JP7804574B2 - 高周波誘電加熱接着シート - Google Patents
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Description
被着体としてガラスを用いる場合の接着方法としては、以下のような技術がある。
特許文献2には、被着体の一例としてガラス材料も記載されているが、特許文献2に記載の誘電加熱接着フィルムでは、ガラス材料に対する十分な接着強度を得にくい。
前記接着層は、前記熱可塑性樹脂(A)としてのシラン変性ポリオレフィンを含有し、
前記熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRが2g/10min以上、50g/10min以下である、高周波誘電加熱接着シートが提供される。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートは、熱可塑性樹脂(A)及び高周波電界の印加で発熱する誘電材料を少なくとも含有する接着層を有する。接着層は、熱可塑性樹脂(A)としてのシラン変性ポリオレフィンを含有し、熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRが2g/10min以上、50g/10min以下である。高周波電界とは、高周波で向きが反転する電界である。
以下、本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートが、誘電材料として、誘電フィラー(B)を含む場合について説明する。
接着層は、1種又は複数種の熱可塑性樹脂(A)を含有し、少なくとも、熱可塑性樹脂(A)としてのシラン変性ポリオレフィンを含有する。
熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRは、2g/10min以上であり、2.5g/10min以上であることが好ましく、3g/10min以上であることがさらに好ましい。
熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRは、50g/10min以下であり、30g/10min以下であることが好ましく、20g/10min以下であることがさらに好ましい。
熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRが2g/10min以上であることにより、シート成形性が優れ、また、接合時において、接着層の濡れ広がりが良いため、短時間で接合強度が得られやすい。
熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRが50g/10min以下であることにより、誘電加熱処理時に接着層の粘度が低くなりすぎることを抑制しやすい。接着層の粘度が低くなりすぎると、接合時に被着体間の樹脂量が減少して接着強度が得られにくくなるが、粘度低下を抑制することで、接着強度が得られやすい。
接着層が熱可塑性樹脂(A)としてシラン変性ポリオレフィンのみを含有する場合は、シラン変性ポリオレフィンの190℃におけるMFRが、上述の熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRの範囲を満たす。
また、接着層中の熱可塑性樹脂(A)が、シラン変性ポリオレフィンだけでなく、その他の熱可塑性樹脂も含有する混合物である場合、接着層中の熱可塑性樹脂の混合物の190℃におけるMFRが、上述の熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRの範囲を満たす。
熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRは、後述する実施例の項目において説明する方法により測定できる。
シラン変性ポリオレフィンは、特に限定されないが、例えば、シリル基含有化合物とオレフィンとの共重合体、及びポリオレフィンをシリル基含有化合物でグラフト重合したシラン変性ポリオレフィンからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。
シリル基含有化合物でグラフト重合するポリオレフィンとしては、上記オレフィンの単独重合体、及び二種以上のオレフィン同士の共重合体等が挙げられ、エチレン及びプロピレンの少なくともいずれかのオレフィン由来のモノマー単位を有する単独重合体又は共重合体が好ましい。また、予め反応性基を有するポリオレフィンを、シリル基含有化合物でグラフト重合したシラン変性ポリオレフィンであることも好ましい。
接着層は、本発明の目的を達成できる範囲内であれば、シラン変性ポリオレフィンとは異なるその他の熱可塑性樹脂を含有していてもよく、他の熱可塑性樹脂も特に制限されない。
接着層が熱可塑性樹脂として、シラン変性ポリオレフィンと、その他の熱可塑性樹脂と、を含有する混合物を含んでいる場合、当該接着層の粘度を調整しやすく、高周波誘電加熱接着シートに加工適性を付与しやすい。また、意図しない架橋反応を抑制できるため、経時での接着力の低下を防ぎ易い。
接着層が熱可塑性樹脂の主成分としてシラン変性ポリオレフィンを含む場合、当該接着層は、ガラスに対する高い接着力を得やすい。
