JP2013514454A - エンジニアリング熱可塑性樹脂中の多官能性添加剤 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の態様は、複合材の製造のための樹脂注入(infusion)およびポリマー加工、そして特にエポキシ硬化剤とエンジニアリング熱可塑性樹脂の組み合わせに関する。
繊維強化ポリマーマトリックスの複合材(PMC)は、苛酷な環境に対する抵抗、高い強度および/または低い重量が要求される応用に一般に使用される高性能の構造材料である。このような応用の例には、航空機の構成部品(例えば尾翼、主翼、胴体、プロペラ)、高性能自動車、艇体および自転車のフレームがある。PMCはポリマー樹脂のようなマトリックス材料で一緒に結合された構造用強化繊維の層を含んでなる。この構造用強化繊維は、複合材により支えられる大部分の荷重を担持するマトリックスを強化し、他方マトリックスは複合材により支えられる荷重の僅かな部分を担持し、更に荷重を破断された繊維から正常な繊維に移す。この様式でPMCは、マトリックスまたは繊維のいずれかが単独で支えることができるよりも大きな荷重を支えることができる。さらに構造用強化繊維を特定の幾何学的配置または方向に調整することにより、複合材は効率的に設計されて重量および容積を最小にすると同時に、強度および性能を最大とすることができる。
るためにこの積層体に固結圧をかける。
本発明は第1のエポキシ硬化剤および熱可塑性ポリマーの組成物であり、ここで第1のエポキシ硬化剤は熱可塑性ポリマーとの混合物中にある。
特定の態様では、可溶性のポリマー性繊維状態の可溶性熱可塑性ポリマー強化材料が開示されており、これは可溶性の熱可塑性ポリマー強化材料の繊維と混交した炭素繊維織物のような構造用強化繊維を含む予備的成形体にエポキシ樹脂を注入できるようにする。一つの態様では、熱可塑性ポリマー強化材料は、エポキシ硬化剤を含んでなる。エポキシ硬化剤は生成される硬化複合材中のエポキシ硬化剤の一部または全容量であり得る。さらなる態様ではマトリックス樹脂はエポキシ硬化剤を含まない。
体、半固体、結晶質固体である一種または複数の化合物およびそれらの組み合わせ物を含んでなることができる。更なる態様において、プリプレグ内のマトリックスは選択した粘着性(stickiness)または粘着力(tack)を現すために一部硬化させることができる。特定の態様において、注入および硬化を一工程で実施することができる。
Co.からEPON 1062として市販されている);ビス(4−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン(Shell Chemical Co.からEPON 1061として市販されている);および4−クロロフェニル−N,N−ジメチル尿素、例えばMonuron;3,4−ジクロロフェニル−N,N−ジメチル尿素、例えばDiuronである。別の態様では、通常はポリマーと適合性ではない(非混和性)硬化剤/触媒も含むことができる。例えばPES/PEESポリマーとは混和性でないジシアノジアミド(DICY)(Pacific Anchor Chemicalから“Amicure CG 1200”として市販されている)のようなエポキシ硬化剤は、3’3および/または4’4DDSのような混和性のエポキシ硬化剤が非混和性のエポキシ硬化剤に加えられて均一なブレンドを形成し、これが強化剤の繊維形成に適する場合に使用することができる。
の同一または異なる反復単位を含んでなる。
Xは同一または異なることができる上記A1で定義された二価の基であるか、あるいはビスフェニレンのような二価の芳香族基であり;Ar1は芳香環に1個または複数の置換基Rを含む芳香族の二価の基または多価の基である。各Rは独立して水素、C1−8の分岐または直鎖の脂肪族飽和または不飽和脂肪族基または部分であり、それらは場合によりO、S、N、または1もしくは複数のハロゲン、例えばClまたはFから選択される1もしくは複数のヘテロ原子を含んでなる、OH、NH2、NHR1−または−SHのような活性水素を提供する基(R1は最高8個の炭素原子を含有する炭化水素基である)、あるいは他の架橋活性を提供する基、例えばエポキシ、(メタ)アクリレート、シアネート、イソシアネート、ビニル、アリルまたはマレイミドにおけるアセチレンまたはエチレン、無水物、オキサゾリンおよび飽和を含むモノマーのような基から選択することができる。
−(PhA2Ph)n−
そして場合により追加で
−(Ph)a−
