JP2004336028A - 電磁波吸収材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 誘電体(カーボンブラックなど、但し黒鉛を除く)および/または磁性体(フェライト、鉄など)と共に、誘電率調整剤として、固定炭素分97%以上、灰分が3%以下、揮発分が3%以下の黒鉛を含有した電磁波吸収材料である。これにより材料定数を自由に調整できるようになり、高ε'および低ε''を達成できる。
【選択図】 図1
Description
しかしながら、これらの特許文献1および2に開示の技術では、狙い通りの電磁波吸収性能が得られない、言い換えると特許文献1および2には電磁波吸収性能を自由にコントロールするための手段が開示されていない。
また、下記特許文献5には、アクリル樹脂に金属粉および黒鉛粉を混入させ、板状に成形した電磁波消去板が記載されているが、電磁波の反射率は記載されているものの、吸収性能については記載されていないし、電磁波吸収性能を自由にコントロールするための手段も開示されていない。
以上の説明は、誘電体を用いる場合であるが、フェライトなどの磁性体を用いる場合も同様の問題がある。誘電体と磁性体を併用する場合は、材料定数における変動パラメーターが増えるため整合条件を満たすことがさらに難しくなる。
本発明の他の課題は、厚さが薄く、しかも高い電磁波吸収性能を有する電磁波吸収材料を提供することである。
(1)誘電体(但し黒鉛を除く)および/または磁性体と共に、誘電率調整剤として、固定炭素分97%以上、灰分が3%以下、揮発分が3%以下の黒鉛を含有したことを特徴とする電磁波吸収材料。
(2)前記誘電体がカーボンブラックである上記(1)記載の電磁波吸収材料。
(3)前記磁性体がフェライトまたは鉄である上記(1)記載の電磁波吸収材料。
(4)前記鉄がFe−Al−Si系合金、Fe−Cr−Si系合金またはFe−Ni−Cr−Si系合金である上記(3)記載の電磁波吸収材料。
(5)前記磁性体が長径5〜400μmでアスペクト比が5〜100の扁平形状である上記(3)または(4)記載の電磁波吸収材料。
(6)前記誘電体、磁性体および黒鉛の少なくとも1つが絶縁処理されたものである上記(1)〜(5)のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
(7)体積抵抗率が106Ω・cm以上である上記(1)〜(6)のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
(8)放熱材料を1〜50体積%含有する上記(1)〜(7)のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
(9)放熱材料が窒化ホウ素または窒化アルミニウムである上記(1)〜(8)のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
(10)ゴムシートまたは合成樹脂シートである上記(1)〜(9)のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
(11)シートの厚みが0.01〜10mmである上記(10)記載の電磁波吸収材料。
(12)ゴムまたは合成樹脂100重量部に対して、前記誘電体および/または磁性体10〜1000重量部、黒鉛3〜150重量部を含有した上記(10)または(11)記載の電磁波吸収材料。
(13)電磁波吸収材料中に、前記誘電体および/または磁性体を10〜90体積%、黒鉛を1〜30体積%含有した上記(10)または(11)記載の電磁波吸収材料。
(14)リン酸系難燃剤、水酸化物系難燃剤、臭素系難燃剤および金属化合物系難燃剤から選ばれる少なくとも一種の難燃剤を含有した上記(1)〜(13)のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
(15)難燃剤がデカブロムジフェニルオキサイドおよび/または3酸化アンチモンである上記(14)記載の電磁波吸収材料。
また、上記(8)、(9)に記載のように、放熱材料を含有することにより、上記電磁波吸収性能に加えて、熱伝導性を付与することができる。さらに、上記(14)、(15)に記載のように、難燃剤を含有することにより、難燃性をも付与することができる。
また、高分子材料以外に、石膏材、セメント材等のように、充填材を配合することが可能な材料も適宜使用することもできる。
特に、低ε"の黒鉛と高ε"のカーボンブラックを併用することで、無反射曲線上において複素誘電率を自由にコントロールできるため、整合条件を満たすための設計の自由度が向上するという利点がある。
電磁波吸収材料は、体積抵抗率の高い方がε”が低くなる傾向があることから、体積抵抗率は106Ω・cm以上が好ましく、108Ω・cm以上であるのがより好ましい。
このような黒鉛としては、人造黒鉛;鱗状黒鉛、薄片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛、球状黒鉛、膨張黒鉛などの天然黒鉛などが挙げられる。また、黒鉛繊維を使用してもよい。また膨張黒鉛を用いる場合、膨張黒鉛自体が難燃剤としての性質を有しており、難燃性も同時に付与することができる。
(黒鉛の特性)
