JP7739753B2 - Laminated Sheet - Google Patents
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Description
本発明は、電磁波シールド性に優れる積層シートに関する。 The present invention relates to a laminate sheet with excellent electromagnetic wave shielding properties.
通信技術の進歩に伴い、携帯電話や無線通信などで主に使用される数百MHz~数GHz帯域のメートル波、4G・5Gなどのモバイル通信、無線LAN(Wi-fi)通信などで主に使用される数GHz~数十GHz帯域のセンチ波、自動車衝突防止レーダーなどで主に使用される数十GHz~数百GHz帯域のミリ波に代表される、種々の周波数帯域の電磁波が使用され、大気中を飛び交っている。 With advances in communications technology, electromagnetic waves of various frequency bands are now being used and flying through the atmosphere, including meter waves in the hundreds of MHz to several GHz range, which are primarily used for mobile phones and wireless communications; centimeter waves in the several GHz to tens of GHz range, which are primarily used for mobile communications such as 4G and 5G and wireless LAN (Wi-Fi) communications; and millimeter waves in the tens to hundreds of GHz range, which are primarily used for automobile collision prevention radar.
情報の容量や伝達する距離・用途に合わせて適した周波数帯域の電磁波が選択されるが、類似する周波数帯域の電磁波が様々な装置・用途で使用されるため、装置誤作動や通信障害、情報漏洩、また、電磁波に敏感な人体への影響を防ぐ目的で、電磁波を遮蔽する電磁波シールド材料のニーズが高まっている。特に、近年では、高速・大容量通信を実現するために、GHz周波数帯域の電磁波を利用する通信技術開発が加速しており、当該周波数帯域の電磁波を遮蔽できる電磁波シールド材料が求められている。 Electromagnetic waves of an appropriate frequency band are selected depending on the amount of information, transmission distance, and application. However, because electromagnetic waves of similar frequency bands are used in a variety of devices and applications, there is a growing need for electromagnetic wave shielding materials that block electromagnetic waves to prevent device malfunctions, communication disruptions, information leaks, and the effects on the human body, which is sensitive to electromagnetic waves. In particular, in recent years, development of communication technologies that use electromagnetic waves in the GHz frequency band has accelerated in order to achieve high-speed, high-capacity communications, and there is a demand for electromagnetic wave shielding materials that can block electromagnetic waves in this frequency band.
電磁波とは、電界と磁界の2成分から構成される波であり、互いに振動しながら空間を伝播する。電磁波を遮蔽する電磁波シールド材料は、材料表面/内部で電磁波を反射、あるいは、材料内部で電磁波を吸収することで電磁波エネルギーを損失・減衰する材料を指し、反射と吸収を組合せることでより効果を高めることができる。 Electromagnetic waves are waves made up of two components, an electric field and a magnetic field, which propagate through space while vibrating against each other. Electromagnetic shielding materials that block electromagnetic waves are materials that reflect electromagnetic waves on their surface or inside the material, or absorb them inside the material, thereby losing or attenuating electromagnetic wave energy; greater effectiveness can be achieved by combining reflection and absorption.
例えば、電磁波の表面反射は、空気界面と電磁波シールド材料界面の電気抵抗値(インピーダンス)が異なることで効果を高めることができ、一般的に金属(銅)など非常に抵抗値が低い材料を基材表面に塗布、積層することで広範囲の周波数帯域にわたり電磁波シールド性が得られる(特許文献1)。一方、吸収による電磁波シールドは、基材内に導電性粒子および/または磁性粒子を含有させ、内部に進入した電磁波を誘導電流として吸収することで電磁波エネルギーを損失させるものであり、カーボン粒子やフェライト等の金属粒子をゴムなどの誘電体ポリマーに含有させることで吸収性能を発現している(特許文献2~4)。 For example, the surface reflection of electromagnetic waves can be enhanced by the difference in electrical resistance (impedance) between the air interface and the interface of the electromagnetic wave shielding material. Generally, electromagnetic wave shielding over a wide frequency range can be achieved by coating or laminating a material with very low resistance, such as metal (copper), on the surface of the substrate (Patent Document 1). Meanwhile, electromagnetic wave shielding by absorption involves incorporating conductive and/or magnetic particles into the substrate, which absorbs the electromagnetic waves that enter the interior as induced currents, thereby dissipating the electromagnetic wave energy. Absorption performance is achieved by incorporating metal particles such as carbon particles or ferrite into dielectric polymers such as rubber (Patent Documents 2-4).
特許文献1に記載されているような反射を利用した電磁波シールド材料においては、金属スパッタリングや真空蒸着、最表層へ導電性および/または磁性粒子を含有するペースト材料をコーティングする技術が用いられるが、コーティング材料の剥落に伴う電磁波シールド性の低下によって電子機器・通信機器の短絡が生じることや、耐久性が低下することが課題となる。 Electromagnetic wave shielding materials that utilize reflection, such as those described in Patent Document 1, use techniques such as metal sputtering, vacuum deposition, and coating the outermost layer with a paste material containing conductive and/or magnetic particles. However, peeling of the coating material can reduce the electromagnetic wave shielding properties, leading to issues such as short circuits in electronic and communication devices and reduced durability.
また、特許文献2~4に記載されているような吸収を利用した電磁波シールド材料においては、広い周波数帯域にわたり満遍なく電磁波をシールドする材料が多く、電磁波減衰量の絶対値を高める(電磁波シールド性を高める)ためには、基材を厚くすることや、導電性粒子の含有量を高めることが必要となる。しかしながら、基材の厚みを厚くする場合、電磁波シールド材のコシが強くなるため、ケーブルや複雑な凹凸形状を有する筐体のラッピングのような成形性が求められる用途への適用は困難となる。また、電磁波シールド材の成形性や生産効率を考慮すると、熱可塑性樹脂を用いたプレス加工品よりも熱可塑性樹脂を用いた溶融押出による連続シート化が好ましいが、導電性粒子を高濃度添含有して単膜シートを成形する場合、押出時の樹脂の溶融粘度変化(チキソトロピー性)が強くなる。そのため、シート状に押出成形する際に吐出むらが起こり均一な厚みのシート化が困難となることや、得られたシートが脆くなり割れやすくなること等が問題となる。 Furthermore, among the electromagnetic wave shielding materials that utilize absorption, such as those described in Patent Documents 2 to 4, many of these materials provide uniform electromagnetic wave shielding across a wide frequency range. In order to increase the absolute value of electromagnetic wave attenuation (to improve electromagnetic wave shielding properties), it is necessary to thicken the substrate or increase the conductive particle content. However, increasing the substrate thickness increases the stiffness of the electromagnetic wave shielding material, making it difficult to apply to applications requiring formability, such as wrapping cables or housings with complex, uneven shapes. Furthermore, considering the formability and production efficiency of electromagnetic wave shielding materials, continuous sheeting by melt extrusion using thermoplastic resins is preferable to press-processed products using thermoplastic resins. However, when forming a single-layer sheet with a high concentration of conductive particles, the resin's melt viscosity changes during extrusion (thixotropy) become significant. This can lead to problems such as uneven extrusion during sheet molding, making it difficult to form a sheet of uniform thickness, and the resulting sheet becomes brittle and prone to cracking.
本発明は上記課題を解消し、薄膜でありながら、電磁波シールド性と成形性を兼ね備えた積層シートを提供することをその課題とする。 The present invention aims to solve the above problems and provide a laminated sheet that is thin yet has both electromagnetic wave shielding properties and formability.
上記の課題を解決するために、本発明は次の構成からなる。すなわち、互いに異なるA層とB層を交互に5層以上積層した交互積層ユニットを含む積層シートであって、アスペクト比が5以上10000以下の導電性粒子を導電性粒子Xとしたときに、前記A層と前記B層の少なくとも一方が、前記導電性粒子Xを含有することを特徴とする、積層シート、である。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, it is a laminate sheet including an alternating laminate unit in which five or more different A layers and B layers are alternately laminated, and is characterized in that, when conductive particles X have an aspect ratio of 5 or more and 10,000 or less, at least one of the A layers and the B layers contains the conductive particles X.
本発明により、薄膜でありながら、電磁波シールド性と成形性を兼ね備えた積層シートを提供することができる。 The present invention makes it possible to provide a laminated sheet that is thin yet combines electromagnetic wave shielding properties with formability.
以下、本発明の積層シートについて詳細に説明する。本発明の積層シートは、互いに異なるA層とB層を交互に5層以上積層した交互積層ユニットを含む積層シートであって、アスペクト比が5以上10000以下の導電性粒子を導電性粒子Xとしたときに、前記A層と前記B層の少なくとも一方が、前記導電性粒子Xを含有することを特徴とする。 The laminate sheet of the present invention will be described in detail below. The laminate sheet of the present invention is a laminate sheet including an alternating laminate unit in which five or more different A layers and B layers are alternately laminated, and is characterized in that, when conductive particles X have an aspect ratio of 5 or more and 10,000 or less, at least one of the A layers and the B layers contains the conductive particles X.
本発明の積層シートは、互いに異なるA層とB層を交互に合計5層以上積層した交互積層ユニットを含むことを特徴とする。ここでいう「互いに異なる」とは、各層を構成する樹脂と粒子の少なくとも一方の組成が異なることを指しており、各層の組成を特定することが困難な場合は、以下の方法で確認することができる。 The laminate sheet of the present invention is characterized by including an alternating laminate unit in which different A layers and B layers are alternately laminated for a total of five or more layers. "Different from each other" here refers to the fact that the composition of at least one of the resin and particles that make up each layer is different. If it is difficult to identify the composition of each layer, it can be confirmed using the following method.
具体的には、以下の(1)~(5)のいずれかの場合に、各層の組成が異なるとみなすことができる。(1):フィルム断面の弾性率を原子間力顕微鏡による動的粘弾性測定(AFM-DMA)にて評価し、2つの層の平均弾性率の比が1.1以上である場合。(2):電気力顕微鏡(EFM)を用いて表面電位を評価し、2つの層の平均表面電位の比が1.1以上である場合。(3):エネルギー分散型X線分光法(SEM-EDX)を用いて原子ごとの濃度を評価し、各原子について2つの層のモル分率(または重量分率)の比が1.1以上である場合。(4)2つの層を剥離でき、2つの層の間で、密度、ガラス転移温度、融点、分解温度、分解後の灰分量を評価し、少なくともいずれか一つの値が3℃以上または10%以上異なる場合。(5)透過型電子顕微鏡(TEM)または走査型電子顕微鏡(SEM)にて所望の倍率(500~2万倍)で断面を観察し界面が確認できる場合。ここでいう界面が確認できるとは隣接する層間の明度が異なることを意味する。具体的には、まず明度を各層ごとに1000点測定する。続いて、層ごとの明度の平均値と、層ごとの明度の標準偏差を算出する。そして、隣接する2層の明度の平均値の差が、2層それぞれの明度の標準偏差のいずれよりも大きい場合、明度が異なるとする。なお、2種類の層のうちどちらをA層、B層とするかについては、EFMにて表面電位が高い方をB層とすることにより決定することができる。またB層に導電性粒子Xを添加している場合は、製膜性や導電性粒子の脱落防止の観点からA層を最外層とすることが好ましい。 Specifically, the compositions of the layers can be considered to be different in any of the following cases (1) to (5): (1): The elastic modulus of the film cross section is evaluated using dynamic viscoelasticity measurement (AFM-DMA) using an atomic force microscope, and the ratio of the average elastic modulus of the two layers is 1.1 or greater. (2): The surface potential is evaluated using an electric force microscope (EFM), and the ratio of the average surface potential of the two layers is 1.1 or greater. (3): The concentration of each atom is evaluated using energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), and the ratio of the mole fraction (or weight fraction) of each atom in the two layers is 1.1 or greater. (4) The two layers can be peeled off, and the density, glass transition temperature, melting point, decomposition temperature, and ash content after decomposition are evaluated, and at least one value differs by 3°C or more or 10% or more. (5) When the cross section is observed at the desired magnification (500-20,000 times) using a transmission electron microscope (TEM) or scanning electron microscope (SEM), an interface can be confirmed. Here, "an interface can be confirmed" means that the brightness of adjacent layers differs. Specifically, brightness is measured at 1,000 points for each layer. Next, the average brightness and the standard deviation of the brightness for each layer are calculated. If the difference between the average brightness of two adjacent layers is greater than the standard deviation of the brightness of each layer, the brightness is determined to be different. Which of the two layers is designated as layer A and layer B can be determined by selecting the layer with the higher surface potential measured by EFM as layer B. Furthermore, if conductive particles X are added to layer B, it is preferable to designate layer A as the outermost layer from the perspective of film-forming properties and preventing conductive particle shedding.
本発明の積層シートは、互いに異なる層を5層以上交互積層することにより、成形性に優れた層が支持層として働くことで破断点伸度が向上し、成形時に破れや穴などの欠点を抑制することができる。また熱結晶化したフィルムは脆くなるが、本発明では各層が薄くなることで熱結晶化が抑制されるため、成形時の割れなどの欠点を抑えることもできる。さらに成形時には樹脂に大きな変形が加わる一方で成形後の衝撃や傷(小変形)には強いことが望ましい。本発明の積層シートであれば、各層間の界面層は小さな変形に対しては形を保つが大きな変形に対しては界面の微小な破壊や滑りが引き起こされるため、多層化により良好な成形性が得られ成形が比較的困難な凹部分にも十分に追従することができる。上記観点から、交互積層ユニットにおける層数は11層以上であることが好ましく、51層以上であることがさらに好ましく、201層以上であることが特に好ましい。なお、交互ユニットにおける積層数の上限に特に制限はないが、製膜安定性の観点から最大でも2000層程度となる。 The laminate sheet of the present invention has five or more alternating layers, with the layers with excellent formability acting as support layers, improving elongation at break and reducing defects such as tears and holes during molding. Furthermore, while thermally crystallized films become brittle, the present invention reduces thermal crystallization by thinning each layer, thereby reducing defects such as cracking during molding. Furthermore, while resins are subject to significant deformation during molding, it is desirable for the laminate sheet to be resistant to post-molding impacts and scratches (small deformations). The interfacial layers between the layers retain their shape in response to small deformations, but large deformations cause microfractures and slippage at the interfaces. Therefore, the multilayer structure provides excellent formability and allows the sheet to adequately conform to recesses that are relatively difficult to mold. From this perspective, the number of layers in the alternating laminate unit is preferably 11 or more, more preferably 51 or more, and particularly preferably 201 or more. There is no upper limit to the number of layers in the alternating unit, but from the perspective of film formation stability, the maximum number is approximately 2,000.
