JP2004513976A - 含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品 - Google Patents
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Abstract
本発明は、少なくとも1つのガラス繊維の表面の少なくとも一部に樹脂適合性コーティング組成物を有する複数のガラス繊維を含む少なくとも一部が被覆されたファイバストランドであって、その樹脂適合性コーティング組成物が(a)前記ガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する複数の層状無機粒子及び(b)少なくとも1つの重合体材料を含むファイバストランドを提供する。本発明は同様に樹脂適合性コーティング組成物が(a)非熱膨張性有機材料、無機重合体材料、非熱膨張性複合材料及びこれらの混合物から選んだ材料から成り、かつウェトスルーを可能にする平均粒径を有する複数の個別粒子、(b)前記複数の個別粒子と異なる少なくとも1つの潤滑材料、及び(c)少なくとも1つのフィルム形成材料を含む樹脂適合性コーティング組成物の使用を提供する。樹脂適合性コーティング組成物は(a)複数の中空、非熱膨張性有機粒子及び(b)少なくとも1つの中空有機粒子と異なる少なくとも1つの潤滑材料を含むことも可能である。
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【0001】
関連出願
本特許出願は、2000年5月11日出願、名称「含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、Novich等の米国特許出願第09/668,916号の継続出願であり;2000年4月12日出願、名称「含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、Novich等の米国特許出願第09/548,379号の継続出願であり;2000年3月16日出願、名称「含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、Novich等の米国特許出願第09/527,034号の継続出願であり、かつ、下記の一部継続出願である、すなわち、(a)1998年10月13日出願、名称「ガラス繊維強化層板、電子回路基板、および、ファブリック織り込み法」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,578号の一部継続出願であり、1998年8月6日に出願されたが現在では放棄された、名称「ガラス繊維強化層板、電子回路基板、および、ファブリック織り込み法」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/130,270号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、名称「無機潤滑物被覆ガラス繊維ストランドおよび、同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/034,525号の一部継続出願であり;(b)1998年10月13日出願、名称「無機潤滑物被覆ガラス繊維ストランドおよび、同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,780号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、名称「無機潤滑物被覆ガラス繊維ストランドおよび、同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/034,525号の一部継続出願であり;(c)1998年10月13日に出願されたが現在では放棄された、名称「熱伝導性無機固相粒子によって被覆されたガラス繊維ストランドおよび、同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,781号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された米国特許出願第09/034,663号の一部継続出願であり;(d)1998年10月13日に出願された、名称「ガラス繊維ストランドの粗性磨耗抑制法」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,579号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、米国特許出願第09/034,078号の一部継続出願であり;(e)1998年10月13日に出願された、名称「含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,566号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、米国特許出願第09/034,077号の一部継続出願であり;および、(f)1998年10月13日に出願された、名称「無機粒子被覆ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,565号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、米国特許出願第09/034,056号の一部継続出願である。
【0002】
本出願は、1999年5月7日出願の米国仮出願第60/133,075号、1999年5月7日出願の同第60/133,076号、1999年5月26日出願の同第60/136,110号、1999年7月30日出願の同第60/146,337号、1999年7月30日出願の同第60/146,605号、1999年8月3日出願の同第60/146862号、および、2000年2月18日出願の同第60/183,562号の優先権の利益を主張する。
【0003】
本出願は、前記仮出願と同じ日付に出願された、名称「無機粒子被覆ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願__、前記仮出願と同じ日付に出願された、名称「無機粒子被覆ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願__、および、前記仮出願と同じ日付に出願された、名称「無機粒子被覆ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願__と関連する。
【0004】
本発明は、一般に、強化複合体用被覆繊維ストランドに関わり、さらに詳細には、同ストランドが組み込まれるマトリックス材料と適合性被覆繊維ストランドに関わる。
【0005】
熱硬化成形操作時においては、良好な「ウェットスルー(織布帛含浸)」性(ポリマーマトリックス材料が、マットまたは織布帛に浸透すること)および「ウェットアウト(繊維含浸)」性(ポリマーマトリックス材料が、マットまたは織布帛において、個々の繊維束または繊維ストランドに浸透すること)が望ましい。それと対照的に、良好な分散性(すなわち、熱硬化性材料における、繊維の良好な分布帛特性)が、典型的熱硬化性形成操作においては、主要関心事となる。
【0006】
織布帛として編み込まれた繊維ストランドから形成される複合体または層状体の場合、ストランドが良好なウェットスルーおよびウェットアウトを与えることの他に、繊維ストランドの表面に施されたコートが、繊維を加工時の摩擦から保護し、特にエアジェット製織機の場合には、良好な編み込み特性を与え、かつ、その繊維ストランドが組み込まれることになるポリマーマトリックス材料と適合性を持つことが望ましい。しかしながら、多くのサイジング成分は、ポリマーマトリックス材料と適合性を持たず、従って、ガラス繊維と、ポリマーマトリックス材料間の接着性に悪影響を及ぼす可能性がある。その結果、ポリマーマトリックス材料による含浸前に、これら不適合材料を織布帛から除去しなければならなくなる。
【0007】
このような対樹脂非適合サイジング材料の除去、すなわち、織布帛の脱油脂または脱油性は、様々な技術により実行が可能である。これら、対樹脂非適合材料の除去は、もっとも一般的には、織布帛を、長時間高温に暴露し、そのサイジング(単数または複数)を熱的に分解することによって実行される(一般に加熱クリーニングと呼ばれる)。従来の加熱クリーニング工程は、織布帛を380°Cで60〜80時間加熱することを含む。しかしながら、このような加熱クリーニングは、ガラス繊維の強度にとって侵害的であり、その不適合材料を除去することにおいて必ずしも完全に成功的ではなく、また、その織布帛をサイジング分解産物で汚染する可能性がある。サイジング材料を除去する他の方法として、従来から、水洗、及び/又は、化学的除去が試みられている。しかしながら、そのような方法は、一般に、そのような水洗、及び/又は、化学的除去と適合させるために、そのサイジング成分の、相当の再構成を要するものであり、また、全ての不適合性サイジング材料を除去することにおいて、加熱クリーニングほど効果的ではない。
【0008】
さらに、製織工程は、ガラス繊維ストランドにたいして極めて摩擦的であるので、たて糸として用いられるこれらのストランドは、製織前に、典型的には、通常「スラッシング」と呼ばれる二次的コーティング工程にかけられる。この工程は、ガラス繊維の摩擦磨耗を極小にするのに役立つよう、耐摩擦コーティング(通常「スラッシングサイジング」と呼ばれる)によって、たて糸をコートすることである。このスラッシングサイジングは、一般に、前に繊維形成操作時、ガラス繊維に塗布帛された一次サイジングの上に塗布帛される。しかしながら、典型的なスラッシング糊も一般にはポリマーマトリックス材料とは適合性を持たないから、これらの材料もまた、織布帛が樹脂に組み込まれる前に、織布帛から取り除かなければならない。
【0009】
さらに、脱油脂または脱油性織布帛とポリマー樹脂との接着性を向上させるために、仕上糊、典型的には、シラン結合剤および水が、織布帛に塗布帛され、ここにもう一つの処理工程(通常「仕上」と呼ばれる)においてガラス繊維を再コートする。
【0010】
これら付加価値性の無い処理工程、すなわち、スラッシング、脱油脂および脱油性、および、仕上げ等の全ては、織布帛生産サイクル時間とコストを増大させる。さらに、これらは一般に、主要装置と労働力において、相当の投資を必要とする。その上、これらの処理工程に関連してさらに織布帛の取りまわしが必要となるので、織布帛の損傷や、品質の低下を招く可能性がある。
【0011】
これまで、これら処理工程のいくつかについて、その効率や有効度を改善するために努力がなされてきた。にも拘わらず、下記の内の1つ以上を実現可能とするコーティングにたいしては依然として需要がある。すなわち、ガラス繊維の摩擦・破損を抑制すること、各種マトリックス材料と適合性を持つこと、および、マトリックス材料にたいして良好なウェットスルーおよびウェットアウトを与えること、である。さらに、そのコーティングが、近代的なエアージェット製織機と適合性を持つならば、生産性を増すのに特に有利であろう。さらにまた、織布帛形成操作において非付加価値的な処理工程を除去しながら、その一方で、電子基板用途に必要とされる織布帛品質を維持し、かつ、良好な積層特性を与えるものであれば、それは有利であろう。
【0012】
前記要約、並びに、好ましい実施態様に関する下記の詳細な説明は、付属の図面と一緒に読み取られることによって一層良く理解されるであろう。その図面において、
図1は、本発明によるコーティング組成によって、少なくとも部分的にコートされた、被覆繊維ストランドの斜視図である。
【0013】
図2は、サイジング組成によって少なくとも部分的コートされ、かつ、そのサイジング組成の少なくとも一部の上において、本発明による二次コーティング組成によって少なくとも部分的にコートされた被覆繊維ストランドの斜視図である。
【0014】
図3は、サイジング組成、そのサイジング組成の少なくとも一部にコートされる二次コーティング組成、および、その二次コーティング組成の少なくとも一部の上にコートされる、本発明による三次コーティング組成、によって少なくとも部分的にコートされる、被覆繊維ストランドの斜視図である。
【0015】
図4は、本発明による複合製品の平面図である。
【0016】
図5は、本発明による織布帛の平面図である。
【0017】
図6は、本発明による織布帛製織・層状体形成法の模式図である。
【0018】
図7は、本発明による電子基板の断面図である。
【0019】
図8および9は、本発明による電子基板の別様態様の断面図である。
【0020】
図10は、電子基板の織布帛層に開口を形成する方法の模式図である。
【0021】
図11は、一次切断端を示す、ドリル(穴あけ機)の末端透視図である。
【0022】
図12は、ドリル穴パターンの模式図であり、かつ、
図13は、回路パターンの模式図である。
【0023】
本発明の繊維ストランドは、加工中に繊維の摩擦や損傷を好ましく抑制するばかりでなく、下記の特性のうち少なくとも一つを与える、独特のコーティングを有する。その特性とは、複合体形成における、良好な、ウェットスルー、ウェットアウトおよび分散性である。下記に詳細に定義するように、「ストランド」とは、複数の個別繊維、すなわち、少なくとも2本の繊維を含む。本出願で使用する場合、「複合体」とは、本発明の被覆繊維ストランドと付加的材料の結合、例えば、といってそれに限定されるわけでないが、前記被覆繊維ストランドを組み込んだ、複数層の織布帛と、ポリマーマトリックスとの結合によって形成される層状体を意味する。良好な層状体強度、良好な熱安定性、良好な加水分解安定性(すなわち、繊維/ポリマーマトリックス材料接触面に沿って生ずる水の移動に対する抵抗性)、高湿度、反応的酸やアリカリの存在下における低い侵食性と反応性、および、各種ポリマーマトリックス材料との適合性、これらは、重層前の、コーティング除去、特に、加熱または加圧水クリーニングの必要を解消するものであるが、これらが、本発明の被覆繊維ストランドの呈示し得る、その他の、好ましい特性である。
【0024】
好ましくは、本発明の被覆繊維ストランドは、製織・製編に当って良好な加工性を供給する。低い毛羽立ちとぼやけ、低い繊維破断、低いストランド緊張、高い馴染み性と低い挿入時間、これらは、本発明の被覆ガラス繊維繊維ストランドが、単独で、または、他の材料との結合において、供給する好ましい特性である。これらの特性は、製織・製編を好ましく促進し、かつ、プリント回路基板用途においてほとんど表面欠陥の無い織布帛を常に供給する。さらに、本発明の被覆繊維ストランドは、エアジェット製織機の使用に好適となる可能性がある。本出願で使用する場合、「エアジェット製織機」とは、充填糸(よこ糸)が、1つ以上のジェットノズルから放出される圧縮空気噴出によってたて糸格子に挿入されるタイプの織布帛製織を意味する。
【0025】
本発明の被覆繊維ストランドは、その繊維の被覆表面に沿って熱伝導を促進することの可能な独特のコーティングを有することが好ましい。電子回路基板用連続補強体として使用する場合、本発明の被覆ガラス繊維は、熱源(例えば、チップや回路)からの熱の、この補強体に沿っての分散を促進し、かつ、電子部品から熱を遠ざけ、それによって、回路成分、ガラス繊維、および、ポリマーマトリックス材料の熱による劣化、及び/又は、悪化を抑制する機構を供給する可能性がある。本発明の被覆ガラス繊維は、好ましくはマトリックス材料よりも高い熱伝導相、すなわち、熱拡散および分布帛にとって好ましい通路を供給し、それによって、電子回路基板の差分熱膨張や歪を低下させ、半田接合物の信頼性を向上させる。
【0026】
本発明の被覆ガラス繊維ストランドは、好ましくは、マトリックス樹脂の中に熱伝導性材料を取り込む必要を低下させる、または、除去する。これによって、層状体製造操作が向上し、かつ、高価なマトリックス材料供給タンク清掃・維持の費用が下がる。
【0027】
本発明の被覆繊維ストランドは好ましくは、高いストランド開放性を有する。本出願で使用する場合、「高いストランド開放性」という用語は、そのストランドの断面積が大きく、かつ、そのストランドの繊維が、相互に緊密に結合していないことを意味する。高いストランド開放性は、マトリックス材料の、ストランド束への、浸透または含浸を促進する可能性がある。
【0028】
本発明の繊維ストランドによって形成される、本発明の複合体、特に層状体は、好ましくは、下記の特性の内少なくとも一つを所有する。その特性とはすなわち、低い熱膨張係数、良好な曲げ強度、良好な層間結合強度、および、良好な加水安定性、すなわち、水の、繊維/マトリックス接触面に沿う移動に対する抵抗性である。さらに、本発明による繊維ストランドから形成される、本発明の電子基板およびプリント回路基板は、好ましくは下記の特性の内少なくとも一つを有する。その特性とはすなわち、良好な穴開け性、および、金属移動(これは陽極陰極フィラメント形成またはCAFとも呼ばれる)に対する抵抗性である。Tummala(編)等、Microelectronics Packaging Handbook(「微小電子部品パッケージハンドブック」)(1997)ページ896−897、および、IPC−TR−476B、”Electrochemical Migration: Electrochemically Induced Failures in Printed Wiring Board and Assemblies”(「電気化学的移動―プリント配線基板および組みたてにおける電気化学的に誘発される不良品」)(1997)を参照されたい。これらを特に名指しして引用することによって本出願に含める。本発明による良好な穴あけ性を有する繊維ストランドは、穴あけにおける低い道具磨耗、および、開けられた穴の良好な位置精度、の内の少なくとも一つを有する。
【0029】
前述したように、典型的な織布帛形成操作は、繊維グラスストランド、および、それから形成された織布帛を、いくつかの非付加価値処理工程、例えば、スラッシング、加熱クリーニングおよび仕上のような工程にかけることを含む。本発明は、好ましくは、織布帛形成工程において、非付加価値処理工程を取り除く、織布帛、層状体、電子基板およびプリント回路基板を形成法と、同時に、電子パッケージ用途に用いて好適な品質を有する織布帛の供給法を与える。本発明の、好ましい実施態様におけるその他の利点としては、生産サイクル時間の低下、主要装置の除去、織布帛取りまわしや労働コストの低下、良好な織布帛品質、および、良好な最終製品性能が挙げられる。
【0030】
本発明はさらに、他の固体、例えば、紡績、製織または製編装置の一部との接触による、または、繊維間磨耗による、繊維ストランドの摩擦磨耗を、本発明独特のコーティングを有する繊維ストランドを選択することによって抑制する方法を供給する。
【0031】
作用例を除き、あるいは、別様に指示しない限り、本明細書の目的にとっては、本出願並びに特許請求の範囲に使用される、組成、反応条件等の量を表現する数字は皆、全ての例において、「約」という用語によって修飾されるものと理解されなければならない。従って、その逆と特に指示されない限り、下記の明細書並びに付属の特許請求の範囲に記載される数字パラメータは、本発明による実現を求める好みの特性に応じて変動する可能性のある概数である。少なくとも、しかしだからと言って、均等論の適用を特許請求の範囲にのみ限定させようとする試みではないけれども、各数字パラメータは、少なくとも、報告された有意な個々の数字から成る数に照らして、かつ、通常の四捨五入法を適用して理解されなければならない。
【0032】
本発明の範囲を限定する数字範囲やパラメータは概数であるにも拘わらず、特異的実施例に記載される数値は、できるだけ厳密に報告される。しかしながら、如何なる数値も、それぞれの試験測定において観察される標準偏差から必ず生じる、いくらかの誤差を内在的に含む。
【0033】
ここで図1を参照すると、同図においては一貫して類似数字は類似要素を示すしているが、本発明による、複数の繊維12を含む被覆繊維ストランド10が図1に示されている。本出願で使用する場合、「ストランド」とは、複数の個別繊維、すなわち、少なくとも2本の繊維を意味するから、ストランドは、様々の繊維性材料から成る繊維を含み得る。(この繊維束はまた、「ヤーン」とも呼ばれる)。「繊維」という用語は、個別のフィラメントを意味する。本発明を限定するものではないが、繊維12は好ましくは、3から35ミクロンの、通常平均繊維直径を有する。好ましくは、本発明の、通常平均繊維直径は5ミクロン以上である。「微細ヤーン」用途の場合、通常平均繊維直径は、好ましくは、5から7ミクロンの範囲にある。
【0034】
繊維12は、当業者に既知の、繊維性無機材料を含めたいずれの繊維性材料によって形成されていてもよい。この無機および有機材料は、人工材料、または、天然に見られる材料のいずれかであってよい。当業者であれば、繊維性無機および有機材料はポリマー材料であることが分かるであろう。本出願で使用する場合、「ポリマー材料」という用語は、ともに結合し、溶液または固相中で縺れる可能性のある長鎖原子から成る巨大分子から形成される1。本出願で使用する場合、「繊維性」という用語は、一般に、連続性フィラメント、繊維、ストランドまたはヤーンに形成することの可能な材料を意味する。
―――――――
<欄外> 1 James Market al., “Inorganic Polymers”, Prentice Hall Polymer Science and Engineering Series, 1992, p.1. これは参照して本明細書に含める。
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好ましくは、繊維12は、無機の、繊維性ガラス繊維材料から形成される。本発明に有用な繊維性ガラス材料は、「Eガラス」、「Aガラス」、「Cガラス」、「Dガラス」、「Rガラス」、「Sガラス」およびEガラス誘導体のような、繊維性ガラス組成から調製されるが、ただしそれらに限定されない。本出願で使用する場合、「Eガラス誘導体」は、少量の弗素及び/又は硼素を含むガラス組成を意味するが、もっとも好ましくは、弗素無添加及び/又は硼素無添加である。さらに、本出願で使用する場合、「少量の弗素」とは、0.5重量パーセント未満の弗素、好ましくは0.1重量パーセント未満の弗素であり、かつ、「少量のボロン」とは、5重量パーセント未満の硼素、好ましくは2重量パーセント未満のボロンを意味する。玄武岩および鉱物ウールが、本発明において有用な、その他の繊維性ガラス材料の例である。好ましいガラス繊維は、Eガラス、または、Eガラス誘導体から形成される。このような組成は当業者には既知であり、それについてこれ以上議論することは、本開示の見地からは必要とは思われない。
【0035】
本発明のガラス繊維は、従来技術で既知の、如何なるガラス繊維形成法で形成することも可能である。例えば、グラスファフィバーは、直接溶融繊維形成手法、または、間接溶融または継子溶融(marble−melt)繊維形成手法で形成することが可能である。直接溶融繊維形成手法の場合、原材料を混合し、溶融し、かつ、ガラス溶融炉において均一化する。この溶融ガラスを、炉から前炉床に、さらに、繊維形成装置に移す。同装置において、この溶融ガラスを、連続ガラス繊維に細小化する。継子溶融ガラス形成手法の場合、最終的所望のガラス組成を有するガラス片または継子をあらかじめ形成し、ブッシングに供給する。同ブッシングにおいて、これらの片または継子は溶融され、連続ガラス繊維に細小化される。予備溶融機を用いる場合、先ずこの予備溶融機に継子を供給し、溶融し、次にこの溶融ガラスを、繊維形成装置に供給する。同装置においてこのガラスは細小化されて連続繊維を形成する。本発明の場合、ガラス繊維は、好ましくは、直接溶融繊維形成法によって形成される。ガラス組成と、ガラス繊維形成法についてさらに情報を望む場合は、K. Loewenstein, ”The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres,”(「連続ガラス繊維の製造技術」)(第3版、1993)、ページ30−44、47−103および115−165、米国特許第4,542,106号および5,789,329号、および、IPC−EG−140 ”Specification for Finished Fabric Woven from ’E’ Glass for Printed Boards,” (「プリント基板用Eガラスを織り込んだ仕上織布帛用仕様」)の1ページ、Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuitsの公刊物(1997年6月)を参照されたい。これらを特に名指しして引用することによって本出願に含める。
【0036】
好適な、非ガラス、繊維性無機材料の非限定的例としては、セラミック材料、例えば、シリコンカーバイド、カーボン、グラファイト、ムライト、酸化アルミニウム、および、圧電セラミック材料が挙げられる。好適な繊維性有機材料の非限定的例としては、綿、セルロース、天然ゴム、フラックス、ラミー、ヘンプ、サイザル、および、ウールが挙げられる。好適な、繊維性有機ポリマー材料の非限定的な例としては、ポリアミド類(例えば、ナイロンやアラミド類)、熱可塑性ポリエステル類(例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート)、アクリル類(例えば、ポリアクリルニトリル類)、ポリオレフィン類、ポリウレタン類、および、ビニールポリマー類(例えば、ポリビニールアルコール)から形成されるものが挙げられる。本発明に有用な、非ガラス、繊維性材料、および、そのような繊維の調製・加工法は、Encyclopedia of Polymer Science and Technology(「ポリマー科学・技術百科辞典」)第6巻(1967)ページ505−712に長々と論じられている。これらを特に名指しして引用することによって本出願に含める。
【0037】
前記材料の内のいずれかの混合体またはコポリマー、および、前記材料の内のいずれかから形成される繊維の結合体も、望むなら本発明に使用が可能であることが理解される。さらに、ストランドという用語は、異なる繊維性材料から成る、少なくとも2本の異なる繊維を含む。一つの好ましい実施態様では、本発明の繊維ストランドは、少なくとも一つのガラス繊維を含むが、ただし、他の種類の繊維を含んでいてもよい。
【0038】
次に、本発明を、ガラス繊維ストランドとの関連において一般的に論ずることにする。もっとも、当事者であれば、ストランド10は、前述の、従来技術で既知の、いずれかの繊維性材料から形成される繊維12を含むことが可能であることを理解するであろう。従って、ガラス繊維に関連する下記の議論は、一般に、前述の他の繊維にも適用される。
【0039】
図1の参照をさらに続けると、ある好ましい実施態様においては、本発明のストランド10の繊維12の内、少なくとも1本が、好ましくは全てが、繊維12の表面16の少なくとも一部17において、その繊維表面16を加工時の摩擦から保護し、また、繊維破断を抑制するために、コーティング組成、好ましくはコーティング組成の残余から成る一層を有する。好ましくは、この層14は、繊維12の全外表面16すなわち周辺部に存在する。
【0040】
本発明のコーティング組成は、好ましくは水性コーティング組成であり、さらに好ましくは、水性の、樹脂適合性コーティング組成である。安全性の理由で好ましくはないけれども、このコーティング組成は、必要に応じて、アルコールやアセトンのような揮発性有機溶媒を含むことが可能であるが、好ましくはそのような溶媒を含まない。さらに、本発明のコーティング組成を、一次サイジング組成、及び/又は、二次サイジングまたはコーティング組成として使用することが可能である。
【0041】
本出願で使用する場合、好ましい実施態様では、「糊」、「サイジングされた」または「サイジング」という用語は、繊維に適用される全てのコーティング組成を指す。「一次糊」または「一次サイジング」という用語は、繊維の形成直後に、その繊維に適用されるコーティング組成を指す。「二次糊」、「二次サイジング」または「二次コーティング」という用語は、一次サイジングの適用後に、その繊維に適用されるコーティング組成を意味する。「三次糊」、「三次サイジング」または「三次コーティング」という用語は、二次糊の適用後に、その繊維に適用されるコーティング組成を意味する。これらのコーティングは、繊維が織布帛に組み込まれる前に、その繊維に適用することが可能であり、あるいは、繊維が織布帛に組み込まれた後に、例えば、その織布帛にコーティングすることによって、その繊維に適用することが可能である。別態様においては、「糊」、「サイジングされた」および「サイジング」という用語はさらに、通例の、非樹脂適合的サイジング組成の少なくとも一部、好ましくはその全てが、加熱処理または化学処理によって除去された後に、すなわち、仕上糊が織布帛形に組み込まれた裸のガラス繊維に適用された後に、繊維に適用されるコーティング組成(「仕上サイジング」とも呼ばれる)を指す。
【0042】
本出願で使用する場合、「樹脂適合的」という用語は、ガラス繊維に適用されるコーティング組成が、ガラス繊維が組み込まれることになるマトリックス材料と適合的であり、そのために、そのコーティング組成(または、選択されたコーティング組成)は、下記の特性の内少なくとも一つを実現することを意味する。その特性とはすなわち、マトリックス材料への組み込み前の除去を必要としないこと(例えば、脱油脂または脱油性処理による除去)、通例加工時においてマトリックス材料の良好なウェットスルーとウェットアウトを促進すること、および、所望の物理的特性と加水安定性を有する、最終複合製品をもたらすこと、である。
【0043】
本発明のコーティング組成は、1つ以上の、好ましくは複数の粒子18を含むが、この粒子は、前記複数の繊維12の内の少なくとも1本の繊維23に適用されると、少なくとも1本の繊維23の外面16に付着し、図1に示すようにストランド10の隣接繊維23、25の間に1つ以上の介在空間21を供給する。本発明の粒子18は、好ましくは、不連続粒子である。本出願で使用する場合、「不連続」という用語は、その粒子が、通常の加工条件下では、凝集したり、結合して連続フィルムを形成する傾向を持たず、実質的にその個々の区別を保持し、かつ、一般的に、その個々の形態や形を維持することを意味する。本発明の不連続粒子は、シヤリング、すなわち、粒子中の一層または一層分の原子の除去、ネッキング、すなわち、少なくとも2粒子間における二次相転移、および、通常の繊維加工中における部分的凝集、を受けることがあるかも知れないが、それでも依然として「不連続」粒子と考えることが可能なものである。
【0044】
本発明の粒子18は、好ましくは次元的(寸法的)に安定である。本出願で使用する場合、「次元的に安定な粒子」という用語は、その粒子は、通常の繊維加工条件下において、例えば、製織、粗紡およびその他の加工操作時に隣接繊維間に生成される力の下において、一般にその平均粒径と形態を維持し、それによって、隣接繊維23,25間において所望の介在空間21を保持することを意味する。言いかえれば、次元的に安定な粒子は、好ましくは、コーティング組成において、崩壊、溶解、または、実質的に変形することがなく、典型的なガラス繊維処理条件、例えば、最大25°C、好ましくは最大100°C,さらに好ましくは最大140°Cの温度に対する暴露下においても、その選択された平均粒径よりも小さい最大粒径を持つ粒子を形成する。さらに、粒子18は、ガラス繊維処理条件下において、さらに詳細には、処理温度が150°Cを越える可能性のある複合体加工条件下において、実質的にそのサイズが拡大したり、膨張することがない。本出願で使用する場合、粒子に関連して言及される「実質的にサイズが拡大しない」という句は、その粒子は、加工中に、初期サイズの約3倍を越えるほどまでにそのサイズが膨張・増大することがないことを意味する。さらに、本出願で使用する場合、「次元的に安定な粒子」という用語は、結晶粒子と非晶粒子の両方をカバーする。
【0045】
好ましくは、本発明のコーティング組成は、実質的に熱膨張性粒子を含まない。本出願で使用する場合、「熱膨張性粒子」という用語は、気化するのに十分な温度に暴露されると、そのサイズが膨張または実質的に拡大する、そのような材料で充満した粒子、または、そのような材料を含む粒子である。従って、このような熱膨張性粒子は、通常の加工条件下において、粒子中の材料、例えば、発泡剤の相変化によって膨張する。従って、「非熱膨張性粒子」という用語は、正常のファイバー加工条件下では、粒子中の材料の相変化によっては膨張しない粒子を指し、また、本発明の一つの実施態様では、コーティング組成は、少なくとも1つの非熱膨張性粒子を含む。
【0046】
一般に、熱膨張性粒子は、中心腔を持つ中空粒子である。本発明の非限定的実施態様では、この腔は、気体、液体、及び/又は、ゲルのような非固相材料によって少なくとも部分的に満たされていてよい。
【0047】
本出願で使用する場合、「実質的に熱膨張性粒子を含まない」という用語は、固体全体に基づいて50重量%未満、さらに好ましくは35重量%未満の熱膨張性粒子を意味する。さらに好ましくは、本発明のコーティング組成は、事実上熱膨張性粒子を含まない。本出願で使用する場合、「事実上熱膨張性粒子を含まない粒子」という用語は、そのサイジング組成は、固体全体に基づいて20重量%未満、さらに好ましくは5重量%未満、もっとも好ましくは0.001重量%未満の熱膨張性粒子を含むことを意味する。
【0048】
粒子18は好ましくは非油脂性である。この「非油脂性」という用語は、粒子が形成される材料は油脂様ではないことを意味する。本出願で使用する場合、「油脂様」という用語は、材料が、主に、その範囲が25から100炭素原子の、平均炭素鎖長を持つ、単純構成の炭化水素鎖から構成されることを意味する2,3。
―――――――
<欄外> 2 L.H.Sperling “Introduction of Physical Polymer Science”(John wiley and Sons, Inc), 1986, pp.2−5.この内容は参照して本明細書に含める。
3 W.Pushaw et al. “Use of Micronised Waxes and Wax Dispersions in Waterborne Systems”(Polymers, Paint, Colours Journal),Vol.189, No.4412, Jan.1999, pp.18−21. この内容は参照して本明細書に含める。
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本発明の一つの好ましい実施態様では、本発明の粒子18は、不連続で、次元的に安定的で、非油脂様の粒子である。
【0049】
この粒子18は、所望の、いずれの形態または構成を持つことも可能である。本発明を限定させるものではないけれども、好適な粒子形の例としては、球(例えば、ビーズ、微小ビーズ、または、中空球)、立方体、平面または針(棒状または繊維状)が挙げられる。さらに、粒子18は、中空、多孔性または孔非含有性、または、それらの結合体である内部構造、例えば、中空の中心部に多孔性または実質性の壁からなる構造を持つことが可能である。好適な粒子特性についてさらに詳細に求めるならば、H. Katz等(編)、Handbook of Fillers and Plastics、「充填剤およびプラスチックハンドブック」(1987)、ページ9−10を参照されたい。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0050】
粒子18は、ポリマーおよび非ポリマー無機材料、ポリマーおよび非ポリマー有機材料、複合体、および、前記のいずれかの材料の混合体から選ばれた材料から形成することが可能である。本出願で使用する場合、「ポリマー無機材料」という用語は、炭素以外の一つの元素または複数の元素に基づく、バックボーン繰り返し単位を有するポリマー材料を意味する。さらに詳細な情報については、J. E. Mark等の5ページを参照されたい。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。本出願で使用する場合、「ポリマー有機材料」という用語は、炭素に基づく、バックボーン繰り返し単位を有する、合成ポリマー材料、半合成ポリマー材料、および、天然ポリマー材料を意味する。
【0051】
本出願で使用する場合、「有機材料」とは、炭素含有化合物であって、そこにおいては炭素は、典型的には自分自身と水素に、また、しばしばその他の元素に結合する、炭素含有化合物を意味するが、ただし、二元化合物、例えば、酸化炭素類、カーバイド類、二硫化炭素等;三元化合物、例えば、金属シアン化物類、金属カルボニル類、ホスゲン、硫化カルボニル等;および、炭素含有イオン化合物、例えば、金属炭酸塩、例えば、炭酸カルシウムや炭酸ナトリムは除外する。R. Lewis, Sr., Hawley’s Condensed Chemical Dictionary(「Hawleyの簡約化学辞典)(12版、1993)、ページ761−762、および、M. Silberberg Chemistry、The Molecular Nature of Matter and Change(「材料と変化の分子的性質」)(1996)、ページ58。特に名指しして引用することによってこれらを本出願に含める。
【0052】
本出願で使用する場合、「無機材料」という用語は、有機物ではない全ての材料を意味する。
【0053】
本出願で使用する場合、「複合材料」という用語は、2個以上の異なる材料の結合を意味する。複合材料から形成される粒子は、一般に、その表面下の粒子内部の硬度とは異なる硬度を表面に有する。さらに精しく言うと、粒子の表面は、従来技術で既知のいかなるやり方によって修飾されてもよい。そのようなやり方としては、従来技術で既知の技術を用いて表面特性を、粒子の表面硬度はガラス繊維の硬度以下であるが、表面下の粒子硬度は、ガラス繊維硬度を上回るように、化学的または物理的に変えることが挙げられるが、ただしこれに限定されない。例えば、一次材料を、1つ以上の二次材料でコート、被覆、または、包含することによって、より柔かい表面を持つ複合粒子を形成することによって、粒子を形成することが可能である。さらに別の実施態様では、複合材料から形成される粒子を、一次材料を、別形態の一次材料でコート、被覆、または、包含することによって形成することが可能である。本発明に有用な粒子に関してさらに詳細な情報を求めるのであれば、G. Wypych、Handbook of Fillers(「充填剤ハンドブック」)第2版(1999)ページ15−202を参照されたい。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0054】
本発明の粒子18の形成に有用な、代表的非ポリマー無機材料としては、グラファイト、金属類、酸化物、カーバイド、窒化物、硼素化物、硫化物、珪素化物、炭酸塩、硫酸塩および水酸化物が挙げられる。粒子18を形成する好適な無機窒化物の非限定的な例は、本発明の好ましい実施態様である、窒化硼素である。六方晶構造を有する窒化硼素は、特に好ましい。有用な無機酸化物の非限定的例は、酸化亜鉛である。好適な無機硫化物としては、二硫化モリブデン、二硫化タンタル、二硫化タングステン、および、硫化亜鉛が挙げられる。有用な無機珪酸塩としては、珪酸アルミおよび珪酸マグネシウム、例えば、ヒル石が挙げられる。好適な金属としては、モリブデン、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウム、銅、金、鉄、銀、合金、および、前記いずれか同士の混合物が挙げられる。
【0055】
本発明の非限定的実施態様では、粒子は、固相潤滑材料から形成される。本出願で使用する場合、「固相潤滑体」という用語は、二つの表面の間に使用されて、相対的運動時における損傷から保護し、及び/又は、摩擦・磨耗を低下させる全ての固体を意味する。本出願で使用する場合、「無機の固相潤滑体」とは、その固相の潤滑体が独特の結晶癖を持ち、その癖によって、横ずれすると、相互に簡単に滑る薄い平板になり、それによって、その少なくとも一方が運動中の、繊維表面間、好ましくは、ガラス繊維表面間、および、隣接固相表面との間に、抗摩擦潤滑作用をもたらすことを意味する。R. Lewis, Sr., Hawley’s Condensed Chemical Dictionary(「Hawleyの簡約化学辞典)(12版、1993)、ページ712参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。摩擦とは、一つの固体を、別の固体の上に滑らす際の抵抗である。F. Clauss、Solid Lubricants and Self−Lubrication Solids(「固相潤滑体および自己潤滑固体」)(1972)ページ1。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0056】
本発明の一つの非限定的実施態様では、粒子18は層状構造を持つ。層状構造を持つ粒子は、六角配列原子の層板または平板から構成される。そこにおいては、層板内では強い結合があり、異なる層板間では弱いファンデルワールス結合があり、そのために、層板間には、低いせん断強度が与えられる。層状構造の非限定的例は、六方晶系構造である。K. Ludema、Friction, Wear, Lubrication(「摩擦、磨耗、潤滑」)(1996)ページ125;Solid Lubricants and Self−Lubricating Solids(「固相潤滑剤および自己潤滑性固体」)ページ19−22、42−54、75−77、80−81、90−102、113−120および128;W. Campbell、”Solid Lubricants”(「固相潤滑剤」)Boundary Lubrication: An Appraisal of World Literature, ASME Research Committee on Lubrication(1969)ページ202−203。特に名指しして引用することによってこれらを本出願に含める。層状フラリン構造を持つ無機固相粒子も本発明において有用である。
【0057】
本発明の粒子18を形成するのに有用な層状構造を有する好適な材料の非限定的例としては、窒化硼素、グラファイト、金属二カルコゲン化物、マイカ、タルク、石膏、カオリナイト、カルサイト、沃化カドミウム、硫化銀、および、前記のいずれかの混合物が挙げられる。好ましい材料としては、窒化硼素、グラファイト、金属二カルコゲン化物、および、前記のいずれかの混合物が挙げられる。好適な金属二カルコゲン化物としては、二硫化モリブデン、二セレン化モリブデン、二硫化タンタル、二セレン化タンタル、二硫化タングステン、二セレン化タングステン、および、前記のいずれかの混合物が挙げられる。
【0058】
一つの実施態様では、粒子18は、層状構造を持つ、無機の、固相潤滑材料から形成される。本発明のコーティング組成に使用される、層状構造を有する、無機固相潤滑材料の非限定的例としては、窒化硼素、好ましくは、六方晶系構造を有する窒化硼素が挙げられる。窒化硼素、硫化亜鉛およびモンモリロナイトも、ナイロン6,6のようなポリマーマトリックス材料との複合体において良好な白粉性を供給する。
【0059】
本発明に好適に使用される窒化硼素から形成される粒子の非限定的例としては、オハイオ州レイクウッドの、Advanced Ceramics Corporationから市販される、POLARTHERM(商標)100シリーズ(PT120、PT140、PT160およびPT180);300シリーズ(PT350)と600シリーズ(PT620、PT630、PT640およびPT670)の窒化硼素粉末粒子が挙げられる。”PolarTherm Thermally Conductive Fillers for Polymer Materials”(「PolarTherm―ポリマー材料用熱伝導性充填材料」)、オハイオ州レイクウッド、Advanced Ceramics Corporationの技術公報。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。これらの粒子は、25°Cにおいてメートル°K当り250−300ワットの熱伝導性、3.9の誘電率、1015オームセンチメートルの体積抵抗率を持つ。100シリーズは、5から14ミクロンに渡る平均粒径を持ち、300シリーズは、100から150ミクロンに渡る平均粒径を持ち、かつ、600シリーズは、16から200ミクロンを越える平均粒径を持つ。特に、供給業者の報告によれば、POLARTHERM160粒子は、6から12ミクロンの平均粒径、ミクロン以下から70ミクロンまでの粒径範囲、および、下記のような粒径分布帛を持つ。
【0060】
【表1】
【0061】
この分布帛によれば、測定されたPOLARTHERM160窒化硼素粒子の10%は、18.4ミクロンを越える平均粒径を持っていた。本出願で使用する場合、「平均粒径」とは、粒子の平均の粒子サイズを指す。
【0062】
本発明による粒子の平均粒径は、既知のレーザー散乱法によって測定が可能である。本発明の一つの非限定的実施態様では、粒径は、Beckman Coulter LS 230レーザー回折粒径測定装置を用いて測定される。この装置は、粒子のサイズを測定するのに波長750nmのレーザービームを用いるが、粒子は球形であることを仮定する。すなわち、「粒径」とは、その粒子を完全に包む最小の球を指す。例えば、Beckman Coulter LS 230粒径分析装置を用いて測定したPOLARTHERM160窒化硼素粒子は、11.9ミクロンの平均粒径を持ち、その粒子はミクロン以下から35ミクロンの範囲を持ち、かつ、下記の粒子分布帛を持つことが判明した。
【0063】
【表2】
【0064】
この分布帛によれば、測定されたPOLARTHERM160窒化硼素粒子の10%は、20.6ミクロンを越える平均粒径を持っていた。
【0065】
本発明の、もう一つの非限定的実施態様では、粒子18は、非水和性無機材料から形成される。本出願で使用する場合、「非水和性」とは、無機粒子が水分子と反応して水和物を形成せず、従って、水和の水または結晶化の水を含まないことを意味する。「水和物」とは、水分子の、ある材料との反応において、H−OH結合が分断されない、そのような反応によって生成される。R. Lewis, Sr., Hawley’s Condensed Chemical Dictionary(「Hawleyの簡約化学辞典」(12版、1993)、ページ609−610、および、T. Perros, Chemistry(「化学」)(1967)、ページ186−187参照。特に名指しして引用することによってこれらを本出願に含める。水和物の化学式においては、水分子の追加は、通常、中黒によって示される。例えば、3MgO・4SiO2・H2O(タルク)、 Al2O3・2SiO2・2H2O(カオリナイト)のようである。構造的に、水和性無機材料は、結晶格子の一層に少なくとも1つのヒドキシル基を含む(ただし、水をその表面に、あるいは毛管作用によって吸収する単位構造または材料の、表面平面におけるヒドロキシル基を含まない)。例えば、J. Mitchell, Fundamentals of Soil Behavior(「土壌行動の基本」)のページ34の図3.8に示されるカオリナイトや、H. van Olphen、Clay Colloid Chemistry(「粘土コロイド化学」)(第2版、1977)ページ62の、それぞれ図18と19における1:1と2:1層ミネラルの構造に示されるものである。特に名指しして引用することによってこれらを本出願に含める。結晶構造の「層」とは、層板の結合であり、層板は原子平面の結合である。(Minerals in Soil Environments(「土壌環境における鉱物」、Soil Science Society of America(1977)ページ196−199参照、特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める)。層および層間材料(例えば陽イオン)の集合体を単位構造と呼ぶ。
【0066】
水和物は配位水及び/又は構造水を含む。配位水は、水和物中に陽イオンを配位するから、除去されれば構造を破壊する。構造水は、構造の隙間を占拠して、電荷平衡を破ることなく静電エネルギーを増す。R. Evans、An Introduction to Crystal Chemistry(「結晶化学入門」)(1948)ページ276。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。一般に、コーティング組成は50重量%を越える水和性粒子を含まない。本発明の一つの非限定的実施態様では、コーティング組成は、好ましくは事実上水和性粒子を含まない。本出願で使用する場合、「事実上水和物を含まない」という用語は、コーティング組成が、固体全体に基づいて20重量%未満の水和物粒子を、より好ましくは5重量%未満を、もっとも好ましくは0.001重量%未満を含むことを意味する。本発明の一つの実施態様では、粒子18は、非水和性、無機の、固相潤滑材料から形成される。
【0067】
本発明によるコーティング組成は、前述の非水和性無機材料の代わりに、または、同材料に加えて、水和性または水和化無機材料から形成される粒子を含むことが可能である。このような水和性無機材料の非限定的な例は、マイカ(ムスコバイトのような)、タルク、モンモリロナイト、カオリナイト、および、石膏を含む、粘土鉱物層状珪酸塩である。前述したように、このような水和性または水和化材料から形成される粒子は、通常、コーティング組成における粒子の50重量%以下を構成する。
【0068】
本発明のもう一つの実施態様では、粒子18は、非ポリマー性、有機材料から形成されてもよい。本発明において有用な非ポリマー性、有機材料の例としては、ステアリン酸塩(例えば、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸アルミ)、カーボンブラック、および、ステアルアミドが挙げられるが、ただしこれらに限定されない。
【0069】
本発明のさらにもう一つの実施態様では、粒子18は、無機重合体材料から形成されてもよい。有用な無機重合体材料の非限定的例としては、ポリフォスファゲン、ポリシラン、ポリシロキサン、ポリゲレマン、重合体硫黄、重合体セレン、シリコーン、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられる。本発明に使用して好適な、無機重合体材料から形成される粒子の、特異的非限定的例は、TOSPEARL4である。これは、架橋シロキサンから形成される粒子であり、日本の東芝シルコーン社から市販されている。
【0070】
本発明のさらにもう一つの実施態様では、粒子18は、合成有機ポリマー材料から形成されてもよい。好適な有機ポリマー材料としては、熱硬化性材料と熱可塑性材料が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。適当な熱硬化性材料としては、熱硬化性ポリエステル、ビニールエステル、エポキシ材料、フェノーリック、アミノプラスト、熱硬化性ポリウレタン、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。エポシキ材料から形成される、好ましい合成ポリマー粒子の、特異的非限定的例は、エポキシミクロゲル粒子である。
【0071】
適当な熱可塑性材料としては、熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、アクリルポリマー、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン、ビニールポリマー、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられる。好ましい熱可塑性ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、および、ポリエチレンナフタレートが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。好ましいポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、および、ポリイソブテンが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。好ましいアクリルポリマーとしては、スチレンとアクリル酸モノマーのコポリマー、および、メタクリレートを含むポリマーが挙げられる。アクリルコポリマーから形成される合成ポリマー粒子の非限定的例は、不透明な、非架橋性固相アクリル粒子エマルジョンであるRHOPLEX(商標)B−855;不透明、非膜形成性、スチレンアクリルポリマー合成色素であり、1.0ミクロン粒径を有し、固体含有量が26.5重量%、空隙容量が55%であるROPAQUE HP−10556;および、同一であり、それぞれ不透明、非膜形成性、スチレンアクリルポリマー合成色素分散液であり、粒径が0.55ミクロンで、固体含有量が30.5重量%であるROPAQUE OP−967とROPAQUE HP−543P8;および、これも不透明、非膜形成性、スチレンアクリルポリマー合成色素分散液であり、粒径が0.40ミクロンで、固体含有量が36.5重量%であるROPAQUE OP−62LO9がある。これら特異的粒子はそれぞれ、ペンシルバニア州フィラデルフィアのRohm and Haas Companyから市販されている。
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<欄外> 4 R.J.Perry “Applications for Cross−Linked Siloxane Particles”(Chemtech, Feb. 1999), pp.39−44
5 “Chemicals for the Textile Industry” (Sep.1987),Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能
6 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“ROPAQUETM HP−1055, Hollow Sphere Pigment for Paper and Paperboard Coatings” (Oct.1994)と称される製品特性シートの1頁参照。この文献は参照して本明細書に含める。
7 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“Architectual Coatings−ROPAQUETM OP−96, The All Purpose Pigment”(Apr.1997) と称される製品技術カタログの1頁参照。この文献は参照して本明細書に含める。
8 ROPAQUETM HP−543P及びROPAQUETM OP−96は同じ材料である;この材料は塗料業界ではROPAQUETM HP−543P、コーティング業界ではROPAQUETM OP−96として特定される。
9 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“Architectual Coatings−ROPAQUETM OP−96, The All Purpose Pigment”(Apr.1997) 称される製品技術カタログの1頁参照。この文献は参照して本明細書に含める。
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本発明による粒子18は、半合成の、有機ポリマー材料、および、天然ポリマー材料から形成されてもよい。本出願で使用する場合、「半合成材料」とは、化学的に修飾された、天然生成物である。それから、粒子18の形成が可能な、適当な半合成、有機ポリマー材料としては、メチルセルロースや酢酸セルロースのようなセルロース類;酢酸スターチやスターチヒドロエチルエーテルのような修飾スターチが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。それから、粒子18の形成が可能な、適当な天然ポリマー材料としては、スターチのような多糖類;カゼインのようなポリペプチド;および、天然ゴムやグタペルカのような天然炭化水素が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。
【0072】
本発明の、一つの非限定的実施態様では、ポリマー粒子18は、コートされたストランドによる水分吸収を下げる、または、制限するために、疎水性ポリマー材料から形成される。そのような疎水性ポリマー材料の非限定的例としては、ポリエチレン、ポリプロプレン、ポリスチレン、および、ポリメチルメタクリレートが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。ポリスチレンコポリマーの非限定的例としては、ROPAQUE OP−96、ROPAQUE HP−543P、および、ROPAQUE OP−62LO色素が挙げられる(それぞれ前述した)。
【0073】
本発明のもう一つの非限定的実施態様では、ポリマー粒子18は、25°Cを越える、好ましくは50°Cを越える、ガラス転移温度(Tg)、及び/又は、融解点を有するポリマー材料から形成される。
【0074】
本発明のさらにもう一つの非限定的実施態様では、粒子は、ポリマー性および非ポリマー性無機材料、ポリマー性および非ポリマー性有機材料、複合材料、および、前記のいずれか同士の混合物から選ばれる材料から形成される中空粒子であってもよい。それから中空粒子の形成が可能な適当な材料の非限定的例は前述した通りである。本発明において有用な中空粒子の非限定的な例は、ROPAQUE HP−1055、ROPAQUE OP−96、ROPAQUE HP−543P、および、ROPAQUE OP−62LO色素である(それぞれ前述した)。本発明において有用である可能性のある、中空粒子の、他の非限定的例に関しては、Katz等(編)(1987)ページ437−452を参照されたい。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0075】
本発明のコーティング組成において有用な粒子18は、水における分散液、懸濁液、または、乳液として存在することが可能である。鉱油またはアルコール(好ましくは5重量%未満)のような、その他の溶媒を、要すれば、分散液、懸濁液または乳液に含めてもよい。無機材料から形成される粒子の好ましい分散液の非限定的例は、ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONCである。このものは、水にたいして、25重量%窒化硼素粒子を分散させた分散液で、テネシー州、オークリッジのZYP Coatings, Inc.で市販される。”ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC”は、ZYP Coatings, Inc.の技術公報であるが、特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。この技術公報によれば、本製品における窒化硼素粒子は、3ミクロン未満の平均粒径を持ち、かつ、窒化硼素粒子を、この分散液が適用されるマトリックスに結合するための、1%の珪酸マグネシウム・アルミニウムを含む。Beckman Coulter LS 230粒径分析装置を用いて、ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC25の窒化硼素を独立に試験したところ、6.2ミクロンの平均粒径で、ミクロン以下から35ミクロンまでに渡る粒子と、下記の粒子分布帛を有することが判明した。
【0076】
【表3】
【0077】
この分布帛によれば、測定されたORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC25窒化硼素粒子の10%は、10.2ミクロンを越える平均粒径を持っていた。
【0078】
ZYP Coatingsから市販される、その他の有用な製品としては、BORON NITRIDE LUBRICOATペンキ、および、BRAZESTOPとWELD RELEASE製品が挙げられる。アクリルポリマーとコポリマーから形成される合成ポリマー粒子の乳液および分散液の特異的、非限定的例としては、RHOPLEX B−85アクリル乳液(前述);45重量%の固体含量と98°Cのガラス転移温度を持つ、全てアクリルの、硬性ポリマー乳液であるRHOPLEX GL−62310;45重量%の固体含量と105°Cのガラス転移温度を持つ、硬性、メタクリレートポリマー乳液であるEMULSION E−232111;0.55ミクロンの粒径と、30.5重量%の個体含量を持つ分散液として供給されるROPAQUE OP−96とROPAQUE HP−543P(前述);0.40ミクロンの粒径と、36.5重量%の個体含量を持つ分散液として供給されるROPAQUE OP−62LO(前述);および、26.5重量%の個体含量を持つ分散液として供給されるROPAQUE HP−1055(前述)が挙げられる。これらは皆、ペンシルバニア州フィラデルフィアのRohm and Haas Companyから市販されている。
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<欄外> 10 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“RhoplexTM GL−623, Self−Crosslinking Acrylic Binder of Industrial Nonwovens”(Mar.1997)と称される製品特性シート参照。この内容は参照して本明細書に含める。
11 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“Building Products Industrial Coatings−Emulsion E−2321” (1990) と称される製品特性シート参照。この内容は参照して本明細書に含める。
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本発明の特に好ましい実施態様では、コーティング組成は、少なくとも1つの無機粒子、特に窒化硼素、さらに特定的には、商品名POLARTHERM及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONCの下に市販される窒化硼素、および、少なくとも1つの熱可塑性材料、特に、スチレンとアクリルモノマーのコポリマー、さらに特定的には、商品名ROPAQUEの下に市販されるコポリマー、との混合物を含む。
【0079】
粒子18は、隣接繊維間に所望の隙間を実現するのに十分な平均粒径19を達成するように選択される。例えば、エアジェット製織機で加工される繊維12に適用されるサイジング組成に取り込まれる粒子18の平均粒径19は、好ましくは、少なくとも隣接する2本の繊維間に十分な隙間を供給し、それによって、繊維ストランド10が、編機を横切って、エアジェット輸送されるのを可能とするように選ばれる。本出願で使用する場合、「エアージェット製織機」とは、そこにおいては、よこ糸が、当業者には既知のやり方で、複数のエアージェットノズルから発せられる、一陣の圧搾空気によってほぐされたたて糸の中に挿入されるタイプの製織機を意味する。また別の例では、ポリマーマトリックス材料で含浸される繊維12に適用されるサイジング組成に取り込まれる粒子18の平均粒径19は、繊維ストランド10の、良好なウェットスルー(織布帛浸透性)とウェットアウト(繊維浸透性)を可能とするのに十分なほどの隙間を、少なくとも2本の隣接繊維間に供給するように選ばれる。
【0080】
本発明を限定するものではないが、粒子18は好ましくは、レーザー散乱法を用いて測定した場合、1000ミクロン以下、さらに好ましくは0.001から100ミクロン、もっとも好ましくは0.1から25ミクロンの平均粒径を持つ。
【0081】
本発明の、一つの特異的、非限定的実施態様では、粒子18の平均粒径19は、少なくとも0.1ミクロン、好ましくは少なくとも0.5ミクロンで、0.1ミクロンから5ミクロンの範囲、好ましくは0.5ミクロンから2ミクロンの範囲を持つ。本発明のある実施態様では、粒子18は、コーティング組成がその上に塗布帛される繊維12の平均直径よりも一般に小さい平均粒径を持つ。従来から次のことが観察されている、すなわち、前述の平均粒径19を持つ粒子18を含む一次サイジング組成の残留層14を有する繊維ストランド10から製造されるヤーンは、好都合にも、隣接繊維23、25の間に、エアージェット製織を可能とするほどに十分な隙間を供給しながら、また一方で、繊維ストランド10の完全性を維持し、かつ、ポリマーマトリックス材料を含浸させた場合、受容可能なウェットスルーとウェットアウトとを供給する。
【0082】
本発明の、別の特異的、非限定的実施態様では、粒子18の平均粒径19は、少なくとも3ミクロン、好ましくは少なくとも5ミクロンで、3から1000ミクロンの範囲、好ましくは5から1000ミクロンの範囲、さらに好ましくは10から25ミクロンの範囲を持つ。本実施態様では、粒子18の平均粒径19は、一般に、ガラス繊維の、公称平均粒径と一致することが好ましい。従来から、前述の粒径内に収まる粒子によってコートされたストランドによって製造された織布帛は、ポリマーマトリックス材料で含浸させた場合、良好なウェットスルーとウェットアウトとを呈することが観察されている。
【0083】
当業者であれば、異なる平均粒径19を有する1つ以上の粒子18の混合物を、本発明に従ってコーティング組成に含ませ、それによって、繊維ストランド10や、その後に同ストランドから製造される製品に、所望の性質や加工性を付与することが可能であることが了解されるであろう。さらに具体的に言うと、様々な粒径の粒子を適当量混合し、それによって、前記と同様に良好なエアージェット輸送特性を持つストランドを供給し、良好なウェットスルーやウェットアウトを示す織布帛を供給することが可能である。
【0084】
繊維は、そのガラス繊維が、形成時、および、製織や粗紡のようなその後の加工時において接触する、隣接繊維、及び/又は、他の固体や材料の粗面と接触することによって摩擦磨耗を受ける。本出願で使用する場合、「摩擦磨耗」とは、繊維にたいして損傷を与えるのに十分なほど固い、粒子や、材料の端や実体との摩擦的接触によって生じる、繊維表面の小片の削落または切断、あるいは、繊維の破断を意味する。K. Ludemaページ129参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。繊維ストランドの研磨磨耗は、加工時繊維破断のような、繊維ストランドに対する悪影響を及ぼし、織布帛や複合体のような製品に欠陥をもたらし、これは無駄と製造コストを上昇させる。
【0085】
形成工程において、例えば、繊維、特にガラス繊維は、固形物、例えば、金属の巻き取りシューや、仕上パッケージに巻き取られる前には横断機または回旋機と接触する。製編や製織のような織布帛編み込み操作では、ガラス繊維ストランドは、接触するガラス繊維12の表面を磨耗する可能性のある、繊維編み込み装置(例えば、製織機や製編機)の一部のような固体物と接触する。例えば、紡糸枠、製織機や製編機の多くの部分は、最大8.5のモー硬度を持つ、スチールのような金属材料で形成される12。このような固体の粗面との接触によって生じる、ガラス繊維ストランドの摩擦磨耗は、加工中にストランド破断をもたらし、かつ、織布帛や複合体のような製品に欠陥をもたらし、これは無駄と製造コストを上昇させる。
―――――――――――
<欄外> 12Hanfbook of Chemistry and Physics (F−22頁)
――――――――――
摩擦磨耗を最小に留めるために、本発明の一つの実施態様では、粒子18は、ガラス繊維(単数または複数)の硬度値を越えない、すなわち、それ以下の硬度値を持つ。粒子とガラス繊維の硬度値は、ビッカーの硬度またはブリネルの硬度のような、いずれの通例の硬度測定法によって定量することも可能であるが、好ましくは、モーの硬度スケール元法によって定量される。このスケールは、1から10までのスケールにおいて、材料表面の、相対的引っ掻き抵抗を示す。ガラス繊維のモーの硬度値は、一般に、4.5から6.5に広がるが、一般的には6である。R. Weast(編)、Handbook of Chemistry and Physics(「化学・物理ハンドブック」)、CRC Press(1975)ページF−22。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。本実施態様では、粒子18のモーの硬度値は、好ましくは、0.5から6の範囲を持つ。本発明に使用が適当な無機材料から形成される粒子の、いくつかの非限定的例のモー硬度値を、下記の表Aに示す。
【0086】
【表4】
【0087】
―――――――――
<欄外> 13 K.Ludema, “Friction, Wear, Lubrication”(「摩擦、摩耗、潤滑」)1996年,27頁、これは参照して本明細書に含める。
14 R.Weast(Ed.) “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press, F−22頁
15 R.Lewis, Sr., “Hawley’s Condensed Chemical Dictionary” (12th ed.1993) 793頁。これは参照して本明細書に含める。
16 “Hawley’s Condensed Chemical Dictionar” (12th ed.1993) 1113頁。これは参照して本明細書に含める。
17 “Hawley’s Condensed Chemical Dictionary” (12th ed.1993) 784頁。これは参照して本明細書に含める。
18 “Handbook of Chemistry and Physic”, F−22頁
19 “andbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
20 “Friction, Wear, Lubrication”27頁
21 “Friction, Wear, Lubrication”27頁
22 “Friction, Wear, Lubrication”27頁
23 “Friction, Wear, Lubrication”27頁
24 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
25 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
26 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
27 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
28 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
―――――――――
【0088】
【表5】
【0089】
―――――――――
<欄外> 29 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
30 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
31 R.Weast(Ed.) “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press(71th Ed., 1990), F−22頁
―――――――――
前述したように、モーの硬度スケールは、材料の引っ掻きに対する抵抗に関連する。従って、本発明はさらに、その表面下の、粒子の内部の硬度とは異なる硬度を表面に有する粒子を想定する。さらに具体的に言うと、前述したように、粒子の表面は、従来技術で既知のいかなるやり方で修飾されてもよい。そのようなやり方としては、従来技術で既知の技法を用いて粒子の表面特性を化学的に変化させ、それによって、粒子の表面硬度を、ガラス繊維の硬度以下とし、一方、表面下の粒子の硬度を、ガラス繊維の硬度よりも高くすることが挙げられるが、ただしそれに限定されない。また別態様として、粒子を、1つ以上の二次材料でコート、被覆、または包含した一次材料から形成し、それによってより柔かい表面を持つ複合材料を形成することが可能である。さらに別態様として、粒子を、別形態の一次材料でコート、被覆、または包含した一次材料から形成し、それによってより柔かい表面を持つ複合材料を形成することが可能である。
【0090】
一つの例では、といって、本発明を限定するものではないが、シリコンカーバイドあるいは窒化アルミニウムのような無機材料から形成される無機粒子にたいし、シリカ、炭酸塩、または、ナノクレーコーティングを供給して、有用な複合粒子を形成することが可能である。別の非限定的例では、アルキル側鎖を有するシラン結合剤を、無機の酸化物から形成される無機粒子の表面と反応させて、「より柔かい」表面を持つ有用な複合粒子を供給することが可能である。他の例としては、非ポリマー性またはポリマー性材料から形成される被覆、包含またはコーティング粒子が挙げられる。そのような複合粒子の、特異的非限定的例は、DUALITEである。これは、ニューヨーク州バッファローのPierce and Stevens Corporationから市販される炭酸カルシウムでコートされた合成ポリマー粒子である。本発明の一つの実施態様では、粒子18は、熱伝導的であり、すなわち、300Kの温度で測定した場合、好ましくは、1メートル1K当り少なくとも0.2ワットの熱伝導性を、さらに好ましくは、1メートル1K当り少なくとも0.5ワットの熱伝導性を持つ。非限定的実施態様では、粒子18は、300Kの温度で測定した場合、1メートル1K当り少なくとも1ワット、さらに好ましくは1メートル1K当り少なくとも5ワットの熱伝導性を持つ。ある好ましい実施態様では、粒子18の熱伝導性は、300Kの温度で測定した場合、1メートル1K当り少なくとも25ワット、さらに好ましくは1メートル1K当り少なくとも30ワット、かつ、さらに好ましくはメートル当り少なくとも100ワットである。別の実施態様では、粒子の熱伝導度は、300Kの温度で測定した場合、1メートル1K当り5から2000ワットの範囲、好ましくはメートル当り25から2000ワットの範囲、さらに好ましくはメートル当り30から2000ワットの範囲、もっとも好ましくは100から2000ワットの範囲を持つ。本出願で使用する場合、「熱伝導性」とは、熱をそれ自体の中を移動させる能力を記述する、その粒子の性質を意味する。R. Lewis, Sr., Hawley’s Condensed Chemical Dictionary(「Hawleyの簡約化学辞典)(12版、1993)、ページ305参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0091】
ある材料の熱伝導性は、当業者には既知のいずれの方法によっても定量が可能である。例えば、試験される材料の熱伝導性が、1メートル1K当り0.001ワットから、1メートル1K当り100ワットの範囲を持つのであれば、その材料の熱伝導性は、ASTM C−177−85(特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める)に従って、好ましくは保護ホットプレートを用いて定量が可能である。言いかえれば、熱伝導が、1メートル1K当り0.001ワットから1メートル1K当り20ワットの範囲にあるならば、この保護ホットプレート法を使用すべきである。熱伝導が、1メートル1K当り100ワットを越えるならば、保護熱流束センサー法を使用すべきである。1メートル1K当り20から100ワットの範囲の場合には、いずれの方法も使用が可能である。
【0092】
保護ホットプレート法の場合、1個の保護過熱装置、2個の付属加熱プレート、2個の冷却装置、端部断熱体、温度制御二次ガード、および、温度センサー読み取りシステムを含む保護ホットプレート装置を用いて、事実上同一の二つのサンプルを試験する。これらのサンプルを、保護加熱装置の両側に、サンプルの対向面を、付属過熱装置に接触させて配置する。次に、装置を、所望の試験温度まで加熱し、熱定常状態を実現するのに必要な一定時間保持する。この定常状態条件が達成されたならば、二つのサンプルを通過する熱流(Q)、および、サンプルを横切る温度差(ΔT)を記録する。次に、両サンプルの平均熱伝導度(KTC)を下式(I)を用いて計算する。
【0093】
KTC=QL/A・ΔT...(I)
ここにLは、両サンプルの平均厚さであり、Aは、両サンプルの合計面積の平均値である。
【0094】
比較的高い熱伝導を有する材料は、孔開放操作時に発生する熱を、孔面積から比較的速やかに分散させるから、ドリル先端寿命を長引かせると考えられている。表A中の選択された材料の熱伝導性を、表Bに含める。
【0095】
必要とはされないが、本発明に有用なもう一つの実施態様では、粒子は、電気的に絶縁される、あるいは、高い電気抵抗を持つ、すなわち、1000ミクロオームcmを越える電気抵抗率を持つ。高電気抵抗率を有する粒子を使用することは、補強材を通じての電子伝導による電気信号の損失を抑制するために、通例の電子回路基板用途用には好ましい。特別用途の場合には、例えば、マイクロウェーブ用回路基板、高周波干渉および電磁波干渉用途の場合、高い電気抵抗率を有する粒子は必要とされない。表A中の選択された材料の電気抵抗を、表Bに含める。
【0096】
【表6】
【0097】
――――――――――――
<欄外> 32 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.322。これは参照して本明細書に含める。
