耐熱樹脂組成物、強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料
【課題】エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物、並びに、この耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用したプリプレグ及び強化繊維複合材料を提供する。
【解決手段】少なくとも主剤としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含む基材エポキシ樹脂の中に、融点が１２０〜２２０℃のマレイミド化合物の粉体を分散させた耐熱樹脂組成物である。
【解決手段】少なくとも主剤としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含む基材エポキシ樹脂の中に、融点が１２０〜２２０℃のマレイミド化合物の粉体を分散させた耐熱樹脂組成物である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下にて用いられるロボット部材や、オーブン中で使用される耐熱性を要求されるロール、ハンダ耐熱性を要するプリント基盤、電線ケーブルのテンションメンバー用の耐熱ロッドなどの、耐熱性を要求される強化繊維複合材料用として有効な耐熱性を有する樹脂組成物、並びに、この耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した強化繊維プリプレグ、及び、耐熱性が要求される強化繊維複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維複合材料用の樹脂（マトリクス樹脂）としては、一般的にエポキシ樹脂などが用いられている。エポキシ樹脂は低粘度液状のものから、固体状のものまで幅広い仕様があり、室温で含浸させるフィラメントワインディング法や引き抜き成形法などに、粘度を低く調整することも可能である。また、高温で含浸させて室温では半固形状態であるプリプレグ用に固体状のものと液状のものを最適な配合で混ぜ合わせて、好適な粘度に調整することも可能であり、強化繊維用の樹脂としては好適である。
【０００３】
また、硬化剤と反応する官能基を３個以上有する多官能樹脂も存在して、耐熱性をある程度向上させることも可能である。
【０００４】
しかし、様々な種類のエポキシ樹脂を組み合わせても、耐熱性としては、その目安となるガラス点移転温度（以下、「Ｔｇ」という。）は、高々２２０℃程度であり、常に２００℃以上の環境下で用いられる炉内のロールや炉内ロボット、鉛を含まないハンダ耐熱に必要なＴｇ２５０℃以上の樹脂を得ることが難しい。
【０００５】
一方、耐熱性を重視してポリイミド系樹脂を用いることが行なわれている。一例を挙げると、ポリイミド系樹脂の原料の１つであるマレイミド化合物をジアミン化合物で変性してプリプレグ向けなどに好適な粘度に調整しているものなどがある（例えば、特許文献１参照）。しかし、変性反応のコントロールに手間がかかり、コスト的に高いものになる。
【０００６】
また、トリアジンモノマーを用いて変性して、粘調の液状から固体状までの粘度に調整しているもの（三菱瓦斯化学株式会社製「ＢＴレジン」：商品名）もあるが、エポキシ樹脂ほどの広範囲の粘度調整はできない。
【０００７】
また、エポキシ樹脂の粘度調整能力とポリイミド系樹脂の耐熱性を兼ね備えた樹脂を得るべく、マレイミド化合物変性のエポキシ樹脂の開発も試みられている（例えば、特許文献２参照）。しかし、マレイミド化合物はエポキシ樹脂や溶剤などへの相溶性に乏しく、マレイミド化合物の添加量が一定以上に増やすことができずに、十分な耐熱性を得ることができていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１７０９５０号公報
【特許文献２】特開平５−２３９４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物、並びに、この耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は本発明に係る耐熱樹脂組成物、強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、少なくとも主剤としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含む基材エポキシ樹脂の中に、融点が１２０〜２２０℃のマレイミド化合物の粉体を分散させたことを特徴とする耐熱樹脂組成物が提供される。
【００１１】
一実施態様によれば、前記マレイミド化合物の粉体として、＃１００メッシュ（篩の目開き０．１５４ｍｍ）での残留率が５ｗｔ％以下の粉体を用いる。好ましくは、＃１５０メッシュ（篩の目開き０．１０９ｍｍ）での残留率が１ｗｔ％以下の粉体を用いる。
【００１２】
他の実施態様によれば、前記主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して、前記マレイミド化合物の添加量が５〜４００重量部の範囲である。
【００１３】
他の実施態様によれば、前記基材エポキシ樹脂中に熱可塑性樹脂を、前記主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して５〜３０重量部の範囲で添加する。前記熱可塑性樹脂は、フェノキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルフォルマールなどとすることができる。
【００１４】
他の実施態様によれば、前記マレイミド化合物は、ビスマレイミドである。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、上記いずれかの構成の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させてなることを特徴とする強化繊維プリプレグが提供される。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、上記いずれかの構成の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させて加熱硬化させてなることを特徴とする強化繊維複合材料が提供される。前記加熱硬化は、前記マレイミド化合物の融点よりも高い温度で硬化させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物を得ることができる。
【００１８】
つまり、本発明の耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用することにより、室温で含浸するフィラメントワインディングや引き抜き成形法などに適する液状樹脂から、プリプレグに用いる室温で半固形の樹脂まで、幅広い範囲で耐熱性の高い、強化繊維複合材料用の樹脂を得ることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、上記耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した耐熱性を有する強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、再結晶した基材エポキシ樹脂中のビスマレイミドを示す写真である。
