(57)【要約】  エポキシ樹脂組成物であって、オキサゾリドンを含有する第１のエポキシ樹脂成分と、第２のエポキシ樹脂成分と、ジシアンジアミド粒子を含む潜在硬化剤であって、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有する潜在硬化剤と、エポキシ可溶性潜在触媒と、を有する、エポキシ樹脂組成物を提供する。エポキシ成分と、ジシアンジアミド粒子を有する潜在硬化剤であって、ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、潜在硬化剤と、エポキシ可溶性潜在触媒との組み合わせは、プリプレグを形成するための繊維性材料への樹脂のより均一な注入を提供するエポキシ樹脂組成物を提供する。結果として、エポキシ樹脂組成物のより速い硬化が得られ、これは、次に成形物品及び部品を調製するための成形サイクル時間を低減させる。【選択図】図１
2018532014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂組成物であって、
オキサゾリドンを含有する第１のエポキシ樹脂成分と、
第２のエポキシ樹脂成分と、
ジシアンジアミド粒子であって、前記ジシアンジアミド粒子の９８％が１０ミクロン未満の直径を有し、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有するジシアンジアミド粒子と、
エポキシ可溶性潜在触媒と、を含む、エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記第２のエポキシ樹脂成分は、液状エポキシ樹脂と、エポキシノボラック樹脂と、を含む、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中の全エポキシ樹脂成分の総重量に基づいて、前記第１のエポキシ樹脂成分の量は１９〜５４重量％であり、前記液状エポキシ樹脂の量は１１〜３８重量％であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は１７〜６１重量％である、請求項２に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記潜在触媒は、トルエンビス−ジメチル尿素である、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記第２のエポキシ樹脂成分は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂とのブレンドを含む、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
前記エポキシ樹脂組成物は、５〜１５℃の未硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，０）、及び１５０〜１６０℃の硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，ｃ）を有する、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項７】
前記エポキシ樹脂組成物は、０．１０〜０．２０である理論架橋指数（Ｘ）を有する、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項８】
前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％は、２ミクロン未満の粒子径を有する、請求項１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中の前記潜在触媒の量は、エポキシ樹脂１００部当たり１〜７部のレベルで存在し、前記潜在硬化剤は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ成分の総量に対して、０．５〜３のエポキシ／硬化剤当量比に相当する量で存在する、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１０】
請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物を含む、プリプレグ。
【請求項１１】
エポキシ樹脂組成物であって、
ａ）全エポキシ成分の総重量に基づいて１０〜６５重量％の量で存在するオキサゾリドンを含有する第１のエポキシ成分と、
ｂ）全エポキシ成分の総重量に基づいて３５〜９０重量％の量で存在する第２のエポキシ成分と、
ｃ）ジシアンジアミド粒子を含む潜在硬化剤であって、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、潜在硬化剤と、
ｄ）前記エポキシ樹脂成分に可溶な潜在触媒と、を含み、
前記エポキシ樹脂組成物は、０〜２０℃であるＴｇ，０、１４０〜１６５℃であるＴｇ，ｃ、及び０．１０〜０．２０である理論架橋指数Ｘを有する、エポキシ樹脂組成物。
【請求項１２】
前記潜在触媒は、トルエンビス−ジメチル尿素である、請求項１１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１３】
前記第２のエポキシ樹脂成分は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む、請求項１０に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１４】
前記エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、前記ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルの量は１１〜３８重量％であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は１７〜６１重量％である、請求項１３に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１５】
前記エポキシ樹脂は、５〜１０℃であるＴｇ，０、及び１５０〜１６０℃であるＴｇ，ｃを有する、請求項１１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１６】
エポキシ樹脂組成物を注入した繊維性材料を含むプリプレグであって、
前記エポキシ樹脂組成物は、
オキサゾリドンを含有する第１のエポキシ樹脂成分と、
ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂とのブレンドを含む第２のエポキシ樹脂成分と、
ジシアンジアミド粒子であって、前記ジシアンジアミド粒子の９８％が１０ミクロン未満の直径を有し、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有する、ジシアンジアミド粒子と、
エポキシ可溶性潜在触媒と、を含み、
前記エポキシ樹脂組成物は、５〜１５℃であるＴｇ，０、１４０〜１６５℃であるＴｇ，ｃ、及び０．１０〜０．２０である理論架橋指数Ｘを有する、プリプレグ。
【請求項１７】
前記エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、前記第１のエポキシ樹脂成分の量は１０〜６５重量％であり、前記ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルの量は１１〜３８重量％であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は１７〜６１重量％である、請求項１６に記載のプリプレグ。
【請求項１８】
前記繊維性材料は、炭素繊維を含む、請求項１６に記載のプリプレグ。
【請求項１９】
前記繊維性材料は、ノンクリンプトファブリック（ｎｏｎ−ｃｒｉｍｐｅｄ  ｆａｂｒｉｃ）の複数の積み重ねられた層を含む、請求項１８に記載のプリプレグ。
【請求項２０】
前記プリプレグは、前記プリプレグのガラス転移温度（Ｔｇ，ｐ）が１２〜２５℃になるように部分硬化されている、請求項１６に記載のプリプレグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、速硬化性エポキシ配合物に関し、特に、繊維強化複合材料の調製に使用され得るエポキシ配合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料は、相対的に軽量で高強度のため、幅広い用途にますます使用されている。そのような用途の１つの例は、車両重量を低減することによって燃料効率を改善する要望が存在する自動車産業である。繊維強化複合構造体は、鋼鉄及びアルミニウムに匹敵する機械的特性を保持しながら、金属合金を含む対応する構造体よりも低密度を有する材料を提供する。
【０００３】
一般に、繊維強化複合材料は、炭素繊維のような繊維で強化された樹脂マトリックスを含む。繊維強化複合材料は、典型的には、繊維を含む布またはトウに樹脂を含浸させて、いわゆるプリプレグを形成するプロセスで調製される。プリプレグという用語は、樹脂が含浸され、未硬化または部分硬化状態にある繊維を含む強化複合材料を説明するために一般的に使用される。次いで、プリプレグを、樹脂を硬化させるのに十分な条件に付すことによって、プリプレグを最終または半成形部品に成形することができる。典型的には、硬化は、樹脂を硬化させるのに十分な温度及び十分な時間、鋳型内でプリプレグを加熱することによって行われる。エポキシ樹脂は、繊維強化複合材料の製造に一般に使用されている。
【０００４】
自動車産業の需要は、成形部品の調製が自動車工場で典型的に見られる速度及び自動化で完了することを必要としている。結果として、成形部品を調製する際に使用するためのエポキシ配合物は、比較的速い硬化速度を有しなければならず、かつ自動化システムで処理することができなければならない。しかしながら、今日入手可能な多くの市販のエポキシ配合物は、大量処理及び自動化システムには好適ではない。
【０００５】
したがって、高スルー製造プロセスで使用することができる迅速な硬化速度を有する改善されたエポキシ配合物に対する必要性が依然として存在する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、高速自動化製造システムに関連する需要を満たす繊維強化複合材料の調製に特に有用なエポキシ樹脂組成物に関する。特に、本発明の実施形態は、自動車産業に一般に関連するもののような、大量の自動化された製造システムに使用されるエポキシ樹脂組成物が、比較的速い硬化速度、低い〜無視できる程度の粘着性、低い粘度、及び高い硬化ガラス転移温度（Ｔｇ）を有する必要がある、という本発明者らによる認識に基づいている。これら及びさらなる利点は、本発明の実施形態によるエポキシ樹脂組成物によって提供され得る。
【０００７】
