JP6962513B1 - 繊維強化複合材の製造方法 - Google Patents

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Abstract

所定の繰り返し単位を有するポリイミド樹脂(A)、及び、連続強化繊維(B)を含有する繊維強化複合材の製造方法であって、下記工程(I)及び工程(II)を順に有する、繊維強化複合材の製造方法。工程(I):少なくとも1層のポリイミド樹脂(A)層と、少なくとも1層の連続強化繊維(B)層とを積層し、積層物を得る工程工程(II):前記積層物を、下記式(i)で表される加工パラメータXが35以上87以下となる条件で加熱加圧成形する工程X=(Tp−Tm)3×P1/2/1000 (i)上記式(i)において、Tpは成形時の温度(℃)、Tmはポリイミド樹脂(A)の融点(℃)、Pは成形時のプレス圧力(MPa)である。

Description

本発明は、繊維強化複合材の製造方法に関する。
電磁波シールド材は、電磁波の反射、吸収によって電磁波エネルギーを滅衰させる部材であり、電磁波を減衰させることにより人体及び精密機器への電磁波の悪影響を回避することができる。
電磁波シールド材として、熱可塑性樹脂及び炭素繊維を用いたものが知られている。例えば特許文献1には、シクロオレフィンモノマー、メタセシス重合触媒、ラジカル発生剤、及び不連続炭素繊維を含んでなる重合性組成物を連続炭素繊維に含浸させた後、所定の温度範囲で塊状重合し、シクロオレフィンポリマーを炭素繊維に含浸させてなる樹脂含浸基材を得る工程、及び、該工程で得られた樹脂含浸基材と熱可塑性樹脂とを接触させた状態で該基材を架橋させ、樹脂含浸基材−熱可塑性樹脂複合体からなる電磁波シールド部材を得る工程を有する、電磁波シールド部材の製造方法が開示されている。
特許文献2には、熱可塑性樹脂と、所定の組成及び長さの炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物から得られる成形体が、熱伝導性と電磁波シールド性がよいことが開示されている。
特許文献1及び特許文献2に記載の電磁波シールド材料は、いずれも周波数100MHz〜1000MHzの測定において40〜50dB程度のシールド特性を示している。
電磁波シールド材の製造方法として、特許文献1には、樹脂含浸基材を金型内に設置した後、熱可塑性樹脂を金型内へ射出充填して接触させることにより、樹脂含浸基材−熱可塑性樹脂複合体からなる電磁波シールド材を得ることが記載されている。特許文献2には、射出成形等の公知の樹脂成形法により成形体を得ることが記載されている。
熱可塑性樹脂と連続強化繊維とを用いた繊維強化複合材の製造方法として、熱可塑性樹脂フィルムと連続炭素繊維とを積層し、これを加熱加圧成形に供する方法を用いることもできる。例えば特許文献3の[0246]には、ポリイミド樹脂フィルムと、炭素繊維開繊糸織物とを積層させ、真空プレス装置を使用して板状の複合材を得たことが記載されている。特許文献4にも、ガラスクロス等の連続強化繊維と、熱可塑性樹脂フィルムとを重ねて成形基材とし、加熱加圧成形により成形体を製造したことが記載されている。
特開2011−66170号公報 特開2014−51587号公報 国際公開第2015/020220号 特開2020−19897号公報
しかしながら本発明者らの検討によれば、熱可塑性樹脂フィルムと連続炭素繊維との積層体を加熱加圧成形して得られる繊維強化複合材は、その電磁波シールド性能が、繊維強化複合材の製造条件に依存する傾向があることを見出した。
本発明の課題は、熱可塑性樹脂と連続強化繊維とを含有し、優れた電磁波シールド性能を有する繊維強化複合材を製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、所定の結晶性熱可塑性ポリイミド樹脂と、連続強化繊維とを含有する繊維強化複合材の製造方法において、少なくとも1層の該ポリイミド樹脂層と、少なくとも1層の連続強化繊維層とを積層し、該ポリイミド樹脂の融点と、成形時の温度及びプレス圧力とが所定の関係を満たす条件で加熱加圧成形を行うことにより、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち本発明は、下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20〜70モル%のポリイミド樹脂(A):
Figure 0006962513

(Rは少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。Rは炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びXは、それぞれ独立に、少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)、及び、連続強化繊維(B)を含有する繊維強化複合材の製造方法であって、下記工程(I)及び工程(II)を順に有する繊維強化複合材の製造方法に関する。
工程(I):少なくとも1層のポリイミド樹脂(A)層と、少なくとも1層の連続強化繊維(B)層とを積層し、積層物を得る工程
工程(II):前記積層物を、下記式(i)で表される加工パラメータXが35以上87以下となる条件で加熱加圧成形する工程
X=(Tp−Tm)×P1/2/1000 (i)
上記式(i)において、Tpは成形時の温度(℃)、Tmはポリイミド樹脂(A)の融点(℃)、Pは成形時のプレス圧力(MPa)である。
本発明によれば、熱可塑性樹脂と連続強化繊維とを含有し、優れた電磁波シールド性能を有する繊維強化複合材を製造する方法を提供できる。
実施例4において作製したハット状の繊維強化複合材の断面模式図である。 実施例4において作製したハット状の繊維強化複合材の斜視図である。
[繊維強化複合材の製造方法]
本発明の繊維強化複合材の製造方法(以下、単に「本発明の方法」ともいう)は、下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20〜70モル%のポリイミド樹脂(A):
Figure 0006962513

(Rは少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。Rは炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びXは、それぞれ独立に、少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)、及び、連続強化繊維(B)を含有する繊維強化複合材の製造方法であって、下記工程(I)及び工程(II)を順に有することを特徴とする。
工程(I):少なくとも1層のポリイミド樹脂(A)層と、少なくとも1層の連続強化繊維(B)層とを積層し、積層物を得る工程
工程(II):前記積層物を、下記式(i)で表される加工パラメータXが35以上87以下となる条件で加熱加圧成形する工程
X=(Tp−Tm)×P1/2/1000 (i)
上記式(i)において、Tpは成形時の温度(℃)、Tmはポリイミド樹脂(A)の融点(℃)、Pは成形時のプレス圧力(MPa)である。
なお本明細書において、成形時のプレス圧力とは、ゲージ圧を意味する。
本発明の製造方法は前記工程(I)及び工程(II)を順に有することにより、優れた電磁波シールド性能を有する繊維強化複合材を製造することができる。
本発明により上記効果が得られる理由については定かではないが、以下のように考えられる。
ポリイミド樹脂(A)は結晶性熱可塑性樹脂であり、融点Tmを有する。このポリイミド樹脂(A)をフィルム状等に成形したポリイミド樹脂(A)層と、連続強化繊維(B)層とを積層して加熱加圧成形を行うことにより、ポリイミド樹脂(A)をマトリクス樹脂として連続強化繊維(B)に含浸させた繊維強化複合材を製造することができる。所定の繰り返し構成単位を特定量有するポリイミド樹脂(A)と連続強化繊維(B)とを含む繊維強化複合材(以下、単に「複合材」ともいう)は、優れた電磁波シールド性能を発現する。
さらに本発明者らは、ポリイミド樹脂(A)と連続強化繊維(B)とを含む複合材の電磁波シールド性能が、使用する材料の種類のみならずその製造方法にも依存し、特に、加熱加圧成形時の温度とプレス圧力との関係が所定の要件を満たすことが重要であることを見出した。
複合材の加熱加圧成形時の温度Tpは、理論上はポリイミド樹脂(A)の融点Tmを超える温度であればよいが、その差分であるTp−Tmが小さい場合には一般的には樹脂の流動性が低いので、連続強化繊維(B)にポリイミド樹脂(A)を含浸させるため、成形時のプレス圧力Pを高くする必要がある。一方でTp−Tmが大きければ、成形時のプレス圧力Pが低くても連続強化繊維(B)にポリイミド樹脂(A)を容易に含浸させることができる。しかしながらポリイミド樹脂(A)の流動性が高すぎると成形過程で樹脂が系外に流出してしまい、連続強化繊維(B)に十分な量が含浸されないという問題が生じる。
さらに、成形時の温度とプレス圧力との関係においては温度の影響がより大きいため、本発明では工程(II)において、前記式(i)で表される(Tp−Tm)の3乗とPの平方根との積に比例する加工パラメータXが所定の範囲となる条件で前記積層物を成形する。これにより、ポリイミド樹脂(A)の系外への流出が抑えられ、且つ連続強化繊維(B)への含浸不足によるボイドの発生が抑制されるので、優れた電磁波シールド性能を有する複合材が得られると推察される。
<繊維強化複合材>
本発明の方法により製造される繊維強化複合材は、下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20〜70モル%のポリイミド樹脂(A):
Figure 0006962513

