FR2550215A1 - CROSSLINKABLE CRYSTALLIZABLE POLYARYLERS AND THEIR APPLICATION TO COMPOSITE FORMATION - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN MELANGE A BASE DE RESINE RETICULABLE CRISTALLISABLE. ELLE A PLUS PARTICULIEREMENT TRAIT A DES MATIERES TENACES RESISTANT AUX SOLVANTS OBTENUES A PARTIR D'UN MELANGE A BASE DE RESINE RETICULABLE CRISTALLISABLE COMPRENANT UN POLYARYLETHER PARTICULIER ET UN PLASTIFIANT ACTIVATEUR DE CRISTALLISATION. APPLICATION A LA REALISATION DE COMPOSITES ARMES OBTENUS A PARTIR D'UN TEL MELANGE A BASE DE RESINE.THE INVENTION RELATES TO A MIXTURE BASED ON A CRYSTALLIZABLE CROSS-LINKABLE RESIN. IT HAS MORE PARTICULARLY DEALING WITH STRENGTH MATERIALS RESISTANT TO SOLVENTS OBTAINED FROM A MIXTURE BASED ON A CRYSTALLIZABLE RESIN CONTAINING A PARTICULAR POLYARYLETHER AND A PLASTICIZER CRYSTALLIZATION ACTIVATOR. APPLICATION TO THE MAKING OF ARMED COMPOSITES OBTAINED FROM SUCH A RESIN-BASED MIXTURE.
Description
25502 1 525502 1 5
La présente invention concerne des matières tenaces résistant aux solvants, dérivées de polyaryléthers, The present invention relates to solvent-resistant tough materials derived from polyaryl ethers,
et des composites renforcés par des fibres, réalisés à partir de ces matières. and fiber reinforced composites made from these materials.
Les composites formés d'une armature fibreuse continue telle que graphite, fibre de polyamide aromatique et verre dans une matrice polymérique constituent des matériaux de construction utiles, attendu qu'ils possèdent de grandes résistances spécifiques et de grands modules compa10 rativement aux métaux Ces composites peuvent être utilisés pour réaliser des structures supportant des charges, par Composites formed of a continuous fibrous reinforcement such as graphite, aromatic polyamide fiber and glass in a polymeric matrix constitute useful building materials, since they possess large specific strengths and large modules in comparison with metals. These composites can be used to make structures supporting loads, for example
exemple dans des véhicules automobiles et des aéronefs. example in motor vehicles and aircraft.
Dans la plupart des composites renforcés au graphite, on utilise des systèmes formés de résines époxy 15 pour constituer la matrice Attendu que ces résines sont souvent cassantes, les composites réalisés avec elles ont In most graphite-reinforced composites, systems of epoxy resins are used to form the matrix. Whereas these resins are often brittle, the composites made with them have
tendance à se déstratifier lorsqu'ils subissent un choc. tend to delaminate when they experience a shock.
Pour améliorer la résistance au choc de composites à armature de fibres, on a utilisé comme résine constituant 20 la matrice une matière thermoplastique ductile telle que le polyaryléther dérivé du 2,2-bis-( 4hydroxyphényl)propane (c'est-à-dire le bisphénol A) et de la dichlorodiphénylsulfone Cette résine donne des composites ayant une bonne ténacité, mais elle est attaquée par de nombreux solvants 25 organiques usuels tels que les hydrocarbures chlorés, les cétones et le N,Ndiméthylacétamide L'absence de résistance aux solvants limite la gamme d'applications permettant To improve the impact strength of fiber-reinforced composites, a matrix thermoplastic material such as polyarylether derived from 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (i.e. bisphenol A) and dichlorodiphenylsulfone This resin gives composites with good toughness, but is attacked by many common organic solvents such as chlorinated hydrocarbons, ketones and N, N-dimethylacetamide. The absence of limiting solvent resistance the range of applications allowing
l'utilisation de composites à base de cette résine. the use of composites based on this resin.
Récemment, des tentatives ont été faites en vue 30 d'améliorer la résistance aux solvants du polyaryléther Recently, attempts have been made to improve the solvent resistance of polyarylether
dérivé du bisphénol A et de la dichlorodiphénylsulfone. derived from bisphenol A and dichlorodiphenylsulfone.
On a modifié le polymère en y attachant des groupes terminaux qui participent aux réactions d'allongement de chaîne et de réticulation sous l'action de la chaleur Des groupes 35 terminaux convenables comprennent des groupes maléimide, nadimide et éthynyle Des polyaryléthers à terminaison maléimide sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 839 287, des polyaryléthers à terminaison The polymer was modified by attaching end groups which participate in the chain extension and crosslinking reactions under the effect of heat. Suitable end groups include maleimide, nadimide and ethynyl groups. Maleimide-terminated polyarylethers are described. in U.S. Patent No. 3,839,287, terminally terminated polyaryl ethers
2 25502152 2550215
nadimide sont décrits par C H Sheppard et collaborateurs dans la 36 ème conférence annuelle du Reinforced Plastics/ Composites Institute, 16-20 Février 1981, session 17-B, pages 1 & 5, et des polyaryléthers à terzminaison éthynyle sont décrits par P M Hergenrother dans J Polymer Sci, Polymer Chem Ed, 20, 1982, pages 3131 & 3146 Tous ces polyaryléthers sont préparés avec du bisphénol A, comme diphénol aromatique Toutefois, aucune de 'ces compositions de résine nadimide are described by CH Sheppard and collaborators in the 36 th annual conference of the Reinforced Plastics / Composites Institute, 16-20 February 1981, session 17-B, pages 1 & 5, and ethynyl terzminaison polyarylethers are described by PM Hergenrother in J Polymer Sci, Polymer Chem Ed, 20, 1982, pages 3131 & 3146 All of these polyaryl ethers are prepared with bisphenol A, as aromatic diphenol. However, none of these resin compositions
n'a un haut degré de résistance aux solvants. has a high degree of solvent resistance.
