TWI786278B - 電磁波吸收片及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種包含由導電性短纖維與絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子的電磁波吸收片。

Description

電磁波吸收片及其製造方法

本發明係關於電磁波吸收片。

隨著高度資訊化社會的發展、多元媒體社會的到來，電子設備所產生的電磁波對於其他設備或人體產生不良影響的電磁波障礙，逐漸成為嚴重的社會問題。當電磁波環境越漸惡化，提供了各種電磁波吸收片，以吸收分別對應的電磁波（參照日本特開2004-140335號公報）。例如，電磁波吸收之中，有人提出了使用鐵氧磁體（ferrite）等的電磁波吸收體、使用碳黑等的電磁波吸收體等。 然而，該等電磁波吸收體，僅在特定吸收波長區域進行吸收，而無法對應廣泛的波長區域。例如，使用鐵氧磁體等的電磁波吸收體，雖吸收數GHz的頻寬，但無法在數十GHz的頻寬中進行吸收。另一方面，使用碳黑等的電磁波吸收體，雖可進行在數十GHz的吸收，但難以說是適合在數GHz的頻寬中的吸收。實際上，電磁波吸收體為了滿足預期的吸收頻率或該頻率中的最大吸收量等的條件，而使用從多種電磁波吸收體適當地來選定方法等，但難以提共至實際運用。 又，隨著要求高效率及大容量的發電機、馬達、逆變器、轉換器、印刷基板、纜線等的高頻設備的小型化、輕量化發展，而要求一種耐熱性高的電磁波吸收材料，其可承受因高頻大電流的流入所導致的導線發熱。特別是經施加高電壓的逆變器、馬達等的電氣/電子設備中，設備的溫度大幅上升，因此亦要求耐熱性高的材料。 又，隨著高頻設備的小型化、輕量化發展，特別是在電磁波產生源附近，具有特定方向性而輻射的電磁波變多，因而要求一種小型、輕量且電磁波吸收性佳的電磁波吸收片。

本發明之目的在於提供一種電磁波吸收片，其可在高頻率吸收大範圍的電磁波，且耐熱性高、更加輕量。

本案發明人為了解決上述課題而詳細研討，結果發現藉由包含由導電性短纖維與絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子的電磁波吸收片，可解決上述課題，進而完成本發明。 本發明的一實施態樣，係包含由導電性短纖維與絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子的電磁波吸收片。較佳係電磁波吸收片在一個方向上呈顯特大的電磁波吸收性。又，較佳係電磁波吸收片於至少一個方向上對於頻率範圍6~20GHz之電磁波的電磁波吸收率在99%以上。又，較佳係電磁波吸收片在300℃下熱處理30分鐘後，其在頻率5GHz的電磁波吸收率，相對於熱處理前，於至少一個方向上的變化率為10%以下，再佳為1%以下。 再者，係一種電磁波吸收片的製造方法，其含有製作包含軟磁性體粒子之片材的步驟，該軟磁性體粒子藉由濕式抄造法而被導電性短纖維與絕緣材料所被覆。電磁波吸收片的製造方法較佳係包含下述步驟：使包含由導電性短纖維與絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子的片材在一個方向上移動的同時，進行低空隙率化。 再者，係一種電氣/電子電路，其中裝設有該電磁波吸收片。 再者，係一種纜線，其中裝設有該電磁波吸收片。 以下，詳細說明本發明。