本発明の積層シートは、アスペクト比が5以上10000以下の導電性粒子を導電性粒子Xとしたときに、A層とB層の少なくとも一方が、前記導電性粒子Xを含有する。ここでいう「含有する」とは後述する粒子の体積濃度の測定において0.1vol%以上含有していることを指す。導電性粒子Xは、1種類のみを用いても複数種を併用してもよい。後者の場合における導電性粒子Xの含有量は、全ての成分を合わせて算出するものとする。導電性粒子Xとしては、例えば、有機カーボン系粒子、無機系粒子、金属系粒子を単独で又は組み合わせて用いることができるが、1次粒子のサイズが小さく溶融押出にも好適であることから、有機カーボン系粒子から適宜選択することが好ましい。なお、金属系粒子のみを用いて押出機を利用した積層シート製膜を行うと、装置と導電性粒子Xの金属同士の摩擦などにより材料の粉砕、装置の欠損などの問題が生じる場合がある。そのため、導電性粒子Xのうち少なくとも1種は炭素を主成分とする有機カーボン系粒子または無機系粒子を含むことが好ましい。 In the laminate sheet of the present invention, when conductive particles X are defined as conductive particles having an aspect ratio of 5 to 10,000, at least one of the A and B layers contains the conductive particles X. Here, "contains" refers to a content of 0.1 vol% or more in the particle volume concentration measurement described below. A single type of conductive particle X may be used, or multiple types may be used in combination. In the latter case, the content of conductive particles X is calculated based on the total content of all components. For example, organic carbon-based particles, inorganic particles, and metal-based particles may be used alone or in combination as conductive particles X. However, organic carbon-based particles are preferred because of their small primary particle size and suitability for melt extrusion. Note that using only metal-based particles to produce a laminate sheet using an extruder can result in problems such as material pulverization and damage to the device due to friction between the device and the metal of the conductive particles X. Therefore, it is preferable that at least one type of conductive particle X contains organic carbon-based particles or inorganic particles primarily composed of carbon.
導電性粒子Xとして好適に用いることができる無機系粒子または金属系粒子としては、例えば、二酸化チタンや低次酸化チタンなどの酸化チタン類、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムなどのペロブスカイト型酸化物、酸化アンチモンドープスズ被覆マイカ、ニッケル被覆マイカ粒子、銅被覆マイカなどの金属被覆無機粒子、カルボニル鉄、カルボニルニッケルなどの一酸化炭素錯体等が挙げられる。なお、これらの粒子は、針状、円盤状、紡錘状、繊維状、数珠状などアスペクト比の高い構造を持つことが必要になる。このような構造を有することで、積層したときに導電性粒子Xが面方向により強く配列する。その結果、相互に接触した粒子の繋がりが面方向へ広がることになり、面方向への導電性パスをより強く形成し電磁波吸収性が高くなる。また、積層シート表面から見たときに粒子が存在する部分の面積が大きくなるため、粒子間の隙間からの電磁波の漏れも軽減することができる。 Examples of inorganic or metal particles suitable for use as conductive particles X include titanium oxides such as titanium dioxide and lower titanium oxides; perovskite-type oxides such as barium titanate, strontium titanate, and calcium titanate; metal-coated inorganic particles such as antimony oxide-doped tin-coated mica, nickel-coated mica particles, and copper-coated mica; and carbon monoxide complexes such as carbonyl iron and carbonyl nickel. These particles must have a high aspect ratio structure, such as a needle, disk, spindle, fiber, or bead shape. Such a structure allows the conductive particles X to be more tightly aligned in the plane when stacked. As a result, the connections between particles in contact with each other expand in the plane, forming stronger conductive paths in the plane and improving electromagnetic wave absorption. Furthermore, because the area of the particles is larger when viewed from the surface of the laminated sheet, electromagnetic wave leakage through gaps between particles can be reduced.
導電性粒子Xとして好適に用いることができる有機カーボン系粒子としては、例えば、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック,ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック(球状カーボン)、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、カップ積み上げ型ナノチューブなどの円筒状カーボンであるカーボンナノチューブ、黒鉛,グラファイト,グラフェンなどの扁平状カーボン、その他、円筒状グラファイト、カーボンマイクロコイル、炭素繊維(長繊維、短繊維)などが挙げられる。 Examples of organic carbon-based particles that can be suitably used as conductive particles X include carbon black (spherical carbon) such as acetylene black, channel black, lamp black, thermal black, ketjen black, and furnace black; cylindrical carbon nanotubes such as single-walled nanotubes, multi-walled nanotubes, and cup-stacked nanotubes; flat carbon such as graphite and graphene; and cylindrical graphite, carbon microcoils, and carbon fibers (long fibers and short fibers).
中でも、積層構造による面方向への導電性粒子配列の効果により、導電性粒子Xを含有した層の導電性を向上し、また、面方向への導電性パスをより強く形成するために、構造が均一でアスペクト比の高いカーボンナノチューブ、扁平状カーボン、炭素繊維などを使用することが好ましく、導電性粒子Xがカーボンナノチューブまたは炭素繊維であることがより好ましい。一方でアスペクト比が高すぎると樹脂と導電性粒子の相互作用が強くなりすぎて、成形性が悪化する場合がある。上記観点から、導電性粒子Xのアスペクト比は20以上5000以下が好ましく、30以上3000以下がさらに好ましい。 In particular, the conductive particle X is preferably made of carbon nanotubes, flat carbon, carbon fiber, or the like, which have a uniform structure and a high aspect ratio, in order to improve the conductivity of the layer containing the conductive particle X due to the effect of the conductive particle arrangement in the plane direction of the laminated structure, and to form a stronger conductive path in the plane direction. It is more preferable that the conductive particle X is carbon nanotubes or carbon fiber. On the other hand, if the aspect ratio is too high, the interaction between the resin and the conductive particle may become too strong, resulting in poor moldability. From the above perspective, the aspect ratio of the conductive particle X is preferably 20 or more and 5000 or less, and more preferably 30 or more and 3000 or less.
積層シートに用いている導電性粒子の成分を評価する方法としては、例えば、各層の樹脂を任意の溶媒に溶解して粒子を濾別し、得られた粒子を燃焼させた際の二酸化炭素、水、窒素酸化物、灰分の量を測定する方法が挙げられる。有機カーボン系粒子を用いることで炭化水素の重量分率は向上するが、有機系カーボン同士が接続して導電パスが形成される観点から、本発明の積層シートにおいては、粒子全体の炭化水素の重量分率が85%以上100%以下であることが好ましく、90%以上100%以下がさらに好ましい。なお、粒子全体の炭化水素の重量分率は、サンプルを90℃のトリエチレングリコール中で溶解し、金属フィルターにて粒子を濾別して有機微量元素分析装置により分析することで測定することができる(装置や条件は後述)。 One method for evaluating the components of the conductive particles used in the laminate sheet is to dissolve the resin of each layer in a solvent, filter the particles, and then burn the resulting particles to measure the amounts of carbon dioxide, water, nitrogen oxides, and ash. The use of organic carbon-based particles increases the hydrocarbon weight fraction. However, from the perspective of forming conductive paths by connecting organic carbons together, the hydrocarbon weight fraction of the entire particle in the laminate sheet of the present invention is preferably 85% to 100%, and more preferably 90% to 100%. The hydrocarbon weight fraction of the entire particle can be measured by dissolving the sample in triethylene glycol at 90°C, filtering the particles using a metal filter, and analyzing the result using an organic trace elemental analyzer (the apparatus and conditions are described below).
また、一定方向に導電性粒子を配列させて横並びに重ね合わさる態様をとることで導電パスの形成を促し、積層シートの電磁波シールド性能を高めることができる。そのためには、導電性粒子と樹脂が接している面積の合計が広い方が好ましいため、導電性粒子は細かい方が好ましい。一方で導電性粒子が細かすぎると導電性粒子の凝集による反射減衰量のムラや成形性の低下が問題となる場合や、樹脂が増粘することで積層が困難になる場合がある。上記観点から、具体的には、導電性粒子Xと導電性粒子Y(後述)の少なくとも一方の平均粒径が5nm以上1000nm以下であることが好ましく、5nm以上500nm以下であることがさらに好ましい。なお、各粒子の平均粒径は、積層シートの長手方向断面と幅方向断面の観察画像より、実施例に示す方法で測定することができる。 Aligning the conductive particles in a specific direction and stacking them side by side promotes the formation of conductive paths, improving the electromagnetic wave shielding performance of the laminate sheet. To achieve this, it is preferable that the total contact area between the conductive particles and the resin is large, so the finer the conductive particles, the better. On the other hand, if the conductive particles are too fine, aggregation of the conductive particles can cause uneven return loss and reduced moldability, or the resin can thicken, making lamination difficult. From this perspective, specifically, the average particle size of at least one of the conductive particles X and conductive particles Y (described below) is preferably 5 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 5 nm or more and 500 nm or less. The average particle size of each particle can be measured using the method described in the Examples from observation images of the longitudinal and width cross sections of the laminate sheet.
一般に、積層シートの電磁波吸収性を高めるには導電性粒子Xの含有量を多くする必要があるが、導電性粒子Xが過剰になると高い導電性と引き換えに、製膜性や加工性が損なわれる場合がある。反対に、導電性粒子Xが不足すると電磁波吸収の効果が十分に得られないことがある。上記観点から、A層とB層の少なくとも一方が、1vol%以上90vol%以下の導電性粒子Xを含むことが好ましく、より好ましくは5vol%以上65vol%以下、さらに好ましくは10vol%以上50vol%以下である。 Generally, to improve the electromagnetic wave absorption properties of a laminate sheet, it is necessary to increase the content of conductive particles X; however, if there is an excess of conductive particles X, film-forming properties and processability may be impaired in exchange for high conductivity. Conversely, if there is an insufficient amount of conductive particles X, the electromagnetic wave absorption effect may not be fully achieved. From the above perspective, it is preferable that at least one of Layer A and Layer B contains 1 vol% to 90 vol% of conductive particles X, more preferably 5 vol% to 65 vol%, and even more preferably 10 vol% to 50 vol%.
積層シートの各層の導電性粒子Xの含有量を測定する方法としては、ミクロトームまたはイオンミリングによって断面切削を行った後、走査型電子顕微鏡での画像観察により導電性粒子X部分を抽出し、層中に占める導電性粒子X部分の面積比を計測する方法が挙げられる。積層シートに異方性がある可能性がある場合には、長手方向と幅方向のそれぞれの断面で同様の測定を行い、得られた値の平均値を用いる。なお、画像観察により導電性粒子Xを特定する方法も含め、詳細な測定手順は実施例に示す。 One method for measuring the content of conductive particles X in each layer of a laminate sheet is to cut the cross section using a microtome or ion milling, extract the conductive particle X portion by observing the image with a scanning electron microscope, and measure the area ratio of the conductive particle X portion in the layer. If there is a possibility that the laminate sheet is anisotropic, similar measurements are made on cross sections in both the longitudinal and transverse directions, and the average of the obtained values is used. Note that detailed measurement procedures, including the method for identifying conductive particles X by observing the image, are shown in the Examples.
また、長手方向や幅方向が不明な場合は、サンプルの任意の方向から30°毎に破断点伸度を測定し、最も破断点伸度が小さい方向を長手方向とする(以下、測定にあたり長手方向や幅方向を特定する必要のある各パラメータにおいても同様とする。)。破断点伸度の測定方法は後述する。 If the longitudinal or width direction is unknown, the elongation at break is measured every 30° from any direction of the sample, and the direction with the smallest elongation at break is considered to be the longitudinal direction (the same applies hereinafter to each parameter that requires specifying the longitudinal or width direction for measurement). The method for measuring elongation at break is described below.
また、導電性粒子のアスペクト比は、各導電性粒子を楕円形近似し、長径の長さを短径の長さで割った値を算出することにより求めることができる。積層シート内の導電性粒子のアスペクト比を測定する方法としては、まずイオンミリングまたはミクロトームによって断面切削を行った後、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)での観察により画像を取得し、画像解析ソフトにて導電性粒子部分を抽出して楕円形近似し、長径と短径を測定して両者の比を求める方法が挙げられる。断面切削時には凍結処理や樹脂埋包処理など粒子へのダメージを抑えた方法を必要に応じて用いてもよい。また観察時には適宜チャージアップを抑えるための白金等の金属スパッタ処理を行ってもよい。画像解析ソフトとしてはImageJやMac-Viewなどが上げられ、適宜2値化や明度調整を行ってもよい。なお、シート内に異方性がある可能性がある場合には、長手方向と幅方向のそれぞれの断面で同様の測定を行い得られた値のうちアスペクト比の大きい値を用いる。このアスペクト比が5以上10000以下である導電性粒子が導電性粒子Xに相当する。 The aspect ratio of conductive particles can be determined by approximating each conductive particle to an ellipse and calculating the value obtained by dividing the major axis by the minor axis. One method for measuring the aspect ratio of conductive particles in a laminate sheet involves first cutting the cross section using ion milling or a microtome, then observing the cross section with a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM) to obtain an image. Using image analysis software, the conductive particle portion is extracted and approximated as an ellipse, and the major and minor axes are measured and their ratios are calculated. When cutting the cross section, methods that minimize particle damage, such as freezing or resin embedding, may be used as needed. Furthermore, during observation, metal sputtering, such as platinum, may be performed as needed to minimize charge buildup. Examples of image analysis software include ImageJ and Mac-View, and binarization and brightness adjustment may be performed as appropriate. If anisotropy is suspected within the sheet, similar measurements are performed on both longitudinal and transverse cross sections, and the larger aspect ratio is used. Conductive particles with an aspect ratio of 5 or greater and 10,000 or less correspond to conductive particles X.
