JP6706108B2 - 発泡粒子成形体 - Google Patents
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Description
(1)熱可塑性樹脂発泡粒子成形体であって、
前記発泡粒子成形体を構成している熱可塑性樹脂発泡粒子として、導電性材料が3〜30質量%分散している発泡粒子A、及び、導電性材料含有量が3質量%未満(0を含む)の発泡粒子Bを含み、
前記発泡粒子成形体の断面における前記発泡粒子Aの合計面積(S1)と前記発泡粒子Bの合計面積(S2)との面積比(S1/S2)の平均値が0.05〜1.0の範囲であり、
前記面積比の変動係数が20%以下であることを特徴とする発泡粒子成形体、
(2)前記発泡粒子Aと前記発泡粒子Bの各々における平均粒子径が2〜8mmであることを特徴とする上記(1)に記載の発泡粒子成形体。
(3)前記発泡粒子成形体の密度が15〜90g/Lであることを特徴とする上記(1)又は上記(2)に記載の発泡粒子成形体。
(4)前記導電性材料が導電性カーボンブラックであることを特徴とする上記(1)から上記(3)のいずれか一項に記載の発泡粒子成形体。
(5)前記熱可塑性樹脂発泡粒子を形成する樹脂がポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする上記(1)から上記(4)のいずれか一項に記載の発泡粒子成形体。
(6)前記熱可塑性樹脂発泡粒子を形成する樹脂がポリスチレン系樹脂であることを特徴とする上記(1)から上記(4)のいずれか一項に記載の発泡粒子成形体、
を要旨とする。
本発明の熱可塑性樹脂発泡粒子成形体は、熱可塑性樹脂を基材樹脂とするとともに導電性材料が3〜30質量%分散している第1の発泡粒子(熱可塑性樹脂発泡粒子A)と熱可塑性樹脂を基材樹脂とするとともに導電性材料含有量が3質量%未満(0を含む)の第2の発泡粒子(熱可塑性樹脂発泡粒子B)とを含む発泡粒子混合物を型内成形してなる発泡粒子型内成形体である。熱可塑性樹脂発泡粒子A,Bを以下それぞれ単に発泡粒子A,Bとよぶ。この型内成形体である発泡粒子成形体においては、発泡粒子成形体断面における発泡粒子Aの合計面積(S1)と発泡粒子Bの合計面積(S2)との面積比(S1/S2)の平均値が0.05〜1.0の範囲であり、且つ、前記面積比の変動係数が20%以下である。なお、本明細書において、本発明の発泡粒子成形体を、熱可塑性樹脂発泡粒子成形体又は単に成形体と呼ぶことがある。また、発泡粒子Aと発泡粒子Bをまとめて発泡粒子と呼ぶことがある。
本明細書において、導電性材料が分散している発泡粒子Aにおける分散とは、後述する数式(2)、(3)に示す数学用語上の分散の意味とは必ずしも一致するものではなく、導電性材料が発泡粒子を構成している樹脂中に分かれ散らばっていることを意味している。具体的には、図10に示す透過型電子顕微鏡の写真上で、粒状の黒点にて示される導電性カーボンが分かれ散らばっている状態が例示される。
発泡粒子成形体の密度は、軽量性と剛性とのバランスの観点から、15〜180g/L、更に15〜90g/Lであることが好ましい。発泡粒子成形体を電波吸収体として利用する場合には、上記バランスの観点に加えて、前記発泡粒子混合物を使用して得られる発泡粒子成形体において優れた電波吸収性能が発揮される観点から、15〜90g/L、更に20〜60g/L、特に25〜50g/Lがより好ましい。
発泡粒子成形体の密度は、成形体試料の質量(g)を成形体試料の体積(L)で除することにより求めることができる。なお、成形体試料の体積は、成形体から直方体形状に切り出した成形体試料の外形寸法(縦、横、高さ)に基づき縦寸法、横寸法、高さ寸法の積を求め単位換算して当該体積(L)とする。
