JP2014533772A - 擬似熱可塑性の自己架橋性複合材 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、貯蔵安定性のプリプレグの製造法および当該方法から製造された成形体(複合構造部材)に関する。
プリプレグの形の繊維補強された材料は、既に多数の工業的用途において、当該の材料の快適な取扱いおよびそれとは別のウェットレイアップ法と比べて加工の際の高められた効率のために使用されている。
本発明の課題は、公知技術水準の背景に対して、問題なしに取り扱うことができるプリプレグ系を製造する、より簡単な方法を可能にする新規プリプレグ技術を提供することであった。
この課題は、複合材半製品を製造するための新規キットによって解決された。この新規キットは、
A)繊維状担体、
B)少なくとも2個のジエノフィル二重結合を有する第1の反応成分、ここで、ジエノフィル二重結合は、炭素硫黄二重結合であり、および
C)少なくとも2個のジエン官能基を有する第2の反応成分
を含む。
記載された繊維状担体A)は、殊に、大部分がガラス、炭素、プラスチック、例えばポリアミド(アラミド)もしくはポリエステル、天然繊維、または鉱物質繊維材料、例えばバサルト繊維またはセラミック繊維からなる担体である。その際に、前記繊維は、殊に、フリース、ニット製品、メリヤスおよびかぎ針編物、ノンメッシュ構造物、例えば布地、スクリムまたは組み紐からなるテキスタイル平面構造物として、長繊維材料として、または短繊維材料として存在する。
成分Bは、炭素硫黄二重結合を有する、少なくとも2個のジエノフィル基を有する、化合物、任意にポリマーである。
さらに、複合材半製品を製造しかつ当該複合材半製品を成形品に後加工する新規方法は、本発明の一部分である。この方法は、次の方法の工程:
I.担体A)を任意に成形する工程、
II.成分B)とC)とからなる反応性組成物を製造する工程、
III.II.からの組成物で繊維状担体A)を直接含浸する工程、
IV.架橋温度T1で前記組成物を硬化させる工程、
V.脱架橋温度T2へ加熱する工程、
VI.成形する工程および
VII.架橋温度T1で前記組成物を硬化させる工程
によって特徴付けられている。
前駆体1〜5において、フルフリル基を有する化合物を合成した。
トリイソホロン−トリフルフリル(T−IPDI−Fu)の合成のために、フルフリルアルコール(2)を三量体のイソホロンジイソシアネート(T−IPDI)(1)と触媒としてのDBTL(ジブチル錫ラウレート)の存在下にアセトン中で反応させる。
第2の前駆体において、三量体のヘキサメチレンジイソシアネート(T−HDI)(4)をフルフリルアルコール(5)とウレタン反応において反応させ、トリヘキサメチレン−トリフルフリル(T−HDI−Fu)(6)にする。T−HDIの使用に対する背景は、前記架橋成分が当該成分の長いアルキル鎖のために網状組織におけるより多くの可撓性を提供し、ひいてはプリプレグの製造のために可撓性マトリックスの製造をさらに改善することにある。
第3の化合物として、3対2の比のモノマーのイソホロンジイソシアネート(IPDI)(7)と二官能性のポリエーテロール(8)とをアセトン中で反応させ、中間生成物(9)にする。引続き、第2の反応工程における中間生成物のなお遊離のイソシアネート基をフルフリルアルコール(11)と反応させる。前記分子は、可撓化に使用されかつ化合物(3)と組み合わせてマトリックス成分として使用される。
第4の化合物として、イソホロンジイソシアネート(IPDI)(13)とフルフリルアルコール(14)とからなるイソホロンジフルフリル(IPDI−Fu)(15)をアセトン中で合成する。生成物は、例えば架橋成分として、マレエートで官能化されたポリ(メチルメタクリレート)コポリマーの可逆的なDA/rDA反応に対して使用されうる。さらに、前記生成物は、例えば、架橋密度を低下させ、ひいてはマトリックスの可撓性を高めるために、三官能性架橋剤と組み合わせて使用されうる。
第5のフルフリルで官能化された化合物として、2.2.4−トリメチルヘキサンメチレン−ジイソシアネート(TMDI)(16)とフルフリルアルコール(17)とからなるトリメチルヘキサメチレン−ジフルフリル(TMDI−Fu)(18)をアセトン中で還流下に製造する。