（導電性短纖維）

作為本發明中所使用之導電性短纖維，可列舉一種導電性短纖維，其係在從具有約10^-1 Ω･cm以下之體積電阻率的導體，至具有約10^-1 ~10⁸ Ω･cm之體積電阻率的半導體的大範圍內具有導電性的纖維物，且其纖維徑與纖維長度的關係如下式所表示。 100≤纖維長/纖維徑≤20000 作為這樣的導電性短纖維，例如，可列舉金屬纖維、碳纖維等的具有均勻導電性的材料，或是電鍍金屬的纖維、金屬粉末混合纖維、碳黑混合纖維等的將導電材料與非導電材料混合而整體呈現導電性的材料，但不限於該等材料。其中，本發明較佳係使用碳纖維。本發明中所使用的碳纖維，較佳係將纖維狀有機物在惰性氣體環境下進行高溫燒成而碳化者。一般而言，碳纖維大致分成將聚丙烯腈（PAN）纖維燒成而成者，以及將瀝青紡紗後燒成而成者，但除此之外，亦具有將嫘縈或苯酚等的樹脂紡紗後進行燒成而製造者，此等亦可用於本發明中。燒成之前，先使用氧等進行氧化交聯處理，而能夠防止在燒成時熔斷。 本發明中所使用的導電性短纖維的纖維長度係選自1mm~20mm的範圍。 導電性短纖維的選擇中，更佳係使用導電性高且在後述的濕式抄造法中呈現良好分散的材料。又，沿著一個方向進行低空隙率化時，藉由將導電性短纖維變形、切斷而形成電感，藉此可得到在高頻吸收大範圍之電磁波的電磁波吸收片。 導電性短纖維在電磁波吸收片中的含量較佳為片材總重量的1wt%~40wt%，更佳為3wt%~20wt%。 （絕緣材料）

本發明中，絕緣材料只要體積電阻率在1×10⁷ Ω･cm以上的材料，且可被覆軟磁性體粒子，而防止軟磁性體粒子互相接觸，則無特別限制，較佳為耐熱性高的無機物，如日本特開2012-84577所記載，強度亦優良的陶瓷被認為特別適合用於軟磁性體粒子的被覆。 又，為了以後述的抄紙形成片材，從具備良好的成型加工性、阻燃性、耐熱性等特性的觀點來看，較佳係使用聚間苯二甲醯間苯二胺的纖條體（以下稱為醯胺纖條體）及/或是短纖維（以下稱為醯胺短纖維）作為用以被覆的絕緣材料。尤其是聚間苯二甲醯間苯二胺的纖條體，因為其膜狀微粒子的形態，而能夠增加與其他物質的接觸面積，從這樣的觀點來看可較佳地使用。 以絕緣材料對於軟磁性體粒子所進行的被覆，只要可防止軟磁性體粒子互相接觸，則亦可被覆軟磁性體粒子的一部分。 （軟磁性體粒子）

作為本發明的軟磁性體粒子的原料，可使用選自鐵、鎳及鈷的至少一種金屬、或是在形成該分散體時可取得較大的相對介電係數值的包含選自鐵、鎳及鈷之至少一種元素的化合物等。又，該原料亦可為包含選自鐵、鎳及鈷中至少一種元素的合金。再者，該原料可為結晶質，亦可為非晶質。另外，軟磁性體係指可較輕易進行磁化或消磁的磁性體。金屬軟磁性體的製造方法並無特別限定，可藉由還原法、羰基法、電解法等製造金屬單體，再以適當且必要的方法合金化。又，金屬軟磁性體粒子的造粒方法亦未限定，可例示機械粉碎法、浴湯粉化法、還原法、電解法、氣相法等。又，粉體的形狀可為球狀、塊狀、柱狀、針狀、板狀、鱗片狀等，亦可由造粒後的後續步驟改變形狀。 （由絕緣材料所被覆的軟磁性體粒子）

本發明之絕緣材料所被覆的軟磁性體粒子，係指因為具有軟磁性體粒子互相接觸的情況，而以絕緣材料被覆軟磁性體粒子以確保絕緣性的粒子。被覆的方法，具有溶射法、CVD、PVD等的所謂的乾式塗布法、或是塗布溶膠並進行燒成的濕式法。又，亦可對於軟磁性體粒子與絕緣材料的複合粉末實施氮化處理、碳化處理、氧化處理等，藉此可製作確保絕緣性的粒子，但不限於此等。又，為了更強化絕緣性，較佳係以後述的抄紙法與該醯胺纖條體及/或醯胺短纖維混合。 電磁波吸收片中的絕緣材料所被覆軟磁性體粒子的含量，較佳為片材總重量的50wt%~90wt%，更佳為70wt%~80wt%。 （電磁波吸收片）

