CN1906989A - 木质系电波吸收材料 - Google Patents

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Abstract

已对应于GHz带域的各种电波吸收体虽被开发着、但为了获得最适的电波吸收特性而用的参数，仅是介电材料或导电材料的形状或含量，自由度较少。再者在最近的无线LAN 2.45GHz频率带域和5.2GHz频率带域的两个频率带域等复数的带域的不必要的电波可同时对应的电波吸收体也被期盼着。提供一种木质系电波吸收材料，其特征在于，通过介经含有铁氧体粉末的接着剂压着由对向的天然木材或加工木质材料而成的板材所形成的磁性层经挟持而得的层合型磁性木材，对铁氧体粉末含有体积比20～80％非磁性不锈钢粉末，磁性层中的铁氧体粉末和非磁性不锈钢粉末的合计体积含有率为10～40％，磁性层的厚度为0.5～5.0mm，中心频率为1～8GHz，在频率2.45GHz频率带域或5.2GHz频率带域具有10dB以上的电波吸收特性。

Description

木质系电波吸收材料
技术领域
本发明是有关吸收行动电话等的数GHz带域的电波的性能优越，同时可容易调整性能的木质系是电波吸收材料。
背景技术
至于电波吸收体的介电损耗材料或导电损耗材料，于10MHz～1GHz的频率领域内主要以铁氧体或碳等被使用着。另外，于1GHz以上的频率带域，则以导电性的金属板、金属网、金属纤维等被使用着。這些材料通常是被使用作和塑料或橡胶等已复合化的板片状电波吸收体。
最近特别尤以已对应于GHz频率带域的薄型电波吸收体被要求着，各种新材料正予广泛的开发着，例如有使碳纤维分散于硅酸钙成型体内者(专利文献1)，将磁铁铅矿(magnetoplumbite)型六方晶铁氧体的粉体混入由橡胶、树脂、硅酸钙等无机材料而成的保持材内者(专利文献2)，将含有Cr 5～35重量％的Fe基合金而成的软磁性粉末分散于橡胶或树脂内者(专利文献3)，使由不锈钢SUS 430而成的软磁性薄片状粉体混合、分散于合成树脂内者(专利文献4)，含有无机系纤维和树脂黏结剂和具有导电性或磁性的纤维或粉剂而空隙率35～89％者(专利文献5)等。
至于已采用一般建材的电波吸收体，有以石膏、石棉水泥或硅酸钙为主要材材，使含有以电磁波损耗材料的碳粉、铁氧体粉或金属化合物粉或這些的混合物的70MHz～3GHz频率带域为对象的电磁波吸收内壁材(专利文献6)等。
至于木质系电波吸收材料，已知有合并使用接着剂并使接合已微小化的电磁波屏蔽材者(专利文献7)，使碳粉或碳纤维和木片混合者(专利文献8、9、10)等。本发明人先前已开发出具有磁性吸附强度或电波屏蔽等机能的新建材的磁性木材(专利文献11、非专利文献1～3)。
【专利文献1】日本特开平9-283971号公报
【专利文献2】日本特开平11-354972号公报
【专利文献3】日本特开2000-200990号公报
【专利文献4】日本特开2001-274587号公报
【专利文献5】开日本特开2003-60381号公报
【专利文献6】日本特开平6-209180号公报
【专利文献7】日本特开昭61-269399号公报
【专利文献8】日本特开平01-191500号公报
【专利文献9】日本特公平6-82943号公报
【专利文献10】日本特公平6-85472号公报
【专利文献11】日本特开2001-118711号公报
【非专利文献1】冈：磁性木材的基础特性，日本应用磁气学会志，Vol.23，No.3，PP.757-762(1999)
【非专利文献2】「Journal of Applied Physics」Vol.91，No.10，Parts 2 and 3，15 May pp.7008-7010(2002)
【非专利文献3】「New Scientist」29，June，p.20(2002)
从来作为建筑物的电波吸收材料，是于必需吸收电波的房间或区域的天花板，内部墙壁、地板、隔间等采用着贴合具有电波屏蔽特性的金属板、金属箔、金属网或涂布含金属的涂料的施工方法。但是，金属板是对电磁波显示出完全反射、零穿透特性者，较难调整室内空间的电波吸收特性。常用的一般建材用的电波吸收材料虽然以陶瓷或水泥板正予开发着，但却有高比重、加工性、施工性、价格等各种问题。
