JP2003277471A - Epoxy resin composition, prepreg and carbon fiber- reinforced composite material - Google Patents
Epoxy resin composition, prepreg and carbon fiber- reinforced composite materialInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スポーツ用途、航
空宇宙用途、一般産業用途に適した炭素繊維強化複合材
料、これを得るためのマトリックス樹脂としてのエポキ
シ樹脂組成物、およびプリプレグに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon fiber reinforced composite material suitable for sports applications, aerospace applications, and general industrial applications, an epoxy resin composition as a matrix resin for obtaining the same, and a prepreg.
【0002】[0002]
【従来の技術】炭素繊維とマトリックス樹脂とからなる
炭素繊維強化複合材料は、特にその機械強度特性が優れ
ているために、ゴルフクラブシャフト、釣り竿、テニス
やバトミントンのラケットなどのスポーツ用途をはじ
め、航空宇宙用途、一般産業用途に広く用いられ、これ
ら用途においては、炭素繊維としては長繊維タイプが多
くの場合適用される。2. Description of the Related Art Carbon fiber reinforced composite materials composed of carbon fibers and matrix resins are particularly excellent in mechanical strength characteristics. Therefore, they are used for sports purposes such as golf club shafts, fishing rods, and tennis and badminton rackets. It is widely used for aerospace applications and general industrial applications. In these applications, long fiber types are often used as carbon fibers.
【0003】そして、炭素繊維複合材料のマトリックス
樹脂としては、その優れた機械物性、耐熱性、炭素繊維
との良好な接着性などの面からエポキシ樹脂組成物が好
適に用いられる。As the matrix resin of the carbon fiber composite material, an epoxy resin composition is preferably used in view of its excellent mechanical properties, heat resistance, and good adhesion to carbon fibers.
【0004】炭素繊維複合材料において、一般に繊維と
同じ方向の引張強度(0#引張強度)は炭素繊維の高い
引張強度を反映するため高いが、一方で繊維と同じ方向
の圧縮強度(0#圧縮強度)は、0#引張強度と比較して
低く、これを改良するためにいくつかの手法が開示され
てきた。In a carbon fiber composite material, the tensile strength in the same direction as the fiber (0 # tensile strength) is generally high because it reflects the high tensile strength of the carbon fiber, while the compressive strength in the same direction as the fiber (0 # compression strength) is high. Strength) is low compared to 0 # tensile strength, and several approaches have been disclosed to improve this.
【0005】例えば、特開2001−131833号公
報には、炭素繊維そのものの繊維方向の圧縮強度を向上
させる方法が開示されているが、製造コストが高くなり
がちであることや、得られる圧縮強度はまだ充分でない
などの問題があった。For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-131833 discloses a method of improving the compressive strength of carbon fibers themselves in the fiber direction, but the manufacturing cost tends to be high and the obtained compressive strength is high. Had problems such as not being enough.
【0006】また一方で、マトリックス樹脂の改良によ
る0#圧縮強度向上の試みとしては、特開平11−17
1976号公報などに開示されるような、マトリックス
樹脂の曲げ弾性率を向上させる手法が知られ、0#圧縮
強度についてはその向上効果が認められていた。On the other hand, as an attempt to improve the 0 # compressive strength by improving the matrix resin, Japanese Patent Laid-Open No. 11-17
A method for improving the flexural modulus of the matrix resin as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1976, etc. is known, and the effect of improving the 0 # compressive strength has been recognized.
【0007】しかし、実際の部材として使用される炭素
繊維強化複合材料においては、繊維の方向となす角度が
0#ではなく、90#未満の一定の角度をなした方向の圧
縮応力が加わる場合も多い。また、設計上は0#圧縮応
力が加わると考えられる場合でも、部材の形状などに由
来して繊維配向が局部的に屈曲したり、あるいは炭素繊
維織物を用いる場合はその横糸の存在に由来して繊維が
蛇行するといったことがしばしば起こり、そのような部
分に圧縮応力が加わると、繊維の方向とは90#未満の
一定の角度をなした方向に圧縮応力が加わることにな
る。そしてそのような場合、前記したような0#圧縮強
度を向上させるだけでは、その強度が不足する場合があ
った。However, in a carbon fiber reinforced composite material used as an actual member, a compressive stress may be applied in a direction where the angle with the fiber direction is not 0 # but a constant angle of less than 90 #. Many. Even when it is considered that 0 # compressive stress is applied by design, the fiber orientation is locally bent due to the shape of the member, or when the carbon fiber woven fabric is used, it is due to the presence of the weft. The fibers often meander, and when compressive stress is applied to such a portion, the compressive stress is applied in a direction at a constant angle of less than 90 # with respect to the fiber direction. In such a case, the strength may be insufficient only by improving the 0 # compression strength as described above.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る従来技術の持つ課題を解決して優れた材料強度を付与
し、各種構造材料やスポーツ用具の軽量化などを可能と
する炭素繊維強化複合材料と、これを得るためのエポキ
シ樹脂組成物、およびプリプレグを提供せんとするもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reinforce the carbon fiber reinforced by solving the problems of the prior art and imparting excellent material strength to various structural materials and weight reduction of sports equipment. A composite material, an epoxy resin composition for obtaining the same, and a prepreg are provided.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次の構成を有する。即ち、次の構成要素
(A)、(B)を含んでなり、加熱硬化後の樹脂硬化物
の圧縮降伏応力が110〜140MPaであり、かつ圧
縮降伏時呼び歪みが6〜10%であることを特徴とする
炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物である。
(A)エポキシ樹脂
(B)硬化剤
また、本発明におけるプリプレグは、かかるエポキシ樹
脂組成物を炭素繊維に含浸してなることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention has the following constitution. That is, the following components (A) and (B) are included, and the compression yield stress of the resin cured product after heat curing is 110 to 140 MPa, and the nominal strain at compression yield is 6 to 10%. An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material, comprising: (A) Epoxy resin (B) Hardener Further, the prepreg of the present invention is characterized in that carbon fiber is impregnated with the epoxy resin composition.
【0010】さらに、本発明における炭素繊維強化複合
材料は、かかるエポキシ樹脂組成物を加熱硬化した樹脂
硬化物と、炭素繊維とからなることを特徴とするもので
ある。Further, the carbon fiber reinforced composite material of the present invention is characterized by comprising a resin cured product obtained by heating and curing such an epoxy resin composition and carbon fiber.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】前記課題を解決するため、本発明
者らが鋭意検討した結果、炭素繊維強化複合材料用樹脂
硬化物について、降伏応力を特定の範囲にすると同時
に、圧縮降伏時呼び歪みを特定の範囲とすることで、繊
維の方向と0#を超えて90#未満の一定の角度をなした
方向の圧縮応力下での強度(以下、非繊維方向の圧縮強
度という)を向上することが可能であるということを見
出した。さらにかかる樹脂を炭素繊維に含浸してなるプ
リプレグから成形される管状体のねじり強さが著しく向
上することを見いだし本発明にいたったものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a result of intensive studies conducted by the present inventors in order to solve the above-mentioned problems, as to the cured resin for carbon fiber reinforced composite material, the yield stress is controlled within a specific range and at the same time, the nominal strain at the time of compressive yield is set. By setting the value to a specific range, the strength under compressive stress in the direction that forms a constant angle of more than 0 # and less than 90 # with the fiber direction (hereinafter referred to as non-fiber direction compressive strength) is improved. I found that it is possible. Further, they have found that the torsional strength of a tubular body molded from a prepreg obtained by impregnating carbon fiber with such a resin is remarkably improved, which has led to the present invention.
【0012】以下、本発明について詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.
【0013】本発明のエポキシ樹脂組成物は、加熱硬化
して得られる樹脂硬化物の圧縮降伏応力および圧縮降伏
時呼び歪みが特定の範囲に制御されることを特徴とする
が、これら樹脂圧縮特性は、一辺の長さが6mm±0.
2mmの立方体になるように樹脂硬化物から切り出した
試験片について、試験速度1±0.2mm/分で、他の
条件はJIS K7181に準じた条件により測定され
るものである。また、かかる圧縮試験に供する樹脂硬化
物は、未硬化樹脂組成物を100℃〜200℃の範囲か
ら選ばれる一定の温度で90分間加熱処理することによ
って得られるものである。The epoxy resin composition of the present invention is characterized in that the cured product of the resin obtained by heating and curing is controlled in the compressive yield stress and the nominal strain at the compressive yield within a specific range. Has a side length of 6 mm ± 0.
A test piece cut out from a resin cured product so as to have a cube of 2 mm is measured at a test speed of 1 ± 0.2 mm / min and other conditions according to JIS K7181. The resin cured product to be subjected to such a compression test is obtained by heating the uncured resin composition at a constant temperature selected from the range of 100 ° C to 200 ° C for 90 minutes.
【0014】本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化し
て得られる樹脂硬化物の圧縮降伏応力は、110〜14
0MPaであることが必要であり、115〜140MP
aであることが好ましく、120〜140MPaである
ことがより好ましい。かかる圧縮降伏応力が110MP
a未満であると圧縮応力に対する耐力が不足して繊維強
化複合材料の圧縮強度が不十分となり、140MPaを
超えると材料中の残留熱応力が大きくなるなどして、か
えって繊維強化複合材料の引張強度などの低下を招く場
合があり好ましくない。The compressive yield stress of the resin cured product obtained by heat curing the epoxy resin composition of the present invention is 110-14.
Need to be 0 MPa, 115-140MP
It is preferably a, and more preferably 120 to 140 MPa. Such compressive yield stress is 110MP
If it is less than a, the compressive strength of the fiber-reinforced composite material will be insufficient due to insufficient proof stress against compressive stress, and if it exceeds 140 MPa, the residual thermal stress in the material will be large. It is not preferable because it may cause a decrease in
【0015】圧縮降伏応力を前記特定範囲にすると同時
に、本発明のエポキシ樹脂組成物から得られる樹脂硬化
物の圧縮降伏時呼び歪みは6〜10%であることが必要
であり、6.5〜9.5%であることがより好ましい。
圧縮降伏時呼び歪みが6%未満では圧縮応力が加わった
時に十分な耐力を発揮できず、繊維強化複合材料の圧縮
強度を十分発現し得ない。また、圧縮降伏時呼び歪みが
10%を越えると、繊維強化複合材料製管状体にねじり
方向の応力がかかった場合に多軸複合応力によって破壊
しやすい。At the same time that the compressive yield stress is within the above specified range, it is necessary that the resin cured product obtained from the epoxy resin composition of the present invention has a nominal strain at the time of compressive yield of 6 to 10%. It is more preferably 9.5%.
