JPS62132960A

JPS62132960A - ポリイミド樹脂成形体

Info

Publication number: JPS62132960A
Application number: JP60274614A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Takabayashi; 誠一郎高林; Ken Kuramoto; 倉本　憲
Original assignee: YOUBEA LE-RON KOGYO KK; Ube Industries Ltd
Current assignee: YOUBEA LE-RON KOGYO KK; Ube Corp
Priority date: 1985-12-06
Filing date: 1985-12-06
Publication date: 1987-06-16

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〕本発明は、ポリイミド樹脂成形体、詳しくは、芳香族ポ
リイミド樹脂粉末に、特定の無機質繊維状充填材及び特
定の固体潤滑剤をそれぞれ特定量添加してなるポリイミ
ド樹脂組成物を、加熱・圧縮成形することによって得ら
れる、機械的強度、摩擦摩耗特性及び機械的加工性等の
優れたポリイミド樹脂成形体に関するもので、本発明の
ポリイミド樹脂成形体は、特に高温下や高速・高荷重下
の摺動等の厳しい使用条件下に用いられる機能部品の形
成材として好適に用いられる。

〔従来の技術〕

最近の先端産業分野においては、既存材料では十分対応
できず、新しい高性能の機能材料が求められつつある。

耐熱性に優れた芳香族ポリイミドは、産業上の高度な要
求に応える材料の一つとして、近年、電子部品、複写機
、電子レンジ、自動車、産業機器、航空機、原子力機器
等の分野に注目され、採用されている。芳香族ポリイミ
ドはその耐熱性を生かし、高温度、高摺動等の厳しい使
用条件下での用途に向けられるものが多く、従来では金
属やセラミックの領域と考えられていた用途において、
芳香族ポリイミドを樹脂の主要成分とする配合物が、そ
の耐熱性、強靭性、耐摩耗性、加工性、耐放射線性等の
特性を生かして使用されつつある。これらの厳しい使用
条件下での用途に使用される芳香族ポリイミドは、一般
に、各種の充填材や補強材と組合せ、要求性能にマツチ
する機能複合材にして利用されている０例えば、摩擦摩
耗性を改良する上記充填材としてグラファイト、ポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦ　Ｅ）　、Ｍｏ５２、ブ
ロンズ等が知られ、また上記補強材としてガラス繊維、
炭素繊維が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕しかし、芳香族ポリイミドとガラス繊維や炭素繊維との
複合は補強効果が顕著である反面、摩擦摩耗に関し摺動
中に複合材自身の摩耗を促進し、早く摩耗する欠点が知
られている。また、摺動性改良充填材としてのグラファ
イト、ＰＴＦＥの芳香族ポリイミドへの添加は値かに摺
動性を向上させるが、その機械的強さの低下を避けられ
ず、また実用に際し、部品への穴あけ加工や削り加工等
の所謂工作機械による加工中に極めて破損し易い欠点が
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、上述の現状に鑑み、芳香族ポリイミド樹
脂の耐熱性を生かし、高温下や高速・高荷重下の摺動等
の厳しい使用条件下に耐える高度な機能部品を提供する
ことを目的として検討した結果、芳香族ポリイミド樹脂
粉末に、特定の無機質繊維状充填材及び特定の固体潤滑
剤をそれぞれ特定量添加したポリイミド樹脂組成物を、
加熱・圧縮成形することにより、上記目的を達成し得る
成形体が得られることを知見した。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、芳香族ポ
リイミド用脂粉末３５〜８５重量％、平均繊維径０．１
〜１５μｍ且つアスペクト比１０〜１００の無機質繊維
状充填材１０〜４０重量％、及び平均粒径１〜３０μｍ
の固体潤滑剤５〜２５重量％からなるポリイミド樹脂組
成物を、加熱・圧縮成形することによって得られたポリ
イミド樹脂成形体を提供するものである。

本発明で用いられる前記ポリイミド樹脂組成物を構成す
る芳香族ポリイミド樹脂粉末は、芳香族テトラカルボン
酸又はその酸二無水物等のテトラカルボン酸成分と、芳
香族ジアミン成分とから重合及びイミド化によって得ら
れる耐熱性の芳香族ポリイミド重合体からなる粉末、ま
たはそれらの２種以上の混合粉末であって、好ましくは
平均粒径が１〜４０μｍ１特に２〜２０μｍのものであ
る。

