JPH04227642A - 高機能性複合材料用プリプレグ - Google Patents
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
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-
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- C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
- C08J2333/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters
- C08J2333/14—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers esters of esters containing halogen, nitrogen, sulfur, or oxygen atoms in addition to the carboxy oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
- C08J2375/04—Polyurethanes
- C08J2375/14—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C08J2375/16—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds having terminal carbon-to-carbon unsaturated bonds
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フリーラジカル反応で
硬化し、主としてモノマーを含まないビニルエステルウ
レタン樹脂および配向性強化繊維からなる高機能性複合
材料用のプリプレグに関するものである。
硬化し、主としてモノマーを含まないビニルエステルウ
レタン樹脂および配向性強化繊維からなる高機能性複合
材料用のプリプレグに関するものである。
【0002】
【従来の技術】高機能性複合材料は、航空機および自動
車等の乗物工業において使用が増加している。板ばねの
ような高いストレスを受けるパーツは、既に工業規模で
エポキシ樹脂および配向性ガラス繊維束に基づいたプリ
プレグから製造されている。しかしながら、エポキシ樹
脂は高価であるにもかかわらず、比較的硬化時間が長い
欠点を有しており、また硬化複合材料が高い吸湿率(リ
ゲイン)を有するのが不満足となっている。
車等の乗物工業において使用が増加している。板ばねの
ような高いストレスを受けるパーツは、既に工業規模で
エポキシ樹脂および配向性ガラス繊維束に基づいたプリ
プレグから製造されている。しかしながら、エポキシ樹
脂は高価であるにもかかわらず、比較的硬化時間が長い
欠点を有しており、また硬化複合材料が高い吸湿率(リ
ゲイン)を有するのが不満足となっている。
【0003】
【発明の目的】本発明の目的は、上述の欠点を有してい
ない高機能性複合材料のためのプリプレグを提供するこ
とである。
ない高機能性複合材料のためのプリプレグを提供するこ
とである。
【0004】
【発明の構成】我々は、この目的が配向性強化繊維およ
び本質的にモノマーを含まないビニルエステルウレタン
樹脂からなるプリプレグにより達成されることを、見出
している。
び本質的にモノマーを含まないビニルエステルウレタン
樹脂からなるプリプレグにより達成されることを、見出
している。
【0005】従って本発明は、フリーラジカル反応で硬
化し、30乃至70容量%の配向性強化繊維および70
乃至30容量%のビニルエステルウレタン樹脂を含み、
この樹脂が、 A)ポリイソシアネートを B1)ジアミンまたは B2)二価アルコールを用いるかまたは用いないでC)
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートと反応するこ
とにより製造され、ここにおいてA:(B1+B2)の
重量比が100:0から100:30、好適には100
:5から100:15であるようにして反応し、同上樹
脂が遊離イソシアネート基を1重量%以下となる高機能
性複合材料のためのプリプレグを提供している。本発明
によれば、ビニルエステルウレタン樹脂は、2重量%よ
りも少ない不飽和モノマーを含んでいる。
化し、30乃至70容量%の配向性強化繊維および70
乃至30容量%のビニルエステルウレタン樹脂を含み、
この樹脂が、 A)ポリイソシアネートを B1)ジアミンまたは B2)二価アルコールを用いるかまたは用いないでC)
ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートと反応するこ
とにより製造され、ここにおいてA:(B1+B2)の
重量比が100:0から100:30、好適には100
:5から100:15であるようにして反応し、同上樹
脂が遊離イソシアネート基を1重量%以下となる高機能
性複合材料のためのプリプレグを提供している。本発明
によれば、ビニルエステルウレタン樹脂は、2重量%よ
りも少ない不飽和モノマーを含んでいる。
【0006】モノマー含有ビニルエステルウレタンは、
長期間既知であり、例えば米国特許第3297745号
および米国特許第3772404号に開示されている。 米国特許第4390662号は、長鎖ポリエステルポリ
オールまたはポリエーテルポリオールに基づいたモノマ
ーを含有しないアクリルウレタン0.5乃至70重量%
と不飽和ポリエステルとの混合物を、記載している。こ
れらの樹脂は、不飽和ポリエステルが高レベルであるた
めに、機械物性、特に耐熱性および成形強度が著しく低
すぎるために、高機能性複合材料を製造するためには不
適当である。
長期間既知であり、例えば米国特許第3297745号
および米国特許第3772404号に開示されている。 米国特許第4390662号は、長鎖ポリエステルポリ
オールまたはポリエーテルポリオールに基づいたモノマ
ーを含有しないアクリルウレタン0.5乃至70重量%
と不飽和ポリエステルとの混合物を、記載している。こ
れらの樹脂は、不飽和ポリエステルが高レベルであるた
めに、機械物性、特に耐熱性および成形強度が著しく低
すぎるために、高機能性複合材料を製造するためには不
適当である。
