JPH01266134A - ポリイミド粉末成形体およびその製法 - Google Patents

ポリイミド粉末成形体およびその製法

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JPH01266134A
JPH01266134A JP9447488A JP9447488A JPH01266134A JP H01266134 A JPH01266134 A JP H01266134A JP 9447488 A JP9447488 A JP 9447488A JP 9447488 A JP9447488 A JP 9447488A JP H01266134 A JPH01266134 A JP H01266134A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ビフェニルテトラカルボン酸類を主成分と
する芳香族テトラカルボン酸成分とフェニレンジアミン
類を主成分とする芳香族ジアミン成分とから得られた芳
香族ポリイミドの粉末を圧縮成形して得られたポリイミ
ド粉末成形体、およびその製法に係るものであり、前記
やポリイミド粉末成形体は、極めて高いレベルの基本的
なJa械的強度を保持していると共に、特に圧縮強度な
どが優れており、さらに優れた耐熱性能および寸法安定
性を有しているものである。
〔従来技術の説明〕
従来、芳香族テトラカルボン酸成分と芳香族ジアミン成
分とから得られたポリイミド粉末成形体およびその製造
法は、特公昭39−22196号公報、特公昭49−5
737号公報などに記載されているように、種々のもの
が知られていた。
前記の公知文献において、ポリイミド粉末成形体を構成
する芳香族ポリイミドとしては、極めて広範囲で多種類
の芳香族テトラルボン酸成分と芳香族ジアミン成分とか
ら得られた芳香族ポリイミドを含むことが示されている
しかし、前記の公知の文献に具体的に開示されている芳
香族ポリイミドは、 (a)ピロメリット酸二無水物(PMDA)またはベン
ゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)から
なる芳香族テトラカルボン酸成分と、・(b)  4.
4’−ジアミノジフェニルプロパン(DDP)、ベンジ
ジン(PP)、または4.4゛−ジアミノジフェニルエ
ーテル(4,4’−オキシジニリン、DADEまたはP
OP)からなる芳香族ジアミン成分とから得られた芳香
族ポリイミドであった。
しかし、それらの公知の芳香族ポリイミド粉末成形体は
、耐熱性、寸法安定などの物性において、必ずしも充分
に満足できるものではなかった。
また、公知のポリイミド粉末成形体の製造法においては
、芳香族ポリイミド粉末が、適当な融点(または二次転
移温度)などを有していなければ、充分な機械強度を有
する圧縮成形体が容易に得られないとされていた。
〔本発明の解決しようとする問題点〕
この発明の目的は、従来公知の芳香族ポリイミド粉末成
形体が、耐熱性、寸法安定性において満足できるもので
なかったので、芳香族ポリイミドとして基本的な機械的
物性を高いレベルで保持していると共に、優れた耐熱性
、寸法安定性などを同時に有している芳香族ポリイミド
粉末成形体を提供すること、並びに、そのような粉末成
形体を製造する方法を提供することである。
〔本発明の問題を解決するための手段〕すなわち、この
発明は、ビフェニルテトラカルボン酸類を80モル%以
上含む芳香族テトラカルボン酸成分と、フェニレンジア
ミン類を少なくとも50モル%以上含む芳香族ジアミン
成分とから重合およびイミド化によって得られた、平均
粒子径が0.5〜1OOl!mである芳香族ポリイミド
の粉末を、圧縮成形して得られた圧縮成形体であること
を特徴とするポリイミド粉末成形体に関するものであり
、また、前記の芳香族ポリイミドの粉末を使用して、成
形温度200〜600°c1および、成形圧力300〜
10000kg/cdで圧縮成形することを特徴とする
ポリイミド粉末成形体の製法に関する。
前記の芳香族ポリイミドの粉末は、3.3”、4,4°
−又は2.3.3’、4’−ビフェニルテトラカルボン
酸、それらの酸二無水物、あるいは、それらの酸と低級
アルコールとのエステル化物などのビフェニルテトラカ
ルボン酸類を、全テトラカルボン酸成分に対して80モ
ル%以上、好ましくは90モル%以上の割合で含む芳香
族テトラカルボン酸成分と、1.4−ジアミノフェニレ
ン(パラフェニレンジアミン) 、1.3−ジアミノフ
ェニレン(メタフヱニレンジアミン)などのフェニレン
ジアミン類を、全ジアミン成分に対して少なくとも50