【図２】図２は、基材エポキシ樹脂中に均一にビスマレイミドが分散された樹脂組成物の薄膜状態の写真である。
【図３】未硬化樹脂のＤＳＣ測定結果を示すグラフである。
【図４】強化繊維プリプレグの作製工程を説明する図である。
【図５】強化繊維複合材料の概略構成を示す図である。
【図６】ストランド含浸工程を説明する図である。
【図７】ストランド高温強度測定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る耐熱樹脂組成物、強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を更に詳しく説明する。
【００２２】
本発明者は、多くの研究実験を行った結果、マレイミド化合物をエポキシ樹脂の中に相溶させるのではなく、粉末状態で分散させることで、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物、即ち、耐熱樹脂組成物を得ることができた。
【００２３】
つまり、本発明に係る耐熱樹脂組成物は、エポキシ樹脂（主剤）及びその硬化剤（更には硬化助剤）を含む樹脂（以下、「基材エポキシ樹脂」という。）の中に、融点が１２０〜２２０℃のマレイミド化合物の粉体を分散させたことを特徴とする。
【００２４】
ここで、マレイミド化合物の粉体としては、＃１００メッシュ（篩の目開き０．１５４ｍｍ）での残留率が５ｗｔ％以下の粉体を用いる。好ましくは、＃１５０メッシュ（篩の目開き０．１０９ｍｍ）での残留率が１ｗｔ％以下の粉体を用いる。また、エポキシ樹脂（主剤）１００重量部に対して、マレイミド化合物の添加量が５〜４００重量部の範囲であるのが好ましい。
【００２５】
更に説明すると、マレイミド化合物、特にビスマレイミド（以下、「ＢＭＩ」という。）は、基材エポキシ樹脂への相溶性が低く、一度１２０℃以上の高温で相溶させても、室温に冷却するとＢＭＩが再結晶してしまい、均一なものはできない。
【００２６】
図１は、再結晶した基材エポキシ樹脂中のＢＭＩを示す写真である。しかし、ＢＭＩを微粉にして基材エポキシ樹脂の中に分散させると、均一な状態となり、１液樹脂としての取り扱いが可能である。図２は、基材エポキシ樹脂中に均一にＢＭＩが分散された樹脂組成物の薄膜状態の写真である。
【００２７】
ＢＭＩは、固体として分散しているために、扱い上は分散媒体となっているエポキシ樹脂の粘度特性にて樹脂組成物の取り扱い性がコントロールできる。そのために、樹脂組成物は、液状のものからプリプレグ向けの半固形状のものまでエポキシ樹脂の配合によって調整することが可能となる。
【００２８】
一方、加熱による硬化に当っては、結晶性のＢＭＩの融点を超える温度となると、ＢＭＩは、一気に融解して主剤としてのエポキシ樹脂や、エポキシ樹脂の硬化剤と反応して、均一な状態となるため、ＢＭＩによる耐熱性の向上効果が得られる。
【００２９】
使用するマレイミド化合物は、基材エポキシ樹脂中に均一に分散させるために、粉体とされ、粉体としては、＃１００メッシュ（篩の目開き０．１５４ｍｍ）での残留率が５ｗｔ％以下の粉体を用いる。好ましくは、＃１５０メッシュ（篩の目開き０．１０９ｍｍ）での残留率が１ｗｔ％以下の粉体を用いる。このようなサイズの粉体を使用しない場合には、硬化した樹脂組成物がＢＭＩリッチな部分とエポキシ樹脂リッチな部分に分かれ、樹脂としての性能が発揮されない。
【００３０】
また、マレイミド化合物の添加量は、エポキシ樹脂（主剤）を１００重量部として、５〜４００重量部の範囲、好ましくは１０〜２００重量部の範囲が好適である。５重量部未満では、樹脂組成物の耐熱性の向上効果が小さい。また、４００重量部を超えると、樹脂組成物の樹脂としての取り扱いが困難になる。
【００３１】
使用するエポキシ樹脂（主剤）は、特に指定はないが以下のものが適用可能である。
【００３２】
例えば、ビスフェノールＡ系エポキシ、ビスフェノールＦ系エポキシ、フェノールノボラック系エポキシ、クレゾールノボラック系エポキシ、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）系エポキシ、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテルなどの脂肪族系エポキシ、ポリグリコールジグリシジルエーテルなどの反応性希釈剤などである。
【００３３】
使用する硬化剤は、エポキシ樹脂を固める硬化剤であれば何れも用いることが可能である。アミン系硬化剤としては、ジアミノジフェニルスルフォン（ＤＤＳ）、メタキシリレンジアミンなどの芳香族ポリアミン、イソフォロンジアミンなどの環状脂肪族ポリアミン、テトラエチレントリアミンなどの脂肪族ポリアミンなどである。また、酸無水物系硬化剤としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸などの酸無水物やエタンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンカルボン酸二無水物などの酸二無水物などなどを用いることができる。硬化剤助剤としては、ジクロルジメチルウレア（ＤＣＭＵ）などを用いることができる。
【００３４】
マレイミド化合物としては、４，４’−ジフェニルメタンビスマレイミド、ｍ−フェニレンビスマレイミド、ビスフェノール Ａ ジフェニルエーテルビスマレイミド、３，３’−ジメチル−５，５’−ジエチル−４，４’−ジフェニルメタンビスマレイミド、４−メチル−１，３−フェニレンビスマレイミド、１，６’−ビスマレイミド−（２，２，４−トリメチル）ヘキサン、４，４’−ジフェニルエーテルビスマレイミド、４，４’−ジフェニルスルフォンビスマレイミド、１，３−ビス（３−マレイミドフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−マレイミドフェノキシ）ベンゼンなどを用いることができる。
【００３５】
本発明の耐熱樹脂組成物を構成する基材エポキシ樹脂の中には、硬化後の靭性改良や硬化中の樹脂フローの低減のために、フェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂を添加することは有効である。熱可塑性樹脂としては、フェノキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルフォルマールなどなどを好適に使用できる。
【００３６】
また、耐熱樹脂組成物を硬化させる場合には、添加したＢＭＩの融点よりも高い温度で硬化させることが必要である。融点よりも低い温度に長い時間放置すると、エポキシ樹脂（主剤）と硬化剤のみが反応して、その後に融点よりも高温にしてもＢＭＩ自体が融解して、独自に硬化しても事前に硬化したエポキシ樹脂部分の耐熱性に支配されてしまい、樹脂組成物は樹脂としての十分な性能が発揮されない。
【００３７】
図３は、硬化剤としてジシアンジアミドと、硬化助剤としてＤＣＭＵ（ジクロルジメチルウレア）を用いた場合の、未硬化樹脂のＤＳＣ測定＠１０℃／分の発熱曲線である。
【００３８】
吸熱ピーク１は、ＢＭＩの融解熱と考えられる。それ以降の２つのピークは、エポキシ樹脂と硬化剤の反応熱と、ＢＭＩと生成アミン化合物との反応熱、ＢＭＩ二重結合の反応熱などと推定される。
【００３９】
実施例１〜６、比較例１〜４
