Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ, ПРЕПРЕГ И КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ, АРМИРОВАННЫЙ ВОЛОКНОМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001]

Настоящее изобретение относится к композиции эпоксидной смолы для производства армированного волокном композитного материала, характеризующегося высокой теплостойкостью, высокой латентностью и высокой отверждаемостью для достижения отверждения в течение короткого периода времени, и препрегу, включающему армирующее волокно, импрегнированное при использовании композиции эпоксидной смолы, и армированному волокном композитному материалу, включающему композицию эпоксидной смолы и армирующее волокно.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002]

Характеризуясь высокими теплостойкостью и стойкостью к коррозии, а также механическими свойствами, такими как прочность и жесткость, несмотря на легкость по массе, композитные материалы, армированные волокном, которые состоят в основном из армирующего волокна, такого как углеродное волокно и стеклянное волокно, и термоотверждающейся смолы, такой как эпоксидная смола и фенольная смола, обычно использовались в широком спектре областей, включая аэрокосмическую технику, автомобили, железнодорожный подвижной состав, корабли, гражданское строительство, конструирование и спортивные товары. В областях применения, требующих наличия высоких эксплуатационных характеристик, в частности, используют армированные волокном композитные материалы, включающие непрерывные армирующие волокна, и в качестве армирующего волокна используют углеродные волокна, которые в общем случае характеризуются высокими удельной прочностью и удельным модулем упругости. С другой стороны, в качестве матричной смолы в общем случае используют термоотверждающиеся смолы, а, в частности, зачастую используют эпоксидные смолы вследствие хорошей адгезионности по отношению к углеродным волокнам, высокой теплостойкости, высокого модуля упругости и высокой химической стойкости, а также очень маленькой усадки при отверждении. В последние годы композитные материалы, армированные волокном, по мере расширения их областей применения должны удовлетворять более жесткие требования. В случае применения в конструкционных элементах, таких как для аэрокосмических областей применения и транспортных средств, в частности, от них требуется сохранение необходимых физических свойств в условиях воздействия высокой температуры и/или высокой влажности. Однако, несмотря на выгодность с точки зрения легкости по массе композитные материалы на основе широко распространенных полимеров не характеризуются достаточно высокой теплостойкостью и ограничены узким спектром областей применения.

[0003]

В качестве отвердителей для эпоксидных смол в аэрокосмических отраслях промышленности, где подчеркивается важность высокой теплостойкости, зачастую использовали ароматические аминовые соединения, ангидриды кислот и фенольные новолачные соединения. Однако, данные отвердители имеют тенденцию к потребности в продолжительном периоде нагревания при высокой температуре отверждения, составляющей приблизительно 180°С, на стадии формования. Поэтому в случае использования композиции эпоксидной смолы, характеризующейся низкой реакционной способностью, будут возникать некоторые проблемы, включающие продолжительное время формования и высокие затраты на энергию, требуемые для стадии формования. Таким образом, требуются хорошие методики обеспечения прохождения быстрого низкотемпературного отверждения композиций эпоксидных смол.

[0004]

В данной связи для сокращения периода отверждения эпоксидных смол в патентных документах 1 и 2 предлагается использование ускорителей отверждения, относящегося к типу катионной полимеризации, таких как комплексы трифторид бора-амин и сульфониевые соли.

[0005]

В патентном документе 3 описывается использование в качестве ускорителя отверждения микроинкапсулированного имидазольного соединения, служащее для сокращения времени отверждения при одновременной демонстрации хорошей стабильности свойств при хранении при 25°С.

[0006]

В патентном документе 4 использование микроинкапсулированного фосфорного ускорителя отверждения служит для производства высокотеплостойкого отвержденного продукта при одновременном сохранении высокой стабильности свойств при хранении при 50°С.

[0007]

В патентном документе 5 описывается использование микроинкапсулированного инициатора катионной полимеризации, смешанного с эпоксидной смолой, служащее для сокращения времени отверждения при одновременном сохранении высокой стабильности свойств при хранении.

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0008]

Патентный документ 1: японская нерассмотренная патентная публикация (Kokai) № 2001-261783

Патентный документ 2: японская нерассмотренная патентная публикация (Kokai) № 2002-003581

Патентный документ 3: международная публикация WO 01/081445

Патентный документ 4: японская нерассмотренная патентная публикация (Kokai) № HEI-8-73566

Патентный документ 5: японская нерассмотренная патентная публикация (Kokai) № 2012-140574

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РАЗРЕШАЕМЫЕ В ИЗОБРЕТЕНИИ

[0009]

В случае использования ускорителей отверждения, описанных в патентных документах 1 и 2, стабильность свойств при хранении (ингибирование увеличения вязкости) будет низкой, и будет протекать реакция отверждения эпоксидной смолы на стадии или стадиях замешивания смолы для производства промежуточных основных элементов, таких как препрег, что станет причиной пониженной технологичности и в результате приведет к получению отвержденных продуктов, обладающих неудовлетворительными физическими свойствами. Таким образом, они оба не могут работать практичным образом.

[0010]

В случае методики, предложенной в патентном документе 3, между имидазолом и эпоксидом протекает реакция, что в результате приводит к получению отвержденного продукта, характеризующегося низкой теплостойкостью. В дополнение к этому, при высоких температурах, составляющих более, чем 80°С, достаточно высокая стабильность свойств при хранении сохранена быть не может.

[0011]

Также и в патентном документе 4 время отверждения композиций смол не может быть сокращено достаточным образом, что предполагает наличие недостатка в отношении скорости отверждения.

[0012]

Также и в патентном документе 5 используют реакцию отверждения, включающую катионную полимеризацию эпоксидной смолы, и это в результате приводит к получению отвержденного продукта, характеризующегося низкой теплостойкостью.

[0013]

Таким образом, одна цель настоящего изобретения заключается в предложении композиции эпоксидной смолы, характеризующейся высокой теплостойкостью, высокой латентностью и высокой отверждаемостью для достижения отверждения за короткий период времени, и в предложении препрега и армированного волокном композитного материала, произведенных из нее.

