Structure-Property Relationship in Polyimides
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DOI：
10.5104/jiep.4.640
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发表时间：
2001-11
影响因子：
--
通讯作者：
Y. Imai
中科院分区：
文献类型：
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作者：
Y. Imai
一般に ,耐 熱性の高い高分子材料 とは,そ の高分子の軟 化温度(ガ ラス転移点Tg)や 溶融温度(融 点Tm)が 十分 に高 く,高 温まで軟化あるいは溶融 しないこと(物 理的耐 熱性)と,そ の高分子の熱分解開始温度Tdが 十分に高 く, 高温まで劣化 ・分解が起こらないこと(化 学的耐熱性)の 両方を満たす材料である。実用的見地か らの高分子材料の 耐熱性は,以 上の2つ の必要条件 を満たした上で,高 温で 長時間使用 しても機械特性や電気特性が変化 しないこと (長期耐熱性)と,高 温まで短時間諸特性が変化 しないこ と(短 期耐熱性)と いうように,温 度と時間の関数 として 表される。たとえば,電 気用品取締法に規定 されている電 気絶縁材料 の 「許容最高温度TMX」 は,材 料を4万 時問 (4年7カ 月弱)保 った場合 に,そ の引張強度や絶縁破壊 電圧などの特性が常温時の2分 の1に なる上限の温度を指 している。電気絶縁材料の耐熱区分 を表2に 示す。また, アメリカUnderwriters Laboratories社 の 「UL相 対温度指 数TUL」 は,10万 時間(11年5カ 月)の 特性評価 に耐え得 る温度と規定されてお り,こ れは最 も厳 しい長期耐熱性の 評価基準である。なお,物 理的耐熱性 を表す尺度には,そ の高分子に固有のTgやTmだ けではな く,よ り実用的な尺 度として,荷 重たわみ温度DT(角 棒状の試験片に一定の 荷重 をかけて温度を上げ,た わみが 一定値に達する温度で, 旧来の熱変形温度HDTに 近い)も 用いられる。 標準的なポリイミドとして広 く利用 されている表1の ポ リイ ミ ド1(「Kapton(R)」 ポ リイミ ド)は,Tgが お よそ 410°C の非晶性ポリイミドで,450°C(空 気中)ま では熱分 解せず,高 耐熱性の必要条件を十分に満足 してお り,ま た, その成型品 「Vespel(R)」(「Kapton(R)」と同 じ化学構造のポ リイミド)は,DTが360°C,TULが280°C であ り,そ のフィ ルム 「Kapton(R)」の耐熱寿命は空気 中では250°C で8年 で あって,こ のポリイミドが高度の長期耐熱性をもつ材料で あることを示 している。「高度の耐熱性」の中には,300°C あるいはそれ以上の高温に比較的短時問耐えうる材料 も含 まれる。たとえば,上 の 「Kapton(R)」ポリイミドフィルム の場合の耐熱寿命は,空 気中では275°C で1年,300°C で3 カ月,350°C で6日,400°C で12時 問であ り,不 活性雰囲気 下ではさらに耐熱温度が高 く,350°C で1年,400°C で2週 間,450°C で22時 間である。 本稿で述べる 「Kapton(R)」ポ リイ ミドを含めて実用化さ れているポリイミドの多 くは,電 気絶縁材料の耐熱区分 (表2)の 「220種」 ない しは 「250種」 に属 してお り, 220°C 以上の高温に長期間耐えうる高度の耐熱性 をもつ材 料である。ここで,非 晶性高分子材料(多 くのポリイミド が非晶性)の 耐熱温度をご く大ざっぱに比較 してみると,