JP2001501248A

JP2001501248A - ヒドロキシ―フェノキシエーテルポリマー熱可塑性複合体

Info

Publication number: JP2001501248A
Application number: JP10516460A
Authority: JP
Inventors: ブレナン，デイヴィッド・ジェイ; ホワイト，ジェリー・イー; カルハウン，ダリル・アール
Original assignee: ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2001-01-30
Also published as: DE69621466D1; WO1998014498A1; EP0929590A1; DE69621466T2; EP0929590B1

Abstract

(57)【要約】ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーを強化繊維の表面に適用するかまたは強化繊維の存在下でジエポキシドと二官能種との混合物の現場重合によって熱可塑性複合体を調製する。該複合体は通常の熱成形法または他の加工法によって構造材料および部品として有用な造形品に成形することができる。

Description

【発明の詳細な説明】ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマー熱可塑性複合体本発明は繊維強化複合体およびその製造法に関する。複合体は業界で周知であり、たとえばＫｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒＥｎｃｙ．Ｃｈｅｍ．Ｔｅｃｈ．−Ｓｕｐｐ．，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｐｐ．２６０−２８１（Ｊ．Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ１９８４）に記載されている。複合体は典型的にプラスチック（マトリックス）中に埋封された多数の繊維（強化繊維）を含む。典型的には、該繊維は複合体に強度および／または剛性を与え、また繊維が曲げおよび圧縮に耐え、かつ繊維を表面損傷から防ぐように、マトリックスは繊維の配列および間隔を保持して繊維層間に剪断荷重を伝える。マトリックス複合体を数種類の方法によって製造することが知られている。たとえば、積層品は下記のプレプレグ法によって製造される。（１）場合により溶剤に溶解したマトリックス樹脂前駆物質で繊維の織布または不織布を含浸させ；（２）場合により、該含浸繊維を加熱して溶剤を除去し、かつ／またはマトリックス樹脂を部分的に硬化させ、それによってプレプレグを形成させ；（３）多数のプレプレグまたは含浸布を堆積し；次いで（４）該堆積を加圧・加熱しマトリックス樹脂を硬化させて硬化積層品を生成させる。引抜成形部品は下記の方法によって製造される。（１）繊維トウをダイを通して引張り；（２）マトリックス樹脂前駆物質をダイに流し込んで繊維トウを含浸させ；（３）場合により、該トウをマンドレルに巻き付けるか、ないしは他の成形法で所望の形状に成形し；次いで（４）該含浸トウを加熱して樹脂を硬化させる。樹脂トランスファー成形は下記方法によって部品を製造する。（１）繊維または繊維含有プレフォームを型に入れ；（２）マトリックス樹脂前駆物質を型に流し込み；次いで（３）型を加熱してマトリックス樹脂を硬化させる。各プロセスに共通の要素は下記の通りである。（１）繊維強化材をマトリックス樹脂またはその前駆物質を含有する配合物で含浸させ；次いで（２）該配合物を加熱してマトリックス樹脂を固化または硬化させる。現在のマトリックス材料にはポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル、ポリイミドやシリコーンのような熱硬化性樹脂がある。熱硬化性樹脂は良好な化学的環境耐久性、寸法安定性および良好な高温特性をもたらすが、脆くて保存寿命が限られまた加工に時間がかかる。たとえばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や熱可塑性ポリイミドのような一部の熱可塑性樹脂も複合体に使用される。縮合反応によって無架橋の熱可塑性状態に製造されるポリイミドは熱硬化性ポリイミドよりも使用温度が低い。ポリエーテルエーテルケトンは高価でエポキシよりも使用温度が低い．ジグリシジルエーテルモノマーと多官能性アミン硬化剤との反応生成物から調製した複合体も公知である。しかし、多官能性硬化剤は生成ポリマーを架橋させるので、該複合体は典型的に脆くて加工後再成形させることができない。金属、炭素およびセラミックマトリックス複合体も公知である。しかし、セラミックや炭素マトリックス材料は高価で脆く、また金属マトリックス材料はポリマーマトリックス材料よりも重い。通常のエポキシ熱硬化性樹脂と同程度に加工できるが、完全硬化したときに熱可塑性樹脂のような熱成形性を有する繊維強化複合体を提供することが望ましいであろう。第１の態様では、本発明は、（１）繊維強化材；および（２）マトリックス樹脂を含有する熱可塑性複合体であって、該マトリックス樹脂が熱可塑性ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーマトリックスであることを特徴とする複合体である。第２の態様では、本発明は繊維強化複合体中のマトリックス樹脂としての熱可塑性ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーの使用である。