If the nominal strain during compression yielding is less than 6%, sufficient yield strength cannot be exhibited when a compressive stress is applied, and the compressive strength of the fiber-reinforced composite material cannot be sufficiently exhibited. Further, if the nominal strain during compressive yield exceeds 10%, when stress is applied to the fiber-reinforced composite material tubular body in the torsional direction, the tubular body is easily broken by the multiaxial composite stress.
【0016】本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化し
て得られる樹脂硬化物の圧縮弾性率は、優れた材料強度
を発現するために、2.3〜3.5GPaであることが
好ましく、2.3〜3.4GPaであることがより好ま
しい。さらに好ましくは2.6〜3.3GPaである。
かかる圧縮弾性率が2.3GPa未満であると繊維強化
複合材料の圧縮強度が不十分となる場合があり、3.5
GPaを超えると樹脂硬化物が脆くなる、あるいは繊維
強化複合材料中の残留熱応力が大きくなるなどして、か
えって繊維強化複合材料の引張強度などの低下を招く場
合がある。The compression modulus of the resin cured product obtained by heating and curing the epoxy resin composition of the present invention is preferably 2.3 to 3.5 GPa in order to exhibit excellent material strength. More preferably, it is 0.3 to 3.4 GPa. More preferably, it is 2.6 to 3.3 GPa.
If the compressive elastic modulus is less than 2.3 GPa, the compressive strength of the fiber-reinforced composite material may be insufficient, and 3.5
If it exceeds GPa, the cured resin may become brittle, or the residual thermal stress in the fiber-reinforced composite material may become large, so that the tensile strength of the fiber-reinforced composite material may be deteriorated.
【0017】さらに、かかる圧縮弾性率に加えて、本発
明のエポキシ樹脂組成物から得られる樹脂硬化物の圧縮
破壊時呼び歪みは50%以上であることが好ましい。さ
らに55%以上であることがより好ましく、60%以上
であることがさらに好ましい。圧縮弾性率を前記した範
囲にすると同時に、圧縮破壊時呼び歪みをかかる高いレ
ベルの範囲とすることで、繊維の方向と0#を超えて9
0#未満の一定の角度をなした方向の圧縮応力下での強
度(以下、非繊維方向の圧縮強度という)を発現させや
すいのである。圧縮破壊時呼び歪みが50%未満である
と、樹脂が脆くなり、繊維強化複合材料製管状体をねじ
った場合にかかる多軸複合応力によって破壊しやすい。Further, in addition to such compression elastic modulus, it is preferable that the cured resin obtained from the epoxy resin composition of the present invention has a nominal strain of 50% or more at the time of compression failure. It is more preferably 55% or more, further preferably 60% or more. By setting the compressive elastic modulus to the above range and at the same time to set the nominal strain at the time of compressive failure to a high level range, the direction of the fiber and 0 #
The strength under the compressive stress in the direction at a constant angle of less than 0 # (hereinafter, referred to as the compressive strength in the non-fiber direction) is easily expressed. If the nominal strain at the time of compressive failure is less than 50%, the resin becomes brittle and is easily broken by the multiaxial compound stress applied when the tubular body made of the fiber-reinforced composite material is twisted.
【0018】尚、かかる圧縮破壊時呼び歪みは高いほど
好ましいが、炭素繊維の歪みとのバランス等を鑑みれば
90%あれば十分である。The higher the nominal strain at the time of compression failure, the more preferable, but 90% is sufficient in view of the balance with the strain of the carbon fiber.
【0019】本発明において構成要素(A)はエポキシ
樹脂である。前記の樹脂圧縮特性を発現するために、本
発明における構成要素(A)100重量%中に、2官能
性エポキシ樹脂を75〜100重量%含ませることが好
ましい。In the present invention, the constituent element (A) is an epoxy resin. In order to develop the resin compression characteristics described above, it is preferable to include 75 to 100% by weight of a bifunctional epoxy resin in 100% by weight of the constituent element (A) in the present invention.
【0020】2官能性エポキシ樹脂の具体例としては、
ビスフェノールAから得られるビスフェノールA型エポ
キシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールFから
得られるビスフェノールF型エポキシ樹脂およびその水
素添加物、ビスフェノールSから得られるビスフェノー
ルS型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールAか
ら得られるテトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹
脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ビスフェノール
ADから得られるビスフェノールAD型エポキシ樹脂、
レゾルシンジグリシジルエーテル、ヒドロキノンジグリ
シジルエーテル、4,4'-ジヒドロキシ-3,3',5,5'-テトラ
メチルビフェニルジグリシジルエーテル、1,6-ジヒドロ
キシナフタレンのジグリシジルエーテル、アニリンのジ
グリシジルアミン、o-トルイジンのジグリシジルアミ
ン、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルエオレンの
ジグリシジルエーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹
脂のイソシアネート変性品、フタル酸ジグリシジルエス
テル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒド
ロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロテレフ
タル酸ジグリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジル
エステル、1,4-ジ-tert-ブチル-2,5-ビス(2,3-エポキ
シプロポキシ)-ベンゼン、2,2'-ジメチル-4,4'-ジヒド
ロキシ-5,5'-ジ-tert-ブチルジフェニルスルフィドとク
ロロメチルオキシランとの反応生成物、4,4'-メチレン
ビス(2,6-ジメチルフェノール)とクロロメチルオキシ
ランとの反応生成物、分子内に2個の2重結合を有する
化合物を酸化して得られるポリエポキシド等が挙げられ
る。Specific examples of the bifunctional epoxy resin include:
Obtained from bisphenol A type epoxy resin obtained from bisphenol A and hydrogenated product thereof, bisphenol F type epoxy resin obtained from bisphenol F and hydrogenated product thereof, bisphenol S type epoxy resin obtained from bisphenol S, and tetrabromobisphenol A Bisphenol type epoxy resin such as tetrabromobisphenol A type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin obtained from bisphenol AD,
Resorcin diglycidyl ether, hydroquinone diglycidyl ether, 4,4'-dihydroxy-3,3 ', 5,5'-tetramethylbiphenyl diglycidyl ether, diglycidyl ether of 1,6-dihydroxynaphthalene, diglycidyl amine of aniline , Diglycidylamine of o-toluidine, diglycidyl ether of 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, isocyanate modified products of bisphenol A type epoxy resin, diglycidyl phthalate, diglycidyl terephthalate, hexahydro Phthalic acid diglycidyl ester, hexahydroterephthalic acid diglycidyl ester, dimer acid diglycidyl ester, 1,4-di-tert-butyl-2,5-bis (2,3-epoxypropoxy) -benzene, 2,2 '-Dimethyl-4,4'-dihydroxy-5,5'-di-tert-butyldiphenylsulf Oxidation product of the reaction product of chloromethyloxirane and 4,4'-methylenebis (2,6-dimethylphenol) and chloromethyloxirane, the compound having two double bonds in the molecule Examples of the polyepoxide obtained by
【0021】さらに、樹脂硬化物の圧縮破壊時呼び歪み
を著しく低下させることなく高い降伏応力を付与するた
めに、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、1,6-ジヒドロ
キシナフタレンのジグリシジルエーテル、アニリンのジ
グリシジルアミン、o-トルイジンのジグリシジルアミ
ン、ビスフェノールA型エポキシ樹脂のイソシアネート
変性品、フタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸
ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシ
ジルエステル、ヘキサヒドロテレフタル酸ジグリシジル
エステルから選ばれる少なくとも一種のエポキシ樹脂
を、全2官能性エポキシ樹脂100重量%中10〜10
0重量%含ませることが好ましく、20〜100重量%
含ませることがより好ましい。かかる配合比が10重量
%未満であると樹脂硬化物の圧縮降伏応力が好ましい範
囲に制御されない場合がある。Further, in order to give a high yield stress without significantly reducing the nominal strain at the time of compression failure of the cured resin product, a bisphenol F type epoxy resin, a diglycidyl ether of 1,6-dihydroxynaphthalene, a diglycidyl of aniline. Amine, diglycidyl amine of o-toluidine, isocyanate modified product of bisphenol A type epoxy resin, phthalic acid diglycidyl ester, terephthalic acid diglycidyl ester, hexahydrophthalic acid diglycidyl ester, hexahydroterephthalic acid diglycidyl ester 10 to 10 of at least one epoxy resin in 100% by weight of total bifunctional epoxy resin.
0% by weight is preferable, and 20 to 100% by weight is preferable.
More preferably, it is included. If the compounding ratio is less than 10% by weight, the compression yield stress of the cured resin product may not be controlled within a preferable range.
【0022】本発明における2官能性エポキシ樹脂は、
エポキシ当量が好ましくは750以上、より好ましくは
900以上、さらに好ましくは1000以上である2官
能性エポキシ樹脂を2官能性エポキシ樹脂100重量%
中に5〜50重量%含ませることが好ましい。エポキシ
当量が750未満であると樹脂硬化物の圧縮降伏応力が
高くなりすぎたり樹脂が脆くなる場合がある。エポキシ
当量が750以上の2官能性エポキシ樹脂を適量含ませ
ることで、樹脂硬化物に適度な範囲の圧縮降伏応力及び
圧縮降伏時呼び歪みを付与し、非繊維方向の圧縮強度を
向上させることが可能であるが、その配合比が5重量%
未満であるとその効果は十分でないことがある。また5
0重量%を超えると未硬化の樹脂組成物の粘度が高くな
りすぎ、強化繊維への含浸性や、プリプレグ同士の接着
性、プリプレグの柔軟性などの取り扱い性などを損なう
場合がある。The difunctional epoxy resin in the present invention is
100% by weight of a bifunctional epoxy resin having an epoxy equivalent of 750 or more, more preferably 900 or more, and further preferably 1000 or more.
