JPS6175880A - サイズ剤 - Google Patents

サイズ剤

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JPS6175880A
JPS6175880A JP60182888A JP18288885A JPS6175880A JP S6175880 A JPS6175880 A JP S6175880A JP 60182888 A JP60182888 A JP 60182888A JP 18288885 A JP18288885 A JP 18288885A JP S6175880 A JPS6175880 A JP S6175880A
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fiber
fibers
amide
units
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JP60182888A
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ビル・ウエイン・コール
ロバート・バートン・ハンソン
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BP Corp North America Inc
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Publication date
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    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F11/00Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
    • D01F11/10Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
    • D01F11/14Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with organic compounds, e.g. macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J2379/04Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08J2379/08Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors

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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明の分野鉱ポリアミドアミック酸CpoLyami
−de arnic acid )、アミド−イミドポ
リマー、アミド・イミドコポリマーあるいはこれらの物
質の混合物(以後ニ聡括してアミド・イミドポリマーと
よぶ)のサイズ剤で以て表面を被覆した強化用ファイバ
ーに関するものである。この被覆ファイバーはマトリッ
クス樹脂としてのアミド・イミドポリマーと一緒に複合
体をつくるのに用いられる。
得られる複合体はすぐれた強靭性と450”FC232
℃)をこえる温度で長時間使用するための増強された熱
的性質をもっている。
背景 合成樹脂マトリックス中にカーボンファイバーが含まれ
ているカーボンファイバー組成物はその他の強化用ファ
イバーの使用と同じく当業においてよく知られている。
脂層マトリックスの機能は主として組成物に所要の外部
寸法と形状を与えることであり、一方、強化用ファイバ
ーha合体に所要の強度と剛性を与える。
例えばカーボンファイバーとマトリックス(支)脂との
間の改善された結合は一般には、過去においては、カー
ボンファイバーを夕/タル、金属カーバイドおよび窒化
物を含む各種金属で以てi金す勾ことによるかあるいは
カーボンファイバー表面金空気、オゾン、儂硝酸および
クロム硫酸のような酸化剤で以てエツチングを施こすこ
とによるような多数の技法によって達成してきた。ブロ
ックコポリマーおよびグラフトコポリマーもまたカーボ
ンファイバーとマトリックスとの間の結合を改善するた
めに、米国特許43,855,174によって解説され
るとおり、使用されてきた。カーボンファイバーはまた
数多くの理由で、例えばカーボンファイバーのかぎ裂き
およびほつれを防ぐために、エポキシ樹脂のような各種
サイズ剤で以て被覆された。その例示は米国特許43,
373,984;3.806,4 s 9 : 3.9
08,042 ;3,914,504:3.953.6
41 : 3,971,669 :4,145,472
;および英国特許明細641,195.219である。
米国特許44,364,993はカーボンファイバー用
ナイズ剤としてポリインシアネートまたはソルビトール
ポリ久リシジルエーテルを使用している。
アミド・イミドポリマーおよびコポリマーは主としてポ
リアミド形態にあるとぎに窒素含有有機溶剤中での溶解
度について知られる比較的新しい種類のM機化合物であ
る。過去においては、これらのアミド・イミドポリマー
の主な応用はワイヤーエナメルであった。これは米国特
許3,661,832(1972年) ; 3.494
,890 (1970年)および3,347,828 
(1967年)に解説されている。アミド・イミドポリ
マーおよびコポリマーはまた米国特許4,016,14
0(1977年)および3,573,260 (197
1年)に示されるとおり成型の応用に有用であることも
発見された。
米国特許4,136.085 (1979年) :4.
313゜868(1982年):および4,309,5
