(57)【要約】  防火障壁保護材を設ける方法は、柔軟な黒鉛化ポリマーシートを含む防火障壁システムを構造体に設ける工程を含む。さらに、構造体に設置された防火障壁システムが、説明（記述）されている。
2011517968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）柔軟な黒鉛化ポリマーシートを含む防火障壁システムを調製する工程、および
（ｂ）前記防火障壁システムを構造体に設ける工程
を含む、防火障壁保護材を構造体に設ける方法。
【請求項２】
前記システムは、感圧性の接着層または粘着層が形成された、黒鉛化ポリマーシートを有する自己接着性構造を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記システムは、断熱袋の側面に設けられた、黒鉛化ポリマーシートを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記システムは、断熱材料を内部に含むための積層体を含んでおり、
前記積層体は、層の１つとして、柔軟な黒鉛化ポリマーシートを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記システムは、断熱ブランケットを含んでおり、
前記断熱ブランケットが、該断熱ブランケットの層の１つとして、柔軟な黒鉛化ポリマーシートを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記システムは、積層構造を含んでおり、
前記積層構造が、発泡体の層および防火障壁層を含んでおり、
前記防火障壁層が、柔軟な黒鉛化ポリマーシートである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記システムは、積層構造を含んでおり、
前記積層構造が、無機繊維の層および防火障壁層を含んでおり、
前記防火障壁層が、柔軟な黒鉛化ポリマーシートである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記システムは、積層構造を含んでおり、
前記積層構造が、有機繊維の層および防火障壁層を含んでおり、
前記防火障壁層が、柔軟な黒鉛化ポリマーシートである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記システムは、積層構造を含んでおり、
前記積層構造が、プラスチックの層および防火障壁層を含んでおり、
前記防火障壁層が、柔軟な黒鉛化ポリマーシートである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記プラスチックの層が、繊維によって補強されたプラスチックの層である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プラスチックの層が、炭素繊維によって補強されたプラスチックの層であり、
前記防火障壁層が、柔軟な黒鉛化ポリマーシートである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記システムは、積層構造を含んでおり、
前記積層構造が、金属シートの層および防火障壁層を含んでおり、
前記防火障壁層が、柔軟な黒鉛化ポリマーシートである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記システムは、積層構造を含んでおり、
前記積層構造が、断熱紙の層および防火障壁層を含んでおり、
前記防火障壁層が、柔軟な黒鉛化ポリマーシートである、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
構造体に設けられる防火障壁システムであって、前記防火障壁システムは、柔軟な黒鉛化ポリマーシートを含む。
【請求項１５】
前記黒鉛化ポリマーシートは、
平面方向における熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であり、
厚み方向における熱伝導率が１〜２０Ｗ／ｍＫであり、かつ
厚み方向における熱伝導率に対する平面方向における熱伝導率の比率が２０以上である、
請求項１に記載の方法または構造体に設けられるシステム。
【請求項１６】
前記黒鉛化ポリマーシートは、ピクチャーフレーム試験において、試験開始後６分にて、３．４Ｗ／ｃｍ２（３．０ＢＴＵ／ｆｔ２・ｓ）以下のヒートフラックスおよび３００℃（５２７Ｆ）以下の温度を示す、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項１７】
前記黒鉛化ポリマーシートは、バーンスルー試験において、試験開始後６分にて、３．４Ｗ／ｃｍ２（３．０ＢＴＵ／ｆｔ２・ｓ）以下のヒートフラックスを示す、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項１８】
前記黒鉛化ポリマーシートは、ピクチャーフレーム試験において、試験開始後６分にて、黒鉛の背面側で、８．０Ｗ／ｃｍ２以下のヒートフラックスを示す、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項１９】
前記黒鉛化ポリマーシートは、ピクチャーフレーム試験において、試験開始後６分にて、黒鉛の背面側で、８００℃以下の温度を示す、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２０】
前記黒鉛化ポリマーシートのＭＩＴが、１０００回以上である、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２１】
前記黒鉛化ポリマーシートの吸水率が、１％以下である、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２２】
前記黒鉛化ポリマーシートの気体透過率が、１００．０×１０６ｃｃ／ｍ２・日以下である、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２３】
前記黒鉛化ポリマーシートは、約２０〜２５０ｇ／ｓｑｍの重量を有している、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２４】
前記黒鉛化ポリマーシートの電気伝導率が、１００００ｓ／ｃｍ以上である、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２５】
前記黒鉛化ポリマーシートは、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリイミド、ポリアミド、ポリフェニレンベンゾイミダゾール、ポリチアゾール、ポリパラフェニレンビニレン、ポリ（ｐ−フェニレンイソフタルアミド）、ポリ（ｍ−フェニレンベンゾイミダゾール）、およびポリ（フェニレンベンゾビスイミダゾール）からなる群より選ばれるポリマーから調製されたものである、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２６】
前記黒鉛化ポリマーシートは、ポリイミドポリマーから調製されたものである、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２７】
前記黒鉛化ポリマーシートは、難燃性の接着材料または粘着材料によって、基板またはシステム部材に接着されている、請求項１に記載の方法または請求項１５に記載の構造体に設けられるシステム。
【請求項２８】
防火障壁保護材を実現する、柔軟な黒鉛化ポリマーシートの利用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防火障壁保護材に関する。さらに具体的には、本発明は、黒鉛化シートを含む防火障壁保護材に関する。
【背景技術】
【０００２】
防火障壁用として用いられる積層体シート材料は、米国特許第６，６７０，２９０号明細書に開示されている。その積層体は、重合体材料からなる第１層および非金属繊維からなる第２層を備えている（要約を参照）。例えば、積層体がコーティングされたバーミキュライト、およびその上にコーティングされた、金属酸化物を有する紙を備えている場合には、第２層は、商品「NEXTEL Flame Stopping Dot Paper」を３Ｍカンパニーから入手できる（第１７欄（column）５０〜５５行目を参照）。
【０００３】
