碳纤维增强聚芳撑硫醚的制造方法_4

文档序号:9932246阅读:来源:国知局
。洗涂时的PAS与洗涂 液的比例优选洗涂液多,通常,相对于洗涂液1升,优选选择PAS(A)IO~500g的浴比,进一步 优选为50~200g。
[0174] 运样获得的PAS(A)在常压下和/或减压下进行干燥。作为运样的干燥溫度,优选为 120~280°C的范围,更优选为140~250°C的范围。干燥气氛为氮气、氮气、减压下等非活性 气氛,也可W为氧气、空气等氧化性气氛,空气与氮气的混合气氛中的任一种,从烙融粘度 的关系出发,优选为非活性气氛。干燥时间优选为0.5~50小时,更优选为1~30小时,进一 步优选为1~20小时。
[01巧] < 聚碳二亚胺(B) >
[0176] 作为聚碳二亚胺(B),可W例示脂肪族聚碳二亚胺和芳香族聚碳二亚胺。聚碳二亚 胺(B)不限定于脂肪族聚碳二亚胺、芳香族聚碳二亚胺的任一者,为了使碳二亚胺基的反应 性高,所得的纤维增强聚芳撑硫酸的成型循环性优异,优选为脂肪族聚碳二亚胺。
[0177] 所谓脂肪族聚碳二亚胺,为W通式-N = C = N-R3-(式中,R3表示环亚己基等脂环式 化合物的2价有机基团、或亚甲基、亚乙基、亚丙基、甲基亚乙基等脂肪族化合物的2价有机 基团)所示的重复单元作为主要构成单元的、含有该重复单元优选70摩尔% ^上、更优选为 90摩尔% ^上、进一步优选为95摩尔% ^上的均聚物或共聚物。
[0178] 脂肪族聚碳二亚胺的合成法没有特别限定,可W通过例如使有机多异氯酸醋在促 进异氯酸醋基的碳二亚胺化反应的催化剂(W下也称为"碳二亚胺化催化剂")的存在下进 行反应,从而合成脂肪族聚碳二亚胺。
[0179] 作为该脂肪族聚碳二亚胺的合成所使用的有机多异氯酸醋,优选为有机二异氯酸 醋。作为运样的有机二异氯酸醋,可举出例如,环亚下基-1,3-二异氯酸醋、环亚戊基-1,3-二异氯酸醋、环亚己基-1,3-二异氯酸醋、环亚己基-1,4-二异氯酸醋、1-甲基环亚己基-2, 4-二异氯酸醋、1-甲基环亚己基-2,6-二异氯酸醋、1-异氯酸醋-3,3,5-S甲基-5-异氯酸醋 甲基环己烧、环己烧-1,3-双(甲基异氯酸醋)、环己烧-1,4-双(甲基异氯酸醋)、二环己基甲 烧-2,4'-二异氯酸醋、二环己基甲烧-4,4'-二异氯酸醋、亚乙基二异氯酸醋、四亚甲基-1, 4-二异氯酸醋、六亚甲基-1,6-二异氯酸醋、十二亚甲基-1,12-二异氯酸醋、赖氨酸二异氯 酸醋甲基醋等、通过运些有机二异氯酸醋的化学计量的过剩量与2官能性含活性氨化合物 的反应而获得的两末端异氯酸醋预聚物等。运些有机二异氯酸醋可W巧巾单独使用,或也可 W将巧巾W上混合使用。
[0180] 此外,作为根据情况与有机二异氯酸醋一起使用的其它有机多异氯酸醋,可举出 例如,环己烧-1,3,5-S异氯酸醋、环己烧-1,3,5-S(甲基异氯酸醋)、3,5-二甲基环己烧-1,3,5-S(甲基异氯酸醋)、1,3,5-S甲基环己烧-1,3,5-S(甲基异氯酸醋)、二环己基甲 烧-2,4,2'-=异氯酸醋、二环己基甲烧-2,4,4'-=异氯酸醋等3官能W上的有机多异氯酸 醋、通过运些3官能W上的有机多异氯酸醋的化学计量的过剩量与2官能W上多官能性含活 性氨化合物的反应而获得的末端异氯酸醋预聚物等。
[0181] 上述其它有机多异氯酸醋可Wl种单独使用,或也可W将巧巾W上混合使用,其使 用量为有机二异氯酸醋每100质量份,优选为0~40质量份,更优选为0~20质量份。
[0182] 进一步,在脂肪族聚碳二亚胺的合成时,可W根据需要添加有机单异氯酸醋,从而 将所得的脂肪族聚碳二亚胺的分子量进行适当地控制。
[0183] 作为运样的有机单异氯酸醋,可举出例如甲基异氯酸醋、乙基异氯酸醋、正丙基异 氯酸醋、正下基异氯酸醋、月桂基异氯酸醋、硬脂基异氯酸醋等烷基单异氯酸醋类、环己基 异氯酸醋、4-甲基环己基异氯酸醋、2,5-二甲基环己基异氯酸醋等环烷基单异氯酸醋类。