接着層が、シラン変性ポリオレフィンと極性部位を有するポリオレフィン系樹脂とを含有する場合、接着層中のシラン変性ポリオレフィンと極性部位を有するポリオレフィン系樹脂との体積比は、10:90~90:10であることが好ましく、20:80~85:15であることがより好ましく、30:70~80:20であることがさらに好ましい。
接着層が熱可塑性樹脂(A)としてのポリオレフィン系樹脂を含有する場合、当該ポリオレフィン系樹脂は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン及びポリメチルペンテン等のホモポリマーからなる樹脂、並びにエチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテン及び4-メチルペンテン等からなる群から選択されるモノマーの共重合体からなるα-オレフィン樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂(A)としてのポリオレフィン系樹脂は、一種単独の樹脂でもよいし、二種以上の樹脂の組み合わせでもよい。
極性部位を有するポリオレフィン系樹脂における極性部位は、ポリオレフィン系樹脂に対して極性を付与できる部位であれば特に限定されない。極性部位を有するポリオレフィン系樹脂は、被着体に対して高い接着力を示すので好ましい。
極性部位を有するポリオレフィン系樹脂は、オレフィン系モノマーと極性部位を有するモノマーとの共重合体であってもよい。また、極性部位を有するポリオレフィン系樹脂は、オレフィン系モノマーの重合によって得られたオレフィン系ポリマーに極性部位を付加反応等の変性により導入させた樹脂でもよい。
オレフィン系モノマーは、機械的強度に優れ、安定した接着特性が得られるという観点から、エチレン及びプロピレンの少なくともいずれかが好ましい。
極性部位を有するポリオレフィン系樹脂におけるオレフィン由来の構成単位は、エチレン又はプロピレンに由来する構成単位であることが好ましい。
当該共重合体が極性部位を有するモノマー由来の構成単位を2質量%以上含むことで、高周波誘電加熱接着シートの接着強度が向上する。また、当該共重合体が極性部位を有するモノマー由来の構成単位を30質量%以下含むことで、熱可塑性樹脂(A)のタックが強くなり過ぎることを抑制できる。その結果、高周波誘電加熱接着シートの成形加工が困難になるのを防止し易くなる。
熱可塑性樹脂(A)としてのポリオレフィン系樹脂が酸変性構造を有する場合、酸による変性率は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。
熱可塑性樹脂(A)が酸変性構造を有する場合、酸による変性率が、0.01質量%以上であることで、高周波誘電加熱接着シートの接着強度が向上する。また、酸による変性率が30質量%以下であることで、熱可塑性樹脂(A)のタックが強くなり過ぎることを抑制できる。その結果、高周波誘電加熱接着シートの成形加工が困難になるのを防止し易くなる。
本明細書において、酸による変性率は、酸変性ポリオレフィンの総質量に対する酸に由来する部分の質量の百分率である。
熱可塑性樹脂(A)としてのポリオレフィン系樹脂は、酸変性構造として、酸無水物構造を有することがより好ましい。酸無水物構造は、無水マレイン酸構造であることがより好ましい。無水マレイン酸構造は、熱可塑性樹脂をグラフト変性することによって導入された基でもよいし、無水マレイン酸構造を含む単量体を共重合して得た無水マレイン酸共重合体でもよい。
無水マレイン酸変性ポリオレフィンにおいて、無水マレイン酸による変性率は、熱可塑性樹脂(A)としてのポリオレフィン系樹脂が酸変性構造を有する場合の変性率と同様の範囲であることが好ましく、当該範囲内であることで得られる効果も、熱可塑性樹脂(A)としてのポリオレフィン系樹脂が酸変性構造を有する場合と同様である。
無水マレイン酸変性ポリオレフィンがオレフィン系モノマーと無水マレイン酸構造を含むモノマーとの共重合体である場合、当該共重合体における無水マレイン酸構造を含むモノマー由来の構成単位の割合は、オレフィン系モノマーと極性部位を有するモノマーとの共重合体である場合の極性部位を有するモノマー由来の構成単位の割合と同様の範囲であることが好ましく、当該範囲内であることで得られる効果も、熱可塑性樹脂(A)としてのポリオレフィン系樹脂がオレフィン系モノマーと極性部位を有するモノマーとの共重合体である場合と同様である。
誘電フィラー(B)は、高周波電界の印加により発熱するフィラーである。
誘電フィラー(B)は、周波数域が3MHz以上、300MHz以下の高周波電界を印加した時に発熱するフィラーであることが好ましい。誘電フィラー(B)は、周波数域3MHz以上、300MHz以下のうち、例えば、周波数13.56MHz、27.12MHz又は40.68MHz等の高周波電界の印加により発熱するフィラーであることが好ましい。
誘電フィラー(B)は、酸化亜鉛、炭化ケイ素(SiC)、アナターゼ型酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ルチル型酸化チタン、水和ケイ酸アルミニウム、アルカリ金属の水和アルミノケイ酸塩等の結晶水を有する無機材料又はアルカリ土類金属の水和アルミノケイ酸塩等の結晶水を有する無機材料等の一種単独又は二種以上の組み合わせが好適である。