СРЕДСТВА РАЗРЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0014]

Для разрешения вышеупомянутых проблем в настоящем изобретении используют любой из следующих далее химических составов (i) и (ii). Говоря конкретно, (i) композиция эпоксидной смолы, включающая, по меньшей мере, следующие далее компоненты от [A] до [C], при этом уровень содержания каждого компонента удовлетворяет уравнениям (1) и (2):

[A] эпоксидная смола,

[B] отвердитель, характеризующийся температурой начала тепловыделения, согласно измерению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии большей, чем температура начала тепловыделения для компонента [C], и

[C] соединение, соответствующее описанию формулой (а),

[0015]

[Химическая формула 1]

, (a)

[0016]

где в формуле (а) Х является одним представителем, выбираемым из группы, состоящей из C=O, S=O и О=Р-ОН, а каждый из от R₁ до R₄ является, по меньшей мере, одним представителем, выбираемым из группы, состоящей из атома водорода, алифатической углеводородной группы, содержащей от 1 до 4 атомов углерода, алициклической углеводородной группы, содержащей 4 и менее атома углерода, и атома галогена,

(1) 0,5≤ (количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [B]+количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [C])/количество молей эпоксидных групп в компоненте [A] ≤1,5, и

(2) 0,02≤количество молей компонента [C]/количество молей компонента [B] ≤5,0; и

(ii) композиция эпоксидной смолы, включающая, по меньшей мере, следующие далее компоненты от [A] до [C], при этом уровень содержания компонента [C] находится в диапазоне от 1 до 25 массовых частей по отношению к 100 массовым частям компонента [A], и уровень содержания компонента [C] находится в диапазоне от 1 до 55 массовых частей по отношению к 100 массовым частям компонента [B]:

[A] эпоксидная смола,

[B] отвердитель, характеризующийся температурой начала тепловыделения, согласно измерению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии большей, чем температура начала тепловыделения для компонента [C], и

[C] соединение, соответствующее описанию формулой (а),

[0017]

[Химическая формула 2]

, (a)

[0018]

где в формуле (а) Х является одним представителем, выбираемым из группы, состоящей из C=O, S=O и О=Р-ОН, а каждый из от R₁ до R₄ является, по меньшей мере, одним представителем, выбираемым из группы, состоящей из атома водорода, алифатической углеводородной группы, содержащей от 1 до 4 атомов углерода, алициклической углеводородной группы, содержащей 4 и менее атома углерода, и атома галогена.

[0019]

Препрег, соответствующий настоящему изобретению, включает армирующие волокна, импрегнированные при использовании композиции эпоксидной смолы, соответствующей указанию изобретения в представленных выше позициях (i) или (ii). С другой стороны, армированный волокном композитный материал, соответствующий настоящему изобретению, производят в результате отверждения препрега, или он содержит отвержденную смолу, произведенную в результате отверждения композиции эпоксидной смолы, соответствующей указанию изобретения в позициях (i) или (ii), и армирующие волокна.

ВЫГОДНЫЕ ЭФФЕКТЫ ОТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020]

Настоящее изобретение предлагает композицию эпоксидной смолы, содержащую отвердитель, а также содержащую соединение, соответствующе описанию формулой (а), в качестве ускорителя отверждения таким образом, чтобы соединение, описывающееся формулой (а), вступало бы в реакцию с эпоксидными группами и стимулировало бы промотирование тепловыделением прохождение реакции между отвердителем и эпоксидными группами, что, таким образом, обеспечивает получение как высокой отверждаемости, делающей возможным формование в течение короткого периода времени, так и желательной жизнеспособности при технологических температурах, обычно использующихся для производства препрега. Использование ароматического амина, обладающего структурой, отличной от структуры формулы (а), в качестве ускорителя отверждения может работать для развития высокой отверждаемости, что обеспечивает быстрое формование, но будет неспособно позволить добиться получения достаточно продолжительной жизнеспособности. Соединение, соответствующее описанию формулой (а), обладает жесткой химической структурой, и, в соответствии с этим, отвержденная эпоксидная смола, соответствующая настоящему изобретению, может характеризоваться высокой теплостойкостью. Армированный волокном композитный материал, произведенный в результате отверждения композиции эпоксидной смолы, или препрег, соответствующий настоящему изобретению, могут быть сформованы в течение более короткого периода времени в сопоставлении с обычными армированными волокном композитными материалами, которые не содержат ускорителей отверждения, и могут в значительной степени уменьшить время формования и издержки на формование при производстве используемых продуктов, в том числе элементов конструкции воздушных летательных аппаратов, лопастей ветроэнергетических установок, внешних пластин автомобилей, деталей компьютеров, таких как лотки для интегральных схем и корпус блокнотного персонального компьютера.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0021]

Композиция эпоксидной смолы, соответствующая настоящему изобретению, использует любой из следующих далее химических составов (i) и (ii):

(i) композиция эпоксидной смолы, включающая, по меньшей мере, следующие далее компоненты от [A] до [C], при этом уровень содержания каждого компонента удовлетворяет уравнениям (1) и (2):

[A] эпоксидная смола,

[B] отвердитель, характеризующийся температурой начала тепловыделения, согласно измерению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии большей, чем температура начала тепловыделения для компонента [C], и

[C] соединение, соответствующее описанию формулой (а),

(1) 0,5≤ (количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [B]+количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [C])/количество молей эпоксидных групп в компоненте [A] ≤1,5, и

(2) 0,02≤количество молей компонента [C]/количество молей компонента [B] ≤5,0; и

(ii) композиция эпоксидной смолы, включающая, по меньшей мере, следующие далее компоненты от [A] до [C], при этом уровень содержания компонента [C] находится в диапазоне от 1 до 25 массовых частей по отношению к 100 массовым частям компонента [A], и уровень содержания компонента [C] находится в диапазоне от 1 до 55 массовых частей по отношению к 100 массовым частям компонента [B]:

[A] эпоксидная смола,

[B] отвердитель, характеризующийся температурой начала тепловыделения, согласно измерению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии большей, чем температура начала тепловыделения для компонента [C], и

[C] соединение, соответствующее описанию формулой (а).

Компонент [A], использующийся для настоящего изобретения, представляет собой эпоксидную смолу, содержащую две и более глицидильные группы в молекуле. Использование эпоксидной смолы, содержащей менее, чем две глицидильные группы в молекуле, не является предпочтительным, поскольку отвержденный продукт, произведенный в результате нагревания и отверждения ее смеси с отвердителем, соответствующим представленному ниже описанию изобретения, будет характеризоваться низкой температурой стеклования. Примеры эпоксидных смол, использующихся для настоящего изобретения, включают эпоксидные смолы, относящиеся к бисфенольному типу, такие как эпоксидная смола, относящаяся к типу бисфенола А, эпоксидная смола, относящаяся к типу бисфенола F, эпоксидная смола, относящаяся к типу бисфенола AD, и эпоксидная смола, относящаяся к типу бисфенола S; бромированные эпоксидные смолы, такие как диглицидиловый простой эфир тетрабромбисфенола А; эпоксидные смолы, относящиеся к новолачному типу, такие как эпоксидные смолы, содержащие бифенильную основную цепочку, эпоксидные смолы, содержащие нафталиновую основную цепочку, эпоксидные смолы, содержащие дициклопентадиеновую основную цепочку, эпоксидные смолы, относящиеся к фенольному новолачному типу, и эпоксидные смолы, относящиеся к крезольному новолачному типу; эпоксидные смолы, относящиеся к глицидиламиновому типу, такие как N,N,O-триглицидил-м-аминофенол, N,N,O-триглицидил-п-аминофенол, N,N,O-триглицидил-4-амино-3-метилфенол, N,N,N',N'-тетраглицидил-4,4'-метилендианилин, N,N,N',N'-тетраглицидил-2,2'-диэтил-4,4'-метилендианилин, N,N,N',N'-тетраглицидил-м-ксилилендиамин, N,N-диглицидиламин и N,N-диглицидил-о-толуидин; и другие, такие как диглицидиловый простой эфир резорцина и триглицидилизоцианурат. В частности, эпоксидные смолы, содержащие 3 и более глицидильные группы в молекуле, могут образовывать отвержденные продукты, характеризующиеся высокими температурами стеклования и модулем упругости, и, в соответствии с этим, подходящим для использования образом служат в авиационной и аэрокосмической отраслях промышленности.

