碳纤维增强聚芳撑硫醚的制造方法_2

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III - 2)的工序进一步详细地说明。
[006引 < 工序(1-2)>
[0069] 工序(1-2)为将1分子中具有至少2个W上碳二亚胺基的聚碳二亚胺(B)在该成分 (B) 的软化点W上的溫度进行加热,从而促进碳二亚胺基彼此的反应而获得聚碳二亚胺反 应物(B-2)的工序。
[0070] 运里的所谓碳二亚胺基彼此的反应,是聚碳二亚胺(B)所具有的碳二亚胺基彼此 发生反应而形成二聚体或=聚体,作为聚碳二亚胺(B)进行聚合,进行高分子量化的反应。 聚碳二亚胺反应物(B-2)有下述效果:通过高分子量化而耐热性提高,从所得的碳纤维增强 聚芳撑硫酸易于渗出的成分可W降低。
[0071] 在工序(1-2)中,作为将聚碳二亚胺(B)进行加热的方法,从生产性的观点出发,优 选为可W将聚碳二亚胺(B)-次性大量地加热的方法,可W例示将加入容器中的聚碳二亚 胺(B)在烘箱内进行加热的方法。通过将聚碳二亚胺(B)-次性大量地加热,从而生产性良 好地获得聚碳二亚胺反应物(B-2)。进一步通过使用聚碳二亚胺反应物(B-2),从而具有下 述效果:与工序(1-2)相比靠后的工序中的加热时间可W缩短,碳纤维增强聚芳撑硫酸的生 产性优异。
[0072] 在工序(1-2)中,所谓烘箱,是指具有通过热的空气或由炉内的壁面、加热源产生 的福射热来加热内容物的机构的装置,可W例示热风烘箱、真空烘箱、电炉等。在烘箱中,从 易于控制炉内的溫度,抑制过升溫的观点出发,优选使用热风烘箱、真空烘箱。
[0073] 此外,将聚碳二亚胺(B)进行加热时的气氛优选在非氧化性气氛下进行,也优选在 减压条件下进行。所谓非氧化性气氛,是指聚碳二亚胺(B)、聚碳二亚胺反应物(B-2)所接触 的气相中的氧浓度为5体积% ^下,优选为2体积% ^下,进一步优选为实质上不含氧的气 氛,即氮气、氮气、氣气等非活性气体气氛,其中,从经济性和操作的容易性方面出发,特别 优选为氮气气氛。在设为减压条件下的情况下,作为减压度的标准,W表压计优选为-0.0 SMPaW下,更优选为-0.0 SMPa W下。运里的所谓表压,是使用真空计将大气压设为OMPa 进行测定得到的减压度。通过在运样的条件下进行加热,从而可W抑制聚碳二亚胺(B)、聚 碳二亚胺反应物(B-2)的氧化、热分解,所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性、成型循 环性可W提高,因此优选。
[0074] 在工序(1-2)中作为聚碳二亚胺(B)的软化点W上的溫度,可W例示50~250°C。进 一步在工序(1-2)中将聚碳二亚胺(B)进行加热时的溫度更优选为70~250°C,进一步优选 为100~150°C。通过使进行加热的溫度为运样的范围内,从而所得的聚碳二亚胺反应物(B- 2)中,碳二亚胺基彼此反应而成的结构与未反应的碳二亚胺基共存,所得的碳纤维增强聚 芳撑硫酸的力学特性、成型循环性可W提高。另外,聚碳二亚胺(B)的软化点可W使用热机 械分析装置(TM)而求出。
[0075] 在工序(1-2)中将聚碳二亚胺(B)进行加热的时间优选为1~48小时,更优选为2~ 30小时,进一步优选为3~24小时。在进行加热的时间长于运样的范围的情况下,有时聚碳 二亚胺反应物(B-2)内的未反应的碳二亚胺基少,所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特 性不能提高。在进行加热的时间短于运样的范围的情况下,有时碳二亚胺基彼此反应了的 结构少,所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的成型循环性不能提高。
[0076] 在工序(1-2)中,为了获得聚碳二亚胺反应物(B-2),使用1分子中具有至少2个W 上碳二亚胺基的聚碳二亚胺(B)是必要的。对于1分子中仅具有1个碳二亚胺基的单碳二亚 胺(B'),即使使碳二亚胺基彼此反应也不能进行聚合,不能高分子量化,因此耐热性的提高 效果小。进一步,单碳二亚胺(B')的碳二亚胺基彼此反应而得的反应物中碳二亚胺基未残 存。因此,即使使用单碳二亚胺(B')的碳二亚胺基彼此反应而得的反应物,也不能兼具所得 的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性的提高效果与成型循环性。
[0077] < 工序(11-2)>
