JPH06207315A - Yarn for reinforcing composite material - Google Patents

Yarn for reinforcing composite material

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Publication number
JPH06207315A
JPH06207315A JP5002085A JP208593A JPH06207315A JP H06207315 A JPH06207315 A JP H06207315A JP 5002085 A JP5002085 A JP 5002085A JP 208593 A JP208593 A JP 208593A JP H06207315 A JPH06207315 A JP H06207315A
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JP
Japan
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composite material
polyimide
fiber
reinforcing
polyetherimide
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Pending
Application number
JP5002085A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Fukumoto
政之 福元
Shigeji Hayashi
繁次 林
Masahiro Sugimori
正裕 杉森
Akihiro Ito
彰浩 伊藤
Fumio Sawada
二三夫 澤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject yarn providing excellent toughness and crack resistance by subjecting a specific polyimide and a polyether imide to dry mixed spinning. CONSTITUTION:(A) A polyimide comprising a structure of formula I and/or formula II as a main repeating unit and (B) a polyether imide comprising a structure of formula III (1, m and n are integer) as a main repeating unit are subjected to dry mixed spinning. A molding of composite material obtained from a thermosetting matrix resin and reinforcing yarn can be provided with toughness and crack resistance without damaging thermal properties and mechanical properties by arranging a proper amount of the prepared yarn on the surface and in the interior of prepreg.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱硬化性マトリックス
樹脂と強化繊維からえられる複合材料成形物に優れた靭
性、耐クラック性を付与するために使用する複合材料補
強用繊維に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite material reinforcing fiber used for imparting excellent toughness and crack resistance to a composite material molded product obtained from a thermosetting matrix resin and a reinforcing fiber.

【0002】[0002]

【従来技術】炭素繊維等の高強度高弾性繊維を強化繊維
とする複合材料は、その比強度比弾性に優れるという特
徴をいかしてスポーツ用途に広く用いられてきている。
通常、マトリックス樹脂として用いられるエポキシ樹
脂、ビスマレイミド樹脂をはじめとする熱硬化性樹脂
は、種々の特長を有する一方で靭性に乏しいという欠点
を有するためにその用途はかなり制限されたものになっ
ていた。
2. Description of the Related Art Composite materials having high-strength and high-elasticity fibers such as carbon fibers as reinforcing fibers have been widely used for sports applications because of their excellent specific strength and specific elasticity.
Usually, thermosetting resins such as epoxy resins and bismaleimide resins, which are used as matrix resins, have various characteristics, but have a drawback of poor toughness, and therefore their applications are considerably limited. It was

【0003】この熱硬化性樹脂の欠点を改良するためゴ
ム成分や熱可塑性樹脂を添加する方法が一般的であるが
十分な靭性改良効果をあげるためには多量に添加する必
要があり、耐熱性や耐溶剤性、取扱性の低下を招く結果
となっている。
In order to improve the defects of the thermosetting resin, a method of adding a rubber component or a thermoplastic resin is generally used, but in order to obtain a sufficient effect of improving the toughness, it is necessary to add a large amount and heat resistance. As a result, solvent resistance and handleability are deteriorated.

【0004】また接着剤あるいは熱可塑性樹脂のフィル
ムを、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグの
積層間に挿入することにより成形物の靭性を向上させる
インターリーフとよばれる方法の提案もなされている
が、繊維含有率が上げられない作業性が悪いなどの理由
から実用化には至っていない。
Further, a method called interleaf has been proposed in which a toughness of a molded article is improved by inserting a film of an adhesive or a thermoplastic resin into a laminate of prepregs in which reinforcing fibers are impregnated with a thermosetting resin. However, it has not been put to practical use because the fiber content cannot be increased and the workability is poor.

【0005】これに代わる方法として、たとえば熱可塑
性樹脂の微粒子をプリプレグ表面に局在化させることで
インターリーフと同様の効果を与える提案がなされてい
るが(特開平1−110537号公報など)、この場合
でもプリプレグのタックの大幅な低下が避けられないば
かりか、工程の複雑化、品質管理の複雑化等の問題がさ
らに発生する。
As an alternative method, for example, it has been proposed to localize fine particles of a thermoplastic resin on the surface of a prepreg to provide the same effect as the interleaf (Japanese Patent Laid-Open No. 110537/1999). Even in this case, not only the tack of the prepreg is significantly decreased, but also the process is complicated and the quality control is complicated.