(Rは少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。Rは炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びXは、それぞれ独立に、少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)、及び、連続強化繊維(B)を含有する。
(ポリイミド樹脂(A))
本発明に用いるポリイミド樹脂(A)は、下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20〜70モル%である。
Figure 0006962513

(Rは少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。Rは炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びXは、それぞれ独立に、少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)
本発明に用いるポリイミド樹脂(A)は熱可塑性樹脂であり、その形態としては粉末又はペレットであることが好ましい。熱可塑性ポリイミド樹脂は、例えばポリアミド酸等のポリイミド前駆体の状態で成形した後にイミド環を閉環して形成される、ガラス転移温度(Tg)を持たないポリイミド樹脂、あるいはガラス転移温度よりも低い温度で分解してしまうポリイミド樹脂とは区別される。
式(1)の繰り返し構成単位について、以下に詳述する。
は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。ここで、脂環式炭化水素構造とは、脂環式炭化水素化合物から誘導される環を意味し、該脂環式炭化水素化合物は、飽和であっても不飽和であってもよく、単環であっても多環であってもよい。
脂環式炭化水素構造としては、シクロヘキサン環等のシクロアルカン環、シクロヘキセン等のシクロアルケン環、ノルボルナン環等のビシクロアルカン環、及びノルボルネン等のビシクロアルケン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはシクロアルカン環、より好ましくは炭素数4〜7のシクロアルカン環、さらに好ましくはシクロヘキサン環である。
の炭素数は6〜22であり、好ましくは8〜17である。
は脂環式炭化水素構造を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
は、好ましくは下記式(R1−1)又は(R1−2)で表される2価の基である。
Figure 0006962513

(m11及びm12は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。m13〜m15は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。)
は、特に好ましくは下記式(R1−3)で表される2価の基である。
Figure 0006962513

なお、上記の式(R1−3)で表される2価の基において、2つのメチレン基のシクロヘキサン環に対する位置関係はシスであってもトランスであってもよく、またシスとトランスの比は如何なる値でもよい。
は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。前記芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、及びテトラセン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、より好ましくはベンゼン環である。
の炭素数は6〜22であり、好ましくは6〜18である。
は芳香環を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
は、好ましくは下記式(X−1)〜(X−4)のいずれかで表される4価の基である。
Figure 0006962513

(R11〜R18は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基である。p11〜p13は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0である。p14、p15、p16及びp18は、それぞれ独立に、0〜3の整数であり、好ましくは0である。p17は0〜4の整数であり、好ましくは0である。L11〜L13は、それぞれ独立に、単結合、エーテル基、カルボニル基又は炭素数1〜4のアルキレン基である。)
なお、Xは少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基であるので、式(X−2)におけるR12、R13、p12及びp13は、式(X−2)で表される4価の基の炭素数が10〜22の範囲に入るように選択される。
同様に、式(X−3)におけるL11、R14、R15、p14及びp15は、式(X−3)で表される4価の基の炭素数が12〜22の範囲に入るように選択され、式(X−4)におけるL12、L13、R16、R17、R18、p16、p17及びp18は、式(X−4)で表される4価の基の炭素数が18〜22の範囲に入るように選択される。
は、特に好ましくは下記式(X−5)又は(X−6)で表される4価の基である。
Figure 0006962513
次に、式(2)の繰り返し構成単位について、以下に詳述する。
は炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基であり、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10である。ここで、鎖状脂肪族基とは、鎖状脂肪族化合物から誘導される基を意味し、該鎖状脂肪族化合物は、飽和であっても不飽和であってもよく、直鎖状であっても分岐状であってもよく、酸素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
は、好ましくは炭素数5〜16のアルキレン基であり、より好ましくは炭素数6〜14、更に好ましくは炭素数7〜12のアルキレン基であり、なかでも好ましくは炭素数8〜10のアルキレン基である。前記アルキレン基は、直鎖アルキレン基であっても分岐アルキレン基であってもよいが、好ましくは直鎖アルキレン基である。
は、好ましくはオクタメチレン基及びデカメチレン基からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、特に好ましくはオクタメチレン基である。
また、Rの別の好適な様態として、エーテル基を含む炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基が挙げられる。該炭素数は、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10である。その中でも好ましくは下記式(R2−1)又は(R2−2)で表される2価の基である。
Figure 0006962513

(m21及びm22は、それぞれ独立に、1〜15の整数であり、好ましくは1〜13、より好ましくは1〜11、更に好ましくは1〜9である。m23〜m25は、それぞれ独立に、1〜14の整数であり、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜8である。)
なお、Rは炭素数5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の2価の鎖状脂肪族基であるので、式(R2−1)におけるm21及びm22は、式(R2−1)で表される2価の基の炭素数が5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の範囲に入るように選択される。すなわち、m21+m22は5〜16(好ましくは6〜14、より好ましくは7〜12、更に好ましくは8〜10)である。
同様に、式(R2−2)におけるm23〜m25は、式(R2−2)で表される2価の基の炭素数が5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の範囲に入るように選択される。すなわち、m23+m24+m25は5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)である。
は、式(1)におけるXと同様に定義され、好ましい様態も同様である。
式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する、式(1)の繰り返し構成単位の含有比は20〜70モル%である。式(1)の繰り返し構成単位の含有比が上記範囲である場合、一般的な射出成型サイクルにおいても、ポリイミド樹脂を十分に結晶化させ得ることが可能となる。該含有量比が20モル%未満であると成形加工性が低下し、70モル%を超えると結晶性が低下するため、耐熱性が低下する。
式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する、式(1)の繰り返し構成単位の含有比は、高い結晶性を発現する観点から、好ましくは65モル%以下、より好ましくは60モル%以下、更に好ましくは50モル%以下である。
中でも、式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する式(1)の繰り返し構成単位の含有比は20モル%以上、40モル%未満であることが好ましい。この範囲であるとポリイミド樹脂(A)の結晶性が高くなり、より耐熱性に優れる樹脂組成物を得ることができる。
上記含有比は、成形加工性の観点からは、好ましくは25モル%以上、より好ましくは30モル%以上、更に好ましくは32モル%以上であり、高い結晶性を発現する観点から、より更に好ましくは35モル%以下である。
ポリイミド樹脂(A)を構成する全繰り返し構成単位に対する、式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計の含有比は、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは75〜100モル%、更に好ましくは80〜100モル%、より更に好ましくは85〜100モル%である。
ポリイミド樹脂(A)は、さらに、下記式(3)の繰り返し構成単位を含有してもよい。その場合、式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する、式(3)の繰り返し構成単位の含有比は、好ましくは25モル%以下である。一方で、下限は特に限定されず、0モル%を超えていればよい。
前記含有比は、耐熱性の向上という観点からは、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上であり、一方で結晶性を維持する観点からは、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下である。
Figure 0006962513

(Rは少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の2価の基である。Xは少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)
は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の2価の基である。前記芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、及びテトラセン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、より好ましくはベンゼン環である。
の炭素数は6〜22であり、好ましくは6〜18である。
は芳香環を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
また、前記芳香環には1価もしくは2価の電子求引性基が結合していてもよい。1価の電子求引性基としてはニトロ基、シアノ基、p−トルエンスルホニル基、ハロゲン、ハロゲン化アルキル基、フェニル基、アシル基などが挙げられる。2価の電子求引性基としては、フッ化アルキレン基(例えば−C(CF−、−(CF−(ここで、pは1〜10の整数である))のようなハロゲン化アルキレン基のほかに、−CO−、−SO−、−SO−、−CONH−、−COO−などが挙げられる。
は、好ましくは下記式(R3−1)又は(R3−2)で表される2価の基である。
Figure 0006962513

