[發明專利]環氧樹脂組合物、預浸料坯以及碳纖維增強復合材料

在審

• 申請號: 201880018255.7
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN110431166A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 青木惇一;古川浩司;新井厚仁;三角潤;坂田宏明;越智隆志
• 申請（專利權）人: 東麗株式會社
• 主分類號: C08G59/00
• 分類號: C08G59/00;C08G59/08;C08G59/32;C08G59/50;C08J5/04;C08J5/24
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 楊宏軍

本發明的目的在于提供可制造成型性、耐熱性優異、且拉伸強度、壓縮強度等機械特性優異的碳纖維增強復合材料的環氧樹脂組合物、及預浸料坯。本發明的環氧樹脂組合物至少包含下述構成要素[A]～[D]，相對于環氧樹脂總量100質量份而言，所述環氧樹脂組合物包含10～80質量份的構成要素[A]和20～90質量份的構成要素[B]，相對于環氧樹脂總量100質量份而言，還包含1～25質量份的構成要素[C]。[A]:具有二甲苯骨架的環氧樹脂；[B]:分子內具有3個以上縮水甘油基的縮水甘油胺型環氧樹脂；[C]:熱塑性樹脂；[D]:芳香族多胺。

技術領域

本發明涉及適合用于碳纖維增強復合材料的環氧樹脂組合物。更詳細而言，本發明涉及可制造成型性、耐熱性優異、且拉伸強度、壓縮強度等機械特性優異的碳纖維增強復合材料的環氧樹脂組合物。

背景技術

近年來，碳纖維增強復合材料(以下，有時簡稱為復合材料)發揮其高比強度、比彈性模量而被擴展應用于航空器、汽車、體育用品、釣魚用具、風力發電用葉片、個人電腦殼體等涉及多方面的用途中。這些結構體的形狀多為復雜的形態，多數情況下使用片狀、柔軟、且能夠以薄壁化的狀態進行層疊從而可實現材料的各向同性的碳纖維增強纖維機織物預浸料坯。

作為在該預浸料坯中使用的樹脂組合物，廣泛使用機械特性、耐熱性和工藝上的處理性優異的熱固性樹脂、特別是其中的環氧樹脂。近年來，就面向航空器、汽車的結構體用途的材料而言，為實現進一步的輕質化，對提高其機械特性的要求進一步提高。作為機械特性，為了實現作為重要特性的拉伸強度、壓縮強度的進一步高強度化，并且還能耐受在多濕高溫環境下的使用，對于維持吸濕高溫環境下的物性的要求也越來越高。對于復合材料的拉伸強度而言，除了提高作為基材的碳纖維的拉伸強度外，降低環氧樹脂組合物的固化物(以下，簡稱為固化物)的交聯密度也是有效的。但是，存在若降低交聯密度則耐熱性降低這樣的問題。另一方面，提高固化物的彈性模量對于復合材料的壓縮強度的提高是有效的(專利文獻1)。另外，為提高耐熱性，導入芳香族系的剛直骨架是有效的。在專利文獻2、專利文獻3中公開了表面粗糙度低、線膨脹系數低的具有二甲苯骨架的樹脂組合物。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-363253號公報

專利文獻2：日本特開2016-136645號公報

專利文獻3：國際公開第2013-008684號

發明內容

發明所要解決的課題

為了提高壓縮強度，通過提高交聯密度來提高樹脂組合物的固化物的彈性模量是有效的，但另一方面拉伸強度卻降低，即存在制約(trade-off)的關系。因此，同時實現復合材料的拉伸強度和壓縮強度是非常難的課題。另外，專利文獻2、專利文獻3公開了面向含有大量無機填充材料的電子信息材料用途的發明，但在將其用于作為結構材料的復合材料的情況下，未顯示出重要的機械特性，耐熱性也不充分。

為了同時實現復合材料的拉伸強度和壓縮強度，以下方法被認為是有效的：在將固化物的交聯密度保持在低水平的同時，導入分子鏈間的相互作用部位等，從而來抑制分子鏈的運動，或者降低分子鏈的運動的自由度。作為抑制固化物中分子鏈運動的方法，認為除了增加環氧官能團數量以提高交聯密度外，在分子鏈中導入彎曲結構或容易得到分子鏈的相互作用的分子結構是有效的。此外，為了保持在吸濕高溫環境下的機械特性，使分子鏈內部成為疏水環境以降低吸水性、減少分子鏈中的自由體積空間也被認為是有效的。

因此，本發明的目的在于提供可制造成型性、耐熱性、拉伸強度、壓縮強度均優異的碳纖維增強復合材料的環氧樹脂組合物。

用于解決課題的手段

本申請的發明人對上述課題進行了深入研究，明確了通過在特定范圍內混合特定的環氧樹脂成分作為環氧樹脂成分，能夠解決上述課題，從而完成了本發明。