压力过度而产生不均匀的情况存在以下问题:树脂发生不必要的流动,纤维重量含有率产生参差不齐,纤维的配置和取向混乱、表面品质和力学特性降低。

于是,本发明的第三目的是改善该现有技术的缺点,提供由具有充分的含浸性、并且b阶化容易进行的树脂组合物形成的、b阶化后的树脂流动小的预浸料,以及由其固化而成的表面品质良好的碳纤维增强复合材料。

解决课题的手段

为了解决上述课题,本发明的smc具有以下构造。即、是在具有以下成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物(以下也称作环氧树脂组合物)中配合碳纤维而成的smc,满足以下条件(i)和/或条件(ii),

成分(a):环氧树脂,

成分(b):固化剂,

成分(c):多异氰酸酯化合物,

成分(d):多元醇化合物,

条件(i):

成分(d)中含有的羟基当量为20以上且120以下,

并且,满足以下【1】、【2】中的任一者或两者,

【1】成分(c)含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上且6个以下的化合物,

【2】成分(d)含有一分子中的羟基数为3个以上且6个以下的化合物,

条件(ii):

所述碳纤维是不连续的碳纤维的束状集合体,

所述束状集合体,在与其碳纤维的排列方向成直角的方向上的宽度为最大的面上,在将所述束状集合体中的碳纤维的两个端部排列形成的边相对于所述碳纤维的排列方向所成的锐角的角度分别设为角度a和角度b时,角度a、b分别为2°以上且30°以下,

所述环氧树脂组合物的30℃下的粘度为3.0×104pa·s以上且1.0×106pa·s以下,

并且,120℃下的粘度为1.0×102pa·s以上且5.0×103pa·s以下。进而、本发明提供将上述smc固化而成的纤维增强复合材料

进而,为了解决上述课题,本发明的预浸料具有以下构造。即、是在具有以下成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物中配合增强纤维而成的,成分(d)中含有的羟基当量在20以上且120以下的范围,

成分(a):环氧树脂,

成分(b):固化剂,

成分(c):多异氰酸酯化合物,

成分(d):多元醇化合物。

进而、本发明提供将上述预浸料固化而成的纤维增强复合材料。

发明效果

通过本发明的smc的满足条件(i)的形态,能够提供流动特性良好的smc、以及由smc固化而成的耐热性和强度特性优异的碳纤维增强复合材料。此外、通过本发明的smc的满足条件(ii)的形态,能够提供在30℃的常温时的操作性良好、显示优异流动特性的smc,以及由该smc固化而成的耐热性、表面品质、强度特性优异的碳纤维增强复合材料。进而、通过本发明的预浸料,能够提供树脂流动小的预浸料、和由其固化而成的表面品质优异的纤维增强复合材料。

附图说明

图1是束状集合体的模式图,显示的是相对于碳纤维的排列方向、束状集合体中的碳纤维的两侧的端部排列形成的边所形成的锐角的角度a、角度b。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施方式予以说明。

首先,对本发明的smc予以说明。

本发明的smc是在具有以下成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物中配合碳纤维而成的smc,满足以下的条件(i)和/或者条件(ii)。

·成分(a):环氧树脂

·成分(b):固化剂

·成分(c):多异氰酸酯化合物

·成分(d):多元醇化合物

条件(i):

成分(d)中含有的羟基当量为20以上且120以下,

并且,满足以下【1】、【2】中的任一者或两者,

【1】成分(c)含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上且6个以下的化合物,

【2】成分(d)含有一分子中的羟基数为3个以上且6个以下的化合物,

条件(ii):

所述碳纤维是不连续的碳纤维的束状集合体,

所述束状集合体,在与其碳纤维的排列方向成直角的方向上的宽度为最大的面上,在将所述束状集合体中的碳纤维的两个端部排列形成的边相对于所述碳纤维的排列方向所成的锐角的角度分别设为角度a和角度b时,角度a、b分别为2°以上且30°以下,

所述环氧树脂组合物的30℃下的粘度为3.0×104pa·s以上且1.0×106pa·s以下,

并且,120℃下的粘度为1.0×102pa·s以上且5.0×103pa·s以下。

在本发明的smc的满足条件(i)的形态时,是在具有成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物中配合碳纤维的smc,且成分(d)中含有的羟基当量为20以上120以下、满足以下【1】、【2】中的任一者或者两者,通过这样,能够实现用以往公知的异氰酸酯化合物和多元醇化合物的组合所达不到水平的流动特性。

【1】.成分(c)含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上6个以下的化合物。

【2】.成分(d)含有一分子中的羟基数为3个以上6个以下的化合物。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的成分(a),是表现耐热性和机械特性所必要的成分。在此,成分(a)的环氧树脂是指1分子内含有1个以上环氧基的化合物。

成分(a)的环氧树脂,只要是1分子内含有1个以上环氧基的化合物即可,没有特殊限定。作为2官能性环氧树脂的例子,可以列举出双酚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、二环戊二烯型环氧树脂、或由它们改性而成的环氧树脂等。作为3官能以上的多官能性环氧树脂的例子,可以列举出苯酚线型酚醛清漆型环氧树脂、甲酚线型酚醛清漆型环氧树脂之类的线型酚醛清漆型环氧树脂、四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、三缩水甘油基氨基苯酚型环氧树脂、四缩水甘油基胺型环氧树脂之类的缩水甘油基胺型环氧树脂、四(缩水甘油氧基苯基)乙烷、三(缩水甘油氧基甲烷)之类的缩水甘油基醚型环氧树脂和由它们改性而成的环氧树脂、将这些环氧树脂溴化而成的溴化环氧树脂,但不限于这些。此外、作为成分(a),还可以将这些环氧树脂中的2种以上组合使用。其中,优选使用双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂、苯酚线型酚醛清漆型环氧树脂、甲酚线型酚醛清漆型环氧树脂。在这些之中,特别优选使用双酚a型环氧树脂、双酚f型环氧树脂、双酚s型环氧树脂等所谓的双酚型环氧树脂。在使用这些环氧树脂时,例如、与使用在分子内具有萘骨架的环氧树脂等刚直性高的环氧树脂的情况相比较,能够发挥作为纤维增强复合材料时的机械强度提高这样的进一步效果。这是由于,刚直性高的环氧树脂如果在短时间内固化,则交联密度提高,所以容易发生变形,而如果使用上述环氧树脂,则发生这些问题的可能性低的缘故。

作为双酚a型环氧树脂的市售品,可以列举出“jer(注册商标)”825、“jer(注册商标)”826、“jer(注册商标)”827、“jer(注册商标)”828、“jer(注册商标)”834、“jer(注册商标)”1001、“jer(注册商标)”1002、“jer(注册商标)”1003、“jer(注册商标)”1004、“jer(注册商标)”1004af、“jer(注册商标)”1007、“jer(注册商标)”1009(以上为三菱化学(株)制)、“エピクロン(注册商标)”850(dic(株)制)、“エポトート(注册商标)”yd-128(新日铁住金化学(株)制)、“der(注册商标)”-331、“der(注册商标)”-332(ダウケミカル社制)等。

作为双酚f型环氧树脂的市售品可以列举出,“jer(注册商标)”806、“jer(注册商标)”807、“jer(注册商标)”1750、“jer(注册商标)”4004p、“jer(注册商标)”4007p、“jer(注册商标)”4009p(以上是三菱化学(株)制)、“エピクロン(注册商标)”830(dic(株)制)、“エポトート(注册商标)”ydf-170、“エポトート(注册商标)”ydf2001、“エポトート(注册商标)”ydf2004(以上为新日铁住金化学(株))等。此外、作为烷基取代体的四甲基双酚f型环氧树脂的市售品,可以列举出“エポトート(注册商标)”yslv-80xy(新日铁住金化学(株))等。

作为双酚s型环氧树脂的市售品,可以列举出“エピクロン(注册商标)”exa-1515(dic(株)制)等。

作为苯酚线型酚醛清漆型环氧树脂的市售品,可以列举出“jer(注册商标)”152、“jer(注册商标)”154(以上为三菱化学(株)制)、“エピクロン(注册商标)”n-740、“エピクロン(注册商标)”n-770、“エピクロン(注册商标)”n-775(以上为dic(株)制)等。

作为甲酚线型酚醛清漆型环氧树脂的市售品可以列举出,“エピクロン(注册商标)”n-660、“エピクロン(注册商标)”n-665、“エピクロン(注册商标)”n-670、“エピクロン(注册商标)”n-673、“エピクロン(注册商标)”n-695(以上dic(株)制)、eocn-1020、eocn-102s、eocn-104s(以上为日本化药(株)制)等。