【0007】米国特許第4131602号は、トリオー
ルまたはテトラオールとジイソシアネートとの反応およ
び続いてこのヒドロキシアクリレートとの反応を記載し
ている。この反応生成物は、放射線硬化性塗料として使
用されることができる。
ルまたはテトラオールとジイソシアネートとの反応およ
び続いてこのヒドロキシアクリレートとの反応を記載し
ている。この反応生成物は、放射線硬化性塗料として使
用されることができる。
【0008】米国特許第4213857号は、ビスフェ
ノールA/ポリエステルポリオールとポリイソシアネー
トおよびヒドロキシル末端アクリルエステルとの反応生
成物を記載している。これらのビニルエステルウレタン
は、共重合性溶剤に溶解された形でコーティング剤とし
て用いられる。
ノールA/ポリエステルポリオールとポリイソシアネー
トおよびヒドロキシル末端アクリルエステルとの反応生
成物を記載している。これらのビニルエステルウレタン
は、共重合性溶剤に溶解された形でコーティング剤とし
て用いられる。
【0009】欧州特許公開第64809号は、ポリウレ
タンポリアクリレート樹脂をメチルメタクリレートモノ
マーに溶解した流動性溶液を金型中に射出成形するプラ
スチック成形製造方法を記載している。この混合物が大
量の低沸点モノマーを含んでいるという事実から離れて
も、その低粘度もために配向性強化繊維を含浸させるの
に適当でなく、従って高機能性複合材料の製造にも不適
当である。
タンポリアクリレート樹脂をメチルメタクリレートモノ
マーに溶解した流動性溶液を金型中に射出成形するプラ
スチック成形製造方法を記載している。この混合物が大
量の低沸点モノマーを含んでいるという事実から離れて
も、その低粘度もために配向性強化繊維を含浸させるの
に適当でなく、従って高機能性複合材料の製造にも不適
当である。
【0010】ドイツ特許公開公報第3744390号は
、強化繊維および本発明の樹脂に相似した構造を有する
変性ビニルエステルウレタン樹脂から形成される複合材
料を記載している。それが本発明と著しく違っている点
は、不飽和モノマー、特にスチレン中の少なくとも15
重量%溶液で存在することである。このような低粘度樹
脂は、上記のドイツ特許公開公報第3744390号中
の強化繊維として好適である。ゆるい繊維マットを含浸
させるのに特に適当している。高機能性複合材料用プリ
プレグにおいて要求される配向性強化繊維の含浸および
プリプレグのそれから後の加工に対しては、しかしなが
ら、その粘度が著しく低すぎることとなろう。さらにス
チレンは高蒸気圧であるために、オートクレーブ方法に
よるプリプレグの加工においては問題を起こすことにな
ろう。
、強化繊維および本発明の樹脂に相似した構造を有する
変性ビニルエステルウレタン樹脂から形成される複合材
料を記載している。それが本発明と著しく違っている点
は、不飽和モノマー、特にスチレン中の少なくとも15
重量%溶液で存在することである。このような低粘度樹
脂は、上記のドイツ特許公開公報第3744390号中
の強化繊維として好適である。ゆるい繊維マットを含浸
させるのに特に適当している。高機能性複合材料用プリ
プレグにおいて要求される配向性強化繊維の含浸および
プリプレグのそれから後の加工に対しては、しかしなが
ら、その粘度が著しく低すぎることとなろう。さらにス
チレンは高蒸気圧であるために、オートクレーブ方法に
よるプリプレグの加工においては問題を起こすことにな
ろう。
【0011】以下の説明は、出発原料に関するものであ
る:強化繊維適当な強化繊維は、通例の無機または有機
繊維であり、好適にはガラス、炭素または芳香族ポリア
ミドから製造される繊維である。本質的な特徴は、繊維
が配向されていることである。従って繊維マットは、不
適当である。好適なのは、積重ね繊維、特に一方向に配
列されたガラス繊維および織り合わされた繊維である。 本発明のプリプレグは、30乃至70容量%、好適には
50乃至60容量%の強化繊維を含んでいる。
る:強化繊維適当な強化繊維は、通例の無機または有機
繊維であり、好適にはガラス、炭素または芳香族ポリア
ミドから製造される繊維である。本質的な特徴は、繊維
が配向されていることである。従って繊維マットは、不
適当である。好適なのは、積重ね繊維、特に一方向に配
列されたガラス繊維および織り合わされた繊維である。 本発明のプリプレグは、30乃至70容量%、好適には
50乃至60容量%の強化繊維を含んでいる。
【0012】イソシアネート本発明の目的のためのビニ
ルエステルウレタン樹脂を製造するためには、少なくと
も分子当りで2個のイソシアネート基を有するすべての
既知脂肪族、脂環族または芳香族ポリイソシアネートを
使用することが可能である。適当なイソシアネートの例
としては、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネー
ト(MDI)、ヘチサメチレンジイソシアネート(HD
I)、トリメチルヘキシルジイソシアネート(TMDI
)、シクロヘキシルジイソシアネート、ジシクロペンタ
ジエンジメチレンジイソシアネート、ジイソシアナート
ジフェニルエーテル、ジイソシアナートナフタレン、ジ
フェニルメタンジイソシアネートおよび異性体混合物で
あるジイソシアナートトルエン、イソホロンジイソシア
ネート(IPDI)、ジシクロヘキシルジイソシアネー
ト、ポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネート(
粗製MDI);トリイソシアナートシクロヘキサン、ト
リイソシアナートトルエン、トリイソシアナートナフタ
レン、トリイソシアナートビフェニル、トリ−イソシア
ナートトリメチルベンゼン、トリイソシアナートジフェ
ニルメタン、トリイソシアナートメチルジフェニルメタ
ン、トリイソシアナートリフェニルメタン、トリイソシ
アナートジフェニルエーテル、テトライソシアナートジ
フェニルスルフィド;ウレタン−含有プリポリマーポリ
イソシアネート例えばトリメチロールプロパンおよびジ
イソシアナートトルエンの反応生成物;イソシアヌレー
ト基を含み例えばHDI、ジフェニルメタンジイソシア
ネートおよびイソホロンジイソシアネートに基づいてい
る三量体化ポリイソシアネート;ポリイソシアネートを
適当な触媒存在化で不足量のポリエポキシドと反応して
製造するプリポリマーポリイソシアネート;若干のNC
O基の予備反応によりカルボジイミドおよびウレタンイ
ミン基を含むポリイソシアネート;およびまたNCO基