モル%以上、好ましくは60〜100モル%の割合で含
む芳香族ジアミン成分とを、略等モル、公知の方法で有
機溶媒中で、重合およびイミド化することによって得ら
れた高分子量の芳香族ポリイミドからなる、平均粒子径
が0.5〜100μm、好ましくは1〜60μm、特に
好ましくは3〜50μmである粉末であればよい。
前記の芳香族ポリイミドは、二次転位温度が、350℃
以上、特に400℃以上であるか、実質的に二次転移温
度(後述の測定方法などによる)が測定されないもので
あることが好ましい。
この発明では、前記の芳香族ポリイミドとしては、特に
、3.3’、4,4°−ビフェニルテトラカルボン酸又
はその酸二無水物(s−BPDA)を、全テトラカルボ
ン酸成分に対して80モル%以上、さらに好ましくは9
0〜100モル%の割合で含む芳香族テトラカルボン酸
成分と、パラフェニレンジアミン(PPD)を、全ジア
ミン成分に対して60モル%以上、さらに好ましくは8
0〜100モル%の割合で含む芳香族ジアミン成分とを
、略等モル、公知の方法で重合およびイミド化すること
によって得られた芳香族ポリイミドが、ポリイミド粉末
成形体の耐熱性、寸法安定性などの点において最適であ
る。
前記芳香族テトラカルボン酸成分としては、前記ビフェ
ニルテトラカルボン酸類と共に使用することができる芳
香族テトラカルボン酸としては、ピロメリット酸又はそ
の酸二無水物、3,3°、4,4“−ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸又はその酸二無水物、2.2’−ビス(
3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン又はその酸無
水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン又
はその酸無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル
)エーテル又はその酸無水物、ビス(3,4−ジカルボ
キシフェニル)スルホン又はその酸無水物などを挙げる
ことができ、特に、ピロメリット酸又はその酸二無水物
が好適である。
前記芳香族ジアミン成分としては、前記フェニレンジア
ミン類と共に使用することができる芳香族ジアミン類と
しては、4.4゛−ジアミノジフェニルエーテル、4.
4’−ジアミノジフェニルスルホン、4.4゛−ジアミ
ノジフェニルメタン、4.4′−ジアミノジフェニルプ
ロパン、3,3゛−ジメトキシベンジジン、ビス(4−
アミノフェニル)ジエチルシラン、1.4−ビス(4−
アミノ−フェノキシ)ベンゼン、1゜3−ビス(4−ア
ミノ−フェノキシ)ベンゼンなどを挙げることができ、
特に、4,4°−ジアミノジフェニルエーテルが最適で
ある。
この発明のポリイミド粉末成形体は、前述の芳香族ポリ
イミドの粉末をそのまま使用するが、あるいは前記粉末
から予備成形体を形成するがして、成形温度200〜6
00”C,好ましくは250〜550℃1特に好ましく
は3oo〜5oo℃、および、成形圧力30 (1〜1
0000kg/ci、好マしくは500〜8000kg
/c1a、特に好マシくハロ00〜6000 kg/c
iで圧縮成形することによって製造することができる。
前記の圧縮成形法に使用するポリイミド粉末は、充分に
乾燥して(前焼成)、揮発成分を実質的に含有していな
いこと、特に、揮発成分の含有率が0.5重量%以下で
あることが好ましい。
さらに、この発明の製法における前記圧縮成形法におい
ては、シリカ、マイカ、カオリン、アスベスト、窒化は
う素、酸化アルミニウム、酸化鉄、グラファイト、硫化
モリブデン、硫化鉄などの無機充填剤、あるいは、ふっ
素樹脂などの有機充填剤などの各種の充填剤を前記のポ
リイミド粉末と混合して、使用することもできる。
前記の圧縮成形においては、 (a)  ポリイミド粉末を金型内へ充填し、オーブン
中で、減圧下または常圧下、100〜400℃1特に好
ましくは200〜380℃程度の温度で、1〜20時間
、特に3〜15時間、前焼成し、(b)  その前焼成
を行ったポリイミド粉末を金型ごと、圧縮成形機にセッ
トし、250〜550℃1特に300〜500℃程度の
温度、および500〜8000 kg/cd、特に60
0〜6000kg/cn程度の圧力下で、0.1〜20
時間、特に0.5〜15時間程時間零焼成し、 (C)  さらに、必要であれば、前記の本焼成体につ
いて、オープン中に入れて、減圧下又は常圧下、400
〜600℃の温度で、0.5〜io時間程度、後熱処理
(アフターキュアー)を行い、(d)  最後に、本焼
成で得られた圧縮成形体を、常温(約O〜40℃の温度