It is preferable to contain 5 to 50% by weight. If the epoxy equivalent is less than 750, the cured product may have too high a compressive yield stress or the resin may become brittle. By including an appropriate amount of a bifunctional epoxy resin having an epoxy equivalent of 750 or more, it is possible to impart a proper range of compressive yield stress and nominal strain at the time of compressive yield to a resin cured product, and improve the compressive strength in the non-fiber direction. Possible, but the compounding ratio is 5% by weight
If it is less than that, the effect may not be sufficient. Again 5
If it exceeds 0% by weight, the viscosity of the uncured resin composition becomes too high, which may impair the impregnation property into the reinforcing fiber, the adhesiveness between the prepregs, the handling property such as the flexibility of the prepreg, and the like.
【0023】本発明のエポキシ樹脂組成物には、得られ
る炭素繊維強化複合材料の耐熱性の向上や圧縮降伏応力
向上等のため、樹脂硬化物の圧縮破壊時呼び歪みを著し
く損なわない程度に、分子内に2個を超えるエポキシ基
を有する多官能エポキシ樹脂を含ませると好ましい。In the epoxy resin composition of the present invention, in order to improve the heat resistance and the compressive yield stress of the resulting carbon fiber reinforced composite material, the nominal strain at the time of compressive failure of the cured resin product is not significantly impaired. It is preferable to include a polyfunctional epoxy resin having more than two epoxy groups in the molecule.
【0024】多官能エポキシ樹脂としては特に限定され
ないが、トリス(p-ヒドロキシフェニル)メタンのトリ
グリシジルエーテルおよびその誘導体、テトラキス(p-
ヒドロキシフェニル)エタンのテトラグリシジルエーテ
ルおよびその誘導体、グリセリンのトリグリシジルエー
テル、ペンタエリスリトールのテトラグリシジルエーテ
ル、フェノールやアルキルフェノール、ハロゲン化フェ
ノール等のフェノール誘導体から得られるノボラックの
グリシジルエステル、テトラグリシジルジアミノジフェ
ニルメタン、テトラグリシジルm-キシリレンジアミン、
トリグリシジル-m-アミノフェノール、トリグリシジル-
p-アミノフェノール、トリグリシジルイソシアヌレート
等が挙げられる。The polyfunctional epoxy resin is not particularly limited, but triglycidyl ether of tris (p-hydroxyphenyl) methane and its derivative, tetrakis (p-
Hydroxyphenyl) ethane tetraglycidyl ether and its derivatives, glycerin triglycidyl ether, pentaerythritol tetraglycidyl ether, novolak glycidyl esters, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetraglycidyl esters obtained from phenol derivatives such as phenol and alkylphenols and halogenated phenols. Glycidyl m-xylylenediamine,
Triglycidyl-m-aminophenol, triglycidyl-
Examples thereof include p-aminophenol and triglycidyl isocyanurate.
【0025】また、構成要素(A)中には、樹脂硬化物
の圧縮破壊時呼び歪みを低下させることなく圧縮降伏応
力や圧縮弾性率を向上させるために、N-グリシジルフタ
ルイミドなどのイミド骨格含有単官能エポキシ樹脂も含
ませることが好ましい。In addition, in order to improve the compressive yield stress and the compressive elastic modulus without lowering the nominal strain at the time of compressive failure of the resin cured product, the constituent element (A) contains an imide skeleton such as N-glycidyl phthalimide. It is also preferable to include a monofunctional epoxy resin.
【0026】本発明における構成要素(B)の硬化剤と
しては、4,4'-ジアミノジフェニルメタン、4,4'-ジアミ
ノジフェニルスルホン、3,3'-ジアミノジフェニルスル
ホン、m-フェニレンジアミン、m-キシリレンジアミンの
ような活性水素を有する芳香族アミン、ジエチレントリ
アミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミ
ン、ビス(アミノメチル)ノルボルナン、ビス(4-アミ
ノシクロヘキシル)メタン、ポリエチレンイミンのダイ
マー酸エステルのような活性水素を有する脂肪族アミ
ン、これらの活性水素を有するアミンにエポキシ化合
物、アクリロニトリル、フェノールとホルムアルデヒ
ド、チオ尿素などの化合物を反応させて得られる変性ア
ミン、ジメチルアニリン、ジメチルベンジルアミン、2,
4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールや1−
置換イミダゾールのような活性水素を持たない第三アミ
ン、ジシアンジアミド、テトラメチルグアニジン、ヘキ
サヒドロフタル酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水
物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルナジッ
ク酸無水物のようなカルボン酸無水物、アジピン酸ヒド
ラジドやナフタレンジカルボン酸ヒドラジドのようなポ
リカルボン酸ヒドラジド、ノボラック樹脂などのポリフ
ェノール化合物、チオグリコール酸とポリオールのエス
テルのようなポリメルカプタン、三フッ化ホウ素エチル
アミン錯体のようなルイス酸錯体、芳香族スルホニウム
塩などが挙げられる。As the curing agent of the constituent element (B) in the present invention, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminodiphenylsulfone, m-phenylenediamine, m- Active hydrogen such as aromatic amine having active hydrogen such as xylylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, isophoronediamine, bis (aminomethyl) norbornane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, dimer acid ester of polyethyleneimine An aliphatic amine having, an epoxy compound, an acrylonitrile, a phenol and formaldehyde, a modified amine obtained by reacting a compound such as thiourea with an amine having these active hydrogens, dimethylaniline, dimethylbenzylamine, 2,
4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol and 1-
Tertiary amines having no active hydrogen such as substituted imidazole, dicyandiamide, tetramethylguanidine, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, and carvone such as methylnadic anhydride. Acid anhydrides, polycarboxylic acid hydrazides such as adipic acid hydrazide and naphthalene dicarboxylic acid hydrazide, polyphenol compounds such as novolac resins, polymercaptans such as esters of thioglycolic acid and polyols, Lewis such as boron trifluoride ethylamine complex Examples thereof include acid complexes and aromatic sulfonium salts.
【0027】これらの硬化剤には、硬化活性を高めるた
めに適当な硬化助剤を組合わせることができる。好まし
い例としては、ジシアンジアミドに、3-フェニル-1,
1-ジメチル尿素、3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,
1-ジメチル尿素(DCMU)、3-(3−クロロ−4-
メチルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、2,4−ビス
(3,3−ジメチルウレイド)トルエンのような尿素誘
導体を硬化助剤として組合わせる例、カルボン酸無水物
やノボラック樹脂に第三アミンを硬化助剤として組合わ
せる例などが挙げられる。These hardening agents may be combined with a suitable hardening aid to enhance the hardening activity. A preferred example is dicyandiamide containing 3-phenyl-1,
1-dimethylurea, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,
1-dimethylurea (DCMU), 3- (3-chloro-4-
Examples of combining urea derivatives such as methylphenyl) -1,1-dimethylurea and 2,4-bis (3,3-dimethylureido) toluene as curing aids, carboxylic acid anhydrides and novolac resins with tertiary amines. Examples of combining the above as a curing aid are given.
【0028】さらに低い硬化温度で加熱硬化する必要が
ある場合は、アミンアダクト型の硬化剤である味の素
(株)製の“アミキュア”(登録商標)PN−23、M
Y−24、分子内に活性水素部と触媒部位とをもつもの
として富士化成工業(株)製の“フジキュアー”(登録
商標)FXE−1000、FXR−1030、ACR
(株)製のH3615、H4070、H3293、H3
366、H3849、H3670、四国化成工業(株)
製の“キュアダクト”(登録商標)P−0505、“キ
ュアゾール”(登録商標)2E4MZ−CMS、CZ−
CNS、C11Z−A、マイクロカプセル型硬化剤であ
る旭化成(株)製の“ノバキュア”(登録商標)HX3
721、HX3722等が挙げられ、これらを単独又は
複数組み合わせて用いることが出来る。When it is necessary to perform heat curing at a lower curing temperature, an amine adduct type curing agent "Amicure" (registered trademark) PN-23, M manufactured by Ajinomoto Co., Inc.
Y-24, "Fujicure" (registered trademark) FXE-1000, FXR-1030, ACR manufactured by Fuji Kasei Kogyo Co., Ltd. as having an active hydrogen part and a catalyst part in the molecule.
H3615, H4070, H3293, H3 manufactured by
366, H3849, H3670, Shikoku Chemicals Co., Ltd.
"Cureduct" (registered trademark) P-0505, "Curesol" (registered trademark) 2E4MZ-CMS, CZ- manufactured by
CNS, C11Z-A, microcapsule type hardener "Novacure" (registered trademark) HX3 manufactured by Asahi Kasei Corporation
721, HX3722, etc., and these can be used alone or in combination.
【0029】本発明における構成要素(C)は平均1次
粒子径2μm以下のゴム微粒子である。 ゴム粒子を添
加することにより、樹脂の破壊靭性が向上することは一
般に知られているが、前記圧縮特性を有する樹脂硬化物
中に存在させることにより少量の添加で破壊靭性を著し
く向上できることを見いだした。The constituent element (C) in the present invention is rubber fine particles having an average primary particle diameter of 2 μm or less. It is generally known that the addition of rubber particles improves the fracture toughness of the resin, but it has been found that the fracture toughness can be remarkably improved by adding a small amount by adding the rubber particles to the resin cured product having the compression property. It was
【0030】尚、ゴム微粒子の平均1次粒子径は2μm
以下であることが好ましく、0.01μm〜2μmであ
ることがさらに好ましい。平均1次粒子径とはゴム微粒
子が凝集する前の基本単位の大きさをいう。ゴム微粒子
の平均1次粒子径が2μmを越えると破壊靭性向上効果
が得られない場合がある。本発明でいうゴム微粒子の平
均1次粒子径は体積平均を意味する。平均1次粒子径は
例えばレーザ回折型の粒度分布測定装置を用いて求めら
れる。The average primary particle diameter of the rubber fine particles is 2 μm.
The thickness is preferably the following, and more preferably 0.01 μm to 2 μm. The average primary particle size refers to the size of the basic unit before the rubber particles are aggregated. If the average primary particle size of the rubber fine particles exceeds 2 μm, the fracture toughness improving effect may not be obtained. The average primary particle diameter of the rubber fine particles in the present invention means a volume average. The average primary particle diameter can be obtained by using, for example, a laser diffraction type particle size distribution measuring device.
