特許 7645803 エポキシ複合材料

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-06

(45)【発行日】2025-03-14

(54)【発明の名称】エポキシ複合材料

(51)【国際特許分類】

   C08L 63/00 20060101AFI20250307BHJP

   C08K 5/5313 20060101ALI20250307BHJP

   C08K 5/103 20060101ALI20250307BHJP

   C08J 5/24 20060101ALI20250307BHJP

【ＦＩ】

C08L63/00 C

C08K5/5313

C08K5/103

C08J5/24 CFC

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021547380

(86)(22)【出願日】2020-01-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-30

(86)【国際出願番号】 US2020015528

(87)【国際公開番号】W WO2020167467

(87)【国際公開日】2020-08-20

【審査請求日】2023-01-24

(31)【優先権主張番号】62/806,307

(32)【優先日】2019-02-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】502141050

【氏名又は名称】ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100095360

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 英二

(74)【代理人】

【識別番号】100128484

【弁理士】

【氏名又は名称】井口 司

(72)【発明者】

【氏名】バリジェパリ、バラティ

(72)【発明者】

【氏名】バンク、デイビッド エイチ．

(72)【発明者】

【氏名】ロウ、マイケル エー．

【審査官】佐藤 のぞみ

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００５／０８２９８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１３６０９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００２５９１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５３２０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０５２０７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００２／０５０１５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０２３２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１８５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－００１７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１００７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０８Ｌ ６３／００－６３／１０

Ｃ０８Ｋ ３／００－１３／０８

Ｃ０８Ｇ ５９／００－５９／７２

Ｃ０８Ｊ ５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（ａ）オキサゾリドン系エポキシ樹脂を含む少なくとも１つのエポキシ樹脂と、
（ｂ）ホスフィン酸塩を含む少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤と、
（ｃ）少なくとも１つの離型剤と、
（ｄ）少なくとも１つの硬化剤と、
（ｅ）少なくとも１つの触媒と、を含む、硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物であって、
硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物の総重量を基準として、前記エポキシ樹脂（ａ）は６６．４～７８．６重量％であり、前記非ハロゲン化リン含有難燃剤（ｂ）は１０～２０重量％であり、
前記非ハロゲン化リン含有難燃剤（ｂ）が５ミクロン未満の平均粒径を有する、硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物。

【請求項2】

前記少なくとも１つのエポキシ樹脂（ａ）がオキサゾリドン系エポキシ樹脂であり、
前記少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤（ｂ）がジエチルホスフィン酸アルミニウムであり、
前記少なくとも１つの離型剤（ｃ）がポリオールとモンタン酸のエステルであり、
前記少なくとも１つの硬化剤（ｄ）がジシアンジアミドであり、
前記少なくとも１つの触媒（ｅ）が、トルエンビス－ジメチル尿素、ｐ－クロロフェニル－Ｎ，Ｎジメチル尿素、３－フェニル－１，１－ジメチル尿素、３，４－ジクロロフェニル－Ｎ，Ｎ－ジメチル尿素、Ｎ－（３－クロロ－４－メチルフェニル）－Ｎ’，Ｎ’－ジメチル尿素、およびそれらの混合物のうちの１つ以上から選択される尿素化合物である、
請求項１に記載の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物。

【請求項3】

前記硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物が、２２℃でタックフリーであり、１５０℃で３分以内に硬化し、１５０℃を超える硬化ガラス転移温度を有する炭素繊維複合材料およびＵＬ９４ Ｖ－１規格の難燃性を示す硬化複合材料を提供することができる、エポキシ繊維プリプレグを提供する、請求項１に記載の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物。

【請求項4】

前記少なくとも１つの離型剤（ｃ）の濃度が２重量パーセント～５重量パーセントであり、
前記少なくとも１つの硬化剤（ｄ）の濃度が６重量パーセント～８重量パーセントであり、
前記少なくとも１つの触媒（ｅ）の濃度が２重量パーセント～５重量パーセントである、
請求項１に記載の組成物。

【請求項5】

（ａ）オキサゾリドン系エポキシ樹脂を含む少なくとも１つのエポキシ樹脂と、
（ｂ）ホスフィン酸塩を含む少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤と、
（ｃ）少なくとも１つの離型剤と、
（ｄ）少なくとも１つの硬化剤と、
（ｅ）少なくとも１つの触媒と、を混合することを含む、硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を作製するためのプロセスであって、
硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物の総重量を基準として、前記エポキシ樹脂（ａ）は６６．４～７８．６重量％であり、前記非ハロゲン化リン含有難燃剤（ｂ）は１０～２０重量％であり、
前記非ハロゲン化リン含有難燃剤（ｂ）が５ミクロン未満の平均粒径を有する、硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を作製するためのプロセス。

【請求項6】

難燃性エポキシ樹脂プリプレグであって、
（Ｉ）繊維強化基材を含む少なくとも１つの支持構造と、
（ＩＩ）前記繊維強化基材に含浸された、請求項１に記載の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物と、を含む、難燃性エポキシ樹脂プリプレグ。

【請求項7】

プリプレグを作製するためのプロセスであって、
（Ｉ）少なくとも１つの支持構造基材を提供するステップと、
（ＩＩ）請求項１に記載の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を提供するステップと、
（ＩＩＩ）前記支持構造基材に前記硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を含浸させるステップと、
（ＩＶ）ステップ（ＩＩＩ）の含浸した支持構造基材を、タックフリープリプレグを形成するのに十分なだけ加熱するステップと、を含む、プロセス。

【請求項8】

少なくともＵＬ９４ Ｖ－１規格の難燃性を示す、請求項１に記載の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を含む、難燃性硬化複合材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エポキシ樹脂組成物に関するものであり、より具体的には、本発明は、繊維複合材料を調製するための難燃性エポキシ樹脂組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

エポキシ炭素繊維複合材料は、炭素繊維複合材料が提供するかなりの強度と剛性、およびそのような炭素繊維複合材料を使用した場合に大幅な軽量化が実現する可能性があるため、自動車、航空宇宙、電子機器、およびその他の産業でますます使用されている。エポキシ炭素繊維複合材料は、金属または金属合金と比較して軽量化の点で優れているが、エポキシ炭素繊維複合材料は、エポキシ炭素繊維複合材料が延焼を遅延させる能力の点で劣っている。これにより、非常に厳しい難燃性要件を満たす必要がある用途で使用するためのエポキシ炭素繊維複合材料が限定される。電気／電子機器等の用途、またはパワーボートレース、航空宇宙、防衛、鉄道、および危険物車両等の輸送市場内の特定のセグメントに使用される材料は、ケーシングまたは部品が、機器の内部で発生する熱または機器の外部の高温に曝露された場合に発生する可能性がある、機器のケーシングまたは部品の発火または燃焼等の事故を防ぐために、難燃性であることが強く要求されることが多い。

【0003】

エポキシ炭素繊維複合材料は、通常、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）等の熱硬化性樹脂に基づいている。このような熱硬化性樹脂は、自己消火性ではなく、火炎に曝露されると強い燃焼および滴りを示す。エポキシ炭素繊維複合材料の難燃性は、難燃（ＦＲ）剤を添加することにより改善することができる。伝統的に、ハロゲン難燃剤が最も広く使用されてきた。ハロゲンＦＲ剤は、複合材料に使用すると非常に効果的であるが、ハロゲンＦＲ剤は、複合材料が発火してから火が消火するまでの期間中、ハロゲン化水素または有機ハロゲン化合物等の有害なガスを発生する場合があり得る。また、ハロゲン難燃剤を含有するプラスチック材料を不十分な高温（摂氏９００度（℃）未満（＜））で焼却すると、ポリハロゲン化ダイオキシンが放出されることが知られている。非ハロゲンＦＲ剤を開発するために、過去１０年ほどにわたって多くの努力が払われてきた。既知の非ハロゲンＦＲ剤は、一般に、そのような非ハロゲンＦＲ剤を含有するエポキシ－アルゴン繊維複合材料の難燃性を改善するが、多くの場合、非ハロゲンＦＲ剤のエポキシ配合物への組み込みは、そのようなエポキシ配合物から作製された複合材料の熱的および機械的特性の低減を伴い得る。樹脂配合物へのＦＲ剤の添加もまた、マトリックス樹脂の粘度を大幅に増加する傾向がある（例えば、１１０℃で１０パスカル秒（Ｐａ．ｓ）超（＞））。炭素繊維織物に高粘度のマトリックス樹脂を含浸させることは、達成するのが困難である。自動車用途向けのエポキシ炭素繊維複合材料は、良好な繊維含浸および高い硬化ガラス転移温度（Ｔｇ）のために、注入温度（例えば、約１００℃～１３０℃）で低粘度（例えば、１０Ｐａ．ｓ未満）を使用する必要がある。さらに、高速自動製造システムでの使用を対象としたエポキシ炭素繊維複合材料部品もまた、自動処理のために迅速な硬化速度および無視できるほどにわずかなプリプレグタックを必要とする。

【0004】

必要な硬化速度および物理的または機械的特性を有する既知のエポキシ複合材料が存在するが、既知のエポキシ複合材料のいずれも、必要な硬化速度、物理的特性、および機械的特性を難燃性特性と組み合わせてはいない。例えば、ＷＯ２０１７／０６６０５６は、オキサゾリドンを含むエポキシ樹脂成分（Ａ）、エポキシ樹脂成分（Ｂ）、ジシアンジアミド（ダイサイ）粒子、およびエポキシ可溶性の潜伏性触媒を含有するエポキシ樹脂組成物を開示している。ダイサイ粒子は、ダイサイ粒子の９８パーセント（％）が１０ミクロン（μｍ）未満の直径を有し、ダイサイ粒子の少なくとも３５％が２μｍを超える粒径を有する粒子分布を有する。ＷＯ２０１７／０６６０５６に開示されるエポキシ樹脂組成物は、難燃剤を含まない。

