JPS621408B2 - - Google Patents

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JPS621408B2
JPS621408B2 JP54033246A JP3324679A JPS621408B2 JP S621408 B2 JPS621408 B2 JP S621408B2 JP 54033246 A JP54033246 A JP 54033246A JP 3324679 A JP3324679 A JP 3324679A JP S621408 B2 JPS621408 B2 JP S621408B2
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JP
Japan
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resin
epoxy
present
carboxylic acid
acid
Prior art date
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JP54033246A
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English (en)
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JPS55127424A (en
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Kuniaki Tobukuro
Tadahide Sato
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Publication of JPS55127424A publication Critical patent/JPS55127424A/ja
Publication of JPS621408B2 publication Critical patent/JPS621408B2/ja
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、すぐれたコンポジツト物性を有する
繊維強化プラスチツク(以下FRPと略称する)
を製造するための低粘度の硬化性樹脂組成物に関
する。 さらに詳しくは、短時間で硬化し耐熱性の高い
FRPをフイラメントワインデイング法によつて
製造するための低粘度でかつポツトライフの長い
硬化性樹脂組成物に関する。 フイラメントワインデイング法は、強化材に液
体樹脂を含浸させながらマンドレルに巻きつける
成形法で、従来よりパイプやタンクの製造に利用
されている。この成形法は、補強材に連続的に樹
脂を使うことと、大型の成形品を製造するために
は樹脂組成物のポツトライフが長くなければなら
ないという制約があり、現在樹脂としては主にエ
ポキシ樹脂が不飽和ポリエステル樹脂が使われて
いる。エポキシ樹脂は、硬化物の物性及び耐熱性
がすぐれているが、一般に粘度が高いためフイラ
メントワインデイングに適した樹脂が少なく、フ
イラメントワインデング用に使用できるものは、
低粘度の反応性希釈剤を添加したものや、硬化剤
に低粘度の酸無水物を使用したものなどの限られ
たものしかない。反応性希釈剤を添加したものは
耐熱性が低下するし、酸無水物硬化剤のものは、
フイラメントワインデイング中の硬化剤の吸湿に
より、硬化特性に影響を受け性能低下を起しやす
い。さらに両者とも、硬化に長時間を有する。一
方、不飽和ポリエステル樹脂は低粘度でポツトラ
イフも長く短時間で硬化するが、耐熱性が低い。
さらに、不飽和ポリエステル樹脂は炭素繊維を補
強材とする場合には、炭素繊維に対する接着性が
悪いことと、樹脂の伸びが小さいために、層間セ
ン断強度の高いFRPが得られない。 そこで、エポキシ樹脂と不飽和ポリエステル樹
脂の欠点を捕うために、エポキシ樹脂にα,β不
飽和カルボン酸であるアクリル酸やメタクリル酸
を付加させた硬化性不飽和ポリエステルすなわち
ビニルエステルが開発された。この樹脂は、エポ
キシ樹脂のすぐれた硬化物物性と不飽和ポリエス
テル樹脂の硬化性をかね備え、上記の両者の欠点
をかなり克服しているが、耐熱性の良いものが得
られていない。 このように、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、ビニルエステル樹脂には、各々欠点があ
り、近い将来フイラメントワインデイング法によ
つて量産されると予相されるドライブシヤフトの
ような産業資材FRPのマトリツクス樹脂に要求
されている機械的特性が良く、性熱性が高く、低
粘度でポツトライフが長く、さらに硬化時間が短
いという特性を完全に満足しているものがない。 そこで本発明者らは、上記の要求項目を満足す
るフイラメントワインデイング用マトリツクス樹
脂を開発すべく研究した結果、本発明に到つた。 すなわち、本発明は、従来のビニルエステル樹
脂のように、エポキシ樹脂とα,β不飽和カルボ
ン酸であるアクリル酸とかメタクリル酸をあらか
じめ反応させた化合物に、スチレンのような架橋
性モノマを加えラジカル重合により硬化させると
いうのではなく、エポキシ樹脂と不飽和カルボン
酸と架橋性モノマとラジカル開始剤を混合し、加
熱することにより、ラジカル重合と同時にエポキ
シ基とカルボン酸の反応を起し、硬化させること
を特徴とするものである。そのため硬化時間は不
飽和ポリエステル並みに短くなる。しかし、本発