28(1982年)は文献としてここに組入れられてい
る。これらのポリアミド・イミドはそれの顕著72:機
械的性質について知られている。当業では、プレス成型
、減圧バッグオートクレーブ成型、などのような慣用的
成型技法全便うことによって各種の物品に形成し得るフ
ァイバー強化複合体構造物を求めてきた。
エポキシあるいはポリアミドのような薬剤で以てサイジ
ングを施こした強化用ファイバーをアミド・イミドポリ
マーのような高温材料と一緒に使用するときには、これ
らのサイズ剤はアミド・イミド処理温度において揮発ま
たは分解して揮発物を形成し、これは最終復合体溝造体
中で空隙の原因となる。あるいはまた、これらのサイズ
剤はファイバーとアミド・イミドポリマー・マトリック
スとの間で容認できる皓合金与えない。
従って、アミド・イミドポリマー加工温度に耐える十分
な熱的安定性をもちかつファイバーとアミド・イミドポ
リマー・マトリックとの間に改善された結合を提供する
、強化用ファイバーのサイズ剤を求める必要性が存在し
ている。
それゆえ、強化用ファイバー表面と樹脂マトリックスと
して用いるある種のアミド・イミドポリマーとの間の結
合を改善することが本発明の一つの目的である。
不発明のもう一つの目的は、ある種のアミド・イミドポ
リマー・マトリックス樹脂と組合せて使用して破壊強靭
性、層間剪断強度および横引張強さのような改善式れた
際立ったマトリックス性質金示すことができるサイズ剤
で以て*aした強化用ファイバーを提供することである
。このアミド・イミドマトリックス樹脂はまた高い曲げ
、引張り、および圧縮の強度をもたらすファイバー性質
のすぐれた改善を可能にする。
ここで述べる特別のサイズ剤はカーボンファイバー表面
と複合体構造物のマ) IJラックス分として用いるア
ミド・イミドポリマーとの接着を改善することが発見さ
れたのである。これらのサイズ剤はまたアミド・イミド
ポリマー複合体形成中に揮発物を発生せず、従って既知
サイズ剤に関して存在している空隙形成問題を最小化す
、る。
本@明のこれらおよびその他の目的と特色は「特許請求
の範囲」と本発明の好ましい具体化の以下の聡括および
記述から明らかになる。
好ましい具体化の記述 ポリカルボン酸無水物を一つの一部ジアミンあるいは一
部ジアミン混合物と反応させることによって得られポリ
アミドアミック酸、アミド・イミドポリマーおよびコポ
リマーおよびそれらの混合物に、ここでFii括してア
ミド・イミドポリマーとよぶが、強化用ファイバーのた
めのすぐれたサイズ剤を生成することを、我々にここに
発見したのである。強化用ファイバー用のサイズ剤とし
て使用するのに適するポリアミドアミック酸はのポリア
ミドアミック酸A単位の繰返しから成り、→は異性体を
示し、Rは炭素原子数が約6個から約10個である2価
の全部あるいは大部分が芳香族災化水素基である基であ
るか、あるいは直接的かあるいは一〇−、メチレン、−
CO−1−SO,−1−S−1のような安定連結基によ
って結合された各々が6個から約10個の炭素原子数を
もつ21固の2価芳香族炭化水素基:例えば−R’−0
−R’−1−R’−CH2−R’−1−R’ −CO−
R’−1−R’−3O2−R’−および−R’−8−R
’−1である。きらに、Rは2個または2個より多くの
その撞の基の混合物であってコポリマー、ターポリマー
などを提供することができる。
これらのポリアミドアミック酸単位は通常は射熱時にイ
ミド化を行うことができて次のB単位、のポリアミド・
イミド全生成する。
これらの物質は約3,000から約13,000のの平
均分子量をもつ。
アミド・イミドポリマーはトリメリット酸無水物と全部
または一部が芳香族の一部ジアミ/あるいは全部または
一部がアシル化されたジアミンとからつくられる。アシ
ル化ジアミンを使う方法d本明細書に引用されている米
国特許4,309.528において開示されている。通
常ニトリメリット酸無水物はトリメリット配の無水物の
アシル/・ライド誘導体である。好ましくは、その無水
物はトリメリット酸無水物のアシルクロライド誘4休(
4−TMAC)である。
有用な芳香族ジアミンはパラ−およびメタ−フェニン/
ジアミン、オキシビス(アニリン)、チオビス(アニリ
ン)、スルホニルビス(アニリン入ジアミノベンゾフェ
ノン、メチレンビス(アニリン)、ベンジジン、1j5
−ジアミノナフタレン、オキシビス(2−メチルアニリ
ン)、チオビス(2−メチルアニリン)、2,2−ビス
C4−Cp−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、
ビス〔4−(p−アミンフェノキシ)フェニル〕スルホ
ン、2.2−ビス〔4−Cp−アミノフェノキシフフェ
ニル〕へキサフルオロプロパン、ビス[4−Cp−アミ
ノフェノキシ)〕ベンゼン、ビスC4−C3−アミノフ
ェノキシ)〕ベンゼン、などを含む。
我々のポリアミド・イミドおよびポリアミドアミック酸
は無水トリメリット酸のアシル誘導体を主としであるい
は全部が芳香族性である一坂ジアミンの混合物の二つま
たは二つより多くと反応させることによってつくられる
。得られる生成物は、結合基がイミド基であってもよい
が主としてアミド基であるポリアミドであり、かつ、構
造がさらに反応できる遊離のカルボン酸を含むポリアミ
ドである。本発明の代表的ポリマーは熱処理前において
約50%までの、好ましくは約10から約40%のイミ
ド化をもっている。
好ましくは、芳香族−級ジアミンの混合物はメタ−フェ
ニレンジアミン、F+p’−オキシビス(アニリン)お
よびメタ−フェニレンジアミンから成す、アルいはp 
、 p’−スルホニルビス(アニリン)hヨヒp 、 
p’−メチレンビス(アニリン)かう成る。さらに好ま
しくは、−級芳香族ジアミンの混合物Uメターフェニレ
ンジアミンおよびp 、 p′−オキシビス(アニリン
)を含む。最も好ましくはpl p’−オキシビス(ア
ニリン)対メタ−フェニレンジアミンのモル比は約50
:50から約90:10である。ホモポリマー系におい