前記の芳香族テトラカルボン酸成分としては、ピロメリ
ット酸、３．３’、４．４’−ビフェニルテトラカルボ
ン酸、２．３．３’、４°−ビフェニルテトラカルボン
酸、３．３’　、４．４°−ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸、ビス（３１４−ジカルボキシフェニル）エーテ
ル、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）チオエーテ
ル、ビス（３１４−ジカルボキシフェニル）メタン、２
．２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン
等の芳香族テトラカルボン酸、又はそれらの酸の二無水
物、或いは前記の化合物の混合物等を挙げることができ
、特に、本発明では、ビフェニルテトラカルボン酸を主
成分（約５０モル％以上含有、特に７０モル％以上含有
）とするテトラカルボン酸成分を使用することが、得ら
れ為芳香族ポリイミド樹脂粉末の成形性或いは成形体の
物性等の点から好適である。

前記の芳香族ジアミン成分としては、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
チオエーテル、４．４’−ジアミノジフェニルメタン、
４．４゛−ジアミノベンゾフェノン、０−、ト又はｐ−
フェニレンジアミン等、或いはそれらの混合物を挙げる
ことができ、特に、本発明では、４゜４′−ジアミノジ
フェニルエーテルを主成分とする（例えば、約４０モル
％以上含有、特に５０モル％以上含有、さらに好ましく
は７０モル％以上含有する）芳香族ジアミン成分を使用
することが好適である。

前記の芳香族ポリイミド樹脂粉末は、その製造方法に特
に限定されるものではなく、例えば、前述のテトラカル
ボン酸成分と芳香族ジアミン成分とを、大略等モル使用
して、有機極性溶媒中で高い重合温度で重合及びイミド
化して、高分子量の芳香族ポリイミド樹脂粉末として析
出させるか、或いは前記の両成分を有機極性溶媒中で比
較的低温で重合して高分子量の芳香族ポリアミック酸を
生成し、その重合液にポリアミック酸不溶性の溶媒を添
加し、芳香族ポリアミック酸粉末を析出させて、その粉
末を加熱してイミド化（ポリアミック酸の酸−アミド結
合の脱水反応によるイミド環化）し、芳香族ポリイミド
樹脂粉末を製造する方法などによって製造される。

また、本発明で用いられる前記ポリイミド樹脂組成物を
構成する無機質繊維状充填材としては、ガラス繊維、炭
素繊維、チタン酸カリウムウィスカー、セラミック繊維
（例えば、珪灰石繊維、ＳｉＣウィスカー、Ｓｉ３Ｎ４
ウィスカー等）、ボロン繊維、金属繊維（例えば、ステ
ンレス繊維、黄銅繊維、アルミ繊維等）等を挙げること
ができ、これらから、平均繊維径０．１〜１５μｍ、好
ましくは０．２〜１５．ｕｍ且つアスペクト比１０〜１
００、好ましくは１５〜８０のものを一種又は二種以上
を適宜選択して用いられる。

上記無機質繊維状充填材は、芳香族ポリアミド繊維のよ
うな有機繊維と比べてポリイミド粉末中への均一分散が
容易で且つミクロ補強性及び切削性さらには表面平滑性
に優れている。

上記無機質繊維状充填材の平均繊維径が１５μｍを超え
ると、表面平滑性が悪くなり、またアスペクト比が１０
０を超えると、均一分散が極めて困難であり、摩擦摩耗
特性に支障をきたし、品質低下を招く、また、平均繊維
径が０．１μｍ未満であると、繊維間の凝集が起こり均
一分散が困難となり、またアスペクト比が１０未満であ
ると、補強効果がなく、成形体の切削加工時に欠けが生
じ易く、機械加工性が改善されない。

また、本発明で用いられる前記ポリイミド樹脂組成物を
構成する固体潤滑剤としては、フッ素樹脂粉末、二硫化
モリブデン、二硫化タングステン、黒鉛、タルク、酸化
鉛、フッ化黒鉛、カーボン、マイカ、窒化ホウ素、鉛粉
末、銅粉末、青銅粉末、銀粉末等を挙げることができ、
これらから、平均粒径１〜３０μｍ、好ましくは３〜２
０μｍのものを一種又は二種以上を適宜選択して用いら
れる。