此外、在作为反应性稀释剂使用脂肪族环氧树脂时,能够降低环氧树脂组合物,提高对碳纤维的含浸性,所以优选。尤其是,2官能以上的脂肪族环氧树脂能够在不大破坏纤维增强复合材料的弯曲特性的情况下降低环氧树脂组合物的粘度,所以优选。可以使用单官能和2官能以上的脂肪族环氧树脂中的任一者,也可以使用两者。为了使环氧树脂组合物表现出充分的低粘度化,脂肪族环氧树脂的25℃下的粘度优选为200mpa·s以下,更优选为150mpa·s以下。

作为2官能以上的脂肪族环氧树脂,优选可以具有脂环式骨架的2价以上的脂肪族醇的聚缩水甘油基醚,也可以具有脂环式骨架,更优选羟基与直链或者支链的烃基结合的、碳原子数为4~10的2价以上的脂肪族醇的聚缩水甘油基醚。

作为2价以上的脂肪族醇,可以列举出1,4-丁二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、二乙二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、1,9-壬二醇、环己烷二甲醇、丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷等。

作为单官能的成分(a),优选可以具有脂环式骨架的1价脂肪族醇的缩水甘油基醚,更优选可以具有脂环式骨架的、羟基与直链或者支链的烃基结合的、碳原子数为4~12的1价脂肪族醇的缩水甘油基醚。

作为1价的脂肪族醇可以列举出,丁醇、异丁醇、仲丁醇、2-乙基己醇、硬脂醇、异硬脂醇、月桂醇等。

脂肪族环氧树脂可以1种单独使用,也可以2种以上组合使用。

脂肪族环氧树脂相对于成分(a)的合计100质量份,优选含有1~20质量份。在相对于成分(a)的合计100质量份、含有脂肪族环氧树脂1质量份以上的情况,能够使环氧树脂组合物的粘度充分降低、对碳纤维的含浸性提高,所以优选,在含有20质量份以下的情况,不会破坏所得到的纤维增强复合材料的耐热性,所以优选,基于这样的观点,更优选在5~15质量份的范围内。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的成分(b),只要是能够使环氧树脂固化,就没有特殊限定,可以列举出胺系、酚系、酸酐系、硫醇系、咪唑类、叔胺、有机磷化合物、脲化合物、铵盐、锍盐等。胺系固化剂,可以列出双氰胺、芳香族多胺、脂肪族胺、氨基苯甲酸酯类、硫脲加成胺、肼等。酚系固化剂可以列举出双酚、苯酚线型酚醛清漆树脂、甲酚线型酚醛清漆树脂、多酚化合物等。酸酐系固化剂可以列举出苯二甲酸酐、马来酸酐、琥珀酸酐、羧酸酐等。硫醇系的固化剂,可以列举出聚硫醇、聚硫醚树脂等。在列举出的这些中,优选胺系固化剂。进而、在这些之中特别优选双氰胺或者其衍生物。双氰胺在赋予树脂固化物高机械特性和耐热性方面优异,被作为环氧树脂的固化剂广泛使用。此外、由于环氧树脂组合物的保存稳定性优异,所以可以优选使用。此外双氰胺的衍生物是指由双氰胺和各种化合物结合而得到的化合物,与双氰胺同样,在赋予树脂固化物高机械特性和耐热性方面优异,此外使用双氰胺的衍生物作为固化剂的环氧树脂组合物的保存稳定性优异。作为双氰胺的衍生物可以列举出例如双氰胺与环氧树脂、乙烯基化合物、丙烯酸化合物、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物等各种化合物结合而成的化合物等。这些可以1种单独使用,也可以2种以上组合使用。此外、也可以与双氰胺合并使用。作为这些双氰胺的市售品可以列举出dicy7、dicy15(以上为三菱化学(株)制)等。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的成分(b),优选相对于成分(a)100质量份含有1~50质量份。在相对于成分(a)100质量份含有成分(b)1质量份以上的情况,可以得到良好的固化性提高的效果,所以优选,在含有50质量份以下的情况,可以表现出高耐热性,所以优选。基于这样的观点,更优选为1~20质量份的范围内。

本发明的smc的满足条件(i)的形态,就满足以下【1】、【2】中的任一者或者两者。

【1】成分(c)含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上6个以下的化合物。【2】成分(d)含有一分子中的羟基数为3个以上6个以下的化合物。

本发明的smc的满足条件(i)形态中的成分(c)是多异氰酸酯化合物,只要是平均一分子中具有2个以上的异氰酸酯基即可,没有特殊限定,可以使用公知的脂肪族异氰酸酯、芳香族异氰酸酯。其中,满足上述【1】的情况含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上6个以下的化合物。可以作为成分(c)的多异氰酸酯化合物使用的脂肪族异氰酸酯,可以列举出例如1,2-乙二异氰酸酯、三亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、丙烷-1,2-二异氰酸酯、2,3-二甲基四亚甲基二异氰酸酯、1,2-丁二异氰酸酯、1,3-丁二异氰酸酯、1,4-己二异氰酸酯、环戊烷-1,3-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,2,3,4-四异氰酸酯基丁烷、丁烷-1,2,3-三异氰酸酯等。可以作为成分(c)的多异氰酸酯化合物使用的芳香族异氰酸酯,可以列举出例如对苯二异氰酸酯、1-甲基苯-2,4-二异氰酸酯、萘-1,4-二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基-4,4-二异氰酸酯、苯-1,2,4-三异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、二苯基丙烷二异氰酸酯、四亚甲基苯二甲撑二异氰酸酯、聚亚甲基聚苯基多异氰酸酯等的芳香族异氰酸酯、具有将这些芳香族异氰酸酯用亚甲基等连接而成的结构的化合物等。此外、也可以使用将这些多异氰酸酯化合物与多元醇化合物预先聚合而得到的预聚物。再者,可以将这些多异氰酸酯化合物等单独使用或2种以上混合使用。

上述中的本发明中使用的异氰酸酯化合物,从在b阶化后得到良好的流动特性的观点,优选本发明中使用的环氧树脂组合物满足上述【1】、即组合物包含含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上6个以下的多异氰酸酯的多异氰酸酯化合物。可以列举出例如、聚亚甲基聚苯基多异氰酸酯等的芳香族异氰酸酯、具有将这些芳香族异氰酸酯用亚甲基等连接而成的结构的化合物等。此外、可以列举出将上述多异氰酸酯化合物与多元醇化合物预先聚合而得到的预聚物。

作为本发明的smc的满足条件(i)的形态中的成分(c),在上述中优选芳香族异氰酸酯化合物,更优选为二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)的衍生物。在此,mdi的衍生物是指具有来自mdi的结构的化合物,可以列举出例如、具有将mdi用亚甲基等连接起来的结构的化合物、在将mdi与多元醇化合物预先聚合而得到的预聚物mdi上加成了烷基等官能基的化合物、聚亚甲基聚苯基多异氰酸酯等,它们从赋予树脂固化物高耐热性优异方面,所以优选。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的成分(c),优选相对于成分(a)100质量份含有1~50质量份。在相对于成分(a)100质量份含有成分(c)1质量份以上的情况,b阶化充分进行,可以得到在基体树脂中碳纤维均匀分散的纤维增强复合材料,表现出高机械特性,所以优选,在含有50质量份以下的情况,在热压成型时smc在模具内充分扩展,所以优选。基于这样的观点,更优选在10~40质量份的范围内。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的成分(d),是一分子中具有2个以上羟基的醇化合物,此外羟基当量需要在20以上120以下的范围。该羟基当量是指醇化合物一分子中的羟基数除以分子量而得的数值。在满足上述【2】的情况,含有一分子中的羟基数为3个以上6个以下的化合物。作为上述一分子中具有2个以上羟基的醇化合物可以列举出脂肪族醇化合物、脂环式醇化合物、芳香族醇化合物等。脂肪族醇化合物是指结构中仅具有脂肪族链的醇化合物。脂环式醇化合物是结构中具有脂环式骨架的,含有脂环式骨架和脂肪族链这两者的也被分类为脂环式醇化合物。芳香族醇化合物是指结构中具有芳香环的醇化合物,含有脂环式骨架和脂肪族链中的任一者或者两结构时如果结构中具有芳香环,也被分类为芳香族醇化合物。

在这些醇化合物中,作为上述一分子中具有2个以上羟基的醇化合物,优选脂肪族醇化合物或者脂环式醇化合物,特别优选为脂肪族醇化合物。在使用脂肪族醇化合物或者脂环式醇化合物的情况,通过异氰酸酯基和醇化合物的羟基之间的反应而进行的b阶化得到促进,所以优选,进而在使用其中的脂肪族醇化合物的情况,与异氰酸酯基的反应性更高、b阶化得到促进,所以特别优选。

