环氧树脂组合物、预浸料、纤维强化复合材料及其制造方法_3

文档序号:9500845阅读:来源:国知局
性固化剂, 进一步更优选微胶囊的皮膜由交联高分子构成。运里,作为用于分散成分C的环氧树脂,既 可W与本发明的成分A或成分D相同,也可W不同。作为运样的环氧树脂,从微胶囊的稳定 性的观点出发,优选为双酪A型环氧树脂、双酪F型环氧树脂。
[0114] 作为将成分C包封在微胶囊中的方法,没有特别限定,从微胶囊壳层的均匀性的 观点出发,优选使用界面聚合法、原位聚合法或从有机溶液体系的相分离法运样的方法。
[0115]关于成分C的固化性能、即可W使环氧树脂组合物固化的溫度,可W按照W下步 骤进行判断。首先,将环氧当量为184~194g/eq的液态双酪A型环氧树脂(例如Ξ菱化 学(株)社制距R828)100质量份和成分C7质量份均匀混合,调制含有成分C的环氧树脂 组合物。然后,利用差示扫描量热装置(W下记作"DSC")W1(TC/分钟的升溫速度条件 使前述环氧树脂组合物固化,测定放热行为。在前述环氧树脂组合物的DSC图中,放热曲线 远离基线、第一个拐点的切线与基线的交点的溫度(放热起始溫度)为l〇〇°CW下时,可W 判断该成分C具有100°CW下的固化性能。同样地,在DSC图上,放热曲线远离基线、放热起 始溫度为90°CW下时,可W判断该成分C具有90°CW下的固化性能。
[0116] 本发明中,更优选使用具有9(TCW下的固化性能的低溫固化剂作为成分C。
[0117] 作为能够适合用于使成分C含于环氧树脂组合物中的、成分C包封在微胶囊 中且分散在环氧树脂中的、具有l〇〇°CW下的固化性能的固化剂母料,可W列举旭化成 E-materials社制的固化剂母料即NovacureHX3721、HX3722、HX3742、HX3748 等,但并非仅 限于此。
[0118] 本发明中,环氧树脂组合物中成分C的含量优选为相对于环氧树脂组合物中的环 氧树脂(成分A,或者在含有成分D时为成分D和成分A的合计)100质量份为1~6质量 份,更优选为1. 5~4质量份。若成分C的含量为1质量份W上,环氧树脂组合物的固化反 应速度快,可W抑制固化时树脂的流出,故而优选。
[0119] (成分D)
[0120] 本发明中,成分D为分子内具有至少一个硫原子的环氧树脂。作为分子内具有至 少一个硫原子的环氧树脂,有双酪S型环氧树脂、具有硫骨架的环氧树脂,可W使用它们作 为本发明的成分D。此外,作为成分D,还可W使用含有下述式(3)所示结构的环氧树脂。作 为运样的环氧树脂,可W列举例如环氧树脂与分子内具有至少一个硫原子的胺化合物的反 应产物。目P,作为成分D,可化含有环氧树脂与分子内具有至少一个硫原子的胺化合物的反 应产物。 阳121][化学式11] 阳1。]
阳123] 作为分子内具有至少一个硫原子的胺化合物,可W列举例如4, 4'-二氨基二苯基 讽、3, 3' -二氨基二苯基讽、4, 4' -二氨基二苯基硫酸、双(4-(4-氨基苯氧基)苯基)讽、 双(4-(3-氨基苯氧基)苯基)讽、4, 4'-二氨基二苯基硫酸、W及它们的衍生物等。其中, 从固化树脂的耐热性的观点出发,优选使用二氨基二苯基讽,更优选使用4, 4'-二氨基二 苯基讽。
[0124] 作为与前述胺化合物反应的环氧树脂,可W与成分A相同,也可W不同。
[01巧]作为获得环氧树脂与分子内具有至少一个硫原子的胺化合物的反应产物的方法, 可W列举下述方法:将环氧树脂与分子内具有至少一个硫原子的胺化合物、例如具有前述 式(3)所示结构的胺化合物按照100:3~100:30、优选为100:5~100:20的比率混合,在 130~200°C、优选在140~170°C加热进行反应。使用该方法时,反应产物中有时会残留未 反应的环氧树脂、前述胺化合物,但不必特意去除运些残留物。
[01%] 本发明中,通过含有环氧树脂与分子内具有至少一个硫原子的胺化合物的反应产 物作为成分D,可W调整本发明的环氧树脂组合物的粘度,故而优选。即,通过调整环氧树脂 与分子内具有至少一个硫原子的胺化合物的反应条件,可W对获得的反应产物的粘度进行 控制,例如:通过设为高溫、长时间,可W使获得的反应产物的粘度高;通过设为低溫、短时 间,可W使获得的反应产物的粘度低。因此,通过将含有具有期望粘度的前述反应产物的环 氧树脂作为成分D配合到环氧树脂组合物中,可W调整环氧树脂组合物的粘度。
[0127] 此外,作为成分D,还可W使用作为分子内具有至少一个硫原子的环氧树脂的、含 有下述式(4)所示结构的环氧树脂。 阳12引[化学式12] 阳129]
[0130] 作为运样的环氧树脂,可W列举例如双酪A型环氧树脂与前述分子内具有至少一 个硫原子的胺化合物的反应产物。