【0006】また、樹脂系複合材料においては、樹脂と
強化繊維(炭素繊維)の熱膨張率の違いに基づく、成形
時あるいはサーマルサイクル時の熱応力によるクラック
発生の問題がある。これらに対しては樹脂の高伸度化な
ど試みられているが、現在の3次元織物など高次な強化
繊維構造になるに従い満足な成果をえるには至っていな
い。
In addition, the resin-based composite material has a problem that cracks are generated due to thermal stress during molding or thermal cycle due to the difference in thermal expansion coefficient between the resin and the reinforcing fiber (carbon fiber). Although attempts have been made to increase the elongation of the resin for these, satisfactory results have not been obtained as the current three-dimensional woven fabrics have higher reinforced fiber structures.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の問題点を解消し、熱硬化性マトリックス樹脂と強化繊
維からえられる複合材料成形物の優れた熱的性質及び機
械的性質を損なうことなく、優れた靭性及び耐クラック
性を付与するために使用する複合材料補強用繊維を提供
するものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems and impairs excellent thermal properties and mechanical properties of a composite material molded product obtained from a thermosetting matrix resin and a reinforcing fiber. The present invention provides a composite reinforcing fiber used for imparting excellent toughness and crack resistance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特定の熱
可塑性繊維を強化繊維とマトリックス樹脂からなる複合
材料に併用して用いることにより 1)プリプレグ表面および内部に適量容易に配置するこ
とができる。 2)プリプレグのタックレベルのコントロールが容易で
ある。 3)高粘度物を扱う必要がなく従来のプリプレグ製造プ
ロセスがそのまま利用できる。 4)成形物の耐クラック性が向上する。 などさまざまの有効な特徴が得られることを見い出して
本発明に到達したものである。
Means for Solving the Problems The present inventors have used a specific thermoplastic fiber in combination with a composite material composed of a reinforcing fiber and a matrix resin. 1) A suitable amount can be easily arranged on the surface and inside of the prepreg. You can 2) It is easy to control the tack level of the prepreg. 3) The conventional prepreg manufacturing process can be used as it is without having to handle high-viscosity materials. 4) The crack resistance of the molded product is improved. The present invention has been achieved by finding out that various effective characteristics can be obtained.

【0009】すなわち本発明の要旨とするところは、一
般式Iの構造を主な繰り返し単位とするポリイミドと、
一般式IIの構造を主な繰り返し単位とするポリエーテル
イミドとを乾式混合紡糸して得られる複合材料補強用繊
維にある。
That is, the gist of the present invention is that a polyimide having a structure of the general formula I as a main repeating unit,
This is a composite material-reinforcing fiber obtained by dry-mixing and spinning a polyetherimide having a structure of the general formula II as a main repeating unit.

【0010】[0010]

【化2】 [Chemical 2]

【0011】本発明に用いられる一般式Iの構造を主な
繰り返し単位とするポリイミドは、芳香族2無水物の主
成分として3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸2無水物とジアミンの主成分として5(6)
−アミノ−1−(4′−アミノフェニル)−1,3,3
−トリメチルインダンを用いた公知の縮合反応により製
造される。
The polyimide having the structure of the general formula I as the main repeating unit used in the present invention comprises 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride as the main component of the aromatic dianhydride. 5 (6) as the main component of diamine
-Amino-1- (4'-aminophenyl) -1,3,3
-Manufactured by a known condensation reaction using trimethylindane.

【0012】反応は、成分の少なくとも一方の融点より
高い温度で溶融状態で、或いは適当な溶剤中で行うこと
ができる。芳香族2無水物とジアミンのモル量を慎重に
調整することにより、生成するポリイミドの分子量をか
なり広範囲に調整することが可能である。触媒として、
ピリジンなどを用いることにより、ポリイミドの生成を
促進させることが有効である。
The reaction can be carried out in the molten state above the melting point of at least one of the components or in a suitable solvent. By carefully adjusting the molar amounts of aromatic dianhydride and diamine, it is possible to adjust the molecular weight of the resulting polyimide in a fairly wide range. As a catalyst
It is effective to accelerate the formation of polyimide by using pyridine or the like.

【0013】使用される芳香族2無水物は、3,3′,
4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物を
主成分とするものすなわち芳香族2無水物中3,3′,
4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物を
90モル%以上含有するものであって、その他の芳香族
2無水物としてはたとえばピロメリット酸2無水物3,
3′−ビスフタリルエーテル2無水物などをあげること
ができる。
The aromatic dianhydride used is 3,3 ',
4,4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride as a main component, that is, 3,3 'in aromatic dianhydride
4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride is contained in an amount of 90 mol% or more, and other aromatic dianhydrides include, for example, pyromellitic dianhydride 3,
Examples thereof include 3'-bisphthalyl ether dianhydride.

