JPS6375033A - 付加硬化型ポリキノキサリン系樹脂組成物をマトリックスとする炭素繊維強化複合材料用プリプレグ - Google Patents

付加硬化型ポリキノキサリン系樹脂組成物をマトリックスとする炭素繊維強化複合材料用プリプレグ

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JPS6375033A
JPS6375033A JP21796986A JP21796986A JPS6375033A JP S6375033 A JPS6375033 A JP S6375033A JP 21796986 A JP21796986 A JP 21796986A JP 21796986 A JP21796986 A JP 21796986A JP S6375033 A JPS6375033 A JP S6375033A
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curing
polyquinoxaline
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Takako Yamashita
孝子 山下
Nobuyuki Odagiri
小田切 信之
Kuniaki Tobukuro
戸袋 邦朗
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] でかっ成形性の優れた炭素繊維強化複合体(以下CFR
Pと略称する)のマトリックス樹脂として好適な付加便
化型ポリキノキサリン系樹脂に関す
【従来の技術】
従来から、耐熱性CFRPとしてはポリイミド系の樹脂
がマトリックス樹脂として研究されている。しかし、ポ
リイミド系のtljlは耐熱性は優れているが吸水性が
大きいので、ポリイミド系の複合材料は大気中の水分を
吸収して耐熱性が低下するという欠点がある。一方、ポ
リキノキサリン系tillは耐熱性、耐水性が優れてい
るが、ポリイミド樹脂に比べて成形が困難なことから実
用化が遅れている。一般に高耐熱性のIj詣は、ガラス
転移温度並びに融点が高く、かつ溶融tillの流動性
が悪いため成形は高温、高圧下で行なわれるが、形状の
複雑な成形品や複合材料を成形するためには、樹脂の流
動性の良いことが不可欠である。 ポリフェニルキノキサリン樹脂は有機溶剤に可溶でしか
もガラス転移温度は300℃前後で溶融流動性もあり、
耐熱ポリマーのなかではプロセス性は良好である。しか
し高分子量ポリフェニルキノキサリン樹脂をマトリック
スとする複合材料は、成形時の樹脂の流動性が悪いため
成形性は著しく劣る。そこでポリフェニルキノキサリン
411の成2.4’6] 、ア七チルフェノキシベンジ
イル末端[シ5−ナル オフ017°ライビ ネ0リマ
ー ブイlシス(J、Appl、  Polym、  
SCi、)、24(1979)、763] 、= )リ
ル末端[ナシ舊す)シプンヘ0テクニカn  177y
レンス(National  SAMPE  Tech
nical  Conference)、8(1976
)、114] 、及びビア z ニレ7末端[シ”v−
ナル オフ″′ ンクitレキュラー ツイエンス ケ
ミストリー(J、Macromol、 Sci、 Ch
em、)、A21(8&9)(1984)、913]ポ
リフエニルキノキサリン系街詣などがあげられる0本発
明者らもナシイミド末端ポリフェニルキノキサリン樹脂
を開発した。このように高分子量のポリフェニルキノキ
サリン′UJ11を付加硬化型樹脂に改質することによ
って成形性は大幅に上昇した。しかしながら付加硬化型
ポリフェニルキノキサリン樹脂もオリゴマのガラス転移
温度が200℃以上と高いために溶融流動性が不十分で
、複合材料特に形状の複雑な大型部品の成形は著しく困
難であった。そのため、付加硬化型ポリマーの成形性を
向上するためには、オリゴマの溶融温度と付加反応が開
始する温度との差を大きくする必要があった。 たとえばオリゴマの流動性はオリゴマの平均分子って成
形性を向上させる試みが研究されている。 アセチレン末端ポリフェニルキノキサリンにアセチルフ
ェニルエーテルの添加を研究している例[ナシ(ナル 
フンへ0 シンホ0シ9ウム (National  
SAMPE  Symposium)、亜(1983)
 、 699]があり、この様な方法で成形性はある程
度改善される。しかし、反応性可塑剤の添加では成形中
の樹脂の流動性はある程度改善できるが、プリプレグの
タックやドレープ性(軟らかさ)は改善できないため複
合材料特にCFRP用マトリックス樹脂としては満足で
きるものではない。 一方、反応性希釈剤の利用はすでにビスマレイミド系の
樹脂では一般化している技術ではあるが付加硬化型耐熱
ポリマーの場合にはポリイミド樹脂を含めて、反応性希
釈剤に対するオリゴマの溶解性が悪いことや、複合材料
の′ab!I的特性が低特性るなどの点で問題が多くま
だ実用化された例はない。 そこで、本発明者らは優れた耐熱性、耐水性および機械
的特性を有し、かつ成形性の優れたポリの構成を有する
。すなわち、本発明のポリキノキサリン系1111組成
物は、一般式[1]で表される付加便化型ポリキノキサ
リン樹脂オリゴマと、一般式[2]で表されるビスシア
ネートモノマまたは/およびオリゴマならびに一般式[
3]で表されるジアリル化合物を混合した三成分の系か
らなることを特徴とする。 付加硬化型ポリキノキサリン樹脂オリゴマに反応性希釈
剤としてジアリル化合物のみを使用した系におりては、
耐熱性の良好な複合材料力’f!)られない、すなわち
、複合材料の成形に必要な溶融流動性を得るためには反
応性希釈剤を多量に使用しなければならないが、ジアリ
ル化合物はナシイミド末端のポリキノキサリン樹脂オリ
ゴマと共重合しないため得られる複合材料の耐熱性は低
く、機械的特性も大きく低下してしまうという欠点力を
生じる。 しかるに、本発明のポリキノキサリン系樹脂(よ、この
様な欠点を生ぜずして十分な溶融流動性を1辱、1モノ
マまたは/およびオリゴマが付加硬化型ポリキノキサリ
ン樹脂オリゴマ及びジアリル化合物の両者と共重合して
三次元架橋構造を作るため、耐熱樹脂として必要な性能
を保持しかつ成形性の優れたキノキサリン樹脂を得るこ
とができるのみならず、優れた機械的特性をも有するの
である。 付加便化型ポリキノキサリン樹脂オリゴマと反応性希釈
剤の混合比率は重量比で80/20〜30/70の範囲
が望ましく、より好ましくは、60/40〜40/60
が望ましい0反応性希釈剤の添加量が増えるほど樹脂の
流動性が良くなるが、逆に耐熱性が低下する。そのため
耐熱樹脂として必要な性能を保持するためには、一般式
[1]に対する反応性希釈剤(すなわち[2]と[3]
を合計した量〉の添加量は70wt%を越えてはいけな
い、一方、添加量が少なすぎると十分な溶融流動性が得
られず、従って添加量は20wt%以上でなければいけ
ない、また、反応性希釈剤は、二股式[2]で表される
ビスシアネートモノマまたは/およびオリゴマと一般式
〔3]で表されるジアリル化合物の混合比率([2] 
