u.D.C.d78.占75:d21.315.dl占.9

ポリアミドイ ミドフィルムの特性Characteristics ofPolyamideimide Film

仲 野 義 男* 小 山 剛 司*Mineo Nakano TakesbiKoya皿a

杉 江 忠* 南 松 太 郎*TadasbiSugie Matsutar∂Minami

要 旨

ポリアミドイミド樹脂からなるポリアミドイミドフイルムを開発し,その一般特性およぴモデルコイルによ

る電気的性質について検討した｡

ポリアミドイミドフイルムは,240℃で20日間加熱しても引張或度や絶縁破壊電圧の低下がほとんど認めら

れず,広い温度範囲でも安定した誘電特性を示している｡

またモデルコイルによる試験から,従来のマイカ製品による絶縁層より,はるかに薄い絶縁層にすることも

可能であり,さらに耐放射線性,耐薬品性などもすぐれているので,同期検,誘導電動機,直流磯,変圧器な

どに使用され,電気工業や,原子力工業,宇宙開発などの用途が期待される｡

表1 ポリアミドイミドフイルムの物性

1.緒 日

長近,電気機器の小形軽量化あるいは高性能化に伴って,耐熱

性電気絶縁材料の進歩はめぎましく,その開発応用が盛んに行なわ

れている｡現在商業生産されている耐熱性フイルムとしてほ,

Dupon't社で開発されたポリイミドフイルム"カブトン”が知ら

れているが,このカプトソは空気中においては連続230℃,断続的

には400℃でも使用できるといわれている(1)｡

筆者らはポリイミドに近い化学構造をもち耐熱性にすぐれたポリ

アミドイミドを開発し,すでに紹介(2)したように,この樹脂をワイ

ヤエナメル(Hト400,Hト401),コイルワニス(Hト200)に応用し,

電気機器業界から高い評価を得ている｡

本稿は,前者に引き続きさらにポリアミドイミド樹脂のフイルム

化について検討した結果,耐熱性がすぐれたポリアミドイミドフイ

ルムを完成したので,その特性の一部を報告する｡

2.機械的性質

引張強度,伸び率,初期弾性率については,ASTM-D-638に準

じ,端裂抵抗についてはJISC-2318に基づいて測定した｡密度に関

しては,密度こう配管法により,押-へブタンー四塩化炭素系で25℃

の温度で測定した｡表1はその結果を示したものである｡

図1には,ポリアミドイミドフイルムの加熱時間と引張強度の関

係について測定した結果を示した｡試験片を180,200,220,240℃

に保った通風式定温乾燥器に入れ,6日ごとに試験片を取り出し,

ASTM-D-638に準じて引張強度を測定した｡また比較のため,ポ

リイミドフイルム,ポリエステルフィルム(ポリエチレンテレフタ

レートフイルム)についても同時に測定した｡

ポリアミドイミドフイルムの常温における引張強度はポリエステ

ルフィルム,ポリイミドフイルムに比べるとやや劣る｡また引張強

度の温度特性は,230℃の高温でほ3kg/mm2と室温の強度と比較

し,かなりの低下が認められた｡しかし,240℃の高温で20日加熱

しても初期の強度とはとんど変わりなく,熱劣化による強度の低下

率はきわめて少なく,ポリイミドフイルムの場合とほぼ同等である

ことがわかった｡

一方,ポリエステルフィルムは初期の引張強度は16kg/mm2で

あるが,200℃で1日間加熱すると著しく劣化し,強度測定が不可

能となった｡

*日立化成工業株式会社山崎工場

項 目 卜 温 度(℃) 単 位 孜q 定 値 測 定 法

密 度

引張強度

伸 び 率

初期弾性率

端裂抵抗

∩入U

6

52

32

32

g/cm3

kg/mm之

kg/mm2

kg/mm2

kg/mm2

kg/mm2

kg/mm2

〝ル%川〝カ〝〟%%

kg/mm2

kg/20mm幅

1.36

226

20

密度こう配管法

ASTM-D-638

ASTM-D-638

ASTM-D-638

JIS-D-638

ー八丁-

2

nU

8

亡U

･川q

2

(円∈一てぷ)蛍

雪宗一廿

ホ'リ7ミドイミ こ､■､フイルム

三"㌘小:｡｡宗240□C 220'c 2000C

6 12

加熱相聞(臼)