前駆体6において、フルフリルで変性されたポリメタクリレートを例示的に合成した。そのために、ブチルメタクリレートとメチルメタクリレートとフルフリルメタクリレートとからなるコポリマーをフリーラジカル溶液重合によるラジカル溶液重合とATRP重合によって製造した。
n−ブチルメタクリレート(nBA)(66−x/2)質量部、メチルメタクリレートアクリレート(34−x/2)質量部、フルフリルメタクリレートx質量部、1,4−ビス(ブロモイソブチリルオキシ)ブタン0.5質量部、臭化銅(I)0.05質量部、臭化銅(II)0.006質量部およびPMDETA0.125質量部を、電磁攪拌機、窒素供給管および還流冷却器を備えた、1リットルの三口フラスコ中に予め装入する。それぞれの結果における、相応するx値は、第3表中に記載されている。50容量%の溶液500mlを予め装入する程度にアセトンを混合物に添加する。存在する酸素を窒素の40分間の通過によって除去する。その上、この混合物を窒素の下で油浴中で60℃に加熱する。4時間の重合後に、この重合を室温への冷却および空気酸素の通過によって中断する。銅触媒を電気化学的分離によって亜鉛ダスト上でWO 2012/007213に記載された方法に相応して除去する。ポリマーを溶剤の蒸発によって取得する。このポリマーの組成を1H NMR分光法により測定した。
前記コポリマーの合成のために、ガラス容器中でn−ブチルメタクリレート(66−x/2)質量部とメチルメタクリレート(24−x/2)質量部とフルフリルメタクリレートx質量部とからなる混合物をキシレン35質量部に溶解し、メルカプトエタノール4質量部を混合し、かつ窒素の通過により脱ガスする。それぞれの結果における、相応するx値は、第3表中に記載されている。さらなる容器中で、α,α'−アゾビス−(イソ酪酸−2−ヒドロキシエチルアミド)(3質量部)の10質量%の溶液を製造する。2つの予めの装入物を一定の割合で5時間に亘って、サーモスタットを備えた、110℃に温度調節されたガラス製二重ジャケット反応器中に窒素の下で供給し、かつ重合させる。この計量供給の経過後に、さらなる1時間で後加熱し(110℃)、生じたポリマー溶液を冷却し、かつ搬出する。高粘稠な澄明のポリマー溶液が得られ、この溶液の組成を1H NMR分光法により測定する。
ラミネートは、加熱可能な液圧プレス中で製造される。このラミネートは、プリプレグから層状に構成され、その際にたいてい、9〜15枚のプリプレグの間には、約2mmの厚さのラミネートが圧締めされている。
異なる複数のマトリックス、プリプレグおよびラミネートの特性決定は、機械的分析によって行なわれ、かつ当該マトリックスのガラス転移温度を算出するために使用される示差走査熱量測定(DSC)によって行なわれる。
要約すれば、貯蔵可能でありかつプリプレグ層間で剪断安定性のラミネートを単に製造することができることは、架橋の可逆性を直接に証明するものである。それというのも、このために、架橋された構造体をもたらすことが必要であるからである。
前記材料の架橋によってマトリックス材料のTgが明らかに上昇することは、同様にマトリックスの架橋を証明している。
Claims (15)
- 複合材半製品を製造するためのキットであって、
A)繊維状担体、
B)少なくとも2個のジエノフィル二重結合を有する第1の反応成分、ここで、ジエノフィル二重結合は、炭素硫黄二重結合であり、および
C)少なくとも2個のジエン官能基を有する第2の反応成分
を含み、
その際に前記成分BまたはCの少なくとも一方が、それぞれの官能基を2個より多く含み、および第1の反応成分および第2の反応成分が、互いにディールスアルダー反応またはヘテロディールスアルダー反応により架橋可能である、前記キット。 - 前記の繊維状担体A)は、大部分がガラス、炭素、プラスチック、例えばポリアミド(アラミド)もしくはポリエステル、天然繊維、または鉱物質繊維材料、例えばバサルト繊維またはセラミック繊維からなり、その際に、前記繊維は、フリース、ニット製品、メリヤスおよびかぎ針編物、ノンメッシュ構造物、例えば布地、スクリムまたは組み紐からなるテキスタイル平面構造物として、長繊維材料として、または短繊維材料として存在することを特徴とする、請求項1記載のキット。