天然の黒鉛から調製された、柔軟な（弾力性のある）黒鉛は、化学的に不活性であり、かつ特有の電気伝導性および熱伝導性を有しているため、産業用、工業用および家庭用の様々な用途に用いられる周知の材料である。それは、パッキンまたは自動車エンジンのシーリング材料、配管のフランジおよびベッセルの接合、並びに壁または床の耐火カバーとして、特有の用途を有している（米国特許第６，２４５，４００号明細書を参照）。
【０００４】
発泡性（膨張性）黒鉛粒子の製造方法は、米国特許第３，４０４，０６１号明細書に開示されている。その黒鉛フレークは、例えば、硝酸と硫酸との混合物等の酸化剤を含む溶液中に分散することによってインターカレートされる。高温での露出（照射）によって、インターカレートされた黒鉛粒子は、ｃ方向、すなわち、黒鉛粒子の結晶面に対して垂直方向に沿って、もとの大きさの約８０〜１０００倍、あるいはそれ以上の大きさに膨脹する。その広げられた黒鉛粒子は、外見上は蠕虫状であり、一般的には虫状として認識される。その虫状、すなわち、膨脹した黒鉛は、一緒に圧縮されて柔軟なシートになる。そして、その膨脹した黒鉛は、もとの黒鉛フレークとは違って、パッキンおよびシーリング用としての様々な形状に形成および切断され得る。
【０００５】
米国特許第６，１４３，２１８号明細書に開示されているように、柔軟な黒鉛シートにおける他の実施形態としては、インターカレートされて膨脹させた、発泡した天然の黒鉛の微細粒子と、インターカレートされて膨張させていない、発泡することができる天然の黒鉛微細粒子との混合物を圧縮することによって作られる。そして、上記膨脹していない粒子は、上記膨脹した粒子よりも微細である。その結果、柔軟な黒鉛シートは、改良された防火材料および防火特性を示す状態になる。
【０００６】
薄膜の黒鉛材料は、米国特許出願第２００７／００３２５８９号（５８９号出願）明細書に開示されている。この出願の背景技術には、直接の熱処理によって黒鉛化された特殊なポリマーフィルムを開発する方法（以下、「ポリマー黒鉛化処理」という。）が指摘されている。この方法の対象となるポリマーフィルムの具体例には、ポリオキサジアゾール、ポリイミド、ポリフェニレンビニレン、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリチアゾール、またはポリアミドを含むフィルムが挙げられる。５８９号出願は、比較的低温度での短時間の熱処理によって、優れた物理的特性を有する薄膜の黒鉛を提供する方法を開示している。この出願では、ポリイミドの分子構造および分子配向（特に、複屈折または線膨張係数）を制御することによって、高品質の黒鉛への変換を可能にする。５８９号出願に開示されている薄膜の黒鉛材料は、優れた耐熱性、耐薬品性、高熱伝導性および高電気伝導性のため、産業用材料として重要であり、熱拡散材料、熱抵抗シーリング材料、パッキン、電熱線（発熱体）として広く利用されている（〔０００２〕段落を参照）。
【発明の概要】
【０００７】
柔軟な黒鉛化ポリマーシートが、携帯電話のような電子装置の用途等において、熱を分散させるのに役立つことは認識されている。一方、柔軟な黒鉛化シートが、防火障壁保護材として優れていることは、これまで認識されていない。黒鉛化ポリマーシートが、天然の黒鉛シートの構造を用いても得られないような更なる利点を有する、優れた防火障壁性能を与えるということを見出したことは、驚くべきことである。それゆえ、優れた防火障壁システムは、柔軟な黒鉛化ポリマーシートを備えているものである。そのようなシステムは、優れた防火障壁特性を示すと同時に、重量および／またはかさの大幅な減少を生じている。
【０００８】
柔軟な黒鉛化ポリマーシートを備えた防火障壁システムは、特に有益なものである。なぜなら、当該黒鉛化ポリマーシートが連続したフィルムであるため、炎をほとんど透過しないからである。さらに、黒鉛化ポリマーシートは、非常に軽量である。黒鉛化ポリマーシートを用いた本発明は、天然の黒鉛から調製された黒鉛シートを用いたものと比較して、有利な効果を奏しているということがわかった。なぜなら、黒鉛化ポリマーシートは、ガス抜けおよび吸湿をほとんど示さず、かつ効果的に軽量化することができるからである。有利な点として、黒鉛化ポリマーシートは、天然の黒鉛シートと比較して、製造工程にて硫酸を用いない。硫酸を用いた材料には、シートが熱にさらされている時または吸湿が生じた時に有害なガスを放出する等といういくつかの問題がある。さらに、金属が天然の黒鉛シートに接触すると、ポリマー黒鉛化工程によって生じた黒鉛シートに接触した場合と比較して、金属は非常に早く腐食する。
【０００９】
柔軟な黒鉛化ポリマーシートを備えた防火障壁システムは、セラミックペーパーを備えた従来の防火障壁と比較して、優れた性能を有する。なぜなら、ここに記載されている、黒鉛化フィルムは、６分間炎にさらされた後でさえ、柔軟性を維持しているからである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付図面は、本発明の原理を説明するための実施形態とともに、本発明のいくつかの状態を示している。図面の簡単な説明は、以下の通りである。
【図１】柔軟な黒鉛化シートを備えている断熱袋の外観を示す断面図である。
【図２】柔軟な黒鉛化シートを備えている断熱袋の他の実施形態における外観を示す断面図である。
【図３】柔軟な黒鉛化シートを備えている断熱袋の他の実施形態における外観を示す断面図である。
【図４】柔軟な黒鉛化ポリマーシートを備えている接着構造の外観を示す断面図である。
【図５】断熱構造およびその上に接着された防火障壁を有する構造体の側面の外観を示す断面図である。
【図６】２５μｍの黒鉛化ポリマーシートの防火障壁特性を示す燃焼試験の図（写真）である。
【図７】２５μｍの黒鉛化ポリマーシートの防火障壁特性を示す燃焼試験の図（写真）である。
【図８】４０μｍの黒鉛化ポリマーシートの防火障壁特性を示す燃焼試験の図（写真）である。
【図９】４０μｍの黒鉛化ポリマーシートの防火障壁特性を示す燃焼試験の図（写真）である。
【図１０】ヒートフラックスを示す燃焼試験の結果のグラフである。
【図１１】シート表面の温度を示すピクチャーフレーム試験の結果の図である。
【図１２】シート表面の温度を示すピクチャーフレーム試験の結果の図である。
【図１３】シート表面の温度を示すピクチャーフレーム試験の結果の図である。
【図１４】シート表面の温度を示すピクチャーフレーム試験の結果の図である。
【図１５】ヒートフラックスを示すピクチャーフレーム試験の結果である。
【図１６】温度を示すピクチャーフレーム試験の結果である。
【図１７】天然の黒鉛のシートを真空アニーリングしたときの圧力変化である。
【図１８】天然の黒鉛のシートにおける３ｄ−ＭＡＳＳの結果である。
【図１９】天然の黒鉛のシートにおける３ｄ−ＭＡＳＳの結果である。
【図２０】黒鉛化ポリマーシートを真空アニーリングしたときの圧力変化である。
【図２１】黒鉛化ポリマーシートにおける３ｄ−ＭＡＳＳの結果である。
【図２２】黒鉛化ポリマーシートにおける３ｄ−ＭＡＳＳの結果である。
【図２３】天然の黒鉛のシートにおけるＴＧ分析の結果である。
【図２４】黒鉛化ポリマーシートにおけるＴＧ分析の結果である。
【図２５】電磁気の遮蔽効果の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を以下に示す。以下の実施形態は完全なものではなく、本発明は以下の実施形態に開示された好適な形態に限定されるものではない。さらに言えば、以下の実施形態の目的は、本発明の原理および手法が当業者によって容易に認識され、かつ理解されることである。
【００１２】
柔軟な黒鉛化ポリマーシートは、連続的な黒鉛のフィルムである。柔軟な黒鉛化ポリマーシートは、好ましくは約２０〜２５０ｇ／ｍ２の重量であり、より好ましくは約５０〜７０ｇ／ｍ２の重量である。柔軟な黒鉛化ポリマーシートは、好ましくは約５〜６０μｍの厚さであり、より好ましくは約１０〜５０μｍの厚さであり、最も好ましくは約１５〜４０μｍの厚さである。柔軟な黒鉛化ポリマーシートは、少なくとも約１００００Ｓ／ｃｍ、好ましくは少なくとも約１．２×１０４Ｓ／ｃｍの電気伝導度である。黒鉛シートは、好ましくは１０００回以上、より好ましくは１００００回以上のＭＩＴ耐折性を有している。天然の黒鉛自体の厚さを減少させることは困難である。典型的な天然の黒鉛シートは、少なくとも５０μｍの厚さ、および少なくとも５０００回のＭＩＴ耐折性を有している。それゆえ、黒鉛化ポリマーシートを用いると、軽量であり、かつ柔軟性に優れるという利点を有する。