【0031】ゴム微粒子としては、架橋ゴム粒子、およ
び架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合し
たコアシェルゴム粒子が、樹脂靭性向上および得られる
複合材料の耐衝撃性向上のため、好ましく用いられる。As the rubber fine particles, crosslinked rubber particles and core-shell rubber particles obtained by graft-polymerizing a different polymer on the surface of the crosslinked rubber particles are preferably used for improving the resin toughness and the impact resistance of the resulting composite material.
【0032】架橋ゴム粒子の市販品としては、例えば、
カルボキシル変性のブタジエン−アクリロニトリル共重
合体の架橋物からなるXER−91(平均1次粒子径
0.07μm;JSR(株)製)、XER−91P(平
均1次粒子径0.07μm;JSR(株)製)、XER
−71(平均1次粒子径0.07μm;JSR(株)
製)、XER−71P(平均1次粒子径0.07μm;
JSR(株)製)、グリシジル変性のブタジエン−アク
リロニトリル共重合体の架橋物からなるXER−81
(平均1次粒子径0.3μm;JSR(株)製)、XE
R−81P(平均1次粒子径0.3μm;JSR(株)
製)、アクリル系ゴム微粒子からなるDHS−2(平均
1次粒子径0.07μm;JSR(株)製)、BPA3
28(平均1次粒子径0.3μm;(株)日本触媒
製)、BPF307(平均1次粒子径0.3μm;
(株)日本触媒製)、YR−528(平均1次粒子径
0.3μm;(株)日本触媒・東都化成(株)製)、Y
R−570(平均1次粒子径0.3μm;(株)日本触
媒・東都化成(株)製)等が使用できる。Commercially available products of crosslinked rubber particles include, for example,
XER-91 (average primary particle size 0.07 μm; manufactured by JSR Corp.), XER-91P (average primary particle size 0.07 μm; JSR (shares), which consists of a crosslinked product of a carboxyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer )), XER
-71 (average primary particle diameter 0.07 μm; JSR Corporation)
Manufactured), XER-71P (average primary particle diameter 0.07 μm;
JSR Corporation), XER-81 consisting of a cross-linked product of a glycidyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer.
(Average primary particle diameter 0.3 μm; manufactured by JSR Corporation), XE
R-81P (average primary particle diameter 0.3 μm; JSR Corporation)
Manufactured by JSR Co., Ltd.), DHS-2 consisting of acrylic rubber fine particles (average primary particle diameter 0.07 μm; manufactured by JSR Corporation), BPA3.
28 (average primary particle diameter 0.3 μm; manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), BPF307 (average primary particle diameter 0.3 μm;
Nippon Shokubai Co., Ltd., YR-528 (average primary particle diameter 0.3 μm; Nihon Shokubai Co., Ltd., Toto Kasei Co., Ltd.), Y
R-570 (average primary particle diameter 0.3 μm; manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., Toto Kasei Co., Ltd.) can be used.
【0033】コアシェルゴム粒子の市販品としては、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−2
655(平均1次粒子径0.2μm;呉羽化学工業
(株)製)、アクリル系EXL−2314(平均1次粒
子径0.2μm;呉羽化学工業(株)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(平均1次
粒子径0.5μm;武田薬品工業(株)製)、アクリル
系ゴム微粒子からなるF351(平均1次粒子径0.3
μm;日本ゼオン(株)製)等が使用できる。Examples of commercially available core-shell rubber particles include, for example, "Paraloid" (registered trademark) EXL-2 made of a butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer.
655 (average primary particle size 0.2 μm; manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.), acrylic EXL-2314 (average primary particle size 0.2 μm, manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.), acrylic ester / methacrylic acid "Staphyloid" (registered trademark) AC-3355 (average primary particle size 0.5 μm; manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.) composed of an ester copolymer, F351 (average primary particle size 0) composed of acrylic rubber fine particles. .3
μm; manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., etc. can be used.
【0034】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
前記構成要素(A)、(B)および(C)の他に、低分
子有機化合物、オリゴマー、高分子化合物、有機または
無機の粒子などの他成分を含ませることができる。In the epoxy resin composition of the present invention,
In addition to the constituent elements (A), (B) and (C), other components such as low molecular weight organic compounds, oligomers, polymer compounds, organic or inorganic particles can be contained.
【0035】本発明のエポキシ樹脂組成物に配合できる
低分子有機化合物添加剤としては、分子内にアミド基、
ウレタン基、イミド基、スルホンアミド基などの水素結
合性官能基と、構成要素(A)のエポキシ樹脂または構
成要素(B)の硬化剤と反応する官能基をそれぞれ有す
る化合物があげられ、これらを配合することで、樹脂硬
化物の圧縮降伏歪みを著しく損なうことなく圧縮降伏応
力を高めることが可能である。As the low molecular weight organic compound additive which can be blended with the epoxy resin composition of the present invention, an amide group in the molecule,
Examples include compounds having a hydrogen-bonding functional group such as a urethane group, an imide group, and a sulfonamide group, and a functional group that reacts with the epoxy resin of the constituent element (A) or the curing agent of the constituent element (B). By blending, it is possible to increase the compressive yield stress without significantly impairing the compressive yield strain of the cured resin.
【0036】かかる低分子有機化合物の例としては、ア
クリルアミド、N,N'-ジメチルアクリルアミド、アクリ
ロイルモルホリンなどのアクリルアミド誘導体などが挙
げられる。Examples of such low-molecular weight organic compounds include acrylamide derivatives such as acrylamide, N, N'-dimethylacrylamide and acryloylmorpholine.
【0037】本発明のエポキシ樹脂組成物に配合できる
オリゴマーとしては、ポリエステル骨格およびポリウレ
タン骨格を有するポリエステルポリウレタン、ポリエス
テル骨格およびポリウレタン骨格を有し、さらに分子鎖
末端に(メタ)アクリレート基を有するウレタン(メ
タ)アクリレート、インデン系オリゴマーなどが挙げら
れる。なお、ここでポリエステルポリウレタンは、エポ
キシ樹脂組成物を硬化する際に、その分子鎖中のエステ
ル基が、構成要素(B)の硬化剤、特にアミノ基などの
活性水素を有する硬化剤と反応する。The oligomer which can be blended in the epoxy resin composition of the present invention includes polyester polyurethane having a polyester skeleton and a polyurethane skeleton, a urethane skeleton having a polyester skeleton and a polyurethane skeleton, and a urethane (meth) acrylate group at the terminal of the molecular chain ( Examples thereof include (meth) acrylates and indene-based oligomers. Here, in the polyester polyurethane, when the epoxy resin composition is cured, the ester group in the molecular chain thereof reacts with the curing agent of the constituent element (B), particularly the curing agent having active hydrogen such as amino group. .
【0038】本発明のエポキシ樹脂組成物に配合できる
高分子化合物としては、熱可塑性樹脂が好適に用いられ
る。熱可塑性樹脂を配合することにより、樹脂の粘度制
御やプリプレグの取扱い性制御、あるいは接着性改善の
効果が増進するので好ましい。A thermoplastic resin is preferably used as the polymer compound that can be incorporated into the epoxy resin composition of the present invention. By blending the thermoplastic resin, the effect of controlling the viscosity of the resin, controlling the handleability of the prepreg, or improving the adhesiveness is enhanced, which is preferable.
【0039】本発明に好適に用いることの出来る熱可塑
性樹脂の例としては、ポリビニルホルマールやポリビニ
ルブチラールなどのポリビニルアセタール樹脂、ポリビ
ニルアルコール、フェノキシ樹脂、アミド結合を有する
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、スル
ホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリスルホン
などが挙げられる。ポリアミド、ポリイミド及びポリス
ルホンは主鎖にエーテル結合、カルボニル基などの官能
基を有してもよい。ポリアミドは、アミド基の窒素原子
上に置換基を有してもよい。Examples of thermoplastic resins that can be preferably used in the present invention include polyvinyl acetal resins such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, phenoxy resin, and thermoplastic resins having an amide bond, such as polyamide and polyimide. Examples of the thermoplastic resin having a sulfonyl group include polysulfone. Polyamide, polyimide and polysulfone may have a functional group such as an ether bond or a carbonyl group in the main chain. The polyamide may have a substituent on the nitrogen atom of the amide group.
【0040】熱可塑性樹脂を含有する場合は、熱可塑性
樹脂をエポキシ樹脂100重量部に対して1〜20重量
部含有することが、エポキシ樹脂組成物に適度な粘弾性
を与え、良好な複合材料物性が得られる点で好ましい。When the thermoplastic resin is contained, the addition of 1 to 20 parts by weight of the thermoplastic resin to 100 parts by weight of the epoxy resin imparts appropriate viscoelasticity to the epoxy resin composition and provides a good composite material. It is preferable in that physical properties can be obtained.
【0041】構成要素(A)、(B)および(C)に必
要に応じて他の成分も含んでなり、本発明のプリプレグ
において炭素繊維に含浸されて存在する未硬化のエポキ
シ樹脂組成物の粘弾性については、プリプレグの良好な
取り扱い性を得るために、測定周波数0.5Hz、50
℃での貯蔵弾性率G’が300〜50000Paである
ことが好ましい。G’が300Paに満たない場合に
は、プリプレグ表面同士の接着強度(以下、プリプレグ
の接着強度という)が弱く、プリプレグの積層工程にお
いて、重ねられたプリプレグがすぐに剥離して積層作業
に支障をきたす場合がある。またG’が50000Pa
を超えると、プリプレグの柔軟性が悪化して曲面への賦
形性が十分でなくなる、強化繊維への含浸性が悪くなる
などの問題が生じる場合がある。このような粘弾性は、
構成要素(A)に含まれるエポキシ樹脂成分の種類とそ
の配合比の適正化、あるいは前記熱可塑性樹脂を適量含
ませることなどにより達成される。本発明に用いる炭素
繊維としては、例えば、アクリル系、ピッチ系、レーヨ
ン系等の炭素繊維が挙げられる。中でも、引張強度の高
いアクリル系が好ましい。また、本発明における炭素繊
維には、黒鉛繊維も含むことができる。In the prepreg of the present invention, the uncured epoxy resin composition, which comprises the components (A), (B) and (C) and optionally other components, is impregnated into the carbon fibers. Regarding viscoelasticity, in order to obtain good handleability of the prepreg, a measurement frequency of 0.5 Hz, 50
It is preferable that the storage elastic modulus G'at 300C is 300 to 50,000 Pa. If G'is less than 300 Pa, the adhesive strength between the prepreg surfaces (hereinafter referred to as the adhesive strength of the prepreg) is weak, and in the prepreg laminating step, the laminated prepregs are immediately peeled off to hinder the laminating work. It may come. G'is 50000Pa
If it exceeds, the flexibility of the prepreg deteriorates, the shapeability on the curved surface becomes insufficient, and the impregnation property into the reinforcing fiber deteriorates in some cases. Such viscoelasticity
This can be achieved by optimizing the type and mixing ratio of the epoxy resin component contained in the constituent element (A), or by including the thermoplastic resin in an appropriate amount. Examples of the carbon fiber used in the present invention include acrylic-based, pitch-based and rayon-based carbon fibers. Of these, acrylic resins having high tensile strength are preferable. Further, the carbon fiber in the present invention may also include graphite fiber.