如专利文献7～10所示，合适的建材的电波吸收性木质材料虽正予开发着，但专利文献7所记载者是以频率50～500MHz为对象，专利文献8所记载者是以频率30kHz～1GHz为对象，专利文献9所记载者是以频率10～50MHz为对象。
最近利用行动电话(频率1.6GHz)、PHS(频率1.9GHz)、室内的无线LAN(频率2.4～2.5GHz，5.15～5.25GHz)，产业科学医疗用(ISM)装置(频率2.4～2.5GHz)、ITS(高度道路交通系统，频率5.8GHz)等的1～10GHz附近的电磁波的信息通信机器是正已令人注目的推广展开着，其对机器的错误动作或人身事故、心律调整器受行动电话引起的影响、于音乐厅、餐厅、医院等建筑物内受行动电话类不必要电波侵入的问题亦正日益变大。
作为已对应于吸收這些不必要的电波的GHz频率带域的电波吸收材料，上述的习知技术的各种电波吸收材料虽被开发着、但为得最适的电波吸收特性而用的参数，仅是混合于保持材料内的介电材料或导电材料的形状或含量，自由度较少。再者以這些频率带域为对象的习用电电波吸收材料几乎全为以单一频率为对象者，但在最近的无线LAN 2.45GHz频率带域和5.2GHz频率带域的两个频率带域等复数频率带域的不必要电波可同时对应的电波吸收体也被期盼着。
发明内容
本发明人至目前为止开发的已赋予磁性特性的磁性木材的一种厚度约1cm的混有铁氧体粉末和接着剂的1～4mm的磁性层经以木材挟持成三明治状的木质材，由于具有木质材料的特性和电波吸收性的二种机能，以保持木质建材或家具类原状的可使用作电波吸收体的材料而令人注目的。磁性木材是除电波吸收机能以外，可赋予低比重、容易加工性、温暖性等木质感、吸音性、调湿性、隔热感等。于已使用此种磁性木材于内墙材料等的音乐厅，餐厅或医院内，即无法使用行动电话。
本发明人已开发的此种磁性木材，是采用Mn-Zn铁氧体等磁性材料的磁力损耗者，通過调整磁性层的厚度或磁性材料的含量，虽可调整电波吸收能至某程度，但在2.45GHz频率带域的电波吸收量约为7dB，在被指需要于无线LAN、ISM频率带区域内的带域，可提高电波吸收能，同时有提高设计参数的自由度的必要。
本发明人先以铁氧体粉末的混合比例或磁性层的厚度，对其他磁性粉末或导电粉末的利用进行重复的实验的过程，通過和铁氧体粉末配合并利用不锈钢粉末，发现在无线LAN、ISM频率带域具有更优越的电波吸收特性，同时可得在被指需要的频率带域可容易的调整必要吸收能的木质是电波吸收材料。
也就是说，本发明是(1)以通過介经含有铁氧体粉末的接着剂压着由对向的天然木材或加工木质材料而成的板材所形成的磁性层经挟持而得的层合型磁性木材，对铁氧体粉末含有体积比20～80％的非磁性不锈钢粉末，磁性层中的铁氧体粉末和非磁性不锈钢粉末的合计体积含有率为10～40％，磁性层的厚度为0.5～5.0mm，中心频率为1～8GHz，在频率2.45GHz频率带域或5.2GHz频率带域具有10dB以上的电波吸收特性为特征的木质系电波吸收材料。
另外，本发明是(2)以铁氧体粉末为Mn-Zn是铁氧体，非磁性不锈钢粉末为SUS 304不锈钢为特征的上述(1)的木质系电波吸收材料。
另外，本发明是(3)以铁氧体粉末是中心粒径在50～60μm，粒子直径范围在45～75μm为特征的上述(2)的木质系电波吸收材料。
本发明是通過控制铁氧体粉末的体积含有率、磁性层厚度和铁氧体粉末和非磁性不锈钢粉末的混合比，可调整电波吸收特性。第1图是表示出电波吸收体的电波吸收特性的设计参数经予图标者，表示出中心频率(fo)、中心频率(fo)时的最大吸收量(Smax)和半值宽度ΔW(-6dB)者。
本发明的电波吸收材料，是电波吸收特性的最大吸收量(Smax)的波峰随着磁性层厚度的增加而漂移至低频带域。电波吸收特性的中心频率(fo)是铁氧体粉末和非磁性不锈钢粉末的合计体积含有率越增加，则以些小的内部比率(非磁性不锈钢粉末：铁氧体粉末)和磁性层厚度的变化越大大地漂移。电波吸收特性是通過使磁性层增加，且使铁氧体粉末和非磁性不锈钢粉末的合计体积含有率减少，而于低频领域具有高且陡峭的特性。另外，电波吸收特性是通過使磁性层厚度增加，且使磁性层内的非磁性不锈钢粉末的比率增加，而于低频领域具有高且陡峭的特性。