上述した所望の特性に加えて、自動車産業などの特定の産業で使用するための繊維強化複合材料は、鋼鉄及びアルミニウムと同様の機械的特性を有していなければならない。より具体的には、本発明者らは、硬化後に高いＴｇ及び靭性を有する繊維強化複合材料が、自動車産業で使用される物品及び部品の製造において特に有用であることを発見した。好ましい実施形態において、本発明は、硬化後に改善された靭性を示すエポキシ樹脂組成物を提供する。以下により詳細に述べられるように、硬化後の架橋度がより低いエポキシ配合物は、一般に、所与のＴｇにおいてより高い靱性を有する。
【０００８】
一実施形態では、本発明は、オキサゾリドンを含有する第１のエポキシ樹脂成分と、第２のエポキシ樹脂成分と、ジシアンジアミド粒子を含む潜在硬化剤であって、９８％のジシアンジアミド粒子が１０ミクロン未満の直径を有し、少なくとも３５％のジシアンジアミド粒子が２ミクロン未満の粒子径を有する粒子分布を有する、潜在硬化剤と、エポキシ可溶性潜在触媒と、を含む、エポキシ樹脂組成物を提供する。
【０００９】
以下に説明するように、本発明者らは、エポキシ成分と、ジシアンジアミド粒子を含む潜在硬化剤であって、ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、潜在硬化剤と、エポキシ可溶性潜在触媒と、の組み合わせが、プリプレグを形成するための繊維性材料への樹脂のより均一な注入を提供するエポキシ樹脂組成物を提供するということを見出した。結果として、エポキシ樹脂組成物のより速い硬化が得られ、これは、次に成形物品及び部品を調製するための成形サイクル時間を低減させる。
【００１０】
一実施形態では、第２のエポキシ樹脂成分は、液状エポキシ樹脂及びエポキシノボラック樹脂を含む。好ましくは、第２のエポキシ成分中の液状エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルを含む。
【００１１】
さらなる実施形態では、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分の総重量に基づいて、第１のエポキシ樹脂成分の量は１９〜５４重量％であり、液状エポキシ樹脂の量は１１〜３８重量％であり、エポキシノボラック樹脂の量は１７〜６１重量％である。
【００１２】
好ましくは、潜在触媒はトルエンビス−ジメチル尿素である。エポキシ樹脂組成物中の潜在触媒の量は、エポキシ樹脂１００部当たり１〜７部のレベルで存在してもよく、潜在硬化剤は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ成分総量に対して、０．５〜３のエポキシ／硬化剤当量比に相当する量で存在してよい。
【００１３】
一実施形態では、エポキシ樹脂組成物は、５〜１５℃の未硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，０）、及び１５０〜１６０℃の硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，ｃ）を有する。
【００１４】
本発明の実施形態はまた、樹脂の理論架橋指数（Ｘ）によって特徴付けられる改善された靭性を有する成形部品を提供することができる。一実施形態では、樹脂の理論架橋指数（Ｘ）は、０．１０〜０．２０であり得る。
【００１５】
一実施形態では、エポキシ樹脂組成物は、
ａ）全エポキシ成分の総重量に基づいて１０〜６５重量％の量で存在するオキサゾリドンを含有する第１のエポキシ成分と、
ｂ）全エポキシ成分の総重量に基づいて３５〜９０重量％の量で存在する第２のエポキシ成分と、
ｃ）ジシアンジアミド粒子を含む潜在硬化剤であって、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、潜在硬化剤と、
ｄ）トルエンビス−ジメチル尿素のようなエポキシ樹脂成分に可溶な潜在触媒と、を含み、
前記エポキシ樹脂組成物は、０〜２０℃であるＴｇ，０、１４０〜１６５℃であるＴｇ，ｃ、及び０．１０〜０．２０である理論架橋指数Ｘを有する。
【００１６】
本発明の実施形態はまた、本発明によるエポキシ樹脂組成物を含むプリプレグに関する。例えば、本発明の実施形態は、エポキシ樹脂組成物を注入した繊維性材料を含むプリプレグであって、このエポキシ樹脂組成物は、
オキサゾリドンを含有する第１のエポキシ樹脂成分と、
ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂とのブレンドを含む第２のエポキシ樹脂成分と、
ジシアンジアミド粒子であって、前記ジシアンジアミド粒子の９８％が１０ミクロン未満の直径を有し、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有するジシアンジアミド粒子と、
エポキシ可溶性潜在触媒と、を含み、
このエポキシ樹脂組成物は、５〜１５℃であるＴｇ，０、１４０〜１６５℃であるＴｇ，ｃ、及び０．１０〜０．２０である理論架橋指数Ｘを有する、プリプレグを対象とする。
【００１７】
一実施形態では、プリプレグは、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、第１のエポキシ樹脂成分の量は１０〜６５重量％であり、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルの量は１１〜３８重量％であり、エポキシノボラック樹脂の量は１７〜６１重量％である。
【００１８】
広範囲の材料を繊維性材料に使用することができる。例えば、繊維性材料は炭素繊維を含むことができる。好ましくは、繊維性材料は、ノンクリンプトファブリック（ｎｏｎ−ｃｒｉｍｐｅｄ  ｆａｂｒｉｃ）の複数の積み重ねられた層を含む。
【００１９】
一実施形態では、プリプレグプロセス中またはプリプレグの形成後に、エポキシ樹脂組成物の部分硬化をもたらす条件にエポキシ樹脂組成物を曝露する。その結果、プリプレグ（Ｔｇ，ｐ）のガラス転移温度は、例えば１２〜２５℃上昇し、低粘着性のプリプレグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エネルギー分散分光法（ＥＤＳ）元素マッピングを用いた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で得られた後方散乱電子像である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで本発明は、本発明のすべてではないが、いくつかの実施形態を示す添付の図面を参照して、以下においてさらに十分に記載される。実際、これらの発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。
【００２２】
本発明者らは、第１エポキシ成分としてオキサゾリドンを含有する固体エポキシ樹脂と、第２エポキシ成分と、可溶性潜在触媒と、潜在硬化剤であって、硬化剤の総重量に基づいて粒子の少なくとも３５重量％が２ミクロン未満の平均粒子径を有する潜在硬化剤と、を含む、エポキシ樹脂組成物は、比較的速い硬化速度、低い〜無視できる程度の粘着性を有するエポキシ配合物、及び高いＴｇを有する最終硬化繊維強化複合材料を提供することを、見出した。
【００２３】
一実施形態では、本発明は、オキサゾリドンを含有する第１のエポキシ樹脂成分と、第２のエポキシ樹脂成分と、粒子の少なくとも３５％が３５ミクロン未満の直径を有する粒子分布を有するジシアンジアミドのような潜在硬化剤と、エポキシ樹脂組成物に可溶な潜在触媒と、を含む、エポキシ樹脂組成物を提供する。
【００２４】
第１のエポキシ樹脂成分は、オキサゾリドンを含有する固体エポキシ樹脂を含む。好ましくは、第１のエポキシ樹脂成分はエポキシ末端ポリオキサゾリドン樹脂を含む。エポキシ末端ポリオキサゾリドン樹脂は、ポリエポキシド化合物とポリイソシアネート化合物とを反応させることにより形成される反応生成物である。そのようなオキサゾリドンの代表的な化学構造を以下の式Ｉに示す：
【００２５】
【化１】
2018532014.tif 000003
【００２６】
本発明において有用なポリエポキシド化合物は、好適には、２つ以上の１，２−エポキシ基を有する化合物である。一般に、ポリエポキシド化合物は、２つ以上の１，２−エポキシ基を有する飽和または不飽和の脂肪族、脂環式、芳香族または複素環式化合物である。ポリエポキシド化合物は、低級アルキル及びハロゲンのようなイソシアネート基と反応しない１つ以上の置換基で置換することができる。そのようなポリエポキシド化合物は当該技術分野において周知である。
【００２７】
本発明の実施に有用な実例となるポリエポキシド化合物はまた、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋにより１９６７年に刊行されたＨ．Ｅ．Ｌｅｅ及びＫ．ＮｅｖｉｌｌｅによるＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｅｐｏｘｙ  Ｒｅｓｉｎｓ及び米国特許第４，０６６，６２８号に記載され、両者とも参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００２８】
本発明に使用することができる特に有用なポリエポキシド化合物は、以下の一般式を有するポリエポキシドである
【００２９】
【化２】
2018532014.tif 000004
【００３０】
（式中、Ｒは、置換または非置換芳香族、脂肪族、脂環式または複素環式多価基であり、ｎは約１より大きく〜約５未満の平均値を有する）。好ましいジエポキシドは、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−フェニル）プロパン（一般にはビスフェノールＡと称される）のジグリシジルエーテル及び２，２−ビス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン（一般にはテトラブロモビスフェノールＡと称される）のジグリシジルエーテルならびにそれらの混合物が含まれる。
【００３１】
本発明で有用なポリイソシアネート化合物は、以下の一般式：（Ｏ＝Ｃ＝Ｎ）ｍ−Ｒ’（式中、Ｒ’は置換または非置換脂肪族、芳香族または複素環式多価基であり、ｍは、約１より大きく〜約５未満、好ましくは約１．５〜約４、より好ましくは約２〜約３の平均値を有する。）で表される。好適なポリイソシアネートの例には、４，４’−メチレンビス（フェニルイソシアネート）（ＭＤＩ）及びその異性体、ＭＤＩのより高い官能性同族体「ポリメリックＭＤＩ」と一般に称される）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）の同族体例えば２，４−トルエンジイソシアネート及び２，６−トルエンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、及びイソホロンジイソシアネート、またはそれらの任意の混合物が含まれる。他の好適なポリイソシアネート化合物は、米国特許第３，３１３，７４７号、同第４，０６６，６２８号及び同第４，７４２，１４６号に記載され、これらは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００３２】