[007引工序(II-2)为将聚芳撑硫酸(A)IOO质量份与由工序(1-2)获得的聚碳二亚胺反应 物(B-2)0.1~10质量份进行混合,将所得的混合物进行加热并烙融混炼,从而获得聚碳二 亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)的工序。
[0079]在工序(II-2)中,关于获得混合物的方法,从使聚芳撑硫酸(A)与聚碳二亚胺反应 物(B-2)尽可能均匀地混合的观点出发,可W例示将粒状的聚芳撑硫酸(A)与粒状的聚碳二 亚胺反应物(B-2)进行干式渗混的方法。作为用于进行干式渗混的装置,可W例示亨舍尔混 合机、摇摆混合机等。此外,优选获得混合物时的气氛在非氧化性气氛下进行,也优选在减 压条件下进行。所谓非氧化性气氛,是指混合物所接触的气相中的氧浓度为5体积% W下, 优选为2体积%^下,进一步优选为实质上不含氧的气氛,即氮气、氮气、氣气等非活性气体 气氛,其中,从经济性和操作的容易性方面出发,特别优选为氮气气氛。通过使用运样的混 合方法,从而在进行如下烙融混炼之前,可抑制聚芳撑硫酸(A)和聚碳二亚胺反应物(B-2) 的反应活性的降低,因此优选。
[0080] 进行干式渗混时的聚芳撑硫酸(A)与聚碳二亚胺反应物(B-2)的数均粒径优选为 0.001~10mm,更优选为0.01~5mm,进一步优选为0.1~3mm。此外,聚芳撑硫酸(A)与聚碳二 亚胺反应物(B-2)各自的数均粒径的值越接近越优选。通过成为运样的数均粒径的范围,可 W降低在混炼物内的分离,因此优选。
[0081] 在工序(II-2)的混合物中,聚碳二亚胺反应物(B-2)相对于聚芳撑硫酸(A) 100质 量份含有0.1~10质量份是必要的,优选含有0.1~5质量份。在聚碳二亚胺反应物(B-2)的 含有率小于0.1质量份时,聚碳二亚胺反应物(B-2)的量不充分,没有表现所得的碳纤维增 强聚芳撑硫酸的力学特性的提高效果。此外,如果聚碳二亚胺反应物(B-2)的含有率超过10 质量份,则相反地聚碳二亚胺反应物(B-2)过多,因此所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学 特性降低。
[0082] 在工序(II-2)中,进行烙融混炼的目的是,通过使聚芳撑硫酸(A)在烙点W上的溫 度进行加热而使其烙融,在聚芳撑硫酸(A)的烙融条件下与聚碳二亚胺反应物(B-2)进行混 炼,从而使聚芳撑硫酸(A)所具有的官能团与聚碳二亚胺反应物(B-2)所具有的碳二亚胺基 进行反应而获得聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)。通过成为运样的状态,可W兼具所得的 碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性的提高与成型循环性。
[0083] 在工序(II-2)中作为用于进行烙融混炼的装置,可W例示Labo Plastomill混合 机、挤出机。Labo Plastomi 11混合机是将规定量的原料投入至混合机内,进行一定时间烙 融混炼的装置,易于控制烙融混炼时间。挤出机是将连续投入的原料进行烙融混炼同时输 送并排出的装置,烙融混炼物的生产性优异。
[0084] 在工序(II-2)中作为烙融混炼所使用的挤出机,可W例示单轴挤出机、双轴挤出 机,其中可W优选使用烙融混炼性优异的双轴挤出机。作为双轴挤出机,可W例示螺杆长度 与螺杆直径之比(螺杆长度)/(螺杆直径)为20~100的双轴挤出机。进一步,双轴挤出机的 螺杆组合全程、捏合盘等的长度、形状特点不同的螺杆部分而构成,从烙融混炼性和反应性 的提高方面出发,优选包含1个W上捏合盘。
[0085] 进一步,工序(II-2)中的烙融混炼优选将其至少一部分在减压条件下进行。成为 减压条件下的区域在使用Labo Plastomill混合机的情况下优选W覆盖烙融混炼物整体的 方式进行设置,在使用挤出机的情况下,优选设置在距离排出烙融混炼物的位置(螺杆长 度)/(螺杆直径)为0~10跟前的位置。作为成为运样的减压条件下的区域中的减压度的标 准,W表压计优选为-0.OSMPaW下,更优选为-0.08M化W下。运里的所谓表压,是使用真空 计将大气压设为OMPa进行测定得到的减压度。通过在运样的减压条件下进行烙融混炼,从 而可W减少聚芳撑硫酸(A)、聚碳二亚胺反应物(B-2)的热分解物等易于挥发的成分,所得 的碳纤维增强聚芳撑硫酸的成型循环性可W提高,因此优选。
