WO2022244535A1 - 加熱膨張シート - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heat-expandable sheet.
- the adhesive layer of the adhesive sheet contains an expanding agent that expands when heated, and the adhesive sheet is obtained. It is considered to use the expansion pressure generated in the adhesive layer by heating the adhesive layer.
- the heat-expandable sheet When using such a heat-expandable sheet to bond two surfaces facing each other across a narrow space (gap), the heat-expandable sheet is inserted between them and then heated to expand. , to fill or reduce the gap between the two adherends.
- the present invention has been made in view of the above-described problems, and is capable of suppressing the occurrence of resin flow while sufficiently bonding two adherend surfaces facing each other across a gap by thermal expansion.
- the purpose is to provide a sheet.
- the occurrence of resin flow is caused by a decrease in the viscosity of the resin during thermal expansion, and the resin layer containing a thermosetting resin in the adhesive layer is used, the higher the rate of temperature rise, the more pronounced the decrease in viscosity, while the lower the rate of temperature rise, the less the decrease in the viscosity of the resin.
- the present invention has been made based on the new knowledge of the present inventors as described above, and has the following features.
- the heat-expandable sheet according to the present invention is a heat-expandable sheet that is arranged inside a gap formed by two adherend surfaces, expands when heated, and bonds the two surfaces, A base material, and a first resin layer and a second resin layer, which are adhesive layers containing a thermosetting resin formed on the base material, wherein the temperature rise rate of the first resin layer is The temperature rise rate of the second resin layer is higher than that of the second resin layer, and the thickness of the first resin layer before heating is smaller than the thickness of the second resin layer.
- the thickness of the first resin layer which tends to cause a decrease in viscosity due to a higher rate of temperature increase, is smaller than that of the second resin layer. can be suppressed as much as possible.
- the first resin layer and the second resin layer are It is preferable that a temperature rise rate control layer for controlling the temperature rise rate is sandwiched between them.
- the base material can be used as the temperature rise rate control layer.
- the heating rates of the first resin layer and the second resin layer may be different by arranging the first resin layer at a position more susceptible to heat than the second resin layer during heating.
- the first resin layer and/or the second resin layer may contain an epoxy resin, a thermoplastic resin and a thermal expansion agent.
- the expansion agent include microcapsule-type foaming agents.
- the resin flow amount protruding outward from the gap is 1200 ⁇ m or less.
- a heat-expandable sheet that is placed inside a gap formed by two adherend surfaces and expands when heated to bond the two surfaces, comprising: a substrate; and a sheet formed on the substrate.
- a first resin layer and a second resin layer which are adhesive layers containing a thermosetting resin; higher than the temperature rate, and the first resin layer does not contain an expansion agent, or the content of the thermal expansion agent in the first resin layer is higher than the content of the thermal expansion agent in the second resin layer.
- the occurrence of resin flow can be suppressed while sufficiently adhering two adherend surfaces facing each other across a gap.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a heat-expandable sheet according to one embodiment of the present invention
- FIG. 4 is a graph showing the relationship between the foaming start temperature, the minimum viscosity temperature and the curing activation temperature of a heat-expandable resin layer containing a thermosetting resin.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing the positional relationship between each layer and a heat source when heating the superheat-expandable sheet according to the present embodiment.
- 5 is a graph showing the degree of decrease in viscosity of a heat-expandable resin layer containing a thermosetting resin depending on the temperature increase rate.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a heat-expandable sheet 1 of the present invention.
- the heat-expandable sheet 1 of the present invention can be used in various fields, for example, as a conductor sheet for electronic equipment or electronic devices, an insulating sheet for electronic equipment or electronic devices, or the like. Specifically, the heat-expandable sheet 1 is placed inside the gap and heated to bond two adherend surfaces facing each other across the gap. 10 and an adhesive layer 20 provided thereon.
- the base material 10 functions as a support material that supports the adhesive layer 20 .
- the base material 10 is in the form of a sheet, and may have a single layer structure or a laminated structure.
- the thickness of the entire substrate 10 is, for example, 1 to 300 ⁇ m, preferably 5 to 200 ⁇ m, more preferably 25 to 120 ⁇ m.
- the material of the base material 10 is not particularly limited, but may be an inorganic material or an organic material.
- a metal film can be used when electrical conductivity is required for the heat-expandable sheet, and a resin film can be used when electrical insulation is required for the heat-expandable sheet.
- the metal film is not particularly limited, but copper foil and aluminum foil can be used, for example.
- the thickness of the metal film is, for example, 1 to 100 ⁇ m, preferably 10 to 70 ⁇ m, more preferably 15 to 50 ⁇ m.
- polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), aromatic polyester; polycarbonate; polyarylate; polyurethane; polyamide such as polyamide and polyether amide -based resin; polyimide (PI), polyetherimide, polyimide-based resins such as polyamide-imide; polysulfone-based resins such as polysulfone and polyethersulfone; polyetherketone-based resins such as polyetherketone and polyetheretherketone; polyphenylene sulfide ( PPS); may include modified polyphenylene oxides.
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- PPS polyphenylene sulfide
- PPS polyphenylene sulfide
- the resin film may consist of these resins alone, or may consist of a mixture of two or more resins.
- the resin film is preferably a PEN film, a PET film, a PPS film, or a PI film, more preferably a PEN film, a PPS film, or a PI film, from the viewpoint of heat resistance, electrical insulation, and the like.
- the thickness of the resin film is, for example, 1 to 100 ⁇ m, preferably 10 to 70 ⁇ m, more preferably 15 to 50 ⁇ m.
- the adhesive layer 20 comprises a first resin layer 21 and a second resin layer 22 which become the outermost layers of the thermally expandable sheet 1 when thermally expanded.
- a structure in which a first resin layer 21 and a second resin layer 22 are laminated on both sides of a substrate 10 is employed.
- the first resin layer 21 and the second resin layer 22 may have the same composition or may have different compositions.
- the layer 22 is a resin layer having the same composition, and both layers are heat-expandable adhesive layers.
- the first resin layer 21 can be formed, for example, by coating the substrate 10 with the first resin composition that constitutes the first resin layer 21 and drying the composition.
- the second resin layer 22 can be formed, for example, by coating the base material 10 with the second resin composition that constitutes the second resin layer 22 and drying the composition.
- the first resin composition means a composition containing all materials contained in the first resin layer 21 and an appropriate solvent (volatile component) for suspending or dissolving them.
- the second resin composition means a composition containing all the materials contained in the second resin layer 22 and an appropriate solvent (volatile component) for suspending or dissolving them.
- the first resin layer 21 contains a thermosetting resin, a curing agent, a thermoplastic resin and an expanding agent.
- a thermosetting resin has a crosslinkable functional group that reacts with a curing agent by heat.
- the crosslinkable functional group includes, for example, a hydroxyl group, a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group, an epoxy group, an oxazoline group, an oxazine group, a silanol group, an alkoxysilane group, a hydroxyl group, an amino group, an imino group, an isocyanate group, and a blocked isocyanate group. , blocked carboxyl groups, and the like.
- the epoxy group is most preferable in view of the thermosetting temperature and the film-forming property. Besides the epoxy group, the carboxyl group and the acid anhydride group are preferable.
- the acid value of the thermosetting resin is preferably 5-90 mgKOH/g, more preferably 10-70 mgKOH/g.
- An acid value of 5 mgKOH/g or more facilitates obtaining heat resistance. If the acid value is less than 5 mgKOH/g, the cross-linking will be insufficient and the strength of the coating film will be weakened, making it impossible to obtain heat resistance. On the other hand, if the acid value exceeds 90 mgKOH/g, the number of cross-linking points increases, resulting in loss of flexibility of the coating film.
- the thermosetting resin can have two or more types of crosslinkable functional groups.
- thermosetting resin examples include polyester resins, epoxy ester resins, polyamide resins, polyurethane resins, and side chain-modified phenoxy resins.
- urethane or epoxy resins are preferred in terms of adhesive strength, durability, and melt viscosity.
- One or more of these resins can be used.
- Epoxy resins include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, hindatoin type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, triphenylmethane type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin.
- Resins cresol novolak type epoxy resins, naphthol novolak type epoxy resins, dicyclopentadiene/phenol epoxy resins, alicyclic amine epoxy resins, aliphatic amine epoxy resins, and epoxy resins obtained by various modifications thereof are preferably included.
- the epoxy resin may consist of a single compound of these, or may consist of a mixture of two or more of them. From the viewpoint of heat resistance, electrical insulation, etc., the epoxy resin is preferably a novolak type epoxy resin.
- the softening point of the epoxy resin can be measured using the ring and ball softening point test method specified in JIS K 2207.
- the foaming start temperature of the first resin layer 21 is, for example, 70 to 200.degree. C., preferably 100 to 180.degree.
- the content of the thermosetting resin is preferably 30 to 70% by mass with respect to the total mass of the first resin layer 21. When the content is 30% by mass or more, it becomes superior in heat resistance and insulation. Moreover, when the content is 70% by mass or less, flexibility and film formability are superior. The content is more preferably 40 to 65% by mass, even more preferably 50 to 60% by mass.
- the first resin layer 21 contains both a thermosetting resin and a thermoplastic resin. 21 as a whole has properties as a thermosetting resin.
- Thermosetting resins are preferably cured using a curing agent.
- the curing agent is not limited as long as it is a compound having at least one functional group capable of reacting with the crosslinkable functional group of the thermosetting resin.
- Curing agents when epoxy resins are used as thermosetting resins include, for example, amide curing agents such as dicyandiamide and aliphatic polyamides; amine curing agents such as diaminodiphenylmethane, metaphenylenediamine, ammonia, triethylamine and diethylamine; A, bisphenol F, phenol novolak resin, cresol novolak resin, p-xylene novolak resin and other phenolic curing agents; and acid anhydride curing agents are preferably included.
- the curing agent may consist of a single compound of these, or may consist of a mixture of two or more thereof.
- a latent curing agent is generally a curing agent whose curing is accelerated by an external stimulus such as heat or light.
- the foamed epoxy resin can be rapidly cured at a desired timing.
- the curing agent more preferably contains at least one of an amide curing agent and an amine curing agent, and more preferably contains dicyandiamide.
- the equivalent ratio of the equivalent of the curing agent to the epoxy equivalent of the epoxy resin is preferably 0.8 to 1.2, more preferably 0.85 to 1.15, even more preferably 0.9 to 1.1.
- the curing agent contains an amide-based curing agent and the equivalent ratio is 0.8 to 1.2.
- the epoxy equivalent is a value obtained by dividing the molecular weight of an epoxy compound by the number of epoxy groups in one molecule.
- the epoxy equivalent can be determined by potentiometric measurement with a 0.1 mol/L perchloric acid/acetic acid standard solution according to JIS K7236.
- the curing agent equivalent is a value obtained by dividing the molecular weight of the curing agent by the number of active hydrogens (sites that react with epoxy groups) in one molecule.
- the curing agent equivalent can be determined by the acetyl chloride-potassium hydroxide titration method. Further, component analysis is performed by nuclear magnetic resonance (NMR), gas chromatography (GC), and gel permeation chromatography (GPC), and the analysis results can be calculated.
- the curing agent includes epoxy compounds, alidiline compounds, isocyanate compounds, polyol compounds, amine compounds, melamine compounds, silane compounds, carbodiimide compounds, metal chelate compounds, etc. is preferred.
