[发明专利]环氧树脂组合物、预浸料坯以及碳纤维增强复合材料

说明书

本发明的目的在于提供可制造成型性、耐热性优异、且拉伸强度、压缩强度等机械特性优异的碳纤维增强复合材料的环氧树脂组合物、及预浸料坯。本发明的环氧树脂组合物至少包含下述构成要素[A]～[D]，相对于环氧树脂总量100质量份而言，所述环氧树脂组合物包含10～80质量份的构成要素[A]和20～90质量份的构成要素[B]，相对于环氧树脂总量100质量份而言，还包含1～25质量份的构成要素[C]。[A]:具有二甲苯骨架的环氧树脂；[B]:分子内具有3个以上缩水甘油基的缩水甘油胺型环氧树脂；[C]:热塑性树脂；[D]:芳香族多胺。

技术领域

本发明涉及适合用于碳纤维增强复合材料的环氧树脂组合物。更详细而言，本发明涉及可制造成型性、耐热性优异、且拉伸强度、压缩强度等机械特性优异的碳纤维增强复合材料的环氧树脂组合物。

背景技术

近年来，碳纤维增强复合材料(以下，有时简称为复合材料)发挥其高比强度、比弹性模量而被扩展应用于航空器、汽车、体育用品、钓鱼用具、风力发电用叶片、个人电脑壳体等涉及多方面的用途中。这些结构体的形状多为复杂的形态，多数情况下使用片状、柔软、且能够以薄壁化的状态进行层叠从而可实现材料的各向同性的碳纤维增强纤维机织物预浸料坯。

作为在该预浸料坯中使用的树脂组合物，广泛使用机械特性、耐热性和工艺上的处理性优异的热固性树脂、特别是其中的环氧树脂。近年来，就面向航空器、汽车的结构体用途的材料而言，为实现进一步的轻质化，对提高其机械特性的要求进一步提高。作为机械特性，为了实现作为重要特性的拉伸强度、压缩强度的进一步高强度化，并且还能耐受在多湿高温环境下的使用，对于维持吸湿高温环境下的物性的要求也越来越高。对于复合材料的拉伸强度而言，除了提高作为基材的碳纤维的拉伸强度外，降低环氧树脂组合物的固化物(以下，简称为固化物)的交联密度也是有效的。但是，存在若降低交联密度则耐热性降低这样的问题。另一方面，提高固化物的弹性模量对于复合材料的压缩强度的提高是有效的(专利文献1)。另外，为提高耐热性，导入芳香族系的刚直骨架是有效的。在专利文献2、专利文献3中公开了表面粗糙度低、线膨胀系数低的具有二甲苯骨架的树脂组合物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-363253号公报

专利文献2：日本特开2016-136645号公报

专利文献3：国际公开第2013-008684号

发明内容

发明所要解决的课题

为了提高压缩强度，通过提高交联密度来提高树脂组合物的固化物的弹性模量是有效的，但另一方面拉伸强度却降低，即存在制约(trade-off)的关系。因此，同时实现复合材料的拉伸强度和压缩强度是非常难的课题。另外，专利文献2、专利文献3公开了面向含有大量无机填充材料的电子信息材料用途的发明，但在将其用于作为结构材料的复合材料的情况下，未显示出重要的机械特性，耐热性也不充分。

为了同时实现复合材料的拉伸强度和压缩强度，以下方法被认为是有效的：在将固化物的交联密度保持在低水平的同时，导入分子链间的相互作用部位等，从而来抑制分子链的运动，或者降低分子链的运动的自由度。作为抑制固化物中分子链运动的方法，认为除了增加环氧官能团数量以提高交联密度外，在分子链中导入弯曲结构或容易得到分子链的相互作用的分子结构是有效的。此外，为了保持在吸湿高温环境下的机械特性，使分子链内部成为疏水环境以降低吸水性、减少分子链中的自由体积空间也被认为是有效的。

因此，本发明的目的在于提供可制造成型性、耐热性、拉伸强度、压缩强度均优异的碳纤维增强复合材料的环氧树脂组合物。

用于解决课题的手段

本申请的发明人对上述课题进行了深入研究，明确了通过在特定范围内混合特定的环氧树脂成分作为环氧树脂成分，能够解决上述课题，从而完成了本发明。