【0005】

難燃剤を含む他のエポキシ配合物が当該技術分野で知られているが、そのような既知のエポキシ配合物は、必要なＴｇおよび／または自動処理に望ましいタックフリー特性を有しない。例えば、ＥＰ１３５９１７４Ａ１、ＵＳ２０１４／００１０９７９Ａ１、ＥＰ２４３９２２２Ａ１、およびＥＰ２５４３６９３Ｂ１は、難燃剤を含む様々なエポキシ樹脂組成物を記載しているが、上記の参考文献は、望ましいＴｇおよび／またはタックフリー特性を備えたエポキシ樹脂組成物を提供していない。

【0006】

難燃剤を含むさらに他のエポキシ配合物が当該技術分野で知られているが、そのような既知のエポキシ配合物は、組成物を構成するために異なる組み合わせの構成成分を使用するため、十分な難燃性、Ｔｇおよび／またはタックフリー特性等の１つまたは複数の特性を達成しないエポキシ樹脂組成物を提供する場合がある。例えば、ＫＲ１５３０７５４Ｂ１、ＪＰ２０１１／１４８９３８Ａ、およびＫＲ２０１７／０２２８７４Ａは、エポキシ樹脂、ＦＲ剤、硬化剤、および／または触媒の異なる組み合わせを使用するエポキシ樹脂組成物を記載している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、非ハロゲン化リン含有（ホスフィン酸塩）難燃剤の所定の選択および所定の投与量を含む、オキサゾリドン系エポキシ樹脂配合物または組成物に関する。上記の難燃剤をオキサゾリドン系エポキシ樹脂組成物に添加して、そのような難燃性オキサゾリドン系エポキシ樹脂組成物から作製された炭素繊維強化エポキシ複合材料の燃焼性能を改善する。

【0008】

一実施形態において、本発明は、以下を含む難燃性繊維複合材料を調製するための難燃性エポキシ樹脂組成物を含む：（ａ）少なくとも１つのオキサゾリドン系エポキシ樹脂、（ｂ）難燃性エポキシ樹脂組成物から作製された炭素繊維強化エポキシ複合材料の燃焼性能を改善するための少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤、（ｃ）少なくとも１つの離型剤、（ｄ）少なくとも１つの硬化剤、および（ｅ）少なくとも１つの触媒。

【0009】

別の実施形態において、本発明は、上記のエポキシ樹脂組成物で調製された難燃性繊維複合材料を含む。

【0010】

本発明は、固体および液体エポキシ樹脂とリンベースのＦＲ剤との独自の事前選択された組み合わせを使用することにより、必要な硬化速度、物理的または機械的特性、および難燃性を有するエポキシ樹脂組成物を提供する。本組成物の利点は、炭素繊維強化材による微粒子濾過を回避するために、平均粒径が５μｍ未満のＦＲ剤を使用することを含む。本発明のエポキシ炭素繊維プリプレグは、室温（例えば、約２２℃）でタックフリーであり、１５０℃で３分（分）以内に硬化する。炭素繊維複合材料は、１５０℃を超える硬化Ｔｇを有し、硬化複合材料はＵＬ９４ Ｖ－０分類を達成することができる。

【発明を実施するための形態】

【0011】

「耐火剤」および「難燃剤」（本明細書では「ＦＲ」と略記する）は、本明細書で交換可能に使用できる用語であり、延焼を防止するもしくは遅延させるため、または火の強度を低下させるために使用される材料、物質、または添加剤を意味する。本明細書に記載の硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物で処理された、本明細書に記載の炭素繊維織物材料等の材料は、「徐燃性」または「自己消火性」であるため、熱または裸火（すなわち発火源）に曝露されたときに材料が溶解するまたは滴り落ちることがない。難燃剤は「不燃」剤または「防炎」剤ではないが、代わりに、本明細書の難燃剤は、延焼を遅延させるように設計された物質である。発火源に曝露されると、難燃剤は発火源の存在によって活性化され、火を抑制するように機能する、すなわち、難燃剤は、発火または燃焼のさらなる進展を防止または減速することを目的としている。したがって、耐火材料は、延焼を阻止する、すなわち、耐火剤は、延焼を防止するまたは延焼の確率を低下させる役割を果たす。

【0012】

１つの一般的な実施形態において、本発明の難燃性（ＦＲ）複合材料は、ＦＲエポキシ樹脂配合物または組成物、およびＦＲ炭素繊維複合材料を形成するように硬化したＦＲエポキシ樹脂組成物を含浸させた炭素繊維強化材を含む。

【0013】

広い実施形態において、本発明において有用な硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物は、以下を含む：（ａ）例えば、オキサゾリドン系固体エポキシ樹脂であり得る固体エポキシ樹脂等の、少なくとも１つのエポキシ樹脂（すなわち、少なくとも１つのオキサゾリドン基含有固体エポキシ樹脂）、（ｂ）繊維強化エポキシ樹脂複合材料が少なくともＵＬ９４ Ｖ－１規格の難燃性を示す一方で、引張強度および剛性等の機械的特性を保持する繊維強化エポキシ樹脂複合材料を提供する、少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤等の繊維強化エポキシ複合材料の燃焼性能を改善するための少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤、（ｃ）少なくとも１つの離型剤、（ｄ）少なくとも１つの硬化剤、および（ｅ）少なくとも１つの触媒。

【0014】

本発明の硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物は、少なくとも１つのエポキシ樹脂を含み得る（すなわち、エポキシ成分は、単一のエポキシ樹脂または２つ以上のエポキシ樹脂の混合物／組み合わせであり得る）。別の実施形態において、本発明の硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物は、（１）第１の樹脂としての少なくとも１つのエポキシ樹脂と、（２）エポキシ樹脂とは異なる第２の樹脂との混合物または組み合わせを含有し得る。２つ以上の異なる樹脂が存在する場合、エポキシ樹脂（複数可）が、一般に、硬化性樹脂組成物の主要成分である。

【0015】

広範囲のエポキシ樹脂が、硬化性組成物のエポキシ樹脂成分としての使用に適している可能性がある。硬化性組成物を調製するのに有用なエポキシ樹脂は、例えば、液体エポキシ樹脂、エポキシノボラック樹脂、固体エポキシ樹脂、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。本発明において有用なエポキシ樹脂は、任意の既知の脂肪族、脂環式または芳香族エポキシ樹脂であり得る。１つの好ましい実施形態において、芳香族基を有するエポキシ樹脂、およびグリシジルアミン構造およびグリシジルエーテル構造のいずれかを含有するエポキシ樹脂を使用することができる。別の実施形態において、脂環式エポキシ樹脂もまた好ましく使用され得る。

【0016】

グリシジルアミン構造を含有する本発明において有用なエポキシ樹脂の例示として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｏ－トリグリシジル－ｐ－アミノフェノール、Ｎ，Ｎ，Ｏ－トリグリシイル－ｍ－アミノフェノール、Ｎ，Ｎ，Ｏ－トリグリシイル－３－メチル－４－アミノフェノール、トリグリシイルアミノクレゾール、およびそれらの混合物の様々な異性体を挙げることができる。

【0017】

グリシジルエーテル構造を含有するエポキシ樹脂は、例えば、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、ビスフェノールＳ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、およびそれらの混合物を含むことができる。

【0018】

本発明において有用なエポキシ樹脂は、例えば、芳香環構造において非反応性置換基を有し得る。例えば、非反応性置換基は、アルキル基（例えば、メチル、エチルまたはイソプロピル）、芳香族基（例えば、フェニル）、アルコキシル基、アラルキル基、ハロゲン基（例えば、塩素または臭素）、およびそれらの混合物を含み得る。

【0019】

１つの好ましい実施形態において、エポキシ樹脂またはその混合物は、それ自体、２３℃で非粘着性の固体であり得る。別の好ましい実施形態において、エポキシ樹脂またはその混合物は、それ自体、４０℃～８０℃、および別の実施形態では４０℃～６５℃の温度になると、熱軟化され得る。なおも別の実施形態において、エポキシ樹脂は、２３℃で固体である少なくとも１つのエポキシ樹脂を含み得、さらに別の実施形態において、エポキシ樹脂組成物は、２３℃で固体である１つまたは複数のエポキシ樹脂と、２３℃で液体である１つまたは複数のエポキシ樹脂との混合物を含有し得る。

【0020】

エポキシ樹脂またはその混合物は、例えば、少なくとも２１０グラム／当量（ｇ／当量）または少なくとも２２０ｇ／当量、一実施形態では最大１，０００ｇ／当量、別の実施形態では最大５００ｇ／当量、なおも別の実施形態では最大３５０ｇ／当量、またはさらに別の実施形態では最大３００ｇ／当量のエポキシ当量（ＥＥＷ）を有し得る。

【0021】

エポキシ樹脂またはその混合物は、例えば、一実施形態では分子あたり少なくとも２．４エポキシ基、別の実施形態では分子あたり少なくとも２．５エポキシ基、またはなおも別の実施形態では分子あたり少なくとも２．６エポキシ基の数平均エポキシ官能基を有し得る。さらに、数平均エポキシ官能基は、例えば、一実施形態では分子あたり最大６エポキシ基、別の実施形態では分子あたり最大４エポキシ基、なおも別の実施形態では分子あたり最大３．５エポキシ基、またはさらに別の実施形態では分子あたり最大３．０エポキシ基であり得る。