- the curing agent is preferably an isocyanate compound, an epoxy compound, an aziridine compound, a carbodiimide compound, or a metal chelate compound.
- the curing agent is preferably an isocyanate compound, an epoxy compound, an aziridine compound, a carbodiimide compound, or a metal chelate compound.
- One or more of these curing agents can be used.
- the equivalent ratio between the thermosetting resin and the curing agent in these cases can be changed as appropriate depending on the combination of the thermosetting resin and the curing agent used.
- an epoxy compound is used as, the content thereof can be determined according to the equivalent ratio between the epoxy equivalent and the amine equivalent described above.
- the thermoplastic resin preferably contains at least one of polyester resin, acetal resin (butyral resin, etc.), urethane resin, acrylic resin, carboxyl group-terminated butadiene nitrile rubber (CTBN), and epoxy-modified butadiene. Among them, it is more preferable to contain at least one of acrylic resin, urethane resin and acetal resin.
- the thermoplastic resin may consist of a single compound of these, or may consist of a mixture of two or more of them.
- the thermoplastic resin preferably contains a thermoplastic elastomer, more preferably a thermoplastic elastomer.
- the glass transition temperature (Tg) of this thermoplastic elastomer is preferably 100-120°C. An elastomer having a Tg in such a range is also called a high softening point elastomer.
- the content of the thermoplastic resin is preferably 3 to 30% by mass with respect to the total mass of the first resin layer 21.
- the content is 3% by mass or more, the first resin layer 21 acquires flexibility and foamability is improved.
- the content is 30% by mass or less, the flexibility of the first resin layer 21 can be kept within an appropriate range, and sufficient adhesive strength can be ensured.
- the content is more preferably 4 to 25% by mass, even more preferably 5 to 20% by mass.
- the thermoplastic resin is an elastomer and the content is 3 to 30% by mass.
- the swelling agent is not particularly limited, and either inorganic or organic swelling agents may be used.
- swelling agents include inorganic foaming agents such as ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, ammonium nitrite, ammonium borohydride, and azides; alkane fluorides such as trichloromonofluoromethane; azobisisobutyronitrile, etc.
- azo compounds hydrazine compounds such as p-toluenesulfonyl hydrazide; semicarbazide compounds such as p-toluenesulfonyl semicarbazide; triazole compounds such as 5-morpholyl-1,2,3,4-thiatriazole; -N-nitroso compound such as dinitrosoterephthalamide, and at least one microencapsulated foaming agent obtained by microencapsulating a hydrocarbon solvent.
- the swelling agent may consist of a single compound of these or may consist of a mixture of two or more thereof.
- the expansion agent is preferably the microcapsule foaming agent as described above, in order not to hinder the curing of the adhesive layer 20 and to reduce adverse effects on the physical properties of the epoxy resin.
- a thermally expandable microcapsule is a microcapsule in which a thermoplastic resin with gas barrier properties is used as a shell, and a thermal expansion agent is included inside the shell.
- a thermoplastic resin with gas barrier properties is used as a shell, and a thermal expansion agent is included inside the shell.
- the thermally expandable microcapsules are heated, the thermoplastic resin of the shell softens and the volume of the thermal expansion agent increases, thereby expanding the capsules.
- vaporization of a low boiling point hydrocarbon compound can be used to expand the capsule.
- the content of the swelling agent is preferably 3 to 19% by mass with respect to the total mass of the first resin layer 21.
- the content is more preferably 4 to 17% by mass, even more preferably 5 to 15% by mass, and particularly preferably 7 to 12% by mass.
- the foaming agent contains thermally expandable microcapsules and that the content is 3 to 19% by mass.
- the first resin layer 21 can also contain other additives such as curing accelerators and fillers, if necessary.
- Curing accelerators include imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-methyl-4-ethylimidazole, 2-phenylimidazole; 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undecene-7, triethylenediamine, benzyldimethyl It is preferable to include at least one of tertiary amines such as amines; and organic phosphines such as tributylphosphine and triphenylphosphine.
- the curing accelerator may consist of a single compound of these, or may consist of a mixture of two or more of them.
- the content of the curing accelerator is preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.5 to 4% by mass, and more preferably 1 to 3% by mass with respect to the total mass of the first resin layer 21. is particularly preferred.
- the filler preferably contains at least one inorganic filler such as aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, boron nitride, silicon nitride, silicon oxide, and talc (magnesium silicate).
- the filler may consist of a single compound of these, or may consist of a mixture of two or more.
- the filler content is preferably 3 to 20% by mass, more preferably 5 to 17% by mass, and particularly preferably 7 to 15% by mass with respect to the total mass of the first resin layer 21. .
- the thicknesses of the first resin layer 21 and the second resin layer 22 before being thermally expanded are each independently is, for example, 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, preferably 15 ⁇ m or more and 70 ⁇ m or less, and more preferably 20 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
- the thickness of the first resin layer 21 before being heat-expanded is made smaller than that of the second resin layer 22 .
- the thickness of the first resin layer 21 may be smaller than the thickness of the second resin layer 22.
- the thickness ratio (thickness of the first resin layer/thickness of the second resin layer) is 0. 0.2 or more and 0.8 or less.
- the viscosity of the epoxy resin becomes lowest in the temperature range from the foaming start temperature of each resin layer 21, 22 to the curing activation temperature in the curing behavior.
- a minimum viscosity temperature there is a minimum viscosity temperature.
- the minimum viscosity temperature at which the epoxy resin has the lowest viscosity can be obtained as the off-peak temperature of the complex viscosity curve, for example, from the relationship between the temperature measured by a viscoelasticity measuring device and the melt viscosity (complex viscosity) of the resin sample. can. For example, FIG.
- FIG. 2 shows the relationship between the foaming start temperature, the minimum viscosity temperature, and the curing activation temperature for a resin layer (hereinafter referred to as a sample) formed using the first resin composition described in a given embodiment. graph.
- temperature a is the foaming start temperature (135° C.) obtained from the TMA curve of the sample
- temperature b is the lowest viscosity temperature (192° C.) obtained from the complex viscosity curve of the sample
- temperature c is , is the curing activation temperature (210° C.) obtained from the DSC curve of the sample prepared in the same manner.
- the method for realizing properties in which the lowest viscosity temperature is higher than the foaming start temperature and lower than the curing activation temperature is not particularly limited, but for example, the thermosetting resin and thermoplastic resin contained in the sample 1.0 or more and 23.3 or less, preferably 1.6 or more and 16.5 or less, more preferably 2.5 or more and 12.5 or less. A method of setting it to 0 or less can be mentioned.
- thermoplastic resin preferably contains a thermoplastic elastomer as described above, and at least one or more of an acrylic thermoplastic elastomer, a urethane thermoplastic elastomer, and an acetal thermoplastic elastomer. It is further preferred to include combinations.
- the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic elastomer is preferably 100 to 120°C.
- the content of the thermoplastic resin with respect to the total mass of the sample (corresponding to the first resin layer or the second resin layer) is preferably 3 to 30% by mass with respect to the total mass of the sample.
- thermoplastic resin contains a thermoplastic elastomer, or all the thermoplastic resins are thermoplastic elastomers, and the content of the thermoplastic elastomer is 3 to 30% by mass with respect to the total mass of the sample. is more preferable.
- the ratio of the content of the curing accelerator and the thermosetting resin contained in the sample curing acceleration 0.001 to 0.16, preferably 0.001 to 0.04, more preferably 0.005 to 0.03, particularly preferably 0.01 to 0.03. 02 or less.
- the surface roughness Ra of the outer surfaces of the first resin layer 21 and the second resin layer 22, which are the outermost surfaces of the heat-expandable sheet 1 is preferably 0.4 ⁇ m or more.
- the surface roughness Ra is 0.4 ⁇ m or more, the contact between the outermost surface of the heat expandable sheet 1 and the adherend becomes point contact, and even if contact occurs, the heat expandable sheet 1 receives an external force (frictional resistance ) is reduced, it is possible to suppress the occurrence of wrinkles and unevenness in the heat-expandable sheet 1, and to improve the workability by reducing the coefficient of friction.
- the surface roughness Ra of the outermost surface of the heat expandable sheet 1 is more preferably 1.0 ⁇ m or more, still more preferably 1.5 ⁇ m or more, and particularly preferably 1.8 ⁇ m or more. Further, the surface roughness Ra of the outermost surface of the thermal expansion sheet 1 is preferably 50 ⁇ m or less. As a result, the first resin layer 21 and the second resin layer 22 can be foamed without variations, and sufficient adhesion of the resin layers 21 and 22 to the opposing adherend can be ensured. Furthermore, the surface roughness Ra of the outermost surface of the heat expandable sheet 1 is more preferably 30 ⁇ m or less, even more preferably 20 ⁇ m or less, and particularly preferably 10 ⁇ m or less.
- the outermost surface of the heat-expandable sheet 1 can be approximately the same value as the surface roughness of the substrate 10 .
- a means for forming the surface roughness Ra on the outermost surface of the heat-expandable sheet 1 is not particularly limited.
- the surface roughness of the base material 10 can be reflected on the outermost surface of the thermal expansion sheet 1 by applying a liquid resin composition to the surface of the base material 10 having a desired surface roughness and drying the composition. can be done.
- the coefficient of expansion of the first resin layer 21 and the second resin layer 22 when thermally expanded is not particularly limited as long as the coefficient of expansion is sufficient to fill the gap and bond the two adherend surfaces together. For example, it is preferably in the range of 1.5 times or more and 4.0 times or less.
- the expansion coefficients of the first resin layer 21 and the second resin layer 22 can be adjusted by adjusting the content of the expansion agent contained in each of the resin layers 21 and 22, respectively.
- the method of heating the heat-expandable sheet 1 is not particularly limited, but in order to warm the entire heat-expandable sheet 1, for example, as shown in FIG. target.
- the heating conditions for foaming the heat-expandable sheet 1 are appropriately adjusted, but for example, the maximum temperature is in the range of 150 to 200°C and the heating rate is 35 to 70°C/min.
- first resin layer 21 on the side where heat is relatively easily conducted and the second resin layer 22 on the side where heat is relatively difficult to be conducted
- these first resin layers during heating 21 and the second resin layer 22 can have different heating rates.
- the first resin layer 21 and the second resin layer 22 can be arranged.
- the second resin layer 22 can be arranged without fail according to the environment during heating.
- the rate of temperature increase in thermally expanding the heat-expandable sheet 1 according to the present embodiment can be appropriately changed depending on the resin composition and the like, but is preferably 15° C.
- the temperature increase rate of the first resin layer 21 is, for example, preferably 30° C./min or more and 150° C./min or less, more preferably 45° C./min or more and 120° C./min or less, and particularly preferably 60°C/min or more and 100°C/min or less.
- the temperature increase rate of the second resin layer 22 is, for example, preferably 15°C/min or more and 140°C/min or less, more preferably 35°C/min or more and 110°C/min or less, and particularly preferably 55°C. /min or more and 90°C/min or less.
- the difference in heating rate between the first resin layer and the second resin layer is preferably 5° C./min or more, more preferably 10° C./min or more, and 15° C./min or more. is particularly preferred. From the viewpoint of sufficient foaming and curing of the second resin layer, the difference in temperature rise rate between the first resin layer and the second resin layer is preferably 50° C./min or less.
