JPH02170856A - 熱硬化性樹脂組成物 - Google Patents

熱硬化性樹脂組成物

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JPH02170856A
JPH02170856A JP32552488A JP32552488A JPH02170856A JP H02170856 A JPH02170856 A JP H02170856A JP 32552488 A JP32552488 A JP 32552488A JP 32552488 A JP32552488 A JP 32552488A JP H02170856 A JPH02170856 A JP H02170856A
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resin
epoxy resin
resin composition
epoxy
bismaleimide
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JP32552488A
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Misao Nichiza
操 日座
Takeshi Matsumoto
松元 剛
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Yokohama Rubber Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、その硬化物が耐熱性、耐衝撃性、耐水性に優
れる熱硬化性樹脂組成物に関するが、該樹脂組成物は、
プリプレグ用として有用なものである。
〈従来の技術〉 近年、カーボン繊維に樹脂を含浸させ、該樹脂を硬化さ
せることにより得られる複合材、いわゆるカーボン繊維
強化プラスチックスが、航空機の一次構造材等として広
範囲に亘って使用されるようになってきた。
従来、カーボン繊維含浸用樹脂組成物としては、主とし
てエポキシ樹脂組成物が用いられており、特に、耐熱温
度の高いものが必要である場合には、テトラグリシジル
ジアミノジフェニルメタン(TGDDM)のエポキシ樹
脂に、硬化剤としてジアミノジフェニルスルホン(DD
S)を加えたエポキシ樹脂組成物が広く用いられてきた
。
また、カーボン繊維含浸用樹脂組成物として、シアン酸
エステル成分とビスマレイミド成分とで構成される熱可
塑性樹脂組成物が提案されている(特公昭52−312
79号公報、同54−30440号公報参照)。
さらに、前記シアン酸エステル成分とビスマレイミド成
分とで構成される熱可塑性樹脂組成物に、長鎖のビスフ
ェノールA型エポキシ樹脂を配合したものも知られてい
る。
〈発明が解決しようとする課題〉 上記の通り、カーボン繊維含浸用樹脂組成物として、各
種の樹脂組成物が知られている。
しかし、前記T G D D M/D D S系のエポ
キシ樹脂組成物は、優れた初期耐熱性を有し、カーボン
繊維等との接着性も良好ではあるが、吸湿により耐熱性
が著しく劣化する、WI撃後の圧縮強度が低い、等の欠
点があり、肌空機用−次構造材等の高い耐熱性、耐衝撃
性を求められる用途には対応できない。
また、特公昭52−31279号公報や特公昭54−3
0440号公報に記載の熱可塑性樹脂組成物は、優れた
耐熱性を有するものの、耐衝撃性が十分ではなく、やは
り、航空機用−次構造材等の高い耐熱性、耐衝撃性を求
められる用途には対応で籾ない。
さらに、長鎖のビスフェノールA型エポキシ樹脂を配合
した熱可塑性樹脂組成物では、ビスフェノールA型エポ
キシ樹脂の混合が困難であり、長時間に亘る加熱が必要
であるため、該樹脂組成物がプリプレグ化された際、十
分な粘着性が得られない。
本発明は、上記の事実に鑑みてなされたものであり、十
分な粘着性を有し、その硬化物は、耐熱性、耐衝撃性お
よび耐水性に優れる、高伸度、中−弾性カーボン繊維の
含浸用として、すなわちプリプレグ用として好適な熱硬
化性樹脂組成物の提供を目的とする。
く課題を解決するための手段〉 本発明は、シアン酸エステル成分とビスマレイミド成分
