JPH0655808B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
エポキシ樹脂組成物Info
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- JPH0655808B2 JPH0655808B2 JP1181589A JP1181589A JPH0655808B2 JP H0655808 B2 JPH0655808 B2 JP H0655808B2 JP 1181589 A JP1181589 A JP 1181589A JP 1181589 A JP1181589 A JP 1181589A JP H0655808 B2 JPH0655808 B2 JP H0655808B2
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
- C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
- C08G59/40—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
- C08G59/50—Amines
- C08G59/56—Amines together with other curing agents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08G59/32—Epoxy compounds containing three or more epoxy groups
- C08G59/38—Epoxy compounds containing three or more epoxy groups together with di-epoxy compounds
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- C08G59/62—Alcohols or phenols
- C08G59/621—Phenols
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は優れた貯蔵安定性、耐湿熱特性、耐衝撃後圧縮
特性を与えるプリプレグ用エポキシ樹脂組成物に関す
る。この樹脂組成物から得られる複合材料は航空機、自
動車及び一般工業用途に使用しうるものである。
特性を与えるプリプレグ用エポキシ樹脂組成物に関す
る。この樹脂組成物から得られる複合材料は航空機、自
動車及び一般工業用途に使用しうるものである。
従来複合材料用マトリツクス樹脂としてはエポキシ樹脂
がその接着性、高剛性のため多用されてきた。なかでも
高性能構造用マトリツクス樹脂としてはN,N,N′,N′−
テトラグリシジルジアミノジフエニルメタン、4,4′−
ジアミノジフエニルスルホンを主成分とする組成物が1
972年来広く使用されてきた。
がその接着性、高剛性のため多用されてきた。なかでも
高性能構造用マトリツクス樹脂としてはN,N,N′,N′−
テトラグリシジルジアミノジフエニルメタン、4,4′−
ジアミノジフエニルスルホンを主成分とする組成物が1
972年来広く使用されてきた。
しかしこの組成物によるプリプレグを加熱硬化して得ら
れる複合材料は、マトリツクス樹脂の伸びが小さいため
に最近の高伸度補強用繊維例えば1.5%以上の破断伸度
を有する炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等に追従
できず引張り伸度が補強用繊維より低い等の欠点を有し
ていた。その結果として吸湿後の圧縮強度は82℃の温
度域では充分であるが、衝撃後の圧縮強度が極めて低
く、一次構造用素材として用いるには全く不十分な材料
であつた。
れる複合材料は、マトリツクス樹脂の伸びが小さいため
に最近の高伸度補強用繊維例えば1.5%以上の破断伸度
を有する炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等に追従
できず引張り伸度が補強用繊維より低い等の欠点を有し
ていた。その結果として吸湿後の圧縮強度は82℃の温
度域では充分であるが、衝撃後の圧縮強度が極めて低
く、一次構造用素材として用いるには全く不十分な材料
であつた。
一方5th SAMPE European Chapter(1984)Paper
15(T. Tattersall)に記載されているとおり、、衝
撃後の圧縮強度の高い素材も報告されているが、吸湿後
の圧縮強度が不足であつたり、インターリーフという中
間層を入れるため、繊維の容積含有率が上らず、実用に
は程遠いものであつた。
15(T. Tattersall)に記載されているとおり、、衝