L'invéntion est axée sur a) une résine réticulable cristallisable comprenant (i) un polyaryléther de formule I e 2 Q O O X dans laquelle R représente 20 e ou N a une valeur de 4 à 100 et X est choisi entre The invention is directed to a) a crystallizable crosslinkable resin comprising (i) a polyaryl ether of formula I wherein R is 20 or N is 4 to 100 and X is selected from
O OO O
o oo o
0 00 0
Il N ECH C-CH, o C-C' C-CH -O-R-02 C, et -OCH 2-C-CH (ii) un plastifiant activateur de cristallisation, et (b) des composites renforcés avec une fibre, And (c) a crystallization activating plasticizer, and (b) fiber-reinforced composites,
réalisés en utilisant (i) plus (ii) comme résine consti5 tuant la matrice. made using (i) plus (ii) as the matrix-constituting resin.
Les compositions de l'invention sont douées d'une très bonne résistance aux solvants et d'une très bonne résistance à la fissuration sous l'effet des contraintes ambiantes comparativement à des compositions contenant le composé 10 I dérivé du bisphénol A. Les composites renforcés à la fibre selon la présente invention comprennent une armature fibreuse formée au choix d'une ou plusieurs fibres telles que des fibres de The compositions of the invention are endowed with very good solvent resistance and very good resistance to environmental stress cracking as compared to compositions containing bisphenol A-derived compound I. Reinforced composites to the fiber according to the present invention comprise a fibrous reinforcement formed at the choice of one or more fibers such as
carbone ou graphite, des fibres de polyamide aromatique, 15 des fibres de verre ou des fibres de bore. carbon or graphite, aromatic polyamide fibers, glass fibers or boron fibers.
Les polyaryléthers de formule I ont un squelette dérivé d'une 4,4 'dihalogénodiphénylsulfone et d'un diphénol aromatique qui est principalement l'hydroquinone ou le 4,4 'biphénol La dihalogénodiphénylsulfone de choix est la 4,4 '20 dichlorodiphénylsulfone et le diphénol préféré est l'hydroquinone Une proportion allant jusqu'à 25 % du diphénol, sur base molaire, peut être remplacée par du bisphénol A, de la méthylhydroquinone, de la chlorhydroquinone, du bis( 4hydroxyphényl)méthane, du sulfure de bis-( 4-hydroxy25 phényle), de la bis-( 4-hydroxyphényl)sulfone, du résorcinol ou les polyaryléthers oligomériques à terminaison hydroxyle tels que ceux qui sont décrits dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N 4 306 094 Une proportion allant jusqu'à moles % de la dihalogénodiphénylsulfone peut être rem30 placée par d'autres monomères comprenant des 4,4-dihalogénobenzophénones telles que la 4,4-difluorobenzophénone ou la 4,4 '-dichlorobenzophénone ou des 2, 6-dihalogénobenzonitriles The polyarylethers of formula I have a backbone derived from a 4,4'-dihalogenodiphenylsulfone and an aromatic diphenol which is predominantly hydroquinone or 4,4'-biphenol. The dihalo-diphenylsulfone of choice is 4,4'-dichlorodiphenylsulfone and the The preferred diphenol is hydroquinone. A proportion of up to 25% of the diphenol, on a molar basis, can be replaced by bisphenol A, methylhydroquinone, hydrochloroquinone, bis (4hydroxyphenyl) methane, bis ( 4-hydroxyphenyl), bis- (4-hydroxyphenyl) sulfone, resorcinol, or hydroxyl-terminated oligomeric polyarylethers such as those described in US Patent No. 4,306,094. moles% of the dihalo-diphenylsulfone can be replaced by other monomers including 4,4-dihalobenzophenones such as 4,4-difluorobenzophenone or 4,4'-dichlorobenzophenone or s 2,6-dihalobenzonitriles
tels que le 2,6-dichlorobenzonitrile. such as 2,6-dichlorobenzonitrile.
Les groupes terminaux portés par le composé I 35 sont choisis entre les groupes: CECH -O Ro-C-< 5 C0 O il Il The end groups carried by the compound I 35 are chosen from the following groups: CECH -O Ro-C- <5 COO O IL
O O0 0O O0 0
P'-H C CHP'-H C CH
N-g et_z_H bv\ j ODCCN-g and_z_H bv \ j ODCC
OCH 2 -C-=CHOCH 2 -C- = CH
Chacun subit des réactions d'allongement de chaîne et de réticulation par application de la chaleur Le procédé de préparation du composé I dépend de X. Si -X est un groupe de formule 20 C-CH Each undergoes chain extension and crosslinking reactions by the application of heat. The process for preparing compound I is dependent on X. Si-X is a group of formula C-CH
-ORO 2 C-ORO 2 C
on peut le préparer par unf procédé à deux étapes comprenant 25 i) la préparation d'un polyaryléther à terminaison hydroxyle par condensation d'un excès molaire d'un diphénol aromatique avec la dichlorodiphénylsulfone à une température allant d'environ 100 à environ 220 C en présence d'une base dans un solvant aprotique dipolaire Des 30 conditions opératoires avantageuses sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 4 108 837 et N 4 200 728 et dans le brevet britannique N'1 492 366, et ii) l'estérification des groupes hydroxyle terminaux avec un chlorure de benzoyle à substituant éthynyle en 35 présence d'un accepteur d'acide On peut utiliser ou bien le chlorure de méthynylbenzoyle ou bien le chlorure de Réthynylbenzoyle La triéthylamine est un accepteur d'acide it can be prepared by a two-step process comprising: i) the preparation of a hydroxyl-terminated polyarylether by condensation of a molar excess of an aromatic diphenol with dichlorodiphenylsulfone at a temperature of from about 100 to about 220 ° C in the presence of a base in a dipolar aprotic solvent. Advantageous operating conditions are described in U.S. Patent Nos. 4,108,837 and 4,200,728 and British Patent No. 1,492,366, and ) esterification of the terminal hydroxyl groups with an ethynyl substituted benzoyl chloride in the presence of an acid acceptor. Methynylbenzoyl chloride or retynylbenzoyl chloride may be used. Triethylamine is an acid acceptor
avantageux Des solvants convenables comprennant la N- advantageous Suitable solvents including N-
méthylpyrrolidinone, le tétrahydrofuranne, le chlorure de methylpyrrolidinone, tetrahydrofuran,
méthylène ou leurs mélanges.methylene or mixtures thereof.