- the heat-expandable sheet 1 By heating the heat-expandable sheet 1 in this state, the heat is transferred to the first resin layer 21 faster than the second resin layer 22, and the temperature rise rate of the first resin layer 21 is equal to the temperature rise rate of the second resin layer 22. You can create a state that is greater than .
- the substrate 10 since the substrate 10 is arranged between the first resin layer 21 and the second resin layer 22, the temperature rise rate of the first resin layer 21 and the second resin layer 22 can be reliably increased. can be different. In this case, it can also be said that the substrate 10 functions as a temperature increase rate control layer that causes a difference in temperature increase rate between the first resin layer 21 and the second resin layer 22 .
- thermosetting resin contained in the first resin layer 21 and the second resin layer 22 is largely related to the mechanism by which such an effect can be obtained.
- the graph in FIG. 4 shows the results of the inventors' investigation of the properties of this thermosetting resin in more detail. From these graphs, the present inventors found that there is a correlation between the viscosity of the thermosetting resin and the heating rate.
- the vertical axis is an index representing viscosity. In FIG. 4, it can be seen that the viscosity decrease peak shifts to the lower right of the graph as the temperature rise rate increases. Specifically, the inventors have found that the viscosity of the resin decreases significantly as the rate of temperature rise increases.
- Resin flow occurs when the viscosity of the resin during heat expansion is low, and the heat-expandable adhesive layer expands not only in the thickness direction but also on the surface of the adherend. Therefore, the thickness of the first resin layer 21, which has a high rate of temperature rise and low viscosity, is made smaller than the thickness of the second resin layer 22, which has a low rate of temperature rise and low viscosity, thereby reducing the amount of resin flowing out of the gap. I think I was able to do it.
- Another possible method for suppressing the resin flow by changing the rate of temperature increase is to control the heat source. It can be said that it is a very epoch-making result that the resin flow can be suppressed very easily by devising the structure.
- the heat-expandable sheet 1 according to this embodiment is used in a very narrow gap, and the total thickness of the first resin layer 21 and the second resin layer 22 is, for example, 120 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or less. Especially preferably, it is 90 ⁇ m or less, so that the relationship between the first resin layer 21 and the second resin layer 22 and the minimum dimension of the gap is applied to the gap in the range of the following formula (1). Even if there is, the resin flow can be sufficiently suppressed.
- the shortest distance (minimum dimension of the gap) between the two adherend surfaces can be used for gaps of 250 ⁇ m or less, or 200 ⁇ m or less, or even 100 ⁇ m or less.
- the length of protrusion of the resin flow from the gap can be suppressed to 1200 ⁇ m or less, it is sufficiently acceptable, and it is more preferable if it is 1100 ⁇ m or less, and further 1000 ⁇ m or less.
- the heat-expandable sheet 1 according to the present embodiment contains an epoxy resin, it is excellent in heat resistance, and once heat-expanded, the adhesive strength does not easily decrease even at high temperatures. Further, in the heat-expandable sheet 1 of the present invention, since the adhesive layer 20 contains not only a thermosetting resin but also a thermoplastic resin, the adhesive layer 20 is highly flexible. It is possible to secure a high filling property even for a surface in a place where pressure cannot be applied or a surface having a complicated shape.
- the heat-expandable sheet 1 employs the resin composition as described above for each of the first resin layer 21 and the second resin layer 22, the first resin layer 21 and the second resin layer 21 and the second resin layer 22 before heat-expanding.
- the tackiness of the surface of the 2-resin layer 22 can be reduced to achieve a so-called tack-free state.
- the gap between each of the first resin layer 21 and the second resin layer 22 and the adherend surface forming the gap It is possible to improve workability by reducing friction.
- the resin composition as described above is used for each of the first resin layer 21 and the second resin layer 22, filling properties, fast curing properties, flexibility, and heat resistance can be adjusted in a well-balanced manner. It is possible to overcome the contradictory problems of expansibility and adhesive strength, and achieve both sufficient adhesive strength and filling properties. As a result, it is possible to achieve adhesion between adherends with high reliability of adhesion and stability of fixed support, and it is possible to provide an adhesive sheet which is excellent in various phenomena such as thermal conductivity and vibration stress.
- the heat-expandable sheet according to the present invention is not limited to those described above.
- the amount of the expanding agent contained in the first resin layer, which has a high rate of temperature rise is less than half the amount of the expanding agent contained in the second resin layer, the expansion rate of the first resin layer, which tends to decrease in viscosity, is reduced. Since it lowers, the resin flow can be suppressed more effectively. The same effect can be obtained even when the first resin layer is an adhesive layer that does not contain an expanding agent.
- the substrate functions as a temperature rise rate control layer for differentiating the temperature rise rate between the first resin layer and the second resin layer.
- the temperature rise rate control layer may be provided as a separate layer from the base material. Furthermore, even if the composition of the first resin layer and the second resin layer are completely different and they are arranged in contact with each other, the temperature rise rate of the first resin layer and the second resin layer can be reduced. If different, the base material and the heating rate control layer may be omitted.