【００１３】
柔軟な黒鉛化ポリマーシートは、ポリマーの黒鉛化工程において熱処理によって調製される。この工程では、ポリマーは、ポリマーフィルムを黒鉛フィルムに変換するのに十分な時間、高温にて加熱される。本発明の実施形態において、黒鉛フィルムへの変換のための開始材料として用いられるポリマーは、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、多種のポリイミド、多種のポリアミド、ポリフェニレンベンゾイミダゾール、ポリチアゾール、ポリパラフェニレンビニレン、ポリ（ｐ−フェニレンイソフタルアミド）、ポリ（ｍ−フェニレンベンゾイミダゾール）、およびポリ（フェニレンベンゾビスイミダゾール）からなる群より選ばれる。
【００１４】
好ましい実施形態において、柔軟な黒鉛化ポリマーシートは、ポリマー黒鉛化工程にて、ポリイミドフィルムを熱処理することによって調製される。
【００１５】
当該ポリマー黒鉛化工程は、好ましいポリイミドフィルムを開始材料として調製することによって、より詳細に説明される。
【００１６】
本発明に用いられる、好ましいポリイミドフィルムは、例えば、「Journal of Polymer Science: part A vol. 3, pp. 1373-1390 (1965)」等に開示される公知の方法によって、製造することができる。すなわち、それは、基板上にポリアミド酸をキャスティングまたは塗布すること、すなわち、化学的または熱的なイミド化によって得ることができる。化学的なイミド化は、強靭性、破壊強度、および生産性の観点から好ましい。
【００１７】
本発明に用いられるポリイミドの前駆体として給仕されるポリアミド酸としては、基本的には、公知のポリアミド酸を用いることができる。本発明に用いられるポリアミド酸は、通常、制御された温度条件の下で、ほぼ等モル量の有機溶媒に少なくとも１つの芳香族の酸二無水物および少なくとも１つのジアミンを溶かし、攪拌することによって製造される。このようにして、ポリアミド酸と有機溶媒との溶液は、酸二無水物およびジアミンの重合が終わるまで得られる。
【００１８】
ポリイミドは、ポリアミド酸のイミド化によって得られる。当該イミド化は、熱的な処理方法または化学的な処理方法のいずれかによって行われる。熱的な処理方法おいて、イミド化反応は、脱水剤の添加無しで、加熱によって進行する。一方、化学的な処理方法において、ポリアミド酸と有機溶媒との溶液は、化学的な転化剤および触媒によって処理される。典型的な転化剤は、無水酢酸（脱水剤）のような酸無水物である。典型的な触媒は、イソキノリン、β−ピコリンまたはピリジンのような第３級アミンである。熱的な処理方法と化学的な処理方法とを併用することも可能である。イミド化の条件は、例えば、ポリアミド酸の種類、フィルムの厚み、並びに選ばれる処理方法（すなわち、熱的な処理方法および／または化学的な処理方法）によって変化する。
【００１９】
次に、本発明のポリイミドの前駆体として給仕されるポリアミド酸に用いられる材料は、以下の通りである。
【００２０】
本発明のポリイミドに好適に用いることができる酸無水物の例としては、ピロメリット酸二無水物、２，３，６，７，−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，３'，４，４'−ビスフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，２'，１，３，３１'−ビスフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３'，４，４'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン酸二無水物、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、１，１−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、オキシ二フタル酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、エチレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、ビスフェノール  Ａ  ビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）、およびその類似物等が挙げられる。
【００２１】
本発明のポリイミドに好適に用いることができるジアミンの例としては、４，４'−ジアミノジフェニルプロパン、４，４'−ジアミノジフェニルメタン、ベンジジン、３，３'−ジクロロベンジジン、４，４'−ジアミノジフェニル硫化物、３，３'−ジアミノジフェニルスルホン、４，４'−ジアミノジフェニルスルホン、４，４'−ジアミノジフェニルエーテル、３，３'−ジアミノジフェニルエーテル、３，４１−ジアミノジフェニルエーテル、１，５−ジアミノナフタレン、４，４'−ジアミノジフェニルジエチルシラン、４，４'−ジアミノジフェニルシラン、４，４'−ジアミノジフェニルエチルホスフィン・オキシド、４，４−ジアミノジフェニル  Ｎ−メチルアミン、４，４−ジアミノジフェニル  Ｎ−フェニルアミン、１，４−ジアミノベンゼン（ｐ−フェニレンジアミン）、１，３−ジアミノベンゼン、１，２−ジアミノベンゼン、およびその類似物等が挙げられる。
【００２２】
ポリアミド酸の合成に用いることができる溶媒の好適な例としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、およびＮ−メチル−２−ピロリドンのようなアミドタイプの溶媒が挙げられる。その中でも、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドが特に好ましい。
【００２３】
化学的な処理方法によってイミド化を行う場合には、本発明に用いられるポリアミド酸に添加される化学的な転化剤の例として、脂肪族の酸無水物、芳香族の酸無水物、Ｎ，Ｎ'−ジアルキルカルボジイミド、低級脂肪族のハロゲン化物、ハロゲン化された低級脂肪族のハロゲン化物、ハロゲン化された低級脂肪酸無水物、アリールスルホン酸のジハロゲン化物、チオニルのハロゲン化物、およびそれらのうち２つ以上の混合物等が挙げられる。その中でも、脂肪族の酸無水物（例えば、無水酢酸、プロピオン酸無水物、乳酸無水物）、またはそれらのうち２つ以上の混合物が特に好ましい。
【００２４】
化学的な転化剤は、ポリアミド酸溶液におけるポリアミド酸のモル数に対して、好ましくは１〜１０倍、より好ましくは１〜７倍、最も好ましくは１〜５倍の量を用いる。
【００２５】
イミド化を効率的に行うために、化学的な転化剤は、触媒と同時に添加することが好ましい。用いる触媒としては、例えば、脂肪族の第３級アミン、芳香族の第３級アミン、および複素環の第３級アミンが挙げられる。その中でも、複素環の第３級アミンが特に好ましい。すなわち、触媒としては、キノリン、イソキノリン、β−ピコリンおよびピリジンが好ましい。
【００２６】
触媒は、化学的な転化剤のモル数に対して、「１／２０」〜「１０」倍、好ましくは「１／１５」〜「５」倍、より好ましくは「１／１０」〜「２」倍の量を用いる。
【００２７】
化学的な転化剤および触媒の量が不足している場合には、イミド化を効率的に行うことができない。一方、これらの量が多すぎる場合には、イミド化は、特性を劣化させながら瞬時に行われる。
【００２８】
このようにして得られるポリアミド酸溶液は、通常、ポリアミド酸を、固形分に換算した重量割合で１０〜３０％含んでいる。この範囲の濃度であれば、好適な分子量および好適な溶液粘度を得ることができる。
【００２９】
ここで、化学的な処理方法を詳細に記載する。上記のようにして得られたポリアミド酸の配合として、化学的な転化剤および触媒が混合される。それから、合成された混合物は、
フィルムにするためにキャスティング面にキャスティングされる。次に、一般的に、例えば、約８０〜１００℃にて加熱される。その結果、化学的な転化剤および触媒が活性化され、かつキャストフィルムがポリアミド酸／ポリイミドゲルフィルム（以下、「ゲルフィルム」という。）に転化される。加熱時間は、厚みによって決定される。約３０秒〜１０分加熱されることが好ましい。その後、このようにして得られたゲルフィルムは、水分、残った溶媒および化学的な転化剤を取り除くために加熱され、同時にポリアミド酸をポリイミドに転化する。