好ましいポリイソシアネート化合物は、４，４’−メチレンビス（フェニルイソシアネート）（ＭＤＩ）及びその異性体、ポリメリックＭＤＩ及びトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）である。最も好ましいポリイソシアネート化合物は、４，４’−メチレンビス（フェニルイソシアネート）、その異性体及びポリメリックＭＤＩである。
【００３３】
ポリエポキシド化合物とポリイソシアネート化合物との反応を促進するために、本発明では好適な触媒が使用される。好適な触媒の例には、カルボン酸亜鉛、有機亜鉛キレート化合物、トリアルキルアルミニウム、第４級ホスホニウム及びアンモニウム塩、第３級アミン及びイミダゾール化合物が含まれる。好ましい触媒は、イミダゾール化合物である。特に好ましい触媒は、２−フェニルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、１−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール及び４，４’−メチレン−ビス（２−エチル−５−メチルイミダゾール）である。触媒は、一般に、使用されるポリエポキシド化合物及びポリイソシアネート化合物の合計重量に基づいて、約０．０１〜約２重量％、好ましくは約０．０２〜約１重量％、最も好ましくは約０．０２〜約０．１重量％の量で使用される。
【００３４】
オキサゾリドンを含有する好適なエポキシ樹脂の例は、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＤ．Ｅ．Ｒ．（商標）６５０８またはＤ．Ｅ．Ｒ．（商標）６５１０の商品名で入手可能である。
【００３５】
本発明のエポキシ樹脂組成物中のエポキシ末端ポリオキサゾリドンの使用は、硬化した組成物及び硬化した複合材料の高いＴｇ値を依然として維持したまま、エポキシ樹脂組成物及びプリプレグのような得られる複合材料前駆物質の粘着性を減少させるのに役立つ。低い〜無視できる程度の粘着性は、自動車産業において典型的に使用されるような自動化製造プロセスで使用される繊維強化複合材料を調製するための望ましい特性である。この理由はいくつかある。第１に、多くの状況において、プリプレグから調製される物品の最終的な成形及び組み立てが行われる場所または設備から離れた場所でプリプレグ（例えば、未硬化の複合材料前駆物質）を調製することが望ましい場合がある。そのような場合、プリプレグのシートは、エポキシ樹脂組成物を繊維性材料、例えば強化用繊維から形成されたトウまたはファブリックに注入することによって調製することができ、その後、将来の使用のために包装し、貯蔵し、または出荷し得るプリプレグを形成することができる。この要件を満たすためには、エポキシ樹脂組成物から調製されたプリプレグは、このプリプレグが容易に取り扱われ、自己粘着することなく包装を解けるように低い粘着性を有することが重要である。第２に、プリプレグを物品または部品に成形するプロセス中に、エポキシ樹脂組成物が自動化装置及び金型に付着するのを防止するのに役立つ、低い〜無視できる程度の粘着性も重要である。粘着性が低いと、テーブル、グリッパ、装置または他の材料に粘着せずに、プリプレグを切断し、ピックアップして配置し、積み重ねることができる。取扱中のプリプレグの自己粘着の回避はまた、自動レイアップ中にプリプレグ層の配置を調整することができるので有益であり得る。
【００３６】
一般に、粘着性は、組成物中の樹脂の組み合わせの、Ｔｇと分子量との関数である。したがって、周囲温度での粘着性を減少させるためには、組成物中の周囲温度よりも高いＴｇを有する成分樹脂のいくらかの割合を包含することが望ましい。樹脂の分子量が高いほど、粘着性、特に２つの表面が互いに粘着する割合をさらに低下させることができる。固体エポキシ樹脂は、周囲室温より高いＴｇを有し、液状エポキシ樹脂のものより高い分子量を有する。したがって、組成物中にいくらかの割合の固体エポキシ樹脂を含有させることは、粘着性を低減するために望ましい。
【００３７】
低い粘着性を有するエポキシ配合物は、典型的には周囲室温より高いＴｇと関連する。しかしながら、そのようなＴｇは、プリプレグ形成の間に繊維マトリックスに十分に注入されないことがある。一般に、優れた注入をもたらすエポキシ樹脂組成物は、所望の低粘着性を提供するには低すぎる未硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，０）を有する傾向がある。同様に、十分に低い粘着性を与えるエポキシ樹脂組成物は、必要な繊維注入を提供するには高すぎるＴｇ，０を有する傾向がある。
【００３８】
本発明の実施形態では、エポキシ樹脂組成物は、プリプレグ化プロセス中に所望の注入割合を提供するのに十分低いＴｇ，０を有するように配合される。エポキシ樹脂組成物の繊維マトリックスへの注入は、プリプレグ中の空隙の存在を防止または低減するために特に重要である。
【００３９】
注入後に粘着性を減少させるのを助けるために、プリプレグは次にエポキシ樹脂組成物の部分的硬化をもたらす条件に供されてもよい。例えば、注入されたプリプレグは、エポキシ樹脂組成物の部分反応を引き起こす条件に供されてもよい。これは、次に、プリプレグ（Ｔｇ，ｐ）のガラス転移温度を上昇させ、それにより、さらなる加工のために十分に低い粘着性を有するプリプレグを製造する。エポキシ樹脂組成物の初期Ｔｇ，０から高Ｔｇ，ｐまでのＴｇの上昇は、プレプレグ化プロセス自体の間に行うことが好ましいが、プリプレグ化後の別個のプロセスで同等の効果が得られるように実施することもできる。
【００４０】
所望の反応度を達成するのに十分な時間、エポキシ樹脂組成物を高温に曝露することによって、Ｔｇ，０からＴｇ，ｐへの上昇を達成することができる。適切な時間及び温度は、順次、潜在硬化剤レベル、潜在触媒レベル、及びエポキシ樹脂成分の種類及び量のような変数に依存する樹脂組成物の所望の上昇の程度及び硬化速度に依存する。例えば、ジシアンジアミド硬化エポキシ樹脂組成物の場合、約１％の反応は約１．１℃のＴｇ，０の上昇に相当する。
【００４１】
上述のように、所与の上昇の程度に必要な時間及び温度は、特定の樹脂組成に依存するが、以下の時間／温度の組み合わせは、Ｔｇ０を５℃上昇させるのに必要なものをほぼ示している。１０７℃で４８０秒、１１６℃で２４０秒、１２５℃で１２０秒、１３４℃で６０秒プリプレグを加熱。そのような追加の加熱ステップ（本明細書では、上昇と称する）は、プリプレグ化プロセス自体の一部として容易に達成され得る。制御された上昇に好適なプリプレグ化後の別個のプロセスには、プリプレグがスプールされず、熱に曝露され、再スプールされるロールツーロールプロセス、ならびに温度制御された室内に所定時間プリプレグのロールを保管するなどのバッチプロセスが挙げられる。
【００４２】
好ましくは、プリプレグ化中の所望の注入を達成するために、出発エポキシ樹脂組成物は、５℃〜１０℃のＴｇ，０を有する。一般に、本発明の実施形態によるエポキシ樹脂組成物は、２０℃未満の未硬化Ｔｇを有する。好ましくは、エポキシ樹脂組成物は、０〜２０℃、より好ましくは５〜１５℃、さらにより好ましくは５〜１０℃の未硬化Ｔｇを有する。エポキシ樹脂組成物のガラス転移温度は、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｑ２０００示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定することができる。
【００４３】
プリプレグを製造した後、プリプレグを反応条件に曝露して、エポキシ樹脂組成物の部分反応を誘導することができる。好ましくは、プリプレグのエポキシ樹脂組成物は、１０〜３０℃、好ましくは１２〜２５℃、より好ましくは１２〜２０℃のＴｇ，ｐを有する。Ｔｇ，ｐ−Ｔｇ，０として定義される上昇の程度は、好ましくは２０℃以下、より好ましくは１５℃以下、さらにより好ましくは１０℃以下である。
【００４４】
完全硬化後、エポキシ樹脂組成物は、好ましくは、成形された物品及び部品が、硬化温度において（内部または外部の離型剤の存在下で）歪ませることなく、型から取り除かれることを可能にするＴｇを有する。これは、成形品または部品が冷却されるのを待たなくても、成形品または部品が成形型から取り外されることを可能にするので、次に、繊維強化複合材料製造のスループットを増加させるのに役立ち得る。例えば、成形温度よりも高いＴｇ（例えば、Ｔｇ＝１５５℃）となるように材料を１５０℃で圧縮成形することができる場合、圧縮成形温度で材料を離型することができる。硬化後の高Ｔｇはまた、最終用途において耐熱性を改善するために有益であり得る。硬化後の高Ｔｇはまた、コーティングの硬化に必要とされる可能性がある、周囲使用温度を超える温度及び高温で、より低いクリープ及びより良い寸法安定性を提供することができる。硬化後、本発明の実施形態によるエポキシ樹脂組成物は、好ましくは１４０〜１６５℃、より好ましくは１５０〜１６５℃、より好ましくは１５０〜１６０℃のＴｇを有する。
【００４５】
広い範囲のエポキシ樹脂が第２のエポキシ成分に好適であり得る。好適なエポキシ樹脂の例としては、多価フェノール化合物例えばレゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、ビスフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＡＰ（１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１−フェニルエタン）、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＫ、ビスフェノールＭ、テトラメチルビフェノール、のジグリシジルエーテル、脂肪族グリコール及びポリエーテルグリコールのジグリシジルエーテル、例えばＣ２−２４アルキレングリコール及びポリ（エチレンオキシド）またはポリ（プロピレンオキシド）グリコールのジグリシジルエーテル、フェノール−ホルムアルデヒドノボラック樹脂、アルキル置換フェノール−ホルムアルデヒド樹脂（エポキシノボラック樹脂）、フェノール−ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、クレゾール−ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール樹脂及びジシクロペンタジエン−置換フェノール樹脂のポリグリシジルエーテル、ならびにそれらの組み合わせを挙げることができる。
【００４６】