上記のようなアスペクト比が高い導電性粒子(導電性粒子X)を用いることにより、導電性粒子X同士の接続が起こりやすく、電磁波吸収性能が向上する。特に導電性粒子Xを多く含有する層を薄くすることで、導電性粒子Xが面方向に配列して導電性粒子同士の接続が強化されるとともに、導電性粒子が隙間なく並ぶこととなる。そのため、積層シートとしたときの電磁波の漏れが抑制されて、電磁波吸収性の向上につながる。一方で、導電性粒子Xを多く含有する層を薄くするために積層シート全体を薄くすると、積層シートの電磁波吸収性の低下につながるが、上述した積層構造とすることにより積層シート全体の厚みを維持しつつ導電性粒子Xを多く含む各層をより薄くすることが可能になる。 By using conductive particles (conductive particles X) with a high aspect ratio as described above, connections between the conductive particles X are more likely to occur, improving electromagnetic wave absorption performance. In particular, by thinning the layer containing a large amount of conductive particles X, the conductive particles X are aligned in the plane direction, strengthening the connections between the conductive particles and arranging the conductive particles without any gaps. This suppresses electromagnetic wave leakage when the laminate sheet is formed, leading to improved electromagnetic wave absorption. On the other hand, if the entire laminate sheet is made thinner in order to thin the layer containing a large amount of conductive particles X, this will lead to a decrease in the electromagnetic wave absorption performance of the laminate sheet. However, by using the laminate structure described above, it is possible to make each layer containing a large amount of conductive particles X thinner while maintaining the thickness of the entire laminate sheet.
本発明の積層シートは、高い周波数の電磁波への適用と電磁波吸収性能を両立する観点から、周波数ごとに反射減衰量を測定したときに、反射減衰量が最も大きいピークのピークトップにおける電磁波減衰量を積層シートの厚みで割った値が5dB/mm以上であることが好ましい。上記観点から、当該ピークトップにおける電磁波減衰量は、10dB/mm以上であることが好ましく、より好ましくは20dB/mm以上、さらに好ましく、25dB/mm以上であることが特に好ましく、29dB/mm以上であることが最も好ましい。当該ピークトップにおける電磁波減衰量を積層シートの厚みで割った値の上限に特に制限はないが、性能の安定性、実現性の観点から最大でも1000dB/mm程度となる。 From the viewpoint of achieving both application to high-frequency electromagnetic waves and electromagnetic wave absorption performance, when the return loss of the laminate sheet of the present invention is measured for each frequency, it is preferable that the value obtained by dividing the electromagnetic wave attenuation at the peak top with the largest return loss by the thickness of the laminate sheet is 5 dB/mm or more. From the above viewpoint, the electromagnetic wave attenuation at the peak top is preferably 10 dB/mm or more, more preferably 20 dB/mm or more, even more preferably 25 dB/mm or more, and most preferably 29 dB/mm or more. There is no particular upper limit to the value obtained by dividing the electromagnetic wave attenuation at the peak top by the thickness of the laminate sheet, but from the viewpoint of performance stability and feasibility, it should be at most approximately 1000 dB/mm.
通常、積層シートが薄い設計であるほど高い周波数の電磁波を吸収することができる一方で、小さい厚み変化で反射減衰量が変動するという欠点を持ちやすくなる。一方で積層シートが厚いと反射減衰量は安定するものの、高い周波数の電磁波の吸収に劣る。安定してセンチ~ミリ波帯域の電磁波を吸収できる積層シートとして鋭意検討を行った結果、電磁波減衰量を積層シートの厚みで割った値が上記範囲内であれば良好な反射減衰量が安定して得られることを見出した。 Typically, the thinner the laminate sheet is designed, the more it can absorb higher frequency electromagnetic waves, but it is more likely to have the drawback of fluctuations in return loss with small changes in thickness. On the other hand, thicker laminate sheets have stable return loss, but are inferior at absorbing high frequency electromagnetic waves. After extensive research into a laminate sheet that can stably absorb electromagnetic waves in the centimeter to millimeter wave band, we found that a good return loss can be consistently achieved if the value obtained by dividing the electromagnetic wave attenuation by the thickness of the laminate sheet is within the above range.
積層シートの厚みは、公知のダイヤルゲージで測定することができる。反射減衰量は、積層シートに入射した特定の周波数の電磁波に対し、積層シートにより反射され戻ってきた電磁波の強度を測定した際の、積層シート内を往復する際に電磁波が損失した量を表した値であり、単位デシベル(dB)として表現される。具体的には、同軸導波管法や自由空間法を利用し、背面にアルミニウムなどで作製された金属反射板を組み合わせた積層シートに対して電磁波を照射し、金属板を反射して積層シート内を往復した電磁波の強度を計測して算出する。周波数を掃引して反射減衰を測定し、縦軸を反射減衰量、横軸を周波数としてプロットした反射減衰スペクトルにおいて、複数のピークが得られることがあるが、その中でも最もピーク強度(減衰量)が大きい反射減衰ピークの減衰量に着目する。ここでいうところのピークトップとは、反射減衰スペクトルの接線の傾きを考えた際に、正から負、あるいは、負から正に符号(傾き)が反転する位置を指す。反射減衰ピークの減衰量は、図1、2に示すように単一ピークトップを有する場合は、当該ピークのベースラインを基準とし、ピークトップに位置する周波数に対して、ピークトップとベースラインとの減衰量の差で表すこととする。なお、図1、2における例は単一のピークトップを有するものであるため、図中の符号1が最も反射減衰量が大きいピーク、符号2が最も反射減衰量が大きいピークのピークトップにおける反射減衰量を示す。 The thickness of a laminate sheet can be measured using a known dial gauge. Return loss, expressed in decibels (dB), represents the amount of electromagnetic wave loss during a round-trip within a laminate sheet. Specifically, using the coaxial waveguide method or free-space method, electromagnetic waves are irradiated onto a laminate sheet with a metal reflector (e.g., aluminum) attached to the backside. The intensity of the electromagnetic wave reflected by the metal plate and traveling back and forth within the laminate sheet is measured and calculated. Return loss is measured by sweeping the frequency, and a return loss spectrum is plotted with return loss on the vertical axis and frequency on the horizontal axis. Multiple peaks may be observed. The return loss peak with the largest peak intensity (attenuation) is the focus of our analysis. The "peak top" here refers to the point where the slope of the tangent to the return loss spectrum changes sign (slope) from positive to negative or from negative to positive. When there is a single peak top as shown in Figures 1 and 2, the attenuation of the return loss peak is expressed as the difference in attenuation between the peak top and the baseline for the frequency at which the peak top is located, with the baseline of that peak used as the reference. Note that since the example in Figures 1 and 2 has a single peak top, reference numeral 1 in the figures indicates the peak with the largest return loss, and reference numeral 2 indicates the return loss at the peak top of the peak with the largest return loss.
本発明の積層シートの反射減衰ピークのうち最も反射減衰量が大きい反射減衰ピークは、1~100GHzの周波数帯域に存在することが好ましい。本発明の積層シートを電磁波シールド用途に用いる場合は、通常、GHz周波数帯域をシールドすることが必要となるため、当該領域に最も反射減衰量が大きいピークを有することが好ましい。 Of the reflection loss peaks of the laminate sheet of the present invention, the peak with the largest reflection loss is preferably present in the frequency band of 1 to 100 GHz. When the laminate sheet of the present invention is used for electromagnetic wave shielding purposes, it is usually necessary to shield the GHz frequency band, so it is preferable that the peak with the largest reflection loss be present in this region.
反射減衰量が最も大きいピークのピークトップにおける電磁波減衰量を積層シートの厚みで割った値を上記範囲内にする方法としては、例えば、シート内の導電性粒子の種類や濃度を調整してシートの誘電率を適正な範囲とする方法や製造時の厚みを調整する方法があげられる。より具体的には、アスペクト比の高い導電性粒子と低い導電性粒子(導電性粒子Xと後述する導電性粒子Y)を導電性粒子Xの体積濃度を1としたときに導電性粒子Yの体積濃度が0.1以上10未満になるように併用すること、導電性粒子Xの体積濃度を大きくすること、多層化して各層を適正な厚みとし、導電性粒子Xの配列を促すことにより、反射減衰量が最も大きいピークのピークトップにおける電磁波減衰量を積層シートの厚みで割った値を大きくすることができる。 Methods for keeping the value obtained by dividing the electromagnetic wave attenuation at the peak top of the peak with the greatest return loss by the thickness of the laminate sheet within the above range include, for example, adjusting the type and concentration of conductive particles in the sheet to set the sheet's dielectric constant within an appropriate range, or adjusting the thickness during manufacturing. More specifically, the value obtained by dividing the electromagnetic wave attenuation at the peak top of the peak with the greatest return loss by the thickness of the laminate sheet can be increased by combining conductive particles with high and low aspect ratios (conductive particles X and conductive particles Y, described below) so that the volume concentration of conductive particles Y is 0.1 or greater and less than 10 when the volume concentration of conductive particles X is 1, increasing the volume concentration of conductive particles X, or multiplying the sheet to an appropriate thickness for each layer to promote the alignment of conductive particles X.
本発明の積層シートは、アスペクト比が1以上5未満である導電性粒子を導電性粒子Yとしたときに、A層とB層のうち少なくとも一方が、導電性粒子Xを1vol%以上90vol%以下含有し、かつ導電性粒子Yを1vol%以上90vol%以下含有することが好ましい。以下、このような態様とすることの利点について、図面を用いて説明する。図3は導電性粒子Xを含んだ層の模式図であり、図4は導電性粒子X及び導電性粒子Yを含んだ層の模式図である。なお、図3,4において符号3~5は順に樹脂、導電性粒子X、導電性粒子Yを示す。 In the laminate sheet of the present invention, when conductive particles Y are conductive particles with an aspect ratio of 1 or more and less than 5, at least one of layer A and layer B preferably contains 1 vol% to 90 vol% of conductive particles X and 1 vol% to 90 vol% of conductive particles Y. The advantages of this configuration are explained below with reference to the drawings. Figure 3 is a schematic diagram of a layer containing conductive particles X, and Figure 4 is a schematic diagram of a layer containing conductive particles X and conductive particles Y. In Figures 3 and 4, the reference numerals 3 to 5 represent resin, conductive particles X, and conductive particles Y, respectively.
図3に示すように、層中にアスペクト比の高い導電性粒子(導電性粒子X)を含むと、アスペクト比の低い導電性粒子のみを用いたときに比べて導電性粒子間の距離が近い部分が生まれやすく導電パスの形成に寄与する。また、隙間が少なくなることから電磁波の漏れによる減衰量の低下も抑制できる。しかしながら、面方向と長軸が平行になるように導電性粒子Xが配列することで厚み方向への導電パス形成に改善の余地がある。そこで図4に示すように、アスペクト比が低い導電性粒子(導電性粒子Y)を併用することで厚み方向にも導電パスが広がり、より高い電磁波吸収性を実現できるようになる。上記観点から、導電性粒子Xを1vol%以上90vol%以下含有する層における導電性粒子Yの含有量は、好ましくは10vol%以上75vol%以下であり、さらに好ましくは20vol%以上60vol%以下である。 As shown in Figure 3, when conductive particles with a high aspect ratio (conductive particles X) are included in a layer, the conductive particles are more likely to be closer together than when only conductive particles with a low aspect ratio are used, contributing to the formation of conductive paths. Furthermore, the reduced gaps also help prevent a decrease in attenuation due to electromagnetic wave leakage. However, arranging conductive particles X so that their major axes are parallel to the surface direction leaves room for improvement in the formation of conductive paths in the thickness direction. Therefore, as shown in Figure 4, the use of conductive particles with a low aspect ratio (conductive particles Y) in combination expands the conductive paths in the thickness direction, achieving even higher electromagnetic wave absorption. From the above perspective, the content of conductive particles Y in a layer containing 1 vol% to 90 vol% of conductive particles X is preferably 10 vol% to 75 vol%, more preferably 20 vol% to 60 vol%.
導電性粒子Yとしては、導電性粒子Xと同様の材質の材料を用いることができる。導電性粒子同士の接続の観点から類似の材料を用いることが好ましい。具体的には、導電性粒子Xとしてカーボンナノチューブや炭素繊維のような有機カーボン系材料を用いた場合は導電性のカーボンブラックまたは黒鉛を使用することが好ましい。 The conductive particles Y can be made of the same material as the conductive particles X. From the perspective of the connection between the conductive particles, it is preferable to use a similar material. Specifically, if an organic carbon material such as carbon nanotubes or carbon fibers is used as the conductive particles X, it is preferable to use conductive carbon black or graphite.
本発明の積層シートにおいては、導電性粒子X及び導電性粒子Yは、いずれもA層、B層のどちらか1層のみに含有してもよく、A層とB層の両方に含有しても良い。また、A層とB層の両方に含有する場合、それぞれの層で異なる導電性粒子を含有してもよく、同じ導電性粒子を含み、含有量が異なっていてもよい。但し、A層もしくはB層のうち、双方ともに導電性が高い層となる場合、積層シート全体として単膜の電磁波シールド材料と類似の効果を示すこととなり、所望の急峻な電磁波吸収性を得ることができない場合がある。また、表層に位置する層の導電性・誘電率が上がるため電磁波の表面反射が発生し、導電性粒子による電磁波吸収の効果が低減する場合がある。 In the laminate sheet of the present invention, conductive particles X and conductive particles Y may be contained in only one of layers A and B, or in both layers A and B. Furthermore, when conductive particles X and Y are contained in both layers A and B, each layer may contain different conductive particles, or the same conductive particles may be contained in different amounts. However, if both layers A and B are highly conductive, the laminate sheet as a whole will exhibit an effect similar to that of a single-film electromagnetic wave shielding material, and the desired steep electromagnetic wave absorption may not be achieved. Furthermore, the conductivity and dielectric constant of the surface layer will increase, causing surface reflection of electromagnetic waves, which may reduce the electromagnetic wave absorption effect of the conductive particles.
そのため、例えばA(BA)nの繰り返しユニットを有する積層シート、言い換えるとA層とB層が交互に積層されておりA層が両側の最表層である積層シートとした場合、表層の導電性粒子の含有量は、表層ではない層の導電性粒子の含有量よりも少ない含有量であることが好ましい。すなわち、A層が表層にあり、B層が表層ではない層である場合、A層に含有する導電性粒子の量は、B層に含有する導電性粒子の量よりも少ないことが好ましい。より具体的には、A層に含有される導電性粒子の総含有量がA層全体に対して10vol%未満であり、B層に含まれる導電性粒子の総含有量がB層全体に対して10vol%以上であることが好ましい。 For example, in the case of a laminate sheet having repeating units of A(BA)n, in other words, a laminate sheet in which A layers and B layers are alternately laminated and A layers are the outermost layers on both sides, it is preferable that the content of conductive particles in the surface layers be lower than the content of conductive particles in the layers that are not surface layers. In other words, if A layers are surface layers and B layers are not surface layers, it is preferable that the amount of conductive particles contained in A layers be lower than the amount of conductive particles contained in B layers. More specifically, it is preferable that the total content of conductive particles contained in A layers be less than 10 vol% of the entire A layers, and that the total content of conductive particles contained in B layers be 10 vol% or more of the entire B layers.