ては、好ましいジアミンはオキシビス(アニリン)ある
いはメタ−フェニレンジアミンである。これらのジアミ
ン類の芳香族性はホモポリマーコポリマーのすぐれた熱
的性質を提供し、一方、−級アミン基は所望のイミド環
とアミド結合が形成されるのを可能にする。
強化用ファイバーを被覆するのにまた、約20から80
%のイミド富有成分が次の組成によって置換された前記
のアミド・イミドポリマーの組成物が有用であり、式中
、R2はRと同じであり、Xは2価の芳香族基である。
好ましいXについての組成は あるいはこれらの混合物である。
通常は、重合はN−メチルピロリドン、N 、 N’−
ジメテルホルムアミドおよびN 、 N’−ジメチルア
セタミドのような窒素含有有機罹性痔剤の存在下で実施
される。この反応は実質上無水の東件のもとてかつ約1
50℃以下の温度において実施すべきである。最も有利
には、反応は約20℃から約50℃で実施する。
反応時間は臨界的ではなく主として反応温度に依存する
。反応時間は約1から24時間へ変動することができ、
窒素含有溶剤については約30℃から約50℃において
約2時間から4時間が好ましい。
10.000,000pai(700,0OOAl19
/crn”)またはそれより大きいモジュラスをもちか
つ少くとも600”F(316℃)において少くとも1
0分間熱的に安定であるファイバー物gtハどれでも本
発明のサイズ剤と一緒に有利に使用できる。用語「熱安
定性」とは、ファイバーが最終複合体信造の中で空隙を
ひきおこすのに十分な揮発物を放出しないことを意味す
る。ガラスファイバー、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素
、ボロン、ケブラ−ファイバー、黒鉛またはカーボンフ
ァイバーのような熱安定性ファイバー物質が有用である
。カーボンファイバーが特に好ましい。
用語「カーボンファイバー」ニここでハ総体的な意味に
おいて使用し、黒鉛ファイバー並びに熱的炭化および黒
鉛化処理後に生ずる無定形カーボンファイバーを含む。
黒鉛ファイバーはここでは、実質上カーボンから成りか
つ黒鉛に特徴的なX線回折図が主体であるものと定義さ
れる。一方、無定形カーボンファイバーは、ファイバー
ifの本体が炭素に帰せられ主体的に無定形X線回折図
を示すファイバーと定義される。黒鉛ファイバーは一般
的にf′i無定形カーボンファイバーよりも高いヤング
’5にもち、その他に、電気的および熱的伝導性がより
高い。
ここで述べる複合体音つくるのに代表的に用いられるカ
ーボンファイバーは重量で少くとも約90%のカーボン
を含む。好ましい具体化においては、カーボンファイバ
ーは重量で少くとも95%のカーボンを含みかつ黒鉛が
主体的なXi回折図を示す。
強化用ファイバーは一般的にはリボンまたはテープの形
態において用いられ、それホ連続カーボンフィラメント
の1本の平らなトウから成るか、あるいはリボンの長さ
と実質上同じに延びている実質上平行のマルチフィラメ
ントファイバ束ノ複数本から成り立っていてよい。
後者の具体化においては、リボンのファイバー束は各種
の物理的形態で得供することができる。
例えば、リボンの束はマルチフィラメントヤーン、トウ
、ストランド、ケーブル、あるいは類似のファイバー集
合体の連続した長さをもつ形@をとることができる。マ
ルチフィラメント束は好ましくハ連続マルチフィラメン
トヤーンの長さのものである。リボン内のファイバー束
は任意的には撚りを与えてもよく、それらの取扱性を改
善する傾向がある。例えは、約0.1から5 tpi、
好ましくは約0.3から1.Otpiの撚りを各ファイ
バー束へ付与してよい。また、真撚りの代りおよびそれ
のほかに仮撚りを与えることもできる。あるいはまた、
ファイバー束は実質上撚りを保有しなくてもよい。
マルチフィラメントファイバー束はリボン内で実質上平
行な様式で交叉する束を実質上存在させずに提供して平
リボンをつくらせることができる。
例えばカーボンファイバーリボンの中に存在する平行な
マルチフィラメント束の数は広く、例えば6から1.0
00またはそれ以上へ変えることができる。一つの具体
化においては、リボンは、ここに文献として組入れられ
ている同じ譲受人の米国特許3,818,082の教示
に従って実質上平行なファイバー束で以て編んだよこ糸
をもつよう選ばれる。しかし、平行ファイバー束あるい
は干トクのフィラメントが、ここにのべる手順に従う樹
脂を浸のためのファイバーテープを構成させるとぎに何
らかの形のよこ先組込みによって束ねられることに本質
的ではない。
サイズ剤は個々のファイバーへあるいは束、リボン、テ
ープあるいは布などの形の多重ファイバーへ適用するこ
とができる。ティ2フフ組成物は既知の方法により、例
えば溶融サイズ剤あるいは溶解状サイズ剤を含む浴の中
をファイバーを引張ることにより、あるいはサイズ剤を
ファイバー上ヘスプレーし次いでファイバーを乾燥して
実質上スヘての溶剤を除くことくよって、ファイバーへ
施用することができる。カーボン7アイバーをサイズ剤
で以て被覆するための適当な装置は、ここに引用して組
入れられている米国特許3,914,504に解説され
ている。
サイズ剤は適当な溶剤中でのそれの溶液を含む浴の中に
ファイバーを通過させることによって施用するのが好ま
しい。この方法はファイバーへ被覆されるサイズ剤の量
を容易に調節することを可能にする。溶剤の存在はサイ
ズ剤がステーブルヤーン、フィラメントヤーン、テープ
、織物、またはロービングの個々のファイバーの中へ浸
透する能力を改善する。溶剤中のサイズ剤濃度は通常は
約0.05%から約10%、好ましくは溶液合計重量を
基準に玉量で約0.5%から5%の範囲にある。
使用溶剤はファイバーの十分な被覆を与えかつまたサイ
ズ剤と非反応性である十分な量のサイズ剤を溶解するこ
とができるべきである。適当な溶剤の例はN−メチルピ
ロリドン(NMP)、N。
N−ジメチルホルムアミド(Dl、fF)、メチルエチ