撃後の圧縮強度の高い素材も報告されているが、吸湿後
の圧縮強度が不足であつたり、インターリーフという中
間層を入れるため、繊維の容積含有率が上らず、実用に
は程遠いものであつた。
本発明者らは前記に鑑み、吸湿後の82℃温度域の圧縮
強度(110kg/mm2以上)及び衝撃後の圧縮強度(27
kg/mm2以上)のいずれも優れた特性を与えるプリプレグ
用エポキシ樹脂組成物に関し鋭意検討の結果、本発明に
到達した。
強度(110kg/mm2以上)及び衝撃後の圧縮強度(27
kg/mm2以上)のいずれも優れた特性を与えるプリプレグ
用エポキシ樹脂組成物に関し鋭意検討の結果、本発明に
到達した。
本発明は、(A)2官能エポキシ樹脂、(B)3官能エポキシ
樹脂、(C)一般式 (式中X1〜X12及びR1〜R4は水素原子又はメチル
基を示し、これらは同一でも異なつていてもよい)で表
わされるフエノール化合物、(D)4,4′−ジアミノジフエ
ニルスルホン又は3,3′−ジアミノジフエニルスルホン
を含有することを特徴とする、エポキシ樹脂組成物であ
る。これらの組成物のうち、一部もしくはすべての(A)
及びすべての(B)とすべての(C)とを、あらかじめ(C)の
フエノール性OHの80%以上が(A)及び(B)のエポキシ基
と反応する条件で予備反応させて用いることが好まし
い。
樹脂、(C)一般式 (式中X1〜X12及びR1〜R4は水素原子又はメチル
基を示し、これらは同一でも異なつていてもよい)で表
わされるフエノール化合物、(D)4,4′−ジアミノジフエ
ニルスルホン又は3,3′−ジアミノジフエニルスルホン
を含有することを特徴とする、エポキシ樹脂組成物であ
る。これらの組成物のうち、一部もしくはすべての(A)
及びすべての(B)とすべての(C)とを、あらかじめ(C)の
フエノール性OHの80%以上が(A)及び(B)のエポキシ基
と反応する条件で予備反応させて用いることが好まし
い。
本発明はさらに前記エポキシ樹脂組成物に強化繊維を含
むエポキシ樹脂組成物である。
むエポキシ樹脂組成物である。
本発明に用いられる(A)2官能エポキシ樹脂としては、
ビスフエノールA型エポキシ樹脂、ビスフエノールF型
エポキシ樹脂、それらのブロム化エポキシ樹脂、ビスフ
エノールS型エポキシ樹脂等が挙げられる。
ビスフエノールA型エポキシ樹脂、ビスフエノールF型
エポキシ樹脂、それらのブロム化エポキシ樹脂、ビスフ
エノールS型エポキシ樹脂等が挙げられる。
靭性向上のためには、ビスフエノールA型エポキシ樹
脂、ビスフエノールF型エポキシ樹脂を主成分として用
いることが好ましい。
脂、ビスフエノールF型エポキシ樹脂を主成分として用
いることが好ましい。
これらのエポキシ樹脂(A)のエポキシ樹脂(B)に対するエ
ポキシ基のモル比はA/B=1/0.1〜1/4.0好ましく
は1/0.3〜0/3.8である。1/0.1より大きい場合に
は耐熱水性が低下するばかりか耐薬品性が低下する。1
/4.0より小さい場合には靭性が不足し、補強材の利用
率の低下や衝撃後の圧縮強度が低下する。
ポキシ基のモル比はA/B=1/0.1〜1/4.0好ましく
は1/0.3〜0/3.8である。1/0.1より大きい場合に
は耐熱水性が低下するばかりか耐薬品性が低下する。1
/4.0より小さい場合には靭性が不足し、補強材の利用
率の低下や衝撃後の圧縮強度が低下する。
本発明に用いられる3官能エポキシ樹脂(B)としては、
N,N,O−トリグリシジル−p−又は−m−アミノフエノ
ール、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−m−又は
−5−アミノ−o−クレゾール、1,1,1−(トリグリシ
ジルオキシフエニル)メタン等が挙げられる。N,N,O−
トリグリシジル化合物が耐溶剤性向上の点で好ましい。
N,N,O−トリグリシジル−p−又は−m−アミノフエノ
ール、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−m−又は
−5−アミノ−o−クレゾール、1,1,1−(トリグリシ
ジルオキシフエニル)メタン等が挙げられる。N,N,O−
トリグリシジル化合物が耐溶剤性向上の点で好ましい。
本発明に用いられるフエノール化合物(C)としては、4,
4′−(p−フエニレンジイソプロピリデン)ビスフエ
ノール、4,4′−(p−フエニレンジイソプロピリデ
ン)ビス(2−クレゾール)、4,4′−(p−フエニレ
ンジイソプロピリデン)ビス(2,6−キシレノール)等
が挙げられる。4,4′−(p−フエニレンジイソプロピ
リデン)ビス(キシレノール)が耐熱水性の点で好まし
い。
4′−(p−フエニレンジイソプロピリデン)ビスフエ
ノール、4,4′−(p−フエニレンジイソプロピリデ