【0014】ジアミンとしては、5(6)−アミノ−1
−(4′−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチル
インダンを主成分とするもの、すなわちジアミン中5
(6)−アミノ−1−(4′−アミノフェニル)−1,
3,3−トリメチルインダンを90モル%以上含有する
ものであって、その他のジアミンとしてはたとえば1,
6−ヘキサンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサ
ン−1,6−ジアミン1,6−ビス〔4−アミノフェニ
ル〕ヘキサン、4,4′−メチレンジアニリンなどをあ
げることができる。芳香族2無水物中の3,3′,4,
4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物、及び
ジアミン中の5(6)−アミノ−1−(4′−アミノフ
ェニル)−1,3,3−トリメチルインダンが上記モル
数未満の場合、後記する溶剤に対する溶解性が低下する
場合があり好ましくない。
As the diamine, 5 (6) -amino-1
-(4'-aminophenyl) -1,3,3-trimethylindane as a main component, that is, 5 in diamine
(6) -amino-1- (4′-aminophenyl) -1,
3,3-trimethylindane is contained in an amount of 90 mol% or more, and other diamines include, for example, 1,
Examples thereof include 6-hexanediamine, 2,2,4-trimethylhexane-1,6-diamine 1,6-bis [4-aminophenyl] hexane and 4,4′-methylenedianiline. 3,3 ', 4 in aromatic dianhydride
When the amount of 5 (6) -amino-1- (4'-aminophenyl) -1,3,3-trimethylindane in 4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride and diamine is less than the above-mentioned number of moles, it will be described later. It is not preferable because the solubility in a solvent may decrease.

【0015】本発明に用いられるポリイミドの分子末端
The molecular end of the polyimide used in the present invention is

【0016】[0016]

【化3】 [Chemical 3]

【0017】であるか、またはアミノ基または無水物官
能基と反応性を有するモノ官能性キャッピング剤でもよ
い。得られるポリイミドは、固体状である。
Or a monofunctional capping agent that is reactive with amino or anhydride functional groups. The obtained polyimide is in a solid state.

【0018】本発明に用いられる一般式IIの構造を主な
繰り返し単位とするポリエーテルイミドは、たとえば芳
香族2無水物の主成分として下記の構造式1で表される
ビスフェノールAビスフタル酸2無水物
The polyetherimide having the structure of the general formula II as a main repeating unit used in the present invention is, for example, bisphenol A bisphthalic acid dianhydride represented by the following structural formula 1 as a main component of aromatic dianhydride. object

【0019】[0019]

【化4】 [Chemical 4]

【0020】とジアミンの主成分として1,3−フェニ
レンジアミンを用いた公知の縮合反応により製造され
る。
It is produced by a known condensation reaction using 1,3-phenylenediamine as the main component of diamine and diamine.

【0021】反応は、成分の少なくとも一方の融点より
高い温度で溶融状態であるいは、適当な溶剤中で行うこ
とができる。芳香族2無水物とジアミンのモル量を慎重
に調整することにより、生成するポリエーテルイミドの
分子量をかなり広範囲に調整することが可能である。触
媒として、ピリジンなどを用いることにより、ポリエー
テルイミドの生成を促進させることが有効である。
The reaction can be carried out in the molten state at a temperature above the melting point of at least one of the components or in a suitable solvent. By carefully adjusting the molar amounts of aromatic dianhydride and diamine, it is possible to adjust the molecular weight of the resulting polyetherimide in a fairly wide range. It is effective to promote the generation of polyetherimide by using pyridine or the like as the catalyst.

【0022】使用される芳香族2無水物は、構造式1で
表されるビスフェノールAビスフタル酸2無水物を主成
分とするもの、すなわち芳香族2無水物中構造式1で表
されるビスフェノールAビスフタル酸2無水物を90モ
ル%以上含有するものであって、その他の芳香族2無水
物としてはたとえばピロメリット酸2無水物、3,3′
−ビスフタリルエーテル2無水物などをあげることがで
きる。
The aromatic dianhydride used is mainly composed of bisphenol A bisphthalic acid dianhydride represented by structural formula 1, that is, bisphenol A represented by structural formula 1 in aromatic dianhydride. It contains 90 mol% or more of bisphthalic dianhydride, and other aromatic dianhydrides include, for example, pyromellitic dianhydride, 3,3 ′.
Examples thereof include bisphthalyl ether dianhydride.

【0023】構造式1で表されるビスフェノールAビス
フタル酸2無水物は、公知の方法により製造される。す
なわち、4−ニトロ無水フタル酸とアニリンの反応によ
り得られる、4−フェニル−4−ニトロフタルイミドと
ビスフェノールAのアルカリ金属塩とのエーテル化反応
により生成するビスエーテルイミド化合物を加水分解
し、脱水環化することにより製造できる。
The bisphenol A bisphthalic acid dianhydride represented by the structural formula 1 is produced by a known method. That is, a bisetherimide compound produced by the etherification reaction of 4-phenyl-4-nitrophthalimide with an alkali metal salt of bisphenol A, which is obtained by the reaction of 4-nitrophthalic anhydride and aniline, is hydrolyzed to form a dehydrated ring. It can be manufactured by

