[发明专利]环氧树脂固化剂、环氧树脂组合物和其固化物、以及纤维增强复合材料

说明书

本发明为环氧树脂固化剂、含有其的环氧树脂组合物、以及包含该环氧树脂组合物的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料，所述环氧树脂固化剂含有：选自由N‑氨基乙基哌嗪和异佛尔酮二胺组成的组中的至少1种化合物(A)、和降冰片烷二胺(B)。

技术领域

本发明涉及环氧树脂固化剂、含有该环氧树脂固化剂和环氧树脂的环氧树脂组合物及其固化物、以及包含该环氧树脂组合物的固化物和增强纤维的纤维增强复合材料。

背景技术

纤维增强复合材料(以下也称为“FRP(Fiber Reinforced Plastics)”)之中，碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics：CFRP)由于具有非常高的弹性模量、强度且轻量，因此作为金属替代材料受到瞩目。预计CFRP特别是在汽车结构材料用途、风力发电叶片用途、压力容器用途、航空航天用途上的需求会加速，CFRP所使用的碳纤维和环氧树脂等基质树脂的需求也在近年有所增加。

然而，由于在汽车结构材料用途、风力发电叶片用途、压力容器用途、航空航天用途中，FRP的成型方法各有不同，因此对于FRP用的基质树脂的要求特性也根据用途而不同。

例如，风力发电叶片如今是用注射成型、Va-RTM法(Vacuum Assist ResinTransfer Molding、真空辅助树脂传递模塑法)或Light-RTM法(轻型树脂传递模塑法)进行成型。这些方法中，例如在使用了薄膜、FRP的包含上模和下模的模具内预先配置增强纤维，并将该模具内抽真空，在常压下填充作为基质树脂的环氧树脂组合物并使其浸渗到增强纤维，接着，使该环氧树脂固化来进行成型。

在基于注射成型、Va-RTM法、Light-RTM法的成型中，在其成型法的特征方面，通常需要耗时几十分钟左右来将混合了环氧树脂和环氧树脂固化剂的环氧树脂组合物填充到模具内。因此，这些成型法中所使用的环氧树脂组合物要求为低粘度且适用期长。作为环氧树脂固化剂，使用异佛尔酮二胺、聚醚骨架的多胺化合物等。

此外，在压力容器用途的FRP中，可使用利用纤维缠绕法的成型。纤维缠绕法是使用使环氧树脂组合物等基质树脂浸渗到增强纤维丝而成的增强纤维丝覆盖衬垫的外表面后并使该基质树脂固化的方法。该方法中所使用的环氧树脂组合物如果适用期短且为快速固化性，则环氧树脂会在成型前的阶段便固化。因此，快速固化性的环氧树脂组合物无法应用于纤维缠绕法。

与此相对，汽车结构材料用途的FRP利用高循环RTM法来进行成型。该方法是将现有的RTM法改良得到的。

现有的RTM法是使用了上下一对模具的闭模成型之一，为如下方法：在该模具内配置纤维增强预成型坯，将模具夹紧并密闭后，从注入孔向模具内注入环氧树脂组合物等树脂并使其浸渗到纤维增强预成型坯，接着，使该树脂固化后进行脱模。然而，由于现有的RTM法的成型时间(预成型坯的配置、树脂浸渗、树脂固化和脱模为止)需要几个小时，因此汽车结构材料用途的FRP的制造会采用生产率更高的高循环RTM法。

利用高循环RTM法的成型技术将纤维增强预成型坯的配置时间、树脂的浸渗时间、树脂的固化时间和脱模时间全都大幅缩短。在高循环RTM法中，关于从树脂的浸渗到固化为止的工序，例如在属于高循环RTM法的一种的高压RTM法中，在上下一对模具内配置增强纤维并密闭，对模具内进行减压。接着，将环氧树脂组合物的主剂即环氧树脂、和环氧树脂固化剂从各自的罐以雾状压送至混合头，在碰撞混合后迅速注入模具内并使其浸渗至增强纤维，使环氧树脂固化。为了提高向模具内的填充速度和向增强纤维的浸渗速度，碰撞混合后的环氧树脂组合物从多个注入孔进行高压注入。

作为面向现有的RTM法的环氧树脂组合物所使用的环氧树脂固化剂，已知使用通用产品N-氨基乙基哌嗪(AEP)、异佛尔酮二胺(IPDA)、或它们的混合物(例如参见专利文献1和非专利文献1)。

现有技术文献

专利文献