本発明の積層シートは、高い電磁波吸収性を実現し、電磁波吸収性のムラを軽減する観点から、長手方向断面と幅方向断面における粒子の配向度がいずれも10以上10000以下であることが好ましく、100以上5000以下がより好ましく、300以上2000以下がさらに好ましい。ここで長手方向断面とは、長手方向と厚み方向に平行な面で積層シートを切断したときの断面をいい、幅方向断面とは、幅方向と厚み方向に平行な面で積層シートを切断したときの断面をいう。また、粒子とは積層シートに含まれる導電性粒子全体をいい、積層シートが導電性粒子Xのみを含む場合は導電性粒子Xを、積層シートが導電性粒子X,Yをともに含む場合は両者を指す。各配向度を上記範囲とすることにより、導電性粒子同士を効果的に接続し高い電磁波吸収性を得ることが可能になる。各配向度を該範囲にする方法としては、アスペクト比の高い導電性粒子を使用することや積層構造とすることで各層厚みを薄くする方法、押出時のせん断力で導電性粒子を配列させる方法、延伸により導電性粒子の配向を揃える方法などが挙げられる。 From the viewpoint of achieving high electromagnetic wave absorption and reducing unevenness in electromagnetic wave absorption, the laminate sheet of the present invention preferably has a particle orientation degree of 10 to 10,000 in both the longitudinal and width cross sections, more preferably 100 to 5,000, and even more preferably 300 to 2,000. Here, the longitudinal cross section refers to a cross section of the laminate sheet cut in a plane parallel to the longitudinal and thickness directions, and the width cross section refers to a cross section of the laminate sheet cut in a plane parallel to the width and thickness directions. Furthermore, the term "particles" refers to all conductive particles contained in the laminate sheet. When the laminate sheet contains only conductive particle X, this refers to conductive particle X. When the laminate sheet contains both conductive particles X and Y, this refers to both particles. By setting each orientation degree within the above range, it is possible to effectively connect the conductive particles to each other and achieve high electromagnetic wave absorption. Methods for achieving each degree of orientation within this range include using conductive particles with a high aspect ratio, using a laminated structure to reduce the thickness of each layer, aligning the conductive particles using shear force during extrusion, and aligning the conductive particles by stretching.
本発明の積層シートは、長手方向と幅方向で粒子の配向度の偏りをなくすことで電磁波の入射方向による電磁波吸収量のムラをなくすことや、逆に粒子の配向度に大きな差をつけることで選択的な電磁波吸収を行うことも可能である。具体的には、長手方向断面における粒子の配向度と幅方向断面における粒子の配向度の比が0.50以上2.00以下である場合は、入射方向による電磁波吸収量のムラが小さい電磁波シールド材料として好適に用いることができる。当該用途に用いる場合、この比は0.80以上1.25以下であることがさらに好ましい。一方で、長手方向断面における粒子の配向度と幅方向断面における粒子の配向度の比が0.1以下または10以上である場合には、偏光した電磁波のみを選択的に吸収することが可能になる。このような電磁波のみを吸収する用途としては、例えばETC周りの電磁波吸収用途などがあげられる。長手方向断面における粒子の配向度と幅方向断面における粒子の配向度の比は、長手方向断面における粒子の配向度を幅方向断面における粒子の配向度を除した値とする。なお、粒子の配向度は、長手方向断面と幅方向断面の画像を画像解析ソフトで解析することにより求めることができ、画像解析ソフトや解析手法の詳細は実施例に示す。 The laminated sheet of the present invention can eliminate unevenness in electromagnetic wave absorption depending on the direction of incidence by eliminating bias in particle orientation between the longitudinal and width directions, or conversely, can selectively absorb electromagnetic waves by creating a large difference in particle orientation. Specifically, when the ratio of particle orientation in the longitudinal cross section to that in the width cross section is 0.50 or more and 2.00 or less, it can be used as an electromagnetic wave shielding material with minimal unevenness in electromagnetic wave absorption depending on the direction of incidence. For such applications, this ratio is more preferably 0.80 or more and 1.25 or less. On the other hand, when the ratio of particle orientation in the longitudinal cross section to that in the width cross section is 0.1 or less or 10 or more, it becomes possible to selectively absorb only polarized electromagnetic waves. Examples of applications requiring the absorption of only electromagnetic waves include electromagnetic wave absorption around ETCs. The ratio of the degree of particle orientation in the longitudinal cross section to the degree of particle orientation in the width cross section is the value obtained by dividing the degree of particle orientation in the longitudinal cross section by the degree of particle orientation in the width cross section. The degree of particle orientation can be determined by analyzing images of the longitudinal cross section and the width cross section using image analysis software; details of the image analysis software and analysis method are provided in the examples.
粒子の配向度を長手方向と幅方向で独立に制御する方法としてはロールまたはテンター内でのクリップによる延伸が挙げられる。このとき、延伸倍率を大きくするほど各方向の配向度を高めることができる。他には、粒子の濃度を下げて各粒子が受ける押出時の剪断力を大きくすることで長手方向の配向度を高くする方法もある。また、キャスティングドラム等の冷却体上に押出して成形している場合は、冷却体の速度を上げることでキャスト時に長手方向に微延伸して長手方向の配向度を高くする方法も用いることができる。 One method for independently controlling the degree of particle orientation in the longitudinal and transverse directions is stretching using rolls or clips in a tenter. In this case, the greater the stretching ratio, the greater the degree of orientation in each direction. Another method is to increase the degree of orientation in the longitudinal direction by lowering the particle concentration and increasing the shear force experienced by each particle during extrusion. Furthermore, when molding by extrusion onto a cooling body such as a casting drum, a method can also be used in which the speed of the cooling body is increased to slightly stretch the particles in the longitudinal direction during casting, thereby increasing the degree of orientation in the longitudinal direction.
本発明の積層シートでは、EFM(Electric Force Microscope)測定によって得られた漏洩電場解析により長手方向断面と幅方向断面における粒子の電気的配向度がいずれも100以上100000以下であることが好ましい。より好ましくは1000以上100000以下である。電気的配向度が100以上であることにより、導電パスが十分に形成され、高い電磁波吸収性が実現できる。一方で電気的配向度が100000以下であることにより、導電パスの過形成が抑制され、電磁波が吸収されずに反射されることによる電磁波吸収性の低下が軽減される。 In the laminate sheet of the present invention, the degree of electrical orientation of the particles in both the longitudinal cross section and the width cross section, as determined by leakage electric field analysis obtained by EFM (Electric Force Microscope) measurement, is preferably 100 or more and 100,000 or less. It is more preferably 1,000 or more and 100,000 or less. An electrical orientation degree of 100 or more ensures sufficient formation of conductive paths, achieving high electromagnetic wave absorption. On the other hand, an electrical orientation degree of 100,000 or less suppresses excessive formation of conductive paths, reducing the decrease in electromagnetic wave absorption caused by electromagnetic waves being reflected rather than absorbed.
電気的配向度を高めるためには導電性の高い粒子を使用する方法や導電性粒子の添加量を上げる方法、積層構造とすることで各層厚みを薄くする方法、押出時のせん断力で導電性粒子を配列させる方法、延伸により導電性粒子の配向を揃える方法などが挙げられる。電気的配向度はEFMにて測定した画像を画像解析ソフトで解析することにより求めることができ、画像解析ソフトや解析手法の詳細は実施例に示す。 Methods for increasing the degree of electrical orientation include using highly conductive particles, increasing the amount of conductive particles added, using a laminated structure to reduce the thickness of each layer, aligning the conductive particles using shear force during extrusion, and aligning the conductive particles by stretching. The degree of electrical orientation can be determined by analyzing images measured with EFM using image analysis software; details of the image analysis software and analysis methods are provided in the examples.
本発明の積層シートでは、電磁波を効率的に吸収する観点から、長手方向断面と幅方向断面それぞれにおいて、粒子の長軸と面方向の成す角の大きさの平均値が0°以上30°以下であることが好ましく、0°以上10°以下がより好ましく、0°以上5°以下がさらに好ましい。特にアスペクト比の高い導電性粒子が面方向若しくは面方向との角度が小さい方向を向くことで、積層シート表面から観察したときの粒子の面積が大きくなり、電磁波をより効率的に吸収することが可能になる。 In the laminate sheet of the present invention, from the viewpoint of efficiently absorbing electromagnetic waves, the average angle between the major axis of the particles and the plane direction in both the longitudinal cross section and the width cross section is preferably 0° to 30°, more preferably 0° to 10°, and even more preferably 0° to 5°. In particular, when conductive particles with a high aspect ratio are oriented in the plane direction or in a direction with a small angle to the plane direction, the area of the particles increases when observed from the surface of the laminate sheet, enabling more efficient absorption of electromagnetic waves.
粒子の長軸と面方向の成す角の大きさは、長手方向断面と幅方向断面の画像を画像解析ソフトで解析することにより求めることができ、画像解析ソフトや解析手法の詳細は実施例に示す。 The angle between the particle's long axis and the plane direction can be determined by analyzing images of the longitudinal and width cross sections using image analysis software. Details of the image analysis software and analysis methods are provided in the Examples.
粒子の長軸と面方向の成す角の大きさの平均値を該範囲内にする方法としては、多層積層構造としたり積層シート全体の厚みを薄くしたりすることで、導電性粒子の長軸に対して各層の厚みを小さくする方法や、延伸により導電性粒子を延伸方向に向ける方法、粒子濃度を高くして導電性粒子同士の相互作用を強める方法などがあげられる。 Methods for keeping the average value of the angle between the long axis of the particles and the surface direction within this range include using a multi-layer laminate structure or reducing the overall thickness of the laminate sheet to reduce the thickness of each layer relative to the long axis of the conductive particles, stretching the sheet to orient the conductive particles in the stretching direction, and increasing the particle concentration to strengthen the interaction between the conductive particles.
本発明の積層シートでは、長手方向断面と幅方向断面それぞれにおいて、粒子の長軸と面方向の成す角の大きさの標準偏差が0°以上30°以下であることが好ましい。各導電性粒子の長軸と面方向の成す角の大きさのばらつきを抑えることで、積層シート全体で安定した電磁波吸収性を発現することができる。上記観点から当該標準偏差は0°以上20°以下がより好ましく、0°以上10°以下がさらに好ましい。 In the laminate sheet of the present invention, it is preferable that the standard deviation of the angle between the long axis of the particles and the plane direction is 0° or more and 30° or less in both the longitudinal cross section and the width cross section. By suppressing the variation in the angle between the long axis of each conductive particle and the plane direction, stable electromagnetic wave absorption properties can be achieved throughout the laminate sheet. From the above perspective, the standard deviation is more preferably 0° or more and 20° or less, and even more preferably 0° or more and 10° or less.
粒子の長軸と面方向の成す角の大きさの標準偏差は、長手方向断面と幅方向断面の画像を画像解析ソフトで解析することにより求めることができ、画像解析ソフトや解析手法の詳細は実施例に示す。 The standard deviation of the angle between the particle's long axis and the plane direction can be determined by analyzing images of the longitudinal and width cross sections using image analysis software. Details of the image analysis software and analysis method are provided in the Examples.
粒子の長軸と面方向の成す角の大きさの標準偏差を該範囲とする方法としては、粒子の長軸と面方向の成す角の大きさの平均値を好ましい範囲とする方法と同様の手法を用いることができるが、粒子の長軸と面方向の成す角の大きさの平均値よりも各層厚みの影響を強く受けるため、多層積層構造としていても各層の厚みが小さくない場合は粒子の長軸と面方向の成す角の大きさの標準偏差が小さくならない場合がある。 The same method for setting the standard deviation of the angle between the long axis of the particles and the surface direction within this range can be used as for setting the average value of the angle between the long axis of the particles and the surface direction within a preferred range. However, since the thickness of each layer has a stronger effect than the average value of the angle between the long axis of the particles and the surface direction, if the thickness of each layer is not small, even in a multilayer laminate structure, the standard deviation of the angle between the long axis of the particles and the surface direction may not be small.
本発明の積層シートでは、降温結晶化温度のうち最も低い値が70度以上200度以下、または降温結晶化温度が観測されないことが好ましい。降温結晶化温度が200度以下であることにより、積層シートの結晶性が抑えられ、成形などの後加工の際における割れや、追従性の悪化を軽減することができる。また降温結晶化温度が70度以上であることにより、高温での使用時における耐久性の低下や、変形を軽減することができる。上記観点から、降温結晶化温度が観測される場合、降温結晶化温度のうち最も低い値は好ましくは90度以上190度以下、更に好ましくは110度以上180度以下であり、特に好ましくは110度以上165度以下である。降温結晶化温度は、示差走査熱量測定装置を用いて、JIS K-7121(1987)およびJIS K-7122(1987)に準じて評価することができ、詳細は実施例に示す。 In the laminate sheet of the present invention, it is preferable that the lowest cooling crystallization temperature is between 70°C and 200°C, or that no cooling crystallization temperature is observed. A cooling crystallization temperature of 200°C or less suppresses the crystallinity of the laminate sheet, reducing cracking and deterioration of conformability during post-processing such as molding. Furthermore, a cooling crystallization temperature of 70°C or more reduces deterioration of durability and deformation during use at high temperatures. From the above perspective, if a cooling crystallization temperature is observed, the lowest cooling crystallization temperature is preferably between 90°C and 190°C, more preferably between 110°C and 180°C, and particularly preferably between 110°C and 165°C. The cooling crystallization temperature can be evaluated using a differential scanning calorimeter in accordance with JIS K-7121 (1987) and JIS K-7122 (1987); details are provided in the Examples.
降温結晶化温度のうち最も低い値を上記範囲内とする方法、降温結晶化温度が観測されないようにする方法としては、例えば、結晶性の低い樹脂を用いる方法が挙げられる。また、積層シートを多層積層構造とすることで各層の厚みを小さくし、一定の大きさ以上への結晶成長を阻害することによっても降温結晶化温度を下げることができる。さらに、粒子量を増やすと粒子表面の秩序構造に起因して結晶化が進行し、降温結晶化温度が上昇する場合があることから、本発明の積層シートでは、高アスペクト比の導電性粒子(導電性粒子X)を用いて粒子全体の添加量を抑えることによっても、降温結晶化温度を下げることができる。 Methods for keeping the lowest cooling-down crystallization temperature within the above range, or for preventing the cooling-down crystallization temperature from being observed, include, for example, using a resin with low crystallinity. The cooling-down crystallization temperature can also be lowered by creating a multilayer structure for the laminate sheet, thereby reducing the thickness of each layer and inhibiting crystal growth above a certain size. Furthermore, increasing the amount of particles can cause crystallization to progress due to the ordered structure of the particle surface, which can increase the cooling-down crystallization temperature. Therefore, in the laminate sheet of the present invention, the cooling-down crystallization temperature can also be lowered by using conductive particles with a high aspect ratio (conductive particles X) to reduce the total amount of particles added.