【0024】ジアミンとしては、1,3−フェニレンジ
アミンを主成分とするもの、すなわちジアミン中1,3
−フェニレンジアミンを90モル%以上含有するもので
あって、その他のジアミンとしては、たとえば1,6−
ヘキサンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサン−
1,6−ジアミン1,6−ビス〔4−アミノフェニル〕
ヘキサン、4,4′−メチレンジアニリン、5(6)−
アミノ−1−(4′−アミノフェニル)−1,3,3−
トリメチルインダンなどをあげることができる。 芳香
族2無水物中の構造式1で表されるビスフェノールAビ
スフタル酸2無水物、及びジアミン中の1,3−フェニ
レンジアミンが上記モル数未満の場合、後記する溶剤に
対する溶解性が低下する場合があり好ましくない。
The diamine has 1,3-phenylenediamine as a main component, that is, 1,3 of the diamine.
-Containing 90 mol% or more of phenylenediamine, and other diamines include, for example, 1,6-
Hexanediamine, 2,2,4-trimethylhexane-
1,6-diamine 1,6-bis [4-aminophenyl]
Hexane, 4,4'-methylenedianiline, 5 (6)-
Amino-1- (4′-aminophenyl) -1,3,3-
Examples include trimethylindane. When the bisphenol A bisphthalic acid dianhydride represented by Structural Formula 1 in the aromatic dianhydride and the 1,3-phenylenediamine in the diamine are less than the above-mentioned number of moles, the solubility in a solvent described below is lowered. Is not preferred.

【0025】本発明に用いられるポリエーテルイミドの
分子末端は
The molecular end of the polyetherimide used in the present invention is

【0026】[0026]

【化5】 [Chemical 5]

【0027】であるか、またはアミノ基または無水物官
能基と反応性を有するモノ官能性キャッピング剤でもよ
い。得られるポリエーテルイミドは、固体状である。
It may be a monofunctional capping agent which is or is reactive with amino or anhydride functional groups. The resulting polyetherimide is in solid form.

【0028】本ポリエーテルイミドは、GE(ジェネラ
ル エレクトリック社)製 ウルテムの商標で知られ
る、たとえばウルテム1000などとして市販されてい
るものを用いることができる。使用するポリイミド及び
ポリエーテルイミドの平均分子量としてはゲル浸透クロ
マトグラフィー(GPC)により決定した標準ポリスチ
レン換算の数平均分子量、質量平均分子量、Z平均分子
量のいずれかが10000以上さらに好ましくは200
00以上である。10000未満であると、紡糸の際、
糸切れなどの問題が生じたり、その後の使用に強度的に
耐え得ない繊維になるなどの虞がある。
As the polyether imide, a commercially available product known as Ultem 1000 manufactured by GE (General Electric Company), for example, Ultem 1000 can be used. As the average molecular weight of the polyimide and polyetherimide used, any one of the number average molecular weight, the weight average molecular weight and the Z average molecular weight in terms of standard polystyrene determined by gel permeation chromatography (GPC) is 10,000 or more, more preferably 200 or more.
It is 00 or more. When it is less than 10,000, during spinning,
There is a risk that problems such as yarn breakage may occur, or the fibers may become intolerable in strength afterwards.

【0029】使用される溶剤としては、ポリイミド及び
ポリエーテルイミドを均一に溶解できるものでB型回転
粘度計で測定した溶液の粘度が温度25℃で102 〜1
5ポイズの溶液を製造できるものであればよく、たと
えば、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホル
ム、テトラクロロエタン、テトラヒドロフラン、ジオキ
サン、アセトフェノン、シクロヘキサノン、m−クレゾ
ール、γ−ブチロラクトン、ジメチルホルムアミド、ジ
メチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチ
ルピロリドンあるいはこれらの混合物、これらの溶剤と
他の溶剤との混合物等を上げることができる。好ましく
はジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、テ
トラクロロエタンなどでありさらに溶剤の蒸発の容易
さ、溶液粘度の調整の容易さ、溶液粘度の変動が少ない
点からジクロロメタンにメタノールを混合した溶剤が好
ましく、混合割合としては、ジクロロメタン/メタノー
ル=99〜80/1〜20重量比が特に好ましい。
The solvent used is one which can dissolve polyimide and polyetherimide uniformly, and the viscosity of the solution measured by a B-type rotational viscometer is 10 2 to 1 at a temperature of 25 ° C.
0 5 as long as it poises solution can be produced, for example, dichloromethane, dichloroethane, chloroform, tetrachloroethane, tetrahydrofuran, dioxane, acetophenone, cyclohexanone, m- cresol, .gamma.-butyrolactone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, It is possible to increase N-methylpyrrolidone or a mixture thereof, a mixture of these solvents and another solvent, and the like. Preferred are dichloromethane, dichloroethane, chloroform, tetrachloroethane, etc., and the solvent is preferably a mixture of methanol and dichloromethane because the solvent is easy to evaporate, the solution viscosity is easy to adjust, and the fluctuation of the solution viscosity is small. Is particularly preferably dichloromethane / methanol = 99-80 / 1-20 weight ratio.

