(57)【要約】  本発明は、成分Ａ：分子内に硫黄原子を有さないエポキシ樹脂、及び成分Ｂ：下記式（１）で表されるイミダゾール化合物を含有するエポキシ樹脂組成物であって、成分Ｃ：下記式（２）で表されるイミダゾール化合物、又は成分Ｄ：分子内に少なくとも１つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂のうち、少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする、エポキシ樹脂組成物に関する。本発明によれば、常温における保存安定性に優れ、比較的低温、かつ短い時間で加熱硬化することができ、硬化後の樹脂が高い耐熱性を有するエポキシ樹脂組成物を提供することができる。【化１】2013081060.tif 000023（式中、Ｒ１は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、ヒドロキシメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又は水素原子を表す。）【化２】2013081060.tif 000024（式中、Ｒ３は炭素を１個以上含む有機基を表し、Ｒ４〜Ｒ６は水素原子又はメチル基又はエチル基を表す。）
2013081060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分Ａと成分Ｂを含有するエポキシ樹脂組成物であって、成分Ｃ又は成分Ｄのうち、少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする、エポキシ樹脂組成物。
成分Ａ：分子内に硫黄原子を有さないエポキシ樹脂
成分Ｂ：下記式（１）で表されるイミダゾール化合物
成分Ｃ：下記式（２）で表されるイミダゾール化合物
成分Ｄ：分子内に少なくとも１つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂
【化１】
2013081060.tif 000019
（式中、Ｒ１は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、ヒドロキシメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又は水素原子を表す。）
【化２】
2013081060.tif 000020
（式中、Ｒ３は炭素原子を１個以上含む有機基を表し、Ｒ４〜Ｒ６は水素原子又はメチル基又はエチル基を表す。）
【請求項２】
前記エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ｂの含有量が、前記成分Ａおよび前記成分Ｄの合計１００質量部に対して、２〜４０質量部である、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記エポキシ樹脂組成物が、成分Ａ、成分Ｂ、及び少なくとも成分Ｃを含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記成分Ｃがマイクロカプセル封入されたイミダゾール化合物である、請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記エポキシ樹脂組成物が、成分Ａ、成分Ｂ、及び少なくとも成分Ｄを含有するエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ａと前記成分Ｄの質量比が、成分Ａ：成分Ｄで、９５：５〜１０：９０である、請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記成分Ｄが、分子内に下記式（３）で表される構造を含む、請求項４に記載のエポキシ樹脂組成物。
【化３】
2013081060.tif 000021
【請求項６】
前記成分Ｄが、下記式（４）で表される構造を含む、請求項４又は５に記載のエポキシ樹脂組成物。
【化４】
2013081060.tif 000022
【請求項７】
前記成分Ｄが、エポキシ樹脂と分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応生成物を含む、請求項４〜６のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項８】
成分Ｃ及び成分Ｄを含む請求項１〜７のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項９】
前記エポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸してプリプレグとし、該プリプレグを１４０℃に予熱した金型で挟んで、１ＭＰａに加圧し、５分間保持して得られた該プリプレグの硬化物のＧ’Ｔｇが、１５０℃以上となる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸させたプリプレグ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材料。
【請求項１２】
請求項１０に記載のプリプレグを金型内で、１００〜１５０℃、１〜１５ＭＰａの条件下で１〜２０分間保持する工程を有する、繊維強化複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、その樹脂組成物を用いたプリプレグ、そのプリプレグを用いた繊維強化複合材料とその製造方法に関する。本発明は、２０１１年１１月２９日に日本国に出願された、特願２０１１−２６０７３２号、及び特願２０１１−２６０７３３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維とマトリックス樹脂とからなる炭素繊維強化複合材料は、その優れた力学物性などから、航空機、自動車、産業用途に幅広く用いられている。近年、その使用実績を積むに従い、炭素繊維強化複合材料の適用範囲はますます拡がってきている。かかる複合材料を構成するマトリックス樹脂には、成形性に優れること、高温環境にあっても高度の機械強度を発現することが必要とされる。マトリックス樹脂には、含浸性や耐熱性に優れる熱硬化性樹脂が用いられることが多く、このような熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が使用されている。このうち、エポキシ樹脂は、耐熱性、成形性に優れており、それを用いた炭素繊維複合材料に高度の機械強度が得られるため、幅広く使用されている。
強化繊維とマトリックス樹脂とからなるＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（以下、「繊維強化複合材料」と言うこともある）を得る具体的な方法としては、特許文献１に記載のオートクレーブを用いた方法、特許文献２に記載の真空バッグによる方法、または特許文献３に記載の圧縮成形法などが知られている。
しかしながら、これら特許文献１〜３に記載の方法は、プリプレグを積層し、目的の形状に賦型した後、約１６０℃以上の温度で、約２〜６時間加熱硬化を行う必要があった。即ち、これら特許文献１〜３に記載の方法は、高温及び長時間での処理が必要とされた。
一方、特許文献４に記載の高温高圧下でのハイサイクルプレス成形は、その生産性の高さから、自動車用途に多用される成形方法として知られている。
ハイサイクルプレス成形で、製品の大量生産を可能にする為には、比較的低温で、すなわち、１００〜１５０℃程度で、数分から３０分程度加熱することで、硬化を完了させることが求められる。
この時、硬化後のマトリックス樹脂のガラス転移温度が高ければ、加熱硬化後の成形体を冷却せずに取り出した場合であっても、成形体が変形することが無いため、成形サイクルを更に短くすることが出来る。そのため、硬化後のマトリックス樹脂には、より高いガラス転移温度を有することが求められる。
また、マトリックス樹脂のガラス転移温度を高めることで、焼付け塗装の温度を高くした場合であっても成形体が変形することがないため、加熱硬化後の成形体に幅広い塗装条件を適用できる。このような理由からも、硬化後のマトリックス樹脂には、より高いガラス転移温度を有することが求められている。
マトリックス樹脂のガラス転移温度が高いと、高温環境において、繊維強化複合材料が高い機械強度を発現できることも知られている。
熱硬化性樹脂をマトリックスとしたプリプレグをハイサイクルプレス成形する際、プリプレグの樹脂温度が上昇することにより樹脂粘度が極端に低下するような場合がある。このような場合には、金型の構造によっては激しく樹脂が流出し、得られた成形品の表面に樹脂が不足した樹脂枯れのような外観不良、又は繊維蛇行等の性能上の不良が発生する、あるいは、金型内のエジェクターピンやエアー弁等への樹脂流入による金型の動作不良等の成形上の問題が生じることがある。そのため、熱硬化性樹脂をマトリックスとしたプリプレグをハイサイクルプレス成形する際、品質と生産性を向上させるために、金型内における樹脂の流動を調整する方法が求められている。
