JPH0655432B2 - 高物性ポリイミド延伸成形体およびその製法 - Google Patents

高物性ポリイミド延伸成形体およびその製法

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JPH0655432B2
JPH0655432B2 JP61057969A JP5796986A JPH0655432B2 JP H0655432 B2 JPH0655432 B2 JP H0655432B2 JP 61057969 A JP61057969 A JP 61057969A JP 5796986 A JP5796986 A JP 5796986A JP H0655432 B2 JPH0655432 B2 JP H0655432B2
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政勝 古知
力男 横田
宇留治  泰
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、極めて優れた物性、特に高いヤング率を有
する耐熱性の新規な芳香族ポリイミドからなる延伸成形
体(例えばフィルム、繊維など)およびその製法に関す
るものである。
この発明の高物性ポリイミド延伸成形体は、高いレベル
の引張強度、耐熱性などと共に、極めて高いヤング率を
有しているので、特に、極めて薄いフィルムまたは細い
繊維としても、種々の用途に充分に使用することができ
る。
[従来技術] 従来、熱収縮性を有する芳香族ポリイミドフィルム(延
伸フィルム)を製造する方法としては、例えば、特開昭
57−41330号公報に記載されているように、ビフ
ェニルテトラカルボン酸系の芳香族ポリイミド前駆体
(ポリアミック酸、またはポリアミド酸)の溶液を20
〜200℃の温度に保ち流延法で製膜し、そして200
〜500℃の温度に加熱して揮発分含有量が10重量%
以下になるまで乾燥させて得られるポリアミック酸の少
なくとも50重量%がポリイミドに転化したポリイミド
フィルムを得、その後該ポリイミドフィルムを少なくと
も一方向に延伸倍率が1.05〜5倍になるように10
0〜500℃の温度で延伸する方法が提案されている。
しかし上記の方法では、熱収縮性を有するポリイミドフ
ィルムを製造することが一応できるけれども、イミド化
率の高い未延伸フィルムを延伸するため、またはイミド
化および延伸とが同時に行なわれるので、安定的に延伸
操作を行なうことが困難であり、また極めて高いヤング
率などの物性を有するポリイミドフィルムを製造するこ
とは困難であるか、或いは実質的にできなかった。
[本発明で解決しようとする課題] この発明の目的は、芳香族ポリイミド成形体が本来有し
ている優れた耐熱性、および引張強度などを高いレベル
に保持したまま、極めて高いヤング率を有する高物性の
新規な芳香族ポリイミド延伸成形体(例えば、フィル
ム、繊維など)を提供することであり、また、そのよう
な高物性芳香族ポリイミド延伸成形体を工業的に製造す
ることができる方法を提供することである。
[本発明の要件] 本発明は、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカル
ボン酸またはその酸二無水物もしくはその炭素数1〜5
の低級アルコールとのエステルとフェニレンジアミン類
とから得られた芳香族ポリイミドからなり、しかも引張
強度が25〜100kg/mmで、ヤング率が200
0〜6000kg/mmである高物性ポリイミド延伸
成形体にある。
上記本発明の高物性ポリイミド延伸成形体は、3,
3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸またはそ
の酸二無水物もしくはその炭素数1〜5の低級アルコー
ルとのエステルとフェニレンジアミン類とを、有機極性
溶媒中で重合して得られたイミド化率が50%より小さ
い芳香族ポリアミック酸と、1〜50重量%の含有率の
有機極性溶媒とかなる未延伸成形体を、80℃以下の延
伸温度で1.2〜3.0倍に延伸し、次いで、その延伸
成形体を150℃以上に加熱し、成形体を形成している
ポリアミック酸をイミド化すると共に前記溶媒を除去す
る方法による有利に製造することができる。
前記のフェニレンジアミン類は、m−またはp−フェニ
レンジアミン、3,5−ジアミノトルエン、2,5−ジ
アミノトルエンなどのフェニレンジアミン構造を有する
ジアミンを意味する。
この発明の芳香族ポリイミド延伸成形体は、特に、前述
の3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸
(またはその酸二無水物もしくはその炭素数1〜5の低
級アルコールとのエステル)とフェニレンジアミン類
(なお、いずれの成分についても、その10モル%以内
で、かつ得られる高物性成形体が本発明の高物性成形体
から逸脱しない限りは、類似の構造の化学成分を含んで
いてもよい。)とから得られた特定のビフェニルテトラ
カルボン酸系の芳香族ポリイミドからなり、しかも、引
張強度が25〜100kg/mm、好ましくは30〜
100kg/mmであると共に、ヤング率(弾性率)
が2000〜6000kg/mm、好ましくは250
0〜5500kg/mmであり、またさらに好ましく
は破断点伸び率が10%以下であると共に、0〜250
℃における熱収縮率が10%以下、特に5%以下である
