JPH0747617B2 - イミドオリゴマ‐組成物 - Google Patents

イミドオリゴマ‐組成物

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JPH0747617B2
JPH0747617B2 JP63239777A JP23977788A JPH0747617B2 JP H0747617 B2 JPH0747617 B2 JP H0747617B2 JP 63239777 A JP63239777 A JP 63239777A JP 23977788 A JP23977788 A JP 23977788A JP H0747617 B2 JPH0747617 B2 JP H0747617B2
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imide oligomer
fiber
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imide
acid
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征一 日野
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孝次 小浦
修 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイミドオリゴマー組成物に関するものである。
詳しくは、本発明は特定のイミドオリゴマー(A)と4,
4′−ビス(2−アリルフェノール)スルフォンとから
なるイミドオリゴマー組成物であって、加熱硬化するこ
とにより、耐熱性及び成形性の両方に優れるポリイミド
樹脂が生成する、イミドオリゴマー組成物に関するもの
である。
〔従来の技術〕
従来、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂をマトリ
ックスとし、ガラス繊維、アラミド繊維、カーボン繊
維、シリコンカーバイド繊維等の繊維を強化材として構
成された複合材料、いわゆる、繊維強化複合材が耐熱性
に優れることが知られている。
繊維強化複合材の成形は、まず、離形紙上にレジンフィ
ルムを作製し、繊維に含浸させる、いわゆるホットメル
ト法か、又は、樹脂を溶剤に溶かして調整したワニス
を、繊維にあらかじめ含浸させ、これを半乾燥状態にし
て溶剤を取り除き、これを離形紙にはさみ込んでプリプ
レグを作製する。このプリプレグを任意の枚数、または
積層角度をつけて積層し、これをオートクレーブに入
れ、一定の温度と圧力で樹脂を硬化させて、繊維強化複
合材の成形物を得る。
〔発明が解決しようとする課題〕
使用される樹脂として、ポリイミド樹脂を用いた場合、
得られる繊維強化複合材の耐熱性は良好であるが、成形
物を得るために、高温、高圧の成形が必要であり、更
に、空隙(ボイド)を生じやすい等の欠点があった。
そこで、本発明者等は、耐熱性及び成形性に優れたポリ
イミド樹脂を生成するための、先駆物等であるイミドオ
リゴマーとして、芳香族テトラカルボン酸又はその誘導
体、o−エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合
物、及び末端官能化剤の3成分を反応させて得られるイ
ミドオリゴマーを発明し、さきに特許出願(特開昭59−
167569号公報)を行なった。
しかしながら、上記発明のイミドオリゴマーを用いた繊
維強化複合材成形物も、成形の際に、プリプレグを交差
配向して積層した場合に、樹脂の硬化収縮、あるいは、
樹脂と繊維との熱膨張係数の差による熱応力により、得
られる成形物に成形割れが生ずることが判明した。
一方、次式〔I〕: (式中、Dは炭素−炭素二重結合を含む二価の基を表わ
す。)で表わされる基を、1分子内に少なくとも2個含
有するポリイミドを、アルケニルフェノール及び/また
はアルケニルフェノールエーテルと、場合によっては重
合触媒の存在下に反応させて、イミド基を含有する架橋
された重合体を製造する方法(特開昭52−994号公報)
が知られている。
しかしながら、このイミド基を含有する架橋された重合
体の製造方法では、成形時の成形割れは改良されるが、
硬化物の耐熱性が低下する。
すなわち、本発明は、加熱硬化後の耐熱性を落とさずに
成形割れを改良した、イミドオリゴマー組成物の提供を
目的として発明されたものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、下記イミドオリゴマー(A)と4,4′−ビス
(2−アリルフェノール)スルフォンとからなるイミド