特許文献５には、高粘度のエポキシ樹脂をマトリックス樹脂として用いる方法、エポキシ樹脂に熱可塑性樹脂を添加することで、樹脂の流動を調整する方法が開示されている。
しかし、特許文献５に記載の高粘度のエポキシ樹脂を用いる方法は、常温（２５℃）における樹脂粘度も高くなる。そのため、積層作業等の常温でのプリプレグの取り扱い性が著しく低下する。また、エポキシ樹脂に汎用の熱可塑性樹脂を添加する方法は、前記熱可塑性樹脂のエポキシ樹脂への溶解性が低く、また得られるエポキシ樹脂組成物のガラス転移温度（以下、「Ｔｇ」と記載することもある。）の低下、硬化速度の低下等をもたらすため、ハイサイクルプレス成形に適用することが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２８７７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１５９６１３号公報
【特許文献３】特開平１０−９５０４８号公報
【特許文献４】国際公開第２００４／４８４３５号公報
【特許文献５】特開２００５−２１３３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、常温における保存安定性に優れ、比較的低温、かつ短い時間で加熱硬化することができ、硬化樹脂が高い耐熱性を有するエポキシ樹脂組成物、そのエポキシ樹脂組成物を用いて得られる加熱加圧硬化時における樹脂の過剰な流動を抑制することができるプリプレグ、そのプリプレグを用いて得られる繊維強化複合材料を提供することを目的とする。
また、本発明は、そのプリプレグを用いた高い生産性の繊維強化複合材料の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らが、上記課題を解決するため鋭意研究を進めた結果、以下の構成からなるエポキシ樹脂組成物よって上述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、以下の事項からなる。
下記成分Ａと成分Ｂとを含むエポキシ樹脂組成物であって、成分Ｃと成分Ｄの少なくとも一つを含むエポキシ樹脂組成物。
成分Ａ：分子内に硫黄原子を有さないエポキシ樹脂
成分Ｂ：下記式（１）の構造を有するイミダゾール化合物
成分Ｃ：下記式（２）の構造を有するイミダゾール化合物
成分Ｄ：分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂
【化１】
2013081060.tif 000003
（式中、Ｒ１はアルキル基、ヒドロキシメチル基を表し、Ｒ２はアルキル基又は水素原子を表す。）
【化２】
2013081060.tif 000004
（式中、Ｒ３は炭素原子を１個以上含む有機基を表し、Ｒ４〜Ｒ６は水素原子又はメチル基又はエチル基を表す。）【０００６】
すなわち、本発明は以下に関する。
［１］成分Ａと成分Ｂを含有するエポキシ樹脂組成物であって、成分Ｃ又は成分Ｄのうち、少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする、エポキシ樹脂組成物；
成分Ａ：分子内に硫黄原子を有さないエポキシ樹脂
成分Ｂ：下記式（１）で表されるイミダゾール化合物
成分Ｃ：下記式（２）で表されるイミダゾール化合物
成分Ｄ：分子内に少なくとも１つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂
【化３】
2013081060.tif 000005
（式中、Ｒ１は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、ヒドロキシメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又は水素原子を表す。）
【化４】
2013081060.tif 000006
（式中、Ｒ３は炭素原子を１個以上含む有機基を表し、Ｒ４〜Ｒ６は水素原子又はメチル基又はエチル基を表す。）
［２］前記成分Ａが、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、イソシアネート変性したオキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、これらエポキシ樹脂の変性物、ブロム化エポキシ樹脂、からなる群より選択される少なくとも１種以上のエポキシ樹脂である、［１］に記載のエポキシ樹脂組成物；
［３］前記成分ＣのＲ３が−ＣＨ２Ｒ７の構造又は−ＣＨ２ＯＲ７の構造を有する基（但しＲ７は炭素原子を１個以上含む有機基を表す）であることが好ましく、−ＣＨ２ＯＲ８の構造を有する基（但しＲ８は置換基を有しても良いアリール基を表す）である、［１］又は［２］に記載のエポキシ樹脂組成物；
［４］前記エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ｂの含有量が、前記成分Ａおよび前記成分Ｄの合計１００質量部に対して、２〜４０質量部である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［５］前記エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ｂの含有量が、前記成分Ａおよび前記成分Ｄの合計１００質量部に対して、３〜２５質量部である、［１］〜［４］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［６］前記エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ｂの含有量が、前記成分Ａおよび前記成分Ｄの合計１００質量部に対して、３〜１５質量部である、［１］〜［５］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［７］前記エポキシ樹脂組成物が、成分Ａ、成分Ｂ、及び少なくとも成分Ｃを含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記成分Ｃがマイクロカプセル封入されたイミダゾール化合物である、［１］〜［６］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［８］前記エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ｃの含有量が、前記成分Ａおよび前記成分Ｄの合計１００質量部に対して、１〜６質量部である、［７］に記載のエポキシ樹脂組成物；
［９］前記エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ｃの含有量が、前記成分Ａおよび前記成分Ｄの合計１００質量部に対して、１．５〜４質量部である、［７］に記載のエポキシ樹脂組成物；
［１０］前記エポキシ樹脂組成物が、成分Ａ、成分Ｂ、及び少なくとも成分Ｄを含有するエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ａと前記成分Ｄの質量比が、成分Ａ：成分Ｄで、９５：５〜１０：９０である、［１］〜［９］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［１１］前記エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ａと前記成分Ｄの質量比が、成分Ａ：成分Ｄで、８０：２０〜１２：８８である、［１］〜［１０］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［１２］前記エポキシ樹脂組成物中の前記成分Ａと前記成分Ｄの質量比が、成分Ａ：成分Ｄで、６０：４０〜１３：８７である、［１］〜［１１］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［１３］前記成分Ｄが、分子内に下記式（３）で表される構造を含む、［１０］〜［１２］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
【化５】
2013081060.tif 000007
［１４］前記成分Ｄが、下記式（４）で表される構造を含む、［１０］〜［１３］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
【化６】
2013081060.tif 000008
［１５］前記成分Ｄが、エポキシ樹脂と分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応生成物を含む、［１０］〜［１４］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［１６］成分Ｃ及び成分Ｄを含む［１］〜［１５］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物；