ン)ビス(2−クレゾール)、4,4′−(p−フエニレ
ンジイソプロピリデン)ビス(2,6−キシレノール)等
が挙げられる。4,4′−(p−フエニレンジイソプロピ
リデン)ビス(キシレノール)が耐熱水性の点で好まし
い。
補強用繊維としては、、炭素繊維、ガラス繊維、アラミ
ド繊維、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維等が挙げ
られる。
ド繊維、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維等が挙げ
られる。
(C)の使用量は の比を1/0.1〜1/0.9特に1/0.2〜1/0.8とするこ
とが好ましい。この比が1/0.1より大きいと充分な耐
湿熱性や耐衝撃性が得られず、また1/0.9より小さい
と耐熱性や耐溶剤性が低下する。
とが好ましい。この比が1/0.1より大きいと充分な耐
湿熱性や耐衝撃性が得られず、また1/0.9より小さい
と耐熱性や耐溶剤性が低下する。
(D)の使用量は次式を満足することが好ましい。
1/0.8より大きいと硬化が不充分であり、耐溶剤性、
耐熱性に難があり、1/1.3より小さいと耐水性、耐溶
剤性が低下することがある。
耐熱性に難があり、1/1.3より小さいと耐水性、耐溶
剤性が低下することがある。
またフエノール化合物(C)を、一部もしくはすべての(A)
及びすべての(B)と、そのフエノール性OHの80%以上
好ましくは90%以上が(A)及び(B)のエポキシ基と反応
する条件で予備反応させることが好ましい。これより低
い反応率では樹脂組成物の耐衝撃性が低下することがあ
る。
及びすべての(B)と、そのフエノール性OHの80%以上
好ましくは90%以上が(A)及び(B)のエポキシ基と反応
する条件で予備反応させることが好ましい。これより低
い反応率では樹脂組成物の耐衝撃性が低下することがあ
る。
フエノール化合物(C)との予備反応に使用する一部もし
くはすべてのエポキシ樹脂(A)、すべてのエポキシ樹脂
(B)のエポキシ基モル比(A/B)は1/0.5〜1/4.0好ま
しくは1/0.7〜1/3.7である。1/0.5より大きいと
充分な耐熱水性、耐溶剤性が得られず、1/4.0より小
さいと予備反応下にゲル化を起こすため好ましくない。
くはすべてのエポキシ樹脂(A)、すべてのエポキシ樹脂
(B)のエポキシ基モル比(A/B)は1/0.5〜1/4.0好ま
しくは1/0.7〜1/3.7である。1/0.5より大きいと
充分な耐熱水性、耐溶剤性が得られず、1/4.0より小
さいと予備反応下にゲル化を起こすため好ましくない。
また予備反応に使用する(C)の量は である。1/0.2より大きいと充分な耐熱水性や衝撃後
の圧縮強度が得られず、また1/1.1より小さいと予備
反応時度が高くなり扱い性に難が生ずるため好ましくな
い。
の圧縮強度が得られず、また1/1.1より小さいと予備
反応時度が高くなり扱い性に難が生ずるため好ましくな
い。
本発明の樹脂組成物は、他の成分として無機充てん剤、
例えばシリカ粉末、アエロジル、マイクロバルーンや燃
剤としての三酸化アンチモン等を含有していてもよく、
また流れ性制御の目的で末端フエノールのポリエーテル
スルホン、ポリビニルブチラート、ポリエーテルイミド
等を併用することもできる。
例えばシリカ粉末、アエロジル、マイクロバルーンや燃
剤としての三酸化アンチモン等を含有していてもよく、
また流れ性制御の目的で末端フエノールのポリエーテル
スルホン、ポリビニルブチラート、ポリエーテルイミド
等を併用することもできる。
補強用繊維はミルドフアイバー、、チヨツプドフアイバ
ー、一方向シート状、織物状の形態で用いることもでき
る。
ー、一方向シート状、織物状の形態で用いることもでき
る。
下記実施例中の部は重量部を意味する。
複合材の特性は次の測定法によつた。
測定結果は繊維容積含有率60%に換算した。
「耐熱水性」は0゜16層の積層材コンポジツトを71
℃の水中に14日間放置したのち、ASTM D-695に従つて
82℃で0゜方向の圧縮試験により求めた。
℃の水中に14日間放置したのち、ASTM D-695に従つて
82℃で0゜方向の圧縮試験により求めた。
「耐衝撃性」はNASA RP 1092に準拠してパネル寸法4×
6×0.18インチの板を3×5インチの穴のあいた台上に
固定して、その中心に1/2インチRのノーズをつけた4.9
kgの分銅を落下させ、板厚1インチ当り1500lb.inの衝
撃を加えたのち、そのパネルを圧縮試験することにより
求めた。
6×0.18インチの板を3×5インチの穴のあいた台上に
固定して、その中心に1/2インチRのノーズをつけた4.9
kgの分銅を落下させ、板厚1インチ当り1500lb.inの衝