Le iaode opératoire général pour la conduite de la synthèse de polyaryléthers lorsque X représente C-CH The general operating method for carrying out the synthesis of polyarylethers when X is C-CH
-OR 02 C C-OR 02 C C
est donné dans J Polymer Sci, Polymer Chem Ed, 20, 10 1982, pages 3131 à 3146. is given in J Polymer Sci, Polymer Chem Ed, 20, 1982, pages 3131-3146.
Si X est un groupe o Il -Os C c ou C If X is a group o Il -Os C or C
Il le polyaryléther de formule I peut être produit par un procédé impliquant i) la préparation d'un polyaryléther à terminaison amine par condensation d'un aminophénol, d'une dihalogénodiphénylsulfone et d'un diphénol aromatique à température élevée en présence d'une base dans un solvant aprotique dipolaire, ii) l'addition d'anhydride maléique ou d'acide nadique, c'est-à-dire d'anhydride 5-norbornène-2,3-dicarboxylique, aux groupes amino terminaux pour former un acide diamique, suivie de iii) l'imidation des groupes acide amique par la chaleur ou par addition d'un agent déshydratant tel que The polyarylether of formula I can be produced by a process involving i) the preparation of an amine-terminated polyarylether by condensation of an aminophenol, a dihalo-diphenylsulfone and an aromatic diphenol at elevated temperature in the presence of a base in a dipolar aprotic solvent, ii) the addition of maleic anhydride or nadic acid, i.e., 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, to the terminal amino groups to form a diamic acid followed by iii) imidization of the amic acid groups by heat or addition of a dehydrating agent such as
l'anhydride acétique.acetic anhydride.
Ce procédé est le procédé A Les conditions de mise en oeuvre des étapes (i) à (iii) sont données dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 839 287 A titre de variante, l'étape (i) peut être conduite eh-utilisant les This process is the method. The conditions for carrying out steps (i) to (iii) are given in U.S. Patent No. 3,839,287. Alternatively, step (i) may be driving eh-using the
conditions opératoires du brevet des Etats-Unis d'Amérique 10 N 3 895 064 ou du brevet britannique N 1 492 366 précité. operating conditions of U.S. Patent No. 3,895,064 or British Patent No. 1,492,366, supra.
Les étapes du procédé A sont illustrées sur le schéma I dans le cas de l'utilisation du p-aminophénol, The steps of Method A are illustrated in Scheme I in the case of the use of p-aminophenol,
de l'hydroquinone et de l'anhydride nadique. hydroquinone and nadic anhydride.
Schéma I 2 H Oj-, NH 2 (n l)C 14 e SO 2/D C 1 Scheme I 2 H Oj-, NH 2 (n 1) C 14 e SO 2 / D C 1
+ N 1 10 O I+ N 1 10 O I
1. base (par exemple K 2 C 03) N-méthylpyrrolidinone/toluene 180 C w If 2 -O -<'l-e NU 2 od A il ro Ln LM ru Ln Il tn( <'51 t -N < O l o CQO i C'o uo O (xl OL uu X + HO 4 J Il l o Z o O Le poids moléculaire du polyaryléther intermédiaire à terminaison amine est régi par le rapport molaire de l'aminophenol eu diphénol aromatique La quantité de dihalogénodiphénylsulfone que l'on utilise est choisie de manière qu'il y ait 0,95 à 1,05 mole d'halogénure activé par mole de groupe hydroxyle On peut utiliser le m-aminophénol Base (for example K 2 C 03) N-methylpyrrolidinone / toluene 180 C w If 2 -O - <NU 2 od A il ro Ln LM ru Ln Il tn (<'51 t -N <O lo CQO The molecular weight of the amine-terminated intermediate polyarylether is governed by the molar ratio of aminophenol to aromatic diphenol The amount of dihalogenodiphenylsulfone which is used is selected so that there is 0.95 to 1.05 mole of activated halide per mole of hydroxyl group. M-Aminophenol may be used
ou le p-aminophénol.or p-aminophenol.
Si X représente o -o o Sa^ ou o C Il o on peut utiliser un autre mode opératoire (à savoir le procédé B) pour la préparation du composé I Ce procédé im25 plique i) la formation d'un imide contenant un groupe hydroxyle à partir d'un aminophénol et d'anhydride maléique ou d'anhydride nadique, et ii) la condensation d'une dihalogénodiphénylsulfone, 30 d'un diphénol aromatique et du produit de (i) à une température allant d'environ 100 à environ 180 C dans un solvant aprotique dipolaire en présence d'une base Les conditions de conduite de cette étape sont semblables à celles qui ont été indiquées pour la préparation du polyaryléther à termi35 naison amino dans l'étape i) du procédé A. Le procédé B est illustré sur le schéma II dans lequel on utilise le p-aminophénol, l'hydroquinone et l'anhydrique nadique La synthèse de l'imide contenant un groupe hydroxyle est décrite dans la publication précitée de C H Sheppard et collaborateurs. Schéma II If X represents O or S or a different procedure (ie, Method B) can be used for the preparation of compound I. This process involves the formation of a hydroxyl group-containing imide. from aminophenol and maleic anhydride or nadic anhydride, and ii) condensation of a dihalo-diphenylsulfone, an aromatic diphenol and the product of (i) at a temperature of from about 100 to about 180 The driving conditions of this step are similar to those indicated for the preparation of the amino terminated polyaryl ether in step i) of process A. Process B is Illustrated in Scheme II in which p-aminophenol, hydroquinone and nadic anhydride are used. The synthesis of hydroxyl-containing imide is described in the aforementioned CH Sheppard et al. Scheme II
II O ON 1 N 12II O ON 1 N 12
+ < 20+ <20
i" -i 20 Imide contenant un groupe hydroxyle o + 2 9 lu, +y (n + 1) Cl O 1 An Imide Containing a Hydroxyl Group o + 2 9 lu, + y (n + 1) Cl O 1
+ N H O O-0 H+ N H O O-0 H
I F- base (par exemple K 2 CO 3) N-méthyl-pyrrolidinone/ F-base (eg K 2 CO 3) N-methyl-pyrrolidinone /
toluene, 170 C.toluene, 170 C.
