JP2004249736A

JP2004249736A - ポリイミドフッ素系樹脂積層体

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Publication number: JP2004249736A
Application number: JP2004129680A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Kataoka; 孝介片岡; Keigo Nishida; 圭吾西田; Yoshihide Onari; 義秀大成; Kosaku Nagano; 広作永野
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【目的】ポリイミドフィルムの両面又は片面にフッ素系樹脂を積層したポリイミドフッ素系樹脂積層体において、熱融着性を有し、かつ耐アークトラッキング性に優れたポリイミドフッ素系樹脂積層体を提供することを目的とする。
【構成】ポリイミドフィルムの両面又は片面にフッ素系樹脂を積層したポリイミドフッ素系樹脂積層体において、フッ素系樹脂として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂量に対して３０重量％未満、より好ましくは２重量％〜２０重量％のテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合（ＦＥＰ）樹脂を混合させたフッ素系混合樹脂を用いることにより、熱融着性を有し、かつ耐アークトラッキング性の優れたポリイミドフッ素系樹脂積層体を得た。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリイミドフィルムの両面又は片面にフッ素系樹脂の薄膜を積層したポリイミドフッ素系樹脂積層体に関し、より詳しくは、熱融着性を有し、かつ耐アークトラッキング性の優れたポリイミドフッ素系樹脂積層体に関する。

ポリイミドフッ素系樹脂積層体は、可撓性に富み、使用環境中での劣化に対する抵抗性が大きく、更には耐熱性、耐薬品性等の優れた特性を有することから、近年、モーター用のコイル、ケーブルあるいは航空機用電線等の絶縁被覆材料として使用されている。かかるポリイミドフッ素系樹脂積層体は、ポリイミドフィルムの両面又は片面にフッ素系樹脂が積層されてなり、通常、テープにして導体線に巻き付け、その後所定の熱処理によりフッ素系樹脂を融着させることにより使用する。

ところで、フッ素系樹脂は、強固なＣ−Ｆ結合及びフッ素によって強化されたＣ−Ｃ結合などのために、きわめて優れた熱的、化学的特性を有しており、耐熱性に優れた熱可塑性樹脂であるといえる。その代表的な例として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥ樹脂という。）が挙げられるが、かかるＰＴＦＥ樹脂は溶融粘度が極めて高く、通常の方法では成形できないという欠点を有するので、ＰＴＦＥの溶融特性を改良しようとしてテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂（以下、ＦＥＰ樹脂という。）が開発された。かかるＦＥＰ樹脂は、テトラフルオロエチレンに対して約１５重量％のヘキサフルオロプロピレンを共重合させて得られる結晶性高分子で、ＰＴＦＥ樹脂の優れた特性を阻害することなく、その溶融粘度を小さくすることができたもので、成形性を改良したフッ素系樹脂として広く利用されるようになった。

従来、ポリイミドフッ素系樹脂積層体においては、成形加工が容易で熱融着性に優れていることから、かかるＦＥＰ樹脂がフッ素系樹脂として好ましく用いられていた。ところが、ＦＥＰ樹脂はアークにより炭化電導路ができやすい（耐アークトラッキング性が悪い）という絶縁体としては重大な欠陥を有していた。そこで、ＦＥＰ樹脂に替わって耐アークトラッキング性の優れているＰＴＦＥ樹脂が用いられるようになってきた。

しかしながら、ＰＴＦＥ樹脂を積層したポリイミドフッ素系樹脂積層体では、ＰＴＦＥ樹脂の熱融着性が乏しいため、導体線に巻き付けた後に熱処理を施した時に、ポリイミドフッ素系樹脂積層体と導体線、及び積層体同士が熱融着しないという問題点を有していた。

そこで、上記問題点を解決し、熱融着性を有し、かつ耐アークトラッキング性に優れたポリイミドフッ素系樹脂積層体を提供することを目的に、鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったのである。

本発明に係るポリイミドフッ素系樹脂積層体の要旨とするところは、ポリイミドフィルムの両面又は片面にフッ素系樹脂の薄膜を積層したポリイミドフッ素系樹脂積層体において、前記フッ素系樹脂がポリテトラフルオロエチレン樹脂とテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂の混合樹脂であることにある。

また、かかるポリイミドフッ素系樹脂積層体において、前記テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂の混合比が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂量に対して３０重量％未満、より好ましくは２重量％〜２０重量％であることにある。