また、誘電フィラー(B)としての酸化チタンは、アナターゼ型酸化チタン及びルチル型酸化チタンの少なくともいずれかであることが好ましく、誘電特性に優れるという観点から、アナターゼ型酸化チタンであることがより好ましい。
接着層中の誘電フィラー(B)の体積含有率は、5体積%以上であることが好ましく、8体積%以上であることがより好ましく、10体積%以上であることがさらに好ましい。
接着層中の誘電フィラー(B)の体積含有率は、50体積%以下であることが好ましく、40体積%以下であることがより好ましく、35体積%以下であることがさらに好ましく、25体積%以下であることがよりさらに好ましい。
接着層中の誘電フィラー(B)の体積含有率が5体積%以上であることで、発熱性が向上し、接着層とガラス製の被着体とを強固に接着し易い。
接着層中の誘電フィラー(B)の体積含有率が50体積%以下であることで、シートとしてのフレキシブル性を得やすく、靱性の低下も防止しやすくなるので、後工程で高周波誘電加熱接着シートを所望の形状に加工しやすい。
誘電フィラー(B)の体積平均粒子径は、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、3μm以上であることがさらに好ましい。
誘電フィラー(B)の体積平均粒子径は、30μm以下であることが好ましく、25μm以下であることがより好ましく、20μm以下であることがさらに好ましい。
誘電フィラー(B)の体積平均粒子径が1μm以上であることで、高周波誘電加熱接着シートは、高周波電界の印加時に高い発熱性能を発現し、接着層は、ガラス製の被着体と短時間で強固に接着できる。
誘電フィラー(B)の体積平均粒子径が30μm以下であることで、高周波誘電加熱接着シートは、高周波電界の印加時に高い発熱性能を発現し、接着層は、ガラス製の被着体と短時間で強固に接着できる。また、誘電フィラー(B)の体積平均粒子径が30μm以下であることで、高周波誘電加熱接着シートの強度低下を防止できる。
T/DFは、1以上であることが好ましく、2以上であることが好ましく、5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、20以上であることがさらに好ましい。T/DFが1以上であれば、接着時に誘電フィラー(B)と被着体とが接触することに起因する接着強度の低下を防止できる。
T/DFは、2500以下であることが好ましく、2000以下であることが好ましく、1750以下であることが好ましく、1000以下であることがより好ましく、500以下であることがさらに好ましく、100以下であることがよりさらに好ましく、50以下であることがさらになお好ましい。T/DFが2500以下であれば、高周波誘電加熱接着シートの作製時に、シート製造装置への負荷を抑制できる。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートは、添加剤を含んでいてもよいし、添加剤を含んでいなくてもよい。本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートが、複数の層からなる場合、当該複数の層の少なくともいずれかの層が添加剤を含んでいてもよいし、添加剤を含んでいなくてもよい。当該複数の層の少なくともいずれかの層が添加剤を含んでいる場合、接着層が添加剤を含んでいてもよいし、添加剤を含んでいなくてもよい。
粘着付与剤としては、例えば、ロジン誘導体、ポリテルペン樹脂、芳香族変性テルペン樹脂、芳香族変性テルペン樹脂の水素化物、テルペンフェノール樹脂、クマロン・インデン樹脂、脂肪族石油樹脂、芳香族石油樹脂、及び芳香族石油樹脂の水素化物が挙げられる。
可塑剤としては、例えば、石油系プロセスオイル、天然油、二塩基酸ジアルキル、及び低分子量液状ポリマーが挙げられる。石油系プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、及び芳香族系プロセスオイル等が挙げられる。天然油としては、例えば、ひまし油、及びトール油等が挙げられる。二塩基酸ジアルキルとしては、例えば、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、及びアジピン酸ジブチル等が挙げられる。低分子量液状ポリマーとしては、例えば、液状ポリブテン、及び液状ポリイソプレン等が挙げられる。
接着層中の導電性物質の含有率は、0質量%であることが特に好ましい。
接着層中の導電性物質の含有率が20質量%以下であれば、誘電加熱処理した際に電気絶縁破壊して接着部及び被着体の炭化という不具合を防止し易くなる。
このように、高周波誘電加熱接着シートは、高周波誘電接着性の接着層の一層のみからなる場合があるため、本明細書において、「高周波誘電加熱接着シート」という用語と、「接着層」という用語は、場合によっては、互いに入れ替えることが可能である。
図1A~図1Cには、本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートの複数の態様の概略図が例示されている。