［１７］前記エポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸してプリプレグとし、該プリプレグを１４０℃に予熱した金型で挟んで、１ＭＰａに加圧し、５分間保持して得られた該プリプレグの硬化物のＧ’Ｔｇが、１５０℃以上となる、［１］〜［１６］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物； 
［１８］［１］〜［１７］のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸させたプリプレグ；
［１９］［１８］に記載のプリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材料；
［２０］［１８］に記載のプリプレグを金型内で、１００〜１５０℃、１〜１５ＭＰａの条件下で１〜２０分間保持する工程を有する、繊維強化複合材料の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、常温における保存安定性に優れ、比較的低温、かつ短い時間で加熱硬化することができ、硬化後の樹脂が高い耐熱性を有するエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、加熱加圧硬化時における樹脂の過剰の流動を抑制することができるため、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料の製造に用いるプレス成型用金型が、開いている状態を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料の製造に用いるプレス成型用金型が、閉じている状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の好ましい実施の形態について説明するが、本発明はこれらの形態のみに限定されるものではない。
本発明の要旨は、成分Ａと成分Ｂを含有するエポキシ樹脂組成物であって、成分Ｃ又は成分Ｄのうち、少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする、エポキシ樹脂組成物である。
成分Ａ：分子内に硫黄原子を有さないエポキシ樹脂
成分Ｂ：下記式（１）で表されるイミダゾール化合物
成分Ｃ：下記式（２）で表されるイミダゾール化合物
成分Ｄ：分子内に少なくとも１つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂
【化７】
2013081060.tif 000009
（式中、Ｒ１は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、ヒドロキシメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又は水素原子を表す。）
【化８】
2013081060.tif 000010
（式中、Ｒ３は炭素原子を１個以上含む有機基を表し、Ｒ４〜Ｒ６は水素原子又はメチル基又はエチル基を表す。）
前記成分（Ｃ）すなわち式（２）で表されるイミダゾール化合物において、Ｒ３は、−ＣＨ２Ｒ７の構造又は−ＣＨ２ＯＲ７の構造を有する基（但しＲ７は炭素原子を１個以上含む有機基を表す）であることが好ましく、−ＣＨ２ＯＲ８の構造を有する基（但しＲ８は置換基を有しても良いアリール基を表す）であることがより好ましい。
【００１０】
（成分Ａ）
本発明において、成分Ａとして分子内に硫黄原子を有さない１種類以上のエポキシ樹脂を用いる。本発明の成分Ａとして用いられるエポキシ樹脂としては、例えば、２官能性エポキシ樹脂ではビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、あるいはこれらを変性したエポキシ樹脂、例えばイソシアネート変性したオキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。３官能以上の多官能性エポキシ樹脂としては例えばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール型エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノールのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂、テトラキス（グリシジルオキシフェニル）エタンやトリス（グリシジルオキシフェニルメタン）やメチレンビス（ジグリジジルオキシ）ナフタレンのようなグリシジルエーテル型エポキシ樹脂及びこれらを変性したエポキシ樹脂やこれらのエポキシ樹脂の臭素化物である、ブロム化エポキシ樹脂、等が挙げられるが、これらに限定はされるものではない。また、成分Ａとして、これらエポキシ樹脂を２種類以上組み合わせて用いてもよい。
中でも、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が特に好適に使用できる。また、これらエポキシ樹脂の分子量は、２００〜３０００が好ましく、３００〜２０００がより好ましい。分子量が２００〜３０００であれば、エポキシ樹脂組成物の製造が容易であるため好ましい。ここで、分子量とは、ゲルパーミエイションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算の重量平均分子量のことを指す。
また、成分Ａとして用いるエポキシ樹脂のエポキシ当量は、５０〜１０００ｇ／ｅｑが好ましく、９０〜７００ｇ／ｅｑがより好ましい。成分Ａとして用いるエポキシ樹脂のエポキシ当量が、５０〜１０００ｇ／ｅｑであれば、硬化物の架橋構造が均一であるため好ましい。ここで、エポキシ当量とは、エポキシ基１個あたりのエポキシ樹脂の分子量のことを意味する。
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等を成分Ａとして用いた場合は、剛直性の高い分子構造を有するエポキシ樹脂を成分Ａとして用いた場合と比較して、成形品、すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂として有する繊維強化複合材料の機械強度が向上するという更なる効果を得ることができる。これは、剛直性の高い分子構造を有するエポキシ樹脂は、短時間で硬化させて高い密度の架橋構造を生じると、架橋体網目構造に歪みが生じやすくなるのに対し、上述したエポキシ樹脂を成分Ａとして用いると、そのような問題が起こる可能性が低いためである。
【００１１】
（成分Ｂ）
本発明において、成分Ｂは、下記式（１）で表されるイミダゾール化合物である。
【化９】
2013081060.tif 000011
（式中、Ｒ１は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、ヒドロキシメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又は水素原子を表す。）
このイミダゾール化合物はエポキシ樹脂の硬化剤としてはたらき、成分Ｃまたは成分Ｄと組み合わせてエポキシ樹脂組成物に配合することにより、エポキシ樹脂組成物を、短時間で硬化させることができる。
成分Ｂとして用いられる上記式（１）で表されるイミダゾール化合物の例としては、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−ベンジル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−パラトルイル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−メタトルイル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−メタトルイル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−パラトルイル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール等の、１Ｈ−イミダゾールの５位の水素をヒドロキシメチル基で、かつ、２位の水素をフェニル基またはトルイル基で置換したイミダゾール化合物が挙げられる。このうち、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−パラトルイル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−メタトルイル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−メタトルイル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−パラトルイル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールがより好ましい。また、成分Ｂとして、これらイミダゾール化合物を２種類以上組み合わせて用いてもよい。