上記固体潤滑剤の平均粒径が３０μｍを超えると、表面
平滑性の面で問題があり、また１μｍ未満であると、細
か過ぎて樹脂間の合着が悪くなり、摩耗を促進させる。

本発明のポリイミド樹脂成形体は、前記芳香族ポリイミ
ド樹脂粉末３５〜８５重量％、好ましくは４０〜８０重
量％、前記無機質繊維状充填材１０〜４０重量％、好ま
しくは１５〜４０重量％、及び前記固体潤滑剤５〜２５
重量％、好ましくは５〜２０重量％を、従来公知の方法
、例えば、タンブラ−ミキサー、ヘンシェルミキサー等
の混合機によって乾式混合する方法等の方法によって混
合してなるポリイミド樹脂組成物を、圧縮成形機等を用
い、加熱及び加圧下に、線状、棒状、板状、シート状、
その他の任意の形状に成形したもので、前記無機質繊維
状充填材の配合比率が１０重量％未満であると、満足す
る補強効果が得られず、４０重量％超であると、表面平
滑性が得られない。

また、前記固体潤滑剤の配合比率が５重量％未満である
と、要求される摺動特性が得られず、２５重量％超であ
ると、表面平滑性及び摩擦摩耗特性に支障を来す。

本発明における、前記ポリイミド樹脂組成物の加熱・圧
縮成形は、例えば、圧縮成形機としてラム式押出し成形
機を用いた場合には、２５０℃以上、好ましくは３００
℃〜５００℃の成形温度下に、前記ポリイミド樹脂組成
物の金型への充填と、ラムによる１　００〜１５００Ｋ
ｇ／ａＪ、好ましくは１５０〜１０００Ｋｇ／ｃｄ、特
に好ましくは１５０〜７００　Ｋｇ／　ｃｊの圧力下で
の前記ポリイミド樹脂組成物の金型への押出しく押し込
み・圧縮）とを交互に行い、前記ポリイミド樹脂組成物
を金型内で加熱ｖ！！着させながら、長尺の成形体をし
だいに押出すことによって行うことができる。

本発明のポリイミド樹脂成形体は、前記ポリイミド樹脂
組成物を、加熱・圧縮成形することにより得られるもの
で、実用的性能面では摩擦、摩耗に極めて優れ、これま
での単に摺動性改良材を充填した樹脂組成物からなる成
形体では到達できない極めてハイレベルの摺動特性を示
す。本発明のポリイミド樹脂成形体のさらに重要な効果
は、寸法精度の要求される精密部品や複雑な形状にする
ため工作機械により切削加工仕上げする場合、極めてス
ムースに加工できることである。各種の補強繊維や各種
の摺動性改良材を単独に使用したものでは十分な機械加
工性が発現せず、本発明で限定する前記無機質繊維状充
填材と前記固体潤滑剤の組合せ及びその前記配合比率か
らなるポリイミド樹脂組成物を加熱・圧縮成形すること
により始めて上記緒特性のバランスがとれた高性能の成
形体を得ることができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を比較例と共に挙げ、本発明をさ
らに詳細に説明する。

実施例１〜５及び比較例１〜５３．３°、４，４°　−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物と４，４”　−ジアミノジフェニルエーテルとを
重合およびイミド化して得られた芳香族ポリイミド粉末
を用い、下記第１表に示す配合割合によりそれぞれ各原
料をヘンシェルミキサーを用いて充分混合した後、圧縮
成形機を用いて圧力３００　Ｋｇ／ｃ＋Ｊ、温度３７０
℃の条件下でシートをそれぞれ成形した。上記シートを
機械加工することによって得られた試験片それぞれにつ
いて、機械的性質（曲げ強度、曲げ弾性率）、摩擦摩耗
特性（摩擦係数、摩耗量）、及び機械加工性を測定した
。その結果を下記第２表に示す。

