(57)【要約】  本発明の目的は、揮発分の残存を低減し得る積層体、および、この製造方法を実現し、これにより、良好な耐熱性と機械的強度とを有する強化繊維複合材料、およびその製造方法を実現することにある。本発明は、特定の化学構造を有するイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む複数の層を融着させることにより、上記課題を解決する。
2020071483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む複数の層を備え、当該複数の層が融着していることを特徴とする未硬化積層板。
【化１】
2020071483.tif 000012
（式（１）中、Ｒ１は２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼン、４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される少なくとも１種の芳香族ジアミンの２価残基を表し、
Ｒ２は９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼン、４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される少なくとも１種の芳香族ジアミンの２価残基を表し、
Ｒ３およびＲ４は同一または異なった４価の芳香族テトラカルボン酸類の残基を表し、
Ｒ５およびＲ６は水素原子またはフェニル基であって、いずれか一方がフェニル基を表し、
ｍおよびｎは、１≦ｍ、０≦ｎ≦５、１≦ｍ＋ｎ≦１０および０．５≦ｍ／（ｍ＋ｎ）≦１の関係を満たし、繰り返し単位の配列はブロック的、ランダム的のいずれであってもよい。）
【請求項２】
前記イミドオリゴマーが、下記一般式（２）で表されるものであることを特徴とする請求項１に記載の未硬化積層板。
【化２】
2020071483.tif 000013
（式（２）中、Ｒ１は２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテルもしくは４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される芳香族ジアミンの２価残基を表し、
Ｒ２およびＲ３は水素原子またはフェノキシ基であって、いずれか一方がフェノキシ基を表し、
Ｒ４およびＲ５は同一または異なった４価の芳香族テトラカルボン酸類の残基を表し、
Ｒ６およびＲ７は水素原子またはフェニル基であって、いずれか一方がフェニル基を表し、
ｍおよびｎは、１≦ｍ、０≦ｎ≦５、１≦ｍ＋ｎ≦１０および０．５≦ｍ／（ｍ＋ｎ）≦１の関係を満たし、繰り返し単位の配列はブロック的、ランダム的のいずれであってもよい。）
【請求項３】
揮発分の残存量が、前記イミドオリゴマーに対して２０ｗｔ％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の未硬化積層板。
【請求項４】
イミドオリゴマーの粉末をドライ工程にて強化繊維と混合させることにより得た複数の層を積層させる工程と、
前記工程で得られた積層させた複数の層が融着し、かつ完全に硬化しない温度で加熱する工程と、を含むことを特徴とする未硬化積層板の製造方法。
【請求項５】
前記加熱する工程において、イミドオリゴマーのガラス転移温度（Ｔ１）よりも高く、イミドオリゴマーの硬化温度（Ｔ２）よりも低い温度（Ｔ３）で加熱することを特徴とする、請求項４に記載の未硬化積層板の製造方法。
【請求項６】
イミドオリゴマーが、４−フェニルエチニルフタル酸無水物で末端を封止したものである請求項４に記載の未硬化積層板の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の未硬化積層板を含む、少なくとも２枚の積層板を積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記加熱硬化する工程は、少なくとも２枚の未硬化積層板のみを積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、請求項７に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記加熱硬化する工程は、少なくとも１枚の未硬化積層板と、少なくとも１枚の前記未硬化積層板以外の積層板とを、積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、請求項７に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項１０】
加熱硬化する工程の加工温度（Ｔ４）が、３４０℃以上、４００℃以下であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項１１】
以下の工程を含むことを特徴とする強化繊維複合材料の製造方法：
（ａ）イミドオリゴマーの粉末を強化繊維に付着させることにより得た複数の層を積層させ、次いで複数の層が融着し、かつ硬化しない温度で加熱することにより、未硬化積層板を製造する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた未硬化積層板を積層して積層体を得て、当該積層体を５〜３００分間、２６０〜３４０℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）を経た積層体を、さらに１５〜１２０分間、３３０〜５００℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程。
【請求項１２】
前記工程（ａ）の前に、前記強化繊維の繊維束を開繊する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項１３】
前記イミドオリゴマーは、下記一般式（１）で表されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【化３】
2020071483.tif 000014
（式（１）中、Ｒ１は２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼン、４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される少なくとも１種の芳香族ジアミンの２価残基を表し、
Ｒ２は９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼン、４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される少なくとも１種の芳香族ジアミンの２価残基を表し、
Ｒ３およびＲ４は同一または異なった４価の芳香族テトラカルボン酸類の残基を表し、
Ｒ５およびＲ６は水素原子またはフェニル基であって、いずれか一方がフェニル基を表し、
ｍおよびｎは、１≦ｍ、０≦ｎ≦５、１≦ｍ＋ｎ≦１０および０．５≦ｍ／（ｍ＋ｎ）≦１の関係を満たし、繰り返し単位の配列はブロック的、ランダム的のいずれであってもよい。）
【請求項１４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の未硬化積層板を含む、少なくとも２枚の積層板を積層し、加熱硬化することにより得られることを特徴とする強化繊維複合材料。
【請求項１５】
少なくとも２枚の未硬化積層板のみを積層するか、または少なくとも１枚の未硬化積層板と、少なくとも１枚の前記未硬化積層板以外の積層板とを積層し、加熱硬化する工程によって得られる請求項１４に記載の強化繊維複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未硬化積層板、強化繊維複合材料、およびそれらの製造方法に関する。例えば、本発明は、複数の積層板を接合させた強化繊維複合材料、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
芳香族ポリイミドは高分子系で最高レベルの耐熱性を有し、機械的特性および電気的特性などにも優れていることから、航空宇宙および電気電子などの広い分野で素材として用いられている。【０００３】
また、そのようなポリイミドと繊維とを複合させた積層体は、さらに優れた機械的特性を有するため、航空宇宙などの分野で用いられている。実際の用途においては、そのような積層体を複数用意して接合させることで、用途に適した形状の成形体、たとえば、大型で厚みのある成形体または複雑形状の成形体を得ていることが知られている。【０００４】
一方、芳香族ポリイミドは一般に加工性に乏しいため、特に溶融成形に用いることおよび強化繊維複合材料のマトリクス樹脂として用いることには不向きである。そのため、芳香族ポリイミドを強化繊維複合材料用のマトリクス樹脂に適用する場合は、低分子量のイミドオリゴマーを高沸点の溶媒に溶解させたワニスの状態で繊維に含浸させ、最終的な工程で樹脂を架橋および硬化させる熱付加反応性のポリイミドを用いることが一般的である。【０００５】
例えば、特許文献１では、末端を４−（２−フェニルエチニル）無水フタル酸で変性したイミドオリゴマーのワニスを繊維に含浸させ、乾燥させて製造されるプリプレグ、および、そのプリプレグを積層し加熱硬化して得られる積層板を開示している。ワニスに使用される溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などが開示されている。【０００６】
特許文献２では、イミドプリプレグを複数積層し、加熱硬化して製造される強化繊維複合材料を開示している。ワニスに使用される溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が開示されている。【０００７】
特許文献３では、末端変性イミドオリゴマー前駆体を有機溶剤に溶解させたワニス、そのワニスを繊維に含浸させたプリプレグ、および、そのプリプレグを複数積層して加熱硬化する強化繊維複合材料の製造方法を開示している。ワニスに使用される溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が開示されている。【０００８】
一方、そのような高沸点の溶媒を使用しない方法も知られている。【０００９】
特許文献４には、分散媒中にイミドオリゴマー粉末を分散させてなる懸濁液に強化繊維を浸漬した後、その強化繊維を加熱して分散媒を揮発させ、次いで、イミドオリゴマー粉末を加熱溶融して強化繊維に含浸し、さらに冷却固化してプリプレグを得る技術が開示されている。【００１０】
特許文献５では、分子量を下げたイミドオリゴマーを熱可塑性ポリイミドと混合した混合物を用いることにより加熱時の溶融粘度を下げた状態で、プリプレグを製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３１２７００号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１８６３２号公報
【特許文献３】特開２０１７−２０１０２７号公報
【特許文献４】特開２００７−１９１６５９号公報
【特許文献５】特開２０１６−２１６７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述のような従来技術は、良好な耐熱性を示し、接着剤を使用せずに熱と圧力のみで複数の積層板を接合させた強化繊維複合材料を実現するという観点からは改善の余地があった。【００１３】
本発明の一態様は、上記課題に鑑みなされたものであり、良好な耐熱性を示し、接着剤を使用せずに熱と圧力のみで複数の積層板を接合させた強化繊維複合材料、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討したところ、（Ａ）分散媒等の揮発分を用いることなく、イミドオリゴマーの粉末を強化繊維と混合することで、簡便かつ安全に、溶媒・分散媒等の揮発分を実質的に使用しない未硬化積層板が得られることと、（Ｂ）特に特定の構造のイミドオリゴマーを用いることが好ましいことと、（Ｃ）その手法で得られた未硬化積層板は、接着剤を用いずに、熱と圧力で接合させることが可能であり、強化繊維複合材料を得ることが可能であることと、を明らかにして、本発明を完成させるに至った。【００１５】