本発明においては、エポキシ樹脂組成物中の成分Ｂの含有量はエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂（成分Ａ、または、成分Ｄを含む場合には成分Ｄと成分Ａとの合計）１００質量部に対して２〜４０質量部であることが好ましく、３〜２５質量部であることがより好ましく、３〜１５質量部であることが更に好ましい。成分Ｂの含有量が２質量部以上であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化反応を促進することができる。また、硬化樹脂が高い耐熱性を有するため好ましい。
また、上記式（１）で表されるイミダゾール化合物は室温（２５℃）の条件下では結晶性固体であり、１００℃以下ではエポキシ樹脂への溶解性は低い。従って、成分Ｂとしては、１００μｍ以下、特に、２０μｍ以下の体積平均粒径を有する粉体であることが好ましい。成分Ｂの体積平均粒径が１００μｍ以下であれば、エポキシ樹脂組成物中に良好に分散して、硬化反応を促進することができるため好ましい。
【００１２】
（成分Ｃ）
本発明における成分Ｃは、下記式（２）で表されるイミダゾール化合物である。
【化１０】
2013081060.tif 000012
（式中、Ｒ３は炭素原子を１個以上含む有機基を表し、Ｒ４〜Ｒ６は水素原子又はメチル基又はエチル基を表す。）
このうち、Ｒ３は、−ＣＨ２Ｒ７の構造又は−ＣＨ２ＯＲ７の構造を有する基（但しＲ７は炭素原子を１個以上含む有機基を表す）であることが好ましく、−ＣＨ２ＯＲ８の構造を有する基（但しＲ８は置換基を有しても良いアリール基を表す）であることが特に好ましい。
このイミダゾール化合物はエポキシ樹脂の低温硬化剤としてはたらき、成分Ｂと組み合わせてエポキシ樹脂組成物中に配合することにより、エポキシ樹脂組成物を、短時間で硬化させることができる。また、一般にハイサイクルプレス成形を行なう場合、プリプレグの樹脂温度の上昇に伴って、樹脂粘度が低下する。そのため、金型の構造によっては、金型から樹脂が激しく流出することがある。しかしながら、成分Ｃを含有する、本発明のエポキシ樹脂組成物は、低温すなわち７０〜１１０℃で硬化反応が始まり、プリプレグの樹脂温度の上昇の途中、すなわち、プリプレグの樹脂温度が約７０〜１１０℃と低い状態から、エポキシ樹脂組成物の架橋反応が素早く進行するため、樹脂粘度の低下が抑制され金型からの樹脂の流出を抑制することができる。
成分Ｃとして用いられる上記式（２）で表されるイミダゾール化合物の例としては、１−（２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル）−２−メチルイミダゾールや、グリシジルエーテル型のエポキシ樹脂と２−メチルイミダゾールを反応させて得られるアダクト化合物が挙げられる。中でもアリールグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂と２−メチルイミダゾールを反応させて得られるアダクト化合物は、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物の物性を優れたものとすることができるので好ましい。また、成分Ｃとしてこれらイミダゾール化合物を２種類以上組み合わせて用いてもよい。
成分Ｃは、エポキシ樹脂組成物を１００℃以下で硬化させる性能を有すると共に、熱潜在性を賦与されたものが好ましい。ここで、「熱潜在性」とは、熱履歴を与える前はエポキシ樹脂との反応性を有さず、特定の温度以上でかつ特定の時間以上の熱履歴を与えられた後は低い温度においてもエポキシ樹脂との高い反応性を示す性質のことを意味する。
本発明においては、成分Ｃがマイクロカプセルに封入されてエポキシ樹脂中に分散された潜在性硬化剤であることが好ましく、更にマイクロカプセルの皮膜が架橋高分子から構成されるものがより好ましい。ここで、成分Ｃを分散させるエポキシ樹脂としては、本発明の成分Ａ、又は成分Ｄと同じであってもよく、異なっていてもよい。このようなエポキシ樹脂としては、マイクロカプセルの安定性の観点から、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂であることが好ましい。
成分Ｃをマイクロカプセルに封入する方法としては特に限定されないが、マイクロカプセルのシェル層の均一性の観点から、界面重合法、ｉｎ  ｓｉｔｕ重合法又は有機溶液系からの相分離法の方法を用いることが好ましい。
成分Ｃの硬化性能、すなわち、エポキシ樹脂組成物を硬化させることができる温度については、以下の手順で判断することができる。まず、エポキシ当量１８４〜１９４ｇ／ｅｑの液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（例えば、三菱化学（株）社製ｊＥＲ８２８）１００質量部と成分Ｃ７質量部とを均一に混合して成分Ｃを含有するエポキシ樹脂組成物を調製する。その後、前記エポキシ樹脂組成物を、示差走査熱量測定装置（以下、「ＤＳＣ」と記載する）で１０℃／分の昇温速度条件によって硬化させて、発熱挙動を測定する。前記エポキシ樹脂組成物のＤＳＣチャートにおいて、ベースラインから発熱カーブが離れ、最初の変曲点における接線がベースラインと交わる点の温度（発熱開始温度）が１００℃以下である場合、この成分Ｃは１００℃以下での硬化性能を有すると判断することができる。同様に、ＤＳＣチャート上でベースラインから発熱カーブが離れ、発熱開始温度が９０℃以下である場合、この成分Ｃは９０℃以下での硬化性能を有すると判断することができる。
本発明においては、９０℃以下での硬化性能を有する低温硬化剤を、成分Ｃとして用いることがより好ましい。
成分Ｃをエポキシ樹脂組成物中に含有させるのに好適に用いることができる、成分Ｃがマイクロカプセルに封入されてエポキシ樹脂中に分散された、１００℃以下での硬化性能を有する硬化剤マスターバッチとしては、旭化成イーマテリアルズ社製の硬化剤マスターバッチであるノバキュアＨＸ３７２１やＨＸ３７２２、ＨＸ３７４２、ＨＸ３７４８等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明においては、エポキシ樹脂組成物中の成分Ｃの含有量は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂（成分Ａ、または、成分Ｄを含む場合には成分Ｄと成分Ａとの合計）１００質量部に対して１〜６質量部であることが好ましく、１．５〜４質量部がより好ましい。成分Ｃの含有量が１質量部以上であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化反応速度が速く、硬化時の樹脂の流出を抑制できるため好ましい。
【００１３】
（成分Ｄ）
本発明において、成分Ｄは、分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂である。分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂や、チオ骨格を有するエポキシ樹脂があり、これらを本発明における成分Ｄとして用いることができる。また、成分Ｄとして下記式（３）で表される構造を含むエポキシ樹脂を用いてもよい。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂と分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応生成物が挙げられる。すなわち、成分Ｄとして、エポキシ樹脂と分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応生成物を含んでいてもよい。
【化１１】
2013081060.tif 000013
分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物としては、例えば、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン、３，３’−ジアミノジフェニルスルフォン、４，４’−ジアミノジフェニルサルファイド、ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）スルフォン、ビス（４−（３−アミノフェノキシ）フェニル）スルフォン、４，４’−ジアミノジフェニルサルファイド、及びこれらの誘導体等が挙げられる。このうち、硬化樹脂の耐熱性の観点から、ジアミノジフェニルスルフォンを用いることが好ましく、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォンを用いることがより好ましい。