本發明的電磁波吸收片，一般而言，可藉由將前述導電性短纖維與絕緣材料所被覆的軟磁性體粒子混合後進行片材化的方法來製造。具體而言，片材化係適用例如：以乾式將由導電性短纖維、絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子、上述醯胺纖條體及短纖維混合後，利用氣流形成片材的方法；使由導電性短纖維、絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子、上述醯胺纖條體及醯胺短纖維在液體媒介中分散混合後，吐出至液體穿透性的支撐體，例如網或是輸送帶上以進行片材化，再去除液體以進行乾燥的方法等。該等之中，較佳係選擇使用水作為媒介的所謂的濕式抄造法。 在以一般的樹脂揉合法將由導電性短纖維、絕緣材料所被覆的軟磁性體粒子與熱塑性樹脂等揉合的方法中，會在揉合中對於絕緣材料所被覆的軟磁性體粒子施加壓力，因此可能導致絕緣材料從軟磁性體粒子剝離而使軟磁性體粒子彼此接觸，使得電磁波被反射而難以吸收，或是導電性短纖維交纏而均勻性變差，進而發生電磁波吸收性局部不均，因而不佳。 濕式抄造法中，常見下述方法：至少將由導電性短纖維、絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子、上述的醯胺纖條體及醯胺短纖維的單一或是混合物的水性漿液輸送至抄紙機並使其分散後，進行脫水、擠水以及乾燥操作，再捲繞作為片材。作為抄紙機，例如，可使用長網抄紙機、圓網抄紙機、傾斜型抄紙機及將該等組合的複合式抄紙機等。以複合式抄紙機進行製造的情況，藉由使摻合比例不同的水性漿液成形為片材而使其合一，可得到由複數的紙層所構成的複合片材。

又，本發明的電磁波吸收片，藉由長網抄紙機、圓網抄紙機、傾斜型抄紙機，使導電性短纖維在一個方向上定向，藉此在後述使其往一個方向移動的同時進行低空隙率化，而在將導電性短纖維變形、切斷時，更容易形成電感。 濕式抄造時，可因應需求使用分散性提升劑、消泡劑、紙力增強劑等的添加劑而無妨，但使用上必須注意避免阻礙本發明之目的。 又，本發明的電磁波吸收片中，在不阻礙本發明目的之範圍內，除了上述成分以外，亦可添加其他纖維狀成分，例如，聚苯硫醚纖維、聚醚醚酮纖維、纖維素系纖維、聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、聚芳酯纖維、液晶聚酯纖維、聚醯亞胺纖維、聚醯胺醯亞胺纖維、聚對伸苯基苯并雙唑纖維等的有機纖維、玻璃纖維、岩綿、硼纖維等的無機纖維。此外，使用上述添加劑或其他纖維狀成分的情況中，較佳為片材總重量的20wt%以下。 將如此所得之片材，例如在一對旋轉的金屬製輥之間進行壓縮，藉此可使其在一個方向上移動，同時進行低空隙率化。沿著一個方向進行低空隙率化時，將導電性短纖維變形、切斷，藉此形成電感，而可得到在高頻率中在大範圍內於一個方向上呈現特大電磁波吸收性（較佳係在至少一個方向上頻率範圍6~20GHz之電磁波的電磁波吸收率在99%以上，更佳為在至少一個方向上頻率範圍4~20GHz之電磁波的電磁波吸收率在90%以上）的電磁波吸收片。又，電磁波吸收片，在 300℃下熱處理30分鐘後，於頻率5GHz的電磁波吸收率，相對於熱處理前，其在至少一個方向上的變化率較佳為10%以下，更佳為1%以下。

本發明中，低空隙率化，係指藉由在上述一對旋轉的金屬製輥之間進行壓縮等的方法，使空隙率降低至低空隙率化前之空隙率的3/4以下，具體而言，若低空隙率化前的空隙率為80%，則低空隙率化後的空隙率為60%以下，較佳為55%以下。 本發明中，在一個方向上呈現特大的電磁波吸收性，係指片材在至少一個方向上的後述傳遞衰減率Rtp之最小值的絕對值，與和該一個方向正交之方向的Rtp之最小值的絕對值的比值在1.2以上。該比值較佳為1.5以上。 沿著一個方向進行低空隙率化的壓縮加工的條件，只要可沿著一個方向將導電性短纖維變形、切斷，則無特別限制。例如，在一對旋轉的金屬製輥之間進行壓縮的情況，可例示為金屬輥的表面溫度100~400℃，金屬輥之間的線壓在50~1000kg/cm的範圍內。為了得到高拉伸強度與表面平滑性，輥溫度較佳為270℃以上，更佳為300℃~400℃。又，線壓較佳為100~500kg/cm。又，為了形成在一個方向上定向的電感，片材的移動速度較佳為1m/分以上，更佳為2m/分以上。上述的壓縮加工亦可進行多次，又，亦可將上述方法所得之片狀物重疊多片再進行壓縮加工。 再者，亦可將以上述方法所得之片材重疊，以黏著劑等貼合，藉此調整抑制電磁波穿透的性能、厚度。例如，在貼合時於上述片材正交方向上重疊，使一般電磁波的電場方向與磁場方向正交，而可將被吸收之電磁波之電場、磁場兩者的方向配置在與電感平行的方向上。又，本發明的電磁波吸收片，係運用導電性短纖維之介電損耗與軟磁性體粒子之磁損耗之兩者來吸收電磁波。