作为脂肪族醇化合物的例子可以列举出聚烷撑二醇等。作为聚烷撑二醇,2官能型可以列举出乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、分子量为240以下的聚乙二醇,3官能型可以列举出甘油,4官能型可以列举出二甘油,6官能型可以列举出山梨糖醇等。作为脂环式醇化合物的例子,可以列举出环烷烃多元醇等。作为环烷烃多元醇,2官能型可以列举出环丙二醇、环戊二醇、环己二醇,3官能型可以列举出环丙烷三醇、环戊烷三醇、环己烷三醇等。作为脂环式醇化合物的另外例子,一分子中具有脂环式骨架和脂肪链这两者的醇化合物的例子可以列举出环烷烃聚烷基多元醇等。作为环烷烃聚烷基多元醇,2官能型可以列举出环丙烷二甲醇、环戊烷二甲醇、环己烷二甲醇,3官能型可以列举出环丙烷三甲醇、环戊烷三甲醇、环己烷三甲醇等。

这些醇化合物可以1种单独使用,也可以2种以上组合使用。在这些之中,从以少量的配合量得到充分b阶化的树脂的观点,在本发明的smc的满足条件(i)的形态中,优选满足上述【2】(成分(d)含有一分子中的羟基数为3个以上6个以下的化合物)。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的成分(d),优选相对于成分(a)100质量份含有1~30质量份。在相对于成分(a)100质量份含有成分(d)1质量份以上的情况,可以得到充分的增粘效果,所以优选,在含有30质量份以下的情况,不会导致耐热性降低,所以优选。

本发明的smc的满足条件(i)的形态,如前所述,环氧树脂组合物满足上述【1】、上述【2】中的任一者或者两者,在满足上述【1】时,能够期待在b阶化后得到良好的流动特性,在满足上述【2】时,能够期待以少量的配合量得到充分b阶化了的树脂,但在成分(c)和成分(d)同时满足【1】和【2】时,能够以少量得到充分的增粘效果,升温时的粘度可以得到保持,而不降低,所以优选。

作为本发明的smc的满足条件(i)的形态中的环氧树脂组合物,除了含有上述成分(a)~成分(d)以外,优选还含有作为成分(e)的选自季铵盐、盐、咪唑化合物和膦化合物中的至少一种化合物。作为季铵盐,可以列举出例如四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四甲基碘化铵、四丁基溴化铵等。作为盐可以列举出例如,烯丙基三苯基溴化二烯丙基二苯基溴化乙基三苯基氯化乙基三苯基碘化四丁基乙酸盐、四丁基氯化四丁基溴化四丁基碘化等。作为咪唑化合物,可以列举出例如2-苯基咪唑、2-甲基咪唑等。作为膦化合物可以列举出,例如三苯基膦等。再者,成分(e)是选自季铵盐、盐、咪唑化合物和膦化合物中的至少一种化合物是指,可以将选自上述化合物中的1种单独使用或将2种以上组合使用。其中,季铵盐和/或膦化合物可以大大缩短固化时间,所以优选作为成分(e)。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的成分(e),优选相对于成分(a)100质量份含有1~15质量份。在相对于成分(a)100质量份含有成分(e)1质量份以上时,b阶化充分进行,同时可以得到良好的固化性提高的效果,所以优选,更优选含有2质量份以上。在相对于成分(a)100质量份含有成分(e)15质量份以下时,不会导致耐热性的降低,所以优选,更优选含有10质量份以下。

在本发明的smc的满足条件(i)的形态中环氧树脂组合物含有成分(e)的情况,优选进而还含有作为成分(f)的式(1)所示的脲化合物。

(式中,r1和r2分别独立地表示h、ch3、och3、oc2h5、no2、卤素、或者nh-co-nr3r4。r3和r4分别独立地表示碳原子数为1~8的烃基、烯丙基、烷氧基、烯基、芳烷基,或者表示同时含有r3和r4的脂环式化合物。)

在此,r3和r4中的烃基优选为烷基。此外,烃基、烯丙基、烷氧基、烯基、芳烷基、或者同时含有r3和r4的脂环式化合物中,只要是满足碳原子数为1~8即可,还可以用除了上述列举出的原子以外的其他原子(例如卤素原子)、或取代基将部分氢原子取代。

作为成分(f)的式(1)所示的脲化合物,可以列举出例如3-苯基-1,1-二甲基脲、3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲、3-(3-氯-4-甲基苯基)-1,1-二甲基脲、2,4-双(3,3-二甲基脲基)甲苯、4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲),这些可以单独或2种以上混合使用。其中,4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲)可以大大缩短固化时间,所以最优选。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的环氧树脂组合物中,在除了含有成分(e)以外还含有成分(f)的情况,成分(f)优选相对于成分(a)100质量份含有1~15质量份。在相对于成分(a)100质量份含有成分(f)1质量份以上时,可以得到良好的固化性提高的固化,所以优选,更优选含有2质量份以上,在含有3.5质量份以上时更进而优选。在相对于成分(a)100质量份含有成分(f)15质量份以下时,不会导致耐热性的降低,所以优选,更优选含有10质量份以下。

本发明的smc的满足条件(i)的形态中的环氧树脂组合物,通过e型粘度计测定的70℃下的粘度优选为10mpa·s以上1000mpa·s以下,更优选为10mpa·s以上900mpa·s以下。70℃下的粘度为1000mpa·s以下的环氧树脂组合物,对碳纤维的含浸性优异,通过这样,可以得到表面品质良好的纤维增强复合材料。此外、70℃下的粘度为10mpa·s以上的环氧树脂组合物,树脂含浸时的粘度不会变的过低,由此会使树脂容易地均匀地含浸在碳纤维中,而不会发生树脂不被碳纤维而流到外部的情况。在此,所谓的粘度是指将各成分混合、搅拌1分钟后测定的环氧树脂组合物的粘度。下文中将环氧树脂组合物的调制中将各成分混合、搅拌1分钟后记作刚调制或者混合完时。使用本发明的smc的满足条件(i)的形态中的环氧树脂组合物而得到的纤维增强复合材料的耐热性,依赖于将环氧树脂组合物固化而成的环氧树脂固化物的玻璃化转变温度。为了得到具有高耐热性的纤维增强复合材料,在140℃的温度下加热2小时而完全固化得到的环氧树脂固化物的玻璃化转变温度优选为140℃以上250℃以下,进而优选为150℃以上220℃以下。在玻璃化转变温度不足140℃时,有环氧树脂固化物的耐热性不充分的情况。在玻璃化转变温度高于250℃时,三维立体交联结构的交联密度变高,所以有环氧树脂固化物变脆、纤维增强复合材料的抗拉强度、耐冲击性降低的情况。在此,环氧树脂组合物固化而成的环氧树脂固化物的玻璃化转变温度,可以使用动粘弹性测定(dma)装置来测定求出。即、使用从树脂固化板切出的矩形试验片,升温下进行dma测定,将得到的储能模量g’的曲变点的温度作为tg。测定条件如实施例中的记载。

本发明的满足条件(i)的形态的smc,含有上述环氧树脂组合物、以及碳纤维。本发明的满足条件(i)的形态的smc中,碳纤维的种类、长度、碳纤维和环氧树脂组合物的含有比率等没有特殊限定,通常优选使用碳纤维的纤维长度为5~100mm的程度、平均纤维径为3~12μm、碳纤维的目付(单位面积质量)为0.1~5kg/m2、碳纤维的质量含有率在30~60%的范围的碳纤维。

作为碳纤维,可以根据用途来选择所有种类的碳纤维,但从耐冲击性方面优选抗拉弹性模量最高为400gpa的碳纤维。此外、从强度的观点,可以得到具有高刚性和机械强度的复合材料,所以优选抗拉强度为4.4~6.5gpa的碳纤维。此外、抗拉伸长率也是重要的要素,优选1.7~2.3%的高强度高伸长率碳纤维。因此,抗拉弹性模量至少为230gpa、抗拉强度至少为4.4gpa、抗拉伸长率至少为1.7%、同时兼有这些特性的碳纤维最合适。

作为碳纤维的市售品可以列举出,“トレカ(注册商标)”t800g-24k、“トレカ(注册商标)”t800s-24k、“トレカ(注册商标)”t700g-24k、“トレカ(注册商标)”t300-3k、和“トレカ(注册商标)”t700s-12k(以上为东丽(株)制)等。