(m31及びm32は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。m33及びm34は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。R21、R22、及びR23は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数2〜4のアルケニル基、又は炭素数2〜4のアルキニル基である。p21、p22及びp23は0〜4の整数であり、好ましくは0である。L21は、単結合、エーテル基、カルボニル基又は炭素数1〜4のアルキレン基である。)
なお、Rは少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の2価の基であるので、式(R3−1)におけるm31、m32、R21及びp21は、式(R3−1)で表される2価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択される。
同様に、式(R3−2)におけるL21、m33、m34、R22、R23、p22及びp23は、式(R3−2)で表される2価の基の炭素数が12〜22の範囲に入るように選択される。
は、式(1)におけるXと同様に定義され、好ましい様態も同様である。
ポリイミド樹脂(A)は、さらに、下記式(4)で示される繰り返し構成単位を含有してもよい。
Figure 0006962513

(Rは−SO−又は−Si(R)(R)O−を含む2価の基であり、R及びRはそれぞれ独立に、炭素数1〜3の鎖状脂肪族基又はフェニル基を表す。Xは少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)
は、式(1)におけるXと同様に定義され、好ましい様態も同様である。
ポリイミド樹脂(A)の末端構造には特に制限はないが、炭素数5〜14の鎖状脂肪族基を末端に有することが好ましい。
該鎖状脂肪族基は、飽和であっても不飽和であってもよく、直鎖状であっても分岐状であってもよい。ポリイミド樹脂(A)が上記特定の基を末端に有すると、耐熱老化性に優れる樹脂組成物を得ることができる。
炭素数5〜14の飽和鎖状脂肪族基としては、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、ラウリル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、2−メチルペンチル基、2−メチルヘキシル基、2−エチルペンチル基、3−エチルペンチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基、イソノニル基、2−エチルオクチル基、イソデシル基、イソドデシル基、イソトリデシル基、イソテトラデシル基等が挙げられる。
炭素数5〜14の不飽和鎖状脂肪族基としては、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、1−ヘキセニル基、2−ヘキセニル基、1−ヘプテニル基、2−ヘプテニル基、1−オクテニル基、2−オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基等が挙げられる。
中でも、上記鎖状脂肪族基は飽和鎖状脂肪族基であることが好ましく、飽和直鎖状脂肪族基であることがより好ましい。また耐熱老化性を得る観点から、上記鎖状脂肪族基は好ましくは炭素数6以上、より好ましくは炭素数7以上、更に好ましくは炭素数8以上であり、好ましくは炭素数12以下、より好ましくは炭素数10以下、更に好ましくは炭素数9以下である。上記鎖状脂肪族基は1種のみでもよく、2種以上でもよい。
上記鎖状脂肪族基は、特に好ましくはn−オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、イソノニル基、n−デシル基、及びイソデシル基からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはn−オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、及びイソノニル基からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、最も好ましくはn−オクチル基、イソオクチル基、及び2−エチルヘキシル基からなる群から選ばれる少なくとも1種である。
またポリイミド樹脂(A)は、耐熱老化性の観点から、末端アミノ基及び末端カルボキシ基以外に、炭素数5〜14の鎖状脂肪族基のみを末端に有することが好ましい。上記以外の基を末端に有する場合、その含有量は、好ましくは炭素数5〜14の鎖状脂肪族基に対し10モル%以下、より好ましくは5モル%以下である。
ポリイミド樹脂(A)中の上記炭素数5〜14の鎖状脂肪族基の含有量は、優れた耐熱老化性を発現する観点から、ポリイミド樹脂(A)を構成する全繰り返し構成単位の合計100モル%に対し、好ましくは0.01モル%以上、より好ましくは0.1モル%以上、更に好ましくは0.2モル%以上である。また、十分な分子量を確保し良好な機械的物性を得るためには、ポリイミド樹脂(A)中の上記炭素数5〜14の鎖状脂肪族基の含有量は、ポリイミド樹脂(A)を構成する全繰り返し構成単位の合計100モル%に対し、好ましくは10モル%以下、より好ましくは6モル%以下、更に好ましくは3.5モル%以下、より更に好ましくは2.0モル%以下、より更に好ましくは1.2モル%以下である。
ポリイミド樹脂(A)中の上記炭素数5〜14の鎖状脂肪族基の含有量は、ポリイミド樹脂(A)を解重合することにより求めることができる。
ポリイミド樹脂(A)は、360℃以下の融点を有し、かつ150℃以上のガラス転移温度を有することが好ましい。ポリイミド樹脂(A)の融点は、耐熱性の観点から、より好ましくは280℃以上、更に好ましくは290℃以上であり、高い成形加工性を発現する観点からは、好ましくは345℃以下、より好ましくは340℃以下、更に好ましくは335℃以下である。また、ポリイミド樹脂(A)のガラス転移温度は、耐熱性の観点から、より好ましくは160℃以上、より好ましくは170℃以上であり、高い成形加工性を発現する観点からは、好ましくは250℃以下、より好ましくは230℃以下、更に好ましくは200℃以下である。
ポリイミド樹脂(A)の融点、ガラス転移温度は、いずれも示差走査型熱量計により測定することができる。
またポリイミド樹脂(A)は、結晶性、耐熱性、機械的強度、耐薬品性を向上させる観点から、示差走査型熱量計測定により、該ポリイミド樹脂を溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの熱量(以下、単に「結晶化発熱量」ともいう)が、5.0mJ/mg以上であることが好ましく、10.0mJ/mg以上であることがより好ましく、17.0mJ/mg以上であることが更に好ましい。結晶化発熱量の上限値は特に限定されないが、通常、45.0mJ/mg以下である。
ポリイミド樹脂(A)の融点、ガラス転移温度、結晶化発熱量は、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
ポリイミド樹脂(A)の5質量%濃硫酸溶液の30℃における対数粘度は、好ましくは0.2〜2.0dL/g、より好ましくは0.3〜1.8dL/gの範囲である。対数粘度が0.2dL/g以上であれば、得られるポリイミド樹脂組成物を成形体とした際に十分な機械的強度が得られ、2.0dL/g以下であると、成形加工性及び取り扱い性が良好になる。対数粘度μは、キャノンフェンスケ粘度計を使用して、30℃において濃硫酸及び上記ポリイミド樹脂溶液の流れる時間をそれぞれ測定し、下記式から求められる。
μ=ln(ts/t)/C
:濃硫酸の流れる時間
ts:ポリイミド樹脂溶液の流れる時間
C:0.5(g/dL)
ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量Mwは、好ましくは10,000〜150,000、より好ましくは15,000〜100,000、更に好ましくは20,000〜80,000、より更に好ましくは30,000〜70,000、より更に好ましくは35,000〜65,000の範囲である。ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量Mwが10,000以上であれば機械的強度が良好になり、150,000以下であれば成形加工性が良好である。
ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量Mwは、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準試料としてゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)法により測定することができる。
〔ポリイミド樹脂(A)の製造方法〕
ポリイミド樹脂(A)は、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させることにより製造することができる。該テトラカルボン酸成分は少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸及び/又はその誘導体を含有し、該ジアミン成分は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミン及び鎖状脂肪族ジアミンを含有する。
少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸は4つのカルボキシ基が直接芳香環に結合した化合物であることが好ましく、構造中にアルキル基を含んでいてもよい。また前記テトラカルボン酸は、炭素数6〜26であるものが好ましい。前記テトラカルボン酸としては、ピロメリット酸、2,3,5,6−トルエンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸等が好ましい。これらの中でもピロメリット酸がより好ましい。
少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸の誘導体としては、少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸の無水物又はアルキルエステル体が挙げられる。前記テトラカルボン酸誘導体は、炭素数6〜38であるものが好ましい。テトラカルボン酸の無水物としては、ピロメリット酸一無水物、ピロメリット酸二無水物、2,3,5,6−トルエンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニル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等が挙げられる。テトラカルボン酸のアルキルエステル体としては、ピロメリット酸ジメチル、ピロメリット酸ジエチル、ピロメリット酸ジプロピル、ピロメリット酸ジイソプロピル、2,3,5,6−トルエンテトラカルボン酸ジメチル、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸ジメチル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジメチル、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸ジメチル、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸ジメチル等が挙げられる。上記テトラカルボン酸のアルキルエステル体において、アルキル基の炭素数は1〜3が好ましい。