[0184] 运些有机单异氯酸醋可Wl种单独使用,或也可W将巧巾W上混合使用,其使用量 根据脂肪族聚碳二亚胺的所期望的分子量等而变化,有机多异氯酸醋成分每100质量份,优 选为0~40质量份,更优选为0~20质量份。
[0185] 此外,作为碳二亚胺化催化剂,可举出例如1-苯基-2-憐杂环戊締-1-氧化物、1-苯 基-3-甲基-2-憐杂环戊締-1-氧化物、1-苯基-2-憐杂环戊締-1-硫化物、1-苯基-3-甲基-2-憐杂环戊締-1-硫化物、1-乙基-2-憐杂环戊締-1-氧化物、1-乙基-3-甲基-2-憐杂环戊締-1-氧化物、1-乙基-2-憐杂环戊締-1-硫化物、1-乙基-3-甲基-2-憐杂环戊締-1-硫化物、1-甲基-2-憐杂环戊締-1-氧化物、1-甲基-3-甲基-2-憐杂环戊締-1-氧化物、1-甲基-2-憐杂 环戊締-1-硫化物、1-甲基-3-甲基-2-憐杂环戊締-1-硫化物、它们的3-憐杂环戊締异构体 等憐杂环戊締化合物、五幾基铁、九幾基二铁、四幾基儀、六幾基鹤、六幾基铭等金属幾基配 位化合物、被、侣、错、铭、铁等金属的乙酷丙酬配位化合物、憐酸=甲醋、憐酸=乙醋、憐酸 =异丙醋、憐酸=叔下醋、憐酸=苯醋等憐酸醋等。
[0186] 上述碳二亚胺化催化剂可Wl种单独使用,或也可W将巧巾W上混合使用。该催化 剂的使用量是有机多异氯酸醋成分每100质量份,优选为0.001~30质量份,更优选为0.01 ~10质量份。
[0187] 脂肪族聚碳二亚胺的合成反应的溫度根据有机多异氯酸醋、有机单异氯酸醋、碳 二亚胺化催化剂的种类进行适当选定,通常为20~200°C。在脂肪族聚碳二亚胺的合成反应 时,有机多异氯酸醋和有机单异氯酸醋成分可W在反应前全部量添加,或可W将其一部分 或全部在反应中连续地或阶段性地添加。
[0188] 此外,也可W将可W与异氯酸醋基反应的化合物在脂肪族聚碳二亚胺的合成反应 的初期至后期的适当反应阶段进行添加,将脂肪族聚碳二亚胺的末端异氯酸醋基进行封 闭,调节所得的脂肪族聚碳二亚胺的分子量,此外也可W在脂肪族聚碳二亚胺的合成反应 的后期添加,将所得的脂肪族聚碳二亚胺的分子量限制为规定值。作为运样的可W与异氯 酸醋基反应的化合物,可举出例如甲醇、乙醇、异丙醇、环己醇等醇类、二甲基胺、二乙基胺、 苄基胺等胺类。
[0189] 所谓芳香族聚碳二亚胺,为W通式-N=C = N-RH式中,R4表示苯、甲苯、二甲苯、联 苯、糞、蔥等环状不饱和化合物的2价有机基团)所示的重复单元作为主要构成单元的、含有 该重复单元优选为70摩尔% ^上,更优选为90摩尔% ^上,进一步优选为95摩尔% W上的 均聚物或共聚物。
[0190] 作为芳香族聚碳二亚胺,可举出ク斗シクミ一社制"乂夕八夕^一瓜(注册商标)" P、弓^シクミ一社制"乂夕八夕^一瓜(注册商标r P400等。
[0191] 聚碳二亚胺(B)的质均分子量优选为500~40,000,更优选为1,000~5,000。如果 聚碳二亚胺(B)的质均分子量小于500,则有时所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的成型循环性 降低。如果聚碳二亚胺(B)的质均分子量大于40,000,则有时与PAS(A)的烙融混炼性降低, 所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的成型循环性降低。另外,聚碳二亚胺(B)的质均分子量可W 通过SEC (尺寸排阻色谱)等分析方法而求出。
[0192] < 碳纤维(D) >
[0193] 作为碳纤维(D),可W使用聚丙締腊(PAN)系碳纤维、渐青系碳纤维、人造丝系碳纤 维等,也可W使运些纤维巧巾W上混合存在。
[0194] 碳纤维(D)的抗拉强度优选为2,OOOMPa W上,更优选为3,OOOMPa W上,进一步优选 为4,000MPaW上。此外,碳纤维化)的拉伸弹性模量优选为200G化W上700G化W下。进一步, 碳纤维(D)的拉伸伸长率优选为0.5% W上,更优选为1.0% W上,进一步优选为1.8% W上, 特别优选为2.0% W上。通过使用高伸长率的碳纤维(D),从而可W W高水平达成通过本发 明获得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的抗拉强度、伸长率运样的力学特性的提高,因此特别优 选。从运样的抗拉强度、拉伸弹性模量、拉伸伸长率的平衡的观点出发,作为碳纤维(D),优 选使用PAN系碳纤维。