のみならずウレトジオン基を含むプリポリマー等である
。
ルエステルウレタン樹脂を製造するためには、少なくと
も分子当りで2個のイソシアネート基を有するすべての
既知脂肪族、脂環族または芳香族ポリイソシアネートを
使用することが可能である。適当なイソシアネートの例
としては、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネー
ト(MDI)、ヘチサメチレンジイソシアネート(HD
I)、トリメチルヘキシルジイソシアネート(TMDI
)、シクロヘキシルジイソシアネート、ジシクロペンタ
ジエンジメチレンジイソシアネート、ジイソシアナート
ジフェニルエーテル、ジイソシアナートナフタレン、ジ
フェニルメタンジイソシアネートおよび異性体混合物で
あるジイソシアナートトルエン、イソホロンジイソシア
ネート(IPDI)、ジシクロヘキシルジイソシアネー
ト、ポリフェニレンポリメチレンポリイソシアネート(
粗製MDI);トリイソシアナートシクロヘキサン、ト
リイソシアナートトルエン、トリイソシアナートナフタ
レン、トリイソシアナートビフェニル、トリ−イソシア
ナートトリメチルベンゼン、トリイソシアナートジフェ
ニルメタン、トリイソシアナートメチルジフェニルメタ
ン、トリイソシアナートリフェニルメタン、トリイソシ
アナートジフェニルエーテル、テトライソシアナートジ
フェニルスルフィド;ウレタン−含有プリポリマーポリ
イソシアネート例えばトリメチロールプロパンおよびジ
イソシアナートトルエンの反応生成物;イソシアヌレー
ト基を含み例えばHDI、ジフェニルメタンジイソシア
ネートおよびイソホロンジイソシアネートに基づいてい
る三量体化ポリイソシアネート;ポリイソシアネートを
適当な触媒存在化で不足量のポリエポキシドと反応して
製造するプリポリマーポリイソシアネート;若干のNC
O基の予備反応によりカルボジイミドおよびウレタンイ
ミン基を含むポリイソシアネート;およびまたNCO基
のみならずウレトジオン基を含むプリポリマー等である
。
【0013】好適なイソシアネートは、4,4′−ジフ
ェニルメタンジイソシアネートおよび2,2′−および
4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートの異性体
混合物である。
ェニルメタンジイソシアネートおよび2,2′−および
4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートの異性体
混合物である。
【0014】ジアミン
適当なジアミンは、脂肪族アミンのみならず芳香族アミ
ンをも含んでいる。例としては、エチレンジアミン、ジ
エチレントリアミン、ビス(4−アミノシクロヘキシル
)メタン、ジアミノジフェニルメタンおよびジアミノジ
フェニルスルホンがある。特に好適なアミンは、分子量
が150から5000までを有する長鎖アミンである。 これらには、エーテルジアミン例えば4,7−ジオキサ
デカン−1,10−ジアミンおよび一般式次式でmが2
から80までである化合物
ンをも含んでいる。例としては、エチレンジアミン、ジ
エチレントリアミン、ビス(4−アミノシクロヘキシル
)メタン、ジアミノジフェニルメタンおよびジアミノジ
フェニルスルホンがある。特に好適なアミンは、分子量
が150から5000までを有する長鎖アミンである。 これらには、エーテルジアミン例えば4,7−ジオキサ
デカン−1,10−ジアミンおよび一般式次式でmが2
から80までである化合物
【0015】
【化3】
または一般式次式でnが5から80までである化合物
【
0016】
0016】
【化4】
およびまた、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル、ポリブタンジエングリコール、ポリカプロラクトン
グリコールまたはポリテトラメチレンエーテルグリコー
ル等のジオールのアミノ安息香酸エステルおよびアント
ラニル酸エステルが、含まれている。特に好適なのは、
次式でpが5から80までであるポリテトラメチレンエ
ーテルグリコールのアミノ安息香酸エステルである。
ル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル、ポリブタンジエングリコール、ポリカプロラクトン
グリコールまたはポリテトラメチレンエーテルグリコー
ル等のジオールのアミノ安息香酸エステルおよびアント
ラニル酸エステルが、含まれている。特に好適なのは、
次式でpが5から80までであるポリテトラメチレンエ
ーテルグリコールのアミノ安息香酸エステルである。
【0017】
【化5】
二価アルコール
イソシアネートとの反応に適している二価アルコールの
例は、脂肪族ジオールまたはポリエーテルオール、好適
には750より少ない分子量、特に好適には600より
少ない分子量を有するジオール、例えば1,2−エタン
ジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタン
ジオール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリ
コール、およびまたポリエチレングリコールおよびポリ
プロピレングリコール、または脂環式ジオール、例えば
水素化ビスフェノールA、シクロヘキサンジオール、シ
クロヘキサンジメタノールおよびトリシクロヘキサンジ
メタノール、またフェノール類例えばビスフェノールA
またはレゾルシノール、およびまたビスフェノールA、
ビスフェノールSまたはビスフェノールF等のビスフェ
ノール類のアルコキシル化誘導体等である。原則的には
、またイソシアネートをエタノールアミン、プロパノー
ルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン
およびアミノフェノール類等のアミンオールと反応させ
ることも可能である。好適には、ポリプロピレングリコ
ールと一緒にまたは一緒にでなくジプロピレングリコー
ルを使用することが好ましい。
例は、脂肪族ジオールまたはポリエーテルオール、好適
には750より少ない分子量、特に好適には600より
少ない分子量を有するジオール、例えば1,2−エタン
ジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタン
ジオール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリ
コール、およびまたポリエチレングリコールおよびポリ
プロピレングリコール、または脂環式ジオール、例えば
水素化ビスフェノールA、シクロヘキサンジオール、シ
クロヘキサンジメタノールおよびトリシクロヘキサンジ
メタノール、またフェノール類例えばビスフェノールA
またはレゾルシノール、およびまたビスフェノールA、
ビスフェノールSまたはビスフェノールF等のビスフェ
ノール類のアルコキシル化誘導体等である。原則的には
、またイソシアネートをエタノールアミン、プロパノー
ルアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン
およびアミノフェノール類等のアミンオールと反応させ
ることも可能である。好適には、ポリプロピレングリコ
ールと一緒にまたは一緒にでなくジプロピレングリコー
ルを使用することが好ましい。
【0018】ヒドロアルキル(メタ)アクリレートビニ
ルエステルウレタン中に末端二重結合を組み入れるため
に、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが、A、
B1およびB2から製造されるイソシアネート化合物と
反応させられる。ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレ
ートは次式の一般式で示され
ルエステルウレタン中に末端二重結合を組み入れるため
に、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが、A、
B1およびB2から製造されるイソシアネート化合物と
反応させられる。ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレ
ートは次式の一般式で示され
【0019】
【化6】
ここでRは水素またはメチルおよびR′は2乃至3個炭
素原子のアルキレンである。ヒドロキシアルキル(メタ
)アクリレートは、(メタ)アクリル酸をエチレンオキ
シドまたはプロピレンオキシド等のアルキレンオキシド
と反応させることにより製造される。本発明の目的のた
めの適当なヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに
は、またグリセロール(ジメタ)アクリレート、トリメ
チロールプロパン(ジメタ)アクリレートおよびペンタ
エリスリトール(トリメタ)アクリレートが含まれ、特
にヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートおよびヒド
ロキシエチルアクリエートが好適である。
素原子のアルキレンである。ヒドロキシアルキル(メタ
)アクリレートは、(メタ)アクリル酸をエチレンオキ
シドまたはプロピレンオキシド等のアルキレンオキシド
と反応させることにより製造される。本発明の目的のた
めの適当なヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートに
は、またグリセロール(ジメタ)アクリレート、トリメ
チロールプロパン(ジメタ)アクリレートおよびペンタ
エリスリトール(トリメタ)アクリレートが含まれ、特
にヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートおよびヒド
ロキシエチルアクリエートが好適である。
【0020】モノマー
本発明によれば、ビニルエステルウレタン樹脂は沸点2
00℃(1013ミリバールにおける)より上のモノマ
ーを2重量%より少なく、好適には1重量%より少なく
含んでいる。これらのモノマーが特に粘度調節のために
添加されることができ、この場合にはジオールまたはポ
リエーテルオールのジ(メタ)アクリレートのために、
低分子量のマレイミド例えばN−フェニルマレイミド、
N−アルキルマレイミドおよびN−シクロヘキシルマレ
イミド、およびジアリルフタレートが好適である。本質
的に要求されることは、樹脂が実質的に低沸点を有する
モノマーを含まないこと、特に樹脂がスチレンを含まな
いことである。
00℃(1013ミリバールにおける)より上のモノマ
ーを2重量%より少なく、好適には1重量%より少なく
含んでいる。これらのモノマーが特に粘度調節のために
添加されることができ、この場合にはジオールまたはポ
リエーテルオールのジ(メタ)アクリレートのために、
低分子量のマレイミド例えばN−フェニルマレイミド、
N−アルキルマレイミドおよびN−シクロヘキシルマレ
イミド、およびジアリルフタレートが好適である。本質
的に要求されることは、樹脂が実質的に低沸点を有する
モノマーを含まないこと、特に樹脂がスチレンを含まな
いことである。
【0021】本発明に従って使用されるビニルエステル
ウレタン樹脂は、比較的高い粘度を有しなければならな
い。エップレヒト(Epprecht)プレート/コー
ン粘度計を用いて100℃で測定された溶融粘度は、好
適には50mPasより上でなければならず、特に20
0から2500mPasの範囲内であるべきである。も
し粘度が低すぎると、樹脂が室温でプリプレグから流出
することになり、もし粘度が高すぎると、含浸されてい
る時に繊維が損壊を受ける危険が生ずる。最適の粘度は
、樹脂の分子量の適切な選択(ジオールまたはジアミン
により分子量調整可能)により行なわれるか、または反
応性基(例えばCOOH、OH、またはNH2基)を導
入できる熱可塑性プラスチックまたはゴムを添加するこ
とによって実施されることができる。また粘度は、少量
のモノマーを添加することによっても影響されることが
できる。
ウレタン樹脂は、比較的高い粘度を有しなければならな
い。エップレヒト(Epprecht)プレート/コー
ン粘度計を用いて100℃で測定された溶融粘度は、好
適には50mPasより上でなければならず、特に20
0から2500mPasの範囲内であるべきである。も
し粘度が低すぎると、樹脂が室温でプリプレグから流出
することになり、もし粘度が高すぎると、含浸されてい
る時に繊維が損壊を受ける危険が生ずる。最適の粘度は
、樹脂の分子量の適切な選択(ジオールまたはジアミン
により分子量調整可能)により行なわれるか、または反
応性基(例えばCOOH、OH、またはNH2基)を導
入できる熱可塑性プラスチックまたはゴムを添加するこ
とによって実施されることができる。また粘度は、少量
のモノマーを添加することによっても影響されることが
できる。
【0022】イソシアネートとアルコールおよびアミノ
化合物との反応を加速するためには、ポリウレタン化学