При этом относящаяся к типу глицидиламина эпоксидная смола, содержащая три и более глицидильные группы в молекуле, составляет от 40 до 100 массовых частей по отношению к 100 массовым частям компонента [A].

[0022]

Данные эпоксидные смолы могут быть использованы индивидуально или в комбинации в случае уместности такового. Объединение эпоксидной смолы, демонстрирующей текучесть при надлежащей температуре, с эпоксидной смолой, не демонстрирующей текучести при надлежащей температуре, является эффективным для контролируемого регулирования текучести матричной смолы во время термического отверждения получающегося в результате препрега. Например, в случае высокотекучей матричной смолы до ее гелеобразования на стадии термического отверждения может иметь место нарушение ориентации армирующих волокон, или матричная смола может вытечь из системы, что изменяет массовый уровень содержания волокна, выводя его из предварительно определенного диапазона, приводя в результате, возможно, к получению армированного волокном композитного материала, обладающего ухудшенными физическими свойствами. Объединение множества эпоксидных смол, демонстрирующих различные варианты вязкоупругого поведения при надлежащей температуре, является эффективным для получения препрега, характеризующегося надлежащими уровнями клейкости и характеристик драпируемости.

[0023]

Композиция эпоксидной смолы, соответствующая настоящему изобретению, может содержать надлежащим образом выбранные компоненты эпоксидной смолы, отличные от компонента [A], такие как моноэпоксидные смолы, содержащие эпоксидную группу в молекуле, и алициклические эпоксидные смолы, если только они не вызывают значительного ухудшения теплостойкости или механических свойств.

[0024]

Отвердитель компонента [B], использующийся в настоящем изобретении, представляет собой соединение, которое характеризуется температурой начала тепловыделения, согласно измерению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии большей, чем соответствующая температура для компонента [C], и содержит активные группы, которые могут вступать в реакцию с эпоксидными группами. В данном случае термин «температура начала тепловыделения» обозначает температуру, при которой начинает расти экзотермический пик, (то есть, точку, в которой имеет место тепловыделение 0,2 Вт/г от уровня базовой линии) на кривой тепловыделения, которую получают при анализе композиции эпоксидной смолы, полученной в результате добавления компонента [B] или компонента [C] к эпоксидной смоле, относящейся к типу бисфенола А, (jER (зарегистрированная торговая марка) 825, производства компании Mitsubishi Chemical Corporation), при использовании дифференциального сканирующего калориметра (DSC Q2000, производства компании TA Instrument) в атмосфере азота при скорости нагревания 5°С/мин. Композицию эпоксидной смолы, использующуюся для определения температуры начала тепловыделения, получают таким образом, чтобы соотношение между величиной [эпоксидный эквивалент эпоксидной смолы, относящейся к типу бисфенола А/масса содержащейся эпоксидной смолы, относящейся к типу бисфенола А] и величиной [эквивалент активного водорода компонента [B] или компонента [C]/масса содержащихся компонента [B] или компонента [C]] составляло бы 1:1. В случае температуры начала тепловыделения для компонента [B], меньшей, чем соответствующая температура для компонента [C], будет невозможно достигнуть желательной жизнеспособности в способе производства препрега.

[0025]

Вещества, подходящие для использования в качестве отвердителя доя компонента [B], включают дициандиамиды, ароматические аминовые соединения, фенольные новолачные смолы, крезольные новолачные смолы, полифенольные соединения, имидазольные производные, тетраметилгуанидины, амины с присоединенной тиомочевиной, гидразиды карбоновых кислот, амид карбоновой кислоты и полимеркаптаны.

[0026]

В частности, использование ароматического амина в качестве отвердителя для компонента [B] делает возможным производство отвержденной эпоксидной смолы, характеризующейся высокой теплостойкостью. Такие ароматические аминовые соединения включают, например, 3,3'-диизопропил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-ди-трет-бутил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-диэтил-5,5'-диметил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-диизопропил-5,5'-диметил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-ди-трет-бутил-5,5'-диметил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3',5,5'-тетраэтил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-диизопропил-5,5'-диэтил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-ди-трет-бутил-5,5'-диэтил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3',5,5'-тетраизопропил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-ди-трет-бутил-5,5'-диизопропил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3',5,5'-тетра-трет-бутил-4,4'-диаминодифенилсульфон, 4,4'-диаминодифенилсульфон и 3,3'-диаминодифенилсульфон.

[0027]

При получении материалов для космических летательных аппаратов и воздушных летательных аппаратов предпочтительным является, в частности, использование 4,4'-диаминодифенилсульфона или 3,3'-диаминодифенилсульфона, поскольку получающиеся в результате отвержденные продукты будут характеризоваться высокими теплостойкостью и модулем упругости едва ли при одновременной демонстрации уменьшения коэффициента линейного расширения или снижения теплостойкости вследствие водопоглощения. Данные ароматические аминовые соединения могут быть использованы индивидуально или в виде смеси из двух и более их представителей. В случае смешивания с другими компонентами они могут представлять собой порошок или жидкость, или порошкообразные и жидкие ароматические аминовые соединения могут быть смешаны друг с другом.

[0028]

Компонент [C], соответствующий настоящему изобретению, представляет собой ароматическое аминовое соединение, соответствующее описанию формулой (а), и в формуле (а) Х является одним представителем, выбираемым из группы, состоящей из C=O, S=O и О=Р-ОН, а каждый из от R₁ до R₄ является, по меньшей мере, одним представителем, выбираемым из группы, состоящей из атома водорода, алифатической углеводородной группы, содержащей от 1 до 4 атомов углерода, алициклической углеводородной группы, содержащей 4 и менее атома углерода, и атома галогена. Компонент [C] исполняет функцию ускорителя для реакции между эпоксидной смолой компонента [A] и отвердителем компонента [B], и реакция между ароматическим аминовым соединением компонента [C] и эпоксидной смолой компонента [A] высвобождает теплоту реакции, что стимулирует локальное увеличение температуры в композиции эпоксидной смолы. Данное локальное увеличение температуры имеет действие, заключающееся в ускорении прохождения реакции между отвердителем компонента [B] и эпоксидной смолой компонента [A], что сокращает период времени, требуемый для завершения реакции отверждения. Содержащее электроноакцепторную функциональную группу ароматическое аминовое соединение компонента [C] может служить для умеренного контролируемого регулирования нуклеофильности амина, что обеспечивает получение желательной жизнеспособности при технологических температурах, широко использующихся для производства препрега. В случае использования в качестве ускорителя отверждения ароматического аминового соединения, отличного от соединения компонента [C], нуклеофильность амина будет чрезвычайно высокой для достижения желательной жизнеспособности при технологических температурах, обычно использующихся для производства препрега, хотя возможным может оказаться и сокращение времени отверждения. Кроме того, может быть получен отвержденный продукт из эпоксидной смолы, характеризующийся высокой теплостойкостью, поскольку ароматическое аминовое соединение компонента [C] обладает жесткой химической структурой.