とから構成される樹脂(A)98〜50重量%と、粒径
50μm以下に微粉砕されたエポキシ樹脂(B)2〜5
0重量%とを含有し、前記樹脂(A)に、前記樹脂(B
)が分散混合されてなることを特徴とする熱硬化性樹脂
組成物を提供するものである。
前記エポキシ樹脂は、エポキシ当量500以上のエポキ
シ樹脂であることが好ましい。
また、前記エポキシ樹脂は、平均分子量500以上のエ
ポキシ樹脂であることが好ましい。 さらに、前記エポ
キシ樹脂は、臭素化エポキシ樹脂であることが好ましい
。
以下に、本発明について詳細に説明する。
はじめに、シアン酸エステル成分とビスマレイミド成分
とから構成される樹脂(A)について説明する。
樹脂(A)を構成するシアン酸エステル成分としては、
多官能性シアン酸エステル、シアン酸エステルプレポリ
マー および該シアン酸エステルとジアミンとから構成
されるプレポリマーがあげられる。
多官能性シアン酸エステル成分としては、2個以上のシ
アン酸エステル基を有する任意の有機化合物、特に芳香
族化合物はがあげられ、特に、下記一般式[T] 式[11 %式%) (上記式[1]中、nは2以上、通常は5以下の数であ
り、R′は芳香族性の有機基であって、上記シアン酸エ
ステル基は、この有機基R1の芳香環に結合している。
) で示される化合物が好ましい。
ココテ、W[t R”は、ベンゼン、ナフタリン、アン
トラセン、ピレンのような炭素数1〜16の芳香族炭化
水素より誘導される基;複数個の芳香環が直接、あるい
は橋絡原子または橋絡基を介して結合した有機基、具体
的には、ビフェニル、ジフェニルメタン、2.2−ジフ
ェニルプロパン、ジフェニルエーテル、ジベンジルエー
テル、ジフェニルチオエーテル、ジフェニルケトン、ジ
フェニルアミン、ジフェニルスルホキシド、ジフェニル
スルホン、トリフェニルホスファイト、トリフェニルフ
ォスフェート等から誘導される基; ノボラック型フェノール樹脂から誘導される基; 等が好適に例示される。
なお、これらの芳香族性の有機基は、その芳香環が反応
に無関係な置換基で置換されていてもよい。
このような多官能性シアン酸エステル成分は、一般に、
対応する多価フェノールをハロゲン化シアンと反応させ
るそれ自体公知の方法で得ることができるが、特に、ビ
スフェノールA[2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニ
ル)プロパン]のような対称性でかつ縮合環を含まない
2価フェノール類とハロゲン化シアンとの反応; フェノールとホルムアルデヒドとの初期縮合物とハロゲ
ン化シアンとの反応; 等にて得られるシアン酸エステル成分は、特に好ましい
。
シアン酸エステルプレポリマーは、上述した多官能性シ
アン酸エステルを、鉱酸、ルイス酸、炭酸ナトリウムあ
るいは塩化リチウム等の塩類、トリブチルホスフィン等
のリン酸エステル類等の触媒の存在下に重合させて得ら
れる。
これらのプレポリマーは、一般に、前記シアン酸エステ
ル中のシアノ基が三量化することによって形成されるト
リアジン環を分子中に有している。 本発明においては
、平均分子量400〜6000のプレポリマーを用いる
のが好ましい。
また、多官能性シアン酸エステルとジアミンとから構成
されるプレポリマーは、多官能性シアン酸エステルと、
下記一般式[II ]式[I!] R2N −R’ −N R2 (上記式[II]中、R2は2価の芳香族性または脂環
族性有機基である) で示されるジアミン類を反応させて得られる。
すなわち、シアン酸エステルとジアミンとを、特に好ま
しくは、シアン酸エステル当り0.1〜1当量のアミン
をケトン等の有機溶媒中で、0〜100℃の温度で、1
分間〜1時間のような比較的短い時間反応させる。
なお、ジアミン類としては、メタフェニレンジアミン、
メタまたはバラ−キシリレンジアミン、1,4−シクロ
ヘキサンジアミン、ヘキサヒドロキシリレンジアミン、
ビス(4−アミノフェニル)メタン、ビス(4−アミノ
フェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−メチルフ
ェニル)メタン(MDT)、ビス(4−アミノ−3,5
−ジメチルフェニル)メタン(MDX)、ビス(4−ア