[0131] 当本发明的环氧树脂组合物中含有成分D时,其含量W成分A与成分D的质量比 计优选为95:5~10:90,更优选为80:20~12:88,进一步优选为60:40~13:87。若成分 A与成分D的质量比为95:5~10:90,固化后的树脂的耐热性提高,故而优选。
[0132] 关于本发明的环氧树脂组合物中成分A和成分D的合计含量,相对于环氧树脂组 合物100质量份,优选为70~98质量份,更优选为80~98质量份。若环氧树脂组合物中 成分A的含量为70~98质量份,固化物中生成致密的交联结构,故而优选。 阳133](固化助剂)
[0134] 本发明中,为了提高本发明中使用的固化剂、即成分B或成分C的固化活性,可W 在不损害本发明的宗旨的范围内组合适当的固化助剂。通过将成分B或成分C与固化助剂 组合,可W使环氧树脂组合物在更短时间内固化。另一方面,当固化助剂的添加量过多时, 固化后的树脂组合物的耐热性降低、或固化后的树脂组合物的保存稳定性变差,因此需要 控制为少量添加。
[0135] 作为固化助剂的例子,可W列举3-苯基-1,1-二甲基脈、3-(3,4-二氯苯 基)-1,1-二甲基脈值〔111)、3-(3-氯-4-甲基苯基)-1,1-二甲基脈、2,4-双化3-二甲基 脈基)甲苯运样的脈衍生物、叔胺、Ξ氣化棚单乙胺、Ξ氯化棚-胺配位化合物等胺配位化 合物。 阳136](其它固化剂) 阳137] 此外,在本发明的环氧树脂组合物中,还可W在不损害本发明的宗旨的范围内组 合既不属于成分B也不属于成分C的"其它固化剂"。通常,低溫下的固化性优异的"其它 固化剂"需要控制为少量添加,运是由于其会缩短环氧树脂组合物和预浸料的寿命、即缩短 能够W保持预浸料的粘着性和柔软性的状态进行保存的期限。 阳13引(添加剂)
[0139] 此外,本发明的环氧树脂组合物中,还可W添加选自由热塑性树脂、热塑性弹性体 和弹性体组成组中的1种W上树脂作为添加剂。运样的添加剂不仅改变环氧树脂组合物的 粘弹性从而改善粘度、储能模量和触变性,还具有提高环氧树脂组合物的固化物的初性的 作用。作为添加剂使用的选自热塑性树脂、热塑性弹性体和弹性体中的1种W上树脂既可 W单独使用,也可W并用2种W上。此外,该选自热塑性树脂、热塑性弹性体和弹性体中的 1种W上树脂既可WW溶解在环氧树脂成分中的状态存在,也可WW微粒、长纤维、短纤维、 织物、无纺布、网、浆状等形状配置在预浸料的表层。当W运样的状态将选自热塑性树脂、热 塑性弹性体和弹性体中的1种W上树脂配置在预浸料的表层时,可W抑制使前述预浸料固 化而得的纤维强化复合材料的层间剥离。
[0140] 本发明中,关于环氧树脂组合物中前述添加剂的添加量,相对于环氧树脂组合物 中的环氧树脂(成分A,或者在环氧树脂组合物中含有成分D时为成分D和成分A的合 计)100质量份,优选为1~15质量份,更优选为2~10质量份。若添加剂的添加量为1~ 15质量份,则易于向环氧树脂组合物中添加,故而优选。本发明中,并用2种W上添加剂时, 优选W并用的添加剂的合计量在上述范围内的方式进行调整。 阳141] 本发明中,作为热塑性树脂,优选使用主链具有选自由碳-碳键、酷胺键、酷亚胺 键、醋键、酸键、碳酸醋键、氨醋键、脈键、硫酸键、讽键、咪挫键和幾基键组成的组中的键的 热塑性树脂。它们之中,更优选使用例如选自聚丙締酸醋、聚酷胺、聚芳酷胺、聚醋、聚碳酸 醋、聚苯硫酸、聚苯并咪挫、聚酷亚胺、聚酸酷亚胺、聚讽和聚酸讽运样的属于工程塑料的一 组热塑性树脂。其中,特别优选使用聚酷亚胺、聚酸酷亚胺、聚讽和聚酸讽等。通过使用运 些添加剂,环氧树脂组合物的固化树脂的耐热性提高,故而优选。此外,从提高环氧树脂组 合物的固化物的初性和维持固化树脂的耐环境性的观点出发,优选运些热塑性树脂具有与 热固性树脂反应的反应性官能团。作为运样的官能团,可w列举簇基、氨基和径基等。 阳142] <环氧树脂组合物的制造方法>
[0143] 本发明的环氧树脂组合物可W通过现有公知的方法制造。例如,优选使用玻璃烧 瓶、捏合机、行星式揽拌机、一般的揽拌加热蓋、揽拌加压加热蓋等进行制造。
[0144] 本发明的环氧树脂组合物优选通过例如具有W下工序的制造方法来制造。
[0145] 工序(1):将环氧树脂(成分A,或者在含有成分D时为成分D和成分A的合计)、 W及热塑性树脂等添加剂放入溶解容器中,在70~150°C加热混合1~6小时,从而获得环 氧树脂主剂的工序。 阳146] 工序(2):将前述环氧树脂主剂冷却至50~70°C后,添加成分B、和/或成分C、其 它固化剂、固化助剂,在50~70°C混合0. 5~2小时,从而获得环氧树脂组合物的工序。
[0147] <预浸料的制造>
[0148] 本发明的环氧树脂组合物可W含浸于强化纤维束中从而制造预浸料。预浸料的制 造方法没有特别限定,本发明的环氧树脂组合物即使在加热至60~1
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