JP4662511B2 - 難燃性フラットケーブル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、難燃性フラットケーブル、HSテープ及びその製造方法に関し、更に詳しくは難燃性、耐熱性及び耐久性等に優れた難燃性フラットケーブルの提供を目的とする。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置、携帯電話、複写機、プリンター、自動車、家電製品、コンピュータ等の電子部品、電子機器等には、多くの場合、フラットケーブルが用いられている。これらのフラットケーブルは、フィルム状基材、AC層及びHS層から構成される2枚のHSテープと、該2枚のテープ間にヒートシールして挟持された多数本の導体とから構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の塩化ビニル製フラットケーブルは難燃性に優れ、多く用いられてきた。
しかし、塩化ビニル製フラットケーブルは導体との接着性がないために、折り曲げテストや摺動試験でケーブル中の導体が短時間に切断する欠点があり、最近、フィルム状基材とヒートシール剤がポリエステル系樹脂に置き換えられてきている。しかし、フィルム状基材(ポリエチレンテレフタレート系フィルム:PET或いはポリアミド系フィルム)とポリエステル系ヒートシール剤は燃え易いので、一般的にはポリエステル系ヒートシール剤の中に大量の難燃剤を添加して難燃化しているが、このためにHS層の導体への接着性が低下、或いは熱時にケーブルの末端より導体が突出するという問題が起こってきた。
【0004】
上記フラットケーブルにおいては、HS層の導体への接着性は折り曲げ又は摺動時に、導体がケーブル内で断線する現象に対して重要な要因であって、HS層と導体との接着性が低い時には導体が断線し易い。HS層の導体への接着性はTgの低いポリエステル樹脂を用いると良いが、低TgポリエステルからなるHS層は、熱的耐久力と樹脂収縮により導体が突出するという問題が起こってきた。
導体の突出防止に対してはTgの高いポリエステル樹脂をHS層に添加すると効果があるが、HS層の導体への接着性を低下させる作用がある。
【0005】
もう一つの因子として、HS層を構成するヒートシール剤(V)とフィラー(F)の比が挙げられる。即ち、Fを多くすると導体の突出を抑える方向にあるが、Fが多すぎるとHS層の導体への接着性が低下する。従ってVとFとは極めて狭い範囲で実施されいるが、現実には両方を同時に満足させることは困難であった。
従って、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、難燃性、耐熱性及び耐久性等に優れた難燃性フラットケーブルを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、フィルム状基材、AC層及びHS層から構成される2枚のHSテープと、該2枚のテープ間にヒートシールして挟持された導体とからなるフラットケーブルにおいて、上記AC層が、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基及び/又はカルボジイミド基を有する多官能性化合物が添加された、Tgが20℃〜120℃のポリエステル樹脂と、ポリウレタン樹脂とからなる、上記多官能性化合物のイソシアネート基、ブロックイソシアネート基及び/又はカルボジイミド基との反応基を有する樹脂の混合物からなり、且つ、上記HS層が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化アンチモン、赤燐、ホウ酸亜鉛、ジルコニウム系難燃剤、錫系難燃剤、臭素系難燃剤及びリン酸系難燃剤からなる群から選ばれる難燃剤と、必要に応じて添加するシリカ微粒子、タルク、炭酸カルシウム、有機顔料、無機顔料又はカーボンとからなるフィラー80〜20重量%と、ポリエステル樹脂を主成分とする樹脂成分20〜80重量%とからなり、上記ポリエステル樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部の平均分子量2,500〜10,000の高分子可塑剤を含有することを特徴とする難燃性フラットケーブル及びその製造方法を提供する。
【0007】
本発明によれば、AC層として、多官能性化合物とともに、Tgの高いポリエステル樹脂及び柔らかいポリウレタン樹脂からなる層を設け、更にHS層中にポリエステル樹脂に高分子可塑剤と必要に応じて多官能性化合物を添加することによって、HS層の導体への接着性と導体の突出防止に関して同時に満足させる良好な結果を得ることができる。
【0008】