厚さ200μm以下のフィルム状体(シート状体)およ
び径500μm以下の繊維状体などの高物性ポリイミド
延伸成形体である。
従来、この発明のように充分な耐熱性、引張強度などを
有する共に、2000kg/mm以上の極めて高いヤ
ング率(弾性率)を有する芳香族ポリイミド(延伸)成
形体は全く知られていなかった。
この発明の製法においては、例えば、(a)前述の3,
3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸またはそ
の酸二無水物もしくはその炭素数1〜5の低級アルコー
ルとのエステルのフェニレンジアミン類との略等モル
を、有機極性溶媒中で、好ましくか約80℃以下、特に
好ましくは0〜60℃の温度で重合して得られた高分子
量の芳香族ポリアミック酸(芳香族ポリイミド前駆体)
と、未延伸成形体中の含有率が1〜50重量%、好まし
くは2〜30重量%である有機極性溶媒とからなる固化
フィルム状体、固化繊維状体などの未延伸成形体を80
℃以下の延伸温度、好ましくは0〜60℃の延伸温度で
1.2〜3.0倍、好ましくは1.25〜2.5倍程度
に少なくとも一つの方向に延伸し、次いで、(b)その
延伸成形体を150℃以上、好ましくは180〜400
℃の温度で約0.5〜10時間、特に1〜5時間加熱し
て、成形体を形成しているポリアミック酸をイミド化率
90%以上、特に実質的にアミド−酸結合の存在しない
ようにイミド化すると共に、前記溶媒を蒸発し除去する
ことによって、優れた性能の芳香族ポリイミド延伸成形
体を製造することができる。
この発明において、前述の延伸成形体を高温での加熱処
理する際には、少なくとも前記延伸成形体の延伸方向の
両端を枠などで一定の距離に固定して加熱処理を行なう
ことが、物性の点から好適であるが、必ずしも前記の延
伸成形体の固定が必須の要件ではない。
また、前記の加熱処理は、最初に約150〜260℃の
比較的低い温度で一次加熱処理し、次いで260〜45
0℃の高い温度で二次加熱処理して行なってもよく、そ
の一次加熱においては、枠などで延伸成形体の両端を固
定して行なうことが好ましい。
前記の芳香族ポリアミック酸は、前述のように3,
3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸またはそ
の酸二無水物もしくはその炭素数1〜5の低級アルコー
ルとのエステルとフェニレンジアミン類とから低温での
重合で得られたビフェニルテトラカルボン酸系のポリイ
ミド前駆体であると共に、対数粘度(測定温度;30
℃、濃度;0.5kg/100ml溶媒、溶媒;N−メ
チル−2−ピロリドン)が0.1〜7、特に好ましくは
0.2〜5程度であり、イミド化率[赤外線分析法(I
R法)によって決定されるイミド化率である]が50%
より小さい、特に30%以下であるポリマーであって、
さらに有機極性溶媒に約40重量%の濃度にまで均一に
溶解できるポリマーであることが好ましい。
前記の対数粘度は、次式によって算出された値である。
前記のイミド化率を決定する赤外線分析法では、試料の
の赤外線吸収スペクトルのイミド結合に基づく吸収ピー
クである1770cm-1の吸光度と、アミド酸結合に基
づく吸収ピークである1720cm-1の吸光度との比か
らイミド化率を求めることができる。
前記の有機極性溶媒は、前記の芳香族ポリアミック酸を
約40重量%程度まで均一に溶解することができる有機
極性溶媒であればよく、例えば、N,N−ジメチルホル
ムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジ
メチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、
N,N−ジメチルメトキシアセトアミドなどのN,N−
ジ低級アルキルカルボキシルアミド類、N−メチル−2
−ピロリドン、ジメチスルホキシド、ジエチルスルホキ
シド、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ヘキサメ
チルスルホルアミドなどの有機極性を挙げることができ
る。
前述の高分子量の芳香族ポリアミック酸(芳香族ポリイ
ミド前駆体)と、1〜50重量%の含有率の有機極性溶
媒とからなる固化フィルム状体、固化繊維状体などの未
延伸成形体は、自己支持性を有する有機極性溶媒を含有
する成形体であり、公知の種々の方法で製造することが
でき、この発明の方法では特にその製造法が限定される
ものではなく、例えば前記の芳香族ポリアミック酸が前
記の有機極性溶媒に均一に溶解しているポリアミック酸
溶液を使用して80℃以下の低温流延法で製膜するか、
あるいは80℃以下の低温で紡糸することによって、形
成した液状のフィルム状体または繊維状体から80℃以
下の低温で溶媒の大部分を蒸発して除去するか、あるい
は凝固液で除去するかして、イミド化の殆ど進んでいな
い芳香族ポリアミック酸と、50重量%以下の有機極性
溶媒とからなる固化フィルムまた固化繊維などの未延伸
の成形体を製造することができる。
この発明では、前述の3,3′,4,4′−ビフェニル
テトラカルボン酸系の芳香族ポリアミック酸からなる未
延伸成形体を比較的低温で延伸して、次いで、その延伸
された成形体を高温で加熱処理して、ポリアミック酸の
イミド化および残存溶媒の実質的な除去を行なうことに
主な特徴があり、高い温度での延伸では延伸時にイミド