図1 加熱時間と引張強度の関係

20

3.電 気 特 性

ポリアミドイミドフイルムの電気特性をポリエステルフィルム,

ポリイミドフイルムと比較測定した｡体積抵抗率の測定には超絶縁

計を用い,DClOOVを印加して1分後の値から求めた｡誘電正接,

誘電率はシェーリングブリッジおよび広帯域誘電体積測定装置を用

いて測定された｡耐コロナ性の電圧時間特性はおmm径の平円板

電極を用い室温で測定された｡非破壊試験はIECの平行平板法に

準じ,毎分5ccの乾燥空気を流通し,1.5kHz,5kVで測定された｡

図2ほ体積抵抗率の温度特性を示したものである｡ポリアミドイ

ミドフイルムの常温における体積抵抗率はポリエステルフィルム,

ポリイミドフイルムと同様1.0×1015以上の値を示している｡しかし

高温においてはポリエステルフィルムよりもすぐれている｡すなわ

-67-

1132 昭和43年12月 日 立 評 論 第50巻 第12号

0

ハU

0

0

(∈U･望

掛ゴ当世車

10=

昏

騨

惜

ll

(芭

轢増柑悠

_.こ,_ポリイミドフイルム

ー･･･一-ポリアミドイミ】フイルム

ーゝ-ポ1+エステルフイルム

3.2 3.02.8 2.7 2.5 2.42.3 2.22.12.01.951.88

(1/Tメ103)

40 60 80100120140160180200220240260

温 度(OC)

図2 体積抵抗率と温度の関係

ーーーーポリアミドイミドフイルム

ーー=>-ポリイミドフイルム

･･心-ポリエステルフィルム

20 40 60 80100120140160180 200 220240260

さ温度(【C)

図3 誘電率と温度の関係

--tr････ポ【jアミドイミトつりしム

ーー○-ポリイミドフイルム

ー･-ポリエステルフィルム

20 40 60 80100120140160180 200 220 240 260

温 腔(OC)

図4 誘電正接と温度の関係

0斗0,2

0.1

亡ノQ

【∃

△～=20c/も1in

八

150 200 230 250260

温 度(Oc)

図5 ポリアミドイミドフイルムの損失正接

ち,220℃では1012凸･Cm以上であり,ポリイミドフイルムに近い

すぐれた高温特性を示している｡

一般に高分子の電気伝導の活性化エネルギーは,その構造によっ

て異なるが,熱可塑性樹脂とか架橋虔の比較的少ないものはイオン

伝導がしやすいことが知られている｡図2の結果から,各フイルム

の活性化エネルギーを求めると,温度範囲120～200℃で,ポリアミ

<UO

(N∈ル＼"声(空

路空身芸皿裔

E7′則的損失

△T=2亡C/′hin

且′

､‾‾､､､-叫一革∴ノ

/′､＼/′､､/ )

120 150 180 200 230 250260

温 度(¢C)

図6 ポリアミドイミドフイルムの動的弾性率と温度の関係

斗甜浩

一望

彗肖謀照

ーー=-ポリイミドフイルム

ーーーポリアミドイミドフイルム･･･････J-･･ポリエステルフィルム

測定温度25廿C

1 2 3 4 5

周波数log/(Hz)

国7 誘電率と周波数の関係

---こ-ごリイミドフイルム

･･一-･･ポリアミドイミドフイルム

ーーー･=･-でりエステルフイルム

測定温度25Dc

3 4

周波数10g/(Hz)