【0042】本発明における炭素繊維としては、軽量な
ゴルフクラブ用シャフト、釣り竿などのスポーツ用品
に、少量の材料で充分な剛性を発現させ得るように、引
張弾性率の高い炭素繊維を用いることが好ましい。かか
る炭素繊維は、その引張弾性率が200〜800GP
a、好ましくは225〜800GPa、さらに好ましく
は330〜600GPaであるのが良い。As the carbon fiber in the present invention, a carbon fiber having a high tensile elastic modulus is used so that a lightweight golf club shaft, a fishing rod and other sports equipment can exhibit sufficient rigidity with a small amount of material. preferable. Such a carbon fiber has a tensile modulus of 200 to 800 GP.
a, preferably 225 to 800 GPa, more preferably 330 to 600 GPa.
【0043】また、本発明においては、炭素繊維と共
に、強化繊維としてガラス繊維、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を組み合わせ
て用いることができる。これらの繊維を2種以上混合し
て用いることもできる。In the present invention, glass fibers, aramid fibers, boron fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers or the like can be used in combination with carbon fibers as reinforcing fibers. Two or more kinds of these fibers may be mixed and used.
【0044】本発明において、炭素繊維の形態として
は、繊維方向が一方向に引き揃えられたものや、織物が
使用できる。織物は、平織り、朱子織りなどいずれでも
良い。In the present invention, as the form of the carbon fibers, those in which the fiber directions are aligned in one direction and woven fabrics can be used. The woven fabric may be either plain weave or satin weave.
【0045】炭素繊維強化複合材料の軽量化のために
は、プリプレグ中の炭素繊維含有率は高いことが好まし
く、プリプレグ中の炭素繊維含有率は70〜90重量%
であることが好ましく、より好ましくは75〜90重量
%、さらに好ましくは80〜90重量%以上が良い。炭
素繊維含有率が70重量%未満の場合、軽量化効果が十
分ではない場合があり、炭素繊維含有率が90重量%を
越えると樹脂量が少ないため複合材料中にボイドが残存
し、機械特性が低下する場合がある。In order to reduce the weight of the carbon fiber reinforced composite material, it is preferable that the carbon fiber content in the prepreg is high, and the carbon fiber content in the prepreg is 70 to 90% by weight.
Is preferable, more preferably 75 to 90% by weight, and further preferably 80 to 90% by weight or more. When the carbon fiber content is less than 70% by weight, the weight reduction effect may not be sufficient, and when the carbon fiber content exceeds 90% by weight, voids remain in the composite material due to the small amount of resin, resulting in mechanical properties. May decrease.
【0046】本発明において用いる炭素繊維は、エポキ
シ樹脂組成物の樹脂硬化物との接着性を高め、炭素繊維
強化複合材料の非繊維方向の圧縮強度をさらに高度なも
のとするために、炭素繊維の表面に、エポキシ基、水酸
基、アクリレート基、メタクリレート基、カルボキシル
基、カルボン酸無水物基から選ばれる少なくとも一種の
官能基を有する化合物をサイジング剤として付着してな
ることが好ましい。これら官能基を有する化合物をサイ
ジング剤として予め炭素繊維表面に付着させることで、
炭素繊維表面の官能基、および樹脂硬化物のポリマーネ
ットワーク中の官能基との間で化学結合、あるいは水素
結合などの非共有結合による相互作用を生じ、炭素繊維
と樹脂硬化物との接着性を高めることができる。The carbon fiber used in the present invention is used in order to improve the adhesiveness of the epoxy resin composition with the cured resin and to further enhance the non-fiber direction compressive strength of the carbon fiber reinforced composite material. It is preferable that a compound having at least one functional group selected from an epoxy group, a hydroxyl group, an acrylate group, a methacrylate group, a carboxyl group, and a carboxylic acid anhydride group is attached to the surface of as a sizing agent. By preliminarily attaching the compound having these functional groups to the carbon fiber surface as a sizing agent,
Interaction between the functional groups on the carbon fiber surface and the functional groups in the polymer network of the resin cured product due to non-covalent bonds such as chemical bonds or hydrogen bonds, and the adhesiveness between the carbon fiber and the resin cured product is improved. Can be increased.
【0047】さらに、かかるサイジング剤としては、炭
素繊維と樹脂硬化物との接着性を高めるため、また、後
述する炭素繊維にサイジング剤を付着させる工程で溶媒
として水を使用する場合に取り扱いが容易であるなどの
点から、水溶性であることが好ましい。Further, as such a sizing agent, in order to enhance the adhesiveness between the carbon fiber and the resin cured product, it is easy to handle when water is used as a solvent in the step of attaching the sizing agent to the carbon fiber described later. It is preferably water-soluble from the viewpoint of
【0048】前記サイジング剤が付着した炭素繊維を製
造する方法としては、例えば、サイジング剤を溶解又は
分散させたサイジング液中に炭素繊維を通過させること
で炭素繊維表面に付着させ、その後加熱して溶媒を除去
する方法がある。As a method for producing the carbon fiber to which the sizing agent is attached, for example, the carbon fiber is allowed to pass through a sizing solution in which the sizing agent is dissolved or dispersed so as to be attached to the surface of the carbon fiber, and then heated. There is a method of removing the solvent.
【0049】本発明においてサイジング剤に含ませるこ
とができるエポキシ基を有する化合物の例としては、ビ
スフェノールAから得られるビスフェノールA型エポキ
シ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールFから得
られるビスフェノールF型エポキシ樹脂およびその水素
添加物、ビスフェノールSから得られるビスフェノール
S型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールAから
得られるテトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂
等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ビスフェノールA
Dから得られるビスフェノールAD型エポキシ樹脂、レ
ゾルシンジグリシジルエーテル、ヒドロキノンジグリシ
ジルエーテル、4,4'-ジヒドロキシ-3,3',5,5'-テトラメ
チルビフェニルジグリシジルエーテル、1,6-ジヒドロキ
シナフタレンのジグリシジルエーテル、アニリンのジグ
リシジルアミン、o-トルイジンのジグリシジルアミン、
9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルエオレンのジグ
リシジルエーテル、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の
イソシアネート変性品、フタル酸ジグリシジルエステ
ル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロ
フタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロテレフタ
ル酸ジグリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエ
ステル、1,4-ジ-tert-ブチル-2,5-ビス(2,3-エポキシ
プロポキシ)-ベンゼン、2,2'-ジメチル-4,4'-ジヒドロ
キシ-5,5'-ジ-tert-ブチルジフェニルスルフィドとクロ
ロメチルオキシランとの反応生成物、4,4'-メチレンビ
ス(2,6-ジメチルフェノール)とクロロメチルオキシラ
ンとの反応生成物、分子内に2個の2重結合を有する化
合物を酸化して得られるポリエポキシド、トリス(p-ヒ
ドロキシフェニル)メタンのトリグリシジルエーテルお
よびその誘導体、テトラキス(p-ヒドロキシフェニル)
エタンのテトラグリシジルエーテルおよびその誘導体、
グリセリンのトリグリシジルエーテル、ペンタエリスリ
トールのテトラグリシジルエーテル、フェノールやアル
キルフェノール、ハロゲン化フェノール等のフェノール
誘導体から得られるノボラックのグリシジルエステル、
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグ
リシジルm-キシリレンジアミン、トリグリシジル-m-ア
ミノフェノール、トリグリシジル-p-アミノフェノー
ル、トリグリシジルイソシアヌレート等が挙げられる。Examples of the compound having an epoxy group which can be contained in the sizing agent in the present invention include a bisphenol A type epoxy resin obtained from bisphenol A and a hydrogenated product thereof, and a bisphenol F type epoxy resin obtained from bisphenol F. And hydrogenated products thereof, bisphenol S type epoxy resins obtained from bisphenol S, tetrabromobisphenol A type epoxy resins such as tetrabromobisphenol A, bisphenol A
Bisphenol AD type epoxy resin obtained from D, resorcin diglycidyl ether, hydroquinone diglycidyl ether, 4,4'-dihydroxy-3,3 ', 5,5'-tetramethylbiphenyl diglycidyl ether, 1,6-dihydroxynaphthalene Diglycidyl ether, aniline diglycidyl amine, o-toluidine diglycidyl amine,
Diglycidyl ether of 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, isocyanate modified product of bisphenol A type epoxy resin, phthalic acid diglycidyl ester, terephthalic acid diglycidyl ester, hexahydrophthalic acid diglycidyl ester, hexahydroterephthalate Acid diglycidyl ester, dimer acid diglycidyl ester, 1,4-di-tert-butyl-2,5-bis (2,3-epoxypropoxy) -benzene, 2,2'-dimethyl-4,4'-dihydroxy -5,5'-di-tert-butyldiphenyl sulfide reaction product with chloromethyloxirane, 4,4'-methylenebis (2,6-dimethylphenol) reaction product with chloromethyloxirane, in the molecule Triglycidyl tris (p-hydroxyphenyl) methane, a polyepoxide obtained by oxidizing a compound having two double bonds Ether and its derivatives, tetrakis (p-hydroxyphenyl)
Tetraglycidyl ether of ethane and its derivatives,
Triglycidyl ether of glycerin, tetraglycidyl ether of pentaerythritol, glycidyl ester of novolac obtained from phenol derivatives such as phenol and alkylphenol, halogenated phenol,
Examples thereof include tetraglycidyl diaminodiphenylmethane, tetraglycidyl m-xylylenediamine, triglycidyl-m-aminophenol, triglycidyl-p-aminophenol, and triglycidyl isocyanurate.