ミノフェニル)シクロヘキサン、ビス(4−アミノフェ
ニル)エーテル、2.2−ビス(4′−アミノフェニル
)プロパン、ビス(4−アミノ−3−メチルフェニル)
メタン、ビス(4−アミノフェニル)フェニルメタン等
があげられ、芳香族ジアミンであることが樹脂(A)の
耐熱性等の点で好ましいが、樹脂(A)の可撓性や柔軟
性の観点から、脂環族ジアミンを単独で、あるいは組合
わせて使用してもよい。 また、ジアミン類は、反応性
の観点から、第1級アミンであることが好ましいが、第
2級アミンであってもよい。
本発明では、上記のシアン酸エステル成分を、単独であ
るいは2f!以上を混合して用いる。
樹脂(A)を構成するビスマレイミド成分としては、無
水マレイン酸とジアミンとから誘導されるマレイミド基
を2個有する任意の有機化合物、ビスマレイミドプレポ
リマーおよび該ビスマレイミドとジアミンとから構成さ
れる装置ポリマーがあげられる。
本発明において、ビスマレイミド成分としては、無水マ
レイン酸とジアミンとから誘導されるマレイミド基を2
個有する任意の有機化合物は、いずれも適用可能である
が、特に、下記一般式[III ] 式[III ] (上記式[III ]中、R3は2僅の芳香族性または
脂環族性有機基である) で表わされる化合物が好ましい。
ここで、有機基R3としては、フェニレン基、ナフチレ
ン基、キシリレン基、シクロヘキシレン基、ヘキサヒド
ロキシリレン基等、炭素数6〜16の芳香族あるいは脂
環族炭化水素:複数個の芳香環が直接、あるいは橋絡原
子または橋絡基を介して結合した有機基; 等が好適に例示される。
なお、これらの芳香族性の有機基は、その芳香環が反応
に無関係な置換基で置換されていてもよい。
このようなビスマレイミドは、無水マレイン酸とジアミ
ン類とを反応させてビスマレアミド酸を調製し、次いで
、このビスマレアミド酸を脱水環化させるそれ自体公知
の方法で得ることができる。 なお、用いるジアミン類
の具体例は、多官能性シアン酸エステルとジアミンとの
プレポリマーの項で示した通りである。
ビスマレイミドプレポリマーは、上述した無水マレイン
酸とジアミンとから誘導されるマレイミド基を2個有す
る任意の有機化合物から、公知の方法によって誘導され
る。
また、ビスマレイミドとジアミンとから構成されるプレ
ポリマーは、ビスマレイミドを、多官能性シアン酸エス
テルとジアミンとのプレポリマーの項で示したジアミン
類と、下記のように反応させることによって得られる。
すなわち、例えばケトン等の適当な溶媒中において、ビ
スマレイミドとジアミン類とを、特に好ましくは、ビス
マレイミド1モル当り1/2〜1モルの量のジアミンを
、例えば40〜250℃程度の温度で、5分間〜5時間
反応させればよい。
本発明では、上記のビスマレイミド成分を、単独である
いは2 fi以上混合して用いる。
樹脂(A)は、前記シアン酸エステル成分と前記ビスマ
レイミド成分とを、1:99〜99 : 1、好ましく
は5:95〜95:5の重量比で含有する。
この量比は、本発明の樹脂組成物に求められる性質によ
って適宜選択し、例えば、銹電特性等の電気特性や接着
性、密着性等の諸性質が求められる場合には、シアン酸
エステル成分を多くシ、耐熱性が求められる場合には、
ビスマレイミド成分を多くする。
また、樹脂(A)に相当するものとして、BT樹脂(三
菱瓦斯化学■製)等の各種の市販品があり、これらを使
用してもよい。
なお、このようなシアン酸エステル成分とビスマレイミ
ド成分とを含む樹脂(A)は、特公昭52−31327
9号、同54−30440号の各公報に詳述されている
。
次に、エポキシ樹脂(B)について説明する。
本発明で用いるエポキシ樹脂(B)は、その粒径が50
μm以下に微粉砕された固形エポキシ樹脂である。 こ
こで、粒径とは、球体の粒径に限らず、例えばフレーク
状であれば、その長径をいう。
エポキシ樹脂(B)は、シアン酸エステル成分とビスマ
レイミド成分とから構成される樹脂(A)に溶融状態で
混合されるが、従来は、その混合時は、高温(150〜
200℃、あるいはそれ以上)をかけるため、樹脂(A
)とエポキシ樹脂との間で予備反応が併発し、樹脂がか