【0022】

本発明のいくつかの好ましい実施形態において、エポキシ樹脂は、ポリフェノールの少なくとも１つのポリグリシジルエーテルを含有し得る。ポリフェノールのポリグリシジルエーテルには、例えば、（ｉ）レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、ビフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＡＰ（１，１－ビス（４－ヒドロキシルフェニル）－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、およびテトラメチルビフェノールなどの多価フェノール化合物のジグリシジルエーテル、（ｉｉ）Ｃ２～２４アルキレングリコールおよびポリ（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などの脂肪族グリコールおよびポリエーテルグリコールのジグリシジルエーテル、（ｉｉｉ）フェノール－ホルムアルデヒドノボラック樹脂（エポキシノボラック樹脂）、エポキシクレゾールノボラック樹脂、フェノール－ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、およびクレゾール－ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂などのアルキル置換フェノール－ホルムアルデヒド樹脂のポリグリシジルエーテル（各々が、分子あたり３つ以上のエポキシ基を有する）、（ｉｖ）例えば、米国特許第５，１１２，９３２号に記載されているようなフェノール化合物のオキサゾリドン基含有ポリグリシジルエーテルが含まれ得る。そのようなエポキシ樹脂には、ジフェニルメタンジイソシアネートまたはトルエンジイソシアネートなどのジイソシアネートと、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、ビフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＡＰ（１，１－ビス（４－ヒドロキシルフェニル）１－フェニルエタン）、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＫ、およびテトラメチルビフェノールなどのジフェノールのジグリシジルエーテルとの反応生成物が含まれる。これらのエポキシ樹脂は、例えば、一実施形態では１．９～２．５、別の実施形態では１．９～２．２のエポキシ官能基、および、例えば、一実施形態では３００～５００、別の実施形態では３２５～４５０のエポキシ当量、（ｖ）ジシクロペンタジエン－フェノール樹脂およびジシクロペンタジエン置換フェノール樹脂、（ｖｉ）上記のタイプ（ｉ）、（ｉｉ）、または（ｉｉｉ）のいずれかの部分的に高度なエポキシ樹脂、ならびに（ｖｉｉ）上のエポキシ樹脂のうちの２つ以上の任意の組み合わせを有し得る。

【0023】

タイプ（ｉ）～（ｖｉ）の上記のエポキシ樹脂の多くは市販されている。かつ、市販のエポキシ樹脂製品のいくつかは、多くの場合、上記のエポキシ樹脂のうちの２つ以上のブレンドであり得る。例えば、本発明において有用であり得るビスフェノールＡおよびビスフェノールＦの市販のポリグリシジルエーテルには、Ｄ．Ｅ．Ｒ．（登録商標）３３０、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３１、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３２、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３５４、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３８３、Ｄ．Ｅ．Ｒ．６６１、およびＤ．Ｅ．Ｒ．６６２樹脂の名称でＯｌｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって販売されるものが含まれる。一般に、そのようなエポキシ樹脂は、２超のエポキシ官能基を有する。ポリグリコールの市販のジグリシジルエーテルには、Ｏｌｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＤ．Ｅ．Ｒ．７３２およびＤ．Ｅ．Ｒ．７３６が含まれ得る。

【0024】

他の実施形態において、本発明において有用であり得る市販のエポキシノボラック樹脂には、例えば、Ｏｌｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＤ．Ｅ．Ｎ．（登録商標）３５４、Ｄ．Ｅ．Ｎ．４３１、Ｄ．Ｅ．Ｎ．４３８、およびＤ．Ｅ．Ｎ．４３９が含まれ得る。一般に、これらのエポキシノボラック樹脂製品は、例えば、一実施形態では１５０～２００のエポキシ当量を有し得、例えば、一実施形態では２．２～５．０、別の実施形態では２．６～４．０のエポキシ官能基を有し得る。オキサゾリドン基を含有し、本発明において有用であり得る別の好適な市販のエポキシ樹脂には、Ｄ．Ｅ．Ｒ．６５０８（Ｏｌｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能）が含まれ得る。

【0025】

本発明において有用であり得る他の実施形態は、Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ａｒａｌｄｉｔｅ ＥＣＮ１２７３、ＨｅｘｉｏｎからのＥｐｏｎ（登録商標）１６４およびＥｐｏｎ（登録商標）１６５、ならびにＤＩＣ ＡｍｅｒｉｃａｓからのＥｐｉｃｌｏｎ（登録商標）Ｎ－６６０、Ｅｐｉｃｌｏｎ Ｎ－６６４、Ｅｐｉｃｌｏｎ Ｎ－６７０、Ｅｐｉｃｌｏｎ Ｎ－６７３、Ｅｐｉｃｌｏｎ Ｎ－６８０、Ｅｐｉｃｌｏｎ Ｎ－６９０、およびＥｐｉｃｌｏｎ Ｎ－６９５等の市販のエポキシクレゾールノボラック樹脂を含み得る。一般に、これらのエポキシクレゾールノボラック樹脂製品は、例えば、一実施形態において、１８０～２５０のエポキシ当量を有し得、例えば、一実施形態では２．２～５．０、別の実施形態では２．６～４．８のエポキシ官能基を有し得る。

【0026】

本発明の一実施形態において、本発明のエポキシ樹脂組成物において有用なエポキシ樹脂は、エポキシノボラック樹脂と組み合わせた液体エポキシ樹脂を含み得る。例えば、エポキシ樹脂組成物は、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテルである液体エポキシ樹脂と、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有し得る。一実施形態において、エポキシ樹脂組成物中のすべてのエポキシ樹脂の総重量に基づいて、ビスフェノールＡエポキシ樹脂のジグリシジルエーテルは、０重量パーセント（重量％）～６５重量％の量で本組成物中に存在し得、エポキシノボラック樹脂は、０重量％～７０重量％の量で本組成物中に存在し得る。１つの好ましい実施形態において、エポキシ樹脂組成物中のすべてのエポキシ樹脂の総重量に基づいて、ジグリシジルエーテル樹脂は、１０重量％～４０重量％の量で本組成物中に存在し得、エポキシノボラック樹脂は、１５重量％～６２重量％の量で本組成物中に存在し得る。別の好ましい実施形態において、エポキシ樹脂組成物中のすべてのエポキシ樹脂の総重量に基づいて、ジグリシジルエーテル液体エポキシ樹脂は、１５重量％～３０重量％の量で本組成物中に存在し得、エポキシノボラック樹脂は、２５重量％～４６重量％の量で本組成物中に存在し得る。

【0027】

別の実施形態において、本組成物中のエポキシ成分が液体エポキシ樹脂のみである場合、エポキシ樹脂組成物中の構成成分の総重量に基づいて、エポキシ樹脂組成物中に存在する液体エポキシ樹脂の量は、一実施形態では３５重量％～９０重量％、別の実施形態では４５重量％～８５重量％、およびなおも別の実施形態では５５重量％～７５重量％の範囲であり得る。

【0028】

なおも別の実施形態において、本組成物中のエポキシ成分が固体エポキシ樹脂のみである場合、エポキシ樹脂組成物中のすべてのエポキシ樹脂の総重量に基づいて、エポキシ複合組成物において有用な固体エポキシ樹脂の量は、１０重量％～６５重量％、別の実施形態では１５重量％～５５重量％、およびさらになおも別の実施形態では２０重量％～４５重量％の範囲であり得る。１つの好ましい実施形態において、エポキシ樹脂組成物中の固体エポキシ樹脂の量は、エポキシ樹脂組成物中の構成成分の総重量に基づいて、２５重量％～４３重量％であり得る。

【0029】

さらに別の実施形態において、硬化性樹脂組成物中のエポキシ成分が上記のタイプのエポキシ樹脂（ａ）～（ｆ）のいずれかの混合物を含有する場合、そのようなエポキシ樹脂は一緒になって、硬化性樹脂組成物中に存在するすべてのエポキシ樹脂の総重量の少なくとも５０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも９０重量％、または少なくとも
９５重量％を構成し得る。代替として、本組成物に使用されるエポキシ樹脂の組み合わせは、すべてのエポキシ樹脂の総重量の１００％を構成し得る。

【0030】

さらになおも別の実施形態において、硬化性樹脂組成物は、（１）ビスフェノール生成物の少なくとも１つのジグリシジルエーテル、（２）少なくとも１つのエポキシノボラック樹脂生成物、および（３）少なくとも１つのオキサゾリドン含有エポキシ樹脂生成物の組み合わせを含み得、これらの３つの生成物は一緒になって、硬化性樹脂組成物中に存在するすべてのエポキシ樹脂の総重量の９０重量％～１００重量％または９５重量％～１００重量％を構成する。

【0031】

いくつかの実施形態において、他のエポキシ樹脂は本組成物中に存在し得るが、そのような実施形態において、他のエポキシ樹脂は、存在するとしても少量で存在する。これらの他のエポキシ樹脂の中には、米国特許第３，６８６，３５９号に記載されているものを含む脂環式エポキシドがある。これらの脂環式エポキシドには、例えば、（３，４－エポキシシクロヘキシル－メチル）－３，４－エポキシ－シクロヘキサンカルボキシレート、ビス－（３，４－エポキシシクロヘキシル）アジペート、ビニルシクロヘキセンモノオキシド、およびそれらの混合物が含まれ得る。

【0032】

他の実施形態において、本組成物に使用され得るエポキシ樹脂は、必ずしもゴム変性されているとは限らず、ポリエーテル基を必ずしも含有しない。ただし、ゴム変性、ならびにエポキシ末端ポリエーテルおよび／またはキャップされた末端イソシアネート基を有するポリエーテルを含有する強化剤による変性は、本発明の範囲内である。

【0033】

本発明のＦＲエポキシ樹脂組成物を調製するために使用することができるＦＲ剤は、当該技術分野で既知の１つまたは複数の難燃剤を含み得る。ＦＲ剤は、リン含有材料を含むことができ、赤色リン等の化学元素自体、または代替として、リンを含有する様々な無機または有機化合物のいずれかを使用することができる。例えば、ＦＲ剤は、元素の赤色リン、リン酸メラミン、リン酸ジメラミン、ピロリン酸メラミン、リン酸トリアリール、レゾルシノールビス（ジフェニルホスフェート）、リン酸トリス（クロロプロピル）、ポリリン酸アンモニウム、ホスフィン酸誘導体、無機ホスフィン酸塩、例えば、ホスフィン酸アルミニウム、または有機ホスフィン酸の金属塩およびそれらの混合物等からなる群から選択され得る。ジエチルホスフィン酸アルミニウムは、１つの好ましい実施形態で使用され得る。