〇 6

図8 誘電正接と周波数の関係

ドイミドフイルムは26kcal/moleであり,ポリイミドフイルムの

27kcal/moleと大差ない｡いずれもポリエステルフィルムの100～

200℃で求めた35kcal/moleに比べて小さい値を示している｡

次に誘電特性の測定結果を図3～10に示した｡

図3,4からポリアミドイミドフイルムの誘電率および誘電正接

の温度特性は,ポリエステルフィルムに比べて安定しているといえ

るが,200℃以上の温度で誘電正接は急激に立ち上がっている｡こ

れは,図5,dに示す動的粘弾性の測定から求めたガラス転移点と

よく一致しており,主鎖の運動に基づく損失であると推定できる｡

図7,8は周波数と誘電率および誘電正接との関係であるが,広い

周波数範囲で変化が少ないことがわかる｡

図9,10はポリアミドイミドフイルムの誘電特性の温度あるいは

周波数との関係を示したものであるが,図には低温部に誘電率,誘

電正接の吸収がみられる｡

ポリイミドフイルムの誘電特性は,Amborski氏(3)によって報告

されており,それによるとポリアミドイミドと同じ領域に吸収が現

われている｡この吸収は,Reddish氏(4)や中島民ら(5)(6)がポリエチ

レンテレフクレートフイルムで観測した低温部末端OH基の吸収

に類似している｡ポリアミドイミドフイルムは,カルポニルまたは

アミドのような強い双極子をもっているので,これらの双極子によ

る吸収と推定される｡

次に絶縁破壊電圧の温度特性と熱劣化特性をそれぞれ図11,12に

示す｡これによると,温度特性は220℃まで安定しており,熱劣イヒ

-68-

ポ リ ア ミ ド イ ミ ド フ イ ル ム の 特 性 1133

5.0

4.8

4.6

4.4

鮮

固4･2

幣4.0

3.8

3.6

3.4

30

60

110

103104

105

Y-X

×(x､

数字は周波数りiz)

ー60 -50【40 -30 -20 -100 10 20 30

址 比(二C)

囲9 誘電率と温度の関係(低温部)

2.0

1.8

貢1･6

彗1･4

ヒ1.2

仁一宮

モ竺1.0

0.8

0,6

0.4

0.2

6

ぎ_J ⊃

(二モ>ヰ}

蛙譜繋留語慧

30

60

110103

＼x

10110き

＼

紋二}:r土爪jざ失敗(Hz)

60-50 -40 -3リ ー20 -10 0 10 20 30

溢Jlと(つCl

図10 誘電正接と温度の関係(低温部)

7ミドイミ｢7イ/レムイミトフィルム

ニ∴テルフィハム

20 4〔)60 8010012014016qlSu2りり220240260280

ff,.1J･と しOC)

図11絶縁破壊電圧と温度の関係

一一こ〉-180つC

一汁200ユC

････････-･･･220dC

一一くトー240コC

12

加熱‖引告】(口

20

図12 絶縁破壊電圧と加熱時間の関係

も引張強度と同様にほとんど低下せず,H種絶縁材料としてじゅう

ぷんな特性を示している｡

プラスチックフィルムを高圧株券絶縁に使用する場合には,耐コ

ロナ性が問題となる｡図13,14はポリアミドイミドフイルム,ポリ

イミドフイルム,ポリエステルフィルムの電圧時間特性および放電

電荷量を重量減少の関係で示したものである｡

ポリアミドイミドフイルムはポリイミドフイルムと同等で,ポリ

エステルフィルムよりすぐれていることがわかる｡しかしマイカテ

三モ>ヱ

出田ヨE

(址∈)

綿

実

100

000

0

0

6

一ルー

(芭掻令駕蛸博

02

京 3

丁ミドイ ミトフィルム

イミト‾フイルムエフ､テルフイルム

10 102 1〔)J

(s)

囲13 電圧と破壊時間の関係

イ ミドフイルム

アミトイミト■フイルム

エフこ7'ル7 rノしム

1U4

払昧空気柘分5cc淡泊

20 40 60 80 100 120 140

コロナ放芯E荷違(ク【ロン)

囲14 コロナ放電電荷量と減量の関係

若付

-

1･式ぎ

△J=5∂cメIjn

100 200 300 400 500 600

温 度(凸C)

図15 空気中における加熱減量と示差熱曲線

一一=-180ウC.---×-2008c

･･･一･-･220一(二一っ一2400C

6 12

加熱柑‡妄】(H)

図16 加熱時間と重量減少率との関係

20

ープに比べるといずれも耐コロナ性が劣るため,高圧機器に使用す

るには,ワニスその他の絶縁構成を含めた検討が必要である｡

4.熱 的 性 質

ポリアミドイミドフイルムの耐熱性を,熱天びんおよび示差熱分

析で検討した｡その結果を示したのが図15である｡

重量減少は300℃まではほとんど認められず,400℃でも数%で

ある｡一方,示差熱分析でも,300℃までではほとんど変化が認め

られず,300℃から徐々に酸化による発熱反応が始まり,500℃付近

で急激に分解することがわかる｡

また図1るはポリアミドイミドフイルムを1鮒,200,220,240℃

の各温度の空気中で加熱した場合の重量減少率と加熱日数との関係

を示したものである｡固からわかるように240℃の高温で,20日間

-69-

1134 昭和43年12月 論評立 第50巻 第12号

表2 耐薬 品 果結験試性

薬仁J

ロロ 外 観

ダ酸酸

ソ

ソ

ル酸

ト

トユー

性硫塩

ノ酢

カ

セルタ

〝〝”ろ%

%

202520

7

トエ50

潤し

し

し

し

し

し

な

な

な

な

な

な

状状状状状状

膨異異臭異異異

表3 耐油性試験結果

特 不燃油中密閉加熱後トシリコーン油中密閉加熱後

引張強度(kg/皿皿2)