高周波誘電加熱接着シートは、単一の接着層のみからなることが好ましい。単一の接着層のみからなることで、高周波誘電加熱接着シートの厚さを薄くすることができ、また簡単に成形することができる。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートは、一態様では、接着層の一層のみからなり、別の態様では、複数の層からなる場合がある。高周波誘電加熱接着シートが接着層の一層のみからなる場合、当該接着層そのものが高周波誘電加熱接着シートに相当するため、高周波誘電加熱接着シートの形態及び特性は、接着層の形態及び特性に相当する。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートの軟化温度は、50℃以上であることが好ましく、55℃以上であることがより好ましく、60℃以上であることがさらに好ましい。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートの軟化温度は、160℃以下であることが好ましく、130℃以下であることがより好ましく、100℃以下であることがさらに好ましい。
高周波誘電加熱接着シートの軟化温度が、50℃以上であることで、高周波誘電加熱接着シートを用いてガラス製の被着体を接着した接合体に外力が加わった際に、高周波誘電加熱接着シートの変形を抑制し易い。例えば、高周波誘電加熱接着シートの変形が抑制され易いという特性は、当該接合体を高温となりやすい使用環境で用いることに好適である。軟化温度が50℃以上の高周波誘電加熱接着シートは、例えば、屋外に晒される、建築物や自動車等の移動体の用途に好適である。
高周波誘電加熱接着シートの軟化温度が、160℃以下であることで、短時間で接着強度を得られ易くなる。
高周波誘電加熱接着シートの軟化温度は、次の方法により測定できる。降下式フローテスター(株式会社島津製作所製,型番「CFT-100D」)を用いて下記降下式フローテスター試験条件において、測定試料の温度を昇温速度10℃/分で上昇させながら、昇温とともに変動するストローク変位速度(mm/分)を測定して、試料のストローク変位速度の温度依存性チャートを得て、この温度依存性チャートにおいて、低温側に得られるピークトップの温度を軟化温度とする。高周波誘電加熱接着シートを切断することにより得られる3mm四方のフレーク状の測定試料を用いて、軟化温度を測定する。
<降下式フローテスター試験条件>
・試験温度:190℃
・荷重:5kg
・ダイ:穴形状φ2.0mm、長さ5.0mm
・シリンダー径:11.329mm
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートの20℃での貯蔵弾性率は、5MPa以上であることが好ましく、10MPa以上であることがより好ましく、20MPa以上であることがさらに好ましい。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートの20℃での貯蔵弾性率は、600MPa以下であることが好ましく、400MPa以下であることがより好ましく、300MPa以下であることがさらに好ましく、200MPa以下であることがよりさらに好ましい。
高周波誘電加熱接着シートの20℃での貯蔵弾性率が、5MPa以上であることで、当該シートは、柔らかくなりすぎず、自立性を有し、当該シートを用いた作業効率の低下を防ぎやすい。
高周波誘電加熱接着シートの20℃での貯蔵弾性率が、600MPa以下であることで、当該シートが加工し難くなる。
高周波誘電加熱接着シートの20℃での貯蔵弾性率は、後述する実施例の項目において説明する方法により測定できる。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートの損失正接ピーク温度は、30℃以下であることが好ましく、20℃以下であることがより好ましく、10℃以下であることがさらに好ましく、0℃以下であることがよりさらに好ましい。
高周波誘電加熱接着シートの損失正接ピーク温度は、通常、-60℃以上である。
高周波誘電加熱接着シートの損失正接ピーク温度が30℃以下であることで、低温域での耐衝撃性を得やすい。また、当該損失正接ピーク温度が30℃以下であることで、振動や衝撃などによる、被着体と接着層との界面での剥離を抑制し、接合強度を確保しやすい。
高周波誘電加熱接着シートの損失正接ピーク温度は、後述する実施例の項目において説明する方法により測定できる。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートの厚さは、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、30μm以上であることがさらに好ましく、50μm以上であることがよりさらに好ましい。
高周波誘電加熱接着シートの厚さが5μm以上であれば、被着体と接着する際に、高周波誘電加熱接着シートが被着体の凹凸に追従しやすく、接着強度が発現しやすくなる。
高周波誘電加熱接着シートが複数の層からなる多層構成の場合、接着層の厚さは、5μm以上であることが好ましく、10μm以上であることがより好ましく、30μm以上であることがさらに好ましく、50μm以上であることがよりさらに好ましい。
高周波誘電加熱接着シートが多層構成のシートである場合、接着層の厚さが5μm以上であれば、被着体と接着する際に、接着層が被着体の凹凸に追従しやすく、接着強度が発現しやすくなる。