すなわち、本発明の一態様は、以下の発明を含む。【００１６】
（その１）下記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む複数の層を備え、当該複数の層が融着していることを特徴とする未硬化積層板。【００１７】
【化１】
2020071483.tif 000003
（式（１）中、Ｒ１は２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼン、４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される少なくとも１種の芳香族ジアミンの２価残基を表し、
Ｒ２は９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼン、４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される少なくとも１種の芳香族ジアミンの２価残基を表し、
Ｒ３およびＲ４は同一または異なった４価の芳香族テトラカルボン酸類の残基を表し、
Ｒ５およびＲ６は水素原子またはフェニル基であって、いずれか一方がフェニル基を表し、
ｍおよびｎは、１≦ｍ、０≦ｎ≦５、１≦ｍ＋ｎ≦１０および０．５≦ｍ／（ｍ＋ｎ）≦１の関係を満たし、繰り返し単位の配列はブロック的、ランダム的のいずれであってもよい。）
（その２）イミドオリゴマーの粉末をドライ工程にて強化繊維と混合させることにより得た複数の層を積層させる工程と、積層させた複数の層が融着し、かつ完全に硬化しない温度で加熱する工程とを含むことを特徴とする未硬化積層板の製造方法。【００１８】
（その３）以下の工程を含むことを特徴とする強化繊維複合材料の製造方法：
（ａ）イミドオリゴマーの粉末を強化繊維に付着させることにより得た複数の層を積層させ、次いで複数の層が融着し、かつ硬化しない温度で加熱することにより、未硬化積層板を製造する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた未硬化積層板を積層して積層体を得て、当該積層体を５〜３００分間、２６０〜３４０℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）を経た積層体を、さらに１５〜１２０分間、３３０〜５００℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様によれば、揮発分の残存を低減した未硬化積層板を用い、接着剤などを使用せず、それらを複数接合させた、強化繊維複合材料を提供する。これにより、これまでその作製が著しく困難であった成形体、たとえば、大型で厚みのある成形体または複雑形状の成形体を、簡便かつ安全に得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る強化繊維複合材料の側面図、すなわち未硬化積層板同士、またはセミプレグの積層体同士を接合させて、強化繊維複合材料を得るための工程での、各要素の側面図である。具体的には、未硬化積層板（８プライ）が実施例１〜３に相当し、セミプレグ（８枚）が比較例１に相当する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について、以下に詳細に説明する。本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上（Ａを含みかつＡより大きい）Ｂ以下（Ｂを含みかつＢより小さい）」を意味する。
【００２２】
〔１．未硬化積層板〕
熱硬化性ポリイミドと繊維とを複合させた積層体を得るためには、特許文献１〜３に示されるように、ＮＭＰなどの高沸点の溶剤が必要である。高沸点の溶剤が積層体に残留していると、用途における物性の低下、および、溶剤そのものによる安全上の問題が起こりうるが、その除去には高温かつ密封系での真空処理が必要である。そのような処理条件で、熱硬化性ポリイミドが完全に硬化してしまう前に積層体を取り出そうとすると、密封系を破壊して取り出す必要があった。加えて、そこで得られた未完全硬化積層体を所望の加工、たとえば熱的な二次加工に供したのち、再び同様の密封系で処理することが必要であり、極めて煩雑であった。たとえば、未硬化積層板を、溶剤除去の途中で取り出し、熱と圧力で複数接合させ、ふたたび密封系に戻して溶剤を除去することは、極めて煩雑であった。また、そのような目的のために、熱硬化性ポリイミドが不完全に硬化している積層体を得ようとすれば、積層体中に高沸点の溶剤が残留している状態となるため、溶剤への暴露による健康被害、環境問題が発生する恐れがあった。
【００２３】
溶剤を使用しない系、たとえば特許文献４の技術では、イミドオリゴマー粉末を分散媒中に分散させた懸濁液を使用する。そのため、プリプレグに分散媒等の揮発分が残存してしまい、強化繊維複合材料成型時に揮発し、ボイド等の欠陥が生成したり、耐熱性を低下させたりする問題がある。このため、揮発分の残存を低減し得る新しい技術の開発が求められていた。加えて、この技術で得られた積層体は、接着剤を使用せずに熱と圧力のみで、その複数を接合させられることが出来るかどうか不明であった。
【００２４】
また、特許文献５の技術においても、ボイドの抑制および耐熱性等の観点から改善の余地があると考えられる。また、熱可塑性ポリイミドを併用しているため、一般に硬化物のガラス転移温度が下がる傾向にある。加えて、この技術で得られた積層体も、接着剤を使用せずに熱と圧力のみで、その複数を接合させられることが出来るかどうか不明であった。そもそも、特許文献５の技術は、イミドオリゴマーの粉末と強化繊維とを混合することを意図していない。
【００２５】
さらに、近年、接着剤を使用せずに積層体を複数接合することが求められている。たとえば、接着剤を使用すると、得られる強化繊維複合材料の耐熱性が損なわれることがある。溶剤を含有する接着剤を使用すると、溶剤による健康被害および環境問題を引き起こす恐れがある。水と、乳化剤／分散剤とを使用する接着剤を使用すると、残留する乳化剤／分散剤によって、得られる強化繊維複合材料の耐熱性が損なわれる恐れがある。他方、溶剤・水・乳化剤・分散剤などを含有しない、高耐熱性の接着剤は、取り扱いが煩雑であったり、粉末形状のため接着様式が極めて限定されたり、高価であるため、必ずしも適切なものとは言えなかった。
【００２６】
本発明の一実施形態においては、特許文献１〜３のように高沸点の溶媒を使用すること、特許文献４のようにイミドオリゴマーの粉末の懸濁液を経由すること、および、特許文献５のように熱可塑性ポリイミドを併用することを必要としない。すなわち、本発明の一実施形態に係る方法で得られた未硬化積層板について、その複数を、接着剤などを用いることなく、接合させることで強化繊維複合材料を製造することが可能である。
【００２７】
本発明の一実施形態において、上記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含むことを特徴とする未硬化積層板を提供する。より具体的には、本発明の一実施形態に係る未硬化積層板は、上記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む複数の層を備え、当該複数の層が融着していることを特徴とする。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る未硬化積層板は、溶媒、分散媒等の揮発分を用いずにイミドオリゴマーの粉末と強化繊維とを混合させて製造されることから、揮発分の残存を低減した未硬化積層板の提供を可能とする。また、そのような未硬化積層板を用いて製造された強化繊維複合材料（例えば、炭素繊維強化複合材料）は、溶媒等の揮発および分解に起因するボイド等の欠陥が低減され、あるいは無くなって、樹脂単体同等以上のガラス転移温度を有するという極めて有利な効果を奏する。以下、ガラス転移温度を単に「Ｔｇ」と称することもある。
【００２９】
本明細書において「強化繊維複合材料」は複数の未硬化積層板を接合することにより得られる生成物であり、「樹脂複合材料」とも言える。
【００３０】
本明細書において、「未硬化積層板」は、一般的な未硬化の積層板という意味ではなく、請求項に示される、本発明固有の用語である。したがって、平板状であるとは限らず、一般的な積層体が取り得る形状を有していても良いものとする。
【００３１】
従来の方法では、セミプレグまたはプリプレグを熱と圧力とで複数接合させることで積層板を得ることは可能であったが、その接合の過程で樹脂が硬化してしまうため、本発明の一実施形態のような未硬化積層板を得ることは著しく困難であった。そのため、本発明の一実施形態のような未硬化積層板は知られていなかった。加えて、そのような未硬化積層板の特性も不明であり、接着剤を用いずに、熱と圧力とで接合させることが可能であることは知られていなかった。
【００３２】
本明細書において「セミプレグ」は、樹脂（例えば、イミドオリゴマー）が強化繊維に部分的に含浸して（半含浸状態）、一体化した樹脂−強化繊維複合体を意味する。「セミプレグ」は、半含浸状態であるため、樹脂が含浸していない繊維配列を含み、それによりドレープ性が損なわれず、複雑な形状への賦形性が良好である。「セミプレグ」の一態様としては、樹脂に富んだ層を強化繊維の外表面上に有する形態を示すことが多い。なお、本明細書において、「セミプレグ」は、単層の樹脂−強化繊維複合体を意味する。
【００３３】
本明細書において「未硬化積層板」は、樹脂（例えば、イミドオリゴマー）と強化繊維とを含む層が複数積層された積層板において、樹脂が熱硬化性樹脂であり、それが完全には硬化しておらず、完全に硬化させうる余地がある積層板を意味する。なお、上述のセミプレグは単層である点で未硬化積層板とは異なる。「未硬化」とは、たとえば、積層板から取り出した樹脂について、ＮＭＲで測定した場合に末端反応基の残存が確認されること、および／または、ＤＳＣで測定した場合に硬化反応熱が観測されることを意味する。より具体的には、積層板から取り出した樹脂について後述の実施例に記載の方法によって測定される発熱開始温度が３００℃以上であることを意味する。一方で「硬化」は前記積層板において、樹脂が熱によって完全に硬化しており、さらなる硬化の余地がないことを意味する。「硬化」とは、たとえば、積層板から取り出した樹脂について、ＮＭＲで測定した場合に末端反応基の残存が確認されないこと、および／または、ＤＳＣで測定した場合に硬化反応熱が観測されないことを意味する。なお、樹脂が完全に硬化していないため、複数の未硬化積層板同士の接着は、再位置決めのために容易に手で剥がすことが可能である。
【００３４】
ただし、本明細書において「未硬化積層板」は、樹脂が強化繊維に全体的に含浸している（含浸状態）、部分的に含浸している（半含浸状態）、分離できない程度に固着しているだけで含浸していない（未含浸状態）、のいずれの状態でも、全体として樹脂と強化繊維とが容易に分離できない程度に一体化していることを要する。すなわち、未硬化積層板内に含まれる複数の層は互いに融着している。そのため未硬化積層板内に含まれる、融着した複数の層は互いに剥がすことはできない。これに対し、複数のセミプレグを積層させた積層体は、複数のセミプレグを容易に剥がすことが可能である。従って、未硬化積層板は、単に上述のセミプレグを積層させたにすぎない積層体とは異なる。なお、積層された複数のセミプレグを加熱および加圧することにより、互いに剥がすことができない程度に硬化させて得られた積層体は、さらなる硬化の余地がないため、やはり未硬化積層板とは異なる。
【００３５】
本明細書中の「積層板」とは、フィルム状、膜状あるいは薄板状の物体を積層することにより得られる積層体をいい、積層体中の層は積層された結果、立体的な形状を有することになった積層体も含まれる。つまり必ずしも平面状の積層体に限定されない。
【００３６】
本明細書において、「イミドオリゴマー」は、特に言及しない限り、「末端変性イミドオリゴマー」と同義として使用する。
【００３７】