たくなり、粘着性もなくなり、プリプレグ用としては不
向きとなった。  また、極性溶剤で溶解させて混合す
る方法もあるが、この場合、プリプレグ作製後に乾燥を
行っても、少量の溶剤が残留し、硬化後の機械的特性を
低下させた。
本発明では、粒径50μm以下に微粉末化されたエポキ
シ樹脂(B)を用い、樹脂(A)への分散性をよくした
ことに特徴がある。 また、本発明では、用いるエポキ
シ樹脂(B)が粒径50μm以下であるため、樹脂(A
)とエポキシ樹脂(B)との間で、予備反応がおこりに
くい比較的低温(60〜90℃)で樹脂(A)にエポキ
シ樹脂(B)を分散混合させることができ、従って、十
分な粘着性を有する樹脂組成物が得られる。
本発明で用いるエポキシ樹脂(8)は、本発明の樹脂組
成物の硬化物が示す耐衝撃性に寄与する。 従って、エ
ポキシ当量500以上および/または平均分子量500
以上の長鎖エポキシ樹脂を用いることが好ましく、エポ
キシ当量1000以上および/または平均分子量200
0以上の長鎖エポキシ樹脂を用いることが特に好ましい
。
エポキシ樹脂には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、
ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキ
シ樹脂、臭素化、エポキシ樹脂等の汎用されているグリ
シジルエーテル系エポキシ樹脂のほか、環式脂肪族エポ
キシ樹脂、グリシジルエステル系エポキシ樹脂、グリシ
ジルアミン系エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂等の
特殊なエポキシ樹脂があるが、本発明ではその粒径が5
0μm以下に微粉末化されたエポキシ樹脂を用いるので
、粉砕した時に微粉末化しやすい臭素化エポキシ樹脂を
用いることが好ましい。 また、臭素化エポキシ樹脂は
、臭素含量が高い程、結晶性が高く、従って、臭素含量
15%以上の臭素化エポキシ樹脂を用いることが特に好
ましい。
臭素化エポキシ樹脂の市販品として、 例えば5R−T100OO(エポキシ当量10000、
粒径20μm以下の粉砕品、成木薬品工業■製)あるい
は5R−74000(エポキシ当量4000.粒径20
μm以下の粉砕品、版本薬品工業■製)がある。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、前記シアン酸エステル
成分とビスマレイミド成分とから構成される樹脂(A)
と、前記粒径5oμm以下に微粉砕されたエポキシ樹脂
(B)とを含有し、(A)と(B)の合計量を100重
量%とじた時、(A)が98〜50重量%であり、(B
)が2〜50重量%である。 この範囲外であると、樹
脂(A)および樹脂(B)の特長が、十分に発現されな
い。
本発明の樹脂組成物は、それ自体加熱により硬化して耐
熱性樹脂となる性質を有しているが、硬化を促進させる
目的で、通常は触媒を含有させて使用する。
このような触媒としては、有機塩基、例えばN、N−ジ
メチルアニリン、N、N−ジメチルトルイジン、N、N
−ジメチル−p−アニシジン、P−ハロゲノ−N、N−
ジメチルアニリン、2−N−二チルアニリノエタノール
、トリーn−ブチルアミン、ピリジン、キノリン、N−
メチルそルホリン、トリエタノールアミン、トリエチレ
ンジアミン、N、N−ジメチルベンジルアミン、N、N
、N’ 、N’ −テトラメチルブタンジアミン等の第
3級アミン類;イミダゾール、ベンツイミダゾール、2
−メチルイミダゾール、2−アンデシルイミダゾール、
2−フェニルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイ
ミダゾール等のイミダゾール類;フェノール、クレゾー
ル、キシレノール、レゾルシン、フロログルシン等のフ
ェノール類;ジクミルパーオキサイド、過酸化ベンゾイ
ル、t−ブチルヒドロパーオキサイド、シクロヘキサノ
ンパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ジイソ
プロピルパーオキシジカーボネート等の有機過酸化物; 有機金属塩、例えばオクチル酸亜鉛、オクチル酸スズ、