で既知の適当な触媒を使用することができる。これらの
内には、例えば三級アミン例えば1,2−ジメチルイミ
ダゾール、ジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノ
ナン、トリエチレンジアミン、金属塩例えば鉛オクトエ
ート、錫オクトエートまたはジブチル錫ジラウレートお
よびまた三級アミンと金属塩との混合物等が含まれてい
る。これらの触媒は、通常A+B+C当りで0.05乃
至2重量%の量で添加される。
化合物との反応を加速するためには、ポリウレタン化学
で既知の適当な触媒を使用することができる。これらの
内には、例えば三級アミン例えば1,2−ジメチルイミ
ダゾール、ジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノ
ナン、トリエチレンジアミン、金属塩例えば鉛オクトエ
ート、錫オクトエートまたはジブチル錫ジラウレートお
よびまた三級アミンと金属塩との混合物等が含まれてい
る。これらの触媒は、通常A+B+C当りで0.05乃
至2重量%の量で添加される。
【0023】反応混合物の早期ゲル化は、通常の防止剤
、即ちフェノチアジン、ヒドロキノン、ジメチルヒドロ
キノン、トリメチルヒドロキノン、t−ブチルヒドロキ
ノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、t−ブチルピ
ロカテロール、亜リン酸トリフェニルまたはp−ベンゾ
キノン等の添加により防止されることができる。これら
の防止剤は、A+B+C当りで0.01乃至2重量%の
量で添加される。
、即ちフェノチアジン、ヒドロキノン、ジメチルヒドロ
キノン、トリメチルヒドロキノン、t−ブチルヒドロキ
ノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、t−ブチルピ
ロカテロール、亜リン酸トリフェニルまたはp−ベンゾ
キノン等の添加により防止されることができる。これら
の防止剤は、A+B+C当りで0.01乃至2重量%の
量で添加される。
【0024】変性ビニルエステルウレタン樹脂を製造す
るためには、各種の選択がある。第一には、イソシアネ
ートAがヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートCの
一部と約1:0.5−1:1.5のモル比率で予備反応
され、次にポリヒドロキシアルコールB2および/また
はポリアミンB1 と反応させられる。その後で遊離
NCO基が、さらに残存ヒドロキシアルキル(メタ)ア
クリレートと反応させられる。第二には、成分A、B1
およびB2をA:(B1+B2)比率を100:0から
100:30の範囲で混合し、遊離イソシアネート基を
飽和させるのに必要なヒドロキシアルキル(メタ)アク
リレートC量を添加する前に、40−110℃で反応さ
せる。第三には、成分A、B1、B2およびCを一段反
応で反応させることにより、ビニルエステルウレタン樹
脂を得る。存在しているすべての過剰ポリイソシアネー
トは、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートと反応
して低分子量のビニルエステルウレタンを与え、この低
分子量樹脂は樹脂の粘度調整用に使用されることができ
る。すべての場合に得られる生成物は、鎖長および分子
量で相違しているプリポリマービニルエステルウレタン
の混合物である。原則的にはまた、2モルのヒドロキシ
アルキル(メタ)アクリレートを1モルのジイソシアネ
ートと反応して得る簡単な反応生成物を使用することも
できる。
るためには、各種の選択がある。第一には、イソシアネ
ートAがヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートCの
一部と約1:0.5−1:1.5のモル比率で予備反応
され、次にポリヒドロキシアルコールB2および/また
はポリアミンB1 と反応させられる。その後で遊離
NCO基が、さらに残存ヒドロキシアルキル(メタ)ア
クリレートと反応させられる。第二には、成分A、B1
およびB2をA:(B1+B2)比率を100:0から
100:30の範囲で混合し、遊離イソシアネート基を
飽和させるのに必要なヒドロキシアルキル(メタ)アク
リレートC量を添加する前に、40−110℃で反応さ
せる。第三には、成分A、B1、B2およびCを一段反
応で反応させることにより、ビニルエステルウレタン樹
脂を得る。存在しているすべての過剰ポリイソシアネー
トは、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートと反応
して低分子量のビニルエステルウレタンを与え、この低
分子量樹脂は樹脂の粘度調整用に使用されることができ
る。すべての場合に得られる生成物は、鎖長および分子
量で相違しているプリポリマービニルエステルウレタン
の混合物である。原則的にはまた、2モルのヒドロキシ
アルキル(メタ)アクリレートを1モルのジイソシアネ
ートと反応して得る簡単な反応生成物を使用することも
できる。
【0025】ビニルエステルウレタン樹脂は、ビニルエ
ステル、ビスマレイミドまたはエポキシ樹脂等の別の硬
化性樹脂の2乃至20重量%の量と混合されることがで
きる。その靭性を改良するためには、ビニルエステルウ
レタン樹脂はポリアミド、ポリエステルまたはポリエー
テルスルホン等の熱可塑性プラスチック、またはゴムを
2乃至20重量%含むことができる。
ステル、ビスマレイミドまたはエポキシ樹脂等の別の硬
化性樹脂の2乃至20重量%の量と混合されることがで
きる。その靭性を改良するためには、ビニルエステルウ
レタン樹脂はポリアミド、ポリエステルまたはポリエー
テルスルホン等の熱可塑性プラスチック、またはゴムを
2乃至20重量%含むことができる。
【0026】ビニルエステルウレタン樹脂は、プリプレ
グ技術により強化繊維と組み合わされる。この技術は、
例えば米国特許第3784433号に記載されている。 はじめに、ビニルエステルウレタン樹脂フィルムが製造
され、好適にはシート重量が10乃至400g/m2と
なるフィルムであり、このフィルムの上面に強化繊維ア
センブリーが置かれ、別の樹脂フィルムと一緒に上面に
置くことも可能である。この積層物が、一緒に50−1
50℃および1−10バールでカレンダーがけされてプ
リプレグを得る。
グ技術により強化繊維と組み合わされる。この技術は、