将磁性木材应用于电波吸收时较重要的问题是磁力损耗。木材本身是介电体，可透过电波。于对向的木材板的间挟持磁性层成三明治状的际，由电场和磁场射出的电波触和木材时，磁性层即有磁力损耗的特性，故磁场消灭而被转换成热且被吸收。作为构成磁性木材的磁性材料，虽優選為铁氧体，但铁氧体是低磁力损耗材料。非磁性不锈钢虽是导电材料，但和通常被使用作电波吸收材料的软磁性材料不锈钢是不同的非磁性，在磁力上可被同样的视作空隙。因此，铁氧体粉末的粒子间距离扩大，结果反磁场增加，复数导磁率实数部μ′被视作会降低。另外，非磁性不锈钢和导电是数较高的其它金属，例如铜的导电是数(5.8×107[/Ω·m])相比，导电是数较低(1.3×104[/Ω·m])，不致引起复数导磁率虚数部μ″的增加。但是，通過合并使用非磁性不锈钢粉末，可得仅以铁氧体粉末未能获得的电波吸收特性。另外，铜是较易氧化，并不适用于具有吸湿性的木材。SUS 304不锈钢是耐蚀性方面较优越的。
发明的功效
因可使木质系材料本身具有优越的电波吸收特性，故不需附加至习用的普通建筑材料或木质制品等并施工至电波吸收体，可保持原状的使用作建筑物材料等，即可得所希望的电波吸收特性。另外，通過调整加入磁性层的非磁性不锈钢粉末的比率、磁性层厚度，可控制吸收带域或吸收波峰的大小和半值宽度，故可提高电波吸收材料的设计自由度。仅调整磁性层的厚度和加入磁性层的非磁性不锈钢粉末的比率，即可容易的制造出各自对应于2.45GHz频率带域和5.2GHz频率带域的电波吸收体。
附图说明
图1是表示电波吸收体的设计参数图。
图2是表示电波吸收测量用的试样形状和尺度的正视和侧视图(A)和表示环状试样经予挟持于试样支持架的状态的截面图(B)。
图3是表示实施例1的各试样的电波吸收特性图。
图4是表示实施例2的各试样的电波吸收特性图。
图5是表示实施例3的各试样的电波吸收特性图。
图6是表示实施例4的各试样的电波吸收特性图。
图7是表示实施例和比较例试样的电波吸收特性的分布图。
具体实施方式
挟持磁性层而成的层合型磁性木材，是配设于对向已混合铁氧体粉末的接着剂的二片天然木材或加工木质材的板材的间，其次压着這些二片木板材，再予干燥而制作。木材的板厚，優選为2～3mm程度。
至于铁氧体粉末，例如可举出Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体等。铁氧体粉末的大小以中心粒径在50～60μm程度，粒子直径范围優選为45～75μm程度。
至于接着剂，如果在黏结木材时具有足够的接着强度者，不论何种种类均可。例如，由酚醛树脂系、氨酯树脂系、丙烯酸酯类树脂系、氰基丙烯酸酯系、环氧树脂系等各种者选出即可。
另外，经予混入接着剂内的铁氧体粉末的混合比越高，则层合型磁性木材虽越具有电波吸收机能，但若混合比过高时即未能获得足够的接着强度，使构成层合型磁性木材的至少二片木板有剥离的危险性。因此，经予混入接着剂内的铁氧体粉末的混合比，需有不损和接着强度的必要。
于层合型磁性木材的制作方法，是将已混合铁氧体粉末的接着剂涂布于对向的二片木板的间。由于层合型磁性木材的部位的不同，接着剂優過为予以涂布至使厚度均匀，使电波吸收机能或质量不致产生差异。
已涂布接着剂后，进行二片木板的压着，其次进行接着剂的干燥，完成层合型磁性木材。此时由于层合型磁性木材的部位的不同，接着剂宜为予以涂布至使厚度均匀，使电波吸收机能或质量不致产生差异。
另外，于本发明中的板材亦可不一定为平板。弯曲板或较有厚度的块状者，有突起或沟状的异形形状等各种者亦可。
因此，于本发明，对铁氧体粉末，通過使含有以体积比宜为20～80％，较宜为30～50％的非磁性不锈钢粉末，使于2.4～2.5GHz的ISM频率带域成为10dB以上，较宜为20dB以上的最大吸收量的电波吸收特性。含有Ni大约4wt％以上、Cr大约12～30wt％的不锈钢已知虽为非磁性不锈钢，但至于代表性非磁性不锈钢是SUS 304(铬镍是不锈钢：大约18wt％Cr，大约8wt％Ni)，優選为采用SUS 304粉末。非磁性不锈钢粉末的大小，宜为中心粒直径大约80～100μm者。
