JP5373307B2 - 軽量ポリイミド成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明者らは、ポリイミド発泡体を粉砕したポリイミド発泡体チップの加工成形方法を改良するために種々検討した結果、実質的に芳香族ポリイミドによって形成された発泡体チップを、バインダーを用いることなしに加圧成形及び加熱処理することによって、好適には密度が300〜1000kg/m3程度の軽量ポリイミド成形体を得ることができることを見出してこの発明に到達した。
したがって、本発明において発泡体チップを形成するポリイミドは、実質的に芳香族テトラカルボン酸類と芳香族ジアミンとで構成されて前記ガラス転移温度を有するものである。芳香族テトラカルボン酸類と芳香族ジアミン以外の少量成分を、例えば発泡成形時の可塑性を改良する目的で用いても構わない。得られるポリイミドのガラス転移温度が前記値以下にならないようにすることが重要である。前記少量成分を用いる場合には、テトラカルボン酸成分及びジアミン成分中、それぞれ独立に、10モル%程度以下、好ましくは5モル%以下、より好ましくは2モル%以下である。
ここでテトラカルボン酸類とは、テトラカルボン酸、そのエステル化物、その無水化物などのポリイミドを形成し得るテトラカルボン酸及びその誘導体を意味する。
成形性などを考慮して用いられる少量成分としては、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン類などのビス(ジカルボキシフェニル)テトラメチルジシロキサン類や、シクロペンタンテトラカルボン酸類、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、3−メチル−4−シクロヘキセン−1,2,4,5−テトラカルボン酸などのシクロヘキサンテトラカルボン酸類などの脂肪族テトラカルボン酸類が挙げられる。
成形性などを考慮して用いられる少量成分としては、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルシランのようなジアミノシロキサンや、イソホロンジアミン、ノルボルネンジアミン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタンなどの脂環式ジアミンや、ヘキサメチレンジアミン、ジアミノドデカンなどの脂肪族ジアミンを挙げることができる。
発泡した状態の発泡体は非常に脆いので、直ちにオーブンなどを用いて加熱するのが好適である。加熱は、200℃程度から徐々に昇温(一応の目安として、100℃/10分程度の昇温速度)して行うのが好適である。最終的にはポリイミドのガラス転移温度+α(10〜100℃位)の温度にて5〜60分間、好適には10分間程度加熱する。
以上の製造方法によって、密度が3〜20kg/m3であって、均一な発泡構造を有した、弾力性がありかつ復元力に優れたポリイミド発泡体を好適に得ることができる。
先ず金型内に所定量の発泡体チップを投入して加圧成形する。投入量は最終的な軽量ポリイミド成形体の体積と目的密度から算出される量である。これを例えばプレス機にて加圧成形し、発泡体チップが圧縮されてなる加圧成形体(グリーン体)を得る。加圧成形体の密度は、加圧成形後に起こるスプリングバックによる寸法の戻りを考慮しなければならないので、加圧成形時には、加圧成形体の(目的)密度に対し102〜120%好ましくは105〜110%の密度になるように成形圧力、金型寸法、発泡体チップの投入量を調節することが好ましい。このスプリングバックによって、空隙をなくし、より均一な状態の加圧成形体を得ることが容易になる。また、加圧成形工程で均一な密度の加圧成形体を得るためにチップの形状や寸法を前記のようにしておくことが好ましい。
加圧成形体の(目的)密度は、製品である軽量ポリイミド成形体の(目的)密度に対し好ましくは85〜115%より好ましくは90〜100%の密度に設定される。
この工程では特に加熱の必要はなく加圧成形体が金型から容易に取出せるなどの取り扱いができる程度に密に一体化される程度まで加圧成形されればよい。すなわち、加圧温度は100℃以下、好ましくは−10〜100℃、より好ましくは0〜50℃、更に好ましくは室温(15〜30℃程度)であり、いわゆる冷間加圧成形であることが好適である。
また、ポリイミド発泡体は容易に変形するので、十分に圧縮できる程度の圧力(通常200〜5000kg/cm2、好ましくは500〜2000kg/cm2)を加えることができるものであれば、特別な圧力条件は要求されない。加圧時間は、特に限定はないが1秒間から10分間程度の短時間が好ましく、短時間の加圧を複数回繰り返すことが好適である。
加熱処理の温度が低すぎる場合には、軽量ポリイミド成形体の機械的強度が低くなるので好ましくない。また、500℃よりも高温で加熱処理を行うとポリイミドの炭化が始まるので好ましくない。