本発明に係る耐熱樹脂組成物を、配合成分、配合割合を変えて種々調製し、耐熱性を測定した。その結果を下記表１に示す。
【００４０】
（実施例１）
エポキシ樹脂（主剤）として、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂（東都化成製ＹＤ−１２８）、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（東都化成製ＹＨ−４３４）、を用いた。硬化剤としてジシアンジアミド（Ｄｉｃｙ）、硬化助剤としてジクロルジメチルウレア（ＤＣＭＵ）を用いた。また、マレイミド化合物として、ジアミノジフェニルメタンビスマレイミドの粉体（大和化成製ＢＭＩ１０００Ｈ）を用いた。ここで使用した粉体（ＢＭＩ１０００Ｈ）は，＃１８０メッシュ（篩の目開き０．０９１ｍｍ）での残留率が０．３ｗｔ％のものであった。
【００４１】
これら各成分を、下記配合にて混合した。マレイミド化合物は、エポキシ樹脂（主剤）硬化剤、硬化助剤から成る基材エポキシ樹脂中に分散させた。
・エポキシ樹脂（主剤）
ビスフェノールＡ系エポキシ（東都化成ＹＤ−１２８）：３０ｇ
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（東都化成製ＹＨ−４３４）：７０ｇ
・硬化剤（硬化助剤）
ジシアンジアミド：８ｇ
ＤＣＭＵ：８ｇ
・マレイミド化合物
ビスマレイミド（大和化成製ＢＭＩ１０００Ｈ）：６０ｇ
【００４２】
得られた樹脂組成物は、室温で粘調液体の茶褐色濁り色のものであった。この樹脂組成物を１７０℃×３０分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、２１０℃×２時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからＴＭＡ測定を実施してＴｇを測定した。その結果、表１に示すように、Ｔｇ＝２５５℃であった。
【００４３】
（実施例２〜６）
実施例２〜６として、表１に示す配合及び配合割合で、実施例１と同様にして樹脂組成物を調製した。
【００４４】
なお、実施例３では、エポキシ樹脂（主剤）として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（東都化成製ＹＨ−４３４）、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（東都化成製ＹＨ−３００）を使用した。また、実施例４、５では、エポキシ樹脂（主剤）として、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂（東都化成製ＹＤ−１２８）、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（東都化成製ＹＨ−４３４）、の他に、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（東都化成製ＹＨ−３００）をも使用した。
【００４５】
実施例２〜６においても、実施例１と同様に、エポキシ樹脂（主剤）１００重量部に対して硬化剤としてジシアンジアミド８重量部、硬化剤助剤としてＤＣＭＵ８重量部を添加した。
【００４６】
なお、実施例４では、マレイミド化合物として、メタキシリレンジアミン系ビスマレイミドの微粉体（大和化成製ＢＭＩ３０００Ｈ）を用いた。ここで使用した粉体（ＢＭＩ３０００Ｈ）は，＃１８０メッシュ（篩の目開き０．０９１ｍｍ）での残留率が０．３ｗｔ％のものであった。また、実施例６では、添加剤としてフェノキシ樹脂（東都化成製ＹＰ−７０）を、エポキシ樹脂（主剤）１００重量部に対して１５重量部添加した。
【００４７】
得られた樹脂組成物を、実施例１と同様に、１７０℃×３０分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、２１０℃×２時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからＴＭＡ測定を実施してＴｇを測定した。試験方法などは、備考に特記がない限り同一である。
【００４８】
その結果、表１に示すようなＴｇ値を示した。
【００４９】
（比較例１〜４）
比較例１〜４として、表１に示す配合成分及び配合割合で、実施例１と同様にして樹脂組成物を調製した。
【００５０】
なお、比較例２では、エポキシ樹脂（主剤）として、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂（東都化成製ＹＤ−１２８）、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（東都化成製ＹＨ−３００）を使用した。
【００５１】
比較例１〜４においても、実施例１と同様に、エポキシ樹脂（主剤）１００重量部に対して硬化剤としてジシアンジアミド８重量部、硬化剤助剤としてＤＣＭＵ８重量部を添加した。
【００５２】
なお、比較例３では、マレイミド化合物として、ＤＤＭ系ビスマレイミドである２ｍｍ程度のフレーク状のＢＭＩ（ケイアイ化成製）を用いた。ここで使用したフレーク状のＢＭＩは、＃１００メッシュでの残留率がほぼ１００ｗｔ％であった。
【００５３】
得られた樹脂組成物を、比較例１〜３では、実施例１〜６と同様に、１７０℃×３０分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、２１０℃×２時間の硬化を行った。比較例４では、硬化条件を他の比較例１〜３及び実施例１〜６とは異なる硬化条件２とした。つまり、先ず、９０℃×５時間の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、２１０℃×２時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからＴＭＡ測定を実施してＴｇを測定した。試験方法などは、備考に特記がない限り同一である。
【００５４】
その結果、表１に示すようなＴｇ値を示した。
【００５５】
なお、比較例４は、明確な変曲点は不明だが、１５０℃近辺よりＴＭＡ曲線が乱れ始めた。
【００５６】
【表１】
【００５７】
上述にて理解されるように、本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物を得ることができた。
【００５８】
実施例７（プリプレグ実施例）
本発明に係る耐熱樹脂組成物は、プリプレグのマトリクス樹脂として有効である。つまり、本発明の樹脂組成物は、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させることにより強化繊維プリプレグを作製することができる。
【００５９】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、その他種々の繊維を使用することができる。本発明の耐熱樹脂組成物は、プリプレグ全体に対する含有量は、２０〜７０体積％とすることができる。
【００６０】