本発明の一実施形態において、Ｒ１およびＲ２の芳香族ジアミンの２価の残基とは、芳香族ジアミン中の２個のアミノ基の間に存在する芳香族系有機基をいう。また、芳香族テトラカルボン酸類の４価の残基とは、芳香族テトラカルボン酸類中の４個のカルボニル基に囲まれた芳香族系有機基をいう。ここで芳香族系有機基とは芳香環を有する有機基である。芳香族系有機基は、炭素数４〜３０の有機基であることが好ましく、炭素数４〜１８の有機基であることがより好ましく、炭素数４〜１２の有機基であることがさらに好ましい。また芳香族系有機基は、炭素数６〜３０の炭素と水素とを含む基であることが好ましく、炭素数６〜１８の炭素と水素とを含む基であることがより好ましく、炭素数６〜１２の炭素と水素とを含む基であることがさらに好ましい。
【００３８】
Ｒ１は、芳香族ジアミンの２価残基であり、２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼン、４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される少なくとも１種の芳香族ジアミンの２価残基であることが好ましい。
【００３９】
また、Ｒ２は、芳香族ジアミンの２価残基であり、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼン、４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される芳香族ジアミンの２価残基であることが好ましい。
【００４０】
Ｒ３およびＲ４は、芳香族テトラカルボン酸類の４価の残基であり、同一であってもよく、異なっていてもよい。本明細書において、芳香族テトラカルボン酸類とは、芳香族テトラカルボン酸および芳香族テトラカルボン酸二無水物、ならびに芳香族テトラカルボン酸のエステルおよび塩などの酸誘導体を包含する意味である。
【００４１】
上記芳香族テトラカルボン酸類の４価の残基は、好ましくは１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸類に由来する残基から選択される。上記１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸類とは、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物（ＰＭＤＡ）、あるいは１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸のエステルまたは塩などの酸誘導体を包含する意味である。１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸類としては、特に、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物が最適である。
【００４２】
また、Ｒ５およびＲ６は、水素原子またはフェニル基であって、いずれか一方がフェニル基を表す。すなわち、Ｒ５およびＲ６のいずれか一方が水素原子であり、他方がフェニル基であるとも言える。ｍ＞１の場合は、Ｒ５がフェニル基でＲ６が水素原子である繰り返し単位と、Ｒ５が水素原子でＲ６がフェニル基である繰り返し単位とが任意に含まれていてもよい。
【００４３】
なお、Ｒ１〜Ｒ６は繰り返し単位毎に異なっていてもよく、同一であってもよい。
【００４４】
本明細書において、「繰り返し単位の配列はブロック的およびランダム的のいずれであってもよい」とは、繰り返し単位がブロック重合していてもよく、ランダム重合していてもよいことを意味する。
【００４５】
本発明の一実施形態において、未硬化積層板に含まれるイミドオリゴマーの粉末は、下記一般式（２）で表されるイミドオリゴマーの粉末であることが好ましい。
【００４６】
【化２】
2020071483.tif 000004
（式（２）中、Ｒ１は２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテルもしくは４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される芳香族ジアミンの２価残基を表し、
Ｒ２およびＲ３は水素原子またはフェノキシ基であって、いずれか一方がフェノキシ基を表し、
Ｒ４およびＲ５は同一または異なった４価の芳香族テトラカルボン酸類の残基を表し、
Ｒ６およびＲ７は水素原子またはフェニル基であって、いずれか一方がフェニル基を表し、
ｍおよびｎは、１≦ｍ、０≦ｎ≦５、１≦ｍ＋ｎ≦１０および０．５≦ｍ／（ｍ＋ｎ）≦１の関係を満たし、繰り返し単位の配列はブロック的、ランダム的のいずれであってもよい。）
Ｒ１は、芳香族ジアミンの２価残基であり、２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテルもしくは４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される芳香族ジアミンの２価残基であることが好ましい。
【００４７】
Ｒ２およびＲ３は、水素原子またはフェノキシ基であって、いずれか一方がフェノキシ基を表す。すなわち、Ｒ２およびＲ３のいずれか一方が水素原子であり、他方がフェノキシ基であるとも言える。ｎ＞１の場合は、Ｒ２がフェノキシ基でＲ３が水素原子である繰り返し単位と、Ｒ２が水素原子でＲ３がフェノキシ基である繰り返し単位とが任意に含まれていてもよい。
【００４８】
一般式（２）のＲ４、Ｒ５、Ｒ６およびＲ７は、それぞれ、上記一般式（１）のＲ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６と同様の定義である。
【００４９】
なお、Ｒ１〜Ｒ７は繰り返し単位毎に異なっていてもよく、同一であってもよい。
【００５０】
本発明の一実施形態において、一般式（２）のＲ４およびＲ５が１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸類の残基である場合のイミドオリゴマーは、下記一般式（３）で表される。
【００５１】
【化３】
2020071483.tif 000005
（式（３）中、Ｒ１は２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテルまたは４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンから選択される芳香族ジアミンの２価の残基を表し、Ｒ２およびＲ３は一方が水素原子、もう一方がフェノキシ基を表し、Ｒ６およびＲ７は一方が水素原子、もう一方がフェニル基を表し、ｍおよびｎは、１≦ｍ、０≦ｎ≦５、１≦ｍ＋ｎ≦１０および０．５≦ｍ／（ｍ＋ｎ）≦１の関係を満たし、繰り返し単位の配列はブロック的およびランダム的のいずれであってもよい）。
【００５２】
本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーにおいては、芳香族テトラカルボン酸類として１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸類を単独で使用してもよいし、本発明の一実施形態の効果を奏する限り、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸類の一部を他の芳香族テトラカルボン酸類化合物に置換してもよい。他の芳香族テトラカルボン酸類化合物としては、例えば、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ｓ−ＢＰＤＡ）、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ａ−ＢＰＤＡ）、２，２’，３，３’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ｉ−ＢＰＤＡ）、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−カルボキシフェニル）エーテル二無水物および１，２，３，４−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる。
【００５３】
また、本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーにおいては、一般式（１）におけるＲ１の２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレン、１，３−ジアミノベンゼンもしくは４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼン、または一般式（２）におけるＲ１の２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテルもしくは４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンの一部を、他の芳香族ジアミン化合物に置換してもよい。他の芳香族ジアミン化合物としては、例えば、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン、１，２−ジアミノベンゼン、２，６−ジエチル−１，３−ジアミノベンゼン、４，６−ジエチル−２−メチル−１，３−ジアミノベンゼン、３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（４，４’−ＯＤＡ）、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（３，４’−ＯＤＡ）、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、２−フェニル−３’，４−ジアミノジフェニルエーテル、２−フェニル−２’，４−ジアミノジフェニルエーテル、３−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ビス（２，６−ジエチル−４−アミノフェニル）メタン、４，４’−メチレン−ビス（２，６−ジエチルアニリン）、ビス（２−エチル−６−メチル−４−アミノフェニル）メタン、４，４’−メチレン−ビス（２−エチル−６−メチルアニリン）、２，２−ビス（３−アミノフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、ベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、２，２−ビス（４−アミノフェノキシ）プロパン、２，２−ビス（３−アミノフェノキシ）プロパン、２，２−ビス［４’−（４’’−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレンおよび９，９−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）フルオレンなどが挙げられ、それらを単独、あるいは２種以上を併用することができる。
【００５４】
本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーにおいて、一般式（１）および（２）のｍおよびｎは、１≦ｍ、０≦ｎ≦５、１≦ｍ＋ｎ≦１０および０．５≦ｍ／（ｍ＋ｎ）≦１の関係を満たす。なお、１≦ｍ≦５であってもよい。また、０＜ｎ≦５であってもよい。１＜ｍ＋ｎ≦１０であってもよい。０．５≦ｍ／（ｍ＋ｎ）＜１であってもよい。ｍおよびｎは、ｍ＋ｎが４以上であることが好ましく、ｍ＋ｎが５以上であることがより好ましい。ｍおよびｎが上記関係を満たす場合、本発明の一実施形態に係る末端変性イミドオリゴマーは、溶液保存安定性にさらに優れ、硬化後は優れた耐熱性、機械的強度を有するため好ましい。
【００５５】