高周波誘電加熱接着シートの厚さの上限は、特に限定されない。高周波誘電加熱接着シートの厚さが増すほど、高周波誘電加熱接着シートと被着体とを接着して得られる接合体全体の重量も増加するため、高周波誘電加熱接着シートは、実使用上問題ない範囲の厚さであることが好ましい。高周波誘電加熱接着シートの実用性及び成形性も考慮すると、高周波誘電加熱接着シートの厚さは、2000μm以下であることが好ましく、1000μm以下であることがより好ましく、600μm以下であることがさらに好ましい。
単層の高周波誘電加熱接着シートは、上述の各成分を予備混合し、押出機、及び熱ロール等の公知の混練装置を用いて混錬し、押出成形、カレンダー成形、インジェクション成形、及びキャスティング成形等の公知の成形方法により製造できる。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートが多層構成の場合は、例えば、上述の各成分を予備混合し、多層押出機を用いた共押出法によって製造できる。また、本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートを構成する各層(例えば、第一接着層、中間層及び第二接着層)の単層シートを個別に作製し、複数の単層シートをラミネート処理して積層させることによっても、多層構成のシートを製造できる。複数の単層シートをラミネート処理する際には、例えば、熱ラミネーターを使用する。
また、本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートは、溶融した接着層を基材の上にコーティングする熱押出コーティング、又はホットメルトコーティングによっても製造でき、接着層組成物を溶媒中に分散又は溶解させた塗布液を基材の上にコーティングするウェットコーティングによっても製造できる。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートは、被着体との接着に使用できる。また、本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートは、複数の被着体同士の接着にも使用できる。
被着体の材質は、特に限定されない。被着体の材質は、有機材料、及び無機材料(金属材料等を含む。)のいずれの材料でもよく、有機材料と無機材料との複合材料でもよい。
被着体の材質としての有機材料は、例えば、プラスチック材料、及びゴム材料が挙げられる。プラスチック材料としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体樹脂(ABS樹脂)、ポリカーボネート樹脂(PC樹脂)、ポリアミド樹脂(ナイロン6及びナイロン66等)、ポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート(PET樹脂)及びポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT樹脂)等)、ポリアセタール樹脂(POM樹脂)、ポリメチルメタクリレート樹脂、及びポリスチレン樹脂等が挙げられる。ゴム材料としては、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、エチレンプロピレンゴム(EPR)、及びシリコーンゴム等が挙げられる。また、被着体は、有機材料の発泡材でもよい。
被着体の材質としての無機材料としては、ガラス材料、セメント材料、セラミック材料、及び金属材料等が挙げられる。また、被着体は、繊維と上述したプラスチック材料との複合材料である繊維強化樹脂(Fiber Reinforced Plastics,FRP)でもよい。この繊維強化樹脂におけるプラスチック材料は、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体樹脂(ABS樹脂)、ポリカーボネート樹脂(PC樹脂)、ポリアミド樹脂(ナイロン6及びナイロン66等)、ポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート(PET樹脂)及びポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT樹脂)等)、ポリアセタール樹脂(POM樹脂)、ポリメチルメタクリレート樹脂、及びポリスチレン樹脂等からなる群から選択される少なくとも一種である。繊維強化樹脂における繊維は、例えば、ガラス繊維、ケブラー繊維、及び炭素繊維等が挙げられる。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートを用いて複数の被着体同士を接着する場合、複数の被着体は、互いに同じ材質であるか、又は異なる材質である。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートは、ガラス製の被着体との接着に好適に使用できる。複数の被着体同士を接着する場合は、少なくともいずれかの被着体がガラス製であれば、本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートは、当該ガラス製の被着体と強固に接着できる。