【0030】ポリイミドとポリエーテルイミドとの混合
溶液を得る方法としては、前記溶剤を用いて、ポリイミ
ドとポリエーテルイミドとを個別に溶解し調整した溶液
を混合する方法、あらかじめ両者を粉末状態で混合した
後、前記溶剤に溶解して混合する方法等何れでも差し支
えない。
As a method for obtaining a mixed solution of polyimide and polyetherimide, a method in which the polyimide and polyetherimide are individually dissolved and adjusted using the above solvent is mixed, and both are mixed in a powder state in advance. After that, any method such as dissolving in the solvent and mixing may be used.

【0031】溶剤にポリイミド又はポリエーテルイミ
ド、或いはこれらの混合物を溶解させる方法としては、
ニーダー混合など公知の方法により行える。溶解熱の発
生による溶液温度の上昇をおさえるため容器を冷却しな
がら行うのが好ましく、また溶剤の揮発による粘度の上
昇には注意を払うべきである。ポリイミドとポリエーテ
ルイミドとの混合割合は特に限定されない。耐熱性など
を考慮して適宜決めれば良い。
As a method of dissolving the polyimide or polyether imide, or a mixture thereof, in a solvent,
It can be performed by a known method such as kneader mixing. It is preferable to cool the container in order to suppress the rise in the solution temperature due to the generation of heat of dissolution, and attention should be paid to the increase in viscosity due to the volatilization of the solvent. The mixing ratio of the polyimide and the polyetherimide is not particularly limited. It may be appropriately determined in consideration of heat resistance and the like.

【0032】得られる溶液の粘度としては、B型回転粘
度測定による室温(25℃)での粘度が102 〜105
ポイズ好ましくは103 ポイズオーダーであるべきであ
る。使用するポリイミド及びポリエーテルイミドの分子
量にもよるが、ジクロロメタン/メタノール=99〜8
0/1〜20重量比混合溶剤においては、ポリイミドと
ポリエーテルイミドの混合物の溶液濃度を15〜35重
量%とすることが紡糸の安定性において(紡糸)溶液と
して最も好ましい。
The viscosity of the resulting solution is 10 2 to 10 5 at room temperature (25 ° C.) measured by B-type rotational viscosity.
Poise should preferably be on the order of 10 3 poise. Depending on the molecular weight of the polyimide and polyetherimide used, dichloromethane / methanol = 99-8
In the 0/1 to 20 weight ratio mixed solvent, the solution concentration of the mixture of polyimide and polyetherimide is most preferably 15 to 35% by weight in terms of spinning stability (spinning) solution.

【0033】このように調整した溶液を用いて乾式紡糸
する具体的な方法としては、たとえば溶液をギアーポン
プ等によりプレヒーターにより温度管理されたシリンダ
ー内に送りこみ、異物を除去するためにフィルターによ
りろ過した後、紡糸ノズルより温度管理された雰囲気に
連続的に押し出し、溶剤の沸点以上に温度管理された乾
燥炉中を通過させて溶剤を蒸発除去し、しかる後一定速
度で巻き取る通常の乾式紡糸方法が採用される。
As a specific method for dry spinning using the thus prepared solution, for example, the solution is fed into a cylinder whose temperature is controlled by a preheater by a gear pump or the like, and filtered by a filter to remove foreign matters. After that, it is continuously extruded from a spinning nozzle into a temperature-controlled atmosphere, passed through a temperature-controlled drying oven at a temperature above the boiling point of the solvent to evaporate and remove the solvent, and then wound at a constant speed. The method is adopted.

【0034】巻き取る際のトラブル防止また静電気の防
止などのため適当な油剤をつけてもよいが、後の複合化
に際して悪影響を避ける意味で油剤を付着しないのが好
ましい。また、インターレース(交絡)処理は、取り扱
い性を向上するのに好ましい方法である。繊維糸条の形
態としては、モノフィラメント又はマルチフィラメント
のいずれであっても良い。
An appropriate oil agent may be added to prevent troubles during winding and to prevent static electricity, but it is preferable that no oil agent is attached in order to avoid adverse effects in the subsequent compounding. In addition, the interlace treatment is a preferable method for improving the handleability. The form of the fiber yarn may be either monofilament or multifilament.