[0029]

Примеры соединения компонента [C], которое содержит С=О в качестве Х в формуле (а), включают 4,4'-диаминодифенилкетон, 4,4'-диамино-3,3',5,5'-тетраэтилдифенилкетон, 4,4'-диамино-3,3',5,5'-тетрабромдифенилкетон, 3,4'-диаминодифенилкетон, 3,3'-диаминодифенилкетон, 4,4'-диамино-2,2'-диметилдифенилкетон, 4,4'-диамино-2,3'-диметилдифенилкетон, 4,4'-диамино-3,3'-диметилдифенилкетон, 3,4'-диамино-5-метилдифенилкетон, 3,4'-диамино-2'-метилдифенилкетон, 3,4'-диамино-3'-метилдифенилкетон, 3,4'-диамино-5,2'-диметилдифенилкетон, 3,4'-диамино-5,3'-диметилдифенилкетон, 3,3'-диамино-5-метилдифенилкетон и 3,3'-диамино-5,5'-диметилдифенилкетон.

[0030]

Примеры соединения компонента [C], которое содержит S=О в качестве Х в формуле (а), включают 4,4'-диаминодифенилсульфоксид, 4,4'-диамино-3,3',5,5'-тетраэтилдифенилсульфоксид, 4,4'-диамино-3,3',5,5'-тетрабромдифенилсульфоксид, 3,4'-диаминодифенилсульфоксид, 3,3'-диаминодифенилсульфоксид, 4,4'-диамино-2,2'-диметилдифенилсульфоксид, 4,4'-диамино-2,3'-диметилдифенилсульфоксид, 4,4'-диамино-3,3'-диметилдифенилсульфоксид, 3,4'-диамино-5-метилдифенилсульфоксид, 3,4'-диамино-2'-метилдифенилсульфоксид, 3,4'-диамино-3'-метилдифенилсульфоксид, 3,4'-диамино-5,2'-диметилдифенилсульфоксид, 3,4'-диамино-5,3'-диметилдифенилсульфоксид, 3,3'-диамино-5-метилдифенилсульфоксид и 3,3'-диамино-5,5'-диметилдифенилсульфоксид.

[0031]

Примеры соединения компонента [C], которое содержит О=Р-ОН в качестве Х в формуле (а), включают 4,4'-диаминодифенилфосфиновую кислоту, 4,4'-диамино-3,3',5,5'-тетраэтилдифенилфосфиновую кислоту, 4,4'-диамино-3,3',5,5'-тетрабромдифенилфосфиновую кислоту, 3,4'-диаминодифенилфосфиновую кислоту, 3,3'-диаминодифенилфосфиновую кислоту, 4,4'-диамино-2,2'-диметилдифенилфосфиновую кислоту, 4,4'-диамино-2,3'-диметилдифенилфосфиновую кислоту, 4,4'-диамино-3,3'-диметилдифенилфосфиновую кислоту, 3,4'-диамино-5-метилдифенилфосфиновую кислоту, 3,4'-диамино-2'-метилдифенилфосфиновую кислоту, 3,4'-диамино-3'-метилдифенилфосфиновую кислоту, 3,4'-диамино-5,2'-диметилдифенилфосфиновую кислоту, 3,4'-диамино-5,3'-диметилдифенилфосфиновую кислоту, 3,3'-диамино-5-метилдифенилфосфиновую кислоту и 3,3'-диамино-5,5'-диметилдифенилфосфиновую кислоту.

[0032]

Композиция эпоксидной смолы, соответствующая настоящему изобретению, удовлетворяет позициям как (1), так и (2), представленным ниже, или позициям как (I), так и (II), представленным ниже.

(1) (количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [B]+количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [C])/количество молей эпоксидных групп в компоненте [A]=от 0,5 до 1,5,

(2) количество молей компонента [C]/количество молей компонента [B]=от 0,02 до 5,0,

(I) уровень содержания компонента [C] находится в диапазоне от 1 до 25 массовых частей по отношению к 100 массовым частям компонента [A], и

(II) уровень содержания компонента [C] находится в диапазоне от 1 до 55 массовых частей по отношению к 100 массовым частям компонента [B].

Высокие степень быстрой отверждаемости и теплостойкость будут реализованы в случае удовлетворения требования наличия значения в диапазоне от 0,5 и более до 1,5 и менее в позиции (1). Реакция отверждения для композиции смолы будет ускорена в случае удовлетворения требования наличия значения, составляющего 0,02 и более, в позиции (2), в то время как сокращение жизнеспособности может быть предотвращено в случае удовлетворения требования наличия значения, составляющего 5,0 и менее. Реакция отверждения для композиции смолы будет ускорена в случае уровня содержания, составляющего 1 массовую часть и более, в то время как сокращение жизнеспособности может быть предотвращено в случае его равенства 25 массовым частям и менее в соответствии с указанием изобретения в позиции (I). Реакция между отвердителем и эпоксидной смолой будет ускорена, а высокие степень быстрой отверждаемости и теплостойкость будут реализованы в случае уровня содержания в диапазоне от 1 до 55 массовых частей в соответствии с указанием изобретения в позиции (II).

[0033]

В данном случае количество молей эпоксидных групп в компоненте [A] рассчитывается в соответствии с представленным ниже описанием изобретения.

Количество молей эпоксидных групп в компоненте [A]=количество массовых частей компонента [A]/эпоксидный эквивалент компонента [A]

[0034]

В случае содержания компонентом [A] двух и более составных частей в виде эпоксидных смол будут использовать сумму количества молей эпоксидных групп в каждой составной части, и, например, в случае двух составных частей вычисления проводят так, как это продемонстрировано ниже.

Количество молей эпоксидных групп в компоненте [A]=количество массовых частей составной части 1 в компоненте [A]/эпоксидный эквивалент составной части 1 в компоненте [A]+количество массовых частей составной части 2 в компоненте [A]/эпоксидный эквивалент составной части 2 в компоненте [A]

[0035]

Кроме того, количество молей атомов активного водорода в компоненте [B] или [C] рассчитывают в соответствии с представленным ниже описанием изобретения.