本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーの最低溶融粘度は、２００００Ｐａ・ｓｅｃ以下が好ましく、１００００Ｐａ・ｓｅｃ以下がより好ましく、５０００Ｐａ・ｓｅｃ以下がさらに好ましく、３０００Ｐａ・ｓｅｃ以下がとりわけ好ましい。本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーの最低溶融粘度は、１〜２００００Ｐａ・ｓｅｃであるが、この範囲に特段限定されない。最低溶融粘度が上記範囲であれば、本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーは成形性に優れるため、好ましい。なお、本明細書において、最低溶融粘度とは、後述の実施例に記載の方法によって測定されたものを意図する。
【００５６】
本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーは、分子量の異なる末端変性イミドオリゴマーを混合したものでもよい。また、本発明の一実施形態に係る末端変性イミドオリゴマーは、他の可溶性ポリイミドあるいは熱可塑性ポリイミドと混合してもよい。上記熱可塑性ポリイミドは、加熱により軟性になるポリイミドであり、具体的には市販品であればよく、種類などについては特に限定はない。本発明の一実施形態に係る未硬化積層板は、好ましくは熱可塑性ポリイミドを実質的に含まない。
【００５７】
本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーの２８０℃における溶融粘度は、２００〜１００００００Ｐａ・ｓｅｃであることが好ましく、２００〜８０００００Ｐａ・ｓｅｃであることがより好ましく、２００〜５０００００Ｐａ・ｓｅｃであることがさらに好ましい。２８０℃における溶融粘度が１００００００Ｐａ・ｓｅｃを超えるとイミドオリゴマーが流動し難くなる傾向がある。そのため、強化繊維複合材料を作製する際、繊維間にイミドオリゴマーが含浸し難く、ボイドもしくは未含浸部分等の欠陥が低減された、または、無くなった強化繊維複合材料を得ることが難しくなる傾向がある。また、２８０℃における溶融粘度が２００Ｐａ・ｓｅｃを下回ると樹脂が流動し易くなりすぎて未硬化積層板が作製し難くなる傾向がある。結果として未硬化積層板のドレープ性の確保が難しくなる場合がある。本明細書において、２８０℃における溶融粘度とは、後述の実施例に記載の方法によって測定されたものを意図する。
【００５８】
本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーを硬化して得られるポリイミド樹脂の空気中での５％重量減少温度は、５２０℃以上であることが好ましく、５３０℃以上であることがより好ましく、５３５℃以上であることがさらに好ましい。空気中での５％重量減少温度は高温環境で長時間ポリイミド樹脂を使用したときの酸化劣化速度と相関があると考えられる。空気中での５％重量減少温度が高い程、ポリイミド樹脂を長時間高温環境で使用することができる。即ち、空気中での５％重量減少温度が高い程、長期耐熱安定性が高い材料と言える。本明細書において、空気中での５％重量減少温度とは、後述の実施例に記載の方法によって測定されたものを意図する。
【００５９】
本発明の一実施形態において、未硬化積層板に含まれる強化繊維は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維およびセラミック繊維などの無機繊維、ならびにポリアミド繊維、ポリエステル系繊維、ポリオレフィン系繊維およびノボロイド繊維などの有機合成繊維などが挙げられる。これらの繊維は、１種を単独で、または２種以上を組み合わせて使用できる。
【００６０】
特に、未硬化積層板から作製される強化繊維複合材料に、優れた機械的特性および高い耐熱性を発現させるためには、上記繊維は炭素繊維であることが望ましい。炭素繊維は、炭素の含有率が８５〜１００重量％の範囲にあり、少なくとも部分的にグラファイト構造を有する連続した繊維形状を有する材料であれば特に限定されない。このような炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レイヨン系、リグニン系およびピッチ系などの炭素繊維が挙げられる。これらの中でも、汎用的かつ安価であり、高い強度を備えていることから、ＰＡＮ系またはピッチ系などの炭素繊維が好ましい。
【００６１】
一般的に、前記炭素繊維には、サイジング処理が施されているが、できるだけサイジング剤使用量の少ないものを用いるか、必要に応じて有機溶剤処理または加熱処理等の既存の方法にてサイジング剤を除去することが好ましい。サイジング剤量は、炭素繊維に対して０．５ｗｔ％以下とすることが好ましく、０．１ｗｔ％以下とすることがより好ましく、０．０１ｗｔ％以下とすることがさらに好ましい。通常、炭素繊維に使用されているサイジング剤はエポキシ樹脂用のものであるため、本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーを硬化させる２８０℃以上の温度では分解することがあり、強化繊維複合材料の物性に悪影響を及ぼす場合がある。また、予め繊維束をエアーまたはローラーなどを用いて開繊し、炭素繊維の単糸間に樹脂を含浸させるように施してもよい。開繊することで樹脂の含浸距離が短くなり、よりボイド等の欠陥が低減され、あるいは無くなった強化繊維複合材料を得易くなる。
【００６２】
本発明の一実施形態に係る未硬化積層板を構成する強化繊維の形態としては、ＵＤ材（一方向材）、織物（平織、綾織、朱子織など）、編物、組物、不織布等の構造体が挙げられ、特に限定されるものでない。上記繊維材料の形態は、その目的に応じ適宜選択すれば良く、これらを単独あるいは組み合わせて用いることができる。
【００６３】
本発明の一実施形態に係る未硬化積層板の揮発分残存量は、未硬化積層板に含まれるイミドオリゴマーに対して２０ｗｔ％未満であることが好ましく、１０ｗｔ％未満であることがより好ましく、５ｗｔ％未満であることがさらに好ましく、１ｗｔ％未満であることが特に好ましい。なお、本明細書において、揮発分とは、イミドオリゴマー製造時の溶媒が主な成分であるが、イミド化が未進行であるアミド酸オリゴマーから脱離する水分も含む。揮発分は後述する実施例に記載の方法により測定されたものを意図する。未硬化積層板の揮発分残存量が上記範囲であれば、当該未硬化積層板を用いて強化繊維複合材料（例えば、炭素繊維強化複合材料）を作製したときに、溶媒等の揮発および分解に起因するボイド等の欠陥が低減され、あるいは無くなって、樹脂単体同等以上のＴｇを有する良好な複合材料が得られるため、好ましい。
【００６４】
本発明の一実施形態に係る未硬化積層板は、１層のイミドオリゴマーの粉末と１層の強化繊維との組み合わせを１プライと数えて、２プライ以上であることが好ましく、３プライ以上であることがより好ましく、４プライ以上であることがさらに好ましく、５プライ以上であることが最も好ましい。プライ数の上限には特に制限はないが、厚すぎる場合には製造が困難となる場合があることから、１０００プライ以下であることが好ましく、５００プライ以下であることがより好ましく、３００プライ以下であることがさらに好ましく、２００プライ以下であることが最も好ましい。それぞれのプライにおいて、イミドオリゴマーの粉末は、分子量または組成などが異なったものであっても良いが、同一であることが好ましく、強化繊維は、その種類または形態などが異なっていても良いが、同一であることが好ましい。
【００６５】
〔２．未硬化積層板の製造方法〕
本発明の一実施形態において、イミドオリゴマーの粉末をドライ工程にて強化繊維と混合させる工程を含むことを特徴とする未硬化積層板の製造方法を提供する。より具体的には、本発明の一実施形態に係る未硬化積層板の製造方法は、イミドオリゴマーの粉末をドライ工程にて強化繊維と混合させることにより得た複数の層を積層させる工程と、前記工程で得られた積層させた複数の層が融着し、かつ完全に硬化しない温度で加熱する工程とを含む。
【００６６】
本発明の一実施形態に係る未硬化積層板の製造方法は、揮発分の残存を低減した未硬化積層板の提供を可能とする。
【００６７】
本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーは、特段限定されるものではなく、当該技術分野で使用される任意の変性イミドオリゴマーであり得る。すなわち、本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーは、末端変性イミドオリゴマーであってもよいし、末端変性イミドオリゴマーでなくてもよい。本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーとしては、例えば、両末端変性イミドオリゴマー、片末端変性イミドオリゴマー、側鎖変性イミドオリゴマー等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。たとえば本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーは、４−フェニルエチニルフタル酸無水物で末端を封止したものであってもよい。本発明の一実施形態において、イミドオリゴマーは、上記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーであることが好ましく、上記一般式（２）で表されるイミドオリゴマーであることがより好ましい。イミドオリゴマーが上記一般式（１）または（２）で表されるイミドオリゴマーであれば、優れた成型性を有し、優れた耐熱性、機械的物性を示す強化繊維複合材料が得られるという利点を有する。
【００６８】
本発明の一実施形態に係るイミドオリゴマーの粉末は、市販で入手することも可能であるし、当該技術分野において一般的に用いられる方法により製造することも可能である。
【００６９】
本発明の一実施形態において、イミドオリゴマーの粉末の製造方法としては、例えば、以下の（１）および（２）の工程を含む方法が挙げられる。
【００７０】
＜工程（１）＞
本発明の一実施形態において、工程（１）は、末端変性イミドオリゴマーを含むワニスを製造する工程である。
【００７１】
まず、上記芳香族テトラカルボン酸類と、２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンを含む芳香族ジアミン類と、４−（２−フェニルエチニル）無水フタル酸とを、全成分の酸無水物基（隣接するジカルボン酸基の場合は、カルボキシル基２モル当たり１モルの酸無水物基とみなす。）の全量とアミノ基の全量とがほぼ等量になるように使用する。各成分を、後述の有機溶媒中で、約１００℃以下、特に８０℃以下の反応温度で重合させて、アミド酸オリゴマーを生成する。アミド酸オリゴマーはアミド−酸結合を有するオリゴマーであり、アミック酸オリゴマーともいう。次いで、そのアミド酸オリゴマーを、約０〜１４０℃の低温でイミド化剤を添加する方法または１４０〜２７５℃の高温に加熱する方法によって、脱水および環化させる。これにより、末端に４−（２−フェニルエチニル）無水フタル酸残基を有するイミドオリゴマー（末端変性イミドオリゴマー）を得ることができる。芳香族テトラカルボン酸類としては、上述の通り、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸類（特に、この酸二無水物）を用いることが好ましい。
【００７２】
本発明の一実施形態に係る工程（１）の特に好ましい方法は、例えば以下の通りである。まず、２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよび４−フェノキシ−１，３−ジアミノベンゼンを含む芳香族ジアミン類を後述の有機溶媒中に均一に溶解後、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物を含む芳香族テトラカルボン酸二無水物を溶液中に加えて均一に溶解させる。その後、約５〜６０℃の反応温度で１〜１８０分程度反応溶液を攪拌する。この反応溶液に、４−（２−フェニルエチニル）無水フタル酸を加えて均一に溶解後、約５〜６０℃の反応温度で１〜１８０分程度反応溶液を攪拌しながら反応させて、上記末端変性アミド酸オリゴマーを生成する。その後、その反応溶液を１４０〜２７５℃で５分〜２４時間攪拌して上記アミド酸オリゴマーをイミド化反応させ、本発明の一実施形態に係る末端変性イミドオリゴマーを含むワニスを得ることができる。イミド化率が低いと、強化繊維複合材料成形の際、分子内から脱離する水が揮発分となりボイド等の欠陥の原因となったり、オリゴマーの分解の原因となったりする。そのため、イミド化率を９５％以上とすることが好ましく、９７％以上とすることがより好ましく、９８％以上とすることがさらに好ましい。イミド化率は後述する実施例に記載の方法によって測定されたものを意図する。必要ならば、末端変性アミド酸オリゴマーのイミド化反応の後に反応溶液を室温付近まで冷却することにより、本発明の一実施形態に係る末端変性イミドオリゴマーを得てもよい。上記反応において、全反応工程または一部の反応工程を窒素ガスもしくはアルゴンガスなどの不活性のガスの雰囲気または真空中で行うことが好適である。