第３の態様では、本発明は、（１）繊維系強化材をマトリックス樹脂前駆物質含有配合物で含浸させ；次いで（２）該マトリックス樹脂前駆物質が反応して所望のマトリックス樹脂を生成する温度に該配合物を加熱する工程によってマトリックス複合体を製造する方法であって、該マトリックス樹脂前駆物質が、（ａ）ジエポキシド、および（ｂ）１分子当たり約２個のアミン性水素を含有するアミン類、１分子当たり約２個のスルホンアミド性水素を含有するスルホンアミド類、または１分子当たり約２個のフェノール性水酸基を含有するビスフェノール類の１種以上を含有する少なくとも１種の連鎖延長剤を、該マトリックス樹脂が熱可塑性であり、かつ少なくとも約２５，０００のＥＥＷを有するような量で含有することを特徴とする方法である。第４の態様では、本発明は、（１）マトリックス樹脂前駆物質含有配合物を少なくとも部分的に予備反応させて、オリゴマーまたは熱可塑性マトリックス樹脂を生成させ；（２）繊維系強化材を該オリゴマーまたは熱可塑性マトリックス樹脂で含浸させ；次いで（３）必要ならば、該オリゴマーを加熱し、それらを反応させてマトリックス樹脂を生成させる工程によってマトリックス複合体を製造する方法であって、該配合物が、（ａ）ジエポキシド、および（ｂ）１分子当たり約２個のアミン性水素を含有するアミン類、１分子当たり約２個のスルホンアミド性水素を含有するスルホンアミド類、または１分子当たり約２個のフェノール性水酸基を含有するビフェノール類の１種以上を含有する少なくとも１種の連鎖延長剤を、該マトリックス樹脂が熱可塑性であり、かつ少なくとも約２５，０００のＥＥＷを有するような量で含有することを特徴とする方法である。本発明の複合体および該複合体を含有する造形品は構造材料および部品として有用である。該マトリックス樹脂は現在用いられているほとんどのマトリックス樹脂よりもすぐれた靭性を与える。さらに本発明の第３態様を構成する方法に用いられるモノマーは比較的低粘度を有し、また適切に選択すれれば無溶剤で用いることもできる。本発明の目的に対し、繊維は長さ寸法が幅や厚さの直交寸法よりもはるかに大きい細長い物体である。繊維は概して少なくとも５、好ましくは少なくとも１０のアスペクト比、および少なくとも０．１インチ、好ましくは少なくとも０．２５インチの長さを有する。繊維は、最大１８インチ、好ましくは最大１０インチ、さらに好ましくは最大４インチの平均長さを有する連続またはチョップトファイバーであることができる。１から１０００ミクロンの範囲にある繊維直径が通常有用である。したがって繊維という用語には一定または不同の断面を有するモノフィラメント繊維、マルチフィラメント繊維、リボン、ストリップ、多数のこれらのいずれか１種または混合物が含まれる。多数の繊維を一緒に集めて撚糸または不撚糸を形成させることができる。繊維または糸はフェルト、編物、織物（平織、バスケット織、朱子織および千鳥交織）として成形するか、または種々の通常の方法で布に成形することかできる。繊維はこのような通常の方法によって、たとえば連続ストランドランダムマットのような「不織」布に成形することもできる。熱可塑性複合体を調製するために本発明の方法に用いることができる繊維は、たとえば米国特許第４，５３３，６９３号；Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒＥｎｃｙ．Ｃｈｅｍ．Ｔｅｃｈ．，ＡｒａｍｉｄＦｉｂｅｒｓ．２１３（Ｊ．Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ１９７８）；Ｋｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒＥｎｃｙ．Ｃｈｅｍ．，Ｔｅｃｈ．−Ｓｕｐｐ．，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ｐａｇｅｓ２６１−２６３；Ｅｎｃｙ．Ｐｏｌｙ．Ｓｃｉ．＆Ｅｎｇ．のような多くの参考資料に記載されている。繊維が複合体を作る際に溶融せず、また概して繊維が引張強度、曲げモジュラスや電気伝導率のような物理的性状を向上させるように選択されさえすれば、繊維は種々の組成を有することができる。したがって、ポリアミド、ポリイミド、アラミドのような曲げモジュラスの大きな有機ポリマー、金属、ガラスや他のセラミック、炭素繊維、および黒鉛繊維が適切な繊維材料である。ガラス繊維の例にはＥガラスおよびＳガラスがある。Ｅガラスは優れた電気的特性ならびに良好な強度およびモジュラスを有する低アルカリのホウケイ酸アルミニウム組成物である。Ｓガラスは強度とモジュラスがかなり大きなアルミノケイ酸マグネシウム組成物である。繊維ロービングも有用である。ロービングはほとんど加撚しない平行な束に集められた多数の連続糸、ストランド、またはトウからなる。本明細書で使用する「ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマー」という用語は主鎖に芳香族エーテル部分および側鎖に水酸基を有するポリマーを意味する。熱可塑性複合体を調製するために本発明の実施に用いることができるヒドロキシ −フェノキシエーテルポリマーには下記がある：（１）次式によって表される反復単位を有するヒドロキシ官能性ポリエーテル類；（２）次式によって表される反復単位を有するアミド−およひヒドロキシメチル官能性ポリエーテル類；（３）次式によって表される反復単位を有するヒドロキシ官能性ポリ（エーテルスルホンアミド類）；（４）独立して下式のいずれか１つによって表される反復単位を有するポリ（ヒドロキシアミドエーテル類）；（５）次式によって表される反復単位を有するポリ（ヒドロキシエステルエーテル類）；（６）下式のいずれか１つによって表される反復単位を有するポリ（ヒドロキシアミドエーテル類）；（７）次式によって表される反復単位を有するポリエーテルアミン類；および（８）次式によって表される反復単位を有するヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマー。式中各Ａｒは独立して無置換の二価の芳香籏部分、置換された二価の芳香族部分もしくは複素環式芳香族部分、または種々の無置換の二価の芳香族部分、置換された二価の芳香族部分もしくは複素環式芳香族部分の混合物を表し；Ｒは独立して水素または一価のヒドロカルビル部分であり；各Ａｒ¹はアミドまたはヒドロキシメチル基を有する二価の芳香族部分または二価の芳香族部分の混合物であり；Ｒ¹は無置換の二価の芳香族部分、置換された二価の芳香族部分、二価の複素環式芳香族部分、二価のアルキレン部分、置換された二価のアルキレン部分もしくは二価の複素環式アルキレン部分または該部分の混合物のように独立して主としてヒドロカルビレン部分であり；Ｒ²は独立して一価のヒドロカルビル部分であり；Ａは二価のアミン部分または種々の二価のアミン部分の混合物であり：Ｘは二価のアミン、アリーレンジオキシ、アリーレンジスルホンアミドもしくはアリーレンジカルボキシ部分または該部分の混合物であり；またＡｒ²は下式のいずれか１つによって表される「カルド（ｃａｒｄｏ）」部分である。式中Ｙは無、共有結合、または結合基（適当な結合基には、たとえば酸素原子、硫黄原子、カルボニル原子、スルホニル基またはメチレン基もしくは類似の結合がある）であり；ｎは１０から１０００までの整数：ｘは０．０１ないし．１．０；またｙは０ないし０．５である。「主としてヒドロカルビレン」という用語は主に炭化水素であるが、場合によっては少量の酸素、硫黄、イミノおよびスルホニル、スルホキシルのようなヘテロ原子部分を含有する二価の基を意味する。熱可塑性複合体を調製するために、ＰｈｅｎｏｘｙＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているヒドロキシ−フェノキシエーテル熱可塑性樹脂を本発明の実施に用いることもできる。これらヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーはビスフェノールＡのような二価の多核フェノールとエピハロヒドリンとの縮合反応生成物であって、式Ｉ（式中Ａｒはイソプロピリデンジフェニレン部分）によって表される反復単位を有する。これらポリマーの調製法は米国特許第３，３０５，５２８号に記載されている。通常ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーは、二価のフェノール類のような二官能種（すなわち２個の反応基を有する種）とジエポキシド（すなわち２個のエポキシド官能性を有する化合物）とを、ヒドロキシル部分をエポキシ部分と反応させてエーテル結合を生じさせるのに十分な条件で反応させることによって調製される。これらポリマーとその調製法は米国特許第５，１６４，４７２号、第５，１１５，０７５号、第５，１３４，２１８号、第５，１７１，８２０号、第５，０８９，５８８号、第５，２１８，０７５号、および第５，１４３，９９８号、ならびに１９９３年９月２日出願の米国同時係属出願第０８／１１６，０２３号に詳細に記載されている。本発明の実施に用いることができるジエポキシドには後記の二価のフェノール類のジグリシジルエーテル類、α、ω−ジグリシジルオキシイソプロピリデン− ビスフェノール系フェノキシ樹脂（商業上ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ製Ｄ．Ｅ．Ｒ．^TM３００および６００シリーズのエポキシ樹脂として知られている）、α，ω−ジグリシジルオキシテトラブロモイソプロピリデンビスフェノール系フェノキシ樹脂、ジグリシジルアミン類およびジカルボン酸のジグリシジルエステル類がある。他のジエポキシドは米国特許第５，１１５，０７５号；第４，４８０，０８２号および第４，４３８，２５４号ならびに１９９１年１１月２６日出願の米国同時係属出願第８００，３４０号ならびに１９９２年５月１８日出願の米国特許出願第８８４，６７３号に記載されている。好ましいジエポキシドは１００ないし４０００のエポキシ当量を有するエポキシ樹脂である。もっとも好ましいジエポキシドはビスフェノールＡ、４，４’−スルホニルジフェノール、４．４’−オキシジフェノール、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、ヒドロキノン、９，９−（４−ヒドロキジフェニル）フルオレンおよびレゾルシノールのジグリシジルエーテル類である。ジエポキシドは正確に二官能性である必要はない。たいていのジエポキシドは少量の一官能種および／または三官能種を含有する。本発明に用いられる「ジエポキシド」は平均して１分子当たり好ましくは少なくとも１．８個、さらに好ましくは少なくとも１．９個、もっとも好ましくは少なくとも１．９５個のエポキシ基を含有する。本発明に用いられる「ジエポキシド」は平均して１分子当たり好ましくは僅か２．１個、さらに好ましくは僅か２．０５個、もっとも好ましくは僅か２個のエポキシ基を含有する。熱可塑性複合体を調製するために本発明の実施に用いることができる二官能種すなわち「連鎖延長剤」には２個の反応基、たとえば二価フェノール類、ジカルボン酸類、ビス第二級アミン類、第一級アミン類、ジチオール類、ジスルホンアミド類、およびエポキシド基と反応しうる２個の種々の官能性を含有する化合物がある。