JP2610905B2 - ポリイミド系複合材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐熱性、耐薬品性、機械強度に優れ、かつ成
形加工性に優れたポリイミド系複合材料に関する。

〔従来の技術〕

従来からポリイミドと繊維状補強材よりなる複合材料
を用いて成形した成形品は、その力学的強度、特に高温
時での強度保持率に優れ、かつ耐溶剤性、寸法安定性に
優れる為、宇宙航空機などの構造材料として注目されて
いる。

然しながら、ポリイミドは一般的に溶融粘度が高い為
に、ポリイミドをマトリックスとする複合材料は、ポリ
カーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどのエン
ジニアリングプラスチックをマトリックスとする複合材
料に比較して成形加工条件が厳しく、問題があった。

溶融粘度が低く加工性に優れている特殊なポリイミド
も知られているが、それらは熱変形温度が低く、しかも
ハロゲン化炭化水素などの溶剤に可溶である為、これら
の樹脂をマトリックスとする複合材料では、耐熱性、耐
薬品性に問題があった。

一方本発明者の一人は機械的性質、熱的性質、電気的
性質、耐溶剤性などに優れ、かつ耐熱性を有するポリイ
ミドとして下記式（VI） （式中、Ｘは直結、炭素数１乃至10の二価の炭化水素
基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル
基、チオ基またはスルホニル基から成る群より選ばれた
基を表わし、Y₁、Y₂、Y₃およびY₄は夫々独立に水素、低
級アルキル基、低級アルコキシ基、塩素または臭素から
なる群より選ばれた基を表わし、またＲは炭素数２以上
の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環
式芳香族基、芳香族基が直接または架橋員により相互に
連結された非縮合多環式芳香族基から成る群より選ばれ
た４価の基を表わす。）で表わされる繰り返し単位を有
するポリイミドを見出した（特開昭61−143478、62−68
817、62−86021、62−235381、63−128025など）。上記
のポリイミドは、多くの良好な物性を有する新規な耐熱
性樹脂である。

しかしながら、上記ポリイミドは優れた高温流動性を
示し、加工性の良好なポリイミドではあるけれども、長
時間高温に保たれると、徐々に溶融樹脂の流動性が低下
する。この為、このポリイミドと繊維状強制材より複合
材料を製造する場合、連続して長時間運転する時間の経
過とともにポリイミドの流動性が低下し、場合によって
は運転の継続が不可能となるという問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は前記ポリイミドが本来有する耐熱性、
耐薬品性、寸法安定性などの諸特性を損うことなく、長
時間にわたって安定して運転することの可能なポリイミ
ド系複合材料を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は前記問題点を解決するために鋭意研究を行
って本発明を完成した。

すなわち、本発明は、（イ）一般式（Ｉ） （式中、Y₁、Y₂、Y₃およびY₄は夫々独立に水素、メチル
基、メトキシ基、塩素および臭素からなる群より選ばれ
た基を表わす。）で表わされる芳香族ジアミン、 （ロ）一般式（II） （式中、Ｒは から成る群より選ばれた４価の基を表わす。）で表わさ
れるテトラカルボン酸二無水物、および、 （ハ）一般式（III） Ｚ−NH₂ （III） （式中、Ｚは から成る群より選ばれた１価の基を表わす。）で表わさ
れる芳香族モノアミンとを、 （ニ）芳香族ジアミンがテトラカルボン酸二無水物１モ
ル当り0.9ないし1.0モル比の量で、かつ芳香族モノアミ
ンがテトラカルボン酸二無水物１モル当り0.01ないし0.
5モル比の量で反応させて得られる一般式（IV） （式中、Y₁,Y₂,Y₃,Y₄およびＲは前記に同じ）で表わさ
れる繰り返し単位からなり、そのポリマー分子の末端が
式（IV−ａ） （式中、ＲおよびＺは前記に同じ）の基であるポリイミ
ドと、繊維状補強材とからなるポリイミド系複合材料で
ある。