- the thickness of the first resin layer is made smaller than that of the second resin layer. Even if it does not do so, it is possible to suppress the occurrence of resin flow. This is because the resin flow is considered to be due to the property of being likely to occur when the heat-expandable resin layer expands.
- various modifications and combinations of the embodiments may be made as long as they do not contradict the gist of the present invention.
- the surface roughness Ra of the outer surfaces of the first resin layer 21 and the second resin layer 22, which are the outermost surfaces of the heat-expandable sheet 1, is not limited to that described above, and may be a flat surface with almost no unevenness. .
- the properties of the first resin layer and the second resin layer are not limited to those described above, and may be those containing a thermosetting resin.
- a first resin layer and a second resin layer each having the composition shown in Table 1 below were formed on a release film.
- As the release film HY-US20 manufactured by Higashiyama Film Co., Ltd. was used.
- resin compositions A, B, and C for forming the first resin layer or the second resin layer having the compositions described in Table 1 are prepared, respectively, and these are used for the release films described above.
- the desired dry thickness was applied using a Baker applicator onto the treated surface. This was dried at 110° C. for 120 seconds to remove the solvent, thereby forming a resin layer to be the first resin layer or the second resin layer.
- a 10 ⁇ 25 mm sheet was cut out from the thermal expansion sheet and used as a test piece.
- Two SPCC flat plates were prepared as adherends, and with a spacer sandwiched between them, these two SPCC flat plates were pressed from the thickness direction with a clamp or the like, and fixed in a state where a certain gap was formed. .
- the thickness of the spacer forming the gap at this time is calculated by the following formula (2). This is because the pressure in the thickness direction pressed against the adherend when the resin layer expands is made uniform as much as possible, and the test piece is thermally expanded to obtain sufficient adhesiveness.
- the resin flow distance (resin flow amount) in Table 3 was defined as the length of the portion protruding most laterally from the base material when the base material was viewed from the surface direction.
- the amount of resin flow is suppressed to 1000 ⁇ m or less, which is very small, even when the amount of swelling agent contained in the first resin layer is less than half the amount of swelling agent contained in the second resin layer.
- the first resin layer and the second resin layer are resin layers containing a thermosetting resin as a base resin, and in such a resin layer, This is thought to be due to the property that the higher the temperature rate, the lower the viscosity. Therefore, the effects of the present invention confirmed in this example are not limited to the specific compositions described in the examples here, and the first resin layer and the second resin layer contain a thermosetting resin as a base resin. It is thought that it can be widely generalized even if it is
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Abstract
加熱膨張することによって、隙間を挟んで向かい合う2つの被着面を十分に接着しながらも、樹脂フローの発生を抑えることができる加熱膨張シートを提供する。2つの面によって形成される隙間の内部に配置されて、加熱されることによって膨張して前記2つの面を接着する加熱膨張シートであって、基材と、前記基材上に形成された熱硬化性樹脂を含有する接着層である第1樹脂層及び第2樹脂層と、を備え、前記第1樹脂層の昇温速度が、加熱時の条件によって、前記第2樹脂層の昇温速度よりも大きく、加熱前の前記第1樹脂層の厚みが前記第2樹脂層の厚みよりも小さいことを特徴とする加熱膨張シートとした。
Description
本発明は、加熱膨張シートに関するものである。
プレス等による外圧をかけることなく、被着面を接着する方法としては特許文献1に記載されているように、接着シートの接着層に加熱することによって膨張する膨張剤を含有させ、この接着シートを加熱することによって、接着層内に発生する膨張圧を利用するものが考えられている。
このような加熱膨張シートを用いて、狭い空間(隙間)を挟んで向かい合う2つの被着面を接着する場合には、これらの間に加熱膨張シートを挿入してから加熱し、膨張させることによって、2つの被着体の間の隙間を埋める又は減少させる方法が考えられる。
しかしながら、この方法においては、隙間の内部で膨張した接着層が隙間の外部に溢れ出す、樹脂フローという現象が発生してしまう場合がある。
本発明は前述した課題に鑑みてなされたものであり、加熱膨張することによって、隙間を挟んで向かい合う2つの被着面を十分に接着しながらも、樹脂フローの発生を抑えることができる加熱膨張シートを提供することを目的とする。
本発明者らが、この課題を解決するために鋭意検討した結果、樹脂フローの発生は、加熱膨張時における樹脂の粘度低下がその要因であり、接着層に熱硬化性樹脂を含有する樹脂層を用いた場合には、昇温速度が大きくなると粘度の低下が顕著になり、一方昇温速度が小さくなると樹脂の粘度低下が抑えられることを見出した。
本発明は、前述したような、本発明者らの新しい知見に基づいてなされたものであり、以下のような特徴を有するものである。
本発明者らが、この課題を解決するために鋭意検討した結果、樹脂フローの発生は、加熱膨張時における樹脂の粘度低下がその要因であり、接着層に熱硬化性樹脂を含有する樹脂層を用いた場合には、昇温速度が大きくなると粘度の低下が顕著になり、一方昇温速度が小さくなると樹脂の粘度低下が抑えられることを見出した。
本発明は、前述したような、本発明者らの新しい知見に基づいてなされたものであり、以下のような特徴を有するものである。
すなわち、本発明に係る加熱膨張シートは、2つの被着面によって形成される隙間の内部に配置されて、加熱されることによって膨張して前記2つの面を接着する加熱膨張シートであって、基材と、前記基材上に形成された熱硬化性樹脂を含有する接着層である第1樹脂層及び第2樹脂層と、を備え、前記第1樹脂層の昇温速度が、加熱時の条件によって、前記第2樹脂層の昇温速度よりも大きく、加熱前の前記第1樹脂層の厚みが前記第2樹脂層の厚みよりも小さいことを特徴とする。
このように構成した加熱膨張シートによれば、昇温速度がより大きく粘度低下が起こりやすい第1樹脂層の厚みを第2樹脂層よりも小さくしているので、従来よりも樹脂フローの発生をできるだけ抑えることができる。
前記第2樹脂層の昇温速度を前記第1樹脂層の昇温速度よりも小さくするためには、前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とが、第1樹脂層と第2樹脂層との間でこれらの昇温速度を制御する昇温速度制御層を挟んで配置されていることが好ましい。例えば、前記基材を、前記昇温速度制御層として用いることもできる。
加熱時に、前記第1樹脂層が、前記第2樹脂層よりも熱を受けやすい位置に配置されることによって、第1樹脂層と第2樹脂層との昇温速度が異なるものとしても良い。
前記第1樹脂層と前記第2樹脂層との合計厚みが90μm以下であり、かつ以下の式(1)を満たす場合に、本発明の効果がより顕著に発揮される。
(前記隙間の最小寸法-前記基材の厚み)/(前記第1樹脂層と前記第2樹脂層との合計厚み)≦2・・・(1)
(前記隙間の最小寸法-前記基材の厚み)/(前記第1樹脂層と前記第2樹脂層との合計厚み)≦2・・・(1)
本発明の具体的な実施態様としては、前記第1樹脂層及び/又は前記第2樹脂層が、エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂と熱膨張剤とを含有するものを挙げることができる。また、前記膨張剤としては、例えば、マイクロカプセル型発泡剤を挙げることができる。
前記隙間から外側へ突出する樹脂フロー量が1200μm以下であることが好ましい。
2つの被着面によって形成される隙間の内部に配置されて、加熱されることによって膨張して前記2つの面を接着する加熱膨張シートであって、基材と、前記基材上に形成された熱硬化性樹脂を含有する接着層である第1樹脂層及び第2樹脂層と、を備え、前記第1樹脂層の昇温速度が、加熱時の条件によって、前記第2樹脂層の昇温速度よりも大きく、前記第1樹脂層が膨張剤を含有しない、又は前記第1樹脂層中の前記熱膨張剤の含有量が、前記第2樹脂層中の前記熱膨張剤の含有量の半分以下ものとすることによっても、同様に樹脂フローの発生を抑制することができる。
本発明によれば、隙間を挟んで向かい合う2つの被着面を十分に接着しながらも、樹脂フローの発生を抑えることができる。
1 加熱発泡シート
10 シート状基材
20 発泡性接着層
21 第1樹脂層
22 第2樹脂層
10 シート状基材
20 発泡性接着層
21 第1樹脂層
22 第2樹脂層
以下に、本発明の一実施形態に係る加熱膨張シートについて、図面を用いて説明する。
<加熱膨張シート>
図1は、本発明の加熱膨張シート1の構成を示す概略断面図である。
本発明の加熱膨張シート1は、例えば、電子機器或いは電子デバイス用の導材シート、電子機器或いは電子デバイス用の絶縁シート等として様々な分野に使用できるものである。
具体的に、この加熱膨張シート1は、隙間の内部に配置して加熱することにより隙間を挟んで向かい合う2つの被着面を接着するものであり、シート状の基材10と、この基材10上に設けられた接着層20とを備えるものである。
図1は、本発明の加熱膨張シート1の構成を示す概略断面図である。
本発明の加熱膨張シート1は、例えば、電子機器或いは電子デバイス用の導材シート、電子機器或いは電子デバイス用の絶縁シート等として様々な分野に使用できるものである。
具体的に、この加熱膨張シート1は、隙間の内部に配置して加熱することにより隙間を挟んで向かい合う2つの被着面を接着するものであり、シート状の基材10と、この基材10上に設けられた接着層20とを備えるものである。
<<基材>>
基材10は、接着層20を支持する支持材としての機能を果たすものである。