連鎖延長剤はジエポキシドと同様に約２個の反応性官能性を含有するが正確に２個の反応性官能性を含有する必要はない。本発明に用いられる「二官能種」は平均して１分子当たり好ましくは少なくとも１．８個、さらに好ましくは少なくとも１．９個、もっとも好ましくは少なくとも１．９５個の反応性部分を含有する。本発明に用いられる「二官能種」は平均して１分子当たり好ましくは僅か２．１個、さらに好ましくは僅か２．０５個、もっとも好ましくは僅か２個の反応性部分を含有する。反応性部分は典型的に活性水素部分である。たとえば、第一級アミンまたは第一級スルホンアミド基は典型的に２個の反応性水素部分を含有するが、フェノール性水酸基、第二級アミン基、カルボン酸基またはチオール基は典型的に１個の活性水素部分を含有する。本発明の実施に用いることができる二価フェノール類には米国特許第５，１１５，０７５号；第４，４８０，０８２号および第４，４３８，２５４号ならびに１９９１年１１月２６日出願の米国同時係属出願第８００，３４０号および１９９２年５月１８日出願の同第８８４，６７３号に記載されたビスフェノール類がある。好ましい二価フェノール類にはＮ，Ｎ’−ビス（ヒドロキシフェニル）アルキレンジカルボキシアミド類、Ｎ，Ｎ’−ビス（ヒドロキシフェニル）アリーレンジカルボキシアミド類、ビス（ヒドロキシベンズアミド）アルカン類またはビス（ヒドロキシベンズアミド）アレーン類、Ｎ−（ヒドロキシフェニル）−ヒドロキシベンズアミド類、２，２−ビス（ヒドロキジフェニル）アセトアミド類、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−ヒドロキシフェニル）グルタルアミド類、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−ヒドロキシフェニル）アジパミド、１，２−ビス（４−ヒドロキシベンズアミド）エタン、１，３−ビス（４−ヒドロキシベンズアミド）ベンゼン、Ｎ −（４−ヒドロキシフェニル９−４−ヒドロキシベンズアミド、および２，２− ビス（４−ヒドロキシフェニル）−アセトアミド、４，４’−イソプロピリデンビスフェノール（ビスフェノールＡ）、９．９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン、ヒドロキノン、レゾルシノール、４，４’−スルホニルジフェノール、チオジフェノール、４，４’−オキジジフェノール、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、テトラブロモイソプロピリデンビスフェノール、ジニトロフルオレニリデンジフェニレン、４，４’−ビフェノール、４，４’−ジヒドロキシビフェニレンオキシド、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、α、α− ビス（４−ヒドロキシフェニル）エチル−ベンゼン、２，６−ジヒドロキシナフタレンがある。さらに好ましい二価フェノール類は、４，４’−イソプロピリデンビスフェノール（ビスフェノールＡ）、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン、ヒドロキノン、レゾルシノール、４，４’−スルホニルジフェノール、４，４’−チオジフェノール、４，４’−オキシジフェノール、４，４ ’−ジヒドロキシベンゾフェノン、テトラブロモイソプロピリデンビスフェノール、ジニトロフルオレニリデンジフェニレン、４，４’−ビフェノール、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、α，α−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エチルベンゼンおよび２，６−ジヒドロキシナフタレンである。もっとも好ましい二価フェノール類は、４，４’−イソプロビリデンビスフェノール（ビスフェノールＡ）、４，４’−スルホニルジフェノール、４，４’−オキシジフェノール、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノンおよび９．９−ビス（４−ヒドロキシ−フェニル）フルオレンである。アミド含有ビスフェノール類の調製法は米国特許第５，１３４，２１８号に記載されている。本発明の実施に使用できるジカルボン酸類にはフェニレンジカルボン酸、ビフェニレンジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、およびアルキレンジカルボン酸がある。好ましいジカルボン酸類にはイソフタル酸、テレフタル酸、４，４’ −ビフェニレンジカルボン酸、３，４’−ビフェニレンジカルボン酸、３，３’ −ビフェニレンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、およびアジピン酸がある。もっとも好ましいジカルボン酸類は、イソフタル酸、テレフタル酸、４．４’−ビフェニレンジカルボン酸および２，６−ナフタレンジカルボン酸である。本発明の実施に使用できるビス第二級アミン類には、ピペラジンおよび置換ピペラジン類たとえばジメチルピペラジンおよび２−メチルアミドピペラジン；ビス（Ｎ−メチルアミノ）ベンゼン、１，２−ビス（Ｎ−メチルアミノ）エタン、およびＮ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミンがある。好ましいビス第二級アミン類はピペラジン、ジメチルピペラジンおよび１，２−ビス（Ｎ−メチルアミノ）エタンである。もっとも好ましいビス第二級アミンはピペラジンである。