本発明の難燃性フラットケーブルの製造は、ヒートシール方式で行われるが、AC層として高Tgポリエステル樹脂とウレタン樹脂からなるAC層を形成することによって、その上に塗布されるHS層の熱時の収縮作用を小さくすることことができ、この効果によって導体の突出を少なくできる。又、HS層の導体への接着性は、高分子可塑剤を添加することによって達成され、長期的な接着安定性とHS層の熱時収縮防止は、HS層に架橋剤を添加されることによって達成される。その結果、耐熱性及び耐折り曲げ性に優れた物性を付与すると共に収縮或いは捻れ、反り等の変形を小さくさせる効果がある。上記操作において、AC層を形成する溶液が、下のフィルム状基材及び/又はその上のHS層中に浸透して、AC層がフィルム状基材及び/又はその上のHS層中に浸入した構造を形成し、更に優れた物性を示した。この場合、AC層を形成するために溶液の溶媒がフィルム状基材やHS層に親和性を有し、それらを膨潤又は溶解し、AC成分の少なくとも一部がフィルム状基材及びHS層に浸透したものと考えられる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
図1は、本発明の難燃性フラットケーブルとその製造を説明する図である。本発明のフラットケーブルは、図1bに示すように、フィルム状基材1、AC層2及びHS層3から構成される2枚のHSテープAと、該2枚のテープA,A間にヒートシールして挟持された導体Bとから構成されており、特にそのHSテープの構成に特徴がある。従って導体Bは従来公知の導体と同じであり詳細な説明は省略し、以下HSテープについて詳細に説明する。
【0010】
本発明で使用するフィルム状基材としては、通常フラットケーブルの形成に使用されるフィルムが全て使用可能であり、最も好ましいものは2軸延伸されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムであり、ポリブチレンテレフタレートフィルムやポリアミドフィルムも好ましい。フィルムの厚さは5〜200μmの範囲であり、好ましくは15〜100μmである。5μm未満ではその表面へのAC層の塗布が困難であり、200μmを超えると実用的でない。又、フィルムの表面処理は必ずしも必要ではないが、コロナ放電処理や酸化処理等の処理を施してもよい。
【0011】
本発明では、上記フィルム状基材の一方の表面にAC層を形成する。AC層用の樹脂としては、Tgが20〜120℃で、好ましくは30〜100℃のポリエステル(PES)樹脂とポリウレタン樹脂(PU)の混合物からなり、好ましくはPES/PU(重量比)=0.7/0.3〜0.3/0.7の範囲である。PESが0.7を超えると、AC層のフィルム状基材への接着が弱くなり、0.3未満ではHS層の収縮による導体の突出が大きくなる。又、AC層は後述の多官能性化合物を包含する。
【0012】
上記AC層の表面にHS層を形成する。HS層用の樹脂成分の物性としては、フラットケーブルが使用される全ての環境で、形状、接着性、フレキシビリティ、即ち、柔軟性、折り曲げ性、慴動性等の面で優れた性能が要求される。従って、HS層の主成分であるポリエステル樹脂成分のTgは、フラットケーブルが使用される環境の温度以下であることが必要である。具体的にはTgは約20℃以下、好ましくは10℃以下である。
又、フラットケーブルを温度の高い使用環境に適応させる場合には、上記のポリエステル樹脂に、例えば、Tgが40℃以上、好ましくは60℃以上の高Tgのポリエステル樹脂を併用することもできる。この場合でも上記高Tgのポリエステル樹脂が多すぎると、HS層の導体への接着性が著しく低下するので、その含有量は樹脂成分の10重量%以下である。
【0013】
HS層に加える可塑剤は、分子量が約2,500〜10,000程度の高分子可塑剤、特に好ましくはポリエステル系可塑剤であり、具体的にはアジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、フタル酸等とエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン等の二価又は三価アルコール類、及び1塩基酸等の組み合わせからなる常温で液状のポリエステル系可塑剤が挙げられる。分子量が2,500未満では接着性には効果があるが、可塑剤の移行性や抽出性等の問題があり、フラットケーブルの長期間の耐久安定性(経時的変化)に問題があり、10,000を超えると可塑剤としての本来の特性が失われる。
【0014】
上記可塑剤の添加量の範囲は、前記ポリエステル樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部の範囲であり、0.1重量部未満ではHS層の導体への接着が弱く、ケーブル内の導体の耐久性に問題があり(例えば、折り曲げ、慴動によって導体が断線し易くなる)、又、10重量部を超えると、熱放置時にフラットケーブルの末端からの導体が突出の度合いが大きくなり、ケーブル同士を連結した時に接触不良等のトラブル等の発生原因となる。