33 A. Weimer(Ed.) “Carbie, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing”1997, p.654
34 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
35 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.325。これは参照して本明細書に含める。
36 R.Lewis, Sr., “Hawley’s Condensed Chemical Dictionary”(12th Ed.1993) p.164。これは参照して本明細書に含める。
37 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.333。これは参照して本明細書に含める。
38 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.329。これは参照して本明細書に含める。
39 A. Weimer(Ed) “Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing”1997, p.654
40 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
41 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.333
42 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.321. これは参照して本明細書に含める。
43“Microelectronics Packaging Handbook”, p.36. これは参照して本明細書に含める。
44 A. Weimer(Ed.) “Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing”1997, p.653. これは参照して本明細書に含める。
45 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
46 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.36. これは参照して本明細書に含める。
47 A. Weimer(Ed.) “Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing”1997, p.654.
48 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
49 “Microelectronics Packaging Handbook” p.905. これは参照して本明細書に含める。
50 “Hawley’s Condensed Chemical Dictionary”(12th Ed.1993), p.141。これは参照して本明細書に含める。
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【0098】
【表7】
【0099】
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<欄外> 51 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
52 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press, 1975, pp12−54
53 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press(71st Ed. 1990), pp.12−63. これは参照して本明細書に含める。
54 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press(71st Ed. 1990), pp.4−158. これは参照して本明細書に含める。
55 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.36.
56 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press(71st Ed. 1990), pp.12−63. これは参照して本明細書に含める。
57 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
58 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
59 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−166. これは参照して本明細書に含める。
60 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
61 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.322。これは参照して本明細書に含める。
62 W. Callister,”Materials Science and Engineering An Introduction”(2nd ed. 1991), p.637. これは参照して本明細書に含める。
63 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
64 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
65 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
66 “Web Elements”http://www.shef.ac.uk/〜chem/web−elents/nofr−image−l/hardness−minerals−l.hjml(Feb.26,1998)による。
67 Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
68 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
69 Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
70 Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
71 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
72 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
73 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
74 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
75 “Web Elements”http://www.shef.ac.uk/〜chem/web−elents/nofr−image−l/hardness−minerals−l.hjml(Feb.26,1998)による。
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【0100】
【表8】
【0101】
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<欄外> 76 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
77 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
78 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
79 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
80 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
81 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
82 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
83 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
84 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
85 “Microelectronics Packaging Handbook” p174
86 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
87 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
88 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
89 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
90 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
91 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
92 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press (1975), p.D−171. これは参照して本明細書に含める。
93 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
94 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
95 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
96 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
――――――――――――
当業者ならば、本発明のコーティング組成の粒子18は、前述の粒子同士の、いかなる結合体または混合物でも含むことが可能であることが了解されよう。さらに具体的に言うと、と言って、本発明を限定するものではないが、粒子18は、前述のいずれの材料同士から製造される、追加の粒子同士のいずれの結合体を含むことも可能である。従って、全ての粒子18が、同一である必要はない―それらは化学的に異なっていてもよく、及び/又は、化学的には同じであるが、形態または性質において異なっていてもよい。前記追加粒子は、一般に粒子18の半分まで、好ましくは粒子18の15%までを含んでいてよい。
【0102】
一つの実施態様では、粒子18は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の0.001から99重量%、好ましくは50から99重量%、さらに好ましくは75から99重量%を含む。この実施態様では、特に好ましいコーティングとしては、i)有機成分と、300Kの温度において1メートル1K当り少なくとも1ワットの熱伝導度を有する層状粒子を含むコーティング;ii)有機成分と非水和性、層状粒子を含むコーティング;iii)300Kの温度において1メートル1K当り少なくとも1ワットの熱伝導度を有する、少なくとも1個の硼素無添加層状粒子を含むコーティング;iv)300Kの温度において1メートル1K当り少なくとも1ワットの熱伝導度を有する、層状粒子、すなわち、繊維上に層状粒子を含む水性組成残留物;および、v)300Kの温度において1メートル1K当り少なくとも1ワットの熱伝導度を有する、アルミナ無添加、非水和性粒子、すなわち、繊維上にアルミナ無添加、非水和性粒子を含む水性組成残留物が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。
【0103】
別の実施態様では、粒子18は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の0.001から99重量%、好ましくは1から80重量%、さらに好ましくは1から40重量%を含む。さらに、粒子18が非水和性無機粒子である特定の実施態様の場合、粒子は好ましくは、全固体成分に基づいて、コーティング組成の1から50重量%、さらに好ましくは、コーティング組成の最大25重量%を含む。
【0104】
さらにもう一つの実施態様では、粒子18は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の20重量%を越え、好ましくは、20から99重量%の範囲、さらに好ましくは25から80重量%の範囲、もっとも好ましくは50から60重量%の範囲を持つ。この実施態様では、特に好ましいコーティングとしては、全固体成分に基づいて、下記から選択される少なくとも1つの粒子を20重量%を越えて含む、樹脂適合性コーティング組成が挙げられる。選択されるものとはすなわち、無機粒子、有機中空粒子、および、複合粒子であり、前記少なくとも1つの粒子は、少なくとも1つのガラス繊維のモー硬度値を越えない、モー硬度値を有する。
【0105】
別の実施態様では、粒子18は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の1から80重量%、好ましくは1から60重量%を含む。一つの実施態様では、コーティング組成は、全固体成分に基づいて、粒子18の20から60重量%、好ましくは35から55重量%、さらに好ましくは30から50重量%を含む。本実施態様にとってさらに好ましいコーティングとしては、(a)非熱膨張性有機材料、無機ポリマー材料、非膨張性複合材料、および、それらの混合物から選択される材料から形成される、複数の不連続粒子であり、同粒子は、外部熱の適用無しに、ストランドの含浸を可能とするほどに十分な平均粒径を持つ、そのような粒子;(b)前記複数の不連続粒子とは異なる、少なくとも1つの潤滑材料;および、(c)少なくとも1つの膜形成材料(film−forming material)、を含む、樹脂適合性コーティングが挙げられる。前記粒子に加えてさらに、このコーティング組成は好ましくは1つ以上の膜形成材料、例えば、有機、無機、および、天然のポリマー材料を含む。有用な有機材料としては、下記から選ばれるポリマー材料が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。選ばれるものはすなわち、合成ポリマー材料、半合成ポリマー材料、天然ポリマー材料、および、前記のいずれか同士の混合物である。合成ポリマー材料としては、熱可塑性材料と熱硬化性材料が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。好ましくは、ポリマー膜形成材料は、ガラス繊維表面16に適用した場合、全体に連続的な膜を形成する。
【0106】
一般に、膜形成材料の量は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の1から99重量%の範囲を持つ。一つの実施態様では、膜形成材料の量は好ましくは、1から50重量%の範囲、さらに好ましくは1から25重量%の範囲を持つ。別の実施態様では、膜形成材料の量は、20から99重量%、さらに好ましくは、60から80重量%の範囲を持つ。
【0107】
別の実施態様では、膜形成材料の量は好ましくは、全固体成分に基づいて、コーティング組成の20から75重量%、さらに好ましくは40から50重量%の範囲を持つ。この実施態様では、特に好ましいコーティングは、1つの膜形成材料と、全固体成分に基づいて、下記から選択される少なくとも1つの粒子を20重量%を越えて含む。選択されるものとはすなわち、無機粒子、有機中空粒子、および、複合粒子であり、前記少なくとも1つの粒子は、少なくとも1本のガラス繊維のモー硬度値を越えない、モー硬度値を有する。
【0108】
さらに別の実施態様では、ポリマー膜形成材料の量は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の1から60重量%の範囲、好ましくは5から50重量%の範囲、さらに好ましくは10から30重量%の範囲を持つことが可能である。本実施態様にとってさらに好ましいコーティングとしては、(a)非熱膨張性有機材料、無機ポリマー材料、非膨張性複合材料、および、それらの混合物から選択される材料から形成される、複数の不連続粒子であり、同粒子は、外部熱の適用無しに、ストランドの含浸を可能とするほどに十分な平均粒径を持つ、そのような粒子;(b)前記複数の不連続粒子とは異なる、少なくとも1つの潤滑材料;および、(c)少なくとも1つの膜形成材料、を含む、樹脂適合性コーティングが挙げられる。
【0109】
本発明の一つの非限定的実施態様では、熱硬化性ポリマー膜形成材料が、ガラス繊維ストランドコーティング用コーティング組成に使用される、好ましいポリマー膜形成材料である。このような材料は、プリント回路基板用層状体として使用される熱硬化性マトリックス材料、例えば、多官能エポキシ樹脂であり、本発明のある特定の実施態様では、二官能臭素化エポキシ樹脂となる、FR−4エポキシ樹脂と適合性を持つ。Electronic Materials Handbook(「電子材料ハンドブック」)ASM International(1989)ページ534−537を参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0110】
有用な熱硬化性材料としては、熱硬化性ポリエステル、エポキシ材料、ビニールエステル、フェノール樹脂、アミノプラスト、熱硬化性ポリウレタン、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられる。適当な熱硬化性ポリエステルとしては、ミズーリ州、カンサスシティーのCook Composites and Polymersから市販されるSTYPOLポリエステルや、イタリヤ、コモのDSM B.V.から市販されるNEOXILポリエステルが挙げられる。
【0111】
熱硬化性ポリマー材料の非限定的例は、エポキシ材料である。有用なエポキシ材料は、分子中に少なくとも1つのエポキシまたはオキレン基を含むもので、例えば、多価アルコールまたはチオールのポリグリシジルエーテルである。適当なエポキシ膜形成ポリマーの例としては、テキサス州、ヒューストンのShell Chemical Companyから市販されるEPON826およびEPON880が挙げられる。
【0112】
有用な熱可塑性ポリマー材料としては、ビニールポリマー、熱可塑性ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(例えば、脂肪族ポリアミド、または、アラミドのような芳香族ポリアミド)、熱可塑性ポリウレタン、アクリルポリマー(例えば、ポリアクリル酸)、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられる。本発明の、別の非限定的実施態様では、好ましいポリマー膜形成材料はビニールポリマーである。本発明において有用なビニールポリマーとしては、ポリビニールピロリドンが挙げられる。例えば、PVP K−15、PVP K−30、PVP K−60、および、PVP K−90であって、このいずれも、ニュージャージー州ウェインのInternational Specialty Products Chemicalsから市販されている。他の好適なビニールポリマーとしては、ニュージャージー州、ブリッジウォーターのNational Starch and Chemicalから市販される、酢酸ビニールコポリマー乳液RESYN 2828およびRESIN 1037;ペンシルバニア州、アレントンのH. B. Fuller and Air Products and Chemicals Companyから市販されるもののような、他の酢酸ビニール;および、これもやはりAir Products and Chemicals Companyから市販されるポリビニールアルコールが挙げられる。
【0113】
本発明に有用な熱可塑性ポリエステルとしては、DESMOPHEN 2000およびDESMOPHEN 2001KSが挙げられるが、これらはいずれもペンシルバニア州、ピッツバーグのBayer Corp.から市販されている。好ましいポリエステルとしては、オハイオ州コロンバスのBorden Chemicalsから市販されるRD−847Aポリエステル樹脂、および、スウェーデンのEKa Chemicals ABから市販される、DYNAKOLL Si 100化学的修飾ロージンが挙げられる。有用なポリアミドとしては、オハイオ州シンシナティのCognis Corp.から市販されるVERSAMID製品、および、ベルギーのChiba Geigyから市販される、EUREDOR製品が挙げられる。有用な熱可塑性ポリウレタンとしては、コネティカット州グリーンウィッチのCK Witco Corp.から市販されるWITCOBOND W−290H、および、ニューヨーク州ヒックスルビルのRuco Polymer Corp.から市販されるRUCOTHANE 2011Lポリウレタンラテックスが挙げられる。
【0114】
本発明のコーティング組成は、1つ以上の熱硬化性ポリマー材料と、1つ以上の熱可塑性ポリマー材料との混合物を含むことが可能である。プリント回路基板用層状体として特に有用な、本発明の一つの非限定的実施態様では、水性サイジング組成のポリマー材料は、RD−847Aポリエステル樹脂、PVP K−30ポリビニールピロリドン、DESMOPHEN 2000ポリエステル、および、VERSAMIDポリアミドの混合物を含む。プリント回路基板用層状体として好適な、さらに別の非限定的実施態様では、水性サイジング組成のポリマー材料は、要すれば、EPON 826エポキシ樹脂と混合される、PVP K−30ポリビニールピロリドンを含む。
【0115】
ポリマー膜形成材料として好適に使用される半合成ポリマー材料としては、ヒドロキシプロピルセルロースのようなセルロース系材料や、オランダAVEBEから市販されるKOLLOTEX1250(低粘度、低アミロースじゃがいもスターチを、エチレンオキシドでエーテル化したもの)のような修飾スターチが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。
【0116】
ポリマー膜形成材料として好適に使用される天然ポリマー材料としては、じゃがいも、コーン、小麦、油脂性メイズ、サゴ、ミロ(ソーガム)、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。
【0117】
スターチの性質によっては、スターチは、粒子18及び/又は膜形成材料として機能することが可能であることを了解しなければならない。さらに詳細に言うと、完全に溶媒、特に水に溶解して膜形成材料として機能するスターチもあるし、完全には溶解せず、特定の粒径を維持し、粒子18として機能するスターチもある。スターチ(天然のものも半合成のものも)を、本発明に従って使用することは可能であるが、本発明のコーティング組成は好ましくは、実質的にスターチ材料無添加である。本出願で使用する場合、「実質的にスターチ材料無添加である」という用語は、コーティング組成は、コーティング組成の全固体成分に基づいて、50重量%未満、好ましくは35重量%未満のスターチ材料しか含まないということを意味する。さらに好ましくは、本発明のコーティング組成は事実上スターチ材料を含まない。本出願で使用する場合、「事実上スターチ材料を含まない」という用語は、コーティング組成は、コーティング組成の全固体成分に基づいて、20重量%、好ましくは5重量%未満のスターチ材料を含む、さらに好ましくはスターチ材料を含まないということを意味する。
【0118】
プリント回路基板用層状体に組み込まれる繊維ストランドに適用される、スターチ含有、典型的一次サイジング組成は、樹脂適合的ではないので、マトリックス材料に組み込まれる前に除去されなければならない。前述したように、好ましくは、本発明のコーティング組成は、樹脂適合的であり、織布帛加工前に、繊維ストランドまたは繊維からの除去を必要としない。さらに好ましくは、本発明のコーティング組成は、プリント回路基板製造に使用されるマトリックス材料(後述)と適合的であり、もっとも好ましくはエポキシ樹脂適合的である。
【0119】
ポリマー膜形成材料は、水溶性、乳液性、分散性、及び/又は、硬化性であってもよい。本出願で使用する場合、「水溶性」とは、そのポリマー材料が、水において、事実上均一に混合する、及び/又は、分子的にまたはイオン的に分散することが可能であることを意味する。Hawley等のページ1075参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。「乳液性」とは、そのポリマー材料が、乳化剤の存在下において、水中で事実上安定な混合物を、または、懸濁液を形成することが可能であることを意味する。Hawley等のページ461参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。適当な乳化剤の非限定的例は後述する。「分散性」とは、そのポリマー材料の全ての成分が、ラテックスのような、微細に分割された粒子として、水全体に渡って分布帛することが可能であることを意味する。Hawley等のページ435参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。分散の均一性は、後述する湿潤剤、分散剤、または、乳化剤(界面活性剤)の添加によって増大させることが可能である。「硬化性」とは、そのポリマー材料や、サイジング成分の他の成分が、凝集して膜を形成したり、または、相互に架橋結合して、そのポリマー材料の物理的性質を変えることが可能であることを意味する。Hawley等のページ331参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0120】
前述の膜形成材料に加えて、あるいは、その代わりに、本発明のコーティング組成は好ましくは、1つ以上のガラス繊維結合剤、例えば、オルガノシラン結合剤、遷移金属結合剤、フォスフォネート結合剤、アルミニウム結合剤、アミノ含有ウェルナー結合剤、および、前記のいずれか同士の混合物を含む。これらの結合剤は典型的には二重官能性を有する。各金属またはシリコン原子は、繊維表面、及び/又は、樹脂マトリックスの成分と反応するか、または、適合化するか、そのいずれかが可能な、1つ以上の基を自身に付着している。本出願で使用する場合、「適合化する」という用語は、その基が、繊維表面、及び/又は、コーティング組成の成分に、例えば、極性、湿潤性、または、溶化性力によって、化学的に引きつけられるが、結合はされないことを意味する。一つの非限定的実施態様では、各金属またはシリコン原子は、その結合剤をガラス繊維表面と反応させることを可能とする、1つ以上の加水分解基と、その結合剤を樹脂マトリックスの成分と反応させることを可能とする、1つ以上の官能基を、それ自身に付着している。加水分解基の例としては、
【0121】
【化1】
【0122】
および、1,2−または1,3グリコールのモノヒドロキシ、及び/又は、環状C2−C3残基が挙げられる。ここに、R1はC1−C3アルキルであり;R2はHまたはC1−C4であり;R3とR4は、それぞれ独立に、H1、C1−C4アルキル、または、C6−C8から選ばれ;かつ、R5はC4−C7アルキレンである。適当な適合化または官能基の例としては、エポキシ、グリシドキシ、メルカプト、シアノ、アリル、アルキル、ウレタノ、ハロ、イソシアネート、ウレイド、イミダゾリニル、ビニール、アクリラート、メタクリラート、アミノ、または、ポリラミノの各基が挙げられる。
【0123】
官能性オルガノシラン結合剤を、本発明に使用するのが好ましい。有用な官能性オルガノシラン結合剤の例としては、ガンマ−アミノプロピルトリアルコキシシラン、ガンマ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ビニール−トリアルコキシシラン、グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、および、ウレイドプロピルトリアルコキシシランが挙げられる。好ましい、官能性オルガノシラン結合剤としては、A−187ガンマ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、A−174ガンマ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、A−1100ガンマ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のシラン結合剤、A−1108アミノシラン結合剤、および、A−1160ガンマ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン(それぞれ、ニューヨーク州、タリータウンのCK Witco Corporationから市販されている)が挙げられる。このオルガノシラン結合剤は、繊維に適用前に、少なくとも部分的に水によって加水分解する、好ましくは1:1の化学量論比で加水分解する、あるいは、要すれば、加水分解しない形で適用される。従来技術でよく知られるように、この水のpHを酸または塩基の添加によって修飾し、それによって、結合剤の加水分解を起動したり、加速することが可能である。
【0124】
適当な遷移金属結合剤としては、チタン、ジルコニウム、イットリウム、および、クロム結合剤が挙げられる。適当なチタネート結合剤、および、ジルコネート結合剤が、Kenrich Petrochemical Companyから市販されている。適当なクロム複合体が、デラウェア州ウィルミントンの、E.I. DuPont de Nemoursから市販されている。アミノ含有ウェルナー型結合剤は、クロムのような3価の核原子が、アミノ官能性を有する有機酸に配位される錯体化合物である。当業者には既知の、その他の金属キレート剤や、配位型結合剤も、本実施態様において使用が可能である。
【0125】
カップリング剤の量は、概ね、全固形分ベースでコーティング組成物の1から99重量%の範囲にある。実施態様の一つでは、カップリング剤の量は、全固形分ベースでコーティング組成物の1から33重量%の範囲にあり、好ましくは1から10重量%、より好ましくは2から8重量%の範囲にある。
【0126】
本発明のコーティング組成物は、一つまたはそれ以上の柔軟剤または界面活性剤を備え、これらは繊維の表面に均一な変化をもたらし、繊維をしてお互いを反発させ、繊維間の摩擦を減少させるなど、潤滑剤として機能する。必須ではないが、これらの柔軟剤はコーティング組成物の他の成分とは化学的に異なることが好ましい。そのような柔軟剤には陽イオン系、非イオン系もしくは陰イオン系の柔軟剤またはそれらの混合物があり、例えば脂肪酸のアミン塩やCATION Xのようなアルキルイミダゾリン(alkyl imidazoline)の誘導体で、これはニュージャージー州プリンストンのRhone Poulenc/Rhodiaから購入可能であり、酸化溶性脂肪酸アミド、脂肪酸とポリエチレンイミンの凝縮液、およびEMERYTM 6717のようなアミド置換ポリエチレンイミドで、これは部分的にアミド化されたポリエチレンイミンでオハイオ州シンシナチのCognis Corporationから購入可能である。コーティング組成物は柔軟剤を最大60重量%まで包含することができるが、コーティング組成物中の柔軟剤の量は、好ましくは20重量%以下、より好ましくは5重量%以下である。柔軟剤に関するより詳細な情報は、A.J.ホール著、Textile Finishing、2nd Ed.(1957)の108から115頁を参照することで得られ、その部分は本明細書において具体的に援用されるものである。
【0127】
本発明のコーティング組成物は、さらに上記の高分子材料や柔軟剤とは化学的に異なる一種またはそれ以上の潤滑材料を含み、繊維ストランドに対し織布帛の際の望ましい工程上の特色が付与される。適切な潤滑材料は、オイル、ワックス、グリース、およびそれらの混合物から選択することができる。本発明において有益なワックス材の非限定的用例としては、水溶性、乳化可能な、または分散性のワックス材があり、例えば植物性ワックス、動物性ワックス、鉱物性ワックス、合成ワックス、またはパラフィンのような石油ワックスである。本発明において有益なオイルとしては、自然オイル、半合成オイル、および合成オイルがある。概ね、ワックスやその他の潤滑材料の量は、全固形分ベースでサイジング組成物の0から80重量%の範囲にあり、好ましくは1から50重量%、より好ましくは20から40重量%、そして最も好ましくは25から35重量%の範囲にある。
【0128】
好ましい潤滑材料は、極性を有するワックスおよびオイルを含み、より好ましくは極性を有し融点が35℃以上、より好ましくは45℃以上である高結晶性ワックスを含む。このような材料は、そのような極性材料を含有するサイジング組成物でコーティングされた繊維ストランド上の極性樹脂のウェットアウトおよびウェットスルーを向上すると考えられており、これは、極性をもたないワックスやオイルを含有するサイジング組成物でコーティングされた繊維ストランドと比較した場合である。極性を有する好ましい潤滑材料は、(1)モノカルボン酸と(2)一価アルコールとの反応から形成されるエステルを含む。本発明において有益なそのような脂肪酸エステルの非限定的用例としてはパルミチン酸セチルがあり、これは好ましくは(ニュージャージー州メイウッドのStepan CompanyからKESSCO 653またはSTEPNTEX 653として入手可能)、ミリスチン酸セチル(これもStepan CompanyからSTEPNLUBE 654として入手)、ラウリン酸セチル、ラウリン酸オクタデシル、ミリスチン酸オクタデシル、パルミチン酸オクタデシルおよびステアリン酸オクタデシルがある。本発明に有益なその他の脂肪酸、潤滑材料としては、トリペラルゴン酸トリメチロールプロパン、天然鯨蝋およびトリグリセリドオイルがあり、例えば大豆油、亜麻仁油、エポキシド化された大豆油、そしてエポキシド化された亜麻仁油であるが、これらに限定されるわけではない。
【0129】
潤滑材料は、水溶性高分子材料をも含み得る。有益な材料の非限定的用例としては、ポリアルキレンポリオール、ポリオキシアルキレンポリオールがあり、例えばニュージャージー州パーシッパニのBASF社より購入できるMACOL E−300、そしてコネチカット州ダンベリーのユニオンカーバイド社より購入できるCARBOWAX 300およびCARBOWAX 400がある。有益な潤滑材料のもうひとつの非限定的用例として、コネチカット州ダンベリーのユニオンカーバイド社から購入できるポリエチレンオキシドであるPOLYOX WSR 301がある。
【0130】
本発明のコーティング組成物は、さらに一種またはそれ以上の潤滑材料を含んでもよく、例えば上記潤滑材料の代わりもしくはそれに加えて、非極性石油ワックスを含んでもよい。非極性石油ワックスの非限定的用例として、MICHEMTM LUBE 296 マイクロクリスタリンワックス、POLYMEKONTM SPP−Wマイクロクリスタリンワックス、そしてPETROLITE 75 マイクロクリスタリンワックスがあり、これらはそれぞれオハイオ州シンシナティのMichelman Inc.社およびジョージア州カミングのBaker Petrolite社Polymer Divisionより購入可能である。概ね、このタイプのワックスの量は、サイジング組成物の全固形分で10重量%まで可能である。
【0131】
本発明のコーティング組成物は樹脂反応性希釈剤を含んでもよく、そうすることで本発明のコーティングされた繊維ストランドの潤滑をさらに向上し、製造操作時のけば、ハローそしてフィラメントの損傷の可能性を抑えることによって織布帛時およびニッティング時の操作性を良好なものとし、その際、樹脂適合性は維持される。ここでの表現で、“樹脂反応性希釈剤”とは、官能基を含むものであって、その官能基はコーティング組成物が適合性を有する同一樹脂と化学的に反応するもの、を意味する。希釈剤は、樹脂システムと反応する官能基を一種またはそれ以上有する潤滑剤であってよく、官能基は好ましくはエポキシ樹脂システムと反応するものがよく、より好ましくはFR−4エポキシ樹脂システムと反応するものがよい。適切な潤滑剤の非限定的用例として、アミン基、アルコール基、無水物基、酸基またはエポキシ基を有する潤滑剤がある。アミン基を有する潤滑剤の非限定的用例としては、EMERY 6717のような変性ポリエチレンアミンがあり、これは部分的にアミド化されたポリエチレンイミンであって、オハイオ州コネティカットのCognis社から購入可能である。アルコール基を有する潤滑剤の非限定的用例としては、CARBOWAX 300のようなポリエチレングリコールがあり、これはコネティカット州ダンベリーのユニオンカーバイド社から購入可能である。酸基を有する潤滑剤の非限定的用例としては脂肪酸があり、例えばステアリン酸およびステアリン酸塩である。エポキシ基を有する潤滑剤の非限定的用例としては、エポキシド化された大豆油およびエポキシド化された亜麻仁油があり、例えば、エポキシド化された亜麻仁油としてはFLEXOL LOE、エポキシド化された大豆油としてはFLEXOL EPOであり、両者ともコネティカット州ダンベリーのユニオンカーバイド社から購入可能であり、エポキシド化されたシリコーン乳濁液としてはLE−9300であり、これはニューヨーク州タリータウンのCK Witco社から購入可能である。本発明において限定的ではないが、上述のように、サイジング組成物は、全固形分ベースでサイジング組成物の15重量%までの量の樹脂反応性希釈剤を含んでもよい。
【0132】
コーティング組成物へは、追加としてコーティング組成物の成分を乳化または分散するために、粒子18及び/又は潤滑材料のような乳化剤を一種またはそれ以上加えてもよい。適切な乳化剤または界面活性剤の非限定的用例としては次のものがある:PLURONICTM F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体のようなポリオキシアルキレンブロック共重合体(ニュージャージー州パーシッパニのBASF社から購入可能)(ヨーロッパでは、PLURONIC F−108共重合体はSYNPERONIC F−108という商品名で入手可能);エトキシ化されたアルキルフェノール(例えばエトキシ化されたオクチルフェノキシエタノールIGEPAL CA−630で、これはニュージャージー州パーシッパニのBASF社から購入可能);ポリオキシエチレンオクチルフェニルグリコールエーテル;ソルビトールエーテルのエチレン酸化物誘導体(例えばTMAZ 81で、これはニュージャージー州パーシッパニのBASF社から購入可能);ポリオキシエチル化された植物油(例えばALKAMULS EL−719で、これはローヌプーランク/ローディア社から購入可能);エトキシ化されたアルキルフェノール(例えばMACOL OP−10 SPで、これもBASFより購入可能);そしてノニルフェノール界面活性剤(例えばMACOL NP−6およびICONOL NP−6で、これらもBASFから購入可能、ならびにSERMUL EN668で、これはベネルクスのCON BEAから購入可能)。概ね、乳化剤の量は、全固形分ベースでコーティング組成物の1から30重量%、好ましくは1から15重量%の範囲が可能である。
【0133】
メラミンホルムアルデヒドのような架橋剤、ならびにフタラート、トリメリタートおよびアジパートのような可塑剤もまた、コーティング組成物に含めてよい。架橋剤や可塑剤の量は、全固形分ベースでコーティング組成物の1から5重量%の範囲である。
【0134】
シリコーン、殺菌剤、殺細菌剤および消泡材料などのその他の添加剤もコーティング組成物に含めてよく、その量は、概ね、1から5重量%である。コーティング組成物のpHを2から10にするのに十分な量の有機及び/又は無機の酸または塩基もまた、コーティング組成物に含めてよい。適切なシリコーン乳濁液の非限定的用例としてエポキシド化されたシリコーン乳濁剤LE−9300があり、これはニューヨーク州タリータウンのCK Witco社から購入可能である。適切な殺細菌剤の例としてはBIOMET 66抗菌化合物があり、これはニュージャージー州ローウェイのM&TChemicalsより購入可能である。適切な消泡材料は、SAG材料およびMAZU DF−136であり、前者はコネチカット州グリーンウィッチのCK Witco社、そして後者はニュージャージー州パーシッパニのBASF社より入手可能である。必要に応じてコーティング組成物に水酸化アンモニウムを加え、コーティングの安定化を図ってもよい。好ましくは水、より好ましくは脱イオン水が、コーティング組成物に含まれ、その量はストランド上に概ね均一なコーティングの付加を促進するのに十分な量である。コーティング組成物の固体の重量%は、概ね1から20重量%である。
【0135】
ある実施態様では、本発明のコーティング組成物は、ガラス材料を実質的に含まない。ここでの“実質的にガラス材料を含まない”という表現は、コーティング組成物が、ガラス複合体を形成するために、ガラスマトリックス材料を50体積%未満、より好ましくは35体積%未満包含することを意味する。さらなる実施態様では、本発明のコーティング組成物は、本質的にガラス材料を含まない。ここでの“ガラス材料を本質的に含まない”という表現は、コーティング組成物が、ガラス複合体を形成するために、ガラスマトリックス材料を20体積%未満、好ましくは5体積%未満包含し、より好ましくはガラス材料を含まないことを意味する。このようなガラスマトリックス材料の例として、黒ガラスセラミックスマトリックス材料またはアルミノケイ酸塩マトリックス材料があり、これらは当業者間では周知である。
【0136】
本発明のある実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも部分的にコーティングでコートされ、そのコーティングは有機成分と300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有する層状粒子を包含する。もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも部分的にコーティングでコートされ、そのコーティングは有機成分と水和不可能な層状粒子とを包含する。これらの実施態様のそれぞれにおいては、有機成分および層状粒子は上述のコーティング成分から選ぶことができる。有機成分および層状粒子は同じでも異なっていてもよく、コーティングは水性のコーティング組成物または粉末のコーティング組成物の残留物であってもよい。
【0137】
さらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも部分的にコーティングでコートされ、そのコーティングは、300Kの温度において少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有するホウ素を含まない層状粒子を少なくとも一種包含する。もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、水性成分の残留物で少なくとも部分的にコートされ、その水性成分は、300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有する層状粒子を包含する。さらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、水性成分の残留物で少なくとも部分的にコートされ、その水性成分は、300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有するアルミナを含まず水和不可能な粒子を包含する。
【0138】
これらの実施態様における各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、追加の成分も先に列挙したものから選ぶことができる。
【0139】
本発明のもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、次を包含する:(a)非熱膨張性の有機材料、無機高分子材料、非熱膨張性複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料によって形成される複数の個別粒子であって、その粒子はストランドがウェットアウトするための十分な平均粒子サイズである;(b)上記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一種の潤滑材料;そして(c)少なくとも一種の膜形成材料。これらの実施態様における各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができる。さらなる実施態様では、複数の個別粒子が、前記繊維の少なくとも一つとそれと隣接する繊維の少なくとも一つとの間に隙間が設けられる。
【0140】
もう一つの実施例では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、次を包含する:(a)(i)有機材料から形成される少なくとも一つの粒子、および(ii)窒化ホウ素、黒鉛およびメタルジカルコゲニドから選ばれる少なくとも一つの無機材料から形成される少なくとも一つの粒子を包含する複数の粒子であって、その複数の粒子は、ストランドがウェットアウトするための十分な平均粒子サイズを有する;(b)上記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一種の潤滑材料;そして(c)少なくとも一種の膜形成材料。
【0141】
さらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、次を包含する:(a)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれる材料から形成される複数の個別粒子であって、その粒子は、レーザースキャン技術による計測で、平均粒子サイズが0.1から5ミクロンの範囲にある;(b)上記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;そして(c)少なくとも一つの膜形成材料。
【0142】
さらなる実施態様では、上述の樹脂適合的コーティング組成物は、(a)複数の個別粒子を全固形分ベースで20から60重量%、好ましくは35から55重量%、より好ましくは30から50重量%、(b)少なくとも一つの潤滑材料を全固形分ベースで0から80重量%、好ましくは1から50重量%、より好ましくは20から40重量%、そして(c)少なくとも一つの膜形成材料を全固形分ベースで1から60重量%、好ましくは5から50重量%、より好ましくは10から30重量%、を含む。
【0143】
本発明のもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、次を包含する:(a)有機材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれる材料から形成される複数の非ろう質な個別粒子であって、その粒子の平均粒子サイズは、レーザースキャン技術による計測で、0.1から5ミクロンの範囲にある;そして(b)上記複数の個別粒子とは異なる、少なくとも一つの潤滑材料。
【0144】
本発明のさらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、無機粒子、有機空洞粒子および複合体粒子から選ばれた少なくとも一つの粒子を、全固形分ベースで20重量%を超えて包含し、当該少なくとも一つの粒子のモース硬度値は、前記繊維の少なくとも一つのモース硬度値を超えない。
【0145】
本発明のもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、(a)少なくとも一つの層状無機粒子であって、そのモース硬度値が前記繊維の少なくとも一つのモース硬度値を超えないもの;そして(b)少なくとも一つの高分子材料、を包含する。
【0146】
本発明のさらなる実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、(a)少なくとも一つの非熱膨張性の空洞有機粒子、および(b)少なくとも一つの空洞有機粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料、を包含する。
【0147】
前述の実施態様における各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、追加の成分についても上に列挙されたものから選ぶことができる。
【0148】
本発明の一つの実施態様では、繊維は、有機成分および層状粒子を包含する組成物でコートされ、当該層状粒子は300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有する。もう一つの実施態様では、繊維は、有機成分および水和不可能な(non−hydratable)な層状粒子を包含する組成物でコートされる。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、少なくとも一つのホウ素を含まない層状粒子を包含する組成物でコートされ、当該粒子は、300Kの温度で1ワット/メートルKを超える熱伝導度を有する。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、アルミナを含まない水和不可能な無機粒子を少なくとも一つ包含する組成物でコートされ、当該粒子は、300Kの温度で1ワット/メートルKを超える熱伝導度を有する。
【0149】
本発明のもう一つの実施態様では、繊維は、次を包含する組成物でコートされる:(a)非熱膨張性材料、無機高分子材料、非熱膨張性の複合体材料およびそれらの混合物から選ばれる材料によって形成される複数の個別粒子で、当該粒子はストランドがウェットアウトするための十分な平均粒子サイズを有する;(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;そして(c)少なくとも一つの膜形成材料。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、次を包含する組成物でコートされる:(a)(i)有機材料から形成される少なくとも一つの粒子、および(ii)窒化ホウ素、黒鉛およびメタルジカルコゲニドから選ばれる無機材料から形成される少なくとも一つの粒子を包含する複数の粒子であって、当該複数の粒子は、ストランドがウェットアウトするための十分な平均粒子サイズを有する;(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;そして(c)少なくとも一つの膜形成材料。
【0150】
さらにもう一つの実施態様では、繊維は、次を包含する組成物でコートされる:(a)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれる材料から形成される複数の個別粒子であって、その平均粒子サイズが、レーザースキャン技術による計測で0.1から5ミクロンの範囲にあるもの;(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;そして(c)少なくとも一つの膜形成材料。
【0151】
本発明のもう一つの実施態様では、繊維は、次を包含する組成物でコートされる:(a)有機材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される、複数の非ろう質な個別粒子であって、その平均粒子サイズがレーザースキャン技術による計測で0.1から5ミクロンであるもの;そして(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、樹脂適合的コーティング組成物を包含する組成物でコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、無機粒子、有機空洞粒子および複合体粒子から選ばれた複数の粒子を全固形分ベースで20重量%を超えて包含する少なくとも一つのコーティングを包含し、前記粒子は前記ガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する。
【0152】
本発明のもう一つの実施態様では、繊維は、(a)複数の層状無機粒子、および(b)少なくとも一つの高分子材料を包含する組成物でコートされる。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、(a)複数の非熱膨張性の空洞有機粒子、および(b)少なくとも一つの非熱膨張性の空洞有機粒子とは異なる少なくとも一つの高分子材料を包含する組成物でコートされる。本願発明のさらなる実施態様では、繊維は、樹脂適合的コーティング組成物でコートされ、当該コーティング組成物は、前記繊維の表面の少なくとも一部分上にサイジング組成物の第一コーティングと、水溶性のコーティング組成物の残留物を包含する第二コーティングとを有し、当該水溶性のコーティング組成物は、サイジング組成物の第一コーティングの少なくとも一部分にわたって塗布帛された複数の個別粒子を包含する。
【0153】
前述の実施態様のそれぞれにおける各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、さらなる追加の成分についても、先に列挙されたものから選ぶことができる。
【0154】
本発明の非限定的な一つの実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のコーティング組成物が塗布帛される:POLARTHERMTM 160窒化ホウ素粉末及び/又はBORON NITRIDE RELEASECOATディスパーション;EPON 826エポキシ膜形成剤;PVP K−30ポリビニルピロリドン;A−187 エポキシファンクショナルな(epoxy−functional)オルガノシランカップリング剤;ALKAMULS EL−719 ポリオキシエチル化された植物油;IGEPAL CA−630エトキシ化されたオクチルフェノキシエタノール;イリノイ州シカゴのStepan社から購入可能なKESSCO PEG 600 モノラウリン酸ポリエチレングリコールエステル(polyethylene glycol monolaurate ester);そしてEMERYTM 6717軽度アミド化されたポリエチレンイミン。
【0155】
本発明における、布帛を織るためのもう一つの非限定的実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のサイジング組成物の乾燥残留物が塗布帛される:POLARTHERMTM 160窒化ホウ素粉末及び/又はBORON NITRIDE RELEASECOATディスパーション;RD−847ポリエステル;PVP K−30ポリビニルピロリドン;DESMOPHEN 2000ポリエステル;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤およびA−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;PLURONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;MACOL NP−6ノニルフェノール界面活性剤;VERSAMID 140;そしてLE−9300エポキシド化されたシリコーン乳濁液。
【0156】
本発明の電子回路基盤に使用されるファブリックのもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のコーティング組成物が塗布帛される:POLARTHERMTM PT 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25ディスパーション;PVP K−30 ポリビニルピロリドン;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤;A−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;ALKAMULS EL−719 ポリオキシエチレン化された植物油;EMERYTM 6717軽度アミド化されたポリエチレンイミン;RD−847Aポリエステル;DESMOPHEN 2000ポリエステル;PLURONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;ICONOL NP−6アルコキシレートされたノニルフェノール;そしてSAG 10消泡材料。また、特にこの実施態様については、必要な場合、ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体をさらに含んでもよい。
【0157】
本発明の電子回路基盤に使用されるファブリックのもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のサイジング組成物の残留物が塗布帛される:POLARTHERMTM 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25ディスパーション;RD−847Aポリエステル;PVP K−30ポリビニルピロリドン;DESMOPHEN 2000ポリエステル;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤;A−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;PLURONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;VERSAMID 140ポリアミド;そしてMACOL NP−6ノニルフェノール。また、特にこの実施態様については、必要な場合、ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体をさらに含んでもよい。
【0158】
積層プリント回路基盤に使用されるファブリックを織るためのさらにもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性の第一コーティング組成物の残留物が塗布帛される:ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体;PVP K−30ポリビニルピロリドン;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤およびA−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;EMERYTM 6717軽度アミド化されたポリエチレンイミン;STEPANTEX 653セチルパルミタート;TMAZ 81ソルビトールエステルのエチレンオキシド誘導体;MACOL OP−10 エトキシ化されたアルキルフェノール;そしてMAZU DF−136 消泡材料。さらに、必須ではないが、特にこの実施態様においては、好ましくはPOLARTHERMTM PT 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25ディスパーションが含まれる。
【0159】
本発明の電子回路基盤に使用されるファブリックのもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のコーティング組成物の残留物が塗布帛される:DESMOPHEN 2000ポリエステル;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤;A−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;PLURONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;VERSAMID 140ポリアミド;MACOL NP−6ノニルフェノール;POLYOX WSR 301ポリエチレンオキシド;そしてDYNAKOLL Si 100ロジン。さらに、特にこの実施態様では、ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体、及び/又はPOLARTHERMTM PT 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC25ディスパーションが含まれる。
【0160】
本発明の電子回路基盤に使用されるファブリックのもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のコーティング組成物の残留物が塗布帛される:DESMOPHEN 2000ポリエステル;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤;A−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;SYNPERONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;EUREDUR 140ポリアミド;MACOL NP−6ノニルフェノール;SERMUL EN668エトキシ化されたノニルフェノール;POLYOX WSR 301ポリエチレンオキシド;そしてDYNAKOLL Si 100ロジン。さらに、特にこの実施態様では、ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体、及び/又はPOLARTHERMTM PT 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC25ディスパーションが含まれる。
【0161】
好ましくはないが、上述のものに類似するコーティング組成物の残留物を有する繊維ストランドで粒子18を含まないものを、本発明に基づいて形成することができる。特に、考察されるものとして、一つまたはそれ以上の膜形成材料を含む樹脂適合的コーティング組成物で、例えばPVP K−30ポリビニルピロリドン;一つまたはそれ以上のカップリング剤で、例えばA−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤およびA−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;そして極性をもつ潤滑材料の全固形分ベースで少なくとも25重量%のサイジング組成物で、例えばSTEPANTEX 653セチルパルミタート、を本発明に基づき形成することができる。当業者であれば、さらに認識されることとして、樹脂適合的コーティング組成物を有する繊維ストランドで、粒子18を本質的に含まないものを、本発明に基づきファブリックに織り、電子基板および電子回路基盤(後述されるように)を形成することができる。
【0162】
本発明のコーティング組成物は、当業者に周知な、従来の混合法などの適切な方法で準備することができる。好ましくは、上述の各成分は水で希釈し、望ましい重量%の固体が混合されるようにする。コーティングの残りの成分と混合する前に、粒子18を予め水と混合し、乳化し、そうでなければコーティング組成物の一つまたはそれ以上の成分に加えてもよい。
【0163】
本発明によるコーティング組成物は、様々な方法で塗布帛することができ、例えばローラまたはベルトアプリケータによるフィラメントへの接触、スプレー、その他の手段が可能である。コートされた繊維は、好ましくは室温または高められた温度で乾燥される。乾燥機により繊維から余分の水分が除去され、キュア可能な糊成分が存在する場合はそれらがキュアされる。ガラス繊維の乾燥のための温度および時間は、コーティング組成物中の固体のパーセント、コーティング組成物の成分、繊維のタイプなどの変数に依存する。
【0164】
ここで用いられ、例えば“キュアされた組成物”など、組成物との関連で使われ“キュア”という用語は、組成物中の架橋可能な成分が、少なくとも部分的に架橋されることを意味するものとする。本発明のある実施態様では、架橋可能な成分の架橋密度、すなわち架橋の程度は、完全な架橋の5%から100%の範囲にある。その他の実施態様では、架橋密度は、完全架橋の35%から85%の範囲にある。その他の実施態様では、架橋密度は、完全架橋の50%から85%の範囲にある。当業者によって理解されることとして、架橋の存在および程度、すなわち架橋密度は、様々な方法で決定することができ、例えば、Polymer Laboratories MK III DMTAアナライザを使った動力学的熱解析(dynamic mechanical thermal analysis;DMTA)がある。この方法は、コーティングまたは高分子の自由フィルムについて、そのガラス転移温度および架橋密度を決定する。キュアされた材料のこれらの物理的特性は、架橋ネットワークの構造に関連している。