本发明的满足条件(i)的形态的smc的制造方法,没有特殊限定,例如,将本发明的满足条件(i)的形态中的环氧树脂组合物的各成分的混合物(下文中,有时将环氧树脂组合物的各成分的混合物简单地记作树脂组合物)通过与碳纤维的形态符合的周知的方法含浸在碳纤维中,然后在室温~80℃程度的温度保持几个小时~几天,形成树脂组合物的粘度上升饱和了的半固化状态的环氧树脂组合物,由此得到本发明的满足条件(i)的形态的smc。在此,将树脂组合物的粘度上升饱和了的半固化状态的环氧树脂组合物称作b阶化。用于b阶化的条件,可以在室温~80℃程度的温度、几小时~几天的范围内任意选择。在本发明的评价中,采用通过将树脂组合物在40℃保持24小时而树脂组合物的粘度上升饱和、形成半固化状态的环氧树脂组合物时的b阶化条件。本发明的满足条件(i)的形态的smc中,b阶化可以认为主要是通过多异氰酸酯化合物和环氧树脂中的羟基之间的反应而进行的,作为b阶化后的环氧树脂组合物的粘度,是使用dma(taインスツルメンツ社制ares)而测定的成型温度,优选例如120℃下的粘度为1.0×102pa·s以上1.0×105pa·s以下,更优选为5.0×102pa·s以上1.0×104pa·s以下。也可以是上述上限中的任一者和上述下限中的任一者组合的范围。进而、优选b阶化后的环氧树脂组合物的粘度变化在高温区域小,更优选满足下述条件。

1≤a/b≤100

a:70℃下的粘度、b:130℃下的粘度

此外、更优选满足下述条件。

1≤a/b≤50

通过使用这样的smc,可以得到所希望的纤维增强复合材料。

满足本发明的条件(i)的形态的纤维增强复合材料,是由本发明的满足条件(i)的形态的smc固化而成的。通常、由smc固化而成的纤维增强复合材料,尤其是在汽车领域中使用的情况,要求具有高耐热性和抗弯强度等的力学特性。本发明的纤维增强复合材料,作为基体树脂的环氧树脂固化物的玻璃化转变温度即使是在140℃下固化的情况也可以为140℃以上250℃以下,所以在150℃下的抗弯强度试验中,也能够表现出环氧树脂固化物具有的高机械特性,所以能够表现出250mpa以上、在更优选的方式中是300mpa以上的高抗弯强度。

接下来,对本发明的满足条件(ii)的形态的smc予以说明。

本发明的满足条件(ii)的形态的smc,是在具有以下成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物中配合碳纤维而成的smc,满足以下的条件(ii)。

·成分(a):环氧树脂

·成分(b):固化剂

·成分(c):多异氰酸酯化合物

·成分(d):多元醇化合物

条件(ii):

所述碳纤维是不连续的碳纤维的束状集合体,

所述束状集合体,在与其碳纤维的排列方向成直角的方向上的宽度为最大的面上,在将所述束状集合体中的碳纤维的两个端部排列形成的边相对于所述碳纤维的排列方向所成的锐角的角度分别设为角度a和角度b时,角度a、b分别为2°以上且30°以下,

所述环氧树脂组合物的30℃下的粘度为3.0×104pa·s以上且1.0×106pa·s以下,

并且,120℃下的粘度为1.0×102pa·s以上且5.0×103pa·s以下。

在此,本发明的满足条件(ii)的形态的构成smc的不连续的碳纤维的束状集合体中的上述角度a和角度b是图1所示的角度。

由角度a和角度b分别为2°以上30°以下的碳纤维、以及30℃下的粘度为3.0×104pa·s以上1.0×106pa·s以下、并且120℃下的粘度为1.0×102pa·s以上5.0×103pa·s以下的含有成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物形成的smc,可以将30℃常温时的操作性、流动特性提高到现有技术不能实现的水平,进而、能够提高碳纤维和树脂的均质性,高度抑制树脂固化时的收缩导致的表面凹凸,得到表面品质良好、并且表现出高强度的纤维增强复合材料。

束状集合体中的碳纤维的端部排列形成的边相对于碳纤维的排列方向所形成的角度a和角度b越小,则形成束状集合体和树脂的均质性越高的smc,所以使用它成型出的纤维增强复合材料的表面品质和强度提高的效果大。在角度a和角度b为30°以下的情况、该效果显著。但是,另一方面,角度a和角度b越小,则束状集合体本身的操作性降低。此外、碳纤维的排列方向与切断用刀形成的角度越小,则切断工序中的稳定性降低。因此,优选角度a和角度b为2°以上。更优选角度a和角度b为3°以上25°以下。从兼有纤维增强复合材料的表面品质和强度提高效果与束状集合体的制造工序中的加工性来看,进而优选角度a和角度b为5°以上15°以下。再者,这里的角度,如前所述,是图1所示的角度,以绝对值表示。

作为用于制造不连续的碳纤维的束状集合体的、将连续碳纤维束切断的手段,有例如、切纸机(guillotinecutters)、丝束切机(rovingcutter)等旋转切机。连续碳纤维束,以连续碳纤维束的长度方向与切断手段所具有的切断刀的方向为相对倾斜的状态插入到切断手段中被切断。

本发明的smc的满足条件(ii)的形态中的环氧树脂组合物是含有上述成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物,smc中含有的环氧树脂组合物的30℃下的粘度为3.0×104pa·s以上1.0×106pa·s以下,并且120℃下的粘度为1.0×102pa·s以上5.0×103pa·s以下。

作为本发明的smc的满足条件(ii)的形态中的环氧树脂组合物的成分(a)、成分(b)优选的化合物、特性、含有比例,与满足上述条件(i)的形态的smc中的环氧树脂组合物的情况相同。

本发明的smc的满足条件(ii)的形态中的环氧树脂组合物的成分(c)是多异氰酸酯化合物,只要是一分子中平均具有2个以上的异氰酸酯基,就没有特殊限定,可以使用公知的脂肪族异氰酸酯、芳香族异氰酸酯。可以作为成分(c)的多异氰酸酯化合物使用的脂肪族异氰酸酯可以列举出例如,1,2-乙二异氰酸酯、三亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、丙烷-1,2-二异氰酸酯、2,3-二甲基四亚甲基二异氰酸酯、1,2-丁二异氰酸酯、1,3-丁二异氰酸酯、1,4-己二异氰酸酯、环戊烷-1,3-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,2,3,4-四异氰酸酯基丁烷、丁烷-1,2,3-三异氰酸酯等。可以作为成分(c)的多异氰酸酯化合物使用的芳香族异氰酸酯,可以列举出例如对苯二异氰酸酯、1-甲基苯-2,4-二异氰酸酯、萘-1,4-二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基-4,4-二异氰酸酯、苯-1,2,4-三异氰酸酯、苯二甲撑二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、二苯基丙烷二异氰酸酯、四亚甲基苯二甲撑二异氰酸酯、聚亚甲基聚苯基多异氰酸酯等的芳香族异氰酸酯、具有将这些芳香族异氰酸酯用亚甲基等连接而成的结构的化合物等。此外、也可以使用将这些多异氰酸酯化合物与多元醇化合物预先聚合而得到的预聚物。再者,可以将这些多异氰酸酯化合物等单独使用或2种以上混合使用。上述中的、本发明的smc的满足条件(ii)的形态中的环氧树脂组合物中使用的异氰酸酯化合物,从在b阶化后得到良好的流动特性的观点,优选本发明中使用的环氧树脂组合物满足上述【1】、即包含含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上6个以下的多异氰酸酯的多异氰酸酯化合物。可以列举出例如、聚亚甲基聚苯基多异氰酸酯等的芳香族异氰酸酯、具有将这些芳香族异氰酸酯用亚甲基等连接而成的结构的化合物等。此外、可以列举出上述聚亚甲基聚苯基异氰酸酯等的芳香族异氰酸酯、上述多异氰酸酯的三聚体、这些多异氰酸酯化合物与多元醇化合物预先聚合而得到的预聚物。

本发明的smc的满足条件(ii)的形态中的环氧树脂组合物中的成分(c),优选相对于成分(a)100质量份含有1~50质量份。在相对于成分(a)100质量份含有成分(c)1质量份以上的情况,b阶化充分进行,可以得到碳纤维在基体树脂中均匀分散的纤维增强复合材料,表现出高机械特性,所以优选,在含有50质量份以下时,在热压成型时smc在模具内充分扩展,所以优选。基于这样的观点,更优选在10~40质量份的范围内。