【００７３】
上記有機溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ−メチルカプロラクタム、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）およびシクロヘキサノンなどが挙げられる。これらの溶媒は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの溶媒の選択に関しては、可溶性ポリイミドについての公知技術を適用することができる。
【００７４】
＜工程（２）＞
本発明の一実施形態において程（２）は、末端変性イミドオリゴマーを含むワニスから末端変性イミドオリゴマー粉末を製造する工程である。
【００７５】
本工程（２）においては、上記工程（１）で得られた末端変性イミドオリゴマーを含むワニスを水、メタノール等の貧溶媒、または、非溶媒中に注ぎ込んだ後、粉末状の生成物として単離することにより、末端変性イミドオリゴマー粉末を製造することができる。
【００７６】
また、本発明の別の実施形態において、イミドオリゴマーの粉末は、「最新ポリイミド〜基礎と応用〜／日本ポリイミド研究会編；今井淑夫、横田力男編著、エヌ・ティー・エス出版、ｐ２０−２６（２００２）」に記載されたいわゆる「高温溶融合成法」、「高温固相合成法」によって製造することもできる。高温溶融合成法、または、高温固相合成法を用いた場合、末端変性イミドオリゴマーの重合に溶媒を用いず、かつ、末端変性イミドオリゴマーの単離にも揮発分を用いないため、イミドオリゴマーへの揮発分の持ち込みが極力少なくでき、好適である。
【００７７】
上記の方法で得られた末端変性イミドオリゴマー粉末は、以下のドライ工程で使用され得る。
【００７８】
本発明の一実施形態に係る未硬化積層板の製造方法は、イミドオリゴマーの粉末と強化繊維とをドライ工程で混合する工程を含む。これにより、イミドオリゴマーの粉末と強化繊維とを含む層を得ることができる。そして、本発明の一実施形態に係る未硬化積層板の製造方法では、この層を複数積層させる。
【００７９】
本明細書において、「ドライ工程」とは、溶媒、分散媒等の揮発分を用いずにイミドオリゴマーの粉末と強化繊維とを混合する工程を意味する。従来の方法では、末端変性イミドオリゴマーを含むワニス（すなわち、末端変性イミドオリゴマーの溶液組成物）を強化繊維へ含浸させることによりプリプレグが製造されていたため、得られたプリプレグには溶媒等の揮発分が残存するという問題があった。また、溶媒等の揮発分が残存するプリプレグを乾燥することで残留揮発分の低減を試みる例もあるが、プリプレグの状態で溶媒等の揮発分を蒸発させる工程は、製造負荷、設備負荷が大きく好ましくなかった。本発明の一実施形態では、溶媒、分散媒等の揮発分を用いないドライ工程で未硬化積層板の製造を行うことから、揮発分の残存を低減した未硬化積層板を得ることが可能であり、これは、従来技術に比して本発明の有利な効果である。
【００８０】
本発明の実施形態はイミドオリゴマー粉末と強化繊維をドライ工程で混合するのであれば特に限定されない。例えば、イミドオリゴマー粉末を強化繊維に載せる、吹き付ける、または、粉末を入れた槽の中に強化繊維を通し、強化繊維にイミドオリゴマー粉末を付着させる。その後、ニップロール等の加熱ロール、プレス機、ラミネーター機、ＩＲヒーター、レーザ、ガストーチ、超音波トーチ等を用いイミドオリゴマー粉末を溶融する方法、または溶融後に加圧することにより強化繊維に含浸する方法が挙げられる。未硬化積層板を作製するためには、加圧は必ずしも必要としない。
【００８１】
なお、本明細書の「ドライ工程」を実施する場合、予め繊維束をエアーまたはローラーなどを用いて開繊することにより、炭素繊維の単糸間に樹脂を含浸させるように処理してもよい。開繊することで樹脂の含浸距離が短くなり、よりボイド等の欠陥が低減され、あるいは無くなった強化繊維複合材料を得易くなる。
【００８２】
本発明の一実施形態では、未硬化積層板の製造において、積層させた複数の層が融着し、かつ完全に硬化しない温度で加熱する工程を含む。より好ましくは、未硬化積層板の製造方法は、イミドオリゴマーのガラス転移温度（Ｔ１）よりも高く、イミドオリゴマーの硬化温度（Ｔ２）よりも低い温度（Ｔ３）で加熱する工程を含む。これにより、積層させた複数の層が融着する。得られた未硬化積層板が未硬化であるかどうかは、ＮＭＲで測定した場合に末端反応基の残存が確認されること、および／または、ＤＳＣで測定した場合に硬化反応熱が観測されることによって確認できる。また、上記複数の層は、加熱および加圧されることが好ましい。
【００８３】
上記の加工温度（Ｔ３）は、２３０℃〜３７０℃の温度が例示されるが、２４０℃〜３５０℃であることが好ましく、２５０℃〜３４０℃であることがより好ましい。
【００８４】
本発明の一実施形態において、プレス機としては、例えば、ホットプレス、真空ホットプレス等が用いられ、例えば、０．１ＭＰａ〜２０ＭＰａの圧力で、０．１分〜１００分加熱溶融することにより、未硬化積層板を得ることができる。なお、本明細書における圧力の値は全てサンプルにかかる実圧の値である。
【００８５】
なお、本発明の一実施形態に係る強化繊維は、〔１．未硬化積層板〕の項で記載したものと同様である。
【００８６】
また、本発明の一実施形態に用いられるイミドオリゴマー粉末は特に限定されないが、平均粒子径が１μｍ〜１０００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜５００μｍであることがより好ましく、１０μｍ〜３００μｍであることがさらに好ましい。また、粒子径分布全体が１μｍ〜１０００μｍに入っていることが好ましい。平均粒子径が１μｍ未満であると、ドライ工程で強化繊維に付着させる際、微粉が多くなり作業性が悪くなる場合がある。平均粒子径が１０００μｍを超えるとイミドオリゴマー粉末が加熱融解し、強化繊維に含浸または融着する際、強化繊維も一緒に流れ強化繊維のアラインメントが乱れたり、イミドオリゴマーの付着ムラが大きくなったりする場合がある。なお、本明細書において、平均粒子径、粒子径分布とは後述の実施例に記載の方法によって測定されたものを意図する。
【００８７】
イミドオリゴマーの粉末を得る方法として、既知の方法を使用できる。例えば、ハンマーミル、ジェットミル、ボールミル、ビーズミル等の粉砕方法を用いることができ、凍結粉砕しても良い。必要に応じて、振動篩または旋回気流式篩などで分級してもよい。
【００８８】
〔３．強化繊維複合材料〕
本発明の一実施形態に係る強化繊維複合材料は、上述の未硬化積層板を含む、少なくとも２枚の積層板を積層し、加熱硬化することによって得られる。例えば、強化繊維複合材料は、複数の上記未硬化積層板のみを積層し、加熱硬化して得られるものであってもよく、上記未硬化積層板とそれ以外の積層板を積層し、加熱硬化して得られるものであってもよい。たとえば、少なくとも２枚の未硬化積層板のみを積層し、加熱硬化してもよく、少なくとも１枚の未硬化積層板と、少なくとも１枚の前記未硬化積層板以外の積層板とを、積層し、加熱硬化してもよい。たとえば、本発明の一実施形態に係る強化繊維複合材料は、未硬化積層板と、それを完全硬化させた積層板とを組み合わせて積層し、加熱硬化して得られるものであってもよいし、また、未硬化積層板と、本発明の一実施形態に係る未硬化積層板とは異なった樹脂あるいは異なった繊維を有する積層板とを組み合わせて積層し、加熱硬化して得られるものであってもよい。またさらに、未硬化積層板と、市販されている積層板とを組み合わせて積層し、加熱硬化して得られるものであってもよい。
【００８９】
未硬化積層板とそれ以外の積層板を積層する場合にあっては、未硬化積層板に接着体としての機能を発揮させるため、それ以外の積層板同士が接しないように積層することが好ましい。たとえば、少なくとも２枚の未硬化積層板と、少なくとも１枚の前記未硬化積層板以外の積層板を積層する場合にあっては、前記未硬化積層板以外の積層板同士が接しないように、前記未硬化積層板以外の積層板を未硬化積層板で挟み込むように積層することが好ましい。また、少なくとも１枚の未硬化積層板と、少なくとも２枚の前記未硬化積層板以外の積層板を積層する場合は、未硬化積層板を前記未硬化積層板以外の積層板で挟み込むように積層することが好ましい。
【００９０】
本発明の一実施形態では、強化繊維複合材料の製造において、イミドオリゴマーの硬化温度（Ｔ２）よりも高い温度（Ｔ４）で硬化させることを特徴とする。強化繊維複合材料が硬化したかどうかは、ＮＭＲで測定した場合に末端反応基の残存が確認されないこと、および／または、ＤＳＣで測定した場合に硬化反応熱が観測されないことによって確認できる。
【００９１】
上記の加工温度（Ｔ４）は、２８０〜５００℃の温度が例示されるが、３１０℃〜４５０℃であることが好ましく、３４０℃〜４００℃であることがより好ましく、３５０℃〜４００℃であることが最も好ましい。
【００９２】
本発明の一実施形態において、上記未硬化積層板を所定枚数重ねて、オートクレーブまたは（真空）ホットプレス等を用いて、０．１〜１００ＭＰａの圧力で１０分から４０時間程度加熱硬化して、強化繊維複合材料を得ることができる。
【００９３】
これらの全工程は真空中または不活性ガス中で行ってもよいし、大気中で行ってもよい。
【００９４】
また、本発明の一実施形態に係る強化繊維複合材料は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が３２０℃以上であることが好ましく、３５０℃以上であることがより好ましい。ガラス転移温度が上記範囲であれば、本発明の一実施形態に係る強化繊維複合材料は、より優れた耐熱性を有する。なお、本明細書において、ガラス転移温度とは、後述の実施例に記載の方法によって測定されたものを意図する。
【００９５】
また、フィルム形状のイミドオリゴマーの成形体、イミドオリゴマー粉末、セミプレグまたはプリプレグを強化繊維複合材料と異種材料または同種材料との間に挿入し、加熱溶融して一体化することにより、強化繊維複合材料構造体を得てもよい。ここで、異種材料としては特に限定されず、この分野で常用される材料をいずれも使用できるが、例えば、ハニカム形状などの金属材料およびスポンジ形状などのコア材料などが挙げられる。
【００９６】
本発明の一実施形態に係る強化繊維複合材料は、上述の一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む未硬化積層板を、少なくとも１枚含むことを特徴とする接合体であるとも言える。より具体的には、当該強化繊維複合材料は、上述の未硬化積層板を含む、少なくとも２枚の積層板を積層し、加熱硬化することにより得られるとも言える。すなわち、強化繊維複合材料は、少なくとも２枚の積層板が互いに接合している。
【００９７】
また、本発明の一実施形態に係る強化繊維複合材料の製造方法は、以下の工程を含んでいてもよい：
（ａ）イミドオリゴマーの粉末を強化繊維に付着させ、次いで加熱することにより、未硬化積層板を製造する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた未硬化積層板を積層して積層体を得て、当該積層体を５〜３００分間、２６０〜３４０℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）を経た積層体を、さらに１５〜１２０分間、３３０〜５００℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程。