本発明の積層シートにおいては、各層を構成する樹脂として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(1-ブテン)、ポリ(4-メチルペンテン)、ポリイソブチレン,ポリイソプレン、ポリブタジエン,ポリビニルシクロヘキサン、ポリスチレン,ポリ(α-メチルスチレン)、ポリ(p-メチルスチレン)、ポリノルボルネン、ポリシクロペンテンなどに代表されるポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン66などに代表されるポリアミド系樹脂、エチレン/プロピレンコポリマー、エチレン/ビニルシクロヘキサンコポリマー、エチレン/ビニルシクロヘキセンコポリマー、エチレン/アルキルアクリレートコポリマー、エチレン/アクリルメタクリレートコポリマー、エチレン/ノルボルネンコポリマー、エチレン/酢酸ビニルコポリマー、プロピレン/ブタジエンコポリマー、イソブチレン/イソプレンコポリマー、塩化ビニル/酢酸ビニルコポリマーなどに代表されるビニルモノマーのコポリマー系樹脂、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリルアミド,ポリアクリロニトリルなどに代表されるアクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート,ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン-2,6-ナフタレートなどに代表されるポリエステル系樹脂、ポリエチレンオキシド,ポリプロピレンオキシド、ポリアクリレングリコールに代表されるポリエーテル系樹脂、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース、プロピオニルセルロース、ブチリルセルロース、アセチルプロピオニルセルロース、ニトロセルロースに代表されるセルロースエステル系樹脂、ポリ乳酸、ポリブチルサクシネートなどに代表される生分解性ポリマー、その他、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリアセタール、ポリグルコール酸、ポリカーボネート、ポリケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリシロキサン、4フッ化エチレン樹脂、3フッ化エチレン樹脂、3フッ化塩化エチレン樹脂、4フッ化エチレン-6フッ化プロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデンなどを単独でまたは組み合わせて用いることができる。また、少なくとも1つの層に2種類以上の樹脂を混合したコンパウンドを用いることも、成形性向上の観点から好ましい。 In the laminate sheet of the present invention, the resins constituting each layer may be, for example, polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, poly(1-butene), poly(4-methylpentene), polyisobutylene, polyisoprene, polybutadiene, polyvinylcyclohexane, polystyrene, poly(α-methylstyrene), poly(p-methylstyrene), polynorbornene, and polycyclopentene; polyamide resins such as nylon 6, nylon 11, nylon 12, and nylon 66; vinyl monomer copolymer resins such as ethylene/propylene copolymer, ethylene/vinylcyclohexane copolymer, ethylene/vinylcyclohexene copolymer, ethylene/alkyl acrylate copolymer, ethylene/acrylic methacrylate copolymer, ethylene/norbornene copolymer, ethylene/vinyl acetate copolymer, propylene/butadiene copolymer, isobutylene/isoprene copolymer, and vinyl chloride/vinyl acetate copolymer; and acrylic resins such as polyacrylate, polymethacrylate, polymethyl methacrylate, polyacrylamide, and polyacrylonitrile. Resins, polyester resins such as polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene-2,6-naphthalate; polyether resins such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, and polyacrylene glycol; cellulose ester resins such as diacetyl cellulose, triacetyl cellulose, propionyl cellulose, butyryl cellulose, acetylpropionyl cellulose, and nitrocellulose; biodegradable polysimilar resins such as polylactic acid and polybutyl succinate. Other resins that can be used alone or in combination include polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyacetal, polyglycolic acid, polycarbonate, polyketone, polyethersulfone, polyetheretherketone, modified polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyimide, polysiloxane, tetrafluoroethylene resin, trifluoroethylene resin, trichloroethylene resin, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, and polyvinylidene fluoride. It is also preferable to use a compound in which two or more resins are mixed in at least one layer from the perspective of improving moldability.
本発明の積層シートは、シクロアルカン単位、炭素数5以上の鎖状アルカン単位、及び分子量2万以下のポリエチレングリコール単位の少なくとも一つの単位を、積層シートを構成する全樹脂成分中に1mol%以上99mol%以下含むことが、成形性向上の観点から好ましい。鎖状の構造を持つ分子鎖を添加することで、加熱成形時に鎖状の構造を起点として分子鎖の運動が促され成形性を向上させることができる。上記観点から、シクロアルカン単位、炭素数5以上の鎖状アルカン単位、及び分子量2万以下のポリエチレングリコール単位のうちから少なくとも2つの単位を、樹脂成分中にそれぞれ1mol%以上40mol%以下含むことがさらに好ましい。鎖状アルカン単位の炭素数は7以上がさらに好ましく、9以上が特に好ましい。なお、鎖状アルカン単位の炭素数の上限は特に制限されないが、実現可能性の観点から100000程度となる。 From the perspective of improving formability, the laminate sheet of the present invention preferably contains at least one unit selected from the group consisting of cycloalkane units, chain alkane units having 5 or more carbon atoms, and polyethylene glycol units having a molecular weight of 20,000 or less in an amount of 1 mol% to 99 mol% of the total resin components constituting the laminate sheet. Adding molecular chains with a chain structure promotes molecular chain movement originating from the chain structure during heat molding, improving formability. From this perspective, it is even more preferable that the resin component contains at least two units selected from the group consisting of cycloalkane units, chain alkane units having 5 or more carbon atoms, and polyethylene glycol units having a molecular weight of 20,000 or less in an amount of 1 mol% to 40 mol%. The chain alkane units preferably have 7 or more carbon atoms, and particularly preferably 9 or more. There is no particular upper limit on the number of carbon atoms in the chain alkane units, but from the perspective of feasibility, it is set to approximately 100,000.
本発明の積層シートの好ましい使用態様として、本発明の積層シートと反射板を有する電磁波シールド体とする態様を挙げることができる。反射板は、積層シートの電磁波入射面と反対面に組み合わせることで、電磁波を積層シート内に往復させる形となるため、電磁波吸収効率を高めることができる。一方で、反射板を前面に配置する場合、ある程度の電磁波を反射板表面で反射させ、透過した一部の電磁波を積層シート内で急峻にシールドする態様も可能である。本発明の積層シートの電磁波吸収特性を十分生かすためには、前者の構成であることがより好ましい。 A preferred embodiment of the laminate sheet of the present invention is an electromagnetic wave shield comprising the laminate sheet of the present invention and a reflector. By combining a reflector on the surface of the laminate sheet opposite the electromagnetic wave incident surface, the electromagnetic waves are reflected back and forth within the laminate sheet, thereby increasing the electromagnetic wave absorption efficiency. On the other hand, if a reflector is placed on the front surface, it is also possible to have a certain amount of electromagnetic waves reflected by the reflector surface and a portion of the transmitted electromagnetic waves sharply shielded within the laminate sheet. To fully utilize the electromagnetic wave absorption properties of the laminate sheet of the present invention, the former configuration is more preferable.
反射板は、電磁波を反射することができるものであれば、構成材料は特に限定されない。構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、鉄、金などの金属、ステンレスなどの合金、カーボン膜などが挙げられる。また、当該反射板は、形状や厚みも限定されない。形状は、適用する材料に合わせるべきであるが、例えば平面、曲面、半球などの板状とすることができる。 The reflector may be made of any material that can reflect electromagnetic waves. Examples of materials include metals such as aluminum, copper, iron, and gold, alloys such as stainless steel, and carbon films. The shape and thickness of the reflector are also not limited. The shape should be tailored to the material being used, but it can be flat, curved, hemispherical, or other plate-like shapes.
反射板の例としては、金属,合金,カーボンを含むプレート反射板、高分子フィルム,シート,板などの表面に金属,合金,カーボンからなる膜が形成された積層タイプの反射板、高分子フィルム,シート,板などの内部に金属,合金,カーボンを分散させた複合型の反射板、高分子フィルム,シート,板などの内部に金属,合金からなる網状体を含む複合型反射板などが挙げられる。また、本発明の積層シートとの組み合わせにおいては、各用途における支持体、筐体などが金属,合金,カーボンなどを含んでいる場合、そのまま反射板として利用することもできる。 Examples of reflectors include plate reflectors containing metal, alloy, or carbon; laminated reflectors in which a film made of metal, alloy, or carbon is formed on the surface of a polymer film, sheet, or plate; composite reflectors in which metal, alloy, or carbon is dispersed within a polymer film, sheet, or plate; and composite reflectors containing a mesh made of metal or alloy within a polymer film, sheet, or plate. Furthermore, when combined with the laminate sheet of the present invention, supports, housings, etc. in various applications that contain metal, alloy, or carbon can also be used as reflectors as they are.
本発明の電子機器は、本発明の積層シートを備える。4G/5G通信、無線LAN、衝突防止(ITS)レーダー、などで利用される電磁波による虚像防止、コンピュータ、携帯電話、無線機、医療機器、車両バンパーなどの筐体の内部に備わる電子機器からの不要な電磁波の輻射低減、隣接する機器からの輻射による装置誤作動の防止などの目的で、本発明の積層シート、または、これを備える電磁波シールド体を有する電子機器(通信機器を含む。)とすることが好ましい。その他、GHz帯域の周波数を利用する電子機器であれば、上記に限らず本発明の積層シートを搭載して好適に使用することができる。 The electronic device of the present invention comprises the laminate sheet of the present invention. It is preferable for the electronic device (including communications equipment) to have the laminate sheet of the present invention or an electromagnetic wave shielding body equipped with the laminate sheet of the present invention for purposes such as preventing false images caused by electromagnetic waves used in 4G/5G communications, wireless LAN, and Intelligent Transport Systems (ITS) radar, reducing unnecessary electromagnetic wave radiation from electronic devices installed inside the housings of computers, mobile phones, radios, medical devices, vehicle bumpers, etc., and preventing malfunctions of devices due to radiation from adjacent devices. In addition, any electronic device that uses frequencies in the GHz band can be suitably used by incorporating the laminate sheet of the present invention, without being limited to the above.
本発明の積層シートは、車両や航空機、船舶などの交通機関、ビル、トンネルやガードレール、高速道路、橋梁、鉄塔などの構造物の壁面、電信、電話などの通信施設、ドローンや無人車両などの運搬手段等にも好適に用いることができる。 The laminated sheet of the present invention can also be suitably used for transportation such as vehicles, aircraft, and ships; the walls of structures such as buildings, tunnels, guardrails, highways, bridges, and steel towers; communication facilities such as telegraph and telephone facilities; and transportation means such as drones and unmanned vehicles.
本発明の建築材料は、本発明の積層シートを備える。積層シートを適用する方法としては、接着剤などを介して直接、もしくは他のシート、遮蔽板、パネルなどを介して、床、天井、壁、窓、柱などの構造物に貼り付けるなどの方法を用いることができる。ローカル5G用の建築材料などに支持材とともに一括成形する方法も好ましく用いることができる。その他、外部からの電磁波ジャミング・ノイズによる影響を防ぐためのシールドルームの壁材や窓材として本発明の積層シートを用いることもできる。 The building material of the present invention comprises the laminate sheet of the present invention. The laminate sheet can be applied by attaching it to structures such as floors, ceilings, walls, windows, and pillars directly via an adhesive or via another sheet, shielding plate, panel, etc. A method of molding it together with a support material in a single batch is also preferred for building materials for local 5G. Additionally, the laminate sheet of the present invention can also be used as a wall or window material for shielded rooms to protect against the effects of external electromagnetic jamming noise.
以下、本発明の積層シートの製造方法について、具体例を挙げて説明するが、本発明は以下の態様に限定されるものではない。 The method for producing a laminate sheet of the present invention will be described below using specific examples, but the present invention is not limited to the following aspects.
先ず、ゴムや熱可塑性エラストマーなどを基材のベースポリマーとして利用する場合の積層シートを例に挙げて説明する。最初に、ベースポリマーに所望の導電性粒子を所定量配合し、ニーダーやバンバリーミキサー、ミルミキサー、ロールミル、ジェットミル、ボールミルなどの公知の装置で混錬し含有させることで、導電性粒子含有ベースポリマー混合物を得る。ベースポリマー単体、もしくは、作製した導電性粒子含有ベースポリマーを、それぞれバッチプレスによる圧延や溶融押出により、所望の厚みのシートへ成形する。その後、作製したA層に当たるシート、B層に当たるシートを、交互に合計5層以上重ね合わせ、プレスまたはラミネートすることにより積層シートを得る。このときの融着温度は、使用するポリマーの種類にもよるが、150℃~400℃が好ましく、250℃~380℃がより好ましい。 First, we will explain the process using an example of a laminate sheet that uses rubber or a thermoplastic elastomer as the base polymer. First, a predetermined amount of the desired conductive particles is blended with the base polymer and kneaded using a known device such as a kneader, Banbury mixer, mill mixer, roll mill, jet mill, or ball mill to obtain a conductive particle-containing base polymer mixture. The base polymer alone, or the prepared conductive particle-containing base polymer, is rolled using a batch press or melt extruded to form a sheet of the desired thickness. Next, the prepared sheets corresponding to Layer A and Layer B are alternately stacked in a total of five or more layers and pressed or laminated to obtain a laminate sheet. The fusion temperature during this process varies depending on the type of polymer used, but is preferably 150°C to 400°C, more preferably 250°C to 380°C.
次に、本発明において好ましい樹脂である可撓性を示す熱可塑性樹脂を使用する場合の積層シートであって、B層のみが導電性粒子を含み、A層が導電性粒子を含まないものの製造方法を例に挙げて説明する。最初に、ペレットの状態で準備された熱可塑性樹脂並びに所定量の導電性粒子を二軸押出機で混錬してガット状に押出し、これを水槽内で冷却してチップカッターでカットすることで導電性粒子含有のマスターペレットを形成する。このとき、導電性粒子は熱可塑性樹脂と共にドライブレンドした上でホッパーより計量フィードしてもよく、押出機の任意の位置からサイドフィーダを用いて溶融した熱可塑性樹脂中にサイドフィードしてもよい。フィード方法については、前記に限られるものではなく、使用する導電性粒子の比重や形状に併せて適宜選択することができる。 Next, we will explain an example of a manufacturing method for a laminate sheet using a flexible thermoplastic resin, which is a preferred resin in this invention, in which only Layer B contains conductive particles and Layer A does not. First, the thermoplastic resin prepared in pellet form and a predetermined amount of conductive particles are kneaded in a twin-screw extruder and extruded into a gut shape. This is then cooled in a water tank and cut with a chip cutter to form a master pellet containing conductive particles. In this case, the conductive particles may be dry-blended with the thermoplastic resin and then metered and fed from a hopper, or they may be side-fed into the molten thermoplastic resin using a side feeder from any position in the extruder. The feeding method is not limited to the above and can be selected appropriately depending on the specific gravity and shape of the conductive particles used.