少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸及び/又はその誘導体は、上記から選ばれる少なくとも1つの化合物を単独で用いてもよく、2つ以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。
少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミンの炭素数は6〜22が好ましく、例えば、1,2−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,2−シクロヘキサンジアミン、1,3−シクロヘキサンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)、カルボンジアミン、リモネンジアミン、イソフォロンジアミン、ノルボルナンジアミン、ビス(アミノメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルプロパン等が好ましい。これらの化合物を単独で用いてもよく、これらから選ばれる2つ以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。これらのうち、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンが好適に使用できる。なお、脂環式炭化水素構造を含むジアミンは一般的には構造異性体を持つが、シス体/トランス体の比率は限定されない。
鎖状脂肪族ジアミンは、直鎖状であっても分岐状であってもよく、炭素数は5〜16が好ましく、6〜14がより好ましく、7〜12が更に好ましい。また、鎖部分の炭素数が5〜16であれば、その間にエーテル結合を含んでいてもよい。鎖状脂肪族ジアミンとして例えば1,5−ペンタメチレンジアミン、2−メチルペンタン−1,5−ジアミン、3−メチルペンタン−1,5−ジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,7−ヘプタメチレンジアミン、1,8−オクタメチレンジアミン、1,9−ノナメチレンジアミン、1,10−デカメチレンジアミン、1,11−ウンデカメチレンジアミン、1,12−ドデカメチレンジアミン、1,13−トリデカメチレンジアミン、1,14−テトラデカメチレンジアミン、1,16−ヘキサデカメチレンジアミン、2,2’−(エチレンジオキシ)ビス(エチレンアミン)等が好ましい。
鎖状脂肪族ジアミンは1種類あるいは複数を混合して使用してもよい。これらのうち、炭素数が8〜10の鎖状脂肪族ジアミンが好適に使用でき、特に1,8−オクタメチレンジアミン及び1,10−デカメチレンジアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種が好適に使用できる。
ポリイミド樹脂(A)を製造する際、少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミンと鎖状脂肪族ジアミンの合計量に対する、少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミンの仕込み量のモル比は20〜70モル%であることが好ましい。該モル量は、好ましくは25モル%以上、より好ましくは30モル%以上、更に好ましくは32モル%以上であり、高い結晶性を発現する観点から、好ましくは60モル%以下、より好ましくは50モル%以下、更に好ましくは40モル%未満、更に好ましくは35モル%以下である。
また、上記ジアミン成分中に、少なくとも1つの芳香環を含むジアミンを含有してもよい。少なくとも1つの芳香環を含むジアミンの炭素数は6〜22が好ましく、例えば、オルトキシリレンジアミン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン、1,2−ジエチニルベンゼンジアミン、1,3−ジエチニルベンゼンジアミン、1,4−ジエチニルベンゼンジアミン、1,2−ジアミノベンゼン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、α,α’−ビス(4−アミノフェニル)1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α’−ビス(3−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,6−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン等が挙げられる。
上記において、少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミンと鎖状脂肪族ジアミンの合計量に対する、少なくとも1つの芳香環を含むジアミンの仕込み量のモル比は、25モル%以下であることが好ましい。一方で、下限は特に限定されず、0モル%を超えていればよい。
前記モル比は、耐熱性の向上という観点からは、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上であり、一方で結晶性を維持する観点からは、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下である。
また、前記モル比は、ポリイミド樹脂の着色を少なくする観点からは、好ましくは12モル%以下、より好ましくは10モル%以下、更に好ましくは5モル%以下、より更に好ましくは0モル%である。
ポリイミド樹脂(A)を製造する際、前記テトラカルボン酸成分と前記ジアミン成分の仕込み量比は、テトラカルボン酸成分1モルに対してジアミン成分が0.9〜1.1モルであることが好ましい。
またポリイミド樹脂(A)を製造する際、前記テトラカルボン酸成分、前記ジアミン成分の他に、末端封止剤を混合してもよい。末端封止剤としては、モノアミン類及びジカルボン酸類からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。末端封止剤の使用量は、ポリイミド樹脂(A)中に所望量の末端基を導入できる量であればよく、前記テトラカルボン酸及び/又はその誘導体1モルに対して0.0001〜0.1モルが好ましく、0.001〜0.06モルがより好ましく、0.002〜0.035モルが更に好ましく、0.002〜0.020モルがより更に好ましく、0.002〜0.012モルがより更に好ましい。
中でも、末端封止剤としてはモノアミン類末端封止剤が好ましく、ポリイミド樹脂(A)の末端に前述した炭素数5〜14の鎖状脂肪族基を導入して耐熱老化性を向上させる観点から、炭素数5〜14の鎖状脂肪族基を有するモノアミンがより好ましく、炭素数5〜14の飽和直鎖状脂肪族基を有するモノアミンが更に好ましい。
末端封止剤は、特に好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−ノニルアミン、イソノニルアミン、n−デシルアミン、及びイソデシルアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−ノニルアミン、及びイソノニルアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、最も好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、及び2−エチルヘキシルアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
ポリイミド樹脂(A)を製造するための重合方法としては、公知の重合方法が適用でき、国際公開第2016/147996号に記載の方法を用いることができる。
(連続強化繊維(B))
本発明に用いる連続強化繊維(B)の形態としては、例えばモノフィラメント又はマルチフィラメントを一方向又は交互に交差するように並べたもの、編織物等の布帛、不織布あるいはマット等の種々の形態が挙げられる。これらのうち、得られる複合材の電磁波シールド性能の観点、及び連続強化繊維(B)層を容易に形成する観点から、モノフィラメントを一方向又は交互に交差するように並べたもの、布帛、不織布又はマットの形態が好ましく、布帛の形態がより好ましい。
連続強化繊維(B)を構成するモノフィラメントの平均繊維径は、1〜100μmであることが好ましく、3〜50μmがより好ましく、4〜20μmであることが更に好ましく、5〜10μmがより更に好ましい。平均繊維径がこの範囲であると、加工が容易であり、得られる複合材の電磁波シールド性能、弾性率及び強度が優れたものとなる。なお、平均繊維径は走査型電子顕微鏡(SEM)などによる観察によって測定することが可能である。50本以上のモノフィラメントを無作為に選んで長さを測定し、個数平均の平均繊維径を算出することができる。
連続強化繊維(B)の繊度は、20〜4,500texが好ましく、50〜4,000texがより好ましい。繊度がこの範囲であると、ポリイミド樹脂(A)の含浸が容易であり、得られる複合材の電磁波シールド性能、弾性率及び強度が優れたものとなる。なお、繊度は任意の長さの連続強化繊維の重量を求めて、1,000m当たりの重量に換算して求めることができる。
連続強化繊維(B)のフィラメント数は通常、500〜100,000の範囲であり、得られる複合材の電磁波シールド性能、弾性率及び強度の観点から、好ましくは1,000〜80,000、より好ましくは2,000〜70,000である。
連続強化繊維(B)を構成する強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、ボロン繊維、セラミック繊維等の無機繊維;アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル(LCP)繊維等の有機繊維が挙げられる。これらの中でも、得られる複合材の電磁波シールド性能及び強度の観点からは無機繊維が好ましく、ガラス繊維及び炭素繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、炭素繊維がさらに好ましい。
炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。また、リグニンやセルロースなど、植物由来原料の炭素繊維も用いることができる。