【００３０】
引き続く工程において、例えば、当該ゲルフィルムが、入口段階において両端をテンタークリップまたはピンで保持されているということが好ましい。
【００３１】
フィルムを乾燥してイミド化するために、フィルムが段階的に、かつ連続的に加熱されることが好ましい。また、高温での加熱は、従来と同様に、最後の加熱段階において短時間に行われることが好ましい。さらに言えば、最後の加熱段階において、４００〜５５０℃で１５〜５００秒間フィルムを加熱することが好ましい。最後の加熱段階が、上記の範囲よりも高い温度または長時間にて行われると、フィルムの熱劣化という問題を生じる。一方、最後の加熱段階が、上記の範囲よりも低い温度または短時間にて行われると、所望の効果を奏することができないという問題を生じる。
【００３２】
次に、部分的に硬化されまたは部分的に乾燥されたポリアミド酸フィルムまたはポリイミドフィルムに対して化合物の溶液を塗布することによってポリイミドフィルムを得る方法、あるいは当該溶液にフィルムを浸漬させることによってポリイミドフィルムを得る方法、その後の乾燥および加熱について説明する。
【００３３】
部分的に硬化されまたは部分的に乾燥されたポリアミド酸フィルムまたはポリイミドフィルム（以下、「ゲルフィルム」という。）は、公知の方法によって製造される。すなわち、ポリアミド酸が、以下の加熱イミド化によって基板上にキャスティングまたは塗布される。
【００３４】
もう１つの方法として、化学的な転化剤および触媒が、ポリアミド酸溶液と混合される。それから、合成された溶液は、フィルムを付ける基板上にキャスティングされる。次に、化学的な転化剤および触媒が、約１００℃で加熱されることによって活性化される。このように、活性化するように硬化されたゲルフィルムが得られる。
【００３５】
当該ゲルフィルムは、硬化の過程において、ポリアミド酸からポリイミドになり、かつ活性化された特性を有するようになる。下記式１に従って計算される、残りの揮発分は、５〜５００％、好ましくは５〜１００％、より好ましくは５〜５０％の範囲である。残りの揮発分が上記範囲を満たすフィルムを用いることが好ましい。残りの揮発分が上記範囲を満たさない場合には、所望の効果を奏することが困難になる。式１：
（Ａ−Ｂ）×１００／Ｂ
ここで、Ａはゲルフィルムの重量を表し、Ｂは４５０℃で２０分間加熱後のゲルフィルムの重量を表している。
【００３６】
当該フィルムのイミド化率は、５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、最も好ましくは９０％以上である。このイミド化率は、赤外吸収スペクトルを用いた下記式２に従って計算される。イミド化率が上記範囲を満たすフィルムを用いることが好ましい。イミド化率が上記範囲を満たさない場合には、所望の効果を奏することが困難になる。式２：
（Ｃ／Ｄ）×１００／（Ｅ／Ｆ）
ここで、Ｃは１３７０ｃｍ−１でのゲルフィルムの吸収ピークの高さを表し、Ｄは１５００ｃｍ−１でのゲルフィルムの吸収ピークの高さを表し、Ｅは１３７０ｃｍ−１でのポリイミドフィルムの吸収ピークの高さを表し、Ｆは１５００ｃｍ−１でのゲルフィルムの吸収ピークの高さを表している。
【００３７】
本発明のポリマーフィルムの黒鉛化工程において、開始材料である当該ポリマーフィルムは、炭化を行うために、減圧下または窒素ガス下において前処理を施される。当該前処理は、通常、約５００℃にて行われる。この工程における最高温度は、約８００〜１５００℃である。当該フィルムは、約５００〜１５００℃の温度範囲で約３０分〜１時間保持される。そして、昇温速度は、１０℃／分である。
【００３８】
その後、炭化されたフィルムは、黒鉛化するために、非常に高温のオーブン内にセットされる。当該黒鉛化は、不活発なガスにて行われる。当該不活発なガスとしては、アルゴンまたはヘリウムが適しており、アルゴンに少量のヘリウムを追加したものがより好ましい。必要とされる熱処理の温度は、最低が少なくとも２０００℃であることが好ましい。また、熱処理は、最終的には、好ましくは２４００℃以上、より好ましくは２６００℃以上にて行われる。
【００３９】
熱処理の温度が高くなると、高品質の黒鉛への変換をより一層容易に行うことができる。しかし、経済的な観点から、高品質の黒鉛への変換は、できるだけ低温で行うことが好ましい。通常、２５００℃という非常に高い温度を実現するために、電流が直接黒鉛ヒーターに流され、かつその結果として生じるジュール熱を用いて加熱が行われる。黒鉛ヒーターの劣化は、２７００℃以上で進む。２８００℃にて劣化割合は約１０倍に増加し、２９００℃にて劣化割合はさらに約１０倍に増加する。したがって、開始材料としてのポリマーフィルムを改良することによって、高品質の黒鉛へ変換する際の温度を、例えば、２８００℃から２７００℃に低下させることは、大きな経済利益をもたらす。
【００４０】
本発明の方法に用いられる黒鉛化シートの特性は、特徴的である。
【００４１】
当該黒鉛化シートは、燃焼試験において、良好な防火障壁効果を示す。防火障壁の評価は、「Aircraft Materials Fire Test Handbook by Federal Aviation Administration Fire Safety (FAA), Chapter 24 - Test Method To Determine the Burn-through Resistance of Thermal / Acoustic Insulation Materials (Federal Register / Vol. 68, No. 147 / Thursday, July 31 , 2003 / Rules and Regulations)」に開示される方法によって行うことができる。本発明者らは、柔軟な黒鉛化ポリマーシートを用いることによって、優れた防火障壁効果が達成されるということを見出した。柔軟な黒鉛化ポリマーシートは、上述した試験において、６分後でさえ炎が透過しないということを可能にする。
【００４２】
柔軟な黒鉛化ポリマーシートは、燃焼試験においても、優れた防火障壁効果を示す。燃焼試験を用いた評価は、各シートに３１．７５インチ×１７．７５インチの炎をあてること以外は、燃焼試験（burn-through test）として行われる。サーモグラフ測定は、ＮＥＣ／Ｓａｎ−Ｅｉ製のＴＨ７１−７０７を用いて行うことができる。本発明の実施形態において、黒鉛化ポリマーシートは、燃焼試験において、試験開始後６分にて、３．４Ｗ／ｃｍ２（３．０ＢＴＵ／ｆｔ２・ｓ）以下のヒートフラックスおよび３００℃（５２７Ｆ）以下の温度を示す。
【００４３】
黒鉛化ポリマーシートは、燃焼試験において、試験開始後６分にて、黒鉛の背面側で、８．０Ｗ／ｃｍ２以下のヒートフラックスを示す。
【００４４】
さらに、本発明の実施形態において、黒鉛化ポリマーシートは、燃焼試験において、試験開始後６分にて、黒鉛の背面側で、８００℃以下の温度を示す。
【００４５】
黒鉛化ポリマーシートは、平面方向における熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、厚み方向における熱伝導率が１〜２０Ｗ／ｍＫであることが好ましく、かつ厚み方向における熱伝導率に対する平面方向における熱伝導率の比率が２０以上であることが好ましい。
【００４６】
黒鉛化ポリマーシートの熱伝導率は、プレスの前後にて評価される。「プレス前」とは、ポリイミドが炭化および黒鉛化された後の状態における黒鉛シートのことである。この状態では、空気が黒鉛シート内に存在し、かつ断熱効果が高い。本発明者らは、黒鉛シートの表面の温度および通常の防火障壁製品について研究し、ネクステルのような従来利用されている製品よりも優れた防火障壁効果を有する黒鉛シートを見出した。さらに、熱は、黒鉛化ポリマーシートにおいて、黒鉛の間でより一層速く拡散する。これにより、黒鉛化ポリマーシートにおける、炎に対して背面側の温度が、黒鉛の間で最も低くなる。
【００４７】
加熱スポットの形成は、他の防火障壁製品よりも黒鉛シートにてより一層容易に妨げることができる。黒鉛化ポリマーシートは、天然の黒鉛シートよりも、加熱スポットの形成をより一層容易に妨げ、かつシートの反対側での燃焼の可能性を低減する。その結果、黒鉛シートのヒートフラックスは低くなり、かつ黒鉛シートの間で、黒鉛化ポリマーシート（ポリイミド黒鉛シート）は、ヒートフラックスがより低くなる。
【００４８】