ルケトン(MEK)、およびN、N−ジメチルアセタミ
ドCDAIAC)である。メチレンクロライドなどのよ
うな溶剤除去を助けるその他の物質全溶剤へ添加するこ
とができる。
ファイバー上のサイズ剤の量ハ施用中のファイバーの形
態、すなわち、ファイバーが束、布などの形にあるかど
うかに、依存する。連続ファイバーまたFl、フィラメ
ントについてはサイズ剤または被覆の量は通常はファイ
バーを基準に重置で約0.05から約1.5%の範囲に
ある。ユニテープ(相互に平行である多数のファイバー
)については、サイズ剤または被覆の量は通常はそのユ
ニテープを基準に重量で約0.05から約1%の範囲で
ある。チョツプドあるいはステープルファイバーについ
ては、サイズ剤または被覆の量は通常はファイバー基準
で重量で約6%以下である。処理した布は通常は布を基
準に重量で約0.2%から約148%のサイズ剤または
被覆の量t−言んでいる。
代表的には、ファイパースドラ/ドまたはリボ/′lr
サイズ剤含有溶液の中に通し、そして次に児熱管中に通
して溶剤を除きファイバーを乾燥させる。この背は熱空
気によって加熱される。織布用連続ファイバーは織り工
程用にサイズ処理をせねばならない。商業的製品は最も
しばサイズ剤物質つぎで入手されるが、それはアミド・
イミドポリマーマトリックス樹脂と相溶性がない。一つ
の商業的製品はポリイミドCPI)サイズ剤つきで入手
できるが、それもまたアミド・イミドポリマーマトリッ
クス樹脂と相癌性ではない。エポキシおよびPIの両サ
イズ剤はアミド・イミドポリマーマトリックス樹脂につ
いて使用する700ヱ(371C)程度の高温において
rR発*jを放出する。
溶剤洗滌およびヒート・クリー二/グを例えば、カーボ
ンファイバー織布からエポキシおよびポリイミドサイズ
剤を除去するのに用いることができ、積層体性質はこの
サイズ剤除去後において著しく改善される。しかし最適
の性質はサイズ剤なしのカー ホ77 フイハーヲ1更
用し、アミド°イミドポリマーを施用し、このサイズ処
理ファイバーを布に織り、この得られる布をアミド・イ
ミドポリマーマトリックス樹脂で含浸して成型用プレプ
レグを形成させる、ことによって達成された。
サイズ処理した個々のファイバーまたは多重ファイバー
は織機を使って布に織り、撚りをかけてヤーンを形成し
、ステーブルファイバーなトニ切断することができる。
織物lC織るときにはファイバーをガラスファイバーの
ような他の物質と組合わせて一方向性織物を形成するこ
とができる。
ここで述べるサイズ剤で以て被覆した織物は主としてフ
ァイバー強化複合体構造物の中で使うことを意図してい
る。用語「覆合体構造物」は二つまたは二つより多くの
構成成分から成−る不均質集成体のことをいい、その成
分の少くとも−っは、ここでは以後「マトリックス」成
分と命名する連続相を規定し、少くとも一つの他の成分
は上記複合集成体についての強化手段あるいは補強を規
定し、この強化手段はマトリックス成分と接してが−D
λつ強くそれへ結合される。例えば、このような複合集
成体の代表的成分に被覆されるか、層状化されるか、槓
重ねられるか、モして/あるいは積層化されるかのいず
れかが可能である。
このように、本発明の複合構造物はアミド・イミドポリ
マーマトリックス成分と、強化用ファイバーとこのファ
イバー用のここで述べるサイズ剤とから成る傭化用吻質
と、から成る。
設合体製作技法は進歩的工/ジニアリング複合体分野に
おいてさぎに用いられているいずれかの方法から選ぶこ
とができる。代表的には、複合構造体にアミド・イミド
ポリマーで以て、所望の形態に配列したファイバーの個
々の薄片(例えは、ファイバ一層、リボン、パイルなど
)h言aしてプレプレグを形成することによって形成さ
れる。
その薄片の含浸はアミド・イミドポリマーをそれへ熔融
体または好ましくは溶液から施用することによって実施
してよい。
この複合溝遺体は一般的にほぞの複合体の重量t−基準
に約50から70%、好ましくは約55から約65%の
テイズ剤処理ファイバーと、それに相当して約50から
FJ30%、好ましくは約45から約35%のアミド・
イミドポリマーマトリックスと、から構成される。
これらの複合構造体は軍用機工業に用途を見出しており
、そこでは、複合構造体は良好な強靭性をもちかつ湿っ
た大気中で350?(177C)をこえる温度において
長時間便用に耐えねばならない。その他の需要がより少
ない応用は商業的航空機および自動車工業において見出
される。
以下の実施例に不発明の好ましい具体化を例証するもの
である。これらの実施例は例証の目的だけのものであり
、不発明の条件ヱたは領域に関して全く規制的なものと
考えていないことは理解される 実施例り 窒素導入管、撹拌器、温度計、および固体添加漏斗を備
えた200−丸底四つロフラスコへ99.9重量部<p
bw)のp、p′−オキシビス(アニソ/)(OEA)
、23−1 pbwのメタ−フェニレンジアミ7(MP
DA)および604 pbwのN−メチルピロリドン(
NMP)を装填した。室@(72? 。
22℃)における溶解の完了後、塩化物含量から測定し
て99.5%±0.5%の純度をもつ14L75pbw
の4−トリメリドイル・アンハイドライド・クロライド
<4−TMAC)と7−5 pbwの無水トリメリツ)
@(TMA)とを2.5時間にわたって溶液温度を77
−951 (25−32℃)に維持しながら添加した。
添加完了後、浴液を3時間撹拌し、その間(、溶液粘度
はZ5+のガードナー・ボルト値または約110ボイズ
へ上昇した。
この粘稠溶at−その2倍容積の蒸溜水中ヘウオーニン
グ・ブレンダー中でまず注ぎ、欠いでP遇することによ
って、固体ポリマーを得た。P液を毎回3000 pb
wの蒸溜水で以て5回洗滌して反応中に生成した塩化水
素を除いた。
固体全水銀柱20インチ(500m)の真空で24時間
122下(50℃)において乾燥した。
20分間500?(260℃)で空気循還浴中で加熱し