前記アミン化合物と反応させるエポキシ樹脂としては、成分Ａと同じであってもよく、異なっていてもよい。
エポキシ樹脂と分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応生成物を得る方法としては、エポキシ樹脂と、分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物、例えば、前記式（３）で表される構造を有するアミン化合物とを、１００：３〜１００：３０、好ましくは、１００：５〜１００：２０の比率で混合し、１３０〜２００℃、好ましくは１４０〜１７０℃で加熱して反応させる方法が挙げられる。この方法を用いた場合、未反応のエポキシ樹脂や前記アミン化合物が、反応生成物中に残留することがあるが、これら残留物を取り除く必要は特にない。
本発明において、成分Ｄとして、エポキシ樹脂と分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応生成物を含むことで、本発明のエポキシ樹脂組成物の粘度を調整することができるため好ましい。すなわち、エポキシ樹脂と分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応条件を調整する、例えば、高温長時間とすることで、得られる反応生成物の粘度を高く、低温短時間とすることで、得られる反応生成物の粘度を低くコントロールすることができる。従って、所望の粘度を有する前記反応生成物を含むエポキシ樹脂を、成分Ｄとしてエポキシ樹脂組成物中に配合することで、エポキシ樹脂組成物の粘度を調整することができる。
【００１４】
また、成分Ｄとして、分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂であって、下記式（４）で表される構造を含むエポキシ樹脂を用いてもよい。
【化１２】
2013081060.tif 000014
このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と前述の分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応生成物が挙げられる。
本発明のエポキシ樹脂組成物中に成分Ｄを含有する場合、その含有量は、成分Ａと成分Ｄの質量比で９５：５〜１０：９０であることが好ましく、８０：２０〜１２：８８であることがより好ましく、６０：４０〜１３：８７であることが更に好ましい。成分Ａと成分Ｄの質量比が、９５：５〜１０：９０であれば、硬化後の樹脂の耐熱性が高くなるため好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物中の成分Ａと成分Ｄの合計の含有量は、エポキシ樹脂組成物１００質量部に対して、７０〜９８質量部が好ましく、８０〜９８質量部がより好ましい。エポキシ樹脂組成物中の成分Ａの含有量が、７０〜９８質量部であれば、硬化物に密な架橋構造が生成するため好ましい。
【００１５】
（硬化助剤）
本発明においては、本発明に用いる硬化剤、すなわち、成分Ｂ，又は成分Ｃの硬化活性を高めるために、本発明の趣旨を損なわない範囲で適当な硬化助剤を組み合わせることができる。成分Ｂ、又は成分Ｃと硬化助剤を組み合わせることで、より短時間でエポキシ樹脂組成物を硬化させることができる。一方、硬化助剤の添加量が多すぎると硬化後の樹脂組成物の耐熱性が低下したり、硬化後の樹脂組成物の保存安定性が悪くなったりするため少量の添加にとどめておく必要がある。
硬化助剤の例としては、３−フェニル−１，１−ジメチル尿素、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチル尿素（ＤＣＭＵ）、３−（３−クロロ−４−メチルフェニル）−１，１−ジメチル尿素、２，４−ビス（３，３−ジメチルウレイド）トルエンのような尿素誘導体や、三級アミンや、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三塩化ホウ素アミン錯体などのアミン錯体が挙げられる。
【００１６】
（その他の硬化剤）
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明の趣旨を損なわない範囲で、成分Ｂにも成分Ｃにも該当しない「その他の硬化剤」を組み合わせることができる。一般に低温における硬化性に優れる「その他の硬化剤」はエポキシ樹脂組成物とプリプレグのライフ、すなわち、プリプレグのタック性と柔軟性を保持したまま保存可能な期間を短くするため少量の添加にとどめておく必要がある。
【００１７】
（添加剤）
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、添加剤として、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーおよびエラストマーからなる群から選ばれる１種以上の樹脂を添加することができる。このような添加剤は、エポキシ樹脂組成物の粘弾性を変化させて、粘度、貯蔵弾性率およびチキソトロープ性を適正化するだけでなく、エポキシ樹脂組成物の硬化物の靭性を向上させる役割がある。添加剤として用いられる熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、及びエラストマーからなる１種以上の樹脂は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、この熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、及びエラストマーからなる１種以上の樹脂は、エポキシ樹脂成分中に溶解した状態で存在してもよく、微粒子、長繊維、短繊維、織物、不織布、メッシュ、パルプなどの形状でプリプレグの表層に配置されていても良い。このような状態で、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、及びエラストマーからなる１種以上の樹脂をプリプレグの表層に配置した場合、前記プリプレグを硬化して得られる繊維強化複合材料の層間剥離を抑制することができる。
本発明において、エポキシ樹脂組成物への前記添加剤の添加量は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂（成分Ａ、または、エポキシ樹脂組成物中に成分Ｄを含む場合には成分Ｄと成分Ａとの合計）１００質量部に対して、１〜１５質量部が好ましく、２〜１０質量部がより好ましい。添加剤の添加量が、１〜１５質量部であれば、エポキシ樹脂組成物への添加が容易であるため好ましい。本発明において、２種以上の添加剤を併用する場合、併用する添加剤の合計量が、上記範囲内となるよう調整することが好ましい。
本発明において、熱可塑性樹脂としては、主鎖に、炭素−炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、尿素結合、チオエーテル結合、スルホン結合、イミダゾール結合およびカルボニル結合からなる群から選ばれた結合を有する熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。これらのうち、例えば、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリアラミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンのようなエンジニアリングプラスチックに属する熱可塑性樹脂の一群がより好ましく用いられる。このうち、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホンなどが特に好ましく使用される。これら添加剤を用いることで、エポキシ樹脂組成物の硬化樹脂の耐熱性が向上するため好ましい。また、エポキシ樹脂組成物の硬化物の靭性向上、および硬化樹脂の耐環境性維持の観点から、これらの熱可塑性樹脂が熱硬化性樹脂との反応性の官能基を有することが好ましい。このような官能基としては、カルボキシル基、アミノ基および水酸基などが挙げられる。
【００１８】
＜エポキシ樹脂組成物の製造方法＞
本発明のエポキシ樹脂組成物は、従来公知の方法で製造することが出来る。例えば、ガラスフラスコ、ニーダー、プラネタリーミキサー、一般的な撹拌加熱釜、攪拌加圧加熱釜等を用いて製造することが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、例えば、以下の工程を有する製造方法により製造される事が好ましい。
工程（１）：エポキシ樹脂（成分Ａ、または、成分Ｄを含む場合には成分Ｄと成分Ａとの合計）、及び熱可塑性樹脂等の添加剤を溶解容器に仕込み、７０〜１５０℃で、１〜６時間加熱混合して、エポキシ樹脂主剤を得る工程。
工程（２）：前記エポキシ樹脂主剤を５０〜７０℃に冷却した後、成分Ｂ、および／または成分Ｃ、その他の硬化剤、硬化助剤を添加し、５０〜７０℃で０．５〜２時間混合して、エポキシ樹脂組成物を得る工程。