被着体の形状は、特に限定されないが、高周波誘電加熱接着シートを貼り合わせることのできる面を有することが好ましく、シート状又は板状であることが好ましい。複数の被着体同士を接着する場合は、それら被着体の形状及び寸法は、互いに同じでも異なっていてもよい。
本実施形態に係る接着方法は、本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートを用いる接着方法である。
以下、本実施形態に係る接着方法の一例として、単一の接着層からなる高周波誘電加熱接着シートを用いて、第一の被着体と第二の被着体とを接着する態様を挙げて説明するが、本発明は、この態様に限定されない。第二の被着体の材質も特に限定されない。
工程P1は、第一の被着体と第二の被着体との間で本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートを挟持する工程である。工程P1では、ガラス製の第一の被着体を高周波誘電加熱接着シートの第一表面に接触させる。また、工程P1では、第二の被着体を高周波誘電加熱接着シートの第二表面に接触させる。
工程P2は、工程P1において第一の被着体と第二の被着体との間で挟持した高周波誘電加熱接着シートに対して、3MHz以上、300MHz以下の高周波電界を印加して、第一の被着体と第二の被着体とを高周波誘電加熱接着シートにより接着する工程である。
例えば、誘電加熱接着装置を用いることにより、高周波誘電加熱接着シートに対して高周波電界を印加できる。なお、本明細書において、「誘電加熱装置」を「誘電加熱接着装置」又は「高周波誘電加熱装置」と称する場合がある。
図2には、誘電加熱接着装置50の概略図が示されている。
誘電加熱接着装置50は、第一高周波電界印加電極51と、第二高周波電界印加電極52と、高周波電源53と、を備えている。
第一高周波電界印加電極51と、第二高周波電界印加電極52とは、互いに対向配置されている。第一高周波電界印加電極51及び第二高周波電界印加電極52は、プレス機構を有している。このプレス機構により、第一の被着体110、高周波誘電加熱接着シート1A及び第二の被着体120を、第一高周波電界印加電極51と第二高周波電界印加電極52との間で加圧処理できる。
高周波電界の印加には平行平板タイプの高周波誘電加熱装置を用いることも好ましい。平行平板タイプの高周波誘電加熱装置であれば、高周波が電極間に位置する高周波誘電加熱接着シートを貫通するので、高周波誘電加熱接着シート全体を温めることができ、被着体と高周波誘電加熱接着シートとを短時間で接着できる。
誘電加熱接着装置50は、図2に示すように、第一の被着体110及び第二の被着体120との間に挟持した高周波誘電加熱接着シート1Aを介して、誘電加熱処理する。さらに、誘電加熱接着装置50は、誘電加熱処理に加えて、第一高周波電界印加電極51及び第二高周波電界印加電極52による加圧処理によって、第一の被着体110と第二の被着体120とを接着する。なお、加圧処理を行わずに第一の被着体110と第二の被着体120とを接着してもよい。
そして、誘電フィラーは、発熱源として機能し、誘電フィラーの発熱によって、熱可塑性樹脂成分を溶融させ、短時間処理であっても、最終的には、第一の被着体110と第二の被着体120とを強固に接着できる。
高周波誘電加熱接着条件は、適宜変更できるが、以下の条件であることが好ましい。
高周波電界の出力は、50,000W以下であることが好ましく、20,000W以下であることがより好ましく、15,000W以下であることがさらに好ましく、10,000W以下であることがよりさらに好ましく、1,000W以下であることがさらになお好ましい。
高周波電界の出力が10W以上であれば、誘電加熱処理時に温度が上昇し難いという不具合を防止できるので、良好な接着力を得やすい。
高周波電界の出力が50,000W以下であれば、誘電加熱処理による温度制御が困難となる不具合を防ぎ易い。
高周波電界の印加時間は、300秒以下であることが好ましく、240秒以下であることがより好ましく、180秒以下であることがさらに好ましく、120秒以下であることがよりさらに好ましく、100秒以下であることがさらになお好ましい。
高周波電界の印加時間が1秒以上であれば、誘電加熱処理時に温度が上昇し難いという不具合を防止できるので、良好な接着力を得やすい。
高周波電界の印加時間が300秒以下であれば、第一の被着体と第二の被着体とを接着させた接合体の製造効率が低下したり、製造コストが高くなったり、さらには、被着体が熱劣化するといった不具合を防ぎ易い。
印加する高周波電界の周波数は、300MHz以下であることが好ましく、100MHz以下であることがより好ましく、80MHz以下であることがさらに好ましく、50MHz以下であることがよりさらに好ましい。具体的には、国際電気通信連合により割り当てられた工業用周波数帯13.56MHz、27.12MHz又は40.68MHzが、本実施形態の高周波誘電加熱接着方法(接着方法)にも利用される。
本実施形態に係る高周波誘電加熱接着シートによれば、少ない消費エネルギーでも、高い接着強度でガラスと接着できる。
本発明は、前記実施形態に限定されない。本発明は、本発明の目的を達成できる範囲での変形及び改良等を含むことができる。