た2yの試料は10%の揮発分含量を示した。
実施例2゜ 窒素導入管、撹拌器、温度計、および固体添加漏斗を備
えた200ゴの丸底四つロフラスコへ99.9重量部(
pbw)のOB A、 23.1 pbwのMPI)A
1および604 pbwのNMPt−装填した。
IC(727,22℃]において溶解完了後、塩化物含
量から測定して99.5%±0.5%の純度をもつ14
4.0 pbwの4−TMACと5.5 pbwのTM
Af2.5時間にわたって添即し、その間77−95’
F (25−32℃)の溶液温度を保った。
添加完了後、溶液を3時間撹拌し、その時間の間に、済
液粘度はZ5+のガードナー・ホルト値ろるいは約11
0ポイズへ上昇した。
この粘稠浴液をその容積の2倍容積の蒸溜水の中ヘウオ
ーニングプレyダー中でまず注入し、次いで瀘過するこ
とによって、固体ポリマーを得た。
F液を毎回3000 pbwの蒸溜水で5回洗滌し、反
応中に生成した塩化水素を除いた。
固体を20インチ(500m)水銀柱の真空下で24時
間、1227(50℃)にお騒て乾燥した。20分間5
007(260℃〕でを気循遠浴中で加熱した2Iの試
料は10%の揮発分含量金示した。
窒素導入管、撹拌器、温度計、および固体添加漏斗ヲ俯
兄た200−の丸底四つロフラスコへ1000 pbw
のNMPを装填した。フラスコ内容物を50−60℃と
したのち、598 pbwの製造した固体を撹拌しなが
ら添加した。溶解は50−60℃で2−3時間撹拌した
のちに達成された。
25℃へ冷却後、粘度は158ボイズでろり、測定した
固体含量は37.8%であった(200℃で2時間加熱
した2gの試料)。
実施例1の方法によってつくったポリマー試料を浴乾燥
器中で2時間、375−450下(191−232℃)
の温度範囲で以て加熱した。
ジメチルアセタミドの690gの部分を乾燥窒素のパー
ジで以て撹拌し5℃へ冷却して系を乾燥に保った。25
2.2 Fの4−TMAC%119.0 g(Dp’、
p−メチレンビス(アニリンノおよび120、OFのp
、p′−オキシビス(アニリン)から厄る均密混合物を
次にその溶剤へ30分間添加した。反応の温度t50℃
へ上げさせた。その温度に2いて、水浴によって調節し
た。DMACの追加の100Iを欠に添加してすべての
固体上流い込み、反応をさらに3.5時間50℃におい
て継続した。反応溶液を次に大過剰の迅速撹拌水中に注
入し、そこでコポリマーの沈澱がおこった。固体で次に
数回蒸溜水で以て洗滌し、−晩浸漬した。
最後に、固体を120°F(49℃)で乾燥した。
コポリマーの443Iの収量が得られた。
533.3.9のNMP、300gのDMA C,およ
びss、oyのプロピレンオキサイドから成る溶液を撹
拌して8℃へ冷却した。168.5 #の4−TMAC
180,1&のODA、および79.39のMBAの混
合物上次にこの溶剤へ50分にわたって添加した。この
時間の間、反応は36Cへ加温させた。追加の66.7
9のNMPt−添加してすべての固体を洗い込み、次い
で反応混合物を50℃へ加熱しその温度において3.5
時間保った。溶液を次に濾過した。
実施例6゜ 三つのジアミンケ含むコポリマーをつくる一般的方法は
OBA%MPDAおよびMBAと4−TとのDMC中の
反応によって説明される。このように、242.(lの
□B、4(1,21モル)、130.7.9のt’l 
P D A (1,21モ′JL/)および239.6
.9のMBA(L21モル)全1窒素パージ、撹拌器、
添加漏斗、およびは度肝を備えた6ノのフラスコの中に
含まれる3900gのDMA C中に存在させた。フレ
ークまたは塊状の765Iの部分の4−TMAC(3,
63モル)t−次にこの溶液へ数回に分けて90分にわ
たって添加した。
反応の発熱により温度を約35℃へ上げさせた。
反応温度を33℃−38℃に、残りの4−TMACを添
加する間、必要ならば冷却水を使って保った。
4−TMA’Cの添加完了後、添加漏斗に付着している
残留4−TMACt−すべて先金に反応#液の中へ70
yのDMACで以て洗いこんだ。m熱マントルを反応フ
ラスコへ通用し、温度を急速に(約20分)50℃へ上
げた。反応#液i50℃において90分間撹拌し、次に
酊、液を水と混合することによって沈澱させた。沈減形
成前において、溶液粘度は約7.5ストークス(25℃
、20%固体)でめった。ポリマーは蒸溜水中で、W、
J。
フイツンパトリック・カンパニーのD型機粉砕機(フイ
ラン・ミル〕の中で沈澱させた。沈澱後、ポリマーを蒸
溜水で以て水のpHが4から5になるまで洗滌しく洗滌
時間、3から4時間〕、次に大きいブフナー漏斗上で濾
過した。ポリマーは漏斗を通して窒気をひき込むことに
よって一晩乾燥し、欠に最後にエアロマット乾燥器中で
3〇−35℃において12−15時間乾燥した。
実施例7゜ 水冷ジャケットと鼠素尋人口をとりつけたl。
ガロンのガラス内張りのファウドラー釜へ9.87ボン
ド(4,44kli) (DMPDA、 0.35ボン
ド(0,16Q)のTMA、および59.2ボンド(2
6,6kg)のNMPf装填した。窒素パージ下で溶解
′t−終らせたのち、9.52ポンド(4,28ゆ)の
4−TMCと9.17ポンド(4,13k11)のイソ
7タロイルジクロライド(IPCノリの均密混合物を2
.5時間にわたって温度t−35℃以下に保ちながら添
加した。ガードナー粘仮がZl粘度に達したとき、浴液
を2イッッパトリック微粉砕機中に通すことによって沈
澱させた。ポリマー生成物を脱イオン水で5回洗滌し、
続いてフィルター上で3日間空気乾燥した。生成物は次
に強制9気浴中で2時間470?(243℃〕において
加熱することによって固体含量が〉98%であるように
した。
丸底の200mの1つロフラスコへ1045f!の乾燥
NMP、 162.1 FのMPDA、および4.3y
のTMAを装填した。フラスコは機械的撹拌器、窒素導
入管、温度計、および液体添加漏斗を備えていた。この
ジアミンとTMAの溶解中に、添加漏斗に248.0.