撃を加えたのち、そのパネルを圧縮試験することにより
求めた。
「樹脂の扱い性」は樹脂組成物の室温での柔らかさによ
り判定した。柔らかいもの〇、硬いもの×とした。
り判定した。柔らかいもの〇、硬いもの×とした。
「定耐MEK性」は樹脂硬化物の室温下7日浸漬後の外観
変化により判定し、変化のないものを〇、大のものを×
とした。
変化により判定し、変化のないものを〇、大のものを×
とした。
実施例1 ビスフエノールF型エポキシ樹脂、エピコート807
(油化シエルエポキシ社製、エポキシ当量170)10
0部、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−m−クレ
ゾール(エポキシ当量97)142部、4,4′−(p−
フエニレンジイソプロピリデン)ビス(2,6−キシレノ
ール)206部及び4,4′−ジアミノジフエニルスルホ
ン63.8部を混合し、さらに酸化珪素微粉末(アエロジル
380、日本アエロジル社製)1.25部を加え、60℃で
ニーダーによりよく混合して樹脂組成物(I)を得た。こ
の組成物を2mm板となるようガラス板にはさみ、180
℃で2時間硬化し樹脂板を得た。この樹脂組成物(I)を
一方向に引き揃えた炭素繊維(パイロフイルM−1、三
菱レイヨン社製)にホットメルト法により含浸させ、糸
目付145g/m2、樹脂含有率35重量%の一方向プ
リプレグを作成した。このプリプレグを〔0゜〕16及び
〔+45゜/0゜/−45゜/90゜〕4Sの擬等方性に
積層し、180℃で2時間硬化させ複合材を得た。それ
らについての試験結果を第1表に示す。
(油化シエルエポキシ社製、エポキシ当量170)10
0部、N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ−m−クレ
ゾール(エポキシ当量97)142部、4,4′−(p−
フエニレンジイソプロピリデン)ビス(2,6−キシレノ
ール)206部及び4,4′−ジアミノジフエニルスルホ
ン63.8部を混合し、さらに酸化珪素微粉末(アエロジル
380、日本アエロジル社製)1.25部を加え、60℃で
ニーダーによりよく混合して樹脂組成物(I)を得た。こ
の組成物を2mm板となるようガラス板にはさみ、180
℃で2時間硬化し樹脂板を得た。この樹脂組成物(I)を
一方向に引き揃えた炭素繊維(パイロフイルM−1、三
菱レイヨン社製)にホットメルト法により含浸させ、糸
目付145g/m2、樹脂含有率35重量%の一方向プ
リプレグを作成した。このプリプレグを〔0゜〕16及び
〔+45゜/0゜/−45゜/90゜〕4Sの擬等方性に
積層し、180℃で2時間硬化させ複合材を得た。それ
らについての試験結果を第1表に示す。
実施例2〜4、比較例1〜6 実施例1において用いる化合物の量論を第1表のように
変更して試験を実施した。その結果を併せて第1表に示
す。
変更して試験を実施した。その結果を併せて第1表に示
す。
実施例5〜9 実施例1において用いる化合物を第1表のように変更し
て試験を実施した。その結果を併せて第1表に示す。用
いた化合物エピコート828は2官能エポキシ樹脂組成
物樹脂(ビスフエノールAジグリシジルエーテル型エポ
キシ、油化シエルエポキシ社製、エポキシ当量188)
である。
て試験を実施した。その結果を併せて第1表に示す。用
いた化合物エピコート828は2官能エポキシ樹脂組成
物樹脂(ビスフエノールAジグリシジルエーテル型エポ
キシ、油化シエルエポキシ社製、エポキシ当量188)
である。
なお表中の(A)〜(D)成分としては下記の化合物を用い
た。
た。
A−1:エピコート807 A−2:エピコート828 B−1:N,N,O−トリグリシジル−4−アミノ −m−クレゾール B−2:N,N,O−トリグリシジル−p−アミノ フエノール C−1:4,4′−(p−フエニレンジイソプロピ リデン)ビス(2,6−キシレノール) C−2:4,4′−(p−フエニレンジイソプロピ リデン)ビス(2−クレゾール) C−3:4,4′−(p−フエニレンジイソプロピ リデン)ビスフエノール D−1:4,4′−ジアミノジフエニルスルホン D−2:3,3′−ジアミノジフエニルスルホン 実施例10 実施例1の組成を用い、エピコート807を2つに分け
て一部分を予備反応させて使用した。すなわち、エピコ
ート807の68部、N,N,O−トリグリシジル−4−ア
ミノ−m−クレゾール142部及び4,4′−(p−フエ
ニレンジイソプロピリデン)ビス(2,6−キシレノー
ル)206部を135℃で4時間反応させ60℃に冷却
し、残りのエピコート807の32部及び4,4′−ジア
ミノジフエニルスルホン63.8部を加え、さらに酸化珪素
微粉末1.25部を加えてニーダ−(60℃に保温)中でよ