伸び率(%)

14.7

13.5

180℃

14.7

8.8

215℃

14.3

5.8

250℃】180℃

烹葛烹215℃

14.4

10.5

250℃

14.4

9.0

加熱しても重量減少率はわずか2%であり,すぐれた耐熱性を示し

ている｡

5.耐 薬 品 性

ポリアミドイミドフイルムを100×100mmの大きさに切断した

ものを試料とし,常温で種々の薬液に浸潰し,フイルムの外観変化

を観測したその結果を示したものが表2である｡

20%のカ性ソーダ以外は3個月浸潰しても外観の異常は認められ

なかった｡また不燃油(三塩化ジフェニル)中とシリコーン油(信越

化学製KF-50)中で180,215,250℃の各温度で10日間密閉加熱

した場合の機械特性の変化を測定した｡

表3はその結果を示したものである｡引張強度にはほとんど変化

は認められないが,伸びはやや減少することがわかった｡

d.耐放射線性

厚さ1ミルのポリアミドイミドフイルムを試料とし,線源にコ/ミ

ルト60を用い,線量率5×106rad/hで空気中25℃の条件下で照射

し,照射後の引張強度,伸び率の変化を測定した｡その結果を示し

たのが図17,18である｡

1,000時間,照射後もフイルムの外観には異常が認められず,また

引張強度もほとんど低下しないが,伸びはやや減少することがわか

った｡しかし赤外吸収スペクトルから化学構造上には,大きな変化が認められなかった｡

7.モデルコイル試験

ポリアミドイミドフイルムの電気特性をモデルコイルにして試験

した｡コイルの絶縁仕様はアルミの角棒に厚さ2ミルのポリアミド

イミドフイルムを半掛3[司巻き,その上に厚さ0.13mmのガラステ

ープを1回巻いたコイルを作成し,エポキシ樹脂ワニスを真空含浸

して,加圧加熱硬化したものである｡

このモデルコイルを用いて,絶縁破壊電圧,誘電正接の温度特性

および誘電正接の電圧特性を測定した｡図】9,20はその結果を示し

たものである｡ポリアミドイミドフイルムの誘電正接の温度特性は,

180℃まで安定した特性を示しており,誘電正接の温度特性は高電

圧になるにつれて,やや立ち上がる｡

また,絶縁破壊電圧は,電極幅50mmで28.6kVであった｡

以上の結果から,ポリアミドイミドフイルムを商業材材料として

使用することによって,従来のガラステープやガラスマイカテープ

より絶縁層を30～50%薄くすることができる可能性がある｡

8.綽 口

耐熱性高分子として注目されているポリアミドイミド樹脂からな

(N∈卓､葺

如二課〔こ空p

(ミ

叫耳ノ+童

(芭

彗]二一品㍑

線_王1坪∵5×106rad/h

0･100 200 300 400 500 600 700 800 9001,000

照射線道(トIrad)

国17 照射量と引東強度の関係

線量率5XlO6rad/h

100 200 300 400 500 600 700 800 9001,000

fl瑚†稚_らた(1′lrad)

図18 照射量と伸び率の関係

試験ノiに庄1kV

0 20 40 60 8U lOO120140160180 200

温†空(Oc)

図19 モデルコイルによる誘電正接と温度の関係

(Ⅶ巴糊付肖諾慧

2 3 4

印加屯圧(kV)

図20 モデルコイルによる誘電正接と電圧の関係

る絶縁フイルムを製品化した｡

このポリアミドイミドフイルムはポリイミドフイルムとほぼ同等

のすぐれた耐熱性,機械特性,電気的特性を有している｡なお耐放

射線性にもすぐれているので,H種絶縁材料としてじゅうぶん使用

できるものであり,同期枚,誘導電動機,直流棟,変圧器,電子機

器,放射線用椀器や航空楼,宇宙器機材料への応用が期待される｡

終わりに臨み,本研究について多大のご援助を受けた日立製作所

日立工場,日立研究所の関係各位に厚く感謝する次第である｡

参 鳶 文 献

1

2

3

4

5

6

ー70-

林:エ業材料14,(7)36(1966)

仲野はか:日立評論48,312(昭41-2)

L･E.Amborski:Ⅰ&EC2,(3)189(1963)Reddisb:Transfarady Soc.4`,459(1950)

中島ほか:電試彙2l,161(昭32)

中島ほか:電気試験所研究報告647(昭39)