本発明で使用されるポリイミドの製造に用いられる式
（Ｉ）で表わされる芳香族ジアミンとしては、4,4′−
ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、4,4′−ビ
ス（３−アミノフェノキシ）−３−メチルビフェニル、
4,4′−ビス（３−アミノフェノキシ）−3,3′−ジメチ
ルビフェニル、4,4′−ビス（３−アミノフェノキシ）
−3,5−ジメチルビフェニル、4,4′−ビス（３−アミノ
フェノキシ）−3,3′,5,5′−テトラメチルビフェニ
ル、4,4′−ビス（３−アミノフェノキシ）−3,3′−ジ
クロロビフェニル、4,4′−ビス（３−アミノフェノキ
シ）−3,5′−ジクロロビフェニル、4,4′−ビス（３−
アミノフェノキシ）−3,3′,5,5′−テトラクロロビフ
ェニル、4,4′−ビス（３−アミノフェノキシ）−3,3′
−ジブロモビフェニル、4,4′−ビス（３−アミノフェ
ノキシ）−3,5−ジブロモビフェニル、4,4′−ビス（３
−アミノフェノキシ）−3,3′,5,5′−テトラブロモビ
フェニルなどが挙げられ、これらは単独あるいは２種以
上混合して用いられる。

なお、本発明で使用されるポリイミドの良好な物性を
損わない範囲で、上記芳香族ジアミンの１部を他の芳香
族ジアミンで代替して用いることは何ら差し支えない。

一部代替して用いることのできる芳香族ジアミンとし
ては、例えばｍ−フェニレンジアミン、ｏ−フェニレン
ジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−アミノベンジ
ルアミン、ｐ−アミノベンジルアミン、ビス（３−アミ
ノフェニル）エーテル、（３−アミノフェニル）（４−
アミノフェニル）エーテル、ビス（４−アミノフェニ
ル）エーテル、ビス（３−アミノフェニル）スルフィ
ド、（３−アミノフェニル）（４−アミノフェニル）ス
ルフィド、ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、ビ
ス（３−アミノフェニル）スルホキシド、（３−アミノ
フェニル）（４−アミノフェニル）スルホキシド、ビス
（４−アミノフェニル）スルホキシド、ビス（３−アミ
ノフェニル）スルホン、（３−アミノフェニル）（４−
アミノフェニル）スルホン、ビス（４−アミノフェニ
ル）スルホン、3,3′−ジアミノベンゾフェノン、3,4−
ジアミノベンゾフェノン、4,4′−ジアミノベンゾフェ
ノン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕
メタン、1,1−ビス−〔４−（４−アミノフェノキシ）
フェニル〕エタン、1,2−ビス−〔４−（４−アミノフ
ェノキシ）フェニル〕エタン、1,2−ビス〔４−（４−
アミノフェノキシ）フェニル〕エタン、2,2−ビス−
〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、
2,2−ビス−〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニ
ル〕ブタン、2,2−ビス−〔４−（４−アミノフェノキ
シ）フェニル〕−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパ
ン、1,3−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、1,3
−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、1,4−ビス
（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、1,4−ビス（４−
アミノフェノキシ）ベンゼン、4,4′−ビス（４−アミ
ノフェノキシ）ビフェニル、ビス〔４−（４−アミノフ
ェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔４−（４−アミノ
フェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（４−
アミノフェノキシ）フェニル〕スルホキシド、ビス〔４
−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス
〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、
ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテ
ル、1,4−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）ベンゾ
イル〕ベンゼン、1,3−ビス〔４−（３−アミノフェノ
キシ）ベンゾイル〕ベンゼン、ビス〔４−（３−アミノ
フェノキシ）フェニル〕メタン、1,1−ビス〔４−（３
−アミノフェノキシ）フェニル〕エタン、2,2−ビス
〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、
２−〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−２−
〔４−（３−アミノフェノキシ）−３−メチルフェニ
ル〕プロパン、2,2−ビス〔４−（３−アミノフェノキ
シ）−３−メチルフェニル〕プロパン、２−〔４−（３
−アミノフェノキシ）フェニル〕−２−〔４−（３−ア
ミノフェノキシ）−3,5−ジメチルフェニル〕プロパ
ン、2,2−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）−3,5−
ジメチルフェニル〕プロパン、2,2−ビス〔４−（３−
アミノフェノキシ）フェニル〕ブタン、2,2−ビス〔４
−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−1,1,1,3,3,3
−ヘキサフルオロプロパン、ビス〔４−（３−アミノフ
ェノキシ）フェニル〕ケトン、ビス〔４−（３−アミノ
フェノキシ）フェニル〕スルフィド、ビス〔４−（３−
アミノフェノキシ）−３−メトキシフェニル〕スルフィ
ド、〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕〔４−
（３−アミノフェノキシ）−3,5−ジメトキシフェニ
ル〕スルフィド、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）
−3,5−ジメトキシフェニル〕スルフィド、ビス〔４−
（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホンなどが挙
げられる。