【0165】
この方法によれば、まず、分析対象のサンプルの長さ、幅、そして厚さを測定し、当該サンプルをPolymer Laboratories MK III装置に確実にマウントし、そして寸法計測結果を装置に入力する。熱スキャンは、熱レート3℃/min、周波数1Hz、ひずみ120%、そして静止力0.01Nで行われ、サンプルの計測は2秒おきに行われる。当該サンプルの変形モード、ガラス転移温度、および架橋密度は、この方法に基づいて決定される。架橋密度の値が高い場合、コーティング中の架橋の程度が高いことを示している。
【0166】
繊維ストランド上に存在するコーティング組成物の量は、強熱減量(LOI)による測定で、好ましくは30重量%未満、より好ましくは10重量%未満、そして最も好ましくは0.1から5重量%の間である。繊維ストランド上のコーティング組成物は、水性のコーティング組成物または粉末状のコーティング組成物の残留物でもあり得る。発明のある実施態様では、LOIは1重量%未満である。ここで用いられる“強熱減量”という用語は、式1で決定される、繊維ストランドの表面上に存在する乾燥したコーティング組成物の重量%を意味する:
LOI=100×[(Wdry−Wbare)/Wdry”)] 式1
ここで、Wdryは、220oF(約104℃)の炉で60分間乾燥させた後の繊維ストランドの重量とコーティング組成物の重量の合計で、Wbareは、はげ繊維ストランドの重量であって、繊維ストランドを1150oF(約621℃)の炉で20分間加熱し、乾燥器内で室温まで冷却した後のものである。
【0167】
第一の糊、すなわち繊維形成後に適用された初期の糊の適用の後、繊維は、2から15,000繊維/ストランド、好ましくは100から1600繊維/ストランドのストランドに集められる。
【0168】
第二コーティング組成物は、ストランドの一部をコートし、または含浸するのに効果的な量を第一の糊に適用することができ、それは、例えば、コートされたストランドを第二コーティング組成物を含んだ槽に浸すことにより、第二コーティング組成物をコートされたストランドに噴霧することにより、または、コートされたストランドをアプリケータと接触させることにより可能である。コートされたストランドは、ダイを通過させて余分なコーティング組成物をストランドから除去し、そして/または上述のように、第二のコーティング組成物を少なくとも部分的に乾燥もしくはキュアするのに十分な時間乾燥させることができる。ストランドに第二のコーティング組成物を適用するための方法および装置は、部分的には、ストランド材料の配置によって決定される。ストランドは、好ましくは、第二のコーティング組成物の適用の後、業界で周知の方法で乾燥される。
【0169】
適切な第二のコーティング組成物は、上述の膜形成材料、潤滑剤、その他の添加物を、一つまはたそれ以上含んでもよい。第二のコーティングは、好ましくは第一のサイジング組成物とは異なる。すなわち、第二のコーティングは、(1)サイジング組成物の成分とは化学的に異なる成分を少なくとも一つ含み、または(2)サイジング組成物に含まれるのと同一の成分であるがその量が異なる成分を少なくとも一つ含む。ポリウレタンを含む適切な第二のコーティング組成物の非限定的用例は、米国特許第4,762,750号および第4,762,751号に開示されており、これらの特許は本明細書中で具体的に援用されるものである。
【0170】
図2において、本発明による代わりの実施の態様では、コートされた繊維ストランド210のガラス繊維212において、その部分に対し、第一のサイジング組成物の第一層214を塗布帛することができ、当該第一層はどのような糊成分をも上述の量だけ含むことができる。適切なサイジング組成物の例は、Loewensteinの第237から291頁(第三版。1993年)ならびに米国特許第4,390,647号および第4,795,678号に述べられており、これらは、それぞれ、本明細書に具体的に引用されるものである。第二のコーティング組成物の第二層215は、第一層214の少なくとも一部分、好ましくは全外表面にわたって塗布帛される。第二のコーティング組成物は、それは粒子18として先に詳説されたような粒子216を一タイプまたはそれ以上包含する。ある実施態様では、第二のコーティングは、水性の第二コーティング組成物の残留物であり、特に、第一コーティングの少なくとも一部分上に層状粒子を包含する水性の第二コーティング組成物の残留物である。もう一つの実施態様では、第二コーティングは、粉末状のコーティング組成物であり、特に、コーティングの少なくとも一部分上に層状粒子を包含する粉末状のコーティング組成物である。
【0171】
代わりの実施態様では、第二コーティング組成物の粒子は、親水性無機固体粒子を包含し、その親水性粒子の間に水を吸収および保持する。親水性無機固体粒子は、水との接触または水との化学反応に係る際に、水を吸収し、または膨張することにより例えば粘性のあるゲル状の溶液となり、補強の目的でガラス繊維が使用される通信ケーブルの隙間への水の侵入を阻止する。ここで用いられる“吸収”は、水が内部構造または親水性材料の隙間へと貫通し、実質的にその部分で保持されることを意味する。Hawley’s Condensed Chemical Dictionaryの第3頁を参照のこと。その部分は本明細書に具体的に援用されるものである。“膨張する”とは、親水性粒子がサイズまたは体積において増大することを意味する。Webster’s New Collegiate Dictionary(1977年)の第1178頁を参照のこと。その部分は本明細書に具体的に援用されるものである。好ましくは、親水性粒子は、水との接触後、当初の乾燥重量の少なくとも1から1.5倍、より好ましくは当初の重量の2から6倍に膨張する。親水性無機固体潤滑粒子の非限定的用例としては、バーミキュライトおよびモンモリロナイト、吸収性ゼオライトならびに無機吸収性ゲルが含まれる。好ましくは、これらの親水性粒子は、粘着性糊材料またはその他の粘着性第二コーティング材料上に、粉末形状で塗布帛される。
【0172】
本発明のある実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの繊維の表面の少なくとも一部分上を樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、少なくとも一つの繊維の表面の少なくとも一部分上にサイジング組成物の第一コーティングを有し、第二コーティングは、少なくとも一つの個別粒子を包含する水性のコーティング組成物の残留物を包含し、その個別粒子は、サイジング組成物の第一コーティングの少なくとも一部分上にわたって塗布帛される。好ましい実施の態様では、少なくとも一つの個別粒子は、親水性粒子間の隙間に水を吸収し保持する親水性粒子から選ばれる。
【0173】
これらの実施態様に加えて、第二のコーティング組成物中の粒子の量は、全固形分ベースで1から99重量%、好ましくは20から90重量%、より好ましくは25から80重量%、さらにより好ましくは50から60重量%の範囲にある。
【0174】
図3に示される代わりの実施の態様では、第三のコーティング組成物の第三層320が、第二層315の表面の少なくとも一部分、そして好ましくは全表面にわたって、塗布帛され、すなわち、そのような繊維ストランド312は、第一の糊の第一層314、第二のコーティング組成物の第二層315、および第三のコーティングの第三外部層320を有する。コートされた繊維ストランド310の第三コーティングは、好ましくは第一のサイジング組成物および第二のコーティング組成物とは異なり、すなわち、第三のコーティング組成物は、(1)第一の糊および第二のコーティング組成物の成分とは化学的に異なる成分を少なくとも一つ含み、または(2)第一の糊および第二のコーティング組成物に含まれるのと同一の成分であるがその量が異なる成分を少なくとも一つ含む。
【0175】
この実施の態様では、第二のコーティング組成物は、ポリウレタンのような上述の高分子材料を一つまたはそれ以上の包含し、そして第三の粉末状コーティング組成物は、上述の、POLARTHERMTM 窒化ホウ素粒子のような固体粒子、およびROPAQUETM ピグメントのような空洞粒子を包含する。好ましくは、粉末状のコーティングは、液体状の第二コーティング組成物が塗布帛されているストランドを流動床または噴霧装置を通過させることによって、粉末状粒子を粘着性の第二コーティング組成物に付着させる。あるいは、図9に示されるように、第三のコーティング920を塗布帛する前に、ストランドをファブリック912の中へ組み込んでもよい。ファブリック912に樹脂914を結合させた複合体または積層物910は、電導性の層922をも含み、その構造は、図8に示され以降で詳説される構造に類似する。コートされた繊維ストランド310に付着する粉末状の固体粒子の重量%は、乾燥ストランドの全重量の0.1から75重量%、好ましくは0.1から30重量%の範囲にある。
【0176】
第三の粉末状コーティングは、上述の高分子材料を一つまたはそれ以上含むことができ、例えば、アクリル重合体、エポキシ樹脂、またはポリオレフィン、従来の安定剤およびそのようなコーティングの業界で周知のその他の調節剤で、乾燥粉末形状が好ましい。
【0177】
ある実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの繊維の表面の少なくとも一部分に塗布帛されたサイジング組成物の第一コーティングで少なくとも部分的にコートされ、第二のコーティング組成物は第一の組成物の少なくとも一部分に塗布帛された高分子材料を包含し、そして第三のコーティング組成物は第二のコーティングの少なくとも一部分に塗布帛された個別粒子を包含する。もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、前記繊維の少なくとも一つの表面の少なくとも一部分に塗布帛されたサイジング組成物の第一コーティングで少なくとも部分的にコートされ、第二のコーティング組成物は、第一の組成物の少なくとも一部分に塗布帛された高分子材料を包含し、そして第三のコーティング組成物は、第二のコーティングの少なくとも一部分に塗布帛された層状粒子を包含する。
【0178】
好ましいある実施態様では、これまでの実施態様のそれぞれにおけるコーティングの少なくとも一つは異なっている。もう一つの好ましい実施態様では、これまでの実施態様のそれぞれにおけるコーティングの少なくとも二つが同一である。加えて、第三のコーティングは、水性の乳濁液または粉末状のコーティング組成物の残留物ででもよい。コーティング組成物は、上述のコーティング成分を一つまたはそれ以上包含する。
【0179】
上述のコートされた繊維ストランドの様々な実施態様は、コンティヌアスストランド、または、さらなる工程を経て様々な製品に使用することができ、例えば、チョップドストランド、ツイステッドストランド、粗紡及び/又はファブリックであって、例えば織布帛、不織布帛(一方向性ファブリックを含む)、ニット、マットなどである。加えて、ファブリックのたて糸およびよこ糸(すなわち完全)のストランドに使用されるコートされた繊維ストランドは、織布帛の前にツイスト無し(non−twisted)(アンツイストまたはゼロツイストともいう)またはツイスト有り(twisted)であり、ファブリックは、ツイスト有りおよびツイスト無し、ならびにたて糸およびよこ糸の様々な組み合わせを含み得る。
【0180】
本発明の好ましい実施の態様は、少なくとも部分的にコートされたファブリックを含み、そのファブリックは、上記に詳説された複数の繊維を包含する繊維ストランドを少なくとも一つ包含する。よって、複数の繊維を包含する開示された繊維ストランドのそれぞれから作られる少なくとも部分的にコートされたファブリックは、本発明で思索されるものである。例えば、本発明の好ましい実施態様は、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含する少なくとも部分的にコートされたファブリックに向けられており、そのコーティングは、有機成分および300Kの温度で1ワット/メートルKの熱伝導率を有する層状粒子を包含する。
【0181】
本発明のある実施態様では、本発明によるコーティング組成物は、個々の繊維に塗布帛される。もう一つの実施態様では、コーティングは、少なくとも一つの繊維ストランドへ塗布帛される。もう一つの実施態様では、本発明によるコーティング組成物は、ファブリックに塗布帛される。これらの択一的な実施態様は、以下に詳説される。
【0182】
これまでの説明は、概ね、本発明のコーティング組成物を繊維形成後のガラス繊維に直接塗布帛し、その後当該繊維をファブリックへ組み込むことに向けられていたが、本発明は、本発明のコーティング組成物をファブリックに直接塗布帛する実施の態様をも含むものである。コーティング組成物のファブリックへの塗布帛は、例えば、ファブリックが製造される前に繊維ストランドへコーティングを塗布帛し、あるいはファブリックがすでに製造された後にコーティングを塗布帛することによって行われ、その際には業界で周知な様々な技術が用いられる。ファブリックの製造工程によって、本発明のコーティング組成物は、ファブリック中のガラス繊維に対して直接に、またはガラス繊維及び/又はファブリック上にすでにあるもう一つのコーティングに対して、塗布帛することができる。例えば、ガラス繊維は、ファブリックを形成し織った後、従来のでんぷん油でコートすることができる。ファブリックは、その後、本発明のコーティング組成物の塗布帛に先立って、でんぷん油糊を取り除く処理をする。のりの除去は業界で周知の技術を用いて達成することができる。この場合、コーティング組成物は、ファブリックの繊維の表面を直接コートする。ガラス繊維の形成後、当初塗布帛されたのり成分の一部が除去されなかった場合、本発明のコーティング組成物は、直接に繊維表面へではなく、サイジング組成物の残りの部分にわたって塗布帛される。
【0183】
本発明のもう一つの実施態様では、本発明のコーティング組成物の選ばれた成分は、その形成後直ちにガラス繊維に塗布帛され、そしてコーティング組成物の残りの成分は、その製造後ファブリックに対して塗布帛される。上述の態様に類似する態様で、選ばれた成分の一部または全ては、残りの成分で繊維およびファブリックをコートするのに先立ち、ガラス繊維から除去することができる。その結果、残りの成分は、ファブリックの繊維の表面をコートするか、あるいは繊維表面から除去されなかった選ばれた成分をコートする。
【0184】
本発明によるもう一つの好ましい実施の態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、第一コーティングで少なくとも部分的にコートされ、第一コーティングの少なくとも一部分は第二コーティングでコートされ、その第二コーティングは、300Kの温度で1ワット/メートルKを超える熱伝導度を有する無機材料の粒子を包含する。
【0185】
もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドをファブリックは、コーティングで少なくとも部分的にコートされ、そのコーティングは、(a)少なくとも一つのガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する層状無機粒子、および(b)膜形成材料、を包含する。
【0186】
さらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、コーティングで少なくとも部分的にコートされ、そのコーティングは、(a)少なくとも一つのガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する金属粒子であって、その金属粒子はインジウム、タリウム、スズ、亜鉛、金および銀から選ばれる金属粒子、および(b)膜形成材料、を包含する。
【0187】
もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、第一コーティングで少なくとも部分的にコートされ、第一コーティングの少なくとも一部分は第二コーティングでコートされ、その第二コーティングは、水を吸収し親水性粒子間の隙間に水を保持する複数の親水性粒子を包含する。
【0188】
本発明のさらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、ファブリックの表面の少なくとも一部分上に樹脂適合的コーティング組成物を有し、その樹脂適合的コーティング組成物は、以下を包含する:(a)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の個別粒子であって、その粒子は、レーザー散乱による計測で、0.1から5ミクロンの範囲にある平均粒子サイズを有する;(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;および(c)少なくとも一つの膜形成材料。
【0189】
もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、ファブリックの表面の少なくとも一部分上に樹脂適合的コーティング組成物を有し、その樹脂適合的コーティング組成物は、(a)有機材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の非ろう質な個別粒子と、前記複数の個別粒子とは少なくとも一つの潤滑材料と、を包含する。
【0190】
本発明のもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、ファブリックの表面の少なくとも一部分上に樹脂適合的コーティング組成物を有し、その樹脂適合的コーティング組成物は、(a)複数の空洞有機粒子と、(b)前記空洞有機粒子とは異なる少なくとも一つの高分子材料と、を包含する。
【0191】
本発明のもう一つの実施態様は、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックに向けられ、そのファブリックの少なくとも一部分は、強熱減量が0.1から1.6であり、ASTM D 737に基づく通気性の計測では10標準立方フィート/分平方フィート以下である樹脂適合的コーティングを有する。ここで使用される“通気性”は、ファブリックが、それを貫く空気の流れに対してどの程度透過させるかを意味する。通気性は、ASTM D 737 Standard Test Method for Permeability of Texile Fabricsにしたがって計測することができ、当該文献は本明細書に具体的に援用される。
【0192】
これらの様々な実施態様で使用される各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、追加の成分についても上記に列挙されたものから選ぶことができる。
【0193】
本発明の好ましい実施態様では、電子基板の補強に用いられるファブリックは、次の工程を包含する方法によって製作される:
(a)少なくとも1つのよこ糸を入手する工程であって、そのよこ糸は、複数の繊維を有し、少なくとも1つのよこ糸の少なくとも一部分上に第一の樹脂適合的コーティングを有する;
(b)少なくとも1つのたて糸を入手する工程であって、そのたて糸は、複数の繊維を有し、少なくとも1つのたて糸の少なくとも一部分上に第二の樹脂適合的コーティングを有する;
(c)少なくとも1つのよこ糸および2.5重量%未満の強熱減量を有する少なくとも1つのたて糸を織り、電子基板の補強に使用されるファブリックを形成する工程。
【0194】
本発明のもう一つの実施態様では、ファブリックは次のように製作される:(a)これまでの実施態様を個別または組み合わせて、表面の少なくとも一部分上にコーティングを有する複数のガラス繊維を包含する第一のガラス繊維ストランドの少なくとも一部分をスライド接触させ、ファブリック製作装置の一部分の表面上の凹凸とのスライド接触においては、表面の凹凸が、第一のガラス繊維ストランドのガラス繊維のモース硬度値よりも大きいモース硬度値を有する;そして(b)第一のガラス繊維ストランドを第二の繊維ストランドと編み合わせ、ファブリックを形成する。
【0195】
本発明のさらなる実施態様は、少なくとも一つのガラス繊維を包含する繊維ストランドについて、固体物の表面上の凹凸とのスライド接触によるアブレシブ磨耗を抑制するための方法に向けられ、その方法は、次の工程を包含する:
(a)これまでの実施態様のいずれかを個別または組み合わせてコーティング組成物をガラス繊維ストランドの少なくとも一つのガラス繊維の表面の少なくとも一部分に塗布帛する;
(b)少なくとも部分的に組成物を乾燥して糊付きガラス繊維ストランドを形成し、その糊付きガラス繊維ストランドは、少なくとも一つのガラス繊維の表面の少なくとも一部分上に組成物の残留物を有する;そして
(c)ガラス繊維ストランドの少なくとの一部分をスライドさせて固体物の表面の凹凸と接触させ、その表面の凹凸は、少なくとも一つのガラス繊維の硬度値よりも大きい硬度値を有し、よって、固体物の表面の凹凸との接触による、ガラス繊維ストランドの少なくとも一つのガラス繊維のアブレシブ磨耗は、コーティング組成物によって抑制される。
【0196】
上記のように、これらの実施態様で使用されるコーティングの各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、追加の成分についても上記に列挙されたものから選ぶことができる。
【0197】
コートされた繊維ストランド10、210、310およびそれらから形成された製品で、上記に列挙されるコートされたファブリックなどは、非常に広範な用途に使用することができるが、好ましくは補強材410として使用され、図4に示されるように、高分子マトリックス材料412を補強して複合体414を形成し、これについては以下に詳説する。このような用途は、プリント回路基盤のための積層物、通信ケーブルのための補強物、そしてその他の様々な複合体を含むが、これらに限定されるものではない。
【0198】
本発明のコートされたストランドおよびファブリックは、好ましくは電子基板およびプリント回路基盤の製作に使用される典型的な高分子マトリックス樹脂との適合性を有する。加えて、コートされた繊維ストランドは、そのような用途のためのファブリックの補強に一般的に使用されるエアジェットルームでの使用に適している。エアジェットルームを使って織られる繊維に適用される従来のサイジング組成物は、でんぷんおよび油のような成分であり、これらは、概ね、そのような樹脂システムとの適合性を有しない。次のことが観察されている。すなわち、本発明に基づき、粒子18を包含するコーティング組成物でコートされた繊維ストランドの織布帛特性は、従来のでんぷん/油をベースにしたサイジング組成物でコートされた繊維ストランドの編み特性を近似するものであり、RF−4エポキシ樹脂との適合性を有する。特定のいかなる理論にも拘束されることを意味するものではないが、次のことが考えられる。すなわち、本発明の粒子18は、加工およびエアジェット織りの際に、従来のでんぷん/油によるサイジング組成物のでんぷん成分と類似した態様で機能し、必要な繊維分離とエアジェット織り工程のための空気抵抗が提供されるが、エポキシ樹脂システムとの適合性が提供される点では、従来の組成物とは異なる態様で機能する。例えば、粒子18は、コーティングに対して乾いた粉末の特性として寄与し、これは、でんぷんコーティングの乾いた潤滑特性と類似のものである。
【0199】
本発明のコートされたストランドでは、粒子は、ストランドの繊維の間に都合よく隙間を作り、それらの間のマトリックス材料の流れを促進し、ストランドの繊維のウェットアウトおよびウェットスルーをより迅速かつ/またはより均一にする。加えて、ストランドは、好ましくは、高ストランド開放性(上述)を有し、これによっても束の中のマトリックス材料の流れを促進する。意外にも、ある実施態様では、粒子の量が、繊維に塗布帛されるコーティング組成物の全固体の20重量%を超え、にもかかわらず依然として繊維に十分に付着し、少なくとも粒子コーティングなしのストランドと比較し得る取扱い特性を有するストランドが提供される。
【0200】
ここで、図8を参照すると、本発明のコートされたストランドの一つの利点は、次の通りである。すなわち、コートされたストランドを組み込みながらファブリック812から作られた積層物810は、ファブリック812と高分子マトリックス材料814との間の境界で良好なカップリングを示す。良好な境界カップリングによって、積層物810から製作される電子基板818における、良好な加水分解安定性とメタルマイグレーション(上述)に対する抵抗が可能となる。
【0201】
図5に示されるもう一つの非限定的実施態様では、本発明に基づいて作られたコートされた繊維ストランド510は、ニットまたは織布帛512の補強において、縦及び/又は横のストランド514および516として使用することができ、好ましくは、プリント回路基盤のための積層物を形成する(図7から9に示す)。必須ではないが、たて糸のストランド514を使用前にツイストしてもよく、それは、当業者に周知の従来のツイスト技術によって達成できる。そのような技術の一つでは、ツイストフレームを使用し、ストランドに1インチあたり0.5から3回転のツイストを得る。補強ファブリック512は、好ましくはセンチメートルあたり5から100のたて糸ストランド(インチあたり約13から254のたて糸ストランド)を含み、好ましくはセンチメートルあたり6から50よこ糸ストランド(インチあたり約15から127よこ糸ストランド)を含む。編み形式は、通常の平織りまたはメッシュ(図5に示す)が可能で、もちろん綾織りやサテン織りなど、当業者に周知のその他の編みスタイルも可能である。
【0202】
ある実施態様では、本発明の適切な補強織布帛512は、有ひ織機、エアジェットルーム、レピア織機などの当業者に周知の従来の織機を使用して形成することができるが、このましくはエアジェットルームを使用して形成する。好ましいエアジェットルームは、日本の津田駒工業からモデル番号103,1031,1033、またはZAXとして購入可能であり、スイス、チューリッヒのSulzer Brothers LTDからSulzer Ruti モデル番号L−5000、L−5100またはL−5200として購入可能であり、豊田自動織機からはモデル番号JAT610がある。
【0203】
図で示すように、エアジェット織りとは、エアジェットルーム626(図6に示す)を使用するタイプのファブリックの織り方で、そこでは、上述の通り、フィルヤーン(よこ糸)610が、一つまたはそれ以上のエアジェットノズル618(図6および図6aに示す)からの圧搾空気614の送風によってたて糸の杼口に送られる。フィルヤーン610は、圧搾空気によって、ファブリック628の幅624(約10から約60インチ)、より好ましくは0.91メートル(約36インチ)にわたって送り込まれる。
【0204】
エアジェットフィリングシステムは、単一の主ノズル616を有するが、好ましくはたて糸の杼口612に沿って複数の補足リレーノズル620を配し、フィルヤーン610に対して補足空気622を送風し、ヤーン610がファブリック628の幅624を横切るために要求される空気圧を維持する。主エアノズル616に供給される空気圧(ゲージ)は、好ましくは103から413キロパスカル(kPa)(約15から約60ポンド/平方インチ(psi))の範囲にあり、より好ましくは310kPa(約45psi)である。主エアノズル616の好ましいスタイルは、Sulzer Rutiニードルエアジェットノズル、ユニットモデル番号044 455 001であり、これは、直径617が2ミリメートルの内部エアジェットチャンバーと、長さ621が20センチメートルのノズル出口チューブ619とを有する(ノースカロライナ州スパータンバーグのSulzer Rutiから購入可能)。好ましくは、エアジェットフィリングシステムは、15個から20個の補足エアノズル620を有し、それは、フィルヤーン610が送られる方向に空気の補助送風を供給し、織機626にわたるヤーン610の送り込みを補助する。各補足エアノズル620に供給される空気圧(ゲージ)は、好ましくは3から6バールの範囲である。
【0205】
フィルヤーン(よこ糸)610は、供給パッケージ630からフィードシステム632によって180から550メートル/分のフィードレート、好ましくは274メートル(約300ヤード)/分で引き出される。フィルヤーン610は、クランプを通して主ノズル618へ送り込まれる。空気の送風により、コンフューザガイド(confusor guide)を通して所定の長さ(ファブリックに望まれる幅にほぼ等しい)のヤーンが送られる。送り込みが完了すると、ヤーンの主ノズル618の遠位にある方の端がカッター634によってカットされる。
【0206】
エアジェット織りプロセスにおける異なるヤーンの適合性および空気力学的特性は、以下のような方法で決定することができ、この方法は、ここでは一般的に“air Jet Transport Drag Force”テスト法と呼ぶ。Air Jet Transport Drag Forceテストでは、ヤーンがエアジェットの力によってエアジェットノズル内へ引き込まれる際にヤーンに働く引力または引っ張り力(抵抗力)が計測される。この方法では、各ヤーンのサンプルは、毎分274メートル(約300ヤード)の速さでSulzer Rutiニードルエアジェットノズルユニット、モデル番号044 455 001を通して送り出され、そのモデルは、直径617が2ミリメートルの内部エアジェットチャンバーと、長さ621が20センチメートルのノズル出口チューブ619(ノースカロライナ州スパータンバーグのSulzer Rutiから購入可能)とを有し、その際の空気圧は、310キロパスカル(約45ポンド/平方インチ)ゲージである。ヤーンがエアジェットノズルに入る前の位置に、張力計をヤーンと接触させて配置する。張力計は、ヤーンがエアジェットノズルへ引き込まれる際の、エアジェットによってヤーンに働く重力グラム(抵抗力)を計測する。
【0207】
単位質量あたりの抵抗力は、ヤーンサンプルの相対比較のベースとして活用できる。相対比較のために、抵抗力の計測結果は、ヤーン1センチメートルの長さで正規化される。1センチメートルの長さのヤーンのGram Massは、式2から決定することができる:
Gram Mass=(π(d/2)2)(N)(ρglass)(ヤーン1センチメートル長さ) (式2)
ここで、dはヤーン束の単一の繊維の直径、Nはヤーン束の繊維の数、ρglassは25℃におけるガラスの密度(約2.6グラム/立方センチメートル)である。表Cに、典型的ガラス繊維ヤーン製品の数例について、直径および繊維の数を示す。
【0208】
【表9】
【0209】
例えば、G75ヤーン1センチメートル長さのGram Massは、(π(9×10−4/2)2)(400)(2.6グラム/立方センチメートル)(ヤーン1センチメートル長さ)=6.62×10−4グラム質量。D450では、Gram Massは1.34×10−4グラム質量である。単位質量あたりの相対的抵抗力(Air Jet Transport Drag Force)は、張力計によって決定される抵抗力の計測値(グラム重)を、テストされるヤーンのタイプのGram Massで割ることによって計算される。例えば、G75サンプルの場合、もし張力計による抵抗力の測定値が68.5であれば、Air Jet Transport Drag Forceは、(68.5)/(6.62×10−4)=103,474グラム重/グラム質量、となる。
【0210】
本発明による積層物のための織布帛の形成に使用されるヤーンのAir Jet Transport Drag Forceは、上述のAir Jet Transport Drag Forceテスト方法で決定される場合、好ましくはヤーンのグラム質量あたり100,000グラム重を超え、より好ましくはヤーンのグラム質量あたり100,000から400,000グラム重の範囲にあり、さらにより好ましくはヤーンのグラム質量あたり120,000から300,000グラム重の範囲にある。
【0211】
本発明のファブリック(布帛)は、好ましくは、電子基板またはプリント回路基盤のための積層物での使用に適したスタイルで織られ、それらは、例えば、サウスカロライナ州アンダーソンのClark−Schwebel社の技術会報である“Fabrics Around the World”(1995)で開示されており、本明細書において具体的に援用されるものである。積層物は、一方向積層でもよく、その場合、ファブリックの各層の繊維、ヤーンまたはストランドの大半は同一の方向に配置される。
【0212】
例えば、E225 E−ガラス繊維ヤーンを使った非限定的ファブリックスタイルは、スタイル2116であり、これは、5センチメートルあたり118本のたて糸と114本のよこ糸(インチあたりたて糸が60本、よこ糸が58本)を有し、7 22 1×0(E225 1/0)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.094ミリメートル(約0.037インチ)であり、そしてファブリック重量が103.8グラム/平方メートル(約3.06オンス/平方ヤード)である。G75E−ガラス繊維ヤーンを使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル7628であり、これは、5センチメートルあたり87本のたて糸と61本のよこ糸(インチあたりたて糸が44本、よこ糸が31本)を有し、9 68 1×0(G75 1/0)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.173ミリメートル(約0.0068インチ)であり、そしてファブリック重量が203.4グラム/平方メートル(約6.00オンス/平方ヤード)である。D450 E−ガラス繊維ヤーンを使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル1080であり、これは、5センチメートルあたり118本のたて糸と93本のよこ糸(インチあたりたて糸が60本、よこ糸が47本)を有し、5 11 1×0(D450 1/0)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.053ミリメートル(約0.0021インチ)であり、そしてファブリック重量が46.8グラム/平方メートル(約1.38オンス/平方ヤード)である。D900 E−ガラス繊維ヤーンを使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル106であり、これは、5センチメートルあたり110本のたて糸と110本のよこ糸(インチあたりたて糸が56本、よこ糸が56本)を有し、5 5.5 1×0(D900 1/0)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.033ミリメートル(約0.013インチ)であり、そしてファブリック重量が24.4グラム/平方メートル(約0.72オンス/平方ヤード)である。D900 E−ガラス繊維ヤーンを使ったもう一つのファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル108であり、これは、5センチメートルあたり118本のたて糸と93本のよこ糸(インチあたりたて糸が60本、よこ糸が47本)を有し、5 5.5 1×2(D900 1/2)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.061ミリメートル(約0.0024インチ)であり、そしてファブリック重量が47.5グラム/平方メートル(約1.40オンス/平方ヤード)である。E225およびD450 E−ガラス繊維ヤーンを両方とも使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル2113であり、これは、5センチメートルあたり118本のたて糸と110本のよこ糸(インチあたりたて糸が60本、よこ糸が56本)を有し、7 22 1×0(E225 1/0)たて糸および5 11 1×0(D450 1/0)よこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.079ミリメートル(約0.0031インチ)であり、そしてファブリック重量が78.0グラム/平方メートル(約2.30オンス/平方ヤード)である。G50およびG75 E−ガラス繊維ヤーンを両方とも使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル7535であり、これは、5センチメートルあたり87本のたて糸と57本のよこ糸(インチあたりたて糸が44本、よこ糸が29本)を有し、9 68 1×0(G75 1/0)たて糸および9 99 1×0(G50 1/0)よこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.201ミリメートル(約0.0079インチ)であり、そしてファブリック重量が232.3グラム/平方メートル(約6.85オンス/平方ヤード)である。
【0213】
これら、そしてその他の有益なファブリックスタイルの仕様は、The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuitsからの刊行物であるIPC−EG−140“Specification for Finished Fabric Woven from ‘E’Glass for Printed Boards”(1997年6月)に記載されてあり、本明細書に具体的に援用されるものである。上記の各ファブリックスタイルはツイスト有りのヤーンを使用するが、これらの、そしてその他のファブリックスタイルにおいて、ツイスト有りのヤーンと共にあるいはその代わりとしてゼロツイストなヤーンまたは粗紡糸を使用することも、本発明において考察されるところである。
【0214】
本発明の実施態様では、ファブリック中のたて糸の一部または全部が、その繊維を第一の樹脂適合的サイジング組成物でコートされることができ、また、よこ糸の一部または全部が、その繊維を第一の組成物とは異なる第二の樹脂適合的コーティングでコートされることができ、すなわち第二の組成物は、(1)第一のサイジング組成物の成分とは化学的に異なり、あるいは形態が異なる成分を少なくとも一つ含み、または(2)第一のサイジング組成物に含まれる同一成分の量と異なる量の成分を少なくとも一つ含むものである。
【0215】
ここで、図7を参照すると、ファブリック712は、複合体または積層物714の形成において使用することができ、それはマトリックス材料、好ましくは高分子膜形成熱可塑性または熱硬化性マトリックス材料716をコート及び/又は含浸させることによって達成される。複合体または積層物714は、電子基板としての使用に適する。ここで使用される“電子基板”とは、各要素を機械的に支持し、及び/又は電気的に相互接続する構造物を意味する。例としては、これらに限定されるものではないが、能動電子部品、受動電子部品、プリント回路、集積回路、半導体素子が含まれ、そしてこれらの要素に関連するその他のハードウェアとしては、これらに限定されるものではないが、コネクタ、ソケット、固定クリップおよびヒートシンクが含まれる。
【0216】
本発明の好ましい実施態様は、先に詳説された複数の繊維を包含する少なくとも一つの部分コートされた繊維ストランドを包含する補強された複合体に向けられている。したがって、複数の繊維を包含する開示されている繊維ストランドのそれぞれから作られる補強された複合体は、本発明で考察されるところである。例えば、本発明の一つの好ましい実施態様は、マトリックス材料と少なくとも一つの部分コートされた繊維ストランドを包含する補強された複合体に向けられており、そのコーティングは、有機成分と300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有する層状粒子とを包含する。
【0217】
本発明のもう一つの好ましい実施態様は、(a)複数の繊維を包含する少なくとも部分コートされた繊維ストランドで、そのコーティングは、少なくとも一つの層状粒子を包含する繊維ストランドと、(b)マトリックス材慮と、を包含する補強された複合体に向けられている。
【0218】
さらにもう一つの好ましい実施態様は、補強された複合体に向けられており、その複合体は、(a)複数のガラス繊維を包含する少なくとも部分コートされた繊維ストランドであって、そのコーティングは、水性の組成物の残留物を包含し、その組成物は、(i)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の個別粒子と、(ii)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料と、(iii)少なくとも一つの膜形成材料と、を包含する繊維ストランドと、(b)マトリックス材料と、を包含する。
【0219】
本発明のさらにもう一つの実施態様は、少なくとも一つの繊維ストランドとマトリックス材料とを包含する補強された複合体に向けられており、その補強された複合体はさらに、水性組成物を包含し、その組成物は、(a)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の個別粒子と、(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料と、(c)少なくとも一つの膜形成材料と、を包含する。
【0220】
本発明のもう一つの好ましい実施態様は、補強された複合体に向けられており、その複合体は次を含む:(a)複数のガラス繊維を包含する少なくとも部分コートされた繊維ストランドであって、そのコーティングは、全固形分ベースで20重量%を超える個別粒子を包含する水性の組成物の残留物を包含し、その個別粒子は、少なくとも一つの前記ガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する、および(b)マトリックス材料。
【0221】
もう一つの好ましい実施態様は、複数のガラス繊維を包含する少なくとも一つの繊維ストランドとマトリックス材料とを包含する補強された複合体に向けられており、その補強された複合体はさらに、全固形分ベースで20重量%を超える個別粒子を包含する水性の組成物の残留物を包含し、その個別粒子は、少なくとも一つの前記ガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する。
【0222】
本発明のさらなる実施態様は、補強された複合体に向けられており、その複合体は、次を包含する:(a)複数のガラス繊維を包含する少なくとも一つの繊維ストランドで、そのストランドは、および有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の個別粒子を包含する樹脂適合的組成物でコートされる;および(b)マトリックス材料。特に、複数の個別粒子は、非熱膨張性有機材料、無機高分子材料、非熱膨張性複合体材料、およびそれらの任意の混合物から選ばれる材料から形成される。
【0223】
強化複合材に向けられた上述の実施形態内で使用されるコーティング及び樹脂適合性組成物の成分は、上述のコーティング成分の中から選択することができ、付加的成分も同様に以上で記したものの中から選択することができる。
【0224】
本発明において有用な好ましいマトリックス材料としては、熱硬化性ポリエステル、ビニルエステル、(多価アルコール又はチオールのポリグリシジルエーテルといったような、少なくとも1つのエポキシ又はオキシラン基を分子中に含有する)エポキシド、フェノール樹脂、熱硬化性ポリウレタン、以上のもののうちのいずれかの誘導体、及び以上のうちのいずれかのものの混合物が内含される、プリント回路板用積層材を形成するための好ましいマトリックス材料は、2機能臭素化エポキシ樹脂といったような多機能エポキシ樹脂であるFR−4エポキシ樹脂、ポリイミド及び液晶重合体であり、その組成は当業者には周知のものである。かかる組成物に関するさらなる情報が必要な場合には、本書に特定的に参考として内含されている、Electric materials HandbookTM,ASM International(1989),p534〜537を参照のこと。
【0225】
適切な重合体熱可塑性マトリックス材料の制限的意味のない例としては、ポリオレフィン、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン及び熱可塑性ポリエステル、ビニル重合体及び以上いずれかの混合物が内含されている。有用な熱可塑性材料のさらなる例としては、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニルスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアセタール、ポリ塩化ビニル、及びポリカーボネートが含まれる。
【0226】
好ましいマトリックス材料処方は、EPON1120−A80エポキシ樹脂(Houston、TexasのShell Chemical Companyから市販されている)、ジシアンジアミド、2−メチルイミダゾール及びDoWANOL PMグリコールエーテル(Midland、MichiganのDow Chemical Co.から市販されている)で構成されている。
【0227】
複合材中に重合体マトリックス材料及び強化材料と共に内含され得るその他の成分は、着色剤又は顔料、潤滑剤又は加工助剤、紫外線(UV)安定剤、酸化防止剤、その他の充てん材及び増量剤である。好ましい実施形態においては、無機材料が重合体マトリックス材料と共に内含される。これらの無機材料には、セラミクス材料及び金属材料が含まれ、以上で詳述された無機材料の中から選択され得る。
【0228】
布帛(fabric)712は、例えば、本書に特定的に参考として内含されているR.Tummala(編),Microelectronics Packaging Handbook(1989),895〜896ページに論述されているように、重合体マトリックス材料716の浴中に布帛712を浸漬することによってコーティング及び含浸させることができる。より一般的には、細断された又は連続した繊維ストランド強化材を、手で、又はそれを重合体マトリックス材料全体に均等に分布帛させる適切なあらゆる自動供給又は混合装置を用いて、マトリックス材料中に分散させることができる。例えば、強化材は、全ての成分を同時又は逐次的に乾燥配合することによって、重合体マトリックス材料中に分散させることができる。
【0229】
重合体マトリックス材料716及びストランドは、使用される重合体マトリックス材料のタイプなどのような要因により左右されるさまざまな方法により、複合材又は積層材714の形に形成され得る。例えば、熱硬化性マトリックス材料については、複合材を、圧縮又は射出成形、引抜成形、フィラメント巻き、手積み成形、スプレーアップ又はシート成形又はバルク成形とそれに続く圧縮又は射出成形によって形成することができる。熱硬化性重合体マトリックス材料は、マトリックス材料内への架橋剤の内含及び/又は、例えば加熱により、硬化させることができる。重合体マトリックス材料を架橋するのに有用な適切な架橋剤は、以上で論述されている。熱可塑性重合体マトリックス材料のための温度及び硬化時間は、使用される重合体マトリックス材料のタイプ、マトリックス系内のその他の添加剤及び化合物の厚みといったような(ただしこれに制限されるわけではない)要因に左右される。
【0230】
熱可塑性マトリックス材料については、複合材を形成するための適切な方法には、直接的成形又は抽出配合とそれに続く射出成形が含まれる。上述の方法により複合材を形成するための方法及び装置については、本書に参考として特定的に内含されているI. Rubin, Handbook of Plastic Materials and Technology(1990),p955〜1062,p1179〜1215及びp1225〜1271の中で論述されている。
【0231】
本発明の付加的な好ましい実施形態は、以上で詳述した少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも部分的にコーティングされた布帛を含む電子基板のために適合された強化積層材に向けられている。かくして、少なくとも1つの繊維ストランドを含む開示された布帛の各々から作られた電子基板のために適合された強化積層材が、本発明によって考慮される。例えば、本発明の1つの好ましい実施形態は、少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも1つの部分的にコーティングされた布帛及びマトリックス材料を含む電子基板に適合された強化積層材において、コーティングが、300Kの温度で1メートルKあたり少なくとも1ワットの熱伝導率をもつ層状粒子及び有機成分を含んで成る、強化積層材に向けられている。さらにもう1つの実施形態においては、コーティングは、電子基板のために適合された強化積層材の中のマトリックス材料と適合性をもつ。
【0232】
本発明の付加的な実施形態は、電子基板のために適合された強化積層材において、(a)マトリックス材料及び少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも1つの非脱脂布帛を含み、該少なくとも1つの布帛の少なくとも一部分が、前記電子基板のために適合された前記強化積層材内のマトリックス材料と適合性あるコーティングを有している強化積層材に向けられている。本発明のもう1つの実施形態は、電子基板のために適合された強化積層材において、(a)マトリックス材料及び(b)少なくとも1つの繊維ストランドを含みかつ布帛の表面の少なくとも一部分の上に表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物を有する少なくとも1つの布帛を含んで成る、強化積層材に向けられている。
【0233】
本書で使用する「非脱脂布帛」というのは、布帛から非樹脂適合性サイズ剤を除去する従来の繊維プロセスを受けていない布帛のことである。以上で論述した通り、スクラビングに加えて、熱清浄及び水噴射清浄が、このような従来の繊維プロセスの例である。本書で使用されるように、「表面処理用でない」樹脂適合性コーティング組成物というのは、従来の繊維表面処理プロセスにおいて使用されない上述の樹脂適合性コーティング組成物のことである。例えば、表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物とは、上述の一次、二次及び/又は三次コーティング組成物を意味するが、例えばシランカップリング剤及び水から作られ、脱脂後に繊維に塗布帛される標準的な表面処理サイズ剤は意味しない。ただし、本発明では、コーティングに適用される表面処理用サイズ剤と共に本発明に従った樹脂適合性コーティングを含むコーティングもまさに考慮されている。
【0234】
本発明のもう1つの好ましい実施形態は、電子基板の利用分野で使用するための積層材を形成する方法において、
(a) 複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸及び複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成される、電子基板を強化するために適合された布帛を得る段階、
(b) マトリックス材料樹脂で布帛の少なくとも一部分を少なくとも部分的にコーティングする段階、
(c) プレプレグ層を形成するべく少なくとも部分的にコーティングされた布帛を少なくとも部分的に硬化させる段階及び
(d) 電子基板内で使用するために適合された積層材を形成するべく2つ以上のプレプレグ層を積層する段階、
を含んで成る方法に向けられる。
【0235】
強化積層材に向けられた以上の実施形態において使用されるコーティングの成分は、上述のコーティング成分から選択され得、付加的な成分も同様に以上で列挙されたものの中から選択されうる。
【0236】
本発明の付加的な好ましい実施形態は、以上で詳述された少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも部分的にコーティングされた布帛を含む電子基板用のプレプレグに向けられている。かくして、少なくとも1つの繊維ストランドを含む開示された布帛の各々から作られた電子基板のためのプレプレグが、本発明では考慮の対象となっている。
【0237】
本発明のもう1つの実施形態は、電子基板用のプレプレグにおいて、(a)マトリックス材料及び少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも1つの非脱脂布帛を含み、該少なくとも1つの布帛の少なくとも一部分が、前記電子基板のための前記プレプレグ内のマトリックス材料と適合性あるコーティングを有しているプレプレグに向けられている。本発明のさらにもう1つの実施形態は、電子基板のためプレプレグにおいて、(a)マトリックス材料及び(b)少なくとも1つの繊維ストランドを含みかつ布帛の表面の少なくとも一部分の上に表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物を有する少なくとも1つの布帛を含んで成る、プレプレグに向けられている。
【0238】
上述のとおり、以上の実施形態において使用されるコーティングの成分は、上述のコーティング成分から選択され得、付加的な成分も同様に以上で列挙されたものの中から選択されうる。
【0239】
図8に示されている本発明の特定の制限的意味のない実施形態においては、複合材又は積層材810は、適合性あるマトリックス材料814が含浸された布帛812を内含している。その後、含浸された布帛を、測定された量のマトリックス材料を残すべく一組の計量ロールの間で圧搾し、乾燥させて半硬化した基板又はプレプレグの形で電子基板を形成させることができる。明細書の以下の部分で論述される予定の要領で、プレプレグの側面822の一部分に沿って導電性層820を位置づけすることができ、プレプレグは、導電性層を伴う電子基板818を形成するべく硬化させられる。本発明のもう1つの実施形態において、そしてより標準的には電子基板業界においては、2つ以上のプレプレグが単数又は複数の導電性層と組合わされ、合わせて積層され、当業者にとって周知の要領で硬化されて、多層電子基板を形成する。例えば、本発明を制限する意味はないものの、重合体マトリックスを硬化させ所望の厚みの積層材を形成するため予め定められた長さの時間、高い温度及び圧力下で、例えば研磨された鋼板の間でスタックをプレスすることによって、プレプレグスタックを積層させることができる。結果として得られる電子基板が、露呈された表面の一部分に沿って少なくとも1つの導電性層をもつ積層材となるように(以下「クラッド積層材」と呼ぶ)積層及び硬化の前又は後に、単数又は複数のプレプレグの一部分に導電性層を具備させることができる。
【0240】
次に、プリント回路板又はプリント配線板(以下集合的に「電子回路板」と呼ぶ)の形で電子基板を構築するための当該技術分野において周知の技術を用いて、単層及び多層電子基板の導電性層(単複)から回路を形成することができる。
【0241】
本発明の付加的な好ましい実施形態は、以上で詳述されている少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも部分的にコーティングされた布帛を含む電子基板及び電子回路板に向けられている。かくして、本発明では、少なくとも1つの繊維ストランドを含む開示された布帛の各々で作った電子基板及び電子回路板が考慮される。
【0242】
本発明のもう1つの実施形態は、(a)少なくとも1つの繊維ストランドを含み、少なくとも一部分がマトリックス材料と適合性あるコーティングをもつ、少なくとも1つの非脱脂布帛及び(b)電子基板内の少なくとも1つの布帛の少なくとも1部分の上の少なくとも1つのマトリックス材料を含んで成る電子基板に向けられている。付加的な1実施形態は、(a)少なくとも1つの繊維ストランドを含み、布帛の表面の少なくとも一部分の上に表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物を有する少なくとも1つの布帛; 及び(b)電子基板内の少なくとも1つの布帛の少なくとも一部分の上の少なくとも1つのマトリックス材料を含んで成る電子基板に向けられている。
【0243】
本発明のさらにもう1つの実施形態は、電子基板を形成する方法において、
(a) 複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸及び複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成される、電子基板を強化するために適合された布帛を得る段階、
(b) マトリックス材料樹脂で布帛の少なくとも一部分を少なくとも部分的にコーティングする段階、
(c) プレプレグ層を形成するべく、布帛の少なくとも1部分の中にコーティングを少なくとも部分的に硬化させる段階、及び
(d) 電子基板を形成させるべく、単数又は複数の導電性層と共に単数又は複数のプレプレグ層を積層させる段階を含んで成る方法に向けられている。
【0244】
さらに好ましい実施形態においては、少なくとも1つの布帛及び少なくとも1つのマトリックスは、電子基板内に第1の複合材層を形成する。もう1つのさらなる好ましい実施形態においては、電子基板はさらに、第1の複合材層とは異なる第2の複合材層を含む。
【0245】
付加的な好ましい実施形態は、(a)(i)少なくとも1つの繊維ストランドを含み、少なくとも一部分がマトリックス材料と適合性あるコーティングをもつ、少なくとも1つの非脱脂布帛及び(ii)電子基板内の少なくとも1つの布帛の少なくとも1部分の上の少なくとも1つのマトリックス材料を含んで成る電子基板;及び(b)導電性層を含み、該支持体と導電性層を中に収納している電子回路板に向けられている。
【0246】
付加的な実施形態は、(a)(i)少なくとも1つの繊維ストランドを含み、布帛の表面の少なくとも1部分の上に表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物を有する少なくとも1つの布帛及び(ii)電子基板内の少なくとも1つの布帛の少なくとも1部分の上の少なくとも1つのマトリックス材料を含んで成る電子基板;及び(b)導電性層を含み、該支持体と導電性層を中に収納している電子回路板に向けられている。
【0247】
さらにもう1つの好ましい実施形態においては、導電性層は、電子基板の選択された部分に隣接して位置づけされている。もう1つのさらに好ましい実施形態においては、少なくとも1つの布帛及び少なくとも1つのマトリックスは、第1の複合材層を形成している。もう1つの実施形態においては、電子基板はさらに、第1の複合材層とは異なる第2の複合材層を含む。好ましくは、導電性層は、第1の及び/又は第2の複合材層電子基板のうちの選択された部分に隣接して位置づけされている。
【0248】
本発明のもう1つの実施形態は、プリント回路板を形成する方法において:
(a) 複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸及び複数のガラス繊維を含みその少なくと一部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成される、電子基板を強化するために適合された少なくとも1つの布帛及び単数又は複数の導電性層を含む電子基板を得る段階;及び
(b) プリント回路板を形成するべく電子基板の単数又は複数の導電性層の少なくとも1つをパターン化する段階、
を含んで成る方法に向けられている。
【0249】
電子基板及び電子回路板に向けられた上述の実施形態において使用されるコーティングの成分は、上述のコーティング成分から選択でき、又付加的な成分も、以上で列挙したものの中から選択できる。
【0250】
望ましい場合には、機械式穴明け及びレーザー穴明けを含む(ただしこれらに制限されるわけではない)、当該技術分野において既知の適切なあらゆる要領で、電子基板の相対する表面上のコンポーネント及び/又は回路の間の電気的相互接続を可能にするため、電子基板の中に、アパーチャ又は穴(「バイア」とも呼ばれる)を形成することもできる。より特定的に言うと、図10を参照すると、アバーチャ1060が、本発明の電子基板1054の布帛1012の少なくとも1つの層1062を通って延びている。布帛1012は、本書で教示されているようなさまざまな重合体マトリックス材料と適合性ある層をもつ複数のガラス繊維を含む、コーティングされた繊維ストランドを含んで成る。アバーチャ1060を形成するにあたっては、電子基板1054が、ドリルビット1064又はレーザーチップといったようなアパーチャ形成装置と見当合せされた状態で位置づけされる。アパーチャ1060は、ドリル1064又はレーザーを用いて穴明けすることによって、布帛1012の少なくとも1つの層1062の一部分1066を通って形成される。
【0251】
好ましい1実施形態においては、積層材は、0.46mm(0.018インチ)の直径のタングステンカーバイドドリルを用いて切込み負荷0.001及び1平方センチメートルあたり62穴(平方インチあたり400穴)の穴密度で3枚の積層材のスタックを通して2000個の穴を明けた後、36マイクロメートル以下の偏向距離を有している。付加的な実施形態においては、積層材は、0.46mm(0.018インチ)の直径のタングステンカーバイドドリルを用いて、切込み負荷0.001及び1平方センチメートルあたり62穴(平方インチあたり400穴)の穴密度で3枚の積層材のスタックを通して2000個の穴を明けた後、32パーセント以下のドリル工具摩耗率を有する。
【0252】
さらなる実施形態においては、無機潤滑剤がアパーチャ形成装置と電子基板の間の界面の少なくとも一部分と接触するような形でアパーチャ形成装置の近くに無機潤滑剤を含む流体流が送り出される。好ましくは、この無機潤滑剤は、以上で詳述された無機潤滑剤から選択される。
【0253】
本発明のもう1つの実施形態は、電子回路板のための電子システム支持体の布帛層を通るアパーチャを形成するための方法において:
(1) アパーチャ形成装置と見当合せした状態でアパーチャが中に形成される予定である布帛の一表面の少なくとも1部分の上に樹脂適合性コーティング組成物を含むコーティングされた繊維ストランドを含む布帛層の一部分を含む電子システム支持体を位置づけする段階、及び
(2) 布帛層の該部分の中にアパーチャを形成する段階、
を含んで成る方法に向けられている。
【0254】
アパーチャの形成後、導電性材料層がアパーチャの壁上に被着させられるか又は、電子基板1054の表面上の単数又は複数の導電性層(図10には図示せず)の間に必要とされる電気的相互接続及び/又は熱の放散を容易にするため、アパーチャに導電性材料が充てんされる。バイアは、電子基板及び/又はプリント回路板の中を部分的に又は完全に延びることができ、電子基板及び/又はプリント回路板の1つ又は両方の表面で露出されてもよく、又、電子基板及び/又は回路板の中に埋込まれた状態又は収納された状態で完成されてもよい(「埋込みバイア」)。
【0255】
図8に示されている導電性層820は、当業者にとって周知のあらゆる方法により形成されうる。例えば、本発明を制限する意味はないが、半硬化又は硬化して、プレプレグ又は積層材の側面の少なくとも一部分の上に金属材料の薄いシート又はホイルを積層させることにより、導電性層を形成させることができる。一変形形態としては、電解メッキ、無電解メッキ又はスパッタリングを含む(ただしこれらに制限されるわけではない)周知の技術を用いて半硬化又は硬化プレプレグ又は積層材の片面の少なくとも一部分の上に金属材料層を被着させることにより、導電性層を形成することもできる。導電性層として使用するのに適した金属材料には、銅(これが好ましい)、銀、アルミニウム、金、錫、錫−鉛合金、パラジウム及びそれらの組合せが含まれるがこれらに制限されるわけではない。
【0256】
本発明のもう1つの制限的意味のない実施形態においては、電子基板は、単数又は複数のクラッド積層材(前述)及び/又は単数又は複数のプレプレグ(前述)を合わせて積層することによって構築された多層電子回路板の形をしていてよい。望ましい場合、例えば、多層電子回路板の露出された側面の一部分に沿って、付加的な導電性層を電子基板内に内蔵させることができる。さらに、必要とあらば、上述の要領で導電性層から付加的な回路を形成することができる。多層電子回路板の層の相対的位置に応じて、回路板は、内部及び外部の両方の回路をもつことができるということを認識すべきである。上述のように、層間で選択された場所で電気的相互接続を可能にするべく回路板の中を部分的に又は完全に通って、付加的アパーチャが形成される。結果として得られる構造には、構造中を貫通して延びるいくつかのアパーチャ、構造中を部分的にのみ通って延びるいくつかのアパーチャそして構造の内部にあるいくつかのアパーチャを有することができるということを認識すべきである。