【0015】
上記以外の可塑剤、例えば、分子量400〜3,000のエポキシ脂肪酸エステル、分子量約1,000〜5,000のエポキシ化油脂類等のエポキシ系可塑剤、又はジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジフェニルフタレート、ジシクロヘキシルフタレート等のフタル酸系エステル類、オレイン酸ブチル、グリセリンモノオレイン酸エステル等の脂肪族一塩基酸エステル類、アジピン酸ジn−へキシル、アジピン酸ジ2−エチルヘキシル、アゼライン酸ジエチルヘキシル、セバシン酸ジブチル、セバシン酸2−エチルヘキシル等の脂肪族二塩基酸エステル類、ジエチレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジ2−エチルブチラート等の二価アルコールエステル類、アセチルリシノール酸ブチル、ブチレングリコールビス(ブチルフタレート)ブチルフタレート、アセチルクエン酸トリブチル等のオキシ酸エステル類、リン酸トリブチル、リン酸トリ2−エチルヘキシル、リン酸トリフェニル、リン酸トリクレジル等のリン酸エステル類等が挙げられ、これらの可塑剤を前記高分子可塑剤に対して50重量%以下の範囲で混合して使用してもよい。可塑剤から期待されることは明らかでないが、接着性に対してはヒートシール時の粘着効果とフィルムの歪みの緩和に効果的であるものと考えられる。
【0016】
多官能性化合物は、AC層に、或いは更にHS層に添加される。AC層への添加は、樹脂の反応基に対して1〜20倍当量程度が好ましく、AC層への添加はフィルム状基材とHS層への接着を目的とする。HS層への添加は長期に連結した時の導体接合に係わる耐熱耐久性等を向上させるために添加する。それらは単独或いは組み合わせによって使用される。
【0017】
多官能性化合物としては、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、へキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソフォロンジイソシアネート(IPDI)とそれらのビューレット体、トリメチロールプロパン等とのアダクト体、イソシアネート3量体等のイソシアネート類、更にはイソシアネートをアルコール又はフェノール類(エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、フェノール、ニトロフェノール等)、ラクタム(ε−カプロラクタム等)、活性メチレン系化合物(マロン酸ジエチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセチルアセトン)でブロックしたブロックイソシアネート等が挙げられる。更に、上記イソシアネート類より合成される、例えば、ポリトルエンカルボジイミド、ポリ4,4−ジフェニルメタンカルボジイミド、ポリイソホロンカルボジイミド、ポリヘキサンカルボジイミド等のカルボジイミド系架橋剤及びその誘導体が挙げられる。
【0018】
上記多官能性化合物は、分子中に2〜6個のイソシアネート基、ブロックイソシアネート基及び/又はカルボジイミド基を有することが好ましい。又、多官能性化合物は溶剤に溶解又は分散させて使用することが好ましい。使用する溶剤は、多官能性化合物の官能基の反応性で異なるので特定できないが、水、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸プロピル、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ヘキサン等の単独及び混合溶剤が用いられる。
【0019】
アルコール類の添加によって多官能性化合物の反応速度を調整できる場合がある。例えば、イソシアネート基を低級アルコール類或いはフェノール類でブロックすることにより、イソシアネート基の安定化、或いはチタンキレート類はイソプロピルアルコールによって安定化される。このような場合、多官能性化合物は一液の溶液として取り扱えるのでAC層用溶液又はHS層用溶液への添加に効果的である。多官能性化合物の添加量は、ポリエステル樹脂100重量部に対して0.05〜10重量部の範囲である。好ましくは0.1〜5重量部の範囲である。又、可塑剤との併用が効果的(耐久性と接着性)であることが分かった。
【0020】