【００９８】
より具体的には、工程（ａ）は、イミドオリゴマーの粉末を強化繊維に付着させることにより得た複数の層を積層させ、次いで複数の層が融着し、かつ硬化しない温度で加熱することにより、未硬化積層板を製造する工程である。
【００９９】
本発明の一実施形態に係る強化繊維複合材料の製造方法は、上述の一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む未硬化積層板を、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、未硬化積層板の接合体の製造方法であるとも言える。より具体的には、当該強化繊維複合材料の製造方法は、上記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む複数の層を備え、当該複数の層が融着している未硬化積層板を、加熱硬化する工程を含む。
【０１００】
〔５．用途〕
上記未硬化積層板、強化繊維複合材料等は、航空機、宇宙産業用機器および車輌用エンジン（周辺）部材、搬送用アーム、ロボットアーム、ロール材、摩擦材、軸受け等の摺動性部材などの一般産業用途をはじめとした易成形性かつ高耐熱性が求められる広い分野で利用可能である。航空機部材であれば、エンジンのファンケース、インナーフレーム、動翼（ファンブレードなど）、静翼（構造案内翼（ＳＧＶ）など）、バイパスダクト、各種配管などが挙げられる。車輌部材であれば、好ましくはブレーキ部材、エンジン部材（シリンダー、モーターケース、エアボックスなど）、エネルギー回生システム部材などが挙げられる。
【０１０１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０２】
なお、本発明の一実施形態は以下のように構成することができる。
【０１０３】
［１］上記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む複数の層を備え、当該複数の層が融着していることを特徴とする未硬化積層板。
【０１０４】
［２］前記イミドオリゴマーが、上記一般式（２）で表されるものであることを特徴とする［１］に記載の未硬化積層板。
【０１０５】
［３］揮発分の残存量が、前記イミドオリゴマーに対して２０ｗｔ％未満であることを特徴とする［１］または［２］に記載の未硬化積層板。
【０１０６】
［４］イミドオリゴマーの粉末をドライ工程にて強化繊維と混合させることにより得た複数の層を積層させる工程と、
前記工程で得られた積層させた複数の層が融着し、かつ完全に硬化しない温度で加熱する工程と、を含むことを特徴とする未硬化積層板の製造方法。
【０１０７】
［５］前記加熱する工程において、イミドオリゴマーのガラス転移温度（Ｔ１）よりも高く、イミドオリゴマーの硬化温度（Ｔ２）よりも低い温度（Ｔ３）で加熱することを特徴とする、［４］に記載の未硬化積層板の製造方法。
【０１０８】
［６］イミドオリゴマーが、４−フェニルエチニルフタル酸無水物で末端を封止したものである［４］に記載の未硬化積層板の製造方法。
【０１０９】
［７］［１］〜［３］のいずれか１つに記載の未硬化積層板を含む、少なくとも２枚の積層板を積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする強化繊維複合材料の製造方法。
【０１１０】
［８］前記加熱硬化する工程は、少なくとも２枚の未硬化積層板のみを積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、［７］に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【０１１１】
［９］前記加熱硬化する工程は、少なくとも１枚の未硬化積層板と、少なくとも１枚の前記未硬化積層板以外の積層板とを、積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、［７］に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【０１１２】
［１０］加熱硬化する工程の加工温度（Ｔ４）が、３４０℃以上、４００℃以下であることを特徴とする、［７］〜［９］のいずれか１項に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【０１１３】
［１１］以下の工程を含むことを特徴とする強化繊維複合材料の製造方法：
（ａ）イミドオリゴマーの粉末を強化繊維に付着させることにより得た複数の層を積層させ、次いで複数の層が融着し、かつ硬化しない温度で加熱することにより、未硬化積層板を製造する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた未硬化積層板を積層して積層体を得て、当該積層体を５〜３００分間、２６０〜３４０℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）を経た積層体を、さらに１５〜１２０分間、３３０〜５００℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程。
【０１１４】
［１２］前記工程（ａ）の前に、前記強化繊維の繊維束を開繊する工程を含むことを特徴とする［１１］に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【０１１５】
［１３］前記イミドオリゴマーは、上記一般式（１）で表されることを特徴とする［１１］または［１２］に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【０１１６】
［１４］［１］〜［３］のいずれか１つに記載の未硬化積層板を含む、少なくとも２枚の積層板を積層し、加熱硬化することにより得られることを特徴とする強化繊維複合材料。
【０１１７】
［１５］
少なくとも２枚の未硬化積層板のみを積層するか、または少なくとも１枚の未硬化積層板と、少なくとも１枚の前記未硬化積層板以外の積層板とを積層し、加熱硬化する工程によって得られる［１４］に記載の強化繊維複合材料。
【０１１８】
［１６］上記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含むことを特徴とする未硬化積層板。
【０１１９】
［１７］前記イミドオリゴマーのｍ＋ｎが４以上であることを特徴とする、［１６］に記載の未硬化積層板。
【０１２０】
［１８］前記イミドオリゴマーの最低溶融粘度が１〜２００００Ｐａ・ｓｅｃであることを特徴とする、［１６］または［１７］に記載の未硬化積層板。
【０１２１】
［１９］前記イミドオリゴマーの２８０℃における溶融粘度が２００〜１００００００Ｐａ・ｓｅｃであることを特徴とする、［１６］〜［１８］のいずれか１つに記載の未硬化積層板。
【０１２２】
［２０］前記イミドオリゴマーを硬化して得られるポリイミド樹脂の空気中での５％重量減少温度が５２０℃以上であることを特徴とする、［１６］〜［１９］のいずれか１項に記載の未硬化積層板。
【０１２３】
［２１］イミドオリゴマーの粉末をドライ工程にて強化繊維と混合させる工程を含むことを特徴とする未硬化積層板の製造方法。
【０１２４】
［２２］イミドオリゴマーのガラス転移温度（Ｔ１）よりも高く、イミドオリゴマーの硬化温度（Ｔ２）よりも低い温度（Ｔ３）で積層させる工程を含むことを特徴とする、［２１］に記載の未硬化積層板の製造方法。
【０１２５】
［２３］未硬化積層板の積層温度（Ｔ３）が、２５０℃以上、３４０℃以下であることを特徴とする、［２２］に記載の未硬化積層板の製造方法。
【０１２６】
［２４］［１６］〜［２０］に記載の未硬化積層板を含む、少なくとも２枚の積層体を積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする強化繊維複合材料の製造方法。
【０１２７】
［２５］少なくとも２枚の未硬化積層板のみを積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、［２４］に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【０１２８】
［２６］少なくとも１枚の未硬化積層板と、少なくとも１枚の前記未硬化積層板以外の積層板を、前記未硬化積層板以外の積層板どうしが接しないように積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、［２４］に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【０１２９】
［２７］少なくとも２枚の未硬化積層板と、少なくとも１枚の前記未硬化積層板以外の積層板を、前記未硬化積層板以外の積層板どうしが接しないように、前記未硬化積層板以外の積層板を未硬化積層板で挟み込むように積層し、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、［２４］に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【０１３０】
［２８］以下の工程を含むことを特徴とする強化繊維複合材料の製造方法：
（ａ）イミドオリゴマーの粉末を強化繊維に付着させ、次いで加熱することにより、未硬化積層板を製造する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）で得られた未硬化積層板を積層して積層体を得て、当該積層体を５〜３００分間、２６０〜３４０℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）を経た積層体を、さらに１５〜１２０分間、３３０〜５００℃、０．１〜２０ＭＰａで保持する工程。
【０１３１】
［２９］上記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む未硬化積層板を、少なくとも１枚含むことを特徴とする接合体である、強化繊維複合材料。
【０１３２】
［３０］上記一般式（１）で表されるイミドオリゴマーの粉末と、強化繊維と、を含む未硬化積層板を、加熱硬化する工程を含むことを特徴とする、未硬化積層板の接合体の製造方法。
【実施例】
【０１３３】
以下に、本発明の実施例および比較例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。また、本実施例中の圧力の値は全てサンプルにかかる実圧の値であり、プレス機等の表示圧の値ではない。【０１３４】
〔試験方法〕
（１）ガラス転移温度（Ｔｇ）測定、発熱開始温度測定
（フィルム状の樹脂）
Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃ社製ＲＳＡ−ＩＩ型動的粘弾性測定（ＤＭＡ）装置を用いて測定を行った。条件は、昇温速度５℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚとし、貯蔵弾性率曲線が低下する前後の２つの接線の交点をガラス転移温度とした。【０１３５】
（強化繊維複合材料）
強化繊維複合材料板の中央部分を切削することで試験片を作製し、ＴＡインスツルメンツ製ＤＭＡ−Ｑ−８００型動的粘弾性測定（ＤＭＡ）装置を用い、片持ち梁方式、０．１％のひずみ、１Ｈｚの周波数、５℃／ｍｉｎの昇温速度により測定した。貯蔵弾性率曲線が低下する前後の２つの接線の交点をガラス転移温度とした。【０１３６】
（樹脂）
ＴＡインスツルメンス社製Ｑ１００（ＤＳＣ）装置を用いて測定を行った。条件は、１ｓｔ  ｒｕｎ：４０〜２８５℃、２８５℃で５分保持、昇温速度２０℃／ｍｉｎ、２ｎｄ  ｒｕｎ：４０〜５００℃、昇温速度１０℃／ｍｉｎとした。２ｎｄ  ｒｕｎのヒートフロー（Ｗ／ｇ）曲線が低下する前後の２つの接線の交点をガラス転移温度とした。また、ヒートフロー（Ｗ／ｇ）曲線で発熱ピークが観察された場合、発熱ピークに至る勾配の接線とベースラインとの交点を発熱開始温度とした。【０１３７】
（２）最低溶融粘度および２８０℃における溶融粘度の測定