発泡粒子成形体の形状は、目的に応じて板状や柱状、種々の立体形状に適宜設定が可能であり、特に限定されるものではないが、発泡粒子成形体を電波吸収体として利用する場合、すなわち、本発明によって発泡粒子成形体製電波吸収体を調製する場合には、発泡粒子成形体は、電波の吸収をより効果的に実現可能な形状に形成されていることが好ましい。この点を考慮して、本発明の発泡粒子成形体は、電波到来側の端部から他方の端部に向かう方向にそった直線を法線とする平面を想定した場合に、その平面で発泡粒子成形体を切断した場合に認められる切断面の面積(切断面が複数存在する場合には、切断面の総面積)が、法線にそって電波到来側の端部から他方の端部に向かうにつれて、大きくなる形状であることが好ましい。
発泡粒子Aは、導電性材料が3〜30質量%の範囲で分散している樹脂粒子の発泡物である。更に加工性や電波吸収性能の観点から、5〜25質量%、更に7〜20質量%が好ましく、特に10〜17質量%がより好ましい。発泡粒子Bは、導電性材料を含有させずに形成された樹脂粒子、又は導電性材料が3質量%未満の範囲で含有されている樹脂粒子(導電性材料により被覆されているものを含む)の発泡物、或いは、樹脂粒子の発泡物に導電性材料を3質量%未満の範囲で含有されているもの(発泡粒子Bには導電性材料により被覆されているものを含む)である。したがって、本発明において発泡粒子Aは熱可塑性樹脂と導電性材料を含む樹脂組成物から形成され、発泡粒子Bは熱可塑性樹脂と必要に応じて用いられる導電性材料を含む樹脂組成物から形成されている。また、発泡粒子Aおよび発泡粒子Bのいずれについても、導電性材料以外にその他の添加剤が適宜含有されてもよい。なお、前記添加剤としては、着色剤、難燃剤、帯電防止剤、気泡調整剤などを例示することができる。
本発明の発泡粒子成形体、該成形体を構成する発泡粒子、および該発泡粒子を形成する樹脂粒子を構成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂等のポリオレフィン系樹脂や、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリメタクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂およびこれらのブレンド物、或いは共重合体等からなる熱可塑性樹脂が挙げられる。なお、熱可塑性樹脂としてポリオレフィン系樹脂とその他樹脂との混合樹脂が用いられる場合、混合樹脂は、ポリオレフィン系樹脂を50質量%以上含有するものであることが好ましく、ポリオレフィン系樹脂を70質量%以上含有するものであることがより好ましく、ポリオレフィン系樹脂を90質量%以上含有することがさらに好ましい。
発泡粒子Aに分散されている導電性材料は、特に限定されるものではなく、無機材料、有機材料を用いることができる。
発泡粒子Aを得るための導電性材料が練り込まれた樹脂粒子においては、導電性材料の含有量が3〜30質量%となるように基材樹脂中に導電性材料が分散されていればよく、この導電性材料が練り込まれた樹脂粒子を発泡させることにより導電性材料の含有量が同様に3〜30質量%の発泡粒子Aを得ることができる。発泡粒子A中に含まれる導電性材料の含有量は、電波吸収体においては、一般に吸収しようとする電波の周波数帯およびその電波吸収性能に応じて決定すべきであるが、本発明においては発泡粒子A100質量%に対して3〜30質量%、好ましくは7〜20質量%、更に好ましくは10〜17質量%である。
本発明の発泡粒子成形体における発泡粒子Aと発泡粒子Bとの混合状態について、前記発泡粒子成形体の断面に現れた、発泡粒子Aの合計面積(S1)と発泡粒子Bの合計面積(S2)との面積比(S1/S2)の平均値が0.05〜1.0の範囲である。
本発明において上記の面積比(S1/S2)は、発泡粒子成形体の断面上に選択された複数個所の縦150mm、横150mmの正方形の範囲内に存在する、複数の発泡粒子A断面の面積の合計(S1)と複数の発泡粒子B断面の面積の合計(S2)を求めて、S1をS2で除することにより求めることができる。そして、無作為に得た5箇所の発泡粒子成形体断面について、この面積比(S1/S2)を求める操作を行い、得られた5箇所についての面積比(それぞれSR1、SR2、SR3、SR4、SR5とする)の算術平均値を該面積比(S1/S2)の平均値(SV)とする。