また本発明で使用されるポリイミドの製造に用いられ
る式（II）で表されるテトラカルボン酸二無水物として
は、例えば、エチレンテトラカルボン酸二無水物、ブタ
ンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカ
ルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、1,1−ビ
ス（2,3−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビ
ス（2,3−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビ
ス（3,4−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、2,2
−ビス（3,4−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水
物、2,2−ビス（2,3−ジカルボキシフェニル）プロパン
二無水物、2,2−ビス（3,4−ジカルボキシフェニル）−
1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−
ビス（2,3−ジカルボキシフェニル）−1,1,1,3,3,3−ヘ
キサフルオロプロパン二無水物、3,3′,4,4′−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2′,3,3′−ベ
ンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2′,3,3′
−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス（3,4−
ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（2,3
−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（3,
4−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、4,4′−
（ｐ−フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水物、4,
4′−（ｍ−フェニレンジオキシ）ジフタル酸二無水
物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、
1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,
5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−
ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレ
ンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−アントラセン
テトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8−フェナントレン
テトラカルボン酸二無水物などであり、これらテトラカ
ルボン酸二無水物は単独あるいは２種以上混合して用い
られる。

また本発明の方法で用いられる式（III）で表される
芳香族モノアミンとしては、例えば、アニリン、ｏ−ト
ルイジン、ｍ−トルイジン、ｐ−トルイジン、2,3−キ
シリジン、2,4−キシリジン、2,5−キシリジン、2,6−
キシリジン、3,4−キシリジン、3,5−キシリジン、ｏ−
クロロアニリン、ｍ−クロロアニリン、ｐ−クロロアニ
リン、ｏ−ブロモアニリン、ｍ−ブロモアニリン、ｐ−
ブロモアニリン、ｏ−ニトロアニリン、ｍ−ニトロアニ
リン、ｐ−ニトロアニリン、ｏ−アミノフェノール、ｍ
−アミノフェノール、ｐ−アミノフェノール、ｏ−アニ
シジン、ｍ−アニシジン、ｐ−アニシジン、ｏ−フェネ
チジン、ｍ−フェネチジン、ｐ−フェネチジン、ｏ−ア
ミノベンツアルデヒド、ｍ−アミノベンツアルデヒド、
ｐ−アミノベンツアルデヒド、ｏ−アミノベンゾトリフ
ルオリド、ｍ−アミノベンゾトリフルオリド、ｐ−アミ
ノベンゾトリフルオリド、ｏ−アミノベンゾニトリル、
ｍ−アミノベンゾニトリル、ｐ−アミノベンゾニトリ
ル、２−アミノビフェニル、３−アミノビフェニル、４
−アミノビフェニル、２−アミノフェニル フェニル
エーテル、３−アミノフェニル フェニル エーテル、
４−アミノフェニル フェニル エーテル、２−アミノ
ベンゾフェノン、３−アミノベンゾフェノン、４−アミ
ノベンゾフェノン、２−アミノフェニル フェニル ス
ルフィド、３−アミノフェニル フェニル スルフィ
ド、４−アミノフェニル フェニル スルフィド、２−
アミノフェニル フェニル スルホン、３−アミノフェ
ニル フェニル スルホン、４−アミノフェニル フェ
ニル スルホン、α−ナフチルアミン、β−ナフチルア
ミン、１−アミノ−２−ナフトール、２−アミノ−１−
ナフトール、４−アミノ−１−ナフトール、５−アミノ
−１−ナフトール、５−アミノ−２−ナフトール、７−
アミノ−２−ナフトール、８−アミノ−１−ナフトー
ル、８−アミノ−２−ナフトール、１−アミノアントラ
セン、２−アミノアントラセン、９−アミノアントラセ
ンなどが挙げられ、これらは単独あるいは２種以上混合
して用いられる。