[01%]碳纤维(D)的通过X射线光电子能谱法(XPS)测得的纤维表面的氧(0)与碳(C)的原 子数之比的表面氧浓度比(0/C)优选为0.05~0.50,更优选为0.08~0.40,进一步优选为 0.10~0.30。表面氧浓度比(0/C)越高,则碳纤维表面的官能团量越多,越可W提高与其它 成分的粘接性,另一方面,如果表面氧浓度比(0/C)过高,则担忧碳纤维表面的晶体结构的 破坏,因此表面氧浓度比(0/C)在优选的范围内,可W获得力学特性特别优异的碳纤维增强 聚芳撑硫酸。
[0196] 碳纤维(D)的表面氧浓度比(0/C)通过X射线光电子能谱法,按照W下步骤来求出。 首先,将用溶剂除去了上浆剂等的碳纤维(D)进行切割并在铜制的试样支持台上展开排列 后,将光电子脱出角度设为90%作为X射线源使用MgKai,2,将试样室中保持于IX 1(T%。作 为伴随测定时的带电的峰的校正,使ClS的主峰的动能值化.E.)与969eV-致。ClS峰面积通 过作为K.E.在958~972eV的范围引出直线的基线而求出。OlS峰面积通过作为K.E.在714~ 726eV的范围引出直线的基线而求出。运里所谓表面氧浓度比(0/C),由上述OlS峰面积与 ClS峰面积的比,使用装置固有的灵敏度校正值而作为原子数比算出。
[0197] 作为控制表面氧浓度比(0/C)的方法,没有特别限定,可W采用例如,电解氧化处 理、药液氧化处理和气相氧化处理等手法,其中优选为电解氧化处理。
[019引此外,碳纤维(D)的平均纤维直径优选为1~20曲1的范围内,更优选为3~15WI1的范 围内。通过设为运样的范围内,在工序(III-I)、(111-2)或(III-3)中,上述成分(C-I)、(C-2)或(C-3)与碳纤维(D)的复合化变得容易,因此优选。
[0199] 碳纤维(D)优选为用1分子中具有3个W上选自簇基、径基和环氧基中的至少巧中官 能团的化合物(W下,简写为化合物化))进行了表面处理。上述官能团可W在1分子中混合 存在巧巾W上,也可W将1分子中具有3个W上1种官能团的化合物并用巧巾W上。在仅使用1 分子中小于3个上述官能团的化合物的情况下,有时与碳纤维(D)的表面官能团、上述成分 (C-l)、(C-2)或(C-3)的反应位点不足,所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性降低。上 述官能团W外的官能团,例如烷氧基硅烷缺乏与碳纤维表面的反应性,因此在使用1分子中 具有烷氧基硅烷和环氧基各1个的硅烷偶联剂的情况下,有时得不到本发明的作为目的的 力学特性优异的碳纤维增强聚芳撑硫酸。
[0200] 作为化合物化)的具体例,可举出多官能环氧树脂、丙締酸系聚合物、多元醇等,特 别优选为与碳纤维(D)的表面官能团、上述成分(C-l)、(C-2)或(C-3)的反应性高的多官能 环氧树脂。
[0201] 作为多官能环氧树脂,可举出3官能W上的脂肪族环氧树脂、苯酪酪醒清漆型环氧 树脂等。另外,所谓3官能W上的脂肪族环氧树脂,是指1分子中具有3个W上环氧基的脂肪 族环氧树脂。
[0202] 作为3官能W上的脂肪族环氧树脂的具体例,可举出例如,甘油=缩水甘油基酸、 二甘油聚缩水甘油基酸、聚甘油聚缩水甘油基酸、山梨糖醇聚缩水甘油基酸、阿拉伯糖醇聚 缩水甘油基酸、=径甲基丙烷=缩水甘油基酸、季戊四醇聚缩水甘油基酸等脂肪族多元醇 的聚缩水甘油基酸等。在运些脂肪族环氧树脂中,从1分子中大量包含反应性高的环氧基, 并且水溶性高,向碳纤维(D)的涂布容易出发,在本发明中优选使用甘油=缩水甘油基酸、 二甘油聚缩水甘油基酸、聚甘油聚缩水甘油基酸。