【0257】
好ましくは、電子基板254を形成する積層材の厚みは、0.051mm(約0.002インチ)より大きく、より好ましくは0.13mm(約0.005インチ)〜2.5mm(約0.1インチ)の範囲内にある。7628形式布帛の8プライの積層材については、厚みは一般に1.32mm(約0.052インチ)である。積層材中の布帛層の数は、積層材の所望厚みに基づいて変動しうる。
【0258】
積層材の樹脂含有率は、好ましくは35〜80重量パーセント、より好ましくは40〜75重量パーセントの範囲内にありうる。積層材中の布帛の量は、20〜65重量パーセント、より好ましくは25〜60重量パーセントの範囲内にあり得る。
【0259】
製織されたE−ガラス布帛から、110℃の最低ガラス遷移温度をもつFR−4エポキシ樹脂マトリックス材料を用いて形成された積層材については、機械横断方向つまり幅方向(一般には布帛の長手方向軸に対し垂直な方向、すなわち充てん方向)における好ましい最小曲げ強度は、Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits の刊行物(1997年12月)であるIPC−4101「剛性及び多層プリント回路板のための基本材料仕様書」、p29に従って、3×107kg/m2以上、より好ましくは3.52×107kg/m2(約50kpsi)以上、そしてさらに一層好ましくは4.9×107kg/m2(約70kpsi) 以上である。IPC−4101は、本書でその全体が参考として内含されている。長さ方向では、長さ方向(一般に布帛の長手方向軸に対し平行、すなわちたて糸方向)における所望の最小曲げ強度は、好ましくは4×107kg/m2より大きく、より好ましくは4.23×107kg/m2よりも大きい。曲げ強度は、IPC−4101の第3,8,2,4項に従ってエッチングにより金属クラッディングが完全に除去された状態で、(本書に参考として特定的に内含されている)ASTMD−790及びIPC−TM−650 Test Methods Manual of the Institute for Interconnecting and Packaging Electronics(1994年12月)に従って測定される。本発明の電子基板の利点としては、積層材を含む回路板の変形を少なくすることのできる高い曲げ強度(引張り及び圧縮強度)及び高い弾性率が含まれる。
【0260】
銅張りFR−4エポキシ積層材の形での本発明の電子基板は、好ましくは、積層材のZ方向すなわち積層材の厚みを横断して50℃〜288℃で、(本書に参考として特定的に内含されている)IPC試験方法2,4,41に従って、5.5パーセント未満そしてより好ましくは0.01〜5.0重量パーセントの範囲内の熱膨張率(「Z−CTE」)をもつ。各々のこのような積層材は、好ましくは、7628形式布帛を8層含むが、制限的な意味なく106,108,1080,2113,2116又は7535といった形式の布帛を代替的に使用することもできる。さらに、積層材は、これらの布帛形式の組合せを取入れることもできる。低い熱膨張率をもつ積層材は一般に、膨張及び収縮を受けにくい。
【0261】
本発明ではさらに、本書の教示に従って作られた少なくとも1つの複合材層及び、本書で教示された複合材層とは異なる要領で例えば従来のガラス繊維複合材技術を用いて作られた少なくとも1つの複合材層を内含する多層積層材及び電子回路板の製造も考慮されている。より特定的には、当業者にとっては周知の通り、伝統的に、布帛を製織する上で使用される連続ガラス繊維ストランド内のフィラメントは、制限的な意味はないが、本書に参考として特定的に内含されているLoewenstein,p237〜244(第3版、1993)の中に開示されているものを含む、部分的に又は完全にデキストリン化されたでんぷん又はアミロース、水素化植物油、カチオン湿潤剤、乳化剤及び水を含めたでんぷん/油サイズ剤で処理される。これらのストランドから生成されたたて糸はその後、製織前に、本書に参考として特定的に内含されている米国特許第4,530,876号第3欄67行目〜第4欄11行目に開示されている通り、例えばポリ(ビニルアルコール)といった製織プロセスの中の摩耗に対しストランドを保護するため、溶液で処理される。この作業は一般に糊付けと呼ばれる。ポリ(ビニルアルコール)ならびにでんぷん/油サイズ剤は一般に、複合材製造業者が使用する重合体マトリックス材料と適合性がなく、従って布帛は、製織された布帛の含浸に先立ちガラス繊維の表面から基本的に全ての有機材料を除去するために清浄される。これは、例えば布帛をスクラビングすること又はさらに一般的には当該技術分野において周知の要領で布帛を熱処理することによって、さまざまなやり方で達成され得る。清浄作業の結果として、布帛に含浸させるために使用される重合体マトリックス材料と清浄済みガラス繊維表面の間には適切な界面が全く存在せず、従って、ガラス繊維表面に対しカップリング剤を塗布帛しなければならない。この作業を当業者は時として表面処理と呼んでいる。表面処理作業において最も一般的に使用されるカップリング剤は、本書に参考として特定的に内含されている E.P.Plueddemann, シランカップリング剤(1982),p146〜147に開示されているものを含めた(ただしこれに制限されるわけではない)シランである。同様に、Loewenstein, p248〜358(3dEd,1993)も参照のこと。シランでの処理後、布帛は、適合性ある重合体マトリックス材料で含浸され、1組の計量ロール間で圧搾され、乾燥されて上述の通りの半硬化プレプレグを形成する。本発明においては、サイズ剤の性質、清浄作業及び/又は複合材中で使用されるマトリックス樹脂に応じて、糊付け及び/又は表面処理段階を削除することができる。次に、従来のガラス繊維複合材技術を内含する単数又は複数のプレプレグと本発明を内含する単数又は複数のプレプレグを組合わせて、上述の通りの電子基板特に多層積層材又は電子回路板を形成することができる。電子回路板の製造に関するさらなる情報については、Electronic Materials Handbook TM,ASM International(1989),p113〜115,R. Tummala(編), Microelectronics Packaging Handbook,(1989),p858−861及び、895−909,M.W. Jawitz, Printed Circuit Board Handbook(1997),p9.1−9.42,及びC.F. Coombs, Jr.(編).Printed Circuits Handbook.(第3版 1988),p6.1−6.7.を参照のこと。
【0262】
本発明の電子基板を形成する複合材及び積層材は、本書に参考として特定的に内含されている Tummala p25〜43の中で開示されているような、エレクトロニクス産業において使用されている実装、より特定的には第1,第2及び第3レベルの実装を形成するのに使用することができる。さらに、本発明は、その他の実装レベルのためにも使用することができる。
【0263】
本発明、すなわち1つの制限的意味のない実施形態においては、7628形式Eガラス布帛及び140℃というTgをもつFR−4重合体樹脂から形成されたプレプレグの8層又はプライで作られ(本書に参考として特定的に内含されている)IPC−TM−650,No.2.4.4に従ってテストされたクラッド無しの積層材の曲げ強さは、好ましくは布帛のたて糸方向に対して平行にテストしたとき1平方インチあたり100,000(約690メガパスカル)以上、そして布帛の充てん方向に対し平行にテストしたとき好ましくは80000(約552メガパスカル)以上である。
【0264】
本発明のもう1つの制限的意味のない実施形態においては、7628形式Eガラス布帛及び140℃というTgをもつFR−4重合体樹脂から形成されたプレプレグの8層又はプライで作られ(本書に参考として特定的に内含されている)ASTMD2344−84に従い5というスパン長対厚み比を用いてテストされたクラッド無しの積層材の短梁せん断強さは、好ましくは、布帛のたて糸方向に対して平行にテストしたとき1平方インチあたり7400(約51メガパスカル)以上、そして布帛の充てん方向に対し平行にテストしたとき好ましくは5600(約39メガパスカル)以上である。
【0265】
本発明のもう1つの制限的意味のない実施形態においては、7628形式Eガラス布帛及び140℃というTgをもつFR−4重合体樹脂から形成されたプレプレグの8層又はプライで作られASTMD2344−84に従い5というスパン長対厚み比を用いかつ24時間沸とう水の中に浸漬した後テストされたクラッド無しの積層材の短梁せん断強さは、好ましくは、布帛のたて糸方向に対して平行にテストしたとき1平方インチあたり5000ポンド(約34メガパスカル)以上、そして布帛のよこ糸方向に対し平行にテストしたとき好ましくは4200(約30メガパスカル)以上である。
【0266】
本発明は同様に、1つの複合材を形成するべくマトリックス材料を強化するための方法を内含する該方法は、(1)繊維ストランド強化材に対して、ストランドの隣接する繊維間に隙を提供する粒子を含む以上で詳述した少なくとも1つの一次、二次及び/又は三次コーティング組成物を塗布帛する段階、(2)強化材の上にコーティングを形成するべくコーティングを乾燥させる段階; 3)マトリックス材料と強化材を組合せる段階、及び(4)強化された複合材を提供するべくマトリックス材料を少なくとも部分的に硬化させる段階、を含んで成る。本発明を制限する意味はないものの、強化材は、例えばそれをマトリックス材料中に分散させることによって、重合体マトリックス材料と組合わせることができる。好ましくは、単数又は複数のコーティングが、乾燥時点で強化材の上に実質的に均質なコーティングを形成する。本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、粒子は、合計固形分ベースで少なくとも20重量パーセントのサイズ剤組成物を含んで成る。もう1つの制限的意味のない実施形態においては、粒子は少なくとも3マイクロメートル、好ましくは少なくとも5マイクロメートルの最小平均粒子寸法を有する。さらなる制限的意味のない実施形態においては、粒子は、繊維ストランドの中に含まれているあらゆるガラス繊維のモース硬度値よりも低いモース硬度値をもつ。
【0267】
本発明は同様に、繊維ストランドの隣接する繊維間の付着を阻止するための方法において、(1)繊維ストランドに対して、ストランドの隣接する繊維間に細隙を提供する粒子を含む以上で詳述した少なくとも1つの一次、二次及び/又は三次コーティング組成物を塗布帛する段階、(2)ストランドの隣接する繊維間の付着が阻止されるように、繊維ストランドの繊維上にコーティングを形成するべくコーティングを乾燥させる段階を含んで成る方法をも内含する。好ましくは、単数又は複数のコーティングは、乾燥時点で強化材上に実質的に均等なコーティングを形成する。本発明の制限的な意味のない1実施形態においては、粒子は、合計固形分ベースで少なくとも20重量パーセントのサイズ剤を含んでいる。もう1つの制限的意味のない実施形態においては、粒子は少なくとも3マイクロメートル好ましくは少なくとも5マイクロメートルの最小平均粒子寸法を有する。例えば球状粒子においては、最小平均粒子寸法は、粒子の直径に対応することになる。矩形の粒子では、例えば、最小粒子寸法は、粒子の平均長さ、幅又は高さを意味する。さらなる制限的意味のない実施形態においては、粒子は、繊維ストランド内に含有されているあらゆるガラス繊維のモース硬度計値よりも小さいモース硬度計値を有する。
【0268】
本発明は同様に、繊維強化複合材のマトリックス材料の加水分解を阻止する方法をも内含する。この方法は、(1)繊維ストランド強化材に対して離散粒子を合計固形分ベースで20重量パーセント以上含む、以上で詳述した少なくとも1つの一次、二次及び/又は三次コーティング組成物を塗布帛する段階、(2)強化材の上にコーティングを形成するべくコーティングを乾燥させる段階; 3)マトリックス材料と強化材を組合せる段階及び(4)強化された複合材を提供するべくマトリックス材料を少なくとも部分的に硬化させる段階、を含んで成る。好ましくは、単数又は複数のコーティングは、乾燥時点で強化材上に実質的に均質なコーティングを形成する。上述のように、強化材は、例えばマトリックス材料の中に強化材を分散させることにより、マトリックス材料と組合わせることができる。
【0269】
本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、布帛は好ましくは7628形式布帛へと製織され、ASTM D737「編織布帛の通気度についての標準試験方法」により測定された場合、毎分につき10立方フィート、より好ましくは5立方フィート未満の通気度を有する。本発明を制限する意味はないものの、本発明のたて糸の細長い断面及び高いストランド開放度(以下で詳述する)が、糊付けされたたて糸を用いて作られたより慣習的な布帛に比べて本発明の布帛の通気度を低減させていると考えられている。
【0270】
前述のように、電子基板の利用分野のための従来の製織作業においては、たて糸は標準的に、製織プロセス中のたて糸の摩耗防止に役立つように製織に先立ち糊付け用サイズ剤でコーティングされる。糊付け用サイズ剤組成物は標準的に、糊付け用サイズ剤を含有する浸漬槽又は浴の中にたて糸を通し次に単数又は複数の圧搾ロールを通して余剰の材料を全て除去することによって、たて糸に塗布帛される。標準的糊付け用サイズ剤組成物は、例えば皮膜形成材料,可塑化剤及び潤滑剤を内含することができる。糊付け用サイズ剤組成物の中で一般に用いられる皮膜形成材料はポリビニルアルコールである。糊付けの後、たて糸は乾燥され、織機ビーム上に巻付けられる。たて糸端部の数及び間隔どりは、製織すべき布帛の形式によって左右される。乾燥後、糊付け済みたて糸は標準的に、一次及び糊付け用サイズ剤の組合せに起因して2.0パーセント以上の強熱減量を有することになる。
【0271】
標準的に言って、糊付け用サイズ剤ならびにでんぷん/油サイズ剤は一般に、電子基板のための強化材として布帛を内含させる場合、複合材製造業者が使用している重合体樹脂材料と適合性がないことから、織布帛に含浸させる前にガラス繊維の表面から基本的に全ての有機材料を除去するべく布帛を洗浄しなければならない。これは、たとえば布帛をスクラピングすること又はさらに一般的には当該技術分野において周知の要領で布帛を熱処理することといったさまざまな方法で達成できる。清浄作業の結果として、布帛に含浸させるのに使用される重合体マトリックス材料と清浄されたガラス繊維表面の間には適切な界面が全く存在しなくなり、従ってガラス繊維表面に対しカップリング剤を塗布帛することが必要となる。この作業を当業者は時として表面処理と呼んでいる。標準的には、表面処理用サイズ剤は布帛に対し0.1%未満のLOIを提供する。
【0272】
表面処理用サイズ剤での処理後、布帛は、適合性ある重合体マトリックス材料で含浸され、一組の計量ロール間で圧搾され、乾燥されて上述のような半硬化プレプレグを形成する。電子回路板の製造に関するさらなる情報については、本書に参考として特定的に内含されている Electronic Materials Handbook TM,ASM International(1989),p113〜115,R. Tummala(Ed), Microelectronics Packaging Handbook,(1989),p858−861及び、895−909,M.W. Jawitz, Printed Circuit Board Handbook(1997),p9.1−9.42,及びC.F. Coombs, Jr.(編.).Printed Circuits Handbook,(3d Ed. 1988),p6.1−6.7.を参照のこと。
【0273】
糊付けプロセスは、たて糸上に比較的厚いコーティングを施すことから、糸は、糊付け無しのたて糸と比べ剛性で可とう性のないものとなる。糊付け用サイズ剤は糸を、一般に円形横断面をもつ密な束の形に合わせて保持する傾向をもつ。本発明を制限する意味はないものの、かかる糸構造(すなわち密な束及び一般に円形の横断面)は、糊付け用サイズ剤を除去した後でさえ、予備含浸といったようなその後の処理段階の間にたて糸の束の中に重合体樹脂材料が浸透するのを妨げ得ると考えられている。
【0274】
糊付けは本発明にとって不利益なものではないが、好ましいものではない。従って、本発明の好ましい実施形態においては、たて糸は製織前に糊付け段階に付されず、糊付け用サイズ剤残渣を実質的に含んでいない。本書で使用する「実質的に含んでいない」という語は、たて糸が20重量パーセント未満、より好ましくは5重量パーセント未満の糊付け用サイズ剤残渣しか含まないことを意味する。本発明のさらに好ましい実施形態においては、たて糸は、製織に先立ち糊付け段階に付されず、基本的に糊付け用サイズ剤残渣を含まない。本書で使用する「基本的に含んでいない」という語は、たて糸が0.5重量パーセント未満、より好ましくは0.1重量パーセント未満そして最も好ましくは0重量パーセントの糊付け用サイズ剤残渣しか含まないことを意味する。しかしながら、たて糸が製織に先立ち二次コーティング作業に付される場合、好ましくは、製織に先立ちたて糸の表面に塗布帛される二次コーティングの量は、サイジングされたたて糸の重量の0.7パーセント未満である。
【0275】
本発明の1つの好ましい実施形態においては、たて糸の強熱減量は好ましくは製織中、2.5重量パーセント未満、より好ましくは1.5重量パーセント未満そして最も好ましくは0.8重量パーセント未満である。さらに、本発明の布帛は、0.1〜0.6パーセント,より好ましくは0.4〜1.3パーセント,さらに一層好ましくは0.6〜1パーセントの範囲内の全体的強熱減量を有している。
【0276】
本発明のもう1つの制限的意味のない実施形態においては、たて糸は好ましくは細長い横断面及び高いストランド開放度をもつ。本書で使用されている「細長い横断面」という語は、たて糸が一般に平坦又は卵形の横断面形状を有することを意味している。上述の高いストランド開放度というのは、糸又はストランドの個々の繊維が互いに密に保持されておらず単数又は複数の個々の繊維間に開放した空間が存在しかくして束の中へのマトリックス材料の浸透が容易になっているという特性を意味する。糊付けされたたて糸(上述の通りの)は一般に円形横断面と低いストランド開放度をもち、かくしてこのような浸透を容易にしない。本発明を制限する意味はないが、積層中のたて糸の束の中への優れた樹脂浸透(すなわち優れた樹脂ウエットアウト)は、積層材及び電子基板内への水分の進入経路を減少又は除去することにより、本発明に従って作られた積層材及び電子基板の全体的加水分解安定性を改善することができると考えられている。これは、かかる積層材及び電子基板から作られたプリント回路板がもつ、バイアの下で湿潤条件に露呈されたとき導電性陽極フィラメントの形成に起因する電気的短絡故障を示す傾向を減少させる上でプラスの効果を及ぼすこともできる。
【0277】
ストランド開放度は、F−指数試験により測定することができる。F−指数試験では、測定されるべき糸は、一連の垂直に心合せされたローラーの上を通過させられ、発光面及び相対する感光面を含む水平方向に配置された検知装置に隣接して位置つけされ、かくして糸の垂直軸が発光及び感光面と全体に平行に心合せされた状態にくるようになっている。検知装置は、それを垂直に心合せされたローラーの間の半分の位置に置くような垂直方向の高さに取付けられており、糸と検知装置の間の水平方向距離は、検知装置に向かって又はそれから離れるようにローラーを移動させることによって制御される。糸がローラー上を(標準的には分速約30メートルで)通過するにつれて、ストランドの開放度に応じて、糸の単数又は複数の部分は、発光面から発出する光の一部分を消滅させ得る。このとき、一定の長さの糸(標準的には約10メートル)について消滅の数が表にまとめられ、結果として得られた比率(すなわち単位長あたりの消滅数)は、ストランド開放度の尺度とみなされる。
【0278】
従来の糊付けされたガラス繊維糸から製織された布帛の密なたて糸構造ならびに上述の通りのこのような糸の低い開放度は、好ましくはたて糸の細長い横断面及びたて糸のより高い開放度を含む本発明の好ましい布帛の通気度よりも高い通気度をもつこれらの従来の布帛を結果としてもたらすと考えられている。本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、布帛は、ASTM D737標準試験方法によって測定した場合、1平方フィートあたり毎分10標準立方フィート(毎分1平方メートルあたり約0.05標準立方メートル)以下、より好ましくは、毎分1平方フィートあたり5立方フィート(毎分1平方メートルあたり1.52標準立方メートル)以下、そして最も好ましくは毎分1平方フィートあたり3立方フィート(毎分1平方メートルあたり0.91標準立方メートル)以下の通気度をもつ。本発明のもう1つの実施形態においては、布帛は、7628形式布帛に製織され、ASTM D737標準試験方法によって測定した場合、毎分1平方フィートあたり10標準立方フィート以下、より好ましくは毎分1平方フィートあたり5標準立方フィート以下、そして最も好ましくは毎分1平方フィートあたり3標準立方フィート以下の通気度をもつ。
【0279】
特定のいかなる理論によっても束縛又は何らかの形で制限されることを望まないものの、細長い又は平坦な横断面をもつたて糸も同じく、たて糸を内含する布帛から作られた積層材の改善された穴明け性能に貢献することができる。より特定的に言うと、細長い横断面をもつたて糸を有する布帛内のたて糸とよこ糸の間の交叉点は、円形横断面をもつ従来の布帛よりも低い断面形状を有することになるため、布帛を通って穴明けするドリルビットは、穴明け中より少ないガラス繊維と接触し、かくして、より低い摩耗を受けることになる。前述の通り、本発明の1実施形態においては、好ましくはたて糸及びよこ糸の両方が、成形中にそれに塗布帛された樹脂適合性一次コーティング組成物を有する。たて糸に塗布帛される樹脂適合性一次コーティング組成物は、よこ糸に塗布帛される樹脂適合性一次コーティング組成物と同じであってもよいし、又はそれと異なるものであってもよい。本書で使用されているように、たて糸に塗布帛された樹脂適合性一次コーティング組成物に言及して「よこ糸に塗布帛された樹脂適合性一次コーティング組成物と異なる」という句は、たて糸に塗布帛された一次コーティング組成物の少なくとも1つの成分がよこ糸に塗布帛された一次コーティング組成物中のその成分と異なる量で存在していること、又は、たて糸に塗布帛された一次コーティング組成物中に存在する少なくとも1つの成分がよこ糸に塗布帛された一次コーティング組成物中に存在しないこと、又はよこ糸に塗布帛された一次コーティング組成物中に存在する少なくとも1つの成分が、たて糸に塗布帛された一次コーティング組成物中に存在しないことを意味している。
【0280】
本発明のさらにもう1つの制限的意味のない実施形態においては、布帛の糸のガラス繊維は、1立方センチメートルあたり2.60グラム未満の密度をもつE−ガラス繊維である。さらにもう1つの好ましい制限的意味のない実施形態においては、E−ガラス繊維糸は、7628形式の布帛に製織された時、同じ形式の従来通りに加熱清浄され表面処理された布帛の(たて糸方向の)強度よりも大きいたて糸方向に平行な引張強度をもつ布帛を生成する。本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、好ましくは、樹脂適合性一次コーティング組成物は、実質的に「粘着性の」皮膜形成材料を含んでいない。すなわち、一次コーティング組成物は好ましくは合計固形分ベースで10重量パーセント未満、より好ましくは5重量パーセント未満しかそれを含んでいない。
【0281】
好ましい実施形態においては、樹脂適合性一次コーティング組成物は基本的に「粘着性」皮膜形成材料を含んでいない。すなわち、一次コーティング組成物は、好ましくは合計固形分ベースで1重量パーセント未満、より好ましくは0.5重量パーセント未満そして最も好ましくは0.1重量パーセント未満の粘着性皮膜形成材料しか含んでいない。粘着性皮膜形成材料は、よこ糸のエアジェット輸送可能性を低減させ、たて糸を互いに粘着させることなどによって、それらが塗布帛される糸の製織可能性にとって不利益であり得る。粘着性皮膜形成材料の制限的意味のない例は、水溶性エポキシ樹脂皮膜形成材料である。
【0282】
本発明に従った電子基板の利用分野で使用するための布帛を形成する1つの代替的方法についてここで一般的に論述する。該方法は、(1)複数のCFを含み少なくともその一部分に塗布帛された第1の樹脂適合性コーティングをもつ少なくとも1つのよこ糸を得る段階;(2)複数のガラス繊維を含みその少なくとも一部分に塗布帛された第2の樹脂適合性コーティングをもつ少なくとも1つのたて糸を得る段階及び(3)電子基板を強化するように適合された布帛を形成するべく2.5重量パーセント未満の強熱減量をもつ少なくとも1つのたて糸と少なくとも1つのよこ糸を製織する段階を含んで成る。
【0283】
電子基板内で使用するように適合された積層材を形成する方法についてここで一時的に論述する。該方法は、複数のガラス繊維を含みその少なくとも一部分に塗布帛された第1の樹脂適合性コーティングをもつ少なくとも1つのよこ糸と、複数のガラス繊維を含み少なくともその一部分に塗布帛された第2の樹脂適合性コーティングをもつ少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成される布帛を得る第1の段階を含んで成り、ここで該たて糸は製織中2.5重量パーセント未満の強熱減量を有していた。本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、好ましくは、布帛は基本的に糊付け用サイズ剤残渣を含んでいない。
【0284】
前述のように、標準的な布帛形成作業においては、ガラス繊維及び/又は糸に塗布帛される従来のサイズ剤組成物(すなわち一次サイズ剤組成物及び糊付け用サイズ剤組成物)は、樹脂適合性をもたず、従って、布帛に重合体樹脂材料を含浸させる前に、布帛から除去されなくてはならない。上述のように、これは、最も一般的には、製織後布帛を熱清浄することによって達成される。しかしながら、熱清浄は、ガラス繊維(ひいてはそれから形成された糸及び布帛)の強度を劣化させ、ガラスの密度を高くする。製織に先立ってたて糸及び/又はよこ糸に塗布帛される本発明の樹脂適合性コーティングは、含浸に先立つ除去を必要とせず、かくして熱清浄の必要性を無くする。従って、本発明の好ましい制限的意味のない実施形態においては、布帛は含浸の前の熱処理及び熱崩壊を受けない。
【0285】
さらに、熱清浄によるサイズ剤組成物の除去の後、表面処理用サイズ剤を含浸に先立ち布帛に塗布帛して、布帛と重合体樹脂の間の適合性を改善しなければならない。本発明における製織に先立ってたて糸及び/又はよこ糸に対し樹脂適合性コーティングを塗布帛することにより、布帛の表面処理の必要性も無くなる。従って、本発明のもう1つの好ましい実施形態においては、布帛は好ましくは二次コーティング及び/又は表面処理用サイズ剤からの残渣を実質的に含んでいない。すなわち、二次コーティング及び/又は表面処理用サイズ剤からの残渣は15重量パーセント未満、より好ましくは10重量パーセント未満である。本発明のより好ましい実施形態においては、布帛は二次コーティング及び/又は表面処理用サイズ剤からの残渣を基本的に含んでいない。本書で使用されているように、「基本的に含んでいない」という語は、布帛が二次コーティング及び/又は表面処理用サイズ剤からの残渣を1重量パーセント未満、より好ましくは0.5重量パーセント未満しか有していないことを意味している。
【0286】
本発明についてここで、以下の特定的な制限的意味のない例を用いて例示する。
例1
表1Aに記した量の成分を混合して、上述のものと類似の要領で本発明に従って水性形成用サイズ剤組成物A−Fを形成する。各組成物に、酢酸を1重量パーセント未満内含させた。水性形成用サイズ剤組成物A−Fを、E−ガラス繊維ストランド上にコーティングさせた。形成用サイズ剤組成物の各々は、2.5重量パーセントの固形分を有していた。コーティングされたガラス繊維ストランドの各々を加撚して糸を形成し、従来の加撚用装置を用いて類似の要領でボビンに巻きつけた。試料Bwac には、水性形成用サイズ剤組成物 Bをコーティングさせたが、約46時間190°Fの温度で真空乾燥させた。試料A−Fは各々、1重量パーセント未満の強熱減量値を有していた。試料Chi及びDhiは、それぞれ1.59及び1.66重量パーセントの強熱減量値を有していた。
【0287】
【表10】
【0288】
――――――――――――――――――――――――
<欄外>
97 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
98 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corpから市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN 2000
99 Houston、TexasのShell Chemical Co.から市販されているEPI−REZTM 3522−W−66
100 Houston、TexasのShell Chemical Co.から市販されているEPON 826
101 Wayne、New JerseyのISP Chemicalから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
102 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
103 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
104 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているアミノ官能性オルガノシランカップリング剤A−1100
105 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
106 Wayne、New JerseyのGAF Corporationから市販されているエトキシル化オクチルフェノキシエタノールIGEPAL CA−630
107 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されているポリアミドVERSAMID 140
108 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULS EL−719
109Chikago、IllinoisのStepan Companyから市販されているポリエチレングリコールモノラウレートエステルKESSCO PEG 600
110 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【0289】
【表11】
【0290】
商業用製品631及び633D−450のでんぷん−油でコーティングされた糸; PPGIndustries Incから市販されている1383G−75糸及び690及び695でんぷん−油でコーティングされた糸という比較用試料も同様に評価した。さらに、各々、以下の表1Bの中に記されている同じ水性形成用組成物Xでコーティングされた3つの比較用試料X1,X2及びX3もテストされた。比較用試料X1は、2.5重量パーセントの固形分を有していた。比較用試料X2は、4.9重量パーセントの固形分を有し、25℃で約8時間空気乾燥した。比較用試料X3は4.6重量パーセントの固形分を有していた。
―――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
111 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
112 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている潤滑剤EMERYTM6760
113 Dunbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているポリ(エチレンオキサイド)POLYOX WSR−301
114 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
115 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている水性分散中の窒化ホウ素粒子ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
【0291】
【表12】
【0292】
試料A−F及び比較用試料の糸を、以上で詳述した「エアジェット輸送抗力」試験方法を用いて、強熱減量(LOI)及びエアジェット適合性(空気抵抗)について評価した。
【0293】
各糸試料を、310キロパスカル(平方インチあたり45ポンド)ゲージの空気圧で、直径2ミリメートルの内部エアジェットチャンバ及び長さ20センチメートルのノズル出口管をもつSulzer Rutiの044 455 001型ニードルエアジェットノズルユニット(North Carolina, Spartanburg のSulzer Ruti から市販されている)を通して、分速274メートル(300ヤード)で供給された。糸がエアジェットノズルに入る前の1つの位置で糸と接触した状態で、張力計を位置づけした。張力計は、エアジェットノズル内にそれぞれの糸試料が引き込まれるにつれてエアジェットにより各糸試料上に加えられるグラム力(抗力)の測定値を提供した。これらの値は、下表1Cの中に記されている。
――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
116 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
117 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corpから市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN2000
118 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
119 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
120 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
121 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されているポリアミドVERSAMID 140
122 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
123 Dunbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているポリ(エチレンオキサイド)POLYOX WSR−301
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【0294】
【表13】
【0295】
上表1Cに示されているように、本発明に従ったPMAX適合性サイズ剤組成物でコーティングされた糸A−Fの各々は、100,000以上のエアジェット輸送抗力値を有していた。一般に上述の重合体マトリックス材料とは適合性のないでんぷん−油でサイジングされた商業用ストランドのみが100,000より大きいエアジェット輸送抗力値を有していた。重合体マトリックス材料適合性コーティングを有していた試料糸Ch1及びDh1は、糸上の高いコーティングレベルすなわち、エアジェットによる糸のフィラメント化又は繊維の分離を阻止した1.5%以上の強熱減量のため、100,000未満のエアジェット輸送抗力値を有していた。
【0296】
積層材強度を評価するため、それぞれ695,試料B及び試料Bvac G−75糸(上述のもの)という試料から、7628形式の布帛(形式パラメータは上述の通り)が形成された。各々の布帛試料の8プライを、EPON1120−A80エポキシ樹脂(Houston, TexasのShell Chemical Companyから市販)、ジシアンジアミド、2−メチルイミダゾール及びDOWANOL PMグリコールエーテル(Midland, Michigan のDow Chemical Co.から市販)のFR−4 樹脂系で積層させて積層材を形成した。
【0297】
各積層材は、IPC−4101の第3.8.2.4項に従ったエッチングによって金属クラッティングが完全に除去された状態で、(本書に参考として特定的に内含されている)ASTM−D−790及びIPC−TM−650;Test Methods Manual of the Institute for Interconnecting and Packaging Electronics(1994年12月)に従ってテストして曲げ強さ(最大破壊応力)について、及び本書に参考として特定的に内含されている ASTM D−2344に従って毎分1.27ミリメートル(0.05インチ)のクロスヘッド速度及び15.9ミリメートル5/8インチ)のスパンを用いて層間せん断強さ(短梁せん断強さ)について評価された。これらの評価の結果は、F表1Dに示されている。
【0298】
【表14】
【0299】
表1Dに示されているように、本発明に従って調製された積層材試料B及びBVBCは、695でんぷん−油コーティングガラス繊維糸で調製された積層材試料と比べた場合、さらに高い曲げ強さ及び弾性率値及び類似した短梁せん断強さを有していた。
【0300】
試料A及びB及び比較用試料1383及びX1は同様に、張力測定装置の間の直線経路から糸を5センチメートル移動させるべく間にとりつけられた約5センチメートル(2インチ)の直径の静止クロムポストをもつ一対の従来の張力測定装置を通して分速274メートル(300ヤード)で試料が引張られるにつれて、各糸試料に対し30グラムの張力を加えることにより、摩擦力についても評価された。グラム単位の力の差は下表1Eに記されている。摩擦力試験は、製織作業中に糸が受ける摩擦力をシミュレートすることを意図されたものである。
【0301】
試料A及びB及び比較用試料1383及びX1は同様に、摩耗試験機を用いて破断したフィラメントについても評価された。摩耗試験装置の中を5分間分速0.46メートル(18インチ)で各々の試験試料を引張りながら、各試験試料に対し200グラムの張力を加えた。各試料及び比較用試料の2回のテストランを評価し、破断フィラメントの数の平均が下表1Eに報告されている。摩耗試験機は、各列が1インチ離れて位置づけされている状態で、平行な2列の鋼製おさ(needs)で構成されていた。各々の試験糸を、第1のおさ列の2本の隣接するおさの間に通し、次に第2のおさ列の2つの隣接するおさの間に通したが、おさ列間で1/2インチの距離だけ移動させた。おさは、毎分に240サイクルの速度で糸の行程の方向に対し平行な方向で4インチの長さにわたり前後に移動させた。
【0302】
【表15】
【0303】
表1Eに示されているように、本発明に従った窒化ホウ素を含有するサイズ剤組成物でコーティングされた試料A及びBは、比較用試料に比較した場合、わずかな破断フィラメント及び低い摩擦力しか示さなかった。
例2
本発明に従った水性形成用サイズ剤組成物 G及びH及び比較用試料Yを上述のものと類似の要領で形成するべく、表2Aに記した量の成分の各々を混合した。合計重量ベースで1重量パーセント未満の酢酸が各組成物の中に内含されていた。
【0304】
例1中の表1Aの水性形成用サイズ剤組成物 E及びFそして表2AのG.H及び比較用試料Yの各々をG−75E−ガラス繊維ストランド上にコーティングした。形成用サイズ剤組成物の各々は6〜25重量パーセントの間の固形分を有していた。
【0305】
【表16】
【0306】
―――――――――――――――――――――――
<欄外>
124 Houston、TexasのShell Chemical Co.から市販されているEPON 826
125 Wayne、New JerseyのISP Chemicalから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
126 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULS EL−719
127 Wayne、New JerseyのGAF Corporationから市販されているエトキシル化オクチルフェノキシエタノールIGEPAL CA−630
128 Chikago、IllinoisのStepan Companyから市販されているポリエチレングリコールモノラウレートエステルKESSCO PEG 600
129 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
130 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
131 Birmingham、New JerseyのSybron Chemicalsから市販されている高密度ポリエチレンエマルジョン PROTOLUBE HD
132 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
133 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている水性分散中の窒化ホウ素粒子ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
―――――――――――――――――――――――――――――
各々のコーティングされたガラス繊維ストランドは従来の加撚装置を用いて、類似の要領で糸を形成するべく加撚されボビン上に巻きつけられた。試料F及びHの糸は、加撚中のサイジングのはじきは最小であり、試料E及びGの糸は加撚中にサイジングを大きくはじいた。
【0307】
試料E−H及び比較用試料Yの糸は、表2Bに示された圧力で2つのボビン試料について空気抵抗値が決定されたという点を除いて、上述の例1と類似の要領で空気抵抗について評価された。各々の糸は、イギリスのSDL International Incから市販されているShirleyNo.84041L型破断フィラメント検出器を用いて、分速200メートルで、糸1200メートルあたりの平均破断フィラメント数について評価された。
【0308】
これらの値は、各糸の4つのボビン上で行なわれた測定の平均を表わしている。破断フィラメント値は、全ボビン、ボビンから繰り出された糸136グラム(3/10ポンド)及び272グラム(6/10ポンド)から取った切片から報告されたものである。
【0309】
ゲートテンション試験のためにも同様に各糸が評価され、その結果は下表2Bに記されている。ゲートテンション方法に従って測定される破断フィラメント数は、200メートル/分でボビンから糸の試料を繰り出し一連の8本の平行なセラミクスピンの中に糸を通し、破断フィラメント数を計数するべく上述のShirley 破断フィラメント検出器に糸を通過させることによって決定される。
【0310】
【表17】
【0311】
表2Bに表わしたテスト結果は、本発明に従った試料E−Hが比較用試料Yよりも一般に高い摩耗耐性をもっていたことを示しているように思われるが、試料E−H中に存在していなかった比較用試料Yのポリエチレン乳剤成分が糸の摩耗特性に影響を与えたことが考えられるために、これらの結果は決定的なものではない。
例3
本発明に従った水性形成用サイズ剤K〜Nを形成するべく、表3Aに記した量の成分の各々を混合した。各水性形成用サイズ剤組成物は、上述のものと同じ要領で調製した。合計重量べースで1重量パーセント未満の酢酸が各組成物の中に内含されていた。
【0312】
表3Aの水性形成用サイズ剤の各々は、2G−18 E−ガラス繊維ストランド上にコーティングされた。形成用サイズ剤の各々は、10重量パーセントの固形分を有していた。
【0313】
【表18】
【0314】
――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
134 固形分65パーセント、アニオン粒子電荷を有し、粒子寸法約2マイクロメートル、pH7.5、25℃での粘度400センチポイズ(Brookfield LVF)である熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性エマルジョン
135 固形分含有量62パーセント、pH約10、平均粒子寸法範囲約0.8〜2.5マイクロメートルの熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性分散
136 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている水性分散中の窒化ホウ素粒子ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
―――――――――――――――――――――――――――――
上述のコーティングされたガラス繊維試料の各々及び比較用試料Zの複合材試料を、7MPa(975′psi)で48秒間270℃で押出し成形して、254×254×3.175ミリメートル(10×10×0.125インチ)の円板試料を生成した。各試験片を、ASTM法D−638Mに従った引張強さ、引張伸び及び引張弾性率;ASTM法D−790に従った曲げ強さ及び曲げ弾性率;及び以下で規定するガラス繊維分におけるASTM法 D−256に従ったノッチ付き及びノッチ無しアイゾット衝撃強さについて評価した。
【0315】
表3Bは、従来のナイロン6.6マトリックス樹脂を用いて形成された複合材に対して行なわれた試験の結果を提示している。
【0316】
【表19】
【0317】
表3Bで示されているように、本発明に従った窒化ホウ素粒子(試料K−N)でコーティングされたガラス繊維ストランドは、ナイロン6.6強化材中に窒化ホウ素を含有していなかった類似の成分をもつ比較用試料に比較した場合、改善された引張強さ及びノッチ付きアイゾット衝撃特性及び類似の引張伸び及び弾性率、曲げ強さ及び弾性率そしてノッチ無しアイゾット衝撃特性を示す。類似の条件で、ナイロン6樹脂を用いて評価した場合、引張強さ及びノッチ付きアイゾット衝撃特性における改善は見られなかった。
例4
本発明に従った水性形成用サイズ剤P〜Sを形成するべく、表4Aに記した量の成分の各々を混合した。各水性形成用サイズ剤は、上述のものと同じ要領で調製した。合計重量ベースで1重量パーセント未満の酢酸が各組成物の中に内含されていた。
【0318】
表4Aの水性形成用サイズ剤の各々は、G−31 E−ガラス繊維ストランド上にコーティングされた。形成用サイズ剤の各々は、10重量パーセントの固形分を有していた。
【0319】
【表20】
【0320】
――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
137 固形分65パーセント、アニオン粒子電荷を有し、粒子寸法約2マイクロメートル、pH7.5、25℃での粘度400センチポイズ(Brookfield LVF)の熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性エマルジョン
138 固形分含有量62パーセント、pH約10、平均粒子寸法範囲約0.8〜2.5マイクロメートルの熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性分散
139 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT 160
――――――――――――――――――――――――――
【0321】
【表21】
【0322】
上述のコーティングされたガラス繊維試料の各々及び上記表3Aの比較用試料Zの複合材試料を、上述の例3で記述した条件下で押出し成形して、400×400×2.5ミリメートル(16×16×0.100インチ)の円板材料を生成した。各試験片を、以下で規定するガラス繊維分で以上の例3で論述した通りに引張強さ、引張伸び及び引張弾性率、ノッチ付き及びノッチ無しアイゾット衝撃強さについて評価した。
【0323】
D25−PC2A型Hunter比色計を用いて、厚み3.175ミリメートル(1/8インチ)、直径76.2ミリメートル(3インチ)の複合材について変色試験を行なった。材料管理特性を評価するため、漏斗フロー試験をチョップトグラスファイバの試料について行なった。漏斗は、長さ18インチで、上面に直径17インチの開口部、底面に2インチの開口部を有していた。漏斗に振動を与え、20ポンドの試料材料が漏斗内を流れる時間を記録した。PD−104試験は、チョップトグラスファイバ試料のフィラメント化に対する強度を評価する。4リットル入りステンレス鋼ビーカー内に、60グラムの試料、140グラムの研磨材(Hammon Products Company から市販されている粉砕クルミ殻粒子No. 6/10)及び従来の発泡タイプの静電防止ドライヤシートを封入し、Red Devil5400E3型塗料振とう機を用いて6分間振動させた。振動させた材料を、No.5及びNo.6の米国規格の試験用ふるいを用いて選別した。スクリーン上に収集された毛羽材料の重量パーセントは、以下で報告されている。
【0324】
表4Bは、ナイロン6.6マトリックス樹脂を用いた比較用試料Zと試料P−Sを用いて形成された複合材について行なわれた試験の結果を表わしている。
―――――――――――――――――――――――――
<欄外>
140 Norwalk、ConnecticutのR.T. Vanderbilt Company, Inc.から市販されているタルク粉末粒子 VANTALC 2003
―――――――――――――――――――――――
【0325】
【表22】
【0326】
表4Bで示されているように、本発明に従った窒化ホウ素粒子(試料P−S)でコーティングされたガラス繊維ストランドは、ナイロン6.6強化材中に窒化ホウ素を含有していなかった類似の成分をもつ比較用試料Zに比較した場合、改善された白色度及び黄色度及類似の引張強さ、伸び及び弾性率、曲げ強さ及び弾性率、そしてノッチ付き及びノッチ無しアイゾット衝撃特性を示す。
例5
本発明に従った水性形成用サイズ剤T及びCCを形成するべく、表5に記した量の成分の各々を混合した。各水性形成用サイズ剤組成物は、上述のものと同じ要領で調製した。合計重量ベースで約1重量パーセント未満の酢酸が各組成物の中に内含されていた。表5Aは、ナイロン6.6マトリックス樹脂を用いた(例3の表3Aに論述されており、又以下でも反復されている)比較用試料Z及び試料T,Uを用いて形成された複合材について行なわれた白色度及び黄色度試験の結果を表わす。
【0327】
D25−PC2A型Hunter比色計を用いて厚み3.175ミリメートル(1/8インチ),直径76.2ミリメートル(3インチ)をもつ複合材について変色試験を行なった。
【0328】
【表23】
【0329】
表5に示されているように、本発明に従った窒化ホウ素粒子を含有するサイズ剤組成物で各々コーティングされた試料T及びUは、窒化ホウ素を内含していなかった類似の処方の比較用試料Zよりも低いナイロン6.6中の白色度指数を有していた。
―――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
141 固形分65パーセント、アニオン粒子電荷を有し、粒子寸法約2マイクロメートル、pH7.5、25℃での粘度400センチポイズ(Brookfield LVF)の熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性エマルジョン
142 固形分含有量62パーセント、pH約10、平均粒子寸法範囲約0.8〜2.5マイクロメートルの熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性分散
143 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている水性分散中の窒化ホウ素粒子ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
例6
PPG Industries, Incから市販されているADFLO−CTMチョップトグラスファイバニードルマット5層を積重ねて、1平方メートルあたり4614グラム(平方フィートあたり約15オンス)の表面重量をもつマットを形成した。各試料の厚みは25ミリメートル(約1インチ)であった。このマットの8平方インチの試料4枚を、649℃(約1200°F)の温度まで加熱して、試料からサイズ剤成分を基本的に全て除去した。
【0330】
比較用試料として2枚の未コーティング試料を使用した。その他の2枚の試料(「試料X」)を、1150ミリリットルのORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 1150ミリリットル(水性分散中の25重量パーセントの窒化ホウ素粒子)及び5重量パーセントのA−187ガンマ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン150ミリリットルから成る水性コーティング組成物の浴中に浸漬し、飽和させた。水性コーティング組成物の合計固形分は18.5重量パーセントであった。各マット試料に塗布帛された窒化ホウ素粒子の量は120グラムであった。コーティングされたマット試料を、25℃の温度で空気中で一晩乾燥し、3時間150℃でオーブン内で加熱した。
【0331】
各試料セットを、本書に参考として特定的に内含されているASTM方法C−177に従って300K(約70°F)の温度で空気中の熱伝導率及び耐熱度について評価した。各試料についての熱伝導率及び耐熱度の値は、下表6に記されている。
【0332】
【表24】
【0333】
表6を参照すると、本発明に従った窒化ホウ素粒子でコーティングされた試験試料の300Kの温度における熱伝導率は、窒化ホウ素粒子でコーティングされていなかった比較用試料の熱伝導率よりも大きいものであった。
例7
フィラメント巻円筒形複合材を、上述の例2のサイズ剤GがコーティングされたG−75糸及びPPG Industries Inc から市販されている1062ガラス繊維の試料から調製した。円筒は、糸供給源から糸の8つの端部を引抜くこと、以下に記したマトリックス材料で糸をコーティングすること、そして従来のフィラメント巻取り装置を用いて円筒形状に糸をフィラメント巻きすることによって調製された。円筒形の各々は、高さが12.7センチメートル(5インチ)であり、14.6センチメートル(5.75インチ)の内径及び0.635センチメートル(0.25インチ)の壁厚を有していた。
【0334】
マトリックス材料は、100部分のEPON880エポキシ樹脂(Shell Chemicalから市販されている)、80部分のAC−220Jメチルテトラヒドロ無水フタル酸(Newark, New JerseyのAnhydrides and Chemicals Inc. から市販されている)及び1部分のARALDITETM DY062ベンジルジメチルアミン促進剤(Ciba−Geigyから市販されている)の混合物であった。フィラメント巻円筒を100℃で2時間硬化させ、次に150℃で3時間硬化させた。
【0335】
空気中の各試験試料の半径方向熱拡散率(熱伝導率/(熱容量×密度))は、6.4JKのフラッシュランプに試料の円筒形壁の片側を露呈させ秒あたり最高2000フレームの速度でCCDアレイ赤外線カメラを用いて壁の反対側の温度変化を検知することによって決定された。熱拡散率は同様に、糸の長さ(円周方向)に沿って及び円筒の長さ又は高さ(軸方向)に沿っても決定された。試験結果は、下表7に記されている。
【0336】
【表25】
【0337】
表7を参照すると、(少量の窒化ホウ素でコーティングされた)試験試料についての熱拡散率の値は、窒化ホウ素でコーティングされなかった比較用試料のものより低いものであった。フィラメント巻円筒及び試験対象の小さい試料部域の中の空隙が、これらの結果に影響を及ぼした可能性のある要因である。
例8
積層材のZ方向におけるすなわちその厚みを横断した熱膨張率(「Z−CTE」)を、BVBCでコーティングされた糸(例1で論述したもの)及び695でんぷん−油コーティングした糸(例1で論述したもの)(対照)を各々8層含む積層試料について評価した。積層材は、本書に参考として特定的に内含されているIPC試験方法2.4.41に従って銅で被覆された上述の例1で論述したFR−4エポキシ樹脂を用いて調製された。Z方向での熱膨張率を、IPC試験方法2.4.41に従って288℃で各積層材試料について評価した。評価結果は、下表8に示されている。
【0338】
【表26】
【0339】
表8に示されているように、本発明に従った積層材試料A1−A3について。積層材のZ方向の熱膨張率は、695でんぷん−油コーティング糸から調製された対照試料1及び2のものよりも低いものであった。
例9
表9Aに記された量の成分各々を混合して、本発明に従った水性一次サイズ剤組成物AA,BB及びCCを形成した。上述のものと類似の形で、各々の水性一次サイズ剤組成物を調製した。各組成物の中には、合計重量ベースで1重量パーセント未満の酢酸が内含されていた。表9Aの水性サイズ剤組成物の各々は、G−75E−ガラス繊維ストランドを形成するべく繊維上にコーティングされた。
【0340】
コーティングされたガラス繊維ストランドの各々を乾燥させ、従来の加撚装置を用いた類似の要領で加撚して糸を形成し、ボビン上に巻きつけた。サイズ剤組成物でコーティングされた糸は、加撚中サイズ剤のはじきは最小であった。
【0341】
【表27】
【0342】
――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
144 Wayne、New JerseyのISP Chemicalから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
145 Maywood、New JerseyのStepan Companyから市販されているSTEPANTEX 653
146 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
147 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
148 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
149 エトキシル化アルキルフェノール MACOL OP−10;この材料は、OP−10 SPが触媒を除くための後処理を受けている点を除いてMACOL OP−10 SPと類似のものである。MACOL OP−10 Sはもはや市販されていない。
150 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されているソルビトールエステルの酸化エチレン誘導体TMAZ−81
151 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されている消泡剤MAZU DF−136
152 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている1.0ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM HP−1055
153 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている0.55ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM OP−96
154 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
155 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
――――――――――――――――――――――――――――
サイズ剤組成物(AA,BB及びCC)の各々でサイジングされた糸を、5200型Sulzer Ruti エアジェット織機を用いて7628形式の布帛を製織する上でのよこ糸として使用した。たて糸は異なる樹脂適合性サイズ剤組成物156でコーティングされた繊維との加撚G−75E−ガラス繊維ストランドであった。布帛は、その後140℃のTgをもつFR−4エポキシ樹脂(Nelco International Corporation of Araheim, Californiaにより4000−2樹脂と呼ばれているもの)でプレプレグ化される。プレプレグ化の前にサイズ剤組成物を布帛から除去することは行われなかった。積層材は、1オンスの銅の2層の間にプレプレグ化された材料を8プライ積重ねて、それらを合わせて150分間(合計サイクル時間)、平方インチあたり300ポンドの圧力(約2.1メガパスカル)、355°F(約179℃)の温度で積層させることによって作られた。銅無しの積層材の厚みは、0.043インチ(約0.11センチメートル)〜0.050インチ(約0.13センチメートル)の範囲内にあった。
【0343】
形成後、以下の表9B中に示した通り、積層材(それらが作られている繊維ストランドに応じてAA,BB及びCCと呼ばれるもの)を試験した。試験中、積層材BBは、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされたガラス繊維糸から作られた第1の積層材(以下積層材試料AA1と呼ぶ)と同時に試験された。その後、積層材CCが、サイズ剤組成物試料CCでコーティングされたガラス繊維糸で作られた第2の積層材(以下積層材試料AA2と呼ぶ)と同時に試験された。
【0344】
【表28】
【0345】
―――――――――――――――――――――――――
<欄外>
156 たて糸は、PPG Industries, Inc.製の1383結合剤でコーティングされたG−75ガラス繊維糸として指定されているPPG Industries, Inc.から市販されているガラス繊維製品であった。
157 IPC−TM−650「周囲温度での積層材の曲げ強さ」、12/94、改定Bによる
158 同書
――――――――――――――――――――――――――――
はんだフロート試験は、ふくれ又は離層が見られるまで、550°F(約288℃)で共融鉛−スズはんだ浴の中に4インチ×4インチ平方(10.16センチメートル×10.16センチメートル)の銅張り積層材をフロートさせることによって行なわれた。次に最初のふくれ又は離層までの時間を、秒単位で記録した。
【0346】
はんだディップ試験は、積層材の試料を切断すること、エッチングにより試料から銅を除去すること、研磨により試料の切断された縁部を平滑化すること及び60分間平方インチあたり15ポンド(約0.1メガパスカル)で250°F(約121℃)で圧力なべの中に試料を入れることによって行なわれた。この試験は、以下の表に言及されている圧力鍋試験である。60分の露呈の後、圧力なべから試料を除去し、乾燥状態で軽くたたき、ふくれ又は離層がみられるまで550°F(約288℃)で共融鉛−スズはんだ浴の中に浸漬させた。次に、最初のふくれ又は離層までの時間を秒単位で記録した。
【0347】
曲げ試験は、指示されたIPC規格に従って行なわれた。
【0348】
それぞれサイズ剤組成物AA,BB及びCCでサイジングされた繊維ストランドを用いて作られた積層材AA,BB及びCCは、プリント回路板用の電子基板として使用するのに許容できる特性(表9Bに示されている)を有していた。
【0349】
以下の試験が同様に、試料AA,BB及びCCについて実施され、表9Cに記されている。
【0350】
【表29】
【0351】
例10
表10に記された量の成分の各々を混合して、本発明に従った水性サイズ剤組成物試料DD,EE及びFFを形成した。合計重量ベースで0.5重量パーセント未満の酢酸を各組成物中に内含させた。
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<欄外>
159 IPC−TM−650、No.2.6.2.1、「水分吸収、金属張りプラスチック積層材」、5/86、改定Aによる
160 IPC−TM−650、No.2.3.4.3、「コアー材料の塩化メチレンに対する化学耐性」、5/86による
161 IPC−TM−650、No.2.4.8、「剥離強度;受領した状態、熱応力後、プロセス化学薬品後」、1/86、改定Bによる
162 IPC−TM−650、No.2.4.40、「多層プリント回路板の内部層接着強度」10/87
―――――――――――――――――――――――――――――――――
【0352】
【表30】
【0353】