Количество молей атомов активного водорода в компоненте [B]=количество массовых частей компонента [B]/эквивалент активного водорода компонента [B]

Количество молей атомов активного водорода в компоненте [С]=количество массовых частей компонента [С]/эквивалент активного водорода компонента [С]

[0036]

В дополнение к этому, соотношение между количеством молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [C], и количеством молей эпоксидных групп в компоненте [A] предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 0,9. Реакция отверждения для композиции смолы будет ускорена в случае удовлетворения требования наличия значения, составляющего 0,05 и более, в то время как сокращение жизнеспособности может быть предотвращено в случае удовлетворения требования наличия значения, составляющего 0,9 и менее.

[0037]

В данном случае количество молей компонента [B] или [C] рассчитывают в соответствии с представленным ниже описанием изобретения.

Количество молей компонента [B]= количество массовых частей компонента [B]/молекулярная масса компонента [B]

Количество молей компонента [C]= количество массовых частей компонента [C]/молекулярная масса компонента [C]

[0038]

В дополнение к компоненту [C], соответствующему настоящему изобретению, может быть использован в комбинации и другой ускоритель отверждения, если только он не будет ухудшать теплостойкость или стабильность теплофизических свойств композиции эпоксидной смолы. Примеры такого другого ускорителя отверждения включают, например, инициаторы катионной полимеризации, третичные амины, имидазольные соединения, мочевиновые соединения и гидразидные соединения.

[0039]

Предпочтительным является, кроме того, включение в композицию эпоксидной смолы, соответствующую настоящему изобретению, термопластической смолы в качестве компонента [D]. Добавление термопластической смолы компонента [D] предназначено для контролируемого регулирования клейкости получающегося в результате препрега, контролируемого регулирования текучести матричной смолы во время термического отверждения препрега и получения ударновязкого композитного материала, армированного волокном, при отсутствии ухудшения теплостойкости или модуля упругости. Термопластическая смола предпочтительно представляет собой полимер, содержащий основную цепочку полиарильного простого эфира, и хорошие примеры включают полисульфон, полифенилсульфон, полиэфирсульфон на основе простого эфира, полиэфиримид на основе простого эфира, полифениленовый простой эфир, полиэфирэфиркетон на основе простого эфира и полиэфирэфирсульфон на основе простого эфира. Данные термопластические смолы, содержащие основные цепочки полиарильного простого эфира, могут быть использованы индивидуально или могут быть смешаны друг с другом надлежащим образом. В частности, подходящим для использования образом могут быть применены полиэфирсульфон на основе простого эфира и полиэфиримид на основе простого эфира, поскольку они служат для производства ударновязкого композитного материала, армированного волокном, при отсутствии ухудшения теплостойкости или механических свойств.

[0040]

Подходящие для использования термопластические смолы, содержащие основные цепочки полиарильного простого эфира, содержат концевые функциональные группы, такие как первичные амины, вторичные амины, гидроксильные группы, карбоксильные группы, тиольные группы, ангидриды и галогеновые группы (хлор, бром). В их числе предпочтительными являются галогеновые группы вследствие их низкой реакционной способности по отношению к эпоксидным смолам, и, в соответствии с этим, они служат для производства препрега, характеризующегося высокой стабильностью свойств при хранении, в то время как функциональные группы, отличные от галогеновых групп, являются предпочтительными вследствие их высокой реакционной способности по отношению к эпоксидным смолам, и, в соответствии с этим, они служат для производства композиции смолы, которая реализует прочную адгезию между эпоксидной смолой и термопластической смолой.

[0041]

Вязкость композиции эпоксидной смолы, соответствующей настоящему изобретения и выдержанной при 80°С в течение 2 часов, превышает первоначальную вязкость при 80°С с кратностью, составляющей предпочтительно 3,0 и менее, более предпочтительно 2,0 и менее, а еще более предпочтительно 1,5 и менее. В данном случае для определения степени увеличения вязкости на стадии нагревания при 80°С в течение 2 часов измеряют вязкость η^*₁ (первоначальную вязкость при 80°С) после выдерживания образца в течение 1 минуты при 80°С и измеряют вязкость η^*₁₂₀ после выдерживания образца в течение 2 часов при 80°С с последующим вычислением соотношения η^*₁₂₀/η^*₁. Вязкость, упоминаемая в настоящем документе, является комплексной вязкостью η^*, которую определяют при использовании аппарата для измерения динамической вязкоупругости (ARES Rheometer, производства компании TA Instruments), снабженного параллельными пластинами, имеющими в диаметре 40 мм, в условиях частоты 0,5 Гц и зазора 1 мм.

[0042]

Степень увеличения вязкости во время нагревания при 80°С может служить в качестве индикатора жизнеспособности композиции эпоксидной смолы на стадии замешивания композиции смолы и стадии производства препрега. Говоря более конкретно, меньшая степень увеличения вязкости во время нагревания при 80°С обозначает более желательную жизнеспособность. В случае степени увеличения вязкости композиции эпоксидной смолы, согласно измерению после выдерживания ее в течение 2 часов при 80°С составляющей 3,0 и менее, это будет предполагать настолько высокую стабильность теплофизических свойств композиции смолы, что проведение импрегнирования армирующего волокна при использовании смолы значительно не ухудшится во время стадии производства препрега, что приведет к получению формованных изделий, включающих малое количество пустот.

[0043]

В случае использования в элементах конструкции воздушных летательных аппаратов, космических летательных аппаратов, транспортных средств и тому подобного, в частности, потребуется отвержденная эпоксидная смола, характеризующаяся высокой теплостойкостью. Оценка теплостойкости может быть проведена на основании температур стеклования, определенных исходя из измерений динамической вязкоупругости. Предпочтительной является демонстрация композицией эпоксидной смолы, соответствующей настоящему изобретению, температуры стеклования, составляющей 170°С и более, более предпочтительно 180°С и более, а еще более предпочтительно 190°С и более. Предпочтительными являются композиции эпоксидной смолы, характеризующиеся высокими температурами стеклования, вследствие возможности их использования для материалов, которые требуют наличия высокой теплостойкости.

[0044]

Для настоящего изобретения желательным может оказаться добавление частиц, которые содержат термопластическую смолу в качестве основного компонента. Присутствие частиц термопластической смолы служит для производства армированного волокном композитного материала, включающего слои смолы, характеризующиеся улучшенной ударной вязкостью, (ниже в настоящем документе время от времени называемые промежуточными слоями смолы) между слоями армирующих волокон в композитном материале, армированном волокном, что приводит к получению улучшенного сопротивления ударным нагрузкам.