く混合して樹脂組成物(II)を得た。この組成物(II)を実
施例1の組成物(I)の代りに用い、その他は同様にして
樹脂板及びコンポジツトの試験に供した。その結果を第
2表に示す。
て一部分を予備反応させて使用した。すなわち、エピコ
ート807の68部、N,N,O−トリグリシジル−4−ア
ミノ−m−クレゾール142部及び4,4′−(p−フエ
ニレンジイソプロピリデン)ビス(2,6−キシレノー
ル)206部を135℃で4時間反応させ60℃に冷却
し、残りのエピコート807の32部及び4,4′−ジア
ミノジフエニルスルホン63.8部を加え、さらに酸化珪素
微粉末1.25部を加えてニーダ−(60℃に保温)中でよ
く混合して樹脂組成物(II)を得た。この組成物(II)を実
施例1の組成物(I)の代りに用い、その他は同様にして
樹脂板及びコンポジツトの試験に供した。その結果を第
2表に示す。
実施例11〜16、比較例7〜12 実施例10において、各構成分の量比及び反応率を変
え、その他は実施例10と同様にして試験した。その結
果を第2表に示す。
え、その他は実施例10と同様にして試験した。その結
果を第2表に示す。
比較例13 実施例1において、樹脂組成物(I)としてN,N,N′,N′−
テトラグリシジルジアミノジフエニルメタン100部及
び4,4′−ジアミノジフエニルスルホン52部の混合物
を用い、その他は同様にして試験を実施した。扱い性、
耐MEK性は良好であつたが、吸水後の82℃の圧縮強度
は130kg/mm2、衝撃後の圧縮強度は15kg/mm2であつ
た。
テトラグリシジルジアミノジフエニルメタン100部及
び4,4′−ジアミノジフエニルスルホン52部の混合物
を用い、その他は同様にして試験を実施した。扱い性、
耐MEK性は良好であつたが、吸水後の82℃の圧縮強度
は130kg/mm2、衝撃後の圧縮強度は15kg/mm2であつ
た。
フロントページの続き (72)発明者 村田 多加志 愛知県名古屋市東区砂田橋4―1―60 三 菱レイヨン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−301221(JP,A) 特開 昭63−10618(JP,A) 特開 昭60−28420(JP,A) 特開 昭52−109599(JP,A)
Claims (11)
- 【請求項1】(A)2官能エポキシ樹脂、(B)3官能エポキ
シ樹脂、(C)一般式 (式中X1〜X12及びR1〜R4は水素原子又はメチル
基を示し、これらは同一でも異なつていてもよい)で表
わされるフエノール化合物、(D)4,4′−ジアミノジフエ
ニルスルホン又は3,3′−ジアミノジフエニルスルホン
を含有することを特徴とする、エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項2】(A)2官能エポキシ樹脂がビスフエノール
A型及び/又はビスフエノールF型のエポキシ樹脂であ
ることを特徴とする第1請求項に記載の組成物。 - 【請求項3】(B)成分の3官能エポキシ樹脂がN,N,O−ト
リグリシジル−p−又は−m−アミノフエノール、N,N,
O−トリグリシジル−4−アミノ−m−又は−5−アミ
ノ−o−クレゾール、1,1,1−(トリグリシジルオキシ
フエニル)メタンの1種もしくは2種以上の混合物であ
ることを特徴とする、第1請求項に記載の組成物。 - 【請求項4】(C)成分として4,4′−(p−フエニレンジ
イソプロピリデン)ビス(2,6−キシレノール)を用い
ることを特徴とする第1請求項に記載の組成物。 - 【請求項5】(A)/(B)のエポキシ基のモル比が1/0.1
〜1/4.0、好ましくは1/0.3〜1/3.8であることを
特徴とする、第1請求項に記載の組成物。 - 【請求項6】(C)の使用量が次式 を満足することを特徴とする、第1請求項に記載の組成
物。 - 【請求項7】(D)の使用量が次式 を満足することを特徴とする、第1請求項に記載の組成
物。 - 【請求項8】一部もしくはすべての(A)及びすべての(B)
とすべての(C)とを、あらかじめ(C)のフエノール性OHの
80%以上が(A)及び(B)のエポキシ基と反応する条件で
予備反応させて用いることを特徴とする、第1請求項に
記載の組成物。 - 【請求項9】予備反応させて使用する(A)/(B)のエポキ
シ基のモル比が1/0.5〜1/4.0であることを特徴とす
る、第8請求項の記載の組成物。 - 【請求項10】予備反応させて使用する(C)の使用量
が、次式 を満足することを特徴とする、第8請求項に記載の組成
物。 - 【請求項11】補強用繊維を含有することを特徴とす
る、第1請求項に記載の組成物。
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