本発明は、黒鉛シートが防火障壁特性だけでなく、電磁気の遮蔽特性も有していることを確認している。電磁気の遮蔽効果の測定結果によれば、黒鉛シートは、銅箔と比較して、電磁気の遮蔽特性を有している。同じ効果は、黒鉛化ポリマーシートでも確認されている。この特性は、飛行機に用いる保護材として役立つ。飛行機の機体は典型的にアルミニウムのような材料で構成されているが、機体が有機材料（プラスチックを補強する炭素繊維またはＣＦＲＰ）で構成されている飛行機も存在する。アルミニウムで構成されている場合には、アルミニウムは外部からの電磁波を遮蔽する効果を有しているため、問題は生じない。有機材料で構成されている場合には、電磁波を遮蔽するために、メタル・メッシュ等を埋め込むことが現在の慣習である。黒鉛シートは、電磁気の遮蔽特性も有しているので、防火障壁材料として黒鉛シートが用いられると、防火障壁効果および電磁気遮蔽効果の両方の効果が期待できる。このように、機体の中にメタル・メッシュを埋め込む問題を解消することができる。
【００４９】
電磁気の遮蔽効果は、ＫＥＣ方法（１〜１８ＧＨｚ）に従って測定することができる。
【００５０】
上述したように、黒鉛シートは、商業的に利用可能な製品と比較して、優れた防火障壁効果を奏する。天然の黒鉛には、大量の低分子量の化合物が含まれている。これは、３Ｄ−ＭＡＳＳを用いた、天然の黒鉛シートと黒鉛化ポリマーシートとの比較によって見出される。黒鉛化ポリマーシートは、低分子量の化合物をほとんど含んでいないので、黒鉛化ポリマーシートは、加熱または燃焼によっても人体に有害なガスをほとんど放出せず、飛行機の防火障壁材料として安全に用いることができる。それゆえ、黒鉛シートの気体透過率が、１００．０×１０６ｃｃ／ｍ２・日以下である。
【００５１】
黒鉛シートの吸水率が、１％以下であることが好ましい。
【００５２】
本発明の防火障壁システムは、多くの構成を備えることができる。本発明の実施形態において、当該システムは、補強された黒鉛層を提供するために、積層体構造を備えている。また、当該システムは、随意的に断熱袋を囲んでいる。積層体は、層の１つとして、柔軟な黒鉛化ポリマーシートを包含している。積層体を補強する層は、例えば、プラスチックの層からなる。また、積層体を補強する層としては、例えば、金属化されたポリエステル、またはナイロンフィルム、および随意的に金属化された高温で安定な重合体材料、ポリアミド類、ポリビニルフッ化物、シリコン樹脂、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥｓ）、ポリエステル、ポリアリールスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステルアミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレン硫化物、およびそれらの混合物等が挙げられる。
【００５３】
プラスチックの層としては、商業的には、耐熱プラスチックフィルムが利用されている。プラスチックの層を補強する繊維が、プラスチックの層に用いられる。上記の層には、プラスチックとしてのエポキシ樹脂およびフェノール樹脂、繊維としてのガラス繊維およびケブラーを用いることができる。プラスチックの層を補強する炭素繊維も、プラスチックの層に用いられる。上記の層には、プラスチックとしてのエポキシ樹脂、繊維としてのガラス繊維を用いることができる。
【００５４】
積層体は、ＮＯＭＥＸ紙のような断熱紙を備えていてもよい。
【００５５】
積層体は、無機繊維の層を備えていてもよい。当該無機繊維の層は、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維および鉱物繊維のような無機繊維の織物、織られていない物またはスクリムの形態で、ランダムまたは規則的に分配された、繊維の配列を意味する。セラミック繊維としては、アルミナ繊維、ジルコニアボロン繊維、酸化チタン繊維、シリコンカーバイド繊維を用いることができる。鉱物繊維としては、ロックウールおよびバソールト繊維を用いることができる。
【００５６】
積層体は、有機繊維の層を備えていてもよい。有機繊維の層は、ノーメックス、ケブラーのような有機耐熱繊維の織物、織られていない物またはスクリムを意味する。
【００５７】
スクリムは、積層体シート材料の引き裂き抵抗特性およびパンクチャー抵抗を与える。スクリムの平均厚みは、変更可能である。スクリムの層は、軽量であること、強度が高いこと、そして少なくとも比較的不燃性を有していることが好ましい。スクリムは、炎に当てたときに、ほとんど煙を生じず、ほとんど燃焼せず、有毒な腐食物をほとんど発生しないことが好ましい。
【００５８】
好適な非金属繊維としては、特に限定されず、ナイロン、ポリエステル、繊維ガラス（ファイバーグラス）、ガラス繊維、アラミド繊維、クリスタリンセラミックオキサイド（石英）繊維、シリコンニトリド繊維、シリコンカーバイド繊維、酸化されたポリアクリロニトリル繊維、炭素繊維、およびそれらの混合物が挙げられる。当該繊維は、典型的には、個々の繊維または束の繊維として用いられる。当該繊維の長さは、典型的には、センチメートルオーダーからメートルオーダーに変えることができる。非金属繊維は、ガラス繊維、クリスタリンセラミックオキサイド繊維、またはそれらの混合物が好ましい。クリスタリンセラミックオキサイド繊維は、結晶の境界におけるガラス質の面に少量含まれている。さらに、第２の基板は、第１のセラミックオキサイド繊維を備えていることが好ましい。
【００５９】
積層体は、アルミニウムシートおよび薄い金属箔を含んでいるＳＵＳのような金属シートの層を備えていてもよい。
【００６０】
防火障壁システムは、随意的に、層の１つとして柔軟な黒鉛化ポリマーシートを包含している断熱ブランケットを提供する。当該ブランケットは、１つ以上のポリマーフィルム層、１つ以上の織物もしくは織られていない物のスクリムの層、および１つ以上の発泡体の層を備えていてもよい。発泡体の材料としては、ポリウレタン発泡体、ポリイソシアヌレート発泡体、およびシリコン発泡体等が挙げられる。本発明の特殊なタイプの防火障壁システムは、防音発泡体の層、および柔軟な黒鉛化ポリマーシートの防火障壁層を備えている積層体構造である。
【００６１】
黒鉛化ポリマーシートは、基板（例えば壁）または断熱性の構造物に適用されるための粘着性（粘着性）の構造物に備えられることができる。この実施形態において、黒鉛化ポリマーシートは、このシートにコーティングされた感圧接着剤（感圧粘着剤）（「ＰＳＡ」）を有し、ＰＳＡをコーティングする剥離ライナーを必要に応じて有する、シートとして提供され得る。所望の基板への適用が望まれるとき、使用者は、剥離ライナーをＰＳＡから除去する。これによって、接着剤が露出し、粘着性の黒鉛化ポリマーシートをこの基板に適用する準備が整う。
【００６２】
全ての構造物に用いられる接着剤は、難燃性接着剤であることが好ましい。本明細書にて用いられる用語「難燃性接着剤」は、通常、難燃性添加物を含んでいる接着性材料のことをいう。この接着材料は、接着性材料が燃焼を支援しない十分な量で難燃性添加物を含んでいる。このような添加物の代表的な例としては、限定されないが、アンチモン化合物、水和アルミナ化合物、アンミン、ホウ酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、無機ハロゲン化物、リン酸塩、硫酸塩、有機ハロゲン、および有機リン酸塩が挙げられる。難燃性接着剤の連続層または不連続層を用いて、積層体シート材料内の層を結合させてもよい（例えば、第１層と第２層とを結合させてもよい）。均一であるという理由から、接着剤の連続層が用いられることが好ましい。
【００６３】
図面の説明に移る。図１は、断熱袋１０の断面図である。断熱袋１０は、液体を遮断するカバー１２内に入れられた断熱材料（グラスファイバーなど）（図示しない）を含んでいる。液体を遮断するカバー１２の目的は、接触するかもしれない結露または他の液体からグラスファイバーの断熱性を保護することである。液体を遮断するカバー１２として使用するに適切な材料は、例えば、金属化されたポリエステルまたはナイロンのフィルム、および高温に安定なポリマー材料が挙げられる。このポリマー材料は、必要に応じて金属化されている。ポリマー材料は、例えばポリアミド、フッ化ビニル樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥｓ）、ポリエステル、ポリアリールスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステルアミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、およびそれらの組合せである。