好適なジグリシジルエーテルには、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）３３０、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）３３１、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）３３２、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）３８３、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）６６１及びＤ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）６６２樹脂の名称でＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから販売されているようなビスフェノールＡ樹脂のジグリシジルエーテルが含まれる。
【００４７】
商業的に入手可能なポリグリコールのジグリシジルエーテルには、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙによりＤ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）７３２及びＤ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）７３６として販売されているものが含まれる。
【００４８】
エポキシノボラック樹脂も使用することができる。このような樹脂はＴｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙによりＤ．Ｅ．Ｎ．（登録商標）３５４、Ｄ．Ｅ．Ｎ．（登録商標）４３１、Ｄ．Ｅ．Ｎ．（登録商標）４３８及びＤ．Ｅ．Ｎ．（登録商標）４３９として市販されている。
【００４９】
好ましい実施形態において、第２のエポキシ成分は、液状エポキシ樹脂とエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む。例えば、エポキシ樹脂組成物の一実施形態では、第２のエポキシ成分は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルである液状エポキシ樹脂と、フェノール−ホルムアルデヒドノボラックのポリグリシジルエーテルであるエポキシノボラック樹脂とを含む。
【００５０】
エポキシ樹脂組成物中の第１のエポキシ成分の量は、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、約１０〜６５重量％、特に約１５〜５５重量％、より詳細には約２０〜４５重量％の範囲にあってよい。好ましい実施形態において、エポキシ樹脂組成物中の第１のエポキシ成分の量は、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、２５〜４３重量％である。
【００５１】
エポキシ樹脂組成物中の第２のエポキシ成分の量は、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、約３５〜９０重量％、特に約４５〜８５重量％、より詳細には約５５〜７５重量％の範囲にあってよい。
【００５２】
好ましい実施形態では、第２のエポキシ成分は、液状エポキシ成分（例えば、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル）とエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む。一実施形態では、第２のエポキシ成分は、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、０〜６５重量％の量で存在する液状エポキシ樹脂と、０〜７０重量％の量で存在するエポキシノボラック樹脂とを含む。好ましくは、第２のエポキシ成分は、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、１０〜４０重量％の量で存在する液状エポキシ樹脂と、１５〜６２重量％の量で存在するエポキシノボラック樹脂とを含む。好ましい実施形態では、第２のエポキシ成分は、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、１５〜３０重量％の量で存在する液状エポキシ樹脂と、２５〜４６重量％の量で存在するエポキシノボラック樹脂とを含む。
【００５３】
本発明者らは、９８％の粒子が１０ミクロン未満の最大粒子直径を有し、少なくとも３５％の粒子が２ミクロン未満の粒子直径を有する粒子分布を有する微粉化潜在硬化剤の添加が、エポキシ樹脂組成物のより速い硬化速度を提供することを発見した。前述したように、成形品及び部品の製造における高スループットが要求される自動化された用途では、速い硬化速度が特に望ましい。
【００５４】
理論に束縛されることを望むものではないが、プリプレグを形成するためにエポキシ樹脂を繊維性材料中に注入する間に、繊維性材料は実際には、粒子が外表面繊維を越えて注入されるのを防ぐフィルターとして機能すると考えられる。これに関連して、図１は、画像中の元素を同定する、エネルギー分散分光法（ＥＤＳ）元素マッピングを用いて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で得られた後方散乱電子像である。図１に示すように、繊維表面の粒状物は、繊維表面に凝集した窒素含有ジシアンイミド粒子である。結果として、繊維性材料内の潜在硬化剤の濃度が望ましくなく減少する。
【００５５】
所望の粒子分布（例えば、粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の直径を有する）を有する潜在硬化剤を使用することにより、エポキシ樹脂組成物の繊維性材料へのより均一な注入が達成され得る。その結果これは、より速い硬化速度を有するエポキシ樹脂組成物を提供し、これは成形サイクル時間を減少させ、それによってプリプレグから成形された物品及び部品が調製され得る速度を増加させる。
【００５６】
好ましくは、潜在硬化剤は、９８％の粒子が６ミクロン未満の最大粒子直径を有し、より好ましくは９８％の粒子が４ミクロン未満の最大粒子直径を有する粒子分布を有する。好ましくは、粒子の少なくとも４５％が２ミクロン未満の直径を有し、より好ましくは粒子の少なくとも５５％が２ミクロン未満の直径を有し、さらにより好ましくは粒子の少なくとも９０％が２ミクロン未満の直径を有する。好ましい実施形態では、粒子の１００％が２ミクロン未満の直径を有する。粒子径は、Ｔｏｒｎａｄｏ  Ｄｒｙ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍを装備したＢｅｃｋｍａｎ  Ｃｏｌｔｅｒ  ＬＳ  １３−３２０  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒなどのレーザ回折システムで測定することができる。
【００５７】
本発明の実施形態で使用され得る潜在硬化剤の例には、ジシアンジアミド及びグアナミン例えば、アセトグアナミン及びベンゾグアナミンが含まれる。好ましくは潜在硬化剤はジシアンジアミドを含む。本発明の実施形態で使用することができる好適なジシアンジアミド潜在硬化剤は、Ａｌｚｃｈｅｍから製品名ＤＹＨＡＲＤ（登録商標）ＳＦ１００として入手可能である。
【００５８】
ほとんどの市販のジシアンジアミド硬化剤は、平均粒子径が２ミクロンを十分上回る粒子分布を有する。例えば、Ａｌｚｃｈｅｍの文献には、製品名ＤＹＨＡＲＤ（登録商標）ＳＦ１００で入手可能なジシアンジアミドが、９８％の粒子が５．２〜５．８ミクロンの直径を有する粒子分布を有することが記載されている。したがって、所望の粒子分布を有する潜在硬化剤を提供するためには、摩砕または粉砕などにより硬化剤をさらに加工して、粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子直径を有する粒子分布を生成する必要があり得る。
【００５９】
エポキシ樹脂組成物中の潜在硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させるのに十分な量で存在する。一実施形態では、潜在硬化剤は、組成物中のエポキシ樹脂の総量に対して、０．５〜３のエポキシ／硬化剤当量比に相当する量で存在し、この当量比は、
【００６０】
【数１】
2018532014.tif 000005
【００６１】
（式中、ｍｅｐｏｘｙは、エポキシ樹脂の質量であり、ＥＥＷはエポキシ成分ブレンドのエポキシ基当たりの当量であり、ｍｈａｒｄｅｎｅｒは硬化剤の質量であり、ＨＥＷは硬化剤ブレンドの活性水素当たりの当量である。）により計算される。好ましくは、エポキシ／硬化剤当量比は０．７５〜２、より好ましくは０．９〜１．１、最も好ましくは１である。
【００６２】
重量パーセントに関して、エポキシ樹脂組成物中の潜在硬化剤の量は、典型的には、エポキシ樹脂組成物の総重量に基づいて５〜１５重量％、より典型的には約６〜１２重量％である。好ましい実施形態では、エポキシ樹脂組成物中の潜在硬化剤の量は、エポキシ樹脂組成物の全重量に基づいて７〜８重量％である。
【００６３】
エポキシ樹脂組成物はまた、組成物のエポキシ樹脂に可溶な潜在触媒を含む。可溶化された触媒が潜在的であるためには、一般に、潜在時間が触媒の化学構造から直接得られることが必要である。例えば、このような潜在触媒は、実際の触媒活性種が、プリプレグの成形中に典型的に使用される高温で起こる非ブロック反応によって生じるまで存在しないブロック触媒を含むことができる。
【００６４】
本明細書において、潜在触媒に関して「可溶性」という用語は、エポキシ樹脂組成物を繊維性材料に注入する前に、触媒がエポキシ樹脂組成物に実質的に溶解することを要する。実質的に溶解されるとは、触媒の９０％超、好ましくは９５％超、最も好ましくは１００％がエポキシ樹脂組成物に溶解されることを意味する。典型的には、エポキシ樹脂組成物の混合中に触媒をエポキシ樹脂組成物に溶解することが望ましい。
【００６５】
エポキシ樹脂組成物中の潜在触媒の量は、エポキシ樹脂１００部当たり１〜７部のレベル（触媒のＰＨＲ＝１００（ｍｃａｔａｌｙｓｔ／ｍｅｐｏｘｙ）、ここでｍｃａｔａｌｙｓｔは触媒の質量であり、ｍｅｐｏｘｙはエポキシ樹脂の質量である。）にある。好ましい実施形態では、潜在触媒は、２〜６ＰＨＲ、より好ましくは３〜５ＰＨＲの量で存在する。
【００６６】
本発明の実施形態で使用され得る潜在触媒の例は、置換尿素及び／または変性イミダゾール（例えば、２−フェニル−イミダゾール、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、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ール酸付加物脱水物）を含む。好ましい実施形態では、可溶性潜在触媒は、潜在でありかつエポキシ樹脂に可溶なブロックされた尿素触媒である。本発明の実施形態で使用することができる好適な潜在触媒の例はトルエンビス−ジメチル尿素（「ＴＢＤＭＵ」）である。
【００６７】