fou n I Mi Lm Ln o ro Ul Si -X est le groupe mad I Mi Lm Ln o ro Ul Si -X is the group
-O C-CH-O C-CH
N-C QN-C Q
H O le polyaryléther de formule I peut être synthétisé par un procédé impliquant (i) la préparation d'un polyaryléther à terminaison amino par condensation d'un aminophénol, d'une dihalogénodiphénylsulfone et d'un diphénol aromatique en présence d'une base dans un solvant aprotique dipolaire à une température de 100 à 210 C, suivie de (ii) l'amidation des groupes amino terminaux avec le chlorure de m ou de p-éthynylbenzoyle en présence d'un accepteur d'acide entre -20 C et 50 C Dans quelques The polyaryl ether of formula I can be synthesized by a process involving (i) the preparation of an amino-terminated polyarylether by condensation of an aminophenol, a dihalo-diphenylsulfone and an aromatic diphenol in the presence of a base in a dipolar aprotic solvent at a temperature of 100 to 210 ° C., followed by (ii) amidation of the terminal amino groups with m or p-ethynylbenzoyl chloride in the presence of an acid acceptor between -20 ° C. and 50 ° C. In some
cas, le solvant réactionnel peut servir d'accepteur d'acide. In this case, the reaction solvent may serve as an acid acceptor.
Un solvant apprécié pour la préparation du com20 posé I lorsque X est le groupe A preferred solvent for the preparation of compound I when X is the group
-O -C C-CH-O -C -C-CH
H OH O
est la N-méthylpyrrolidinone, attendu qu'on peut l'utiliser is N-methylpyrrolidinone, since it can be used
dans les deux étapes i et ii.in both steps i and ii.
Si X est un groupeIf X is a group
-O C-CH-O C-CH
le polyaryléther de formule I peut être préparé par conden35 sation du diphénol aromatique, d'une dihalogénodiphénylsulfone et de l'éthynylphénol <HO Q dans un solvant aprotique dipolaire à une température de 70 a 200 C en présence d'une base La synthèse du m- éthynylphénol est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique the polyaryl ether of formula I can be prepared by condensation of aromatic diphenol, a dihalo-diphenylsulfone and ethynylphenol ## STR3 ## in a dipolar aprotic solvent at a temperature of 70 to 200 ° C. in the presence of a base. ethynylphenol is described in the United States patent
N 4 108 926.N 4 108 926.
Si X est un groupeIf X is a group
-OCH 2-C-CH,-OCH 2-C-CH,
le polyaryléther de formule I peut être préparé par condensation du diphénol aromatique, d'une dihalogénodiphénylsulfone et de chlorure de propargyle dans un solvant aprotique dipolaire en présence d'une base Le chlorure de propargyle est avantageusement ajouté après la formation d'un the polyaryl ether of formula I can be prepared by condensation of the aromatic diphenol, a dihalo-diphenylsulfone and propargyl chloride in a dipolar aprotic solvent in the presence of a base. Propargyl chloride is advantageously added after the formation of a
polyaryléther à terminaison hydroxyle à partir de la dihalogénodiphénylsulfone et d'un excès de diphénol aromatique. hydroxyl-terminated polyarylether from dihalogenodiphenylsulfone and an excess of aromatic diphenol.
Dans la composition, le plastifiant activant la cristallisation induit la cristallinité dans le squelette In the composition, the plasticizer activating the crystallization induces crystallinity in the skeleton
de polylaryléther de I par application de chaleur. of polylarylether of I by application of heat.
Les plastifiants activant la cristallisation sont de deux types Le premier type ne réagit pas avec le polyaryléther de formule I et est caractérisé par la solubilité avec le polyaryléther, une température de passage par l'état vitreux inférieure à 30 C, une faible volatilité (par exem30 ple un point d'ébullition supérieur à 300 C) et une excellente stabilité thermique Le second type réagit avec le polyaryléther de formule I et peut éventuellement réagir avec lui-même et est caractérisé par une température de passage par l'état vitreux de moins de 70 C et par un point 35 d'ébullition supérieur à 200 C Des exemples du premier type sont les esters triaryliques d'acide phosphorique, les terphényles, les terphényles hydrogénés, les quaterphényles, les quaterphényles hydrogénés, les poly(phénylène-oxydes) o N a une valeur de 2 à 15, la 4, 4 '-dichlorodiphénylsulfone, la 4,4 '-dichlorobenzophénone, d'autres diphénylsulfones ou benzophénones substituées ainsi que des éthers de diphényle substitués, et leurs mélanges Des plas10 tifiants convenables du second type comprennent la 4,4 '-bis( 3-éthynylphénoxy)diphénylsulfone, le cyanurate de triallyle et le phtalate de diallyle, le trimellitate de triallyle, le bis-cyanate de bisphénol A, le diaminodiphénylméthane, le lamino-3-éthynylbenzène, le 1-hydroxy-3-éthynylbenzène, 15 le 2,2 '-bis-( 3-éthynylphénoxy-4-phényl)propane, l'adipate There are two types of plasticizers that activate crystallisation. The first type does not react with the polyaryl ether of formula I and is characterized by the solubility with the polyaryl ether, a glassy-glass transition temperature of less than 30 ° C., low volatility (by The second type reacts with the polyaryl ether of formula I and can optionally react with itself and is characterized by a vitreous transition temperature of less than 100.degree. at 70 ° C. and at a boiling point greater than 200 ° C. Examples of the first type are the triaryl esters of phosphoric acid, the terphenyls, the hydrogenated terphenyls, the quaterphenyls, the hydrogenated quaterphenyls and the polyphenylene oxides. o N is 2 to 15, 4,4'-dichlorodiphenylsulfone, 4,4'-dichlorobenzophenone, other diphenylsulfones or benzophenones as well as substituted diphenyl ethers, and mixtures thereof Suitable second type plastifiers include 4,4'-bis (3-ethynylphenoxy) diphenylsulfone, triallyl cyanurate and diallyl phthalate, triallyl trimellitate, bisphenol A bis cyanate, diaminodiphenylmethane, lamino-3-ethynylbenzene, 1-hydroxy-3-ethynylbenzene, 2,2'-bis- (3-ethynylphenoxy-4-phenyl) propane, adipate
de divinyle, l'éther divinylique du 1,4-butanediol, le Nphénylmaléimide, le bis-maléimide du 4,4 '-diaminodiphénylméthane, la N-vinyl-2pyrrolidinone et leurs mélanges. divinyl, 1,4-butanediol divinyl ether, N-phenylmaleimide, 4,4'-diaminodiphenylmethane bis-maleimide, N-vinyl-2-pyrrolidinone and mixtures thereof.