【0050】本発明においてサイジング剤に含ませるこ
とができる水酸基を有する化合物の例としては、エチレ
ングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、トリエチレング
リコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、プロピレングリコ
−ル、ジプロピレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ
−ル、2−メチル−1,3−プロパンジオ−ル、1,3
−ブタンジオ−ル、ネオペンチルグリコ−ル、水素化ビ
スフェノ−ルA、1,4−ブタンジオ−ル、ビスフェノ
−ルAとプロピレンオキシドまたはエチレンオキシドの
付加物、1,2,3,4−テトラヒドロキシブタン、グ
リセリン、トリメチロ−ルプロパン、1,3−プロパン
ジオ−ル、1,2−シクロヘキサングリコ−ル、1,3
−シクロヘキサングリコ−ル、1,4−シクロヘキサン
グリコ−ル、1,4−シクロヘキサンジメタノ−ル、パ
ラキシレングリコ−ル、ビシクロヘキシル−4,4'−
ジオ−ル、2,6−デカリングリコ−ル、2,7−デカ
リングリコ−ルなどの脂肪族アルコール、あるいはこれ
らのプロプレンオキシドまたはエチレンオキシドの付加
物などが挙げられる。Examples of the compound having a hydroxyl group which can be contained in the sizing agent in the present invention include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol and dipropylene. Glycol, polypropylene glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1,3
-Butanediol, neopentyl glycol, hydrogenated bisphenol A, 1,4-butanediol, an adduct of bisphenol A and propylene oxide or ethylene oxide, 1,2,3,4-tetrahydroxybutane , Glycerin, trimethylolpropane, 1,3-propanediol, 1,2-cyclohexane glycol, 1,3
-Cyclohexane glycol, 1,4-cyclohexane glycol, 1,4-cyclohexane dimethanol, paraxylene glycol, bicyclohexyl-4,4'-
Examples thereof include aliphatic alcohols such as diol, 2,6-decalin glycol and 2,7-decalin glycol, and adducts of these propylene oxide or ethylene oxide.
【0051】本発明においてサイジング剤に含ませるこ
とができるアクリレート基またはメタクリレート基を有
する化合物の例としては、アクリル酸エステル、メタク
リル酸エステル等;(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n-ブチ
ル、(メタ)アクリル酸i-ブチル、(メタ)アクリル
酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、
(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸シク
ロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)ア
クリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、
ジシクロペンテニロキシエチル(メタ)アクリレート、
エチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリ
レート、エチレングリコールモノエチルエーテル(メ
タ)アクリレート、エチレングリコールモノブチルエー
テル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノヘ
キシルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコ
ールモノ2ーエチルヘキシルエーテル(メタ)アクリレ
ート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(メ
タ)アクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエ
ーテル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモ
ノブチルエーテル(メタ)アクリレート、ジエチレング
リコールモノヘキシルエーテル(メタ)アクリレート、
ジエチレングリコールモノ2ーエチルヘキシルエーテル
(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールモノメ
チルエーテル(メタ)アクリレート、ジプロピレングリ
コールモノエチルエーテル(メタ)アクリレート、ジプ
ロピレングリコールモノブチルエーテル(メタ)アクリ
レート、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル
(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールモノ2
ーエチルヘキシルエーテル(メタ)アクリレート、ジエ
チレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレ
ングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグ
リコ-ルジ(メタ)アクリレ-ト、PTMGのジメタアク
リーレート、1,3-ブチレングリコールジ(メタ)ア
クリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アク
リレート、2-ヒドロキシ1,3ジメタクリロキシプロ
パン、2,2-ビス〔4-(メタクリロキシエトキシ)フ
ェニル〕プロパン、2,2-ビス〔4-(メタクリロキシ
ジエトキシ)フェニル〕プロパン、ポリエステル(メ
タ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、エ
ポキシ(メタ)アクリレートなどの分子中にアクリレー
ト基またはメタクリレート基を有する化合物が挙げられ
る。In the present invention, examples of the compound having an acrylate group or a methacrylate group that can be contained in the sizing agent include acrylic acid ester, methacrylic acid ester, etc .; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, N-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate,
Lauryl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate,
Dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate,
Ethylene glycol monomethyl ether (meth) acrylate, ethylene glycol monoethyl ether (meth) acrylate, ethylene glycol monobutyl ether (meth) acrylate, ethylene glycol monohexyl ether (meth) acrylate, ethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether (meth) acrylate, Diethylene glycol monomethyl ether (meth) acrylate, diethylene glycol monoethyl ether (meth) acrylate, diethylene glycol monobutyl ether (meth) acrylate, diethylene glycol monohexyl ether (meth) acrylate,
Diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether (meth) acrylate, dipropylene glycol monomethyl ether (meth) acrylate, dipropylene glycol monoethyl ether (meth) acrylate, dipropylene glycol monobutyl ether (meth) acrylate, dipropylene glycol monohexyl ether (meth ) Acrylate, dipropylene glycol mono 2
-Ethylhexyl ether (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, PTMG dimetacrylate, 1,3-butylene glycol di (Meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, 2-hydroxy-1,3 dimethacryloxypropane, 2,2-bis [4- (methacryloxyethoxy) phenyl] propane, 2,2-bis Examples thereof include compounds having an acrylate group or a methacrylate group in the molecule such as [4- (methacryloxydiethoxy) phenyl] propane, polyester (meth) acrylate, urethane (meth) acrylate, and epoxy (meth) acrylate.
【0052】本発明においてサイジング剤に含ませるこ
とができるカルボキシル基またはカルボン酸無水物基を
有する化合物の例としては、ドデセニルコハク酸、ポリ
アジピン酸、ポリアゼライン酸、ポリセバシン酸、フタ
ル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、メチルヒキサヒド
ロフタル酸、メチルハイミック酸、ヘキサヒドロフタル
酸、テトラヒドロフタル酸、トリメリット酸、ピロメリ
ット酸およびこれらの酸無水物などが挙げられる。Examples of the compound having a carboxyl group or a carboxylic acid anhydride group that can be contained in the sizing agent in the present invention include dodecenylsuccinic acid, polyadipic acid, polyazelaic acid, polysebacic acid, phthalic acid and methyltetrahydrophthalic acid. , Methylhyxahydrophthalic acid, methylhymic acid, hexahydrophthalic acid, tetrahydrophthalic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid and their acid anhydrides.
【0053】以下、本発明で好適に適用できるプリプレ
グの製造方法、及びこれを積層して加熱硬化して炭素繊
維強化複合材料を得る方法について説明する。Hereinafter, a method for producing a prepreg which can be suitably applied in the present invention, and a method for laminating the prepreg and heating and curing the prepreg to obtain a carbon fiber reinforced composite material will be described.
【0054】本発明のプリプレグは、例えばマトリック
ス樹脂をメチルエチルケトン、メタノールなどの溶媒に
溶解して低粘度化し、含浸させるウエット法、あるいは
加熱により低粘度化し、含浸させるホットメルト法など
の方法により製造することができる。The prepreg of the present invention is produced, for example, by a method such as a wet method in which a matrix resin is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone or methanol to reduce the viscosity and impregnated, or a hot melt method in which the viscosity is reduced by heating and impregnated. be able to.
【0055】ウェット法では、炭素繊維をマトリックス
樹脂を含む液体に浸漬した後、引き上げ、オーブンなど
を用いて溶媒を蒸発させてプリプレグを得ることができ
る。In the wet method, the prepreg can be obtained by immersing the carbon fiber in a liquid containing a matrix resin, pulling it up, and evaporating the solvent using an oven or the like.
【0056】ホットメルト法では、加熱により低粘度化
したマトリックス樹脂を直接炭素繊維に含浸させる方
法、あるいは一旦エポキシ樹脂組成物を離型紙などの上
にコーティングしたフィルムをまず作成し、ついで炭素
繊維の両側あるいは片側から該フィルムを重ね、加熱加
圧することにより樹脂を含浸させたプリプレグを製造す
ることができる。ホットメルト法は、プリプレグ中に残
留する溶媒がないため好ましい。In the hot melt method, the matrix resin whose viscosity has been lowered by heating is directly impregnated into the carbon fiber, or a film in which the epoxy resin composition is once coated on release paper is first prepared, and then the carbon fiber A resin-impregnated prepreg can be produced by stacking the films from both sides or one side and applying heat and pressure. The hot melt method is preferable because there is no solvent remaining in the prepreg.
【0057】本発明のプリプレグは、エポキシ樹脂組成
物が必ずしも炭素繊維束の内部まで含浸されている必要
はなく、シート状に一方向に引き揃えた炭素繊維や、炭
素繊維織物の表面付近にエポキシ樹脂組成物を局在化さ
せておいても良い。In the prepreg of the present invention, the epoxy resin composition does not necessarily have to be impregnated to the inside of the carbon fiber bundle, and the carbon fibers aligned in one direction in a sheet shape or the epoxy resin near the surface of the carbon fiber woven fabric are used. The resin composition may be localized.
【0058】本発明のプリプレグを用いて炭素繊維複合
材料を成形するには、プリプレグを積層後、積層物に圧
力を付与しながら樹脂を加熱硬化させる方法などを用い
ることができる。To form a carbon fiber composite material using the prepreg of the present invention, a method of laminating the prepreg and then heat-curing the resin while applying pressure to the laminate can be used.
【0059】熱及び圧力を付与する方法には、プレス成
形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッ
ピングテープ法、内圧成形法などがあり、特にスポーツ
用品に関しては、ラッピングテープ法、内圧成形法が好
ましく採用される。Methods for applying heat and pressure include a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, and the like. Especially for sports goods, the wrapping tape method and the internal pressure molding method are used. It is preferably adopted.