[0045]

Такие частицы термопластических смол могут быть образованы из термопластической смолы, которая может быть использована в качестве компонента, примешанного в композицию эпоксидной смолы, а, в частности, в высшей степени предпочтительными являются полиамиды. В числе других полиамидов в особенности высокопрочную адгезию по отношению к эпоксидным смолам могут реализовать полиамид 12, полиамид 6, полиамид 11, полиамидные сополимеры 6/12 и полиамид, частично модифицированный при использовании эпоксидного соединения с образованием структуры сетки ВПС (взаимопроникающей полимерной сетки), (полу-ВПС-полиамид) в соответствии с описанием изобретения в примере 1 из японской нерассмотренной патентной публикации (Kokai) № HEI 1-104624. Что касается формы частиц термопластической смолы, то это могут быть сферические частицы, несферические частицы или пористые частицы, в числе которых предпочтительными являются сферические частицы вследствие обеспечения ими получения высокой вязкоупругости в результате предотвращения ухудшения характеристик текучести смолы, а также обеспечения ими получения высокого сопротивления ударным нагрузкам в результате исключения потенциальных исходных центров концентраций напряжения. Подходящие для использования коммерческие продукты в отношении частиц полиамида включают продукты SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48 и 842P-80 (все производства компании Toray Industries, Inc.) и Orgasol (зарегистрированная торговая марка) 1002D, 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D и 3502D (все производства компании Arkema K. K.). Данные материалы частиц полиамида могут быть использованы индивидуально, или множество их представителей может быть использовано в комбинации.

[0046]

Композиция эпоксидной смолы, соответствующая настоящему изобретению, может содержать аппрет, частицы термоотверждающейся смолы или неорганические наполнители, такие как гель кремниевой кислоты, технический углерод, глина, углеродные нанотрубки, графен, углеродные частицы и порошкообразный металл, если только они не будут ухудшать выгодный эффект от изобретения.

[0047]

При производстве препрега, соответствующего настоящему изобретению, описанную выше композицию эпоксидной смолы использовали в качестве матричной смолы, и данную композицию смолы объединяли с армирующими волокнами для получения композитной структуры. Предпочтительные армирующие волокна включают углеродное волокно, графитовое волокно, арамидное волокно и стеклянное волокно, в числе которых в особенности предпочтительным является углеродное волокно.

[0048]

Коммерчески доступные продукты в отношении углеродного волокна включают продукты Torayca (зарегистрированная торговая марка) T800G-24K, Torayca (зарегистрированная торговая марка) T800S-24K, Torayca (зарегистрированная торговая марка) T700G-24K, Torayca (зарегистрированная торговая марка) T300-3K и Torayca (зарегистрированная торговая марка) T700S-12K (все производства компании Toray Industries, Inc.).

[0049]

Что касается формы и способа выравнивания углеродных волокон, то надлежащим образом могут быть использованы длинные волокна, скомпонованные параллельно в одном направлении, тканые материалы или другие варианты, но в случае необходимости получения композитного материала, армированного углеродным волокном, который является легким по массе и относительно высокодолговечным, предпочтительным является использование углеродных волокон в форме длинных волокон (жгутов волокон), скомпонованных параллельно в одном направлении, тканого материала или других непрерывных волокон.

[0050]

Для производства препрега, соответствующего настоящему изобретению, доступен широкий спектр в общем случае известных способов производства. Например, надлежащий препрег может быть произведен при использовании влажного способа, при котором матричную смолу растворяют в органическом растворителе, выбираемом из группы, состоящей из ацетона, метилэтилкетона, метанола и тому подобного, для уменьшения ее вязкости и используют для импрегнирования армирующих волокон, или при использовании способа расплава, при котором матричную смолу нагревают для уменьшения ее вязкости без использования органического растворителя и используют для импрегнирования армирующих волокон.

[0051]

При использовании влажного способа армирующие волокна могут быть погружены в жидкость, содержащую матричную смолу, а после вытягивания их оттуда органический растворитель выпаривают в аппарате, таком как печь, для получения препрега.

[0052]

Способ расплава может быть реализован в результате осуществления способа, при котором используют матричную смолу, нагретую для уменьшения ее вязкости, для непосредственного импрегнирования армирующих волокон, или в результате осуществления способа, при котором сначала получают лист разделительной бумаги с нанесенным пленочным покрытием из смолы (ниже в настоящем документе время от времени называемый пленкой смолы), образованный из разделительной бумаги и тому подобного с нанесенным покрытием из матричной смолы, и лист разделительной бумаги с нанесенным пленочным покрытием из смолы присоединяют к одной или каждой поверхности листа армирующего волокна с последующим нагреванием и прессованием для обеспечения импрегнирования листа армирующего волокна при использовании матричной смолы.

[0053]

При производстве препрега, соответствующего настоящему изобретению, предпочтительным является использование способа расплава, который может обеспечить импрегнирование армирующих волокон при использовании матричной смолы без использования органического растворителя, поскольку получающийся в результате препрег является по существу свободным от остатков органического растворителя.

[0054]

Количество армирующих волокон при расчете на единицу площади препрега, соответствующего настоящему изобретению, предпочтительно находится в диапазоне от 30 до 2000 г/м². В случае данного количества армирующих волокон, составляющего менее, чем 30 г/м², должно быть уложено в стопку большее количество листов для обеспечения получения требуемой толщины при формовании композитного материала, армированного волокном, что, возможно, приводит к проведению проблематичных операций. С другой стороны, в случае данного количества армирующих волокон, составляющего более, чем 2000 г/м², препрег будет иметь тенденцию к демонстрации неудовлетворительных характеристик драпируемости.

[0055]

Массовый уровень содержания волокна в препреге, соответствующем настоящему изобретению, предпочтительно находится в диапазоне от 30 до 90% (масс.), более предпочтительно от 35 до 85% (масс.), а еще более предпочтительно от 40 до 80% (масс.). В случае массового уровня содержания волокна, составляющего менее, чем 30% (масс.), количество смолы будет настолько большим, что будет утрачиваться преимущество композитных материалов, армированных волокном, применительно к высоким удельной прочности и удельному модулю, и во время отверждения в ходе способа формования композитного материала, армированного волокном, может иметь место чрезмерно большое тепловыделение. В случае массового уровня содержания волокна, составляющего более, чем 90% (масс.), смола может оказаться неспособной обеспечить надлежащее импрегнирование, что, возможно, приведет в результате к получению композитного материала, включающего множество пустот.

[0056]

Например, армированный волокном композитный материал, соответствующий настоящему изобретению, может быть произведен в результате укладывания в стопку листов вышеупомянутого препрега, соответствующего изобретению, для получения требуемой формы, а впоследствии прессования при одновременном нагревании для отверждения смолы. В данном случае подвод тепла и приложение давления проводят при использовании надлежащего способа, такого как формование в прессе, формование в автоклаве, формование в эластичном мешке, формование в обвязочной ленте и формование внутренним давлением.

[0057]

Композитные материалы, армированные волокном, могут быть произведены при использовании способа формования, свободного от препрега, при котором армирующие волокна непосредственно импрегнируют при использовании композиции эпоксидной смолы, соответствующей настоящему изобретению, с последующим нагреванием для отверждения, и примеры таких способов включают формование с ручной укладкой, формование с намоткой нити, пултрузию, литьевое формование смолы и трансферное формование смолы.