/ [3] )が、当量比でl/1〜lO/1が望まし
く、より好ましくは、2/1〜8/1が望ましい、ビス
シアネートモノマまたは/およびオリゴマは二重結合を
持つ多くの化合物、例えば付加硬化型ポリキノキサ゛◇
ざン系樹脂オリゴマやジアリル化合物と反応する。その
ため、耐熱性樹脂として必要な性能を保持するためには
ビスシアネートモノマまたは/およびオリゴマの添加量
は、ジアリル化合物の添加量を下回らないほうが良い、
一方、ビスシアネートモノマまたは/およびオリゴマの
添加量が増えるほど樹脂の室温での粘度が高くなり成形
性の改善が不十分となる。そのため反応性希釈剤[2]
の添加量は反応性希釈剤[3〕の添加量の10倍を越え
てはいけない。 このように本発明によるポリキノキサリン系樹脂は優れ
た耐熱性と機械的特性を有し、さらにプリプレグのタッ
クやドレープ性が優れていて、かつ優れた成形性を有す
るため、繊m強化複合材料用マトリックス樹脂として優
れているほか、接着剤や成形材料としても好適である。 さらに本発明によるポリキノキサリン樹脂を繊維強化複
合材料として用いる場合には、強化m紺として炭素uA
推を用いる場合、とくに高強度の炭素4JA、tttの
場合に最も優れた効果が得られるが、強化a!維として
は炭gaiM1の他にガラス繊維など、ばかの繊維と混
合使用してもさしつがえないし、実施例1 以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。 シアネート基当量が181gのビスフェノール−Aシア
ン酸エステル35部とo、o’−ジアリルビスフェノー
ル−A15部を50°Cで混合した溶液に3.3,4.
4’−テトラアミノベンゾフェノン、p−ビスフェニル
グリオキサリル、3−ナシイミドオルソフェニレンジア
ミンから合成したナシイミド末端ポリフェニルキノキサ
921411150部をジオキサンに溶かした溶液を添
加し、50°Cで暫く攪拌してジオキサン含量を1%以
下にまで濃縮して、プリプレグ用樹脂を得た。得られた
プリプレグ用樹脂と東し株式会社製パトレカ゛’T40
0を用いてホットメルト法でプリプレグを作成した。プ
リプレグ中の1111の含有量は40.3%で、炭素a
I雑の目付は250 g/m2であった。そこで得られ
たプリプレグを長さ30cm、r1120 c mに切
断し、これを積層してオートクレーブ中で160°Cで
6kg/cm2に加圧したのち250°Cまで昇温し、
2時間保持した後300 ’Cで6時間アフターキュア
ーロして成形品を得た。得られた成形品中の炭素繊維−
の体積含有量は60.4%で、DSC法で測定し“、、
たガラス転移温度は293°Cで良好な耐熱性を有して
いることが分かった。 次に得られた成形品からASTM、D−638並びにD
−790に準じて試験片を切出して引張特性並びに曲げ
特性の測定を行なったところ、引張強度230 kg/
mm2、引張弾性率14.3 t/mm2、曲げ強度1
87 kg/mm2、曲げ弾性率13.8 t/mm2
で優れた機械特性を有していた。 比較例1 実施例で用いたナシイミド末端ポリフェニルキノキサリ
ンvd11をジオキサンに溶解し、実施例と同様の方法
で炭素繊維強化複合材料の作成を試みた。プリプレグは
ホットメルト法で作成することが困難なため溶剤として
ジオキサンを用い、湿式法で作成した。また成形条件は
、成形温度2500C1圧力6 kg/cm2では良好
な成形品が得られなかツタ(Q テ、温度300 ’C
圧力14 k(/ca2テ行なう必要があった。このよ
うに実施例に比べて高温高圧下でオートクレーブ成形を
行なったが、成形品には多数のボイドがあった。得られ
た成形品中の炭素繊維の体積含量は60.5%で、DS
C法で測定したガラス転移温度は316℃で耐熱性は良
好であったが、一方実施例と同様の方法で測定した引張
強度は163 kg/mm2、引張弾性率14.2t/
mm2、曲げ強度160 k(/am2、曲げ弾性率1
3゜7 t/ma+2で実施例に比べて機械的特性も劣
っていた。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式[1]で表される付加硬化型ポリキノキサ
    リンオリゴマと一般式[2]で表されるビスシアネート
    モノマまたは/およびオリゴマならびに一般式[3]で
    表されるジアリル化合物を必須成分とする付加硬化型ポ
    リキノキサリン系樹脂組成物 ▲数式、化学式、表等があります▼[1] n=0〜10 R_1:CH_2、O、CO、SO_2、S Ar_1:nil or −R_2▲数式、化学式、表
    等があります▼(R_2:CH_2、O、CO、SO_
    2、S) Z:H、▲数式、化学式、表等があります▼ N≡C−O−Ar_2−O−C≡N[2] Ar_2:−(CH_2)−_n(n=1〜10)、▲
    数式、化学式、表等があります▼▲数式、化学式、表等
    があります▼ (R_3:CH_2、O、CO、SO_2、S、C(C
    H_3)_2) H_2C=CH−CH_2−Ar_3−CH_2−CH
    =CH_2[3] Ar_3:▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式
    、化学式、表等があります▼ (R_4:CH_2、O、CO、SO_2、S、C(C
    H_3)_2) (R_5:H、OH、CH_3、C_2H_5)
  2. (2)一般式[1]で表される付加硬化型ポリキノキサ
    リンオリゴマと一般式[2]で表されるビスシアネート
    モノマまたは/およびオリゴマならびに一般式[3]で
    表されるジアリル化合物を必須成分とする付加硬化型ポ
    リキノキサリン系樹脂組成物をマトリックスとする炭素
    繊維強化複合材料用中間素材 ▲数式、化学式、表等があります▼[1] n=0〜10 R_1:CH_2、O、CO、SO_2、S Ar_1:nil or −R_2▲数式、化学式、表
    等があります▼(R_2:CH_2、O、CO、SO_
    2、S) Z:H、▲数式、化学式、表等があります▼ N≡C−O−Ar_2−O−C≡N[2] Ar_2:−(CH_2)−_n(n=1〜10)、▲
    数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ (R_3:CH_2、O、CO、SO_2、S、C(C
    H_3)_2) H_2C=CH−CH_2−Ar_3−CH_2−CH
    =CH_2[3] Ar_3:▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式
    、化学式、表等があります▼ (R_4:CH_2、O、CO、SO_2、S、C(C
    H_3)_2) (R_5:H、OH、CH_3、C_2H_5)
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JPH048464B2 JPH048464B2 (ja) 1992-02-17