明は室温では反応しにくいモノマを混合するだけ
であるから、低粘度でポツトライフの非常に長い
ものになる。さらに本発明は、使用時にモノマを
必要な割合に混合すればよいから、従来の不飽和
ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂のように
濃度組成の経時変化や、変性などの心配は不要で
ある。また本発明はエポキシ樹脂を用いるので炭
素繊維との接着性は優れている。 本発明は、上記の如く、ラジカル重合と同時に
エポキシ基とカルボン酸との反応を起さなければ
ならないから、用いられるエポキシ樹脂として
は、無触媒で加熱しただけですみやかにカルボン
酸と反応するエポキシ基を有するものでなければ
ならない。このようにエポキシ樹脂としては脂環
式炭素骨格にエポキシ基を有する化合物が、耐熱
性や硬化物物性の点でもつともすぐれている。 しかしながら、脂環式エポキシ化合物は吸水性
が大きいために、耐水性が悪いので吸水性を改善
する心要があるが、本発明においてはノボラツク
型エポキシ樹脂を添加することによつて、耐熱性
を低下させることなく、吸水率の減少を図つてい
る。 本発明においてノボラツク型エポキシ樹脂の添
加量は、脂環式骨格にエポキシ基を有する化合物
100重量部当り30〜180重量部、好ましくは50〜
150重量部の範囲内で配合するのがよく、該範囲
量より多くなると耐熱性が低下し、一方少なくな
ると吸水率の減少が十分でなくなるので好ましく
ない。 なお、ノボラツク型エポキシ化合物は、モノマ
の状態で使用してもよいが、あらかじめ不飽和カ
ルボン酸と反応させてビニルエステルとして使用
してもよい。ノボラツク型エポキシ化合物をモノ
マの状態で使用する場合にはエポキシ−カルボン
酸の反応を行なわせるためにはアミン系の触媒が
必要であるが、ビニルエステルとして使用する場
合には触媒としてはラジカル開始剤だけでよい。
さらにビニルエステルとして使用する場合には、
樹指組成物の粘度は若干高くなるが、室温ないし
低温で脂環式エポキシ化合物とカルボン酸とを反
応させると樹脂組成物の粘度が室温で105〜108
イズになるため、ハンドリング性の良好なプリプ
レグやSMCを製造することが出来る。次に、本
発明に用いられる脂環式炭素骨格にエポキシ基を
有する化合物としては、3,4−エポキシシクロ
ヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサ
ンカルボネート、3,4−エポキシ−6−メチル
シクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−6−
メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス
(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル
メチル)アデフエート、ビス(2,3−エポキシ
シクロペンチル)エーテル、2,2−ビス(3,
4−エポキシシクロヘキシル)プロパン、シクロ
ヘキセンビニルモノオキサイド等である。またノ
ボラツク型エポキシ化合物としては、フエノール
ノボラツク型エポキシ化合物、O−クレゾールノ
ボラツク型エポキシ化合物がある。 本発明に用いられるカルボン酸としては、エポ
キシ基と反応すると共にラジカル重合しなければ
ならないから、ラジカル重合可能な不飽和カルボ
ン酸でなければならない。すなわち、本発明に用
いられるカルボン酸は、マレイン酸、フマール酸
の如き二塩基酸もしくは一般式CH2
(CH2oCOOHで表わせるカルボン酸、たとえば
アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、アリル
酢酸、Δ−n−ヘキセイノツク酸等がある。また
本発明に用いる不飽和カルボン酸の一部もしくは
全部が無水カルボン酸であつてもよい。 次に、本発明に用いられるエポキシ樹脂のエポ
キシ基1当量に対して1当量のカルボン酸を用い
ればよい。しかし、心要に応じて硬化物の物性や
ポツトライフ、粘度の調節等の目的でこの割合を
変えてもさしつかえないが、本発明を有効に実施
するためには、エポキシ樹脂のエポキシ基1当量
に対して、カルボン酸は、0.6〜1.4当量の割合に
なるように混合するのが望ましい。 さらに、本発明に用いられる架橋性モノマとし
ては、スチレン、ジアリルフタレート、ジアリル
イソフタレート、アクリル酸エステル、メタクリ
ル酸エステルのようにラジカル重合をするモノマ
であればよいが、耐熱性の点から、スチレン、ジ
アリルフタレート、ジアリルイソフタレートが好
ましい。この架橋性モノマの混合割合は、樹脂組
成物中の架橋性モノマの量が0.1〜60重量%、よ
り好ましくは10〜40重量%の範囲が望ましい。 本発明を有効に実施するための硬化温度は80〜
160℃の範囲が好ましい。この理由から、本発明
に用いられるラジカル開始剤としては、ベンゾイ
ルパーオキサイド、t−ブチルパーベンゾエー
ト、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパ
ーオキサイドのように、80〜160℃の温度範囲で
ラジカル重合を起すラジカル開始剤ならどれでも
よく、特に限定するものではない。さらに機械的
特性、耐熱性を向上するには、160〜170℃で30〜
60分間後硬化するのが望ましい。このようにして
硬化した本発明の樹脂硬化物の熱変形温度は150
℃以上あり、また本発明の樹脂組成物と炭素繊維
からなるFRPの層間セン断強度は10〜12Kg/mm2