一実施例について説明すれば、実施例６の樹脂フォーミュレーションに従った樹脂組成物を調製した。ホットメルトの樹脂コーターを用いて、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、この樹脂組成物３を５０ｃｍ幅の離型紙２上に３７ｇ／ｍ2の樹脂目付け（約３０μｍ厚み）で塗布し、３０ｃｍ幅の樹脂フィルム３を作製した。この樹脂フィルム塗工紙１をドラムワインダーにセットして、三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＴＲ５０（商品名）４を、繊維目付け１５０ｇ／ｍ2になるように巻きつけた後に、更に同一の樹脂フィルム塗工紙１をかぶせて、ホットプレスローラーを用いて含浸させて、一方向のプリプレグ１０を作製した。
【００６１】
こうして得られたプリプレグ１０は、樹脂のタック性（粘着性）も良好であった。
【００６２】
実施例８（複合材料実施例）
本発明に係る耐熱樹脂組成物は、強化繊維複合材料のマトリクス樹脂として有効である。つまり、本発明の樹脂組成物は、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させ、加熱硬化することにより強化繊維複合材料を作製することができる。
【００６３】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、その他種々の繊維を使用することができる。本発明の樹脂組成物は、プリプレグ全体に対する含有量は、２０〜７０体積％とすることができる。
【００６４】
一実施例について説明すれば、図５に示すように、実施例７で作製したプリプレグ１０を使用して、一方向に１４層積層し、ヴァキュームバッグ成形にて２ｍｍ厚みの平板２０を作製した。
【００６５】
オーブン中での硬化条件は、室温から５℃／分の速度で昇温して、１７０℃で３０分キープし、その後５℃／分の速度で２１０℃まで昇温して２時間キープした後に、自然放冷にて室温まで冷却した。
【００６６】
出来上がった一方向のＣＦＲＰ（炭素繊維強化複合材料）を、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠した試験片寸法にカットして、室温と２２０℃環境下での曲げ試験を実施した。
【００６７】
比較として、三菱レイヨン製耐熱プリプレグＴＲ２７０Ｇ１２５ＳＭ（三菱レイヨンの炭素繊維ＴＲ５０と耐熱樹脂を用いた、繊維目付け１２５ｇ／ｍ2のプリプレグ）を１７層積層して、上記と同一条件にて２ｍｍ厚みの平板を作製して、同様の評価を行なった。
【００６８】
曲げ強度と曲げ弾性係数について、得られた結果を下表に示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
他の実施例として、実施例３の樹脂フォーミュレーションに従った樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を、炭素繊維のトウ（束）に含浸させて、加熱硬化させたストランドを用いて、ＪＩＳ Ｒ ７６０８に準じてストランド強度の測定を実施した。用いた炭素繊維は三菱レイヨン株式会社製ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ（商品名）であった。
【００７１】
更に詳しくは、図６に示すように、４０℃に加温した樹脂槽５０に上記樹脂組成物を満たし、モーター駆動で一定速度で回転するローラー５１を浸して、供給ロール４１から送給される炭素繊維トウ４をロールコートにて樹脂を含浸させて鋼製のフレーム５２に巻き取った。同フレーム５２をそのままオーブンに入れて、１７０℃×３０分＋２１０℃×２時間の条件で硬化させた。
【００７２】
硬化させたストランドは、樹脂の付着量が約４８体積％であった。得られたストランドはタブ付けを行い、引張強度のみを評価した。
【００７３】
図７に示すように、試験環境は室温と、ストランドＳの中央部分約５ｃｍの範囲にリボンヒーターＨを巻きつけて、温度が２００〜２２０℃の範囲になった時の強度も合わせて評価した。
【００７４】
比較として用いたストランドは、以下の配合量でフォーミュレーションした一般的なエポキシ樹脂で、同様の工程でストランドの作製を行ない同様の評価を行なった。樹脂付着量は４５体積％であった。
【００７５】
＜比較樹脂＞
ビスフェノールＡ系エポキシ（東都化成製ＹＤ−１２８）：１００ｇ
ジシアンジアミド（Ｄｉｃｙ）：４ｇ
ＤＣＭＵ：４ｇ
【００７６】
試料片の数ｎ＝１０での試験結果（平均値）を下表に示す。
【００７７】
【表３】
【００７８】
上述にて理解されるように、本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用することにより、室温で含浸するフィラメントワインディングや引き抜き成形法などに適する液状樹脂から、プリプレグに用いる室温で半固形の樹脂まで、幅広い範囲で耐熱性の高い、強化繊維複合材料用の樹脂を得ることができる。
【００７９】
また、本発明によれば、上記耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した耐熱性を有する強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 樹脂フィルム塗工紙
２ 離型紙
３ 樹脂フィルム
４ 炭素繊維
１０ プリプレグ
２０ 強化繊維複合材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下にて用いられるロボット部材や、オーブン中で使用される耐熱性を要求されるロール、ハンダ耐熱性を要するプリント基盤、電線ケーブルのテンションメンバー用の耐熱ロッドなどの、耐熱性を要求される強化繊維複合材料用として有効な耐熱性を有する樹脂組成物、並びに、この耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した強化繊維プリプレグ、及び、耐熱性が要求される強化繊維複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維複合材料用の樹脂（マトリクス樹脂）としては、一般的にエポキシ樹脂などが用いられている。エポキシ樹脂は低粘度液状のものから、固体状のものまで幅広い仕様があり、室温で含浸させるフィラメントワインディング法や引き抜き成形法などに、粘度を低く調整することも可能である。また、高温で含浸させて室温では半固形状態であるプリプレグ用に固体状のものと液状のものを最適な配合で混ぜ合わせて、好適な粘度に調整することも可能であり、強化繊維用の樹脂としては好適である。
【０００３】
また、硬化剤と反応する官能基を３個以上有する多官能樹脂も存在して、耐熱性をある程度向上させることも可能である。
【０００４】
しかし、様々な種類のエポキシ樹脂を組み合わせても、耐熱性としては、その目安となるガラス点移転温度（以下、「Ｔｇ」という。）は、高々２２０℃程度であり、常に２００℃以上の環境下で用いられる炉内のロールや炉内ロボット、鉛を含まないハンダ耐熱に必要なＴｇ２５０℃以上の樹脂を得ることが難しい。
【０００５】
一方、耐熱性を重視してポリイミド系樹脂を用いることが行なわれている。一例を挙げると、ポリイミド系樹脂の原料の１つであるマレイミド化合物をジアミン化合物で変性してプリプレグ向けなどに好適な粘度に調整しているものなどがある（例えば、特許文献１参照）。しかし、変性反応のコントロールに手間がかかり、コスト的に高いものになる。
【０００６】
また、トリアジンモノマーを用いて変性して、粘調の液状から固体状までの粘度に調整しているもの（三菱瓦斯化学株式会社製「ＢＴレジン」：商品名）もあるが、エポキシ樹脂ほどの広範囲の粘度調整はできない。