ПРИМЕРЫ

[0058]

Изобретение более подробно описывается ниже при обращении к примерам. Однако, объем настоящего изобретения не ограничивается такими примерами. Ниже в настоящем документе термин «части», использующийся для обозначения доли компонента материала, обозначает «массовые части», если только не будет утверждаться другого. Определение различных характеристик проводили в окружающей среде при температуре 23°С и относительной влажности 50%, если только не будет утверждаться другого.

[0059]

<Материал, использовавшийся в примерах и сравнительных примерах>

(1) Компонент [A]: эпоксидная смола

эпоксидная смола, относящаяся к типу бисфенола А, (jER (зарегистрированная торговая марка) 825, производства компании Mitsubishi Chemical Corporation), эпоксидный эквивалент 175 (г/экв.)

эпоксидная смола, относящаяся к типу бисфенола F, (EPICLON (зарегистрированная торговая марка) 830, производства компании DIC Corporation), эпоксидный эквивалент 172 (г/экв.)

тетраглицидилдиаминодифенилметан (Araldite (зарегистрированная торговая марка) MY721, производства компании Huntsman Advanced Materials Gmbh), эпоксидный эквивалент 113 (г/экв.)

триглицидил-м-аминофенол (Araldite (зарегистрированная торговая марка) MY0600, производства компании Huntsman Advanced Materials Gmbh), эпоксидный эквивалент 106 (г/экв.)

триглицидил-п-аминофенол (Araldite (зарегистрированная торговая марка) MY0500, производства компании Huntsman Advanced Materials Gmbh), эпоксидный эквивалент 106 (г/экв.)

трифенилолметантриглицидиловый простой эфир (TACTIX742, производства компании Huntsman Advanced Materials Gmbh), эпоксидный эквивалент 160 (г/экв.)

[0060]

(2) Компонент [B]: отвердитель, характеризующийся температурой начала тепловыделения, согласно измерению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии большей, чем температура начала тепловыделения для компонента [C]

4,4'-диаминодифенилсульфон (Seikacure S, производства компании Wakayama Seika Kogyo Co., Ltd.), температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 175°С, эквивалент активного водорода 62 (г/экв.)

3,3'-диаминодифенилсульфон (3,3'-DAS, производства компании Mitsui Fine Chemical, Inc.), температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 166°С, эквивалент активного водорода 62 (г/экв.)

[0061]

(3) Компонент [C]: соединение, описывающееся формулой (а)

4,4'-диаминодифенилкетон, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 151°С, эквивалент активного водорода 53 (г/экв.)

4,4'-диаминодифенилсульфоксид, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 152°С, эквивалент активного водорода 58 (г/экв.)

4,4'-диаминодифенилфосфиновая кислота, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 155°С, эквивалент активного водорода 62 (г/экв.)

3,3'-диаминодифенилкетон, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 143°С, эквивалент активного водорода 53 (г/экв.)

3,3'-диаминодифенилсульфоксид, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 143°С, эквивалент активного водорода 58 (г/экв.)

3,3'-диаминодифенилфосфиновая кислота, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 146°С, эквивалент активного водорода 62 (г/экв.)

[0062]

(4) Соединение Х: соединения, не содержащиеся в компоненте [B] или компоненте [C]

4,4'-диаминодифениловый простой эфир, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 121°С, эквивалент активного водорода 50 (г/экв.)

4,4'-диаминодифенилметан, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 118°С, эквивалент активного водорода 50 (г/экв.)

4,4'-диаминобензанилид, температура начала тепловыделения согласно определению при использовании дифференциальной сканирующей калориметрии 129°С, эквивалент активного водорода 57 (г/экв.)

[0063]

(5) Компонент [D]: термопластическая смола

полиэфирсульфон на основе простого эфира (Sumikaexcel (зарегистрированная торговая марка) PES5003P, производства компании Sumitomo Chemical Co., Ltd.)

[0064]

<Способы получения и оценки композиции эпоксидной смолы>

Образцы композиции эпоксидной смолы, полученные в примерах и сравнительных примерах, рассматривали при использовании методов, описанных ниже.

[0065]

(1) Получение композиции эпоксидной смолы

Эпоксидная смола, использующаяся в качестве компонента [A] в соответствии с указанием изобретения в таблицах от 1 до 5, и соединение компонента [D] подавали в замесочный аппарат и замешивали при нагревании для растворения соединения компонента [D]. После этого температуру уменьшали до 100°С и менее при одновременном продолжении замешивания и добавляли компонент [B] и компонент [C] в соответствии с указанием изобретения в таблицах от 1 до 5 (в некоторых сравнительных примерах не добавляли компонент [B] или компонент [C] или добавляли соединение Х вместо компонента [C]) с последующим перемешиванием для получения композиции эпоксидной смолы.

[0066]

(2) Метод измерения вязкости композиции эпоксидной смолы после выдерживания ее в течение 1 минуты при 80°С и ее вязкости после выдерживания ее в течение 2 часов при 80°С

Вязкость композиции эпоксидной смолы измеряли при использовании машины для измерения динамической вязкоупругости (ARES Rheometer, производства компании TA Instruments), снабженной плоскими параллельными пластинами, имеющими в диаметре 40 мм и установленными на верхней и нижней измерительных оправках. Композицию эпоксидной смолы располагали между верхней и нижней измерительными оправками, разделенными расстоянием между оправками 1 мм, и проводили измерения в режиме кручения (частота измерения 0,5 Гц). Вязкость η^*₁ измеряли после выдерживания образца в течение 1 минуты при 80°С, а вязкость η^*₁₂₀ измеряли после его выдерживания в течение 2 часов при 80°С с последующим вычислением степени увеличения вязкости (жизнеспособности) в виде η^*₁₂₀/η^*₁. В таблицах от 1 до 5 результаты по ранжированию жизнеспособности представлены символами А, В, С и D при степени увеличения вязкости, составляющей, соответственно, 1,5 и менее, от более, чем 1,5 до 2,0 и менее, от более, чем 2,0 до 3,0 и менее и более, чем 3,0.

[0067]

(3) Метод измерения температуры стеклования отвержденного продукта из эпоксидной смолы

Композицию эпоксидной смолы сначала нагнетали в пресс-форму, нагревали в сушилке при использовании горячего воздуха от 30°С при скорости 1,5°С/мин, отверждали при нагревании при 180°С в течение 2 часов и охлаждали до 30°С при скорости 2,5°С/мин для получения пластины из отвержденной смолы, имеющей в толщину 2 мм. От пластины из отвержденной смолы отрезали образец для испытаний, имеющий в ширину 12,7 мм и в длину 55 мм, и определяли его температуру стеклования при использовании методики анализа ДМА в соответствии с документом SACMA SRM18R-94. В качестве температуры стеклования использовали температуру в точке пересечения между тангенсом кривой модуля накопления G' в стеклообразном состоянии и ее тангенсом в переходном состоянии. В данном случае измерения проводили в условиях скорости нагревания 5°С/мин и частоты 1 Гц. Что касается оценки теплостойкости, то символы А, В, С и D в таблицах от 1 до 5 представляют температуру стеклования, составляющую, соответственно, 190°С и более, от 180°С и более до менее, чем 190°С, от 170°С и более до менее, чем 180°С и менее, чем 170°С.