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<欄外>
163 Wayne、New JerseyのISP Chemicalsから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
164 Chikago、IllinoisのStepan Companyから市販されているパルミチン酸セチルSTEPANTEX 653
165 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているソルビトールエステルの酸化エチレン誘導体TMAZ−81
166 エトキシル化アルキルフェノール MACOL OP−10;この材料は、OP−10 SPが触媒を除くための後処理を受けている点を除いてMACOL OP−10 SPと類似のものである。MACOL OP−10 はもはや市販されていない。
167 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
168 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
169 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
170 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
171 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている、水中約25重量パーセントの窒化ホウ素分散である窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
172 Parsipanny、New JerseyのBASF Companyから市販されている消泡剤MAZU DF−136
173 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている0.55ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM HP−96
174 Danbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているエポキシド化アマニ油FLEXOL LOE
175 Danbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているエポキシド化大豆油FLEXOL EPO
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0354】
【表31】
【0355】
表10の水性サイズ剤組成物の各々を用いて、G−75、E−ガラス繊維ストランドを形成するガラス繊維をコーティングした。コーティングされた各々のガラス繊維ストランドを、従来の加撚装置を用いた類似の要領で、加撚して糸を形成しボビン上に巻きつけた。
【0356】
試料DDに類似しているがエポキシド化されたアマニ油を含まないサイズ剤組成物でコーティングされた糸(以下「比較用試料1」と呼ぶ)とコーティング済み糸を比較することによって、試料DDの糸を評価した。この比較には、エアジェット織機上で製織された7628形式の布帛の外観を目視することが含まれている。織布帛は、よこ糸として試料DDを、又、たて糸として異なる樹脂適合性サイズ剤組成物176でコーティングされた繊維との加撚G−75 E−ガラス繊維ストランドを使用した。試料DDでコーティングされた糸で製織した布帛は、比較用試料1でコーティングされた糸で製織した布帛と比べて、布帛上の毛羽が少なく、織機上の接点、特に糸アキュムレータにおいて収集される毛羽が少ないことが観察された。当初織機上で観察された毛羽の量が多いことから、試料EE又はFFでコーティングされた繊維を内含する糸を用いて布帛が製織されることはなかった。この条件は、余剰の毛羽形成を防ぐために必要とされるよりもLOIレベルが低いことの結果であったと考えられている。本発明においては、製織中の毛羽形成を低減させるために、上述のサイズ剤組成物について少なくとも0.40のLOIが必要とされるということが予想されている。
――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
176 たて糸は、PPG Industries, Inc.製の1383結合剤でコーティングされたG−75ガラス繊維糸と呼ばれているPPG Industries, Inc.から市販されているガラス繊維糸製品であった。
――――――――――――――――――――――――――――
例11
試料AA,BB及びCCの糸及び比較用試料2177(でんぷん/油サイズ剤でコーティングされた糸)を、強熱減量(LOI),エアジェット適合性(空気抵抗)及び摩擦力といったようないくつかの物理的特性について評価した。結果は表11に示されている。
【0357】
各試料の強熱減量(形成用サイズ剤組成物の固形分重量パーセントをガラス及び乾燥した形成用サイズ剤の合計重量で除したもの)は表11に記されている。
【0358】
各糸は、糸に張力を加えたチェックライン張力計及びRutiの直径2ミリメートルのエアノズルを通して138kPa(平方インチあたり20ポンド)の気圧で毎分あたり274メートル(300ヤード)の制御された供給速度で糸を供給することによって、空気抵抗又は張力について評価された。
【0359】
試料及び比較用試料2は同じく、糸をその張力測定装置間の直線経路から5センチメートル移動させるべくその間に取付けられた直径5センチメートル(約2インチ)の静止クロムポストを有する一対の従来の張力測定装置を通して、一分あたり274メートル(300ヤード)の速度で試料が引張られるにつれて、各糸試料に対して20グラムの張力を加えることによって、摩擦力についても評価された。グラム単位の力の差は、下表11に記されている。摩擦力試験は、製織作業中糸が付される摩擦力をシミュレートすることを意図したものである。
【0360】
試験中、試料BB及び比較用試料2は、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされた第1の数量のガラス繊維糸(以下試料AA3と呼ぶ)と同時に試験され、試料CCは、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされた第2の数量のガラス繊維糸(以下試料AA4と呼ぶ)と同時に試験された。試料AA3,AA4及びBBは、固形分が2.8重量パーセントであった。試料CCは、固形分が3.1重量パーセントであった。比較用試料2は、固形分が5.9重量パーセントであった。
――――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
177 たて糸は、PPG Industries, Inc.製の695でんぷん/油結合剤でコーティングされたG−75ガラス繊維糸と呼ばれているPPG Industries, Inc.から市販されているガラス繊維糸製品であった。
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【0361】
【表32】
【0362】
表11から、サイズ剤試料AA,BB及びCCが比較用試料2(でんぷん/油結合剤)のものに匹敵する空気抵抗をもつことがわかる。さらに、試料AA、BB及びCC中のより低い摩擦力は、その糸が、比較用試料2に比べた場合、製織中に織機からより容易に除去されるということを示している。
例12
試料AA,BB及びCC及び比較用試料2の糸は、空気抵抗値が表12に示された圧力でボビン試料について決定されたという点を除いて、上述の例11と類似の要領で、空気抵抗について評価された。
【0363】
各糸は同様に、SDL International Inc of England から市販されているShirley84.041L型破断フィラメント検出器を用いて毎分200メートルで1200メートルの糸あたりの平均破断フィラメント数についても評価された(表12に試験1として示されている)。破断フィラメント値は、全ボビン、227グラム(0.5ポンド)除去後の同じボビン及び4540グラム(10ポンド)の糸を除去した後の同じボビンから取った切片から報告されている。各糸はさらに、増大するレベルの張力及び摩耗での破断フィラメント数について評価された(表12中に試験2として示されている)。試験2においては、糸の試料が200メートル/分でボビンから繰り出され、均質張力制御装置(ゲート張力付与装置と呼ばれることもある)上の一連の8本のセラミクスピンの中に蛇行して通され、破断フィラメント数を計数するべく(上述の)Shirley 破断フィラメント検出器の中を通過させられた。張力付与装置上のピンの間隔は、糸の中にさまざまなレベルの張力を提供するべく異なるダイアル設定値を用いて変動させられた。この特定の試験では、South CarolinaのSteel Heddle Co.から市販されているUTC−2003型の張力付与装置が使用された。破断フィラメントは、糸1メートルあたりの破断フィラメント数で報告された。
【0364】
試料AA,BB及びCC及び比較用試料2についてのこれらの試験の結果は、下表12に記されている。例11において上述したものと類似の要領で、試料BB及び比較用試料2を、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされた第1の数量のガラス繊維糸(以下試料AA5と呼ぶ)と同時に試験し、その後、試料CCを、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされた第2の数量のガラス繊維糸(以下試料AA6と呼ぶ)と同時に試験した。
【0365】
【表33】
【0366】
表5を見ればわかるように、サイズ剤試料AA,BB及びCCは、比較用試料2(でんぷん/油結合剤)のものに匹敵する空気抵抗をもつ。
例13
異なるサイズ剤組成物をもつ糸を伴う布帛を内含するプレプレグから作られた電気グレードの積層材を、その穴明け特性、そしてより特定的には(i)積層材を通して穴を明けるのに用いられトリルのドリルチップ摩耗及び(ii)積層材を通って明けられた穴の場所精度を評価する目的で試験した。対照GG及び試料HHは、先に論述したような7628形式の布帛を内含する積層材であった。対照GG内の布帛は、Clark Schwekelから市販され7628−718として識別される、熱清浄されシラン表面処理された布帛であった。試料HH中の布帛は、本書にて教示され表13Aに示された樹脂適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維を含むよこ糸から製織された。布帛にはたて糸として試料HHも含まれていたと考えられている。ただし、たて糸は、PPG Industries Inc の1383の市販のFG糸製品でもあり得たと考えられる。試料HHに製織されたガラス繊維は、0.35パーセントという強熱減量を有していた。
【0367】
【表34】
【0368】
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<欄外>
178 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
179 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corp.から市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN 2000
180 Wayne、New JerseyのISP Chemicalsから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
181 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
182 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0369】
【表35】
【0370】
プレプレグは、塗装ブラシを用いて布帛に対し標準FR−4エポキシ樹脂(Shell Chemical Co.から入手可能なEPON 1120−A80樹脂)を塗布帛することが関与する平積み手順によって調製された。樹脂飽和布帛は直ちに「乾燥され」、170℃(約340°F)で124秒の所望ゲル時間が達成されるまで、163℃(約325°F)で3〜3.25分間、ベント式熱風炉内でB−段階にされた。プレプレグは46cm×46cm(18インチ×18インチ)の切片までトリミングされ、樹脂含有量を決定するべく秤量された。その後の積層手順においては、44パーセント±2パーセントの樹脂含有量をもつプレプレグのみが使用された。
【0371】
プレプレグは8層まで積重ねられ、70分間177℃(350°F)及び345ニュートン/(cm2(500psi)でWabashプレス内で成形された。全ての積層材は、銅箔層無く成形された。積層材は、さまざまなレベルの空気取込みを示した。真空の欠如がこの条件の補助し、積層中の温度上昇がこの条件に寄与したと考えられている。
―――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
183 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
184 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されているポリアミドVERSAMID 140
185 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
186 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT 160
187 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されているORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
――――――――――――――――――――――――――――――――――
工具摩耗分析
ドリルチップの摩耗を評価するため、第1の一連の試験が実施された。チップの摩耗は、以下の式を用いて計算された「ドリルチップ摩耗百分率」の形で表現された:
ドリルチップ摩耗百分率=100×(Pi−Pf)/Pi
なお式中、Pi=一次切刃の初期幅であり
Pf=割当てられた穴が明けられた後の一次切刃の幅である。
【0372】
図11を参照すると、ドリル1174の一次切刃1172の幅1170は、ドリルチップの周縁部で測定された。
【0373】
穴明けは、単一ヘッドの穴明け機を用いて行なわれた。穴明けは、0.203mm(0.008インチ)の厚みのアルミニウムの入口及び1.88mm(0.074インチ)の厚みのペーパーコアフェノールコーティングのバックアップを伴う積層材の3層スタック上で行なわれた。一度に3枚の積層材を穴明けするのが、業界では標準的な実践法である。ドリルチップの摩耗百分率は、0.35mm(0.0138インチ)及び0.46mm(0.018インチ)の2つのドリル直径について測定された。両方のドリル共、Gardenia California のTulon Co. から入手できるシリーズ508のタングステンカーバイドドリルであった。穴明け中の切込み負荷は、各工具について0.001にて一定に保たれた。本書で使用される「切込み負荷」という語は、分あたり回転数(rpm)で測定されたスピンドル速度に対する分あたりインチ単位で測定されたドリル挿入速度の比率を意味する。0.35mmのドリルについては、スピンドル速度は100.000rpmで、挿入速度は分速100インチ(254cm)であった。0.46mmのドリルについては、スピンドル速度は80,000rpmであり、挿入速度は分速80インチ(203cm)であった。毎分2.54m(1000インチ)の収縮速度及び1.65mm(0.065インチ)の上部ドリルヘッド限界が両方の工具直径について一定に保たれた。本書で使用されているような「ドリルへッド限界」というのは、積層材の上部表面より上でドリルチップが引き出される距離を意味する。
【0374】
ドリルチップ摩耗百分率は、0.635cm×10.16cm(0.25インチ×4インチ)のブロックの中に明けられた391個の穴(区分1280)とそれに続く10×10穴パターンの100個の穴(区分1282)とそれに続く3×3穴パターンの9個の穴(区分1284)を内含する、図12に示された500穴の穴明けパターンに基づいて決定された。各区分内の穴は、平方センチメートルあたり62穴の穴密度(平方インチあたり400穴)で穴明けされた。パターンは合計2000穴となるようさらに3回くり返された。試験1及び2のための穴明けは、Uniline 2000単一ヘッド穴明け機を用いて行なわれ、試験3のための穴明けは、CNC−7の単一ヘッド穴明け機を用いて行なわれた。両方の機械共、Esterline Technologies, Rellevue Washington から入手可能である。
【0375】
表13Bは、上述のパターンで2000穴を明けた後の0.35及び0.46mm直径のドリルについての対照GG及び試料HHに関するドリルチップの摩耗百分率を示す。各試験は、新しいドリルビットで開始された。
【0376】
【表36】
【0377】
表13Bを見ればわかるように、積層材マトリックス樹脂と適合性ある本書に教示されたとおりのサイズ剤でコーティングされたガラス繊維フィラメントを内含する試験1及び2中の試料HHは、シラン含有表面処理用サイズ剤でコーティングされる前に熱清浄されなくてはならなかったガラス繊維フィラメントを内含する対照GGに比べて著しく低い2000穴後のドリルチップ摩耗百分率を示した。試験3は、ドリルチップ摩耗百分率の改善をかろうじて示していたにすぎないが、これは、この試験で使用されたCNC−7穴明け機が、試験1及び2のために使用されたUniline 2000穴明け機に比べて古くかつ穴明け中に提供される制御が低いという事実に起因するものと考えられている。
【0378】
場所精度
積層材の穴明け性能を査定するのに使用される一般的な測定基準は、穴の場所精度である。この試験は、穴の意図された場所からの実際のその場所の距離的偏差を測定する。この測定は、ドリルが積層材スタックから出た3積層材スタックの最下部の積層材の低い方の表面上で行なわれるが、これは、この穴の場所が、意図された又は「真の」穴の場所から最大の食い違いをもつことになると予想されているからである。この差は、「偏向距離」すなわち、積層材の表面上のドリル穴の実際の真の中心から、その穴の意図された真の中心までの距離の形で査定される。偏向距離は、上述の500穴シーケンスが4回反復された後すなわち、合計2000穴を各工具が穴明けした後で測定された。偏向距離は、最後に明けられた100穴パターンすなわち最後に穴明けされた区分582について測定された。穴は、上述のタイプのTulon Coからの0.46mm(0.018インチ)直径のシリーズ508のドリルを用いて明けられた。工具摩耗試験で使用されたように、ドリルのスピンドル速度は80000rpmsであり、挿入速度は、0.001の切込み負荷について分速80インチであった。試験は、各々の対照のGG及び試料HHについて8回反復され、各試験は新しいドリルで開始した。
【0379】
表13Cは、2000穴の穴明け後の対照GG及び試料HHについての場所精度試験の結果を示す。
【0380】
【表37】
【0381】
ここでわかるように、試料HHは、対照GGよりも低い偏向距離を示し、このことは、多数の穴及び回路を内含する電子基板として積層材が使用される場合に特に有意である。
【0382】
これは、上述の表13Bに示されているドリルチップ摩耗百分率のデータと一貫している。より特定的に言うと、より低いドリルチップ摩耗百分率を示す積層材は、ドリルチップがより長い穴明けの間鋭い状態を保つと考えられることから、より少ない偏向距離を示すことにもなる、ということが予想されるだろう。
例14
例14では、付加的なドリル工具摩耗百分率試験が行なわれた。先に論述し7628形式の布帛を内含する試料AA,BB及びKK及び電気グレードの積層材対照JJが、ドリル工具摩耗百分率についてテストされた。対照JJ中の布帛は、Clark−Schwbel,Inc 製の7628−718布帛であった。試料AA,BB及びKK中の布帛は、それぞれ以下の表14A及び例9の表9Aで教示された通りの樹脂適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維を含むよこ糸、及び異なるPMAX適合性コーティング組成物でコーティングされたガラス繊維をもつたて糸188で製織された。
――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
188 たて糸は、PPG Industries, Inc.製の1383結合剤でコーティングされたG−75ガラス繊維糸と呼ばれているPPG Industries, Inc.から市販されているガラス繊維糸製品であった。
―――――――――――――――――――――――――――
【0383】
【表38】
【0384】
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
189 Wayne、New JerseyのISP Chemicalsから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
190 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
191 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
192 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
193 Greenwich,ConnecticutのCK Witco Corporationから市販されている消泡材料SAG 10
194 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
195 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末POLARTHERMTM PT160
196 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
197 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corp.から市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN 2000
198 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
199 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULSEL−719
200 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているアルコキシル化ノニルフェノールICONOL NP−6
―――――――――――――――――――――――――――――――――
布帛はその後、140℃のTgをもつFR−4エポキシ樹脂(Anaheim CaliforniaのNelco International Corporation による、4000−2樹脂と呼ばれているもの)を用いて、プレプレグの形に形成される。サイズ剤組成物は、プレプレグ化に先立ち布帛から除去されなかった。積層材は、1オンスの銅の4層とプレプレグ材料の8プライマを(以下で示すように)積重ね、150分間(合計サイクル時間)1平方インチあたり300ポンド(約2.1メガパスカル)の圧力、355°F(約179℃)の温度でそれらを合わせて積層することによって作られた。銅を伴う積層材の厚みは、0.052インチ(約0.132cm)から0.065インチ(約0.165cm)の範囲であった。積層材を形成するにあたっては、以下の配置で銅層と共に8個のプレプレグを積重ねた:
1oz/ft2の光沢ある銅層 1層
プレプレグ層 3層
1oz/ft2のRTF(逆処理された箔)銅層 1層
プレプレグ層 2層
1oz/ft2のRTF銅層 1層
プレプレグ層 3層
1oz/ft2の光沢ある銅層 1層
表面処理された積層材は、40.6cm×50.8cm(16インチ×20インチ)までトリミングされた。
【0385】
穴明けは、Uniline 2000の単一ヘッドの穴明け機を用いて行なわれた。穴明けは、0.010インチ(0.254mm)の厚みのアルミニウムの入口及び0.1インチ(2.54mm)の厚みのアルミニウム張りパーティクルボードバックアップを伴う積層材の3層スタック(上述のとおり)上で行なわれた。ドリル工具の磨耗百分率は、Tulon Co., Gardenia, California から入手可能な0.34mm(0.0135インチ)の工具直径のシリーズ80タングステンカーバイドドリルについて決定された。穴明け中の切込み負荷は、95000rpm のスピンドル速度、分速95インチ(241cm)の挿入速度で0.001で一定に保たれた。ドリル収縮速度は分速90インチ(2.29m)であり、上部ドリルヘッド限界は0.059インチ(1.5mm)であった。
【0386】
ドリルチップ磨耗百分率は、1500及び2500穴の穴明けパターンに基づいて検査された。各区分内の穴は、平方センチメートルあたり28穴(平方インチあたり約178穴)で穴明けした。
【0387】
表14Bは、1500穴及び2500穴を穴明けした後、対照JJ及び試料AA,BB及びKKのドリルチップ磨耗百分率を示す。各々の穴セットは、新しいドリルビットで開示され、各々の積層材スタックは10個の1500穴グループ及び10個の2500穴グループを有していた。各布帛タイプの積層材の3つのスタックは、30回の穴明けについてのドリルチップ磨耗百分率が各試料について測定されるように、穴明けされた。
【0388】
【表39】
【0389】
表14を見るとわかるように、積層材マトリックス樹脂と適合性ある本書で教示されているとおりのサイズ剤でコーティングされたガラス繊維フィラメントを内含する試料AA,BB及びKKは、シラン含有表面処理用サイズ剤でコーティングされる前に熱清浄されなくてはならなかったガラス繊維フィラメントを含む対照JJに比べてはるかに低い摩耗を1500穴の後に示した。2500穴の後、試料AA,BB及びKKについてのドリル工具磨耗百分率の量は、なおも対照JJについて少ないものであったが、さほど目立つものではなかった。このことは、工具の摩耗の大部分が、1つのグループの中の最後に穴明けされた穴よりもむしろ早期に明けられた穴の間で発生することになることから、予想すべきことである。
【0390】
以上のことに基づくと、本発明を制限する意味はないものの、本書で教示されているような重合体マトリックス適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維布帛で作られたプレプレグが、直径0.46mm(約0.018インチ)のタングステンカーバイドドリルで平方インチあたり400穴の穴密度そして0.001の切込み負荷で、各々8個のプレプレグを内含する積層材3個のスタックを通して2000個の穴をあけた後に決定された場合に、32パーセント以下、より好ましくは30パーセント以下そして最も好ましくは25パーセント以下の穴明けチップ磨耗百分率を有することが好ましい。
【0391】
さらに、以上のことに基づく、本発明を制限する意味はないものの、本書で教示されているような重合体マトリックス適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維布帛で作られたプレプレグが、直径0.46mm(約0.018インチ)のタングステンカーバイドドリルで平方インチあたり400穴の穴密度そして0.001の切込み負荷で、各々8個のプレプレグを内含する積層材3個のスタックを通して2000個の穴をあけた後に決定された場合に、32マイクロメートル以下、より好ましくは33マイクロメートル以下そして最も好ましくは31マイクロメートル以下の偏向距離を有することが好ましい。
【0392】
いずれかの特定の理論によって束縛されようとするわけではないが、本書に開示されているガラス繊維コーティング組成物中の固体潤滑剤の存在、そして1つの特定の実施形態においては窒化ホウ素の存在は、本発明の積層材の穴明け特性の改善に貢献している。より特定的に言うと、固体潤滑剤は、ドリル摩耗の減少及びドリル穴の場所精度の改善に貢献する。
【0393】
本書で教示されている通りの樹脂適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維で作られた積層材における改善された穴明け特性は、いくつかの利点を提供する。まず第1に、より長いドリル寿命は、各ドリルビットが再度研磨されるか又は廃棄されるまでにより多くの穴を明けることができるということを意味する。さらに、本発明の積層材の中に穴明けされた穴の場所精度は従来の積層材についてのものよりも大きいことから、従来の積層材の3積層材スタックで達成されるものと同じ精度で、ただし1回で穴明けするために3枚以上の積層材を積重ねることができると予想されている。これらの利点は共に、より費用効果性の高い穴明け作業を結果としてもたらす。
【0394】
さらに、積層材中に穴明けされた穴の場所精度は改善され、そのためその積層材を内含する電子基板の品質が改善されることになる。
例15
表15内の以下の試料は、本発明の付加的な実施形態を表わす。コーティング試料LLは生成されたが、試験されなかった。コーティング試料MM−QQは生成されていない。
【0395】
【表40】
【0396】
―――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
201 Danbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているポリ(エチレンオキサイド)POLYOX WSR−301
202 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
203 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシ・プロピルトリメトキシシランA−187
204 スウェーデンのEka Chemicals ABから市販されているロジン DYNAKOLL Si 100
205 ベネルクスのCON BEAから市販されているエトキシ化ノニルフェノールSERMUL EN 668
206 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corp.から市販されているポリエステルポリオールDESMOPHEN 2000
207 ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体SYNPERONIC F−108;
これは、ヨーロッパにおけるPLURONIC F−108の対応物である
208 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末POLARTHERM PT160
209 ベルギーのCiba Geugyから市販されているポリアミド樹脂 EUREDUR 140
210 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONIC F−108
211 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
212 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されているポリアミド樹脂VERSAMID 140
――――――――――――――――――――――――――
【0397】
【表41】
【0398】
例16
積層中にいかなる銅も使用されなかったという点を除いて例9で記述した通りの材料及びプロセスで、クラッド無しの積層材を作った。その後、クラッド無しの積層材を1インチ×1/2インチ(約2.54センチメートル×約1.27センチメートル)の52個の矩形部品に切断した。これらの部品の約半数をたて糸方向に平行に切断し、約半数を充てん方向に平行に切断した。次に各積層材からの26の矩形部品(13はたて糸方向に平行に切断されたもの、13は充てん方向に平行に切断されたもの)を、水の入った還流装置内に入れ、水を沸とうさせた。水は24時間沸とうさせた。24時間後に、部品を水からとり出しタオルで乾燥させた。各積層材からの残りの26部品は煮沸しなかった。試験用積層材を作るために例9で上述したものと同じ要領で従来の熱清浄され表面処理された繊維を用いて作られたクラッド無しの対照積層材も同様に、上述の手順に従って製造され試験された。
【0399】
次に煮沸済み又は、未煮沸部品の短梁せん断強さをASTM D2344−84に従って測定した。試験結果は、下表9に示されており、ここで、クラッド無しの試料AA,BB及びCCは、それぞれサイズ剤組成物AA,BB,CCでサイジングされた繊維をもつ繊維(例9に記述された)を用いて作られた積層材に対応する。上述のように、対照試料は、従来の熱清浄され表面処理された布帛を用いて作られた。試験用積層材(クラッド無しの試料AA,BB及びCC)の厚みは、0.050インチ(約0.127センチメートル)〜0.063インチ(約1.60センチメートル)の範囲内にあった。試験中のスパン長対試料厚みの比は5であった。
――――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
213 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
214 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている0.55ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM OP−96
――――――――――――――――――――――――――――――
【0400】
【表42】
【0401】
試験用積層材(クラッド無しの試料AA,BB,CC)の、水沸とう前後両方の、たて糸及び充てん方向の両方向での短梁せん断強さは、この試験において対照試料よりも高いことが観察された。
例17
例9の表9Aで与えられているサイズ剤組成物CCでサイジングされたE−ガラス繊維ストランドで作られたよこ糸と、PPG Industries Inc の1383の市販のガラス繊維糸製品で作られたたて糸を、エアジェット織機を用いて、7628形式の布帛へと製織した。布帛をその後プレプレグ化し、積層させて、例9にて上述した銅張り積層材を形成した。
【0402】
(以上の例9で記述されているような)銅張り積層材CCは、その後、金属移行性能を試験するため複数のテストパターンをもつテスト回路板の形に加工(すなわち穴明け、メッキ及びパターン化)された。より特定的に言うと、各々の回路板は図13に示されているような7つの類似の回路パターン1310のセットを3セット内含していた。1つのパターンセットは回路板のX軸に沿って方向づけされ、もう1つのセットは回路板のY軸に沿って方向づけされ、3番目のセットは、回路板を横断して45度の角度に沿って方向づけされた。各々の回路パターン1310には、各々13.5ミルの直径及び40〜54.7ミルの範囲内の隣接列内の穴の間の中心間離隔距離を有する5つのドリル穴1312の列が50列内含されていた。これらの穴を明けるにあたっては、2枚の回路板が合わせて積重ねられ、かくして両方が単一の穴明け作業で穴明けできるようになっていた。各パターン内の穴の交互の列は、母線1314及びリード線1316により、図13に示されているような回路板の第1の主要な表面に沿って、相互接続されていた。リード線は、電源へ接続するため各々の母線にはんだ付けされた。各回路板はさらに、1つの回路が故障した場合、残りの回路への電源が維持されるようにするべく、1Kオームの表面抵抗器1322を内含していた。各々の回路板は、あらゆるはんだ融剤残留物を除去するため10分間76.7℃(170°F)の脱イオン水中に浸し、乾燥させた。その後、回路板を85℃(185°F)及び85%の相対湿度のチャンバ内に置き、パターンを横断して連続的に13.5ボルトの直流電流を印加した。200時間毎に、チャンバを閉め切り、チャンバのドアは、周囲の研究室室温までパターンを安定化させるべく開放され、各パターンについての絶縁抵抗を測定した。
【0403】
2つの試料CC回路板と2つの対照回路板が存在していた。対照回路板は、試料CC回路板と同じ要領で作られたが、従来の熱清浄され表面処理された布帛が使用された。各回路板は、試料CC回路板と対照回路板の両方について試験された合計42の回路のための21の回路パターン(すわなち7つの回路パターンが3セット)を内含していた。200,400及び1000時間についての結果は、下表17に示されており、この表中の値は規定の抵抗をもつパターンの数である。
【0404】
【表43】
【0405】
試料CC回路板は、200時間の露呈後、対照回路板に比べ少ない短絡を有していた。400時間の露呈後、全ての対照回路板パターンは、破損した。この試験試料では、「短絡」は、105オーム未満の絶縁抵抗値を意味する。
例18
表18A中に記された量の成分各々を混合して、本発明に従った水性樹脂適合性一次サイズ剤試料RRを形成した。組成物中に、合計重量ベースで1重量パーセント未満の酢酸を内含させた。試料RRを、G−75 E−ガラス繊維ストランドを形成するガラス繊維に塗布帛した。従来の加撚装置を用いた類似の要領で、コーティングされたガラス繊維ストランドを加撚して撚糸を形成しボビンに巻きつけた。コーティングされた糸は0.35のLOIを有していた。
【0406】
【表44】
【0407】
表18Bに記された量の成分各々を混合して、本発明に従った水性樹脂適合性一次サイズ剤試料SSを形成した。試料SSを、G−75 E−ガラス繊維ストランドを形成するガラス繊維に塗布帛し、ストランドは加撚されなかった。コーティングされた未加撚糸は0.7%のLOIを有していた。
―――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
215 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
216 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayerから市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN2000
217 Wayne、New JerseyのISP Chemicalから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
218 Tarrytown、New YorkのOSi Specialities, Inc.から市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
219 Tarrytown、New YorkのOSi Specialities, Inc.から市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
220 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
221 General Mills Chemicals, Inc.から市販されているポリアミドVERSAMID 140
222 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
223 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
224 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されているORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
―――――――――――――――――――――――
【0408】
【表45】
【0409】
試料RR及びSSでサイジングされた糸をたて糸及びよこ糸(又はよこ糸)として使用し7628形式の布帛に製織した。PPG Industries, Inc, Pittsburgh, Pennsylvaniaから入手可能でありPPG695サイズ剤でコーティングされた繊維をもつ市販のG−75 E−ガラス撚糸であった対照の糸(以下「対照試料」と呼ぶ)も同様に7628形式の布帛に製織された。サイジングされた対照のたて糸及びよこ糸は1%のLOIを有していた。製織に先立ち、たて糸をポリビニルアルコール組成物で糊付けし、これがたて糸のLOIを約2〜約2.5%まで増大させた。結果として得た布帛は1.6〜1.9%の範囲のLOIを有していた。
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<欄外>
225 これは、BASF Corp.製のエトキシル化ジタレート(di−tallate)である
226 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミン ALUBRASPIN 226
227 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
228 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
229 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているアミノ官能性オルガノシランカップリング剤A−1100
230 Houston、TexasのShell Chemical Co.から市販されているEPONTM 880
231 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
232 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULS EL−719
233 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているエトキシル化アルキルフェノールMACOL OP−10 SP
234 Houston、TexasのShell Chemical Company製の固体ビスフェノールAグリシジルエーテルエポキシ樹脂の分散
―――――――――――――――――――――
各々の布帛を、ASTMD737,編織布帛の通気度に関する標準試験方法の中で立証さされている試験手順に従って、通気度について試験した。織布帛についての平均通気度は、下表18Cに示されている。
【0410】
【表46】
【0411】
表18Cを見ればわかるように、試料A及びBを内含する織布帛についての通気度は、対照試料を伴う織布帛のものよりも著しい低いものである。
例19
表19は、その後布帛の形に製織されたガラス繊維に塗布帛された付加的な制限的意味のないサイズ剤処方を内含している。各組成物中には、1重量パーセント未満の酢酸が内含された。
【0412】
【表47】
【0413】
――――――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
235 Wayne、New JerseyのISP Chemicalsから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
236 Maywood、New JerseyのStepan Companyから市販されているSTEPANTEX 653
237 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
――――――――――――――――――――――――――――
【0414】
【表48】
【0415】
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<欄外>
238 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
239 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
240 エトキシル化アルキルフェノール MACOL OP−10;この材料は、OP−10 SPが触媒を除くための後処理を受けている点を除いてMACOL OP−10 SPと類似のものである;MACOL OP−10はもはや市販されていない。
241 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されているソルビトールエステルの酸化エチレン誘導体TMAZ−81
242 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されている消泡剤MAZU DF−136
243 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている0.55ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM OP−96
244 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
245 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末POLARTHERMTM PT160
246 Greenwich,ConnecticutのCK Witco Corporationから市販されている消泡材料SAG 10
247 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
248 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corpから市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN2000
249 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
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【0416】
【表49】
【0417】
以上の記述から、本発明が、優れた熱安定性、高い温度、反応性酸及びアルカリの存在下での低い腐食性及び反応性ならびにさまざまな重合体マトリックス材料との適合性を提供する耐摩耗性コーティングをもつガラス繊維ストランドを提供することがわかる。これらのストランドは加撚されるか又は細断されるか、ロービング、チョップトマット又は連続ストランドマットの形に形成されるか、又はプリント回路板といったような複合材のための強化材といったさまざまな利用分野で使用するための布帛に製織又は編成されうる。
【0418】
当業者であれば、その発明力ある広い概念から逸脱することなく上述の実施形態に対して変更を加えることができるということがわかるだろう。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に制限されず、添付のクレームによって定義されるように、本発明の精神及び範囲内に入る修正を網羅することが意図されているということを理解すべきである。
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<欄外>
250 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULS EL−719
251 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているアルコキシル化ノニルフェノールICONOL NP−6
252 Danbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているエポキシド化大豆油FLEXOL EPO
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明によるコーティング組成によって、少なくとも部分的にコートされた、被覆繊維ストランドの斜視図である。
【図2】
サイジング組成によって少なくとも部分的コートされ、かつ、そのサイジング組成の少なくとも一部の上において、本発明による二次コーティング組成によって少なくとも部分的にコートされた被覆繊維ストランドの斜視図である。
【図3】
サイジング組成、そのサイジング組成の少なくとも一部にコートされる二次コーティング組成、および、その二次コーティング組成の少なくとも一部の上にコートされる、本発明による三次コーティング組成、によって少なくとも部分的にコートされる、被覆繊維ストランドの斜視図である。
【図4】
本発明による複合製品の平面図である。
【図5】
本発明による織布帛の平面図である。
【図6】
本発明による織布帛製織・層状体形成法の模式図である。
【図7】
本発明による電子基板の断面図である。
【図8】
本発明による電子基板の別様態様の断面図である。
【図9】
本発明による電子基板の別様態様の断面図である。
【図10】
電子基板の織布帛層に開口を形成する方法の模式図である。
【図11】
一次切断端を示す、ドリル(穴あけ機)の末端透視図である。
【図12】
ドリル穴パターンの模式図であり、かつ、
【図13】
回路パターンの模式図である。
関連出願
本特許出願は、2000年5月11日出願、名称「含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、Novich等の米国特許出願第09/668,916号の継続出願であり;2000年4月12日出願、名称「含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、Novich等の米国特許出願第09/548,379号の継続出願であり;2000年3月16日出願、名称「含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、Novich等の米国特許出願第09/527,034号の継続出願であり、かつ、下記の一部継続出願である、すなわち、(a)1998年10月13日出願、名称「ガラス繊維強化層板、電子回路基板、および、ファブリック織り込み法」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,578号の一部継続出願であり、1998年8月6日に出願されたが現在では放棄された、名称「ガラス繊維強化層板、電子回路基板、および、ファブリック織り込み法」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/130,270号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、名称「無機潤滑物被覆ガラス繊維ストランドおよび、同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/034,525号の一部継続出願であり;(b)1998年10月13日出願、名称「無機潤滑物被覆ガラス繊維ストランドおよび、同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,780号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、名称「無機潤滑物被覆ガラス繊維ストランドおよび、同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/034,525号の一部継続出願であり;(c)1998年10月13日に出願されたが現在では放棄された、名称「熱伝導性無機固相粒子によって被覆されたガラス繊維ストランドおよび、同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,781号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された米国特許出願第09/034,663号の一部継続出願であり;(d)1998年10月13日に出願された、名称「ガラス繊維ストランドの粗性磨耗抑制法」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,579号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、米国特許出願第09/034,078号の一部継続出願であり;(e)1998年10月13日に出願された、名称「含浸ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,566号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、米国特許出願第09/034,077号の一部継続出願であり;および、(f)1998年10月13日に出願された、名称「無機粒子被覆ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願第09/170,565号の一部継続出願であり、かつ、1998年3月3日に出願されたが現在では放棄された、米国特許出願第09/034,056号の一部継続出願である。
【0002】
本出願は、1999年5月7日出願の米国仮出願第60/133,075号、1999年5月7日出願の同第60/133,076号、1999年5月26日出願の同第60/136,110号、1999年7月30日出願の同第60/146,337号、1999年7月30日出願の同第60/146,605号、1999年8月3日出願の同第60/146862号、および、2000年2月18日出願の同第60/183,562号の優先権の利益を主張する。
【0003】
本出願は、前記仮出願と同じ日付に出願された、名称「無機粒子被覆ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願__、前記仮出願と同じ日付に出願された、名称「無機粒子被覆ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願__、および、前記仮出願と同じ日付に出願された、名称「無機粒子被覆ガラス繊維ストランドおよび同ストランドを含む製品」なる、B. Novich等の米国特許出願__と関連する。
【0004】
本発明は、一般に、強化複合体用被覆繊維ストランドに関わり、さらに詳細には、同ストランドが組み込まれるマトリックス材料と適合性被覆繊維ストランドに関わる。
【0005】
熱硬化成形操作時においては、良好な「ウェットスルー(織布帛含浸)」性(ポリマーマトリックス材料が、マットまたは織布帛に浸透すること)および「ウェットアウト(繊維含浸)」性(ポリマーマトリックス材料が、マットまたは織布帛において、個々の繊維束または繊維ストランドに浸透すること)が望ましい。それと対照的に、良好な分散性(すなわち、熱硬化性材料における、繊維の良好な分布帛特性)が、典型的熱硬化性形成操作においては、主要関心事となる。
【0006】
織布帛として編み込まれた繊維ストランドから形成される複合体または層状体の場合、ストランドが良好なウェットスルーおよびウェットアウトを与えることの他に、繊維ストランドの表面に施されたコートが、繊維を加工時の摩擦から保護し、特にエアジェット製織機の場合には、良好な編み込み特性を与え、かつ、その繊維ストランドが組み込まれることになるポリマーマトリックス材料と適合性を持つことが望ましい。しかしながら、多くのサイジング成分は、ポリマーマトリックス材料と適合性を持たず、従って、ガラス繊維と、ポリマーマトリックス材料間の接着性に悪影響を及ぼす可能性がある。その結果、ポリマーマトリックス材料による含浸前に、これら不適合材料を織布帛から除去しなければならなくなる。
【0007】
このような対樹脂非適合サイジング材料の除去、すなわち、織布帛の脱油脂または脱油性は、様々な技術により実行が可能である。これら、対樹脂非適合材料の除去は、もっとも一般的には、織布帛を、長時間高温に暴露し、そのサイジング(単数または複数)を熱的に分解することによって実行される(一般に加熱クリーニングと呼ばれる)。従来の加熱クリーニング工程は、織布帛を380°Cで60〜80時間加熱することを含む。しかしながら、このような加熱クリーニングは、ガラス繊維の強度にとって侵害的であり、その不適合材料を除去することにおいて必ずしも完全に成功的ではなく、また、その織布帛をサイジング分解産物で汚染する可能性がある。サイジング材料を除去する他の方法として、従来から、水洗、及び/又は、化学的除去が試みられている。しかしながら、そのような方法は、一般に、そのような水洗、及び/又は、化学的除去と適合させるために、そのサイジング成分の、相当の再構成を要するものであり、また、全ての不適合性サイジング材料を除去することにおいて、加熱クリーニングほど効果的ではない。
【0008】
さらに、製織工程は、ガラス繊維ストランドにたいして極めて摩擦的であるので、たて糸として用いられるこれらのストランドは、製織前に、典型的には、通常「スラッシング」と呼ばれる二次的コーティング工程にかけられる。この工程は、ガラス繊維の摩擦磨耗を極小にするのに役立つよう、耐摩擦コーティング(通常「スラッシングサイジング」と呼ばれる)によって、たて糸をコートすることである。このスラッシングサイジングは、一般に、前に繊維形成操作時、ガラス繊維に塗布帛された一次サイジングの上に塗布帛される。しかしながら、典型的なスラッシング糊も一般にはポリマーマトリックス材料とは適合性を持たないから、これらの材料もまた、織布帛が樹脂に組み込まれる前に、織布帛から取り除かなければならない。
【0009】
さらに、脱油脂または脱油性織布帛とポリマー樹脂との接着性を向上させるために、仕上糊、典型的には、シラン結合剤および水が、織布帛に塗布帛され、ここにもう一つの処理工程(通常「仕上」と呼ばれる)においてガラス繊維を再コートする。
【0010】
これら付加価値性の無い処理工程、すなわち、スラッシング、脱油脂および脱油性、および、仕上げ等の全ては、織布帛生産サイクル時間とコストを増大させる。さらに、これらは一般に、主要装置と労働力において、相当の投資を必要とする。その上、これらの処理工程に関連してさらに織布帛の取りまわしが必要となるので、織布帛の損傷や、品質の低下を招く可能性がある。
【0011】
これまで、これら処理工程のいくつかについて、その効率や有効度を改善するために努力がなされてきた。にも拘わらず、下記の内の1つ以上を実現可能とするコーティングにたいしては依然として需要がある。すなわち、ガラス繊維の摩擦・破損を抑制すること、各種マトリックス材料と適合性を持つこと、および、マトリックス材料にたいして良好なウェットスルーおよびウェットアウトを与えること、である。さらに、そのコーティングが、近代的なエアージェット製織機と適合性を持つならば、生産性を増すのに特に有利であろう。さらにまた、織布帛形成操作において非付加価値的な処理工程を除去しながら、その一方で、電子基板用途に必要とされる織布帛品質を維持し、かつ、良好な積層特性を与えるものであれば、それは有利であろう。
【0012】
前記要約、並びに、好ましい実施態様に関する下記の詳細な説明は、付属の図面と一緒に読み取られることによって一層良く理解されるであろう。その図面において、
図1は、本発明によるコーティング組成によって、少なくとも部分的にコートされた、被覆繊維ストランドの斜視図である。
【0013】
図2は、サイジング組成によって少なくとも部分的コートされ、かつ、そのサイジング組成の少なくとも一部の上において、本発明による二次コーティング組成によって少なくとも部分的にコートされた被覆繊維ストランドの斜視図である。
【0014】
図3は、サイジング組成、そのサイジング組成の少なくとも一部にコートされる二次コーティング組成、および、その二次コーティング組成の少なくとも一部の上にコートされる、本発明による三次コーティング組成、によって少なくとも部分的にコートされる、被覆繊維ストランドの斜視図である。
【0015】
図4は、本発明による複合製品の平面図である。
【0016】
図5は、本発明による織布帛の平面図である。
【0017】
図6は、本発明による織布帛製織・層状体形成法の模式図である。
【0018】
図7は、本発明による電子基板の断面図である。
【0019】
図8および9は、本発明による電子基板の別様態様の断面図である。
【0020】
図10は、電子基板の織布帛層に開口を形成する方法の模式図である。
【0021】
図11は、一次切断端を示す、ドリル(穴あけ機)の末端透視図である。
【0022】
図12は、ドリル穴パターンの模式図であり、かつ、
図13は、回路パターンの模式図である。
【0023】
本発明の繊維ストランドは、加工中に繊維の摩擦や損傷を好ましく抑制するばかりでなく、下記の特性のうち少なくとも一つを与える、独特のコーティングを有する。その特性とは、複合体形成における、良好な、ウェットスルー、ウェットアウトおよび分散性である。下記に詳細に定義するように、「ストランド」とは、複数の個別繊維、すなわち、少なくとも2本の繊維を含む。本出願で使用する場合、「複合体」とは、本発明の被覆繊維ストランドと付加的材料の結合、例えば、といってそれに限定されるわけでないが、前記被覆繊維ストランドを組み込んだ、複数層の織布帛と、ポリマーマトリックスとの結合によって形成される層状体を意味する。良好な層状体強度、良好な熱安定性、良好な加水分解安定性(すなわち、繊維/ポリマーマトリックス材料接触面に沿って生ずる水の移動に対する抵抗性)、高湿度、反応的酸やアリカリの存在下における低い侵食性と反応性、および、各種ポリマーマトリックス材料との適合性、これらは、重層前の、コーティング除去、特に、加熱または加圧水クリーニングの必要を解消するものであるが、これらが、本発明の被覆繊維ストランドの呈示し得る、その他の、好ましい特性である。
【0024】
好ましくは、本発明の被覆繊維ストランドは、製織・製編に当って良好な加工性を供給する。低い毛羽立ちとぼやけ、低い繊維破断、低いストランド緊張、高い馴染み性と低い挿入時間、これらは、本発明の被覆ガラス繊維繊維ストランドが、単独で、または、他の材料との結合において、供給する好ましい特性である。これらの特性は、製織・製編を好ましく促進し、かつ、プリント回路基板用途においてほとんど表面欠陥の無い織布帛を常に供給する。さらに、本発明の被覆繊維ストランドは、エアジェット製織機の使用に好適となる可能性がある。本出願で使用する場合、「エアジェット製織機」とは、充填糸(よこ糸)が、1つ以上のジェットノズルから放出される圧縮空気噴出によってたて糸格子に挿入されるタイプの織布帛製織を意味する。
【0025】
本発明の被覆繊維ストランドは、その繊維の被覆表面に沿って熱伝導を促進することの可能な独特のコーティングを有することが好ましい。電子回路基板用連続補強体として使用する場合、本発明の被覆ガラス繊維は、熱源(例えば、チップや回路)からの熱の、この補強体に沿っての分散を促進し、かつ、電子部品から熱を遠ざけ、それによって、回路成分、ガラス繊維、および、ポリマーマトリックス材料の熱による劣化、及び/又は、悪化を抑制する機構を供給する可能性がある。本発明の被覆ガラス繊維は、好ましくはマトリックス材料よりも高い熱伝導相、すなわち、熱拡散および分布帛にとって好ましい通路を供給し、それによって、電子回路基板の差分熱膨張や歪を低下させ、半田接合物の信頼性を向上させる。
【0026】
本発明の被覆ガラス繊維ストランドは、好ましくは、マトリックス樹脂の中に熱伝導性材料を取り込む必要を低下させる、または、除去する。これによって、層状体製造操作が向上し、かつ、高価なマトリックス材料供給タンク清掃・維持の費用が下がる。
【0027】
本発明の被覆繊維ストランドは好ましくは、高いストランド開放性を有する。本出願で使用する場合、「高いストランド開放性」という用語は、そのストランドの断面積が大きく、かつ、そのストランドの繊維が、相互に緊密に結合していないことを意味する。高いストランド開放性は、マトリックス材料の、ストランド束への、浸透または含浸を促進する可能性がある。
【0028】
本発明の繊維ストランドによって形成される、本発明の複合体、特に層状体は、好ましくは、下記の特性の内少なくとも一つを所有する。その特性とはすなわち、低い熱膨張係数、良好な曲げ強度、良好な層間結合強度、および、良好な加水安定性、すなわち、水の、繊維/マトリックス接触面に沿う移動に対する抵抗性である。さらに、本発明による繊維ストランドから形成される、本発明の電子基板およびプリント回路基板は、好ましくは下記の特性の内少なくとも一つを有する。その特性とはすなわち、良好な穴開け性、および、金属移動(これは陽極陰極フィラメント形成またはCAFとも呼ばれる)に対する抵抗性である。Tummala(編)等、Microelectronics Packaging Handbook(「微小電子部品パッケージハンドブック」)(1997)ページ896−897、および、IPC−TR−476B、”Electrochemical Migration: Electrochemically Induced Failures in Printed Wiring Board and Assemblies”(「電気化学的移動―プリント配線基板および組みたてにおける電気化学的に誘発される不良品」)(1997)を参照されたい。これらを特に名指しして引用することによって本出願に含める。本発明による良好な穴あけ性を有する繊維ストランドは、穴あけにおける低い道具磨耗、および、開けられた穴の良好な位置精度、の内の少なくとも一つを有する。