ポリイミド樹脂(A)との濡れ性、界面密着性を向上させるために、連続強化繊維(B)は表面処理剤で表面処理されたものでもよい。表面処理剤としては、例えば、エポキシ系材料、ウレタン系材料、アクリル系材料、ポリアミド系材料、ポリエステル系材料、ビニルエステル系材料、ポリオレフィン系材料、ポリイミド系材料、ポリエーテルイミド系材料、ポリエーテルケトン系材料、及びポリエーテル系材料が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。特に、エポキシ系材料、ウレタン系材料、ポリイミド系材料、及びポリエーテルイミド系材料を好適に用いることができる。
連続強化繊維(B)の表面処理剤による処理量は、表面処理剤の種類、炭素繊維の形態等により適宜選択することができる。
連続強化繊維(B)として市販品を用いることもできる。連続炭素繊維の市販品としては、例えば東レ(株)製のトレカクロス「CO6142」「CO6151B」、「CO6343」、「CO6343B」、「CO6347B」、「CO6644B」、「CK6244C」、「CK6273C」、「CK6261C」、「UT70」シリーズ、「UM46」シリーズ、「BT70」シリーズ、「T300」シリーズ、「T300B」シリーズ、「T400HB」シリーズ、「T700SC」シリーズ、「T800SC」シリーズ、「T800HB」シリーズ、「T1000GB」シリーズ、「M35JB」シリーズ、「M40JB」シリーズ、「M46JB」シリーズ、「M50JB」シリーズ、「M55J」シリーズ、「M55JB」シリーズ、「M60JB」シリーズ、「M30SC」シリーズ、「Z600GT」シリーズ等;帝人(株)製の「HTA40」シリーズ、「HTS40」シリーズ、「HTS45」シリーズ、「HTS45P12」シリーズ、「STS40」シリーズ、「UTS50」シリーズ、「ITS50」シリーズ、「ITS55」シリーズ、「IMS40」シリーズ、「IMS60」シリーズ、「IMS65」シリーズ、「IMS65P12」シリーズ、「HMA35」シリーズ、「UMS40」シリーズ、「UMS45」シリーズ、「UMS55」シリーズ、「HTS40MC」シリーズ等;三菱ケミカル(株)製の「TR3110M」、「TR3523M」、「TR3524M」、「TR6110HM」、「TR6120HM」、「TRK101M」、「TRK510M」、「TR3160TMS」、「TRK979PQRW」、「TRK976PQRW」、「TR6185HM」、「TRK180M」等のPYROFILクロス、「HT」シリーズ、「IM」シリーズ、「HM」シリーズ」等のPYROFIL炭素繊維トウ、「GRAFIL」炭素繊維トウが挙げられる。
本発明により得られる複合材中の、ポリイミド樹脂(A)と連続強化繊維(B)との含有量比は特に制限されないが、得られる複合材の電磁波シールド性能と成形性とのバランスの観点から、ポリイミド樹脂(A)と連続強化繊維(B)との体積比(A)/(B)として、好ましくは20/80〜80/20、より好ましくは20/80〜70/30、更に好ましくは30/70〜60/40である。
また、繊維強化複合材中の連続強化繊維(B)の含有量は、得られる複合材の電磁波シールド性能と成形性とのバランスの観点から、好ましくは20〜80質量%、より好ましくは30〜80質量%、更に好ましくは40〜70質量%である。
本発明により得られる複合材中の、ポリイミド樹脂(A)と連続強化繊維(B)との合計含有量は、優れた電磁波シールド性能を得る観点から、好ましくは50質量%以上であり、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは80質量%以上、より更に好ましくは85質量%以上、より更に好ましくは90質量%以上であり、上限は100質量%である。
本発明により得られる複合材は、所望の性能を付与する観点から、ポリイミド樹脂(A)以外の熱可塑性樹脂を、必要に応じて含有していてもよい。
ポリイミド樹脂(A)以外の熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂(A)以外のポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルケトン系樹脂(ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトンケトン樹脂等)、ポリベンゾイミダゾール樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。耐熱性向上の観点からはポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂(A)以外のポリイミド樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂が好ましく、耐薬品性向上の観点からはフッ素樹脂、靭性向上の観点からはポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、低吸水性の観点からは液晶ポリマー、難燃性向上の観点からはポリフェニレンサルファイド樹脂、成形性調整の観点からはポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂が好ましい。
これらの熱可塑性樹脂はポリイミド樹脂(A)層とは別の熱可塑性樹脂層として積層してもよく、本発明の効果を阻害しない範囲で、ポリイミド樹脂(A)層に相溶又は非相溶の状態で含有させることもできる。
ポリイミド樹脂(A)以外の熱可塑性樹脂を含有させる場合、本発明の効果が阻害されない範囲であれば、その含有量には特に制限はない。
また、本発明により得られる複合材は、充填材、艶消剤、核剤、可塑剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、着色剤、摺動性改良剤、導電剤、難燃剤、樹脂改質剤、粉末状又は粒子状の金属磁性体、衝撃性改良剤としての微粉末等の添加剤を、必要に応じて含有していてもよい。
上記のうち、衝撃性改良剤としての微粉末としては、成分(A)からなるポリイミド樹脂粉末、成分(A)以外のポリイミド樹脂粉末、ポリエーテルイミド樹脂粉末、ポリエーテルスルホン樹脂粉末、反応性ポリエーテルスルホン樹脂粉末、ポリフェニレンサルファイド粉末、ポリエーテルケトン系樹脂粉末等の有機粉末が挙げられる。当該微粉末の平均粒子径に制限はないが、好ましくは0.1〜200μm、より好ましくは1〜100μm、更に好ましくは2〜50μmである。当該微粉末は、成形加工後に粒子が保持されていても溶融していてもよい。
可塑剤としては高耐熱性のものが好ましく、例えば、旭化成ワッカーシリコーン(株)製「GENIOPLAST Pellet S」等のシリコーン系可塑剤;ペンタエリスリトールテトラステアレート(例えば、Emery Oleochemicals製「LOXIOL VPG861」)等のポリオール脂肪酸エステル;等が挙げられる
上記添加剤の含有量には特に制限はないが、優れた電磁波シールド性能を維持する観点から、複合材中、通常、30質量%以下であり、好ましくは0.0001〜25質量%、より好ましくは0.001〜20質量%、更に好ましくは0.01〜20質量%である。
本発明により得られる複合材の形状は、加熱加圧成形により製造できる形状であれば特に制限されず、複合材の使用部位の形状に応じて適宜選択することができる。加熱加圧成形により製造する観点、及び電磁波シールド材として用いる観点からは複合材は平板状であることが好ましく、その他、曲面状、平板の中央付近に凸部を設けたハット状等でもよい。
複合材の厚さは、優れた電磁波シールド性能を得る観点から、好ましくは0.5mm以上、より好ましくは1mm以上、更に好ましくは1.5mm以上である。本発明により得られる複合材は厚さが厚くなるほど良好な難燃性を示すため、難燃性を向上させる観点においては、より更に好ましくは2mm以上、より更に好ましくは2.5mm以上である。また、製造容易性の観点からは、好ましくは200mm以下、より好ましくは150mm以下、更に好ましくは100mm以下である。複合材の厚さとは、複合材における各層の積層方向の長さを意味する。
また複合材は、両表面がポリイミド樹脂(A)層で構成されていることが好ましい。工程(II)において加熱加圧成形を行う際にポリイミド樹脂(A)を連続強化繊維(B)に均一に含浸させやすくなるためである。さらに、複合材に使用するポリイミド樹脂(A)は結晶サイズが比較的小さいため、該複合材の表面を樹脂が覆っていても一般的な結晶性樹脂で起こりうる色むら(結晶部の白濁)が起こりづらいことからも、複合材の両表面がポリイミド樹脂(A)層で構成されていることが好ましい。併せて、複合材の両表面にポリイミド樹脂(A)が配置されることで、炭素繊維間で発生する電蝕を抑制したり、耐薬品性を向上させたりすることもできるためである。
複合材の両表面とは、各層の積層方向に対し略垂直な上面及び下面である。
さらに、複合体の表面に導電性、高剛性、及びガスバリア性等の任意の特性を付与するために、複合材の両表面、あるいは片表面に金属シート、成分(A)以外のポリイミド樹脂からなるフィルム、液晶ポリエステル(LCP)フィルム等を圧着したものとすることもできる。
<工程(I)>
本発明の製造方法において、工程(I)では、少なくとも1層のポリイミド樹脂(A)層(以下、単に「(A)層」ともいう)と、少なくとも1層の連続強化繊維(B)層(以下、単に「(B)層」ともいう)とを積層し、積層物を得る。該積層物を後述する工程(II)に供して加熱加圧成形を行うことで、ポリイミド樹脂(A)を連続強化繊維(B)に含浸させ、複合材を製造する。
工程(I)において、少なくとも1層の(A)層と少なくとも1層の(B)層を積層する方法としては、例えば、事前にポリイミド樹脂(A)をフィルム、繊維等の形状に成形加工したものを用いて(B)層に積層する方法;(A)層をフィルム状、繊維状等の形状に溶融押し出ししながら(B)層上に直接積層していく方法;等が挙げられる。前者は、室温状態での精密な積層が可能となり、後者は製造工程を大幅に短縮することが可能となる。
工程(I)で用いるポリイミド樹脂(A)層は、連続強化繊維(B)層に均一に含浸させて優れた電磁波シールド性能を得る観点、及び取り扱い性の観点から、ポリイミド樹脂(A)のフィルム又は繊維からなる層であることが好ましく、ポリイミド樹脂(A)のフィルムからなる層であることがより好ましい。粉末状のポリイミド樹脂(A)を使用した成形も可能であるが、粉末はフィルムや繊維よりも比表面積が大きいため加熱加圧成形時に容易に酸化劣化してしまい、強度低下を招くことが懸念される。また、酸化劣化を回避するためには、真空状態や不活性ガス雰囲気での成形が必要となり、実用上で大きな制限がかかる。併せて、粉末状のポリイミド樹脂(A)を連続強化繊維(B)に均一に分散させることは容易ではなく、分散が不均一のまま加熱加圧成形を行うとボイドの発生や局所的な物性低下を招く。これに対して、フィルム又は繊維、特にフィルムであれば、容易に均一にポリイミド樹脂(A)を配置できるため好適である。