)まで冷却することによって行うことができる。
この発明の製法では、前記の本焼成において、例えば、
約500〜8000kg/c4の圧力下、250〜40
0℃の温度で第1段階の本焼成を行い、次いで、同じ圧
力下、第1段階の本焼成の温度より5〜300′C高い
温度、特に400〜550′cの温度まで0.1〜10
’C/分、特に0.5〜5℃/分程度の昇温速度で昇温
し、そして、その圧力下および温度で第2段階の本焼成
を行うという多段・階の本焼成を行ってもよい。
この発明の製法では、ポリイミド粉末からの揮発分など
を除去するガス抜きを行いながら、前記の本焼成を実施
することが適当である。
この発明の製法において、圧縮成形体を製造する装置と
しては、例えば、4柱式油圧式プレス、高圧ホットプレ
スなどを挙げることができる。
前記の予備成形体は、例えば、ロータリープレス、タブ
レットマシーンを使用する方法と同様の方法によって形
成することが好ましい。
この発明のポリイミド粉末成形体は、前述の特定の芳香
族ポリイミド粉末から圧縮成形で得られたものであり、
23℃の見掛は密度がt40g/cd以上であり、硬度
(ロックウェルM)が100〜120であって、しかも
、機械的物性がいずれも高いレベルの値を有しているも
のである。この発明のポリイミド粉末成形体は、例えば
、特に、曲げ強度(23℃)が600−1800kg/
c+fl、特に700〜1500kg/ajであり、曲
げ弾性率(23℃)が50X10’〜90 X 10’
 kg/c這程度であって、さらに、圧縮強度(23℃
)が1500kg/c−以上、特に1800〜2500
kg/cdであり、それらの物性において優れている。
また、この発明のポリイミド粉末成形体は、耐熱性、お
よび室温からかなりの高温までの温度変化に対して寸法
安定性が極めて優れている圧縮成形体であり、例えば、
23℃〜300℃における線膨張係数が3.5 X 1
0−’〜5. OX 10−’ell/C11/”C程
度であり、23℃〜350℃における加熱収縮率が0.
10%以下、特に0.05%以下であると共に、400
℃における恒温重量減少率が20時間後においても1.
0%以下であって、熱変形温度(0,245薗変形)が
500℃以上と著しく高いものである。
〔実施例] 以下、実施例および比較例を示す。
実施例および比較例において、 ポリイミド粉末の二次転位温度は、示差熱分析計(パー
キンエルマー社製、DSC−2C型)を用いて、昇温速
度;20℃/分、および、20m/分の窒素ガスの流通
下で測定し、また、ポリイミド粉末成形体の種々の機械
的強度および各種の物性は、次の各試験方法によって測
定された。
i)引張試験(ASTM  D−638)により、測定
温度23℃および260℃において、引張強度(kg/
c1a)をそれぞれ測定した。
ii )曲げ試験(AS’TM  D−790)i測定
温度23℃又は260℃において、曲げ強度(kg/ 
c4 )と曲げ弾性率(X 10 ’ kg/cffl
)をそれぞれ測定した。
iii )圧縮試験(ASTM  D−695)により
、測定温度23℃で、圧縮強度(kg/c4) 、圧縮
弾性率(X 10 ” kg/c+j)および10%歪
みにおける圧縮応力(kg / cd )をそれぞれ測
定した。
1v)07クウヱルM測定法(ASTM  D−785
)により、測定温度23℃で硬度(ロックウェルM)を
測定した。
v)ASTM  D−792に準じる測定法uよユ、測
定温度23゛Cで、見掛は密度(g/c+fi)を測定
した。
vi)熱機械分析装置(理学電機■製)を用いる測定法
において、測定温度23〜300℃1荷重5g、サンプ
ルサイズ:5X10aaとする条件で線膨張係数(x 
10−’c+*/cm/’C)を測定した。
vi)熱機械分析装置(理学電機株製)を用いる測定法
において、測定温度400″Cとして、1時間、5時間
、10時間、15時間、20時間後における恒温重量減
少率(重量%)を測定した。
vi)熱変形温度測定法(ASTM  D−648)に
よって、HDT装置(安田精機■製)で、熱変形温度を
測定した。
実施例1 i )  3.3’、4.4’−ビフェニルテトラカル
ボン酸二N水物(s−BPDA)とパラフェニレンジア
ミン(PPD)とから得られた芳香族ポリイミド粉末(
二次転位温度;400℃まで測定されず、平均粒子径;
8μm)を、箱型(サイズ1loO’×100L×15
0H謔)の金型に充填し、350℃に加熱されたオーブ
ン内に入れて、減圧下、約10時間の前焼成を行い、 ii)  その前焼成されたポリイミド粉末に、圧力4
000kg/cdを加えて350℃でio分間、第1段