ナフテン酸鉛、ステアリン酸鉛、ナフテン酸亜鉛、オレ
イン酸スズ、ジブチルスズマレエート、ナフテン酸マン
ガン、ナフテン酸コバルト、樹脂酸鉛、アセチルアセト
ン鉄、アセチルアセトン銅、ブチルチタネート、プロピ
ルアルミニウム等や、5nC14Z n Cj! 2 
  A j! CJ2 s   F e CIt 2F
 e CJ2s等の塩化物: 鉄、亜鉛等の金属粉等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物を硬化させるための温度は、硬化剤
や触媒の有無、組成成分の種類等によっても変化するが
、通常150〜300℃の範囲で選べばよい。 加熱硬
化に際しては、圧力を加えることが″好ましく、圧力は
0.1〜500kg/cm”の範囲で適宜選べばよい。
本発明の熱硬化性樹脂組成物には、諸性質を改善する目
的で、本発明の主旨を損なわない範囲で、種々の天然、
半合成あるいは合成樹脂類を配合することができる。
このような樹脂としては、乾性油、不乾性油等のオレオ
レジン、ロジン、シェラツク、コーパル、油変性ロジン
、フェノール樹脂、アルキド樹脂、尿素樹脂、メラミン
樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルブチラール樹脂、酢酸
ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、シリコー
ン樹脂等を例示でき、1種あるいは2種以上を組合せて
用いる。
本発明の樹脂組成物には、さらに、繊維質あるいは粉末
の形の補強剤を含有させることができる。
補強剤としては、各稲カーボンブラック、微粉末シリカ
、焼成りレイ、塩基性ケイ酸マグネシウム、ケイソウ土
粉、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、マ
グネシア、カオリン、セリサイト等の無機粉末や、セラ
ミック繊維、アスベスト、ロックウール、ガラス繊維、
スラグ・ウール、カーボンファイバー等の無機質繊維、
ポリイミド繊維等の各種合成繊維等が挙げられる。
また、本発明の樹脂組成物には、該組成物を着色する目
的で、二酸化チタン等の白色顔料や、黄鉛、カーボンブ
ラック、鉄黒、そりプデン赤、コンジヨウ、グンジョウ
、カドミウム黄、カドミウム赤等の着色顔料あるいは各
種有機染料を含有させることができる。
本発明の樹脂組成物には、この他、コロイド状シリカ、
カーボンブラック等のたれ止め剤、各種ゴム、ポリチオ
ール、ウレタンプレポリマー等の可撓性付与剤、炭酸カ
ルシウム、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム等の
充填剤、三酸化アンチモン等の難燃剤等、公知の各種添
加剤を含有させてもよい。
〈実施例〉 以下に、実施例および比較例を示し、本発明を具体的に
説明する。
(実施例1) 表1に示す配合量(重量%)で、BT樹脂であるBT 
 2160(三菱瓦斯化学(株)製)に、下記式[■]
に示される構造の微粉末状臭素化エポキシ樹脂5R−T
100OO(エポキシ当量1oooo、粒径く20μm
、成木薬品工業(株)製)を50℃で分散混合した。 
さらに、所定量の触媒を加えて50℃でよく混合後、こ
の樹脂組成物をシート化し、炭素繊維に含浸させ、一方
向炭素繊維プリプレグを作製した。
(上記式[IV]中、nは0または正の整数であり、X
は0または1〜4の整数である。 ただし、必ず臭素を
含む。) このプリプレグを36ブライ積層し、177℃で2時間
、加圧(3,5kg/am’ ) しながら硬化させた
。
得られた樹脂組成物の粘着性(タック)について、官能
評価を行い、また、硬化後の複合材料について、以下の
方法で、ガラス転移温度、吸水率および?f1撃後の圧
縮強度を測定した。
結果は表1に示した。
[試験方法】 ガラス転心温度:乾燥状態(DRY)で、熱機械装置(
TMA)で測定し、T、で示した。
吸水率:沸騰水に40時間浸漬前後の重量を測定し、吸
水率を算出した。
衝撃後の圧縮強度:厚み1インチあたり1500ボンド
の荷重を、1インチ上から落下させ(15001b−i
n/in)、その衝撃後、圧縮強度を測定した。