本発明の発泡粒子成形体の断面における面積比(S1/S2)の変動係数は20%以下、好ましくは15%以下、更に好ましくは10%以下である。該変動係数が大きすぎる場合は、発泡粒子成形体の製品間、或いは該製品の部分の発泡粒子Aの分散状態のバラツキが大きく所期の性能バラツキに繋がる。したがって、該変動係数が大きすぎる発泡粒子成形体は電波吸収体として使用した場合、電波吸収性能のバラツキが大きなものとなってしまう。
本発明において上記の面積比(S1/S2)の変動係数は、上記のとおり測定された発泡粒子成形体断面における5箇所の面積比(SR1、SR2、SR3、SR4、SR5)の値および面積比の平均値(SV)から、下記数式(1)〜(3)に基づいて算出される。
上記したような密度の発泡粒子成形体を容易に得ることを考慮すると、発泡粒子Aおよび発泡粒子Bの見かけ密度は、各々、20〜150g/L、更に30〜80g/Lであることが好ましい。
本明細書において発泡粒子の見かけ密度は次のとおり測定される。水を入れたメスシリンダー内に重量W(g)の発泡粒子群を、金網などを使用して沈め、金網などの道具の体積を考慮しつつ水位の上昇分から発泡粒子群の体積V(L)を求め、発泡粒子群の重量を発泡粒子群の体積で除すことにより求められる値(W/V)をg/Lに単位換算して発泡粒子の真密度が求められる。そして発泡粒子の見かけ密度は、前記真密度を1.6で除した値である。なお、前記見かけ密度は、発泡粒子を大きく圧縮することなく通常の型内成形により得られる発泡粒子成形体の密度と概ね同じ値となる。
本発明に係る発泡粒子成形体の製造方法としては、例えば次のような方法を挙げることができる。
発泡粒子成形体の形成に使用される発泡粒子Bは、導電性材料の実質的な使用を規制した状態にて上記した基材樹脂から樹脂粒子を得て、樹脂粒子に発泡剤を含浸させ、その樹脂粒子を各々周知の発泡方法にて発泡させることにより得ることができる。なお、導電性材料の実質的な使用を規制した状態とは、導電性材料を全く含まない状態と、導電性材料が3質量%未満で含まれている状態とをあわせた概念であるものとする。発泡粒子Bを得るための樹脂粒子を調製する方法としては、例えば、基材樹脂を押出機に投入して溶融状態として押出機先端に取り付けたダイからストランド状に押出し、押出されたストランドをカットして樹脂粒子を得る方法(ストランドカット法)等を挙げることができる。この方法の他にも、樹脂粒子を調製する方法としては、アンダーウォーターカット法等の周知の樹脂粒子製造方法を採用することができる。
次に、混合装置などを用いて発泡粒子Aおよび発泡粒子Bを混合して発泡粒子混合物を調製する。混合装置としては、パドル型若しくはスクリュー型ミキサーや、タンブラー等を適宜選択可能である。
D1:発泡粒子Aの見かけ密度(g/L)、
D2:発泡粒子Bの見かけ密度(g/L)、
P1:発泡粒子Aの平均粒子径(mm)、
P2:発泡粒子Bの平均粒子径(mm)、
である。
水が入ったメスシリンダーを用意し、適量の発泡粒子群を上記メスシリンダー内の水中に金網などの道具を使用して沈める。そして、金網などの道具の体積を考慮しつつ水位上昇分より読みとられる発泡粒子の容積V1[L]を測定する。この容積V1をメスシリンダーに入れた発泡粒子の個数(N)にて割り算(V1/N)することにより、発泡粒子1個あたりの平均体積を算出する。得られた平均体積と同じ体積を有する仮想真球の直径をもって発泡粒子の平均粒子径[mm]とする。
前記のとおり得られた発泡粒子混合物を用いて発泡粒子成形物を調製する。発泡粒子成形物は、発泡粒子の型内成形法に基づき調整することができる。型内成形法は、従来公知の方法などを適宜選択可能である。たとえば、目的に応じた形状に形成された金型内に、上記のとおり調製された発泡粒子混合物を圧縮充填法、クラッキング充填法等の公知の充填法にて充填し、金型内の発泡粒子をスチーム等の加熱媒体にて加熱し発泡粒子を相互に融着させて融着物を得る。そして融着物を金型から取り出すことにより発泡粒子成形体を得ることができる。