本發明的電磁波吸收片具有下述優良的特性：（1）具有電磁波吸收性，（2）運用導電性短纖維的介電損耗與軟磁性體粒子的磁損耗之兩者，而在包含高頻的大範圍頻率中呈現大的電磁波吸收性，（3）尤其是以導電性短纖維形成電感，且其內部配置軟磁性體粒子，因此磁損耗變大而呈現極大的電磁波吸收性，（4）具備耐熱性、阻燃性，（5）具有良好的加工性；因此，本發明適合用作電氣電子設備、特別是需要輕量化的油電混合車、電動車中的電子設備等的電磁波吸收片，尤其若是將本發明之電磁波吸收片透過例如黏著劑等的絕緣物裝設於例如印刷基板等的電氣/電子電路、纜線上，則可抑制電磁波的產生。此外，例如以金屬、樹脂等框體覆蓋電氣/電子電路的情況，亦可藉由例如黏著劑等將本發明的電磁波吸收片固定於框體內部而進行裝設。此情況中，在電氣/電子電路與電磁波吸收片之間較佳係存在絕緣物（空氣、樹脂等）。 以下，舉出實施例更具體說明本發明。另外，該等的實施例僅為例示，對於本發明的內容並無任何限定。 [實施例]

（測量方法） （1）片材的單位面積重量、厚度、密度、空隙率 依照JISC2300-2實施，密度係由（單位面積重量/厚度）算出。空隙率係由密度、原料組成與原料的比重算出。 （2）拉伸強度 以寬度15mm、夾頭間隔50mm、拉伸速度50mm/min的條件實施。 （3）電磁波吸收性能 使用依據IEC62333的近場用電磁波評價系統，在微帶線（MSL）上夾住聚乙烯膜（厚度38μm）以積層試片，在片材上以絕緣性的重物施加500g的載重，對於50MHz~20GHz的入射波，以網路分析儀測量反射波S11的電力及穿透波S21的電力。 以下式求得傳遞衰減率Rtp。 Rtp=10×log[10^S21/10 /（1-10^S11/10 ）]（dB） [10^S21/10 /（1-10^S11/10 ）]表示電磁波衰減率， 1-[10^S21/10 /（1-10^S11/10 ）]表示電磁波吸收率。 Rtp=-20（dB）的時候，電磁波吸收率為99%， Rtp＜-20（dB）的時候，電磁波吸收率超過99%。 Rtp越小，電磁波的衰減越大，可說是電磁波吸收性能高。 又，將試片在300℃下熱處理30分鐘後，以下式求得頻率5GHz的電磁波吸收率的變化率Cr。 Cr=|（熱處理後的電磁波吸收率-熱處理前的電磁波吸收率）/熱處理前的電磁波吸收率| Cr越小可說是耐熱性越高。 （原料調製）

使用日本特開昭52-15621號公報記載的靜子與轉子的組合所構成之漿液粒子的製造裝置（濕式沉澱機），製造聚間苯二甲醯間苯二胺的纖條體（以下記載為「間醯胺纖條體」）。以打漿機對其進行處理，將長度加重平均纖維長調整為0.9mm（濾水度200cm³ ）。另一方面，將Du Pont公司製間醯胺纖維（NOMEX（註冊商標）、單紗纖度2.2dtex）裁切為長度6mm（以下記載為「間醯胺短纖維」），以作為聚間苯二甲醯間苯二胺的短纖維。作為由絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子，以日本特開2012-84577號公報記載的方法製作由二氧化矽（體積電阻率1×10¹⁶ Ω･cm）所被覆的鐵粒子（平均粒徑約20μm，具有氮化物層作為中間層）（以下記載為「被覆粒子」），以作為抄紙用原料。 （實施例1、2） （片材製作）