【０００７】
また、エポキシ樹脂の粘度調整能力とポリイミド系樹脂の耐熱性を兼ね備えた樹脂を得るべく、マレイミド化合物変性のエポキシ樹脂の開発も試みられている（例えば、特許文献２参照）。しかし、マレイミド化合物はエポキシ樹脂や溶剤などへの相溶性に乏しく、マレイミド化合物の添加量が一定以上に増やすことができずに、十分な耐熱性を得ることができていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１７０９５０号公報
【特許文献２】特開平５−２３９４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物、並びに、この耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は本発明に係る耐熱樹脂組成物、強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、少なくとも主剤としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含む基材エポキシ樹脂の中に、融点が１２０〜２２０℃のマレイミド化合物の粉体を分散させたことを特徴とする耐熱樹脂組成物が提供される。
【００１１】
一実施態様によれば、前記マレイミド化合物の粉体として、＃１００メッシュ（篩の目開き０．１５４ｍｍ）での残留率が５ｗｔ％以下の粉体を用いる。好ましくは、＃１５０メッシュ（篩の目開き０．１０９ｍｍ）での残留率が１ｗｔ％以下の粉体を用いる。
【００１２】
他の実施態様によれば、前記主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して、前記マレイミド化合物の添加量が５〜４００重量部の範囲である。
【００１３】
他の実施態様によれば、前記基材エポキシ樹脂中に熱可塑性樹脂を、前記主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して５〜３０重量部の範囲で添加する。前記熱可塑性樹脂は、フェノキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルフォルマールなどとすることができる。
【００１４】
他の実施態様によれば、前記マレイミド化合物は、ビスマレイミドである。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、上記いずれかの構成の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させてなることを特徴とする強化繊維プリプレグが提供される。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、上記いずれかの構成の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させて加熱硬化させてなることを特徴とする強化繊維複合材料が提供される。前記加熱硬化は、前記マレイミド化合物の融点よりも高い温度で硬化させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物を得ることができる。
【００１８】
つまり、本発明の耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用することにより、室温で含浸するフィラメントワインディングや引き抜き成形法などに適する液状樹脂から、プリプレグに用いる室温で半固形の樹脂まで、幅広い範囲で耐熱性の高い、強化繊維複合材料用の樹脂を得ることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、上記耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した耐熱性を有する強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、再結晶した基材エポキシ樹脂中のビスマレイミドを示す写真である。
【図２】図２は、基材エポキシ樹脂中に均一にビスマレイミドが分散された樹脂組成物の薄膜状態の写真である。
【図３】未硬化樹脂のＤＳＣ測定結果を示すグラフである。
【図４】強化繊維プリプレグの作製工程を説明する図である。
【図５】強化繊維複合材料の概略構成を示す図である。
【図６】ストランド含浸工程を説明する図である。
【図７】ストランド高温強度測定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る耐熱樹脂組成物、強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を更に詳しく説明する。
【００２２】
本発明者は、多くの研究実験を行った結果、マレイミド化合物をエポキシ樹脂の中に相溶させるのではなく、粉末状態で分散させることで、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物、即ち、耐熱樹脂組成物を得ることができた。
【００２３】
つまり、本発明に係る耐熱樹脂組成物は、エポキシ樹脂（主剤）及びその硬化剤（更には硬化助剤）を含む樹脂（以下、「基材エポキシ樹脂」という。）の中に、融点が１２０〜２２０℃のマレイミド化合物の粉体を分散させたことを特徴とする。
【００２４】
ここで、マレイミド化合物の粉体としては、＃１００メッシュ（篩の目開き０．１５４ｍｍ）での残留率が５ｗｔ％以下の粉体を用いる。好ましくは、＃１５０メッシュ（篩の目開き０．１０９ｍｍ）での残留率が１ｗｔ％以下の粉体を用いる。また、エポキシ樹脂（主剤）１００重量部に対して、マレイミド化合物の添加量が５〜４００重量部の範囲であるのが好ましい。
【００２５】
更に説明すると、マレイミド化合物、特にビスマレイミド（以下、「ＢＭＩ」という。）は、基材エポキシ樹脂への相溶性が低く、一度１２０℃以上の高温で相溶させても、室温に冷却するとＢＭＩが再結晶してしまい、均一なものはできない。
【００２６】
図１は、再結晶した基材エポキシ樹脂中のＢＭＩを示す写真である。しかし、ＢＭＩを微粉にして基材エポキシ樹脂の中に分散させると、均一な状態となり、１液樹脂としての取り扱いが可能である。図２は、基材エポキシ樹脂中に均一にＢＭＩが分散された樹脂組成物の薄膜状態の写真である。
【００２７】
ＢＭＩは、固体として分散しているために、扱い上は分散媒体となっているエポキシ樹脂の粘度特性にて樹脂組成物の取り扱い性がコントロールできる。そのために、樹脂組成物は、液状のものからプリプレグ向けの半固形状のものまでエポキシ樹脂の配合によって調整することが可能となる。
【００２８】
一方、加熱による硬化に当っては、結晶性のＢＭＩの融点を超える温度となると、ＢＭＩは、一気に融解して主剤としてのエポキシ樹脂や、エポキシ樹脂の硬化剤と反応して、均一な状態となるため、ＢＭＩによる耐熱性の向上効果が得られる。
【００２９】
使用するマレイミド化合物は、基材エポキシ樹脂中に均一に分散させるために、粉体とされ、粉体としては、＃１００メッシュ（篩の目開き０．１５４ｍｍ）での残留率が５ｗｔ％以下の粉体を用いる。好ましくは、＃１５０メッシュ（篩の目開き０．１０９ｍｍ）での残留率が１ｗｔ％以下の粉体を用いる。このようなサイズの粉体を使用しない場合には、硬化した樹脂組成物がＢＭＩリッチな部分とエポキシ樹脂リッチな部分に分かれ、樹脂としての性能が発揮されない。