【0035】この様にして得られる複合材料補強用繊維
の主たる断面形状は、図1に示す如く、3つ以上の枝わ
かれを有する異形断面形状である。かかる異形断面形状
であることによって、強化繊維たとえば炭素繊維の束の
中に本発明の複合材料補強用繊維を均一に分散混合した
後の、樹脂の含浸移動によるこれら繊維の偏りが避けら
れ、均一な混合状態が保持されるのである。又このよう
な異形断面形状であることから、樹脂の浸透しうる空間
が充分にとれ、複合材料補強用繊維と樹脂が良く混ざり
合うと共に、比表面積が大きいことから、樹脂になじみ
やすく、またプリプレグ表面にのせた場合、内部に入り
込みにくいなどの特徴を有する。
The main cross-sectional shape of the composite material-reinforcing fiber thus obtained is an irregular cross-sectional shape having three or more branches, as shown in FIG. Due to such a modified cross-sectional shape, uneven distribution of the fibers due to the impregnation movement of the resin is avoided after the fibers for reinforcing the composite material of the present invention are uniformly dispersed and mixed in a bundle of reinforcing fibers such as carbon fibers, and the fibers are uniformly A good mixed state is maintained. Also, due to such a modified cross-sectional shape, a space through which the resin can penetrate is sufficiently taken, the fiber for reinforcing the composite material and the resin are well mixed, and since the specific surface area is large, it is easy to adapt to the resin and the prepreg When placed on the surface, it has a feature that it is difficult for it to get inside.

【0036】また、中実状であることが好ましいが、中
空状あるいは多孔化しても、後の複合化プロセス条件、
成形条件、マトリックス樹脂の選択などにより、成形不
良等不都合が生じない場合等特に問題なく使用できる。
繊維径も用途にあわせ紡糸ノズル径、製造条件により設
定すればよい。また、延伸処理なども有効である。
Further, it is preferable that it is solid, but even if it is hollow or porous, the conditions for the subsequent compounding process,
It can be used without any particular problem, such as in the case where inconvenience such as molding failure does not occur due to molding conditions and selection of matrix resin.
The fiber diameter may also be set according to the application according to the spinning nozzle diameter and manufacturing conditions. Further, stretching treatment is also effective.

【0037】[0037]

【実施例】以下実施例により、本発明をさらに詳しく説
明する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

【0038】実施例1〜3 3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
2無水物および5(6)−アミノ−1−(4′−アミノ
フェニル)−1,3,3−トリメチルインダンから米国
特許第3856752号記載の方法に基づきポリイミド
樹脂を得た。得られたポリイミド樹脂のゲル浸透クロマ
トグラフィー(GPC)測定で数平均分子量2900
0、質量平均分子量65000、Z平均分子量1100
00で黄色のパウダー状であった。
Examples 1-3 3,3 ', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride and 5 (6) -amino-1- (4'-aminophenyl) -1,3,3-trimethyl A polyimide resin was obtained from Indan based on the method described in US Pat. No. 3,857,752. The number average molecular weight of the obtained polyimide resin measured by gel permeation chromatography (GPC) is 2900.
0, mass average molecular weight 65,000, Z average molecular weight 1100
At 00, it was a yellow powder.

【0039】一方、ポリエーテルイミドとして市販のウ
ルテム1000(GE社製)を用いポリイミド/ポリエ
ーテルイミド=70/30重量比で混合し、さらにジク
ロロメタン/メタノール(91/9重量比)混合溶剤
に、ポリマー濃度23重量%で室温下でよく攪拌混合溶
解して均一な溶液を調整した。B型回転粘度計でこの溶
液の粘度を測定したところ、1500ポイズであった。
この溶液を不織布フィルターで簡易にろ過後、約60℃
に加熱し、ノズル孔径38μ、孔数52の紡糸ノズルよ
り吐出量18.70cc/分で吐出し、40℃〜90℃
の雰囲気下で溶剤の蒸発除去を行い、250m/分で引
き取り、油剤をつけずに巻き取った。
On the other hand, a commercially available Ultem 1000 (manufactured by GE) was used as the polyetherimide and mixed at a polyimide / polyetherimide = 70/30 weight ratio, and further mixed with a dichloromethane / methanol (91/9 weight ratio) mixed solvent. A polymer solution having a concentration of 23% by weight was well mixed by stirring at room temperature to prepare a uniform solution. When the viscosity of this solution was measured with a B-type rotational viscometer, it was 1500 poise.
After briefly filtering this solution with a non-woven fabric filter, the temperature is approximately 60 ° C.
40 ° C. to 90 ° C., which is heated at a temperature of 18 ° C. and discharged from a spinning nozzle having a nozzle hole diameter of 38 μm and a hole number of 52 at a discharge rate of 18.70 cc / min.
The solvent was removed by evaporation under the atmosphere described above, and the solvent was taken up at 250 m / min and wound up without applying an oil agent.

