[发明专利]纤维增强复合材料用环氧树脂组合物、预浸料坯及纤维增强复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及纤维增强复合材料用环氧树脂组合物(以下有时也简记作“环氧树脂组合物”)、预浸料坯及纤维复合材料。更详细而言，本发明涉及能够制造在低温下等严苛的使用环境下机械强度优异且优选用作结构材料的纤维增强复合材料的环氧树脂组合物、及预浸料坯、纤维增强复合材料。

背景技术

近年来，使用碳纤维或芳族聚酰胺纤维作为增强纤维的纤维增强复合材料，由于具有高的比强度和比弹性模量，故被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造方法可以采用下述方法：使用预浸料坯将其固化的方法，所述预浸料坯是在增强纤维中含浸有未固化基质树脂的片状中间材料；将液态的树脂注入配置于模中的增强纤维内，得到中间体，使其固化的树脂传递成型(Resin Transfer Molding)法等。上述制造方法中，使用预浸料坯的方法通常在层合多个预浸料坯后，进行加热加压，由此得到纤维增强复合材料成型物。作为用于该预浸料坯的基质树脂，从操作性等生产率的方面考虑，多使用热固性树脂、特别是环氧树脂。

其中，航空器和汽车等的结构材料的用途中，近年来随着需求的扩大，人们强烈要求更轻质化和提高材料强度。因此，要求作为基质树脂的环氧树脂具有高耐热性。

通常具有高玻璃化温度Tg的树脂组合物的固化温度高，上述树脂组合物倾向于在暴露于高温的固化时和成型时产生较多挥发成分。固化时挥发部分多时，例如对于蜂窝材料，表面形成时蜂窝中气化后的挥发成分被密封，该挥发成分在没有出口的蜂窝中发生膨胀，成为破坏表面材料与蜂窝芯材的粘合的主要因素。另外，即使在预浸料坯层合体的热压罐成型中，有时挥发部分也成为成型时形成空隙的原因，有时会破坏纤维增强复合材料的强度。

对于挥发成分少的高耐热的环氧树脂组合物，公开了组合多官能环氧树脂和多异氰酸酯等的方法(参见专利文献1)，但在上述方案中，没有涉及将预浸料坯层合并使其固化得到的纤维复合材料的强度。

为了纤维增强复合材料的高强度化，需要增强纤维的高强度化和高纤维体积分率化(高Vf化)。目前虽然公开了得到高强度的增强纤维的方法(参见专利文献2)，但上述方案中并没有涉及形成纤维增强复合材料时表现出的强度。通常存在越使增强纤维高强度化，越难以利用纤维原有的强度的倾向。例如，即使提高增强纤维的丝束强度，也无法充分地利用拉伸强度，存在拉伸强度利用率(纤维增强复合材料的拉伸强度/(增强纤维的丝束强度×体积纤维含有率)×100)降低的倾向。因此，即便可以得到上述高强度的碳纤维，为了表现出作为纤维增强复合材料的强度，也需要进一步更新技术课题。

已知即使为相同强度的增强纤维，根据所组合的基质树脂和其成型条件的不同，其拉伸强度利用率也发生显著变化。特别是固化的温度条件为180℃以上时，存在其固化时因残留在纤维增强复合材料中的热应力而难以体现高强度的问题。因此，目前为止，已经开始进行了基质树脂的改性的研究，期望即使在温度180℃下进行固化也能呈现出充分的拉伸强度。

已知提高基质树脂的拉伸断裂伸长率时，纤维增强复合材料的拉伸强度利用率提高。为了提高基质树脂的拉伸断裂伸长率，降低基质树脂的交联密度是有效的，但有时因交联密度的降低会导致纤维增强复合材料的耐热性降低，存在有效的配合受到限制的问题。为了解决上述问题，公开了如果拉伸断裂伸长率和断裂韧性KIc满足特定的关系，则可以得到高拉伸强度利用率(参见专利文献3)。然而，为了提高断裂韧性KIc而在基质树脂中配合大量的热塑性树脂和橡胶成分时，通常粘度升高，有时破坏预浸料坯制造的加工性和操作性。

专利文献1：日本特开2001-31838公报

专利文献2：日本特开平11-241230号公报

专利文献3：日本特开平9-235397号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供环氧树脂组合物、及预浸料坯、碳纤维增强复合材料，所述环氧树脂组合物能够制成在固化时挥发成分少、具有优异的耐热性、且在低温下等严苛的使用环境下机械强度优异、适合用作结构材料的碳纤维增强复合材料。

为了实现上述目的，本发明具有下述任一种构成。即，一种碳纤维增强复合材料用环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂组合物至少含有以下构成要素[A]、[B]、[C]，相对于配合的环氧树脂总量100质量％，含有10～60质量％的[A]和40～80质量％的[B]。