化も起こり、このイミド化の調節を注意しないと成形体
が切れてしまったり、優れたヤング率などを有する延伸
成形体を製造することができないので適当ではない。
[実施例] 実施例および比較例において、物性試験は試料片(長
さ:20mm、幅:3mm)について行なった。
[実施例1〜11] 3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物とp−フェニレンジアミンとを、N,N−ジメチル
アセトアミド溶媒中で25℃で1時間重合して得られた
芳香族ポリアミック酸溶液[ポリマー濃度:10重量
%、25℃の溶液粘度(回転粘度計によって測定した溶
液粘度):500ポイズ]を使用して、ガラス板上に均
一な厚さに約50℃で溶液流延して、その結果形成され
た液状の薄膜を50℃で1時間乾燥し、さらに50℃で
24時間真空乾燥して、ビフェニルテトラカルボン酸系
の芳香族ポリアミック酸(イミド化率10%以下)と、
含有率が12重量%である前記溶媒とかなる厚さ50μ
mで固化フィルム(ポリアミック酸−有機極性溶媒の未
延伸フィルム)を形成した。
その固化フィルムを使用し、引張り試験機(東洋ボール
ドウイン(株)製、テンシロンRTM−10RTM−10
0型)によって、25℃にて第1表に示す倍率で長手方
向に一軸延伸し、その延伸フィルムを第1表に示す温度
および時間で処理して、第1表に示す物性の芳香族ポリ
イミドからなる延伸フィルムを成形した。
[比較例1] 前記の固化フィルムをそのまま250℃で2時間加熱処
理してポリマーのイミド化および溶媒の蒸発・除去を行
なって、芳香族ポリイミドフィルムを製造した。
そのフィルムの物性を第1表に示す。
[比較例2] 前記の固化フィルムを、延伸方向の両端部を枠で固定し
て、250℃で2時間加熱してイミド化および溶媒の蒸
発・除去を行なって、芳香族ポリイミドフィルムを製造
した。
そのフィルムの物性を第1表に示す。
[比較例3〜4] p−フェニレンジアミンを4,4′−ジアミノジフェニ
ルエーテルに変えたほかは実施例1と同様にして、ビフ
ェニルテトラカルボン酸系の芳香族ポリアミック酸溶液
を調製し、その溶液を使用したほかは実施例1と同様に
して、固化フィルムを成形し、さらに第1表に示す延伸
倍率および加熱処理条件で、延伸フィルム(比較例3)
を製造した。
その延伸フィルムの物性を第1表に示す。
なお、前記固化フィルムを延伸せずに成形したフィルム
(比較例4)の物性も第1表に示す。
[作用効果] この発明の高物性ポリイミド延伸成形体は、高いレベル
の引張強度、耐熱性などを有していると共に、芳香族ポ
リイミド成形体としてはかってなかった2000kg/
mm以上である極めて高いヤング率を有している特定
の3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸系
の芳香族ポリイミドフィルムまたは繊維などの延伸成形
体であるので、特に、極めて薄いフィルムたは細い繊維
としても種々の用途に充分に使用することができる。
また、この発明の製法は、前述の高物性芳香族ポリイミ
ド延伸成形体を、再現性よく工業的に製造することがで
きる方法である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカ
    ルボン酸またはその酸二無水物もしくはその炭素数1〜
    5の低級アルコールとのエステルとフェニレンジアミン
    類とから得られた芳香族ポリイミドからなり、しかも引
    張強度が25〜100kg/mmで、ヤング率が20
    00〜6000kg/mmである高物性ポリイミド延
    伸成形体。
  2. 【請求項2】3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカ
    ルボン酸またはその酸二無水物もしくはその炭素数1〜
    5の低級アルコールとのエステルとフェニレンジアミン
    類とを、有機極性溶媒中で重合して得られたイミド化率
    が50%より小さい芳香族ポリアミック酸と、1〜50
    重量%の含有率の有機極性溶媒とからなる未延伸成形体
    を、80℃以下の延伸温度で1.2〜3.0倍に延伸
    し、次いで、その延伸成形体を150℃以上に加熱し、
    成形体を形成しているポリアミック酸をイミド化すると
    共に前記溶媒を除去することを特徴とする、引張強度が
    25〜100kg/mmで、ヤング率が2000〜6
    000kg/mmである高物性ポリイミド延伸成形体
    の製造法。
JP61057969A 1986-03-14 1986-03-14 高物性ポリイミド延伸成形体およびその製法 Expired - Lifetime JPH0655432B2 (ja)

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JPS61296034A (ja) * 1985-06-25 1986-12-26 Nitto Electric Ind Co Ltd ポリイミドフイルム
JPS6277921A (ja) * 1985-10-02 1987-04-10 Agency Of Ind Science & Technol 全芳香族コポリイミド一軸配向品

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