〔1〕 一実施形態において、高周波誘電加熱接着シートは、熱可塑性樹脂(A)及び高周波電界の印加により発熱する誘電材料(好ましくは、誘電フィラー(B))を少なくとも含有する接着層を有し、前記熱可塑性樹脂(A)は、第一の熱可塑性樹脂(A1)及び第二の熱可塑性樹脂(A2)を少なくとも含み、前記第一の熱可塑性樹脂(A1)は、シラン変性ポリオレフィンであり、前記第二の熱可塑性樹脂(A2)は、シラン変性ポリオレフィンとは異なるその他の熱可塑性樹脂である。
〔2〕 前記〔1〕に係る高周波誘電加熱接着シートおいて、前記第二の熱可塑性樹脂(A2)は、酸変性構造を有する樹脂であることが好ましい。
〔3〕 前記〔1〕又は〔2〕に係る高周波誘電加熱接着シートにおいて、前記第二の熱可塑性樹脂(A2)は、酸変性構造を有するポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。
前記〔1〕~〔3〕に係る高周波誘電加熱接着シートにおいてシラン変性ポリオレフィン及びシラン変性ポリオレフィンとは異なるその他の熱可塑性樹脂は、例えば、前記実施形態で説明した樹脂である。
接着層が熱可塑性樹脂として、シラン変性ポリオレフィンと、その他の熱可塑性樹脂と、を含有する混合物である場合、当該接着層の粘度を調整しやすく、高周波誘電加熱接着シートに加工適性を付与しやすい。また、意図しない架橋反応を抑制できるため、経時での接着力の低下を防ぎ易い。
例えば、第一の被着体の端部と第二の被着体の端部とを重ね合わせて接着した接合体を製造する場合は、第一の被着体側又は第二の被着体側に格子電極タイプの高周波誘電加熱装置を配置して高周波電界を印加する。
(実施例1~5及び比較例1~4)
表1に示す材料を予備混合した。予備混合した材料を30mmφ二軸押出機のホッパーに供給し、シリンダー設定温度を180℃以上、200℃以下、ダイス温度を200℃に設定し、予備混合した材料を溶融混練した。溶融混錬した材料を冷却した後に、当該材料をカットすることにより、粒状のペレットを作製した。次いで、作製した粒状ペレットを、Tダイを設置した単軸押出機のホッパーに投入し、シリンダー温度を200℃、ダイス温度を200℃の条件として、Tダイから、フィルム状溶融混練物を押出し、冷却ロールにて冷却させることにより、実施例1~5及び比較例1~4に係る厚さ400μmの高周波誘電加熱接着シートのそれぞれを作製した。
・シラン変性PE1:シラン変性ポリエチレン、三菱ケミカル株式会社製、製品名「リンクロンSS732N」
・シラン変性PE2:シラン変性ポリエチレン、三菱ケミカル株式会社製、製品名「リンクロンSF800N」
・シラン変性PP1:シラン変性ポリプロピレン、三菱ケミカル株式会社製、製品名「リンクロンPM700N」
・シラン変性PP2:シラン変性ポリプロピレン、三菱ケミカル株式会社製、製品名「リンクロンPK500N」
・m-PP:無水マレイン酸変性ポリプロピレン、三菱ケミカル株式会社製、製品名「モディックP565」
・m-PE:無水マレイン酸変性ポリエチレン、三菱ケミカル株式会社製、製品名「モディックM545」
・EVA:エチレン酢酸ビニル共重合体、三井・デュポンポリケミカル株式会社製、製品名「エバフレックスEV560」
・酸化亜鉛(ZnO):体積平均粒子径11μmの酸化亜鉛。堺化学工業株式会社製、製品名「LP-ZINC11」
・鉄粉:体積平均粒子径10μmの鉄粉
熱可塑性樹脂の190℃におけるMFRは、JIS K 7210-1:2014に準じて、降下式フローテスター(株式会社島津製作所製,型番「CFT-100D」)を用いて測定した。
複数種の熱可塑性樹脂を混合して用いる場合は、当該複数種の樹脂を表1に示す比率で二軸混錬して、混合樹脂ペレットを作製し、その混合樹脂ペレットのMFRを上述と同様に測定した。
レーザー回折・散乱法により、誘電フィラーの粒度分布を測定した。粒度分布測定の結果からJIS Z 8819-2:2001に準じて体積平均粒子径を算出した。算出した酸化亜鉛(ZnO)の体積平均粒子径は、11μmであり、鉄粉の体積平均粒子径は、10μmであった。
以下に示すとおり高周波誘電加熱接着シートを評価し、評価結果を表1に示す。
高周波接着性評価の一つの指標として、接着シートの濡れ広がり性を評価した。作製した高周波誘電加熱接着シートを、13mm×6.5mmの大きさに切断した。切断した高周波誘電加熱接着シートを、一対の被着体としてのソーダライムガラス(25mm×100mm×3mm(厚さ))の間に配置した。ソーダライムガラスの重ね合わせ部分の面積は、25mm×12.5mm=312.5mm2とした。具体的には、図3Aに示すような寸法、並びに図3Bに示すように、ガラス製の被着体WK1と、ガラス製の被着体WK2と、接着シートAS1(作製した高周波誘電加熱接着シートに相当)と、を配置した。このように配置した後、一対の被着体と高周波誘電加熱接着シートとを高周波誘電加熱装置(山本ビニター社製、製品名「YRP-400T-A」)の電極間に固定した。高周波誘電加熱装置の一対の電極の面積は、それぞれ、800mm2(=40mm×20mm)とし、被着体(ソーダライムガラス)の重ね合わせ部分を覆うように当該一対の電極を配置した。固定した状態で、下記高周波印加条件で高周波電界を印加して、高周波誘電加熱接着シートと被着体を接着させた。
・高周波印加条件
周波数 :40.68MHz
出力 :200W
印加時間 :90秒
押し圧:0.5MPa
高周波印加時の押し圧は、第一の被着体と第二の被着体との接合部に加えた圧力である。