【0029】
前述したように、典型的な織布帛形成操作は、繊維グラスストランド、および、それから形成された織布帛を、いくつかの非付加価値処理工程、例えば、スラッシング、加熱クリーニングおよび仕上のような工程にかけることを含む。本発明は、好ましくは、織布帛形成工程において、非付加価値処理工程を取り除く、織布帛、層状体、電子基板およびプリント回路基板を形成法と、同時に、電子パッケージ用途に用いて好適な品質を有する織布帛の供給法を与える。本発明の、好ましい実施態様におけるその他の利点としては、生産サイクル時間の低下、主要装置の除去、織布帛取りまわしや労働コストの低下、良好な織布帛品質、および、良好な最終製品性能が挙げられる。
【0030】
本発明はさらに、他の固体、例えば、紡績、製織または製編装置の一部との接触による、または、繊維間磨耗による、繊維ストランドの摩擦磨耗を、本発明独特のコーティングを有する繊維ストランドを選択することによって抑制する方法を供給する。
【0031】
作用例を除き、あるいは、別様に指示しない限り、本明細書の目的にとっては、本出願並びに特許請求の範囲に使用される、組成、反応条件等の量を表現する数字は皆、全ての例において、「約」という用語によって修飾されるものと理解されなければならない。従って、その逆と特に指示されない限り、下記の明細書並びに付属の特許請求の範囲に記載される数字パラメータは、本発明による実現を求める好みの特性に応じて変動する可能性のある概数である。少なくとも、しかしだからと言って、均等論の適用を特許請求の範囲にのみ限定させようとする試みではないけれども、各数字パラメータは、少なくとも、報告された有意な個々の数字から成る数に照らして、かつ、通常の四捨五入法を適用して理解されなければならない。
【0032】
本発明の範囲を限定する数字範囲やパラメータは概数であるにも拘わらず、特異的実施例に記載される数値は、できるだけ厳密に報告される。しかしながら、如何なる数値も、それぞれの試験測定において観察される標準偏差から必ず生じる、いくらかの誤差を内在的に含む。
【0033】
ここで図1を参照すると、同図においては一貫して類似数字は類似要素を示すしているが、本発明による、複数の繊維12を含む被覆繊維ストランド10が図1に示されている。本出願で使用する場合、「ストランド」とは、複数の個別繊維、すなわち、少なくとも2本の繊維を意味するから、ストランドは、様々の繊維性材料から成る繊維を含み得る。(この繊維束はまた、「ヤーン」とも呼ばれる)。「繊維」という用語は、個別のフィラメントを意味する。本発明を限定するものではないが、繊維12は好ましくは、3から35ミクロンの、通常平均繊維直径を有する。好ましくは、本発明の、通常平均繊維直径は5ミクロン以上である。「微細ヤーン」用途の場合、通常平均繊維直径は、好ましくは、5から7ミクロンの範囲にある。
【0034】
繊維12は、当業者に既知の、繊維性無機材料を含めたいずれの繊維性材料によって形成されていてもよい。この無機および有機材料は、人工材料、または、天然に見られる材料のいずれかであってよい。当業者であれば、繊維性無機および有機材料はポリマー材料であることが分かるであろう。本出願で使用する場合、「ポリマー材料」という用語は、ともに結合し、溶液または固相中で縺れる可能性のある長鎖原子から成る巨大分子から形成される1。本出願で使用する場合、「繊維性」という用語は、一般に、連続性フィラメント、繊維、ストランドまたはヤーンに形成することの可能な材料を意味する。
―――――――
<欄外> 1 James Market al., “Inorganic Polymers”, Prentice Hall Polymer Science and Engineering Series, 1992, p.1. これは参照して本明細書に含める。
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好ましくは、繊維12は、無機の、繊維性ガラス繊維材料から形成される。本発明に有用な繊維性ガラス材料は、「Eガラス」、「Aガラス」、「Cガラス」、「Dガラス」、「Rガラス」、「Sガラス」およびEガラス誘導体のような、繊維性ガラス組成から調製されるが、ただしそれらに限定されない。本出願で使用する場合、「Eガラス誘導体」は、少量の弗素及び/又は硼素を含むガラス組成を意味するが、もっとも好ましくは、弗素無添加及び/又は硼素無添加である。さらに、本出願で使用する場合、「少量の弗素」とは、0.5重量パーセント未満の弗素、好ましくは0.1重量パーセント未満の弗素であり、かつ、「少量のボロン」とは、5重量パーセント未満の硼素、好ましくは2重量パーセント未満のボロンを意味する。玄武岩および鉱物ウールが、本発明において有用な、その他の繊維性ガラス材料の例である。好ましいガラス繊維は、Eガラス、または、Eガラス誘導体から形成される。このような組成は当業者には既知であり、それについてこれ以上議論することは、本開示の見地からは必要とは思われない。
【0035】
本発明のガラス繊維は、従来技術で既知の、如何なるガラス繊維形成法で形成することも可能である。例えば、グラスファフィバーは、直接溶融繊維形成手法、または、間接溶融または継子溶融(marble−melt)繊維形成手法で形成することが可能である。直接溶融繊維形成手法の場合、原材料を混合し、溶融し、かつ、ガラス溶融炉において均一化する。この溶融ガラスを、炉から前炉床に、さらに、繊維形成装置に移す。同装置において、この溶融ガラスを、連続ガラス繊維に細小化する。継子溶融ガラス形成手法の場合、最終的所望のガラス組成を有するガラス片または継子をあらかじめ形成し、ブッシングに供給する。同ブッシングにおいて、これらの片または継子は溶融され、連続ガラス繊維に細小化される。予備溶融機を用いる場合、先ずこの予備溶融機に継子を供給し、溶融し、次にこの溶融ガラスを、繊維形成装置に供給する。同装置においてこのガラスは細小化されて連続繊維を形成する。本発明の場合、ガラス繊維は、好ましくは、直接溶融繊維形成法によって形成される。ガラス組成と、ガラス繊維形成法についてさらに情報を望む場合は、K. Loewenstein, ”The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres,”(「連続ガラス繊維の製造技術」)(第3版、1993)、ページ30−44、47−103および115−165、米国特許第4,542,106号および5,789,329号、および、IPC−EG−140 ”Specification for Finished Fabric Woven from ’E’ Glass for Printed Boards,” (「プリント基板用Eガラスを織り込んだ仕上織布帛用仕様」)の1ページ、Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuitsの公刊物(1997年6月)を参照されたい。これらを特に名指しして引用することによって本出願に含める。
【0036】
好適な、非ガラス、繊維性無機材料の非限定的例としては、セラミック材料、例えば、シリコンカーバイド、カーボン、グラファイト、ムライト、酸化アルミニウム、および、圧電セラミック材料が挙げられる。好適な繊維性有機材料の非限定的例としては、綿、セルロース、天然ゴム、フラックス、ラミー、ヘンプ、サイザル、および、ウールが挙げられる。好適な、繊維性有機ポリマー材料の非限定的な例としては、ポリアミド類(例えば、ナイロンやアラミド類)、熱可塑性ポリエステル類(例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート)、アクリル類(例えば、ポリアクリルニトリル類)、ポリオレフィン類、ポリウレタン類、および、ビニールポリマー類(例えば、ポリビニールアルコール)から形成されるものが挙げられる。本発明に有用な、非ガラス、繊維性材料、および、そのような繊維の調製・加工法は、Encyclopedia of Polymer Science and Technology(「ポリマー科学・技術百科辞典」)第6巻(1967)ページ505−712に長々と論じられている。これらを特に名指しして引用することによって本出願に含める。
【0037】
前記材料の内のいずれかの混合体またはコポリマー、および、前記材料の内のいずれかから形成される繊維の結合体も、望むなら本発明に使用が可能であることが理解される。さらに、ストランドという用語は、異なる繊維性材料から成る、少なくとも2本の異なる繊維を含む。一つの好ましい実施態様では、本発明の繊維ストランドは、少なくとも一つのガラス繊維を含むが、ただし、他の種類の繊維を含んでいてもよい。
【0038】
次に、本発明を、ガラス繊維ストランドとの関連において一般的に論ずることにする。もっとも、当事者であれば、ストランド10は、前述の、従来技術で既知の、いずれかの繊維性材料から形成される繊維12を含むことが可能であることを理解するであろう。従って、ガラス繊維に関連する下記の議論は、一般に、前述の他の繊維にも適用される。
【0039】
図1の参照をさらに続けると、ある好ましい実施態様においては、本発明のストランド10の繊維12の内、少なくとも1本が、好ましくは全てが、繊維12の表面16の少なくとも一部17において、その繊維表面16を加工時の摩擦から保護し、また、繊維破断を抑制するために、コーティング組成、好ましくはコーティング組成の残余から成る一層を有する。好ましくは、この層14は、繊維12の全外表面16すなわち周辺部に存在する。
【0040】
本発明のコーティング組成は、好ましくは水性コーティング組成であり、さらに好ましくは、水性の、樹脂適合性コーティング組成である。安全性の理由で好ましくはないけれども、このコーティング組成は、必要に応じて、アルコールやアセトンのような揮発性有機溶媒を含むことが可能であるが、好ましくはそのような溶媒を含まない。さらに、本発明のコーティング組成を、一次サイジング組成、及び/又は、二次サイジングまたはコーティング組成として使用することが可能である。
【0041】
本出願で使用する場合、好ましい実施態様では、「糊」、「サイジングされた」または「サイジング」という用語は、繊維に適用される全てのコーティング組成を指す。「一次糊」または「一次サイジング」という用語は、繊維の形成直後に、その繊維に適用されるコーティング組成を指す。「二次糊」、「二次サイジング」または「二次コーティング」という用語は、一次サイジングの適用後に、その繊維に適用されるコーティング組成を意味する。「三次糊」、「三次サイジング」または「三次コーティング」という用語は、二次糊の適用後に、その繊維に適用されるコーティング組成を意味する。これらのコーティングは、繊維が織布帛に組み込まれる前に、その繊維に適用することが可能であり、あるいは、繊維が織布帛に組み込まれた後に、例えば、その織布帛にコーティングすることによって、その繊維に適用することが可能である。別態様においては、「糊」、「サイジングされた」および「サイジング」という用語はさらに、通例の、非樹脂適合的サイジング組成の少なくとも一部、好ましくはその全てが、加熱処理または化学処理によって除去された後に、すなわち、仕上糊が織布帛形に組み込まれた裸のガラス繊維に適用された後に、繊維に適用されるコーティング組成(「仕上サイジング」とも呼ばれる)を指す。
【0042】
本出願で使用する場合、「樹脂適合的」という用語は、ガラス繊維に適用されるコーティング組成が、ガラス繊維が組み込まれることになるマトリックス材料と適合的であり、そのために、そのコーティング組成(または、選択されたコーティング組成)は、下記の特性の内少なくとも一つを実現することを意味する。その特性とはすなわち、マトリックス材料への組み込み前の除去を必要としないこと(例えば、脱油脂または脱油性処理による除去)、通例加工時においてマトリックス材料の良好なウェットスルーとウェットアウトを促進すること、および、所望の物理的特性と加水安定性を有する、最終複合製品をもたらすこと、である。
【0043】
本発明のコーティング組成は、1つ以上の、好ましくは複数の粒子18を含むが、この粒子は、前記複数の繊維12の内の少なくとも1本の繊維23に適用されると、少なくとも1本の繊維23の外面16に付着し、図1に示すようにストランド10の隣接繊維23、25の間に1つ以上の介在空間21を供給する。本発明の粒子18は、好ましくは、不連続粒子である。本出願で使用する場合、「不連続」という用語は、その粒子が、通常の加工条件下では、凝集したり、結合して連続フィルムを形成する傾向を持たず、実質的にその個々の区別を保持し、かつ、一般的に、その個々の形態や形を維持することを意味する。本発明の不連続粒子は、シヤリング、すなわち、粒子中の一層または一層分の原子の除去、ネッキング、すなわち、少なくとも2粒子間における二次相転移、および、通常の繊維加工中における部分的凝集、を受けることがあるかも知れないが、それでも依然として「不連続」粒子と考えることが可能なものである。
【0044】
本発明の粒子18は、好ましくは次元的(寸法的)に安定である。本出願で使用する場合、「次元的に安定な粒子」という用語は、その粒子は、通常の繊維加工条件下において、例えば、製織、粗紡およびその他の加工操作時に隣接繊維間に生成される力の下において、一般にその平均粒径と形態を維持し、それによって、隣接繊維23,25間において所望の介在空間21を保持することを意味する。言いかえれば、次元的に安定な粒子は、好ましくは、コーティング組成において、崩壊、溶解、または、実質的に変形することがなく、典型的なガラス繊維処理条件、例えば、最大25°C、好ましくは最大100°C,さらに好ましくは最大140°Cの温度に対する暴露下においても、その選択された平均粒径よりも小さい最大粒径を持つ粒子を形成する。さらに、粒子18は、ガラス繊維処理条件下において、さらに詳細には、処理温度が150°Cを越える可能性のある複合体加工条件下において、実質的にそのサイズが拡大したり、膨張することがない。本出願で使用する場合、粒子に関連して言及される「実質的にサイズが拡大しない」という句は、その粒子は、加工中に、初期サイズの約3倍を越えるほどまでにそのサイズが膨張・増大することがないことを意味する。さらに、本出願で使用する場合、「次元的に安定な粒子」という用語は、結晶粒子と非晶粒子の両方をカバーする。
【0045】
好ましくは、本発明のコーティング組成は、実質的に熱膨張性粒子を含まない。本出願で使用する場合、「熱膨張性粒子」という用語は、気化するのに十分な温度に暴露されると、そのサイズが膨張または実質的に拡大する、そのような材料で充満した粒子、または、そのような材料を含む粒子である。従って、このような熱膨張性粒子は、通常の加工条件下において、粒子中の材料、例えば、発泡剤の相変化によって膨張する。従って、「非熱膨張性粒子」という用語は、正常のファイバー加工条件下では、粒子中の材料の相変化によっては膨張しない粒子を指し、また、本発明の一つの実施態様では、コーティング組成は、少なくとも1つの非熱膨張性粒子を含む。
【0046】
一般に、熱膨張性粒子は、中心腔を持つ中空粒子である。本発明の非限定的実施態様では、この腔は、気体、液体、及び/又は、ゲルのような非固相材料によって少なくとも部分的に満たされていてよい。
【0047】
本出願で使用する場合、「実質的に熱膨張性粒子を含まない」という用語は、固体全体に基づいて50重量%未満、さらに好ましくは35重量%未満の熱膨張性粒子を意味する。さらに好ましくは、本発明のコーティング組成は、事実上熱膨張性粒子を含まない。本出願で使用する場合、「事実上熱膨張性粒子を含まない粒子」という用語は、そのサイジング組成は、固体全体に基づいて20重量%未満、さらに好ましくは5重量%未満、もっとも好ましくは0.001重量%未満の熱膨張性粒子を含むことを意味する。
【0048】
粒子18は好ましくは非油脂性である。この「非油脂性」という用語は、粒子が形成される材料は油脂様ではないことを意味する。本出願で使用する場合、「油脂様」という用語は、材料が、主に、その範囲が25から100炭素原子の、平均炭素鎖長を持つ、単純構成の炭化水素鎖から構成されることを意味する2,3。
―――――――
<欄外> 2 L.H.Sperling “Introduction of Physical Polymer Science”(John wiley and Sons, Inc), 1986, pp.2−5.この内容は参照して本明細書に含める。
3 W.Pushaw et al. “Use of Micronised Waxes and Wax Dispersions in Waterborne Systems”(Polymers, Paint, Colours Journal),Vol.189, No.4412, Jan.1999, pp.18−21. この内容は参照して本明細書に含める。
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本発明の一つの好ましい実施態様では、本発明の粒子18は、不連続で、次元的に安定的で、非油脂様の粒子である。
【0049】
この粒子18は、所望の、いずれの形態または構成を持つことも可能である。本発明を限定させるものではないけれども、好適な粒子形の例としては、球(例えば、ビーズ、微小ビーズ、または、中空球)、立方体、平面または針(棒状または繊維状)が挙げられる。さらに、粒子18は、中空、多孔性または孔非含有性、または、それらの結合体である内部構造、例えば、中空の中心部に多孔性または実質性の壁からなる構造を持つことが可能である。好適な粒子特性についてさらに詳細に求めるならば、H. Katz等(編)、Handbook of Fillers and Plastics、「充填剤およびプラスチックハンドブック」(1987)、ページ9−10を参照されたい。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0050】
粒子18は、ポリマーおよび非ポリマー無機材料、ポリマーおよび非ポリマー有機材料、複合体、および、前記のいずれかの材料の混合体から選ばれた材料から形成することが可能である。本出願で使用する場合、「ポリマー無機材料」という用語は、炭素以外の一つの元素または複数の元素に基づく、バックボーン繰り返し単位を有するポリマー材料を意味する。さらに詳細な情報については、J. E. Mark等の5ページを参照されたい。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。本出願で使用する場合、「ポリマー有機材料」という用語は、炭素に基づく、バックボーン繰り返し単位を有する、合成ポリマー材料、半合成ポリマー材料、および、天然ポリマー材料を意味する。
【0051】
本出願で使用する場合、「有機材料」とは、炭素含有化合物であって、そこにおいては炭素は、典型的には自分自身と水素に、また、しばしばその他の元素に結合する、炭素含有化合物を意味するが、ただし、二元化合物、例えば、酸化炭素類、カーバイド類、二硫化炭素等;三元化合物、例えば、金属シアン化物類、金属カルボニル類、ホスゲン、硫化カルボニル等;および、炭素含有イオン化合物、例えば、金属炭酸塩、例えば、炭酸カルシウムや炭酸ナトリムは除外する。R. Lewis, Sr., Hawley’s Condensed Chemical Dictionary(「Hawleyの簡約化学辞典)(12版、1993)、ページ761−762、および、M. Silberberg Chemistry、The Molecular Nature of Matter and Change(「材料と変化の分子的性質」)(1996)、ページ58。特に名指しして引用することによってこれらを本出願に含める。
【0052】
本出願で使用する場合、「無機材料」という用語は、有機物ではない全ての材料を意味する。
【0053】
本出願で使用する場合、「複合材料」という用語は、2個以上の異なる材料の結合を意味する。複合材料から形成される粒子は、一般に、その表面下の粒子内部の硬度とは異なる硬度を表面に有する。さらに精しく言うと、粒子の表面は、従来技術で既知のいかなるやり方によって修飾されてもよい。そのようなやり方としては、従来技術で既知の技術を用いて表面特性を、粒子の表面硬度はガラス繊維の硬度以下であるが、表面下の粒子硬度は、ガラス繊維硬度を上回るように、化学的または物理的に変えることが挙げられるが、ただしこれに限定されない。例えば、一次材料を、1つ以上の二次材料でコート、被覆、または、包含することによって、より柔かい表面を持つ複合粒子を形成することによって、粒子を形成することが可能である。さらに別の実施態様では、複合材料から形成される粒子を、一次材料を、別形態の一次材料でコート、被覆、または、包含することによって形成することが可能である。本発明に有用な粒子に関してさらに詳細な情報を求めるのであれば、G. Wypych、Handbook of Fillers(「充填剤ハンドブック」)第2版(1999)ページ15−202を参照されたい。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0054】
本発明の粒子18の形成に有用な、代表的非ポリマー無機材料としては、グラファイト、金属類、酸化物、カーバイド、窒化物、硼素化物、硫化物、珪素化物、炭酸塩、硫酸塩および水酸化物が挙げられる。粒子18を形成する好適な無機窒化物の非限定的な例は、本発明の好ましい実施態様である、窒化硼素である。六方晶構造を有する窒化硼素は、特に好ましい。有用な無機酸化物の非限定的例は、酸化亜鉛である。好適な無機硫化物としては、二硫化モリブデン、二硫化タンタル、二硫化タングステン、および、硫化亜鉛が挙げられる。有用な無機珪酸塩としては、珪酸アルミおよび珪酸マグネシウム、例えば、ヒル石が挙げられる。好適な金属としては、モリブデン、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウム、銅、金、鉄、銀、合金、および、前記いずれか同士の混合物が挙げられる。
【0055】
本発明の非限定的実施態様では、粒子は、固相潤滑材料から形成される。本出願で使用する場合、「固相潤滑体」という用語は、二つの表面の間に使用されて、相対的運動時における損傷から保護し、及び/又は、摩擦・磨耗を低下させる全ての固体を意味する。本出願で使用する場合、「無機の固相潤滑体」とは、その固相の潤滑体が独特の結晶癖を持ち、その癖によって、横ずれすると、相互に簡単に滑る薄い平板になり、それによって、その少なくとも一方が運動中の、繊維表面間、好ましくは、ガラス繊維表面間、および、隣接固相表面との間に、抗摩擦潤滑作用をもたらすことを意味する。R. Lewis, Sr., Hawley’s Condensed Chemical Dictionary(「Hawleyの簡約化学辞典)(12版、1993)、ページ712参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。摩擦とは、一つの固体を、別の固体の上に滑らす際の抵抗である。F. Clauss、Solid Lubricants and Self−Lubrication Solids(「固相潤滑体および自己潤滑固体」)(1972)ページ1。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0056】
本発明の一つの非限定的実施態様では、粒子18は層状構造を持つ。層状構造を持つ粒子は、六角配列原子の層板または平板から構成される。そこにおいては、層板内では強い結合があり、異なる層板間では弱いファンデルワールス結合があり、そのために、層板間には、低いせん断強度が与えられる。層状構造の非限定的例は、六方晶系構造である。K. Ludema、Friction, Wear, Lubrication(「摩擦、磨耗、潤滑」)(1996)ページ125;Solid Lubricants and Self−Lubricating Solids(「固相潤滑剤および自己潤滑性固体」)ページ19−22、42−54、75−77、80−81、90−102、113−120および128;W. Campbell、”Solid Lubricants”(「固相潤滑剤」)Boundary Lubrication: An Appraisal of World Literature, ASME Research Committee on Lubrication(1969)ページ202−203。特に名指しして引用することによってこれらを本出願に含める。層状フラリン構造を持つ無機固相粒子も本発明において有用である。
【0057】
本発明の粒子18を形成するのに有用な層状構造を有する好適な材料の非限定的例としては、窒化硼素、グラファイト、金属二カルコゲン化物、マイカ、タルク、石膏、カオリナイト、カルサイト、沃化カドミウム、硫化銀、および、前記のいずれかの混合物が挙げられる。好ましい材料としては、窒化硼素、グラファイト、金属二カルコゲン化物、および、前記のいずれかの混合物が挙げられる。好適な金属二カルコゲン化物としては、二硫化モリブデン、二セレン化モリブデン、二硫化タンタル、二セレン化タンタル、二硫化タングステン、二セレン化タングステン、および、前記のいずれかの混合物が挙げられる。
【0058】
一つの実施態様では、粒子18は、層状構造を持つ、無機の、固相潤滑材料から形成される。本発明のコーティング組成に使用される、層状構造を有する、無機固相潤滑材料の非限定的例としては、窒化硼素、好ましくは、六方晶系構造を有する窒化硼素が挙げられる。窒化硼素、硫化亜鉛およびモンモリロナイトも、ナイロン6,6のようなポリマーマトリックス材料との複合体において良好な白粉性を供給する。
【0059】
本発明に好適に使用される窒化硼素から形成される粒子の非限定的例としては、オハイオ州レイクウッドの、Advanced Ceramics Corporationから市販される、POLARTHERM(商標)100シリーズ(PT120、PT140、PT160およびPT180);300シリーズ(PT350)と600シリーズ(PT620、PT630、PT640およびPT670)の窒化硼素粉末粒子が挙げられる。”PolarTherm Thermally Conductive Fillers for Polymer Materials”(「PolarTherm―ポリマー材料用熱伝導性充填材料」)、オハイオ州レイクウッド、Advanced Ceramics Corporationの技術公報。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。これらの粒子は、25°Cにおいてメートル°K当り250−300ワットの熱伝導性、3.9の誘電率、1015オームセンチメートルの体積抵抗率を持つ。100シリーズは、5から14ミクロンに渡る平均粒径を持ち、300シリーズは、100から150ミクロンに渡る平均粒径を持ち、かつ、600シリーズは、16から200ミクロンを越える平均粒径を持つ。特に、供給業者の報告によれば、POLARTHERM160粒子は、6から12ミクロンの平均粒径、ミクロン以下から70ミクロンまでの粒径範囲、および、下記のような粒径分布帛を持つ。
【0060】
【表1】
【0061】
この分布帛によれば、測定されたPOLARTHERM160窒化硼素粒子の10%は、18.4ミクロンを越える平均粒径を持っていた。本出願で使用する場合、「平均粒径」とは、粒子の平均の粒子サイズを指す。
【0062】
本発明による粒子の平均粒径は、既知のレーザー散乱法によって測定が可能である。本発明の一つの非限定的実施態様では、粒径は、Beckman Coulter LS 230レーザー回折粒径測定装置を用いて測定される。この装置は、粒子のサイズを測定するのに波長750nmのレーザービームを用いるが、粒子は球形であることを仮定する。すなわち、「粒径」とは、その粒子を完全に包む最小の球を指す。例えば、Beckman Coulter LS 230粒径分析装置を用いて測定したPOLARTHERM160窒化硼素粒子は、11.9ミクロンの平均粒径を持ち、その粒子はミクロン以下から35ミクロンの範囲を持ち、かつ、下記の粒子分布帛を持つことが判明した。
【0063】
【表2】
【0064】
この分布帛によれば、測定されたPOLARTHERM160窒化硼素粒子の10%は、20.6ミクロンを越える平均粒径を持っていた。
【0065】
本発明の、もう一つの非限定的実施態様では、粒子18は、非水和性無機材料から形成される。本出願で使用する場合、「非水和性」とは、無機粒子が水分子と反応して水和物を形成せず、従って、水和の水または結晶化の水を含まないことを意味する。「水和物」とは、水分子の、ある材料との反応において、H−OH結合が分断されない、そのような反応によって生成される。R. Lewis, Sr., Hawley’s Condensed Chemical Dictionary(「Hawleyの簡約化学辞典」(12版、1993)、ページ609−610、および、T. Perros, Chemistry(「化学」)(1967)、ページ186−187参照。特に名指しして引用することによってこれらを本出願に含める。水和物の化学式においては、水分子の追加は、通常、中黒によって示される。例えば、3MgO・4SiO2・H2O(タルク)、 Al2O3・2SiO2・2H2O(カオリナイト)のようである。構造的に、水和性無機材料は、結晶格子の一層に少なくとも1つのヒドキシル基を含む(ただし、水をその表面に、あるいは毛管作用によって吸収する単位構造または材料の、表面平面におけるヒドロキシル基を含まない)。例えば、J. Mitchell, Fundamentals of Soil Behavior(「土壌行動の基本」)のページ34の図3.8に示されるカオリナイトや、H. van Olphen、Clay Colloid Chemistry(「粘土コロイド化学」)(第2版、1977)ページ62の、それぞれ図18と19における1:1と2:1層ミネラルの構造に示されるものである。特に名指しして引用することによってこれらを本出願に含める。結晶構造の「層」とは、層板の結合であり、層板は原子平面の結合である。(Minerals in Soil Environments(「土壌環境における鉱物」、Soil Science Society of America(1977)ページ196−199参照、特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める)。層および層間材料(例えば陽イオン)の集合体を単位構造と呼ぶ。
【0066】
水和物は配位水及び/又は構造水を含む。配位水は、水和物中に陽イオンを配位するから、除去されれば構造を破壊する。構造水は、構造の隙間を占拠して、電荷平衡を破ることなく静電エネルギーを増す。R. Evans、An Introduction to Crystal Chemistry(「結晶化学入門」)(1948)ページ276。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。一般に、コーティング組成は50重量%を越える水和性粒子を含まない。本発明の一つの非限定的実施態様では、コーティング組成は、好ましくは事実上水和性粒子を含まない。本出願で使用する場合、「事実上水和物を含まない」という用語は、コーティング組成が、固体全体に基づいて20重量%未満の水和物粒子を、より好ましくは5重量%未満を、もっとも好ましくは0.001重量%未満を含むことを意味する。本発明の一つの実施態様では、粒子18は、非水和性、無機の、固相潤滑材料から形成される。
【0067】
本発明によるコーティング組成は、前述の非水和性無機材料の代わりに、または、同材料に加えて、水和性または水和化無機材料から形成される粒子を含むことが可能である。このような水和性無機材料の非限定的な例は、マイカ(ムスコバイトのような)、タルク、モンモリロナイト、カオリナイト、および、石膏を含む、粘土鉱物層状珪酸塩である。前述したように、このような水和性または水和化材料から形成される粒子は、通常、コーティング組成における粒子の50重量%以下を構成する。
【0068】
本発明のもう一つの実施態様では、粒子18は、非ポリマー性、有機材料から形成されてもよい。本発明において有用な非ポリマー性、有機材料の例としては、ステアリン酸塩(例えば、ステアリン酸亜鉛やステアリン酸アルミ)、カーボンブラック、および、ステアルアミドが挙げられるが、ただしこれらに限定されない。
【0069】
本発明のさらにもう一つの実施態様では、粒子18は、無機重合体材料から形成されてもよい。有用な無機重合体材料の非限定的例としては、ポリフォスファゲン、ポリシラン、ポリシロキサン、ポリゲレマン、重合体硫黄、重合体セレン、シリコーン、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられる。本発明に使用して好適な、無機重合体材料から形成される粒子の、特異的非限定的例は、TOSPEARL4である。これは、架橋シロキサンから形成される粒子であり、日本の東芝シルコーン社から市販されている。
【0070】
本発明のさらにもう一つの実施態様では、粒子18は、合成有機ポリマー材料から形成されてもよい。好適な有機ポリマー材料としては、熱硬化性材料と熱可塑性材料が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。適当な熱硬化性材料としては、熱硬化性ポリエステル、ビニールエステル、エポキシ材料、フェノーリック、アミノプラスト、熱硬化性ポリウレタン、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。エポシキ材料から形成される、好ましい合成ポリマー粒子の、特異的非限定的例は、エポキシミクロゲル粒子である。
【0071】
適当な熱可塑性材料としては、熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、アクリルポリマー、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン、ビニールポリマー、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられる。好ましい熱可塑性ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、および、ポリエチレンナフタレートが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。好ましいポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、および、ポリイソブテンが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。好ましいアクリルポリマーとしては、スチレンとアクリル酸モノマーのコポリマー、および、メタクリレートを含むポリマーが挙げられる。アクリルコポリマーから形成される合成ポリマー粒子の非限定的例は、不透明な、非架橋性固相アクリル粒子エマルジョンであるRHOPLEX(商標)B−855;不透明、非膜形成性、スチレンアクリルポリマー合成色素であり、1.0ミクロン粒径を有し、固体含有量が26.5重量%、空隙容量が55%であるROPAQUE HP−10556;および、同一であり、それぞれ不透明、非膜形成性、スチレンアクリルポリマー合成色素分散液であり、粒径が0.55ミクロンで、固体含有量が30.5重量%であるROPAQUE OP−967とROPAQUE HP−543P8;および、これも不透明、非膜形成性、スチレンアクリルポリマー合成色素分散液であり、粒径が0.40ミクロンで、固体含有量が36.5重量%であるROPAQUE OP−62LO9がある。これら特異的粒子はそれぞれ、ペンシルバニア州フィラデルフィアのRohm and Haas Companyから市販されている。
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<欄外> 4 R.J.Perry “Applications for Cross−Linked Siloxane Particles”(Chemtech, Feb. 1999), pp.39−44
5 “Chemicals for the Textile Industry” (Sep.1987),Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能
6 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“ROPAQUETM HP−1055, Hollow Sphere Pigment for Paper and Paperboard Coatings” (Oct.1994)と称される製品特性シートの1頁参照。この文献は参照して本明細書に含める。
7 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“Architectual Coatings−ROPAQUETM OP−96, The All Purpose Pigment”(Apr.1997) と称される製品技術カタログの1頁参照。この文献は参照して本明細書に含める。
8 ROPAQUETM HP−543P及びROPAQUETM OP−96は同じ材料である;この材料は塗料業界ではROPAQUETM HP−543P、コーティング業界ではROPAQUETM OP−96として特定される。
9 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“Architectual Coatings−ROPAQUETM OP−96, The All Purpose Pigment”(Apr.1997) 称される製品技術カタログの1頁参照。この文献は参照して本明細書に含める。
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本発明による粒子18は、半合成の、有機ポリマー材料、および、天然ポリマー材料から形成されてもよい。本出願で使用する場合、「半合成材料」とは、化学的に修飾された、天然生成物である。それから、粒子18の形成が可能な、適当な半合成、有機ポリマー材料としては、メチルセルロースや酢酸セルロースのようなセルロース類;酢酸スターチやスターチヒドロエチルエーテルのような修飾スターチが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。それから、粒子18の形成が可能な、適当な天然ポリマー材料としては、スターチのような多糖類;カゼインのようなポリペプチド;および、天然ゴムやグタペルカのような天然炭化水素が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。
【0072】
本発明の、一つの非限定的実施態様では、ポリマー粒子18は、コートされたストランドによる水分吸収を下げる、または、制限するために、疎水性ポリマー材料から形成される。そのような疎水性ポリマー材料の非限定的例としては、ポリエチレン、ポリプロプレン、ポリスチレン、および、ポリメチルメタクリレートが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。ポリスチレンコポリマーの非限定的例としては、ROPAQUE OP−96、ROPAQUE HP−543P、および、ROPAQUE OP−62LO色素が挙げられる(それぞれ前述した)。
【0073】
本発明のもう一つの非限定的実施態様では、ポリマー粒子18は、25°Cを越える、好ましくは50°Cを越える、ガラス転移温度(Tg)、及び/又は、融解点を有するポリマー材料から形成される。
【0074】
本発明のさらにもう一つの非限定的実施態様では、粒子は、ポリマー性および非ポリマー性無機材料、ポリマー性および非ポリマー性有機材料、複合材料、および、前記のいずれか同士の混合物から選ばれる材料から形成される中空粒子であってもよい。それから中空粒子の形成が可能な適当な材料の非限定的例は前述した通りである。本発明において有用な中空粒子の非限定的な例は、ROPAQUE HP−1055、ROPAQUE OP−96、ROPAQUE HP−543P、および、ROPAQUE OP−62LO色素である(それぞれ前述した)。本発明において有用である可能性のある、中空粒子の、他の非限定的例に関しては、Katz等(編)(1987)ページ437−452を参照されたい。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0075】
本発明のコーティング組成において有用な粒子18は、水における分散液、懸濁液、または、乳液として存在することが可能である。鉱油またはアルコール(好ましくは5重量%未満)のような、その他の溶媒を、要すれば、分散液、懸濁液または乳液に含めてもよい。無機材料から形成される粒子の好ましい分散液の非限定的例は、ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONCである。このものは、水にたいして、25重量%窒化硼素粒子を分散させた分散液で、テネシー州、オークリッジのZYP Coatings, Inc.で市販される。”ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC”は、ZYP Coatings, Inc.の技術公報であるが、特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。この技術公報によれば、本製品における窒化硼素粒子は、3ミクロン未満の平均粒径を持ち、かつ、窒化硼素粒子を、この分散液が適用されるマトリックスに結合するための、1%の珪酸マグネシウム・アルミニウムを含む。Beckman Coulter LS 230粒径分析装置を用いて、ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC25の窒化硼素を独立に試験したところ、6.2ミクロンの平均粒径で、ミクロン以下から35ミクロンまでに渡る粒子と、下記の粒子分布帛を有することが判明した。
【0076】
【表3】
【0077】
この分布帛によれば、測定されたORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC25窒化硼素粒子の10%は、10.2ミクロンを越える平均粒径を持っていた。
【0078】
ZYP Coatingsから市販される、その他の有用な製品としては、BORON NITRIDE LUBRICOATペンキ、および、BRAZESTOPとWELD RELEASE製品が挙げられる。アクリルポリマーとコポリマーから形成される合成ポリマー粒子の乳液および分散液の特異的、非限定的例としては、RHOPLEX B−85アクリル乳液(前述);45重量%の固体含量と98°Cのガラス転移温度を持つ、全てアクリルの、硬性ポリマー乳液であるRHOPLEX GL−62310;45重量%の固体含量と105°Cのガラス転移温度を持つ、硬性、メタクリレートポリマー乳液であるEMULSION E−232111;0.55ミクロンの粒径と、30.5重量%の個体含量を持つ分散液として供給されるROPAQUE OP−96とROPAQUE HP−543P(前述);0.40ミクロンの粒径と、36.5重量%の個体含量を持つ分散液として供給されるROPAQUE OP−62LO(前述);および、26.5重量%の個体含量を持つ分散液として供給されるROPAQUE HP−1055(前述)が挙げられる。これらは皆、ペンシルバニア州フィラデルフィアのRohm and Haas Companyから市販されている。
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<欄外> 10 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“RhoplexTM GL−623, Self−Crosslinking Acrylic Binder of Industrial Nonwovens”(Mar.1997)と称される製品特性シート参照。この内容は参照して本明細書に含める。
11 Rohm and Haas Company(Philadelphia, PA)より入手可能の“Building Products Industrial Coatings−Emulsion E−2321” (1990) と称される製品特性シート参照。この内容は参照して本明細書に含める。
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本発明の特に好ましい実施態様では、コーティング組成は、少なくとも1つの無機粒子、特に窒化硼素、さらに特定的には、商品名POLARTHERM及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONCの下に市販される窒化硼素、および、少なくとも1つの熱可塑性材料、特に、スチレンとアクリルモノマーのコポリマー、さらに特定的には、商品名ROPAQUEの下に市販されるコポリマー、との混合物を含む。
【0079】
粒子18は、隣接繊維間に所望の隙間を実現するのに十分な平均粒径19を達成するように選択される。例えば、エアジェット製織機で加工される繊維12に適用されるサイジング組成に取り込まれる粒子18の平均粒径19は、好ましくは、少なくとも隣接する2本の繊維間に十分な隙間を供給し、それによって、繊維ストランド10が、編機を横切って、エアジェット輸送されるのを可能とするように選ばれる。本出願で使用する場合、「エアージェット製織機」とは、そこにおいては、よこ糸が、当業者には既知のやり方で、複数のエアージェットノズルから発せられる、一陣の圧搾空気によってほぐされたたて糸の中に挿入されるタイプの製織機を意味する。また別の例では、ポリマーマトリックス材料で含浸される繊維12に適用されるサイジング組成に取り込まれる粒子18の平均粒径19は、繊維ストランド10の、良好なウェットスルー(織布帛浸透性)とウェットアウト(繊維浸透性)を可能とするのに十分なほどの隙間を、少なくとも2本の隣接繊維間に供給するように選ばれる。
【0080】
本発明を限定するものではないが、粒子18は好ましくは、レーザー散乱法を用いて測定した場合、1000ミクロン以下、さらに好ましくは0.001から100ミクロン、もっとも好ましくは0.1から25ミクロンの平均粒径を持つ。
【0081】
本発明の、一つの特異的、非限定的実施態様では、粒子18の平均粒径19は、少なくとも0.1ミクロン、好ましくは少なくとも0.5ミクロンで、0.1ミクロンから5ミクロンの範囲、好ましくは0.5ミクロンから2ミクロンの範囲を持つ。本発明のある実施態様では、粒子18は、コーティング組成がその上に塗布帛される繊維12の平均直径よりも一般に小さい平均粒径を持つ。従来から次のことが観察されている、すなわち、前述の平均粒径19を持つ粒子18を含む一次サイジング組成の残留層14を有する繊維ストランド10から製造されるヤーンは、好都合にも、隣接繊維23、25の間に、エアージェット製織を可能とするほどに十分な隙間を供給しながら、また一方で、繊維ストランド10の完全性を維持し、かつ、ポリマーマトリックス材料を含浸させた場合、受容可能なウェットスルーとウェットアウトとを供給する。
【0082】
本発明の、別の特異的、非限定的実施態様では、粒子18の平均粒径19は、少なくとも3ミクロン、好ましくは少なくとも5ミクロンで、3から1000ミクロンの範囲、好ましくは5から1000ミクロンの範囲、さらに好ましくは10から25ミクロンの範囲を持つ。本実施態様では、粒子18の平均粒径19は、一般に、ガラス繊維の、公称平均粒径と一致することが好ましい。従来から、前述の粒径内に収まる粒子によってコートされたストランドによって製造された織布帛は、ポリマーマトリックス材料で含浸させた場合、良好なウェットスルーとウェットアウトとを呈することが観察されている。
【0083】
当業者であれば、異なる平均粒径19を有する1つ以上の粒子18の混合物を、本発明に従ってコーティング組成に含ませ、それによって、繊維ストランド10や、その後に同ストランドから製造される製品に、所望の性質や加工性を付与することが可能であることが了解されるであろう。さらに具体的に言うと、様々な粒径の粒子を適当量混合し、それによって、前記と同様に良好なエアージェット輸送特性を持つストランドを供給し、良好なウェットスルーやウェットアウトを示す織布帛を供給することが可能である。
【0084】
繊維は、そのガラス繊維が、形成時、および、製織や粗紡のようなその後の加工時において接触する、隣接繊維、及び/又は、他の固体や材料の粗面と接触することによって摩擦磨耗を受ける。本出願で使用する場合、「摩擦磨耗」とは、繊維にたいして損傷を与えるのに十分なほど固い、粒子や、材料の端や実体との摩擦的接触によって生じる、繊維表面の小片の削落または切断、あるいは、繊維の破断を意味する。K. Ludemaページ129参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。繊維ストランドの研磨磨耗は、加工時繊維破断のような、繊維ストランドに対する悪影響を及ぼし、織布帛や複合体のような製品に欠陥をもたらし、これは無駄と製造コストを上昇させる。
【0085】
形成工程において、例えば、繊維、特にガラス繊維は、固形物、例えば、金属の巻き取りシューや、仕上パッケージに巻き取られる前には横断機または回旋機と接触する。製編や製織のような織布帛編み込み操作では、ガラス繊維ストランドは、接触するガラス繊維12の表面を磨耗する可能性のある、繊維編み込み装置(例えば、製織機や製編機)の一部のような固体物と接触する。例えば、紡糸枠、製織機や製編機の多くの部分は、最大8.5のモー硬度を持つ、スチールのような金属材料で形成される12。このような固体の粗面との接触によって生じる、ガラス繊維ストランドの摩擦磨耗は、加工中にストランド破断をもたらし、かつ、織布帛や複合体のような製品に欠陥をもたらし、これは無駄と製造コストを上昇させる。
―――――――――――
<欄外> 12Hanfbook of Chemistry and Physics (F−22頁)
――――――――――
摩擦磨耗を最小に留めるために、本発明の一つの実施態様では、粒子18は、ガラス繊維(単数または複数)の硬度値を越えない、すなわち、それ以下の硬度値を持つ。粒子とガラス繊維の硬度値は、ビッカーの硬度またはブリネルの硬度のような、いずれの通例の硬度測定法によって定量することも可能であるが、好ましくは、モーの硬度スケール元法によって定量される。このスケールは、1から10までのスケールにおいて、材料表面の、相対的引っ掻き抵抗を示す。ガラス繊維のモーの硬度値は、一般に、4.5から6.5に広がるが、一般的には6である。R. Weast(編)、Handbook of Chemistry and Physics(「化学・物理ハンドブック」)、CRC Press(1975)ページF−22。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。本実施態様では、粒子18のモーの硬度値は、好ましくは、0.5から6の範囲を持つ。本発明に使用が適当な無機材料から形成される粒子の、いくつかの非限定的例のモー硬度値を、下記の表Aに示す。
【0086】
【表4】
【0087】
―――――――――
<欄外> 13 K.Ludema, “Friction, Wear, Lubrication”(「摩擦、摩耗、潤滑」)1996年,27頁、これは参照して本明細書に含める。
14 R.Weast(Ed.) “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press, F−22頁
15 R.Lewis, Sr., “Hawley’s Condensed Chemical Dictionary” (12th ed.1993) 793頁。これは参照して本明細書に含める。
16 “Hawley’s Condensed Chemical Dictionar” (12th ed.1993) 1113頁。これは参照して本明細書に含める。
17 “Hawley’s Condensed Chemical Dictionary” (12th ed.1993) 784頁。これは参照して本明細書に含める。
18 “Handbook of Chemistry and Physic”, F−22頁
19 “andbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
20 “Friction, Wear, Lubrication”27頁
21 “Friction, Wear, Lubrication”27頁
22 “Friction, Wear, Lubrication”27頁
23 “Friction, Wear, Lubrication”27頁
24 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
25 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
26 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
27 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
28 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
―――――――――
【0088】
【表5】
【0089】
―――――――――
<欄外> 29 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
30 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22頁
31 R.Weast(Ed.) “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press(71th Ed., 1990), F−22頁
―――――――――
前述したように、モーの硬度スケールは、材料の引っ掻きに対する抵抗に関連する。従って、本発明はさらに、その表面下の、粒子の内部の硬度とは異なる硬度を表面に有する粒子を想定する。さらに具体的に言うと、前述したように、粒子の表面は、従来技術で既知のいかなるやり方で修飾されてもよい。そのようなやり方としては、従来技術で既知の技法を用いて粒子の表面特性を化学的に変化させ、それによって、粒子の表面硬度を、ガラス繊維の硬度以下とし、一方、表面下の粒子の硬度を、ガラス繊維の硬度よりも高くすることが挙げられるが、ただしそれに限定されない。また別態様として、粒子を、1つ以上の二次材料でコート、被覆、または包含した一次材料から形成し、それによってより柔かい表面を持つ複合材料を形成することが可能である。さらに別態様として、粒子を、別形態の一次材料でコート、被覆、または包含した一次材料から形成し、それによってより柔かい表面を持つ複合材料を形成することが可能である。
【0090】
一つの例では、といって、本発明を限定するものではないが、シリコンカーバイドあるいは窒化アルミニウムのような無機材料から形成される無機粒子にたいし、シリカ、炭酸塩、または、ナノクレーコーティングを供給して、有用な複合粒子を形成することが可能である。別の非限定的例では、アルキル側鎖を有するシラン結合剤を、無機の酸化物から形成される無機粒子の表面と反応させて、「より柔かい」表面を持つ有用な複合粒子を供給することが可能である。他の例としては、非ポリマー性またはポリマー性材料から形成される被覆、包含またはコーティング粒子が挙げられる。そのような複合粒子の、特異的非限定的例は、DUALITEである。これは、ニューヨーク州バッファローのPierce and Stevens Corporationから市販される炭酸カルシウムでコートされた合成ポリマー粒子である。本発明の一つの実施態様では、粒子18は、熱伝導的であり、すなわち、300Kの温度で測定した場合、好ましくは、1メートル1K当り少なくとも0.2ワットの熱伝導性を、さらに好ましくは、1メートル1K当り少なくとも0.5ワットの熱伝導性を持つ。非限定的実施態様では、粒子18は、300Kの温度で測定した場合、1メートル1K当り少なくとも1ワット、さらに好ましくは1メートル1K当り少なくとも5ワットの熱伝導性を持つ。ある好ましい実施態様では、粒子18の熱伝導性は、300Kの温度で測定した場合、1メートル1K当り少なくとも25ワット、さらに好ましくは1メートル1K当り少なくとも30ワット、かつ、さらに好ましくはメートル当り少なくとも100ワットである。別の実施態様では、粒子の熱伝導度は、300Kの温度で測定した場合、1メートル1K当り5から2000ワットの範囲、好ましくはメートル当り25から2000ワットの範囲、さらに好ましくはメートル当り30から2000ワットの範囲、もっとも好ましくは100から2000ワットの範囲を持つ。本出願で使用する場合、「熱伝導性」とは、熱をそれ自体の中を移動させる能力を記述する、その粒子の性質を意味する。R. Lewis, Sr., Hawley’s Condensed Chemical Dictionary(「Hawleyの簡約化学辞典)(12版、1993)、ページ305参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0091】
ある材料の熱伝導性は、当業者には既知のいずれの方法によっても定量が可能である。例えば、試験される材料の熱伝導性が、1メートル1K当り0.001ワットから、1メートル1K当り100ワットの範囲を持つのであれば、その材料の熱伝導性は、ASTM C−177−85(特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める)に従って、好ましくは保護ホットプレートを用いて定量が可能である。言いかえれば、熱伝導が、1メートル1K当り0.001ワットから1メートル1K当り20ワットの範囲にあるならば、この保護ホットプレート法を使用すべきである。熱伝導が、1メートル1K当り100ワットを越えるならば、保護熱流束センサー法を使用すべきである。1メートル1K当り20から100ワットの範囲の場合には、いずれの方法も使用が可能である。
【0092】
保護ホットプレート法の場合、1個の保護過熱装置、2個の付属加熱プレート、2個の冷却装置、端部断熱体、温度制御二次ガード、および、温度センサー読み取りシステムを含む保護ホットプレート装置を用いて、事実上同一の二つのサンプルを試験する。これらのサンプルを、保護加熱装置の両側に、サンプルの対向面を、付属過熱装置に接触させて配置する。次に、装置を、所望の試験温度まで加熱し、熱定常状態を実現するのに必要な一定時間保持する。この定常状態条件が達成されたならば、二つのサンプルを通過する熱流(Q)、および、サンプルを横切る温度差(ΔT)を記録する。次に、両サンプルの平均熱伝導度(KTC)を下式(I)を用いて計算する。
【0093】
KTC=QL/A・ΔT...(I)
ここにLは、両サンプルの平均厚さであり、Aは、両サンプルの合計面積の平均値である。
【0094】
比較的高い熱伝導を有する材料は、孔開放操作時に発生する熱を、孔面積から比較的速やかに分散させるから、ドリル先端寿命を長引かせると考えられている。表A中の選択された材料の熱伝導性を、表Bに含める。
【0095】
必要とはされないが、本発明に有用なもう一つの実施態様では、粒子は、電気的に絶縁される、あるいは、高い電気抵抗を持つ、すなわち、1000ミクロオームcmを越える電気抵抗率を持つ。高電気抵抗率を有する粒子を使用することは、補強材を通じての電子伝導による電気信号の損失を抑制するために、通例の電子回路基板用途用には好ましい。特別用途の場合には、例えば、マイクロウェーブ用回路基板、高周波干渉および電磁波干渉用途の場合、高い電気抵抗率を有する粒子は必要とされない。表A中の選択された材料の電気抵抗を、表Bに含める。
【0096】
【表6】
【0097】
――――――――――――
<欄外> 32 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.322。これは参照して本明細書に含める。
33 A. Weimer(Ed.) “Carbie, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing”1997, p.654
34 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
35 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.325。これは参照して本明細書に含める。
36 R.Lewis, Sr., “Hawley’s Condensed Chemical Dictionary”(12th Ed.1993) p.164。これは参照して本明細書に含める。
37 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.333。これは参照して本明細書に含める。
38 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.329。これは参照して本明細書に含める。
39 A. Weimer(Ed) “Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing”1997, p.654
40 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
41 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.333
42 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.321. これは参照して本明細書に含める。
43“Microelectronics Packaging Handbook”, p.36. これは参照して本明細書に含める。
44 A. Weimer(Ed.) “Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing”1997, p.653. これは参照して本明細書に含める。
45 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
46 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.36. これは参照して本明細書に含める。
47 A. Weimer(Ed.) “Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing”1997, p.654.
48 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
49 “Microelectronics Packaging Handbook” p.905. これは参照して本明細書に含める。
50 “Hawley’s Condensed Chemical Dictionary”(12th Ed.1993), p.141。これは参照して本明細書に含める。
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【0098】
【表7】
【0099】
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<欄外> 51 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
52 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press, 1975, pp12−54
53 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press(71st Ed. 1990), pp.12−63. これは参照して本明細書に含める。
54 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press(71st Ed. 1990), pp.4−158. これは参照して本明細書に含める。
55 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.36.