オリゴマー組成物を要旨とするものである。
(a) 芳香族テトラカルボン酸又はその誘導体、o−
エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物、及び、
マレイン酸又はその誘導体の3成分を反応させて得られ
るイミドオリゴマー(A) 本発明において、イミドオリゴマー製造に使用される芳
香族テトラカルボン酸としては、ピロメリット酸、3,
3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3′,
4,4′−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸、3,3′,
4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタ
レンテトラカルボン酸、2,3,4,5−チオフェンテトラカ
ルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸、2,2
−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン等、及
びこれらの異性体を挙げることができ、これらは複数で
使用することができる。これら芳香族テトラカルボン酸
成分は低級アルキルエステル、二無水物等の誘導体の形
として使用することもできるが、その反応性から二無水
物を使用することが望ましい。
本発明において、イミドオリゴマー製造に使用されるO
−エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物は、水
溶媒中、塩酸、硝酸等の無機強酸の存在下、60〜100℃
で反応させることにより製造することができる(特開昭
47−31961号公報)。
上記反応に於て、ジアミンである3,3′−ジエチル−4,
4′−ジアミノジフェニルメタンの他にトリアミン、テ
トラアミン等が副生するが、本発明ではこれら副生物を
分離することなくイミドオリゴマー製造に使用すること
が出来る。しかしトリアミン以上のポリアミンが多くな
るとイミドオリゴマー製造時にゲル化し易くなるため、
トリアミン以上のポリアミンの割合は、70重量%以下、
好ましくは50重量%以下にするのがよい。またo−エチ
ルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合反応の際に、ア
ニリンを添加することも可能である。この際、アニリン
にかえて、o−トルイジン、o−クロロアニリン等のp
−位に置換基の無いアニリン誘導体を添加したo−エチ
ルアニリンの縮合物も使用することができる。更に、生
成するイミドオリゴマーが有機溶媒に溶解する範囲内で
他のジアミンを併用することができる。
本発明において、イミドオリゴマー製造に使用されるマ
レイン酸またはその誘導体としては、マレイン酸無水物
を使用することが望ましい。
本発明のイミドオリゴマー組成物の構成成分であるイミ
ドオリゴマー(A)は、上記芳香族テトラカルボン酸、
o−エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物、及
び、マレイン酸の3成分を以下の溶媒中でイミド化触
媒、脱水剤の存在下反応させることにより製造すること
が出来る。
反応に使用される溶媒としては、N,N−ジメチルホルム
アミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2
−ピロリドン等のアミド系の溶媒の他、ジメチルスルホ
キシド等を挙げることが出来る。
これら芳香族テトラカルボン酸又はその誘導体、o−エ
チルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物、及び、マ
レイン酸またはその誘導体の3成分の割合は、目的に応
じて、また物性との関係により適宜決定される。例え
ば、o−エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物
がジアミンの場合、各成分のモル比(芳香族テトラカル
ボン酸/o−エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合
物/末端官能化剤)は一般的にはn/(n+1)/2と表わ
すことが出来る。生成するイミドオリゴマーの分子量は
nにより決定されるためテトラカルボン酸とジアミンと
のモル比は厳密に調整することが好ましい。通常nの値
としては1〜15の範囲を挙げることができる。nの値の
増加により樹脂溶液の粘度が増大してプリプレグの製造