[0203] 所谓丙締酸系聚合物,为丙締酸、甲基丙締酸和马来酸的聚合物,是1分子中含有3 个W上簇基的聚合物的总称。具体而言,可举出聚丙締酸、丙締酸与甲基丙締酸的共聚物、 丙締酸与马来酸的共聚物、或它们的巧巾W上的混合物。进一步,关于丙締酸系聚合物,只要 上述官能团的数目在1分子中为3个W上,就可W将簇基用碱部分地中和(即,成为簇酸盐)。 作为上述碱,可举出例如,氨氧化钢、氨氧化裡、氨氧化钟等碱金属氨氧化物、氨氧化锭等。 作为丙締酸系聚合物,优选使用1分子中更多包含簇基的聚丙締酸。
[0204] 作为多元醇的具体例,可举出聚乙締醇、甘油、二甘油、聚甘油、山梨糖醇、阿拉伯 糖醇、=径甲基丙烷、季戊四醇等。作为多元醇,优选使用1分子中更多包含径基的聚乙締 醇。
[0205] 化合物化)优选将其质均分子量除Wl分子中的上述官能团的数目(簇基、径基和 环氧基的总数)而得的值为40~150。通过设为运样的范围,从而可W使化合物巧)与碳纤维 (D)的表面官能团、上述成分(C-I)、(C-2)或(C-3)的碳二亚胺基的反应位点的密度更均匀, 可W进一步提高所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性。
[0206] 化合物化)优选存在于上述成分(C-I)、(C-2)或(C-3)与碳纤维(D)的界面。因此, 化合物化)涂布于碳纤维(D)的单丝的表面而使用。通过将化合物化)预先赋予至碳纤维 (D),从而即使为少量的附着量,也可W将碳纤维(D)的表面有效地改性。
[0207] 化合物化)的含有率相对于碳纤维(D)IOO质量份优选为0.01~5质量份,更优选为 0.1~2质量份。在化合物化)的含有率小于0.01质量份时,有时化合物化)不能充分地被覆 碳纤维(D)的表面,不易显现所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性的提高效果。此外, 如果化合物巧)的含有率超过5质量份,则化合物巧)在碳纤维(D)的表面上所形成的被膜的 厚度过度增加,因此有时使所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性降低。作为化合物巧) 在碳纤维(D)的表面上所形成的被膜的厚度的优选的范围,可W例示10~150nm。
[0208] 在本发明中,作为将化合物化)赋予至碳纤维(D)的方法,可举出例如介由漉使化 合物化)浸溃于包含碳纤维(D)的基材的方法;使化合物化)成为雾状而喷射至包含碳纤维 (D)的基材的方法等。此时,为了使化合物化)对于碳纤维(D)的单丝的附着量更均匀,优选 将化合物化)用溶剂进行稀释,或控制赋予时的溫度、丝条张力等。稀释化合物巧)的溶剂可 举出水、甲醇、乙醇、二甲基甲酯胺、二甲基乙酷胺、丙酬等,从操作容易且防灾的观点出发, 优选为水。运样的溶剂在将化合物化)赋予至包含碳纤维(D)的基材之后,通过加热使其蒸 发而被除去。此外,在使用不溶或难溶于水的化合物作为化合物化)的情况下,优选添加乳 化剂或表面活性剂,进行水分散而使用。作为乳化剂或表面活性剂,可W使用阴离子系乳化 剂、阳离子系乳化剂、非离子系乳化剂等。其中使用相互作用小的非离子系乳化剂不易损害 化合物化)的效果,因此优选。
[0209] <其它添加剂>
[0210] 本发明中,在不损害本发明的效果的范围,可W在碳纤维增强聚芳撑硫酸中含有 弹性体或橡胶成分等耐冲击性改进剂、其它填充材、添加剂。作为添加剂的例子,可举出阻 燃剂、导电性赋予剂、结晶成核剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、阻尼剂、抗菌剂、防虫剂、防臭 剂、着色防止剂、热稳定剂、脱模剂、抗静电剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、颜料、染料、发泡剂、 或制泡剂。
[0211] <使用了碳纤维增强聚芳撑硫酸的制品>
[0212] 本发明所获得的碳纤维增强聚芳撑硫酸作为电子设备壳体是适合的,适合用于计 算机、电视、照像机、音频播放器等。