[00化]作为工序(II-2)中进行烙融混炼的溫度,优选为285~400°C,更优选为285~350 °C。如果进行烙融混炼的溫度高于运样的范围,则有时聚芳撑硫酸(A)、聚碳二亚胺反应物 (B-2)会热分解,所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性、成型循环性降低。如果进行烙 融混炼的溫度低于运样的范围,则有时聚芳撑硫酸(A)不烙融,得不到烙融混炼物。
[0087] 工序(II-2)中进行烙融混炼的时间优选为0.5~30分钟,更优选为0.5~15分钟, 进一步优选为0.5~10分钟,特别优选为0.5~5分钟。在进行烙融混炼的时间长于运样的范 围的情况下,有时聚芳撑硫酸(A)会交联,增稠,工序(III-3)中的与碳纤维(D)的复合化变 得困难。在进行烙融混炼的时间短于运样的范围的情况下,有时聚芳撑硫酸(A)不烙融,得 不到烙融混炼物。
[0088] 此外,在工序(II-2)中,聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)优选在烙融混炼后,通 过下述方法来加工成片状,所述方法为:在烙融状态下直接转移至加压成型机,加热加压成 片状的方法;从安装于双轴挤出机前端的T型模、缝模将烙融混炼物片状地排出的方法。
[0089] < 工序(111-2)>
[0090] 工序(III-2)为使由工序(II-2)获得的聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)烙融,与 相对于聚芳撑硫酸(A) 100质量份为10~300质量份的碳纤维(D)复合化,获得复合体的工 序。
[0091] 在工序(III-2)中,复合化的碳纤维(D)相对于聚芳撑硫酸(A)IOO质量份为10~ 300质量份是必要的,优选为10~200质量份,更优选为20~100质量份,进一步优选为20~ 50质量份。在碳纤维(D)的含有率小于10质量份时,碳纤维(D)的量不充分,没有表现所得的 碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性的提高效果。如果碳纤维(D)的含有率超过300质量份, 则使聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)与碳纤维(D)复合化变得困难,结果获得的碳纤维增 强聚芳撑硫酸的力学特性降低。
[0092] 在工序(III-2)中,作为使聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)与碳纤维(D)复合化 的方法,可W例示下述方法:使烙融的聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)含浸于后述那样的 包含碳纤维(D)的基材的方法;使用挤出机将聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)与碳纤维 (D)进行烙融混炼的方法等。
[0093] 在工序(III-2)中,作为使烙融的聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)含浸于包含碳 纤维(D)的基材的方法,进一步可W例示将预先加工成片状的聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸 (C-2)与包含碳纤维(D)的基材进行叠层,使用加压成型机将其进行加热加压的方法。
[0094] 在工序(III-2)中,作为使聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)烙融的溫度,优选为 285~400°C,更优选为285~350°C。如果烙融的溫度高于运样的范围,则有时聚芳撑硫酸 (A)、聚碳二亚胺反应物(B-2)会热分解,所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性、成型循 环性降低。如果烙融的溫度低于运样的范围,则有时聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)不烙 融,得不到复合体。