＊５：クレハ化学■製　クレカチョソプト１０１Ｓ（平
均繊維径１４．５μｍ、アスペクト比１０〜３０）＊６：クレハ化学■製　クレカチョップＣ−１０６３（
平均繊維径１４．５μｍ、アスペクト比２００〜５００
）＊７：旭ファイバーグラス社製　ＭＦＡ　（平均繊維径
１）μｍ、アスペクト比１０〜１５）＊８：ダウコーニ
ング社製　モリコートＺ（平均粒径４．５μｍ）＊９：ダウコーニング社製　モリコートマイクロサイズ
（平均粒径０．７μｍ）＊１０：日本黒鉛工業■製　ＡＣＰ　（平均粒径１３μ
ｍ）＊１）：喜多村社製　ＫＴＬ６１０　（平均粒径９μｍ
）第２表＊　１　：　ＡＳＴＭ　Ｄ−７９０に準じて測定した。

＊　２　：　ＡＳＴＭ　Ｄ−７９０に準じて測定した。

＊３：鉛末式摩擦試験機を用いて下記の条件下に測定し
た。

速度１０ｍ／分、ｐｖ値１００Ｋｇ／Ｃ１）！・ｌｌ１
）分、雰囲気　ドライ、　相手材　ＳＵＪ　２＊４：鉛
末式摩擦試験機を用いて下記の条件下に測定した。

速度１２８ｍ／分、Ｐ　ｖ４ａ　１００Ｋｇ／ｃｍ”−
ｍ／分、雰囲気　ドライ、　相手材　５ＵＪ２＊５：旋盤によるねじ切り加工を行い、その加工性を評
価した。

○・・・仕上がりよ（切削できる。

Δ・・・切削中に部分的に欠ける。

×・・・ねじ状切削ができない。

上記第２表に示す結果から次のことが明らかである。

本発明のポリイミド樹脂成形体（実施例１〜５で得られ
たシート）は、何れも均衡のとれた機械的強度を有し、
摺動特性と機械加工性の両面で極めて優れているもので
ある。

これに対し、無機質繊維状充填材の添加量が本発明の限
定範囲外であるポリイミド樹脂組成物により成形された
シート（比較例１及び３）は、何れも機械加工性が悪い
ものであった。固体潤滑剤を配合していないポリイミド
樹脂組成物により成形されたシート（比較例２）は、特
に摩擦係数が高いものであった。また、アスペクト比が
本発明の限定範囲外である無機質繊維状充填材を配合し
たポリイミド樹脂組成物により成形されたシート（比較
例４）は、摩擦係数が高く、機械加工性も改善されてい
ないものであった。さらに、平均粒径が本発明の限定範
囲より細かい固体潤滑剤を配合したポリイミド樹脂組成
物により成形されたシート（比較例５）は、機械加工性
が改善されているが、耐摩耗性が非常に悪いため、摺動
材として使用することができないものであった。

〔発明の効果〕

本発明のポリイミド樹脂成形体は、機械的強度、摩擦摩
耗特性及び機械的加工性等の優れたもので、特に高温下
や高速・高荷重下の摺動等の厳しい使用条件下に用いら
れる機能部品の形成材として好適に用いられる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）芳香族ポリイミド樹脂粉末３５〜８５重量％、平
均繊維径０．１〜１５μｍ且つアスペクト比１０〜１０
０の無機質繊維状充填材１０〜４０重量％、及び平均粒
径１〜３０μｍの固体潤滑剤５〜２５重量％からなるポ
リイミド樹脂組成物を、加熱・圧縮成形することによっ
て得られたポリイミド樹脂成形体。
（２）無機質繊維状充填材が、ガラス繊維、炭素繊維、
チタン酸カリウムウイスカー、セラミック繊維、ボロン
繊維、及び金属繊維からなる群から選ばれる一種又は二
種以上である特許請求の範囲第（１）項記載のポリイミ
ド樹脂成形体。
（３）固体潤滑剤が、フッ素樹脂粉末、二硫化モリブデ
ン、二硫化タングステン、黒鉛、タルク、酸化鉛、フッ
化黒鉛、カーボン、マイカ、窒化ホウ素、鉛粉末、銅粉
末、青銅粉末、及び銀粉末からなる群から選ばれる一種
又は二種以上である特許請求の範囲第（１）項記載のポ
リイミド樹脂成形体。