【００６４】
本発明に係る黒鉛化ポリマーシート１４は、断熱袋１０の側であって、液体を遮断するカバー１２の外側の表面に配置されている。黒鉛化ポリマーシート１４は、図示されるように、断熱袋１０の外側の発生源から炎が生じた場合、炎が可燃性の金属化されたポリエステルのカバー１２へ広がること（このカバー１２からの炎は、断熱袋１０が配置された構造体の残部全体に広がる可能性がある。）を、黒鉛化ポリマーシート１４が防ぐことが好ましいように、配置されることが有利である。
【００６５】
黒鉛化ポリマーシート１４は、必要に応じて、断熱袋１０の表面に付着されていてもよい。本発明の１実施形態において、黒鉛化ポリマーシート１４は、耐熱性接着剤（図示しない）によって表面に付着されている。
【００６６】
図２は断熱袋２０の断面図である。断熱袋２０は、液体を遮断するカバー２２内に入れられた断熱材料（グラスファイバーなど）（図示しない）を含んでいる。液体を遮断するカバー２２の目的は、接触するかもしれない結露または他の液体からグラスファイバーの断熱性を保護することである。本発明に係る黒鉛化ポリマーシート２４は、断熱袋２０の側であって、液体を遮断するカバー２２の内側の表面に配置されている。
【００６７】
図３は、断熱袋３０の断面図である。断熱袋３０は、液体を遮断するカバー３２内に入れられた断熱材料（グラスファイバーなど）（図示しない）を含んでいる。液体を遮断するカバー３２の目的は、接触するかもしれない結露または他の液体からグラスファイバーの断熱性を保護することである。本発明に係る黒鉛化ポリマーシート３４は、断熱袋３０の中身を炎から完全に遮蔽するように、断熱袋３０の液体を遮断するカバー３２の外側の表面全体に配置されている。
【００６８】
図４は、接着構造４０の断面図である。接着構造４０は黒鉛化ポリマーシート４４を含んでいる。黒鉛化ポリマーシート４４は、このシートに塗布された感圧接着剤（「ＰＳＡ」）の層を有している。必要に応じて、ＰＳＡ４６の側を覆う剥離ライナー（図示しない）が備えられている。所望の基板への適用が望まれるとき、使用者は、剥離ライナーをＰＳＡ４６から除去する。これによって、接着剤が露出し、粘着性の黒鉛化ポリマーシートをこの基板に適用する準備が整う。
【００６９】
図５は、断熱性の構造物とこの構造物に付着された防火障壁とを有する構造体７０の断面側面図である。壁７２は、壁７２に隣接して配置された、黒鉛化ポリマーシート７４を有している。本発明の１実施形態において、黒鉛化ポリマーシート７４は、壁７２に接着剤（図示しない）によって接着されている。接着剤は、耐熱性接着剤であることが好ましい。発泡体層７６が、遮音材料および／または遮熱材料として備えられている。発泡体層７６を作製するために有用な材料としては、例えば、ポリマー発泡体が挙げられる。ポリマー発泡体は、例えば、ポリウレタンの発泡体、ポリイミドの発泡体（ＳＯＬＩＭＩＤＥ（登録商標）ポリイミドの断熱性発泡体（エボニクフォームズ社（Evonik Foams, Inc.）製, Allen, Texas）など）、ポリエステルの発泡体、ポリエーテルの発泡体、メラミンの発泡体、ポリイソシアヌレートの発泡体、およびシリコンの発泡体である。発泡体は、連続気泡の発泡体であってもよいし、独立気泡の発泡体であってもよい。発泡体は、約０．３ｐｃｆ（４．８Ｋｇ／ｍ３）〜約０．６ｐｃｆ（９．６Ｋｇ／ｍ３）の密度を有していることが好ましい。本発明の１実施形態において、約０．１２５インチ〜約４インチの厚みの発泡体層７６が備えられていてもよい。
【００７０】
任意のアルミニウムホイル層７８が、発泡体層７６に隣接して配置されている。このアルミニウムホイル層７８は防火性をさらに増強させる。必要に応じて、アルミニウムホイル層７８は、約５〜２０ｍｉｌの厚みを有しており、約１０ｍｉｌの厚みを有していることが好ましい。
【００７１】
任意のさらなる発泡体層８０が、アルミニウムホイル層７８に隣接して配置されており、さらなる遮音性および遮熱性を与える。さらなる発泡体層８０を作製するに有用な材料の例は、上述した材料と同一である。発泡体層８０は、発泡体層７６と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００７２】
本発明の１実施形態において、発泡体層７６および／さらなる発泡体層８０は、さらなる発泡体層８０が水を吸収することを防止する耐水性のカバーフィルム８２によって包まれていてもよい。耐水性のカバーフィルム８２としては、例えば、金属化されたポリエステルのカバーが挙げられる。
【００７３】
図示するように、黒鉛化ポリマーシート７４は、機体の外板７２と発泡体層７６との間の位置Ａに配置されている。また、黒鉛化ポリマーシート７４が、具体的に、構造体７０の一部の１つ以上の部品の間に配置されていることも意図される。つまり、黒鉛化ポリマーシート７４は、位置Ｂ（発泡体層７６とアルミニウムホイル層７８との間）、位置Ｃ（アルミニウムホイル層７８と耐水性のカバーフィルム８２との間）、位置Ｄ（この構造の機外側の、耐水性のカバーフィルム８２とさらなる発泡体層８０との間）、位置Ｅ（この構造の機内側の、さらなる発泡体層８０と耐水性のカバーフィルム８２との間）、および／または位置Ｆ（耐水性のカバーフィルム８２の機内側）に、必要に応じて配置されていてもよい。本発明の１実施形態において、さらなる発泡体層８０全体が、耐水性のカバーフィルム８２の内側または外側のどちらか一方において、黒鉛化ポリマーシート７４によって包まれていてもよいことが意図される。
【００７４】
防火壁は、いくつかの構造体にとって重要である。材料の火災危険は、多くの場合、これらの材料の炎との反応性および耐火性によって規定される。炎との反応性は、一般に着火から爆燃までの炎の初期段階に影響を及ぼす、材料の可燃性および燃焼性を表すために用いられる。また、炎との反応性は、燃焼性の材料の煙毒性を表すために用いられる。炎の成長に影響を及ぼす重要な炎との反応性は、発熱速度、着火時間、火炎伝播時間、および酸素指数である。他の２つの重要な炎との反応性は、煙濃度およびガス毒性である。
【００７５】
炎との反応性の多くが、爆燃が起こるまで炎を成長させるに重要である一方、耐火性は、炎が十分に成長したときに重要である。耐火性は、材料または構造体が延焼を防止し、機械的な完全性を保つ能力を規定する。すなわち、耐火性は、炎がある部屋からその隣の部屋に広がることを防ぐ構造物の能力に関連する。主たる耐火性は、断熱性、バーンスルー（burn-through）耐性、および構造的な完全性である。
【００７６】
金属シートなどの従来の防火障壁保護材は、炎との反応性が優れているのに対して、耐火性が不十分である。
【００７７】
一方、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの別の従来の防火障壁保護材は、耐火性が優れているのに対して、炎との反応性が不十分である。
【００７８】
黒鉛シートは、以下に挙げるような優れた特性を有するため、防火障壁保護材に有用である：
１．薄いこと
２．柔軟性を有すること
３．軽量であること
４．優れたバーンスルー（burn-through）耐性を有すること
５．水を吸収しないこと
６．ガスを発生させないこと
７．腐食されないこと。
【００７９】
防火障壁保護材を提供する本発明は、空間および／または重量が限られている構造体にとって特に有用である。つまり、自動車、列車、船舶、および他の運搬用車両などの構造体が、目下、特定される軽量で厚みが最小の材料を用いることによって実現される保護材から実質的に恩恵を受ける。このように、本防火障壁システムは、乗客または貨物の領域から動力装置を分離することが望まれる場合、非常に有用である。同様に、電子機器を備える材料が、本防火障壁システムの使用から恩恵を受ける。民生機器（マイクロ波加熱炉、加熱器、洗濯機、乾燥機、冷蔵庫など）に対する最新の設計手法は、輸送および配置を容易にするために、大きさがより小さく、占有面積がより小さく、軽量である材料の使用を要求している。このような製品もまた、本防火障壁システムの使用から恩恵を受ける。同様に、医療機器の材料（医療用スキャナーおよび医療用撮像装置など）が、本防火障壁システムの使用から恩恵を受ける。黒鉛シートは、優れた炎との反応性および耐火性を示す。
【００８０】