その後、A層及びB層を構成する熱可塑性樹脂組成物を熱風中あるいは真空下で乾燥した後に別々の押出機に供給し、押出機において熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱溶融する。その後、ギヤポンプなどで押出量を均一化して熱可塑性樹脂組成物を吐出し、フィルターなどで異物や変性した熱可塑性樹脂などを除去する。 The thermoplastic resin compositions that make up Layer A and Layer B are then dried in hot air or under vacuum, and then fed into separate extruders, where they are heated and melted to a temperature above the melting point of the thermoplastic resin. The extrusion rate is then equalized using a gear pump or similar device, and the thermoplastic resin composition is discharged, with foreign matter and denatured thermoplastic resin removed using a filter or similar device.
続いて、これらの熱可塑性樹脂組成物を所望の積層数の積層が可能な多層積層装置で積層させ、ダイにて目的の形状に成形し、シート状に吐出させる。ダイから吐出されたシート状物は、キャスティングドラム等の冷却体上に押出され、冷却固化されることでキャストシートとなる。この際、キャストシート自体が導電性を示すことから、スリット状、スポット状、面状の装置からエアーを吹き出しキャスティングドラムなどの冷却体に密着させ急冷固化させる方法、もしくは、ニップロールにて冷却体に密着させて急冷固化させる方法を用いることが好ましい。 Next, these thermoplastic resin compositions are laminated in a multi-layer lamination device capable of laminating the desired number of layers, molded into the desired shape using a die, and extruded into a sheet. The sheet extruded from the die is extruded onto a cooling body such as a casting drum, and cooled and solidified to form a cast sheet. Because the cast sheet itself is conductive, it is preferable to use a method in which air is blown from a slit-shaped, spot-shaped, or planar device to bring the sheet into close contact with a cooling body such as a casting drum and rapidly cool and solidify it, or a method in which the sheet is brought into close contact with a cooling body using nip rolls and rapidly cool and solidify it.
多層積層装置としては、マルチマニホールドダイやフィードブロック、スタティックミキサー等を用いることができるが、特に、本発明の多層積層体を効率よく得るためには、微細スリットを有するフィードブロックを用いることが好ましい。このようなフィードブロックを用いると、装置が極端に大型化することがないため樹脂等の熱劣化による異物発生量が少なく、積層数が極端に多い場合でも高精度な積層が可能となる。また、幅方向の積層精度も従来技術に比較して格段に向上する。さらにこの装置には、各層の厚みをスリットの形状(長さ、幅)で調整できるため任意の層厚みを達成することが容易となることや、積層工程中に樹脂流の効果で導電性粒子を積層シート面方向に配向させることが容易となること等の利点もある。 Multi-manifold dies, feed blocks, static mixers, and other devices can be used as multi-layer lamination devices. However, to efficiently obtain the multi-layer laminate of the present invention, it is preferable to use a feed block with fine slits. The use of such a feed block prevents the device from becoming excessively large, reduces the amount of foreign matter generated due to thermal degradation of the resin, and enables high-precision lamination even when an extremely large number of layers are used. Furthermore, lamination precision in the width direction is significantly improved compared to conventional technology. Further advantages of this device include the ability to adjust the thickness of each layer by the shape (length and width) of the slits, making it easy to achieve any desired layer thickness, and the ability to easily orient conductive particles in the direction of the laminate sheet surface during the lamination process due to the effect of resin flow.
スリットタイプのフィードブロックを用いて積層シートを作製する場合、各層の厚みおよびその分布は、スリットの長さや幅を変化させて圧力バランスを整えることで調整可能となる。スリットの長さとは、スリット板内でA層とB層を交互に流すための流路を形成する櫛歯部の長さのことである。また、フィードブロックで積層体を形成した後、スタティックミキサーを介して積層数が倍増するように重ね合わせて積層数を増やす方法も好適に利用できる。 When producing laminated sheets using a slit-type feedblock, the thickness and distribution of each layer can be adjusted by adjusting the pressure balance through changing the length and width of the slit. The length of the slit refers to the length of the comb-tooth portion that forms the flow path for alternately flowing layers A and B within the slit plate. Another suitable method for increasing the number of layers is to form a laminate in the feedblock, then stack the layers through a static mixer to double the number of layers.
得られたキャストシートは、必要に応じて長手方向および幅方向に二軸延伸することができる。二軸延伸を行う場合は、逐次に二軸延伸しても、同時に二軸延伸してもよい。また、さらに必要に応じて長手方向および/または幅方向に再延伸を行ってもよい。 The resulting cast sheet can be biaxially stretched in the longitudinal and transverse directions as needed. When biaxial stretching is performed, the stretching may be performed sequentially or simultaneously. Furthermore, the sheet may be further stretched in the longitudinal and/or transverse directions as needed.
先ず、先に長手方向に延伸して幅方向に延伸する逐次二軸延伸について説明する。ここで、長手方向への延伸とは、シートに長手方向の分子配向を与えるための一軸延伸を指し、通常は、ロールの周速差により施される。この延伸は、1段階で行ってもよく、複数のロール対を使用して多段階に行ってもよい。延伸の倍率としては樹脂の種類により異なるが、通常、1.1~7.0倍が好ましく、1.5~4.0倍が特に好ましい。また、延伸温度としてはシートを構成する全ての樹脂に対してガラス転移温度~ガラス転移温度+100℃となる範囲内かつ融点以下に設定することが好ましい。このようにして得られた一軸延伸積層シートは、必要に応じてコロナ処理やフレーム処理、プラズマ処理などの表面処理を施した後、上部に積層する膜との密着性を向上するためのプライマー層を形成することもできる。インラインコーティングの工程において、プライマー層は片面に塗布してもよく、両面に同時あるいは片面ずつ順に塗布してもよい。 First, we will explain sequential biaxial stretching, in which the sheet is stretched first in the longitudinal direction and then in the transverse direction. Here, longitudinal stretching refers to uniaxial stretching to impart longitudinal molecular orientation to the sheet, typically achieved by varying the peripheral speed of the rolls. This stretching can be performed in a single step or in multiple steps using multiple pairs of rolls. The stretching ratio varies depending on the type of resin, but typically 1.1 to 7.0 times is preferred, with 1.5 to 4.0 times being particularly preferred. Furthermore, the stretching temperature is preferably set within the glass transition temperature range to the glass transition temperature + 100°C and below the melting point for all resins making up the sheet. The uniaxially stretched laminate sheet obtained in this manner can be optionally subjected to surface treatments such as corona treatment, flame treatment, or plasma treatment, followed by the formation of a primer layer to improve adhesion with the film to be laminated on top. In the in-line coating process, the primer layer can be applied to one side, both sides simultaneously, or one side at a time.
幅方向の延伸とは、シートに幅方向の配向を与えるための延伸をいい、通常はテンターを用いて、シートの両端をクリップで把持しながら搬送して行う。延伸の倍率としては樹脂の種類により異なるが、通常、1.1~7.0倍が好ましく、1.5~5.0倍が特に好ましい。延伸処理により反射減衰量のばらつきを抑え、成形後の電磁波減衰量の低下を抑えることができる。また、延伸温度としてはシートを構成する全ての樹脂に対してガラス転移温度~ガラス転移温度+120℃となる範囲内が好ましい。こうして二軸延伸された積層シートは、テンター内で延伸温度以上融点以下の熱処理を行い、均一に徐冷後、室温まで冷やして巻き取られる。また、必要に応じて、低配向角およびシートの熱寸法安定性を付与するために熱処理から徐冷する際に、長手方向および/あるいは幅方向に弛緩処理などを併用してもよい。 Stretching in the width direction refers to stretching to impart widthwise orientation to a sheet. This is typically done using a tenter, with both ends of the sheet held by clips while being conveyed. The stretching ratio varies depending on the type of resin, but is typically 1.1 to 7.0 times, with 1.5 to 5.0 times being particularly preferred. Stretching reduces variations in return loss and prevents a decrease in electromagnetic attenuation after molding. Furthermore, the stretching temperature is preferably within the range of the glass transition temperature to the glass transition temperature + 120°C for all resins making up the sheet. The biaxially stretched laminate sheet is then heat-treated in the tenter at a temperature above the stretching temperature and below the melting point, and then uniformly annealed to room temperature before being wound up. If necessary, relaxation treatments, such as those in the longitudinal and/or width directions, may be used during annealing to impart a low orientation angle and thermal dimensional stability to the sheet.
続いて、同時二軸延伸の場合について説明する。同時二軸延伸の場合には、得られたキャストシートに、必要に応じてコロナ処理やフレーム処理、プラズマ処理などの表面処理を施した後、易滑性、易接着性、帯電防止性などの機能をインラインコーティングにより付与してもよい。インラインコーティングの工程において、コート層はシートの片面に塗布してもよく、両面に同時あるいは片面ずつ順に塗布してもよい。 Next, simultaneous biaxial stretching will be described. In the case of simultaneous biaxial stretching, the obtained cast sheet may be subjected to a surface treatment such as corona treatment, flame treatment, or plasma treatment as necessary, and then imparted with properties such as easy slippage, easy adhesion, and antistatic properties by in-line coating. In the in-line coating process, the coating layer may be applied to one side of the sheet, or to both sides simultaneously or one side at a time.
次に、キャストシートを同時二軸テンターへ導き、シートの両端をクリップで把持しながら搬送して、長手方向と幅方向に同時および/または段階的に延伸する。同時二軸延伸機(テンター)としては、パンタグラフ方式、スクリュー方式、駆動モーター方式、リニアモーター方式のもの等があるが、任意に延伸倍率を変更可能であり、任意の場所で弛緩処理を行うことができる駆動モーター方式もしくはリニアモーター方式のものが好ましい。延伸の倍率は樹脂の種類により異なるが、通常、面積倍率として2.0~50倍が好ましく、特に4.0~20倍がより好ましい。延伸速度は同じ速度でもよく、異なる速度で長手方向と幅方向に延伸してもよい。また、延伸温度としては交互積層ユニットを構成する全ての樹脂に対してガラス転移温度~ガラス転移温度+120℃となる範囲内が好ましい。 The cast sheet is then introduced into a simultaneous biaxial tenter, where it is conveyed while being held at both ends with clips, and simultaneously and/or stepwise stretched in the longitudinal and transverse directions. Simultaneous biaxial stretching machines (tenters) include pantograph, screw, drive motor, and linear motor types. Drive motor or linear motor types are preferred, as they allow for arbitrary adjustment of the stretch ratio and allow relaxation treatment at any location. The stretch ratio varies depending on the type of resin, but an area ratio of 2.0 to 50 times is generally preferred, with 4.0 to 20 times being more preferred. The stretching speed may be the same or different in the longitudinal and transverse directions. The stretching temperature is preferably within the range of the glass transition temperature to the glass transition temperature + 120°C for all resins making up the alternating laminate unit.
こうして同時二軸延伸されたシートは、平面性、寸法安定性を付与するために、引き続きテンター内で延伸温度以上、シートを構成する全ての樹脂に対して融点以下となる範囲内の熱処理を行うのが好ましい。この熱処理の際に、幅方向での主配向軸の分布を抑制するため、熱処理ゾーンに入る直前および/または直後に瞬時に長手方向に弛緩処理することが好ましい。積層シートはこのように熱処理された後、均一に徐冷後、室温まで冷やして巻き取られる。また、必要に応じて、熱処理から徐冷する際に長手方向および/あるいは幅方向に弛緩処理を行ってもよい。熱処理ゾーンに入る直前および/あるいは直後に瞬時に長手方向に弛緩処理することもできる。 To impart flatness and dimensional stability to the sheet that has been simultaneously biaxially stretched in this manner, it is preferable to subsequently heat-treat the sheet in a tenter at a temperature above the stretching temperature but below the melting point of all resins that make up the sheet. During this heat-treatment, to suppress distribution of the main orientation axis in the width direction, it is preferable to instantaneously relax the sheet in the longitudinal direction immediately before and/or immediately after entering the heat-treatment zone. After heat-treatment in this manner, the laminated sheet is uniformly cooled slowly, then cooled to room temperature and wound up. If necessary, relaxation may also be performed in the longitudinal and/or width directions during the slow cooling from the heat treatment. It can also be instantaneously relaxed in the longitudinal direction immediately before and/or immediately after entering the heat-treatment zone.
さらに本発明の積層シートは、広い周波数帯域を遮蔽できる電磁波反射層を組み合わせて、一部の特定の周波数のみをより強く遮蔽するような積層シートとすることもできる。一方で、積層シート最表面に、表面での電磁波の反射をより低くするための低い誘電率を示す新たな層を設け、電磁波吸収の効果をより高めた積層シートとすることもできる。また、後者に加え、積層シートの高い複素誘電率を示す層が、表面からシート内部につれて、層厚みが連続的に減少していく層厚み分布を示すことも好ましい。高い誘電率を示す層に添加する電磁波抑制材料の濃度が一定となる積層シートであるため、高い誘電率を示す層の厚みを表層から内層につれて連続的に薄くすることで、内層ほど導電性粒子が密に連結する状態となり、誘電率が漸増する態様をとる。これにより、電磁波を不用意に反射することなく、積層シート内部に取り込むことができるため、電磁波吸収の効果を高めることが可能となる。 Furthermore, the laminate sheet of the present invention can be combined with an electromagnetic wave reflective layer capable of blocking a wide frequency band to create a laminate sheet that more strongly blocks only certain frequencies. Alternatively, a new layer exhibiting a low dielectric constant can be provided on the outermost surface of the laminate sheet to further reduce the reflection of electromagnetic waves at the surface, resulting in a laminate sheet with enhanced electromagnetic wave absorption. In addition to the latter, it is also preferable for the layer exhibiting a high complex dielectric constant to exhibit a layer thickness distribution in which the layer thickness continuously decreases from the surface to the interior of the sheet. Because this is a laminate sheet in which the concentration of the electromagnetic wave suppression material added to the layer exhibiting a high dielectric constant is constant, by continuously reducing the thickness of the layer exhibiting a high dielectric constant from the surface to the interior, the conductive particles become more densely connected in the inner layers, resulting in a gradual increase in the dielectric constant. This allows electromagnetic waves to be taken into the interior of the laminate sheet without inadvertently reflecting them, thereby enhancing the electromagnetic wave absorption effect.
