[发明专利]环氧树脂组合物、预浸料坯及纤维增强复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及作为适用于运动用途及普通产业用途的纤维增强复合材料的基体树脂优选使用的环氧树脂组合物、以及将该环氧树脂组合物作为基体树脂的预浸料坯及纤维增强复合材料。

背景技术

使用碳纤维或芳族聚酰胺纤维等作为增强纤维的纤维增强复合材料，利用其高的比强度和比弹性模量，被广泛地用于航空器和汽车等的结构材料、网球拍、高尔夫球杆及钓鱼竿等运动及普通产业用途等。上述纤维增强复合材料的制备方法中常采用下述方法：使用在增强纤维中含浸有基体树脂的片状中间材料即预浸料坯，将其进行多层层合后，固化。使用预浸料坯的方法由于可以严密地控制增强纤维的取向，另外，从层合构成的设计自由度高，所以该方法具有易得到高性能的纤维增强复合材料的优点。作为用于预浸料坯的基体树脂，从耐热性和生产率的观点考虑，主要使用热固性树脂，其中，从与增强纤维的粘接性等力学特性的观点考虑，优选使用环氧树脂。

近年来除了通过将金属等现有材料置换为纤维增强复合材料来实现轻质化研究之外，在各种用途中，谋求纤维增强复合材料本身更加轻质化的研究也愈加活跃。作为实现轻质化的方法，可以举出下述方法：使用弹性模量更高的增强纤维，在维持纤维增强复合材料的刚性不变的同时进行轻质化。但是，将增强纤维进行高弹性模量化的情况下，存在纤维方向压缩强度等强度特性降低的倾向。为了改善纤维方向压缩强度等强度特性，提高用作基体树脂的环氧树脂的弹性模量是一种有效的方法。

作为提高环氧树脂的弹性模量的方法，可以举出添加碳纳米管等无机填料和配合弹性模量高的胺型环氧树脂的方法。

例如专利文献1中，通过配合高弹性模量的胺型环氧树脂，环氧树脂的弹性模量提高，将其作为基体树脂使用的纤维增强复合材料中，发现在与纤维方向压缩强度相关的强的纤维方向弯曲强度方面明显的提高。但是，上述方法中，环氧树脂的韧性降低，因此耐冲击性降低。

为了提高纤维增强复合材料的耐冲击性，需要提高构成纤维增强复合材料的增强纤维的伸长率、环氧树脂的塑性变形能力和韧性。其中，特别是提高环氧树脂的韧性是重要且有效的。

目前，作为提高环氧树脂韧性的方法，尝试了配合韧性优异的橡胶成分和热塑性树脂的方法等。但是，橡胶的弹性模量和玻璃化温度与环氧树脂相比非常低，因此，与环氧树配合时，发现环氧树脂的弹性模量和玻璃化温度降低，难以获得韧性和弹性模量的均衡性。另外，作为配合热塑性树脂的方法，例如公开了下述方法：通过配合由苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯形成的共聚物、由丁二烯-甲基丙烯酸甲酯形成的嵌段共聚物等嵌段共聚物，可以大幅度地提高环氧树脂的韧性(专利文献2、3)。但是，上述方法存在耐热性降低、由增粘导致的操作性恶化、产生空隙等品质降低之类的问题。另外，上述方法的弹性模量也不充分。

作为提高弹性模量和韧性的均衡性的方法，公开了将具有特定数均分子量的二缩水甘油醚型环氧树脂、和在特定范围内与上述环氧树脂的SP值不同的环氧树脂进行组合的方法(专利文献4)。但是，上述方法中，不仅弹性模量和韧性的均衡性不充分，粘度也易于变高，是不充分的。

专利文献1：日本特开昭62-1717号公报

专利文献2：国际公开第2006/077153号说明书

专利文献3：日本特表2003-535181号公报

专利文献4：国际公开第2009/107697号说明书

发明内容

本发明的目的在于提供一种改良上述现有技术的缺点、能形成兼有优异的弹性模量和韧性的树脂固化物、并且为低粘度且向增强纤维间的含浸性优异的环氧树脂组合物、以及使用该环氧树脂组合物的预浸料坯及纤维增强复合材料。此处，树脂固化物是指使环氧树脂或环氧树脂组合物固化得到的固化物。以下同样。

本发明人等为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现包含下述构成的环氧树脂组合物，从而完成了本发明。即，本发明包含以下构成。

一种环氧树脂组合物，含有环氧树脂[A1]、环氧树脂[B1]、环氧树脂[C1]及固化剂[D]，其中，[A1]为软化点为90℃以上的双酚型环氧树脂，[B1]为3官能以上的胺型环氧树脂，[C1]为数均分子量450以下的双酚F型环氧树脂，且环氧树脂[A1]～[C1]满足下述配合比：相对于全部环氧树脂成分100质量份，[A1]为20～50质量份、[B1]为30～50质量份及[C1]为10～40质量份。