JP3405544B2 - ポリイミド重合体混合物 - Google Patents

ポリイミド重合体混合物

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、粒径が調節されたポリイミドと、熱可塑性
ポリマーおよび潤滑剤との混合物に関する。
特性が改善された熱可塑性樹脂およびポリイミドの混
合物に関する文献には、数種類の例が示されている。そ
の大部分において、これらの混合物中のポリイミドは熱
可塑性である。このような事例は、米国特許第5,135,99
0号および欧州特許第0430640号A1（特許出願公開明細
書）に記載されている。
従来技術のポリイミドがポリアミド酸の形態である場
合、一般に溶媒を含有する。通常、その溶媒含有量は10
〜30重量パーセントである。非常に少量よりもはるかに
多い量の溶媒が存在すると、イミド化反応が終結する間
に揮発性物質が放出されることになり、処理中に環境問
題が生じる。
環境目的のため、溶媒を含有するポリアミド酸をポリ
イミド重合体から除去し、完全にイミド化したポリイミ
ドまたはイミド化の程度が高いポリイミドを利用するこ
とが望ましい。本発明を用いれば、少なくとも約90％が
イミド化し、または完全にイミド化したポリイミドを使
用して優れた特性を得ることができる。
発明の概要 配合中に環境にやさしく、かつ摩擦係数が改善された
成形品をもたらす、新規のポリイミド重合体混合物は、
実質上無溶媒で粒径が調節され、かつ少なくとも約90％
がイミド化した粒状のポリイミドを、溶融加工性を有す
る少なくとも１種類の熱可塑性ポリマーおよび潤滑剤と
混合することによって提供される。実質上無溶媒である
とは、溶媒含有量が約１重量パーセント以下であること
を意味する。より詳細には、少なくとも１種類の芳香族
ジアミンおよび少なくとも１種類の芳香族二無水物から
調製されて平均粒径が約30μｍ以下であり、その重合体
単位の少なくとも約90％がポリイミドに変換された無溶
媒のポリイミド粒子約５〜40重量％と、約400℃未満の
温度で溶融加工性を示す少なくとも１種類の非フッ素含
有熱可塑性ポリマー約40〜93重量％と、テトラフルオロ
エチレン重合体や共重合体（以下、PTFEと呼ぶ）、グラ
ファイト、二硫化モリブデンやこれらの組合せなどの潤
滑剤約２〜40重量％とを混合する。ポリミド粒子の少な
くとも25％はその粒径を20μｍ未満とするべきであり、
その組成物は、ポリイミド約８〜24重量％と熱可塑性ポ
リマー約56〜72重量％を含有することが好ましい。本発
明の利益を達成するため、ポリイミドの粒径が加工中保
持され、成形品中で確保されていなければならない。
詳細な説明 粒径が約30μｍ以下であって少なくても90％がイミド
化された、様々な種類のポリイミド樹脂を本発明で使用
することができる。米国特許第3,179,614号や同第4,62
2,384号などに記載される芳香族ポリイミドが使用可能
である。これらポリイミドのうちある種類のもの、即
ち、硬質重合体構造を有するものは、特に本発明を満足
させるものであることが判明している。このように硬質
な重合体材料の典型例は、芳香族ジアミンおよび無水
物、即ちｍ−フェニレンジアミン（MPD）やビス−4,4'
（３アミノフェノキシ）ビフェニル、3,4−オキシジア
ニリン（3,4−ODA）、オキシジアニリン（ODA）、ｐ−
フェニレンジアミン（PPD）、ベンゾフェノン−3,3',4,
4'−テトラカルボン酸二無水物（BTDA）、ビスフェノー
ル−Ａ−二無水フタル酸（BPADA）、ピロメリト酸二無
水物（PMDA）、3,3',4,4'−ビフェニルテトラ炭素環式
二無水物（BPDA）などを使用して調製されるものであ
る。二無水物と芳香族ジアミンは、実質上等モル量で反
応することができる。しかしながら過剰の二無水物また
はジアミンを使用して、最終的ポリイミドの特性を有利
に改善することができる。二無水物と芳香族ジアミンの
反応生成物はポリイミド前駆樹脂であり、既知の技術に
よって熱的または化学的にポリイミドに変換することが
できる、限られた量のポリアミド酸を含有する。平均粒
径が約30μｍ以下であるポリイミド粒子は、より大きな
サイズのポリイミドを粉砕し分級することによって、よ
り大きなサイズのポリイミドから調製することができ
る。
約400℃未満の温度で溶融加工性を有する少なくとも
１種類の非フッ素含有樹脂を、ポリイミド樹脂と混合す
ることができる。溶融加工性は通常の意味で使用され、
ポリマーは実質上分解することなく、指示される温度の
押出し装置で加工可能である。潤滑剤は、この混合操作
で加えられる。
使用できるポリアミドには、ナイロン６、ナイロン6,
6、ナイロン610、ナイロン612、および芳香族ポリアミ
ドが含まれる。ポリエステルには、ポリブチレンテレフ
タレートとポリエチレンテレフタレートが含まれる。
溶融加工性を有するポリエステルは、液晶ポリマー
（LCPs）の形態であることが好ましい。LCPsは、一般に