以下、実施例に沿って本発明について説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、各項目の評価は下記の方法により行った。 The present invention will be explained below using examples, but the present invention is not limited to these examples. Each item was evaluated using the following methods.
(特性の測定方法および効果の評価方法)
(1)導電性粒子の平均粒径、体積濃度、アスペクト比
積層シートの長手方向断面と幅方向断面のそれぞれについて、エポキシ樹脂に埋め込み研磨した後に、イオンミリング(日本電子社製IB-19520CCP)で表面研磨した。このとき、加速電圧は4kV、加工温度は-120℃とした。その後、更にスパッタ装置(Eiko Engineering社製 IB-3)にてPt-Pdを2mAで3.75分蒸着した。こうして各サンプル厚み方向-幅方向の断面と、厚み方向-長手方向の断面の加工サンプルを得た。次に走査電子顕微鏡(日本電子社製JSM-6700F)で観察を行った。観察時の光は加工サンプルの厚み方向と平行な方向に照射し、以下の観察条件で断面画像を得た。
<観察条件>
加速電圧:3kV
対物絞り:4
二次電子検出:ON
モード:LEI
エミッション:10μA
倍率:10000倍
傾斜:無し
その後、ImageJ(NIH製 1.52e)のAnalizeParticles(粒子解析)機能により各断面画像から個々の粒子のなす領域を抽出し、そこから各領域の面積をFit Ellipseにて楕円形近似したときのMean(平均径)、Major(長径)、Minor(短径)を算出した。さらに、各粒子のMajorをMinorで割った値を各粒子のアスペクト比として有効数字3桁で求め、アスペクト比5以上10000以下の粒子のMeanの平均値を導電性粒子Xの平均粒径、アスペクト比1以上5未満の粒子のMeanの平均値を導電性粒子Yの平均粒径とした。平均粒径の測定は、一つのサンプルに対して長手方向、幅方向それぞれn=7で行い、それぞれの最大値と最小値を除いた10回分の平均粒径の平均値を導電性粒子X、Yの平均粒径とした。なお、このときMinorが0を示す粒子は異常値として解析対象から除外した。
(Methods for measuring characteristics and evaluating effects)
(1) Average particle size, volume concentration, and aspect ratio of conductive particles. The longitudinal and width cross sections of the laminated sheet were embedded in epoxy resin and polished, and then the surface was polished using an ion mill (IB-19520CCP, manufactured by JEOL Ltd.). The acceleration voltage was 4 kV and the processing temperature was -120°C. Pt-Pd was then vapor-deposited at 2 mA for 3.75 minutes using a sputtering device (IB-3, manufactured by Eiko Engineering Co., Ltd.). In this way, processed samples of the thickness-width cross section and the thickness-longitudinal cross section of each sample were obtained. Next, observations were performed using a scanning electron microscope (JSM-6700F, manufactured by JEOL Ltd.). Light was irradiated parallel to the thickness direction of the processed sample, and cross-sectional images were obtained under the following observation conditions.
<Observation conditions>
Acceleration voltage: 3 kV
Objective aperture: 4
Secondary electron detection: ON
Mode: LEI
Emission: 10 μA
Magnification: 10,000x Tilt: None Then, using the Analyze Particles function of ImageJ (1.52e manufactured by NIH), the regions of individual particles were extracted from each cross-sectional image, and the Mean (average diameter), Major (long diameter), and Minor (short diameter) were calculated when the area of each region was approximated to an ellipse using Fit Ellipse. Furthermore, the value obtained by dividing the Major by the Minor of each particle was used as the aspect ratio of each particle, calculated to three significant digits. The average value of the Mean values for particles with an aspect ratio of 5 to 10,000 was used as the average particle size of conductive particles X, and the average value of the Mean values for particles with an aspect ratio of 1 to less than 5 was used as the average particle size of conductive particles Y. Measurement of the average particle size was performed for one sample in both the longitudinal and width directions (n = 7 each), and the average values of the average particle sizes for 10 measurements excluding the maximum and minimum values for each were used as the average particle sizes of conductive particles X and Y. In this case, particles showing a Minor of 0 were excluded from the analysis as abnormal values.
また、観察画像全体においてアスペクト比5以上10000以下の粒子が占める面積の比率を当該観察画像における導電性粒子Xの体積濃度、同様にして求めたアスペクト比1以上5未満の粒子の面積比率を当該観察画像における導電性粒子Yの体積濃度とした。一つのサンプルに対して長手方向、幅方向それぞれn=7で測定を行い、それぞれの最大値と最小値を除いた10回分の面積比率の平均値をそれぞれ導電性粒子X、Yの体積濃度とした。 The ratio of the area occupied by particles with an aspect ratio of 5 or more and 10,000 or less in the entire observation image was taken as the volume concentration of conductive particles X in the observation image, and the ratio of the area of particles with an aspect ratio of 1 or more and less than 5, calculated in the same manner, was taken as the volume concentration of conductive particles Y in the observation image. Seven measurements were made for each sample in the longitudinal and width directions, and the average values of the area ratios for 10 measurements, excluding the maximum and minimum values, were taken as the volume concentrations of conductive particles X and Y, respectively.
さらに、観察画像中の粒子のアスペクト比を図5に示すように縦軸を度数、横軸をアスペクト比の対数としてプロットし、極大値のうちアスペクト比5以上10000以下の範囲にあるもの、及びアスペクト比1以上5未満の範囲にあるものをそれぞれ当該観察領域における導電性粒子Xのアスペクト比、導電性粒子Yのアスペクト比とした。解析は長手方向、幅方向それぞれ層内部の1.5μm×12μmの長方形に対してn=7で行い、それぞれの最大値と最小値を除いた5点ずつの平均値を算出した。得られた長手方向、幅方向の平均値のうち大きい方の値を導電性粒子Xのアスペクト比、導電性粒子Yのアスペクト比として採用した。なお、図5の符号6はアスペクト比の対数グラフである。 Furthermore, as shown in Figure 5, the aspect ratios of the particles in the observed image were plotted with the vertical axis representing frequency and the horizontal axis representing the logarithm of the aspect ratio. Among the maximum values, those in the aspect ratio range of 5 to 10,000 and those in the aspect ratio range of 1 to less than 5 were designated as the aspect ratios of conductive particle X and conductive particle Y in the observed region, respectively. Analysis was performed on n=7 1.5 μm x 12 μm rectangles within the layer in both the longitudinal and transverse directions, and the average of five points was calculated after excluding the maximum and minimum values for each. The larger of the obtained average values in the longitudinal and transverse directions was used as the aspect ratio of conductive particle X and the aspect ratio of conductive particle Y. Note that reference numeral 6 in Figure 5 denotes a logarithmic graph of aspect ratio.
(3)厚み
ダイヤルゲージ(ミツトヨ製2019S-10)とダイヤルゲージスタンド(ミツトヨ製7002-10)を用いて測定した。測定はn=5で行い平均値を積層シートの厚みとした。
(3) Thickness: Measured using a dial gauge (Mitutoyo 2019S-10) and a dial gauge stand (Mitutoyo 7002-10). Measurements were made 5 times, and the average value was taken as the thickness of the laminated sheet.
(4)反射減衰量
測定周波数帯域に併せて、下記のとおり測定ユニットを変更して測定を実施した。
(4) Return Loss Measurements were carried out by changing the measurement unit as follows according to the measurement frequency band.
(4-1)1GHz~40GHz周波数帯域
アジレント・テクノロジー(株)製のベクトルネットワークアナライザ(E8361A)を用い、サンプルの減衰量を計測した。0.5GHz~18GHzの周波数帯域は外径φ7mm、内径φ3.04mmのドーナツ状である同軸導波管を、18~26.5GHzの周波数帯域は4.32mm×10.67mmの長方形である矩形導波管を、26.5~40GHzの周波数帯域は内部形状が3.56mm×7.11mmの長方形である矩形導波管を、それぞれ用いて測定した。導波管内の電界方向とサンプルの長手方向を平行に設置した場合を長手方向の減衰量、幅方向を平行に設置した場合を幅方向の減衰量とした。測定間隔は、各周波数帯域に対して200点測定できるように設定し測定した。サンプルの背面に、3mmのアルミニウム金属板を設置し、サンプルによる電磁波吸収がない状態では入射した電磁波が全反射する状態とした。入射した電磁波に対して反射した電磁波の強度比を表すS11の、サンプルがある場合とない場合の差を減衰量として、長手方向の減衰量と幅方向の減衰量の平均値の絶対値を反射減衰量とした。また、長手方向および幅方向で最大の反射減衰量を示した周波数の平均値を吸収周波数とした
(4-2)40~110GHz周波数帯域
150mm角のサンプルに対し、背面にアルミニウム金属板を貼り合せ、測定サンプルを作成した。キーコム社製のレンズアンテナ方式斜入射タイプの電磁波吸収体(電磁波吸収材料)・反射減衰量測定装置LAF-26.5Bを用いて、JIS R 1679(2007年)に準拠し、斜入射15°で電磁波を照射し、33~50GHz(WR-22)、50~75GHz(WR-15)、75~110GHz(WR-10)の各周波数帯域に対して反射減衰量を測定した。電界方向とサンプルの長手方向を平行に設置した場合を長手方向の減衰量、幅方向を平行に設置した場合を幅方向の減衰量とした。なお、当該測定方法では33~40GHzの値も測定されるが、33GHz以上40GHz未満の周波数帯域における反射減衰量は、(4-1)における測定データを用いた。次いで(4-1)と同様に反射減衰量、吸収周波数を求めた。
(4-1) 1 GHz to 40 GHz frequency band: The attenuation of the sample was measured using a vector network analyzer (E8361A) manufactured by Agilent Technologies, Inc. The 0.5 GHz to 18 GHz frequency band was measured using a donut-shaped coaxial waveguide with an outer diameter of 7 mm and an inner diameter of 3.04 mm, the 18 to 26.5 GHz frequency band was measured using a rectangular waveguide with a rectangular shape of 4.32 mm x 10.67 mm, and the 26.5 to 40 GHz frequency band was measured using a rectangular waveguide with an internal shape of 3.56 mm x 7.11 mm. The longitudinal attenuation was measured when the electric field direction in the waveguide was parallel to the longitudinal direction of the sample, and the widthwise attenuation was measured when the widthwise direction was parallel. The measurement interval was set so that 200 measurements could be taken for each frequency band. A 3 mm aluminum metal plate was placed on the back of the sample, so that incident electromagnetic waves would be totally reflected when there was no electromagnetic wave absorption by the sample. The difference in S11, which represents the intensity ratio of reflected electromagnetic waves to incident electromagnetic waves, between with and without the sample was taken as the attenuation, and the absolute value of the average of the attenuation in the longitudinal and width directions was taken as the return loss. In addition, the average of the frequencies that showed the maximum return loss in the longitudinal and width directions was taken as the absorption frequency. (4-2) 40 to 110 GHz Frequency Band A measurement sample was prepared by attaching an aluminum metal plate to the back of a 150 mm square sample. Using a lens antenna type oblique incidence type electromagnetic wave absorber (electromagnetic wave absorbing material) and return loss measurement device LAF-26.5B manufactured by Keycom Corporation, electromagnetic waves were irradiated at an oblique incidence angle of 15° in accordance with JIS R 1679 (2007), and the return loss was measured for each frequency band of 33 to 50 GHz (WR-22), 50 to 75 GHz (WR-15), and 75 to 110 GHz (WR-10). The longitudinal attenuation was measured when the sample was placed parallel to the electric field direction, and the widthwise attenuation was measured when the sample was placed parallel to the electric field direction. This measurement method also measures values from 33 to 40 GHz, but the return loss in the frequency band of 33 GHz or higher and lower than 40 GHz was measured using the measurement data in (4-1). The return loss and absorption frequency were then determined in the same manner as in (4-1).
(5)配向度
導電性粒子の体積濃度測定時と同様に断面画像を得た。解析はImageJ(NIH製 1.52e)およびOrientationJ(Daniel Sage製 2.0.5)を用いて行った。断面画像から厚み方向に1.5μm、面方向に12μmで切り出し、100×400pixelの画像とした。該画像をOrientationJ Distributionで画像ベクトル解析し、0°(面方向)の度数を求めた。解析条件は以下の通り。
Local Window: σ2Pixel
Gradient:Cubic Spline
一つのサンプルに対して長手方向、幅方向それぞれn=7で測定を行い、それぞれの最大値と最小値を除いた5点の度数の平均値を、長手方向、幅方向の配向度とした。
(5) Degree of Orientation A cross-sectional image was obtained in the same manner as when measuring the volume concentration of conductive particles. Analysis was performed using ImageJ (1.52e manufactured by NIH) and OrientationJ (2.0.5 manufactured by Daniel Sage). A 1.5 μm thick and 12 μm in planar direction was cut out from the cross-sectional image to create a 100 × 400 pixel image. The image was subjected to image vector analysis using OrientationJ Distribution to determine the degree of 0° (planar direction). The analysis conditions were as follows:
Local Window: σ2Pixel
Gradient:Cubic Spline
Measurements were made for one sample in the longitudinal direction and the width direction, n=7, and the average values of the five points excluding the maximum and minimum values were taken as the orientation degrees in the longitudinal direction and the width direction.