本発明の軽量ポリイミド成形体の形状は、シート状、板状、半割のパイプ状、柱状、キューブ状、箱状などいずれの形状でも構わないが、成形のし易さから板状が特に好適である。これらの軽量ポリイミド成形体は、耐熱性や機械的物性などの優れた特性を有するので高温下で使用される断熱材やクッション材などとして好適に用いることができる。
(密度の測定)
ASTM D 3574 TEST Aに準拠して測定した。
(引張り強度の測定)
ASTM D 3574 TEST Eに準拠し、テンシロンUTM−100(株式会社オリエンテック製)を用いて測定した。
1m3のジャケット仕様の攪拌機付反応槽に、55.519kgの2,3,3',4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と15.201kgの3,3’,4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と139.7kgのメタノールとを仕込み、反応槽内を窒素置換した後、ジャケット内を90℃の温水を循環させて加熱し、反応液が90℃になってから90分間還流してエステル化反応を行った。その後、反応液を30℃以下まで冷却した後、反応液に25.052kgのp−フェニレンジアミンと0.628kgの1,3−ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンとを添加した。更に2.892kgの1,2-ジメチルイミダゾールを添加し、撹拌して反応液を均一な溶液にした。次いで、スプレードライヤーを使用し、前記反応液を乾燥温度が50℃以下となるように噴霧量を調整しながら乾燥して、発泡ポリイミド前駆体の乾燥粉を得た。次いで、この発泡ポリイミド前駆体乾燥粉の2kgを300mmφ×200mmtの型枠に充填し、プレス機で加圧してグリーン体を圧縮成形した。得られたグリーン体は300mmφ×15mmtの寸法であった。このグリーン体をマイクロ波照射装置に入れ、出力5kwで10分間マイクロ波を照射し、発泡ポリイミド前駆体発泡物を得、これを120℃に昇温されたオーブン中に投入し375℃まで、10℃/分の昇温速度で昇温した後、375℃で5分間保持し、その後室温まで冷却して発泡ポリイミドを得た。得られた発泡ポリイミドは緻密で均一な発泡であり、密度は7.5kg/m3あった。
参考例1で得られたポリイミド発泡体を解砕装置(解砕整粒機フィオーレ、株式会社寿工作所製)に投入して解砕した。前記解砕整粒機の概略の模式図を図1に示す。孔径30mmのスクリーンを通過した粒径が30mm以下のチップを、315×315×80mmのステンレス製金型に345g入れ、プレス装置(一軸式油圧成形機、東邦マシナリー株式会社製)を用いて圧力710kg/cm2で10秒間室温にて冷間成型して板状の加圧成形体を得た。この工程の概略の断面図を図2に示す。この加圧成形体の寸法は、315×315×7.5mmtであって、密度は460kg/m3であった。その加圧成形体を330×330×10mmのステンレス製平板2枚の間に厚み8mmのスペーサーとともに挟み、図3のようにボルトで四角を固定して、均一な厚みにし、熱風焼成炉(バッチ式焼成炉DF−200HS、株式会社二葉科学製)で400℃、3時間加熱処理して寸法が315×315×8.1mmtの軽量ポリイミド成形体を得た。この軽量ポリイミド成形体は、密度が430kg/m3であり、引張り強度が4.9MPaであった。
発泡体チップの量を482gとし、加圧成形体を製造する際の圧力を992kg/cm2に変えた以外は実施例1と同様にして寸法が315×315×8.1mmtの軽量ポリイミド成形体を得た。この軽量ポリイミド成形体は、密度が600kg/m3であり、引張り強度が6.2MPaであった。
発泡体チップ量を642gとし、成形圧力を1480kg/cm2とした以外は実施例1と同様にして寸法が315×315×8.1mmtの軽量ポリイミド成形体を得た。この軽量ポリイミド成形体は密度が800kg/m3であり、引張強度が8.3MPaであった。
参考例1で得られたポリイミド発泡体から厚みが96mmの板状発泡体を切り出し、これをステンレス製平板2枚の間にスペーサーとともに挟み、加熱プレス装置(一軸式油圧成形機、東邦マシナリー株式会社製)で、厚みが2mmになるように加圧し、400℃で30分間加熱処理した。得られた成形体は、密度が432kg/m3であり、引張り強度が4.0MPaであった。
比較例2と同様にして、密度が異なる成形体を得た。得られた成形体は、密度が603kg/m3であり、引張り強度が5.5MPaであった。
Claims (1)
- 芳香族ポリイミドによって形成された発泡体チップの所定量を金型内に入れて、バインダーを用いることなしに、100℃以下の温度で加圧成形して加圧成形体を得る工程と、前記加圧成形体を目的形状の金型内に入れて250〜500℃の温度で加熱処理する工程とを含むことを特徴とする密度が300〜1000kg/m3の軽量ポリイミド成形体の製造方法。
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