本発明に係るポリイミドフッ素系樹脂積層体は、ポリイミドフィルムの両面又は片面に積層させるフッ素系樹脂として、ＰＴＦＥ樹脂とＦＥＰ樹脂を混合したフッ素系混合樹脂を用いることを特徴とし、ＰＴＦＥ樹脂により耐アークトラッキング性を付与し、ＦＥＰ樹脂により熱融着性を付与することができる。

詳しくは、ＰＴＦＥ樹脂は、〔−ＣＦ₂−ＣＦ₂−〕_nなる炭素原子鎖を骨格としてその周囲をフッ素原子が取り巻いている構造を持っていることから、分子の表面は凹凸がなく、滑らかな分子構造を取っており、結晶性に優れていると考えられる。そのため、耐アークトラッキング性には優れているが、溶融粘度が高く、熱融着性には劣るという欠点を有するものと考えられる。

また、ＦＥＰ樹脂は、テトラフルオロエチレンに対して約１５重量％のヘキサフルオロプロピレンが共重合されたもので、溶融粘度が小さくなり、かつ溶融温度が低くなったことから、熱融着性に優れた特性を示すものと思われる。すなわち、ＦＥＰ樹脂は平均して主鎖の炭素１９個に１個の割合で（−ＣＦ₃）基が存在することになり、ＰＴＦＥ樹脂の滑らかな外形に比し、多少凹凸の存在する分子構造を取るものと考えられる。そのために結晶性が悪くなり、ＰＴＦＥ樹脂の溶融特性が改良されたと考えられるが、その反面耐アークトラッキング性が劣るという欠点が生じたと考えられる。

そこで、フッ素系樹脂としてかかるＰＴＦＥ樹脂とＦＥＰ樹脂とを混合させて用いることにより、両者の優れた特性をそれぞれ付与させたのである。すなわち、ポリイミドフッ素系樹脂積層体を作製するにあたって、ポリイミドフィルムの両面又は片面に、ＰＴＦＥ樹脂とＦＥＰ樹脂との混合樹脂の薄膜を積層することにより、ＰＴＦＥ樹脂とＦＥＰ樹脂の優れた特性を兼ね備えた、耐アークトラッキング性に優れ、かつ熱融着性にも優れたポリイミドフッ素系樹脂積層体を得ることができる。

なお、かかる特性が良好に発現されるためには、ＦＥＰ樹脂の混合比が、ＰＴＦＥ樹脂量に対して３０重量％未満、より好ましくは２重量％〜２０重量％であることが必要であり、かかる条件でＰＴＦＥ樹脂とＦＥＰ樹脂を混合させて、その薄膜をポリイミドフィルムの両面又は片面に積層させることにより、ＦＥＰ樹脂による熱融着性と、ＰＴＦＥ樹脂による耐アークトラッキング性とを兼ね備えたポリイミドフッ素系樹脂積層体を得ることができるのである。

本発明はポリイミドフィルムの両面又は片面にフッ素系樹脂を積層したポリイミドフッ素系樹脂積層体において、フッ素系樹脂としてＰＴＦＥ樹脂量に対して３０重量％未満、より好ましくは２重量％〜２０重量％のＦＥＰ樹脂を混合させたフッ素系混合樹脂を用いることを特徴とし、かかるフッ素系混合樹脂を用いることにより、従来のポリイミドフッ素系樹脂積層体の問題点を解決し、熱融着性を有し、かつ耐アークトラッキング性の良い優れたポリイミドフッ素系樹脂積層体を実現できる。

以下、本発明の１実施例について説明する。本発明において適用されるポリイミドフィルムの厚みは特に限定されるものではないが、その利用範囲を鑑みると７〜１２５μｍのポリイミドフィルムを用いるのが好適である。

本発明に係るポリイミドフッ素系樹脂積層体は、ポリイミドフィルムの両面又は片面に、ＰＴＦＥ樹脂とＦＥＰ樹脂の混合樹脂の薄膜を積層したものであり、上記ポリイミドフィルムの両面又は片面に、かかるフッ素系混合樹脂のディスパージョンを塗布して加熱乾燥させた後、遠赤外線オーブンを用いて焼成することにより得られる。