9の4−TMCと60.9,90IPC8z を装填し
、80℃で熔融した。熔融完了後、酸クロライド#!を
ジアミンTMA浴液へ2時間にわたって25−35℃に
おいて添加した。
添加完了後、粘稠浴@’(50℃へ加熱し、1時間保持
した。
実施例9゜ ポリアミドアミック酸マトリックス中の連続カーボンフ
ァイバープレプレグをつくったが、七の際、ポリマーは
実施例1に従ってつくった。
ポリアミドアミック酸溶液含浸黒鉛ファイバー織布の積
層体は、ポリアミド・イミド含浸織物と比べて、ポリア
ミドアミック酸だげを便用するときにより低い成型圧に
おいて製造された。
その浴准金26″X42“(65αX105二〕の黒鉛
ファイバー織布片を被覆するのに使用した。
その織物はソーネル300フアイバー力)ら370g/
rn”の目付きの8ハーネスサテン(harnesss
atin)織に織ら几た。浴敵と織物の両方は、浴剤除
去後において39%の乾燥樹脂含量で以て被覆された織
物を得るように前秤量を行なった。織物全ポリエチレン
フィルムへはりつげ、S液IボI77’ロピレン・スキ
ージ−で以て織物の中へ侵入させた。被接された織物は
室温において粘着性がなくなるまで乾燥し、次にポリエ
チレン盛打剤から剥がし、3007(149℃〕におい
て16時間浴乾燥した。乾燥後、織物を所望寸法へ切断
し、650下(343℃ンへ予熱した型の中に置く。
型は0.250インチ(6,4m)の間隔調整版上で5
分間一部を閉じて追茄的な揮発分除去を行なわせ、その
間、その材料と杢は650″F(343℃)の型温へ加
熱された。全部の圧力t−5分間適用し続いて型を一部
開放して捕捉された揮発Wを放出させた。積層体は次に
脱型のために350’F(177℃ンへ冷却した。
ポリアミドアミック酸はアミド・イミド製造方法におい
てイミド化工程前に得られる中間生成物でおる。NMP
溶液中における実施例1に従ってつくったポリアミドア
ミック酸の評価は、カーボンファイバー用含浸樹脂とし
て使用するときに望ましい特性金示した。しかし、乾燥
および金型処理によって与えられる熱履歴で以て、アミ
ック酸マトリックス樹脂はアミド・イミドポリマーへ転
化される。この浴液で以てつくった積層体は艮好なラミ
ネート性質をもつ。実施例1において示すとおりつくっ
た中間体生成物はポリアミド・イミド浴液の粘度の約1
0分の1でおり、含浸i液中での扁饋度使用を可能にす
る。より高い誕度はファイバーストランド中のポリマー
のより艮好な分布金もたらす。高濃度はまた乾燥中のN
 MP浴剤除去に関連する収縮2よびその他の問題を最
小化する。
積層体は乾燥した含浸織物の層を熱盤プレス中で槓重ね
ることによってつくられろ。ポリアミド・イミド溶液積
層体と比較して、ポリアミドアミック酸溶液のマトリッ
クスはより低い見掛けの熔融粘度金もつことがわかった
が、それは積層体衆面上の改善された樹脂の充填、担持
されていない縁におけるスクイーズアウトの増加および
150psi (10,5ゆ/anり程度の低い型圧に
おける改良されたラミネート性質によって証明された。
熔融粘度の低下はポリマー中の分子量低下の結果である
実施例1からのポリアミドアミック酸およびそれから得
られるイミド化生成物の粉末のガラス転移温度(Tg)
をそれぞれ469”F(243℃)と4857(252
℃)において示差走査熱量計(DSC)によって測定し
た。積層体は肉粉末の溶液で以て含浸した織物から金型
成型した。積層体を短幅の剪断棒1c切断し、それらの
棒を後硬化の各段階において引張ってTgおよび剪断強
要の増加を追跡した。我1に示す結果は、アミック酸物
質についてのTgの増加ははじめは、完全にイミド化さ
れているアミド・イミド物質の場付よりおくれで現われ
るが、7日間硬化後においては両物質な類似のガラス転
移@裳をもつこと金示している。それらの結果はまた、
アミック酸積層体の剪断強度が十分にイミド化されたア
ミド・イミドポリマーの積層体よりも終始島かったこと
を示している。この強度における予想外の優位性はその
他の実験においても観察された。
ポリアミドアミック酸は連続ファイバー複合体中でマト
リックス物質として用いろときに、十分に硬化されてい
るアミド・イミドポリマーよりもすぐれた明確な加工性
と性質の利点金もっている。
曲げモジュラスと曲げ強度値はASTM D−790試
設法によって測定した。短幅剪断(SB;S)値はas
TM  D−2344試験方法によって測定した。
実施例1α 我々は工yジニアリングポリマー用の強化用ファイバー
のサイズ剤として、アミド・イミドの使用金示した。A
Iサイズ剤をもつチョツプド・カーボンファイバーは射
出成型用コンパウンド中での処理に成功し、AIサイズ
剤をもつ連続カーボンファイバーは織布と亜で強化した
積層体中への加工に成功した。Alフェスは良好なフィ
ルム形成剤でろり、カーボンファイバーへの艮好な接着
強度をもっている。
織亜積層坏用の連続カーボンファイバーは織り工程の前
にサイズ処理?せねti′ならない。商業的製品はAI
マトリックス樹脂と相容性がないエポキシサイズ剤で以
て最もしばしば入手される。
一つの@業的製品はこれもまたAIマトリックス樹脂と
相容性でないポリイミド<pBサイズ剤で以て入手嘔n
る。エポキシサイズ剤およびPIサイズ剤はともVCA
Iマトリックス物質について使用する処理温度において
揮発物を放出する。
9布からエポキシサイズ剤およびPIサイズ剤を除くた
めに溶剤洗滌技法およびヒートクリーニング技法が開発
され、積層体性質はサイズ剤の除去後において、著しく
改善される。し7>L、最適な性質は非サイズ処理ファ
イバーを購入し、AIサイズ剤を薄めたAI’7ニスで
以て施用し、そのサイズ処理ファイバーを織物に織り、
得られる織物をAIマトリックス樹脂で以て含浸して成
型用プレプレグを形成させることによって達成でれた。
表  2 アミド・イミ 理した81− アミド・イミ 理した81− 1.8ハーネスサテ/’?’−300織物、24X24