【００１９】
＜プリプレグの製造＞
本発明のエポキシ樹脂組成物は、強化繊維束に含浸させてプリプレグを製造することができる。プリプレグの製造方法は特に限定されないが、本発明のエポキシ樹脂組成物は、６０〜１００℃程度に加温して粘度低下しても短時間であれば安定しているため、溶剤を用いないホットメルト法によるプリプレグの製造に好適に用いることができる。また、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた剥離紙等の担持シートに塗布してフィルムとして、強化繊維束や強化繊維束からなるシートと合わせ、適度に加圧加温、すなわち、８０〜１２０℃に加温しニップロールに挟んで加圧することで強化繊維束に含浸させる方法、本発明のエポキシ樹脂組成物を強化繊維束や強化繊維束からなるシートに直接塗布して、同様に加圧加温することで強化繊維束に含浸させる方法も用いることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸させたプリプレグは、室温での保存安定性に優れ、また、適度なタック、すなわち、プリプレグとプリプレグまたはプリプレグと成形型表面の粘着性と剥離の容易性を有しており複雑な形状をした繊維強化複合材料に好適に用いることができる。
【００２０】
（強化繊維）
本発明のエポキシ樹脂組成物と組み合わせる強化繊維には特に制限は無く、炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、有機繊維、ボロン繊維、スチール繊維などを、トウ、クロス、チョップドファイバー、マットなどの形態で使用することができる。
これらの強化繊維のうち、炭素繊維や黒鉛繊維は比弾性率が良好、すなわち、繊維方向弾性率が２００ＧＰａ以上で、繊維強化複合材料の軽量化に大きな効果が認められるため好ましい。また、用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維または黒鉛繊維を用いることができる。
【００２１】
＜繊維強化複合材料＞
本発明のエポキシ樹脂組成物は、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好適に用いることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料の製造方法は、特に限定されないが、強化繊維からなるプリフォームにマトリックス樹脂組成物を注入含浸して硬化するＲＴＭ法（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）またはＶａＲＴＭ法（Ｖａｃｕｕｍ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）や、強化繊維束からなるシートと、本発明のエポキシ樹脂組成物からなるマトリックス樹脂のシートを重ねて真空減圧状態で加温し、前記マトリックス樹脂を強化繊維束からなるシートに含浸させて硬化するＲＦＩ法（Ｒｅｓｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｉｎｆｕｓｉｏｎ）や、強化繊維束に前記マトリックス樹脂を含浸させて得たプリプレグを用いた成形法等により製造することができる。
プリプレグを用いた成形法としては、オートクレーブ成形や、真空バグ成形や、プレス成形等のいずれの成形法も用いることができるが、本発明のエポキシ樹脂組成物の特徴を生かして生産性が高く、良質な繊維強化複合材料が得られるという観点から、プレス成型法が好ましい。プレス成型法で繊維強化複合材料を製造する場合、本発明のエポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸させたプリプレグ、または前記プリプレグを積層したプリフォームを、予め硬化温度に調整した金型に挟んで加熱加圧する工程を含むことが好ましい。
プレス成型時の金型内の温度は、１００〜１５０℃が好ましい。また、１〜１５ＭＰａの条件下で１〜２０分間硬化させることが好ましい。
【００２２】
前記条件のプレス成形法により、本発明のエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂として有する繊維強化複合材料を製造する場合、プレス成型後の繊維強化複合材料を金型から取り出す際の望ましくない変形を避けるため、硬化後の繊維複合材料のガラス転移温度、特に、貯蔵剛性率が低下し始める温度として決定されるＧ’Ｔｇが、成形時の金型の温度より高いことが好ましい。すなわち、本発明のその他の態様としては、エポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸して得られるプリプレグを、１４０℃に予熱した金型で挟んで、１ＭＰａに加圧し、５分間硬化させて得られる繊維強化複合材料のＧ’Ｔｇが１５０℃以上であることが好ましい。すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物を繊維強化束に含浸し、１４０℃に予熱した金型で挟んで、１ＭＰａに加圧し、５分間硬化させた硬化物のＧ’Ｔｇが１５０℃以上となることが好ましい。ここで、Ｇ’Ｔｇとは、硬化物の動的粘弾性測定によって得られる貯蔵剛性率（Ｇ’）の温度依存性により、後述の方法によって決定されるガラス転移温度のことを意味する。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた繊維強化複合材料の用途は特に限定されないが、航空機用構造材料をはじめとして、自動車用途、船舶用途、スポーツ用途、その他の風車やロールなどの一般産業用途に使用できる。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。【００２４】
（実施例１）
（１）エポキシ樹脂組成物の調製
成分Ａとして、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１８９ｇ／ｅｑ、三菱化学（株）製、商品名ｊＥＲ８２８）（表１中に、「Ａ−１」として表記）５０質量部、成分Ｄとして、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂（エポキシ当量３００ｇ／ｅｑ、ＤＩＣ（株）製、商品名ＥＸＡ−１５１４）（表１中に、「Ｄ−１」として表記）５０質量部、添加剤として、ポリエーテルスルホン（質量平均分子量３２，０００、ＢＡＳＦ（株）製、商品名ウルトラゾーンＥ２０２０Ｐ）（表１中に、「Ｚ−２」として表記）５部をガラスフラスコに投入し、１００℃にて加熱混合することで均一なエポキシ樹脂主剤を得た。次に、得られたエポキシ樹脂主剤を６０℃以下に冷却した後に、成分Ｂとして、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業（株）製、商品名２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ）（表１中に、「Ｂ−１」として表記）１０質量部、成分Ｃとして、ＨＸ３７２２（硬化剤成分含有量３５％、旭化成イーマテリアルズ（株）製、商品名ノバキュアＨＸ３７２２）（表１中に、「Ｃ−１」として表記）５質量部を添加し、６０℃で混合することによって均一に分散させ、エポキシ樹脂組成物を得た。【００２５】
（２）硬化樹脂板の作製
得られたエポキシ樹脂組成物を２ｍｍ厚のポリテトラフルオロエチレンのスペーサーを挟んだ２枚の４ｍｍ厚のガラス板の間に注入し、ガラス表面の温度が１４０℃となる条件で、１０分間熱風循環式恒温炉にて加熱した後に冷却して、硬化樹脂板を得た。【００２６】
（３）プリプレグの製造
（１）で得られたエポキシ樹脂組成物をコンマコーターで離型紙上に樹脂目付１３３ｇ／ｍ２で均一に塗布して樹脂層を形成した。ついで、前記樹脂層に三菱レイヨン（株）製３Ｋ平織り炭素繊維クロスＴＲ３１１０Ｍを貼り付けた後、温度８０℃、設定圧力０．４ＭＰａの条件でフュージングプレス（アサヒ繊維機械工業（株）製、ＪＲ−６００Ｓ、処理長１３４０ｍｍ、設定圧力はシリンダー圧）で加熱及び加圧してエポキシ樹脂組成物を炭素繊維に含浸させ、繊維目付が２００ｇ／ｍ２、樹脂含有率が４０質量％のプレス成形用プリプレグを作製した。【００２７】
（４）繊維強化複合材料の製造
（３）で得られたプレス成形用プリプレグを縦２９８ｍｍ×２９８ｍｍに切断し、縦糸の繊維方向が０°と９０°が交互になるように５枚積層したプリフォーム（厚さ１．１ｍｍ、層体積９７．７ｃｍ３、片面表面積８８８ｃｍ２）を用意した。
プレス成型用金型は、図１Ａ、図１Ｂに例示した金型１を用いた。金型１の下型３のプリフォームと接触する面（繊維強化複合材料の厚み部分と接触する面を除く）の表面積は９００ｃｍ２であった。
まず、金型１の上型２及び下型３を予め１４０℃に加熱し、下型３上に前記プリフォームを配置し、すぐに上型２を降ろして金型１を閉め、１０ＭＰａの圧力をかけて５分間加熱加圧して硬化させた。その後、金型１から成型物を取り出して繊維強化複合材料を得た。