詳しくは、まず、ＰＴＦＥ樹脂のディスパージョンとＦＥＰ樹脂のディスパージョンを混合してフッ素系混合樹脂のディスパージョンを調整する。ここで用いられるＰＴＦＥ樹脂及びＦＥＰ樹脂のディスパージョンの固形成分濃度は特に制限されないが、１０重量％〜７０重量％が扱いやすく適当である。このとき、ＦＥＰ樹脂の混合比はＰＴＦＥ樹脂量に対して３０重量％未満とすることが好ましく、更には２重量％〜２０重量％とすることがより好ましい。ＦＥＰ樹脂を混合させることにより熱融着性が付与され、ＦＥＰ樹脂が混合されていないと（すなわち、ＦＥＰ樹脂の混合比が０重量％では）良好な熱融着性を付与することができないが、その混合比が３０重量％以上になると耐アークトラッキング性が悪くなるからである。特には、ＦＥＰ樹脂の混合比が２重量％〜２０重量％であることにより、熱融着性を有し、かつ耐アークトラッキング性に優れたポリイミドフッ素系樹脂積層体を得ることができ、好ましい。

調整されたフッ素系混合樹脂のディスパージョンの固形成分濃度は１０重量％〜７０重量％が適当であるが、最終の製品厚み、ディスパージョンの粘度等との関連で決定される。かかるフッ素系混合樹脂のディスパージョンの粘度としては１ｃＰ（センチポイズ）〜１００Ｐ（ポイズ）が好ましい。より好ましくは５０ｃＰ〜５Ｐである。塗布しやすくし、塗布むらが生じないようにするためである。なお、上記ＰＴＦＥ樹脂、ＦＥＰ樹脂、及びその混合樹脂の各ディスパージョンに、粘度を調節するための増粘剤、あるいはメタノール等の溶剤、塗布時に発生する泡を消すための消泡剤、ディスパージョンを着色するための顔料等を添加することは一向にかまわない。

このようにして調整したフッ素系混合樹脂のディスパージョンを、ポリイミドフィルムの両面又は片面に塗布し、その後１４０〜１６０℃で約１分間乾燥させ、次いで遠赤外線オーブンを用いて、雰囲気温度４００〜５００℃で２０〜８０秒間焼成を行うことにより、本発明に係るポリイミドフッ素系樹脂積層体を得ることができる。このときのフッ素系混合樹脂層の厚さは特に制限されず、経験的に適宜設定すればよい。

かかるディスパージョンを塗布する手段としては、上記ディスパージョンを用い、ポリイミドフィルムを該ディスパージョンに浸漬させる浸漬法、ポリイミドフィルムを２本のスクイーズロールで挟んで塗布するスクイーズ法、接触ロールにてポリイミドフィルムの片面から塗布する接触法、これらの各方法を組み合わせた組合せ法など、各種塗布方法を用いることができる。また、ディスパージョンにベンゼン、トルエンなどの有機液体を０．５〜５７％加えてオルガノゾルにしたものをポリイミドフィルムにスプレーするようにしてもよい。このような手段によりポリイミドフィルムの両面又は片面に、ＰＴＦＥ樹脂とＦＥＰ樹脂との混合樹脂ディスパージョンを塗布し、乾燥・焼成することにより、適当な厚さのフッ素系混合樹脂層を積層させるのである。

このようにしてポリイミドフィルムの両面又は片面に、ＰＴＦＥ樹脂量に対して３０重量％未満、より好ましくは２重量％〜２０重量％のＦＥＰ樹脂を混合させたフッ素系混合樹脂のディスパージョンを塗布して乾燥・焼成させ、ポリイミドフィルムの両面又は片面に該フッ素系混合樹脂の薄膜を形成することにより、熱融着性を有し、かつ耐アークトラッキング性に優れた本発明のポリイミドフッ素系樹脂積層体を得ることができる。

以上、本発明に係るポリイミドフッ素系樹脂積層体の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではなく、上述のようにフッ素系混合樹脂のディスパージョンを用いてポリイミドフィルムに塗布し、乾燥・焼成させることによってフッ素系樹脂層を積層するのではなく、上記フッ素系混合樹脂をフィルム状に形成しておき、該フィルム状のフッ素系混合樹脂をポリイミドフィルム上に積層して熱圧着させるようにしてもよい。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で当業者の知識に基づき、種々なる改良、変更、修正を加えた態様で実施しうるものである。