先に論じたように、硬化した繊維強化複合材料の靭性は、特定の用途において特に重大であり得る。例えば、自動車部品の製造において、成形繊維強化複合材料を含む部品は、鋼鉄またはアルミニウムから形成された同様の部品と同等またはより良好な機械的特性を有しなければならない。本発明の実施形態は、硬化エポキシ樹脂組成物の理論架橋指数Ｘに特徴付けられる靱性が改善されている。好ましくは、本発明の実施形態によるエポキシ樹脂組成物は、０．０５〜０．３０、より好ましくは０．１０〜０．２５、さらにより好ましくは０．１０〜０．２５の理論架橋指数Ｘを有する。好ましい実施形態では、エポキシ樹脂組成物は０．１０〜０．２０の理論架橋指数Ｘを有する。
【００６８】
エポキシ樹脂組成物の理論架橋指数Ｘは、エポキシ樹脂と潜在硬化剤（例えば、ジシアンジアミド）の樹脂組成及び分子量から計算することができる。Ｘの単位は、樹脂組成物のエポキシ部分が１００グラムである場合に相当する、樹脂組成物の総重量に対する有効な４官能性架橋のモル数である。
【００６９】
理論架橋指数Ｘは、以下の式から計算することができる：
【００７０】
【数２】
2018532014.tif 000006
【００７１】
式中、ＰＨＲＤｉｃｙは、エポキシ対Ｄｉｃｙ当量比１に対する、エポキシ樹脂１００部に対するＤｉｃｙのＰＨＲであり、
８４は、Ｄｉｃｙの分子量（８４ｇ／ｍｏｌ）からのものであり（注：この式において、Ｄｉｃｙは４官能性であると仮定される）、及び
ｗｉはエポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂成分の総重量％であり、
ＭＷｉはエポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂成分の分子量であり、及び
ｎｉは、エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ樹脂成分のｉ番目のエポキシ樹脂成分の官能価である。
【００７２】
この式において、ｗｉ、ＭＷｉ及びｎｉはすべて、エポキシ樹脂組成物中のすべての高官能性エポキシ樹脂成分の総和を含む。Ｘの式における第１項は、ジシアンジアミドによって与えられる４官能性架橋のモル数を構成し、その合計の各項は、ｉ番目のエポキシ樹脂成分によってもたらされる有効な４官能性架橋を構成する。各項において、量（ｗ／ＭＷ）は係数｛（ｎ／２）−１｝によって有効な４官能性架橋に変換されるｎ官能性架橋のモル数である。この変換係数は、それぞれ２、３、４、５、６、７、．．．に等しいエポキシ樹脂官能価ｎに対し、０、０．５、１、１．５、２、２．５、．．．等に等しい。
この計算では、このような樹脂が架橋点ではなく架橋指数Ｘに直接寄与しない鎖伸長剤として作用するので、二官能性エポキシ樹脂をこの計算での合計の評価から除外することができることが分かる（数学的には、二官能性エポキシ樹脂については、換算係数は０に等しい）。
【００７３】
市販されている多くのエポキシ樹脂に共通し得る異なる官能種の混合物であるエポキシ樹脂については、Ｘについての上記の式の正確な適用は、それらを計算のために整数の官能性成分に分解することを必要とする。しかしながら、非常に良好な近似によれば、混合官能性エポキシ樹脂の寄与は、混合官能性樹脂の重量平均官能価をｎとして用い、分子量の代わりに（ｎ・ＥＥＷ）（ＥＥＷは、混合官能性樹脂のエポキシ当量である。）を用いることによる、整数官能性樹脂成分と同様に効果的な４官能性架橋のモル数への寄与を計算することにより、より簡単に処理することができる。平均官能価及びエポキシ当量の両方は、一般に、混合官能性エポキシ樹脂の製造業者によって提供される。Ｘの式は複雑に見えるかもしれないが、実際には、所与の樹脂組成物の理論的架橋指数Ｘを判定することは非常に簡単である。
【００７４】
理論架橋指数Ｘは、より一般的に使用される量である架橋密度ｘと密接に関連しており、架橋密度ｘは、硬化樹脂の１ｃｍ３当たりの効果的な４官能性架橋のモル数として定義され、次の方程式：
【００７５】
【数３】
2018532014.tif 000007
【００７６】
（式中、ρは硬化樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）であり、ＰＨＲＤｉｃｙ及びＰＨＲｃａｔａｌｙｓｔはエポキシ樹脂１００部当たりのジシアンジアミド及び潜在触媒の重量部である。）を使用してＸから計算することができる。
【００７７】
当業者には理解されるように、架橋密度ｘは、硬化樹脂組成物のゴム状剪断弾性率ＧＲの値から実験的に判定することができ、ＧＲは、Ｔ＞Ｔｇ，ｃ（Ｔｇ，ｃは、硬化した樹脂のＴｇである）における剪断弾性率Ｇの値である。ＧＲは、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＡＲＥＳ  Ｇ２のような動的機械的分光計を用いて都合よく測定することができる。熱硬化性樹脂の破壊靱性は一般に有効４官能性架橋Ｍｃ（ここでＭｃはモル架橋密度ｘに反比例する。）間の平均分子量の平方根に比例することも当業者には周知である。したがって、架橋密度と破壊靭性との間のこれらの確立された関係に基づいて、破壊靱性は理論架橋指数Ｘの逆数の平方根にほぼ比例することが分かる。したがって、理論架橋指数Ｘの半減は、破壊靱性の約４０％の増加をもたらす。
【００７８】
最終用途に応じて、エポキシ樹脂組成物は、水、溶剤、分散剤、無機充填剤、強化剤、離型剤、流動助剤のような追加の成分、湿潤剤及び／または反応性希釈剤のような特定の機能性のための追加の添加剤もまた含んでいてよい。好ましい態様において、エポキシ樹脂組成物は、離型剤を含む。好適な離型剤の例は、Ｃｌａｒｉａｎｔから商品名ＬＩＣＯＷＡＸ（登録商標）Ｅとして入手可能なモンタン酸のエステルである。
【００７９】
本発明の好ましい実施形態では、本発明は、自動車物品及び部品の製造のための大量の自動化製造プロセスにおいて使用され得るエポキシ樹脂組成物に関する。特に、本発明の実施形態は、鋼鉄またはアルミニウムから従来的に作製された部品を置き換えるために使用することができる自動車内の構造部品を製造するために使用され得る。上述したように、そのような構造部品に使用するためには、プリプレグは自動化されたシステムで使用可能でなければならず、得られる繊維強化複合部品は、自動車で通常遭遇する日常的な摩耗に耐えるだけでなく、現代の自動車に必須の安全要件を満たすのに十分な機械的特性を有していなければならない。
【００８０】
この目的のために、本発明者らは、上記の基準を満たすエポキシ樹脂組成物を開発した。特に、本発明者らは、大量の自動化プロセスで使用して、自動車用途に要求される厳しい要件を満たす繊維強化複合材料を調製することができる、エポキシを含有するオキサゾリドンを含有する第１の樹脂成分と、第２のエポキシ成分と、２ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも３５パーセントの粒子を有する潜在硬化剤と、潜在触媒とを含み、未硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，０）、硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，ｃ）、及び０．１０〜０．２０の理論架橋指数Ｘの選択された特性範囲と組み合わせた、エポキシ樹脂組成物を、見出した。
【００８１】
以下にいくつかの代表的なエポキシ樹脂組成物及びこのエポキシ樹脂組成物の関連特性（Ｔｇ，０、Ｔｇ，ｃ及びＸ（硬化した樹脂の理論架橋指数））を示す。Ｔｇ，０及びＴｇ，ｃはそれぞれ未硬化樹脂及び硬化樹脂のガラス転移温度である。簡潔にするために、以下の組成では、潜在硬化剤及び潜在触媒の量は含まれていない。第１及び第２のエポキシ成分の量は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ総量に基づく。
【００８２】
エポキシ樹脂組成物（１）：
ａ）第１のエポキシ成分（オキサゾリドン含有エポキシ）：１０〜６５重量％、
ｂ）第２のエポキシ成分：３５〜９０重量％、
ｃ）２ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも３５パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
ｄ）潜在触媒、
ｅ）Ｔｇ，０＝０〜２０℃、
ｆ）Ｔｇ，ｃ＝１４０〜１６５℃、及び
ｇ）Ｘ＝０．１０〜０．２０。
【００８３】
エポキシ樹脂組成物（２）：
ａ）第１のエポキシ成分（オキサゾリドン含有エポキシ）：１０〜６５重量％
ｂ）液状エポキシとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む第２のエポキシ成分：
ｉ）液状エポキシ樹脂０〜６５重量％、及び
ｉｉ）エポキシノボラック樹脂０〜７０重量％、
ｃ）２ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも３５パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
ｄ）潜在触媒、
ｅ）Ｔｇ，０＝０〜２０℃、
ｆ）Ｔｇ，ｃ＝１４０〜１６５℃、及び
ｇ）Ｘ＝０．１０〜０．２０。
【００８４】
エポキシ樹脂組成物（３）：
ａ）第１のエポキシ成分（オキサゾリドン含有エポキシ）：１９〜５４重量％
ｂ）第２のエポキシ成分：４６〜８１重量％、
ｃ）２ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも３５パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
ｄ）潜在触媒、
ｅ）Ｔｇ，０＝５〜１５℃、
ｆ）Ｔｇ，ｃ＝１５０〜１６０℃、及び
ｇ）Ｘ＝０．１０〜０．２０。
【００８５】
エポキシ樹脂組成物（４）：
ａ）第１のエポキシ成分（オキサゾリドン含有エポキシ）：１９〜５４重量％
ｂ）液状エポキシとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む第２のエポキシ成分：
ｉ）液状エポキシ樹脂１１〜３８重量％、及び
ｉｉ）エポキシノボラック樹脂１７〜６１重量％、
ｃ）２ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも３５パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
ｄ）潜在触媒、
ｅ）Ｔｇ，０＝５〜１５℃、
ｆ）Ｔｇ，ｃ＝１５０〜１６０℃、及び
ｇ）Ｘ＝０．１０〜０．２０。
【００８６】
エポキシ樹脂組成物（５）：
ａ）第１のエポキシ成分（オキサゾリドン含有エポキシ）：２５〜４３重量％
ｂ）第２のエポキシ成分：５７〜７５重量％、
ｃ）２ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも３５パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
ｄ）潜在触媒、
ｅ）Ｔｇ，０＝５〜１５℃、
ｆ）Ｔｇ，ｃ＝１５０〜１６０℃、及び
ｇ）Ｘ＝０．１０〜０．２０。
【００８７】
エポキシ樹脂組成物（６）：
ａ）第１のエポキシ成分（オキサゾリドン含有エポキシ）：２５〜４３重量％
ｂ）液状エポキシとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む第２のエポキシ成分：