A:被着体の重ね合わせ部分の面積に占める接着シートの面積割合が80%以上。
B:被着体の重ね合わせ部分の面積に占める接着シートの面積割合が55%以上、80%未満。
F:被着体の重ね合わせ部分の面積に占める接着シートの面積割合が55%未満。
図3Cは、高周波電界を印加した後に被着体の重ね合わせ部分が全て埋まった上、樹脂が被着体からはみ出した状態を示す平面図であり、この場合は、評価Aである。
高周波誘電加熱接着シートを、25mm×12.5mmの大きさに切断し、被着体の重ね合わせ部分と一致するように接着シートを配置したこと以外は、前述の(濡れ広がり性評価)と同様にして、接着力評価用の試験片を作製した。この接着力評価用の試験片を用いて、接着力としての引張せん断力(単位:MPa)を測定した。引張せん断力の測定には、万能引張試験機(インストロン社製、製品名「インストロン5581」)を用いた。引張せん断力の測定における引張速度は、10mm/分とした。なお、表中の引張せん断力の項目の「接着せず」とは、引張せん断力の測定に用いる前に容易に被着体と接着シートとが剥がれたことを意味する。また、表中の「4<」は、引張せん断力が4MPa超であったことを意味する。
また、引張せん断力の測定における高周波接着性評価用の試験片の破壊モードを観察して、下記基準に沿って、接着性を評価した。JIS K 6850:1999に準じて引張せん断力を測定した。
A:高周波誘電加熱接着シートの凝集破壊
B:被着体の破壊
F:高周波誘電加熱接着シートと被着体との界面剥離
降下式フローテスター(株式会社島津製作所製,型番「CFT-100D」)を用いて下記降下式フローテスター試験条件において、測定試料の温度を昇温速度10℃/分で上昇させながら、昇温とともに変動するストローク変位速度(mm/分)を測定して、試料のストローク変位速度の温度依存性チャートを得た。このチャートにおいて、低温側に得られるピークトップの温度を軟化温度とした。高周波誘電加熱接着シートを切断することにより得た3mm四方のフレーク状の測定試料を用いて、軟化温度を測定した。
<降下式フローテスター試験条件>
・試験温度:190℃
・荷重:5kg
・ダイ:穴形状φ2.0mm、長さ5.0mm
・シリンダー径:11.329mm
高周波誘電加熱接着シートの20℃での貯蔵弾性率E’は、動的粘弾性測定装置(株式会社オリエンテック製、レオバイブロンDDV-01FP)を使用して粘弾性測定を行って得た。具体的には、動的粘弾性測定装置に、測定間距離(チャック間距離)が10mmになるように、サンプル幅4mmの高周波誘電加熱接着シートを装着し、周波数11Hz、ひずみ量0.0015、昇温4℃/分、-100℃~130℃の範囲の引張モードにより、高周波誘電加熱接着シートの粘弾性を測定することで得た。
高周波誘電加熱接着シートの損失正接ピーク温度は、上述の粘弾性測定で得られたtanδ(損失弾性率/貯蔵弾性率)の最大点における温度とした。
Claims (5)
- 熱可塑性樹脂(A)及び高周波電界の印加により発熱する誘電材料を少なくとも含有する接着層を有する高周波誘電加熱接着シートであって、
前記接着層は、前記熱可塑性樹脂(A)としてのシラン変性ポリオレフィンを含有し、
前記熱可塑性樹脂(A)中の前記シラン変性ポリオレフィンの含有率は、40体積%以上、100体積%以下であり、
前記熱可塑性樹脂(A)の190℃におけるMFRが2g/10min以上、50g/10min以下であり、
前記高周波電界の周波数域が3MHz以上、300MHz以下であり、
前記誘電材料は、誘電フィラー(B)であり、
前記接着層中の前記誘電フィラー(B)の体積含有率は、10体積%以上、40体積%以下であり、
前記誘電フィラー(B)は、酸化亜鉛であり、
前記接着層の損失正接ピーク温度は、30℃以下であり、
前記損失正接ピーク温度は、周波数11Hz、ひずみ量0.0015、昇温4℃/分、-100℃~130℃の範囲の引張モードにより、前記接着層の粘弾性を測定することで得られたtanδ(損失弾性率/貯蔵弾性率)の最大点における温度である、
高周波誘電加熱接着シート。 - 前記接着層の軟化温度は、50℃以上、160℃以下である、
請求項1に記載の高周波誘電加熱接着シート。 - 前記接着層の20℃での貯蔵弾性率は、5MPa以上であり、
前記貯蔵弾性率は、周波数11Hz、ひずみ量0.0015、昇温4℃/分、-100℃~130℃の範囲の引張モードにより、前記接着層の粘弾性を測定することで得られる、
請求項1又は請求項2に記載の高周波誘電加熱接着シート。 - 前記誘電フィラー(B)の体積平均粒子径は、1μm以上、30μm以下であり、
前記体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により、前記誘電フィラー(B)の粒度分布を測定し、当該粒度分布測定の結果からJIS Z 8819-2:2001に準じて算出した体積平均粒子径である、
請求項1に記載の高周波誘電加熱接着シート。 - 前記高周波誘電加熱接着シートの厚さは、5μm以上である、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の高周波誘電加熱接着シート。
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