基材10は、接着層20を支持する支持材としての機能を果たすものである。
具体的に、この基材10は、シート状のものであり、単層構造であっても、積層構造であってもよい。基材10全体の厚さは、例えば1~300μmであり、5~200μmであることが好ましく、25~120μmであることがより好ましい。
基材10の材質は、特に限定されないが、無機材料でも有機材料でもよい。例えば、加熱膨張シートに電気伝導性が求められる場合には金属フィルムを使用することができ、加熱膨張シートに電気絶縁性が求められる場合に樹脂フィルムを使用することができる。
金属フィルムとしては、特に限定されないが、例えば銅箔およびアルミ箔を使用できる。金属フィルムの厚さは、例えば1~100μmであり、10~70μmであることが好ましく、15~50μmであることがより好ましい。
樹脂フィルムは、特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、芳香族ポリエステル等のポリエステル系樹脂;ポリカーボネート;ポリアリレート;ポリウレタン;ポリアミド、ポリエーテルアミド等のポリアミド系樹脂;ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド等のポリイミド系樹脂;ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等のポリスルホン系樹脂;ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等のポリエーテルケトン系樹脂;ポリフェニレンスルフィド(PPS);変性ポリフェニレンオキシドを含むことができる。樹脂フィルムは、これらの単独の樹脂からなってもよく、或いは2種以上の混合樹脂からなってもよい。樹脂フィルムは、耐熱性および電気絶縁性等の観点から、PENフィルム、PETフィルム、PPSフィルムまたはPIフィルムであることが好ましく、PENフィルムPPSフィルムまたはPIフィルムであることがより好ましい。樹脂フィルムの厚さは、例えば1~100μmであり、10~70μmであることが好ましく、15~50μmであることがより好ましい。
<<接着層>>
接着層20は、加熱膨張時に加熱膨張シート1の最外層となる第1樹脂層21と第2樹脂層22とを備えるものである。本実施形態では、図1に示すように、基材10の両面に第1樹脂層21と第2樹脂層22とがそれぞれ積層された構造となっている。
第1樹脂層21と第2樹脂層22とは、同じ組成の物であっても良いし、異なる組成の物であっても良いが、本実施形態では、第1樹脂層21と第2樹脂層22とは同じ組成の樹脂層であり、いずれも加熱膨張性の接着層であるものについて説明する。
接着層20は、加熱膨張時に加熱膨張シート1の最外層となる第1樹脂層21と第2樹脂層22とを備えるものである。本実施形態では、図1に示すように、基材10の両面に第1樹脂層21と第2樹脂層22とがそれぞれ積層された構造となっている。
第1樹脂層21と第2樹脂層22とは、同じ組成の物であっても良いし、異なる組成の物であっても良いが、本実施形態では、第1樹脂層21と第2樹脂層22とは同じ組成の樹脂層であり、いずれも加熱膨張性の接着層であるものについて説明する。
第1樹脂層21は、例えば、第1樹脂層21を構成する第1樹脂組成物を基材10上に塗布し乾燥することによって形成することができるものである。第2樹脂層22は、例えば、第2樹脂層22を構成する第2樹脂組成物を基材10上に塗布し乾燥させることによって形成することができるものである。なお、第1樹脂組成物は、第1樹脂層21に含まれる全材料及びこれらを懸濁又は溶解する適切な溶媒(揮発成分)を含む組成物を意味する。同じく第2樹脂組成物とは、第2樹脂層22に含まれる全材料及びこれらを懸濁又は溶解する適切な溶媒(揮発成分)を含む組成物を意味する。
第1樹脂層21と第2樹脂層22、及び第1樹脂組成物と第2樹脂組成物は、本実施形態では同じ組成のものであるので、以下では第1樹脂層21および第1樹脂組成物について説明することとする。
第1樹脂層21は、熱硬化性樹脂、硬化剤、熱可塑性樹脂および膨張剤を含有するものである。
第1樹脂層21と第2樹脂層22、及び第1樹脂組成物と第2樹脂組成物は、本実施形態では同じ組成のものであるので、以下では第1樹脂層21および第1樹脂組成物について説明することとする。
第1樹脂層21は、熱硬化性樹脂、硬化剤、熱可塑性樹脂および膨張剤を含有するものである。
熱硬化性樹脂とは、熱により硬化剤と反応する架橋性官能基を有するものである。
前記架橋性官能基は、例えば、水酸基、フェノール性水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基、オキサジン基、シラノール基、アルコキシシラン基、ヒドロキシル基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基、ブロック化イソシアネート基、ブロック化カルボキシル基等が挙げられる。
これらの中でも熱硬化温度、及び成膜性を考慮するとエポキシ基が最も好ましく、エポキシ基以外ではカルボキシル基、酸無水物基が好ましい。
具体的には、熱硬化性樹脂の酸価は5~90mgKOH/gが好ましく、10~70mgKOH/gがより好ましい。酸価が5mgKOH/g以上であることで、耐熱性が得易くなる。酸価が5mgKOH/g未満の場合、架橋が不十分で塗膜の強度が弱くなり耐熱性が得られなくなる。
また酸価が90mgKOH/gを超える場合、架橋点が多くなり塗膜の柔軟性が失われる問題が生じる。
なお熱硬化性樹脂は、架橋性官能基を2種以上有することができる。
前記熱硬化性樹脂は、例えば、ポリエステル樹脂、エポキシエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、側鎖変性フェノキシ樹脂などが挙げられる。
これらの中でも接着力と耐久性、及び溶融粘度の面からウレタンまたはエポキシ樹脂が好ましい。これらの樹脂は、1種または2種以上使用できる。
以下では、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合について説明するが、ウレタン樹脂などの他の種類の熱硬化性樹脂を使用した場合であっても同様の構成を採用することができる。
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ヒンダトイン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン/フェノールエポキシ樹脂、脂環式アミンエポキシ樹脂、脂肪族アミンエポキシ樹脂およびこれらに各種変性を行ったエポキシ樹脂を含むことが好ましい。エポキシ樹脂は、これらの単独の化合物からなってもよく、或いは2種以上の混合物からなってもよい。耐熱性および電気絶縁性等の観点から、エポキシ樹脂は、ノボラック型エポキシ樹脂であることが好ましい。
前記架橋性官能基は、例えば、水酸基、フェノール性水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基、オキサジン基、シラノール基、アルコキシシラン基、ヒドロキシル基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基、ブロック化イソシアネート基、ブロック化カルボキシル基等が挙げられる。
これらの中でも熱硬化温度、及び成膜性を考慮するとエポキシ基が最も好ましく、エポキシ基以外ではカルボキシル基、酸無水物基が好ましい。
具体的には、熱硬化性樹脂の酸価は5~90mgKOH/gが好ましく、10~70mgKOH/gがより好ましい。酸価が5mgKOH/g以上であることで、耐熱性が得易くなる。酸価が5mgKOH/g未満の場合、架橋が不十分で塗膜の強度が弱くなり耐熱性が得られなくなる。
また酸価が90mgKOH/gを超える場合、架橋点が多くなり塗膜の柔軟性が失われる問題が生じる。
なお熱硬化性樹脂は、架橋性官能基を2種以上有することができる。
前記熱硬化性樹脂は、例えば、ポリエステル樹脂、エポキシエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、側鎖変性フェノキシ樹脂などが挙げられる。
これらの中でも接着力と耐久性、及び溶融粘度の面からウレタンまたはエポキシ樹脂が好ましい。これらの樹脂は、1種または2種以上使用できる。
以下では、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合について説明するが、ウレタン樹脂などの他の種類の熱硬化性樹脂を使用した場合であっても同様の構成を採用することができる。
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ヒンダトイン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン/フェノールエポキシ樹脂、脂環式アミンエポキシ樹脂、脂肪族アミンエポキシ樹脂およびこれらに各種変性を行ったエポキシ樹脂を含むことが好ましい。エポキシ樹脂は、これらの単独の化合物からなってもよく、或いは2種以上の混合物からなってもよい。耐熱性および電気絶縁性等の観点から、エポキシ樹脂は、ノボラック型エポキシ樹脂であることが好ましい。
エポキシ樹脂の軟化点は、JIS K 2207に規定される環球式軟化点試験法を用いて測定できる。第1樹脂層21の発泡開始温度は、例えば70~200℃、好ましくは100℃~180℃の範囲であることが好ましい。
熱硬化性樹脂の含有量は、第1樹脂層21の全質量に対し30~70質量%であることが好ましい。当該含有量が30質量%以上であることにより、耐熱性や絶縁性において優位となる。また、当該含有量が70質量%以下であることにより、柔軟性及び成膜性において優位となる。当該含有量は、40~65質量%であることがより好ましく、50~60質量%であることがさらに好ましい。第1樹脂層21は、前述したように、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを両方含むものであるが、含有量からも分かるように熱硬化性樹脂がベース剤となっており、第1樹脂層21全体としては熱硬化性樹脂としての性質を有するものとなっている。
熱硬化性樹脂は、硬化剤を使用して硬化することが好ましい。前記硬化剤は、熱硬化性樹脂の架橋性官能基と反応できる官能基を1つ以上有する化合物であれば良く、限定されない。
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合の硬化剤としては、例えば、ジシアンジアミド、脂肪族ポリアミド等のアミド系硬化剤;ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン等のアミン系硬化剤;ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、p-キシレンノボラック樹脂等のフェノール系硬化剤;酸無水物系硬化剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。硬化剤は、これらの単独の化合物からなってもよく、或いは2種以上の混合物からなってもよい。また、保存安定性(ポットライフ)を長くすることができることから、潜在性硬化剤を使用する事が好ましい。潜在性硬化剤は、一般に、熱や光といった外部からの刺激により硬化が促進される硬化剤である。本発明において、潜在性硬化剤を使用することにより、発泡したエポキシ樹脂を所望のタイミングで速やかに硬化させることができる。潜在性硬化剤の中でも特に、硬化反応速度の観点から、硬化剤は、アミド系硬化剤およびアミン系硬化剤の少なくとも1種を含むことがより好ましく、ジシアンジアミドを含むことがさらに好ましい。
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合の硬化剤としては、例えば、ジシアンジアミド、脂肪族ポリアミド等のアミド系硬化剤;ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、アンモニア、トリエチルアミン、ジエチルアミン等のアミン系硬化剤;ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、p-キシレンノボラック樹脂等のフェノール系硬化剤;酸無水物系硬化剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。硬化剤は、これらの単独の化合物からなってもよく、或いは2種以上の混合物からなってもよい。また、保存安定性(ポットライフ)を長くすることができることから、潜在性硬化剤を使用する事が好ましい。潜在性硬化剤は、一般に、熱や光といった外部からの刺激により硬化が促進される硬化剤である。本発明において、潜在性硬化剤を使用することにより、発泡したエポキシ樹脂を所望のタイミングで速やかに硬化させることができる。潜在性硬化剤の中でも特に、硬化反応速度の観点から、硬化剤は、アミド系硬化剤およびアミン系硬化剤の少なくとも1種を含むことがより好ましく、ジシアンジアミドを含むことがさらに好ましい。
例えば、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を使用する際に適正な硬化反応を起こし、充分な接着強度を確保するためには、エポキシ樹脂のエポキシ当量に対する硬化剤の当量の当量比(硬化剤の当量/エポキシ樹脂の当量)は0.8~1.2であることが好ましく、0.85~1.15であることがより好ましく、0.9~1.1であることがさらに好ましい。特に、硬化剤がアミド系硬化剤を含み、上記当量比が0.8~1.2であることが好ましい。
なお、本明細書においてエポキシ当量とは、エポキシ化合物の分子量を1分子中のエポキシ基の数で除した値である。エポキシ当量は、JIS K7236に準じて、0.1mol/Lの過塩素酸酢酸標準液によって電位差測定することにより求めることができる。硬化剤当量とは、硬化剤の分子量を1分子中の活性水素(エポキシ基と反応する部位)の数で除した値である。硬化剤当量は、塩化アセチル-水酸化カリウム滴定法により求める事ができる。さらに核磁気共鳴装置(NMR)、ガスクロマトグラフィー(GC)、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で成分分析を行い、この分析結果から計算で求めることができる。