金型シアエッジからの樹脂流出率は以下式により算出した。
樹脂流出率（％）＝（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１×１００
但し、  Ｗ１：硬化前のプリフォームの質量（ｇ）
Ｗ２：成形物（バリ除去後）の質量（ｇ）【００２８】
（５）耐熱性（ガラス転移温度：Ｇ’Ｔｇ）の測定
（２）で得られた樹脂板、（４）で得られた繊維強化複合材料を試験片（長さ５５ｍｍ×幅１２．５ｍｍ）に加工し、ＴＡインストルメンツ社製レオメーターＡＲＥＳ−ＲＤＡを用いて、測定周波数１Ｈｚ、昇温速度５℃／分で、ｌｏｇＧ’を温度に対してプロットし、ｌｏｇＧ’の平坦領域の近似直線と、ｌｏｇＧ’が急激に低下する領域の近似直線との交点の温度をガラス転移温度（Ｇ’Ｔｇ）として記録した。【００２９】
（６）プリプレグのライフの評価
（３）で得られたプリプレグのライフは、プリプレグを温度２３±２℃、湿度５０±５％の実験室内で３週間静置した後に、指先による触感で試験し、以下の判断基準で評価した。
Ａ：タック性、柔軟性ともに適度である為扱いやすいことを示す。
Ｂ：タックが弱い、もしくは柔軟性に欠ける為に扱いにくいことを示す。
Ｃ：タック性、柔軟性が非常に悪い為に扱いにくいことを示す。【００３０】
（実施例１〜２８、比較例１〜２５）
実施例１〜２８、および比較例１〜２５は、エポキシ樹脂組成物の組成を、表１〜４に記載の内容に変更した以外は、全て実施例１と同じ操作にて繊維強化複合材料を製造し、この繊維強化複合材料の物性測定を行った。表１〜表４中、「成分Ｂの含有量」とは、エポキシ樹脂組成物中の成分Ｂの合計量を意味する。また、「成分Ｃの含有量」とは、エポキシ樹脂組成物中の成分Ｃの合計量を意味する。成分Ｃとしてマイクロカプセルに封入されたマスターバッチ型硬化剤を用いている場合は、前記マスターバッチ型硬化剤の配合量に硬化剤成分含有量（％）を乗じて計算した値の合計量を、成分Ｃの含有量として記載した。【００３１】
表１〜表４中の略号は下記の通りである。
成分Ａ：分子内に硫黄原子を有さないエポキシ樹脂
Ａ−１：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１８９ｇ／ｅｑ、三菱化学（株）製、商品名：ｊＥＲ８２８）
Ａ−２：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量４７５ｇ／ｅｑ、三菱化学（株）製、商品名：ｊＥＲ１００１）
Ａ−３：ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂（エポキシ当量２６５ｇ／ｅｑ、ＤＩＣ（株）製、商品名：ＨＰ７２００）
Ａ−４：トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂（エポキシ当量１６９ｇ／ｅｑ、三菱化学（株）製、商品名：ｊＥＲ１０３２）
Ａ−５：ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂（エポキシ当量１２０ｇ／ｅｑ、三菱化学（株）製、商品名：ｊＥＲ６０４）
Ａ−６：液状フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７７ｇ／ｅｑ、三菱化学（株）製、商品名：ｊＥＲ１５２）
Ａ−７：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１６８ｇ／ｅｑ、三菱化学（株）製、商品名：ｊＥＲ８０７）
Ａ−８：ナフタレン骨格エポキシ樹脂（エポキシ当量１５０ｇ／ｅｑ、ＤＩＣ（株）製、商品名：ＨＰ４０３２）
Ａ−９：オキサゾリドン環を有するエポキシ樹脂（エポキシ当量１８９ｇ／ｅｑ  、旭化成イーマテリアルズ（株）製、商品名：ＡＥＲ４１５２）【００３２】
成分Ｂ：式（１）で表されるイミダゾール化合物
Ｂ−１：２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業（株）製、商品名：２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ）
Ｂ−２：２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業（株）製、商品名：２ＰＨＺ−ＰＷ）【００３３】
成分Ｃ：式（２）で表されるイミダゾール化合物
マイクロカプセルに封入された成分Ｃを含む以下のマスターバッチ型硬化剤を用いた。
Ｃ−１：ＨＸ３７２２（硬化剤成分含有量３５％、旭化成イーマテリアルズ（株）製、商品名：ノバキュアＨＸ３７２２）
Ｃ−２：ＨＸ３７４８（硬化剤成分含有量３５％、旭化成イーマテリアルズ（株）製、商品名：ノバキュアＨＸ３７４８）【００３４】
成分Ｄ：分子内に少なくともとも一つの硫黄原子を有するエポキシ樹脂
Ｄ−１：ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂（エポキシ当量３００ｇ／ｅｑ、ＤＩＣ（株）製、商品名：ＥＸＡ−１５１４）
Ｄ−２：Ａ−１と４，４’−ジアミノジフェニルスルフォンとの反応物：
Ａ−１と４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン（和歌山精化工業（株）製、商品名：セイカキュアーＳ）とをＡ−１／４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン＝１００／９の質量比で室温にて混合した後に１５０℃にて混合加熱して得た反応物であって、エポキシ樹脂と分子内に少なくとも一つの硫黄原子を有するアミン化合物との反応生成物を主成分とする混合物（エポキシ当量２６６ｇ／ｅｑ）【００３５】
硬化助剤（Ｘ）：
Ｘ−１：３−フェニル−１，１−ジメチルウレア（ピイ・ティ・アイ・ジャパン（株）製、商品名：オミキュア９４）
Ｘ−２：１，１’−（４−メチル−１，３−フェニレン）ビス（３，３−ジメチルウレア）（ピイ・ティ・アイ・ジャパン（株）製、商品名：オミキュア２４）
Ｘ−３：４，４’−メチレンビス（フェニルジメチルウレア）（ピイ・ティ・アイ・ジャパン（株）製、商品名：オミキュア５２）【００３６】
その他の硬化剤（Ｙ）：
Ｙ−１：２，４−ジアミノ−６−［２’−ウンデシルイミダゾリル−（１’）］―エチル−ｓ−トリアジン（四国化成工業（株）製、商品名：Ｃ１１Ｚ−Ａ）
Ｙ−２：２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン  イソシアヌル酸付加物（四国化成工業（株）製、商品名：２ＭＡ−ＯＫ）
Ｙ−３：ジシアンジアミド（三菱化学（株）製、商品名：ＤＩＣＹ１５）
Ｙ−４：２−メチルイミダゾール（四国化成工業（株）製、商品名：２ＭＺ−Ｈ）
Ｙ−５：１，２−ジメチルイミダゾール（四国化成工業（株）製、商品名：１，２ＤＭＺ）
Ｙ−６：２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１’）］−エチル−ｓ−トリアジン（四国化成工業（株）製、商品名：２ＭＺ−Ａ）
Ｙ−７：Ｎ−ベンジル−２−メチルイミダゾール（東京化成工業（株）製）
Ｙ−８：１−（２−ヒドロキシエチル）−２−メチルイミダゾール（日本合成化学工業（株）製）
Ｙ−９：イソフタル酸ジヒドラジド（大塚化学（株）製、商品名：ＩＤＨ−Ｓ）【００３７】
添加剤として用いる熱可塑性樹脂（Ｚ）：
Ｚ−１：フェノキシ樹脂（新日鐵化学（株）製、商品名フェノトートＹＰ−５０Ｓ、質量平均分子量５０，０００〜７０，０００）
Ｚ−２：ポリエーテルスルホン（ＢＡＳＦ（株）製、商品名ウルトラゾーンＥ２０２０Ｐ、質量平均分子量３２，０００）【００３８】
３Ｋ平織り炭素繊維クロス：三菱レイヨン（株）製、商品名ＴＲ３１１０Ｍ【００３９】
【表１】
2013081060.tif 000015
【表２】
2013081060.tif 000016
【表３】
2013081060.tif 000017
【表４】
2013081060.tif 000018
【００４０】
表１〜４からわかるように、実施例１〜１６でそれぞれ得られたプリプレグは保存安定性に優れていた。また、これら実施例１〜１６は高いＧ’Ｔｇを示し、このことからも、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて製造した繊維強化複合材料は、高い耐熱性を有する事が分かった。
一方、硬化後の繊維強化複合材料のＧ’Ｔｇが低い比較例１では、脱型時の成形品の剛性が低いため、脱型操作中に成型品が変形した。従って、比較例１では、良好な成型品を得るために成型品の脱型前に冷却しなければならず、ハイサイクルで繊維強化複合材料の成型を行うことは困難であった。