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6391983B1 (en) 1997-02-14 2002-05-21 Sola International Holdings, Ltd. Casting composition of aromatic polyvinyl monomer, polythiol and epoxy strain reducer
JP2005120317A (ja) * 2003-10-20 2005-05-12 Pi R & D Co Ltd 接着性組成物及びその硬化方法
JP2010059242A (ja) * 2008-09-01 2010-03-18 Asahi Kasei E-Materials Corp エポキシ樹脂硬化性組成物、樹脂ワニス、プリプレグ、金属張積層板及び硬化物
JP2016050305A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 ザ・ボーイング・カンパニーTheBoeing Company 二官能性および混合官能性エンドキャップを有するポリイミドのナノ修飾された主鎖

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6391983B1 (en) 1997-02-14 2002-05-21 Sola International Holdings, Ltd. Casting composition of aromatic polyvinyl monomer, polythiol and epoxy strain reducer
JP2005120317A (ja) * 2003-10-20 2005-05-12 Pi R & D Co Ltd 接着性組成物及びその硬化方法
JP2010059242A (ja) * 2008-09-01 2010-03-18 Asahi Kasei E-Materials Corp エポキシ樹脂硬化性組成物、樹脂ワニス、プリプレグ、金属張積層板及び硬化物
JP2016050305A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 ザ・ボーイング・カンパニーTheBoeing Company 二官能性および混合官能性エンドキャップを有するポリイミドのナノ修飾された主鎖

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