【0040】得られた複合材料補強用繊維は、繊度19
2デニール/52フィラメント 最大引張強度150g
/デニール 最大引張伸度112% 降伏強度80g/
デニールであった。また断面の電子顕微鏡観察の結果、
図1に示す如き3つ以上の枝わかれを有する断面形状を
主形状とした断面形状であった。この様にして得られた
複合材料補強用繊維を用いて、以下の検討を行った。先
ず、高強度中弾性炭素繊維(三菱レイヨン社製、MR−
50K、引張強度5600MPa、弾性率300GP
a)と表1に示す樹脂組成物とから一方向プリプレグを
ホットメルト法で製造した。プリプレグの炭素繊維目付
は145g/m2 、樹脂含有率28重量%であった。
The obtained composite material-reinforcing fiber has a fineness of 19
2 denier / 52 filaments Maximum tensile strength 150g
/ Denier Maximum tensile elongation 112% Yield strength 80g /
It was denier. As a result of electron microscope observation of the cross section,
The cross-sectional shape was mainly the cross-sectional shape having three or more branches as shown in FIG. The following investigations were conducted using the composite material reinforcing fibers thus obtained. First, high strength medium elasticity carbon fiber (MR-made by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.)
50K, tensile strength 5600MPa, elastic modulus 300GP
A unidirectional prepreg was produced from a) and the resin composition shown in Table 1 by a hot melt method. The carbon fiber areal weight of the prepreg was 145 g / m 2 , and the resin content was 28% by weight.

【0041】このプリプレグに、上記複合材料補強用繊
維を片面当たりの繊維目付が、11g/m2 となるよう
にフィラメントワインディング法でプリプレグの両面
に、炭素繊維と同方向に等間隔(2.0mm間隔)でワ
インドし、さらにプリプレグに軽く埋め込んだ。このプ
リプレグから、所定の寸法の小片を切り出し(+45°
/0°/−45/90°)4Sに積層後、表1に示す成形
条件で衝撃後圧縮強度測定用の試験片を成形した。
The above-mentioned composite material-reinforcing fiber was added to both sides of the prepreg by the filament winding method in the same direction as the carbon fiber (2.0 mm) so that the fiber basis weight per one surface was 11 g / m 2. Winded at intervals) and then lightly embedded in the prepreg. From this prepreg, cut a small piece of a predetermined size (+ 45 °
After laminating on 4S , a test piece for measuring post-impact compression strength was molded under the molding conditions shown in Table 1.

【0042】この試験片を用いてSACMA(Supp
liers of Advanced Composi
tes Materiala Associatio
n)Recommended Method SRM2
−88に準拠して270 lb−in衝撃後の圧縮強度
を測定し、表1に示す結果を得た。
Using this test piece, SACMA (Supp
liers of Advanced Composi
tes Materiala Associate
n) Recommended Method SRM2
The compressive strength after 270 lb-in impact was measured according to -88, and the results shown in Table 1 were obtained.

【0043】比較例1〜3 プリプレグの樹脂含有率が36重量%になるようにし、
実施例1〜3と同様にして一方向プリプレグを製造し、
本発明の複合材料補強用繊維を付着させることなしに評
価した。その結果を表1に合わせて示した。
Comparative Examples 1 to 3 The resin content of the prepreg was adjusted to 36% by weight,
A unidirectional prepreg is manufactured in the same manner as in Examples 1 to 3,
It was evaluated without adhering the composite reinforcing fiber of the present invention. The results are also shown in Table 1.

【0044】以上の結果から明かなように、本発明の複
合材料補強用繊維を用いることにより、衝撃後の圧縮強
度が高く優れた耐衝撃性を示すことがわかる。
From the above results, it is clear that the use of the composite material-reinforcing fiber of the present invention has high compressive strength after impact and exhibits excellent impact resistance.

【0045】実施例4 実施例1で得られた複合材料補強用繊維と、高強度中弾
性炭素繊維(三菱レイヨン社製、MR−50K、引張強
度5600MPa、弾性率300GPa)とを均一にに
混合して巻き取った。この場合の混合割合は、複合材料
補強用繊維/炭素繊維=3束/1束(重量比12/10
0)とした。
Example 4 The composite material-reinforcing fiber obtained in Example 1 and the high-strength medium-elastic carbon fiber (MR-50K manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., tensile strength 5600 MPa, elastic modulus 300 GPa) are uniformly mixed. And rolled it up. In this case, the mixing ratio is as follows: composite material reinforcing fiber / carbon fiber = 3 bundles / 1 bundle (weight ratio 12/10
0).