【0034】

固体のＦＲ剤を使用する場合、それは好ましくは５μｍ未満の粒径を有するべきである。一般に、エポキシ樹脂組成物が５μｍを超えるサイズの固体粒子を含有する場合、粒子は、注入プロセス中に炭素繊維織物によって濾過される傾向がある。ＦＲ剤を濾過することは、複合物品の難燃性に悪影響を与える可能性がある。

【0035】

ＦＲエポキシ樹脂組成物を作製するために使用されるＦＲ剤の量は、例えば、一実施形態では１重量％～３０重量％、別の実施形態では５重量％～２５重量％、なおも別の実施形態では１０重量％～２０重量％であり得る。３０重量％を超えるＦＲ剤を添加すると、成形された複合物品の熱的および機械的特性が低下する可能性がある。固体のＦＲ剤を使用する場合、配合物に３０重量％を超えるＦＲ剤を添加すると、粘度が大幅に増加し（例えば、注入温度で１０Ｐａ．ｓ超）、したがって樹脂の加工性が低下する可能性がある。

【0036】

本発明のＦＲエポキシ樹脂組成物を調製するために使用することができる離型剤は、当該技術分野で既知の１つまたは複数の離型剤を含み得る。例えば、硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物中の離型剤は、構成成分（ｃ）として少なくとも１つの内部離型剤（ＩＭＲ）を含むことができる。ＩＭＲ剤は、硬化した組成物の金型または硬化性樹脂組成物が硬化した他の表面への接着を低減する硬化性樹脂組成物内に含有される物質である。ＩＭＲ剤の例には、一実施形態では１６個以上の炭素原子を有し、別の実施形態では１８個の炭素原子～３６個の炭素原子を有する脂肪酸が含まれる。また、本発明において有用なのは、アルカリ金属またはアンモニウム塩、モノアルキルエステル、モノアルキルアミド、ならびにそのような脂肪酸のジグリセリドおよび／またはトリグリセリド、ならびにそれらの混合物などのＩＭＲ剤であり得る。有用なタイプの内部離型には、１８個の炭素原子～３６個の炭素原子を有する脂肪酸と１０個の炭素原子～３６個の炭素原子を有する脂肪酸のジグリセリドおよび／またはトリグリセリドとの混合物が含まれる。１つの好ましい実施形態において、ＩＭＲ剤には、Ｃｌａｒｉａｎｔから入手可能なＬｉｃｏｌｕｂ ＷＥ４などのトリグリセロールのモンタン酸エステルが含まれ得る。

【0037】

ＩＭＲ剤は、硬化した組成物の型または他の表面への接着を低減するのに有効な量で硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物中に存在し得る。硬化性組成物中に存在するＩＭＲ剤の好適な量は、例えば、一実施形態ではエポキシ樹脂（複数可）の１００重量部あたり少なくとも０．５重量部（ＰＨＲ）、別の実施形態では少なくとも１ＰＨＲ、なおも別の実施形態では少なくとも１．５ＰＨＲ～最大１０ＰＨＲ、さらに別の実施形態では最大７ＰＨＲ、さらになおも別の実施形態では最大５ＰＨＲ、またはさらにまた別の実施形態では最大４ＰＨＲであり得る。

【0038】

本発明のＦＲエポキシ樹脂組成物を調製するために使用することができる硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化に使用される当該技術分野で既知の１つまたは複数の硬化剤を含み得る。１つの好ましい実施形態において、硬化性エポキシ樹脂組成物において有用な硬化剤は、少なくとも１つの潜伏型硬化剤を含む。潜伏性硬化剤は、一実施形態では少なくとも１００℃、別の実施形態では少なくとも１２０℃の活性化温度を有するべきである。硬化剤は、少なくとも１００℃以上の温度に加熱するとエポキシ樹脂を硬化（架橋）させるが、室温または最大少なくとも５０℃の温度でも樹脂を硬化させない（または樹脂が非常に遅い）ため、潜伏性である。硬化剤は、例えば、ブロックされた反応性基、カプセル化に起因して、高い融解温度（例えば、２００℃超）を有するため、および／または高温（例えば、１５０℃未満）に曝露されるまでエポキシ樹脂（または混合物）の制限された溶解度を有するため、潜伏性であり得る。

【0039】

硬化剤の活性化温度は、硬化剤と化学量論比で１８２～１９２のエポキシ当量を有するビスフェノールＡのジグリシジルエーテルとを組み合わせ、その組み合わせを２つの基材の間に適用し、様々な温度で２時間加熱し、次にそれぞれの場合で、ＤＩＮ ＩＳＯ １４６５に従ってラップせん断強度を測定することによって評価され得る。別のサンプルは１８０℃で３０分間硬化され得、この条件は「完全硬化」条件を表す。「活性化温度」は、組み合わせが「完全硬化」条件下で得られる少なくとも３０％のラップせん断強度を達成する最低硬化温度を指す。

【0040】

本発明の組成物において有用な好適な潜伏性硬化剤には、例えば、ボロントリクロリド／アミンおよびボロントリフルオリド／アミン錯体；メラミン；ジアリルメラミン；３－アミノ－１，２，４－トリアゾールなどのアミノトリアゾール；ジシアンジアミド；メチルグアニジン、ジメチルグアニジン、トリメチルグアニジン、テトラメチルグアニジン、メチルイソビグアニジン、ジメチルイソビグアニジン、テトラメチルイスビガンジジン、ヘプタメチルイソビグアニジン、ヘキサメチルイソビグアニジン、アセトグアナミン、およびベンゾグアナミンなどのグアナミン、ならびにそれらの混合物が含まれ得る。本発明の実施形態で使用され得る好適な潜伏性硬化剤の他の例には、アジピン酸ジヒドラジド、ステアリン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、およびテレフタル酸ジヒドラジドなどのヒドラジド；セミカルバジド；シアノアセトアミド；ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族ポリアミン；ならびにそれらの混合物が含まれ得る。一実施形態において、例えば、グアナミンとジヒドラジドとの混合物が使用され得る。１つの好ましい実施形態において、ダイサイ、イソフタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジドおよび４，４’－ジアミノ－ジフェニルスルホンの使用を用いることができる。さらに別の好ましい実施形態において、硬化剤は、ダイサイであり得る。本発明の実施形態で使用され得る好適なダイサイ潜伏性硬化剤は、製品名Ｔｅｃｈｎｉｃｕｒｅ ＮａｎｏｄｉｃｙでＡＣ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ Ｉｎｃ．から入手可能である。

【0041】

好ましい実施形態において、硬化剤は、ダイサイ等の微粉化された潜伏性硬化剤である。典型的には、微粉化された潜伏性硬化剤は、粒子の９８％が１０ミクロン（μ）未満である最大粒子直径を有し、粒子の少なくとも３５％が２μ未満である粒子直径を有する粒子分布を有し、エポキシ樹脂組成物のより迅速な硬化速度を提供する。成形物品および成形部品の生成で高いスループットが必要と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。

【0042】

１つの好ましい実施形態において、潜伏性硬化剤は、粒子の９８％が６μ未満である最大粒子直径を有し、別の実施形態において、粒子の９８％が４μ未満である最大粒子直径を有する粒径分布を有する。なおも別の実施形態において、粒子の少なくとも４５％が２μ未満の直径を有し、さらに別の実施形態において、粒子の少なくとも５５％が２μ未満の直径を有し、さらになおも別の実施形態において、粒子の少なくとも９０％が２μ未満の直径を有する。好ましい実施形態において、粒子の１００％は、２μ未満の直径を有する。粒径は、トルネードドライパウダーシステムを備えたベックマンコルターＬＳ１３－３２０レーザー回折粒径分析装置などのレーザー回折システムで測定され得る。

【0043】

エポキシ樹脂組成物中の潜伏性硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化するのに十分な量で存在する。１つの一般的な実施形態において、潜伏性硬化剤は、エポキシ樹脂（またはそれらの混合物）によって提供されるエポキシド基あたり少なくとも０．７５のエポキシ反応性基を提供するのに十分な量で本組成物中に存在し得る。その量は、別の実施形態ではエポキシド基あたり少なくとも０．８５のエポキシ反応性基、なおも別の実施形態ではエポキシド基あたり少なくとも０．９０のエポキシ反応性基、またはさらに別の実施形態ではエポキシド基あたり少なくとも０．９５のエポキシ反応性基であり得る。他の実施形態において、硬化剤は、エポキシ基あたり最大１．５のエポキシ反応性基、エポキシ基あたり最大１．２５のエポキシ反応性基、エポキシ基あたり最大１．１５のエポキシ反応性基、エポキシ基あたり最大１．１０のエポキシ反応性基、エポキシ基あたり最大１．０５のエポキシ反応性基、またはエポキシ基あたり最大１．０２のエポキシ反応性基を提供し得る。

【0044】

エポキシ樹脂組成物に含有される硬化剤の量は、本組成物中のエポキシ樹脂の総量に対する量で存在する。エポキシ樹脂組成物中に存在する硬化剤は、エポキシ樹脂組成物に使用されるすべてのエポキシ樹脂を硬化させるのに適切な量であり、使用されるエポキシ樹脂および使用される硬化剤の種類に応じて適切に制御される。例えば、ＦＲエポキシ樹脂組成物を作製するために使用される硬化剤の量は、エポキシ樹脂組成物の総重量に基づいて、例えば、一実施形態では５重量％～１５重量％、別の実施形態では６重量％～１２重量％、なおも別の実施形態では７重量％～８重量％であり得る。