【００３０】
また、マレイミド化合物の添加量は、エポキシ樹脂（主剤）を１００重量部として、５〜４００重量部の範囲、好ましくは１０〜２００重量部の範囲が好適である。５重量部未満では、樹脂組成物の耐熱性の向上効果が小さい。また、４００重量部を超えると、樹脂組成物の樹脂としての取り扱いが困難になる。
【００３１】
使用するエポキシ樹脂（主剤）は、特に指定はないが以下のものが適用可能である。
【００３２】
例えば、ビスフェノールＡ系エポキシ、ビスフェノールＦ系エポキシ、フェノールノボラック系エポキシ、クレゾールノボラック系エポキシ、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）系エポキシ、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテルなどの脂肪族系エポキシ、ポリグリコールジグリシジルエーテルなどの反応性希釈剤などである。
【００３３】
使用する硬化剤は、エポキシ樹脂を固める硬化剤であれば何れも用いることが可能である。アミン系硬化剤としては、ジアミノジフェニルスルフォン（ＤＤＳ）、メタキシリレンジアミンなどの芳香族ポリアミン、イソフォロンジアミンなどの環状脂肪族ポリアミン、テトラエチレントリアミンなどの脂肪族ポリアミンなどである。また、酸無水物系硬化剤としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸などの酸無水物やエタンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンカルボン酸二無水物などの酸二無水物などなどを用いることができる。硬化剤助剤としては、ジクロルジメチルウレア（ＤＣＭＵ）などを用いることができる。
【００３４】
マレイミド化合物としては、４，４’−ジフェニルメタンビスマレイミド、ｍ−フェニレンビスマレイミド、ビスフェノール Ａ ジフェニルエーテルビスマレイミド、３，３’−ジメチル−５，５’−ジエチル−４，４’−ジフェニルメタンビスマレイミド、４−メチル−１，３−フェニレンビスマレイミド、１，６’−ビスマレイミド−（２，２，４−トリメチル）ヘキサン、４，４’−ジフェニルエーテルビスマレイミド、４，４’−ジフェニルスルフォンビスマレイミド、１，３−ビス（３−マレイミドフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−マレイミドフェノキシ）ベンゼンなどを用いることができる。
【００３５】
本発明の耐熱樹脂組成物を構成する基材エポキシ樹脂の中には、硬化後の靭性改良や硬化中の樹脂フローの低減のために、フェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂を添加することは有効である。熱可塑性樹脂としては、フェノキシ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルフォルマールなどなどを好適に使用できる。
【００３６】
また、耐熱樹脂組成物を硬化させる場合には、添加したＢＭＩの融点よりも高い温度で硬化させることが必要である。融点よりも低い温度に長い時間放置すると、エポキシ樹脂（主剤）と硬化剤のみが反応して、その後に融点よりも高温にしてもＢＭＩ自体が融解して、独自に硬化しても事前に硬化したエポキシ樹脂部分の耐熱性に支配されてしまい、樹脂組成物は樹脂としての十分な性能が発揮されない。
【００３７】
図３は、硬化剤としてジシアンジアミドと、硬化助剤としてＤＣＭＵ（ジクロルジメチルウレア）を用いた場合の、未硬化樹脂のＤＳＣ測定＠１０℃／分の発熱曲線である。
【００３８】
吸熱ピーク１は、ＢＭＩの融解熱と考えられる。それ以降の２つのピークは、エポキシ樹脂と硬化剤の反応熱と、ＢＭＩと生成アミン化合物との反応熱、ＢＭＩ二重結合の反応熱などと推定される。
【００３９】
実施例１〜６、比較例１〜４
本発明に係る耐熱樹脂組成物を、配合成分、配合割合を変えて種々調製し、耐熱性を測定した。その結果を下記表１に示す。
【００４０】
（実施例１）
エポキシ樹脂（主剤）として、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂（東都化成製ＹＤ−１２８）、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（東都化成製ＹＨ−４３４）、を用いた。硬化剤としてジシアンジアミド（Ｄｉｃｙ）、硬化助剤としてジクロルジメチルウレア（ＤＣＭＵ）を用いた。また、マレイミド化合物として、ジアミノジフェニルメタンビスマレイミドの粉体（大和化成製ＢＭＩ１０００Ｈ）を用いた。ここで使用した粉体（ＢＭＩ１０００Ｈ）は，＃１８０メッシュ（篩の目開き０．０９１ｍｍ）での残留率が０．３ｗｔ％のものであった。
【００４１】
これら各成分を、下記配合にて混合した。マレイミド化合物は、エポキシ樹脂（主剤）硬化剤、硬化助剤から成る基材エポキシ樹脂中に分散させた。
・エポキシ樹脂（主剤）
ビスフェノールＡ系エポキシ（東都化成ＹＤ−１２８）：３０ｇ
テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（東都化成製ＹＨ−４３４）：７０ｇ
・硬化剤（硬化助剤）
ジシアンジアミド：８ｇ
ＤＣＭＵ：８ｇ
・マレイミド化合物
ビスマレイミド（大和化成製ＢＭＩ１０００Ｈ）：６０ｇ
【００４２】
得られた樹脂組成物は、室温で粘調液体の茶褐色濁り色のものであった。この樹脂組成物を１７０℃×３０分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、２１０℃×２時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからＴＭＡ測定を実施してＴｇを測定した。その結果、表１に示すように、Ｔｇ＝２５５℃であった。
【００４３】
（実施例２〜６）
実施例２〜６として、表１に示す配合及び配合割合で、実施例１と同様にして樹脂組成物を調製した。
【００４４】
なお、実施例３では、エポキシ樹脂（主剤）として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（東都化成製ＹＨ−４３４）、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（東都化成製ＹＨ−３００）を使用した。また、実施例４、５では、エポキシ樹脂（主剤）として、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂（東都化成製ＹＤ−１２８）、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン（東都化成製ＹＨ−４３４）、の他に、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（東都化成製ＹＨ−３００）をも使用した。
【００４５】
実施例２〜６においても、実施例１と同様に、エポキシ樹脂（主剤）１００重量部に対して硬化剤としてジシアンジアミド８重量部、硬化剤助剤としてＤＣＭＵ８重量部を添加した。
【００４６】