ポリエステルアミドおよびポリエステルイミドを含むポ
リエステルであるが、これらに限定されるものではな
い。LCPsは、Jacksonらの米国特許第4,169,933号、同第
4,242,496号、および同第4,238,600号、ならびに「Liqu
id Crystal Polymers:VILiquid Crystalline Polyester
s of Substituted Hydroquinones」、Contemporary Top
ics in Polymer Science,1984年,Vol.5,177〜208頁に記
載されている。その他はCalundannの米国特許第4,219,4
61号に記載されている。特に望ましいLCPは、フェニル
ヒドロキノンやヒドロキノン、ｔ−ブチルヒドロキノ
ン、1,4−ベンゼンジカルボン酸、1,3−ベンゼンジカル
ボン酸、４−ヒドロキシ安息香酸、2,6−ナフタレンジ
カルボン酸などのモノマーが様々な割合で含まれて調製
される。
ポリイミド組成物用の１種類または複数種類の既知の
潤滑剤、例えばグラファイトや二硫化モリブデン、PTFE
などを、本発明の組成物中に使用することができる。非
フィブリル化テトラフルオロエチレン重合体と、テトラ
フルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレンなどの共
重合体も有用であり、微粉末の形態で市販されている。
E.I.du pont de Nemours and Companyは、このような材
料をTeflon（登録商標）MPの商標で販売している。テト
ラフルオロエチレンの共重合体の調製は、Morganの米国
特許第4,879,362号に記載されている。
本発明の重合体組成物は、潤滑剤に加えて炭酸カルシ
ウムやガラスビーズ、酸化亜鉛、それにセラミック繊維
やアラミド繊維、チタン酸カリウム繊維、グラスファイ
バ、炭素繊維などの繊維強化材などの添加物を含むこと
ができる。選択される特定の添加物は、どのような効果
が望まれるかによって変わる。
高性能成形品は、射出成形や圧縮成形などの適切な成
形操作によって、本発明の重合体混合物から形成され
る。成形条件はポリイミド粒子が凝集または分解しない
ように選択し、それによって成形品の保全性が維持され
なければならない。
本発明をさらに以下の実施例によって説明するが、別
段の指示がない限り、部およびパーセンテージは重量に
よる。実施例では、記載される組成物の試験ブロックを
機械加工して、摩耗試料を調製した。摩耗／摩擦試験ブ
ロックの幅6.35mm（0.25インチ）の接触表面を、直径35
mm（1.38インチ）×幅8.74mm（0.34インチ）の金属製嵌
合リングの外周に適合するような曲率となるように機械
加工した。このブロックを炉で乾燥させ、試験を行うま
で乾燥剤上に保持した。
Falex No.1リング、ブロック摩耗および摩擦テスタを
使用して、摩耗試験を行った。装置は、ASTM試験法D271
4に記載されている。乾燥したブロックを計量した後、
回転している金属製リングに対してそのブロックを取り
付け、そこに、選択された試験圧力をかけた。このリン
グの回転速度を所望の速度に設定した。嵌合表面間には
潤滑剤を使用しなかった。このリングは、SAE4620鋼、R
c58−63、６−12RMSであった。各試験毎に、新しいリン
グを使用した。摩擦および摩耗が激しい場合に試験を早
目に終了させた以外は、試験時間は24時間であった。摩
擦力を連続的に記録した。試験時間の終了時にブロック
を取り外して計量し、以下の計算に従って摩擦を計算し
た。
摩耗体積の計算 摩耗体積（cc/時間）＝重量損失（グラム） ／材料密度（g/cc）×試験継続時間（時間） 摩耗体積は小さい数が望ましく、摩擦係数は小さい数
または狭い範囲であることが望ましい。摩擦係数は、ポ
リマーのマトリックス中にあるポリイミドの粒径と、直
接相関するように思われる。
Coulter LS 130レーザ回折アナライザを使用して、粒
径を決定した。ガーネット規格109μｍおよびフラウン
ホーファ（光学モデル）を使用した。
引張り特性をASTM D638に従って測定し、曲げ特性を
ASTM Ｄ−790に従って測定した。
実施例 実施例に使用したポリイミドの概要（複数試料の平均） ポリイミドのタイプＢ、Ｃ、Ｄ、およびＥの溶媒含有
量は、１重量％未満であった。
実施例１（比較例） 液晶ポリエステル（Dupont Zenite（登録商標）600
0）56部を、PTFE（Dupont Teflon（登録商標）MP−1600
微粉末）20部と、ポリアミド酸の前駆体として存在する
ピロメリト酸二無水物および4,4'−オキシジアニリンか
ら調製され平均粒径が75μｍであるポリイミド樹脂（こ
のポリイミドのタイプを「Ａ」と呼ぶ）24部、または同
様の方法で調製され平均粒径が75μｍである完全にイミ
ド化したポリイミド樹脂（このポリイミドのタイプを
「Ｂ」と呼ぶ）24部と混合した。混合は、290℃に設定