[00M]在工序(III-2)中,作为从使聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-2)烙融直至获得复合 体所需要的时间,优选为1~120分钟,更优选为1~30分钟,进一步优选为1~10分钟。通过 成为运样的范围内,可W生产性良好地获得碳纤维增强聚芳撑硫酸。
[0096]本发明的一实施方式设及的第3碳纤维增强聚芳撑硫酸的制造方法包括(1-3)~ (m-3)的工序。对第3制造方法中采用的(1-3)~(III-3)的工序更详细地说明。
[0097] < 工序(1-3)>
[0098] 工序(1-3)为获得混合有聚芳撑硫酸(A)IOO质量份和1分子中具有至少2个W上碳 二亚胺基的聚碳二亚胺(B)0.1~10质量份的混合物的工序。
[0099] 在工序(1-3)中,作为获得混合物的方法,从使聚芳撑硫酸(A)与聚碳二亚胺(B)尽 可能均匀地混合的观点出发,可W例示将粒状的聚芳撑硫酸(A)与粒状的聚碳二亚胺(B)进 行干式渗混的方法。作为用于进行干式渗混的装置,可W例示亨舍尔混合机、摇摆混合机 等。此外,获得混合物时的气氛优选在非氧化性气氛下进行,也优选在减压条件下进行。所 谓非氧化性气氛,是指混合物所接触的气相中的氧浓度为5体积% ^下,优选为2体积% W 下,进一步优选为实质上不含氧的气氛,即氮气、氮气、氣气等非活性气体气氛,其中,从经 济性和操作的容易性方面出发,特别优选为氮气气氛。通过使用运样的混合方法,从而在进 行W下烙融混炼之前,抑制聚芳撑硫酸(A)和聚碳二亚胺(B)的反应活性的降低,因此优选。
[0100] 进行干式渗混时的聚芳撑硫酸(A)与聚碳二亚胺(B)的数均粒径优选为0.001~ 10mm,更优选为0.01~5mm,进一步优选为0.1~3mm。此外,聚芳撑硫酸(A)与聚碳二亚胺(B) 各自的数均粒径的值越接近越优选。通过成为运样的数均粒径的范围,可W降低在混炼物 内的分离,因此优选。
[0101] 在工序(1-3)的混合物中,聚碳二亚胺(B)相对于聚芳撑硫酸(A)IOO质量份含有 0.1~10质量份是必要的,优选含有0.1~5质量份。在聚碳二亚胺(B)的含有率小于0.1质量 份时,聚碳二亚胺(B)的量不充分,没有表现所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸力学特性的提高 效果。此外,如果聚碳二亚胺(B)的含有率超过10质量份,则相反地聚碳二亚胺(B)过多,因 此所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性降低。
[0102] < 工序(11-3)>
[0103] 工序(II -3)是将由工序(I -3)获得的混合物在聚芳撑硫酸(A)的烙点W上的溫度 进行加热并烙融混炼,从而促进碳二亚胺基的反应而获得聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C- 3)的工序。
[0104] 在工序(II-3)中,所谓将由工序(1-3)获得的混合物在聚芳撑硫酸(A)的烙点W上 的溫度进行加热并烙融混炼,从而可W促进的碳二亚胺基的反应,是指聚芳撑硫酸(A)所具 有的官能团与聚碳二亚胺(B)所具有的碳二亚胺基的反应和聚碳二亚胺(B)所具有的碳二 亚胺基彼此进行反应而形成二聚体或=聚体,聚碳二亚胺(B)形成交联结构的反应。
[0105] 因此,作为聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-3),可W例示在包含聚碳二亚胺(B)与 聚芳撑硫酸(A)的反应物的海相中分散有包含聚碳二亚胺(B)的岛相的海岛结构,该海岛结 构进一步具有形成岛相的聚碳二亚胺(B)的一部分或全部通过聚碳二亚胺(B)所具有的碳 二亚胺基彼此的反应而交联了的结构。通过采用运样的结构,从而可W期待聚碳二亚胺(B) 难W从所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸渗出的效果。特别是,由于聚碳二亚胺(B)在1分子中 具有至少2个W上碳二亚胺基,因此通过碳二亚胺基彼此反应而形成二聚体或=聚体的反 应,可W期待难W渗出的效果。对于1分子中仅具有1个碳二亚胺基的单碳二亚胺(B'),聚芳 撑硫酸(A)和未反应的单碳二亚胺(B')成为过剩量,所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的成型 循环性降低。