Les compositions cristallisables réticulables de 20 l'invention (c'est-àdire i et ii plus le plastifiant) peuvent être préparées par mélange des composants à une température d'environ 100 C à environ 350 C dans un appareillage classique pour la formulation de polymères, par exemple un mélangeur Banbury ou une extrudeuse La durée de 25 mélange est avantageusement courte et la température de The crosslinkable crystallizable compositions of the invention (i.e., and more the plasticizer) can be prepared by mixing the components at a temperature of about 100 ° C. to about 350 ° C. in conventional equipment for polymer formulation. For example, a Banbury mixer or an extruder. The mixing time is advantageously short and the
mélange est basse pour minimiser une réticulation prématurée. mixing is low to minimize premature crosslinking.
Une atmosphère de gaz inerte est préférable lors de la formulation des polyaryléthers à terminaison éthynyle. An inert gas atmosphere is preferable when formulating ethynyl-terminated polyaryl ethers.
Un procédé en variante pour la mise en présence 30 du composé I et de l'activateur de cristallisation consisteà les dissoudre ou à les disperser dans un liquide tel que la N-méthylpyrrolidinone, le N,Ndiméthylacétamide, le chlorure de méthylène, le tétrahydrofuranne, le sulfolane ou leurs mélanges Le liquide peut être chassé par évaporation 35 ou en versant le mélange dans un liquide qui dissout le véhicule mais qui ne dissout ni le composé I ni l'activateur de cristallisation Pour de nombreux mélanges dans la Nméthylpyrrolidinone ou dans le N,Ndiméthylacétamide, une précipitation dans l'eau est satisfaisante Un mélange solide An alternative method for bringing compound I and the crystallization activator together is to dissolve or disperse them in a liquid such as N-methylpyrrolidinone, N, N-dimethylacetamide, methylene chloride, tetrahydrofuran, sulfolane or mixtures thereof The liquid may be evaporated off or poured into a liquid which dissolves the vehicle but which does not dissolve either compound I or crystallization activator for many mixtures in N-methylpyrrolidinone or N , N-dimethylacetamide, a precipitation in water is satisfactory A solid mixture
de I et de l'activateur peut alors être recueilli par filtration, séché et mûri. I and the activator can then be collected by filtration, dried and cured.
Des compositions douées d'une très bonne résis5 tance aux solvants sont préparées par chauffage du mélange de I et de l'activateur de cristallisation à une température Compositions having very good solvent resistance are prepared by heating the mixture of I and the crystallization activator to a temperature of 50.degree.
allant d'environ 100 à environ 350 C La durée et la température dépendent du degré désiré de résistance aux solvants. ranging from about 100 to about 350 C The duration and temperature depend on the desired degree of solvent resistance.
La température préférée est supérieure à la température de passage par l'état vitreux du mélange et inférieure au point The preferred temperature is greater than the passage temperature by the vitreous state of the mixture and below the point
de fusion du composé I pur.melting pure compound I.
Les composites renforcés à la fibre de la présente invention sont réalisés en utilisant des techniques connues dans l'art antérieur Par exemple, de minces films 15 du mélange de I et de l'activateur de cristallisation peuvent être préparés et interfoliés entre des couches d'armature fibreuse sous la forme d'une étoffe tissée ou d'un ruban unidirectionnel On peut préparer un stratifié par chauffage de cet ensemble dans une presse chauffée A titre 20 de variante, on peut réaliser des composites à partir d'un corps préimprégné mélange intime de I et de l'activateur de cristallisation avec les fibres On peut réaliser un corps préimprégné en faisant passer les fibres dans un bain chauffé contenant le composé I, l'activateur de cristallisation et un solvant, puis en procédant à l'évaporation du solvant The fiber-reinforced composites of the present invention are made using techniques known in the prior art. For example, thin films of the I mixture and the crystallization activator can be prepared and interfolded between layers. fibrous reinforcement in the form of a woven fabric or a unidirectional ribbon A laminate can be prepared by heating this assembly in a heated press Alternatively, composites can be made from an intimate prepreg mixed body The prepreg can be prepared by passing the fibers through a heated bath containing compound I, the crystallization activator and a solvent and then evaporating the solvent.
par application de chaleur.by application of heat.
D'autres procédés comprennent l'application d'une suspension contenant le composé I et l'activateur de cristallisation à une armature avant le chauffage et la compres30 sion comme décrit, par exemple, dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N 4 292 105 On peut préparer une armature préimprégnée de même qu'une feuille stratifiée en utilisant des calandres chauffées comme décrit, par exemple, dans le Other methods include applying a suspension containing compound I and the crystallization activator to a framework before heating and compressing as described, for example, in U.S. Patent No. 4,292. A prepreg reinforcement as well as a laminated sheet can be prepared using heated calenders as described, for example, in the
brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 849 174. U.S. Patent No. 3,849,174.
La moyenne en nombre du poids moléculaire du polyaryléther de formule I va d'environ 2000 à environ 30 000, de préférence d'environ 2500 à environ 25 000,et notamment The number average molecular weight of the polyarylether of formula I ranges from about 2000 to about 30,000, preferably from about 2,500 to about 25,000, and especially
d'environ 5000 à environ 20 000 Les polyaryléthers de formule I sont des matières solides qui fondent ou se ramollissent au-dessous de 380 C. from about 5,000 to about 20,000 The polyarylethers of Formula I are solids that melt or soften below 380 C.