ポリイミド樹脂(A)のフィルム又は繊維は、公知の方法により製造できる。ポリイミド樹脂(A)のフィルムの製造方法としては、例えば、ポリイミド樹脂(A)ペレットを製造した後、該ペレットを押出機より押し出して連続的にフィルムを成形する方法;ポリイミド樹脂(A)の粉末又はペレットを熱プレス機により成形する方法;等が挙げられる。ポリイミド樹脂(A)の繊維の製造方法としては、例えばポリイミド樹脂(A)ペレットから溶融紡糸により繊維を製造する方法等が挙げられる。
複合材に前述した添加剤を含有させる場合には、取り扱い性の観点、及び添加剤を均一に分散させる観点から、ポリイミド樹脂(A)層に添加剤を含有させることが好ましい。
工程(I)で用いるポリイミド樹脂(A)層がフィルムである場合、該フィルムの厚さは、製造容易性、取り扱い性、及び連続強化繊維(B)層への含浸性の観点から、好ましくは20〜500μm、より好ましくは40〜300μm、更に好ましくは50〜200μmである。また、工程(I)で用いるポリイミド樹脂(A)層がポリイミド樹脂繊維から構成される場合、含浸性の観点から、樹脂繊維の平均繊維長は、好ましくは1〜20mm、より好ましくは1〜15mmである。さらに、ポリイミド樹脂(A)層がポリイミド樹脂繊維から構成される場合、通常、該繊維が束状になった熱可塑性樹脂繊維束(マルチフィラメント)を用いてポリイミド樹脂(A)層を製造するが、該繊維束1本当たりの合計繊度は、好ましくは37〜600D、該繊維束を構成する繊維数は、好ましくは1〜200fである。
工程(I)で用いる連続強化繊維(B)層としては、前述した、モノフィラメントを一方向又は交互に交差するように並べたもの(例えばUD材)、布帛、不織布又はマット等の形態の連続強化繊維を用いることができる。これらの中でも、優れた電磁波シールド性能を得る観点、及び取り扱い性の観点から、布帛の形態が好ましい。
工程(I)で用いる連続強化繊維(B)層の厚さは、優れた電磁波シールド性能を得る観点、及びポリイミド樹脂(A)の含浸性の観点から、好ましくは0.1〜1mm、より好ましくは0.15〜0.8mmである。
ポリイミド樹脂(A)層と連続強化繊維(B)層の積層数は特に制限されないが、優れた電磁波シールド性能を得る観点、及び生産性の観点から、(A)層は好ましくは1〜500層、より好ましくは3〜200層、更に好ましくは5〜100層であり、(B)層は好ましくは1〜500層、より好ましくは2〜200層、更に好ましくは4〜100層である。
またポリイミド樹脂(A)層と連続強化繊維(B)層の合計積層数は、複合材が所望の厚さとなるよう適宜選択できるが、優れた電磁波シールド性能を得る観点、及び生産性の観点から、好ましくは2〜1000層、より好ましくは5〜400層、更に好ましくは9〜200層である。
工程(I)において、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリイミド樹脂(A)層及び連続強化繊維(B)層以外の他の層をさらに積層することもできる。当該他の層としては、ポリイミド樹脂(A)層以外の熱可塑性樹脂層、接着層、金属層等が挙げられる。優れた電磁波シールド性能を得る観点、及び成形性の観点からは、工程(I)で得られる積層物は、ポリイミド樹脂(A)層及び連続強化繊維(B)層のみから構成されたものであることが好ましい。
ポリイミド樹脂(A)層又は連続強化繊維(B)層を2層以上積層する場合、積層順序は特に制限されないが、複合材において均一で且つ優れた電磁波シールド性能を得る観点から、(A)層と(B)層とを交互に積層することが好ましい。
(A)層と(B)層とを交互に積層する態様には、(A)層−(B)層−(A)層のように(A)層と(B)層を1層ずつ交互に積層する態様の他、(A)層−(A)層−(B)層−(A)層−(A)層のように、同一の層を2層以上重ねて、別の層と交互に積層する態様も含まれる。
また、工程(II)において加熱加圧成形を行う際にポリイミド樹脂(A)を連続強化繊維(B)に均一に含浸させる観点から、積層物の最上層及び最下層はポリイミド樹脂(A)層であることが好ましい。
一方、ポリイミド樹脂(A)層の形成においてポリイミド樹脂繊維を使用する場合には、特開2014−224333の内容を参酌することもできる。
<工程(II)>
工程(II)では、工程(I)で得られた前記積層物を、下記式(i)で表される加工パラメータXが35以上87以下となる条件で加熱加圧成形する。本発明の方法は工程(II)を有することで、前述の作用機構により、優れた電磁波シールド性能を有する複合材を製造できる。
X=(Tp−Tm)×P1/2/1000 (i)
上記式(i)において、Tpは成形時の温度(℃)、Tmはポリイミド樹脂(A)の融点(℃)、Pは成形時のプレス圧力(MPa)である。
式(i)において、Tp−Tmは、ポリイミド樹脂(A)を連続強化繊維(B)に十分に含浸させて優れた電磁波シールド性能を有する複合材を得る観点から、好ましくは15℃以上、より好ましくは20℃以上、更に好ましくは25℃以上、より更に好ましくは30℃以上である。また、加熱加圧成形においてポリイミド樹脂(A)の系外への流出を抑える観点から、Tp−Tmは、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下、更に好ましくは50℃以下、より更に好ましくは40℃以下である。
式(i)において、成形時のプレス圧力Pは、ポリイミド樹脂(A)を連続強化繊維(B)に十分に含浸させて優れた電磁波シールド性能を有する複合材を得る観点から、好ましくは0.1MPa以上、より好ましくは0.5MPa以上、更に好ましくは1.0MPa以上、より更に好ましくは2.0MPa以上である。また、加熱加圧成形においてポリイミド樹脂(A)の系外への流出を抑える観点から、成形時のプレス圧力Pは、好ましくは50MPa以下、より好ましくは30MPa以下、更に好ましくは20MPa以下、より更に好ましくは10MPa以下である。
式(i)で表される加工パラメータXの値は、ポリイミド樹脂(A)を連続強化繊維(B)に十分に含浸させて優れた電磁波シールド性能を有する複合材を得る観点から、35以上であり、好ましくは40以上、より好ましくは50以上、更に好ましくは55以上である。また、加熱加圧成形においてポリイミド樹脂(A)の系外への流出を抑える観点から、Xの値は、87以下であり、好ましくは85以下、より好ましくは80以下、更に好ましくは75以下である。
工程(II)における加熱加圧成形は、熱プレス装置、真空熱プレス装置、加圧ロール、ダブルベルトプレス等を用いて公知の方法により行うことができる。成形時のプレス圧力Pを制御する観点からは、熱プレス装置を用いることが好ましい。
工程(II)の加熱加圧成形における樹脂流出量は、好ましくは1.0〜5.0%、より好ましくは1.0〜4.0%である。当該樹脂流出量が上記範囲であると、ポリイミド樹脂(A)を連続強化繊維(B)に十分に含浸させることが容易であり、優れた電磁波シールド性能が得られやすくなる。なお、樹脂流出量は下記式より算出される値である。
樹脂流出量(%)={(工程(I)で得られた積層物の質量(g))−(得られた複合材の質量(g))}÷(工程(I)で用いた樹脂の質量(g))×100
本発明の方法は前記工程(I)及び工程(II)を順に有していればよく、さらに他の工程を有していてもよい。
本発明においては、工程(II)の後に、系外に流出した余剰の熱可塑性樹脂を切削等により除去する工程を行うことが好ましい。
その他の工程としては、工程(I)と工程(II)との間、又は工程(II)の後に、複合材の両表面、あるいは片表面に金属シート、成分(A)以外のポリイミド樹脂からなるフィルム、液晶ポリエステル(LCP)フィルム等を圧着する工程を行ってもよい。また、工程(II)の後に、複合材の寸法安定性を向上させるため、さらに熱処理を行うこともできる。
さらに、例えば工程(II)の後に、さらなるシールド特性を付与するために複合体表面にシールド塗料を塗布する工程;複合材表面にレーザー、物理研磨、プレス等により細かな溝を刻み、他樹脂をインサート成形等で接合する工程;レーザー、物理研磨、プレス等により細かな溝を刻んだ金属や合金、熱硬化樹脂に対し、複合材を加熱圧着することで接合する工程;等を行うこともできる。
本発明の方法により得られる繊維強化複合材は、優れた電磁波シールド性能を有することから、電磁波シールド材として好適である。その他、該複合材は、インストルメントパネル、ドアビーム、アンダーカバー、ランプハウジング、ペダルハウジング、ラジエータサポート、スペアタイヤカバー、フロントエンドなどの各種モジュール、シリンダーヘッドカバー、ベアリングリテーナ、インテークマニホールド、ペダル等の自動車部品、自転車用筐体部材、トラック、トレーラー、ダンプカー、キャタピラ駆動車、等の特殊車両部材、ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、フェイリング、リブなどの航空機関連部品、モンキー、レンチ等の工具類、産業用配管、石油切削用配管や部材、電話、ファクシミリ、VTR、コピー機、時計、テレビ、電子レンジ、音響機器、スピーカー用振動板、トイレタリー用品、レーザーディスク(登録商標)、冷蔵庫、エアコンなどの家庭・事務電気製品部品も挙げられる。またパーソナルコンピューター、携帯電話などの筐体や、電気・電子機器用部材、充電器カバーやバッテリーACアダプターケース、コンデンサーケース、電力メーター、ドアパーツなどの自動車外装大型成形品シャーシ/フレーム、足回り、駆動系部品、内装部品、外装部品、機能部品、その他部品等にも適用できる。
次に実施例を挙げて本発明をより詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、製造例及び実施例における各種測定、評価は以下のように行った。
<赤外線分光分析(IR測定)>
ポリイミド樹脂のIR測定は日本電子(株)製「JIR−WINSPEC50」を用いて行った。
<対数粘度μ>
ポリイミド樹脂を190〜200℃で2時間乾燥した後、該ポリイミド樹脂0.100gを濃硫酸(96%、関東化学(株)製)20mLに溶解したポリイミド樹脂溶液を測定試料とし、キャノンフェンスケ粘度計を使用して30℃において測定を行った。対数粘度μは下記式により求めた。
μ=ln(ts/t)/C
:濃硫酸の流れる時間
ts:ポリイミド樹脂溶液の流れる時間
C:0.5g/dL
<融点、ガラス転移温度、結晶化温度、結晶化発熱量>
熱可塑性樹脂の融点Tm、ガラス転移温度Tg、結晶化温度Tc、及び結晶化発熱量ΔHmは、示差走査熱量計装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製「DSC−6220」)を用いて測定した。
窒素雰囲気下、試料に下記条件の熱履歴を課した。熱履歴の条件は、昇温1度目(昇温速度10℃/分)、その後冷却(降温速度20℃/分)、その後昇温2度目(昇温速度10℃/分)である。加熱温度は室温から400℃までとした。
融点Tmは昇温2度目で観測された吸熱ピークのピークトップ値を読み取り決定した。ガラス転移温度Tgは昇温2度目で観測された値を読み取り決定した。結晶化温度Tcは冷却時に観測された発熱ピークのピークトップ値を読み取り決定した。
また結晶化発熱量ΔHm(mJ/mg)は冷却時に観測された発熱ピークの面積から算出した。
<半結晶化時間>