56 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press(71st Ed. 1990), pp.12−63. これは参照して本明細書に含める。
57 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
58 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
59 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−166. これは参照して本明細書に含める。
60 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
61 G. Slack, “Nonmetallic Crystals with High Thermal Conductivity”(J.Phys.Chem.Solids) 1973, Vol.34, p.322。これは参照して本明細書に含める。
62 W. Callister,”Materials Science and Engineering An Introduction”(2nd ed. 1991), p.637. これは参照して本明細書に含める。
63 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
64 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
65 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
66 “Web Elements”http://www.shef.ac.uk/〜chem/web−elents/nofr−image−l/hardness−minerals−l.hjml(Feb.26,1998)による。
67 Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
68 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
69 Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
70 Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
71 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
72 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
73 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
74 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
75 “Web Elements”http://www.shef.ac.uk/〜chem/web−elents/nofr−image−l/hardness−minerals−l.hjml(Feb.26,1998)による。
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【0100】
【表8】
【0101】
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<欄外> 76 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
77 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
78 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
79 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
80 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
81 “Friction, Wear, Lubrication”, p.27
82 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
83 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
84 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
85 “Microelectronics Packaging Handbook” p174
86 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
87 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
88 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
89 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
90 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
91 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
92 “Handbook of Chemistry and Physics”, CRC Press (1975), p.D−171. これは参照して本明細書に含める。
93 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
94 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.174
95 “Microelectronics Packaging Handbook”, p.37
96 “Handbook of Chemistry and Physics”, F−22
――――――――――――
当業者ならば、本発明のコーティング組成の粒子18は、前述の粒子同士の、いかなる結合体または混合物でも含むことが可能であることが了解されよう。さらに具体的に言うと、と言って、本発明を限定するものではないが、粒子18は、前述のいずれの材料同士から製造される、追加の粒子同士のいずれの結合体を含むことも可能である。従って、全ての粒子18が、同一である必要はない―それらは化学的に異なっていてもよく、及び/又は、化学的には同じであるが、形態または性質において異なっていてもよい。前記追加粒子は、一般に粒子18の半分まで、好ましくは粒子18の15%までを含んでいてよい。
【0102】
一つの実施態様では、粒子18は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の0.001から99重量%、好ましくは50から99重量%、さらに好ましくは75から99重量%を含む。この実施態様では、特に好ましいコーティングとしては、i)有機成分と、300Kの温度において1メートル1K当り少なくとも1ワットの熱伝導度を有する層状粒子を含むコーティング;ii)有機成分と非水和性、層状粒子を含むコーティング;iii)300Kの温度において1メートル1K当り少なくとも1ワットの熱伝導度を有する、少なくとも1個の硼素無添加層状粒子を含むコーティング;iv)300Kの温度において1メートル1K当り少なくとも1ワットの熱伝導度を有する、層状粒子、すなわち、繊維上に層状粒子を含む水性組成残留物;および、v)300Kの温度において1メートル1K当り少なくとも1ワットの熱伝導度を有する、アルミナ無添加、非水和性粒子、すなわち、繊維上にアルミナ無添加、非水和性粒子を含む水性組成残留物が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。
【0103】
別の実施態様では、粒子18は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の0.001から99重量%、好ましくは1から80重量%、さらに好ましくは1から40重量%を含む。さらに、粒子18が非水和性無機粒子である特定の実施態様の場合、粒子は好ましくは、全固体成分に基づいて、コーティング組成の1から50重量%、さらに好ましくは、コーティング組成の最大25重量%を含む。
【0104】
さらにもう一つの実施態様では、粒子18は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の20重量%を越え、好ましくは、20から99重量%の範囲、さらに好ましくは25から80重量%の範囲、もっとも好ましくは50から60重量%の範囲を持つ。この実施態様では、特に好ましいコーティングとしては、全固体成分に基づいて、下記から選択される少なくとも1つの粒子を20重量%を越えて含む、樹脂適合性コーティング組成が挙げられる。選択されるものとはすなわち、無機粒子、有機中空粒子、および、複合粒子であり、前記少なくとも1つの粒子は、少なくとも1つのガラス繊維のモー硬度値を越えない、モー硬度値を有する。
【0105】
別の実施態様では、粒子18は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の1から80重量%、好ましくは1から60重量%を含む。一つの実施態様では、コーティング組成は、全固体成分に基づいて、粒子18の20から60重量%、好ましくは35から55重量%、さらに好ましくは30から50重量%を含む。本実施態様にとってさらに好ましいコーティングとしては、(a)非熱膨張性有機材料、無機ポリマー材料、非膨張性複合材料、および、それらの混合物から選択される材料から形成される、複数の不連続粒子であり、同粒子は、外部熱の適用無しに、ストランドの含浸を可能とするほどに十分な平均粒径を持つ、そのような粒子;(b)前記複数の不連続粒子とは異なる、少なくとも1つの潤滑材料;および、(c)少なくとも1つの膜形成材料(film−forming material)、を含む、樹脂適合性コーティングが挙げられる。前記粒子に加えてさらに、このコーティング組成は好ましくは1つ以上の膜形成材料、例えば、有機、無機、および、天然のポリマー材料を含む。有用な有機材料としては、下記から選ばれるポリマー材料が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。選ばれるものはすなわち、合成ポリマー材料、半合成ポリマー材料、天然ポリマー材料、および、前記のいずれか同士の混合物である。合成ポリマー材料としては、熱可塑性材料と熱硬化性材料が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。好ましくは、ポリマー膜形成材料は、ガラス繊維表面16に適用した場合、全体に連続的な膜を形成する。
【0106】
一般に、膜形成材料の量は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の1から99重量%の範囲を持つ。一つの実施態様では、膜形成材料の量は好ましくは、1から50重量%の範囲、さらに好ましくは1から25重量%の範囲を持つ。別の実施態様では、膜形成材料の量は、20から99重量%、さらに好ましくは、60から80重量%の範囲を持つ。
【0107】
別の実施態様では、膜形成材料の量は好ましくは、全固体成分に基づいて、コーティング組成の20から75重量%、さらに好ましくは40から50重量%の範囲を持つ。この実施態様では、特に好ましいコーティングは、1つの膜形成材料と、全固体成分に基づいて、下記から選択される少なくとも1つの粒子を20重量%を越えて含む。選択されるものとはすなわち、無機粒子、有機中空粒子、および、複合粒子であり、前記少なくとも1つの粒子は、少なくとも1本のガラス繊維のモー硬度値を越えない、モー硬度値を有する。
【0108】
さらに別の実施態様では、ポリマー膜形成材料の量は、全固体成分に基づいて、コーティング組成の1から60重量%の範囲、好ましくは5から50重量%の範囲、さらに好ましくは10から30重量%の範囲を持つことが可能である。本実施態様にとってさらに好ましいコーティングとしては、(a)非熱膨張性有機材料、無機ポリマー材料、非膨張性複合材料、および、それらの混合物から選択される材料から形成される、複数の不連続粒子であり、同粒子は、外部熱の適用無しに、ストランドの含浸を可能とするほどに十分な平均粒径を持つ、そのような粒子;(b)前記複数の不連続粒子とは異なる、少なくとも1つの潤滑材料;および、(c)少なくとも1つの膜形成材料、を含む、樹脂適合性コーティングが挙げられる。
【0109】
本発明の一つの非限定的実施態様では、熱硬化性ポリマー膜形成材料が、ガラス繊維ストランドコーティング用コーティング組成に使用される、好ましいポリマー膜形成材料である。このような材料は、プリント回路基板用層状体として使用される熱硬化性マトリックス材料、例えば、多官能エポキシ樹脂であり、本発明のある特定の実施態様では、二官能臭素化エポキシ樹脂となる、FR−4エポキシ樹脂と適合性を持つ。Electronic Materials Handbook(「電子材料ハンドブック」)ASM International(1989)ページ534−537を参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0110】
有用な熱硬化性材料としては、熱硬化性ポリエステル、エポキシ材料、ビニールエステル、フェノール樹脂、アミノプラスト、熱硬化性ポリウレタン、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられる。適当な熱硬化性ポリエステルとしては、ミズーリ州、カンサスシティーのCook Composites and Polymersから市販されるSTYPOLポリエステルや、イタリヤ、コモのDSM B.V.から市販されるNEOXILポリエステルが挙げられる。
【0111】
熱硬化性ポリマー材料の非限定的例は、エポキシ材料である。有用なエポキシ材料は、分子中に少なくとも1つのエポキシまたはオキレン基を含むもので、例えば、多価アルコールまたはチオールのポリグリシジルエーテルである。適当なエポキシ膜形成ポリマーの例としては、テキサス州、ヒューストンのShell Chemical Companyから市販されるEPON826およびEPON880が挙げられる。
【0112】
有用な熱可塑性ポリマー材料としては、ビニールポリマー、熱可塑性ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(例えば、脂肪族ポリアミド、または、アラミドのような芳香族ポリアミド)、熱可塑性ポリウレタン、アクリルポリマー(例えば、ポリアクリル酸)、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられる。本発明の、別の非限定的実施態様では、好ましいポリマー膜形成材料はビニールポリマーである。本発明において有用なビニールポリマーとしては、ポリビニールピロリドンが挙げられる。例えば、PVP K−15、PVP K−30、PVP K−60、および、PVP K−90であって、このいずれも、ニュージャージー州ウェインのInternational Specialty Products Chemicalsから市販されている。他の好適なビニールポリマーとしては、ニュージャージー州、ブリッジウォーターのNational Starch and Chemicalから市販される、酢酸ビニールコポリマー乳液RESYN 2828およびRESIN 1037;ペンシルバニア州、アレントンのH. B. Fuller and Air Products and Chemicals Companyから市販されるもののような、他の酢酸ビニール;および、これもやはりAir Products and Chemicals Companyから市販されるポリビニールアルコールが挙げられる。
【0113】
本発明に有用な熱可塑性ポリエステルとしては、DESMOPHEN 2000およびDESMOPHEN 2001KSが挙げられるが、これらはいずれもペンシルバニア州、ピッツバーグのBayer Corp.から市販されている。好ましいポリエステルとしては、オハイオ州コロンバスのBorden Chemicalsから市販されるRD−847Aポリエステル樹脂、および、スウェーデンのEKa Chemicals ABから市販される、DYNAKOLL Si 100化学的修飾ロージンが挙げられる。有用なポリアミドとしては、オハイオ州シンシナティのCognis Corp.から市販されるVERSAMID製品、および、ベルギーのChiba Geigyから市販される、EUREDOR製品が挙げられる。有用な熱可塑性ポリウレタンとしては、コネティカット州グリーンウィッチのCK Witco Corp.から市販されるWITCOBOND W−290H、および、ニューヨーク州ヒックスルビルのRuco Polymer Corp.から市販されるRUCOTHANE 2011Lポリウレタンラテックスが挙げられる。
【0114】
本発明のコーティング組成は、1つ以上の熱硬化性ポリマー材料と、1つ以上の熱可塑性ポリマー材料との混合物を含むことが可能である。プリント回路基板用層状体として特に有用な、本発明の一つの非限定的実施態様では、水性サイジング組成のポリマー材料は、RD−847Aポリエステル樹脂、PVP K−30ポリビニールピロリドン、DESMOPHEN 2000ポリエステル、および、VERSAMIDポリアミドの混合物を含む。プリント回路基板用層状体として好適な、さらに別の非限定的実施態様では、水性サイジング組成のポリマー材料は、要すれば、EPON 826エポキシ樹脂と混合される、PVP K−30ポリビニールピロリドンを含む。
【0115】
ポリマー膜形成材料として好適に使用される半合成ポリマー材料としては、ヒドロキシプロピルセルロースのようなセルロース系材料や、オランダAVEBEから市販されるKOLLOTEX1250(低粘度、低アミロースじゃがいもスターチを、エチレンオキシドでエーテル化したもの)のような修飾スターチが挙げられるが、ただしそれらに限定されない。
【0116】
ポリマー膜形成材料として好適に使用される天然ポリマー材料としては、じゃがいも、コーン、小麦、油脂性メイズ、サゴ、ミロ(ソーガム)、および、前記のいずれか同士の混合物が挙げられるが、ただしそれらに限定されない。
【0117】
スターチの性質によっては、スターチは、粒子18及び/又は膜形成材料として機能することが可能であることを了解しなければならない。さらに詳細に言うと、完全に溶媒、特に水に溶解して膜形成材料として機能するスターチもあるし、完全には溶解せず、特定の粒径を維持し、粒子18として機能するスターチもある。スターチ(天然のものも半合成のものも)を、本発明に従って使用することは可能であるが、本発明のコーティング組成は好ましくは、実質的にスターチ材料無添加である。本出願で使用する場合、「実質的にスターチ材料無添加である」という用語は、コーティング組成は、コーティング組成の全固体成分に基づいて、50重量%未満、好ましくは35重量%未満のスターチ材料しか含まないということを意味する。さらに好ましくは、本発明のコーティング組成は事実上スターチ材料を含まない。本出願で使用する場合、「事実上スターチ材料を含まない」という用語は、コーティング組成は、コーティング組成の全固体成分に基づいて、20重量%、好ましくは5重量%未満のスターチ材料を含む、さらに好ましくはスターチ材料を含まないということを意味する。
【0118】
プリント回路基板用層状体に組み込まれる繊維ストランドに適用される、スターチ含有、典型的一次サイジング組成は、樹脂適合的ではないので、マトリックス材料に組み込まれる前に除去されなければならない。前述したように、好ましくは、本発明のコーティング組成は、樹脂適合的であり、織布帛加工前に、繊維ストランドまたは繊維からの除去を必要としない。さらに好ましくは、本発明のコーティング組成は、プリント回路基板製造に使用されるマトリックス材料(後述)と適合的であり、もっとも好ましくはエポキシ樹脂適合的である。
【0119】
ポリマー膜形成材料は、水溶性、乳液性、分散性、及び/又は、硬化性であってもよい。本出願で使用する場合、「水溶性」とは、そのポリマー材料が、水において、事実上均一に混合する、及び/又は、分子的にまたはイオン的に分散することが可能であることを意味する。Hawley等のページ1075参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。「乳液性」とは、そのポリマー材料が、乳化剤の存在下において、水中で事実上安定な混合物を、または、懸濁液を形成することが可能であることを意味する。Hawley等のページ461参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。適当な乳化剤の非限定的例は後述する。「分散性」とは、そのポリマー材料の全ての成分が、ラテックスのような、微細に分割された粒子として、水全体に渡って分布帛することが可能であることを意味する。Hawley等のページ435参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。分散の均一性は、後述する湿潤剤、分散剤、または、乳化剤(界面活性剤)の添加によって増大させることが可能である。「硬化性」とは、そのポリマー材料や、サイジング成分の他の成分が、凝集して膜を形成したり、または、相互に架橋結合して、そのポリマー材料の物理的性質を変えることが可能であることを意味する。Hawley等のページ331参照。特に名指しして引用することによってこれを本出願に含める。
【0120】
前述の膜形成材料に加えて、あるいは、その代わりに、本発明のコーティング組成は好ましくは、1つ以上のガラス繊維結合剤、例えば、オルガノシラン結合剤、遷移金属結合剤、フォスフォネート結合剤、アルミニウム結合剤、アミノ含有ウェルナー結合剤、および、前記のいずれか同士の混合物を含む。これらの結合剤は典型的には二重官能性を有する。各金属またはシリコン原子は、繊維表面、及び/又は、樹脂マトリックスの成分と反応するか、または、適合化するか、そのいずれかが可能な、1つ以上の基を自身に付着している。本出願で使用する場合、「適合化する」という用語は、その基が、繊維表面、及び/又は、コーティング組成の成分に、例えば、極性、湿潤性、または、溶化性力によって、化学的に引きつけられるが、結合はされないことを意味する。一つの非限定的実施態様では、各金属またはシリコン原子は、その結合剤をガラス繊維表面と反応させることを可能とする、1つ以上の加水分解基と、その結合剤を樹脂マトリックスの成分と反応させることを可能とする、1つ以上の官能基を、それ自身に付着している。加水分解基の例としては、
【0121】
【化1】
【0122】
および、1,2−または1,3グリコールのモノヒドロキシ、及び/又は、環状C2−C3残基が挙げられる。ここに、R1はC1−C3アルキルであり;R2はHまたはC1−C4であり;R3とR4は、それぞれ独立に、H1、C1−C4アルキル、または、C6−C8から選ばれ;かつ、R5はC4−C7アルキレンである。適当な適合化または官能基の例としては、エポキシ、グリシドキシ、メルカプト、シアノ、アリル、アルキル、ウレタノ、ハロ、イソシアネート、ウレイド、イミダゾリニル、ビニール、アクリラート、メタクリラート、アミノ、または、ポリラミノの各基が挙げられる。
【0123】
官能性オルガノシラン結合剤を、本発明に使用するのが好ましい。有用な官能性オルガノシラン結合剤の例としては、ガンマ−アミノプロピルトリアルコキシシラン、ガンマ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ビニール−トリアルコキシシラン、グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、および、ウレイドプロピルトリアルコキシシランが挙げられる。好ましい、官能性オルガノシラン結合剤としては、A−187ガンマ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、A−174ガンマ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、A−1100ガンマ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のシラン結合剤、A−1108アミノシラン結合剤、および、A−1160ガンマ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン(それぞれ、ニューヨーク州、タリータウンのCK Witco Corporationから市販されている)が挙げられる。このオルガノシラン結合剤は、繊維に適用前に、少なくとも部分的に水によって加水分解する、好ましくは1:1の化学量論比で加水分解する、あるいは、要すれば、加水分解しない形で適用される。従来技術でよく知られるように、この水のpHを酸または塩基の添加によって修飾し、それによって、結合剤の加水分解を起動したり、加速することが可能である。
【0124】
適当な遷移金属結合剤としては、チタン、ジルコニウム、イットリウム、および、クロム結合剤が挙げられる。適当なチタネート結合剤、および、ジルコネート結合剤が、Kenrich Petrochemical Companyから市販されている。適当なクロム複合体が、デラウェア州ウィルミントンの、E.I. DuPont de Nemoursから市販されている。アミノ含有ウェルナー型結合剤は、クロムのような3価の核原子が、アミノ官能性を有する有機酸に配位される錯体化合物である。当業者には既知の、その他の金属キレート剤や、配位型結合剤も、本実施態様において使用が可能である。
【0125】
カップリング剤の量は、概ね、全固形分ベースでコーティング組成物の1から99重量%の範囲にある。実施態様の一つでは、カップリング剤の量は、全固形分ベースでコーティング組成物の1から33重量%の範囲にあり、好ましくは1から10重量%、より好ましくは2から8重量%の範囲にある。
【0126】
本発明のコーティング組成物は、一つまたはそれ以上の柔軟剤または界面活性剤を備え、これらは繊維の表面に均一な変化をもたらし、繊維をしてお互いを反発させ、繊維間の摩擦を減少させるなど、潤滑剤として機能する。必須ではないが、これらの柔軟剤はコーティング組成物の他の成分とは化学的に異なることが好ましい。そのような柔軟剤には陽イオン系、非イオン系もしくは陰イオン系の柔軟剤またはそれらの混合物があり、例えば脂肪酸のアミン塩やCATION Xのようなアルキルイミダゾリン(alkyl imidazoline)の誘導体で、これはニュージャージー州プリンストンのRhone Poulenc/Rhodiaから購入可能であり、酸化溶性脂肪酸アミド、脂肪酸とポリエチレンイミンの凝縮液、およびEMERYTM 6717のようなアミド置換ポリエチレンイミドで、これは部分的にアミド化されたポリエチレンイミンでオハイオ州シンシナチのCognis Corporationから購入可能である。コーティング組成物は柔軟剤を最大60重量%まで包含することができるが、コーティング組成物中の柔軟剤の量は、好ましくは20重量%以下、より好ましくは5重量%以下である。柔軟剤に関するより詳細な情報は、A.J.ホール著、Textile Finishing、2nd Ed.(1957)の108から115頁を参照することで得られ、その部分は本明細書において具体的に援用されるものである。
【0127】
本発明のコーティング組成物は、さらに上記の高分子材料や柔軟剤とは化学的に異なる一種またはそれ以上の潤滑材料を含み、繊維ストランドに対し織布帛の際の望ましい工程上の特色が付与される。適切な潤滑材料は、オイル、ワックス、グリース、およびそれらの混合物から選択することができる。本発明において有益なワックス材の非限定的用例としては、水溶性、乳化可能な、または分散性のワックス材があり、例えば植物性ワックス、動物性ワックス、鉱物性ワックス、合成ワックス、またはパラフィンのような石油ワックスである。本発明において有益なオイルとしては、自然オイル、半合成オイル、および合成オイルがある。概ね、ワックスやその他の潤滑材料の量は、全固形分ベースでサイジング組成物の0から80重量%の範囲にあり、好ましくは1から50重量%、より好ましくは20から40重量%、そして最も好ましくは25から35重量%の範囲にある。
【0128】
好ましい潤滑材料は、極性を有するワックスおよびオイルを含み、より好ましくは極性を有し融点が35℃以上、より好ましくは45℃以上である高結晶性ワックスを含む。このような材料は、そのような極性材料を含有するサイジング組成物でコーティングされた繊維ストランド上の極性樹脂のウェットアウトおよびウェットスルーを向上すると考えられており、これは、極性をもたないワックスやオイルを含有するサイジング組成物でコーティングされた繊維ストランドと比較した場合である。極性を有する好ましい潤滑材料は、(1)モノカルボン酸と(2)一価アルコールとの反応から形成されるエステルを含む。本発明において有益なそのような脂肪酸エステルの非限定的用例としてはパルミチン酸セチルがあり、これは好ましくは(ニュージャージー州メイウッドのStepan CompanyからKESSCO 653またはSTEPNTEX 653として入手可能)、ミリスチン酸セチル(これもStepan CompanyからSTEPNLUBE 654として入手)、ラウリン酸セチル、ラウリン酸オクタデシル、ミリスチン酸オクタデシル、パルミチン酸オクタデシルおよびステアリン酸オクタデシルがある。本発明に有益なその他の脂肪酸、潤滑材料としては、トリペラルゴン酸トリメチロールプロパン、天然鯨蝋およびトリグリセリドオイルがあり、例えば大豆油、亜麻仁油、エポキシド化された大豆油、そしてエポキシド化された亜麻仁油であるが、これらに限定されるわけではない。
【0129】
潤滑材料は、水溶性高分子材料をも含み得る。有益な材料の非限定的用例としては、ポリアルキレンポリオール、ポリオキシアルキレンポリオールがあり、例えばニュージャージー州パーシッパニのBASF社より購入できるMACOL E−300、そしてコネチカット州ダンベリーのユニオンカーバイド社より購入できるCARBOWAX 300およびCARBOWAX 400がある。有益な潤滑材料のもうひとつの非限定的用例として、コネチカット州ダンベリーのユニオンカーバイド社から購入できるポリエチレンオキシドであるPOLYOX WSR 301がある。
【0130】
本発明のコーティング組成物は、さらに一種またはそれ以上の潤滑材料を含んでもよく、例えば上記潤滑材料の代わりもしくはそれに加えて、非極性石油ワックスを含んでもよい。非極性石油ワックスの非限定的用例として、MICHEMTM LUBE 296 マイクロクリスタリンワックス、POLYMEKONTM SPP−Wマイクロクリスタリンワックス、そしてPETROLITE 75 マイクロクリスタリンワックスがあり、これらはそれぞれオハイオ州シンシナティのMichelman Inc.社およびジョージア州カミングのBaker Petrolite社Polymer Divisionより購入可能である。概ね、このタイプのワックスの量は、サイジング組成物の全固形分で10重量%まで可能である。
【0131】
本発明のコーティング組成物は樹脂反応性希釈剤を含んでもよく、そうすることで本発明のコーティングされた繊維ストランドの潤滑をさらに向上し、製造操作時のけば、ハローそしてフィラメントの損傷の可能性を抑えることによって織布帛時およびニッティング時の操作性を良好なものとし、その際、樹脂適合性は維持される。ここでの表現で、“樹脂反応性希釈剤”とは、官能基を含むものであって、その官能基はコーティング組成物が適合性を有する同一樹脂と化学的に反応するもの、を意味する。希釈剤は、樹脂システムと反応する官能基を一種またはそれ以上有する潤滑剤であってよく、官能基は好ましくはエポキシ樹脂システムと反応するものがよく、より好ましくはFR−4エポキシ樹脂システムと反応するものがよい。適切な潤滑剤の非限定的用例として、アミン基、アルコール基、無水物基、酸基またはエポキシ基を有する潤滑剤がある。アミン基を有する潤滑剤の非限定的用例としては、EMERY 6717のような変性ポリエチレンアミンがあり、これは部分的にアミド化されたポリエチレンイミンであって、オハイオ州コネティカットのCognis社から購入可能である。アルコール基を有する潤滑剤の非限定的用例としては、CARBOWAX 300のようなポリエチレングリコールがあり、これはコネティカット州ダンベリーのユニオンカーバイド社から購入可能である。酸基を有する潤滑剤の非限定的用例としては脂肪酸があり、例えばステアリン酸およびステアリン酸塩である。エポキシ基を有する潤滑剤の非限定的用例としては、エポキシド化された大豆油およびエポキシド化された亜麻仁油があり、例えば、エポキシド化された亜麻仁油としてはFLEXOL LOE、エポキシド化された大豆油としてはFLEXOL EPOであり、両者ともコネティカット州ダンベリーのユニオンカーバイド社から購入可能であり、エポキシド化されたシリコーン乳濁液としてはLE−9300であり、これはニューヨーク州タリータウンのCK Witco社から購入可能である。本発明において限定的ではないが、上述のように、サイジング組成物は、全固形分ベースでサイジング組成物の15重量%までの量の樹脂反応性希釈剤を含んでもよい。
【0132】
コーティング組成物へは、追加としてコーティング組成物の成分を乳化または分散するために、粒子18及び/又は潤滑材料のような乳化剤を一種またはそれ以上加えてもよい。適切な乳化剤または界面活性剤の非限定的用例としては次のものがある:PLURONICTM F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体のようなポリオキシアルキレンブロック共重合体(ニュージャージー州パーシッパニのBASF社から購入可能)(ヨーロッパでは、PLURONIC F−108共重合体はSYNPERONIC F−108という商品名で入手可能);エトキシ化されたアルキルフェノール(例えばエトキシ化されたオクチルフェノキシエタノールIGEPAL CA−630で、これはニュージャージー州パーシッパニのBASF社から購入可能);ポリオキシエチレンオクチルフェニルグリコールエーテル;ソルビトールエーテルのエチレン酸化物誘導体(例えばTMAZ 81で、これはニュージャージー州パーシッパニのBASF社から購入可能);ポリオキシエチル化された植物油(例えばALKAMULS EL−719で、これはローヌプーランク/ローディア社から購入可能);エトキシ化されたアルキルフェノール(例えばMACOL OP−10 SPで、これもBASFより購入可能);そしてノニルフェノール界面活性剤(例えばMACOL NP−6およびICONOL NP−6で、これらもBASFから購入可能、ならびにSERMUL EN668で、これはベネルクスのCON BEAから購入可能)。概ね、乳化剤の量は、全固形分ベースでコーティング組成物の1から30重量%、好ましくは1から15重量%の範囲が可能である。
【0133】
メラミンホルムアルデヒドのような架橋剤、ならびにフタラート、トリメリタートおよびアジパートのような可塑剤もまた、コーティング組成物に含めてよい。架橋剤や可塑剤の量は、全固形分ベースでコーティング組成物の1から5重量%の範囲である。
【0134】
シリコーン、殺菌剤、殺細菌剤および消泡材料などのその他の添加剤もコーティング組成物に含めてよく、その量は、概ね、1から5重量%である。コーティング組成物のpHを2から10にするのに十分な量の有機及び/又は無機の酸または塩基もまた、コーティング組成物に含めてよい。適切なシリコーン乳濁液の非限定的用例としてエポキシド化されたシリコーン乳濁剤LE−9300があり、これはニューヨーク州タリータウンのCK Witco社から購入可能である。適切な殺細菌剤の例としてはBIOMET 66抗菌化合物があり、これはニュージャージー州ローウェイのM&TChemicalsより購入可能である。適切な消泡材料は、SAG材料およびMAZU DF−136であり、前者はコネチカット州グリーンウィッチのCK Witco社、そして後者はニュージャージー州パーシッパニのBASF社より入手可能である。必要に応じてコーティング組成物に水酸化アンモニウムを加え、コーティングの安定化を図ってもよい。好ましくは水、より好ましくは脱イオン水が、コーティング組成物に含まれ、その量はストランド上に概ね均一なコーティングの付加を促進するのに十分な量である。コーティング組成物の固体の重量%は、概ね1から20重量%である。
【0135】
ある実施態様では、本発明のコーティング組成物は、ガラス材料を実質的に含まない。ここでの“実質的にガラス材料を含まない”という表現は、コーティング組成物が、ガラス複合体を形成するために、ガラスマトリックス材料を50体積%未満、より好ましくは35体積%未満包含することを意味する。さらなる実施態様では、本発明のコーティング組成物は、本質的にガラス材料を含まない。ここでの“ガラス材料を本質的に含まない”という表現は、コーティング組成物が、ガラス複合体を形成するために、ガラスマトリックス材料を20体積%未満、好ましくは5体積%未満包含し、より好ましくはガラス材料を含まないことを意味する。このようなガラスマトリックス材料の例として、黒ガラスセラミックスマトリックス材料またはアルミノケイ酸塩マトリックス材料があり、これらは当業者間では周知である。
【0136】
本発明のある実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも部分的にコーティングでコートされ、そのコーティングは有機成分と300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有する層状粒子を包含する。もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも部分的にコーティングでコートされ、そのコーティングは有機成分と水和不可能な層状粒子とを包含する。これらの実施態様のそれぞれにおいては、有機成分および層状粒子は上述のコーティング成分から選ぶことができる。有機成分および層状粒子は同じでも異なっていてもよく、コーティングは水性のコーティング組成物または粉末のコーティング組成物の残留物であってもよい。
【0137】
さらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも部分的にコーティングでコートされ、そのコーティングは、300Kの温度において少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有するホウ素を含まない層状粒子を少なくとも一種包含する。もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、水性成分の残留物で少なくとも部分的にコートされ、その水性成分は、300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有する層状粒子を包含する。さらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、水性成分の残留物で少なくとも部分的にコートされ、その水性成分は、300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有するアルミナを含まず水和不可能な粒子を包含する。
【0138】
これらの実施態様における各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、追加の成分も先に列挙したものから選ぶことができる。
【0139】
本発明のもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、次を包含する:(a)非熱膨張性の有機材料、無機高分子材料、非熱膨張性複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料によって形成される複数の個別粒子であって、その粒子はストランドがウェットアウトするための十分な平均粒子サイズである;(b)上記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一種の潤滑材料;そして(c)少なくとも一種の膜形成材料。これらの実施態様における各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができる。さらなる実施態様では、複数の個別粒子が、前記繊維の少なくとも一つとそれと隣接する繊維の少なくとも一つとの間に隙間が設けられる。
【0140】
もう一つの実施例では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、次を包含する:(a)(i)有機材料から形成される少なくとも一つの粒子、および(ii)窒化ホウ素、黒鉛およびメタルジカルコゲニドから選ばれる少なくとも一つの無機材料から形成される少なくとも一つの粒子を包含する複数の粒子であって、その複数の粒子は、ストランドがウェットアウトするための十分な平均粒子サイズを有する;(b)上記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一種の潤滑材料;そして(c)少なくとも一種の膜形成材料。
【0141】
さらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、次を包含する:(a)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれる材料から形成される複数の個別粒子であって、その粒子は、レーザースキャン技術による計測で、平均粒子サイズが0.1から5ミクロンの範囲にある;(b)上記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;そして(c)少なくとも一つの膜形成材料。
【0142】
さらなる実施態様では、上述の樹脂適合的コーティング組成物は、(a)複数の個別粒子を全固形分ベースで20から60重量%、好ましくは35から55重量%、より好ましくは30から50重量%、(b)少なくとも一つの潤滑材料を全固形分ベースで0から80重量%、好ましくは1から50重量%、より好ましくは20から40重量%、そして(c)少なくとも一つの膜形成材料を全固形分ベースで1から60重量%、好ましくは5から50重量%、より好ましくは10から30重量%、を含む。
【0143】
本発明のもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、次を包含する:(a)有機材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれる材料から形成される複数の非ろう質な個別粒子であって、その粒子の平均粒子サイズは、レーザースキャン技術による計測で、0.1から5ミクロンの範囲にある;そして(b)上記複数の個別粒子とは異なる、少なくとも一つの潤滑材料。
【0144】
本発明のさらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、無機粒子、有機空洞粒子および複合体粒子から選ばれた少なくとも一つの粒子を、全固形分ベースで20重量%を超えて包含し、当該少なくとも一つの粒子のモース硬度値は、前記繊維の少なくとも一つのモース硬度値を超えない。
【0145】
本発明のもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、(a)少なくとも一つの層状無機粒子であって、そのモース硬度値が前記繊維の少なくとも一つのモース硬度値を超えないもの;そして(b)少なくとも一つの高分子材料、を包含する。
【0146】
本発明のさらなる実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの前記繊維の表面の少なくとも一部分において、樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、(a)少なくとも一つの非熱膨張性の空洞有機粒子、および(b)少なくとも一つの空洞有機粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料、を包含する。
【0147】
前述の実施態様における各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、追加の成分についても上に列挙されたものから選ぶことができる。
【0148】
本発明の一つの実施態様では、繊維は、有機成分および層状粒子を包含する組成物でコートされ、当該層状粒子は300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有する。もう一つの実施態様では、繊維は、有機成分および水和不可能な(non−hydratable)な層状粒子を包含する組成物でコートされる。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、少なくとも一つのホウ素を含まない層状粒子を包含する組成物でコートされ、当該粒子は、300Kの温度で1ワット/メートルKを超える熱伝導度を有する。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、アルミナを含まない水和不可能な無機粒子を少なくとも一つ包含する組成物でコートされ、当該粒子は、300Kの温度で1ワット/メートルKを超える熱伝導度を有する。
【0149】
本発明のもう一つの実施態様では、繊維は、次を包含する組成物でコートされる:(a)非熱膨張性材料、無機高分子材料、非熱膨張性の複合体材料およびそれらの混合物から選ばれる材料によって形成される複数の個別粒子で、当該粒子はストランドがウェットアウトするための十分な平均粒子サイズを有する;(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;そして(c)少なくとも一つの膜形成材料。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、次を包含する組成物でコートされる:(a)(i)有機材料から形成される少なくとも一つの粒子、および(ii)窒化ホウ素、黒鉛およびメタルジカルコゲニドから選ばれる無機材料から形成される少なくとも一つの粒子を包含する複数の粒子であって、当該複数の粒子は、ストランドがウェットアウトするための十分な平均粒子サイズを有する;(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;そして(c)少なくとも一つの膜形成材料。
【0150】
さらにもう一つの実施態様では、繊維は、次を包含する組成物でコートされる:(a)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれる材料から形成される複数の個別粒子であって、その平均粒子サイズが、レーザースキャン技術による計測で0.1から5ミクロンの範囲にあるもの;(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;そして(c)少なくとも一つの膜形成材料。
【0151】
本発明のもう一つの実施態様では、繊維は、次を包含する組成物でコートされる:(a)有機材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される、複数の非ろう質な個別粒子であって、その平均粒子サイズがレーザースキャン技術による計測で0.1から5ミクロンであるもの;そして(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、樹脂適合的コーティング組成物を包含する組成物でコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、無機粒子、有機空洞粒子および複合体粒子から選ばれた複数の粒子を全固形分ベースで20重量%を超えて包含する少なくとも一つのコーティングを包含し、前記粒子は前記ガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する。
【0152】
本発明のもう一つの実施態様では、繊維は、(a)複数の層状無機粒子、および(b)少なくとも一つの高分子材料を包含する組成物でコートされる。さらにもう一つの実施態様では、繊維は、(a)複数の非熱膨張性の空洞有機粒子、および(b)少なくとも一つの非熱膨張性の空洞有機粒子とは異なる少なくとも一つの高分子材料を包含する組成物でコートされる。本願発明のさらなる実施態様では、繊維は、樹脂適合的コーティング組成物でコートされ、当該コーティング組成物は、前記繊維の表面の少なくとも一部分上にサイジング組成物の第一コーティングと、水溶性のコーティング組成物の残留物を包含する第二コーティングとを有し、当該水溶性のコーティング組成物は、サイジング組成物の第一コーティングの少なくとも一部分にわたって塗布帛された複数の個別粒子を包含する。
【0153】
前述の実施態様のそれぞれにおける各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、さらなる追加の成分についても、先に列挙されたものから選ぶことができる。
【0154】
本発明の非限定的な一つの実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のコーティング組成物が塗布帛される:POLARTHERMTM 160窒化ホウ素粉末及び/又はBORON NITRIDE RELEASECOATディスパーション;EPON 826エポキシ膜形成剤;PVP K−30ポリビニルピロリドン;A−187 エポキシファンクショナルな(epoxy−functional)オルガノシランカップリング剤;ALKAMULS EL−719 ポリオキシエチル化された植物油;IGEPAL CA−630エトキシ化されたオクチルフェノキシエタノール;イリノイ州シカゴのStepan社から購入可能なKESSCO PEG 600 モノラウリン酸ポリエチレングリコールエステル(polyethylene glycol monolaurate ester);そしてEMERYTM 6717軽度アミド化されたポリエチレンイミン。
【0155】
本発明における、布帛を織るためのもう一つの非限定的実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のサイジング組成物の乾燥残留物が塗布帛される:POLARTHERMTM 160窒化ホウ素粉末及び/又はBORON NITRIDE RELEASECOATディスパーション;RD−847ポリエステル;PVP K−30ポリビニルピロリドン;DESMOPHEN 2000ポリエステル;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤およびA−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;PLURONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;MACOL NP−6ノニルフェノール界面活性剤;VERSAMID 140;そしてLE−9300エポキシド化されたシリコーン乳濁液。
【0156】
本発明の電子回路基盤に使用されるファブリックのもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のコーティング組成物が塗布帛される:POLARTHERMTM PT 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25ディスパーション;PVP K−30 ポリビニルピロリドン;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤;A−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;ALKAMULS EL−719 ポリオキシエチレン化された植物油;EMERYTM 6717軽度アミド化されたポリエチレンイミン;RD−847Aポリエステル;DESMOPHEN 2000ポリエステル;PLURONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;ICONOL NP−6アルコキシレートされたノニルフェノール;そしてSAG 10消泡材料。また、特にこの実施態様については、必要な場合、ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体をさらに含んでもよい。
【0157】
本発明の電子回路基盤に使用されるファブリックのもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のサイジング組成物の残留物が塗布帛される:POLARTHERMTM 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25ディスパーション;RD−847Aポリエステル;PVP K−30ポリビニルピロリドン;DESMOPHEN 2000ポリエステル;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤;A−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;PLURONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;VERSAMID 140ポリアミド;そしてMACOL NP−6ノニルフェノール。また、特にこの実施態様については、必要な場合、ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体をさらに含んでもよい。
【0158】
積層プリント回路基盤に使用されるファブリックを織るためのさらにもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性の第一コーティング組成物の残留物が塗布帛される:ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体;PVP K−30ポリビニルピロリドン;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤およびA−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;EMERYTM 6717軽度アミド化されたポリエチレンイミン;STEPANTEX 653セチルパルミタート;TMAZ 81ソルビトールエステルのエチレンオキシド誘導体;MACOL OP−10 エトキシ化されたアルキルフェノール;そしてMAZU DF−136 消泡材料。さらに、必須ではないが、特にこの実施態様においては、好ましくはPOLARTHERMTM PT 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25ディスパーションが含まれる。
【0159】
本発明の電子回路基盤に使用されるファブリックのもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のコーティング組成物の残留物が塗布帛される:DESMOPHEN 2000ポリエステル;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤;A−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;PLURONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;VERSAMID 140ポリアミド;MACOL NP−6ノニルフェノール;POLYOX WSR 301ポリエチレンオキシド;そしてDYNAKOLL Si 100ロジン。さらに、特にこの実施態様では、ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体、及び/又はPOLARTHERMTM PT 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC25ディスパーションが含まれる。
【0160】
本発明の電子回路基盤に使用されるファブリックのもう一つの非限定的な実施態様では、本発明の繊維ストランドの前記ガラス繊維の少なくとも一つの少なくとも一部分において、その部分に対し、次を包含する水溶性のコーティング組成物の残留物が塗布帛される:DESMOPHEN 2000ポリエステル;A−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤;A−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;SYNPERONIC F−108ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体;EUREDUR 140ポリアミド;MACOL NP−6ノニルフェノール;SERMUL EN668エトキシ化されたノニルフェノール;POLYOX WSR 301ポリエチレンオキシド;そしてDYNAKOLL Si 100ロジン。さらに、特にこの実施態様では、ROPAQUETM HP−1055及び/又はROPAQUETM OP−96スチレン−アクリル共重合空洞球体、及び/又はPOLARTHERMTM PT 160窒化ホウ素粉末及び/又はORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC25ディスパーションが含まれる。
【0161】
好ましくはないが、上述のものに類似するコーティング組成物の残留物を有する繊維ストランドで粒子18を含まないものを、本発明に基づいて形成することができる。特に、考察されるものとして、一つまたはそれ以上の膜形成材料を含む樹脂適合的コーティング組成物で、例えばPVP K−30ポリビニルピロリドン;一つまたはそれ以上のカップリング剤で、例えばA−174 アクリルファンクショナルな(acrylic−functional)オルガノシランカップリング剤およびA−187 エポキシファンクショナル(epoxy−functional)なオルガノシランカップリング剤;そして極性をもつ潤滑材料の全固形分ベースで少なくとも25重量%のサイジング組成物で、例えばSTEPANTEX 653セチルパルミタート、を本発明に基づき形成することができる。当業者であれば、さらに認識されることとして、樹脂適合的コーティング組成物を有する繊維ストランドで、粒子18を本質的に含まないものを、本発明に基づきファブリックに織り、電子基板および電子回路基盤(後述されるように)を形成することができる。
【0162】
本発明のコーティング組成物は、当業者に周知な、従来の混合法などの適切な方法で準備することができる。好ましくは、上述の各成分は水で希釈し、望ましい重量%の固体が混合されるようにする。コーティングの残りの成分と混合する前に、粒子18を予め水と混合し、乳化し、そうでなければコーティング組成物の一つまたはそれ以上の成分に加えてもよい。
【0163】
本発明によるコーティング組成物は、様々な方法で塗布帛することができ、例えばローラまたはベルトアプリケータによるフィラメントへの接触、スプレー、その他の手段が可能である。コートされた繊維は、好ましくは室温または高められた温度で乾燥される。乾燥機により繊維から余分の水分が除去され、キュア可能な糊成分が存在する場合はそれらがキュアされる。ガラス繊維の乾燥のための温度および時間は、コーティング組成物中の固体のパーセント、コーティング組成物の成分、繊維のタイプなどの変数に依存する。
【0164】
ここで用いられ、例えば“キュアされた組成物”など、組成物との関連で使われ“キュア”という用語は、組成物中の架橋可能な成分が、少なくとも部分的に架橋されることを意味するものとする。本発明のある実施態様では、架橋可能な成分の架橋密度、すなわち架橋の程度は、完全な架橋の5%から100%の範囲にある。その他の実施態様では、架橋密度は、完全架橋の35%から85%の範囲にある。その他の実施態様では、架橋密度は、完全架橋の50%から85%の範囲にある。当業者によって理解されることとして、架橋の存在および程度、すなわち架橋密度は、様々な方法で決定することができ、例えば、Polymer Laboratories MK III DMTAアナライザを使った動力学的熱解析(dynamic mechanical thermal analysis;DMTA)がある。この方法は、コーティングまたは高分子の自由フィルムについて、そのガラス転移温度および架橋密度を決定する。キュアされた材料のこれらの物理的特性は、架橋ネットワークの構造に関連している。
【0165】
この方法によれば、まず、分析対象のサンプルの長さ、幅、そして厚さを測定し、当該サンプルをPolymer Laboratories MK III装置に確実にマウントし、そして寸法計測結果を装置に入力する。熱スキャンは、熱レート3℃/min、周波数1Hz、ひずみ120%、そして静止力0.01Nで行われ、サンプルの計測は2秒おきに行われる。当該サンプルの変形モード、ガラス転移温度、および架橋密度は、この方法に基づいて決定される。架橋密度の値が高い場合、コーティング中の架橋の程度が高いことを示している。
【0166】