[0068]

(4) Метод измерения времени гелеобразования для композиции эпоксидной смолы

При использовании устройства curelastomer исходя из изменений крутящего момента с течением времени определяли реакционную способность при отверждении для композиции эпоксидной смолы. В данном случае использовали продукт Rubber Process Analyzer RPA2000 (производства компании Alpha Technologies) при нагревании образца для испытаний от 40°С до 180°С при скорости 1,7°С/мин и проводили нагревание при 180°С в течение 2 часов. В качестве времени гелеобразования использовали период времени от начала нагревания при 40°С вплоть до превышения крутящим моментом 1 дн-м. Что касается оценки быстрой отверждаемости, то символы А, В, С и D в таблицах от 1 до 5 представляют собой время гелеобразования, составляющее, соответственно, 80 минут и менее, от более, чем 80 минут до 90 минут и менее, от более, чем 90 минут до 95 минут и менее и более, чем 95 минут.

[0069]

<Примеры от 1 до 6 и сравнительный пример 1>

Как это продемонстрировали результаты, полученные при использовании различных ускорителей отверждения, перечисленных в таблице 1, в качестве компонента [C], большое сокращение времени гелеобразования, которое указывает на высокую степень быстрой отверждаемости, было реализовано при отсутствии значительного изменения степени увеличения вязкости в сопоставлении с тем, что имело место для сравнительного примера 1 (не содержащего компонент [C]), описанного в таблице 4. Температура стеклования не продемонстрировала значительного уменьшения в примерах от 1 до 6 в сопоставлении с тем, что имело место в сравнительном примере 1, и реализовалось высокое значение, составляющее 190°С и более.

[0070]

<Примеры от 7 до 15 и сравнительные примеры от 2 до 10>

Как это видно из таблиц 1, 2 и 4, результаты, полученные в примерах от 7 до 15, где использовали различные эпоксидные смолы, демонстрируют то, что присутствие 4,4'-диаминодифенилкетона служило для реализации большого сокращения времени гелеобразования при отсутствии значительного изменения степени увеличения вязкости в сопоставлении с тем, что имело место в сравнительных примерах от 2 до 10 (не содержащих компонент [C]). В примерах от 7 до 11 увеличение уровня содержания тетраглицидилдиаминодифенилметана, который представляет собой эпоксидную смолу, содержащую три и более глицидильные группы в молекуле, служит для реализации предпочтительной тенденции к улучшению температуры стеклования при отсутствии неблагоприятного воздействия на быструю отверждаемость или жизнеспособность.

[0071]

<Примеры 16 и 17 и сравнительные примеры 11 и 12>

Как это видно из таблиц 2 и 5, в примерах 16 и 17 использовали отвердители, которые отличаются от отвердителей, использующихся в примерах 1 и 11 и сравнительных примерах 1 и 6, что приводит к сокращению времени гелеобразования при отсутствии ухудшения жизнеспособности или теплостойкости в сопоставлении с тем, что имеет место для сравнительных примеров 11 и 12 (не содержащих компонент [C]). В сопоставлении с примерами 1 и 11 в примерах 16 и 17 использовали другой отвердитель, который привел к получению практически удовлетворительных результатов несмотря на демонстрацию небольшого уменьшения жизнеспособности и теплостойкости.

[0072]

<Примеры от 18 до 32>

Как это видно из таблиц 2 и 3, уровень содержания компонента [C] варьировали в примерах от 18 до 21 и примерах от 27 до 32, и результаты оказались практически удовлетворительными характеристиками несмотря на демонстрацию того, что увеличение уровня содержания имеет тенденцию к стимулированию получения увеличенной степени увеличения вязкости, а также сокращенного времени гелеобразования.

[0073]

<Примеры 33 и 34>

Как это видно из таблицы 3, результаты испытаний, характеризующихся варьирующимися уровнями содержания отвердителя, демонстрируют то, что время гелеобразования имеет тенденцию к сокращению при увеличении уровня содержания.

[0074]

<Сравнительные примеры от 13 до 15>

Как это видно из таблицы 5, в случае использования в качестве ускорителя отверждения соединения Х, которое не включается в соединение [C], степень увеличения вязкости была высокой, а предпочтительные характеристики получены не были.

[0075]

<Сравнительные примеры от 16 до 18>

Как это видно из сравнительного примера 16 в таблице 5, компонент [C] составлял менее, чем 1 массовую часть по отношению к 100 массовым частям компонента [A], приводя к получению нежелательных результатов, в том числе недостаточного сокращения времени гелеобразования. Как это видно из сравнительных примеров 17 и 18, компонент [C] составлял более, чем 25 массовых частей по отношению к 100 массовым частям компонента [A], приводя к получению нежелательных характеристик, в том числе значительного возрастания степени увеличения вязкости и значительного уменьшения температуры стеклования.

[0076]

<Сравнительные примеры от 19 до 21>

Как видно из сравнительного примера 19 в таблице 5, в случае частного, полученного в результате деления величины (количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [B]+количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [C]) на количество молей эпоксидных групп в компоненте [A] и составляющего менее, чем 0,5, теплостойкость была низкой, и время гелеобразования в достаточной степени не сокращалось, что демонстрировало неудовлетворительные результаты. Кроме того, как это видно из сравнительного примера 20, в случае частного, полученного в результате деления величины (количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [B]+количество молей атомов активного водорода, содержащихся в компоненте [C]) на количество молей эпоксидных групп в компоненте [A] и составляющего более, чем 1,5, имели место значительное возрастание степени увеличения вязкости и значительное уменьшение температуры стеклования, что демонстрировало неудовлетворительные характеристики. Как это видно из таблицы 6, степень увеличения вязкости была большой, и характеристики были неудовлетворительными в сравнительном примере 21, где уровень содержания компонента [C] был большой.

[0077]

<Сравнительные примеры от 22 до 24>

Как это видно из таблицы 6, оценки композиции эпоксидной смолы, состоящей только из компонентов [A], [C] и [D], приводили к получению неудовлетворительных результатов, в том числе высокой степени увеличения вязкости.

[0078]

<Сравнительные примеры от 25 до 27>

Как это видно из таблицы 6, в случае использования в качестве отвердителя соединения Х, которое не включается в компонент [B], степень увеличения вязкости была большой, что указывает на неудовлетворительные результаты.

[0079]

[Таблица 1]

[0080]

[Таблица 2]

[0081]

[Таблица 3-1]

[0082]

[Таблица 3-2]

[0083]

[Таблица 4]

[0084]

[Таблица 5]

[0085]

[Таблица 6]