ｉ）液状エポキシ樹脂２５〜３８重量％、及び
ｉｉ）エポキシノボラック樹脂２３〜４６重量％、
ｃ）２ミクロン未満の粒子径を有する少なくとも３５パーセントの粒子を有する潜在硬化剤、
ｄ）潜在触媒、
ｅ）Ｔｇ，０＝５〜１０℃、
ｆ）Ｔｇ，ｃ＝１５０〜１６０℃、及び
ｇ）Ｘ＝０．１０〜０．１７５。
【００８８】
本発明の実施形態によるエポキシ樹脂組成物は、第１のエポキシ成分を第２のエポキシ成分に完全に溶解するのに十分な時間、高温で様々なエポキシ成分を一緒に混合することによって調製することができる。一実施形態では、第１のエポキシ成分を予熱した第２のエポキシ成分の混合物に添加し、その後、第１のエポキシ成分を溶解するのに十分な時間混合する。典型的には、エポキシは１００〜１３０℃の温度で混合され、１２０℃の混合温度が好ましい。混合速度は、１，０００〜４，５００ｒｐｍ、特に２，５００〜３，５００ｒｐｍの範囲であり、３０００ｒｐｍの混合速度が好ましい。エポキシ成分は、均一なエポキシ混合物が得られるまで混合することが好ましい。
【００８９】
エポキシ成分を混合した後、エポキシ混合物を約７５〜８５℃の温度に冷却する。エポキシ混合物が冷却されたら、潜在硬化剤及び可溶性潜在触媒を混合物に加え、次いで潜在硬化剤を分散させ、触媒をエポキシ樹脂組成物に可溶化するのに十分な時間混合される。潜在硬化剤の分散及び触媒の可溶化を達成するために、広範囲の混合条件を用いることができる。潜在硬化剤粒子をエポキシ混合物中に混合する際に、粒子が均一に分散され、粒子の凝集が低減または防止されることが重要である。凝集を防止するために、本発明者らは、エポキシ樹脂組成物の一部で形成されたペーストへの粒子の混入が、最終エポキシ樹脂組成物中への粒子の分散を改善するのを助けることができることを見出した。
【００９０】
触媒溶解に影響を及ぼす重要な変数は、温度、時間、剪断速度、混合温度での樹脂系の粘度、及び混合温度における特定の樹脂組成物中の触媒の固有溶解度である。好ましくは、エポキシ樹脂組成物の早期反応がほとんどない状態（好ましくは２％未満の反応）で触媒を溶解する条件が使用される。好適な混合条件の範囲、及び好ましい混合条件は、一般に、触媒構造及び樹脂組成物に依存する。例えば、潜在触媒ＴＢＤＭＵについて、多くの混合条件を用いて触媒を溶解することができる。好ましい混合条件は、粉末状のＴＢＤＭＵを、高剪断溶解機型インペラー（例えば、Ｃｏｗｌｅｓブレード）を用いて７５〜８５℃の温度で３〜７分間、加熱されたエポキシ樹脂ブレンドに混合することである。
【００９１】
調製されたら、当該技術分野において既知の方法でエポキシ樹脂組成物を繊維性材料に注入してプリプレグを形成することができる。
【００９２】
本発明の実施形態によるエポキシ樹脂組成物は、多種多様な異なる補強剤と組み合わせて、所望の複合材料を製造することができる。好ましい実施形態では、補強剤は繊維性材料を含む。
【００９３】
広範囲の繊維を繊維性材料として使用することができる。例えば、繊維は炭素繊維、グラファイト繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、天然繊維（玄武岩、麻、海草、干し草、亜麻、麦わら、ジュート、またはココナッツなど）を含むことができる。
【００９４】
好ましくは、繊維性材料は、トウ状に配置された炭素繊維を含む。「トウ」（「ロービング」または単に「繊維」と称されることもある）は、マルチフィラメント繊維である。トウ当たりのフィラメントの数は、例えば、１００〜３０，０００であり得る。トウは、プリプレグ形成（例えば、エポキシ樹脂組成物の硬化）条件下で、熱的及び化学的に安定でなければならない。
【００９５】
典型的には、繊維は、０．５〜３０ミクロン、好ましくは２〜２０ミクロン、より好ましくは２〜１５ミクロンの範囲の直径を有する円形またはほぼ円形の断面を有する。重量に関して、個々のトウは、例えば、２００〜３０００ｇ／１０００ｍ、６００〜２０００ｇ／１０００ｍ、または７５０〜１７５０ｇ／１０００ｍの重量を有することができる。
【００９６】
好適な炭素繊維の例には、Ｄｏｗ  Ａｋｓａ  Ｉｌｅｒｉ  Ｋｏｍｐｏｚｉｔ  Ｍａｌｚｅｍｅｌｅｒ  Ｓａａｉ  Ｌｔｄ、Ｓｔｉ、Ｉｓｔａｎｂｕｌ、Ｔｕｒｋｅｙから入手可能なＡｋｓａｃａ  ３Ｋ  Ａ−３８、６Ｋ  Ａ−３８、１２Ｋ  Ａ−４２、２４Ｋ  Ａ−４２、１２Ｋ  Ａ−４９及び２４Ｋ  Ａ−４９炭素繊維が含まれる。これらの製品表示は、千単位のフィラメント／ロービングのおおよその数（例えば３Ｋは３，０００フィラメント）、及び百単位のＭＰａの繊維のおおよその引張強度（Ａ−３８は引張強度３，８００ＭＰａを示す）を示す。
【００９７】
繊維は、最終繊維強化複合材料に要求される所望の特性に依存して、一方向性、双方向性または多方向性であり得る。繊維性材料は、トウまたはファブリックの形態であってもよく、ランダム、編み、不織、多軸（例えば、ノンクリンプトファブリック）、編組または他の任意の好適なパターンの形態であってもよい。
【００９８】
構造用途では、プリプレグが、個々の層の繊維が一方向に配向している繊維の複数の積み重ねられた層を含むことが一般に好ましい。「一方向性」とは、プリプレグ中の個々の層における強化トウが互いに実質的に平行に整列していることを意味する。好ましい実施形態では、プリプレグは、エポキシ樹脂組成物が注入された整列した繊維の複数の積み重ねられた層を含む。
【００９９】
一方向性繊維層が使用される場合、繊維の配向はプリプレグスタック全体にわたって同じであっても異なっていてもよく、いわゆるノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）を形成してもよい。しかしながら、これは一方向繊維層のスタックのための多くの可能な方向のうちの１つに過ぎない。例えば、隣接する層の一方向性繊維は、隣接する繊維層の間の角度を意味する、いわゆる０／９０配置で互いに直交して配置されてもよい。多くの他の配置の中で、０／＋４５／−４５／９０のような他の配置ももちろん可能である。一実施形態では、繊維性材料は、１５０〜２，０００ｇ／ｍ２、特に３００〜１６００ｇ／ｍ２の坪量を有する編組したまたは非クリンプファブリックを含む。
【０１００】
本発明の実施形態によるプリプレグは、繊維性材料にエポキシ樹脂組成物を注入することによって製造することができる。前述したように、エポキシ樹脂組成物は、０〜２０℃、好ましくは５℃〜１０℃のＴｇ，０を有する。これにより、プリプレグ内の空隙（例えば、気泡のポケット）を最小限に抑えて低減しながら、エポキシ樹脂組成物を繊維性材料に迅速に注入することができるという利点がある。さらに、注入プロセスは、エポキシ樹脂組成物の粘度がさらに低下するように高温で実施することができる。しかしながら、エポキシ樹脂組成物の望ましくないレベルの硬化が起こるほど十分に長い時間加熱してはならない。
【０１０１】
本発明の好ましい実施形態では、エポキシ樹脂組成物の繊維性材料への注入は、１１０〜１２５℃の範囲の温度、１１５〜１２２℃の範囲の温度で行われ、特に１２０℃の温度がより好ましい。上記範囲外の温度範囲もまた使用され得ることが認識されるべきである。しかしながら、より高いまたはより低い注入温度の使用は、一般に、注入プロセスが実施される機械速度を調整することを要する。例えば、約１２０℃より高い温度では、望ましくないエポキシ樹脂組成物の架橋を回避するために、エポキシ樹脂組成物が高温に曝露される時間を低減して、より高い機械速度で注入プロセスを実施することが必要である。
【０１０２】
同様に、所望の注入レベルを得、それによりプリプレグ中の空隙を減少させるために、より低い注入温度の使用は、一般にエポキシ樹脂組成物を繊維性材料に注入するために低い機械速度を要する。
【０１０３】
一般に、エポキシ樹脂組成物は、この範囲の温度で繊維性材料に適用され、１つ以上の対のニップローラを通ることにより加えられるような圧力によって繊維性材料に固定される。
【０１０４】
本発明のさらなる態様は、本発明の実施形態によるプリプレグを調製するプロセスに関する。第１のステップでは、エポキシ樹脂組成物をシート材料上に押し出してその上にフィルムコーティングを形成する。シート材料は、プリプレグ化プロセス中にエポキシ樹脂組成物のフィルムコーティングが繊維性材料に移行され得る剥離フィルムまたは紙を含む。エポキシ樹脂組成物のフィルムがシート材料上に付着された後、フィルムコーティングを有するシート材料をチルロール上に通してエポキシ樹脂組成物を冷却することができる。次いで、シート材料は、通常、将来の使用のためにロールに巻かれる。
【０１０５】
このプロセスの第２のステップでは、エポキシ樹脂組成物被膜を有するシート材料を、繊維性材料（例えば、ＮＣＦ、編組または一方向性ファブリック）の表面に接触させ、次いで、エポキシ樹脂を繊維性材料に注入するために加圧する。好ましくは、繊維性材料及びエポキシ樹脂組成物を含むシート材料は、それぞれの供給ロールからの連続テープとして提供される。
【０１０６】
好ましい実施形態において、繊維性材料のシートは、エポキシ樹脂組成物のフィルムコーティングが付着された２枚のシート材料の間に挟まれている。次いで、挟んだ材料を加熱してエポキシ樹脂組成物の温度を上昇させる。一実施形態では、この加熱は、繊維性材料とエポキシ樹脂組成物の組み合わせを加熱されたプレート上に通すことによって達成することができる。好ましくは、エポキシ樹脂組成物の繊維性材料への迅速な注入を容易にするために、エポキシ樹脂組成物を約１２０℃の温度に加熱する。次に、この組み合わせを、エポキシ樹脂組成物を繊維性材料の対向面に押し付ける一対のニップロールに通す。
【０１０７】
好ましい実施形態では、繊維性材料とエポキシ樹脂組成物との組み合わせは、加熱されたプレート上に組み合わせを通過させる第２のステップに付された後、第２のニップにこの組み合わせを通して、エポキシ樹脂組成物を繊維性材料にさらに注入して、樹脂注入プリプレグを形成する。プリプレグは、例えば、チルロールまたはチルプレートの上に材料を通すことによって冷却することができる。冷却後、プリプレグは、将来の使用のために供給ロール上に巻かれてもよい。
【０１０８】
好ましくは、エポキシ樹脂組成物をフィルムとして塗布した剥離紙またはフィルムを、エポキシ樹脂組成物を冷却するステップの後にロールで巻き戻す。
【０１０９】
上述のように、注入ステップは、エポキシ樹脂組成物の粘度を低下させるために高温で実施することができる。また、注入されたエポキシ樹脂組成物を部分硬化ステップ（上昇）に供し、プリプレグ中のエポキシ樹脂組成物のガラス転移温度を上昇させてもよい。プリプレグは、必要に応じて包装、保管、または出荷することができる。
【０１１０】
前述のように、いくつかの実施形態では、プリプレグに上昇ステップを施してエポキシ樹脂のＴｇを上昇させ、それによってプリプレグの粘着性を低下させることも望ましい場合がある。
【実施例】
【０１１１】
試験方法
粘着性測定