本发明的smc的满足条件(ii)的形态中,环氧树脂组合物中的成分(d)只要是一分子中具有2个以上的羟基即可,没有特殊限定,可以使用公知的。成分(d)的多元醇化合物,可以列举出例如二烷撑二醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇、芳香族醇、酚类,作为2官能醇可以列举出乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、聚乙二醇,作为3官能醇可以列举出甘油,作为4官能醇可以列举出二甘油,作为6官能醇可以列举出山梨糖醇。在这些之中,也可以是将羟基替换为环氧基等而成的衍生物。这些可以1种单独使用,也可以2种以上组合使用。在这些之中,从以少量的配合量得到充分b阶化的树脂的观点,优选羟基当量在20以上120以下的范围,该羟基当量是指一分子醇化合物中的羟基数除以分子量而得到的数值。此外优选含有一分子中的羟基数为3个以上6个以下的化合物。

本发明的smc的满足条件(ii)形态中的成分(d),优选相对于成分(a)100质量份含有1~30质量份。在相对于成分(a)100质量份含有成分(d)1质量份以上的情况,可以得到充分的增粘效果,所以优选,在含有30质量份以下的情况,不会导致耐热性降低,所以优选。本发明的smc的满足条件(ii)的形态中的环氧树脂组合物,更优选同时满足条件(i)的形态。即、环氧树脂组合物中的成分(c)含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上6个以下的化合物、并且成分(d)的羟基当量在20以上120以下的范围,或环氧树脂组合物中的成分(d)含有一分子中的羟基数为3个以上6个以下的化合物、并且成分(d)的羟基当量在20以上120以下的范围。在满足前者的情况,可以期待在b阶化后得到良好的流动特性,在满足后者的情况,可以期待以少量的配合量得到充分b阶化的树脂。进而、在同时满足前者和后者的情况,可以以少量得到充分的增粘效果,升温时的粘度可以得到维持而不会降低,所以优选。

本发明的smc的满足条件(ii)的形态中的环氧树脂组合物,与上述本发明的smc的满足条件(i)的形态中的环氧树脂组合物同样、优选进而含有上述成分(e)、而且优选在此基础上还含有上述成分(f)。作为成分(e)、成分(f)优选的化合物、特性、含有比例,与满足上述条件(i)的形态的smc中的环氧树脂组合物的情况相同。

作为本发明的smc的满足条件(ii)的形态中的smc中含有的环氧树脂组合物的粘度,在使用dma(taインスツルメンツ社制ares)测定的30℃下的粘度为3.0×104pa·s以上时,树脂粘度一定程度高、发粘少,所以在smc的两面贴的膜容易剥离,操作性也良好。此外、在30℃下的b阶化后的环氧树脂组合物的粘度为1.0×106pa·s以下时,不会破坏smc的柔软性,相对于模具的赋形性也良好。从操作性的观点,30℃下的b阶化后的环氧树脂组合物的粘度更优选为5.0×104pa·s以上1.0×106pa·s以下的范围。

接下来,在成型温度、例如120℃下的b阶化后的环氧树脂组合物的粘度为1.0×102pa·s以上的情况,在将smc压制成型时,碳纤维和树脂成为一体地进行扩展,而不会发生仅smc中的树脂先行流出的情况,能够得到表面品质、强度特性优异的纤维增强复合材料。此外、在120℃下的b阶化后的环氧树脂组合物的粘度为5.0×103pa·s以下的情况,在将smc压制成型时,能够以均匀厚度充分扩展,不会在模具内产生缺失部分,所以能够得到表面品质和强度特性均匀的纤维增强复合材料。从得到的纤维增强复合材料的特性均匀的观点,120℃下的b阶化后的环氧树脂组合物的粘度更优选为1.0×102pa·s以上2.0×103pa·s以下的范围。进而、优选b阶化后的环氧树脂组合物的粘度变化在高温区域小,优选满足下述条件。

1≤a/b≤100

a:70℃下的粘度、b:130℃下的粘度

此外、更优选满足下述条件。

1≤a/b≤50

作为本发明的smc的满足条件(ii)的形态中使用的碳纤维,没有特殊限定,与在上述满足条件(i)的形态的smc中使用的碳纤维的情况相同。

本发明的满足条件(ii)的形态的smc,除了不连续的碳纤维的束状集合体的所述角度a和角度b满足特定的条件、并且构成环氧树脂组合物的成分组成和粘度特性不同以外,与满足条件(i)的形态的smc相同,所以其制造方法,除了作为用于制造不连续碳纤维的束状集合体的连续碳纤维束切断手段使用能够满足所述角度a和角度b的条件的上述切断手段以外,与满足条件(i)的形态的smc的制造方法相同,没有特殊限定。例如、在将本发明的满足条件(ii)的形态中的环氧树脂组合物的各成分的混合物通过周知的方法含浸在被能够满足所述角度a和角度b的条件的上述切断手段切断了的不连续碳纤维后,在室温~80℃程度的温度保持几个小时或几天,形成树脂组合物的粘度上升饱和了的半固化状态的环氧树脂组合物,由此得到本发明的满足条件(ii)的形态的smc。本发明中的b阶化的条件、推定机理等也如满足条件(i)的形态的smc的制造方法中讲述的那样。

满足本发明的条件(ii)的形态的纤维增强复合材料,是满足本发明的条件(ii)的形态的smc固化而成的。通常、smc固化了的纤维增强复合材料,特别是在被用于汽车领域的情况要求具有高耐热性和抗弯强度等力学特性。本发明的纤维增强复合材料,作为基体树脂的环氧树脂固化物的玻璃化转变温度即使是在以140℃固化的情况,也能够为140℃以上250℃以下,所以在150℃下的抗弯强度试验中表现出环氧树脂固化物具有的高机械特性,能够表现出250mpa以上、在更优选方式中为300mpa以上的高抗弯强度。除此以外,本发明的满足条件(ii)的形态的纤维增强复合材料含有在b阶化后显示良好流动特性的环氧树脂组合物和不连续的碳纤维的束状集合体,通过压制成型得到它们的均质性非常高的smc,所以由树脂的收缩造成的表面凹凸小,能够表现出表面的算术平均粗糙度ra为0.4μm以下、在更优选方式中为0.3μm以下的高表面品质。

接下来,对本发明的预浸料予以说明。

本发明的预浸料是在具有以下成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物中配合增强纤维而成的预浸料,在成分(d)中含有的羟基当量为20以上120以下。

·成分(a):环氧树脂

·成分(b):固化剂

·成分(c):多异氰酸酯化合物

·成分(d):多元醇化合物

本发明的预浸料是在具有上述成分(a)~成分(d)的环氧树脂组合物中配合增强纤维而成的预浸料,成分(d)中含有的羟基当量在20以上120以下的范围。作为成分(a)、成分(b)、成分(c)和成分(d)优选的化合物、特性、含有比例,与上述满足条件(ii)的形态的smc的情况相同。

此外、本发明的预浸料,优选满足下述【1】、【2】中的任一者、更优选满足两者。通过满足下述【1】、【2】中的任一者,在成型时树脂和增强纤维不会发生不必要的流动,容易得到不发生增强纤维的配置和取向混乱的成型品。

【1】.成分(c)含有一分子中的异氰酸酯基数为3个以上6个以下的化合物。

【2】.成分(d)含有一分子中的羟基数为3个以上6个以下的化合物。

对本发明的预浸料的形态和构成没有特殊限定,是含有连续形态的增强纤维的、周知的形态和构成。对该增强纤维没有特殊限定,可以列举出玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等。这些增强纤维也可以2种以上混合使用。尤其是,为了得到重量更轻、耐久性更高的纤维增强复合材料,优选使用碳纤维、石墨纤维。尤其是在对材料的轻量化、高强度化的要求高的用途中,由于具有优异的比弹性模量和比强度而优选使用碳纤维。对于增强纤维的形态、排列没有特殊限定,可以使用例如、沿着一个方向被拉齐的长纤维、单一的短麻屑(tow)、机织物、针织物、无纺布、毡子和编带等的纤维结构物。

本发明的预浸料,优选是将纤维增强复合材料用环氧树脂组合物含浸在碳纤维中而成的,该预浸料的碳纤维质量分率优选为40~90质量%、更优选为50~80质量%。碳纤维质量分率如果过低,则得到的复合材料的质量过大,有时比强度和比弹性率优异的纤维增强复合材料的优点受到损害,此外、如果碳纤维质量分率过高,则有时容易发生环氧树脂组合物的含浸不良,得到的复合材料孔隙多,其力学特性大大降低。

本发明的预浸料,可以通过在上述环氧树脂组合物中、或配合溶剂而低粘度化的含有上述环氧树脂组合物的树脂溶液中浸渍增强纤维,使其含浸的湿式法,以及通过加热使得上述环氧树脂组合物低粘度化、使其含浸在增强纤维中的热熔法等来很好的制造。