本発明で使用されるポリイミドの製造において使用さ
れるテトラカルボン酸二無水物、芳香族ジアミンおよび
芳香族モノアミンのモル比は、テトラカルボン酸二無水
物１モル当り、芳香族ジアミンは0.9乃至1.0モル、芳香
族モノアミンは0.001乃至1.0モルである。

ポリイミドの製造に当たって、生成ポリイミドの分子
量を調節するために、テトラカルボン酸二無水物と芳香
族ジアミンの量比を調節することは通常行われている。
本発明の方法に於いては、溶融流動性の良好なポリイミ
ドを得るためにはテトラカルボン酸二無水物に対する芳
香族ジアミンのモル比は0.9乃至1.0を使用する。

また共存させる芳香族モノアミンはテトラカルボン酸
二無水物に対して0.001乃至0.1モル比の量が使用され
る。もし0.001モル比未満であれば、本発明の目的とす
る高温時の熱安定性が得られない。また1.0モル比を越
えると機械的特性が低下する。好ましい使用量は0.01乃
至0.5モル比である。

本発明の方法では反応は有機溶媒中で行われる。

この反応に用いる有機溶媒としては、例えばN,N−ジ
メチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N
−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルメトキシアセ
トアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、1,3−ジメチ
ル−２−イミダゾリジノン、Ｎ−メチルカプロラクタ
ム、1,2−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチ
ル）エーテル、1,2−ビス（２−メトキシエトキシ）エ
タン、ビス｛２−（２−メトキシエトキシ）エチル｝エ
ーテル、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、1,4−
ジオキサン、ピリジン、ピコリン、ジメチルスルホキシ
ド、ジメチルスルホン、テトラメチル尿素、ヘキサメチ
ルホスホルアミド、フェノール、ｍ−クレゾール、ｐ−
クレゾール、ｐ−クロロフェノール、アニソールなどが
挙げられる。また、これらの有機溶剤は単独でも或いは
２種以上混合して用いても差し支えない。

本発明の方法で使用するポリイミドの製造に於て、有
機溶媒に、出発原料のテトラカルボン酸二無水物、芳香
族ジアミン、芳香族モノアミンを添加、反応させる方法
としては、 （イ）テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンを反
応させた後に、芳香族モノアミンを添加して反応を続け
る方法、 （ロ）テトラカルボン酸二無水物に芳香族モノアミンを
加えて反応させた後、芳香族ジアミンを添加し、さらに
反応を続ける方法、 （ハ）テトラカルボン酸二無水物、芳香族ジアミン、芳
香族モノアミンを同時に添加、反応させる方法など、 いずれの添加、反応をとっても差し支えない。