エポキシ樹脂組成物及びエポキシ／炭素繊維プリプレグから調製されたフィルムの粘着力を、Ｖ．Ｋａｌｉｈａｒｉ  ｅｔ  ａｌ．、Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｖｏｌｕｍｅ  ８４，０３５１０４に記載されているカスタムプローブタック装置で測定した。樹脂、ガラス板、及びドローダウンバーすべてを約８０〜８５℃の温度で、溶融樹脂組成物をドローダウンバーを用いてガラス板上にコーティングして、約２ミルの厚さのフィルムを得た。プリプレグ試料は、３インチ×４．７５インチの長方形を切断し、それらを両面テープで同様のサイズのアルミニウムプレートに貼り付けることによって調製した。フィルム及びプリプレグを測定前に２３℃及び相対湿度５０％で少なくとも１日間平衡化し、同じ条件下で測定した。粘着力の測定は、以下の手順に従って判定した：
（１）一連のコーティングされたガラス板またはプリプレグ試料を、装置のｘ−ｙステージへのロボットローディング及びアンローディングのために基板ホルダー内に配置した；
（２）直径１ｃｍの球状のステンレス鋼プローブを、樹脂コーティングまたはプリプレグに接触させた；
（３）粘着性測定のための反復可能なプレロード開始点として、１００ｇの垂直力を５秒間適用した；
（４）プローブが樹脂コーティングまたはプリプレグから離れるまでプローブを１ｍｍ／ｓの速度で垂直に除去した；
（５）負荷対変位の生データを分析して、プローブのリフトオフ時のピーク垂直抗力（グラム）を判定し、これを粘着力として報告した；
（６）ｘ−ｙステージを用いて各繰り返し試験が異なる位置になるように試料を移動させ、測定を合計３回繰り返した。各エポキシ樹脂組成物について４つのコーティングを調製し、合計１２回の反復の平均粘着力及び標準偏差を報告した。
【０１１２】
ガラス転移温度
硬化前及び硬化後のエポキシ樹脂組成物のガラス転移温度を、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｑ２０００示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定した。測定は、エポキシ樹脂試料（密閉されたアルミニウムパンを使用して、通常２〜１０ｍｇ）または樹脂／炭素繊維プリプレグ試料（クリンプした逆蓋を有する標準アルミニウムパンを使用して５〜１５ｍｇのプリプレグのダイカットディスク）のいずれかに対して行った。１５０℃の金型温度での成形操作における温度プロファイルを効果的に模倣する以下の５ステッププロトコルの下で試料を試験した：
（１）試料を１０℃／分で−２０℃から９０℃に加熱した；
（２）試料を次に９０℃から１５０℃に（公称）２００℃／分で加熱した；
（３）試料を１５０℃で１５分間等温保持した；
（４）サンプルを１５０℃から３０℃に２０℃／分で冷却した；及び
（５）試料を３０℃から２５０℃に２０℃／分で加熱した。
【０１１３】
ＤＳＣ法のステップ１）における熱流対温度のプロットで観察されるステップ遷移の半分の高さの温度は、（ａ）試料は樹脂組成物のみである場合、樹脂組成物の未硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，０）、または（ｂ）試料がエポキシ／炭素繊維プリプレグである場合、プリプレグ（Ｔｇ，ｐ）のガラス転移温度のいずれかである。プリプレグを部分反応や樹脂の上昇がない条件で作製した場合、Ｔｇ，ｐ＝Ｔｇ，０。ＤＳＣ法のステップ５）における熱流対温度のプロットにおいて観察されるステップ遷移の半分の温度における温度は、試料が樹脂であるかプリプレグであるかに関係なく、樹脂組成物の硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，ｃ）である。
【０１１４】
接着剤組成物に使用される材料は以下に特定される。別段の指示がない限り、百分率はすべて重量パーセントである。他に指示がない限り、すべての物理的特性及び組成値はおおよその値である。
【０１１５】
「ＥＰＯＸＹ−１」は、オキサゾリドンを含有する固体エポキシ樹脂を意味し、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＳＥＲ（登録商標）６５０８の商標で入手可能である。
【０１１６】
「ＥＰＯＸＹ−２」は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルであるエポキシを指し、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＤＥＲ（登録商標）３３１の商標で入手可能である。
【０１１７】
「ＥＰＯＸＹ−３」は、エポキシノボラック樹脂を意味し、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからＤＥＲ（登録商標）４３８の商標で入手可能である。
【０１１８】
「ＬＨ」：Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な商標ＤＹＨＡＲＤ（登録商標）で市販されている市販のジシアンジアミドエポキシ潜在硬化剤を指す。粒子は２．４６ミクロンのｄ５０を有するように加工された。
【０１１９】
「ＣＡＴ」は、Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから商標ＯＭＩＣＵＲＥＴＭ（商標）Ｕ−４１０Ｍとして入手可能な市販の潜在触媒であるトルエンビス−ジメチル尿素を指す。
【０１２０】
「ＲＡ」は、Ｃｌａｒｉａｎｔから商標ＬＩＣＯＬＵＢ（登録商標）、ＷＥ  ４で入手可能なモンタン酸のエステルを含む内部離型剤を指す。
【０１２１】
以下の６つの実施例では、６つのエポキシ樹脂組成物を本発明の実施形態に従って調製した。実施例は、プリプレグが自動化切断、ハンドリング及びレイアップ操作のために十分に低い粘着性を有するために必要とされるプリプレグＴｇ（Ｔｇ，ｐ）の値を示すために、及び（２）Ｔｇ，０（すなわち任意の硬化前の樹脂組成物）か、またはＴｇ，ｐ（すなわち、Ｔｇ，０よりも高いプリプレグのＴｇ、プリプレグ化中に何らかの反応があった場合）かどうかにかかわらず、どの程度未硬化のＴｇを粘着性のプロキシプロパティとして使用することができるか示すために提供される。
【０１２２】
以下の表１に要約した実施例１〜６を、以下の手順に従って調製した。第１のステップでは、ＥＰＯＸＹ−２とＥＰＯＸＹ−３の予熱した（１２０℃）混合物にＥＰＯＸＹ−１を添加してエポキシ成分のブレンドを調製した。次いで、エポキシブレンドをＦｌａｃｋＴｅｋ  ＳｐｅｅｄＭｉｘｅｒを用いて３，０００ｒｐｍで１分間混合し、続いてＥＰＯＸＹ−１が完全に溶解し、エポキシブレンドが均質になるまで、エポキシブレンドを１２０℃で５分間加熱し、次いで３，０００ｒｐｍで１分間高速混合するサイクルを繰り返した。次いで、エポキシブレンドを８５℃の温度に冷却した。潜在触媒（ＣＡＴ）及び潜在硬化剤（ＬＨ）の予備計量した量をエポキシブレンドに添加した。エポキシ樹脂、潜在触媒及び潜在硬化剤のブレンドをＦｌａｃｋＴｅｋ  ＳｐｅｅｄＭｉｘｅｒを用いて９０秒の２サイクルにわたって混合して、潜在触媒及び潜在硬化剤をそれぞれエポキシブレンドに溶解して分散させて均質な樹脂ブレンドを形成した。
【０１２３】
それぞれのエポキシ樹脂組成物の４回のフィルムコーティングの粘着力を、「粘着性測定」に関して上記で提供された手順に従って判定した。
【０１２４】
各エポキシ樹脂組成物の組成及び粘着力測定の結果を以下の表１に要約する。
【０１２５】
【表１】
2018532014.tif 000008
【０１２６】
表１から、２３℃の温度で低粘着性のために約１２℃より高い未硬化Ｔｇが必要であることが分かる。当業者に既知であるように、エポキシ／炭素繊維プリプレグの粘着性は、樹脂自体の粘着性以下である：それが等しい場合、プリプレグ上に非注入樹脂の顕著な表面層が存在する、一般に「セミプレグ」と称されるものを意味し、またはそれが少ない場合、樹脂が炭素繊維補強材に十分に注入され、繊維が表面への接着剤の付着を妨げる。同様に、プリプレグの樹脂対炭素繊維比は、プリプレグ接着度に影響を及ぼし得る。前述したように、高度の樹脂注入が、本発明によるエポキシ樹脂組成物によって提供される。
潜在硬化剤及び触媒の高い注入速度及び均一な分布は、エポキシ樹脂組成物によってもたらされる迅速な硬化を提供するのに役立つ。特に、エポキシ樹脂組成物の高度の注入は、プリプレグ粘着性をエポキシ樹脂自体のそれより低くする。この結果は、プリプレグ（Ｔｇ，ｐ）中のエポキシ樹脂組成物のＴｇが約１２℃を超えると、複合部品製造中のプリプレグの自動切断、ハンドリング、及びアセンブリに必要な低レベルの粘着性を提供することを示している。これに関して、Ｔｇ，ｐ（プリプレグ）は、プリプレグ化プロセス中の制御されたレベルの樹脂反応を介してＴｇ，０（完全に未硬化の樹脂組成物）よりも有利に高くなり得ることに留意されたい。
【０１２７】
実施例７
均質なエポキシブレンドを形成するのに十分な時間、約１３０℃の温度で、２５ｍｍの二軸押出機中でＥＰＯＸＹ−１、ＥＰＯＸＹ−２、ＥＰＯＸＹ−３及びＲＡを溶融配合することによって、エポキシ樹脂ブレンドを調製した。得られたエポキシブレンドを集め、室温まで冷却した。
【０１２８】
次いで、エポキシブレンドを潜在硬化剤（ＬＨ−１）及び潜在触媒（ＣＡＴ−１）と合わせてエポキシ樹脂組成物を調製した。より具体的には、エポキシ樹脂組成物は、１１．４ｋｇのエポキシブレンドを５ガロンの金属ペール中で８０℃の温度に再加熱することによって調製した。潜在的硬化剤（ＬＨ）（ＡｌｚＣｈｅｍから入手可能なＤＹＨＡＲＤ  １００ＳＦ  ５０重量％及び指定のないビスフェノールＡジグリシジルエーテル５０重量％であるＤＹＨＡＲＤ  ＤＦ５０ＥＰ  Ｄｉｃｙペースト）及び潜在触媒ペースト（３０重量％のＣＡＴ及び７０重量％ＥＰＯＸＹ−２）を加熱したエポキシブレンドにそれぞれ２．４９ｋｇ及び１．８１ｋｇの量で添加した。撹拌は、約４７５ｒｐｍで操作される直径２３ｃｍのＣｏｗｌｅｓブレードを備えたオーバーヘッド混合インペラーを介して行った。全混合時間は約１０分であり、エポキシ樹脂ブレンド中の硬化剤及び触媒の均質な塊のない分散物をもたらし、混合プロセス中のわずかな剪断加熱のために約８５℃の最終温度で終了した。
【０１２９】
混合に用いられる温度、時間及び剪断条件は、エポキシブレンド中の触媒の実質的に完全な溶解をもたらす。エポキシ樹脂組成物を、プリプレグ機上の３ロールニップ供給リバースロールコーターの２つの油加熱ニップローラー（油温７５℃）の間隙に直ちに注いだ。ダムは、エポキシコーティングの幅を制御するために、ニップ内で６５ｃｍ離して設置した。被覆されていない剥離紙に対して被覆した１０×１０ｃｍ平方の重さを測定することにより確認して、６２グラム毎平方メートル（ｇ／ｍ２）の所望の被覆重量が被覆幅にわたって２ｇ／ｍ２以内で均一に得られるまで、ニップローラ間の間隙及び平行度を調整した。その後、ガンマゲージを用いてコーティング厚さをモニタし、コーティングプロセスの残りの間にニップ間隙を自動的に調整した。ランダムプロセスばらつきは、約±２ｇ／ｍ２であった。コーティングプロセス中のライン速度は２メートル毎分（ｍｐｍ）であった。エポキシ樹脂で被覆された剥離紙を、コーティングがわずかに粘着性の状態になるまで冷却されたラインをからある距離分下で巻き取りローラ上に収集した。実施例７の組成物を以下の表２に示す。