湿式法,是将增强纤维浸渍在含有环氧树脂组合物的槽中,然后拉出,使用烘箱等使其b阶化,而得到预浸料的方法。

热熔法是使通过加热而低粘度化了的环氧树脂组合物直接含浸在增强纤维中的方法,或者先将环氧树脂组合物涂布在离型纸等上制作树脂膜,接下来从增强纤维的两侧或者一侧重合该树脂膜,通过加热加压使得环氧树脂组合物转印含浸同时b阶化,从而得到预浸料的方法。

该b阶化,可以通过在例如40℃下保持24小时来实现,可以认为主要是通过多异氰酸酯化合物的异氰酸酯基和醇化合物的羟基之间的反应进行的,作为b阶化后的环氧树脂组合物(即预浸料中含有的环氧树脂组合物)的粘度,是使用dma(taインスツルメンツ社制ares)测定的成型温度,优选例如120℃下的粘度在10pa·s以上100000pa·s以下的范围,更优选在100pa·s以上10000pa·s以下的范围。也可以是将任意一个上述上限和任意一个下限组合而成的范围。进而、b阶化后的环氧树脂组合物的粘度变化优选在高温区域小,优选满足下述条件。

1≤a/b≤2000

a:70℃下的粘度、b:130℃下的粘度

此外、更优选满足下述条件。

1≤a/b≤1000

本发明的预浸料,在高压的压制成型中容易得到表面品质和力学特性优异的纤维增强复合材料,而不会发生树脂不必要地流动、纤维重量含有率参差不齐、纤维的配置和取向混乱的情况。此外、在与smc、其它材料组合的混杂成型中,也能够同样发挥上述效果,得到表面品质优异的成型体。此外、不仅可以通过压制成型,还可以通过周知的成型方法得到所希望的成型品。

此外、本发明的预浸料,与上述本发明涉及的smc同样,优选还含有上述成分(e),而且优选在此基础上还含有上述成分(f)。作为成分(e)、成分(f)优选的化合物、特性、含有比例,与上述smc的情况相同。

本发明的混杂成型体,是在smc中组合本发明的预浸料、固化而成的成型体。该smc,没有特殊限定,可以使用采用周知的增强纤维和树脂而成的各种smc,但优选使用本发明的smc。本发明的混杂成型体,能够稳定表现成型体的尺寸精度和力学特性,在成型时不容易发生预浸料的增强纤维的配置和取向混乱的情况。

实施例

下文中,通过实施例来对本发明的smc和预浸料进行更具体说明,但本发明不受这些实施例限定。

<树脂原料>

为了得到各实施例·比较例的环氧树脂组合物而使用以下的树脂原料。

1.作为成分(a)的环氧树脂

·“エポトート(注册商标)”yd128(新日铁住金化学(株)制):液状双酚a型环氧树脂

·“jer(注册商标)”154(三菱化学(株)制):固态苯酚线型酚醛清漆型环氧树脂

·“jer(注册商标)”1001(三菱化学(株)制):固态双酚a型环氧树脂

·“jer(注册商标)”1007(三菱化学(株)制):固态双酚a型环氧树脂

·“ydf(注册商标)”2001(新日铁住金(株)制):固态双酚f型环氧树脂

·“erisys(注册商标)”ge-21(ptiジャパン(株)制):1,4-丁二醇二缩水甘油基醚

·“erisys(注册商标)”ge-22(ptiジャパン(株)制):环己烷二甲醇二缩水甘油基醚

·“デナコール(注册商标)”ex-211(ナガセケムテックス(株)制):新戊二醇二缩水甘油基醚

·“デナコール(注册商标)”ex-212(ナガセケムテックス(株)制):1,6-己二醇二缩水甘油基醚

·“デナコール(注册商标)”ex-313(ナガセケムテックス(株)制):甘油聚缩水甘油基醚。

2.作为成分(b)的双氰胺或者其衍生物

·“jerキュア(注册商标)”dicy7(三菱化学(株)制):双氰胺。

3.作为成分(c)的多异氰酸酯化合物

·“ルプラネート(注册商标)”m20s(basfinoacポリウレタン(株)制、异氰酸酯基数:3):polymetricmdi(聚亚甲基聚苯基多异氰酸酯)

·“ルプラネート(注册商标)”mi(basfinoacポリウレタン(株)制、异氰酸酯基数:2):monometricmdi(二苯基甲烷二异氰酸酯)

·异氰酸酯基苯(东京化成工业(株)制、异氰酸酯基数:1)。

4.作为成分(d)的醇化合物

·乙二醇(东京化成工业(株)制、羟基数:2、羟基当量:31)

·甘油(东京化成工业(株)制、羟基数:3、羟基当量:31)

·二甘油(东京化成工业(株)制、羟基数:4、羟基当量:27)

·peg600(关东化学(株)制、羟基数:2、羟基当量:300)

·“jer(注册商标)”1004(三菱化学(株)制、羟基数:5.7、羟基当量:340)

·“デナコール(注册商标)”ex-611(ナガセケムテックス(株)制、羟基数:2、羟基当量:263)

·1-丁醇(东京化成工业(株)制、羟基数:1、羟基当量:74)。

5.作为成分(e)的化合物

·四丁基溴化铵(东京化成工业(株)制)

·四苯基溴化(东京化成工业(株)制)

·2-甲基咪唑(东京化成工业(株)制)

·三苯基膦(东京化成工业(株)制)。

6.作为成分(f)的上述式(1)所示的脲化合物

·“omicure(注册商标)”52(ptiジャパン(株)制):4,4’-亚甲基双(苯基二甲基脲)

·“dcmu99(注册商标)”(保土ヶ谷化学(株)制):3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲。

<环氧树脂组合物的调制>

以各表所述的含有比例将各成分混合而调制环氧树脂组合物。再者,表中的环氧树脂组合物的栏目中的各成分的数值表示的是含有量,其单位如果没有特殊说明就是「质量份」。

<树脂固化板的制作>

将上述调制的环氧树脂组合物在减压下脱泡,然后通过2mm厚的“特氟龙(注册商标)”制隔件注入到设定能够成为厚度2mm的模具中。在140℃的温度下固化2小时,而得到厚度2mm的树脂固化板。

<smc的制作以及smc使用纤维增强复合材料的制作>

作为碳纤维使用“トレカ(注册商标)”t700s-12k(东丽(株)制)。将所述连续碳纤维丝束以所希望的角度切断,散布碳纤维的束状集合体使其均匀分散,由此得到纤维取向在各方向相等的不连续碳纤维无纺布。切断装置使用旋转式切机。将刀的间隔设为30mm。此外、不连续碳纤维无纺布的目付为1kg/m2

将不连续碳纤维无纺布用涂布了上述环氧树脂组合物的聚乙烯膜夹着使所得到的smc的碳纤维重量含有率为40%,用辊按压,使其含浸上述环氧树脂组合物,由此得到片状的smc前体。将该smc前体在40℃保持24小时,使树脂b阶化,从而得到smc。

将2枚smc重叠,通过加压型压制机以10mpa的加压和约140℃×5分钟的条件使其固化,从而得到300×400mm、厚度1.6mm的平板状的纤维增强复合材料。

<预浸料的制造方法以及预浸料使用纤维增强复合材料的制作>

作为碳纤维使用“トレカ(注册商标)”t700s-12k(东丽(株)制)的平纹织物(co6273c)。在上述得到的环氧树脂组合物的槽内浸渍该平纹织物,然后拉起,除去多余的树脂,使得纤维重量含有率为60%,得到预浸料的前体。将其在40℃保持24小时,使树脂b阶化,从而得到预浸料。将该预浸料8枚重叠,通过加压型压制机以10mpa的加压、约140℃×5分钟的条件将其固化,而得到平板状的纤维增强复合材料。

<评价>

各实施例中的评价进行如下。再者,测定n数,只要没有特殊说明,就是n=1。

1.刚调制完时的树脂组合物的粘度的测定

将要测定的被测物依照jisz8803(1991)中的「通过圆锥-平板形旋转粘度计进行的粘度测定方法」使用安装了标准锥形转子(1°34’×r24)的e型粘度计,在保持70℃的状态进行测定。作为e型粘度计使用(株)トキメック制tve-30h。再者,作为被测物使用将各成分混合搅拌1分钟后的环氧树脂组合物。