従来の防火障壁保護システムにおいて、ＣＦＲＰ、ＦＲＰ、および発泡体層が、炎との反応性が不十分であるために船舶、海洋掘削基地に使用するには困難であると考えられていた。本発明は、ＣＦＲＰ、ＦＲＰ、および発泡体層を黒鉛シートと組み合わせて、このような用途に使用することを可能にする。黒鉛シートならびにＣＦＲＰ、ＦＲＰおよび発泡体層を含んでいる積層体は、優れた防火障壁特性を示し、積層体の重量を低減する。防火障壁保護材を実現するために本明細書に個々に記載された柔軟な黒鉛化ポリマーシートおよび種々の実施形態の使用は、さらに具体的に意図される。
【実施例】
【００８１】
〔実施例１〕
シートの形成において与えられる防火障壁特性の程度を決定するために、試験体を評価した。黒鉛化ポリイミドシート（１ｍｉｌおよび１．５ｍｉｌ）、および３Ｍ社（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手したＮＥＸＴＥＬ  ３１２  フレームストッピングドットペーパー（Flame Stopping Dot Paper）のシートを、炎（flame challenge）に対する反応を決定するために評価した。黒鉛化ポリイミドシートを、４，４'−ジアミノジフェニルエーテルおよびピロメリト酸二無水物から得たポリイミドフィルムから作製した。
【００８２】
初めに、試験を行う前に、試験体を、華氏７０＋／−５度、５５％＋／−１０％の相対湿度にて、最低２４時間保持することによって、試験体の条件を整えた。実際の試験の間、試験室を、華氏７０＋／−５度、５５％＋／−１０％の相対湿度に維持した。
【００８３】
以下の条件下において炎への曝露（flame assault）を行った。
【００８４】
ベルンズ−Ｏ−マチックＴＳ−２０００トーチ（Bernz-O-matic TS-2000 torch）に点火し、炎の高さを２．５インチに設定し、炎を定常状態にした。
【００８５】
１．５インチ×２．５インチの大きさの試験体を、この試験体の下面が、トーチの先端部の高さよりも０．４インチ高くなるようにして、炎の中に入れた。サンプルを、この位置にて６分間保持し、サンプルの観察を行った。観察の記録を表１に示す。
【００８６】
【表１】
2011517968.tif 000003
【００８７】
実験室での試験の結果、黒鉛化ポリマーシートは全く燃えないことが観察された。また、炎は黒鉛化ポリマーシート（１ｍｉｌまたは１．５ｍｉｌの黒鉛化ポリマーシート）内に侵入しなかった。
【００８８】
これに対して、セラミックペーパーは短時間のうちに焦げた。この現象は、セラミックペーパーのバインダー樹脂が燃えたためであると考えられる。セラミックファイバー自体は燃えない。しかし、バインダー樹脂が外見上燃え尽きた後に、炎がセラミックペーパー内に侵入することが観察された。燃焼試験が完了した後、セラミックペーパーが脆くなっていた一方、黒鉛化ポリマーシートは柔軟性を保持したままであることが観察された。
【００８９】
〔実施例２〕
同一の試験を４０μｍの厚みを有する黒鉛化ポリイミドシートと、２４０μｍの厚みを有する天然の黒鉛のシートとに対して行い、これらを比較した。両方の黒鉛シートに関する観察結果は、試験が完了した後に、天然の黒鉛のフィルムが、このシートの表面上に直径約２〜５ｍｍの火ぶくれを形成したことに気づいたことを除いて、上述の観察結果と同一であった。しかし、炎は、天然の黒鉛シート内に侵入することが観察されなかった。黒鉛化ポリイミドシードは、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルおよびピロメリト酸二無水物から得たポリイミドフィルムから作製された。
【００９０】
〔実施例３〕
評価に用いたサンプルを表２に示す。ピロメリト酸二無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルとの重合によって作製したポリイミドを、ＰＩ黒鉛として用いた。異なる厚みを有し、天然の黒鉛のシートを含んでいる５種類の黒鉛のシート、および３Ｍ社（3M Company）から入手した市販品（Ｎｅｘｔｅｌ  ３１２  フレームストッピングドットペーパー）を用いた。
【００９１】
燃焼試験は、Federal Aviation Administration Fire Safety (FAA)によるAircraft Materials Fire Test Handbook, Chapter 24 - Test Method To Determine the Burnthrough Resistance of Thermal/Acoustic Insulation Materials (Federal Register/Vol. 68, No. 147/Thursday, July 31, 2003/Rules and Regulations)に記載の方法に従って実施した。図６〜図９を参照する。図６および図７は、それぞれ０分および６分における２５μｍの黒鉛化ポリイミドシートを示している。図８および図９は、それぞれ０分および６分における４０μｍの黒鉛化ポリイミドシートを示している。
【００９２】
これらの写真は、炎が６分後でさえも侵入していないことから、高い防火障壁の効果が実現されることを示している。
【００９３】
図１０にヒートフラックスを示す。８分後であっても、ヒートフラックスは、ＦＡＡの基準である２．０（BTU/sq ft sec）を下回ったままであった。
【００９４】
ピクチャーフレーム（picture frame）試験による評価を、各シートが３１．７５インチ×１７．７５インチのフレームに付着されていることを除くバーンスルー（burnthrough）試験において実施した。温度の測定を、ＮＥＣ三栄インスツルメンツ社（NEC/San-Ei Instruments, Ltd）製のサーモグラフ（ＴＨ７１−７０７）を用いて行った。
【００９５】
「プレス前」は、ポリイミドに炭素を含ませ、黒鉛化した後であるが、プレスされる前である状態の黒鉛シートをいう。この状態において、空気は黒鉛の層の間にあり、断熱効果が高い。このシートの表面の温度を図１１〜１４に示す。これらの図は、黒鉛シートがＮｅｘｔｅｌよりも高い炎遮断効果を有していることを示している。また、これらの図は、黒鉛化ポリイミドシートにおいて熱が黒鉛の間により速く拡散されることを示している。このため、炎から見た黒鉛化ポリイミドシートの裏面における温度が最も低い。 
【００９６】
ヒートスポットの形成は、Ｎｅｘｔｅｌを用いるよりも、黒鉛シートを用いることによってより容易に防止されることができる。黒鉛の中でも、黒鉛化ポリイミドシートが、天然の黒鉛シートよりもヒートスポットをより容易に防止し、シートの反対側に配置された可燃物が燃える可能性を低減する。したがって、黒鉛シートのヒートフラックスは、より低く、黒鉛シートの中でも、ＰＩ黒鉛シートはより低いヒートフラックスを有している。
【００９７】
燃焼試験およびピクチャフレーム試験の結果を表４にまとめて示す。
【００９８】
黒鉛シートが、防火障壁特性に加えて、電磁遮蔽特性を有していたことが確認された。
【００９９】
電磁遮蔽効果は、ＫＥＣ法（１〜１８ＧＨｚ）に従って測定した。アンリツ株式会社（ＡＮＲＩＴＳＵ）製のシグナルジェネレータ（SIGNAL GENERATOR）ＭＧ３６０１を電磁波を送るために用いた。ヒューレッドパッカード株式会社（HEWEKETT PACKARD）製のプレアンプリファー（PRE AMPLIFIER）８４４９Ｂ（１〜２６．５ＧＨｚ）を増幅器（電磁波の増幅）として用いた。ヒューレッドパッカード株式会社製のスペクトラムアナライザー（SPECTRUM ANALYZER）８５６４Ｅ（３０Ｈｚ〜４０ＧＨｚ）を、電磁波を受け取るために用いた。上述したように、黒鉛シートは、市販品よりも優れた防火障壁効果を有している。黒鉛シートのうち、天然の黒鉛シートとＰＩ黒鉛シートとを３Ｄ−ＭＡＳＳによって比較すると、天然の黒鉛において、より低分子量の化合物がより多く含まれていることが示される。また、天然の黒鉛シートと黒鉛化ポリイミドシートとを比較することによって、表３に示した差異が明らかになった。これらの表に示した特性は以下のようにして決定した。放射率は、ジャパンセンサー株式会社（Japan Sensor Corporation）製の放射率測定器（ＴＳＳ−５Ｘ）を用いて測定した。
【０１００】
〔熱伝導性〕
黒鉛フィルムの熱伝導率は、以下の式（１）に従って計算することができる：
λ＝α×ｄ×Ｃｐ      （１）。
【０１０１】