下記表1に示す配合にて、熱可塑性エラストマーである塩素化ポリエチレン(昭和電工(株)製のエラスレン302NA)に黒鉛(日本黒鉛工業(株)製のCB100)を加え、混練した後、シート状に成形し、厚さ2.0mmの試料1〜9を得た。
また、下記表2に示す配合にてクロロプレンゴム(昭和電工社製のショウプレンGW)に黒鉛および各種配合剤を加え、混練した後、シート状に成形し、加硫を行って厚さ2.0mmの試料10〜12を得た。
また、誘電体として酸化チタン(堺化学工業社製のR310)を使用し、表4に示す配合量で使用したほかは、表1の試料と同様にして比較試料7〜11を得た。比較試料7〜11の配合量および上記と同様にして求めた複素誘電率、tanδを表4に示す。
(配合設計)
厚さ5mmの電磁波吸収材料を用いて、周波数2.45GHzで20dB以上の電磁波吸収を達成することを目標とする。
なお、表5に示す配合組成の電磁波吸収材料の難燃性をプラスチック材料の難燃試験規格(UL94)に記載の方法に従って測定した。その結果は表5に示した通りであり、いずれも良好な難燃性であることを示す「UL94VO」の評価が得られた。
(黒鉛―フェライト)
表7に示す配合量で塩素化ポリエチレン(昭和電工社製のエラスレン302NA)にフェライト(戸田工業社製のKNS415)と、黒鉛(日本黒鉛社製のCB100)またはカーボンブラック(ライオン社製のケッチェンブラックEC)を加え、さらに可塑剤(谷口石油社製のNCL22)を配合して混練した後、シート状に成形し、厚さ5mmの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の2.45GHz帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を測定した。結果を表7に併せて示す。なお、複素透磁率、複素誘電率は円形同軸管を用いたSパラメーター法によって測定した。電磁波吸収量は、その複素透磁率及び複素誘電率を用いて、算出した。
(黒鉛―フェライト)
表8に示す配合量でクロロプレンゴム(昭和電工社製のショウプレンGW)にフェライト(戸田工業社製のKNS415)と、黒鉛(日本黒鉛社製のCB100)またはカーボンブラック(ライオン社製のケッチェンブラックEC)を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、加硫を行って厚さ4mmの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の5.2GHz帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例1と同様にして求めた。その結果を表8に併せて示す。また、参考例2と同様にして測定した難燃性の測定結果も表8に示した。
(黒鉛―フェライト)
表9に示す配合量でクロロプレンゴム(昭和電工社製のショウプレンGW)にフェライト(戸田工業社製のKNS415)と、黒鉛(日本黒鉛社製のCB100)またはカーボンブラック(ライオン社製のケッチェンブラックEC)を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、加硫を行って厚さ3.3mmの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の5.8GHz帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例1と同様にして求めた。その結果を表9に併せて示す。また、参考例2と同様にして測定した難燃性の測定結果も表9に示した。
(黒鉛―カルボニル鉄)
表10に示す配合量で塩素化ポリエチレン(昭和電工社製のエラスレン302NA)にカルボニル鉄(BASF社製のES)と、黒鉛(日本黒鉛社製のCB100)またはカーボンブラック(ライオン社製のケッチェンブラックEC)を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、厚さ2.5mmの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の2.45GHz帯における透磁率、誘電率および電磁波吸収量を実施例1と同様にして求めた。その結果を表10に併せて示す。
(黒鉛―カルボニル鉄)
表11に示す配合量で塩素化ポリエチレン(昭和電工社製のエラスレン302NA)にカルボニル鉄(BASF社製のES)と、黒鉛(日本黒鉛社製のCB100)またはカーボンブラック(昭和キャボット社製のIP1000)を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、厚さ2mmの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の5.2GHz帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例1と同様にして求めた。その結果を表11に併せて示す。
(黒鉛―鉄粉)