ＴＡインスツルメンツ製ＤＩＳＣＯＶＥＲＹ ＨＲ−２型レオメーターを用い、２５ｍｍパラレルプレートで５℃／ｍｉｎの昇温速度で測定した。なお、「最低溶融粘度」は、当該条件にて測定された溶融粘度の最低値を意味する。【０１３８】
（３）断面観察
強化繊維複合材料板の中央部分を切削した。この切削した中央部分をエポキシ樹脂（三啓社製、エポホールドＲ、２３３２−３２Ｒ／エポホールドＨ、２３３２−８Ｈ）に包埋、次いでエポキシ樹脂を硬化した。このエポキシ樹脂表面をＰＲＥＳＩ社製Ｍｅｃａｔｅｃｈ  ３３４にて研磨することにより、観察用試料を作製した。光学顕微鏡（カールツァイスマイクロスコピー社製Ａｘｉｏｐｌａｎ２ Ｉｍａｇｉｎｇ型顕微鏡、または、キーエンス社製ＶＨＸ−５０００）を用いて、強化繊維複合材料（観察用試料）の断面観察を行った。【０１３９】
（４）残存ＮＭＰの測定
末端変性イミドオリゴマー粉末の約２０ｍｇ／ｍＬのＤＭＦ溶液を調製し、ＧＣ／ＭＳ分析（ＧＣ：Ａｇｉｌｅｎｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製６８９０Ｎ、ＭＳ：Ａｇｉｌｅｎｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製５９７３Ｎ、カラム：ＳＵＰＥＬＣＯＷＡＸ  ０．２５ｍｍＩＤ×３０ｍ）により定量を行った。【０１４０】
（５）イミド化率の測定
末端変性イミドオリゴマー粉末を重ＤＭＦ（重水素化Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）に溶解し、プロトン核磁気共鳴分光装置（型式：ＡＶ−４００Ｍ、（株）Ｂｒｕｋｅｒ社製、１Ｈ−ＮＭＲ）を用い、３０℃にてピーク面積の測定を行った。化学シフトが７〜９ｐｐｍの芳香族１Ｈ由来のピーク面積と化学シフトが１１ｐｐｍ付近の残存アミド由来のピーク面積とからイミド化率を算出した。【０１４１】
（６）揮発分含有率、炭素繊維含有率、末端変性イミドオリゴマーの含有率の測定
作製した未硬化積層板またはセミプレグを所定量計量し、２８０℃のオーブンに１時間静置することで、揮発分を除去した後、再度重量を測定することで揮発分含有率を求めた。また、作製した未硬化積層板またはセミプレグをＮＭＰで洗浄することで樹脂成分を洗い落とし、次いで乾燥した後、重量を測定することで炭素繊維含有率（繊維重量含有率）を求めた。末端変性イミドオリゴマーの含有率は全重量から揮発分重量、炭素繊維重量を差し引くことで求めた。【０１４２】
（７）末端変性イミドオリゴマーの粒子径分布の測定
イソプロピルアルコールに末端イミドオリゴマー粉末を再分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（Ｍａｌｖｅｒｎ社製Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ）により体積平均粒子径分布を測定した。平均粒子径は５０％累積体積平均粒子径とした。【０１４３】
（８）空気中での５％重量減少温度の測定
セイコーインスツルメンツ製ＥＸＳＴＡＲ  ＴＧ／ＤＴＡ６３００型熱重量分析装置（ＴＧＡ）を用い、空気環境下、５℃／ｍｉｎの昇温速度で５％重量減少温度を測定した。【０１４４】
（９）せん断接着力
島津製作所製オートグラフＡＧＳ−Ｘを用い、チャック間距離：５０ｍｍ、ＴＳ：１ｍｍ／分にて評価した。また、破壊形態を目視で観察し、基材および／または接着層が破壊しているものをＭＦ／ＣＦ、界面剥離となっているものをＡＦと評価した。【０１４５】
〔製造例１〕
温度計および攪拌子を備えた３つ口の３００ｍＬフラスコに、２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル２３．４３ｇ（８４．８ｍｍｏｌ）とＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）８２．５ｇとを加えた。２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテルの溶解後、上記フラスコに９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン３．２８ｇ（９．４１ｍｍｏｌ）を加えて、溶解するまで攪拌した。続いて、上記フラスコに１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物を１６．４４ｇ（７５．４ｍｍｏｌ）加えた後、窒素封入し、室温で１．５時間重合反応させ、アミド酸オリゴマーを生成した。このアミド酸オリゴマーを含む反応溶液に４−（２−フェニルエチニル）無水フタル酸（ＰＥＰＡ）９．３５ｇ（３７．７ｍｍｏｌ）とＮＭＰ１５ｇとを加え、窒素封入し、室温で１．５時間反応させて末端変性した。さらに、上記フラスコに窒素導入管を取り付け、窒素気流下、２００℃で５時間攪拌してイミド結合させ、冷却することで末端変性イミドオリゴマーのＮＭＰ溶液（ワニス）（Ｎ１）を得た。【０１４６】
〔製造例２〕
製造例１で得られた末端変性イミドオリゴマーのＮＭＰ溶液（ワニス）（Ｎ１）を１５重量％まで希釈し、３３００ｍＬのイオン交換水に投入し、析出した固形分を濾別した。濾別して得られた固形分を、１０００ｍＬのメタノールで３０分洗浄した後、２００℃で１４時間減圧乾燥し、顆粒状の末端変性イミドオリゴマーを得た。さらに、得られた顆粒状の末端変性イミドオリゴマーをハンマーミルで粉砕することで平均体積粒子径６１μｍの末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）を得た。【０１４７】
得られた末端変性イミドオリゴマーは、上記一般式（１）において、Ｒ１が２−フェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル残基または９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン残基で表され、Ｒ２が９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン残基で表され、Ｒ３およびＲ４が１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物残基で表され、平均としてｍ＝３．６、ｎ＝０．４である。【０１４８】
得られた末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）の残存ＮＭＰをＧＣ／ＭＳにて分析したところ、ＮＭＰが７９０ｐｐｍ残留していた。また、イミド化率を１Ｈ−ＮＭＲにて測定したところ９８．５％であった。また、この末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）は、ＮＭＰ溶媒に室温で３５ｗｔ％以上可溶であり、３５ｗｔ％ＮＭＰ溶液（ワニス）は、室温で静置したところ、１ヵ月後においてもゲル化等は生じず、安定なままであった。硬化前の末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）の最低溶融粘度は１９３Ｐａ・ｓｅｃ（３４８℃）、２８０℃での溶融粘度は約３００００Ｐａ・ｓｅｃであった。また、この粉末状の末端変性イミドオリゴマーを、ホットプレスを用いて３７０℃で１時間加熱してフィルム状硬化物（厚さ９０μｍ）を得た。このフィルム状硬化物を用い、ＤＭＡにてＴｇを測定したところ３６８℃であった。また、このフィルム状硬化物の、空気中での５％重量減少温度を測定したところ５３７℃であった。【０１４９】
〔比較例１〕
製造例２で得られた末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）１．７０ｇを、１２ｃｍ×１２ｃｍの大きさに切削した予め脱サイジング処理した炭素繊維平織材（東レ社製「トレカクロスＣＯ６３４３」）（繊維目付１９８ｇ／ｍ２）上に均一になるように載せた。これを離型用ポリイミドフィルムで挟んで、更に２０ｃｍ×２０ｃｍのステンレス板で挟み、プレス機（東洋精機製作所社製ＭＩＮＩ  ＴＥＳＴ  ＰＲＥＳＳ・１０）にて微加圧で２８８℃、１分間加温後、１０ＭＰａに加圧し同温度で３分間プレスすることで、セミプレグ（Ｄ１）を得た。このセミプレグを手で触ったところ、粘着性は認められなかった。【０１５０】
このセミプレグの一部を切削し、樹脂成分のみを削り出して、ＤＳＣを測定したところ、Ｔｇが２３０℃近辺に、発熱開始温度が３５０℃近辺に観測されたことから、このセミプレグは完全には硬化していないものであると判断した。【０１５１】
上記と同様の方法で、４枚のセミプレグを作製した。作製前の炭素繊維平織材重量と作製後のセミプレグ重量から繊維重量含有率を試算したところ平均６１ｗｔ％であった。炭素繊維密度を１．８ｇ／ｃｍ３、末端変性イミドオリゴマーの密度を１．３ｇ／ｃｍ３として繊維体積含有率（Ｖｆ）を試算すると５３％であった。【０１５２】
得られたセミプレグをそれぞれ１．５ｃｍ×７．６２５ｃｍの大きさに切削し、８枚を積層し、積層体（ＤＰ−１）を得た。【０１５３】
この積層体は、セミプレグを手の力で重ねただけであり、容易に剥離するものであった。【０１５４】
この積層体を２セット用意し、金属製支持体を用いて、せん断試験片形状（積層体同士の接着面積は１．５ｃｍ×１．２５ｃｍ）に重ねた。なお、この重ねられた積層体は、置き場所が水平でない場合、またはわずかな振動などの外部刺激を与えられた場合に、積層体の構成要素であるセミプレグ同士が容易に剥離してしまうものであった。そのような場合には、もう一度せん断試験片形状に重ねる必要があり、非常に煩雑であった。同じ理由で、積層体同士の接着面積を調整するなどの再度の位置決め作業も、非常に煩雑であった。【０１５５】
このセミプレグが重ねられた積層体を、離型用ポリイミドフィルムで包み、４５ｃｍ×４５ｃｍのステンレス板上に設置した後、上記のプレス機にて５０ｃｍ×５０ｃｍのホットプレス上、微加圧で２８８℃まで加熱した。同温度で１０分間加熱後、１０ＭＰａに加圧し、更に９０分間加熱した。その後、加圧したまま３７０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温後、同温度で６０分間保持した。これを冷却して、せん断試験片（ＳＰ−１）を得た。【０１５６】
この試験片の一部を削り出し、ＤＭＡでＴｇを測定したところ、未硬化樹脂成分に由来するＴｇは観測されなかったことから、完全に硬化していると判断した。【０１５７】
この試験片は、人の手の力で剥離させることは出来なかった。また、試験片を目視で観察したところ、基材からの樹脂のはみだしが見られた。【０１５８】
せん断接着力を評価したところ、１９．０ＭＰａであり、その破壊形態はＭＦ／ＣＦ（材料破壊／凝集破壊）であった。【０１５９】
〔実施例１〕
製造例２で得られた末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）１．７０ｇと、１２ｃｍ×１２ｃｍの大きさに切削した予め脱サイジング処理した炭素繊維平織材（東レ社製「トレカクロスＣＯ６３４３」）（繊維目付１９８ｇ／ｍ２）とを、交互に８層ずつ、合計１６層、積層した。これを離型用ポリイミドフィルムで挟んで、更に２０ｃｍ×２０ｃｍのステンレス板で挟み、プレス機（東洋精機製作所社製ＭＩＮＩ  ＴＥＳＴ  ＰＲＥＳＳ・１０）にて微加圧で２８８℃、１０分間加温後、１０ＭＰａに加圧し同温度で９０分間プレスすることで、未硬化の積層板を得た。この未硬化の積層板をダイヤモンドカッターで１．５ｃｍ×７．６２５ｃｍの大きさに切削し未硬化積層板（ＤＰ−２）を得た。この未硬化積層板を手で触れたところ、粘着性は認められなかった。【０１６０】
この未硬化積層板の一部を切削し、樹脂成分のみを削り出して、ＤＳＣを測定したところ、Ｔｇが２３０℃近辺に、発熱開始温度が３５０℃近辺に観測されたことから、この未硬化積層板は完全には硬化していないものであると判断した。なお、比較例１のセミプレグは単層（末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）と炭素繊維平織材とを１層ずつ含む）である。一方、当該未硬化積層板は、末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）と炭素繊維平織材とを含む複数の層を融着させることにより得られた。よって、当該未硬化積層板は、比較例１のセミプレグとは異なり、また、単なる比較例１のセミプレグを複数含む積層体とも異なる。【０１６１】