反応は０℃乃至250℃の温度で行われる。通常は60℃
以下の温度で行われる。

反応圧力は特に限定されず、常圧で十分実施できる。

反応時間は、使用するテトラカルボン酸二無水物、芳
香族ジアミン、芳香族モノアミン、溶剤の種類および反
応温度により異なるが、通常４〜24時間で十分である。

このような反応により、下記式（Ｖ）で表される繰り
返し単位のポリアミド酸が生成する。

（式中、Y₁、Y₂、Y₃、Y₄およびＲは前記に同じ） このポリアミド酸を100〜400℃に加熱脱水するか、ま
たは通常用いられるイミド化剤、例えば、トリエチルア
ミンと無水酢酸などを用いて化学イミド化することによ
り下記式（IV）で表される繰り返し単位のポリイミドが
得られる。

（式中、Y₁、Y₂、Y₃、Y₄およびＲは前記に同じ。） 一般的には低い温度でポリアミド酸を生成させた後
に、さらにこれを熱的または化学的にイミド化すること
が行われる。しかし60℃乃至250℃の温度で、このポリ
アミド酸の生成と熱イミド化反応を同時に行ってポリイ
ミドを得ることもできる。すなわち、テトラカルボン酸
二無水物、芳香族ジアミン、芳香族モノアミンを有機溶
媒中に懸濁または溶解させた後加熱下に反応を行い、ポ
リアミド酸の生成と脱水イミド化とを同時に行わせて上
記式（IV）の繰り返し単位をからなるポリイミドを得る
こともできる。

本発明のポリイミドを複合材料に供する場合、本発明
の目的を損なわない範囲で他の熱可塑性樹脂、例えば、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポ
リアリレート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテ
ルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリプロフェニレン
スルフィド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、
変性ポリフェニレンオキシドなどを目的に応じて適当量
を配合することも可能である。またさらに通常の樹脂組
成物に使用する次のような充填剤などを、本発明の目的
を損なわない程度で用いてもよい。すなわちグラファイ
ト、カーボランダム、ケイ石粉、二硫化モリブデン、フ
ッ素樹脂などの耐摩耗性向上材、三酸化アンチモン、炭
酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどの難燃性向上剤、
クレー、マイカなどの電気的特性向上材、シリカ、グラ
ファイトなどの耐トラッキング向上剤、硫酸バリウム、
シリカ、メタケイ酸カルシウムなどの耐酸性向上剤、鉄
粉、亜鉛粉、アルミニウム粉、銅粉などの熱伝導度向上
剤、その他ガラスビーズ、ガラス球、タルク、ケイ藻
土、アルミナ、シラスバルン、水和アルミナ、金属酸化
物、着色料などである。

本発明で用いる繊維状補強材とは、例えば、ガラス繊
維のヤーン、ロービング、炭素繊維のトウといった一方
向長繊維、及びそれらの織布、マット、フェルトなどの
多方向連続繊維などを意味する。

これら繊維状補強材としてはＥ−ガラス,S−ガラス,T
−ガラス,C−ガラス,AR−ガラスなどのガラス繊維、ポ
リアクリロニトリル系，ピッチ系，レーヨン系などの炭
素繊維、デュポン社のケブラーに代表される芳香族ポリ
アミド繊維、日本カーボン社のニカロンなどの炭化ケイ
素繊維、ステンレス繊維などの金属繊維、その他アルミ
ナ繊維、ボロン繊維などが挙げられる。

これ等繊維状補強材は単独あるいは組合せて用いられ
る。

繊維状補強材の選択に当たっては繊維の持つ強度、弾
性率、破断伸度といった機械的特性、電気的特性、比重
などを基に、複合材料の要求特性に合せて選択すべきで
ある。例えば比強度、比弾性率への要求値が高い場合は
炭素繊維、ガラス繊維などを選択すべきであり、又電磁
波シールド特性が要求される場合は炭素繊維、金属繊維
などが好ましい。また電気絶縁性が要求される場合はガ
ラス繊維などが好適である。