(6)電気的配向度
積層シートの長手方向断面と幅方向断面のそれぞれについて、エポキシ樹脂に埋め込み研磨した後に、イオンミリング(日本電子社製IB-19520CCP)で表面研磨した。このとき、加速電圧は4kV、加工温度は-120℃とした。その後、室温、高純度アルゴンガス雰囲気中(H2O=0.1ppm、O2=0.1ppm)で電気力顕微鏡(Bruker社製NanoScopeV Dimension Icon Glovebox)にて下記測定条件で測定を行った。
<測定条件>
EFM走査:タッピングAFMモード
EFM探針:PtIrコートシリコンカンチレバー
測定範囲:10×10μm
周波数範囲:±3Hz
続いてImageJ(NIH製 1.52e)にて全体の明度を255段階に分け、そのうち明度が0以上125以下の部分を抽出して2値化した。続いてOrientationJ(Daniel Sage製 2.0.5)のOrientationJ Distributionで画像ベクトル解析し、0°(面方向)の度数を求めた。解析条件は以下の通り。
<解析条件>
Local Window: σ2Pixel
Gradient:Cubic Spline
一つのサンプルに対して長手方向、幅方向それぞれn=3で測定を行いそれぞれの平均値を長手方向、幅方向の配向度とした。なお、測定は長手方向、幅方向それぞれn=3で行い、平均値を採用した。
(6) Electrical Orientation Degree After embedding the laminated sheet in epoxy resin and polishing, the longitudinal cross section and the width cross section were each subjected to surface polishing using an ion mill (IB-19520CCP manufactured by JEOL Ltd.). At this time, the acceleration voltage was 4 kV and the processing temperature was -120°C. Then, measurements were performed at room temperature in a high-purity argon gas atmosphere (H 2 O = 0.1 ppm, O 2 = 0.1 ppm) using an electric force microscope (NanoScopeV Dimension Icon Glovebox manufactured by Bruker) under the following measurement conditions.
<Measurement conditions>
EFM scanning: tapping AFM mode EFM probe: PtIr-coated silicon cantilever Measurement range: 10 x 10 μm
Frequency range: ±3Hz
Next, ImageJ (NIH 1.52e) was used to divide the overall brightness into 255 levels, and the portion with a brightness of 0 to 125 was extracted and binarized. Next, image vector analysis was performed using OrientationJ Distribution in OrientationJ (Daniel Sage 2.0.5) to determine the frequency of 0° (plane direction). The analysis conditions were as follows:
<Analysis conditions>
Local Window: σ2Pixel
Gradient:Cubic Spline
Measurements were made for one sample in the longitudinal direction and the width direction, n = 3, and the average values were used as the orientation degrees in the longitudinal direction and the width direction.
(7)粒子角度、標準偏差
導電性粒子の体積濃度測定時と同様に断面画像を得た。画像解析ソフトImageJ(NIH製 1.52e)を用いて2値化を行った後、2値化した断面画像の視野の中央から近い順に粒子を200点選んで当該画像解析ソフトにより各粒子の長軸と面方向の成す角を測定し、得られた値の平均値を粒子角度とした。また、得られた値から標準偏差も算出した。ただし、粒子が重なっている場合は最前面にある粒子のみを解析対象とした。
(7) Particle angle, standard deviation A cross-sectional image was obtained in the same manner as when measuring the volume concentration of conductive particles. After binarization using image analysis software ImageJ (1.52e manufactured by NIH), 200 particles were selected from the binarized cross-sectional image in ascending order of proximity to the center of the field of view, and the angle between the long axis of each particle and the surface direction was measured using the image analysis software. The average of the obtained values was used as the particle angle. In addition, the standard deviation was also calculated from the obtained values. However, when particles overlapped, only the particle at the forefront was analyzed.
(8)降温結晶化温度
示差走査熱量測定装置(セイコーインスツル社製DSC6220)を用いて、JIS K-7121(1987)およびJIS K-7122(1987)に準じて評価を行った。サンプルパンにサンプルを5mgずつ秤量し、25℃から290℃まで20℃/分の昇温速度で加熱した後に、その状態で5分間保持した。次いで290℃から20℃/分の降温速度で25℃まで降温を行って測定を行った。降温時に得られた示差走査熱量測定チャートにおいて、結晶化ピークのピークトップの温度でもって降温結晶化温度とした。結晶化ピークが複数ある場合は、温度が低い方を降温結晶化温度とした。
(8) Temperature-Down Crystallization Temperature Evaluation was performed using a differential scanning calorimeter (Seiko Instruments Inc. DSC6220) in accordance with JIS K-7121 (1987) and JIS K-7122 (1987). Five mg of sample was weighed into a sample pan, heated from 25°C to 290°C at a temperature increase rate of 20°C/min, and then held in that state for 5 minutes. Measurement was then performed by lowering the temperature from 290°C to 25°C at a temperature decrease rate of 20°C/min. In the differential scanning calorimeter chart obtained during temperature decrease, the peak top temperature of the crystallization peak was taken as the temperature-down crystallization temperature. When there were multiple crystallization peaks, the lower temperature was taken as the temperature-down crystallization temperature.
(9)破断点伸度
サンプルの長手方向または幅方向に沿って1cm×20cmの大きさに切り出し、フィルム強伸度自動測定装置(オリエンテック社製“テンシロン”(登録商標)AMF/RTA-100)を用いて、90℃、チャック間5cm、引っ張り速度300mm/minにて引っ張ったときの破断点伸度を測定した。JIS K-7161(2014)およびJIS K-7127(1999)に記載の方法で測定した。なお、測定は各サンプルの長手方向および幅方向について各5回ずつ行い、それらの平均値でもって、破断点伸度とした。
(9) Elongation at Break The sample was cut into a size of 1 cm x 20 cm along the longitudinal or width direction, and the elongation at break was measured using an automatic film strength and elongation measuring device (Orientec Co., Ltd. "Tensilon" (registered trademark) AMF / RTA-100) at 90 ° C., 5 cm between chucks, and a pulling rate of 300 mm / min. The measurement was performed according to the methods described in JIS K-7161 (2014) and JIS K-7127 (1999). The measurement was performed five times in each of the longitudinal and width directions of each sample, and the average value was used as the elongation at break.
(10)炭化水素の重量分率
サンプルを90℃のトリエチレングリコール中で溶解し、金属フィルターにて粒子を濾別した。得られた粒子をエタノールで洗浄し、150℃で90分乾燥したのち、有機微量元素分析装置(PerkinElmer社製 2400II)で下記条件にて分析した。燃焼残渣は有機物に無関係の無機・金属物として、得られたC,H原子の量を全体重量で除した値を炭化水素の重量分率とした。
サンプル量:10mg
試料分解炉:950℃
還元炉:500℃
ヘリウム流量:200ml/min。
(10) Weight Fraction of Hydrocarbons A sample was dissolved in triethylene glycol at 90°C, and particles were filtered off using a metal filter. The obtained particles were washed with ethanol, dried at 150°C for 90 minutes, and then analyzed using an organic trace elemental analyzer (PerkinElmer 2400II) under the following conditions. The combustion residue was considered to be inorganic and metallic substances unrelated to organic matter, and the weight of the obtained C and H atoms was divided by the total weight to obtain the weight fraction of hydrocarbons.
Sample amount: 10 mg
Sample decomposition furnace: 950°C
Reduction furnace: 500°C
Helium flow rate: 200 ml/min.
(11)電磁波吸収性能
反射減衰量が30dB以上の場合をA、25dB以上30dB未満の場合をB、20dB以上25dB未満の場合をC、20dBより未満の場合をDとした。C以上であれば電磁波吸収体として用いることができる。
(11) Electromagnetic wave absorption performance When the return loss is 30 dB or more, it is rated as A, when it is 25 dB or more but less than 30 dB, it is rated as B, when it is 20 dB or more but less than 25 dB, it is rated as C, and when it is less than 20 dB, it is rated as D. If it is C or more, it can be used as an electromagnetic wave absorber.
(12)吸収性能ムラ・偏波選択性
吸収性能ムラに関しては、長手方向と幅方向の反射減衰量の差が5dB以下の場合を吸収性能ムラなし(A)、5dBより大きい場合を吸収性能ムラあり(B)と評価した。吸収性能ムラがAの場合は電磁波の偏波に依らず電磁波を吸収することが可能である。また、偏波選択性に関しては、長手方向と幅方向の反射減衰量の差が10dBより大きい場合を偏波選択性あり(A)、10dB以下の場合を偏波選択性なし(B)と評価した。偏波選択性がAの場合は特定の偏波を選択的に吸収することが可能である。
(12) Absorption Performance Unevenness/Polarization Selectivity With regard to absorption performance unevenness, when the difference in return loss between the longitudinal direction and the width direction is 5 dB or less, it is evaluated as no absorption performance unevenness (A), and when it is more than 5 dB, it is evaluated as absorption performance unevenness (B). When absorption performance unevenness is A, it is possible to absorb electromagnetic waves regardless of the polarization of the electromagnetic waves. Furthermore, with regard to polarization selectivity, when the difference in return loss between the longitudinal direction and the width direction is more than 10 dB, it is evaluated as polarization selectivity (A), and when it is 10 dB or less, it is evaluated as no polarization selectivity (B). When polarization selectivity is A, it is possible to selectively absorb a specific polarized wave.
(13)成形追従性
真空成形機(成光産業株式会社製300X)にて、下記条件で成形を行った。加熱は赤外線ヒーターにて行い、温度はサンプルにヒートラベル(ミクロン社製 6R-99)を貼り付けて判断した。それぞれのサンプルについて3回成形テストを行った。
<成形条件>
加熱時間:30秒
加熱温度:110℃
真空ポンプ圧力:0.17MPa
成形の形状:幅5cm、長さ7.5cm、深さ2cmの箱型。
その後、成形後の外観を目視で確認することにより以下の評価を行った。
<評価基準>
A:いずれのサンプルも辺と頂点に密着しており、しわがない。
B:1つまたは2つのサンプルで辺の部分に空間が残っている、または頂点付近に空気が残りしわになっている。
C:3つのサンプルとも辺の部分に空間が残っている、または頂点付近に空気が残りしわになっている。
(13) Molding followability Molding was performed using a vacuum molding machine (300X manufactured by Seiko Sangyo Co., Ltd.) under the following conditions. Heating was performed using an infrared heater, and the temperature was determined by attaching a heat label (6R-99 manufactured by Micron Co., Ltd.) to the sample. Molding tests were performed three times for each sample.
<Molding conditions>
Heating time: 30 seconds Heating temperature: 110℃
Vacuum pump pressure: 0.17 MPa
Shape of the mold: Box shape, 5cm wide, 7.5cm long, 2cm deep.
Thereafter, the appearance after molding was visually inspected and evaluated as follows.
<Evaluation criteria>
A: All samples are tightly adhered to the edges and vertices and have no wrinkles.
B: One or two samples have spaces remaining on the sides or air remaining near the vertices, causing wrinkles.
C: All three samples have spaces on the sides or air remaining near the vertices, causing wrinkles.
(積層シートの製造に使用した粒子や樹脂)
積層シートの製造に使用した粒子や樹脂は表1、2に示す通りである。
(Particles and resins used in manufacturing the laminated sheet)
The particles and resins used in the production of the laminated sheet are as shown in Tables 1 and 2.
(実施例1~8、13~22、比較例1、2)
先ず、表3~5に記載の組成となるように、二軸押出機での混錬によりB層用の樹脂組成物を導電性マスターペレットとした。次いでA層に用いる樹脂とB層に用いる導電性マスターペレットをそれぞれ別々の二軸押出機へ投入し、両者とも270℃で溶融させて混練した。混錬条件は、吐出量に対するスクリュー回転数が0.7となるように設定した。次いで、表3~5に記載の層数のマルチマニフォールドタイプのフィードブロックにて両者を合流させて、積層比1.0で交互に積層した。その後、得られた溶融交互積層体をシート状にダイから表面温度25℃のキャスティングドラム上に吐出し、これを冷却固化して未延伸の積層シートを得た。評価結果を表3~5に示す。なお、厚みの調整は各押出機の吐出量とキャスティングドラムの回転数を調整することで行った。
(Examples 1 to 8, 13 to 22, Comparative Examples 1 and 2)
First, the resin composition for Layer B was prepared into conductive master pellets by kneading in a twin-screw extruder to obtain the compositions listed in Tables 3 to 5. Next, the resin for Layer A and the conductive master pellets for Layer B were each fed into separate twin-screw extruders, melted at 270°C, and kneaded. The kneading conditions were set so that the screw rotation speed relative to the discharge rate was 0.7. Next, the two were merged in a multi-manifold feed block with the number of layers listed in Tables 3 to 5, and alternately laminated at a lamination ratio of 1.0. The resulting molten alternating laminate was then extruded into a sheet form from a die onto a casting drum with a surface temperature of 25°C, which was then cooled and solidified to obtain an unstretched laminate sheet. The evaluation results are shown in Tables 3 to 5. Thickness was adjusted by adjusting the discharge rate of each extruder and the rotation speed of the casting drum.
(実施例9~12)
実施例1~8、13~22、比較例1、2の項に記載の方法で未延伸の積層シートを得た後、長手方向に95℃にて表4に示す倍率で延伸し、実施例12については更に幅方向に105℃にて表4に示す倍率で延伸することで一軸または二軸延伸された積層シートを得た。評価結果を表4に示す。なお、実施例9~12について表4に記載されている厚みは延伸後の値である。
Examples 9 to 12
Unstretched laminate sheets were obtained by the methods described in Examples 1 to 8, 13 to 22, and Comparative Examples 1 and 2, and then stretched in the machine direction at 95°C to the ratios shown in Table 4. For Example 12, the sheets were further stretched in the width direction at 105°C to the ratios shown in Table 4 to obtain uniaxially or biaxially stretched laminate sheets. The evaluation results are shown in Table 4. Note that the thicknesses listed in Table 4 for Examples 9 to 12 are values after stretching.
表4における「第二樹脂」の含有量(wt%)は、B層中の樹脂全体を100wt%として算出した値である。また、100-第二樹脂の含有量(wt%)が表4に示す「樹脂」の含有量である。以上、表5においても同じ。 The "second resin" content (wt%) in Table 4 is calculated assuming that the total resin in Layer B is 100 wt%. 100 - second resin content (wt%) is the "resin" content shown in Table 4. The same applies to Table 5.
本発明により、薄膜ながら電磁波吸収性能が高く成形性の優れた積層シートを提供することができる。本発明の積層シートは上記特性に優れるため、電子機器、交通機関、建築材料、家具等に好適に用いることができる。 The present invention provides a laminate sheet that is thin yet has high electromagnetic wave absorption properties and excellent formability. Because the laminate sheet of the present invention has the above-mentioned excellent properties, it can be suitably used in electronic devices, transportation, building materials, furniture, etc.
1:最も反射減衰量が大きいピーク
2:最も反射減衰量が大きいピークのピークトップにおける反射減衰量
3:樹脂
4:導電性粒子X
5:導電性粒子Y
6:アスペクト比の対数グラフ
1: Peak with the largest return loss 2: Return loss at the peak top with the largest return loss 3: Resin 4: Conductive particles X
5: Conductive particles Y
6: Logarithmic aspect ratio graph
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