が困難となるため、好ましくはnの値は1〜10、オリゴ
マーの分子量は6000以下を挙げることができる。
またイミドオリゴマー合成時に使用されるマレイン酸成
分の量は、上記成分モル比よりも過剰量使用してもよ
い。これは生成イミドオリゴマー中に未反応のアミノ基
が残留することを予防するためであり、過剰に使用した
末反応物は、イミドオリゴマー単離時に除去することが
出来る。
本発明のイミドオリゴマー組成物の一成分である4,4′
−ビス(2−アリルフェノール)スルフォンの使用量と
しては、イミドオリゴマー(A)1当量に対し、0.1〜1
0、望ましくは0.3〜3当量の範囲を挙げることができ
る。上記範囲より少ないと成形物の成形割れ改良効果は
小さく、逆に多いと硬化物の耐熱性が低下し好ましくな
い。
本発明の構成成分であるイミドオリゴマー(A)及び4,
4′−ビス(2−アリルフェノール)スルフォンは共に
以下に示す有機溶媒に可溶である。本発明のイミドオリ
ゴマー組成物を強化繊維に含浸する際の溶媒としては、
N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミ
ド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド系のアミド
系の溶媒、m−クレゾール等のフェノール類、ジメチル
スルホキシド等の高沸点溶媒の他、低沸点溶媒例えば2
−ブタノン、アセトン等のケトン類、テトラヒドロフラ
ン、ジオキサン等の環状エーテル類、ジメトキシエタ
ン、ジグライム等の直鎖状エーテル類、クロロホルム、
ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化
炭化水素類等が挙げられる。乾燥の際プリプレグより除
去しやすい点で、上記溶媒中では低沸点溶媒が望まし
い。
本発明のイミドオリゴマー組成物によって製造されるプ
リプレグは、通常20〜80重量%の樹脂溶液に補強繊維を
浸漬し後乾燥することにより製造することができる。
本発明のイミドオリゴマー組成物は有機溶媒に可溶であ
ることから、種々の添加剤、例えばジアリルフタレー
ト、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベンゼン等
の反応性希釈剤との混合が容易である。とくに常温で液
状であるトリアリルイソシアヌレートは、イミドオリゴ
マー(A)1当量に対し、0.1〜10、好ましくは0.3〜3.
0当量添加することにより、プリプレグの取扱性を改良
し、また成形割れを悪化させることなく耐熱性を改良す
ることができる点で好ましい。
〔実施例〕
以下、実施例によって本発明のイミドオリゴマー組成物
を具体的に示すが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。なお、繊維強化複合材料は(90゜2/0゜2
/90゜)S10層の交差配向積層材を硬化後、オーブン中で
後硬化を行なった。成形割れは内層の90゜層に発生した
割れを顕微鏡により観察し、100mmあたりの個数として
評価した。またガラス転移温度(Tg)はTMA法により、
熱膨張曲線の変化より求めた。
参考例1 マレイミド末端オリゴマーの合成(1) 撹拌棒、温度計、溜出管を備えた4つ口フラスコに、o
−エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物(日本
化薬社製、商品名カヤハードA−A)を減圧蒸留して得
られた3,3′−ジエチル−4,4′−ジアミノジフェニルメ
タン(3,3′−EDDM、沸点242℃/6mmHg)153g(0.6モ
ル)、及び、N,N−ジメチルホルムアルデヒド(DMF)15
0gを入れ室温で均一に撹拌した。ついで3,3′,4,4′−
ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)129g
(0.4モル)をDMF700gに分散させ、上記ジアミン溶液に
添加した。1時間室温で撹拌後、無水マレイン酸(MA)
43.1g(0.44モル)を添加し、アミック酸オリゴマーを
製造した。更に2時間室温で撹拌した後、アミック酸オ
リゴマー溶液に脱水剤である無水酢酸245g、イミド化触
媒である酢酸ナトリウム12.3gを添加し、70℃で1時間
イミド化反応を行った。
室温に冷却後、酢酸ナトリウムを別し、得られた均一
溶液を多量の水に投入してイミドオリゴマーを析出させ
た。析出したイミドオリゴマーを別後再度水に分散さ
せ、重炭酸ナトリウムで中和した。別後2度多量の水
に分散させて洗浄し、60℃で60時間真空乾燥を行った。
収率はほぼ定量的であり、数平均分子量1500のマレイミ