なお、実施例４では、マレイミド化合物として、メタキシリレンジアミン系ビスマレイミドの微粉体（大和化成製ＢＭＩ３０００Ｈ）を用いた。ここで使用した粉体（ＢＭＩ３０００Ｈ）は，＃１８０メッシュ（篩の目開き０．０９１ｍｍ）での残留率が０．３ｗｔ％のものであった。また、実施例６では、添加剤としてフェノキシ樹脂（東都化成製ＹＰ−７０）を、エポキシ樹脂（主剤）１００重量部に対して１５重量部添加した。
【００４７】
得られた樹脂組成物を、実施例１と同様に、１７０℃×３０分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、２１０℃×２時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからＴＭＡ測定を実施してＴｇを測定した。試験方法などは、備考に特記がない限り同一である。
【００４８】
その結果、表１に示すようなＴｇ値を示した。
【００４９】
（比較例１〜４）
比較例１〜４として、表１に示す配合成分及び配合割合で、実施例１と同様にして樹脂組成物を調製した。
【００５０】
なお、比較例２では、エポキシ樹脂（主剤）として、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂（東都化成製ＹＤ−１２８）、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（東都化成製ＹＨ−３００）を使用した。
【００５１】
比較例１〜４においても、実施例１と同様に、エポキシ樹脂（主剤）１００重量部に対して硬化剤としてジシアンジアミド８重量部、硬化剤助剤としてＤＣＭＵ８重量部を添加した。
【００５２】
なお、比較例３では、マレイミド化合物として、ＤＤＭ系ビスマレイミドである２ｍｍ程度のフレーク状のＢＭＩ（ケイアイ化成製）を用いた。ここで使用したフレーク状のＢＭＩは、＃１００メッシュでの残留率がほぼ１００ｗｔ％であった。
【００５３】
得られた樹脂組成物を、比較例１〜３では、実施例１〜６と同様に、１７０℃×３０分の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、２１０℃×２時間の硬化を行った。比較例４では、硬化条件を他の比較例１〜３及び実施例１〜６とは異なる硬化条件２とした。つまり、先ず、９０℃×５時間の予備硬化後にオーブンの温度設定を変更して、２１０℃×２時間の硬化を行った。その後に取り出して冷却し、試験片に加工してからＴＭＡ測定を実施してＴｇを測定した。試験方法などは、備考に特記がない限り同一である。
【００５４】
その結果、表１に示すようなＴｇ値を示した。
【００５５】
なお、比較例４は、明確な変曲点は不明だが、１５０℃近辺よりＴＭＡ曲線が乱れ始めた。
【００５６】
【表１】
【００５７】
上述にて理解されるように、本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物を得ることができた。
【００５８】
実施例７（プリプレグ実施例）
本発明に係る耐熱樹脂組成物は、プリプレグのマトリクス樹脂として有効である。つまり、本発明の樹脂組成物は、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させることにより強化繊維プリプレグを作製することができる。
【００５９】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、その他種々の繊維を使用することができる。本発明の耐熱樹脂組成物は、プリプレグ全体に対する含有量は、２０〜７０体積％とすることができる。
【００６０】
一実施例について説明すれば、実施例６の樹脂フォーミュレーションに従った樹脂組成物を調製した。ホットメルトの樹脂コーターを用いて、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、この樹脂組成物３を５０ｃｍ幅の離型紙２上に３７ｇ／ｍ2の樹脂目付け（約３０μｍ厚み）で塗布し、３０ｃｍ幅の樹脂フィルム３を作製した。この樹脂フィルム塗工紙１をドラムワインダーにセットして、三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＴＲ５０（商品名）４を、繊維目付け１５０ｇ／ｍ2になるように巻きつけた後に、更に同一の樹脂フィルム塗工紙１をかぶせて、ホットプレスローラーを用いて含浸させて、一方向のプリプレグ１０を作製した。
【００６１】
こうして得られたプリプレグ１０は、樹脂のタック性（粘着性）も良好であった。
【００６２】
実施例８（複合材料実施例）
本発明に係る耐熱樹脂組成物は、強化繊維複合材料のマトリクス樹脂として有効である。つまり、本発明の樹脂組成物は、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させ、加熱硬化することにより強化繊維複合材料を作製することができる。
【００６３】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、その他種々の繊維を使用することができる。本発明の樹脂組成物は、プリプレグ全体に対する含有量は、２０〜７０体積％とすることができる。
【００６４】
一実施例について説明すれば、図５に示すように、実施例７で作製したプリプレグ１０を使用して、一方向に１４層積層し、ヴァキュームバッグ成形にて２ｍｍ厚みの平板２０を作製した。
【００６５】
オーブン中での硬化条件は、室温から５℃／分の速度で昇温して、１７０℃で３０分キープし、その後５℃／分の速度で２１０℃まで昇温して２時間キープした後に、自然放冷にて室温まで冷却した。
【００６６】
出来上がった一方向のＣＦＲＰ（炭素繊維強化複合材料）を、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠した試験片寸法にカットして、室温と２２０℃環境下での曲げ試験を実施した。
【００６７】
比較として、三菱レイヨン製耐熱プリプレグＴＲ２７０Ｇ１２５ＳＭ（三菱レイヨンの炭素繊維ＴＲ５０と耐熱樹脂を用いた、繊維目付け１２５ｇ／ｍ2のプリプレグ）を１７層積層して、上記と同一条件にて２ｍｍ厚みの平板を作製して、同様の評価を行なった。
【００６８】
曲げ強度と曲げ弾性係数について、得られた結果を下表に示す。
【００６９】
【表２】
【００７０】
他の実施例として、実施例３の樹脂フォーミュレーションに従った樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を、炭素繊維のトウ（束）に含浸させて、加熱硬化させたストランドを用いて、ＪＩＳ Ｒ ７６０８に準じてストランド強度の測定を実施した。用いた炭素繊維は三菱レイヨン株式会社製ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ（商品名）であった。
【００７１】
更に詳しくは、図６に示すように、４０℃に加温した樹脂槽５０に上記樹脂組成物を満たし、モーター駆動で一定速度で回転するローラー５１を浸して、供給ロール４１から送給される炭素繊維トウ４をロールコートにて樹脂を含浸させて鋼製のフレーム５２に巻き取った。同フレーム５２をそのままオーブンに入れて、１７０℃×３０分＋２１０℃×２時間の条件で硬化させた。
【００７２】
硬化させたストランドは、樹脂の付着量が約４８体積％であった。得られたストランドはタブ付けを行い、引張強度のみを評価した。
【００７３】