ポリイミド樹脂の半結晶化時間は、示差走査熱量計装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製「DSC−6220」)を用いて測定した。
窒素雰囲気下、420℃で10分保持し、ポリイミド樹脂を完全に溶融させたのち、冷却速度70℃/分の急冷操作を行った際に、観測される結晶化ピークの出現時からピークトップに達するまでにかかった時間を計算した。なお表1中、半結晶化時間が20秒以下である場合は「<20」と表記した。
<重量平均分子量>
ポリイミド樹脂の重量平均分子量(Mw)は、昭和電工(株)製のゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)測定装置「Shodex GPC−101」を用いて下記条件にて測定した。
カラム:Shodex HFIP−806M
移動相溶媒:トリフルオロ酢酸ナトリウム2mM含有HFIP
カラム温度:40℃
移動相流速:1.0mL/min
試料濃度:約0.1質量%
検出器:IR検出器
注入量:100μm
検量線:標準PMMA
<厚さ測定>
複合材及びその作製に使用した部材の厚さは、マイクロメータ((株)ミツトヨ製「Mitsutoyo ABSOLUTE 547−401」)を用いて測定した。
<樹脂流出量>
各例の複合材作製における樹脂流出量は、下記式より算出した。
樹脂流出量(%)={(工程(I)で得られた積層物の質量(g))−(得られた複合材の質量(g))}÷(工程(I)で用いた樹脂の質量(g))×100
<ボイドの有無>
各例で作製し、次いで切削加工して得られた複合材の断面をデジタル顕微鏡((株)キーエンス製「VHX−6000」)を用いて、倍率500倍の条件で観察し、ボイドの有無を下記基準で評価した。
A:炭素繊維同士の隙間に樹脂成分が十分に含浸されており、ボイド(黒い影)が観察されない。
B:炭素繊維同士の隙間に樹脂成分が含浸されているが、ボイドが部分的に観察される。
C:炭素繊維同士の隙間の大部分にボイドが観察される。
<電磁波シールド性能>
各例で作製した328mm×328mmの平板状の繊維強化複合材を300mm×300mmに切削加工した。この複合材を用いて、国際電気電子工業会IEEE−Std−299の規格に基づき、KEC法により、下記条件で電界及び磁界のシールド性能(dB)を測定した。
(測定条件)
使用装置:東陽テクニカ製 シールド材料透過損失測定システム「JSE−KEC」(一般社団法人KEC関西電子工業振興センターなどで開発したシールド材料評価測定装置)
測定雰囲気:23℃、50%R.H.
測定周波数:1〜1000MHz
なおシールド性能(dB)は下記式より算出され、値が大きいほどシールド性能が高いことを意味する。
シールド性能(dB)=20×log({複合材がある状態での電界(又は磁界)強度}/{複合材がない状態での電界(又は磁界)強度})
また表3に示す「平均シールド性能」とは、測定周波数1〜1000MHzにおけるシールド性能(dB)の平均値である。
製造例1(ポリイミド樹脂1の製造)
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)218.12g(1.00mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製、シス/トランス比=7/3)49.79g(0.35mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)93.77g(0.65mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール250gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。滴下により発熱が起こるが、内温は40〜80℃に収まるよう調整した。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール130gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)1.284g(0.010mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、真空乾燥機で90℃、10時間乾燥を行い、317gのポリイミド樹脂1の粉末を得た。
ポリイミド樹脂1のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は1.30dL/g、Tmは323℃、Tgは184℃、Tcは266℃、結晶化発熱量は21.0mJ/mg、半結晶化時間は20秒以下、Mwは55,000であった。
製造例1におけるポリイミド樹脂の組成及び評価結果を表1に示す。なお、表1中のテトラカルボン酸成分及びジアミン成分のモル%は、ポリイミド樹脂製造時の各成分の仕込み量から算出した値である。
Figure 0006962513
表中の略号は下記の通りである。
・PMDA;ピロメリット酸二無水物
・1,3−BAC;1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン
・OMDA;1,8−オクタメチレンジアミン
実施例1−1〜1−3(炭素繊維強化複合材の製造及び評価)
<ポリイミド樹脂フィルムの作製>
製造例1で得られたポリイミド樹脂1の粉末を、二軸混練押出機「TEM58SX」(芝浦機械(株)製)を用いてバレル温度250〜330℃、スクリュー回転数100rpmで押し出した。押出機より押し出されたストランドを空冷後、ペレタイザー((株)星プラスチック製「ファンカッターfcwn30−12」)によってペレット化した。
得られたペレットを、160℃に加熱した熱風乾燥機で12時間乾燥させた後、幅900mmのTダイスを備えたΦ40mmの単軸押出成形機にセットして溶融混練した。この際に、単軸押出機の温度は340〜355℃、Tダイスの温度は355℃とした。溶融混練したポリイミド樹脂1を単軸押出成形機のTダイスから連続的に押し出して、150℃に加熱された冷却ロールにて冷却させたのち、巻取機の巻取管に順次巻き取り、長さ100m、幅650mm、厚さ0.05mmのフィルムを製造した。フィルムをカッターにより切断し、ポリイミド樹脂1からなる328mm×328mm×0.05mm厚のフィルムを作製した。
<複合材の作製>
前記ポリイミド樹脂フィルムを2枚重ねて載置し、そのフィルム上に炭素繊維織物(東レ(株)製「CO6343」、T300平織りクロス、縦糸及び横糸のフィラメント数:3K、織物重量:198g/m、0.25mm厚、4ply)を328mm×328mmに切断したものを積層した。この上にポリイミド樹脂フィルム2枚及び炭素繊維織物1枚を交互に積層し、最後にポリイミド樹脂フィルムを2枚積層して、ポリイミド樹脂フィルムを合計20枚、炭素繊維織物を合計9枚積層した積層物を得た(工程(I))。
この積層物を、熱プレス装置((株)小平製作所製)を使用して、プレス機温度(Tp)355℃、プレス圧(P)3MPa、プレス時間900秒の条件で加熱加圧成形した(工程(II))。冷却後、バリを含んだ端部をダイアモンドカッターにて切断し、両表面がポリイミド樹脂1で構成された300mm×300mm×厚さ2mmの平板状の繊維強化複合材を作製した。
この複合材を用いて、前述した各種評価を行った。結果を表2に示す。なお、表2に示す実施例1−1〜1−3は、同一条件で複合材を5個作製し、樹脂流出量がそれぞれ中央値、最小値、及び最大値となった複合材の評価結果を示したものである。また、実施例1−1で作製した平板状の複合材を用いて、前記方法でシールド性能を評価した。結果を表3に示す。
実施例2〜3、比較例1〜3
実施例1−1〜1−3において、ポリイミド樹脂フィルム及び炭素繊維織物の積層数、並びに成形条件を表2に記載の通り変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で平板状の複合材を作製し、前述した各種評価を行った。結果を表2に示す。実施例2及び3の樹脂流出量については、n=3の平均値を示した。なお、比較例1で作製した平板状の複合材を用いて、前記方法でシールド性能を評価した。結果を表3に示す。
比較例4
実施例1において、ポリイミド樹脂フィルムに替えてポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK樹脂)フィルム(信越ポリマー(株)製「Shin−Etsu Sepla Film」、328mm×328mm×0.05mm厚、PEEKの融点:343℃、Tg:143℃)を用い、プレス機温度(Tp)を380℃に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で複合材を作製し、各種評価を行った。結果を表2に示す。なお、比較例4で作製した平板状の複合材を用いて、前記方法でシールド性能を評価した。結果を表3に示す。
実施例4
実施例1−1〜1−3に記載の方法と同様の方法で、ポリイミド樹脂1からなる350mm×145mm×0.05mm厚のフィルムを作製した。
このポリイミド樹脂フィルムを2枚重ねて載置し、該フィルム上に炭素繊維織物(東レ(株)製「CO6343」、T300平織りクロス、縦糸及び横糸のフィラメント数:3K、織物重量:198g/m、0.25mm厚、4ply)を350mm×145mmに切断したものを積層した。この上にポリイミド樹脂フィルム1枚及び炭素繊維織物1枚を交互に積層し、最後にポリイミド樹脂フィルムを2枚積層して、ポリイミド樹脂フィルムを合計12枚、炭素繊維織物を合計9枚積層した積層物を得た(工程(I))。
この積層物を、熱プレス装置((株)小平製作所製)にてハット型の金型を使用して、プレス機温度(Tp)355℃、プレス圧(P)5MPa、プレス時間900秒の条件で加熱加圧成形した(工程(II))。冷却後、バリを含んだ端部をダイアモンドカッターにて切断し、両表面がポリイミド樹脂1で構成されたハット状の繊維強化複合材100を得た。得られた複合材100を用いて、前述した各種評価を行った。結果を表2に示す。
図1は実施例4で得られたハット状の繊維強化複合材100の形状を示す断面模式図であり、図2はその斜視図である。図1におけるaは15mm、bは25mm、cは40mm、eは70mmであり、図2におけるLは300mmである。また複合材の厚さdは表1に示した。
参考例1
実施例1で作製した328mm×328mm×0.1mm厚のポリイミド樹脂フィルムを用いて、前記方法でシールド性能を評価した。結果を表3に示す。
Figure 0006962513
Figure 0006962513
表3に示すように、実施例1−1の繊維強化複合材は、同一のポリイミド樹脂及び連続炭素繊維を用い、製造条件のみが異なる比較例1の複合材、及び、ポリイミド樹脂(A)に替えてPEEK樹脂を用いた比較例4と対比すると、特に低周波数領域(100MHz以下)での電界シールド性能が高いことがわかる。
なお参考例1に示すように、ポリイミド樹脂(A)層単独では十分なシールド性能が得られないことを確認した。
本発明によれば、熱可塑性樹脂と連続強化繊維とを含有し、優れた電磁波シールド性能を有する繊維強化複合材を製造する方法を提供できる。
100 ハット状の繊維強化複合材