2.b阶化后的树脂组合物的粘度的测定

将要测定的被测物使用dma(taインスツルメンツ社制ares),在加热到30℃时投入样品,以10℃/分升温、测定粘度。再者,作为被测物,使用将各成分混合而成的环氧树脂组合物在40℃保持24小时后的。例如、70℃的粘度是被测物达到70℃时的粘度,同样地测定各温度下的粘度。

3.环氧树脂固化物的玻璃化转变温度tg的测定

从树脂固化板切出宽度12.7mm、长度40mm的试验片,使用dma(taインスツルメンツ社制ares)测定tg。测定条件是升温速度5℃/分。将测定得到的储能模量g’的变曲点处的温度作为tg。

4.环氧树脂固化物的玻璃化转变温度tg的测定

从树脂固化板切出宽度12.7mm、长度40mm的试验片,使用dma(taインスツルメンツ社制ares)测定tg。测定条件是升温速度5℃/分。将测定得到的储能模量g’的变曲点处的温度作为tg。

5.smc的30℃下的操作性评价

针对前述那样得到的smc,基于膜剥离的容易性、对模具的赋形性来评价操作性。在从smc剥离膜时膜侧没有碳纤维、树脂附着、并且层叠的smc没有剥离、能够仅将膜容易地剥离的情况、并且当在模具中设置smc时smc顺着模具的情况评价为a。将上述任一情况不满足时评价为b。

6.smc使用纤维增强复合材料的表面的算术平均粗糙度ra的测定

从前述那样得到的平板状的纤维增强复合材料以0度(以平板长度方向为0度)和90度方向各切出80×30×1.6mm的试验片5片(合计10片),使用表面粗糙度测定器サーフコム480a((株)东京精密制)测定各试验片的表面的算术平均粗糙度,将它们的平均值作为ra。测定条件是十字头速度为0.3mm/s。

7.使用smc的纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度测定

从前述那样得到的平板状的纤维增强复合材料以0度(以平板长度方向为0度)和90度方向各切出100×25×1.6mm的试验片5片(合计10片),依照jisk7074(1988年)、以150℃的温度条件实施测定。

8.使用预浸料的纤维增强复合材料的表面品质

从前述那样得到的平板状的纤维增强复合材料切出10cm四方,定量纤维的取向混乱。针对0度和90度,各评价任意5点的纤维蜿蜒幅度的最大值、算出平均值。在其为2mm以下时评价为a,在其为4mm以下时评价为b,在大于4的情况评价为c。

(实施例a101~a109)

将成分(a)~(d)以表1记载的含有比例配合而调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定120℃下的粘度。进而使用各b阶化前的环氧树脂组合物和具有表1所示那样的角度a和角度b的碳纤维的束状集合体来制作smc和纤维增强复合材料、测定抗弯强度。实施例a101~a109中的区别仅在于成分(a)~(d)和其含有比例。在任一种情况、刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为1000mpa·s以下,并且在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。此外、b阶化后的120℃下的树脂的粘度为100000pa·s以下,此外满足上述1≤a/b≤100的条件,smc在热压成型时的流动性良好。进而树脂固化物的tg为140℃以上,纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度为250mpa以上,耐热性和力学特性良好。

(实施例a110~a115)

除了使用成分(a)~(d)以外,作为成分(e)、(f)使用表2所记载的化合物,以表2所记载的含有比例配合而调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,在b阶化后、测定120℃下的粘度。进而使用各b阶化前的环氧树脂组合物和具有表2所示那样的角度a和角度b的碳纤维的束状集合体来制作smc和纤维增强复合材料,测定抗弯强度。实施例a110~a115中的区别仅在于成分(a)~(f)和其含有比例。在任一种情况、刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为1000mpa·s以下,并且制作smc时对碳纤维的含浸性良好。此外、b阶化后的120℃下的树脂的粘度为100000pa·s以下,此外满足上述1≤a/b≤100的条件,将smc热压成型时的流动性也良好。进而树脂固化物的tg为140℃以上,纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度为250mpa以上,耐热性和力学特性良好。

(实施例b01~b09)

使用与实施例a101~a109中的各组成相同组成的b阶化前的环氧树脂组合物来制作预浸料和纤维增强复合材料,评价使用预浸料的纤维增强复合材料的表面品质。组成和结果如表7所示。

(实施例b10~b15)

使用与实施例a110~a115中的各组成相同组成的b阶化前的环氧树脂组合物来制作预浸料和纤维增强复合材料,评价使用预浸料的纤维增强复合材料的表面品质。组成和结果如表8所示。

(比较例a101)

除了改变作为成分(c)使用的化合物的种类,将成分(a)~(d)以表5记载的含有比例配合以外,与实施例a101同样地调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将该环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定120℃下的粘度。以下与实施例a101同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定抗弯强度。刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为500mpa·s,在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。其中,b阶化后的120℃下的树脂粘度为20pa·s,上述a/b=1700,将smc热压成型时的流动性不良。此外、树脂固化物的tg为140℃,关于纤维增强复合材料,150℃下的抗弯强度为240mpa,耐热性和力学特性良好。

(比较例a102)

除了改变作为成分(c)和成分(d)使用的化合物的种类,将成分(a)~(d)按照表5记载的含有比例配合以外,与比较例a101同样地调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后、测定120℃下的粘度。以下与比较例a101同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定抗弯强度。刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为800mpa·s,smc制作时对碳纤维的含浸性良好。b阶化后的120℃下的树脂的粘度为900pa·s,上述a/b=40,将smc热压成型时的流动性良好。但是,树脂固化物的tg为100℃、纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度为190mpa,表现不出环氧树脂本来特有的耐热性和机械特性,为不良。

(比较例a103)

除了改变作为成分(c)和成分(d)使用的化合物的种类、将成分(a)~(d)以表5记载的含有比例配合以外,与比较例a101同样调制环氧树脂组合物、测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定120℃下的粘度。以下与比较例a101同样制作smc和纤维增强复合材料、测定抗弯强度。刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为2500mpa·s,smc制作时对碳纤维的含浸性不良。b阶化后的120℃下的树脂的粘度为50pa·s,上述a/b=600,将smc热压成型时的流动性不良。其中,树脂固化物的tg为140℃、纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度为240mpa,耐热性和力学特性良好。

(比较例a104)

除了改变作为成分(c)和成分(d)使用的化合物的种类,将成分(a)~(d)按照表5记载的含有比例配合以外,与比较例a101同样地调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定120℃下的粘度。以下与比较例a101同样制作smc和纤维增强复合材料,测定抗弯强度。刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为2300mpa·s,smc制作时对碳纤维的含浸性不良。b阶化后的120℃下的树脂的粘度为80pa·s,上述a/b=580,将smc热压成型时的流动性不良。其中,树脂固化物的tg为145℃、纤维增强复合材料的h/w抗弯强度为245mpa,耐热性和力学特性良好。

(比较例a105)

除了改变作为成分(c)和成分(d)使用的化合物的种类,并且将成分(a)~(d)以表5记载的含有比例配合以外,与比较例a101同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定120℃下的粘度。以下与比较例a101同样制作smc和纤维增强复合材料,测定抗弯强度。刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为300mpa·s,smc制作时对碳纤维的含浸性良好。b阶化后的120℃下的树脂的粘度为0.1pa·s,上述a/b=120,将smc热压成型时的流动性不良。其中,树脂固化物的tg为140℃、纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度为240mpa,耐热性和力学特性良好。

(比较例a106)

除了改变作为成分(c)和成分(d)使用的化合物的种类,将成分(a)~(d)以表5记载的含有比例配合以外,与比较例a101同样地调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定120℃下的粘度。以下与比较例a101同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定抗弯强度。刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为200mpa·s,smc制作时对碳纤维的含浸性良好。b阶化后的120℃下的树脂的粘度为0.05pa·s,上述a/b=140,将smc热压成型时的流动性不良。树脂固化物的tg为134℃、纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度为223mpa,耐热性和力学特性不良。

(比较例a107)

除了改变作为成分(c)和成分(d)使用的化合物的种类,将成分(a)~(d)以表5记载的含有比例配合以外,与比较例a101同样地调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定120℃下的粘度。以下与比较例a101同样地制作smc和纤维增强复合材料、测定抗弯强度。刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为400mpa·s,smc制作时对碳纤维的含浸性良好。b阶化后的120℃下的树脂的粘度为0.08pa·s,上述a/b=200,将smc热压成型时的流动性不良。树脂固化物的tg为130℃、纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度210mpa,耐热性和力学特性不良。

(比较例a108)