なお、熱硬化性樹脂の架橋性官能基がカルボキシル基の場合、硬化剤は、エポキシ化合物、アリジリン化合物、イソシアネート化合物、ポリオール化合物、アミン化合物、メラミン化合物、シラン系、カルボジイミド系化合物、金属キレート化合物等が好ましい。
また、架橋性官能基が水酸基の場合、硬化剤は、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アジリジン化合物、カルボジイミド化合物、金属キレート化合物が好ましい。また、架橋性官能基がアミノ基の場合、硬化剤は、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アジリジン化合物、カルボジイミド化合物、金属キレート化合物が好ましい。これらの硬化剤は、1種または2種以上使用できる。
これら場合の熱硬化性樹脂と硬化剤との当量比は、用いる熱硬化性樹脂と硬化剤との組み合わせによって適宜変更することができるが、例えば、熱硬化性樹脂としてウレタン樹脂を用い、硬化剤としてエポキシ化合物を用いる場合には、前述したエポキシ当量とアミン当量との当量比に準じて、これらの含有量を決定することができる。
なお、熱硬化性樹脂の架橋性官能基がカルボキシル基の場合、硬化剤は、エポキシ化合物、アリジリン化合物、イソシアネート化合物、ポリオール化合物、アミン化合物、メラミン化合物、シラン系、カルボジイミド系化合物、金属キレート化合物等が好ましい。
また、架橋性官能基が水酸基の場合、硬化剤は、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アジリジン化合物、カルボジイミド化合物、金属キレート化合物が好ましい。また、架橋性官能基がアミノ基の場合、硬化剤は、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、アジリジン化合物、カルボジイミド化合物、金属キレート化合物が好ましい。これらの硬化剤は、1種または2種以上使用できる。
これら場合の熱硬化性樹脂と硬化剤との当量比は、用いる熱硬化性樹脂と硬化剤との組み合わせによって適宜変更することができるが、例えば、熱硬化性樹脂としてウレタン樹脂を用い、硬化剤としてエポキシ化合物を用いる場合には、前述したエポキシ当量とアミン当量との当量比に準じて、これらの含有量を決定することができる。
熱可塑性樹脂としては、ポリエステル樹脂、アセタール系樹脂(ブチラール樹脂等)、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、カルボキシル基末端ブタジエンニトリルゴム(CTBN)およびエポキシ変性ブタジエンの少なくとも1種を含むことが好ましい。中でもアクリル樹脂、ウレタン樹脂及びアセタール系樹脂の少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。熱可塑性樹脂は、これらの単独の化合物からなってもよく、或いは2種以上の混合物からなってもよい。また、熱可塑性樹脂は、熱可塑性エラストマーを含有することが好ましく、熱可塑性エラストマーであることがより好ましい。この熱可塑性エラストマーのガラス転移温度(Tg)は、100~120℃であることが好ましい。このような範囲のTgを有するエラストマーを高軟化点エラストマーともいう。
熱可塑性樹脂の含有量は、第1樹脂層21の全質量に対し3~30質量%であることが好ましい。当該含有量が3質量%以上であることにより、第1樹脂層21が柔軟性を獲得し、発泡性が向上する。また、当該含有量が30質量%以下であることにより、第1樹脂層21の柔軟性を適度な範囲に保ち、充分な接着強度が確保できる。当該含有量は、4~25質量%であることがより好ましく、5~20質量%であることがさらに好ましい。特に、熱可塑性樹脂がエラストマーであり、かつ、当該含有量が3~30質量%であることが好ましい。
膨張剤としては、特に限定されず、無機系および有機系のいずれの膨張剤を使用してもよい。具体的には、膨張剤は、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、亜硝酸アンモニウム、水素化ホウ素アンモニウム、アジド類などの無機系発泡剤;トリクロロモノフルオロメタンなどのフッ化アルカン;アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ系化合物;パラトルエンスルホニルヒドラジドなどのヒドラジン系化合物;p-トルエンスルホニルセミカルバジドなどのセミカルバジド系化合物;5-モルホリル-1,2,3,4-チアトリアゾールなどのトリアゾール系化合物;N,N’-ジニトロソテレフタルアミドなどのN-ニトロソ化合物、および、炭化水素系溶剤をマイクロカプセル化させたマイクロカプセル化発泡剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。膨張剤は、これらの単独の化合物からなってもよく、或いは2種以上の混合物からなってもよい。これらの中でも、接着層20の硬化を阻害せず、エポキシ樹脂の物性に与える悪影響を少なくする点から、膨張剤は前述したようなマイクロカプセル発泡剤であることが好ましい。
熱膨張性マイクロカプセルは、ガスバリアー性を有する熱可塑性樹脂をシェルとし、シェルの内部に熱膨張剤を内包させたマイクロカプセルである。熱膨張性マイクロカプセルを加熱すると、シェルの熱可塑性樹脂が軟化し、熱膨張剤の体積が増大することにより、カプセルが膨張する。例えば、低沸点の炭化水素系化合物の気化をカプセルの膨張に利用できる。
膨張剤の含有量は、第1樹脂層21の全質量に対し3~19質量%であることが好ましい。当該含有量が3質量%以上であることにより、充分な発泡性を確保でき、接着強度が向上する。また、当該含有量が19質量%以下であることにより、過剰な発泡に起因する接着強度の低下を抑制できる。当該含有量は、4~17質量%であることがより好ましく、5~15質量%であることがさらに好ましく、7~12質量%であることが特に好ましい。特に、発泡剤が熱膨張性マイクロカプセルを含み、かつ、当該含有量が3~19質量%であることが好ましい。
第1樹脂層21には、前述した以外にも、必要に応じて、硬化促進剤およびフィラー等の他の添加剤を含むこともできる。
硬化促進剤としては、2-メチルイミダゾール、2-メチル-4-エチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール等のイミダゾール類;1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン等の3級アミン類;トリブチルポスフィン、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類の少なくとも1種を含むことが好ましい。硬化促進剤は、これらの単独の化合物からなってもよく、或いは2種以上の混合物からなってもよい。硬化促進剤の含有量は、第1樹脂層21の全質量に対し0.1~5質量%であることが好ましく、0.5~4質量%であることがより好ましく、1~3質量%であることが特に好ましい。
フィラーは、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、酸化ケイ素、タルク(珪酸マグネシウム)等の無機フィラーの少なくとも1種を含むことが好ましい。フィラーは、これらの単独の化合物からなってもよく、或いは2種以上の混合物からなってもよい。フィラーの含有量は、第1樹脂層21の全質量に対し3~20質量%であることが好ましく、5~17質量%であることがより好ましく、7~15質量%であることが特に好ましい。
以上に説明したような接着層20を備える加熱膨張シート1における、加熱膨張させる前(加熱膨張シート1の製造時)の第1樹脂層21及び第2樹脂層22の厚さは、それぞれ単独での厚さが、例えば10μm以上100μm以下であり、15μm以上70μm以下であることが好ましく、20μm以上40μm以下であることがより好ましい。
本実施形態に係る加熱膨張シート1においては、加熱膨張させる前(加熱膨張シートの製造時)の第1樹脂層21の厚みが第2樹脂層22よりも小さくなるようにしてある。
第1樹脂層21の厚みは、第2樹脂層22の厚みに比べて小さいものであれば良いが、例えば、厚みの比(第1樹脂層の厚み/第2樹脂層の厚み)が、0.2以上0.8以下の範囲内となっていることが好ましい。
第1樹脂層21の厚みは、第2樹脂層22の厚みに比べて小さいものであれば良いが、例えば、厚みの比(第1樹脂層の厚み/第2樹脂層の厚み)が、0.2以上0.8以下の範囲内となっていることが好ましい。
さらに、第1樹脂層21及び第2樹脂層22の硬化過程において、これら各樹脂層21,22の発泡開始温度から硬化挙動における硬化活性温度までの温度範囲に、エポキシ樹脂の粘度が最低となる最低粘度温度があることが好ましい。エポキシ樹脂の粘度が最低となる最低粘度温度は、例えば、粘弾性測定装置により測定した温度と樹脂試料の溶融粘度(複素粘度)との関係から、複素粘度曲線のオフピークを示す温度として求めることができる。例えば、図2は、所定の本実施形態において説明した第1樹脂組成物を用いて形成した樹脂層(以下、試料という。)について、発泡開始温度、最低粘度温度および硬化活性温度の関係を示すグラフである。図2において、温度aは、試料のTMA曲線から求めた発泡開始温度(135℃)であり、温度bは、試料の複素粘度曲線から求めた最低粘度温度(192℃)であり、温度cは、同様に用意した試料のDSC曲線から求めた硬化活性温度(210℃)である。最低粘度温度が上記発泡開始温度から上記硬化活性温度までの温度範囲にあることにより、試料の発泡開始後、試料の硬化が活性化する前の段階で、エポキシ樹脂の粘度が充分に低下しているため、エポキシ樹脂が試料の発泡を阻害せず、良好な発泡倍率が得られる。
このように、最低粘度温度が上記発泡開始温度より高く、上記硬化活性温度より低い性質を実現する方法は、特に限定されないが、例えば、試料が含有する熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との含有量の比(熱硬化性樹脂の含有量/熱可塑性樹脂の含有量)を、1.0以上23.3以下、好ましくは1.6以上16.5以下、より好ましくは2.5以上12.0以下などとする方法を挙げることができる。
また、熱可塑性樹脂が、前述したように熱可塑性エラストマーを含有するものであることが好ましく、アクリル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、及びアセタール系熱可塑性エラストマーの少なくとも1種又は複数種の組合せを含むことがさらに好ましい。
また、熱可塑性エラストマーのガラス転移温度(Tg)が、100~120℃であることが好ましい。
熱可塑性樹脂の試料(第1樹脂層又は第2樹脂層に相当する)の全質量に対する含有量が、試料の全質量に対し3~30質量%であることが好ましい。さらに言えば、熱可塑性樹脂が熱可塑性エラストマーを含有するものである、又は熱可塑性樹脂が全て熱可塑性エラストマーであり、当該熱可塑性エラストマーの含有量が試料の全質量に対して3~30質量%であることがさらに好ましい。
また、最低粘度温度が上記発泡開始温度より高く、上記硬化活性温度より低い性質を実現する他の方法としては、試料が含有する硬化促進剤と熱硬化性樹脂との含有量の比(硬化促進剤/熱硬化性樹脂)を、0.001以下0.16以上、好ましくは0.001以上0.04以下、より好ましくは0.005以上0.03以下、特に好ましくは0.01以上0.02以下などとする方法を挙げることができる。
このように、最低粘度温度が上記発泡開始温度より高く、上記硬化活性温度より低い性質を実現する方法は、特に限定されないが、例えば、試料が含有する熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との含有量の比(熱硬化性樹脂の含有量/熱可塑性樹脂の含有量)を、1.0以上23.3以下、好ましくは1.6以上16.5以下、より好ましくは2.5以上12.0以下などとする方法を挙げることができる。
また、熱可塑性樹脂が、前述したように熱可塑性エラストマーを含有するものであることが好ましく、アクリル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、及びアセタール系熱可塑性エラストマーの少なくとも1種又は複数種の組合せを含むことがさらに好ましい。
また、熱可塑性エラストマーのガラス転移温度(Tg)が、100~120℃であることが好ましい。
熱可塑性樹脂の試料(第1樹脂層又は第2樹脂層に相当する)の全質量に対する含有量が、試料の全質量に対し3~30質量%であることが好ましい。さらに言えば、熱可塑性樹脂が熱可塑性エラストマーを含有するものである、又は熱可塑性樹脂が全て熱可塑性エラストマーであり、当該熱可塑性エラストマーの含有量が試料の全質量に対して3~30質量%であることがさらに好ましい。
また、最低粘度温度が上記発泡開始温度より高く、上記硬化活性温度より低い性質を実現する他の方法としては、試料が含有する硬化促進剤と熱硬化性樹脂との含有量の比(硬化促進剤/熱硬化性樹脂)を、0.001以下0.16以上、好ましくは0.001以上0.04以下、より好ましくは0.005以上0.03以下、特に好ましくは0.01以上0.02以下などとする方法を挙げることができる。
本実施形態に係る加熱膨張シートにおいて、加熱膨張シート1の最外表面である第1樹脂層21及び第2樹脂層22の外表面の表面粗さRaは、0.4μm以上であることが好ましい。当該表面粗さRaが0.4μm以上であることにより、加熱膨張シート1の最外表面と被着体との接触が点接触となり、接触が生じても加熱膨張シート1が受ける外力(摩擦抵抗)が減少するため、加熱膨張シート1のシワやバラツキの発生を抑制したり、摩擦係数を低減して作業性を向上させたりすることができる。加熱膨張シート1の最外表面における表面粗さRaは、1.0μm以上であることがより好ましく、1.5μm以上であることがさらに好ましく、1.8μm以上であることが特に好ましい。また、加熱膨張シート1の最外表面における表面粗さRaは、50μm以下であることが好ましい。これにより、第1樹脂層21及び第2樹脂層22をバラツキなく発泡させて、これら各樹脂層21、22に対向する被着体への充分な接着を確保することができる。さらに、加熱膨張シート1の最外表面における表面粗さRa、30μm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く、10μm以下であることが特に好ましい。