【0045】

本発明の硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物は、硬化剤（ダイサイ等）の存在下でのエポキシ樹脂の反応のために１つまたは複数の促進剤を含み得る。促進剤または硬化触媒は、当該技術分野で既知の触媒から選択することができる。樹脂組成物は、カプセル化（またはブロック）もされ得る少なくとも１つの促進剤（または硬化触媒）を含むか、またはそうでなければ高温（例えば、１００℃超）に曝露されたときにのみ活性化する潜伏型の促進剤を含む。触媒の潜伏期は、触媒の化学構造に直接起因する可能性がある。例えば、ブロックされた潜伏性触媒の実際の触媒活性種は、一般に、典型的には成形プロセス中に使用される前述の高温で発生するブロック解除反応によって生成されるまで存在しない。促進剤添加剤または潜伏性触媒はまた、硬化性複合組成物のエポキシ樹脂に可溶であり得、その結果、可溶化されたとき、可溶化された触媒は、前述の高温に加熱されるまで潜伏し得る。

【0046】

本明細書で使用される場合、潜伏性触媒に関する「可溶性」という用語は、エポキシ樹脂組成物を本明細書で以下に記載する繊維状材料などの構造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必要とする。本明細書の一実施形態における「実質的に溶解した」は、９０％を超える触媒がエポキシ樹脂組成物に溶解し、別の実施形態では９５％を超える触媒がエポキシ樹脂組成物に溶解し、なおも別の実施形態では触媒の１００％がエポキシ樹脂組成物に溶解することを意味する。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。

【0047】

本発明の実施形態で使用され得る促進剤の例には、尿素、置換尿素、修飾イミダゾール、およびそれらの混合物が含まれ得る。例えば、本発明の組成物において有用な尿素には、トルエンビス－ジメチル尿素、
ｐ－クロロフェニル－Ｎ，Ｎ－ジメチル尿素、３－フェニル－１，１－ジメチル尿素、３，４－ジクロロフェニル－Ｎ，Ｎ－ジメチル尿素、Ｎ－（３－クロロ－４－メチルフェニル）－Ｎ’，Ｎ’－ジメチル尿素、ＥＰ１ ９１６ ２７２に記載されている尿素化合物等の様々な脂肪族尿素化合物、およびそれらの混合物が含まれ得る。本発明において有用な他の好適な潜伏性触媒には、例えば、ベンジルジメチルアミン等のｔｅｒｔ－アクリルもしくはアルキレンアミン；２，４，６－トリス（ジメチルアミノメチル）－フェノール；ピペリジンもしくはその誘導体；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ル酸付加物脱水物；Ｃ_１～Ｃ_１２アルキレンイミダゾールもしくはＮ－アリールイミダゾール、例えば、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、４，４’－メチレン－ビス（２－エチル－５－メチルイミダゾール）２－エチル－２－メチルイミダゾール、もしくはＮ－ブチルイミダゾールおよび６－カプロラクタム；ポリ（ｐ－ビニルフェノール）マトリックスに組み込まれた２，４，６－トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール（ＥＰ０１９７８９２に記載されるような）、または米国特許第４，７０１，３７８号に記載されているものを含む、ノボラック樹脂に組み込まれた２，４，６－トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール；ならびにそれらの混合物が含まれ得る。

【0048】

１つの好ましい実施形態において、本発明において有用な可溶性の潜伏性触媒は、潜伏性であり、かつエポキシ樹脂に可溶性である、上記のブロックされた尿素触媒であり得る。本発明のエポキシ樹脂複合組成物の実施形態で使用され得る好適な潜伏性尿素触媒の例は、トルエンビス－ジメチル尿素（「ＴＢＤＭＵ」）であり得る。

【0049】

ＦＲエポキシ樹脂組成物を作製するために使用される硬化触媒は、触媒的に有効な量でエポキシ樹脂組成物中に存在するべきである。例えば、そのような好適な触媒的に有効な量は、１つの一般的な実施形態では０．１ＰＨＲ～１０ＰＨＲ、別の実施形態では０．２５ＰＨＲ～５ＰＨＲ、およびなおも別の実施形態では１ＰＨＲ～５ＰＨＲであり得る。

【0050】

硬化性エポキシ樹脂組成物は、構成成分（ｆ）として他の様々な任意選択的な成分、化合物、または添加剤を含有し得る。本発明の硬化性樹脂配合物に添加され得る任意選択的な添加剤には、例えば、１つまたは複数の反応抑制剤、希釈剤、強化剤、ゴム、可塑剤、増量剤、着色剤、発煙抑制剤、チキソトロピー剤、接着促進剤、殺生物剤、酸化防止剤、他の助触媒、他の促進剤、他の難燃剤または耐火剤、界面活性剤、流動調整剤、安定剤、およびそれらの混合物が含まれ得る。硬化性樹脂組成物はまた、成形化合物および硬化複合物の表面またはその近くの繊維間の隙間を充填して、より滑らかな表面を提供する炭酸カルシウム、ヒュームドシリカ、および／またはカーボンナノチューブなどの細かく分割された固体を含有し得る。典型的なエポキシ樹脂組成物はまた、任意の意図された用途のために、いくつかの充填剤または他の機能性化学物質を含有し得る。

【0051】

硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物に使用される場合の任意選択的な構成成分の量は、エポキシ樹脂組成物の総重量に基づいて、一実施形態では０重量％～１０重量％、別の実施形態では０．０１重量％～５重量％、なおも別の実施形態では０．１重量％～５重量％であり得る。

【0052】

一般に、ＦＲエポキシ樹脂組成物を作製するためのプロセスは、（ａ）少なくとも１つのエポキシ樹脂と、（ｂ）繊維強化エポキシ複合材料の燃焼性能を改善するための少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤と、（ｃ）少なくとも１つの離型剤と、（ｄ）少なくとも１つの硬化剤と、（ｅ）少なくとも１つの触媒と、を混合することを含む。

【0053】

一実施形態において、かつ本発明の１つの非限定的な例示として、硬化性ＦＲエポキシ樹脂複合組成物は、本組成物中の全構成成分の重量に基づいて、８０重量％～９０重量％のエポキシ樹脂と、１重量％～２０重量％の非ハロゲン化リン含有難燃剤と、６重量％～８重量％の硬化剤と、２重量％～５重量％の促進剤と、２重量％～５重量％のＩＭＲ剤と、を混合することによって調製することができる。追加の任意選択的な化合物を上記の硬化性ＦＲエポキシ樹脂複合組成物に含めることもできる。ＦＲエポキシ樹脂組成物が形成されると、本組成物を炭素繊維またはガラス繊維の織布マット等の構造材料と組み合わせて、複合物品を製造することができる。

【0054】

本発明のＦＲエポキシ組成物の例示として、またそれによって限定されないが、ＦＲエポキシ樹脂組成物は、例えば、以下を混合することによって調製することができる：
（ａ）３０．２３重量％の第１のエポキシ樹脂（例えば、Ｏｌｉｎから入手可能なＤ．Ｅ．Ｎ．４３８）、（ｂ）２８．７６重量％の第２のエポキシ樹脂（例えば、Ｏｌｉｎから入手可能なＤ．Ｅ．Ｒ．６５０８）、（ｃ）１６．１９重量％の第３のエポキシ樹脂（例えば、Ｏｌｉｎから入手可能なＤ．Ｅ．Ｒ．３３１）、（ｄ）１．８８％の離型剤（例えば、Ｃｌａｒｉａｎｔから入手可能なＬｉｃｏｌｕｂ ＷＥ－４）、（ｅ）６．８９重量％の第１の硬化剤（例えば、ＡｌｚＣｈｅｍから入手可能なＴｅｃｈｎｉｃｕｒｅ Ｎａｎｏｄｉｃｙ）、（ｆ）３．０１重量％のＴＢＤＭＵ（例えば、ＣＶＣ Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから入手可能なＯｍｉｃｕｒｅ Ｕ４１０）、および（ｇ）１３．０４重量％のＦＲ剤（例えば、Ｃｌａｒｉａｎｔから入手可能なＥｘｏｌｉｔ ＯＰ ９４５）。

【0055】

ＦＲエポキシ複合組成物の上記の構成成分は、従来の混合機器において、当該技術分野で既知の従来の混合条件下で一緒に混合され得る。混合の前または最中に、必要に応じて、１つまたは複数の追加の任意選択的な化合物が樹脂配合物に添加され得る。一般に、硬化性樹脂組成物を構成する上記の構成成分の混合は、一実施形態では６０℃～９０℃、別の実施形態では６５℃～８５℃、なおも別の実施形態では７０℃～８０℃の温度で実施され得る。構成成分が完全に混合されて、硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物が形成されると、硬化性組成物は硬化できる状態となり、本組成物を硬化する前に、織布マット等の繊維構造または他の構造材料をＦＲ硬化性エポキシ樹脂組成物に注入するかまたは含浸させて、エポキシベースの樹脂複合プリプレグを形成することができ、これを硬化して、本明細書の以下に記載される複合物品を形成することができる。

【0056】

本発明の硬化性ＦＲエポキシ樹脂複合組成物は、特に適切な成分が互いに混合されて、ダイサイ硬化性エポキシ樹脂組成物を形成する場合に、いくつかの有益な特性および性能を有する。例えば、本発明の硬化性エポキシ樹脂組成物を使用することのいくつかの利点には、ＦＲ剤およびＩＭＲ剤等の硬化性組成物の構成成分を構成する化合物が使用される場合、以下の利点が含まれる：（１）ＦＲ剤およびＩＭＲ剤は、樹脂ブレンドの粘度を大幅に増加させることなく、エポキシ樹脂配合物に容易に組み込むことができる、（２）ＩＭＲ剤は、高温（例えば、１４５℃超）での成形中に、成形された複合材料を成形ツールから解放するのに役立つ、（３）ＩＭＲ剤は、５分未満の硬化サイクル時間で成形された複合材料を解放するのに役立つ、（４）ＩＭＲ剤は、５分以内に硬化する型からダイサイ硬化エポキシ樹脂を解放するのに役立つ、ならびに（５）ＦＲ剤、ＩＭＲ剤および反応抑制剤は、硬化した複合材料部品のＴｇを１０％より多く低下させない。さらに、本発明のエポキシ複合物品は、本発明のエポキシ複合配合物とジアミド硬化剤とを配合し、１４０℃を超える温度で等温成形して硬化することによって達成され得る。