本発明の実施に使用できる第一級アミン類には、アニリンおよび置換アニリン類たとえば４−（メチルアミド）−アニリン、４−メチルアニリン、４−メトキシアニリン、４−第三級ブチルアニリン、３，４−ジメトキシアニリン、３，４ −ジメチルアニリン；アルキルアミン類および置換アルキルアミン類、たとえばブチルアミンおよびベンジルアミン；ならびにアルカノールアミン類；たとえば２−アミノエタノールおよび１−アミノプロパン−２−オールがある。好ましい第一級アミン類はアニリン、４−メトキシアニリン、４−第三級ブチルアニリン、ブチルアミン、および２−アミノエタノールである。もっとも好ましい第一級アミン類は４−メトキシアニリンおよび２−アミノエタノールである。本発明の実施に使用できるジチオール類には式ＨＳ−Ｒ−ＳＨ（式中Ｒは主としてヒドロカルビレン部分または二価の芳香族部分）によって表されるジチオール類がある。好ましくは、Ｒは（１）２ないし２０個の炭素を有し、酸素、硫黄、スルホニルもしくはスルホキシルのようなヘテロ原子部分を含有することができるアルキレンもしくはシクロアルキレンであるかまたは（２）５ないし２５個の炭素を有し、ヘテロ原子部分を含有することができ、またアルキル、アルコキシ、ハロ、ニトロ、シアノもしくはシクロアルキル基で置換させることもできるアリーレンである。もっとも好ましいジチオールは４，４’−ジメルカプトジフェニルエーテル（ＤＭＰＥ）である。ジチオール類およびその調製法は周知である。たとえば米国特許第３，３２６，９８１号およびＳｕｔｔｅｒＳｃｒｕｔｃｈＦｉｅｌｄ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，Ｖｏｌ．５８，ｐｐ．５４，１９３６を参照されたい。本発明の実施に使用できるジスルホンアミド類にはＮ，Ｎ’−ジメチル−１，２−ベンゼンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−１，３−ベンゼンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−１，４−ベンゼンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）−１，２−ベンゼンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）−１，３−ベンゼンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）−１，４−ベンゼンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）−４，４−ビフェニルジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，２−ベンゼニノジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’− ジフェニル−１，３−ベンゼンスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−１，４−ベンゼンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−４，４’−ビフェニレンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−−ジメチル−４，４’−オキシジフェニレンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−４，４’−チオジフェニレンジスルホンアミド、Ｎ，Ｎ’ −ジメチル−４，４’−メチレンジフェニレンシスルホンアミド、およびＮ，Ｎ ’−ジメチル−４，４’−スルホニルジフェニレンジスルホンアミドがある。好ましいジスルホンアミド類にはＮ，Ｎ’−ジメチル−１，３−ベンゼンジスルホンアミドおよびＮ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）−４，４’−ビフェニルジスルホンアミドがある。ジスルホンアミド類は脂肪族または芳香族第一級アミン類とビス（クロロスルホニル）アルカン類およびアレーン類との反応によって調製される。これらスルホンアミド類は米国特許第５，１４９，７６８号に記載されている。発明の実施に使用でき、エポキシ基と反応し得る２個の異なる官能性を含有する化合物にはヒドロキシ安息香酸類、Ｎ−アルキルアミノ酸類、Ｎ−アルキルアミノフェノール類、およびＮ−アルキルスルホンアミドフェノール類がある。好ましくはサリチル酸および４−ヒドロキシ安息香酸である。もっとも好ましいのは４−ヒドロキシ安息香酸である。ジエポキシド対二官能種の比率は架橋反応を行うために、生成するマトリックス樹脂がごく僅かな活性エポキシド基しか含有しないように選択するのが好ましい。マトリックス樹脂は好ましくは少なくとも１０，０００、さらに好ましくは少なくとも２５，０００、さらに極めて好ましくは少なくとも５０，０００のエポキシ当量（ＥＥＷ）を有する。マトリックス樹脂は活性エポキシド基を実質的に含有しないのがもっとも好ましい（ＥＥＷ１，０００，０００＋）。ジエポキシド対二官能性種の比率は、好ましくはマトリックス樹脂が高分子量熱可塑性樹脂となるように選択される。マトリックス樹脂は好ましくは少なくとも１０，０００、さらに好ましくは少なくとも２５，０００、さらに極めて好ましくは少なくとも５０，０００、もっとも好ましくは少なくとも１００，０００の重量平均分子量を有する。最大の重量平均分子量が重要ではないが、通常５，０００，０００未満である。これら２つの目的は通常ジエポキシドに対して略理論量ないし僅か過剰量の二官能種を用いることによって達成される。