また、成分Ｃと成分Ｄのいずれも含んでいない比較例１、１２、及び１８〜２０では耐熱性（Ｇ’Ｔｇ）が低く、また比較例１、２では、加熱加圧硬化時に過剰量の樹脂が流出した。また、成分Ｂを含んでない比較例４〜１１、２１〜２５では、耐熱性が低かった。更に、成分Ｃも含まない比較例７、８では、加熱加圧硬化時に過剰量の樹脂が流動した。比較例３、１３〜１７では、その他の硬化剤、硬化助剤の添加量が多いため、プリプレグの保存安定性が低かった。
一方、実施例２７、２８と比べて、実施例２６、及び１７は耐熱性が高く、このうち、実施例１７の耐熱性が最も高かった。また比較例２４と比べて、実施例１８はより耐熱性が高くなることが分かった。このことから、エポキシ樹脂組成物中の成分Ｂの添加量は、エポキシ樹脂１００質量部（成分Ｄを含む場合は、成分Ｄと成分Ａとの合計量１００質量部）に対して２〜４０質量部であることが好ましいことが分かる。
実施例１４と比べ実施例６は樹脂流出量が０．９％と少なく好ましく、実施例３は樹脂流出量が０．８％と更に少なく好ましかった。また実施例１４と比べ実施例８は樹脂流出量が１．２％と少なく好ましかった。これらの実験結果から、成分Ｃの含有量は、エポキシ樹脂１００質量部（成分Ｄを含む場合は、成分Ｄと成分Ａとの合計量１００質量部）に対して、１〜６質量部であることが好ましいことが分かった。
実施例２５と比べ実施例２３は耐熱性が高く好ましく、実施例１７は耐熱性がより高く好ましかった。また実施例２０に比べ実施例１２は耐熱性が好ましかった。これらの実験結果から、成分Ｄの添加量は、成分Ａ：成分Ｄの質量比で、９５：５〜１０：９０であることが好ましいことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、加熱加圧硬化時における樹脂の過剰の流動を抑制することができるため、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  金型
２  上型
３  下型
４  雌型シアエッジ部
５  雄型シアエッジ部
６  成形材料
【図１Ａ】
2013081060.tif 000025
【図１Ｂ】
2013081060.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月24日(2014.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分Ａ、成分Ｂおよび成分Ｃを含むことを特徴とする、エポキシ樹脂組成物。
成分Ａ：分子内に硫黄原子を有さないエポキシ樹脂
成分Ｂ：下記式（１）で表されるイミダゾール化合物
成分Ｃ：下記式（２）で表されるイミダゾール化合物
【化１】
2013081060.tif 000027
（式中、Ｒ１は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基、ヒドロキシメチル基を表し、Ｒ２は炭素数１〜５の直鎖又は分岐鎖のアルキル基又は水素原子を表す。）
【化２】
2013081060.tif 000028
（式中、Ｒ３は炭素原子を１個以上含む有機基を表し、Ｒ４〜Ｒ６は水素原子又はメチル基又はエチル基を表す。）
【請求項２】
前記成分Ｃがマイクロカプセル封入されたイミダゾール化合物である、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記エポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸してプリプレグとし、該プリプレグを１４０℃に予熱した金型で挟んで、１ＭＰａに加圧し、５分間保持して得られた該プリプレグの硬化物のＧ’Ｔｇが、１５０℃以上となる、請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を強化繊維束に含浸させたプリプレグ。
【請求項５】
請求項４に記載のプリプレグを硬化させて得られる繊維強化複合材料。
【請求項６】
請求項４に記載のプリプレグを金型内で、１００〜１５０℃、１〜１５ＭＰａの条件下で１〜２０分間保持する工程を有する、繊維強化複合材料の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
（４）繊維強化複合材料の製造
（３）で得られたプレス成形用プリプレグを縦２９８ｍｍ×２９８ｍｍに切断し、縦糸の繊維方向が０°と９０°が交互になるように５枚積層したプリフォーム（厚さ１．１ｍｍ、層体積９７．７ｃｍ３、片面表面積８８８ｃｍ２）を用意した。
プレス成型用金型は、図１Ａ、図１Ｂに例示した金型１を用いた。金型１の下型３のプリフォームと接触する面（繊維強化複合材料の厚み部分と接触する面を除く）の表面積は９００ｃｍ２であった。
まず、金型１の上型２及び下型３を予め１４０℃に加熱し、下型３上に前記プリフォームを配置し、すぐに上型２を降ろして金型１を閉め、１ＭＰａの圧力をかけて５分間加熱加圧して硬化させた。その後、金型１から成型物を取り出して繊維強化複合材料を得た。
金型シアエッジからの樹脂流出率は以下式により算出した。
樹脂流出率（％）＝（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１×１００
但し、  Ｗ１：硬化前のプリフォームの質量（ｇ）
Ｗ２：成形物（バリ除去後）の質量（ｇ）
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
（実施例１〜１０、参考例１〜１８、比較例１〜２５）
実施例１〜１０、参考例１〜１８、および比較例１〜２５は、エポキシ樹脂組成物の組成を、表１〜４に記載の内容に変更した以外は、全て実施例１と同じ操作にて繊維強化複合材料を製造し、この繊維強化複合材料の物性測定を行った。表１〜表４中、「成分Ｂの含有量」とは、エポキシ樹脂組成物中の成分Ｂの合計量を意味する。また、「成分Ｃの含有量」とは、エポキシ樹脂組成物中の成分Ｃの合計量を意味する。成分Ｃとしてマイクロカプセルに封入されたマスターバッチ型硬化剤を用いている場合は、前記マスターバッチ型硬化剤の配合量に硬化剤成分含有量（％）を乗じて計算した値の合計量を、成分Ｃの含有量として記載した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
【表１】
2013081060.tif 000029
【表２】
2013081060.tif 000030
【表３】
2013081060.tif 000031
【表４】
2013081060.tif 000032
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
表１〜４からわかるように、実施例１〜１０、参考例１〜６でそれぞれ得られたプリプレグは保存安定性に優れていた。また、これら実施例１〜１０、参考例１〜６は高いＧ’Ｔｇを示し、このことからも、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて製造した繊維強化複合材料は、高い耐熱性を有する事が分かった。
一方、硬化後の繊維強化複合材料のＧ’Ｔｇが低い比較例１では、脱型時の成形品の剛性が低いため、脱型操作中に成型品が変形した。従って、比較例１では、良好な成型品を得るために成型品の脱型前に冷却しなければならず、ハイサイクルで繊維強化複合材料の成型を行うことは困難であった。
また、成分Ｃと成分Ｄのいずれも含んでいない比較例１、１２、及び１８〜２０では耐熱性（Ｇ’Ｔｇ）が低く、また比較例１、２では、加熱加圧硬化時に過剰量の樹脂が流出した。また、成分Ｂを含んでない比較例４〜１１、２１〜２５では、耐熱性が低かった。更に、成分Ｃも含まない比較例７、８では、加熱加圧硬化時に過剰量の樹脂が流動した。比較例３、１３〜１７では、その他の硬化剤、硬化助剤の添加量が多いため、プリプレグの保存安定性が低かった。
一方、参考例１７、１８と比べて、参考例１６、及び７は耐熱性が高く、このうち、参考例７の耐熱性が最も高かった。また比較例２４と比べて、参考例８はより耐熱性が高くなることが分かった。このことから、エポキシ樹脂組成物中の成分Ｂの添加量は、エポキシ樹脂１００質量部（成分Ｄを含む場合は、成分Ｄと成分Ａとの合計量１００質量部）に対して２〜４０質量部であることが好ましいことが分かる。
参考例５と比べ実施例６は樹脂流出量が０．９％と少なく好ましく、実施例３は樹脂流出量が０．８％と更に少なく好ましかった。また参考例５と比べ実施例８は樹脂流出量が１．２％と少なく好ましかった。これらの実験結果から、成分Ｃの含有量は、エポキシ樹脂１００質量部（成分Ｄを含む場合は、成分Ｄと成分Ａとの合計量１００質量部）に対して、１〜６質量部であることが好ましいことが分かった。
参考例１５と比べ参考例１３は耐熱性が高く好ましく、参考例７は耐熱性がより高く好ましかった。また参考例１０に比べ参考例３は耐熱性が好ましかった。これらの実験結果から、成分Ｄの添加量は、成分Ａ：成分Ｄの質量比で、９５：５〜１０：９０であることが好ましいことが分かった。
【国際調査報告】
2013081060.tif 000033
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