[0106] 在工序(II-3)中作为用于进行烙融混炼的装置,可W例示Labo Plastomill混合 机、挤出机。Labo Plastomi 11混合机是将规定量的原料投入至混合机内,进行一定时间烙 融混炼的装置,易于控制烙融混炼时间。挤出机是将连续投入的原料进行烙融混炼同时输 运并排出的装置,烙融混炼物的生产性优异。
[0107] 在工序(II-3)中作为烙融混炼所使用的挤出机,可W例示单轴挤出机、双轴挤出 机,其中可W优选使用烙融混炼性优异的双轴挤出机。作为双轴挤出机,可W例示螺杆长度 与螺杆直径之比(螺杆长度)/(螺杆直径)为20~100的双轴挤出机。进一步,双轴挤出机的 螺杆组合全程、捏合盘等的长度、形状特点不同的螺杆部分而构成,但从烙融混炼性和反应 性的提高方面出发,优选包含1个W上捏合盘。
[0108] 进一步,工序(II-3)中的烙融混炼优选将其至少一部分在减压条件下进行。成为 减压条件下的区域在使用Labo Plastomill混合机的情况下优选W覆盖烙融混炼物整体的 方式进行设置,在使用挤出机的情况下,优选设置在距离排出烙融混炼物的位置(螺杆长 度)/(螺杆直径)为0~10跟前的位置。作为成为运样的减压条件下的区域中的减压度的标 准,W表压计优选为-0.OSMPaW下,更优选为-0.08M化W下。运里的所谓表压,是使用真空 计将大气压设为OMPa进行测定得到的减压度。通过在运样的减压条件下进行烙融混炼,从 而可W减少聚芳撑硫酸(A)、聚碳二亚胺(B)的热分解物等易于挥发的成分,所得的碳纤维 增强聚芳撑硫酸的成型循环性可W提高,因此优选。
[0109] 在工序(II-3)中,作为成分(A)的烙点W上的溫度,即通过烙融混炼而获得聚碳二 亚胺改性聚芳撑硫酸(C-3)时的溫度,优选为330~400°C,更优选为330~360°C。通过在330 °C W上进行烙融混炼,从而W短时间进行聚芳撑硫酸(A)与聚碳二亚胺(B)的反应,聚碳二 亚胺改性聚芳撑硫酸(C-3)的生产性优异。如果进行烙融混炼的溫度高于运样的范围,则有 时聚芳撑硫酸(A)、聚碳二亚胺(B)会热分解,所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性、成 型循环性降低。
[0110] 在工序(II -3)中进行烙融混炼的时间优选为0.5~30分钟,更优选为0.5~15分 钟,进一步优选为0.5~10分钟,特别优选为0.5~5分钟。在进行烙融混炼的时间长于运样 的范围的情况下,有时聚芳撑硫酸(A)会交联,增稠,工序(III-3)中的与碳纤维(D)的复合 化变得困难。在进行烙融混炼的时间短于运样的范围的情况下,有时聚芳撑硫酸(A)、聚碳 二亚胺(B)不烙融,得不到烙融混炼物。
[0111] 此外,在工序(II-3)中,聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-3)优选在烙融混炼后,通 过下述方法来加工成片状,所述方法为:在烙融状态下直接转移至加压成型机,加热加压成 片状的方法;从安装于双轴挤出机前端的T型模、缝模将烙融混炼物片状地排出的方法。
[0112] < 工序(111-3)>
[0113] 工序(III-3)为在工序(II-3)中的烙融混炼时的溫度W下的溫度使上述聚碳二亚 胺改性聚芳撑硫酸(C-3)烙融,与相对于聚芳撑硫酸(A)IOO质量份为10~300质量份的碳纤 维(D)复合化,获得复合体的工序。
[0114] 在工序(III-3)中,通过使聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-3)烙融的溫度为工序 (II-3)中的烙融混炼时的溫度W下的溫度,从而在与碳纤维(D)的复合化时,可W抑制由聚 碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-3)的热分解等来源的挥发成分的发生。进一步由于复合化时 所产生的挥发成分可W降低,由此可W提高聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-3)与增强纤维 (D)的密合。基于运些理由,可W兼具所得的碳纤维增强聚芳撑硫酸的力学特性的提高和成 型循环性。
[0115] 进一步在工序(III-3)中,作为工序(II-3)中的烙融混炼时的溫度W下的溫度, 良P,使上述聚碳二亚胺改性聚芳撑硫酸(C-3)烙融时的溫度,可W例示280~330°C,更优选 为280~300°C。如果烙融的溫度高于运样
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