接着剂在固化后所形成的磁性层中的磁性粉末和非磁性不锈钢粉末的合计体积含有率優選为10～40％，较佳为10～30％。另外，磁性层的厚度虽優選为于0.5～5.0mm的范围内选择，但以4.0mm的厚度可得足够大的电波吸收量，较佳为1.0～4.0mm。
以下以实施例进一步详细说明本发明。
如表2所示，准备铁氧体粉末Mn-Zn(日本TOKIN公司制造的BH2；中心粒径58μm)单独的试样、不锈钢粉末(日本太平洋金属公司制造的SUS 304；中心粒径91μm)单独的试样(10S，20S，30S)、铁氧体粉末和不锈钢的混合试样(SF14，FS23，FS32，FS41)使于磁性层上的体积含有率＝粉末所占的体积/(粉末所占的体积+接着剂的体积)，成为10vol％、20vol％、30vol％。
电波吸收特性的测量，是混合铁氧体粉末和不锈钢粉末和接着剂，并挟持于二片纤维板的间使予干燥，制作层合型磁性木材试样后，分离试样成磁铁层和木质量层后，如图2(A)所示，将磁性层加工成内径3.00mm，外径7.00mm，厚度h mm的环状，以此作为试样S，将的收容于网状分析仪(network analyzer)HP8720D(未予图标)附属的单端口(port)电缆A和二埠电缆B的间的试样支持架H内予以测量。表1是表示出电波吸收特性的测量和计算条件。纤维板的材料特性是对复数介电常数、复数导磁率和测量频率均是不变的。
表1
  S参数的测定   测定频率带域   0.05～12[GHz]
  测定点   201点
  材料特性计算   测定模式(复数介电常数)   Baker-Jarvis法
  测定模式(复数导磁率)   Nicolson-Ross法
  电波吸收量计算   木材层厚度dW   2.5[mm]
  磁性层厚度dM   0.5～4.0[mm]
实施例1
于已合计铁氧体粉末和不锈钢粉末的体积含有率Vs＝20vol％，将以二者的比(体积)为表2所示的比率者和醋酸乙烯酯树脂系乳胶接着剂(木工用接着剂)混合并挟持于-二片板厚2.5mm的纤维板(比重0.9g/cm3)的间，使其干燥大约96小时，以制作层合型磁性木材试样。磁性层的厚度为4.0mm。
表2
体积含有率Vs   10vol％   20vol％   30vol％
  仅铁氧体   10F   20F   30F
  不锈钢∶铁氧体(1∶4)   10SF14   20SF14   30SF14
  不锈钢∶铁氧体(2∶3)   10SF23   20SF23   30SF23
  不锈钢∶铁氧体(3∶2)   10SF32   20SF14   30SF32
  不锈钢∶铁氧体(4∶1)   10SF41   20SF41   30SF41
  仅不锈钢   10S   20S   30S
图3(A)，(B)是表示于测量频率0.05～12GHz的范围的电波吸收量的测量结果。由图3，于磁性层dm＝4.0mm，仅铁氧体粉末的试样(20F)虽然在1.5GHz附近可得大约11dB的电波吸收量，但对不锈钢的比率为20vol％(20FS 14)，60vol％(20FS32)，80vol％(20FS41)的试样各自于2.5GHz附近可得大约18dB、26dB、25dB的电波吸收量。另一方面，仅不锈钢粉末的试样(20S)在2.6GHz附近可得大约12dB的电波吸收量。
实施例2
除磁性层的厚度为1.0mm以外，其他以和实施例1相同的条件制作层合型磁性木材试样。图4(A)、(B)是表示测量频率0.05～12GHz的范围内的电波吸收量的测量结果。对仅铁氧体粉末(20F)、不锈钢粉末比率40vol％(20FS23)的试样，各自于约7GHz、6GHz附近，可得30dB、25dB的电波吸收量。不锈钢粉末的内部比率越低，表示出越有较高的电波吸收量的倾向。又，随着内部比率的增加，电波吸收量有降低，同时中心频率漂移至低频的趋向。
实施例3