図７に示すように、試験環境は室温と、ストランドＳの中央部分約５ｃｍの範囲にリボンヒーターＨを巻きつけて、温度が２００〜２２０℃の範囲になった時の強度も合わせて評価した。
【００７４】
比較として用いたストランドは、以下の配合量でフォーミュレーションした一般的なエポキシ樹脂で、同様の工程でストランドの作製を行ない同様の評価を行なった。樹脂付着量は４５体積％であった。
【００７５】
＜比較樹脂＞
ビスフェノールＡ系エポキシ（東都化成製ＹＤ−１２８）：１００ｇ
ジシアンジアミド（Ｄｉｃｙ）：４ｇ
ＤＣＭＵ：４ｇ
【００７６】
試料片の数ｎ＝１０での試験結果（平均値）を下表に示す。
【００７７】
【表３】
【００７８】
上述にて理解されるように、本発明によれば、エポキシ樹脂並みの粘度調整能力を有して、ポリイミド系樹脂に近い耐熱性を有する樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用することにより、室温で含浸するフィラメントワインディングや引き抜き成形法などに適する液状樹脂から、プリプレグに用いる室温で半固形の樹脂まで、幅広い範囲で耐熱性の高い、強化繊維複合材料用の樹脂を得ることができる。
【００７９】
また、本発明によれば、上記耐熱樹脂組成物をマトリクス樹脂として使用した耐熱性を有する強化繊維プリプレグ及び強化繊維複合材料を提供することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 樹脂フィルム塗工紙
２ 離型紙
３ 樹脂フィルム
４ 炭素繊維
１０ プリプレグ
２０ 強化繊維複合材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも主剤としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含む基材エポキシ樹脂の中に、融点が１２０〜２２０℃のマレイミド化合物の粉体を分散させたことを特徴とする耐熱樹脂組成物。
【請求項２】
前記マレイミド化合物の粉体として、＃１００メッシュ（篩の目開き０．１５４ｍｍ）での残留率が５ｗｔ％以下の粉体を用いることを特徴とする請求項１に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項３】
前記マレイミド化合物の粉体として、＃１５０メッシュ（篩の目開き０．１０９ｍｍ）での残留率が１ｗｔ％以下の粉体を用いることを特徴とする請求項１に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項４】
前記主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して、前記マレイミド化合物の添加量が５〜４００重量部の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項５】
前記基材エポキシ樹脂中に熱可塑性樹脂を、前記主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して５〜３０重量部の範囲で添加することを特徴とする請求項１〜４に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂は、フェノキシ樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の樹脂組成物。
【請求項７】
前記マレイミド化合物は、ビスマレイミドであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかの項に記載の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させてなることを特徴とする強化繊維プリプレグ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかの項に記載の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させて加熱硬化させてなることを特徴とする強化繊維複合材料。
【請求項１０】
前記加熱硬化は、前記マレイミド化合物の融点よりも高い温度で硬化させたことを特徴とする請求項９に記載の強化繊維複合材料。
【請求項１】
少なくとも主剤としてのエポキシ樹脂と硬化剤とを含む基材エポキシ樹脂の中に、融点が１２０〜２２０℃のマレイミド化合物の粉体を分散させたことを特徴とする耐熱樹脂組成物。
【請求項２】
前記マレイミド化合物の粉体として、＃１００メッシュ（篩の目開き０．１５４ｍｍ）での残留率が５ｗｔ％以下の粉体を用いることを特徴とする請求項１に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項３】
前記マレイミド化合物の粉体として、＃１５０メッシュ（篩の目開き０．１０９ｍｍ）での残留率が１ｗｔ％以下の粉体を用いることを特徴とする請求項１に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項４】
前記主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して、前記マレイミド化合物の添加量が５〜４００重量部の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項５】
前記基材エポキシ樹脂中に熱可塑性樹脂を、前記主剤としてのエポキシ樹脂１００重量部に対して５〜３０重量部の範囲で添加することを特徴とする請求項１〜４に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂は、フェノキシ樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の樹脂組成物。
【請求項７】
前記マレイミド化合物は、ビスマレイミドであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の耐熱樹脂組成物。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかの項に記載の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させてなることを特徴とする強化繊維プリプレグ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかの項に記載の耐熱樹脂組成物を、強化繊維の一方向配列品、織物品、組みひも、又は、その組み合わせ品に含浸させて加熱硬化させてなることを特徴とする強化繊維複合材料。
【請求項１０】
前記加熱硬化は、前記マレイミド化合物の融点よりも高い温度で硬化させたことを特徴とする請求項９に記載の強化繊維複合材料。
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２７０２２９（Ｐ２０１０−２７０２２９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３５５３（Ｐ２００９−１２３５５３）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
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