この未硬化積層板を２枚用意し、金属製支持体を用いて、せん断試験片形状（未硬化積層板同士の接着面積は１．５ｃｍ×１．２５ｃｍ）に重ねた。なお、この重ねられた未硬化積層板は、再度の位置決めのために、人の手の力で容易に剥離し、もう一度、せん断試験片形状に重ねることが可能であった。このとき、未硬化積層板の構成要素である層同士が剥離することはないため、この再度の位置決めは、簡便なものであった。【０１６２】
この重ねられた未硬化積層板を、離型用ポリイミドフィルムで包み、４５ｃｍ×４５ｃｍのステンレス板上に設置した後、上記のプレス機にて５０ｃｍ×５０ｃｍのホットプレス上、微加圧で２８８℃まで加熱した。同温度で１０分間加熱後、１０ＭＰａに加圧し、更に９０分間加熱した。その後、加圧したまま３７０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温後、同温度で６０分間保持した。これを冷却して、せん断試験片（ＳＰ−２）を得た。【０１６３】
この試験片の一部を削り出し、ＤＭＡでＴｇを測定したところ、未硬化樹脂成分に由来するＴｇは観測されなかったことから、完全に硬化していると判断した。【０１６４】
この試験片は、人の手の力で剥離させることは出来なかった。また、試験片を目視で観察したところ、基材からの樹脂のはみだしが見られた。【０１６５】
せん断接着力を評価したところ、１４．５ＭＰａであり、その破壊形態はＭＦ／ＣＦ（材料破壊／凝集破壊）であった。【０１６６】
〔実施例２〕
実施例１において、未硬化の積層板を得るための条件を、微加圧で３００℃、１０分間加温後、１０ＭＰａに加圧し同温度で９０分間プレスに変更することで、未硬化積層板（ＤＰ−３）を得た。この積層板を手で触ったところ、粘着性は認められなかった。【０１６７】
この未硬化積層板の一部を切削し、樹脂成分のみを削り出して、ＤＳＣを測定したところ、Ｔｇが２３０℃近辺に、発熱開始温度が３５０℃近辺に観測されたことから、この未硬化積層板は完全には硬化していないものであると判断した。【０１６８】
この積層板を２枚用意し、実施例１と同様に、せん断試験片形状に重ねた。なお、この重ねられた未硬化積層板は、再度の位置決めのために、人の手の力で容易に剥離し、もう一度、せん断試験片形状に重ねることが可能であった。このとき、未硬化積層板の構成要素である層同士が剥離することはないため、この再度の位置決めは、簡便なものであった。【０１６９】
実施例１において、せん断試験片を得るための条件を、３００℃まで加熱、同温度で１０分間加熱後、１０ＭＰａに加圧し、更に９０分間加熱、その後、加圧したまま３７０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温後、同温度で６０分間保持に変更することで、せん断試験片（ＳＰ−３）を得た。【０１７０】
この試験片の一部を削り出し、ＤＭＡでＴｇを測定したところ、未硬化樹脂成分に由来するＴｇは観測されなかったことから、完全に硬化していると判断した。【０１７１】
この試験片は、人の手の力で剥離させることは出来なかった。また、試験片を目視で観察したところ、軽度ではあるが基材からの樹脂のはみだしが見られた。【０１７２】
せん断接着力を評価したところ、１５．０ＭＰａであり、その破壊形態はＭＦ／ＣＦ（材料破壊／凝集破壊）であった。【０１７３】
〔実施例３〕
実施例１において、未硬化の積層板を得るための条件を、微加圧で３３０℃、１０分間加温後、１０ＭＰａに加圧し同温度で９０分間プレスに変更することで、未硬化の積層板（ＤＰ−４）を得た。この積層板を手で触ったところ、粘着性は認められなかった。【０１７４】
この積層板を２枚用意し、実施例１と同様に、せん断試験片形状に重ねた。なお、この重ねられた未硬化積層板は、再度の位置決めのために、人の手の力で剥離し、もう一度、せん断試験片形状に重ねることが可能であった。【０１７５】
実施例１において、せん断試験片を得るための条件を、３３０℃まで加熱、同温度で１０分間加熱後、１０ＭＰａに加圧し、更に９０分間加熱、その後、加圧したまま３７０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温後、同温度で６０分間保持に変更することで、せん断試験片（ＳＰ−４）を得た。【０１７６】
この試験片の一部を削り出し、ＤＭＡでＴｇを測定したところ、未硬化樹脂成分に由来するＴｇは観測されなかったことから、完全に硬化していると判断した。【０１７７】
この試験片は、人の手の力で剥離させることは出来なかった。また、試験片を目視で観察したところ、基材からの樹脂のはみだしは無かった。【０１７８】
せん断接着力を評価したところ、７．８ＭＰａであり、その破壊形態はＡＦ（界面剥離）であった。【０１７９】
〔比較例２〕
実施例１と同様にして、未硬化積層板（ＤＰ−２）を得た。【０１８０】
この未硬化積層板を１枚用意し、離型用ポリイミドフィルムで包み、４５ｃｍ×４５ｃｍのステンレス板上に設置した後、上記のプレス機にて５０ｃｍ×５０ｃｍのホットプレス上、２８８℃まで加熱した。同温度で１０分間加熱後、１０ＭＰａに加圧し、更に９０分間加熱した。その後、加圧したまま３７０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温後、同温度で６０分間保持した。これを冷却して、完全硬化積層板（ＤＰ−５）を得た。この完全硬化積層板を用いる点で比較例２は、実施例１〜３とは異なる。【０１８１】
この積層板の一部を削り出し、ＤＭＡでＴｇを測定したところ、未硬化樹脂成分に由来するＴｇは観測されなかったことから、完全に硬化していると判断した。【０１８２】
この完全硬化積層板を２枚用意し、その間に、末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）４０ｍｇと、スペーサーとしてユーピレックスのフィルム（厚み：７５μｍ）を２枚重ねたものを挟み込み、せん断試験片形状（積層板同士の接着面積は１．５ｃｍ×１．２５ｃｍ）に重ねた。なお、この重ねられた積層体は、人の手の力で容易に剥離することが出来るが、その場合、末端変性イミドオリゴマー粉末が崩れてこぼれ落ちてしまい、スペーサーのフィルムも外れてしまうため、もう一度、せん断試験片形状に積層することは非常に煩雑であった。また、この重ねられた積層体は、その置き場所が水平でない場合や、わずかな振動などの外部刺激によって、末端変性イミドオリゴマー粉末が崩れてこぼれ落ち、スペーサーのフィルムが外れてしまうため、作業性に劣っていた。同じ理由で、積層板同士の接着面積を調整するなどの再度の位置決め作業も、非常に煩雑であった。【０１８３】
その全体を離型用ポリイミドフィルムで包み、４５ｃｍ×４５ｃｍのステンレス板上に設置した後、上記のプレス機にて５０ｃｍ×５０ｃｍのホットプレス上、微加圧で２８８℃まで加熱した。同温度で１０分間加熱後、１０ＭＰａに加圧し、更に９０分間加熱した。その後、加圧したまま３７０℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温後、同温度で６０分間保持した。これを冷却して、せん断試験片（ＳＰ−５）を得た。【０１８４】
この試験片は、人の手の力で剥離させることは出来なかった。また、試験片を目視で観察したところ、軽度ではあるが基材からの樹脂のはみだしが見られた。【０１８５】
せん断接着力を評価したところ、１１．５ＭＰａであり、その破壊形態はＭＦ／ＣＦ（材料破壊／凝集破壊）であった。【０１８６】
〔比較例３〕
比較例２と同様に完全硬化積層板を２枚用意し、せん断試験片形状（積層板同士の接着面積は１．５ｃｍ×１．２５ｃｍ）に重ねた。すなわち比較例３では完全硬化積層板の間に末端変性イミドオリゴマー粉末（Ｐ１）を挟み込まなかった。この場合、完全硬化積層板同士は、全く接着しなかった。【０１８７】
これらの結果を表１に示した。
【表１】
2020071483.tif 000006
【表２】
2020071483.tif 000007
【表３】
2020071483.tif 000008
【表４】
2020071483.tif 000009
【表５】
2020071483.tif 000010
【０１８８】
【表６】
2020071483.tif 000011
〔結果の考察〕
比較例１で得られたせん断試験片のせん断接着力は良好であった。しかしながら、加熱・加圧前の重ねられた積層体は、構成要素であるセミプレグにまで容易に剥離してしまった。従って、所望の形状の成形体を得るための細かい位置調整をしようとすると、セミプレグが容易にズレてしまうため、位置調整が非常に煩雑であった。ゆえに、大型で厚みのある成形体または複雑形状の成形体を得るためには、この手法は適切とは言えなかった。たとえば、大型で厚みのある成形体を加熱・加圧で得るプロセスにおいて、その初期に少しでも圧力の不均一が発生すれば、セミプレグどうしが容易にズレてしまい、それがさらなる圧力の不均一を引き起こすため、所望の成形体が得られにくいことが考えられた。【０１８９】
比較例２で得られた成形体のせん断接着力はやや見劣りするものであった。しかも、末端変性イミドオリゴマー粉末を挟み込んだ２枚の完全硬化積層板に対して、所望の形状の成形体を得るために細かい位置調整をしようとすると、末端変性イミドオリゴマー粉末が容易に偏り、あるいは脱落してしまうため、そのような位置調整は非常に煩雑であった。さらに、大型で厚みのある成形体または複雑形状の成形体を得るためには、この手法は適切とは言えなかった。たとえば、接着面が水平ではない場合には、末端変性イミドオリゴマー粉末が容易に偏り、あるいは脱落してしまうため、所望の接着性が得られにくいことが考えられた。【０１９０】
実施例１〜３においては、それらの問題点が解決されていることが分かる。たとえば、重ねられた未硬化積層板は、再度の位置決めのために、人の手の力で容易に剥離し、もう一度、所望の成形体を得るための位置関係に調整することが出来る。さらに、接着剤を使用していないため、その偏りおよび脱落が原理的に発生せず、未硬化積層板の構成要素である複数の層同士がズレることも無いため、大型で厚みのある成形体または複雑形状の成形体を得るためには、適切な手法であることが分かる。【０１９１】
実施例１〜２と、実施例３とを比較すると、実施例３においては基材の樹脂のはみだしが見られない特長があり、せん断接着力では実施例３よりも実施例１〜２が優れていることが分かる。せん断接着力を重視する用途に適用する場合には、未硬化積層板を得るための最高加工温度としては３２０℃以下（９０分間の加熱加圧を前提とした場合。以下同じ）であることが好ましく、３１５℃以下であることがより好ましく、３１０℃以下であることがさらに好ましく、３０５℃以下であることも最も好ましいことが分かる。この場合、より短時間での加熱加圧を前提とした場合には、これらの温度よりも高い温度であっても、所望のせん断接着力を得ることが出来るため、適宜調整が可能である。樹脂のはみだしが少ないことを重視する用途に適用する場合には、未硬化積層板を得るための最高加工温度が２９５℃以上であることが好ましく、３００℃以上であることがより好ましく、３１０℃以上であることがさらに好ましく、３２０℃以上であることも最も好ましいことが分かる。この場合、より短時間での加熱加圧を前提とした場合には、これらの温度よりも高い温度であっても、樹脂のはみだしを低減することが出来るため、適宜調整が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１９２】
本発明の一態様は、航空機、宇宙産業用機器、一般産業用途および車輌用エンジン（周辺）部材をはじめとした易成形性かつ高耐熱性が求められる広い分野で好適に利用可能である。
【図１】
2020071483.tif 000015
【国際調査報告】
2020071483.tif 000016
2020071483.tif 000017
2020071483.tif 000018
2020071483.tif 000019