除铁氧体粉末和不锈钢粉末的内部比率(S∶F)为2∶3，磁性层厚度各自设为0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、4.0mm外，余以和实施例1相同条件制作层合型磁性木材试样。第5图表示于测量频率0.05～12GHz的范围内的电波吸收量的测量结果。磁性层厚度1.5mm时，于大约4.5GHz附近可得约30dB的最大电波吸收量。可知随着磁性层厚度的增加，中心频率会漂移至低频带域。另外，于不锈钢粉末的内部比率较低的情况，磁铁层厚度越薄则有越成高电波吸收量的趋势。
实施例4
除铁氧体粉末和不锈钢粉末的内部比率(S∶F)为4∶1，磁性层厚度各自设为0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、4.0mm外，其他以和实施例1相同条件制作层合型磁性木材试样。图6表示于测量频率0.05～12GHz的范围内的电波吸收量的测量结果。磁性层厚度4.0mm时，于大约2.4GHz附近可得约25dB的最大电波吸收量。可知随着磁性层厚度的增加，中心频率会漂移至低频带域。另外，于不锈钢粉末的内部比率较高的情况，磁铁层厚度越后则有越成高电波吸收量的趋势。
表3是比较铁氧体粉末单独、不锈钢粉末单独时并对中心频率fo、最大吸收量Smax、半值宽度ΔW表示出以上的实施例的测定结果。另外，第7图是通過浓淡表示出对磁性层中的铁氧体粉末和非磁性不锈钢粉末的合计体积含有率各为10vol％、20vol％、30vol％由铁氧体粉末和非磁性不锈钢粉末的体积比和磁性层的厚度而得的电波吸收特性的分布。以分布图的右方下面的点数为中心以于同心圆上分布着较高的最大吸收量，随着体积含有率的增加的同心圆的半径有增加的趋势。
表3
磁性层成分   磁性层厚度 试样型式   中心频率fo[GHz]  最大吸收量Smax[dB]   半值宽度ΔW[GHz]
 磁性粉   1.0mm 20F(20vol％)   6.92   12.02   4.33
30F(30vol％)   6.80   28.12   0.837
  4.0mm 20F(20vol％)   2.56   18.96   0.956
30F(30vol％)   1.30   11.61   3.41
 磁性粉和不锈钢粉末Vs＝20vol％   1.0mm 20SF23(S∶F＝2∶3)   6.50   10.83   4.90
20S(仅不锈钢)   6.50   4.874   -
  4.0mm 20SF23(S∶F＝2∶3)   2.62   45.18   0.120以下
20S(仅不锈钢)   2.98   6.446   -
如表3所示，电波吸收特性以体积含有率Vs＝20vol％、内部比率不锈钢粉末∶铁氧体粉末＝2∶3、磁性层厚度在4.0mm时，中心频率f。[GHz]2.62、最大吸收量Smax[GHz]45.18、半值宽度ΔW[GHz]0.120以下，可得最大电波吸收量。
产业上的可利用能性
本发明的木质系电波吸收材料，是具有用作木质材的机能，同时具有优越的电波吸收特性，故通過用作(a)音乐厅、餐厅、医院、护理设施、木造的建筑物、学校等所用的建材(木质墙面材料、天花板材料、木质门材料、地板材料、隔间)，(b)信息家电器具用安全机能材料、(c)家具、(d)办公用品、文具等，可防止电波干扰，能减轻不需的电波，提高生活环境品质。

Claims (3)

1.一种木质系电波吸收材料，其特征在于，通过介经含有铁氧体粉末的接着剂压着由对向的天然木材或加工木质材料而成的板材所形成的磁性层经挟持而得的层合型磁性木材，对铁氧体粉末含有体积比20～80％的非磁性不锈钢粉末，磁性层中的铁氧体粉末和非磁性不锈钢粉末的合计体积含有率为10～40％，磁性层的厚度为0.5～5.0mm，中心频率为1～8GHz，在频率2.45GHz带域或5.2GHz带域具有10dB以上的电波吸收特性。
2.如权利要求1所述的木质系电波吸收材料，其特征在于，前述铁氧体粉末为Mn-Zn是铁氧体，前述非磁性不锈钢粉末为SUS 304不锈钢。
3.如权利要求2所述的木质系电波吸收材料，其特征在于，前述铁氧体粉末是以重量比计算Mn-Zn铁氧体∶Ni-Zn铁氧体是1∶4～4∶1的混合物。
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