【0060】ラッピングテープ法は、マンドレルなどの
芯金にプリプレグを巻いて、管状体を成形する方法であ
り、ゴルフクラブ用シャフト、釣り竿などの棒状体を作
製する際に好適である。具体的には、マンドレルにプリ
プレグを巻き付け、プリプレグの固定及び圧力付与のた
めに、プリプレグの外側に熱可塑性樹脂フィルムからな
るラッピングテープを巻き付け、オーブン中で樹脂を加
熱硬化させた後、芯金を抜き去ることで管状体を得るこ
とができる。The wrapping tape method is a method of forming a tubular body by winding a prepreg around a cored bar such as a mandrel, and is suitable for producing rod-shaped bodies such as golf club shafts and fishing rods. Specifically, a prepreg is wound around a mandrel, a wrapping tape made of a thermoplastic resin film is wound around the outside of the prepreg for fixing and applying pressure to the prepreg, and the resin is heated and cured in an oven, and then a core metal is applied. A tubular body can be obtained by pulling out.
【0061】内圧成形法では、熱可塑性樹脂のチューブ
などの内圧付与体にプリプレグを巻きつけたプリフォー
ムを金型中にセットし、次いで内圧付与体に高圧の気体
を導入して圧力をかけると同時に金型を加熱することに
よって管状体を成形することができる。In the internal pressure molding method, a preform in which a prepreg is wrapped around an internal pressure imparting body such as a thermoplastic resin tube is set in a mold, and then high-pressure gas is introduced into the internal pressure imparting body to apply pressure. At the same time, the tubular body can be formed by heating the mold.
【0062】また、本発明の炭素繊維複合材料は、前記
した樹脂組成物を用いて、プリプレグを経由しない方法
によっても製造することができる。The carbon fiber composite material of the present invention can also be produced by using the above-mentioned resin composition by a method which does not pass through a prepreg.
【0063】かかる方法としては、例えば、本発明のエ
ポキシ樹脂組成物を炭素繊維に含浸させたのち、加熱硬
化する方法、即ち、ハンドレイアップ、レジン・トラン
スファー・モールディング、SCRIMP(登録商
標)、フィラメントワインディング、プルトルージョ
ン、リアクション・インジェクション・モールディン
グ、レジン・フィルム・インフュージョンなどの成形法
を目的に応じて選択し適用することが出来る。Examples of such a method include a method of impregnating carbon fiber with the epoxy resin composition of the present invention, followed by heating and curing, that is, hand layup, resin transfer molding, SCRIMP (registered trademark), filament. A molding method such as winding, pull-through, reaction injection molding, resin film infusion, etc. can be selected and applied according to the purpose.
【0064】これらの方法では、構成要素(A)と構成
要素(B)の2液を使用直前に混合してエポキシ樹脂組
成物を調製する方法が好ましく採用できる。Among these methods, the method of preparing the epoxy resin composition by mixing the two liquids of the constituent (A) and the constituent (B) immediately before use can be preferably adopted.
【0065】[0065]
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。樹脂硬化物の圧縮試験、プリプレグの作製、複合材
料の6#圧縮強度、炭素繊維複合材料製管状体の作製、
管状体のねじり強さ測定は次の方法で行った。
(1)樹脂硬化物の圧縮試験
表1に示す樹脂組成物原料をニーダーで混合し、ポリビ
ニルホルマールが均一に溶解したエポキシ樹脂組成物を
得た。樹脂組成物を80℃に加熱して真空ポンプにて脱
泡後、モールドに注入し、130℃(実施例1〜5、比
較例1〜3)若しくは180℃(比較例4)で90分間
加熱処理することにより、厚さ6mmの樹脂硬化物の板
を作製した。ついで、樹脂硬化物の板から一辺の長さが
6mmの立方体の試験片を切り出し、試験速度1±0.
2mm/分で、他の条件はJISK7181に準じた条
件により圧縮降伏応力、圧縮降伏時呼び歪み、圧縮弾性
率及び圧縮破壊時呼び歪みを測定した。
(2)樹脂硬化物の靭性測定
前項記載の厚さ6mmの樹脂硬化板から、幅12mm、
長さ60mmの試験片を切り出し、ASTMD5045
−91に従い、切り欠き付き3点曲げ法(single edge
notched bend:SENB)により破壊靭性値K1Cを測定
した。
(3)プリプレグの作製
樹脂組成物をリバースロールコーターを用いて離型紙上
に塗布し、樹脂目付20g/m2の樹脂フィルムを作製
した。次に、シート状に一方向に整列させた炭素繊維に
樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、100℃
に加熱した金属ロールで挟み、加熱加圧して樹脂組成物
を含浸させた。EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples. Compression test of cured resin, prepreg production, 6 # compressive strength of composite material, production of carbon fiber composite tubular body,
The torsional strength of the tubular body was measured by the following method. (1) Compression test of cured resin product The resin composition raw materials shown in Table 1 were mixed with a kneader to obtain an epoxy resin composition in which polyvinyl formal was uniformly dissolved. The resin composition is heated to 80 ° C., defoamed with a vacuum pump, poured into a mold, and heated at 130 ° C. (Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 3) or 180 ° C. (Comparative Example 4) for 90 minutes. By processing, a plate of a resin cured product having a thickness of 6 mm was produced. Then, a cubic test piece having a side length of 6 mm was cut out from the cured resin plate, and the test speed was 1 ± 0.
The compressive yield stress, the nominal strain at compressive yield, the compressive elastic modulus, and the nominal strain at compressive failure were measured at 2 mm / min under other conditions according to JIS K7181. (2) Measurement of toughness of cured resin From the cured resin plate having a thickness of 6 mm described in the previous section, a width of 12 mm,
Cut out a test piece with a length of 60 mm, ASTM D5045
According to -91, notch 3-point bending method (single edge
The fracture toughness value K 1C was measured by notched bend (SENB). (3) Preparation of prepreg The resin composition was applied onto release paper using a reverse roll coater to prepare a resin film having a resin areal weight of 20 g / m 2 . Next, two resin films are superposed on both sides of the carbon fibers on the carbon fibers arranged in a sheet shape in one direction, and the temperature is 100 ° C.
It was sandwiched between heated metal rolls and heated and pressed to impregnate it with the resin composition.
【0066】含浸後、片側の離型紙をプリプレグからは
ぎ取り、はぎ取られた側の面にポリエチレンフィルムを
貼り付け、一方の側に離型紙、もう一方の側にポリエチ
レンフィルムを配した状態で巻き取ることにより、炭素
繊維目付125g/m2、炭素繊維含有率が76重量%
であるプリプレグを得た。
(4)繊維強化複合材料の6#圧縮強度
一方向プリプレグシートを繊維の方向が同じ方向になる
ように、また積層板の厚みがほぼ1mmとなるようにプ
リプレグシートを積層し、オートクレーブ中で温度13
0℃(実施例1〜5、比較例1〜3)若しくは180℃
(比較例4)、圧力290Paで2時間加熱加圧して硬
化し、一方向繊維強化複合材料を作製した。得られた一
方向繊維強化複合材料を、強化繊維の角度が6°になる
よう切り出し、JIS−K−7076法に従い測定し
た。After impregnation, the release paper on one side is stripped from the prepreg, a polyethylene film is attached to the surface on the stripped side, and the release paper is placed on one side and the polyethylene film is wound on the other side. As a result, the carbon fiber areal weight is 125 g / m 2 , and the carbon fiber content is 76% by weight.
I got a prepreg. (4) The 6 # compressive strength unidirectional prepreg sheet of the fiber reinforced composite material is laminated so that the fibers are oriented in the same direction and the thickness of the laminated plate is approximately 1 mm, and the temperature is set in an autoclave. Thirteen
0 ° C (Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 3) or 180 ° C
(Comparative Example 4), a unidirectional fiber-reinforced composite material was produced by heating and pressing at a pressure of 290 Pa for 2 hours for curing. The obtained unidirectional fiber-reinforced composite material was cut out so that the angle of the reinforcing fibers was 6 °, and measured according to JIS-K-7076 method.
【0067】一方向繊維強化複合材料の厚み、繊維目
付、繊維密度、積層プライ数から繊維体積含有率(V
f)を算出し、得られた6°圧縮強度を強化繊維の体積
含有率60%のときの値に換算した。
(5)繊維強化複合材料のシャルピー衝撃
一方向プリプレグシート繊維の方向が同じ方向になるよ
うに、また積層板の厚みが約3mmとなるよう、(4)
項と同様に積層し、一方向繊維強化複合材料を成形し
た。幅10mm、長さ80mmの試験片を切り出し、秤
量300kg・cmでフラットワイズ衝撃、すなわち一
方向繊維強化複合材料の面に垂直な方向から衝撃を与え
て、JIS K−7077に従い、シャルピー衝撃試験
を行った。試験片にはノッチ(切り欠き)は導入してい
ない。
(6)繊維強化複合材料製管状体の作製
下記(a)〜(e)の操作により、円筒軸方向に対して
[03/±453]の積層構成を有し、内径が10mmの
繊維複合材料製管状体を作製した。マンドレルには直径
10mm(長さ1000mm)のステンレス製丸棒を使
用した。
(a)一方向プリプレグを繊維の方向がマンドレルの軸
方向に対して45度になるように、縦800mm×横1
06mmの長方形に2枚切り出した。この2枚を繊維方
向が互いに交差するように、16mm(マンドレル半周
分に対応)ずらして貼り合わせた。
(b)貼り合わせたプリプレグを、離型処理したマンド
レルに、プリプレグの縦方向とマンドレルの軸方向が一
致するように巻き付けた。(バイアス材)
(c)その上に、繊維の方向が縦方向になるように、炭
素繊維の引張弾性率295GPa、炭素繊維目付125
g/m2、炭素繊維の含有率が76重量%である東レ
(株)製プリプレグP2255F−12Rを縦800m
m×横118mmの長方形に切り出したものをプリプレ
グの縦方向とマンドレルの軸方向が一致するように巻き
付けた。(ストレート材)
(d)ラッピングテープ(耐熱性フィルムテープ)を巻
きつけ、硬化炉中で130℃(実施例1〜5、比較例1
〜3)若しくは180℃(比較例4)で、90分間加熱
成形した。(e)成形後、マンドレルを抜き取り、ラッ
ピングテープを除去して管状体を得た。
(7)管状体のねじり強さの測定
内径10mmの管状体から長さ400mmの試験片を切
り出し、「ゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準
確認方法」(製品安全協会編、通称産業大臣承認5産第
2087号、1993年)に記載の方法に従い、ねじり
試験を行った。試験片ゲージ長は300mmとし、試験
片両端の50mmを固定治具で把持した。捻り強さは次
式により求めた。測定は23℃、相対湿度50%RHの
環境下で行った。From the thickness of the unidirectional fiber-reinforced composite material, the fiber areal weight, the fiber density, and the number of laminated plies, the fiber volume content (V
f) was calculated, and the obtained 6 ° compressive strength was converted into a value when the volume content of the reinforcing fiber was 60%. (5) Charpy impact unidirectional prepreg sheet of fiber reinforced composite material so that the fiber directions are the same, and the thickness of the laminated plate is about 3 mm (4)
In the same manner as in the above paragraph, the unidirectional fiber reinforced composite material was formed by laminating. A test piece with a width of 10 mm and a length of 80 mm is cut out and subjected to a flatwise impact with a weighing amount of 300 kg · cm, that is, an impact is applied from a direction perpendicular to the surface of the unidirectional fiber-reinforced composite material, and a Charpy impact test is performed according to JIS K-7077. went. No notch was introduced in the test piece. (6) Fabrication of tubular body made of fiber-reinforced composite material By the following operations (a) to (e), a fiber having a laminated constitution of [0 3 / ± 45 3 ] in the cylindrical axis direction and an inner diameter of 10 mm A composite tubular body was prepared. A round rod made of stainless steel having a diameter of 10 mm (length 1000 mm) was used for the mandrel. (A) 800 mm length x 1 width so that the fiber direction is 45 degrees with respect to the axial direction of the mandrel.