Claims (4)

  1. 下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20〜70モル%のポリイミド樹脂(A):
    Figure 0006962513

    (Rは少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。Rは炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びXは、それぞれ独立に、少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)、及び、
    連続強化繊維(B)を含有する繊維強化複合材の製造方法であって、
    下記工程(I)及び工程(II)を順に有する、繊維強化複合材の製造方法。
    工程(I):少なくとも1層のポリイミド樹脂(A)層と、少なくとも1層の連続強化繊維(B)層とを積層し、積層物を得る工程
    工程(II):前記積層物を、下記式(i)で表される加工パラメータXが35以上87以下となる条件で加熱加圧成形する工程
    X=(Tp−Tm)×P1/2/1000 (i)
    上記式(i)において、Tpは成形時の温度(℃)、Tmはポリイミド樹脂(A)の融点(℃)、Pは成形時のプレス圧力(MPa)である。
  2. 前記連続強化繊維(B)を構成する強化繊維が炭素繊維である、請求項1に記載の繊維強化複合材の製造方法。
  3. 前記工程(II)の加熱加圧成形における樹脂流出量が1.0〜5.0%である、請求項1又は2に記載の繊維強化複合材の製造方法。
  4. 前記繊維強化複合材中の連続強化繊維(B)の含有量が20〜80質量%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化複合材の製造方法。
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