スタイル。
黒鉛織布をへキセル・コーポレーションから購入しNM
P@剤で以て洗滌して商業的エポキシファイバーサイズ
剤を除いた。この織物はソーネルT300/309ファ
イバーによる8H3織であった。一つの織物試料はメチ
ルエチルケトン(MEK)とNMPとの50150混合
溶剤中の0.5%AI固体で以てスプレーすることによ
ってサイズ剤処理した。その試料とサイズ剤なしの第二
の試料と金AI 335で以て手動で含浸し尺。乾燥後
、含浸した織物・を積層体へ成型した。第2表に示す試
験結果は織物金薄いAI浴溶液以て予備サイズ処理した
結果として、性質の著しい同上を示した。
マグナマイトAsA高ストレインカーボンファイバース
トランド(12K)にAl 335の稀釈溶液で以て1
%の乾燥樹脂含量までサイズ処理した。
ympH剤で以て稀釈したAZフェスはカーボンファイ
バーをきわめてよく濡らしかつ被覆することが観察され
た。サイズ剤処理後、ストランド金加熱樹脂浴中で変性
Al3357ニスで以て含浸し、ドラムに巻いて一方向
性(U、D、)広幅物を形成させた。このファイバース
トランドの取扱性はサイズ処理後、大いに改善された。
また、このU、D、テープ上の35%の望ましい乾燥樹
脂含量が達成されたが、−万、サイズ処理なしのストラ
ンドを含浸する従来の試みは38%から48%の範囲の
樹脂含量金もたらした。一方向性積層体tこの広幅物か
ら成型し、圧縮テストを行なった。
サイズなしのファイバーを使用する以外は同じである積
層体も試験した0次に示す試験結果は明らかに、AI7
アイバーサイズ剤を使用した結果としての著しい性質改
善を示している。
サイズ剤処理しないセリオン3000−3fカーボンフ
アイバーストランドを購入し、実施例1に示すとおりに
つくったアミド・イミドポリマー粉末の稀釈溶gt−使
ってサイズ処理をした。このサイズ剤溶液にNMP溶液
と1%のアミド・イミドポリマー固体とから成り立って
いた。サイズ剤処理後、ファイバー全域り試験にかけた
。ファイバーは織す工程において良好な加工性をもつこ
とがわかり、4−ハードネスサテン(クロウツートノお
よび8−)・−ドネスサテンの両織物金つくった。
この織$1を手動被覆技法音便って含浸した。この含浸
物質は実施例1に示すとおりにつくった乾燥アミド・イ
ミド粉床であった。乾燥後、この予備含浸織物を試練と
評価のために積層された。
同等の積層体は画業的織物から予備被覆されたが、ただ
し、その商業的材料は含浸に先二ってヒートクリーニン
グを行ないファイバー処理剤を除去した。二つの物質に
ついての試験結果の比較を次に示す。
ヒートクリーニング AIサイズ剤 短幅!pJ断強度、psi    9.7xlO’  
 18.0xlO”曲げ強度、psi    14Q、
3Xlo’  151.6XlO’曲げモジs−ラス、
psi    8.3xlO’    8.5XlO’
両タイプの積層体上圧縮で、供給されたままと、各種エ
ネルギー水準で%インチのラジアストップ(radis
s top )で以て4“×6“(10,2cmX 1
5.2c!!L)のパネル1c衝撃した後とで、試験し
た。AIファイバーサイズ剤の使用は次に示すように圧
縮破壊に対して劇的効果をもった。
ヒートクリーニング AIサイズ剤 なし       0.61    1.071000
インチ/ボンド    0.59      0.96
20002000インチ/ボンド  −〇、83ダウコ
ーニング・ニカロン炭化珪素8ノ゛−ドネスサテンとし
て同定てれる炭化珪素織布をアセトン溶剤中で洗滌して
エポキシサイズ剤金除去した。
この織物t−笑実施1からのポリアミド・イミド樹脂の
溶液で以て含浸した。樹脂はNMP中に溶解して樹脂含
量が30重世%の溶液を得た。この溶液と織物は予め秤
量して溶剤抽出後で30%乾燥樹脂被覆の織物上つくっ
た。この織物をポリエチレンフイルムへはりつげ、ポリ
アミド・イミド浴液全ポリプロピレン・スキージ−で以
て織物の中へ押し流した。被覆された織物は強制9気浴
中で4日間呈温で、2507(121c)で2時間、3
00?(149℃〕で1時間、そして4007(204
℃)で1時間、乾燥して法則含量を約1.5重世%へ下
げた。織物全所望寸法へ切断して隣り合うブライ金相互
に90°配向させた。これらのブライはタッキング・チ
ップをもつシーライ(Seglya)プラスチック熔接
器金便って二つの隅において一緒に留めた。四個のブラ
イの堆積物を減圧バッグオートクレーブの中に置いて成
製した。
減圧バッグオートクレーブは完全具窒での1時間の熱上
げ時間、6607(349℃)での15分間の滞留時間
、600”F(316℃)5002a旬(35kg/a
rt” )における15分間、全もち、500paig
 (35kl、/cm勺において300?(149℃)
へ最大速度において冷却し次。積層体の厚みは0.04
5から0.048インチ(0,11から0.12fl)
の範囲にbつ、積層体表面はかなり均質でろって、暗色
で、やや半光沢性の乾いた外貌をもち、ファイバーが充
満した状態でめった・ 実施例1ふ N−メチル−2−ピロリドン(NMP)が実施例2のポ
リアミド・イミドポリマーとトロガミドーT無定形ポリ
アミドとの浴剤で必った。NMP中のトロガミドーTの
27.5%固体溶液t−次のとおりつくった。NMP 
(725、li’ )金180’F(82℃フヘ加熱し
、高剪断羽根混合機で以て十分な速度で撹拌してトロガ
ミドーTのペレットが溶剤へ添加したときに凝集するの
を妨いだ。トロガミドーTベレット’6熱浴剤へ20分
にわたって添加した。約1時間中温合後、ペレットが全
M溶解した。全ペレットが溶解したと思われたのち2時
間混合1−継続した。この溶液f:耐冷却せ使用前に1
6時間放置した。
上述のトロガミドーT溶液をポリアミド・イミド/NM
P溶g(27,5%固体ンと95:5重量比で混合した
。ポリアミド・イミド浴液をまず150下(66℃]へ
まず270熱した。トロガミド溶液を次に添加し、混合