二官能種対ジエポキシドの当量比は好ましくは少なくとも９５パーセント、さらに好ましくは少なくとも９８パーセント、もっとも好ましくは少なくとも１００パーセントである。該当量比は好ましくは僅か１２０パーセント、さらに好ましくは僅か１１０パーセント、もっとも好ましくは僅か１０５パーセントである。モノマーは、マトリックス樹脂が熱可塑性、すなわち高度に架橋しないように選択される。これはマトリックス樹脂の溶解度を調べることによって試験することができる。熱可塑性マトリックス樹脂は２５℃のジメチルホルムアミド中に少なくとも１重量パーセント溶液、好ましくは少なくとも５重量パーセント溶液、さらに好ましくは１０重量パーセント溶液を生成する。架橋マトリックス樹脂は該溶液を生成しない。熱可塑性複合体を調製するために本発明の実施に使用できる方法は、強化繊維の存在下でジエポキシドと二官能種との理論量の混合物の現場重合によって強化繊維存在下のヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーを生成させることを含む。たとえば、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（たとえばＤ．Ｅ．Ｒ．^TM ３３２エポキシ樹脂）とモノエタノールアミンのような二官能種とを１：１のような適当な比率で混合することによって低粘度の液状樹脂を調製することができる。たとえばこの液状樹脂を単層または多層のガラス／炭素布上に流し込んで樹脂をガラス／炭素布に浸透させるように、該樹脂を強化繊維に適用することができる。次いで通常の方法、たとえば熱と圧力の付加によって複合体部品を成形することができる。この方法は、プルプレグ法、引抜成形法および樹脂トランスファー成形法のような多くの公知の複合体製造法に適用することができる。場合によっては、繊維と接触させる前にジエポキシドと二官能種を部分的に予備反応させてオリゴマーを生成させるのが望ましいであろう。オリゴマーはジエポキシドおよび二官能種よりも高粘度を有するので望ましくないかもしれない。他方予備反応は複合体に必要な硬化時間を短縮し、したがって複合体メーカーにとってライン速度を増大させるかまたはサイクル時間を減少させることができる。強化繊維に適用されるマトリックス樹脂の量は、複合体にとって望ましい剛性、形状、耐熱性、耐摩耗性や他の性質に応じて広範囲に変えることができるが、通常その量は繊維の容量の最高９５パーセントである。その量は、繊維の総容量を基準にして好ましくは１０ないし８０パーセント、さらに好ましくは３０ないし７５パーセント、もっとも好ましくは４０ないし６０パーセントである。熱可塑性複合体を調製するために本発明の実施に使用できる他の方法は先に述べたヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーを溶液流延法によって強化樹脂上に直接適用することを含む。通常該方法はポリマーを適当な溶剤に溶解し、該溶液を強化繊維の表面に流し込んだ後、たとえばポリマー溶液含有強化繊維をオーブンに通すような公知の方法によって溶剤を蒸発させて、強化繊維上に残留固形ポリマーを残すことを含む。溶液流延法は周知の方法で、たとえばＳｏｃｉｅｔｙｏｆｔｈｅＰｌａｓｔｉｃｓＩｎｄｕｓｔｒｙ，Ｉｎｃ．，のＰｌａｓｔｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＨａｎｄｂｏｏｋ、４ｔｈＥｄｉｔｉｏｎ，ｐａｇｅ４４８に記載されている。ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーのガラス転移温度を上回る温度において強化繊維上に固形ポリマーを圧縮成形することによってヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーを強化繊維上に直接適用することもできる。通常該方法は適当な量の固形ポリマーを強化繊維の表面に適用し、所望の成形品の形状を有するキャビティーとなる二つ割り型の下半分に固形ポリマー含有強化繊維を充填し；加圧して型の二つの部分を結合させ；型を加熱してポリマーを軟化させてキャビティーの形状を有する連続塊を作り；ついで加圧冷却して該塊を固化させて生成した複合体を型から取出すことを含む。概して複合体を生成し最適の性状を達成するために必要な時間および圧力はマトリックスの化学組成および分子量ならびに加工温度によって決まる。有利なことに固形ポリマーは粉状として、手、粉ふるい装置、または静電噴霧法のような通常の方法によって、強化繊維の表面に実質的に平均に適用される。「実質的に平均に」という用語は溶融後の粉末の厚さが強化繊維の表面全体に均一となるように強化繊維の表面にポリマー粉末を適用することを意味する。粉末の平均厚さは、溶融後通常５ないし８０ミクロン、好ましくは１５ないし５０ミクロン、さらに好ましくは２５ないし３５ミクロンである。圧縮成形は周知の方法である。たとえば、ＳｏｃｉｅｔｙｏｆｔｈｅＰｌａｓｔｉｃｓＬｎｄｕｓｔｒｙ，Ｉｎｃ．のＰｌａｓｔｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＨａｎｄｂｏｏｋ，４ｔｈＥｄｉｔｉｏｎ，ｐａｇｅｓ２０４−２４０を参照されたい。樹脂マトリックスは通常強化繊維によって残された空間の多く、好ましくは実質的にそのすべてを占める。しかし、この空間の一部が充填剤または他の強化材によって占められる場合もある。樹脂マトリックスを強化繊維の周囲に置くのに適切な種々の他の方法がある。