なお、液状の第1樹脂組成物及び第2樹脂組成物を基材10に塗布して第1樹脂層21又は第2樹脂層22を形成する場合には、加熱膨張シート1の最外表面における表面粗さRaは、基材10の表面粗さと同程度の値となり得る。
加熱膨張シート1の最外表面における表面粗さRaの形成手段は、特に制限されない。例えば、所望の表面粗さを有する基材10の表面に、液状の樹脂組成物を塗布し、乾燥させることで、基材10の表面粗さを加熱膨張シート1の最外表面に反映することができる。
加熱膨張シート1の最外表面における表面粗さRaの形成手段は、特に制限されない。例えば、所望の表面粗さを有する基材10の表面に、液状の樹脂組成物を塗布し、乾燥させることで、基材10の表面粗さを加熱膨張シート1の最外表面に反映することができる。
<加熱発泡シートを使用した被着面の接着方法>
以上のように構成した加熱膨張シート1を用いて被着体を接着する場合には、前述したように加熱膨張シート1を2つの被着面の間に形成された隙間の内部に配置してから加熱して膨張させる。
以上のように構成した加熱膨張シート1を用いて被着体を接着する場合には、前述したように加熱膨張シート1を2つの被着面の間に形成された隙間の内部に配置してから加熱して膨張させる。
加熱膨張時の第1樹脂層21及び第2樹脂層22の膨張率は、隙間を充填し、2つの被着面を互いに接着するために十分な膨張率であればよく、特に限定されないが、例えば、1.5倍以上4.0倍以下の範囲であることが好ましい。
第1樹脂層21及び第2樹脂層22の膨張率は、これら各樹脂層21,22がそれぞれ含有する膨張剤の含有量等によって調節することができる。
第1樹脂層21及び第2樹脂層22の膨張率は、これら各樹脂層21,22がそれぞれ含有する膨張剤の含有量等によって調節することができる。
加熱膨張シート1を加熱する方法は特に限定されないが、加熱膨張シート1全体を温めるために、例えば図3に示すように、熱源を加熱膨張シート1の厚み方向から温める位置に配置することが一般的である。
加熱膨張シート1を発泡させる加熱条件は、適宜調整されるものであるが、例えば最大温度が150~200℃の範囲で、35~70℃/minである。
この図3(a)に示すよう熱源を1つのみ使用する場合、熱源からの熱は、加熱膨張シート1の片面側から供給されて加熱膨張シートの内部を伝わって加熱膨張シート1全体に広がることとなる。そのため、片面側に他方よりも昇温速度が大きい面が生じることとなる。
また、図3(b)熱源を複数設けて加熱膨張シート1を両面から温める場合には、複数の熱源の温度を完全に一致させることや、熱源からの距離や熱を伝える媒体の条件などを加熱膨張シート1の両面において完全に一致させることは難しいために、熱源からの熱が伝わりやすい面と伝わりにくい面とが生じ、やはり片面側に他方よりも昇温速度が大きい面が生じることとなる。
また、図3(b)熱源を複数設けて加熱膨張シート1を両面から温める場合には、複数の熱源の温度を完全に一致させることや、熱源からの距離や熱を伝える媒体の条件などを加熱膨張シート1の両面において完全に一致させることは難しいために、熱源からの熱が伝わりやすい面と伝わりにくい面とが生じ、やはり片面側に他方よりも昇温速度が大きい面が生じることとなる。
そこで、前述した第1樹脂層21を比較的熱が伝わりやすい側に、第2樹脂層22を比較的熱が伝わりにくい側に位置するように配置することによって、加熱時のこれら第1樹脂層21と第2樹脂層22との昇温速度を異なるものとすることができる。
例えば、加熱膨張シート1の使用時に第1樹脂層21及び第2樹脂層22をどのような向きで配置すれば良いかを分かりやすくする目印等を付けるようにすれば、第1樹脂層21と第2樹脂層22とを加熱時の環境に合わせて、間違いなく配置することができる。
本実施形態に係る加熱膨張シート1を加熱膨張させる際の昇温速度は、樹脂組成等によって適宜変更可能ではあるが、例えば、15℃以上150℃以下であることが好ましい。
また、第1樹脂層21の昇温速度としては、例えば、30℃/min以上150℃/min以下であることが好ましく、より好ましくは、45℃/min以上120℃/min以下、特に好ましくは60℃/min以上100℃/min以下である。
第2樹脂層22の昇温速度としては、例えば、15℃/min以上140℃/min以下であることが好ましく、より好ましくは、35℃/min以上110℃/min以下、特に好ましくは55℃/min以上90℃/min以下である。
また、これら第1樹脂層と第2樹脂層との間の昇温速度の差は、5℃/min以上あることが好ましく、10℃/min以上あることがより好ましく、15℃/min以上あることが特に好ましい。第2樹脂層を十分に発泡や硬化させる観点から、第1樹脂層と第2樹脂層との間の昇温速度の差は50℃/min以下であることが好ましい。
例えば、加熱膨張シート1の使用時に第1樹脂層21及び第2樹脂層22をどのような向きで配置すれば良いかを分かりやすくする目印等を付けるようにすれば、第1樹脂層21と第2樹脂層22とを加熱時の環境に合わせて、間違いなく配置することができる。
本実施形態に係る加熱膨張シート1を加熱膨張させる際の昇温速度は、樹脂組成等によって適宜変更可能ではあるが、例えば、15℃以上150℃以下であることが好ましい。
また、第1樹脂層21の昇温速度としては、例えば、30℃/min以上150℃/min以下であることが好ましく、より好ましくは、45℃/min以上120℃/min以下、特に好ましくは60℃/min以上100℃/min以下である。
第2樹脂層22の昇温速度としては、例えば、15℃/min以上140℃/min以下であることが好ましく、より好ましくは、35℃/min以上110℃/min以下、特に好ましくは55℃/min以上90℃/min以下である。
また、これら第1樹脂層と第2樹脂層との間の昇温速度の差は、5℃/min以上あることが好ましく、10℃/min以上あることがより好ましく、15℃/min以上あることが特に好ましい。第2樹脂層を十分に発泡や硬化させる観点から、第1樹脂層と第2樹脂層との間の昇温速度の差は50℃/min以下であることが好ましい。
この状態で加熱膨張シート1を加熱することによって、第1樹脂層21に第2樹脂層22よりも早く熱が伝わり、第1樹脂層21の昇温速度が第2樹脂層22の昇温速度よりも大きい状態を作りだすことができる。
本実施形態では、基材10が第1樹脂層21と第2樹脂層22との間に配置されているために、第1樹脂層21と第2樹脂層22との昇温速度を確実に異なるものとすることができる。この場合には、基材10は、第1樹脂層21と第2樹脂層22との昇温速度の差を生じさせる、昇温速度制御層として機能しているということもできる。
<本実施形態の効果>
このように構成した加熱膨張シート1によれば、2つの被着面を十分に接着しながらも、樹脂フローの発生を抑えることができる。
このように構成した加熱膨張シート1によれば、2つの被着面を十分に接着しながらも、樹脂フローの発生を抑えることができる。
このような効果を奏することができるメカニズムとしては、第1樹脂層21及び第2樹脂層22が含有する熱硬化性樹の性質が大きく関わっていると考えられる。
熱硬化性樹脂を加熱すると、前述した図2に示すように、溶融による粘度低下と硬化反応による粘度上昇とが平行して起こる。
本発明者らがこの熱硬化性樹脂の性質をより詳しく調べた結果が、図4のグラフである。
これらのグラフから、本発明者らは、熱硬化性樹脂の粘度と昇温速度との間に相関関係があることを見出した。縦軸は粘度を表す指標である。図4においては、昇温速度が大きくなるにつれて、粘度低下のピークがグラフ右下にシフトしていることが分かる。
具体的には、昇温速度が大きくなるにつれて、樹脂の粘度低下が顕著になることを見出したのである。
熱硬化性樹脂を加熱すると、前述した図2に示すように、溶融による粘度低下と硬化反応による粘度上昇とが平行して起こる。
本発明者らがこの熱硬化性樹脂の性質をより詳しく調べた結果が、図4のグラフである。
これらのグラフから、本発明者らは、熱硬化性樹脂の粘度と昇温速度との間に相関関係があることを見出した。縦軸は粘度を表す指標である。図4においては、昇温速度が大きくなるにつれて、粘度低下のピークがグラフ右下にシフトしていることが分かる。
具体的には、昇温速度が大きくなるにつれて、樹脂の粘度低下が顕著になることを見出したのである。
樹脂フローは、加熱膨張時の樹脂の粘度が低い場合に、加熱膨張性の接着層が厚み方向だけではなく、被着体の表面にも膨張することによって発生する。そこで昇温速度が大きく粘度が小さい第1樹脂層21の厚みを、昇温速度が小さく粘度が低下しにくい第2樹脂層22よりも小さくすることによって、隙間の外側へ流れ出す樹脂の量を減らすことができたと考えらえる。
昇温速度を変化させることによって樹脂フローを抑える方法としては、他に熱源を制御する方法が考えられるが、熱源を制御することは現実には難しいため、本実施形態において説明したように樹脂の構成を工夫することによって、非常に簡単に樹脂フローを抑えることができたことは非常に画期的な成果であるといえる。
本実施形態に係る加熱膨張シート1は、非常に狭い隙間に使用されるものであり、第1樹脂層21及び第2樹脂層22の厚みの合計を、例えば、120μm以下、より好ましくは100μm以下、特に好ましくは90μm以下とすることにより、この第1樹脂層21及び第2樹脂層22と隙間の最小寸法との関係を以下の式(1)の範囲となるような隙間に適用した場合であっても十分に樹脂フローを抑えることができる。
(前記隙間の最小寸法-前記基材の厚み)/(前記第1樹脂層と前記第2樹脂層との合計厚み)≦2・・・(1)
より具体的には、2つの被着面の間の最も短い距離(隙間の最小寸法)が、250μm以下、または200μm以下、さらには100μm以下の隙間に用いることが可能である。
樹脂フローの隙間からの突出長さは1200μm以下に抑えることができれば十分に許容できるものであり、1100μm以下、さらには1000μm以下とすることができればより好ましい。
本実施形態に係る加熱膨張シート1は、エポキシ樹脂を含有しているので、耐熱性にも優れており、一度加熱膨張させると高温下でも接着力が低下しにくい。
また、本発明の加熱膨張シート1は、接着層20が熱硬化性樹脂だけではなく、熱可塑性樹脂をも含むものであることにより、接着層20が柔軟性に富み、膨張性と相まって、プレス等で圧力をかけることができない場所にある表面や複雑な形状を有する表面に対しても、高い充填性を確保することが可能である。
また、本発明の加熱膨張シート1は、接着層20が熱硬化性樹脂だけではなく、熱可塑性樹脂をも含むものであることにより、接着層20が柔軟性に富み、膨張性と相まって、プレス等で圧力をかけることができない場所にある表面や複雑な形状を有する表面に対しても、高い充填性を確保することが可能である。
本実施形態に係る加熱膨張シート1は、第1樹脂層21及び第2樹脂層22のそれぞれに前述したような樹脂組成を採用しているので、加熱膨張前には第1樹脂層21及び第2樹脂層22の表面の粘着性を低くし、タックフリーと呼ばれる状態にすることができる。その結果、前述したような狭い隙間に加熱膨張シート1を挿入する場合であっても、第1樹脂層21及び第2樹脂層22のそれぞれと、隙間を形成している被着面との間の摩擦を小さくして、作業性を向上させることが可能である。
また、第1樹脂層21及び第2樹脂層22のそれぞれに前述したような樹脂組成を採用しているので、充填性、速硬化性、柔軟性、耐熱性についてもバランスよく調整することで、膨張性と接着強度の相反する課題を克服し、充分な接着強度と充填性を両立することができる。これにより、被着体間の接着信頼性および固定支持の安定性の高い接着が可能となり、熱伝導性や振動応力等の諸現象にも優れる接着シートを提供することが可能である。
また、第1樹脂層21及び第2樹脂層22のそれぞれに前述したような樹脂組成を採用しているので、充填性、速硬化性、柔軟性、耐熱性についてもバランスよく調整することで、膨張性と接着強度の相反する課題を克服し、充分な接着強度と充填性を両立することができる。これにより、被着体間の接着信頼性および固定支持の安定性の高い接着が可能となり、熱伝導性や振動応力等の諸現象にも優れる接着シートを提供することが可能である。
<その他の実施形態>
本発明に係る加熱膨張シートは前述したものに限られない。
例えば、昇温速度の大きい第1樹脂層が含有する膨張剤の量を第2樹脂層が含有する膨張剤の量の半分以下とすれば、粘度が低下しやすい第1樹脂層の膨張率が下がるので、樹脂フローをより効果的に抑えることができる。
また、第1樹脂層が膨張剤を含まない接着層であるものとした場合にも、同様の効果を得ることができる。
本発明に係る加熱膨張シートは前述したものに限られない。
例えば、昇温速度の大きい第1樹脂層が含有する膨張剤の量を第2樹脂層が含有する膨張剤の量の半分以下とすれば、粘度が低下しやすい第1樹脂層の膨張率が下がるので、樹脂フローをより効果的に抑えることができる。
また、第1樹脂層が膨張剤を含まない接着層であるものとした場合にも、同様の効果を得ることができる。
前述した実施形態では、基材が第1樹脂層と第2樹脂層との間の昇温速度を異なるものとするための昇温速度制御層として機能するものについて説明したが、このようなものに限られず、基材とは別の層として昇温速度制御層を設けるようにしても良い。
さらに言えば、第1樹脂層と第2樹脂層とを全く異なる組成のものとし、これらが互いに接する状態で配置されていても、これら第1樹脂層と第2樹脂層との昇温速度を異なるものとすれば、基材や昇温速度制御層が無くてもよい。
さらに言えば、第1樹脂層と第2樹脂層とを全く異なる組成のものとし、これらが互いに接する状態で配置されていても、これら第1樹脂層と第2樹脂層との昇温速度を異なるものとすれば、基材や昇温速度制御層が無くてもよい。
このように第1樹脂層の膨張率を十分に低減させる又はそもそも第1樹脂層をそもそも膨張させず接着層のみとして使用する場合には、第1樹脂層の厚みを第2樹脂層よりも小さくしなくても、樹脂フローの発生を抑えることができる。樹脂フローは、加熱膨張性の樹脂層が膨張する際に発生しやすいという性質によるものであると考えられるからである。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