【０１３０】
【表２】
2018532014.tif 000009
【０１３１】
次いで、連続プロセスで２組の加熱されたニップローラの間でコーティング及び繊維を同時に通過させることによって、実施例７のエポキシ樹脂組成物の２層のコーティングを複数のトウの炭素繊維と併合することによって一方向エポキシ−炭素繊維プリプレグを調製した。ＡＫＳＡ  ２４Ｋ  Ａ−４２炭素繊維の７６個のスプールを有するクリールを使用して、炭素繊維の連続トウをプロセスに供給した。炭素繊維トウをコームに通して、プリプレグの幅にわたってトウ中心間の均一な間隔を設定した。ニップローラに入る前に、トウを装置に通してトウをプリプレグの幅にわたって間隙のない炭素繊維のアレイに広げた。リバースロールコーターからのエポキシ樹脂で被覆された剥離紙を、３メートルの長さの加熱されたテーブル（油温８５℃）に入れ、加熱されたテーブルの端部に第２の樹脂フィルムを導入したときに繊維の底面に導入したファブリックの上部に移動した。フィルム化された樹脂を巻き戻し、ニップから外周の半分に等しい位置でトップローラーと接触させた。これにより、ニップローラの表面温度（油温１００℃）まで炭素繊維と第１の樹脂フィルムとが合流したニップに達するまで樹脂フィルムを十分に加熱した。ニップローラの間の間隙は、ニップローラの間隙にフラックス樹脂の数ミリメートル幅のビードを提供するように設定され、プリプレグの所望の樹脂含量をさらに提供するように設定された。このプリプレグ化プロセスは２ｍ／分（ｍｐｍ）のライン速度で操作した。
【０１３２】
ニップローラから出てくる２つのエポキシコート剥離紙の間の炭素繊維の対称サンドイッチを、第２の加熱テーブル（油温１０５℃）及び第２の油加熱コンパクションローラセット（油温１００℃）を使用して、配合されたエポキシ樹脂系の繊維への含浸をさらに促進する。得られたプリプレグの端部をスリットして最終幅５２ｃｍとし、プリプレグを巻き取りローラに回収した。
【０１３３】
全体のプリプレグ目付（ａｒｅａｌ  ｗｅｉｇｈｔ）（ｇ／ｍ２単位）を、１０×１０ｃｍ平方の剥離紙＋プリプレグ対剥離紙のみの重量の差として重量測定的に判定した。繊維目付（ｇｓｍ単位）は、フィードクリールから１ｍの長さの繊維束を秤量することによって判定した。トリミング前のグラム単位の繊維の重量を広げた繊維の幅で除算した値を、繊維の平均目付（単位ｇ／ｍ２）と定義する。樹脂の目付は、プリプレグと繊維の目付の差として判定した。樹脂含量（重量パーセントの単位）は、プリプレグの目付に対する樹脂の目付の比の１００倍として計算した。これらの測定は、各ロールの始めと終わりに行われた。
【０１３４】
最終的な一方向エポキシ−炭素繊維プリプレグは間隙がなく、幅全体にわたって良好な均一性を有し、平均樹脂含有量は３９．８重量パーセント（３８．３，４１．３）、平均プリプレグ目付は３０９．３ｇ／ｍ２（３０１．５，３１７）、平均繊維目付は１８６ｇ／ｍ２、平均樹脂目付は１２３ｇ／ｍ２（１１５．５，１３１）であった。
【０１３５】
金型温度１５０℃、保持時間６０秒、硬化時間約２４０秒の金型にプリプレグを入れて成形品を調製した。
【０１３６】
本明細書に記載された本発明の多くの改変及び他の実施形態は、前述の説明及び関連する図面に示された教示の利益を有する、これらの発明に関係する当業者には思い浮かぶであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、修正及び他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、限定の目的では使用されない。
【図１】
2018532014.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月16日(2018.4.16)
【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】
エポキシ樹脂組成物であって、
オキサゾリドンを含有する第１のエポキシ樹脂成分と、
第２のエポキシ樹脂成分と、
ジシアンジアミド粒子であって、前記ジシアンジアミド粒子の９８％が１０ミクロン未満の直径を有し、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有するジシアンジアミド粒子と、
エポキシ可溶性潜在触媒と、を含む、エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記第２のエポキシ樹脂成分は、液状エポキシ樹脂と、エポキシノボラック樹脂と、を含む、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中の全エポキシ樹脂成分の総重量に基づいて、前記第１のエポキシ樹脂成分の量は１９〜５４重量％であり、前記液状エポキシ樹脂の量は１１〜３８重量％であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は１７〜６１重量％である、請求項２に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記潜在触媒は、トルエンビス−ジメチル尿素である、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記第２のエポキシ樹脂成分は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂とのブレンドを含む、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
前記エポキシ樹脂組成物は、５〜１５℃の未硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，０）、及び１５０〜１６０℃の硬化ガラス転移温度（Ｔｇ，ｃ）を有する、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項７】
前記エポキシ樹脂組成物は、０．１０〜０．２０である理論架橋指数（Ｘ）を有する、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項８】
前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％は、２ミクロン未満の粒子径を有する、請求項１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中の前記潜在触媒の量は、エポキシ樹脂１００部当たり１〜７部のレベルで存在し、前記潜在硬化剤は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ成分の総量に対して、０．５〜３のエポキシ／硬化剤当量比に相当する量で存在する、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１０】
請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物を含む、プリプレグ。
【請求項１１】
エポキシ樹脂組成物であって、
ａ）全エポキシ成分の総重量に基づいて１０〜６５重量％の量で存在するオキサゾリドンを含有する第１のエポキシ成分と、
ｂ）全エポキシ成分の総重量に基づいて３５〜９０重量％の量で存在する第２のエポキシ成分と、
ｃ）ジシアンジアミド粒子を含む潜在硬化剤であって、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、潜在硬化剤と、
ｄ）前記エポキシ樹脂成分に可溶な潜在触媒と、を含み、
前記エポキシ樹脂組成物は、０〜２０℃であるＴｇ，０、１４０〜１６５℃であるＴｇ，ｃ、及び０．１０〜０．２０である理論架橋指数Ｘを有する、エポキシ樹脂組成物。
【請求項１２】
前記潜在触媒は、トルエンビス−ジメチル尿素である、請求項１１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１３】
前記第２のエポキシ樹脂成分は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂との組み合わせを含む、請求項１１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１４】
前記エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、前記ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルの量は１１〜３８重量％であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は１７〜６１重量％である、請求項１３に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１５】
前記エポキシ樹脂は、５〜１０℃であるＴｇ，０、及び１５０〜１６０℃であるＴｇ，ｃを有する、請求項１１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項１６】
エポキシ樹脂組成物を注入した繊維性材料を含むプリプレグであって、
前記エポキシ樹脂組成物は、
オキサゾリドンを含有する第１のエポキシ樹脂成分と、
ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルとエポキシノボラック樹脂とのブレンドを含む第２のエポキシ樹脂成分と、
ジシアンジアミド粒子であって、前記ジシアンジアミド粒子の９８％が１０ミクロン未満の直径を有し、前記ジシアンジアミド粒子の少なくとも３５％が２ミクロン未満の粒子径を有する、粒子分布を有する、ジシアンジアミド粒子と、
エポキシ可溶性潜在触媒と、を含み、
前記エポキシ樹脂組成物は、５〜１５℃であるＴｇ，０、１４０〜１６５℃であるＴｇ，ｃ、及び０．１０〜０．２０である理論架橋指数Ｘを有する、プリプレグ。
【請求項１７】
前記エポキシ樹脂組成物中の全エポキシ成分の総重量に基づいて、前記第１のエポキシ樹脂成分の量は１０〜６５重量％であり、前記ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルの量は１１〜３８重量％であり、前記エポキシノボラック樹脂の量は１７〜６１重量％である、請求項１６に記載のプリプレグ。
【請求項１８】
前記繊維性材料は、炭素繊維を含む、請求項１６に記載のプリプレグ。
【請求項１９】
前記繊維性材料は、ノンクリンプトファブリック（ｎｏｎ−ｃｒｉｍｐｅｄ  ｆａｂｒｉｃ）の複数の積み重ねられた層を含む、請求項１８に記載のプリプレグ。
【請求項２０】
前記プリプレグは、前記プリプレグのガラス転移温度（Ｔｇ，ｐ）が１２〜２５℃になるように部分硬化されている、請求項１６に記載のプリプレグ。
【国際調査報告】
2018532014.tif 000011
2018532014.tif 000012