除了改变作为成分(c)和成分(d)使用的化合物的种类,将成分(a)~(d)以表5记载的含有比例配合以外,与比较例a101同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定120℃下的粘度。以下与比较例a101同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定抗弯强度。刚调制完时的环氧树脂组合物的70℃下的粘度为440mpa·s,smc制作时对碳纤维的含浸性良好。b阶化后的120℃下的树脂的粘度为0.09pa·s,上述a/b=160,将smc热压成型时的流动性不良。树脂固化物的tg为127℃、纤维增强复合材料的150℃下的抗弯强度为200mpa,耐热性和力学特性不良。

(实施例b16)

使用比较例a101的b阶化前的环氧树脂组合物制作预浸料和纤维增强复合材料,评价使用预浸料的纤维增强复合材料的表面品质。组成和结果如表9所示。

(比较例b01~b07)

使用比较例a102~a108的b阶化前的各环氧树脂组合物来制作预浸料和纤维增强复合材料,来评价预浸料使用纤维增强复合材料的表面品质。组成和结果如表9所示。

(实施例a201)

作为成分(a)~(d)使用表3中记载的化合物、以表3中记载的含有比例配合调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将该环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。进而使用b阶化前的环氧树脂组合物和具有表3所示角度a和角度b的碳纤维的束状集合体,制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表3示出了结果。刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。此外、b阶化后的30℃下的smc的操作性良好。进而、根据120℃下的树脂的粘度、a/b的结果,将smc热压成型时的流动性也特良好。树脂固化物的tg是143℃,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为良好。

(实施例a202)

除了改变作为成分(c)使用的化合物的种类、将成分(a)~(d)按照表3中记载的含有比例配合以外,与实施例a201同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将该环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与实施例a201同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表3示出了结果。刚调制完时的环氧树脂组合物对制作smc时的碳纤维的含浸性良好。此外、b阶化后的30℃下的smc的操作性良好。进而、根据120℃下的树脂的粘度将smc热压成型时的流动性良好。树脂固化物的tg是142℃,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为良好。

(实施例a203~a205)

除了改变作为成分(d)使用的化合物的种类、将成分(b)~(d)以表3中记载的含有比例配合以外,与实施例a201同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后、测定30℃和120℃下的粘度。以下与实施例a201同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表3示出了结果。在任一情况中刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。此外、在任一情况b阶化后的30℃下的smc的操作性良好。进而、在任一情况都满足上述1≤a/b≤100的条件,根据120℃下的树脂的粘度,将smc热压成型时的流动性也特良好。在任一情况下树脂固化物的tg都为140℃以上,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性的均为良好。

(实施例a206~a208)

除了使用成分(a)~(d)、还使用成分(e),或者还使用成分(e)和成分(f),将成分(a)~(f)按照表3中记载的含有比例配合,除此以外与实施例a204同样地调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与实施例a204同样制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表3示出了结果。在任一情况刚调制完时的环氧树脂组合物在制作smc时对碳纤维的含浸性良好。此外、在任一种情况b阶化后的30℃下的smc的操作性都良好。进而、在任一种情况,根据120℃下的树脂的粘度、a/b的结果,将smc热压成型时的流动性都特良好。在任一种情况树脂固化物的tg都是140℃以上,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为良好。

(实施例a209、a210)

除了改变角度a和角度b以外,与实施例a206同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与实施例a206同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表3示出了结果。在任一种情况刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性都良好。此外、在任一种情况b阶化后的30℃下的smc的操作性都良好。进而、在任一种情况都满足上述1≤a/b≤100的条件,根据120℃下的树脂的粘度,将smc热压成型时的流动性也特良好。在任一种情况树脂固化物的tg都是140℃以上,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为良好。

(实施例a211~a220)

除了改变作为成分(a)、(d)使用的化合物的种类、将成分(a)~(d)按照表4记载的含有比例配合以外,与实施例a201同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与实施例a201同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表4示出了结果。在任一种情况刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性都良好。此外、在任一种情况b阶化后的30℃下的smc的操作性都良好。进而、在任一种情况都满足上述1≤a/b≤100的条件,根据120℃下的树脂的粘度,将smc热压成型时的流动性也特良好。在任一种情况树脂固化物的tg都是140℃以上,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质和力学特性均为良好。

(实施例a221~a224)

除了改变作为成分(a)、(d)使用的化合物的种类,将成分(a)~(d)按照表4记载含有比例配合以外,与实施例a212同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与实施例a212同样制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表4示出了结果。在任一种情况刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性都良好。此外、在任一种情况b阶化后的30℃下的smc的操作性都良好。进而、在任一种情况都满足上述1≤a/b≤100的条件,根据120℃下的树脂的粘度,将smc热压成型时的流动性也特良好。在任一种情况树脂固化物的tg都是140℃以上,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质和力学特性均为良好。

(实施例a225、a226)

除了使用成分(a)~(d),还使用成分(e)、或者还使用成分(e)和成分(f),将成分(a)~(f)按照表4记载含有比例配合,除此以外,与实施例a219同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将各环氧树脂组合物在40℃下保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与实施例a219同样制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表4示出了结果。在任一种情况刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性都良好。此外、在任一种情况b阶化后的30℃下的smc的操作性都良好。进而、在任一种情况都满足上述1≤a/b≤100的条件,根据120℃下的树脂的粘度,将smc热压成型时的流动性也特良好。在任一种情况树脂固化物的tg都是140℃以上,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为良好。

(比较例a201、a202)

与实施例a202同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将所述环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。进而使用所述b阶化前的环氧树脂组合物、如表中记载的那样改变不连续的碳纤维的束状集合体的角度a和角度b来制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表6示出了结果。刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。此外、b阶化后的30℃下的smc的操作性良好。进而、根据120℃下的树脂的粘度,将smc热压成型时的流动性良好。树脂固化物的tg是142℃,耐热性良好,纤维增强复合材料在任一种情况都是表面品质、力学特性不良。

(比较例a203)

除了将成分(a)~(d)以表6记载的含有比例配合以外,与实施例a204同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将所述环氧树脂组合物在40℃保持24小时,测定b阶化后30℃和120℃下的粘度。以下与实施例a204同样制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表6示出了结果。刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。此外、b阶化后、smc完全不顺着模具,赋形性不足,所以30℃下的smc的操作性不良。进而、根据120℃下的树脂的粘度、a/b的结果,将smc热压成型时的流动性特良好。树脂固化物的tg为155℃,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为良好。

(比较例a204)

除了不含成分(c)、(d)以外,与比较例a201同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将所述环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与比较例a203同样地制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表6示出了结果。刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。此外、b阶化后的30℃下的树脂的粘度是低粘度,从smc剥离膜时膜侧有树脂附着,所以smc的操作性不良。进而、根据120℃下的树脂的粘度、a/b的结果,将smc热压成型时的流动性特良好。树脂固化物的tg是148℃,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为良好。

(比较例a205)

改变作为成分(d)使用的化合物的种类,将成分(c)、(d)按照表6记载的含有比例配合,除此以外,与比较例a203同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将所述环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与比较例a203同样制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表6示出了结果。刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。此外、根据b阶化后的30℃下的树脂的粘度,smc的操作性良好。进而、根据120℃下的树脂的粘度,将smc热压成型时的流动性不良。树脂固化物的tg是90℃,纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为不良。

(比较例a206)

除了改变作为成分(d)使用的化合物的种类,将成分(b)~(d)按照表6记载的含有比例配合以外,与比较例a203同样调制环氧树脂组合物,测定刚调制完时的70℃下的粘度。此外、将所述环氧树脂组合物在40℃保持24小时,b阶化后测定30℃和120℃下的粘度。以下与比较例a203同样制作smc和纤维增强复合材料,测定算术平均粗糙度ra和抗弯强度。表6示出了结果。刚调制完时的环氧树脂组合物在smc制作时对碳纤维的含浸性良好。此外、b阶化后的30℃下的smc的操作性良好。进而、根据120℃下的树脂的粘度,将smc热压成型时的流动性不良。树脂固化物的tg是130℃、纤维增强复合材料的耐热性、表面品质、力学特性均为不良。

产业可利用性

本发明的smc,与由以往的smc用环氧树脂组合物形成的smc相比,成型时的流动特性良好,可以得到耐热性和强度特性优异的纤维增强复合材料,在这方面优异。进而、本发明的预浸料与由以往的预浸料用环氧树脂组合物形成的预浸料相比,能够获得树脂流动小、表面品质优异的纤维增强复合材料,在这方面优异。通过这样,除了用于航空航天用途、汽车用途,还可以在运动和产业用途的所有用途中使用纤维增强复合材料,有助于以化石燃料为中心的能量的消耗量削减,期待有助于地球温暖化问题的解决。

符号说明

1束状集合体

2碳纤维

a角度a

b角度b

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