(実施例2) 表1に示す配合量で、BT  2160に前記式[IV
]で示される構造の微粉末状臭素化エポキシ樹脂5R−
74000(エポキシ当量4000、粒径く20μm1
阪木薬品工業(株)製)を50℃で分散混合した。
以下、実施例1と同様に処理し、プリプレグを作製し、
試験に供した。
結果は表1に示した。
(比較例1) 表1に示す配合量で、BT  2160に未粉砕の固形
ビスフェノールA型エポキシ樹脂ESA  01フ(エ
ポキシ当量1800、フレーク状、住友化学工業■製)
を120℃で分散混合した。
以下、実施例1と同様に処理し、プリプレグを作製し、
試験に供した。
結果は表1に示した。
(比較例2) 表1に示す配合量で、BT2160に、前記式[rV]
で示される構造の未粉砕の固形低分子量臭素化エポキシ
樹脂エビクロン 152(エポキシ当量360、大日本
インキ工業■製)を130℃で分散混合した。
以下、実施例1と同様に処理し、プリプレグを作製し、
試験に供した。
結果は表1に示した。
(比較例3) 表1に示す配合量で、BT  2160に液状ビスフェ
ノールA型エポキシ樹脂ELA128(エポキシ当量1
90、住友化学工業■製)を室温で分散混合した。
以下、実施例1と同様に処理し、プリプレグを作製し、
試験に供した。
結果は表1に示した。
表1より明らかなように、実施例は、いずれも良好な粘
着性を示し、実施例の樹脂組成物を用いて作製した複合
材料は、いずれも、耐熱性があり(Tg)、耐水性があ
り(吸水率)、衝撃後の圧縮強度が高かった。
一方、比較例1は、BT樹脂とエポキシ樹脂との間で予
備反応が生じたためか、十分な粘着性が得られず、また
、比較例2および3は、粘着性は良好であったが、比較
例2または3の樹脂組成物を用い作製した複合材料の衝
撃後の圧縮強度が低かった。 これは、比較例3では、
用いたエポキシ樹脂が液状であったためと考えられる。
〈発明の効果〉 本発明により、十分な粘着性を有し、その硬化物は、耐
熱性、耐衝撃性、耐水性に優れる熱硬化性樹脂組成物が
得られる。
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、高伸度、中弾性カーボ
ン繊維の含浸用として好適であり、高伸度、中弾性カー
ボン繊維を用いるプリプレグの作製に有用である。
同

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シアン酸エステル成分とビスマレイミド成分とか
    ら構成される樹脂(A)98〜50重量%と、粒径50
    μm以下に微粉砕されたエポキシ樹脂(B)2〜50重
    量%とを含有し、前記樹脂(A)に、前記樹脂(B)が
    分散混合されてなることを特徴とする熱硬化性樹脂組成
    物。
  2. (2)前記エポキシ樹脂が、エポキシ当量 500以上のエポキシ樹脂である請求項1に記載の熱硬
    化性樹脂組成物。
  3. (3)前記エポキシ樹脂が、平均分子量500以上のエ
    ポキシ樹脂である請求項1または2に記載の熱硬化性樹
    脂組成物。
  4. (4)前記エポキシ樹脂が臭素化エポキシ樹脂である請
    求項1〜3のいずれか、記載の熱硬化性樹脂組成物。
JP32552488A 1988-12-23 1988-12-23 熱硬化性樹脂組成物 Pending JPH02170856A (ja)

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JP32552488A Pending JPH02170856A (ja) 1988-12-23 1988-12-23 熱硬化性樹脂組成物

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JP (1) JPH02170856A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022084774A (ja) * 2018-07-19 2022-06-07 三菱ケミカル株式会社 炭素繊維プリプレグ及び樹脂組成物

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