階の本焼成を行い、 ii)  続いて、前記の圧力下に約130分間で昇温
しで480℃の温度となし、この圧力と温度とに30分
間維持し、この間に揮発分などのガス抜きをする第2段
階の本焼成を行い、 iv)そして、加圧状態を停止して、圧縮成形機から取
り出した成形品をさらにオープン内で、450″C12
時間の後焼成を行った後、■) 最後に、その圧縮成形
品を放冷して、vi)ポリイミド粉末成形体(長さfl
ow、幅11Qaii、厚さ30mm)を得た。
前記のポリイミド粉末成形体を、切削加工して、ポリイ
ミド粉末成形体からなる板(試験片)などを作成し、そ
れぞれの試験片について、引張試験、曲げ試験、圧縮試
験などを行うと共に、見掛は密度、線膨張係数、恒温重
量減少率などの測定試験を行った。その結果を第1表に
示す。
比較例1 ポリイミド粉末として、3.3’ 、4.4°−ビフェ
ニルテトラカルボン酸二無水物(s  B P D A
 )と、4.4゛−ジアミノジフェニルエーテル(DA
DE)とから得られた芳香族ポリイミド粉末(二次転位
温度;293℃1平均粒子径;12μm)を使用したほ
かは、実施例1と同様に圧縮成形を行って、ポリイミド
粉末成形体を得た。そのポリイミド粉末成形体の機械的
物性などの測定試験の結果を第1表に示す。
参考例1 ポリイミド粉末として、ピロメリット酸二無水物(PM
DA)と、DADEとから得られたポリイミド粉末(二
次転位温度;400℃まで測定されず、平均粒子径;1
5μm)を使用したほかは、実施例1と同様に圧縮成形
を行って、ポリイミド粉末成形体を得た。そのポリイミ
ド粉末成形体の機械的物性などの測定試験の結果を第1
表に示す。
第1表 試験項目   単位  漠淀 光器I11  比較例1
1  参考例1温度℃ 引張強度   kg/c+a   23   6 B 
0 1180  875曲ζγ陣Jj   kg/ca
   23 1193 1640 1330260  
 −−  600  7TO曲ctl’ll性率  k
g/cd   23   70   42.5  31
.5(x103)  260   −  2t3  1
7.5圧縮弾性率  kg/c艷  23   27.
0  26.5  24.5(X l O’) 硬度(ロックウェルM)   −108113102刀
ノドは密度  g/cd23    +、46   !
、41  1.43線膨張係数 c+a/cm/’C2
3〜4.4   6.(15,3↑由凪R量減少率 %
  400 (XIO−’)1時間後  0.06  0.10  
0.135時間後  0.31  0.52  0.6
21O時間後  0.57  0.96  1.321
5時間後  0.81  1.49  2.2020時
間後  0.93  2.17  3.20熱変形1g
s’C500以上401.8 399.9実施例2 i)  3,3°、4,4”〜ビフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物(s−BPDA)とパラフェニレンジアミ
ン(PPD)とから得られた芳香族ポリイミド粉末(二
次転位温度:400℃まで測定されず、平均粒子径;8
μm)を、箱型(サイズ、100’X100LXI 5
0’ mm)の金型内に充填し、350℃に加熱された
オーブン内に入れて、残圧下、約10時間の前焼成を行
い、 ii)  その前焼成されたポリイミド粉末に、圧力4
−000 kg/cJを加えて350℃で10分間、第
1段階の本焼成を行い、 ii)  続いて、前記の圧力下に約4時間で昇温して
450℃の温度となし、この圧力と温度とに2時間維持
し、この間に揮発分などのガス抜きをする第2段階の本
焼成を行い、 1v)ffi後に、圧縮成形機から圧縮成形品を取り出
して、デシケータ−内で放冷して、vi)ポリイミド粉
末成形体(長さ110IIIII+、幅110mm、厚
さ30mm)を得た。
前記のポリイミド粉末成形体を、切削加工して、長さ1
00−1幅100閣および厚さ2鵬であるポリイミド粉
末成形体からなる板(試験片)を作成し、その試験片に
ついて、加熱収縮試験を行った。
加熱収縮率試験は、まず、試料(圧縮成形板)にカッタ
ーナイフで目印の直線傷(長手方向及びその直行方向:
長さ77mm)を付けたものを、デシケータ−中(室温
)で約40時間放置した後、その試料を350℃に昇温
したオープン内に投入し1時間加熱し、続いてオープン
から取り出してデシケータ−中で1時間放冷し、冷却さ
れた試料における前記の傷の長さを測定顕微鏡で測定し
て、第1回目の加熱処理による加熱収縮率〔最初の試料
片上の傷の長さ10に対する加熱後に減少した直線傷の
長さno  llの比率:  <no  L )/j!
