ポリイミド（PI）は、デュポン社が開発した高温エンジニアリングポリマーです。PIは、熱安定性（500℃以上）、機械的強度、耐薬品性において優れた組み合わせを示します。優れた誘電特性と低い熱膨張係数を有し、ジアミンと二無水物から構成されています。
ポリイミド（Polyimide、略称PIまたはP84）は、主鎖にイミド環（-CO-NR-CO）を含むポリマーの一種です。最も総合的な特性を持つ有機ポリマー材料の一つであり、適用温度範囲が広く、耐薬品性、強度が高いなどの利点があり、耐高温性は400℃以上に達します。長期使用温度範囲は-200～300℃で、一部部品には明らかな融点がなく、高い絶縁性能を有しています。誘電率は103Hzで4.0、誘電損失はわずか0.004～0.007です。F～Hクラスの絶縁材に属します。
ポリイミド繊維の紡糸方法は、湿式紡糸と乾式紡糸に分けられます。紡糸スラリーがポリイミドかポリアミック酸かによって、一段紡糸と二段紡糸があります。第一段階は、ポリアミック酸の濃縮溶液を湿式または乾式紡糸してポリアミック酸繊維を得ることです。第二段階は、第一段階を紡糸することです。ポリイミド繊維は、ポリアミック酸繊維を化学的に環化または熱的に環化させることによって得られるため、二段法と呼ばれています。ポリイミド繊維の二段紡糸は、ポリイミド繊維の開発以来、一般的に使用されている方法です。第一段階で繊維延伸処理を行うことも、第二段階でイミド化することもできます。繰り返し単位の化学構造によって異なります。
ポリイミドは、脂肪族ポリイミド、半芳香族ポリイミド、芳香族ポリイミドの3種類に分けられます。鎖間相互作用力の大きさによって、架橋型と非架橋型に分けられます。性能と合成における優れた特性により、構造材料としても機能性材料としても、ポリイミドの巨大な応用可能性は十分に認識されており、「問題解決者」として知られ、「ポリイミドがなければ、今日のマイクロエレクトロニクス技術は存在しなかっただろう」と考えられています。安定した物理的特性、極めて高い耐熱性、強力な機械的特性、優れた誘電特性、そして196℃から300℃までの耐薬品性により、PIは航空宇宙、自動車、消費財など幅広い分野で使用されています。
ポリイミド繊維の特性
ポリイミド (PI、P84) の特性 限界酸素指数 38、優れた耐放射線性、強度 3.8cN/dtex、伸び 32%、弾性率 35cN/dtex、密度 1.41g/cm、沸騰水および 250℃ 収縮はそれぞれ 0.5% 未満と 1% 未満です。
高強度、高弾性率のポリイミドは、耐高温性、耐寒性、耐放射線性、難燃性、無毒性を備え、優れた機械的性質、寸法安定性、化学的安定性、生体適合性を備えています。 滴り落ちず、火から離れると自己消火し、断熱性に優れています。ポリイミド繊維は紡糸性に優れています。ポリイミドは保温性、抗菌性、遠赤外線などの機能を兼ね備えています。ポリイミドは熱安定性に優れており、分解温度は一般的に500℃前後です。
ポリイミドは、-269℃の液体ヘリウム中でも脆くならないなど、極低温にも耐えることができ、450℃を超える温度でも極めて高い耐熱性を備えています。ポリイミドは有機溶剤に不溶性で、希酸に対しても安定しています。ポリイミドは誘電特性に優れ、誘電率は約3.4です。ポリイミドは自己消火性ポリマーで、発煙率が低いのが特徴です。熱膨張係数が低いため、熱膨張が小さく、寸法安定性に優れています。
ポリイミド繊維の応用
ポリイミド（PI、P84）の用途 ポリイミド繊維は、優れた耐高温性、耐薬品性、高強度を備えた高性能ポリマー材料です。その用途範囲は非常に広く、以下にポリイミド繊維の一般的な用途をいくつか示します。
1. 紡績・服装分野 ポリイミド繊維は紡糸性が良く、様々な特殊用途の織物に加工できます。耐高温・耐低温性、難燃性、液だれ防止、火から離すと自己消火、断熱性に優れているため、ポリイミド繊維断熱防護服は着心地が良く、肌への順応性も良く、永久的に難燃性があります。また、寸法安定性、安全性、長寿命にも優れています。他の繊維と比較して、熱伝導率が低いため、優れた断熱材でもあります。労働防護服に関して言えば、我が国の冶金部門は毎年5万セットの断熱性、通気性、柔らかさを兼ね備えた難燃性作業服を必要としており、水力、原子力、地質鉱業、石油化学、油田などの部門では毎年30万セットの防護服と約300トンの耐高温・難燃性特殊防護服繊維が必要です。
ポリイミド衣料用繊維は、世界の繊維産業における全く新しいタイプの繊維です。その優れた性能は、航空宇宙産業における新素材の需要から生まれました。保温性、抗菌性、そして天然遠赤外線などの機能を融合し、伝統を覆す、全く新しい衣料用生地素材です。極寒対策、保温性、抗菌性、遠赤外線ヘルスケアなどの機能性製品の製造に活用できます。