【0057】

本発明で使用されるＦＲ剤は、エポキシ樹脂組成物の粘度を実質的に増加させない。例えば、１１０℃での樹脂組成物の粘度は、一実施形態では１Ｐａ．ｓ～１５Ｐａ．ｓ、別の実施形態では１Ｐａ．ｓ～１２Ｐａ．ｓ、なおも別の実施形態では１Ｐａ．ｓ～１０Ｐａ．ｓであり得る。樹脂組成物の粘度は、標準的な動的温度ランプ測定手順に従ってレオメーターで測定することができる。

【0058】

硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物は上に記載されている。上記のＦＲエポキシ樹脂組成物が調製されると、例えば、樹脂組成物を強化繊維基材に注入または含浸させてプリプレグ物品を形成することにより、硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物を強化繊維基材に接触させることができる。

【0059】

本発明の硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物で生成された本発明のプリプレグ生成物は、例えば、（ｉ）強化繊維基材と、（ｉｉ）強化繊維基材に含浸され、一体に統合されたＦＲエポキシ樹脂組成物と強化繊維基材とを含む未硬化または部分的に硬化したプリプレグを形成する、上記の硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物と、を含む。

【0060】

本発明の上記のＦＲエポキシ樹脂組成物は、多種多様な異なる強化繊維（または麻くずもしくは織物の形態の繊維状材料）と組み合わせることができる。本発明で使用される強化繊維は、例えば、炭素繊維、グラファイト繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、ポリエステル繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維、ホウ素繊維、金属繊維、鉱物繊維、鉱石繊維、スラグ繊維、天然繊維（玄武岩、麻、海草、干し草、亜麻、わら、ジュート、またはココナッツ等）、およびそれらの混合物を含み得る。１つの好ましい実施形態において、強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、およびそれらの混合物からなる群から選択することができる。

【0061】

繊維は、例えば、１つの一般的な実施形態では２５０ナノメートル（ｎｍ）～５００μｍ、別の実施形態では５００ｎｍ～５０μｍ、およびなおも別の実施形態では１μｍ～１０μｍの直径を有し得る。

【0062】

繊維は、連続繊維であり得る。連続繊維は、例えば、一方向性、織り、編み、編組、または機械的に絡み合っていてもよい。代替として、繊維を切断することもでき、例えば、短繊維は、一実施形態では最大１００ミリメートル（ｍｍ）、別の実施形態では３ｍｍ～５０ｍｍの長さを有する。切断繊維は、バインダーと一緒に保持して、繊維マットを形成することができる。特定の実施形態において、繊維は、１２ｍｍ～２５ｍｍの長さを有するランダムに配向された切断繊維であり得る。

【0063】

一般に、複合組成物の繊維含有量は、一実施形態では本組成物の総重量の５重量％～８０重量％、別の実施形態では２０重量％～８０重量％の範囲、なおも別の実施形態では３５重量％～７０重量％であり得る。１つの好ましい実施形態において、複合組成物の繊維含有量は、例えば、６０重量％であり得る。

【0064】

広い実施形態において、本発明のプリプレグを生成するプロセスは、例えば、以下のステップを含む：（ａ）上記の硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物を提供するステップ、（ｂ）上記の炭素繊維織物基材を提供するステップ、（ｃ）例えば、炭素繊維織物基材にＦＲエポキシ樹脂組成物を注入する（または含浸させる）ことによって接触させるステップ、および（ｄ）未硬化または部分的に硬化したプリプレグを形成するのに十分なステップ（ｃ）のＦＲエポキシ樹脂組成物を含む炭素繊維織物基材を加熱するステップ。

【0065】

プロセスの注入または含浸ステップ（ｃ）、および一般にプリプレグの調製は、従来のプリプレグ形成方法および機器を使用して達成することができる。一般に、本発明のプリプレグは、繊維状材料（または織物繊維布基材）にＦＲエポキシ樹脂組成物を注入する（または含浸させる）ことによって生成することができる。

【0066】

一実施形態において、エポキシ樹脂組成物の繊維状材料への注入は、９０℃～１３０℃、別の実施形態では１００℃～１２５℃の範囲の温度、およびなおも別の実施形態では１１０℃～１２５℃の範囲の温度で実施される。上記の範囲外の温度範囲も使用できることを認識されたい。しかしながら、より高いまたはより低い注入温度を使用するには、通常、注入プロセスが実行される機械速度を調整する必要がある。例えば、約１２５℃を超える温度では、エポキシ樹脂組成物が高温に曝露される時間を短縮してエポキシ樹脂組成物の望ましくない架橋を回避するために、高い機械速度で注入プロセスを実行する必要がある場合がある。同様に、所望のレベルの注入を得て、それによってプリプレグの空隙を減らすために、低い注入温度の使用は、通常、エポキシ樹脂組成物を繊維状材料に注入するための低い機械速度を必要とするであろう。１つの好ましい実施形態において、エポキシ樹脂組成物は、上記の範囲の温度で繊維状材料に塗布することができ、エポキシ樹脂組成物は、圧力によって繊維状材料に固めることができる。例えば、繊維状材料と樹脂の組み合わせに加えられる圧力は、組み合わせを１つまたは複数の一対のニップローラーに通すことによって加えることができる。

【0067】

一般に、本発明において有用なプリプレグを調製するプロセスは、例えば、エポキシ樹脂組成物をシート材料上に押し出して、シート材料上にフィルム樹脂コーティングを形成する第１のステップを含む。シート材料は、プリプレグ物品の形成（すなわち、プレプレグプロセス）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状材料に転写され得る剥離フィルムまたは剥離紙であり得る。エポキシ樹脂組成物のフィルムがシート材料上に堆積された後、フィルム樹脂コーティングを施したシート材料に冷却ロールを通過させてエポキシ樹脂組成物を冷却することができる。次いで、エポキシ樹脂組成物のシート材料を、将来に使用するためにロールに巻くことができる。

【0068】

プロセスの第２のステップにおいて、エポキシ樹脂組成物フィルムコーティングを有するシート材料は、繊維状材料（例えば、ＮＣＦ、編組、または一方向織物）の表面と接触させることができる。次いで、エポキシ樹脂組成物フィルムコーティングを有するシート材料に圧力をかけて、エポキシ樹脂を繊維状材料に注入することができる。好ましくは、エポキシ樹脂組成物を含む繊維状材料およびシート材料は、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。

【0069】

好ましい実施形態において、繊維状材料のシートは、エポキシ樹脂組成物のフィルムコーティングが堆積されている２つのシート材料の間に挟むことができる。次いで、挟まれた材料を加熱して、エポキシ樹脂組成物の温度を上昇させることができる。一実施形態において、この加熱は、繊維状材料とエポキシ樹脂組成物の組み合わせに加熱プレートを通過させることによって達成することができる。例えば、エポキシ樹脂組成物を約１２０℃の温度に加熱して、エポキシ樹脂組成物の繊維状材料への迅速な注入を容易にすることができる。次に、樹脂と繊維状材料の組み合わせシートを、エポキシ樹脂組成物を繊維状材料の反対側の表面に押し付ける一対のニップロールに通すことができる。

【0070】

好ましい実施形態において、繊維状材料とエポキシ樹脂組成物の組み合わせは、該組み合わせに加熱メッキを通過させ、続いて該組み合わせを第２のニップに通してエポキシ樹脂組成物を繊維状材料にさらに注入して樹脂注入プリプレグを形成するための第２のステップに供することができる。次いで、プリプレグは、例えば、材料に冷却ロールまたは冷却プレートを通過させることによって冷却することができる。冷却後、プリプレグは将来に使用するために供給ロールに巻くことができる。

【0071】

１つの好ましい実施形態において、エポキシ樹脂組成物が樹脂のフィルムとしてコーティングされた剥離紙または剥離フィルムは、エポキシ樹脂組成物を冷却するステップに続いてロール上に巻き戻すことができる。上記のように、注入ステップは、エポキシ樹脂組成物の粘度低下させるために高温で行うことができる。さらに、注入されたエポキシ樹脂組成物は、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るために、部分硬化工程（前進）に供され得る。次いで、プリプレグは、必要に応じてパッケージ化、保管、または出荷することができる。前述のように、いくつかの実施形態において、プリプレグを前進工程に供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タックを低下させることも望ましい場合がある。

【0072】

本発明のプリプレグは、ＦＲ特性を有することに加えて、いくつかの有益な特性および性能を有する。例えば、プリプレグが生成された後にプリプレグに触れることによって決定されるように、プリプレグは、低いタックを示し得るか、または「タックフリー」であり得、プリプレグの触覚性は粘着性を感じない。プリプレグのタックフリー特性は、観察によって、例えば、２つ以上のプリプレグ層を互いに積み重ねたときに、プリプレグが互いに張り付かないことを観察することによっても決定することができる。

【0073】

第１の広い実施形態において、本発明の難燃性炭素繊維複合材料は、繊維状基材に硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物を含浸させた直後に、含浸繊維状基材を完全に硬化させることによって形成される、十分に（または完全に）硬化した複合材料であり得る。第２の広い実施形態において、本発明の難燃性炭素複合材料は、最初に、上記のように部分的に硬化したタックフリープリプレグを生成し、次いで、プリプレグが十分に硬化するまでタックフリープリプレグを硬化し続けることによって形成される、十分に（または完全に）硬化した複合材料であり得る。第２の広い実施形態において、例えば、複合材料を作製するためのプロセスは、一般に、以下のステップを含む：（Ｉ）少なくとも１つの支持構造基材を提供するステップ、（ＩＩ）上記のような硬化性ＦＲエポキシ樹脂組成物を提供するステップ、（ＩＩＩ）基材にエポキシ組成物を含浸させるステップ、（ＩＶ）タックフリープリプレグを形成するのに十分なステップ（ＩＩＩ）の含浸された基材を加熱する（前進させる）ステップ、および（Ｖ）プリプレグを完全に硬化させるのに十分な温度でタックフリープリプレグを硬化させるステップ。