[0213] 本发明所获得的碳纤维增强聚芳撑硫酸适合于电气电子部件用途,适合用于连接 器、LE:D灯、插座、光拾取装置、端子板、印刷基板、扬声器、小型电动机、磁头、电源模块、发电 机、电动机、变压器、变流器、电压调整器、整流器、逆变器等。
[0214] 本发明所获得的碳纤维增强聚芳撑硫酸适合于汽车用部件、车辆相关部件等,适 合用于安全带部件、仪表板、扶手箱、立柱、车顶纵梁、挡泥板、缓冲器、车口面板、车顶板、发 动机罩板件、行李箱盖、n镜架、阻流板、发动机罩通气槽、车轮罩、车轮盖、装饰件、进气歧 管、燃料累、发动机冷却水接头、窗户洗涂器喷嘴、刮水器、电池周边部件、接线连接器、灯 壳、灯光反射器、灯座等。
[0215] 本发明所获得的碳纤维增强聚芳撑硫酸作为建材是适合的,适合用于±木建筑物 的墙壁、屋顶、顶蓬材相关部件、窗材相关部件、绝热材相关部件、地板材相关部件、免震阻 尼构件相关部件、救生绳相关部件等。
[0216] 本发明所获得的碳纤维增强聚芳撑硫酸作为体育用品是适合的,适合用于高尔夫 球棒的球杆、高尔夫球等高尔夫相关用品、网球拍、羽毛球拍等体育球拍相关用品、美式橄 揽球、棒球、垒球等的面罩、头盎、护胸、护肘、护膝等体育用身体保护用品、钓竿、钓丝、诱巧 等钓具相关用品、滑雪、滑雪板等冬季运动相关用品等。
[0217] 实施例
[0218] W下示出实施例,进一步具体地说明本发明。
[0219] 首先,W下描述本发明所使用的评价方法。
[0220] (1)渗漏试验
[0221 ] 将所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸加工成试验片(200mmX 200mm,厚度Imm)的形状。 将该试验片夹入到预热至300°C的2块不诱钢板(300mmX 300mm,厚度10mm,镜面加工)之间, 投入至加压成型机,进行加压成型。加压成型溫度设为300°C,加压成型压设为0.5MPa,加压 成型时间设为3分钟。接下来将试验片在被2块不诱钢板夹着的状态下从加压成型机取出, 冷却至室溫后分离成试验片和不诱钢板。将W上的操作设为1射(shot),仅再利用不诱钢 板,进行多射成型,评价成型加工循环时的渗漏性。评价在第10射和第30射进行,将不诱钢 板的表面的模糊的有无作为判断基准,采用W下的3等级进行评价,将优异或良好设为合 格。
[0222] 优异:即使第30射,不诱钢板的表面也没有模糊。
[0223] 良好:在第10射的时刻,不诱钢板的表面没有模糊,但在第30射的时刻,不诱钢板 的表面观察到模糊。
[0224] 差:在第10射的时刻,不诱钢板的表面观察到模糊。
[0225] (2)碳纤维增强聚芳撑硫酸的拉伸试验
[0226] 按照ASTM D638,使用Type-I试验片,作为试验机,使用"^シスb口シ(注册商标r 万能试验机Wシス^口シ社制)。所谓拉伸伸长率,是指使用应变计而测定得到的断裂点应 变。
[0227] (3)聚碳二亚胺反应物(B-2)的耐热溫度
[022引作为试验机,使用热重量分析装置一年シ工瓜7-社制TGA7)。另外,试样使用 2mmW下的粒状物。使用试样IOmg,在空气气氛下W升溫速度20°C/分钟从30°C加热至400 °C,测定试样的质量变化。在该操作中,将试样的质量从30°C时刻起减少5质量%时的溫度 设为耐热溫度。
[0229] (4)模具污染性评价
[0230] 在工序(V)中,通过观察注射成型时的成型模具的表面,从而评价成型加工循环时 的模具污染性。使由工序或(III-3)获得的复合体或经过了工序(IV)的复 合体在注射成型机的料筒内为烙融状态,接着将该烙融状态的复合体注射至成型模具内, 冷却,固化,从而制成规定的形状的注射成型品而取出,将W上操作设为1射,再利用成型模 具,进行多射成型,评价成型加工循环时的模具污染性。评价在第10射和第30射进行,将成 型模具的表面的模糊的有无作为判断基准,采用W下的3等级进行评价,将优异或良好设为 合格。
[0231] 优异:即使在第30射,成型
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