例えば米国特許第3784433号に記載されている。 はじめに、ビニルエステルウレタン樹脂フィルムが製造
され、好適にはシート重量が10乃至400g/m2と
なるフィルムであり、このフィルムの上面に強化繊維ア
センブリーが置かれ、別の樹脂フィルムと一緒に上面に
置くことも可能である。この積層物が、一緒に50−1
50℃および1−10バールでカレンダーがけされてプ
リプレグを得る。
【0027】これらのプリプレグは相互の上面に掛け重
ねられて多層プライにされることができ、次に一緒に成
形されて常法どうりにフリーラジカル硬化にかけられる
。この目的のためには、プリプレグが一定寸法に切断さ
れ、相互の上面に平行配列かまたは各種の角度での配向
性になるように掛け重ねられる。次にオートクレーブ中
で2乃至10バール圧において、または10から100
バールまでのプレスで硬化が起こる。どちらの場合にも
、温度は80から200℃の範囲にある。
ねられて多層プライにされることができ、次に一緒に成
形されて常法どうりにフリーラジカル硬化にかけられる
。この目的のためには、プリプレグが一定寸法に切断さ
れ、相互の上面に平行配列かまたは各種の角度での配向
性になるように掛け重ねられる。次にオートクレーブ中
で2乃至10バール圧において、または10から100
バールまでのプレスで硬化が起こる。どちらの場合にも
、温度は80から200℃の範囲にある。
【0028】ビニルエステルウレタン樹脂を硬化させる
ためには、通常の重合開始剤を使用することができ、こ
の重合開始剤は0.1乃至10重量%、好適には0.5
乃至3重量%の量で樹脂に加えられる。適当なフリーラ
ジカル重合開始剤は、例えば過酸化ベンゾイル、t−ブ
チル過オクトエート、t−ブチルペルベンゾエート、t
−ブチルペルオキシド、ジキュミルペルオキシド、t−
ブチルキュミルペルオキシド、ジ(4−メチルベンゾイ
ル)ペルオキシド、ジ(t−ブチル)ペルオキシドおよ
び不安定な炭素−炭素結合を有する有機化合物等である
。もし通常の光重合開始剤、例えばベンゾインエーテル
、ベンジルケタールまたは亜リン酸アシル化合物が使用
されるならば、硬化は、別の方法として波長が200−
50nmの光照射によっても実施されることができる。
ためには、通常の重合開始剤を使用することができ、こ
の重合開始剤は0.1乃至10重量%、好適には0.5
乃至3重量%の量で樹脂に加えられる。適当なフリーラ
ジカル重合開始剤は、例えば過酸化ベンゾイル、t−ブ
チル過オクトエート、t−ブチルペルベンゾエート、t
−ブチルペルオキシド、ジキュミルペルオキシド、t−
ブチルキュミルペルオキシド、ジ(4−メチルベンゾイ
ル)ペルオキシド、ジ(t−ブチル)ペルオキシドおよ
び不安定な炭素−炭素結合を有する有機化合物等である
。もし通常の光重合開始剤、例えばベンゾインエーテル
、ベンジルケタールまたは亜リン酸アシル化合物が使用
されるならば、硬化は、別の方法として波長が200−
50nmの光照射によっても実施されることができる。
【0029】本発明のプリプレグは、高機能性複合材料
、例えば航空機パーツ類、例えば補助翼および胴体外板
、自動車パーツ、機械パーツまたはスポーツ用具、例え
ばテニスラケットまたは釣りざお等の製造に用いられる
ことができる。
、例えば航空機パーツ類、例えば補助翼および胴体外板
、自動車パーツ、機械パーツまたはスポーツ用具、例え
ばテニスラケットまたは釣りざお等の製造に用いられる
ことができる。
【0030】さらに本発明は、30乃至70容量%の配
向性ガラス繊維および70乃至30容量%の硬化ビニル
エステルウレタン樹脂を含む高機能性複合材料を提供し
ており、ここで硬化ビニルエステルウレタン樹脂は実際
上共重合されていないスチレンを含まず、さらに以下の
物性を有している。即ち層間せん断強度ILSが、サク
マスタンダード(Sacma Standard)S
RM4−88に従っての測定により90〔MPa〕より
大きく、好適には100〔MPa〕より大きく、90°
引張強さがサクマスタンダード(Sacma Sta
ndard)SRM8−88に従っての測定により50
〔MPa〕より大きく、好適には70〔MPa〕より大
きく、ガラス転移点Tgが130℃より高く、好適には
150℃より高くなっている。
向性ガラス繊維および70乃至30容量%の硬化ビニル
エステルウレタン樹脂を含む高機能性複合材料を提供し
ており、ここで硬化ビニルエステルウレタン樹脂は実際
上共重合されていないスチレンを含まず、さらに以下の
物性を有している。即ち層間せん断強度ILSが、サク
マスタンダード(Sacma Standard)S
RM4−88に従っての測定により90〔MPa〕より
大きく、好適には100〔MPa〕より大きく、90°
引張強さがサクマスタンダード(Sacma Sta
ndard)SRM8−88に従っての測定により50
〔MPa〕より大きく、好適には70〔MPa〕より大
きく、ガラス転移点Tgが130℃より高く、好適には
150℃より高くなっている。
【0031】
【実施例】A.ビニルエステルウレタン樹脂の製造法1
.ジフェニルメタンジイソシアネート異性体混合物の3
00gが1mlのジブチル錫ジラウレートと混合され、
次に157gのヒドロキシプロピルメタクリレートが4
0℃で滴下し加えられる。次に15gのジプロピレング
リコールが加えられ、残存するイソシアネート基がさら
に加えられる157gのヒドロキシプロピルメタクリレ
ートと反応し、この反応混合物が80℃で撹拌されて残
存イソシアネート含量を0.1%以下にまで減少させ、
この点で0.61gのジキュミルペルオキシドおよび2
00ppmのフェノール性インヒビター(重合禁止剤)
が撹拌下で樹脂中に導入される(100℃での粘度39
0mPas)。
.ジフェニルメタンジイソシアネート異性体混合物の3
00gが1mlのジブチル錫ジラウレートと混合され、
次に157gのヒドロキシプロピルメタクリレートが4
0℃で滴下し加えられる。次に15gのジプロピレング
リコールが加えられ、残存するイソシアネート基がさら
に加えられる157gのヒドロキシプロピルメタクリレ
ートと反応し、この反応混合物が80℃で撹拌されて残
存イソシアネート含量を0.1%以下にまで減少させ、
この点で0.61gのジキュミルペルオキシドおよび2
00ppmのフェノール性インヒビター(重合禁止剤)
が撹拌下で樹脂中に導入される(100℃での粘度39
0mPas)。
【0032】2.282gの4,4′−ジフェニルメタ