式（１）において、λは熱伝導率を表し、αは熱拡散率を表し、ｄは密度を表し、Ｃｐは比熱容量を表す。黒鉛フィルムの熱拡散率、密度および比熱容量は、以下に記載するプロセスによって決定することができる。
【０１０２】
（光学的な交流通電法による面方向における黒鉛フィルムの熱拡散率の測定）
光学的な交流通電法に用いられる熱拡散率測定器（アルバック株式会社（ULVAC Inc.）から入手可能なレーザピット（ＬａｓｅｒＰｉｔ））を用いて熱拡散率を決定した。黒鉛フィルムから４×４０ｍｍのサンプルを切り出し、このサンプルを、２０℃の大気中において１０Ｈｚにて分析した。
【０１０３】
（厚み方向における黒鉛フィルムの熱拡散率の測定）
京都電子工業株式会社（Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd）製のＬＦＡ−５０２を用いて、レーザフラッシュ法によって、厚み方向における黒鉛フィルムの熱拡散率および熱導電率を、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｒ１６１１−１９９７に従って測定した。黒鉛フィルムを１０ｍｍの直径になるように切り出し、タスコジャパン株式会社（Tasco Japan Co. Ltd.）製の黒体スプレーを、このフィルムの両側に向かって噴霧した。厚み方向における熱拡散率は、室温にてレーザフラッシュ法を用いて測定した。
【０１０４】
〔黒鉛フィルムの密度の測定〕
黒鉛フィルムの密度を、黒鉛フィルムの重量（ｇ）を体積（ｃｍ３）で除することによって計算した。体積は、黒鉛フィルムの長さ、幅、および厚みを乗ずることによって得た。黒鉛フィルムの厚みは、５０ｍｍ×５０ｍｍのフィルムの任意の１０箇所の厚みを、膜厚計（ハイデンハイン（Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ）製のハイデンハイン−セルト（ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ−ＣＥＲＴＯ））を用いて、２５℃の恒温室において測定し、厚みの平均値を求めることによって決定した。密度がより高いということは、黒鉛化の程度がより高いことを意味する。
【０１０５】
（黒鉛フィルムの比熱容量の測定）
黒鉛フィルムの比熱容量は、示差走査熱量計ＤＳＣ２２０ＣＵ（エスアイアイナノテクノロジー株式会社（SII NanoTechnology Inc.）製の熱解析システム）を用いて、窒素気流下において１０℃／ｍｉｎの速度にて２０℃〜２６０℃の温度を評価することによって測定した。
【０１０６】
面方向における熱伝導率を、黒鉛フィルムの面方向における熱拡散率、密度および比熱容量から計算した。厚み方向における熱伝導率を、黒鉛フィルムの厚み方向における熱拡散率、密度、および比熱容量から計算した。熱伝導率および熱拡散率の値が大きければ、熱伝導性が高いといえる。
【０１０７】
〔導電率〕
導電率を四端子法によって測定した。特に、３ｍｍ×６ｍｍの大きさの堅固な黒鉛を作製し、光学顕微鏡を用いてサンプルを観察してサンプル中に破損やしわが無いことを確認した後、外部電極を、銀ペーストを用いて２つの末端に形成し、そして内部電極を、銀ペーストを用いて外部電極間に形成した。定電流発生器（ケースレーインスツルメンツ株式会社（Keithley Instruments Inc.）製、「プログラマブルカレントソース（programmable current source）２２０」）を用いて、外部電極間に１ｍＡの定電流を流し、電圧計（ケースレーインスツルメンツ株式会社製、ナノボルトメーター（Nano Voltometer）１８１）を用いて内部電極間の電圧を測定した。（流れた電流／電圧の測定値）×（内部電極間の距離／サンプルの断面積）という式に値を代入することによって導電率を計算した。
【０１０８】
〔吸水率〕
フィルムの吸水率を以下のようにして測定した。フィルムを１００℃にて３０分間乾燥させ、完全に乾燥させた。そして、厚みが２５μｍである１０ｃｍ角のサンプルを作製した。サンプルの重量を測定し、重量をＡ１とした。厚みが２５μｍである１０ｃｍ角のサンプルを２３℃の蒸留水に２４時間浸漬した。その後、サンプルの表面を拭いて水を除去し、すぐに重量を測定した。この重量をＡ２とした。吸水率を以下の式から決定した：
吸水率（％）＝（Ａ２−Ａｌ）／Ａｌ×１００。
【０１０９】
〔引張強度〕
シングルユニットおよび複合体の形態の黒鉛フィルムの引張強度および引張モジュラスを、東京精機製作所（Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.）製のStrograph VESlDを用いて、ＡＳＴＭ−Ｄ−８８２に従って測定した。チャック間の距離が１００ｍｍであり、引張速度が室温において５０ｍｍ／ｍｉｎであるという条件にて測定を３回行い、平均値を用いた。
【０１１０】
〔ＭＩＴ耐折強さ〕
黒鉛フィルムに対してＭＩＴ耐折強さ試験を行った。黒鉛フィルムを１．５×１０ｃｍに切り出した。切り出した黒鉛フィルムを、東京精機株式会社（Toyo Seiki Co.）製のＭＩＴ耐折強さ試験機タイプＤ（MIT Folding Endurance Tester Type D）を用いて、試験荷重が１００ｇｆ（０．９８Ｎ）であり、速度が９０回／ｍｉｎであり、曲げ半径Ｒが１ｍｍであるという試験に供した。曲げ角度は、左右に対して９０°であった。
【０１１１】
〔酸素透過率および水素透過率〕
黒鉛フィルムの酸素透過率を、ＧＴＲテック株式会社（GTR Tec Corporation）製のＧＴＲ−２０ＸＡＦＫを用いて測定した。ヤナコテクニカルサイエンス株式会社（Yanako Technical Science Inc.）製のＧ２７００Ｔを用いて、ガスクロマトグラフィーを行った。ヘリウムガスをキャリアガスとして使用し、試験ガス（酸素）の流量が３９．２ｍｌ／ｍｉｎであり、温度が２５℃であり、ＲＨが０％であるという条件にて、（ＪＩＳ  Ｋ−７１２６およびＩＳＯ  １５１０５−１に従って）等圧法によって測定を行った。測定を５回行い、得られた結果の平均値を用いた。黒鉛フィルムの水素透過性を、ＧＴＲテック株式会社製のＧＴＲ−２０ＸＡＦＫを用いて測定し、ヤナコテクニカルサイエンス株式会社製のＧ２７００Ｔを用いてガスクロマトグラフィーを行った。アルゴンガスをキャリアガスとして使用し、試験ガス（水素）の流量が３８．５ｍｌ／ｍｉｎであり、温度が２５℃であり、ＲＨが０％であるという条件にて、（ＪＩＳ  Ｋ−７１２６およびＩＳＯ  １５１０５−１に従って）等圧法によって測定を行った。測定を５回行い、得られた結果の平均値を用いた。
【０１１２】
〔ＴＧ分析（示差熱分析）〕
黒鉛フィルムの示差熱分析を、セイコーインスツルメンツ株式会社（Seiko Instruments Inc.）製のＧ／ＤＴＡ−６３００（熱重量／示差熱分析計）を用いて、αアルミナを基準として使用し、温度上昇速度が１０．０℃／ｍｉｎであり、最大温度が１０００℃であるという条件にて行った。図２３に示すように０．１７％の重量損失が窒素雰囲気下において観察された。図２４に示すように、重量損失の変化は窒素雰囲気下においてほとんど観察されなかった。
【０１１３】
【表２】
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【０１１４】
【表３】
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【０１１５】
【表４】
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【０１１６】
本明細書にて引用された全ての特許公報、特許出願公報（仮出願公報も含む）、および刊行物は、あらゆる目的のため個々に援用されるように、参考として援用される。特に断りのない限り、全ての部および％は、重量部および重量％であり、全ての分子量は重量平均分子量である。上述した詳細な説明は、理解を深めるために用いたに過ぎない。不必要な限定はないと理解される。本発明は、示され、記載された厳密で詳細な事項に限定されず、当業者に自明な変形物についても特許請求の範囲に規定された本発明の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１０】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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