ポリイミド繊維製の不織布は、機甲部隊の防護服、防火レーシングスーツ、フライトスーツなどの耐火・難燃性衣類の製造に最適な繊維素材です。この種類のナノファイバー不織布は、軍服、医療衛生服、排泄服など、快適で暖かい機能服の製造にも使用できます。体臭を抑えるカジュアルウェア、生物化学兵器を防ぐ特殊服、医療健康保護服、高効率の煙防護マスクなどにも使用できます。P84ポリイミド繊維製のニードルパンチフェルトを軽量P84生地にキルティングし、消防士のジャケットの内側の断熱材として使用しています。P84の柔らかな手触り、耐熱性、不燃性は、防護服に使用される理由です。
P84ポリイミド繊維は、最適な保護性能と着心地の良さを主眼とした混紡素材として主に使用されています。主な混合相手は難燃性ビスコースとパラアラミドです。175g/m²からの生地目付け、様々な混紡比率、様々な構造により、それぞれの用途に最適な調整が可能です。これらの生地は、消防士、軍隊、産業用のスーツやジャケットのアウターシェルとして使用されています。試験により、燃焼後もほとんど発生せず、煙も最小限に抑えられ、有毒物質の生成や排出もないことが確認されています。
ポリイミド繊維は、消防服、防護服、手袋などの個人用保護具（PPE）に使用されています。ポリイミドP84繊維は、軽量でありながら優れた耐熱性を提供します。ポリイミドP84の独特な形状により、個人用保護具（PPE）は、有害な粒子に対する優れたバリア機能を発揮すると同時に、通気性を最大限に高め、完全な保護を実現します。ポリイミドP84繊維を使用した繊維は、高温や周囲の環境に耐えながら、皮膚の呼吸を可能にするという優れた能力を備えています。空気の流れをスムーズにすることで、体の自然な冷却システムをサポートし、過酷な温度環境で作業する消防士やその他の専門家の危険な熱ストレスの脅威を軽減します。
2. 航空宇宙分野：ポリイミド繊維は航空宇宙分野で重要な用途を有しており、航空機エンジン部品、宇宙船のケーシング、ロケットノズルなどの高温構造部品の製造に使用されています。優れた耐熱性と高い強度により、ポリイミド繊維は極めて高い温度と圧力に耐えながら、機械的特性の安定性を維持します。
3. 電子・電気分野：ポリイミド繊維は電子・電気分野でも広く利用されており、高温絶縁部品、コネクタ、回路基板などの製造に使用できます。ポリイミド繊維は優れた耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性を備えており、高温や化学物質による損傷から電子部品を効果的に保護します。
4. 自動車産業：ポリイミド繊維は自動車産業においても重要な用途を有しており、エンジンカバー、排気管、ブレーキシステムなどの自動車部品の製造に使用されています。ポリイミド繊維は優れた耐熱性と耐摩耗性を備えており、自動車部品の耐用年数と信頼性を向上させることができます。半導体および液晶パネル製造
5. エネルギーフィールド：ポリイミド繊維はエネルギー分野でも広く利用されており、高温燃料電池用電解質膜、太陽電池用透明導電膜、燃料電池用ガス拡散層などの製造に用いられています。ポリイミド繊維は優れた耐高温性と耐腐食性を備えており、エネルギー機器の効率と安定性を向上させることができます。
6. 医療分野：ポリイミド繊維は医療分野にも応用されており、人工血管、心臓弁、手術器具などに用いられています。ポリイミド繊維は優れた生体適合性と耐薬品性を備えており、患者への刺激や損傷を軽減し、手術の安全性と成功率を向上させることができます。上記の主要な応用分野に加え、ポリイミド繊維は高温センサー、耐火服、防護服など、他の特殊分野の材料製造にも用いられています。一般的に、ポリイミド繊維は高性能ポリマー材料として、幅広い応用展望と応用価値を有しています。
7. ポリイミドは無毒です食器や医療器具の製造に使用でき、何千回もの滅菌に耐えることができます。
8. セメント工場における高効率高温ガス洗浄用ろ材、廃棄物発電所における高温ろ過、火力発電所における高温ろ過、石炭ボイラーにおける高温ろ過、木材および汚泥焼却、製鉄所および鶏糞焼却における高温ろ過、
9. ポリイミドフィラメントはパッキングに使用され、高温や化学腐食に耐える工業用シーリング分野で使用されています。
10.高温ダストフィルター材料、電気絶縁材料、各種耐高温難燃性保護服、パラシュート、ハニカム構造およびヒートシール材料、複合材料の強化材、放射線防止材料などに使用されます。
11. 航空宇宙、フレキシブルプリント回路、自動車、ヒーター、バーコードラベル、感圧テープ、電気絶縁材、セキュリティ、PCBテンプレート、スピーカー部品、高密度電子相互接続、高温メカニカルシール、太陽光発電モジュールに使用されます。