以下に実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。

実施例１
厚み２５μｍ、幅１０２０mmのポリイミドフィルム（アピカルＡＨ、鐘淵化学工業（株））の両面に、ＰＴＦＥ樹脂量に対して２重量％のＦＥＰ樹脂を混合したフッ素系混合樹脂の水性ディスパージョンを、乾燥後のフッ素系樹脂層が６．２５μｍとなるように塗布した。その後、１５０℃で１分間乾燥を行い、次いで遠赤外線オーブンを用いて、雰囲気温度４４０℃で３０秒間と６０秒間、及び４７０℃で３０秒間と６０秒間の４パターンの条件で焼成を行い、ポリイミドフッ素系樹脂積層体を作製した。

このようにして作製した各ポリイミドフッ素系樹脂積層体の熱融着性と耐アークトラッキング性を評価した。熱融着性の評価としてはヒートシール強度を用いた。ヒートシール強度測定法は、８cm×１５cmのポリイミドフッ素系樹脂積層体同士を重ね合わせ、圧力２０psi、ヒートシール時間２０秒、ヒートシール温度３５０℃でヒートシールした後、１cm×１５cmのサンプルを５本切り出し、INSTRON TENSILE TESTERにて、１８０度剥離で１００mm／minの速度で剥離の強度を測定し、ｎ＝５の測定値の平均をヒートシール強度とした。耐アークトラッキング性の評価は、ボーイングＢＭＳ１３−６０規格に準拠して２５本の試験用ケーブルを作製してドライアークトラッキング試験を行い、試験後に炭化層が残存するケーブルの本数で表した。それらの結果を表１に示した。

実施例２
ＦＥＰ樹脂の混合比をＰＴＦＥ樹脂量に対して１０重量％とした以外は、実施例１と同様にしてポリイミドフッ素系樹脂積層体を作製した。得られた各ポリイミドフッ素系樹脂積層体の熱融着性及び耐アークトラッキング性を実施例１と同様にして評価し、その結果を表２に示した。

実施例３
ＦＥＰ樹脂の混合比をＰＴＦＥ樹脂量に対して２０重量％とした以外は、実施例１と同様にしてポリイミドフッ素系樹脂積層体を作製した。得られた各ポリイミドフッ素系樹脂積層体の熱融着性及び耐アークトラッキング性を実施例１と同様にして評価し、その結果を表３に示した。

比較例１
ＦＥＰ樹脂を混合しないＰＴＦＥ樹脂水性ディスパージョンを用いた以外は、実施例１と同様にしてポリイミドフッ素系樹脂積層体を作製した。得られた各ポリイミドフッ素系樹脂積層体の熱融着性及び耐アークトラッキング性を実施例１と同様にして評価し、その結果を表４に示した。

比較例２
ＦＥＰ樹脂の混合比をＰＴＦＥ樹脂量に対して３０重量％とした以外は、実施例１と同様にしてポリイミドフッ素系樹脂積層体を作製した。得られた各ポリイミドフッ素系樹脂積層体の熱融着性及び耐アークトラッキング性を実施例１と同様にして評価し、その結果を表５に示した。

比較例３
ＦＥＰ樹脂の混合比をＰＴＦＥ樹脂量に対して５０重量％とした以外は、実施例１と同様にしてポリイミドフッ素系樹脂積層体を作製した。得られた各ポリイミドフッ素系樹脂積層体の熱融着性及び耐アークトラッキング性を実施例１と同様にして評価し、その結果を表６に示した。

この表１〜表６より明らかなように、ポリイミドフッ素系樹脂積層体において、フッ素系樹脂としてＰＴＦＥ樹脂にＦＥＰ樹脂を混合させて用いることにより、耐アークトラッキング性に加えて熱融着性を付与させることができるが、ＦＥＰ樹脂の混合比が、ＰＴＦＥ樹脂量に対して３０重量％以上になると、耐アークトラッキング性が悪くなることがわかる。すなわち、フッ素系樹脂として、ＰＴＦＥ樹脂量に対して３０重量％未満、好ましくは２重量％〜２０重量％のＦＥＰ樹脂を混合させたフッ素系混合樹脂を用いることにより、熱融着性を有し、かつ耐アークトラッキング性に優れたポリイミドフッ素系樹脂積層体が得られることがわかる。

Claims

ポリイミドフィルムの両面又は片面にフッ素系樹脂の薄膜を積層したポリイミドフッ素系樹脂積層体において、前記フッ素系樹脂がポリテトラフルオロエチレン樹脂とテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂の混合樹脂であることを特徴とするポリイミドフッ素系樹脂積層体。
前記テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂の混合比が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂量に対して３０重量％未満、より好ましくは２重量％〜２０重量％であることを特徴とする請求項１に記載するポリイミドフッ素系樹脂積層体。