繊維状補強材の繊維径、収束本数については用いる繊
維状補強材の種類によって異なるが、例えば炭素繊維の
場合、繊維径は４〜８μｍ、収束本数は1,000〜12,000
本が一般的である。繊維径は得られる複合材料の機械特
性の面からは細い方が好ましい。

また繊維状補強材を表面処理することはポリイミドと
の密着性向上の面から好ましく、例えばガラス繊維の場
合シラン系、チタネート系カップリング剤で処理するこ
とは特に好ましい。

これらの繊維状補強材の使用量は複合材料中の容積含
有率として５〜85％、好ましくは、30〜70％である。繊
維状補強材の容積含有率が低いと補強材の効果が期待で
きず、逆に高いと得られる複合材料の層間強度が著しく
低下し好ましくない。

ポリイミドと繊維状補強材よりポリイミド系複合材料
を製造するには通常公知の方法は全て利用できる。

例えば、ポリイミドを溶融状態で繊維状補強材に含浸
させる溶融含浸法、粉末状のポリイミドを空気中に浮
遊、または水などの液体中に懸濁させた状態で含浸させ
る流動床法が挙げられる。流動床法の場合、含浸後必要
により乾燥した後、繊維状補強材中のポリイミドを加熱
溶融することは一体化したポリイミド系複合材料を得る
為に特に有効である。また含浸時の粒径は細かい方が望
ましく、使用する繊維フィラメント径以下が好ましい。

さらにまた、ポリイミド粉または当該ポリイミドのフ
ィルムを繊維状補強材の片面または両面に置き熱圧させ
る方法も用いられる。この際繊維状補強材が織布の場
合、所望する成形品厚みに必要な枚数の織布とポリイミ
ド粉またはポリイミドフィルムを交互に積層し熱圧する
ことにより、含浸と成形とを同時に行い、樹脂分布の均
一な成形品を得ることができる。

また溶融含浸法として、特開昭61−229534,229535,22
9536及び特開平２−48907に代表的に示されているよう
に、溶融樹脂を表面に有する加熱ロールまたは加熱ベル
トに繊維状補強材を接触させて含浸させる方法なども挙
げられる。

即ち、この方法では複数のボビンより引き出した一方
向長繊維、例えばトウを引揃えた繊維シートまたは多方
向連続繊維を張力調整ロールにて引取方向に一定の張力
をかける。一方、ポリイミドは押出機で加熱溶融させ、
ダイから所定の温度に昇温した加熱ロール表面上の下ベ
ルトに塗布する。ついで前述の繊維シートまたは多方向
連続繊維を上下一対のベルトにはさまれた状態で１本ま
たは複数の加熱ロール群の間を通過させて含浸させる。
この連続溶融含浸法は特に好ましい方法である。

以上のようにして得た複合材料は積層し、加熱圧縮に
より、所望する形状の成形物を製造することができる。

〔実 施 例〕

以下、本発明を実施例および比較例により具体的に説
明する。

実施例１ かきまぜ機、還流冷却器および窒素導入管を備えた反
応容器に、ピロメリット酸二無水218g（1.0モル）およ
びN,N−ジメチルアセトアミド3,830gを装入し、アニリ
ン5.58g（0.06モル）を添加し、約20分間かきまぜた。
次に4,4−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル357
g（0.97モル）を溶液温度の上昇に注意しながら加え、
室温で約10時間かきまぜた。この溶液に202g（２モル）
のトリエチルアミンおよび255g（2.5モル）の無水酢酸
を滴下し、室温で10時間かきまぜて、淡黄色スラリーを
得た。このスラリーをろ別した後、メタノールで洗浄
し、180℃で８時間減圧乾燥して532gの淡黄色ポリイミ
ド粉を得た。このポリイミド粉のガラス転移温度は255
℃（DSC測定による。以下同じ。）、融点は378℃、対数
粘度は0.52dl/gであった。