HS層を構成するフィラー成分のうち、難燃剤としては水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化アンチモン、赤燐、ホウ酸亜鉛、ジルコニウム系、錫系、ハロゲン系難燃剤:テトラブロモビスフェノールA(TBA)、ヘキサブロモシクロドデカン、ビス(トリブロモフェノキシ)エタン、TBAエポキシオリゴマー、TBAカーボネートオリゴマー、エチレンビステトラブロムフタルイミド、エチレンビスペンタブロモジフェニル、トリブロモフェニルマレイミド、テトラブロモペンタエリスリトール、トリス(ペンタブロモベンジル)イソシアヌレート、リン酸系難燃剤:トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、オクチルジフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリス(クロロエチル)ホスフェート、トリス(2−クロロプロピル)ホスフェート、トリス(2,3−ジクロロプロピル)ホスフェート、トリス(2,3−ジブロモプロピル)ホスフェート、トリス(2,3−ジブロムクロロプロピル)ホスフェート、ビス(2,3−ジブロモプロピル)、2,3−ジクロロプロピルホスフェート、ビス(クロロプロピル)モノオクチルホスフェート、リン酸グアニジン及びその誘導体、リン酸グアニル尿素及びその誘導体、他にスルファミン酸及びその誘導体等の単独或いは組み合わせが挙げられる。
【0021】
その他のフィラーとしては、ポリアミド系ワックス類、シリカ微粒子、タルク、炭酸カルシウム、有機顔料、酸化チタン等の無機顔料、カーボン、ワックスを必要に応じて添加できる。HS層のフィラー(F)の含有量は80〜20重量%の範囲であり、Fが80重量%を超えると接着せず、20重量%未満では導体の突出が大くなり、又、HS層自体が難燃性でなくなる。
【0022】
本発明に用いるHSテープは、上記の材料を用いて、フィルム状基材にAC層を形成し、次いでHS層を形成することによって得られる。AC層及びHS層はいずれも前記成分を含む有機溶剤溶液又は分散液を塗布及び乾燥することによって形成される。塗布は一般的な塗装方法で達成できる、例えば、バーコーター、ダイコーター、ロールコータ、グラビア方式、フローコータ方式、リバース方式、スプレー方式等が利用できるが、AC層を塗布及び乾燥後、直ちにHS層を塗布する方法(インライン方式)が好ましい。
【0023】
AC層の塗布量は厚みで0.05〜10μmの範囲であり、好ましくは0.1〜5μmである。0.05μm未満では導体が突出し、10μm超えると実用的な範囲を超え、場合によっては難燃性に問題を生ずる。HS層の塗布量は厚みで5〜200μmであり、好ましくは10〜100μmである。5μm未満では導体を接着するのが困難であり、難燃性に問題がある。200μmを超えると乾燥時に溶剤を蒸発させるのに多大のエネルギーを要し実用的でない。AC層用溶液の固形分は2〜60重量%であり、HS層用溶液の固形分は5〜75重量%の範囲であり、上記範囲未満では粘性関係から塗布量を上げることはできない。又、上記範囲を超えると溶液中のフィラーの分散が困難である。
【0024】
上記のようにして本発明に用いるHSテープが形成される。図1a,bに示すように、本発明のHSテープAの2枚の間に適当な導体Bを挟持し、例えば、熱ロール(180℃)を通してHSテープ同士をヒートシールすることによって本発明の難燃性フラットケーブルが得られる。
【0025】
【実施例】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
実施例1〜5及び比較例1〜4
(材料)
▲1▼フィルム状基材:厚さ25μmの2軸延伸ポリエステルフィルム(PET)
▲2▼−1 AC層形成用溶液−1:(固形分40重量%)
A液;Tg40℃のポリエステル樹脂とポリオール系ウレタン樹脂(固形分重量比1:1、水酸基価=10mgKOH/g)をメチルエチルケトン/トルエンに溶かした溶液。
B液;TDI+HDI
A液/B液=1/3(OH基/NCO基、当量比)
【0026】
▲2▼−2 AC層形成用溶液−2、
A液;Tg5℃のポリエステル(水酸基価=3mgKOH/g)をメチルエチルケトン/トルエンに溶かした溶液。
B液;TDI+HDI
A液/B液=1:4(OH基/NCO基、当量比)
▲3▼HS層形成用塗料:Tg10〜20℃のポリエステル(V)とシリカ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、臭素系難燃剤、三酸化アンチモンからなるフィラー(F)において、V/F=45/55(重量比)であり、メチルエチルケトン/トルエン=1/1の溶剤に溶解分散した液(固形分45重量%、平均粒径0.45μm)。
【0027】
(HSテープの調製)