Two pieces were cut into a rectangle of 06 mm. The two sheets were attached with a shift of 16 mm (corresponding to half the mandrel circumference) so that the fiber directions intersect each other. (B) The laminated prepreg was wound around a release-treated mandrel so that the longitudinal direction of the prepreg and the axial direction of the mandrel were aligned. (Bias material) (c) The tensile modulus of elasticity of the carbon fiber is 295 GPa and the weight of the carbon fiber is 125 so that the direction of the fiber is the longitudinal direction.
800 m in length of prepreg P2255F-12R manufactured by Toray Industries, Inc. having a g / m2 content of carbon fiber of 76% by weight.
A rectangular piece measuring m × 118 mm in width was wound so that the longitudinal direction of the prepreg and the axial direction of the mandrel coincided with each other. (Straight material) (d) Wrapping tape (heat resistant film tape) is wrapped around, and 130 ° C. in a curing oven (Examples 1 to 5, Comparative Example 1).
~ 3) or 180 ° C (Comparative Example 4), and heat-molded for 90 minutes. (E) After molding, the mandrel was pulled out and the wrapping tape was removed to obtain a tubular body. (7) Measurement of torsional strength of tubular body A test piece with a length of 400 mm was cut out from a tubular body having an inner diameter of 10 mm, and "golf club shaft certification standard and standard confirmation method" (Product Safety Association, commonly known as the Minister of Industry 5 No. 2087, 1993), and the torsion test was performed. The gauge length of the test piece was 300 mm, and 50 mm at both ends of the test piece was held by a fixing jig. The twist strength was calculated by the following formula. The measurement was performed in an environment of 23 ° C. and a relative humidity of 50% RH.
【0068】ねじり強さ(N・m・deg)=破壊トルク(N・
m)×破壊時のねじれ角(deg)
(実施例1〜5、比較例1〜4)表1に示す原料をニー
ダーで混合し、ポリビニルホルマールが均一に溶解した
エポキシ樹脂組成物を得た。Torsional strength (N ・ m ・ deg) = breaking torque (N ・ m
m) × twist angle at break (deg) (Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 4) The raw materials shown in Table 1 were mixed with a kneader to obtain an epoxy resin composition in which polyvinyl formal was uniformly dissolved.
【0069】この樹脂組成物と、表1に示す炭素繊維を
用いて、前記した方法に従ってシート状のプリプレグを
作製した。Using this resin composition and the carbon fibers shown in Table 1, a sheet-like prepreg was produced according to the method described above.
【0070】このプリプレグを用いて前記した方法に従
い、繊維強化複合材料および繊維強化複合材料製管状体
を作製した。Using this prepreg, a fiber reinforced composite material and a fiber reinforced composite material tubular body were produced according to the method described above.
【0071】前記方法に従い繊維強化複合材料の6°圧
縮強度およびシャルピー衝撃値を測定した。The 6 ° compressive strength and Charpy impact value of the fiber reinforced composite material were measured according to the above-mentioned method.
【0072】さらに、前記方法に従い繊維強化複合材料
製管状体のねじり強さを測定した。Further, the torsional strength of the tubular body made of the fiber-reinforced composite material was measured according to the above method.
【0073】各実施例の樹脂硬化物の物性、繊維強化複
合材料の物性、繊維強化複合材料製管状体の物性は表1
にまとめて示す。Table 1 shows the physical properties of the cured resin, the physical properties of the fiber-reinforced composite material, and the physical properties of the tubular body made of the fiber-reinforced composite material in each example.
Are shown together.
【0074】表1から判るように、本発明の樹脂組成物
を用いたプリプレグを成形して得た複合材料は非繊維方
向の圧縮強度の指標である6°圧縮強度が高く、耐衝撃
性の指標であるシャルピー衝撃値も高い。また該プリプ
レグを用いて成形した管状体は高い捻り強さを発現する
ことが判る。As can be seen from Table 1, the composite material obtained by molding the prepreg using the resin composition of the present invention has a high 6 ° compressive strength, which is an index of the compressive strength in the non-fiber direction, and has a high impact resistance. The Charpy impact value, which is an index, is also high. Further, it is understood that the tubular body formed by using the prepreg exhibits high torsional strength.
【0075】[0075]
【表1】 [Table 1]
【0076】[0076]
【発明の効果】本発明の繊維強化複合材料は、優れた材
料強度、特に繊維方向とは異なる方向の圧縮応力に対す
る強度に優れる。これにより、優れた衝撃強度を有し、
軽量化も達成された繊維強化複合材料製管状体が得られ
るようになる。The fiber-reinforced composite material of the present invention has excellent material strength, particularly strength against compressive stress in a direction different from the fiber direction. This has excellent impact strength,
A tubular body made of a fiber-reinforced composite material, which has also been made lightweight, can be obtained.
【0077】本発明の繊維強化複合材料製管状体は、ゴ
ルフクラブ用シャフト、釣り竿、自転車用フレーム、バ
トミントンラケット用シャフト、自転車用フレーム・ハ
ンドル、車椅子用フレーム、ホッケー用スティックなど
に好適に用いることができる。The tubular body made of the fiber-reinforced composite material of the present invention is suitably used for golf club shafts, fishing rods, bicycle frames, badminton racket shafts, bicycle frame / handles, wheelchair frames, hockey sticks and the like. You can
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4F072 AB06 AB08 AB09 AB10 AC05 AD02 AD23 AG03 AH21 AJ04 AL04 AL05 4J002 AC002 BG042 BN122 CD041 CD051 CD101 CD111 CD131 4J036 AA01 AD01 AG00 BA02 DA01 DA02 DC02 DC25 DC41 HA00 HA13 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F term (reference) 4F072 AB06 AB08 AB09 AB10 AC05 AD02 AD23 AG03 AH21 AJ04 AL04 AL05 4J002 AC002 BG042 BN122 CD041 CD051 CD101 CD111 CD131 4J036 AA01 AD01 AG00 BA02 DA01 DA02 DC02 DC25 DC41 HA00 HA13
Claims (7)
り、加熱硬化後の樹脂硬化物の圧縮降伏応力が110〜
140MPaであり、かつ圧縮降伏時呼び歪みが6〜1
0%であることを特徴とする炭素繊維強化複合材料用エ
ポキシ樹脂組成物。 (A)エポキシ樹脂 (B)硬化剤1. A resin cured product, which comprises the following constituent elements (A) and (B), has a compressive yield stress of 110 to 110.
140 MPa, and the nominal strain during compression yield is 6 to 1
An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material, which is 0%. (A) Epoxy resin (B) Curing agent
2.3〜3.5GPaであり、かつ圧縮破壊時呼び歪み
が50%以上であることを特徴とする請求項1に記載の
炭素繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物。2. The cured elastic resin after heat curing has a compressive elastic modulus of 2.3 to 3.5 GPa and a nominal strain at the time of compressive failure of 50% or more. Epoxy resin composition for carbon fiber reinforced composite material.
徴とする請求項1または2に記載の炭素繊維強化複合材
料用エポキシ樹脂組成物。 (C)平均粒子径2μm以下のゴム微粒子3. An epoxy resin composition for a carbon fiber reinforced composite material according to claim 1, which comprises the following constituent element (C). (C) Rubber fine particles having an average particle diameter of 2 μm or less
樹脂組成物を炭素繊維に含浸したプリプレグ。4. A prepreg obtained by impregnating carbon fibers with the epoxy resin composition according to claim 1.
アクリレート基、メタクリレート基、カルボキシル基、
カルボン酸無水物基から選ばれる少なくとも一種の官能
基を有するサイジング剤を付着してなることを特徴とす
る請求項4に記載のプリプレグ。5. An epoxy group, a hydroxyl group,
Acrylate group, methacrylate group, carboxyl group,
The prepreg according to claim 4, wherein a sizing agent having at least one functional group selected from carboxylic acid anhydride groups is attached.
樹脂組成物の樹脂硬化物と、炭素繊維とを含んでなるこ
とを特徴とする炭素繊維強化複合材料。6. A carbon fiber reinforced composite material comprising a cured resin product of the epoxy resin composition according to any one of claims 1 to 3 and carbon fiber.
アクリレート基、メタクリレート基、カルボキシル基、
カルボン酸無水物基から選ばれる少なくとも一種の官能
基を有する化合物をサイジング剤として付着してなるこ
とを特徴とする請求項6に記載の炭素繊維強化複合材
料。7. An epoxy group, a hydroxyl group,
Acrylate group, methacrylate group, carboxyl group,
The carbon fiber reinforced composite material according to claim 6, wherein a compound having at least one functional group selected from carboxylic acid anhydride groups is attached as a sizing agent.
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