こゝに対数粘度はパラクロロフェノール：フェノール
（重量比90:10）の混合溶媒を用い、濃度0.5g/100ml溶
媒で、35℃で測定した値である。

このポリイミドと炭素繊維から次のようにして複合材
料を製造した。製造に使用した装置の概略を第２図に示
す。

100本のボビン１から引き出された炭素繊維（ベスフ
ァイトHTA−７−3K;東邦レーヨン社商標）のトウ2 100
本を整列器３で一方向に整列させた後、張力調整ロール
４、５、６を通過させて150mm幅の繊維シート７とし
た。

一方押出機（図示せず）で加熱溶融したポリイミドを
ダイ８を経由して、下ベルト用ロール９（こゝでは３
本）で420℃に加熱された下ベルト10の表面に70μｍの
厚みで塗布した。ついで前記シートを、下ベルトと、上
ベルト用ロール11（こゝでは３本）で420℃に加熱され
た上ベルト12にはさんだ状態で、420℃に加熱された径2
40mmの含浸ロール13（こゝでは３本）の間を、150kgの
張力をかけながら20cm/分の速度で通過させた。この様
にしてポリイミドを含浸させたポリイミド・炭素繊維複
合材14は冷却した後引取用ロール15、16、17を経て巻取
軸18に巻き取った。

上記運転を５時間連続して行ったが樹脂の流動性に変
化はなく、また繊維破断もなく順調に引き取ることがで
きた。得られた複合材料は幅150mm、厚み0.13mmのもの
であった。

ついで上記ポリイミド系複合材料を20枚一方向に積層
し、400℃、50kg/cm²の条件で20分間熱プレスして200×
200mm、厚み2.5mmの平板を得た。

得られた平板の繊維状補強材容積百分率（以下Vfと記
す）、ボイド率、曲げ強度、曲げ弾性率を測定したとこ
ろ、Vf60％、ポイド率１％以下、曲げ強度187kg/mm²、
曲げ弾性率11,800kg/mm²と良好な結果を得た。尚、Vf、
ボイド率は平板の比重及び繊維状補強材重量百分率から
求めた値であり、曲げ強度および曲げ弾性率はJIS K 72
03に拠る値である。

比較例１ 実施例１と同様にして、但しアニリンを反応させると
いう操作を行わずに608gのポリイミド粉を得た。得られ
たポリイミド粉の対数粘度は0.53dl/gであった。

この様にして得たポリイミドを用い、実施例１と同様
にしてポリイミド系複合材料を得ようと試みたが、運転
開始後約20分でポリイミドがゲル化し、繊維の上下ベル
トからの離脱が困難となり、ついには運転不能となっ
た。尚、一部得られた複合材料を実施例１と同様に成形
し、物性評価したが、Vf60％、ボイド率6.5％、曲げ強
度98kg/mm²、曲げ弾性率6,500kg/mm²とポリイミドの流
動性が著しく低下し脱泡不十分な為、極端に低い強度、
弾性率となった。

参考例 実施例１、比較例１で得られたポリイミドの熱安定性
を、高化式フローテスター（島津製作所製、CFT−500）
で、直径0.1cm、長さ1cmのオリフィスを用い、フローテ
スターのシリンダー内滞留時間を変え、溶融粘度を測定
することにより試験した。シリンダー温度は420℃、圧
力は100kg/cm²で行った。シリンダー内滞留時間と溶融
粘度の関係を第１図に示す。実施例１で得られたポリイ
ミドはシリンダー内滞留時間が長くなっても溶融粘度が
変化せず熱安定性が良好であるのに対して、比較例１で
得られたポリイミドは滞留時間が長くなると溶融粘度が
大幅に増加し高温での流動性が失われることが分かる。