から成る群から選択され、ここでA2はCOまたはSO2であり、Phはフェニレンであり、nは1〜2の間の数であるが小数であることもでき、aは1〜4の間の数、例えば1、2または3であって小数であることもできる。aが1を越える場合、該フェニレンは一重の化学結合により、あるいは−CO−または−SO2−以外の2価の基を介して直線的に結合しているか、あるいは直接に、または環式部分、例えば酸アルキル基、(ヘテロ)芳香族または環式ケトン、アミド、イミド、イミン等を介して縮合して一緒になっている。
XPhSO2PhXPhSO2Ph(“PES”)および (I)
X(Ph)aXPhSO2Ph(“PEES”) (II)
ここで、XはOまたはSであり、そして単位毎に異なることができる。幾つかの態様では、I対IIの比は(それぞれ)約10:90から80:20、約10:90から55:45、約25:75から50:50、約20:80から70:30、約30:70から70:30または約35:65から65:35であり、そしてaは1〜4である。
O2の重量)/(平均反復単位の重量)として定めるSO2含量の重量パーセントによって表すことができる。別の態様ではSO2含量は少なくとも22%、または23〜25%である。a=1の場合、これはPES/PEESの比が少なくとも20:80、または35:65〜65:35の範囲であることに対応する。
−Ar2−A1−Ar2−
であることができ、式中、A1は直接結合、酸素、硫黄、−CO−または2価の炭化水素基である。ポリアリールスルフォンが求核合成の生成物である場合には、その単位は例えばヒドロキノン、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、レゾルシノール、ジヒドロキシナフタレン(2,6および他の異性体)、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’−ジ(4−ヒドロキシフェニル)プロパンおよび−メタンから選択される1種もしくは複数のビスフェノールおよび/または対応するビスチオールまたはフェノール−チオールから誘導されたものでよい。
−Ph−Q(Ar2−Q’)n−Ph−
のものである。
Ar2は、フェニレン、ジフェニレンまたはターフェニレンから選択され得る2価の芳香族の基であり;
nは0、1、2または3であるが、QがSO2の場合にはnは0ではない。特定の単位は式:
−Ph−Q−[−Ph−)m−Q’−]n−Ph−
を有し、式中、mは1、2または3である。ポリマーが求核合成の生成物である場合には、そのような単位は例えば4,4’−ジハロベンゾフェノン、4,4’−ビス(4−クロロフェニルスルフォニル)ビフェニル、1,4−ビス(4−ビス(4−ハロベンゾイル)ベンゼンおよび4,4’−ビス(4−ハロベンゾイル)ビフェニルから選択される1種もしくは複数のジハロゲン化物から誘導されたものでよい。
−A’−Y
を有するものであり、ここでA’は芳香族のような2価の炭化水素基であり、そしてYはエポキシド基または硬化剤、あるいは他のポリマー分子上の同様な基と反応する基である。Yの例には活性水素を生じる基、例えばOH、NH2、NHR’または−SHであるか(ここでR’は炭素数最高8の炭化水素基である)、あるいはYは他の架橋結合を生じる基、例えばエポキシ、(メタ)アクリレート、シアネート、イソシアネート、ビニル、アリルまたはマレイミドにおけるようなアセチレンまたはエチレン、無水物、オキサザリン、および飽和を含むモノマーの基である。一つの態様では末端基にはアミンおよびヒドロキシルを含む。
連結したポリマー鎖を生じることを特徴としており、ここで該第2の範囲は前記第1の範囲より広い。
樹脂が予備的成形体に流れることができるようにする温度に加熱されることができる。
明細書に記載され、引用により本明細書に編入する。
ことにより、航空宇宙分野級の積層体を製造することができる。
約25%硬化剤(3’3および4’4DDSの50:50ミックス)および75%KMポリマーの粉末プレミックスを調製し、そして激しく混合した後に押出し機のホッパーに加えた。押出し機中のホッパー下の5カ所の加熱ゾーンを約230℃に設定し、そしてバレルの回りの別の4ゾーンは約240℃に設定した。ダイヘッドの温度は約231℃であり、ツインスクリューは約3RPMに設定し、この背圧は無視できた。ボビンの巻き取り速度を約280RPMに設定し、これで繊維は確実に適切な直径で引き出された。次いで集めた繊維は光学顕微鏡下で調査して気孔、繊維直径の均一性または含有物について検査した。