【0046】さらにこのようにして得た混合繊維束と、
実施例1の樹脂組成物(樹脂フィルム目付56g/
2 )から、ホットメルト法によりプリプレグを製造し
た。樹脂を含浸した後、プリプレグ断面を顕微鏡で観察
したところ、複合材料補強用繊維は優れた分散性を示し
ていた。さらに複合材料補強用繊維を片面当たり6g/
2 となるようにフィラメントワインディング法にて等
間隔でワインドしプリプレグを得た。得られたプリプレ
グから所定の寸法の小片を切り出し実施例1と同様衝撃
後圧縮強度測定用試験片を成形し評価した。衝撃後圧縮
強度270MPaを得た。
Further, the mixed fiber bundle thus obtained,
Resin composition of Example 1 (resin film basis weight 56 g /
prepreg was produced from m 2 ) by the hot melt method. After the resin was impregnated, the cross section of the prepreg was observed with a microscope. As a result, the composite material reinforcing fiber showed excellent dispersibility. Furthermore, 6 g / fiber per side of composite material reinforcing fiber
The prepreg was obtained by winding the filaments at equal intervals to obtain m 2 . A small piece having a predetermined size was cut out from the obtained prepreg, and a test piece for compressive strength measurement after impact was molded and evaluated in the same manner as in Example 1. A compressive strength after impact of 270 MPa was obtained.

【0047】サイクルテスト用に(+45/−45/0
8 /90)2Sに積層し成形した。本試験片を−52℃
(10分)←→132℃(10分)で1サイクル40分
計10サイクル熱衝撃を加えた。その後、断面を研磨し
光学顕微鏡にてクラック発生の有無を評価した。クラッ
クの発生は認められなかった。
For the cycle test (+ 45 / -45 / 0
8/90) was laminated to the 2S molding. This test piece is -52 ° C
(10 minutes) ← → 132 ° C. (10 minutes) 1 cycle 40 minutes Total 10 cycles Thermal shock was applied. After that, the cross section was polished and the presence or absence of cracks was evaluated by an optical microscope. No cracks were found.

【0048】比較例4 比較例1のプリプレグから実施例4と同様サーマルサイ
クル用試験片を作成し評価したところ、熱衝撃後、クラ
ックの発生が認められた。
Comparative Example 4 When a thermal cycle test piece was prepared from the prepreg of Comparative Example 1 and evaluated in the same manner as in Example 4, cracking was observed after thermal shock.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明の複合材料補強用繊維を用いるこ
とにより、熱硬化性マトリックス樹脂の優れた熱的性
質、機械的性質を損なうことなく、成形物に優れた靭
性、耐クラック性を付与することができ、航空機用構造
材料などとして好適に使用される。
EFFECTS OF THE INVENTION By using the fiber for reinforcing a composite material of the present invention, excellent toughness and crack resistance are imparted to a molded product without impairing the excellent thermal properties and mechanical properties of the thermosetting matrix resin. And is preferably used as a structural material for aircraft.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の複合材料補強用繊維の主たる断面形状
を示す。
FIG. 1 shows a main cross-sectional shape of a composite material reinforcing fiber of the present invention.

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 彰浩 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 澤田 二三夫 富山県富山市海岸通3番地 三菱レイヨン 株式会社富山事業所内Front page continuation (72) Inventor Akihiro Ito 4-chome, Sunadabashi, Higashi-ku, Aichi Prefecture Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Product Development Laboratory (72) Inventor Fumio Sawada 3 Kaigan Dori, Toyama City, Toyama Prefecture Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Toyama Office

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式Iの構造を主な繰り返し単位とす
るポリイミドと、一般式IIの構造を主な繰り返し単位と
するポリエーテルイミドとを乾式混合紡糸して得られる
複合材料補強用繊維。 【化1】
1. A fiber for reinforcing a composite material, which is obtained by dry-mix-spinning a polyimide having a structure of general formula I as a main repeating unit and a polyetherimide having a structure of general formula II as a main repeating unit. [Chemical 1]
【請求項2】 使用するポリイミド及びポリエーテルイ
ミドの平均分子量が、10000以上である請求項1記
載の複合材料補強用繊維。
2. The fiber for reinforcing a composite material according to claim 1, wherein the polyimide and polyetherimide used have an average molecular weight of 10,000 or more.
【請求項3】 溶剤としてジクロロメタンとメタノール
との混合溶剤(ジクロロメタン/メタノール=99〜8
0/1〜20重量比)を用い、ポリイミドとポリエーテ
ルイミドとの混合溶液濃度を15〜35重量%として乾
式紡糸することにより得られる請求項1記載の複合材料
補強用繊維。
3. A mixed solvent of dichloromethane and methanol as a solvent (dichloromethane / methanol = 99-8)
0/1 to 20% by weight), and the composite material reinforcing fiber according to claim 1, obtained by dry spinning at a mixed solution concentration of polyimide and polyetherimide of 15 to 35% by weight.
【請求項4】 断面の主たる形状が、3つ以上の枝わか
れを有する異形断面形状である請求項1記載の複合材料
補強用繊維。
4. The fiber for reinforcing a composite material according to claim 1, wherein the main shape of the cross section is a modified cross section having three or more branches.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012027917A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-08 江西先材纳米纤维科技有限公司 Polyimide blend nanofiber and its use in battery separator

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CN102383222A (en) * 2010-09-01 2012-03-21 江西先材纳米纤维科技有限公司 Blended polyimide nanofiber and application thereof to battery diaphragm
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