【0074】

一実施形態において、硬化ステップは、一実施形態では１４０℃を超える、別の実施形態では１４５℃を超える、なおも別の実施形態では１５０℃を超える、さらに別の実施形態では１６０℃を超える等温成形温度で実施することができる。硬化温度の他の実施形態は、例えば、一実施形態では１４０℃～１７０℃、別の実施形態では１４５℃～１６０℃であり得る。

【0075】

本発明の炭素繊維複合材料は、例えば、高い難燃性を含むいくつかの有益な特性および性能を有する。例えば、炭素繊維複合材料の難燃性は、難燃性試験に合格して、一実施形態では少なくともＶ－１のＵＬ９４規格分類、別の実施形態ではＶ－０のＵＬ９４規格分類を得るのに十分であり得る。炭素繊維複合材料の難燃性は、装置および器具部品用のプラスチック材料燃焼性試験に関するＵＬ９４規格（米国のＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓによってリリースされたプラスチックの燃焼性規格）によって測定することができる。有利なことに、好ましい実施形態において、本発明の複合材料は、ＵＬ９４ Ｖ－１分類に合格する難燃性を示す。

【0076】

本発明の複合物品は、他のいくつかの有利な特性を有する。例えば、複合材料は、一実施形態では１４０℃超、別の実施形態では１４０℃～１７０℃、およびなおも別の実施形態では１５０℃～１７０℃の高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有し得る。複合材料のＴｇは、ＡＳＴＭ Ｄ５４１８－１５に記載されている方法で測定され得る。複合物品によって示されるいくつかの他の有利な特性のいくつかの例は、１５０℃を超えるＴｇを示すこと、および１４５℃を超える成形温度で、３分未満の硬化時間で離型できることを含み得る。

【0077】

好ましい実施形態において、硬化した部品のガラス転移温度は、以下の式によって例示されるように、本明細書に開示されるＦＲ剤を用いて本発明の配合物を使用した場合、１０％より多く低下しない：ΔＴｇ＝Ｔｇ_{ｗ／ｏＦＲａｇｅｎｔ}－Ｔｇ_{ｗ／ＦＲａｇｅｎｔ}（式中、Ｔｇ_{ｗ／ｏＦＲａｇｅｎｔ}は、配合物中にＦＲ剤が存在しない配合物のガラス転移温度であり、Ｔｇ_{ｗ／ＦＲａｇｅｎｔ}は、配合物中にＩＭＲ剤および反応抑制剤が存在する配合物のガラス転移温度である）。

【0078】

本発明の炭素繊維複合材料は、複合材料の難燃性が有益である用途に使用することができる。例えば、好ましい実施形態において、本発明の繊維複合材料は、リチウム電池用の筐体を製造するために使用することができる。

【実施例】

【0079】

以下の実施例は、本発明をさらに詳細に説明するために提示されるが、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。すべての部および割合は、特に指示がない限り重量である。

【0080】

以下の本発明の実施例（Ｉｎｖ．Ｅｘ．）および比較例（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．）で使用される様々な原材料（成分または構成成分）を本明細書の以下の表Ｉに記載する。

【表1】

【0081】

エポキシ組成物を調製するための一般的な手順
エポキシ樹脂配合物のサンプルは、最初に１００グラム（ｇ）の樹脂（複数可）を２０Ｍａｘミキサーカップ（ＦｌａｃｋＴｅｋ Ｉｎｃ．製）で９０℃に加熱することによって調製した。表ＩＩおよびＩＩＩに記載されるＦＲ剤、ＩＭＲ剤、Ｔｅｃｈｎｉｃｕｒｅ Ｎａｎｏｄｉｃｙ、および促進剤の量を、樹脂が熱いうちに樹脂に添加し、得られた高温混合物を直ちにＳｐｅｅｄＭｉｘｅｒ（商標）Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍｉｘｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ（ＦｌａｃｋＴｅｋ Ｉｎｃ．製）に入れた。構成成分の混合物を、混合物が視覚的に均一になるまで（１分～２分）、毎分３，０００回転（ＲＰＭ）で混合した。次いで、得られたサンプル混合物を、ＤＳＣおよび上記の他の特性測定によって検査した。

【0082】

クリアキャストを調製するための一般的な手順
上記のエポキシ樹脂組成物を使用して、エポキシクリアキャストプラークを、Ｗａｂａｓｈ ＭＰＩプラテンプレス（Ｇ３０２Ｈ－１８－ＣＬＸ）を使用して圧縮成形によって調製した。１５センチメートル（ｃｍ）×１５ｃｍ×０．３２ｃｍの型を使用してプラークを調製した。エポキシ樹脂を型に投入し、１５０℃の加熱プラテンプレスで樹脂を１０分間硬化させた。

【0083】

複合材料を調製するための一般的な手順
調製された樹脂混合物を、最初に、剥離紙の片面に適切な厚さでフィルム化した。樹脂系が室温まで冷却するとタックフリーになるため、剥離紙上の樹脂フィルムを巻き上げて、将来に使用するまで保管することができる。プリプレグを製造するために、選択した繊維構造を、フィルム化した樹脂の２つの層の間に挟み、エポキシ樹脂を溶解する加熱テーブルと、溶解したエポキシ樹脂を織物の反対側の表面に押し付ける圧縮ローラーとを含むプリプレグラインを通過させた。プリプレグが加熱ローラーおよびチラープレートを通過した後、プリプレグを巻き上げた。プリプレグのロールは周囲温度（約２５℃）で保管した。

【0084】

使用した炭素繊維織物は、Ａ＆Ｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから入手した、３４０グラム／平方メートル（ｇ／ｍ^２）のステッチされた一方向（ＵＤ）織物であった。フラットパネル複合材料積層体は、正方形のプリプレグから圧縮成形した。正方形のプリプレグのサイズ寸法は３０．５ｃｍ×３．５ｃｍであった。成形条件は以下のとおりである：プラテン温度１５０℃、ツールを閉じるのに１５秒、２メガパスカル（ＭＰａ）～３．５Ｍｐａで１５秒、１７ＭＰａまで２．５秒のランプで３００秒保持。

【0085】

試験方法
エポキシ組成物の粘度
粘度対温度の測定は、ＴＡ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＡＲＥＳレオメーターで行った。動的温度ランプ測定は、４０℃～２００℃の温度範囲で、使い捨てのカップおよびプレートの形状（直径２５ｍｍ）を使用して、１０℃／分のランプ速度で実行した。

【0086】

圧縮成形されたフラットプラークの解析評価
動的機械分析（ＤＭＡ）試験を用いて、成形材料のガラス転移温度（Ｔｇ）を決定した。最終成形部品のＴｇ値は、ＤＭＡ－ＡＳＴＭ Ｄ５４１８－１５（２０１５）に記載されている方法により決定した。複合材料の繊維含有量、樹脂含有量、および空隙率は、ＡＳＴＭ Ｄ３１７１（手順Ｇ、マッフル炉におけるマトリックスバーンオフ）を使用して決定した。

【0087】

難燃剤
ＵＬ９４規格は、５つの１３ｍｍ×１２５ｍｍサンプル試料のグループで用いた。ラボ環境で、２３℃±２℃および相対湿度５０％で２４時間（時間）以上平衡化した後、試験片をテストフィクスチャに垂直に取り付けた。試験片の下端に高さ２０ｍｍの火炎を１０秒間ずつ２回適用した。火炎を適用した後、試験片が燃焼し続けた時間を測定した。サンプルが完全に燃焼した場合、試験片にはＵＬ規格が与えられない。いずれか１つの試験片の最長燃焼時間が３０秒未満であり、５つの試験片すべてに両方の火炎を適用した際の合計燃焼時間が２５０秒未満の場合、その材料にはＵＬＶ－１規格が与えられる。いずれか１つの試験片の最長燃焼時間が１０秒未満であり、５つの試験片すべてに両方の火炎を適用した際の合計燃焼時間が５０秒未満の場合、その材料にはＵＬＶ－０規格が与えられる。

【0088】

実施例１～４および比較例Ａ～Ｄ
表ＩＩのデータは、本発明が、粘度をわずかに増加させるだけでガラス転移温度（Ｔｇ）と難燃性の必要なバランスを与えることができることを示している。Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．ＡはＦＲ剤を含まない樹脂である。Ｉｎｖ．Ｅｘ．１およびＩｎｖ．Ｅｘ．２は、それぞれ２３重量％と９重量％の２つの異なるレベルの難燃剤を含有し、これは、それぞれ５．５重量％と２．２重量％のリンに相当する。

【表2】

【0089】

ＦＲ剤を含有する両方のクリアキャスト試験片（Ｉｎｖ．Ｅｘ．１およびＩｎｖ．Ｅｘ．２）は、ＵＬ９４Ｖ火炎試験でＶ－０規格を達成した。炭素繊維プリプレグの製造では、炭素繊維織物への注入を容易にするために、樹脂の粘度を低く（例えば、注入温度で１０Ｐａ．ｓ未満）する必要がある。樹脂の粘度が高くなると、複合材料に欠陥および乾燥領域が生じる可能性がある。エポキシマトリックス樹脂に充填剤を添加すると、特に充填剤の投入レベルが高い場合、一般に樹脂の粘度が大幅に上昇する傾向がある。微粒子添加アプローチを用いる場合、処理と難燃性の改善とのバランスが要求される。見て分かるように、２３重量％のＦＲ剤の添加は、注入温度で樹脂の粘度を有意に増加させたが、Ｉｎｖ．Ｅｘ．２では、粘度のわずかな増加が観察されたのみであった。

【0090】

表ＩＩに記載されるＣｏｍｐ．Ｅｘ．Ａのエポキシ樹脂組成物から複合材料サンプル（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．Ｂ）を調製し、Ｉｎｖ．Ｅｘ．２のエポキシ樹脂組成物から複合材料サンプル（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．Ｃ）を調製した。これら２つの複合材料（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．ＢおよびＣｏｍｐ．Ｅｘ．Ｃ）の難燃性とＴｇの結果の直接比較を表ＩＩＩに示す。すべての複合材料は、強化材として３４０グラム／ｍ^２のステッチされたＵＤ炭素繊維織物を使用する。