本発明における発泡粒子成形体は、電波吸収体として使用される場合、図1A,図1B、図2A,図2Bに示すように、ピラミッド型若しくは楔型の形状が主に採用され、好ましくは異なる周波数帯で異なる電波吸収性能を示す素材と複合的に使用される。但し、形状は、所望の目的性能に応じて適宜設計することが可能であり、上記形状に限定されることはない。なお、例えば本発明の発泡粒子成形体からなる電波吸収体は、主にフェライトタイルなどのMHz帯で顕著に電波吸収性能を発揮する素材と共に使うことにより、より広い周波数帯において効率的に電波吸収が可能となる。異なる周波数帯で異なる電波吸収性能を示す素材と発泡粒子成形体とを複合的に使用した電波吸収体として、具体的には、図3A,B、図4A,Bのような形状を有する複合型電波吸収体10が使用され、その底面に符号3にて示す低周波電波吸収材を使用する。本明細書においては、複合型電波吸収体を単に電波吸収体と呼ぶことがある。
ε”* :誘電損失
σ :導電損失
ε” :複素誘電率の虚数部
f :周波数
である。
前記複合型電波吸収体に使用される低周波電波吸収材3としては、例えば、磁性損失材料としてフェライトタイル等からなる電波吸収体が好適に使用される。フェライトタイルは400MHz以下の低周波域においてきわめて良好な電波吸収特性を示すものである。そこで、複合型電波吸収体10としては、本発明の発泡粒子成形体からなる電波吸収体とフェライトタイルとを組み合わせたユニットを例示することができる。このような複合型電波吸収体10のユニットにおいては、GHz帯域の電波の吸収は発泡粒子成形体で効率よく吸収され、MHz帯の電波がフェライトの磁性損失によりフェライトタイルにて効率よく吸収されることとなり、より広域の周波数帯での電波吸収性能をより強力に発揮することができるようになる。
内径65mmの押出機の出口側にストランド形成用ダイを付設した押出装置を準備した。表1に示した配合となるように、基材樹脂となる熱可塑性樹脂として表1に示すプロピレン系樹脂、導電性材料となる導電性無機物としてオイルファーネスブラック(製品名;ケッチェンブラック(登録商標)EC300J(ライオン社製)、DBP吸収量;360cm3/100g、粒径;40nm)を内径65mmの押出機に供給し、設定温度200〜240℃にて加熱、溶融、混練し、ポリプロピレン樹脂中に導電性材料を分散させた後、得られた溶融混練物を前記ダイの細孔から、ストランド状に押出し、ペレタイザーで2mg(粒子の長さと直径の比率(L/D)は1.3)になるように切断して円柱状の樹脂粒子を得た。得られた樹脂粒子1kgと、分散媒体の水3L、分散剤としてカオリン3g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.02gとを5Lのオートクレーブ内に仕込み、分散媒体中で密閉容器内に発泡剤として二酸化炭素を圧入し、撹拌下に表1に示した発泡温度まで加熱昇温して同温度に15分間保持して調整し、密閉容器内圧力を3.0MPa(G)とした後、オートクレーブ内容物を大気圧下に分散媒体と共に放出して発泡粒子Aを得た。なお、発泡粒子Aを構成している樹脂中の導電性材料の分散状態は図10のTEM写真(倍率20000倍)のとおりであった。図10のTEM写真において、黒色箇所にて導電性材料の存在箇所が示され、非黒色(白色)を呈する箇所にて樹脂の存在箇所が示されている。また、得られた発泡粒子Aの諸物性を表1に併せて示した。
導電性材料を使用しなかった以外は、上記発泡粒子Aと同様の工程を実施して発泡粒子Bを得た。ただし、発泡粒子Bの製造において、基材樹脂などの成分および配合量は、表2に示すとおりである。また、得られた発泡粒子Bの諸物性を表2に併せて示した。