このような他の方法の一つは各繊維または繊維の一部をマトリックスポリマーで被覆し、該被覆繊維を所望の網状構造に配列させた後マトリックスポリマーが流動して残りの空間を塞ぐように構造全体を加熱することである。他の適切な方法は繊維の層または他の構造物を、種々の形状のマトリックスポリマー、たとえばマトリックスポリマーフィルムに隣接またはその中間に配列させた後構造全体をヒートセットすることである。本発明の樹脂マトリックスは熱可塑性で架橋していない。該樹脂マトリックスはガラス転移温度を上回る温度における再成形能力を有する。負荷応力を受けると本発明の樹脂マトリックスは外部応力を吸収する能力があるのに対し、熱硬化性マトリックス樹脂の方は破壊し易いので、本発明の樹脂マトリックスは熱硬化性マトリックス樹脂よりも強靭である。本発明の複合体は、通常の熱成形法または他の加工法によって構造材料や部品として有用な造形品に加工することができる。下記使用例および比較例は本発明を説明するために示すもので、発明の範囲を限定するものと解すべきではない。とくに指示がない限り部および百分率はすベて重量単位である。実施例１Ａ．ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマー熱可塑性複合体の調製１００ｍＬのジャーにエポキシ樹脂（Ｄ．Ｅ．Ｒ．^TM３３２エポキシ樹脂、５２．２ｇ、エポキシ当量＝１７１．９ｇ／エポキシド当量、０．３０３ｍｏｌエポキシド）およびモノエタノールアミン（９．２ｇ、０．１５１ｍｏｌ、０．３０１ｍｏｌＮ−Ｈ）を加えた。十分に混合するまで混合物を撹拌した後、樹脂の半分を、３ｍｉｌ（０．０６ｍｍ）のテトラフルオロエチレンフルオロカーボン被覆シート（上部）と１／１６インチ（１．５ｍｍ）のステンレス鋼板（下部）の間にサンドイッチされた５ｍｉｌ（０．１ｍｍ）のアルミニウム板からなる支持体上部の６インチ×６インチ×０．０３インチ（１５ｃｍ×１５ｃｍ×０．７６ｍｍ）厚の成形枠の中に注入した。６インチ×６インチ（１５ｃｍ×１５ｃｍ）の単層ガラス繊維／炭素繊維織布（３２オンス／平方ヤードまたは１．１ｋｇ／ｍ²）を型の中に入れた。残りの樹脂を布の上に注いだ後テトラフルオロエチレンフルオロカーボン被覆シート、アルミニウムシート、およびステンレス鋼板を（この順に）配置した。集成成形装置は表Ｉに示す計画を用いる圧縮成形によるものであった。 ¹°Ｆ／分単位の温度変化² １ｂ．／秒単位の力の変化冷却時に、６インチ×６インチ×０．０３５インチ（１５ｃｍ×１５ｃｍ×０．８８ｍｍ）の複合体を成形枠から取出した。Ｂ．熱成形Ａ部で調製した複合体を２００℃（３９２°Ｆ）の熱対流炉内の深さが０．７５インチ（１９．０５ｍｍ）で直径が２．５インチ（６３．５ｍｍ）の円筒形キャビティを含有するアルミニウムブロックの上に置いた。１時間後、直径１．５インチ（３８．１ｍｍ）の円筒形重り（１ｋｇ）をキャビティ上の複合体部品の上に置いた。重りが複合体をキャビティの中に押し込み、複合体に深さが約０．５インチ（１２．７ｍｍ）で幅が２．５インチ（６３．５ｍｍ）の浅い凹みを生じた。集成体をオーブンから取り出してマトリックス樹脂のガラス転移温度（８０℃）（１７６°Ｆ）よりも低い温度に冷却した。冷却時に複合体の形状は保たれた。対照的に、熱硬化性エポキシ樹脂系マトリックス樹脂を用いた以外は同じ布から調製した複合体は熱成形すると必ずマトリックスが割れる。Ｃ．機械的性状他の６インチ×６インチ×０．０３５インチ（１５ｃｍ×１５ｃｍ×０．８８ｍｍ）の複合体シートを前記と同様に調製した。ＡＳＴＭ試験法Ｄ−６３８、Ｄ −７９０およびＤ−２５６に従ってそれぞれ複合体の引張、曲げおよび耐衝撃特性を測定し、その結果を表IIに示す。熱硬化性エポキシ樹脂系マトリックス樹脂を用いる以外は同じ布から調製した同じ厚さの複合体構造物を調製した。熱硬化性複合体の機械的性状も同様に測定し、その結果も表IIに示す。 ¹Tg-20℃/分の加熱モードで操作するDuPont 2100型示差走査熱量測定器(DSC)を用いて測定したガラス転移温度² 引張降伏値-ASTM D-638³ 引張破断値-ASTM D-638⁴ 引張モジュラス-ASTM D-638⁵ 曲げモジュラス-ASTM D-790⁶ 曲げ強度-ASTM D-790⁷ Dynatup耐衝撃値-ASTM D-376386⁷ Dynatup荷重-ASTM D-376386 Ｄ．ジメチルホルムアミドによる抽出Ｂ部で調製したヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマー熱可塑性複合体およびエポキシ熱硬化性複合体の試験片をジメチルホルムアミド中に懸濁させる。ジメチルホルムアミドはヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマー熱可塑性複合体を溶解するが、エポキシ熱硬化性マトリックスを溶解せず、このことはヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマー熱可塑性複合体は架橋していないが、エポキシ熱硬化性マトリックスは架橋していることを示す。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年９月１８日（１９９８．９．１８）【補正内容】請求の範囲１．（１）繊維強化材；および（２）マトリックス樹脂を含有する熱可塑性複合体であって、該マトリックス樹脂が熱可塑性ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーであることを特徴とする複合体。２．繊維強化複合体中のマトリックス樹脂としての熱可塑性ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーの使用。３．該ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーが下記反復単位のいずれか１つを含有する請求項１または２記載の発明。（１）次式によって表されるヒドロキシ官能性ポリエーテル反復単位：（２）次式によって表されるアミド−またはヒドロキシメチル官能化されたポリエーテル反復単位：（３）次式によって表されるヒドロキシ官能性ポリ（エーテルスルホンアミド）反復単位：