ンジイソシアネートに基づくプリポリマージイソシアネ
ートの325g、27.1gのジプロピレングリコール
および15.9gのポリプロピレングリコール(分子量
(MW)450)が、1mlのジブチル錫ジラウレート
と混合され、次に40℃で260gのヒドロキシプロピ
ルメタクリレートと反応させられる。次にこの反応混合
物が90℃で1時間撹拌され、0.58gのジキュミル
ペルオキシドで接触硬化され200ppmのフェノール
で重合を中止された。樹脂の粘度は、100℃で170
0mPsである。
ンジイソシアネートに基づくプリポリマージイソシアネ
ートの325g、27.1gのジプロピレングリコール
および15.9gのポリプロピレングリコール(分子量
(MW)450)が、1mlのジブチル錫ジラウレート
と混合され、次に40℃で260gのヒドロキシプロピ
ルメタクリレートと反応させられる。次にこの反応混合
物が90℃で1時間撹拌され、0.58gのジキュミル
ペルオキシドで接触硬化され200ppmのフェノール
で重合を中止された。樹脂の粘度は、100℃で170
0mPsである。
【0033】3.ジフェニルメタンジイソシアネート異
性体混合物の2.530gが2mlのジブチル錫ジラウ
レートと混合され、次に40℃で940gのビス(パラ
−アミノ安息香酸エステル)ポリテトラヒドロフラン6
50の940gと反応させる。その後で2.760gの
ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートが50℃で加
えられ、この反応混合物が70℃に加熱されて、その温
度で1時間撹拌される。生成樹脂は、400ppmのジ
メチルヒドロキノンおよび31.3gのジキュミルペル
オキシドと混合される。同樹脂は、480mPasの溶
融粘度(100℃)を有する。
性体混合物の2.530gが2mlのジブチル錫ジラウ
レートと混合され、次に40℃で940gのビス(パラ
−アミノ安息香酸エステル)ポリテトラヒドロフラン6
50の940gと反応させる。その後で2.760gの
ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートが50℃で加
えられ、この反応混合物が70℃に加熱されて、その温
度で1時間撹拌される。生成樹脂は、400ppmのジ
メチルヒドロキノンおよび31.3gのジキュミルペル
オキシドと混合される。同樹脂は、480mPasの溶
融粘度(100℃)を有する。
【0034】4.ジフェニルメタンジイソシアネート異
性体混合物の3.006gがアクリレート〔パラロイド
(Paraloido)EXL2600〕をベースにし
たゴムの195gおよび3.5mlのジブチル錫ジラウ
レートと混合され、次に40−50℃で1.572gの
ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートと反応させら
れる。それから151gのジプロピレングリコールが同
上温度で加えられ、続いてさらに1.572gのヒドロ
キシプロピル(メタ)アクリレートが加えられる。続い
て3mlのジブチル錫ジラウレート、6.3gのフェノ
チアジンおよび6.3gの亜リン酸トリフェニルが加え
られ、80℃に加熱してその温度で1時間撹拌する。混
合物は次に70℃まで冷却され、63gのジキュミルペ
ルオキシドと混合される。同樹脂は340mPasの粘
度を有する(100℃におけるコーン/プレート粘度)
。
性体混合物の3.006gがアクリレート〔パラロイド
(Paraloido)EXL2600〕をベースにし
たゴムの195gおよび3.5mlのジブチル錫ジラウ
レートと混合され、次に40−50℃で1.572gの
ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートと反応させら
れる。それから151gのジプロピレングリコールが同
上温度で加えられ、続いてさらに1.572gのヒドロ
キシプロピル(メタ)アクリレートが加えられる。続い
て3mlのジブチル錫ジラウレート、6.3gのフェノ
チアジンおよび6.3gの亜リン酸トリフェニルが加え
られ、80℃に加熱してその温度で1時間撹拌する。混
合物は次に70℃まで冷却され、63gのジキュミルペ
ルオキシドと混合される。同樹脂は340mPasの粘
度を有する(100℃におけるコーン/プレート粘度)
。
【0035】B1.ガラス繊維を有するプリプレグの製
造ビニルエステルウレタン樹脂が、はじめに実験塗布機
でシリコーン処理紙に、140g/m2のフィルム重量
において二重反転法およびロール間隙を使って適用され
る。同フィルムは、次にポリエチレンシートで被覆され
巻かれる。
造ビニルエステルウレタン樹脂が、はじめに実験塗布機
でシリコーン処理紙に、140g/m2のフィルム重量
において二重反転法およびロール間隙を使って適用され
る。同フィルムは、次にポリエチレンシートで被覆され
巻かれる。
【0036】平行のガラス繊維ロービング(PPG10
62−247)が、次にシート重量560g/m2で3
本カレンダーを使った2層フィルム技術で60−104
℃および1−8バール圧の条件により、樹脂フィルム中
に圧入される。カレンダー処理中に、樹脂フィルムは置
かれたロービングに付着するようになる。次にプリプレ
グをシリコーン処理紙およびポリエチレンシートで被覆
し、巻いてロールにして貯蔵する。プリプレグのシート
重量は、840g/m2である。
62−247)が、次にシート重量560g/m2で3
本カレンダーを使った2層フィルム技術で60−104
℃および1−8バール圧の条件により、樹脂フィルム中
に圧入される。カレンダー処理中に、樹脂フィルムは置
かれたロービングに付着するようになる。次にプリプレ
グをシリコーン処理紙およびポリエチレンシートで被覆
し、巻いてロールにして貯蔵する。プリプレグのシート
重量は、840g/m2である。
【0037】B2.炭素繊維を有するプリプレグ樹脂フ
ィルム(シート重量70g/m2)が、シート重量14
0g/m2を有する平行炭素繊維ロービング〔セリオン
(Celion)G30−500〕と単層フィルム技術
により成形される。プリプレグシート重量は210g/
m2であり、樹脂含量は33重量%である。
ィルム(シート重量70g/m2)が、シート重量14
0g/m2を有する平行炭素繊維ロービング〔セリオン
(Celion)G30−500〕と単層フィルム技術
により成形される。プリプレグシート重量は210g/
m2であり、樹脂含量は33重量%である。