PETフィルムに上記AC層形成用溶液をドライで0.5g/m2になるように塗布し、5分間風乾後に上記HS層形成用塗料をドライで30g/m2になるように塗布して、80℃で12時間乾燥する。AC層及びHS層における可塑剤及び架橋剤(多官能性化合物)の含有量は表1に示した。
【0028】
試験方法
〔評価項目〕
▲1▼HS/HS間T字剥離強度試験:HSテープのヒートシール面同士をヒート シーラーで接着後(温度150℃、圧力:3Kg/cm2、時間:3秒)、引っ張り試験でT字剥離強度(g/幅10mm)を比較する。
▲2▼HS/導体間T字剥離強度試験:HSテープのヒートシール面と厚さ100μmの銅箔とのT字剥離強度(g/幅10mm)を比較する。
▲3▼ケーブル耐熱試験:導体(幅×厚さ=0.8mm×50μm)3本を幅25cmの2枚のHSテープ間に挟み、熱ロール(180℃)を通してフラットケーブルを作製した。このフラットケーブルを25cmに切り、110℃の乾燥機に72時間入れる。フラットケーブルの両端より突出する導体の程度を顕微鏡で観察し、写真より突出した長さを比較する。表1に結果を示す。
【0029】
【表1】
【0030】
以上の表1の結果からして、比較例1〜3は可塑剤及び架橋剤の有無の結果であり、接着性、或いは耐熱性に問題がある。比較例4はAC層の効果の比較であり、比較例4の架橋剤を添加しないのが従来品であるが、これは接着性が実施例程度はあるが、耐熱性が劣っていた(150μm程度)。耐熱性を上げるために架橋剤を添加したが接着性が低下した。これは架橋剤をHS層に添加したことによって何らかの作用を受け、フィルム状基材とAC層間剥離と考えられる。
【0031】
一方、実施例からは、高TgPESとウレタン樹脂のAC層を形成させることによって、耐熱性(耐収縮性)と接着性が両方が良いことが分かる。理由は明らかではないが、高TgPESの耐熱性(熱収縮)の改良とウレタン樹脂によるフィルム状基材とAC層の接着性の向上が、HS層に架橋剤を添加しても接着性の低下は小さいことと関連しているものと推定される。尚、ウレタン樹脂を除いた高TgPESのみのAC層は、前述した如く接着性は低いものである。
【0032】
【発明の効果】
以上の如き本発明によれば、難燃性、耐熱性及び耐久性等に優れた難燃性フラットケーブル、及びHSテープを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の難燃性フラットケーブル及びHSテープの構成及び製造を説明する図。
【符号の説明】
1:フィルム状基材
2:AC層
3:HS層
A:HSテープ
B:導体
Claims (5)
- フィルム状基材、アンカーコート層(以下AC層という)及びヒートシール層(以下HS層という)から構成される2枚のヒートシール性テープ(以下HSテープという)と、該2枚のテープ間にヒートシールして挟持された導体とからなるフラットケーブルにおいて、
上記AC層が、イソシアネート基、ブロックイソシアネート基及び/又はカルボジイミド基を有する多官能性化合物が添加された、ガラス転移温度(以下Tgという)が20℃〜120℃のポリエステル樹脂と、ポリウレタン樹脂とからなる、上記多官能性化合物のイソシアネート基、ブロックイソシアネート基及び/又はカルボジイミド基との反応基を有する樹脂の混合物からなり、
且つ、上記HS層が、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化アンチモン、赤燐、ホウ酸亜鉛、ジルコニウム系難燃剤、錫系難燃剤、臭素系難燃剤及びリン酸系難燃剤からなる群から選ばれる難燃剤と、必要に応じて添加するシリカ微粒子、タルク、炭酸カルシウム、有機顔料、無機顔料又はカーボンとからなるフィラー80〜20重量%と、ポリエステル樹脂を主成分とする樹脂成分20〜80重量%とからなり、上記ポリエステル樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部の平均分子量2,500〜10,000の高分子可塑剤を含有することを特徴とする難燃性フラットケーブル。 - フィルム状基材が、ポリエチレンテレフタレート(以下PETという)、ポリブチレンテレフタレート及び/又はポリアミドフィルムである請求項1に記載の難燃性フラットケーブル。
- 多官能性化合物が、分子中に2〜6個のイソシアネート基、ブロックイソシアネート基及び/又はカルボジイミド基を有する請求項1又は2に記載の難燃性フラットケーブル。
- 高分子可塑剤が、ポリエステル系高分子可塑剤である請求項1〜3の何れか1項に記載の難燃性フラットケーブル。
- AC層が、フィルム状基材及び/又はHS層中に浸透している請求項1〜4の何れか1項に記載の難燃性フラットケーブル。
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