JIS K 7122(1987年)に基づく熱流束示差走査熱量測定法(DSC法)により得られた値を採用した。発泡粒子2〜4mgをサンプルとし、熱流束示差走査熱量計によって室温から200℃まで10℃/分の速度で昇温し、次いで200℃から40℃まで10℃/分の速度で降温し、再度40℃から200℃まで10℃/分の速度で昇温を行って得られたDSC曲線上の最大吸熱曲線ピークの頂点温度を融点とした。
[熱可塑性樹脂発泡粒子成形体の製造]
表1に示した発泡粒子Aと表2に示した発泡粒子Bを、表3に示した混合比にてタンブラーで混合して発泡粒子混合物を得た。得られた発泡粒子混合物を金型内に充填して表3に示したスチーム成形圧力(MPa:ゲージ圧)にて加熱することにより型内成形工程を実施し、図7に示すような底面600mm×600mm、高さ300mmの複数のピラミッド形状(四角錐形状)の角から成る発泡粒子成形体(成形品)を得た。図7中、符号Eは底面を示し、符号Fは頂部を示し、図7に示す発泡粒子成形体における底面Eの寸法は符号Bと符号Aで示す範囲の長さであり、高さは、底面Eと頂部Fとの高さの差を示す符号Cで示す範囲の長さとして特定される。
[熱可塑性樹脂発泡粒子成形体の製造]
表1に示した発泡粒子Aのみを金型内に充填した以外は実施例1と同様にして、表3に示した条件にて発泡粒子成形体を得た。
発泡粒子Aの平均粒子径は、発泡粒子成形体断面を観察し、該断面の縦100mm×横100mmの正方形の範囲内に存在している全ての発泡粒子Aの最大径を測定し、該最大径の算術平均値を発泡粒子Aの平均粒子径とした。一方、発泡粒子Bの平均粒子径についても、発泡粒子Aの平均粒子径を測定した同じ発泡粒子成形体断面を観察し、該断面の縦100mm×横100mmの正方形の範囲内に存在している全ての発泡粒子Bの最大径を測定し、該最大径の算術平均値を発泡粒子Bの平均粒子径とした。なお、表4に示すように発泡粒子Aと発泡粒子Bの各々の平均粒子径が概ね同じ値であった。
実施例、比較例の発泡粒子成形体を用いて複合型電波吸収体を100個試作し、周波数30MHz、100MHz、1GHz、18GHzにおいて、IEEE Std1128に示された同軸管法およびアーチ法により、電波吸収量(dB)を測定し、平均値を求めた。
2a 発泡粒子成形体
3 低周波電波吸収材
10 複合型電波吸収体
Claims (6)
- 熱可塑性樹脂発泡粒子成形体であって、
前記発泡粒子成形体を構成している熱可塑性樹脂発泡粒子として、導電性材料が3〜30質量%分散している発泡粒子A、および、導電性材料含有量が3質量%未満(0を含む)の発泡粒子Bを含み、
前記発泡粒子成形体の断面における前記発泡粒子Aの合計面積(S1)と前記発泡粒子Bの合計面積(S2)との面積比(S1/S2)の平均値が0.05〜1.0の範囲であり、前記面積比の変動係数が20%以下であることを特徴とする発泡粒子成形体。 - 前記発泡粒子Aと前記発泡粒子Bの各々における平均粒子径が2〜8mmであることを特徴とする請求項1に記載の発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体の密度が15〜90g/Lであることを特徴とする請求項1又は2に記載の発泡粒子成形体。
- 前記導電性材料が導電性カーボンブラックであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の発泡粒子成形体。
- 前記熱可塑性樹脂発泡粒子を形成する樹脂がポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の発泡粒子成形体。
- 前記熱可塑性樹脂発泡粒子を形成する樹脂がポリスチレン系樹脂であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の発泡粒子成形体。
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