したバレルおよび335℃のダイを備え、ゾーン４、６、
８にベントロを有する30mmの二軸スクリュー押出し機を
使用して行った。急冷は、水を噴霧して行った。ストラ
ンドは、標準の回転翼カッタを使用してペレットに切断
した。このペレットを、容量170g、型締圧145トンの射
出成形機を使用して、標準の6.4mmの厚さのASTM（D63
8）引張り試験棒に成形した。このプロファイルは以下
のようであった。即ち、後部313℃、中央部334℃、前部
335℃、およびノズル332℃、ブースト１秒、射出20秒、
保持20秒、射出圧力3.4MPa、ラム速度は高速、スクリュ
ー速度107rpm、および背圧は最少であった。
この試料に機械加工を施して試験片を作製した。摩耗
試験は、PVを1.75MPa−m/秒（1.28MPa、1.36m/秒）とし
て行った。
実施例２ 使用するポリイミドのうち１種類をポリイミドピロメ
リト酸二無水物と4,4'−オキシジアニリンから調製し、
そのイミド化のレベルを約90％としかつ平均粒径を30μ
ｍとし（ポリイミドのタイプ「Ｃ」）、タイプ「Ｄ」は
イミド化のレベルが99.9％を超え平均粒径が30μｍとす
る以外は、実施例１で用いたのと同様の試料調製法を用
いた。
実施例３ DuPontのZenite（登録商標）7000液晶ポリマーをZeni
te（登録商標）6000の代わりに使用し、開始時の平均粒
径が2.1μｍである酸化亜鉛添加物（MatsushitaからWZ
−511粉末として得られた）10部およびPTFE（DuPont Te
flon（登録商標）MP−1600微粉末）10部を使用した以外
は、実施例２で用いたのと同様の試料調製法を用いた。
使用したポリイミドは、タイプ「Ａ」、「Ｃ」、および
「Ｅ」であった。「Ｅ」は、ベンゾフェノン−3,3',4,
4'−テトラカルボン酸二無水物および4,4'−オキシジア
ニリンから調製し、平均粒径が24μｍであって、90％を
超えてイミド化されたものである。使用したLCPおよび
ポリイミドの量を、下記の表に記録する。
実施例４ 熱可塑性ポリアミド（DuPont Zytel（登録商標）HT
N）56部を、開始時の平均粒径が2.1μｍである酸化亜鉛
添加物（WZ−511粉末としてMatsushitaから得られた）1
0部と、PTFE（DuPont Teflon（登録商標）MP−1600微粉
末）10部と、ポリイミド樹脂24部と混合した。混合は、
320℃に設定したバレルおよび335℃のダイを有する30mm
の二軸スクリュー押出し機を使用して行った。急冷は、
水を噴霧して行った。標準の回転翼カッタを使用して、
ストランドをペレットに切断した。このペレットを、容
量170g、型締圧145トンの射出成形機を使用して、標準
の6.4mmの厚さのASTM（D638）引張り試験棒に成形し
た。プロファイルは以下のようであった。即ち、後部31
5℃、中央部335℃、前部335℃、およびノズル335℃、ブ
ースト0.5秒、射出20秒、保持20秒、射出圧力4.8MPa、
ラム速度は速度、スクリュー速度120rpm、および背圧0.
34MPaであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C08L 1/00 - 101/16 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）平均粒径が約30μｍ以下であり400
    ℃未満の温度でその粒状形態を維持し、少なくとも約90
    ％がイミド化した粒状ポリイミド約５から40重量％と、 （ｂ）約400℃未満の温度で溶融加工性を有する少なく
    とも１種類の非フッ素含有熱可塑性ポリマー約40から93
    重量％と、 （ｃ）潤滑剤約２から40重量％とを含み、成分（ａ）、
    （ｂ）および（ｃ）の量が合計で100重量％と、 からなることを特徴とする重合体混合物。
  2. 【請求項２】前記熱可塑性ポリマーが液晶ポリマーであ
    ることを特徴とする請求項１に記載の混合物。
  3. 【請求項３】前記熱可塑性ポリマーがポリアミドである
    ことを特徴とする請求項１に記載の混合物。
  4. 【請求項４】前記ポリイミドの粒子約８から24重量％と
    前記熱可塑性ポリマー約56から72重量％が、前記組成物
    中に存在することを特徴とする請求項１に記載の混合
    物。
  5. 【請求項５】前記潤滑剤が、テトラフルオロエチレン重
    合体またはテトラフルオロエチレンの共重合体であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の混合物。
  6. 【請求項６】成形品中のポリイミドの平均粒径が約30μ
    ｍ以下である、請求項１の組成物から調製されたより高
    い摩擦係数を有することを特徴とする成形品。
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