′+7Iを高剪断混合器で以て4Fj#間撹拌した。混
合溶液は冷却させ、使用前16時間放置した。
ポリアミド・イミド/トロガミビーTの混合溶液をカー
ボンファイバー一方向性テープを被栓スるのに使った。
この含浸ユニテープは!RNI体金形成金形成に使用し
た。
手  続  補  正  召 1、事件の表示 昭和2θ年特許願第 1J?2J’g8’号2、発明の
名称 ブイ ス゛イ11 ろ、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 hll  ア七り・ コー不1し−9974代 理 人 タイプした明イ103

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)表面をアミド・イミドポリマーのサイズ組成物で被
    覆した熱安定性ファイバー。 2)サイズ組成物がファイバー重量基準で約0.1から
    約5重量%の量で上記ファイバー上に存在する、特許請
    求の範囲第1項に記載の被覆ファイバー。 3)上記のアミド・イミドポリマーが、 ( I )イミド化を行うことができ、→が異性化を示す ▲数式、化学式、表等があります▼ のA単位;および ▲数式、化学式、表等があります▼ のB単位; から成る群から選ばれる単位の繰返しから成り、上記B
    単位がポリマー中のA単位とB単位の合計の約25モル
    %以下から成り、A単位およびB単位の両方について各
    々のRが6個から約10個の炭素原子の2価芳香族炭化
    水素基であるか、あるいは各々が直接かあるいは−O−
    、メチレン、−CO−、−SO_2−および−S−から
    成る群から選ばれる安定連結基によつて結合された炭素
    原子数が6個から約10個である2個の2価芳香族炭化
    水素基である、特許請求の範囲第1項に記載のファイバ
    ー。 4)Rが▲数式、化学式、表等があります▼である、 特許請求の範囲第3項に記載のファイバー。 5)Rが (a)▲数式、化学式、表等があります▼ および (b)▲数式、化学式、表等があります▼ の混合物であり、(a)対(b)の比が約50対50と
    約90対10の間である、特許請求の範囲第3項に記載
    のファイバー。 6)上記のアミド・イミドポリマーが、 イミド化を行うことができかつ→が異性化を示す ▲数式、化学式、表等があります▼ のA単位と ▲数式、化学式、表等があります▼ のポリアミドC単位の繰返しから成り、A単位対C単位
    のモル比が約80対20と約20対80との間にあり、
    Rの各々が炭素原子が6個から約10個である2価芳香
    族炭化水素基であるか、あるいは直接的かまたは−O−
    、メチレン、−CO−、−SO_2−、および−S−か
    ら成る群から選ばれる安定な連結基によつて結合された
    炭素原子数が約6個から約10個である2個の2価芳香
    族炭化水素基であり、そしてXが2価芳香族基である、
    特許請求の範囲第1項に記載のファイバー。 7)RとXが各々、 ▲数式、化学式、表等があります▼または▲数式、化学
    式、表等があります▼ である、特許請求の範囲第6項に記載のファイバー。 8)上記ポリマーが(1)特許請求の範囲第3項に記載
    のポリアミド・イミドの約10から約90重量%と(2
    )特許請求の範囲第6項に記載のポリアミドの約90か
    ら約10重量%との混合物から成る、特許請求の範囲第
    1項に記載のファイバー。 9)上記ファイバーがカーボンファイバー、ガラスファ
    イバー、アルミナファイバー、スチールファイバー、窒
    化珪素ファイバー、炭化珪素フアイバー、ボロンフアイ
    バー、およびケプラーファイバーから成る群から選ばれ
    る、特許請求の範囲第1項に記載の熱安定性ファイバー
    。 10)熱安定性ファイバーを溶剤中にアミド・イミドポ
    リマーを含む溶液で以て被覆し、次いでその被覆ファイ
    バーを乾燥して実質上すべての溶剤を除去することから
    成る、特許請求の範囲第1項に記載のファイバーの製造
    方法。 11)上記のアミド・イミドポリマーがA単位とB単位
    から成り、上記B単位が上記ポリマー中のAおよびB両
    単位の合計の60モル%以上から成る、特許請求の範囲
    第3項に記載のファイバー。 12)上記のアミド・イミドポリマーが、 ( I )イミド化を行なうことができ、→が異性化を示
    す ▲数式、化学式、表等があります▼ のA単位と (II) ▲数式、化学式、表等があります▼ のB単位と、 から成る群から選ばれる単位の繰返しから成り、Aおよ
    びB両単位について各々のRは炭素原子数が6個から約
    10個である2価芳香族炭化水素基であるかあるいは直
    接的かまたは−O−、メチレン、−CO−、−SO_2
    −、および−S−から成る群から選ばれる安定連結基に
    よつて結合された各々炭素原子数が6個から約10個で
    ある2個の2価芳香族炭化水素である、 特許請求の範囲第10項に記載の方法。 13)上記の溶液が上記アミド・イミドポリマーを約0
    .05から約10重量%含む、特許請求の範囲第10項
    に記載の方法。 14)熱安定性ファイバーから形成される織物を溶剤中
    にアミド・イミドポリマーを含む溶液と接触させ、次い
    でその被覆織物を乾燥して実質上すべての溶剤を除去す
    ることから成る、特許請求の範囲第1項に記載のファイ
    バーの製造方法。 15)織物として織つた、特許請求の範囲第1項に記載
    の被覆ファイバー。
JP60182888A 1984-08-20 1985-08-20 サイズ剤 Pending JPS6175880A (ja)

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