Les compositions de l'invention (I plus l'acti5 vateur de cristallisation) peuvent être utilisées avec-ou The compositions of the invention (plus the crystallization activator) can be used with or
sans armature En l'absence d'armature, elles contiennent jusqu'à 50 % en poids de l'activateur de cristallisation. without reinforcement In the absence of reinforcement, they contain up to 50% by weight of the crystallization activator.
Dans des compositions renforcées, la quantité de I va d'environ 10 à environ 90 % en poids, la quantité d'activateur 10 de cristallisation va de 0,5 à environ 25 % en poids et la quantité d'armature va de 5 à environ 85 % en poids On peut les extruder, les mouler par compression et les mouler par injection On peut aussi les utiliser sous forme de films, de revêtements, d'adhésifs et de compositions d'étan15 chéité On peut aussi les associer avec des charges en particules telles que du noir de carbone, du talc, du mica et In reinforced compositions, the amount of I is from about 10 to about 90% by weight, the amount of crystallization activator is from 0.5 to about 25% by weight and the amount of reinforcement ranges from 5 to 10% by weight. About 85% by weight they can be extruded, compression molded and injection molded. They can also be used in the form of films, coatings, adhesives and sealing compositions. They can also be combined with fillers. particles such as carbon black, talc, mica and
du carbonate de calcium Des fibres courtes et des filaments continus peuvent être utilisés. calcium carbonate Short fibers and continuous filaments can be used.
Des armatures convenables ont un point de fusion 20 ou un point de décomposition supérieur à 200 C et comprennent une ou plusieurs matières telles que l'alumine, l'oxyde de titane, le carbure de silicium, le borure de silicium, Suitable reinforcements have a melting point or a decomposition point greater than 200 ° C. and comprise one or more materials such as alumina, titanium oxide, silicon carbide, silicon boride,
le polybenzothiazole ainsi que les armatures indiquées cidessus. polybenzothiazole and the reinforcements indicated above.
Une réticulation peut être effectuée avec l'aide d'initiateurs de radicaux libres ou par irradiation Des initiateurs convenables comprennent le peroxyde de dicumyle, le peroxyde de di-tertio-butyle, des 1,1,2,2-tétraaryléthanes, des 1,1,1,2,2-pentaaryléthanes, etc. 30 EXEMPLES Les exemples suivants donnent de plus amples Crosslinking can be carried out with the aid of free radical initiators or by irradiation. Suitable initiators include dicumyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, 1,1,2,2-tetraarylethanes, 1,1,2,2-pentaaryléthanes, etc. EXAMPLES The following examples give further details
détails sur la façon de mettre en oeuvre la présente invention, sans en limiter nullement la portée. details on how to implement the present invention, without in any way limiting the scope thereof.
Exemple 1Example 1
On a chargé 129,22 g de dichlorodiphénylsulfone, 48,45 g d'hydroquinone, 2,21 g de p-aminophénol, 80,85 g de carbonate de potassium, 137 ml de chlorobenzène et 368 ml 129.22 g of dichlorodiphenylsulfone, 48.45 g of hydroquinone, 2.21 g of p-aminophenol, 80.85 g of potassium carbonate, 137 ml of chlorobenzene and 368 ml were charged.
17 255021517 2550215
de sulfolane dans un ballon à quatre cols d'un litre équipé d'un agitateur mécanique, d'un thermomètre, d'une ampoule à brome, d'un conduit de purge à l'azote, d'un séparateur de Dean-Stark et d'un condenseur Ce mélange a été purgé à 5 l'azote pendant une demi-heure à la température ambiante (environ 25 C) sous agitation Il a ensuite été chauffé à 210 C en même temps que du chlorobenzène et l'azéotrope chlorobenzène-eau en était chassé par distillation La température a été maintenue à 210 C pendant 2 heures par addi10 tion goutte à goutte de 180 ml de chlorobenzène Le mélange réactionnel, qui contenait alors un polyaryléther à terminaison amino, a été refroidi à 170 C et additionné de 3,94 g d'anhydride nadique Au bout de deux heures à une température de 160 à 170 C, le mélange a été versé dans un réci15 pient garni d'une feuille métallique et on l'a laissé refroidir Après solidification du produit réactionnel, on l'a rompu et lavé dans un mélangeur avec 2 litres d'eau désionisée La matière insoluble a été recueillie par filtration et a été lavée avec trois portions ( 500 ml) d'eau 20 désionisée Après sa mise en suspension dans 2 litres de méthanol, elle a été séchée sous vide Le rendement de produit isolé a été de 145 g L'analyse infrarouge a indiqué que le produit était un polyaryléther à terminaison nadimide dont la viscosité réduite était égale à 0,50, mesurée dans 25 la N- méthylpyrrolidinone à 25 C à une concentration de of sulfolane in a one-liter four-necked flask equipped with mechanical stirrer, thermometer, dropping funnel, nitrogen purge, Dean-Stark separator This mixture was purged with nitrogen for half an hour at room temperature (about 25 ° C.) with stirring. It was then heated to 210 ° C. at the same time as chlorobenzene and the chlorobenzene azeotrope. The temperature was maintained at 210 ° C. for 2 hours by dropwise addition of 180 ml of chlorobenzene. The reaction mixture, which then contained an amino-terminated polyaryl ether, was cooled to 170 ° C. and added to the reaction mixture. 3.94 g of nadic anhydride After two hours at a temperature of 160 ° C. to 170 ° C., the mixture was poured into a container lined with a metal foil and allowed to cool after solidification of the reaction product. we broke it and washed it The insoluble material was collected by filtration and was washed with three portions (500 ml) of deionized water. After being suspended in 2 liters of methanol, it was dried and dried in a mixer with 2 liters of deionized water. The isolated product yield was 145 g. Infrared analysis indicated that the product was a nadimide-terminated polyarylether whose reduced viscosity was 0.50, measured in 25 C N-methylpyrrolidinone at a concentration of
0,2 g/dl.0.2 g / dl.
Témoin A Les ingrédients suivants ont été chargés dans le ballon de réaction: 43,9 g de phénoxynadimide, 85,3 g de bisphénol A, 110,07 g de dichlorodiphénylsulfone, 55,6 g de carbonate de potassium et 760 ml d'un mélange de diméthylacétamide et de toluène Le contenu a été chauffé à 140 C pendant Control A The following ingredients were charged to the reaction flask: 43.9 g of phenoxynadimide, 85.3 g of bisphenol A, 110.07 g of dichlorodiphenylsulfone, 55.6 g of potassium carbonate and 760 ml of mixture of dimethylacetamide and toluene The contents were heated to 140 C during
72 heures.72 hours.