50:50の3’3:4’4DDSの共融混合物およびDICY(融解ブレンド)の粗い粉末をKMポリマーに加え、そして押出し機のホッパーに配置した。押出し機の加熱ゾーンはホッパー下で150℃、次いで約190℃、200℃、200℃そして200℃に設定した(ホッパーからダイへ)。ダイ温度は約195℃であり、ツインスクリューは12RPMに設定した。系の背圧は約23PSIであり、ボビンの巻き取り速度は約800PRMに設定した。生じた可溶性の熱可塑性ポリマー強化材繊維は、次いで光学顕微鏡下で調査して気孔、繊維直径の均一性または含有物について検査した。
不織法の供給材料を作成するために、KM180ポリマーをDDSでペレット化した(3’3−DDSを含むKM、および4’4−DDSを含むKMポリマー)。この方法の至適化は、2成分の均一ブレンドが与えられた時に完了した。標準条件はベール押出し機の温度プロファイルがホッパーで280℃となり、ダイで約150℃に下がることを含んだ。この方法は、バレルおよびメルト中のガスポケットを減らすために、単一ストランドダイおよびベント式バレルを使用した。
Claims (20)
- 第1のエポキシ硬化剤、および
熱可塑性ポリマー
を含んでなる組成物であって、
第1のエポキシ硬化剤が熱可塑性ポリマーとの混合物中に存在し、そして
混合物が強化剤である上記組成物。 - 強化剤が実質的にエポキシ樹脂を含まない請求項1に記載の組成物。
- エポキシ樹脂中の強化剤の初期溶解温度が、第1のエポキシ硬化剤を含まない熱可塑性ポリマーを含んでなる強化剤の初期溶解温度よりも低い請求項1に記載の組成物。
- 強化剤の加工温度が、第1のエポキシ硬化剤を含まない熱可塑性ポリマーを含んでなる強化剤に要求される加工温度よりも低い請求項1に記載の組成物。
- 強化剤を含んでなるエポキシ樹脂系の安定化温度が、第1のエポキシ硬化剤を含まない熱可塑性ポリマーを含んでなる強化剤を含んでなるエポキシ樹脂系の安定化温度よりも低い請求項1に記載の組成物。
- 強化剤を含んでなる予備的成形体の安定性が、第1のエポキシ硬化剤を含まない熱可塑性ポリマーを含んでなる強化剤を含んでなる予備的成形体の安定性よりも高い請求項1に記載の組成物。
- 強化剤の予備的成形体への含浸が、第1のエポキシ硬化剤を含まない熱可塑性ポリマーを含んでなる強化剤の含浸に比べて増加する請求項1に記載の組成物。
- 第2のエポキシ硬化剤をさらに含んでなり、第2のエポキシ硬化剤が第1のエポキシ硬化剤を含まない熱可塑性ポリマーと非混和性である、請求項1に記載の組成物。
- 第1のエポキシ硬化剤が3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4−,4’−ジアミノジフェニルスルホンまたはそれらの混合物である請求項1に記載の組成物。
- 第2のエポキシ硬化剤がジシアノジアミド(DICY)である請求項9に記載の組成物。
- 熱可塑性ポリマーがポリアリールスルホンを含んでなる請求項1に記載の組成物。
- ポリアリールスルホンが、
XPhSO2PhXPhSO2Ph(PES)、または
X(Ph)aXPhSO2Ph(PEES)
または両方を含んでなり、
XがOまたはSであり、そして
aが1−4である
請求項11に記載の組成物。 - PES対PEESの比が約10:90から80:20である請求項12に記載の組成物。
- PES対PEESの比が約10:90から55:45である請求項12に記載の組成物
。 - PES対PEESの比が約25:75から50:50である請求項12に記載の組成物。
- PES対PEESの比が約20:80から70:30である請求項12に記載の組成物。
- 強化剤が繊維またはベールの形態である請求項1に記載の組成物。
- さらにエポキシ樹脂を含んでなり
エポキシ樹脂が強化剤との混合物の状態である請求項1に記載の組成物。 - エポキシ樹脂がエポキシ樹脂を、強化剤および織物を含んでなる成形型に射出することにより強化剤と合わせられる請求項8に記載の組成物。
- 強化剤がエポキシ樹脂に、第1のエポキシ硬化剤を含まない熱可塑性ポリマーを含んでなる強化剤により要求される溶解温度よりも低い温度で溶解する請求項8に記載の組成物。
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Publications (3)
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