あり、優れたコンポジツト物性を有している。 本発明は補強材として、ガラス繊維、有機繊
維、炭素繊維など、通常FRPの補強材として用
いられるものはすべて使用できるし、炭素繊維と
ガラス繊維等との混合使用の場合にも適用出来
る。さらに、本発明による樹脂組成物はフイラメ
ントワインデイング用に適しているばかりでな
く、樹脂組成物が低粘度でかつポツトライフが長
いことを活かして、キヤステイングモールデイン
グ、レジンシンジエクシヨンモールデイング用樹
脂組成物としても適しているし、さらにSMCや
プリプレグ用樹脂組成物としても好適である。本
発明の実施に当つては、必要により無水シリカ、
顔料、内部離型剤、充填剤などを添加してもさし
つかえない。 以下、実施例によつて本発明の内容をさらに詳
細に説明する。 実施例 1 3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,
4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート31
gとフエノールノボラツク型エポキシ樹脂Ep−
152(シエル化学株式会社製)とアクリル酸を反
応させて得たビニルエステル40gとアクリル酸17
gとジアリルフタレート12gとt−ブチルパーベ
ンゾエート1gを加えて均一に混合して樹脂液を
調製した。なおビニルエステルはEp−152を27g
とアクリル酸を13gの割合で反応させて合成し
た。この樹脂液の25℃におけるB型粘度計で測定
した粘度は約3ポイズであり、25℃におけるポツ
トライフは24時間以上あつた。 次いで、樹脂組成物の性能評価のために、ポリ
アクリルニトリル系繊維を焼成、表面処理して得
られた炭素繊維“トレカ”T−300に、前記樹脂
液を含浸させながら、巾20cmの一方向プリプレグ
を作製した。得られたプリプレグを長さ30cmに裁
断し、これを12枚積層したのち、テトロンタフタ
でつつみ、さらに2枚のテトロンフイルム間には
さんで油圧プレスの熱板間に挿入し、7Kg/cm2
加圧して140℃で15分間硬化させた。さらに得ら
れた硬化板を165℃で30分間後硬化させた。 得られた硬化板の炭素繊維の含有量は62容量%
であり、ASTM−D−2344並びにASTM−D−
790に準じて測定した層間セン断強度(以下ILSS
と略す)並びに曲げ特性は表の通りであり、優れ
たコンポジツト物性を有していた。また150℃に
おける強度保持率も60%以上あり、かつ20時間煮
沸後の強度保持率も45%以上あり、良好な耐水性
を有していた。
【表】
【表】 比較例 3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,
4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート55
gとアクリル酸32gとジアリルフタレート13gと
t−ブチルパーベンゾエート1gを加えて均一に
混合して樹脂液を調製した。この樹脂液の25℃に
おけるB型粘度計で測定した粘度は1ポイズ以下
であり、25℃におけるポツトライフは24時間以上
あつた。 次いで、樹脂組成物の性能評価のため、実施例
1と同様の方法で硬化板を作り、物性を評価した
結果は表の通りであり、煮沸前の耐熱性は実施例
1よりわずかながら良好であつたが、煮沸20時間
後の物性が著しく低下し、耐水性が悪かつた。
【表】
【表】 実施例 2 実施例1のアクリル酸17gの代りに、アクリル
酸3gと無水マレイン酸14gを用いた他は実施例
1と同様にして樹脂液を調製し、実施例1と同様
の手順で硬化板を作り、曲げ特性を評価した。結
果は表に示したとおり、耐熱性、耐水性とも良好
であつた。
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 脂環式骨格にエポキシ基を有する化合物100
    重量部当りノボラツク型エポキシ化合物を30〜
    180重量部含有するエポキシ樹脂、不飽和カルボ
    ン酸、架橋性モノマおよび触媒とを含有してなる
    繊維強化複合材料用マトリツクス樹脂。 2 ノボラツク型エポキシ化合物が、該化合物と
    不飽和カルボン酸とを反応させて得られるビニル
    エステルとして含有されてなる特許請求の範囲第
    1項に記載の繊維強化複合材料用マトリツクス樹
    脂。
JP3324679A 1979-03-23 1979-03-23 Curable resin composition Granted JPS55127424A (en)

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JP3324679A JPS55127424A (en) 1979-03-23 1979-03-23 Curable resin composition

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5225880B2 (ja) * 1972-09-12 1977-07-11
JPS51125200A (en) * 1974-09-13 1976-11-01 Hitachi Chem Co Ltd Curable resin composition
JPS5245685A (en) * 1975-10-09 1977-04-11 Hitachi Cable Ltd Epoxy resin compositions

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