加熱膨張シート1の最外表面である第1樹脂層21及び第2樹脂層22の外表面の表面粗さRaは、前述したものに限られず、凹凸がほとんどない平坦な表面のものとしても良い。
第1樹脂層及び第2樹脂層の性質は、前述したものに限られず、熱硬化性樹脂を含有するものであれば良い。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
加熱膨張シート1の最外表面である第1樹脂層21及び第2樹脂層22の外表面の表面粗さRaは、前述したものに限られず、凹凸がほとんどない平坦な表面のものとしても良い。
第1樹脂層及び第2樹脂層の性質は、前述したものに限られず、熱硬化性樹脂を含有するものであれば良い。
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。したがって、本発明の範囲は、以下に示す具体例に限定されるものではない。
<サンプルの作成>
<<樹脂層の作製>>
以下の表1に記載した組成の第1樹脂層及び第2樹脂層をそれぞれ離型フィルム上で形成した。離型フィルムとしては、東山フィルム社製のHY-US20を使用した。
具体的には、表1に記載された組成の第1樹脂層又は第2樹脂層を形成するための樹脂組成物A、B及びCをそれぞれ調整し、これらを前述した離型フィルムの離型処理面上にベーカー式アプリケーターを使用して、乾燥後の厚さが所望の厚さとなるように塗布した。
これを110℃で120秒乾燥して溶媒を除去することによって第1樹脂層又は第2樹脂層となる樹脂層をそれぞれ形成した。
<<樹脂層の作製>>
以下の表1に記載した組成の第1樹脂層及び第2樹脂層をそれぞれ離型フィルム上で形成した。離型フィルムとしては、東山フィルム社製のHY-US20を使用した。
具体的には、表1に記載された組成の第1樹脂層又は第2樹脂層を形成するための樹脂組成物A、B及びCをそれぞれ調整し、これらを前述した離型フィルムの離型処理面上にベーカー式アプリケーターを使用して、乾燥後の厚さが所望の厚さとなるように塗布した。
これを110℃で120秒乾燥して溶媒を除去することによって第1樹脂層又は第2樹脂層となる樹脂層をそれぞれ形成した。
A1:「EPICLON N-690」エポキシ当量 225g/eq (DIC社製)
A2:「EPICLON N-890」エポキシ当量 210g/eq (DIC社製)
B:「Dicy7」アミン当量 21g/eq (三菱ケミカル社製)
C:「エスレックKS-6Z」(積水化学工業社製)
D:「Vamac GLS」(デュポン社製)
E:「EH-5046S」(ADEKA社製)
F:「CT-76」(浅田製粉社製)
<<評価用加熱膨張シートの作製>>
基材としてPI(ポリイミド)フィルム(東レデュポン社製、25μm)を用いた。
次に、前述した手順で作製した樹脂層を、1つの樹脂層が基材の片面に接するように積層し、110℃に調整したロールルミネータによって基材に転写した。
続いて、基材の反対側にも同様にして樹脂層を転写し、これら樹脂層を第1樹脂層及び第2樹脂層とした。
基材の表面に転写する第1樹脂層と第2樹脂層との組み合わせは表2に示すとおりのものとした。
基材としてPI(ポリイミド)フィルム(東レデュポン社製、25μm)を用いた。
次に、前述した手順で作製した樹脂層を、1つの樹脂層が基材の片面に接するように積層し、110℃に調整したロールルミネータによって基材に転写した。
続いて、基材の反対側にも同様にして樹脂層を転写し、これら樹脂層を第1樹脂層及び第2樹脂層とした。
基材の表面に転写する第1樹脂層と第2樹脂層との組み合わせは表2に示すとおりのものとした。
<樹脂フローの発生状況の評価>
前述したようにして作製した加熱膨張シートについて、樹脂フローを以下の手順で測定した。
前述したようにして作製した加熱膨張シートについて、樹脂フローを以下の手順で測定した。
加熱膨張シートから10×25mmのシートを切り出し、これを試験片として用いた。
被着体として2枚のSPCC平板を用意し、これらの間にスペーサを挟み込んだ状態でこれら2枚のSPCC平板をクランプ等で厚み方向から押さえて、一定の隙間が形成される状態で固定した。この時の隙間を形成するスペーサの厚みは、以下の式(2)によって算出したものを使用している。これは、樹脂層が膨張した際に被着体に押し付けられる厚み方向の圧力をできるだけ揃え、かつ試験片を加熱膨張することによって十分な接着性を得る条件とするためである。
(スペーサの厚み)=(基材の厚み)+(第1樹脂層の厚み+第2樹脂層の厚み)×2・・・(2)
このように形成した隙間に試験片を入れて、第1樹脂層側に配置した熱源で加熱して第1樹脂層を昇温速度100℃/minで室温(25℃)から160℃まで昇温し、160℃で5分間(樹脂層の硬化が完了するまで)試験片を加熱して膨張、硬化させた。なお、第1樹脂層の昇温速度については、第1樹脂層の表面に熱電対を設置し、温度が40℃から150℃まで昇温するまでにかかった時間から算出した。
同様の方法で算出した第2樹脂層の昇温速度は、およそ90℃/minであった。
被着体として2枚のSPCC平板を用意し、これらの間にスペーサを挟み込んだ状態でこれら2枚のSPCC平板をクランプ等で厚み方向から押さえて、一定の隙間が形成される状態で固定した。この時の隙間を形成するスペーサの厚みは、以下の式(2)によって算出したものを使用している。これは、樹脂層が膨張した際に被着体に押し付けられる厚み方向の圧力をできるだけ揃え、かつ試験片を加熱膨張することによって十分な接着性を得る条件とするためである。
(スペーサの厚み)=(基材の厚み)+(第1樹脂層の厚み+第2樹脂層の厚み)×2・・・(2)
このように形成した隙間に試験片を入れて、第1樹脂層側に配置した熱源で加熱して第1樹脂層を昇温速度100℃/minで室温(25℃)から160℃まで昇温し、160℃で5分間(樹脂層の硬化が完了するまで)試験片を加熱して膨張、硬化させた。なお、第1樹脂層の昇温速度については、第1樹脂層の表面に熱電対を設置し、温度が40℃から150℃まで昇温するまでにかかった時間から算出した。
同様の方法で算出した第2樹脂層の昇温速度は、およそ90℃/minであった。
試験片が完全に硬化した後に、2枚のSPCC平板が十分に接着できている事を確認した。その後、クランプを外して2枚のSPCC平板のうちの一枚を剥がして、試験片の基材の端から側方へあふれ出している部分の第1樹脂層及び第2樹脂層の先端までの距離をマイクロスコープ(VHXー7000、キーエンス社製)を用いて、測定した。結果を表3に示す。表3中の樹脂フローの距離(樹脂フロー量)は、基材をその面方向から視た場合に該基材から側方へ最も飛び出している部分の長さとした。
<結果の考察>
第1樹脂層と第2樹脂層として、いずれも表1のAの組成のものを使用した比較例1及び実施例1~4の結果を比較すると、昇温速度が第2樹脂層よりも大きい第1樹脂層の厚みを、第2樹脂層よりも小さくすることによって、接着性を十分に発揮する条件下であっても樹脂フロー量が十分に実用的な範囲である1200μm以下となっており、明らかに樹脂フロー量が小さく抑えられていることが分かる。
第1樹脂層と第2樹脂層として、いずれも表1のAの組成のものを使用した比較例1及び実施例1~4の結果を比較すると、昇温速度が第2樹脂層よりも大きい第1樹脂層の厚みを、第2樹脂層よりも小さくすることによって、接着性を十分に発揮する条件下であっても樹脂フロー量が十分に実用的な範囲である1200μm以下となっており、明らかに樹脂フロー量が小さく抑えられていることが分かる。
また、比較例1と実施例5及び実施例6の結果を比較すると、昇温速度が第2樹脂層よりも大きい第1樹脂層の厚みを第2樹脂層と同じにした場合であっても、第1樹脂層が含有する膨張剤の量を第2樹脂層が含有する膨張剤の量の半分以下とすることによっても樹脂フロー量が1000μm以下と非常に小さく抑えられていることが分かる。
このような結果となった理由としては、前述したように、第1樹脂層及び第2樹脂層が熱硬化性樹脂をベース樹脂として含有する樹脂層であり、このような樹脂層においては、昇温速度が大きいほど粘度が小さくなるという性質によるものであると考えられる。
そのため、本実施例で確かめられた本発明の効果は、ここに実施例として記載した具体的な組成物に限られず、第1樹脂層及び第2樹脂層が熱硬化性樹脂をベース樹脂として含有するものである場合にも広く一般化できるものであると考えられる。
このような結果となった理由としては、前述したように、第1樹脂層及び第2樹脂層が熱硬化性樹脂をベース樹脂として含有する樹脂層であり、このような樹脂層においては、昇温速度が大きいほど粘度が小さくなるという性質によるものであると考えられる。
そのため、本実施例で確かめられた本発明の効果は、ここに実施例として記載した具体的な組成物に限られず、第1樹脂層及び第2樹脂層が熱硬化性樹脂をベース樹脂として含有するものである場合にも広く一般化できるものであると考えられる。
本発明によれば、隙間を挟んで向かい合う2つの被着面を十分に接着しながらも、樹脂フローの発生を抑えることができる。
Claims (15)
- 2つの面によって形成される隙間の内部に配置されて、加熱されることによって膨張して前記2つの面を接着する加熱膨張シートであって、
基材と、
前記基材上に形成された熱硬化性樹脂を含有する接着層である第1樹脂層及び第2樹脂層と、を備え、
前記第1樹脂層の昇温速度が、加熱時の条件によって、前記第2樹脂層の昇温速度よりも大きく、
加熱前の前記第1樹脂層の厚みが前記第2樹脂層の厚みよりも小さいことを特徴とする加熱膨張シート。 - 前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とが、前記第1樹脂層と前記第2樹脂層との間でこれらの昇温速度を制御する昇温速度制御層を挟んで配置されている、請求項1に記載の加熱膨張シート。
- 前記基材が、前記昇温速度制御層として機能している、請求項2に記載の加熱膨張シート。
- 加熱時に、前記第1樹脂層が、前記第2樹脂層よりも熱を受けやすい位置に配置されるものである、請求項1~3の何れか一項に記載の加熱膨張シート。
- 前記第1樹脂層と前記第2樹脂層との合計厚みが90μm以下であり、かつ以下の式(1)を満たす請求項1~4の何れか一項に記載の加熱膨張シート。
(前記隙間の最小寸法-前記基材の厚み)/(前記第1樹脂層と前記第2樹脂層との合計厚み)≦2・・・(1)
- 前記第1樹脂層及び/又は前記第2樹脂層の最低粘度温度が、発泡開始温度より高く硬化活性温度より低い、請求項1~5の何れか一項に記載の加熱膨張シート。
- 前記第1樹脂層及び/又は前記第2樹脂層が、エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂と熱膨張剤とを含有する、請求項1~6の何れか一項に記載の加熱膨張シート。
- 前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性エラストマーを含み、
前記熱可塑性エラストマーの含有量が、前記第1樹脂層及び/又は前記第2樹脂層の全質量に対して3~30質量%である、請求項7に記載の加熱膨張シート。 - 前記熱可塑性樹脂が、Tgが100~120℃の範囲にある熱可塑性エラストマーを含む、請求項7又は8に記載の加熱膨張シート。
- 前記膨張剤がマイクロカプセル型発泡剤である、請求項7~9の何れか一項に記載の加熱膨張シート。
- 樹脂フロー量が1200μm以下である、請求項1~10の何れか一項に記載の加熱膨張シート。
- 2つの面によって形成される隙間の内部に配置されて、加熱されることによって膨張して前記2つの面を接着する加熱膨張シートであって、
基材と、
前記基材上に形成された熱硬化性樹脂を含有する接着層である第1樹脂層及び第2樹脂層と、を備え、
前記第1樹脂層の昇温速度が、加熱時の条件によって、前記第2樹脂層の昇温速度よりも大きく、
前記第1樹脂層が熱膨張剤を含有しない、又は前記第1樹脂層中の熱膨張剤の含有量が、前記第2樹脂層中の熱膨張剤の含有量の半分以下であることを特徴とする加熱膨張シート。 - 前記第1樹脂層及び/又は前記第2樹脂層の最低粘度温度が、発泡開始温度より高く硬化活性温度より低い、請求項12に記載の加熱膨張シート。
- 前記第1樹脂層及び/又は前記第2樹脂層が、熱可塑性樹脂を含有するものであり、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性エラストマーを含み、
前記熱可塑性エラストマーの含有量が、前記第1樹脂層及び/又は前記第2樹脂層の全質量に対して3~30質量%である、請求項12又は13に記載の加熱膨張シート。 - 前記第1樹脂層及び/又は前記第2樹脂層が、熱可塑性樹脂を含有するものであり、
前記熱可塑性樹脂が、Tgが100~120℃の範囲にある熱可塑性エラストマーを含む、請求項12~14の何れか1項に記載の加熱膨張シート。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024063029A1 (ja) * | 2022-09-20 | 2024-03-28 | 大日本印刷株式会社 | 発泡性接着シートおよび構造体の製造方法 |
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WO2015190235A1 (ja) * | 2014-06-11 | 2015-12-17 | Dic株式会社 | 接着テープ、物品、モーター及び物品の製造方法 |
WO2018123615A1 (ja) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | Dic株式会社 | 接着テープ、物品及び物品の製造方法 |
JP2020125410A (ja) * | 2019-02-05 | 2020-08-20 | 日東シンコー株式会社 | 熱硬化性接着剤、及び、接着シート |
-
2021
- 2021-05-20 JP JP2021085616A patent/JP2022178658A/ja active Pending
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2022
- 2022-03-31 CN CN202280027413.1A patent/CN117136222A/zh active Pending
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