【0038】C.複合材料の製造プリプレグが30×3
0cmの寸法でトリミングされ、このように切断された
6個のプリプレグが相互の上面に一方向に重ねられ、オ
ートクレーブ中で硬化される。圧は6バールであり、温
度は8時間かけて30℃から190℃に昇温される。
0cmの寸法でトリミングされ、このように切断された
6個のプリプレグが相互の上面に一方向に重ねられ、オ
ートクレーブ中で硬化される。圧は6バールであり、温
度は8時間かけて30℃から190℃に昇温される。
【0039】これらのラミネート(積層品)は、表中に
示された物性を有している。比較のために、表中にはま
た通常のエポキシ樹脂(テトラグリシジルジアミノジフ
ェニルメタン+ビスフェノールAエポキシド+ノボラッ
クエポキシド+ジシアンジアミドの混合物)をベースに
したラミネートを含ませてある。
示された物性を有している。比較のために、表中にはま
た通常のエポキシ樹脂(テトラグリシジルジアミノジフ
ェニルメタン+ビスフェノールAエポキシド+ノボラッ
クエポキシド+ジシアンジアミドの混合物)をベースに
したラミネートを含ませてある。
【0040】
【表1】
Claims (4)
- 【請求項1】 30乃至70容量%の配向性強化繊維
および70乃至30容量%のビニルエステルウレタン樹
脂を含み、この樹脂が A)ポリイソシアネートを B1)ジアミンまたは B2)二価アルコールと一緒にまたは一緒でなくC)ヒ
ドロキシアルキル(メタ)アクリレートと、A:(B1
+B2)が100:0から100:30の重量比の範囲
内で反応して生成され、樹脂中遊離イソシアネート基を
1重量%以下含んでなる、フリーラジカル反応により硬
化可能な高機能性複合材料用プリプレグにおいて、ビニ
ルエステルウレタン樹脂が200℃以上の沸点を有する
不飽和モノマーを2重量%以下の量で含み、低沸点のモ
ノマーを含まないことを特徴とする高機能性複合材料用
プリプレグ。 - 【請求項2】 ビニルエステルウレタン樹脂が、この
樹脂重量当り、硬化性樹脂、熱可塑性樹脂およびゴムを
それぞれ2乃至20重量%混合して含むことを特徴とす
る、請求項1記載のプリプレグ。 - 【請求項3】 ビニルエステルウレタン樹脂が、0.
1乃至10重量%の過酸化物重合開始剤を含むことを特
徴とする、請求項1記載のプリプレグ。 - 【請求項4】 30乃至70容量%の一方向に配列さ
れたガラス繊維および70乃至30容量%の硬化ビニル
エステルウレタン樹脂を含み、この樹脂がnが2乃至3
およびRがHまたはCH3である 【化1】 基を含み、 【化2】 基を含まず、 以下の物性、即ち 層間せん断強さ(ILS) >90〔MPa
〕90°(直角)引張強さ >50〔M
Pa〕ガラス転移点
>130℃を有することを特徴とする、高機能性複
合材料。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4012946A DE4012946A1 (de) | 1990-04-24 | 1990-04-24 | Prepreg fuer hochleistungsverbundwerkstoffe |
DE4012946.2 | 1990-04-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04227642A true JPH04227642A (ja) | 1992-08-17 |
Family
ID=6404925
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3092092A Withdrawn JPH04227656A (ja) | 1990-04-24 | 1991-04-23 | 輸送用乗り物のための板ばね |
JP3092091A Withdrawn JPH04227642A (ja) | 1990-04-24 | 1991-04-23 | 高機能性複合材料用プリプレグ |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3092092A Withdrawn JPH04227656A (ja) | 1990-04-24 | 1991-04-23 | 輸送用乗り物のための板ばね |
Country Status (4)
Country | Link |
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EP (2) | EP0458028A1 (ja) |
JP (2) | JPH04227656A (ja) |
CA (1) | CA2039840A1 (ja) |
DE (1) | DE4012946A1 (ja) |
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GB201000182D0 (en) | 2010-01-07 | 2010-02-24 | Hexcel Composites Ltd | Novel curable resins and curing agents therefor |
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-
1990
- 1990-04-24 DE DE4012946A patent/DE4012946A1/de not_active Withdrawn
-
1991
- 1991-03-20 EP EP91104272A patent/EP0458028A1/de not_active Withdrawn
- 1991-03-20 EP EP91104304A patent/EP0454983A1/de not_active Withdrawn
- 1991-04-15 CA CA002039840A patent/CA2039840A1/en not_active Abandoned
- 1991-04-23 JP JP3092092A patent/JPH04227656A/ja not_active Withdrawn
- 1991-04-23 JP JP3092091A patent/JPH04227642A/ja not_active Withdrawn
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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