実施例２〜５ 繊維状補強材の種類およびベルトへのポリイミド塗布
厚を表に示す様に変えた以外は実施例１と全く同様にし
て操作してポリイミド系複合材料を得た。ついで得られ
た複合材料を一方向に、表１に示した枚数積層し、実施
例１と同様に操作して平板を得た。得られた平板の物性
を表１に示す。

実施例６〜７ 繊維状補強材の種類、ベルトへのポリイミド塗布厚を
表１に示す様に、又張力を30kgに変えた以外は実施例１
と全く同様に操作してポリイミド系複合材料を得た。つ
いで得られた複合材料を表に示す数枚積層後実施例１と
同様に操作して平板を得た。得られた平板の物性を表１
に示す。

実施例８ 厚さ50μｍの耐熱性離型フィルムの上の厚み1.0mm、
内寸30cm×30cmのアルミ製額縁状枠を置き、実施例１で
得たポリイミド粉5gを上記フィルム上の枠内に均一に分
散させた。ついで枠を除去した後30cm×30cmの炭素繊維
織布（ベスファイトＷ−3101;東邦レーヨン社商標）を
前記ポリイミド粉上に置き、さらにポリイミド粉5gを前
記織布上に均一に分散させた。ついで市販の耐熱性離型
フィルムを載せた後、400℃の下金型上に移し、金型を
閉じて400℃、70kg/cm²の条件で10分間加熱、圧縮し
た。ついで金型を加圧状態で250℃まで冷却後金型を開
いて内容物を取り出し耐熱性フィルムを剥がして複合材
料を得た。この様にして得た複合材料はついで６分割し
積層後実施例１と同様の条件で成形し、平板を得た。得
られた平板のVf、曲げ強度、曲げ弾性率は各々60％、87
kg/mm²、6,900kg/mm²であった。

〔発明の効果〕

本発明の方法によればポリイミドが本来有する優れた
特性に加え、著るしく成形加工性の良好な新規なポリイ
ミド系複合材料が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる実施例１で得られたポリイミド
および比較例て得られたポリイミドの熱安定性を比較し
て示す図であり、第２図はポリイミド系複合体を製造す
る装置の１例である。 １……ボビン ３……整列器 ７……繊維シート ８……ダイ ９……下ベルト用ロール 10……下ベルト 11……上ベルト用ロール 12……上ベルト 13……含浸ロール 18……巻取軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸 智 神奈川県横須賀市衣笠栄町１―54 (72)発明者 丸子 千明 神奈川県鎌倉市大船３―11―４ (56)参考文献 特開 昭62−220530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−236858（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−170122（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−253655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−265350（ＪＰ，Ａ) 特公 昭38−5997（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）一般式（Ｉ） （式中、Y₁、Y₂、Y₃およびY₄は夫々独立に水素、メチル
   基、メトキシ基、塩素および臭素からなる群より選ばれ
   た基を表わす。）で表わされる芳香族ジアミン、 （ロ）一般式（II） （式中、Ｒは から成る群より選ばれた４価の基を表わす。）で表わさ
   れるテトラカルボン酸二無水物、および （ハ）一般式（III） Ｚ−NH₂ （III） （式中、Ｚは から成る群より選ばれた１価の基を表わす。）で表わさ
   れる芳香族モノアミンとを、 （ニ）芳香族ジアミンがテトラカルボン酸二無水物１モ
   ル当り0.9ないし1.0モル比の量で、かつ芳香族モノアミ
   ンがテトラカルボン酸二無水物１モル当り0.01ないし0.
   5モル比の量で反応させて得られる一般式（IV） （式中、Y₁,Y₂,Y₃,Y₄およびＲは前記に同じ）で表わさ
   れる繰り返し単位からなり、そのポリマー分子の末端が
   式（IV−ａ） （式中、ＲおよびＺは前記に同じ）の基であるポリイミ
   ドと、繊維状補強材とからなるポリイミド系複合材料。