oX100%〕を算出した。
その後、前述の加熱収縮率の測定をした試料を、再び3
50℃に昇温したオーブンに投入し、1時間加熱した後
、そのオーブンから取り出してデシケータ−中で1時間
放冷し、そして前記の傷の長さを測定顕微鏡で測定して
、加熱収縮率を算出するという測定プロセスを、2回繰
り返して、各加熱収縮率を測定した。
さらに、前述の加熱処理を3回行った試料(圧縮成形板
)を使用し、350℃の加熱時間を2時間としたほかは
、2回目の加熱処理と同様の加熱処理を行って、加熱収
縮率を算出するという測定プロセスを1回行って、その
加熱収縮率(第4回目)を測定した。それらの結果を第
2表に示す。
比較例2 比較例1で使用したと同様のポリイミド粉末を使用した
ほかは、実施例2と同様にして、ポリイミド粉末成形体
(長さ110mm、幅110mm、厚さ30鵬)を得た
そして、前記のポリイミド粉末成形体を、切削加工して
、長さ1100a、幅100mmおよび厚さ2 m+a
であるポリイミド粉末成形体からなる板(試験片)を作
成し、その試験片について、実施例2と同様の加熱収縮
試験(4回)を行った。
それらの結果を第2表に示す。
なお、実施例2で得られたポリイミド粉末成形体は、曲
げ強度(室温)が948 kg/ciaであり、曲げ弾
性率(室温)が66.5 X I 03kg/cffl
であり、また、硬度(ロックウェルM)が105であっ
て、さらに、見掛は密度が1.45 g / ailで
あった。
〔本発明の作用効果〕
この発明の製法で得られたポリイミド粉末成形体は、基
本的に、芳香族ポリイミド粉末から圧縮成形された公知
の圧縮成形体と同様の機械的物性および耐熱性を高いレ
ベルで保持していると共に、特に、 (a)  圧縮応力、圧縮強度など機械的強度が公知の
圧縮成形体よりかなり優れており、また、(b)i)4
00℃の高い温度での恒温重量減少率が小さく、 ii)線膨張係数が小さくて、そして、iii )加熱
収縮率が小さいので 常温から350℃の高温までの温度変化に対して寸法安
定性の極めて高いものであって、(C)  さらに、熱
変形温度が500℃以上と非常に高いという優れた耐熱
性も有しているものである。
この発明のポリイミド成形体は、前述のように優れた耐
熱性および機械的物性を同時に有している芳香族ポリイ
ミド粉末成形体であり、そのようなポリイミド粉末成形
体が、従来、まったく知られていなかったのである。
特許出願人  宇部興産株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ビフェニルテトラカルボン酸類を80モル%以上
    含む芳香族テトラカルボン酸成分と、フェニレンジアミ
    ン類を少なくとも50モル%以上含む芳香族ジアミン成
    分とから重合およびイミド化によって得られた、平均粒
    子径が0.5〜100μmである芳香族ポリイミドの粉
    末を、圧縮成形して得られた圧縮成形体であることを特
    徴とするポリイミド粉末成形体。
  2. (2)ビフェニルテトラカルボン酸類を80モル%以上
    含む芳香族テトラカルボン酸成分と、フェニレンジアミ
    ン類を少なくとも50モル%以上含む芳香族ジアミン成
    分とから重合およびイミド化によって得られた、平均粒
    子径が0.5〜100μmである芳香族ポリイミドの粉
    末を使用して、成形温度200〜600℃および成形圧
    力300〜10000kg/cm^2で圧縮成形するこ
    とを特徴とするポリイミド粉末成形体の製法。
JP63094474A 1988-04-19 1988-04-19 ポリイミド粉末成形体 Expired - Lifetime JP2609279B2 (ja)

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