【0091】

エポキシ組成物に９重量％のＥｘｏｌｉｔ ＯＰ ９４５ＦＲ剤を添加すると、表ＩＩに記載されるように、ニート組成物（Ｉｎｖ．Ｅｘ．２）にＵＬ９４ Ｖ－０規格が与えられたが、対応する複合材料（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．Ｃ）は、表ＩＩＩに記載されるように、ＵＬ９４Ｖ火炎試験で好ましい規格を得ることができなかった。ＥＸＯＬＩＴ ＯＰ ９４５の含有量を１３重量％（Ｉｎｖ．Ｅｘ．３）に増加させると、システムの難燃性が大幅に向上し、複合材料はＶ－１規格を達成した。Ｉｎｖ．Ｅｘ．３は、複合材料の総重量（樹脂＋繊維重量）のわずか０．９重量％のリン（Ｐ）含有量でＶ－１規格を達成した。ＥＸＯＬＩＴ ＯＰ ９４５の含有量を１６．７重量％（１重量％Ｐ含有量）までさらに増加させると、Ｉｎｖ．Ｅｘ．４の複合材料にＶ－０規格が得られた。難燃剤のこの高投入量（１６．７重量％）でも、複合材料のガラス転移温度の低下は約１０％に過ぎなかった。

【0092】

繊維強化複合材料を生成するために強化材料に樹脂組成物を注入する間、微粒子材料（それらのサイズに依存する）は、樹脂の入口で繊維マットによって保持および濾過され得る。一般に、５μｍを超えるサイズの粒子は、炭素繊維織物によって濾過される傾向がある。Ｅｘｏｌｉｔ ＯＰ ９４５ ＦＲ剤の粒径は有利に小さい（５μｍ未満のサイズ）。一方、Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．ＤもＦＲ剤を含有するが、粒径は１５μｍとより大きくなっている。表ＩＩＩのデータから分かるように、
はるかに高い％Ｐ含有量でも、Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．Ｄの複合材料はＵＬ９４Ｖ火炎試験で規格を達成することができなかった。

【表3】

【0093】

表ＩＶは、最高（１６．７重量％）レベルのＦＲ剤を含有するＩｎｖ．Ｅｘ．４の複合材料と、複合材料中にＦＲ剤を含有しないＣｏｍｐ．Ｅｘ．Ｂの複合材料の機械的特性比較している。高レベルのＦＲ剤を添加しても、成形された複合材料部品の機械的特性に低下は見られなかった。

【表4】

【0094】

本発明のエポキシ樹脂組成物（Ｉｎｖ．Ｅｘ．３およびＩｎｖ．Ｅｘ．４）は、自動取り扱いに非常に適したタックフリープリプレグをもたらした。エポキシ樹脂組成物は極めて迅速に硬化し、１５０℃で圧縮成形した場合、３分で完全に硬化する。得られたエポキシ炭素繊維複合材料は、１５０℃を超えるＴｇを有する。複合材料のＴｇのために、この複合材料で作製され、約１５０℃で圧縮成形された部品は、反りのない状態で、まだ高温のうちに解放することができる。すなわち、Ｔｇによって、最初に金型と成形品を冷却することなく、成形品を十分に完全に離型することができ、そのため成形サイクル時間が短縮される。成形された複合材料プラークは、上記のように２％未満の低い空隙率を示し、樹脂系の優れた不融性を示している。

【0095】

他の実施形態
上記の本発明の１つの好ましい実施形態は、難燃性エポキシ樹脂プリプレグ、特に、有益にはタックフリーであり得るプリプレグを含む。プリプレグは、（Ｉ）繊維強化基材を含む少なくとも１つの支持構造を含み、少なくとも１つの支持構造は、炭素繊維強化材またはガラス繊維強化材であり、一実施形態において繊維強化材は織物であり得る。プリプレグはまた、（ＩＩ）基材に含浸された上記の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を含む。

【0096】

上記の本発明の別の好ましい実施形態は、以下のステップを含む、上記のプリプレグを作製するためのプロセスを含む。（Ｉ）少なくとも１つの支持構造基材を提供するステップ、（ＩＩ）上記の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を提供するステップ、（ＩＩＩ）基材に硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を含浸させるステップ、および（ＩＶ）タックフリープリプレグを形成するのに十分なステップ（ＩＩＩ）の含浸された基材を加熱するステップ。

【0097】

上記の本発明のさらに別の好ましい実施形態は、少なくともＵＬ９４ Ｖ－１規格分類に合格する難燃性、またはＵＬ９４ Ｖ－０規格分類に合格する難燃性を有する、請求項１に記載の硬化難燃性エポキシ樹脂組成物を含む難燃性硬化複合体を含む。本組成物は、上記のタックフリープリプレグを硬化させることによって生成することができる。

【0098】

上記の本発明のさらに別の好ましい実施形態は、例えば、１４５℃～１６０℃の硬化温度で、上記の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を硬化させることを含む、複合材料を作製するためのプロセスを含む。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項１．
硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物であって、
（ａ）タックフリープリプレグを提供するために選択された少なくとも１つのエポキシ樹脂と、
（ｂ）繊維強化エポキシ樹脂複合材料が少なくともＵＬ９４ Ｖ－１規格の難燃性を示す一方で、その機械的特性を保持する前記繊維強化エポキシ樹脂複合材料を提供するための、少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤と、
（ｃ）少なくとも１つの離型剤と、
（ｄ）少なくとも１つの硬化剤と、
（ｅ）少なくとも１つの触媒と、を含む、組成物。
項２．
前記繊維強化エポキシ樹脂複合材料が少なくともＵＬ９４ Ｖ－１規格の難燃性を示す一方で、前記繊維強化エポキシ樹脂複合材料が、１，０００ＭＰａ～２，５００ＭＰａの範囲の引張強度および１００ＧＰａ～２００ＧＰａの範囲の剛性を維持する、項１に記載の組成物。
項３．
前記少なくとも１つのエポキシ樹脂成分（ａ）がオキサゾリドン系エポキシ樹脂であり、前記少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤がジエチルホスフィン酸アルミニウムであり、前記少なくとも１つの離型剤がポリオールとモンタン酸のエステルであり、前記少なくとも１つの硬化剤がジシアンジアミドであり、前記少なくとも１つの触媒が、トルエンビス－ジメチル尿素、ｐ－クロロフェニル－Ｎ，Ｎジメチル尿素、３－フェニル－１，１－ジメチル尿素、３，４－ジクロロフェニル－Ｎ，Ｎ－ジメチル尿素、Ｎ－（３－クロロ－４－メチルフェニル）－Ｎ’，Ｎ’－ジメチル尿素、およびそれらの混合物のうちの１つ以上から選択される尿素化合物である、項１に記載の組成物。
項４．
前記エポキシ樹脂組成物が１，０００ＭＰａ～２，５００ＭＰａの範囲の引張強度および１００ＧＰａ～２００ＧＰａの範囲の剛性を維持する一方で、前記繊維強化エポキシ樹脂複合材料がＵＬ９４ Ｖ－０規格の難燃性を有する繊維強化エポキシ樹脂複合材料を提供する、項１に記載の組成物。
項５．
前記難燃剤が、炭素繊維強化材による微粒子濾過を回避するために、５ミクロン未満の平均粒径を有する、項１に記載の組成物。
項６．
前記エポキシ樹脂組成物が、約２２℃でタックフリーであり、１５０℃で３分以内に硬化し、１５０℃を超える硬化ガラス転移温度を有する炭素繊維複合材料およびＵＬ９４ Ｖ－１分類を達成する硬化複合材料を提供することができる、エポキシ繊維プリプレグを提供する、項１に記載の組成物。
項７．
前記少なくとも１つのエポキシ樹脂の濃度が８０重量パーセント～９０重量パーセントであり、前記少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤の濃度が１重量パーセント～３０重量パーセントであり、前記少なくとも１つの離型剤の濃度が２重量パーセント～５重量パーセントであり、前記少なくとも１つの硬化剤の濃度が６重量パーセント～８重量パーセントであり、前記少なくとも１つの触媒の濃度が２重量パーセント～５重量パーセントである、項１に記載の組成物。
項８．
硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を作製するためのプロセスであって、
（ａ）少なくとも１つのエポキシ樹脂と、
（ｂ）繊維強化エポキシ樹脂複合材料が少なくともＵＬ９４ Ｖ－１規格の難燃性を示す一方で、その機械的特性を保持する前記繊維強化エポキシ樹脂複合材料を提供するための少なくとも１つの非ハロゲン化リン含有難燃剤と、
（ｃ）少なくとも１つの離型剤と、
（ｄ）少なくとも１つの硬化剤と、
（ｅ）少なくとも１つの触媒と、を混合することを含む、プロセス。
項９．
難燃性エポキシ樹脂プリプレグであって、
（Ｉ）繊維強化基材を含む少なくとも１つの支持構造と、
（ＩＩ）前記基材に含浸された、項１に記載の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物と、を含む、プリプレグ。
項１０．
プリプレグを作製するためのプロセスであって、
（Ｉ）少なくとも１つの支持構造基材を提供するステップと、
（ＩＩ）項１に記載の硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を提供するステップと、
（ＩＩＩ）前記基材に硬化性難燃性エポキシ樹脂組成物を含浸させるステップと、
（ＩＶ）ステップ（ＩＩＩ）の含浸した基材を、タックフリープリプレグを形成するのに十分なだけ加熱するステップと、を含む、プロセス。
項１１．
少なくともＵＬ９４ Ｖ－１規格分類に合格する難燃性を有する、項１に記載の硬化難燃性エポキシ樹脂組成物を含む、難燃性硬化複合材料。