Claims

【特許請求の範囲】１．（１）繊維強化材；および（２）マトリックス樹脂を含有する熱可塑性複合体であって、該マトリックス樹脂が熱可塑性ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーであることを特徴とする複合体。２．繊維強化複合体中のマトリックス樹脂としての熱可塑性ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーの使用。３．該ヒドロキシ−フェノキシエーテルポリマーが下記反復単位のいずれか１つを含有する請求項１または２記載の発明。（１）次式によって表されるヒドロキシ官能性ポリエーテル反復単位：（２）次式によって表されるアミド−およびヒドロキシメチル官能化されたポリエーテル反復単位：（３）次式によって表されるヒドロキシ官能性ポリ（エーテルスルホンアミド）反復単位：（４）下式のいずれか１つによって表されるポリ（ヒドロキシアミドエーテル）反復単位（５）次式によって表されるポリ（ヒドロキシエステルエーテル）反復単位：（６）下式のいずれか１つによって表されるポリ（ヒドロキシアミドエーテル）反復単位：（７）次式によって表されるポリエーテルアミン反復単位：および（８）次式によって表されるヒドロキシ−フェノキシエーテル反復単位：式中、各Ａｒは独立して無置換の二価の芳香族部分、置換された二価の芳香族部分もしくは複素環式芳香族部分、または種々の無置換の二価の芳香族部分、置換された芳香族部分もしくは複素環式芳香族部分の混合物を表し；Ｒは独立して水素または一価のヒドロカルビル部分であり；各Ａｒ¹はアミドもしくはヒドロキシメチル基を含有する二価の芳香族部分または二価の芳香族部分の混合物であり；Ｒ¹は独立して主としてヒドロカルビレン部分であり；Ｒ²は独立して一価のヒドロカルビル部分であり；Ａは二価のアミン部分または種々の二価のアミン部分の混合物であり；Ｘは二価のアミン、アリーレンジオキシ、アリーレンジスルホンアミドもしくはアリーレンジカルボキシ部分または該部分の混合物であり；またＡｒ²は下式のいずれか１つによって表される「カルド（ｃａｒｄｏ）」部分である。式中、Ｙは無、共有結合、または酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基およびメチレン基から選ばれる結合基であり；ｎは１０から１０００の整数であり：ｘは０．０１ないし１．０であり；またｙは０ないし０．５である。４．該マトリックス樹脂が少なくとも２５，０００のエポキシ当量（ＥＥＷ）を有する前記請求項中いずれか１つの項記載の発明。５．該マトリックス樹脂が２５℃において少なくとも１重量パーセントの濃度でジメチルホルムアミド中に可溶である前記請求項中いずれか１つの項記載の発明。６．（１）マトリックス樹脂前駆物質含有配合物で繊維系強化材を含浸させ；次いで（２）該マトリックス樹脂前駆物質が反応して所望のマトリックス樹脂を生成する温度に該配合物を加熱する工程によってマトリックス複合体を製造する方法であって、該マトリックス樹脂前駆物質が、（ａ）ジエポキシド、および（ｂ）１分子当たり約２個のアミン性水素を含有するアミン類、１分子当たり約２個のスルホンアミド性水素を含有するスルホンアミド類、または１分子当たり約２個のフェノール性水酸基を含有するビスフェノール類の１種以上を含有する少なくとも１種の連鎖延長剤を、該マトリックス樹脂が熱可塑性であり、かつ少なくとも約２５，０００のＥＥＷを有するような量で含有することを特徴とする方法。７．（１）マトリックス樹脂前駆物質含有配合物を少なくとも部分的に予備反応させて、オリゴマーまたは熱可塑性マトリックス樹脂を生成させ；（２）該オリゴマーまたは熱可塑性マトリックス樹脂で繊維系強化材を含浸させ；ついで（３）必要ならば、該オリゴマーを加熱しそれを反応させて、マトリックス樹脂を生成させる工程によってマトリックス複合体を製造する方法であって、該配含物が、（ａ）ジエポキシド、および（ｂ）１分子当たり約２個のアミン性水素を含有するアミン類、１分子当たり約２個のスルホンアミド性水素を含有するスルホンアミド類、または１分子当たり約２個のフェノール性水酸基を含有するビスフェノール類の１種以上を含有する少なくとも１種の連鎖延長剤を、該マトリックス樹脂が熱可塑性であり、かつ少なくとも約２５，０００のＥＥＷを有するような量で含有することを特徴とする方法。８．該連鎖延長剤が第一級アルキルアミン類、第一級アルカノールアミン類、ジ（第二級アミン類）またはビスフェノール類の１種以上である請求項６または７記載の方法。９．該連鎖延長剤の少なくとも５０パーセントに相当する量が第一級のアルキルアミンまたはアルカノールアミンからなる請求項６ないし８のいずれか１つの項記載の方法。１０．連鎖延長剤対ジエポキシドの該比率が少なくとも１：１である請求項６ないし９のいずれか１つの項記載の方法。１１．該マトリックス樹脂が25℃において少なくとも１重量パーセントまでジメチルホルムアミド中に可溶であるように該マトリックス樹脂前駆物質を選択する請求項６ないし１０のいすれか１つの項記載の方法。