Le produit réactionnel avait une viscosité réduite de 0,50, mesurée dans la N-méthylpyrrolidinone à The reaction product had a reduced viscosity of 0.50, measured in N-methylpyrrolidinone at
C à une concentration de 0,2 g/100 ml. C at a concentration of 0.2 g / 100 ml.
Exemple 2Example 2
Préparation de plaques moulées et essai aux solvants Après avoir été mûrics à 250 C pendant plusieurs heures, des pièces moulées de la matière de l'exemple 1 sont restées totalement inaffectées par immersion dans du chlorure de méthylène ou dans du diméthylacétamide, tandis que des pièces moulées à partir de la matière du témoin A ont gonflé considérablement dans ces solvants lorsqu'elles ont été Preparation of molded plates and solvent test After having been heated at 250 ° C. for several hours, molded parts of the material of Example 1 remained totally unaffected by immersion in methylene chloride or in dimethylacetamide, while molded from the material of Control A swelled considerably in these solvents when they were
mûries dans les mêmes conditions.ripened under the same conditions.
Ce résultat montre la très bonne résistance aux solvants de la composition de l'invention avec l'hydroquinone comme diphénol dans le squelette de polyaryléther comparativement au témoin A qui est à base de bisphénol A. Toutefois, d'autres améliorations notamment en ce qui con15 cerne la résistance à la fissuration sous l'effet des contraintes ambiantes sont désirables, et un moyen de les This result shows the very good resistance to solvents of the composition of the invention with hydroquinone as diphenol in the polyarylether backbone compared to control A which is based on bisphenol A. However, other improvements especially as regards the resistance to cracking under the effect of ambient stresses are desirable, and a means of
obtenir est illustré dans les exemples 3 et 4. obtain is illustrated in Examples 3 and 4.
Résistance aux solvants de polymères à terminaison nadimide A Echantillon Conditions de maturation Effet du sol-B vant Témoin A 2 heures à 250 C gonfle fortement Produits de non affecté l'exemple 1 " " non affectéc A Bandes de lx 2 cm découpées dans une plaque de 10,16 cmx ,16 cm x 0,254 mm moulée à 275 C sous pression de Solvent Resistance of Nadimide-terminated Polymers A Sample Maturation Conditions Effect of Sol-B vial Control A 2 hours at 250 ° C strongly swells Unaffected Products Example 1 "Not Affected A 1 x 2 cm strips cut from a plate of 10.16 cm x 16 cm x 0.254 mm molded at 275 C under pressure of
28 M Pa.28 M Pa.
B Le solvant était le chlorure de méthylène, sauf spécification contraire. B The solvent was methylene chloride unless otherwise specified.
C N,N-diméthylacétamide Témoin B Résistance à la fissuration sous l'effet des contraintes ambiantes d'une plaque moulée réalisée à partir du produit C N, N-dimethylacetamide Control B Resistance to cracking under the effect of ambient stresses of a molded plate made from the product
de l'exemple 1from example 1
La matière de l'exemple 1 a été chauffée à 310 C et moulée par compression en une plaque de 10,16 cm x 10,16 cm x 0,508 mm et on a laissé sa réaction se poursuivre pendant 2 heures à 250 WC Cette opération a été suivie d'une étape de recuit pendant 2 heures à 200 C La matière résultante a The material of Example 1 was heated to 310 ° C and compression molded into a 10.16 cm × 10.16 cm × 0.508 mm plate and allowed to continue for 2 hours at 250 ° C. followed by an annealing step for 2 hours at 200 ° C. The resulting material was
25502 1 525502 1 5
été soumise à un essai de résistance à la fissuration sous l'effet des contraintes ambiantes, relativement à l'acétone et à la méthyléthylcétone Les temps avant rupture ont été de 2 secondes dans la diméthyléthylcétone et de 3 secondes dans l'acétone sous une contrainte de 7 M Pa. Les valeurs de module en fonction de la température ont été déterminées sur la matière décrite dans cet exemple qui avait été moulée et chauffée pendant 2 heures à 250 C, mais non recuite à 200 C Les valeurs de module en 10 fonction de la température ont révélé un produit amorphe sans palier de cristallinité du module Les valeurs mesurées du module sécante à 1 % a 200 C, 225 C et 250 C ont été, respectivement, égales à 1,4 M Pa, 0,32 M Pa et 56 k Pa Des mesures calorimétriques ont été effectuées par chauffage à 15 400 C à la vitesse de 10 C/minute sous atmosphère d'azote was tested for resistance to cracking under ambient stress, with respect to acetone and methyl ethyl ketone. The time to failure was 2 seconds in dimethyl ethyl ketone and 3 seconds in acetone under duress. The modulus values as a function of temperature were determined on the material described in this example which had been molded and heated for 2 hours at 250 ° C, but not annealed at 200 ° C. The values of the secant modulus at 1% at 200 ° C., 225 ° C. and 250 ° C. were, respectively, equal to 1.4 M Pa, 0.32 M Pa. and 56 k Pa Calorimetric measurements were made by heating at 15 400 C at a rate of 10 C / minute under a nitrogen atmosphere
sur l'analyseur thermique Du Pont/990 Aucun signe de cristallinité n'est apparu. on the Du Pont / 990 thermal analyzer No sign of crystallinity has appeared.