- 成分Aおよび/またはBは、1つ以上のポリマーであることを特徴とする、請求項1記載のキット。
- 前記ポリマーは、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、アクリレートおよび/またはメタクリレートおよび/またはスチレンからなるコポリマー、ポリアクリルニトリル、ポリエーテル、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、非晶質ポリ−α−オレフィンもしくは部分結晶性ポリ−α−オレフィン、EPDM、EPM、水素化ポリブタジエンもしくは非水素化ポリブタジエン、ABS、SBR、ポリシロキサンであり、および/または前記ポリマーのブロックコポリマー、櫛型コポリマー、星型コポリマーもしくはハイパーブランチコポリマーであることを特徴とする、請求項4記載のキット。
- 複合材または半製品であって、これらの複合材または半製品が請求項1から5までのいずれか1項に記載のキットで製造されたものであることを特徴とする、前記の複合材または半製品。
- 複合材半製品を製造しかつ当該複合材半製品を成形品に後加工する方法であって、次の方法の工程
I.請求項1記載の担体A)を任意に成形する工程、
II.請求項1記載の成分B)とC)とからなる反応性組成物を製造する工程、
III.II.からの組成物で繊維状担体A)を直接含浸する工程、
IV.架橋温度T1で前記組成物を硬化させる工程、
V.脱架橋温度T2へ加熱する工程、
VI.再度成形する工程および
VII.架橋温度T1で前記組成物を再度硬化させる工程
を特徴とする、前記方法。 - 前記方法の工程IV.およびVII.における架橋の架橋温度T1は、0〜60℃、有利に10〜40℃であることを特徴とする、請求項7記載の方法。
- 前記方法の工程IV.およびVII.における架橋を、室温で行ない、前記方法の工程V.において脱架橋温度T2の際に、当該架橋位置の少なくとも50%をレトロディールスアルダー反応またはレトロヘテロディールスアルダー反応により再び切り離し、および脱架橋温度T2は、架橋温度T1を50〜150℃上回ることを特徴とする、請求項7または8記載の方法。
- 前記方法の工程IV.における架橋を、前記方法の工程II.における成分BとCとの混合後に室温で2分以内で行ない、および前記方法の工程III.を、前記方法の工程II.の遅くとも30秒後に実施することを特徴とする、請求項7記載の方法。
- 前記方法の工程II.を、架橋温度T1を少なくとも40℃上回る温度T3で実施し、および前記方法の工程IV.を、架橋温度T1への冷却によって行なうことを特徴とする、請求項7記載の方法。
- 前記方法の工程V.〜VII.を1回以上繰り返すことを特徴とする、請求項7から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記方法の工程VIII.において、複合材半製品から、裁断、フライス加工、研磨および/またはラッカー塗装または被覆により成形体を製造することを特徴とする、請求項7から12までのいずれか1項に記載の方法。
- 方法の工程VIII.において、請求項6から11までのいずれか1項に記載の複合材半製品または請求項13に記載の当該複合材半製品から製造された成形体を温度T4でリサイクルし、その際に、この温度T4は、少なくとも脱架橋温度T2と同程度の高さであることを特徴とする、請求項7から12までのいずれか1項に記載の方法。
- ボート建造または船舶建造において、航空技術または宇宙航空技術において、自動車の組立において、二輪車、有利にオートバイまたは自転車のために、自動車、建設、医療技術、スポーツ、電気産業または電子産業の範囲内で、ならびにエネルギー発生装置において、例えば風力装置の場合の回転翼のために複合材を製造するための、請求項7から12までのいずれか1項の記載により製造された複合材半製品または請求項13の記載により製造された成形体の使用。
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