表12に示す配合量で天然ゴムに鉄粉(同和鉄粉社製のDSP1000)と、黒鉛(日本黒鉛社製のCB100)またはカーボンブラック(前出のケッチェンブラックEC)を加え、さらに他の配合剤を配合して混練した後、シート状に成形し、厚さ3mmの電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の5.8GHz帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例1と同様にして求めた。その結果を表12に併せて示す。
表13に示す配合量でH−NBR(水添アクリロニトリル-ブタジエンゴム、以下同じ)に扁平軟磁性体(三菱マテリアル社製JEM粉)と、黒鉛(日本黒鉛社製のCB100)またはカーボンブラック(昭和キャボット社製のIP1000)を加え、さらに他の配合剤と溶剤を配合して塗料を作製し、バーコーターにより厚さ約100μmのシート状の電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の1.25GHz帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例1と同様にして求めた。その結果を表13に併せて示す。
赤燐:燐化学工業社製のノーバエクセル140
水酸化マグネシウム:堺化学工業社製のMGZ−2
EVA:東ソー社製のエチレン−酢酸ビニル共重合体(商品名:ウルトラセン750)
また、黒鉛を添加した実施例7のシート状電磁波吸収材料(厚さ約100μm)と、添加していない比較例8のシート状電磁波吸収材料(厚さ約110μm)とについて伝送損失を測定した。測定にはインピーダンスZ=50Ωのマイクロストリップラインを使用した。マイクロストリップライン線路は、面実装部品の実装に適した構造と作成のしやすさによって、広く使われている近傍ノイズの伝送損失測定方法である。図3は、使用したマイクロストリップラインの形状を示す。このものは、絶縁体基板1の表面に直線状の導体路2を設け、この導体路2上にシート状の電磁波吸収材料4を載置したものである。導体路2の両端はネットワークアナライザー(図示せず)に接続される。そして、矢印Aで示す入射波に対して、電磁波吸収材料4の載置部位からの反射量(dB)(矢印S11で示す)および透過量(dB)(矢印S21で示す)を測定し、それらの差をロス量とし、伝送損失を下記式から求めた。
試験結果を図4に示す。図4から、実施例7の電磁波吸収材料は、厚さが110μmと薄いにもかかわらず、高い伝送損失を示していることがわかる。
表14に示す配合量でH−NBRに窒化ホウ素(電気化学工業社製のSP−2)に扁平軟磁性体(三菱マテリアル社製JEM粉)と、黒鉛(日本黒鉛社製のCB100)またはカーボンブラック(昭和キャボット社製のIP1000)を加え、さらに他の配合剤と溶剤を配合して塗料を作製し、バーコーターにより厚さ約100μmのシート状電磁波吸収材料を得た。この電磁波吸収材料の1.25GHz帯における複素透磁率、複素誘電率および電磁波吸収量を実施例1と同様にして求めた。その結果を表14に併せて示す。
Claims (15)
- 誘電体(但し黒鉛を除く)および/または磁性体と共に、誘電率調整剤として、固定炭素分97%以上、灰分が3%以下、揮発分が3%以下の黒鉛を含有したことを特徴とする電磁波吸収材料。
- 前記誘電体がカーボンブラックである請求項1記載の電磁波吸収材料。
- 前記磁性体がフェライトまたは鉄である請求項1記載の電磁波吸収材料。
- 前記鉄がFe−Al−Si系合金、Fe−Cr−Si系合金またはFe−Ni−Cr−Si系合金である請求項3記載の電磁波吸収材料。
- 前記磁性体が長径5〜400μmでアスペクト比が5〜100の扁平形状である請求項3または4記載の電磁波吸収材料。
- 前記誘電体、磁性体および黒鉛の少なくとも1つが絶縁処理されたものである請求項1〜5のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
- 体積抵抗率が106Ω・cm以上である請求項1〜6のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
- 放熱材料を1〜50体積%含有する請求項1〜7のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
- 放熱材料が窒化ホウ素または窒化アルミニウムである請求項8記載の電磁波吸収材料。
- ゴムシートまたは合成樹脂シートである請求項1〜9のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
- シートの厚みが0.01〜10mmである請求項10記載の電磁波吸収材料。
- ゴムまたは合成樹脂100重量部に対して、前記誘電体および/または磁性体10〜1000重量部、黒鉛3〜150重量部を含有した請求項10または11記載の電磁波吸収材料。
- 前記誘電体および/または磁性体を10〜90体積%、黒鉛を1〜30体積%含有した請求項10または11記載の電磁波吸収材料。
- リン酸系難燃剤、水酸化物系難燃剤、臭素系難燃剤および金属化合物系難燃剤から選ばれる少なくとも一種の難燃剤を含有した請求項1〜13のいずれかに記載の電磁波吸収材料。
- 難燃剤がデカブロムジフェニルオキサイドおよび/または3酸化アンチモンである請求項14記載の電磁波吸収材料。
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