ド末端イミドオリゴマーを得た。
参考例2 マレイミド末端オリゴマーの合成(2) 3,3′−EDDM153g(06モル)、ピロメリット酸二無水物
(PMDA)87.2g(0.4モル)、MA43.1g(0.44モル)を使
用し、参考例1と同様の操作で数平均分子量1300のマレ
イミド末端イミドオリゴマーを得た。
実施例1 参考例1のイミドオリゴマー24.54gと4,4′−ビス(2
−アリルフェノール)スルフォン(DABPS)5.47g(オリ
ゴマー/DABPS=1/1当量比)とをTHF60gに溶解した。こ
れに炭素繊維(T−400、東レ製)を浸漬することによ
りプリプレグを製造した。ついでこのプリプレグを(90
2/0゜2/90゜)の構成で積層し、オートクレーブ中
で7kg/cm2に加圧下、220℃で4時間硬化を行った。次
に、オーブン中に230℃1hr、250℃1hr、270℃1hr、290
℃1hr、320℃6hrの後硬化後、得られた成形品のガラス
転移温度(Tg)は251℃であった。90゜層成形割れ個数
を第1表に示す。
実施例2 参考例1のイミドオリゴマー20.76gとDABPS9.24g(オリ
ゴマー/DABPS=1/2当量比とをTHF60gに溶解した。これ
を実施例1と同様の操作によりプリプレグとした後積層
した成形をおこなった。得られた成形品のTgは233℃で
あった。Tgと90゜層成形割れ個数を第1表に示す。
実施例3 参考例2のイミドオリゴマー21.59gとDABPS 5.59gとト
リアリルイソシアヌレート(TAIC)2.81g(オリゴマー/
DABPS/TAIC=1/1/1当量比)とをTHF60gに溶解した。こ
れを実施例1と同様の操作によりプリプレグとした後、
積層し成形をおこなった。後硬化はオーブン中で230℃1
hr、250℃1hr、270℃1hr、290℃6hrの条件で行なった。
得られた成形品のTgは263℃であった。Tgと90゜層成形
割れ個数を第1表に示す。
比較例1 参考例1のイミドオリゴマー30gをTHF60gに溶解した。
これを実施例1と同様の操作によりプリプレグとした
後、積層し成形した。その際成形温度は230℃、成形圧
力は14kg/cm2に加圧した。得られた成形品のTgは264℃
であった。Tgと90゜層成形割れ個数を第1表に示す。
比較例2 参考例1のイミドオリゴマー24.34gと3,3′−ジアリル
ビスフェノールA(DABPA)5.66g(オリゴマー/DABPA=
1/1当量比)とを用い実施例1と同様の操作によりプリ
プレグとした後、積層し成形した。得られた成形品のTg
は193℃であった。Tgと90゜層成形割れ個数を第1表に
示す。
〔発明の効果〕 本発明のイミドオリゴマー組成物は、加熱硬化後の耐熱
性及び成形性に優れているため、特にガラス繊維、アラ
ミド繊維、カーボン繊維、シリコンカーバイド繊維等を
強化材とする耐熱性の良好な繊維強化複合材の製造に適
している。
本発明のイミドオリゴマー組成物を前述の溶媒に溶解す
ると、得られる溶液の粘度が低いため、補強繊維への含
浸性が良好でプリプレグの製造が容易である。又、得ら
れたプリプレグは成形時に揮発分が生成しないために欠
陥の発生が少なく、高い耐熱性を有する繊維強化複合材
料を得ることが出来る。また任意の積層構成を有する繊
維強化複合材料に於て、成形時の割れの発生は少なく良
好な物性を示す。
又、本発明のイミドオリゴマー組成物は、有機溶媒に可
溶性であり種々の添加剤、補強材、たとえばジアリルフ
タレート、トリアリルイソシアヌレート、ジビニルベン
ゼン等の反応性希釈剤、炭素粉末、各種金属、金属酸化
物、シリカ、アスベスト等の混合が容易であり、繊維強
化複合材のみならず耐熱性の良好な接着剤、被覆材、成
型物等の製造に利用することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記イミドオリゴマー(A)と4,4′−ビ
    ス(2−アリルフェノール)スルフォンとからなるイミ
    ドオリゴマー組成物。 (a) 芳香族テトラカルボン酸又はその誘導体、o−
    エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物、及び、
    マレイン酸又はその誘導体の3成分を反応させて得られ
    るイミドオリゴマー(A)
JP63239777A 1988-09-27 1988-09-27 イミドオリゴマ‐組成物 Expired - Lifetime JPH0747617B2 (ja)

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