Exemple 3Example 3
Résistance à la fissuration sous l'effet des contraintes 20 ambiantes de mélanges du produit de l'exemple 1 et d'un activateur de cristallisation La matière de l'exemple 1 ( 8,5 g) a été mise en suspension dans une solution acétonique contenant 1,5 g de phosphate de triphényle Après élimination de l'acétone par 25 évaporation, la matière a été chauffée à 310 C et moulée par compression en une plaque de 10,16 cm x 10,16 cm x 0, 508 mm dont on a ensuite laissé la réaction se poursuivre pendant 2 heures à 250 C Cette opération a été suivie d'une étape de recuit pendant 2 heures à 200 C La matière résultante a 30 été soumise à un essai de résistance à la fissuration sous l'effet des contraintes ambiantes, relativement à l'acétone et à la méthyléthylcétone Le temps avant rupture a été de 0,08 heure dans la méthyléthylcétone et de 0,12 heure dans Resistance to cracking under ambient stresses of mixtures of the product of Example 1 and a crystallization activator The material of Example 1 (8.5 g) was suspended in an acetone solution containing 1.5 g of triphenyl phosphate After removal of the acetone by evaporation, the material was heated to 310 ° C. and compression molded into a 10.16 cm × 10.16 cm × 0.508 mm plate with The reaction was then allowed to proceed for 2 hours at 250 ° C. This operation was followed by an annealing step for 2 hours at 200 ° C. The resulting material was subjected to a crack test under the effect of Ambient stress, relative to acetone and methyl ethyl ketone The time to break was 0.08 hours in methyl ethyl ketone and 0.12 hours in
l'acétone sous l'effet d'une contrainte de 7 M Pa. acetone under the effect of a stress of 7 M Pa.
Les valeurs de module en fonction de la température ont été déterminées sur la matière décrite dans cet exemple qui avait été moulée et chauffée pendant 2 heures à 250 C mais non recuite à 200 C Les valeurs de module en The modulus values as a function of temperature were determined on the material described in this example which had been molded and heated for 2 hours at 250 ° C. but not annealed at 200 ° C.
fonction de la température ont révélé l'existence d'un produit semicristallin avec un net palier cristallin de module. Temperature function revealed the existence of a semicrystalline product with a clear crystalline module plateau.
Les valeurs mesurées du module sécante à 1 % à 200 C, 225 C et 250 C étaient, respectivement, de 60,55; 55,09; et 34,79 M Pa Le point de fusion cristallin déterminé d'après The measured values of the 1% secant modulus at 200 ° C, 225 ° C and 250 ° C were, respectively, 60.55; 55.09; and 34.79 M Pa The crystalline melting point determined according to
les valeurs de module en fonction de la température était de 280 C Les données calorimétriques ont été déterminées par chauffage à 400 C et à la vitesse de 10 C/minute sous 10 atmosphère d'azote sur l'analyseur thermique Du Pont 990. the modulus values as a function of temperature were 280 ° C. The calorimetric data were determined by heating at 400 ° C. and at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen atmosphere on the Du Pont 990 thermal analyzer.
Une cristallinité était présente Le point de fusion cristalline était de 272 C et la chaleur de fusion était de Crystallinity was present The crystalline melting point was 272 C and the heat of fusion was
27,2 J/g.27.2 J / g.
Exemple 4Example 4
La matière de l'exemple 1 ( 8,0 g) a été mise en suspension dans une solution acétonique contenant 2,0 g de phosphate de triphényle Après élimination par évaporation de l'acétone, la matière a été chauffée à 310 'C et moulée par compression en une plaque de 10,16 cm x 10,16 cm x 0,508 mm et on l'a ensuite laissé réagir pendant 2 heures à 250 C Cette opération a été suivie d'une étape de recuit pendant 2 heures à 200 C La matière résultante a été soumise à un essai de résistance à la fissuration sous l'effet de contraintes ambiantes vis-à-vis de l'acétone et de la 25 méthyléthylcétone Les résultats de détermination du temps avant rupture ont été de 2,13 heures dans la méthyléthylcétone et de 1,20 heure dans l'acétone, sous l'effet d'une The material of Example 1 (8.0 g) was suspended in an acetone solution containing 2.0 g of triphenyl phosphate. After evaporation of acetone, the material was heated to 310 ° C and compression molded into a plate of 10.16 cm × 10.16 cm × 0.508 mm and then allowed to react for 2 hours at 250 ° C. This operation was followed by an annealing step for 2 hours at 200 ° C. The resultant material was subjected to environmental stress cracking test against acetone and methyl ethyl ketone. The time to break results were 2.13 hours. in methylethylketone and 1.20 hours in acetone under the influence of a
contrainte de 7 M Pa.stress of 7 M Pa.
Les valeurs de module en fonction de la tempéra30 ture ont été déterminées sur la matière décrite dans cet exemple, qui avait été moulée et chauffée pendant 2 heures à 250 C, mais non recuite à 200 C Les valeurs de module en fonction de la température ont révélé l'existence d'un produit semi-cristallin avec un net palier cristallin de module. 35 Les valeurs mesurées du module sécante à 1 % à 200 C, 225 C et 250 C ont été, respectivement, de 65,38; 56,7; et 42 M Pa Le point de fusion cristalline déterminé d'après les valeurs de module en fonction de la température a été de The modulus values as a function of temperature were determined on the material described in this example, which had been molded and heated for 2 hours at 250 ° C, but not annealed at 200 ° C. The modulus values as a function of temperature were revealed the existence of a semi-crystalline product with a clear crystalline module plateau. The measured values of the secant modulus at 1% at 200 ° C, 225 ° C and 250 ° C were 65.38, respectively; 56.7; and 42 M Pa The crystalline melting point determined from the module values as a function of the temperature was
21 255021521 2550215
285 C Des données calorimétriques ont été déterminées par chauffage à 400 C à la vitesse de 10 C/minute sous atmosphère d'aote sur l'analyseur thermique Du Pont 990 Une cristallinité était présente Le point de fusion cristalline était de 283 C, et la chaleur de fusion était de 31,4 J/g. 285 C Calorimetric data were determined by heating at 400 ° C. at 10 ° C./minute under an aot atmosphere on the Du Pont 990 thermal analyzer. Crystallinity was present. The crystalline melting point was 283 ° C., and the heat of fusion was 31.4 J / g.
Les résultats des exemples 3 et 4 indiquent qu'une plastification du polymère de l'exemple 1 conduit à une amélioration de la résistance à la fissuration sous l'effet de contraintes ambiantes. The results of Examples 3 and 4 indicate that a plasticization of the polymer of Example 1 leads to an improvement of the resistance to cracking under the effect of ambient stresses.
22 255021522 2550215
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