將如上述所調製的間醯胺纖條體（體積電阻率1×10¹⁶ Ω･cm）、間醯胺短纖維（體積電阻率1×10¹⁶ Ω･cm）、被覆粒子、及碳纖維（Toho Tenax股份有限公司製，纖維長3mm，單纖維徑7μm，纖度0.67dtex，體積電阻率1.6×10^-3 Ω･cm）分別分散於水中，以製作漿液。以使間醯胺纖條體、間醯胺短纖維、被覆粒子及碳纖維成為表1所示之摻合比例的方式混合該漿液，以TAPPI式手抄機（剖面積325cm² ）進行處理，以製作片狀物（空隙率83%）。接著，以一對金屬製砑光輥在表1所示的條件下將所得之片材進行壓縮加工，得到片狀物。將與砑光輥旋轉方向平行的平面方向作為縱向，將與縱向垂直的平面方向作為橫向。 如此所得之片材的主要特性值顯示於表1。 （關於原料的比重，係使間醯胺纖條體的比重為1.38、間醯胺短纖維的比重為1.38、被覆粒子的比重為6.1、碳纖維的比重為1.8）。

[表1]

（比較例） （片材製作）

將如上述調製的間醯胺纖條體、間醯胺短纖維、被覆粒子分別分散於水中，以製作漿液。以使間醯胺纖條體、間醯胺短纖維及被覆粒子成為表2所示之摻合比例的方式混合該漿液，以TAPPI式手抄機（剖面積325cm² ）進行處理，製作片狀物。接著以一對金屬製砑光輥在表2所示的條件下將所得之片材進行壓縮加工，得到片狀物。將與砑光輥旋轉方向平行的平面方向作為縱向，將與縱向垂直的平面方向作為橫向。 如此所得之片材的主要特性值顯示於表2。

[表2]

如表1所示，實施例1及2的電磁波吸收片，在包含至20GHz之高頻的大範圍頻率中，針對電磁波吸收性呈現優良的特性。特別是實施例2所示之電磁波吸收片，在至少一個方向上呈現特別優良的特性。 相對於此，如表2所示，比較例之片材所呈現的電磁波吸收性，其頻率範圍狹窄，並不足以作為目標的電磁波吸收片。

無

無

Claims (9)

1. 一種電磁波吸收片，包含由導電性短纖維、絕緣材料所被覆的軟磁性體粒子以及醯胺纖條體，其中該電磁波吸收片係為單層。
2. 如申請專利範圍第1項之電磁波吸收片，其在一個方向上呈現特大的電磁波吸收性。
3. 如申請專利範圍第1項之電磁波吸收片，其在至少一個方向上，頻率範圍6~20GHz之電磁波的電磁波吸收率在99%以上。
4. 如申請專利範圍第1項之電磁波吸收片，其在300℃下熱處理30分鐘後，於頻率5GHz的電磁波吸收率，相對於熱處理前，其在至少一個方向上的變化率在10%以下。
5. 如申請專利範圍第1項之電磁波吸收片，其在300℃下熱處理30分鐘後，於頻率5GHz的電磁波吸收率，相對於熱處理前，其在至少一個方向上的變化率在1%以下。
6. 一種如申請專利範圍第1至5項中任一項之電磁波吸收片的製造方法，該方法包含以濕式抄造法製作包含由導電性短纖維與絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子之片材的步驟。
7. 如申請專利範圍第6項之電磁波吸收片的製造方法，其中在使包含由導電性短纖維與絕緣材料所被覆之軟磁性體粒子的片材在一個方向上移動的同時，進行低空隙率化。
8. 一種電氣/電子電路，其中裝設有如申請專利範圍第1至5項中任一項之電磁波吸收片。
9. 一種纜線，其中裝設有如申請專利範圍第1至5項中任一項之電磁波吸收片。