繊維ストランド上に存在するコーティング組成物の量は、強熱減量(LOI)による測定で、好ましくは30重量%未満、より好ましくは10重量%未満、そして最も好ましくは0.1から5重量%の間である。繊維ストランド上のコーティング組成物は、水性のコーティング組成物または粉末状のコーティング組成物の残留物でもあり得る。発明のある実施態様では、LOIは1重量%未満である。ここで用いられる“強熱減量”という用語は、式1で決定される、繊維ストランドの表面上に存在する乾燥したコーティング組成物の重量%を意味する:
LOI=100×[(Wdry−Wbare)/Wdry”)] 式1
ここで、Wdryは、220oF(約104℃)の炉で60分間乾燥させた後の繊維ストランドの重量とコーティング組成物の重量の合計で、Wbareは、はげ繊維ストランドの重量であって、繊維ストランドを1150oF(約621℃)の炉で20分間加熱し、乾燥器内で室温まで冷却した後のものである。
【0167】
第一の糊、すなわち繊維形成後に適用された初期の糊の適用の後、繊維は、2から15,000繊維/ストランド、好ましくは100から1600繊維/ストランドのストランドに集められる。
【0168】
第二コーティング組成物は、ストランドの一部をコートし、または含浸するのに効果的な量を第一の糊に適用することができ、それは、例えば、コートされたストランドを第二コーティング組成物を含んだ槽に浸すことにより、第二コーティング組成物をコートされたストランドに噴霧することにより、または、コートされたストランドをアプリケータと接触させることにより可能である。コートされたストランドは、ダイを通過させて余分なコーティング組成物をストランドから除去し、そして/または上述のように、第二のコーティング組成物を少なくとも部分的に乾燥もしくはキュアするのに十分な時間乾燥させることができる。ストランドに第二のコーティング組成物を適用するための方法および装置は、部分的には、ストランド材料の配置によって決定される。ストランドは、好ましくは、第二のコーティング組成物の適用の後、業界で周知の方法で乾燥される。
【0169】
適切な第二のコーティング組成物は、上述の膜形成材料、潤滑剤、その他の添加物を、一つまはたそれ以上含んでもよい。第二のコーティングは、好ましくは第一のサイジング組成物とは異なる。すなわち、第二のコーティングは、(1)サイジング組成物の成分とは化学的に異なる成分を少なくとも一つ含み、または(2)サイジング組成物に含まれるのと同一の成分であるがその量が異なる成分を少なくとも一つ含む。ポリウレタンを含む適切な第二のコーティング組成物の非限定的用例は、米国特許第4,762,750号および第4,762,751号に開示されており、これらの特許は本明細書中で具体的に援用されるものである。
【0170】
図2において、本発明による代わりの実施の態様では、コートされた繊維ストランド210のガラス繊維212において、その部分に対し、第一のサイジング組成物の第一層214を塗布帛することができ、当該第一層はどのような糊成分をも上述の量だけ含むことができる。適切なサイジング組成物の例は、Loewensteinの第237から291頁(第三版。1993年)ならびに米国特許第4,390,647号および第4,795,678号に述べられており、これらは、それぞれ、本明細書に具体的に引用されるものである。第二のコーティング組成物の第二層215は、第一層214の少なくとも一部分、好ましくは全外表面にわたって塗布帛される。第二のコーティング組成物は、それは粒子18として先に詳説されたような粒子216を一タイプまたはそれ以上包含する。ある実施態様では、第二のコーティングは、水性の第二コーティング組成物の残留物であり、特に、第一コーティングの少なくとも一部分上に層状粒子を包含する水性の第二コーティング組成物の残留物である。もう一つの実施態様では、第二コーティングは、粉末状のコーティング組成物であり、特に、コーティングの少なくとも一部分上に層状粒子を包含する粉末状のコーティング組成物である。
【0171】
代わりの実施態様では、第二コーティング組成物の粒子は、親水性無機固体粒子を包含し、その親水性粒子の間に水を吸収および保持する。親水性無機固体粒子は、水との接触または水との化学反応に係る際に、水を吸収し、または膨張することにより例えば粘性のあるゲル状の溶液となり、補強の目的でガラス繊維が使用される通信ケーブルの隙間への水の侵入を阻止する。ここで用いられる“吸収”は、水が内部構造または親水性材料の隙間へと貫通し、実質的にその部分で保持されることを意味する。Hawley’s Condensed Chemical Dictionaryの第3頁を参照のこと。その部分は本明細書に具体的に援用されるものである。“膨張する”とは、親水性粒子がサイズまたは体積において増大することを意味する。Webster’s New Collegiate Dictionary(1977年)の第1178頁を参照のこと。その部分は本明細書に具体的に援用されるものである。好ましくは、親水性粒子は、水との接触後、当初の乾燥重量の少なくとも1から1.5倍、より好ましくは当初の重量の2から6倍に膨張する。親水性無機固体潤滑粒子の非限定的用例としては、バーミキュライトおよびモンモリロナイト、吸収性ゼオライトならびに無機吸収性ゲルが含まれる。好ましくは、これらの親水性粒子は、粘着性糊材料またはその他の粘着性第二コーティング材料上に、粉末形状で塗布帛される。
【0172】
本発明のある実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの繊維の表面の少なくとも一部分上を樹脂適合的コーティング組成物で少なくとも部分的にコートされ、その樹脂適合的コーティング組成物は、少なくとも一つの繊維の表面の少なくとも一部分上にサイジング組成物の第一コーティングを有し、第二コーティングは、少なくとも一つの個別粒子を包含する水性のコーティング組成物の残留物を包含し、その個別粒子は、サイジング組成物の第一コーティングの少なくとも一部分上にわたって塗布帛される。好ましい実施の態様では、少なくとも一つの個別粒子は、親水性粒子間の隙間に水を吸収し保持する親水性粒子から選ばれる。
【0173】
これらの実施態様に加えて、第二のコーティング組成物中の粒子の量は、全固形分ベースで1から99重量%、好ましくは20から90重量%、より好ましくは25から80重量%、さらにより好ましくは50から60重量%の範囲にある。
【0174】
図3に示される代わりの実施の態様では、第三のコーティング組成物の第三層320が、第二層315の表面の少なくとも一部分、そして好ましくは全表面にわたって、塗布帛され、すなわち、そのような繊維ストランド312は、第一の糊の第一層314、第二のコーティング組成物の第二層315、および第三のコーティングの第三外部層320を有する。コートされた繊維ストランド310の第三コーティングは、好ましくは第一のサイジング組成物および第二のコーティング組成物とは異なり、すなわち、第三のコーティング組成物は、(1)第一の糊および第二のコーティング組成物の成分とは化学的に異なる成分を少なくとも一つ含み、または(2)第一の糊および第二のコーティング組成物に含まれるのと同一の成分であるがその量が異なる成分を少なくとも一つ含む。
【0175】
この実施の態様では、第二のコーティング組成物は、ポリウレタンのような上述の高分子材料を一つまたはそれ以上の包含し、そして第三の粉末状コーティング組成物は、上述の、POLARTHERMTM 窒化ホウ素粒子のような固体粒子、およびROPAQUETM ピグメントのような空洞粒子を包含する。好ましくは、粉末状のコーティングは、液体状の第二コーティング組成物が塗布帛されているストランドを流動床または噴霧装置を通過させることによって、粉末状粒子を粘着性の第二コーティング組成物に付着させる。あるいは、図9に示されるように、第三のコーティング920を塗布帛する前に、ストランドをファブリック912の中へ組み込んでもよい。ファブリック912に樹脂914を結合させた複合体または積層物910は、電導性の層922をも含み、その構造は、図8に示され以降で詳説される構造に類似する。コートされた繊維ストランド310に付着する粉末状の固体粒子の重量%は、乾燥ストランドの全重量の0.1から75重量%、好ましくは0.1から30重量%の範囲にある。
【0176】
第三の粉末状コーティングは、上述の高分子材料を一つまたはそれ以上含むことができ、例えば、アクリル重合体、エポキシ樹脂、またはポリオレフィン、従来の安定剤およびそのようなコーティングの業界で周知のその他の調節剤で、乾燥粉末形状が好ましい。
【0177】
ある実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、少なくとも一つの繊維の表面の少なくとも一部分に塗布帛されたサイジング組成物の第一コーティングで少なくとも部分的にコートされ、第二のコーティング組成物は第一の組成物の少なくとも一部分に塗布帛された高分子材料を包含し、そして第三のコーティング組成物は第二のコーティングの少なくとも一部分に塗布帛された個別粒子を包含する。もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する繊維ストランドは、前記繊維の少なくとも一つの表面の少なくとも一部分に塗布帛されたサイジング組成物の第一コーティングで少なくとも部分的にコートされ、第二のコーティング組成物は、第一の組成物の少なくとも一部分に塗布帛された高分子材料を包含し、そして第三のコーティング組成物は、第二のコーティングの少なくとも一部分に塗布帛された層状粒子を包含する。
【0178】
好ましいある実施態様では、これまでの実施態様のそれぞれにおけるコーティングの少なくとも一つは異なっている。もう一つの好ましい実施態様では、これまでの実施態様のそれぞれにおけるコーティングの少なくとも二つが同一である。加えて、第三のコーティングは、水性の乳濁液または粉末状のコーティング組成物の残留物ででもよい。コーティング組成物は、上述のコーティング成分を一つまたはそれ以上包含する。
【0179】
上述のコートされた繊維ストランドの様々な実施態様は、コンティヌアスストランド、または、さらなる工程を経て様々な製品に使用することができ、例えば、チョップドストランド、ツイステッドストランド、粗紡及び/又はファブリックであって、例えば織布帛、不織布帛(一方向性ファブリックを含む)、ニット、マットなどである。加えて、ファブリックのたて糸およびよこ糸(すなわち完全)のストランドに使用されるコートされた繊維ストランドは、織布帛の前にツイスト無し(non−twisted)(アンツイストまたはゼロツイストともいう)またはツイスト有り(twisted)であり、ファブリックは、ツイスト有りおよびツイスト無し、ならびにたて糸およびよこ糸の様々な組み合わせを含み得る。
【0180】
本発明の好ましい実施の態様は、少なくとも部分的にコートされたファブリックを含み、そのファブリックは、上記に詳説された複数の繊維を包含する繊維ストランドを少なくとも一つ包含する。よって、複数の繊維を包含する開示された繊維ストランドのそれぞれから作られる少なくとも部分的にコートされたファブリックは、本発明で思索されるものである。例えば、本発明の好ましい実施態様は、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含する少なくとも部分的にコートされたファブリックに向けられており、そのコーティングは、有機成分および300Kの温度で1ワット/メートルKの熱伝導率を有する層状粒子を包含する。
【0181】
本発明のある実施態様では、本発明によるコーティング組成物は、個々の繊維に塗布帛される。もう一つの実施態様では、コーティングは、少なくとも一つの繊維ストランドへ塗布帛される。もう一つの実施態様では、本発明によるコーティング組成物は、ファブリックに塗布帛される。これらの択一的な実施態様は、以下に詳説される。
【0182】
これまでの説明は、概ね、本発明のコーティング組成物を繊維形成後のガラス繊維に直接塗布帛し、その後当該繊維をファブリックへ組み込むことに向けられていたが、本発明は、本発明のコーティング組成物をファブリックに直接塗布帛する実施の態様をも含むものである。コーティング組成物のファブリックへの塗布帛は、例えば、ファブリックが製造される前に繊維ストランドへコーティングを塗布帛し、あるいはファブリックがすでに製造された後にコーティングを塗布帛することによって行われ、その際には業界で周知な様々な技術が用いられる。ファブリックの製造工程によって、本発明のコーティング組成物は、ファブリック中のガラス繊維に対して直接に、またはガラス繊維及び/又はファブリック上にすでにあるもう一つのコーティングに対して、塗布帛することができる。例えば、ガラス繊維は、ファブリックを形成し織った後、従来のでんぷん油でコートすることができる。ファブリックは、その後、本発明のコーティング組成物の塗布帛に先立って、でんぷん油糊を取り除く処理をする。のりの除去は業界で周知の技術を用いて達成することができる。この場合、コーティング組成物は、ファブリックの繊維の表面を直接コートする。ガラス繊維の形成後、当初塗布帛されたのり成分の一部が除去されなかった場合、本発明のコーティング組成物は、直接に繊維表面へではなく、サイジング組成物の残りの部分にわたって塗布帛される。
【0183】
本発明のもう一つの実施態様では、本発明のコーティング組成物の選ばれた成分は、その形成後直ちにガラス繊維に塗布帛され、そしてコーティング組成物の残りの成分は、その製造後ファブリックに対して塗布帛される。上述の態様に類似する態様で、選ばれた成分の一部または全ては、残りの成分で繊維およびファブリックをコートするのに先立ち、ガラス繊維から除去することができる。その結果、残りの成分は、ファブリックの繊維の表面をコートするか、あるいは繊維表面から除去されなかった選ばれた成分をコートする。
【0184】
本発明によるもう一つの好ましい実施の態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、第一コーティングで少なくとも部分的にコートされ、第一コーティングの少なくとも一部分は第二コーティングでコートされ、その第二コーティングは、300Kの温度で1ワット/メートルKを超える熱伝導度を有する無機材料の粒子を包含する。
【0185】
もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドをファブリックは、コーティングで少なくとも部分的にコートされ、そのコーティングは、(a)少なくとも一つのガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する層状無機粒子、および(b)膜形成材料、を包含する。
【0186】
さらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、コーティングで少なくとも部分的にコートされ、そのコーティングは、(a)少なくとも一つのガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する金属粒子であって、その金属粒子はインジウム、タリウム、スズ、亜鉛、金および銀から選ばれる金属粒子、および(b)膜形成材料、を包含する。
【0187】
もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、第一コーティングで少なくとも部分的にコートされ、第一コーティングの少なくとも一部分は第二コーティングでコートされ、その第二コーティングは、水を吸収し親水性粒子間の隙間に水を保持する複数の親水性粒子を包含する。
【0188】
本発明のさらにもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、ファブリックの表面の少なくとも一部分上に樹脂適合的コーティング組成物を有し、その樹脂適合的コーティング組成物は、以下を包含する:(a)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の個別粒子であって、その粒子は、レーザー散乱による計測で、0.1から5ミクロンの範囲にある平均粒子サイズを有する;(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料;および(c)少なくとも一つの膜形成材料。
【0189】
もう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、ファブリックの表面の少なくとも一部分上に樹脂適合的コーティング組成物を有し、その樹脂適合的コーティング組成物は、(a)有機材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の非ろう質な個別粒子と、前記複数の個別粒子とは少なくとも一つの潤滑材料と、を包含する。
【0190】
本発明のもう一つの実施態様では、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックは、ファブリックの表面の少なくとも一部分上に樹脂適合的コーティング組成物を有し、その樹脂適合的コーティング組成物は、(a)複数の空洞有機粒子と、(b)前記空洞有機粒子とは異なる少なくとも一つの高分子材料と、を包含する。
【0191】
本発明のもう一つの実施態様は、複数の繊維を包含する少なくとも一つのストランドを包含するファブリックに向けられ、そのファブリックの少なくとも一部分は、強熱減量が0.1から1.6であり、ASTM D 737に基づく通気性の計測では10標準立方フィート/分平方フィート以下である樹脂適合的コーティングを有する。ここで使用される“通気性”は、ファブリックが、それを貫く空気の流れに対してどの程度透過させるかを意味する。通気性は、ASTM D 737 Standard Test Method for Permeability of Texile Fabricsにしたがって計測することができ、当該文献は本明細書に具体的に援用される。
【0192】
これらの様々な実施態様で使用される各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、追加の成分についても上記に列挙されたものから選ぶことができる。
【0193】
本発明の好ましい実施態様では、電子基板の補強に用いられるファブリックは、次の工程を包含する方法によって製作される:
(a)少なくとも1つのよこ糸を入手する工程であって、そのよこ糸は、複数の繊維を有し、少なくとも1つのよこ糸の少なくとも一部分上に第一の樹脂適合的コーティングを有する;
(b)少なくとも1つのたて糸を入手する工程であって、そのたて糸は、複数の繊維を有し、少なくとも1つのたて糸の少なくとも一部分上に第二の樹脂適合的コーティングを有する;
(c)少なくとも1つのよこ糸および2.5重量%未満の強熱減量を有する少なくとも1つのたて糸を織り、電子基板の補強に使用されるファブリックを形成する工程。
【0194】
本発明のもう一つの実施態様では、ファブリックは次のように製作される:(a)これまでの実施態様を個別または組み合わせて、表面の少なくとも一部分上にコーティングを有する複数のガラス繊維を包含する第一のガラス繊維ストランドの少なくとも一部分をスライド接触させ、ファブリック製作装置の一部分の表面上の凹凸とのスライド接触においては、表面の凹凸が、第一のガラス繊維ストランドのガラス繊維のモース硬度値よりも大きいモース硬度値を有する;そして(b)第一のガラス繊維ストランドを第二の繊維ストランドと編み合わせ、ファブリックを形成する。
【0195】
本発明のさらなる実施態様は、少なくとも一つのガラス繊維を包含する繊維ストランドについて、固体物の表面上の凹凸とのスライド接触によるアブレシブ磨耗を抑制するための方法に向けられ、その方法は、次の工程を包含する:
(a)これまでの実施態様のいずれかを個別または組み合わせてコーティング組成物をガラス繊維ストランドの少なくとも一つのガラス繊維の表面の少なくとも一部分に塗布帛する;
(b)少なくとも部分的に組成物を乾燥して糊付きガラス繊維ストランドを形成し、その糊付きガラス繊維ストランドは、少なくとも一つのガラス繊維の表面の少なくとも一部分上に組成物の残留物を有する;そして
(c)ガラス繊維ストランドの少なくとの一部分をスライドさせて固体物の表面の凹凸と接触させ、その表面の凹凸は、少なくとも一つのガラス繊維の硬度値よりも大きい硬度値を有し、よって、固体物の表面の凹凸との接触による、ガラス繊維ストランドの少なくとも一つのガラス繊維のアブレシブ磨耗は、コーティング組成物によって抑制される。
【0196】
上記のように、これらの実施態様で使用されるコーティングの各成分は、上述のコーティング成分から選ぶことができ、追加の成分についても上記に列挙されたものから選ぶことができる。
【0197】
コートされた繊維ストランド10、210、310およびそれらから形成された製品で、上記に列挙されるコートされたファブリックなどは、非常に広範な用途に使用することができるが、好ましくは補強材410として使用され、図4に示されるように、高分子マトリックス材料412を補強して複合体414を形成し、これについては以下に詳説する。このような用途は、プリント回路基盤のための積層物、通信ケーブルのための補強物、そしてその他の様々な複合体を含むが、これらに限定されるものではない。
【0198】
本発明のコートされたストランドおよびファブリックは、好ましくは電子基板およびプリント回路基盤の製作に使用される典型的な高分子マトリックス樹脂との適合性を有する。加えて、コートされた繊維ストランドは、そのような用途のためのファブリックの補強に一般的に使用されるエアジェットルームでの使用に適している。エアジェットルームを使って織られる繊維に適用される従来のサイジング組成物は、でんぷんおよび油のような成分であり、これらは、概ね、そのような樹脂システムとの適合性を有しない。次のことが観察されている。すなわち、本発明に基づき、粒子18を包含するコーティング組成物でコートされた繊維ストランドの織布帛特性は、従来のでんぷん/油をベースにしたサイジング組成物でコートされた繊維ストランドの編み特性を近似するものであり、RF−4エポキシ樹脂との適合性を有する。特定のいかなる理論にも拘束されることを意味するものではないが、次のことが考えられる。すなわち、本発明の粒子18は、加工およびエアジェット織りの際に、従来のでんぷん/油によるサイジング組成物のでんぷん成分と類似した態様で機能し、必要な繊維分離とエアジェット織り工程のための空気抵抗が提供されるが、エポキシ樹脂システムとの適合性が提供される点では、従来の組成物とは異なる態様で機能する。例えば、粒子18は、コーティングに対して乾いた粉末の特性として寄与し、これは、でんぷんコーティングの乾いた潤滑特性と類似のものである。
【0199】
本発明のコートされたストランドでは、粒子は、ストランドの繊維の間に都合よく隙間を作り、それらの間のマトリックス材料の流れを促進し、ストランドの繊維のウェットアウトおよびウェットスルーをより迅速かつ/またはより均一にする。加えて、ストランドは、好ましくは、高ストランド開放性(上述)を有し、これによっても束の中のマトリックス材料の流れを促進する。意外にも、ある実施態様では、粒子の量が、繊維に塗布帛されるコーティング組成物の全固体の20重量%を超え、にもかかわらず依然として繊維に十分に付着し、少なくとも粒子コーティングなしのストランドと比較し得る取扱い特性を有するストランドが提供される。
【0200】
ここで、図8を参照すると、本発明のコートされたストランドの一つの利点は、次の通りである。すなわち、コートされたストランドを組み込みながらファブリック812から作られた積層物810は、ファブリック812と高分子マトリックス材料814との間の境界で良好なカップリングを示す。良好な境界カップリングによって、積層物810から製作される電子基板818における、良好な加水分解安定性とメタルマイグレーション(上述)に対する抵抗が可能となる。
【0201】
図5に示されるもう一つの非限定的実施態様では、本発明に基づいて作られたコートされた繊維ストランド510は、ニットまたは織布帛512の補強において、縦及び/又は横のストランド514および516として使用することができ、好ましくは、プリント回路基盤のための積層物を形成する(図7から9に示す)。必須ではないが、たて糸のストランド514を使用前にツイストしてもよく、それは、当業者に周知の従来のツイスト技術によって達成できる。そのような技術の一つでは、ツイストフレームを使用し、ストランドに1インチあたり0.5から3回転のツイストを得る。補強ファブリック512は、好ましくはセンチメートルあたり5から100のたて糸ストランド(インチあたり約13から254のたて糸ストランド)を含み、好ましくはセンチメートルあたり6から50よこ糸ストランド(インチあたり約15から127よこ糸ストランド)を含む。編み形式は、通常の平織りまたはメッシュ(図5に示す)が可能で、もちろん綾織りやサテン織りなど、当業者に周知のその他の編みスタイルも可能である。
【0202】
ある実施態様では、本発明の適切な補強織布帛512は、有ひ織機、エアジェットルーム、レピア織機などの当業者に周知の従来の織機を使用して形成することができるが、このましくはエアジェットルームを使用して形成する。好ましいエアジェットルームは、日本の津田駒工業からモデル番号103,1031,1033、またはZAXとして購入可能であり、スイス、チューリッヒのSulzer Brothers LTDからSulzer Ruti モデル番号L−5000、L−5100またはL−5200として購入可能であり、豊田自動織機からはモデル番号JAT610がある。
【0203】
図で示すように、エアジェット織りとは、エアジェットルーム626(図6に示す)を使用するタイプのファブリックの織り方で、そこでは、上述の通り、フィルヤーン(よこ糸)610が、一つまたはそれ以上のエアジェットノズル618(図6および図6aに示す)からの圧搾空気614の送風によってたて糸の杼口に送られる。フィルヤーン610は、圧搾空気によって、ファブリック628の幅624(約10から約60インチ)、より好ましくは0.91メートル(約36インチ)にわたって送り込まれる。
【0204】
エアジェットフィリングシステムは、単一の主ノズル616を有するが、好ましくはたて糸の杼口612に沿って複数の補足リレーノズル620を配し、フィルヤーン610に対して補足空気622を送風し、ヤーン610がファブリック628の幅624を横切るために要求される空気圧を維持する。主エアノズル616に供給される空気圧(ゲージ)は、好ましくは103から413キロパスカル(kPa)(約15から約60ポンド/平方インチ(psi))の範囲にあり、より好ましくは310kPa(約45psi)である。主エアノズル616の好ましいスタイルは、Sulzer Rutiニードルエアジェットノズル、ユニットモデル番号044 455 001であり、これは、直径617が2ミリメートルの内部エアジェットチャンバーと、長さ621が20センチメートルのノズル出口チューブ619とを有する(ノースカロライナ州スパータンバーグのSulzer Rutiから購入可能)。好ましくは、エアジェットフィリングシステムは、15個から20個の補足エアノズル620を有し、それは、フィルヤーン610が送られる方向に空気の補助送風を供給し、織機626にわたるヤーン610の送り込みを補助する。各補足エアノズル620に供給される空気圧(ゲージ)は、好ましくは3から6バールの範囲である。
【0205】
フィルヤーン(よこ糸)610は、供給パッケージ630からフィードシステム632によって180から550メートル/分のフィードレート、好ましくは274メートル(約300ヤード)/分で引き出される。フィルヤーン610は、クランプを通して主ノズル618へ送り込まれる。空気の送風により、コンフューザガイド(confusor guide)を通して所定の長さ(ファブリックに望まれる幅にほぼ等しい)のヤーンが送られる。送り込みが完了すると、ヤーンの主ノズル618の遠位にある方の端がカッター634によってカットされる。
【0206】
エアジェット織りプロセスにおける異なるヤーンの適合性および空気力学的特性は、以下のような方法で決定することができ、この方法は、ここでは一般的に“air Jet Transport Drag Force”テスト法と呼ぶ。Air Jet Transport Drag Forceテストでは、ヤーンがエアジェットの力によってエアジェットノズル内へ引き込まれる際にヤーンに働く引力または引っ張り力(抵抗力)が計測される。この方法では、各ヤーンのサンプルは、毎分274メートル(約300ヤード)の速さでSulzer Rutiニードルエアジェットノズルユニット、モデル番号044 455 001を通して送り出され、そのモデルは、直径617が2ミリメートルの内部エアジェットチャンバーと、長さ621が20センチメートルのノズル出口チューブ619(ノースカロライナ州スパータンバーグのSulzer Rutiから購入可能)とを有し、その際の空気圧は、310キロパスカル(約45ポンド/平方インチ)ゲージである。ヤーンがエアジェットノズルに入る前の位置に、張力計をヤーンと接触させて配置する。張力計は、ヤーンがエアジェットノズルへ引き込まれる際の、エアジェットによってヤーンに働く重力グラム(抵抗力)を計測する。
【0207】
単位質量あたりの抵抗力は、ヤーンサンプルの相対比較のベースとして活用できる。相対比較のために、抵抗力の計測結果は、ヤーン1センチメートルの長さで正規化される。1センチメートルの長さのヤーンのGram Massは、式2から決定することができる:
Gram Mass=(π(d/2)2)(N)(ρglass)(ヤーン1センチメートル長さ) (式2)
ここで、dはヤーン束の単一の繊維の直径、Nはヤーン束の繊維の数、ρglassは25℃におけるガラスの密度(約2.6グラム/立方センチメートル)である。表Cに、典型的ガラス繊維ヤーン製品の数例について、直径および繊維の数を示す。
【0208】
【表9】
【0209】
例えば、G75ヤーン1センチメートル長さのGram Massは、(π(9×10−4/2)2)(400)(2.6グラム/立方センチメートル)(ヤーン1センチメートル長さ)=6.62×10−4グラム質量。D450では、Gram Massは1.34×10−4グラム質量である。単位質量あたりの相対的抵抗力(Air Jet Transport Drag Force)は、張力計によって決定される抵抗力の計測値(グラム重)を、テストされるヤーンのタイプのGram Massで割ることによって計算される。例えば、G75サンプルの場合、もし張力計による抵抗力の測定値が68.5であれば、Air Jet Transport Drag Forceは、(68.5)/(6.62×10−4)=103,474グラム重/グラム質量、となる。
【0210】
本発明による積層物のための織布帛の形成に使用されるヤーンのAir Jet Transport Drag Forceは、上述のAir Jet Transport Drag Forceテスト方法で決定される場合、好ましくはヤーンのグラム質量あたり100,000グラム重を超え、より好ましくはヤーンのグラム質量あたり100,000から400,000グラム重の範囲にあり、さらにより好ましくはヤーンのグラム質量あたり120,000から300,000グラム重の範囲にある。
【0211】
本発明のファブリック(布帛)は、好ましくは、電子基板またはプリント回路基盤のための積層物での使用に適したスタイルで織られ、それらは、例えば、サウスカロライナ州アンダーソンのClark−Schwebel社の技術会報である“Fabrics Around the World”(1995)で開示されており、本明細書において具体的に援用されるものである。積層物は、一方向積層でもよく、その場合、ファブリックの各層の繊維、ヤーンまたはストランドの大半は同一の方向に配置される。
【0212】
例えば、E225 E−ガラス繊維ヤーンを使った非限定的ファブリックスタイルは、スタイル2116であり、これは、5センチメートルあたり118本のたて糸と114本のよこ糸(インチあたりたて糸が60本、よこ糸が58本)を有し、7 22 1×0(E225 1/0)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.094ミリメートル(約0.037インチ)であり、そしてファブリック重量が103.8グラム/平方メートル(約3.06オンス/平方ヤード)である。G75E−ガラス繊維ヤーンを使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル7628であり、これは、5センチメートルあたり87本のたて糸と61本のよこ糸(インチあたりたて糸が44本、よこ糸が31本)を有し、9 68 1×0(G75 1/0)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.173ミリメートル(約0.0068インチ)であり、そしてファブリック重量が203.4グラム/平方メートル(約6.00オンス/平方ヤード)である。D450 E−ガラス繊維ヤーンを使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル1080であり、これは、5センチメートルあたり118本のたて糸と93本のよこ糸(インチあたりたて糸が60本、よこ糸が47本)を有し、5 11 1×0(D450 1/0)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.053ミリメートル(約0.0021インチ)であり、そしてファブリック重量が46.8グラム/平方メートル(約1.38オンス/平方ヤード)である。D900 E−ガラス繊維ヤーンを使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル106であり、これは、5センチメートルあたり110本のたて糸と110本のよこ糸(インチあたりたて糸が56本、よこ糸が56本)を有し、5 5.5 1×0(D900 1/0)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.033ミリメートル(約0.013インチ)であり、そしてファブリック重量が24.4グラム/平方メートル(約0.72オンス/平方ヤード)である。D900 E−ガラス繊維ヤーンを使ったもう一つのファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル108であり、これは、5センチメートルあたり118本のたて糸と93本のよこ糸(インチあたりたて糸が60本、よこ糸が47本)を有し、5 5.5 1×2(D900 1/2)たて糸およびよこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.061ミリメートル(約0.0024インチ)であり、そしてファブリック重量が47.5グラム/平方メートル(約1.40オンス/平方ヤード)である。E225およびD450 E−ガラス繊維ヤーンを両方とも使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル2113であり、これは、5センチメートルあたり118本のたて糸と110本のよこ糸(インチあたりたて糸が60本、よこ糸が56本)を有し、7 22 1×0(E225 1/0)たて糸および5 11 1×0(D450 1/0)よこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.079ミリメートル(約0.0031インチ)であり、そしてファブリック重量が78.0グラム/平方メートル(約2.30オンス/平方ヤード)である。G50およびG75 E−ガラス繊維ヤーンを両方とも使ったファブリックスタイルの非限定的用例は、スタイル7535であり、これは、5センチメートルあたり87本のたて糸と57本のよこ糸(インチあたりたて糸が44本、よこ糸が29本)を有し、9 68 1×0(G75 1/0)たて糸および9 99 1×0(G50 1/0)よこ糸を使用し、公称ファブリック厚さが0.201ミリメートル(約0.0079インチ)であり、そしてファブリック重量が232.3グラム/平方メートル(約6.85オンス/平方ヤード)である。
【0213】
これら、そしてその他の有益なファブリックスタイルの仕様は、The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuitsからの刊行物であるIPC−EG−140“Specification for Finished Fabric Woven from ‘E’Glass for Printed Boards”(1997年6月)に記載されてあり、本明細書に具体的に援用されるものである。上記の各ファブリックスタイルはツイスト有りのヤーンを使用するが、これらの、そしてその他のファブリックスタイルにおいて、ツイスト有りのヤーンと共にあるいはその代わりとしてゼロツイストなヤーンまたは粗紡糸を使用することも、本発明において考察されるところである。
【0214】
本発明の実施態様では、ファブリック中のたて糸の一部または全部が、その繊維を第一の樹脂適合的サイジング組成物でコートされることができ、また、よこ糸の一部または全部が、その繊維を第一の組成物とは異なる第二の樹脂適合的コーティングでコートされることができ、すなわち第二の組成物は、(1)第一のサイジング組成物の成分とは化学的に異なり、あるいは形態が異なる成分を少なくとも一つ含み、または(2)第一のサイジング組成物に含まれる同一成分の量と異なる量の成分を少なくとも一つ含むものである。
【0215】
ここで、図7を参照すると、ファブリック712は、複合体または積層物714の形成において使用することができ、それはマトリックス材料、好ましくは高分子膜形成熱可塑性または熱硬化性マトリックス材料716をコート及び/又は含浸させることによって達成される。複合体または積層物714は、電子基板としての使用に適する。ここで使用される“電子基板”とは、各要素を機械的に支持し、及び/又は電気的に相互接続する構造物を意味する。例としては、これらに限定されるものではないが、能動電子部品、受動電子部品、プリント回路、集積回路、半導体素子が含まれ、そしてこれらの要素に関連するその他のハードウェアとしては、これらに限定されるものではないが、コネクタ、ソケット、固定クリップおよびヒートシンクが含まれる。
【0216】
本発明の好ましい実施態様は、先に詳説された複数の繊維を包含する少なくとも一つの部分コートされた繊維ストランドを包含する補強された複合体に向けられている。したがって、複数の繊維を包含する開示されている繊維ストランドのそれぞれから作られる補強された複合体は、本発明で考察されるところである。例えば、本発明の一つの好ましい実施態様は、マトリックス材料と少なくとも一つの部分コートされた繊維ストランドを包含する補強された複合体に向けられており、そのコーティングは、有機成分と300Kの温度で少なくとも1ワット/メートルKの熱伝導度を有する層状粒子とを包含する。
【0217】
本発明のもう一つの好ましい実施態様は、(a)複数の繊維を包含する少なくとも部分コートされた繊維ストランドで、そのコーティングは、少なくとも一つの層状粒子を包含する繊維ストランドと、(b)マトリックス材慮と、を包含する補強された複合体に向けられている。
【0218】
さらにもう一つの好ましい実施態様は、補強された複合体に向けられており、その複合体は、(a)複数のガラス繊維を包含する少なくとも部分コートされた繊維ストランドであって、そのコーティングは、水性の組成物の残留物を包含し、その組成物は、(i)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の個別粒子と、(ii)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料と、(iii)少なくとも一つの膜形成材料と、を包含する繊維ストランドと、(b)マトリックス材料と、を包含する。
【0219】
本発明のさらにもう一つの実施態様は、少なくとも一つの繊維ストランドとマトリックス材料とを包含する補強された複合体に向けられており、その補強された複合体はさらに、水性組成物を包含し、その組成物は、(a)有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の個別粒子と、(b)前記複数の個別粒子とは異なる少なくとも一つの潤滑材料と、(c)少なくとも一つの膜形成材料と、を包含する。
【0220】
本発明のもう一つの好ましい実施態様は、補強された複合体に向けられており、その複合体は次を含む:(a)複数のガラス繊維を包含する少なくとも部分コートされた繊維ストランドであって、そのコーティングは、全固形分ベースで20重量%を超える個別粒子を包含する水性の組成物の残留物を包含し、その個別粒子は、少なくとも一つの前記ガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する、および(b)マトリックス材料。
【0221】
もう一つの好ましい実施態様は、複数のガラス繊維を包含する少なくとも一つの繊維ストランドとマトリックス材料とを包含する補強された複合体に向けられており、その補強された複合体はさらに、全固形分ベースで20重量%を超える個別粒子を包含する水性の組成物の残留物を包含し、その個別粒子は、少なくとも一つの前記ガラス繊維のモース硬度値を超えないモース硬度値を有する。
【0222】
本発明のさらなる実施態様は、補強された複合体に向けられており、その複合体は、次を包含する:(a)複数のガラス繊維を包含する少なくとも一つの繊維ストランドで、そのストランドは、および有機材料、無機高分子材料、複合体材料およびそれらの混合物から選ばれた材料から形成される複数の個別粒子を包含する樹脂適合的組成物でコートされる;および(b)マトリックス材料。特に、複数の個別粒子は、非熱膨張性有機材料、無機高分子材料、非熱膨張性複合体材料、およびそれらの任意の混合物から選ばれる材料から形成される。
【0223】
強化複合材に向けられた上述の実施形態内で使用されるコーティング及び樹脂適合性組成物の成分は、上述のコーティング成分の中から選択することができ、付加的成分も同様に以上で記したものの中から選択することができる。
【0224】
本発明において有用な好ましいマトリックス材料としては、熱硬化性ポリエステル、ビニルエステル、(多価アルコール又はチオールのポリグリシジルエーテルといったような、少なくとも1つのエポキシ又はオキシラン基を分子中に含有する)エポキシド、フェノール樹脂、熱硬化性ポリウレタン、以上のもののうちのいずれかの誘導体、及び以上のうちのいずれかのものの混合物が内含される、プリント回路板用積層材を形成するための好ましいマトリックス材料は、2機能臭素化エポキシ樹脂といったような多機能エポキシ樹脂であるFR−4エポキシ樹脂、ポリイミド及び液晶重合体であり、その組成は当業者には周知のものである。かかる組成物に関するさらなる情報が必要な場合には、本書に特定的に参考として内含されている、Electric materials HandbookTM,ASM International(1989),p534〜537を参照のこと。
【0225】
適切な重合体熱可塑性マトリックス材料の制限的意味のない例としては、ポリオレフィン、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン及び熱可塑性ポリエステル、ビニル重合体及び以上いずれかの混合物が内含されている。有用な熱可塑性材料のさらなる例としては、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニルスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアセタール、ポリ塩化ビニル、及びポリカーボネートが含まれる。
【0226】
好ましいマトリックス材料処方は、EPON1120−A80エポキシ樹脂(Houston、TexasのShell Chemical Companyから市販されている)、ジシアンジアミド、2−メチルイミダゾール及びDoWANOL PMグリコールエーテル(Midland、MichiganのDow Chemical Co.から市販されている)で構成されている。
【0227】
複合材中に重合体マトリックス材料及び強化材料と共に内含され得るその他の成分は、着色剤又は顔料、潤滑剤又は加工助剤、紫外線(UV)安定剤、酸化防止剤、その他の充てん材及び増量剤である。好ましい実施形態においては、無機材料が重合体マトリックス材料と共に内含される。これらの無機材料には、セラミクス材料及び金属材料が含まれ、以上で詳述された無機材料の中から選択され得る。
【0228】
布帛(fabric)712は、例えば、本書に特定的に参考として内含されているR.Tummala(編),Microelectronics Packaging Handbook(1989),895〜896ページに論述されているように、重合体マトリックス材料716の浴中に布帛712を浸漬することによってコーティング及び含浸させることができる。より一般的には、細断された又は連続した繊維ストランド強化材を、手で、又はそれを重合体マトリックス材料全体に均等に分布帛させる適切なあらゆる自動供給又は混合装置を用いて、マトリックス材料中に分散させることができる。例えば、強化材は、全ての成分を同時又は逐次的に乾燥配合することによって、重合体マトリックス材料中に分散させることができる。
【0229】
重合体マトリックス材料716及びストランドは、使用される重合体マトリックス材料のタイプなどのような要因により左右されるさまざまな方法により、複合材又は積層材714の形に形成され得る。例えば、熱硬化性マトリックス材料については、複合材を、圧縮又は射出成形、引抜成形、フィラメント巻き、手積み成形、スプレーアップ又はシート成形又はバルク成形とそれに続く圧縮又は射出成形によって形成することができる。熱硬化性重合体マトリックス材料は、マトリックス材料内への架橋剤の内含及び/又は、例えば加熱により、硬化させることができる。重合体マトリックス材料を架橋するのに有用な適切な架橋剤は、以上で論述されている。熱可塑性重合体マトリックス材料のための温度及び硬化時間は、使用される重合体マトリックス材料のタイプ、マトリックス系内のその他の添加剤及び化合物の厚みといったような(ただしこれに制限されるわけではない)要因に左右される。
【0230】
熱可塑性マトリックス材料については、複合材を形成するための適切な方法には、直接的成形又は抽出配合とそれに続く射出成形が含まれる。上述の方法により複合材を形成するための方法及び装置については、本書に参考として特定的に内含されているI. Rubin, Handbook of Plastic Materials and Technology(1990),p955〜1062,p1179〜1215及びp1225〜1271の中で論述されている。
【0231】
本発明の付加的な好ましい実施形態は、以上で詳述した少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも部分的にコーティングされた布帛を含む電子基板のために適合された強化積層材に向けられている。かくして、少なくとも1つの繊維ストランドを含む開示された布帛の各々から作られた電子基板のために適合された強化積層材が、本発明によって考慮される。例えば、本発明の1つの好ましい実施形態は、少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも1つの部分的にコーティングされた布帛及びマトリックス材料を含む電子基板に適合された強化積層材において、コーティングが、300Kの温度で1メートルKあたり少なくとも1ワットの熱伝導率をもつ層状粒子及び有機成分を含んで成る、強化積層材に向けられている。さらにもう1つの実施形態においては、コーティングは、電子基板のために適合された強化積層材の中のマトリックス材料と適合性をもつ。
【0232】
本発明の付加的な実施形態は、電子基板のために適合された強化積層材において、(a)マトリックス材料及び少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも1つの非脱脂布帛を含み、該少なくとも1つの布帛の少なくとも一部分が、前記電子基板のために適合された前記強化積層材内のマトリックス材料と適合性あるコーティングを有している強化積層材に向けられている。本発明のもう1つの実施形態は、電子基板のために適合された強化積層材において、(a)マトリックス材料及び(b)少なくとも1つの繊維ストランドを含みかつ布帛の表面の少なくとも一部分の上に表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物を有する少なくとも1つの布帛を含んで成る、強化積層材に向けられている。
【0233】
本書で使用する「非脱脂布帛」というのは、布帛から非樹脂適合性サイズ剤を除去する従来の繊維プロセスを受けていない布帛のことである。以上で論述した通り、スクラビングに加えて、熱清浄及び水噴射清浄が、このような従来の繊維プロセスの例である。本書で使用されるように、「表面処理用でない」樹脂適合性コーティング組成物というのは、従来の繊維表面処理プロセスにおいて使用されない上述の樹脂適合性コーティング組成物のことである。例えば、表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物とは、上述の一次、二次及び/又は三次コーティング組成物を意味するが、例えばシランカップリング剤及び水から作られ、脱脂後に繊維に塗布帛される標準的な表面処理サイズ剤は意味しない。ただし、本発明では、コーティングに適用される表面処理用サイズ剤と共に本発明に従った樹脂適合性コーティングを含むコーティングもまさに考慮されている。
【0234】
本発明のもう1つの好ましい実施形態は、電子基板の利用分野で使用するための積層材を形成する方法において、
(a) 複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸及び複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成される、電子基板を強化するために適合された布帛を得る段階、
(b) マトリックス材料樹脂で布帛の少なくとも一部分を少なくとも部分的にコーティングする段階、
(c) プレプレグ層を形成するべく少なくとも部分的にコーティングされた布帛を少なくとも部分的に硬化させる段階及び
(d) 電子基板内で使用するために適合された積層材を形成するべく2つ以上のプレプレグ層を積層する段階、
を含んで成る方法に向けられる。
【0235】
強化積層材に向けられた以上の実施形態において使用されるコーティングの成分は、上述のコーティング成分から選択され得、付加的な成分も同様に以上で列挙されたものの中から選択されうる。
【0236】
本発明の付加的な好ましい実施形態は、以上で詳述された少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも部分的にコーティングされた布帛を含む電子基板用のプレプレグに向けられている。かくして、少なくとも1つの繊維ストランドを含む開示された布帛の各々から作られた電子基板のためのプレプレグが、本発明では考慮の対象となっている。
【0237】
本発明のもう1つの実施形態は、電子基板用のプレプレグにおいて、(a)マトリックス材料及び少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも1つの非脱脂布帛を含み、該少なくとも1つの布帛の少なくとも一部分が、前記電子基板のための前記プレプレグ内のマトリックス材料と適合性あるコーティングを有しているプレプレグに向けられている。本発明のさらにもう1つの実施形態は、電子基板のためプレプレグにおいて、(a)マトリックス材料及び(b)少なくとも1つの繊維ストランドを含みかつ布帛の表面の少なくとも一部分の上に表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物を有する少なくとも1つの布帛を含んで成る、プレプレグに向けられている。
【0238】
上述のとおり、以上の実施形態において使用されるコーティングの成分は、上述のコーティング成分から選択され得、付加的な成分も同様に以上で列挙されたものの中から選択されうる。
【0239】
図8に示されている本発明の特定の制限的意味のない実施形態においては、複合材又は積層材810は、適合性あるマトリックス材料814が含浸された布帛812を内含している。その後、含浸された布帛を、測定された量のマトリックス材料を残すべく一組の計量ロールの間で圧搾し、乾燥させて半硬化した基板又はプレプレグの形で電子基板を形成させることができる。明細書の以下の部分で論述される予定の要領で、プレプレグの側面822の一部分に沿って導電性層820を位置づけすることができ、プレプレグは、導電性層を伴う電子基板818を形成するべく硬化させられる。本発明のもう1つの実施形態において、そしてより標準的には電子基板業界においては、2つ以上のプレプレグが単数又は複数の導電性層と組合わされ、合わせて積層され、当業者にとって周知の要領で硬化されて、多層電子基板を形成する。例えば、本発明を制限する意味はないものの、重合体マトリックスを硬化させ所望の厚みの積層材を形成するため予め定められた長さの時間、高い温度及び圧力下で、例えば研磨された鋼板の間でスタックをプレスすることによって、プレプレグスタックを積層させることができる。結果として得られる電子基板が、露呈された表面の一部分に沿って少なくとも1つの導電性層をもつ積層材となるように(以下「クラッド積層材」と呼ぶ)積層及び硬化の前又は後に、単数又は複数のプレプレグの一部分に導電性層を具備させることができる。
【0240】
次に、プリント回路板又はプリント配線板(以下集合的に「電子回路板」と呼ぶ)の形で電子基板を構築するための当該技術分野において周知の技術を用いて、単層及び多層電子基板の導電性層(単複)から回路を形成することができる。
【0241】
本発明の付加的な好ましい実施形態は、以上で詳述されている少なくとも1つの繊維ストランドを含む少なくとも部分的にコーティングされた布帛を含む電子基板及び電子回路板に向けられている。かくして、本発明では、少なくとも1つの繊維ストランドを含む開示された布帛の各々で作った電子基板及び電子回路板が考慮される。
【0242】
本発明のもう1つの実施形態は、(a)少なくとも1つの繊維ストランドを含み、少なくとも一部分がマトリックス材料と適合性あるコーティングをもつ、少なくとも1つの非脱脂布帛及び(b)電子基板内の少なくとも1つの布帛の少なくとも1部分の上の少なくとも1つのマトリックス材料を含んで成る電子基板に向けられている。付加的な1実施形態は、(a)少なくとも1つの繊維ストランドを含み、布帛の表面の少なくとも一部分の上に表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物を有する少なくとも1つの布帛; 及び(b)電子基板内の少なくとも1つの布帛の少なくとも一部分の上の少なくとも1つのマトリックス材料を含んで成る電子基板に向けられている。
【0243】
本発明のさらにもう1つの実施形態は、電子基板を形成する方法において、
(a) 複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸及び複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成される、電子基板を強化するために適合された布帛を得る段階、
(b) マトリックス材料樹脂で布帛の少なくとも一部分を少なくとも部分的にコーティングする段階、
(c) プレプレグ層を形成するべく、布帛の少なくとも1部分の中にコーティングを少なくとも部分的に硬化させる段階、及び
(d) 電子基板を形成させるべく、単数又は複数の導電性層と共に単数又は複数のプレプレグ層を積層させる段階を含んで成る方法に向けられている。
【0244】
さらに好ましい実施形態においては、少なくとも1つの布帛及び少なくとも1つのマトリックスは、電子基板内に第1の複合材層を形成する。もう1つのさらなる好ましい実施形態においては、電子基板はさらに、第1の複合材層とは異なる第2の複合材層を含む。
【0245】
付加的な好ましい実施形態は、(a)(i)少なくとも1つの繊維ストランドを含み、少なくとも一部分がマトリックス材料と適合性あるコーティングをもつ、少なくとも1つの非脱脂布帛及び(ii)電子基板内の少なくとも1つの布帛の少なくとも1部分の上の少なくとも1つのマトリックス材料を含んで成る電子基板;及び(b)導電性層を含み、該支持体と導電性層を中に収納している電子回路板に向けられている。
【0246】
付加的な実施形態は、(a)(i)少なくとも1つの繊維ストランドを含み、布帛の表面の少なくとも1部分の上に表面処理用でない樹脂適合性コーティング組成物を有する少なくとも1つの布帛及び(ii)電子基板内の少なくとも1つの布帛の少なくとも1部分の上の少なくとも1つのマトリックス材料を含んで成る電子基板;及び(b)導電性層を含み、該支持体と導電性層を中に収納している電子回路板に向けられている。
【0247】
さらにもう1つの好ましい実施形態においては、導電性層は、電子基板の選択された部分に隣接して位置づけされている。もう1つのさらに好ましい実施形態においては、少なくとも1つの布帛及び少なくとも1つのマトリックスは、第1の複合材層を形成している。もう1つの実施形態においては、電子基板はさらに、第1の複合材層とは異なる第2の複合材層を含む。好ましくは、導電性層は、第1の及び/又は第2の複合材層電子基板のうちの選択された部分に隣接して位置づけされている。
【0248】
本発明のもう1つの実施形態は、プリント回路板を形成する方法において:
(a) 複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸及び複数のガラス繊維を含みその少なくと一部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成される、電子基板を強化するために適合された少なくとも1つの布帛及び単数又は複数の導電性層を含む電子基板を得る段階;及び
(b) プリント回路板を形成するべく電子基板の単数又は複数の導電性層の少なくとも1つをパターン化する段階、
を含んで成る方法に向けられている。
【0249】
電子基板及び電子回路板に向けられた上述の実施形態において使用されるコーティングの成分は、上述のコーティング成分から選択でき、又付加的な成分も、以上で列挙したものの中から選択できる。
【0250】
望ましい場合には、機械式穴明け及びレーザー穴明けを含む(ただしこれらに制限されるわけではない)、当該技術分野において既知の適切なあらゆる要領で、電子基板の相対する表面上のコンポーネント及び/又は回路の間の電気的相互接続を可能にするため、電子基板の中に、アパーチャ又は穴(「バイア」とも呼ばれる)を形成することもできる。より特定的に言うと、図10を参照すると、アバーチャ1060が、本発明の電子基板1054の布帛1012の少なくとも1つの層1062を通って延びている。布帛1012は、本書で教示されているようなさまざまな重合体マトリックス材料と適合性ある層をもつ複数のガラス繊維を含む、コーティングされた繊維ストランドを含んで成る。アバーチャ1060を形成するにあたっては、電子基板1054が、ドリルビット1064又はレーザーチップといったようなアパーチャ形成装置と見当合せされた状態で位置づけされる。アパーチャ1060は、ドリル1064又はレーザーを用いて穴明けすることによって、布帛1012の少なくとも1つの層1062の一部分1066を通って形成される。
【0251】
好ましい1実施形態においては、積層材は、0.46mm(0.018インチ)の直径のタングステンカーバイドドリルを用いて切込み負荷0.001及び1平方センチメートルあたり62穴(平方インチあたり400穴)の穴密度で3枚の積層材のスタックを通して2000個の穴を明けた後、36マイクロメートル以下の偏向距離を有している。付加的な実施形態においては、積層材は、0.46mm(0.018インチ)の直径のタングステンカーバイドドリルを用いて、切込み負荷0.001及び1平方センチメートルあたり62穴(平方インチあたり400穴)の穴密度で3枚の積層材のスタックを通して2000個の穴を明けた後、32パーセント以下のドリル工具摩耗率を有する。
【0252】
さらなる実施形態においては、無機潤滑剤がアパーチャ形成装置と電子基板の間の界面の少なくとも一部分と接触するような形でアパーチャ形成装置の近くに無機潤滑剤を含む流体流が送り出される。好ましくは、この無機潤滑剤は、以上で詳述された無機潤滑剤から選択される。
【0253】
本発明のもう1つの実施形態は、電子回路板のための電子システム支持体の布帛層を通るアパーチャを形成するための方法において:
(1) アパーチャ形成装置と見当合せした状態でアパーチャが中に形成される予定である布帛の一表面の少なくとも1部分の上に樹脂適合性コーティング組成物を含むコーティングされた繊維ストランドを含む布帛層の一部分を含む電子システム支持体を位置づけする段階、及び
(2) 布帛層の該部分の中にアパーチャを形成する段階、
を含んで成る方法に向けられている。
【0254】
アパーチャの形成後、導電性材料層がアパーチャの壁上に被着させられるか又は、電子基板1054の表面上の単数又は複数の導電性層(図10には図示せず)の間に必要とされる電気的相互接続及び/又は熱の放散を容易にするため、アパーチャに導電性材料が充てんされる。バイアは、電子基板及び/又はプリント回路板の中を部分的に又は完全に延びることができ、電子基板及び/又はプリント回路板の1つ又は両方の表面で露出されてもよく、又、電子基板及び/又は回路板の中に埋込まれた状態又は収納された状態で完成されてもよい(「埋込みバイア」)。
【0255】
図8に示されている導電性層820は、当業者にとって周知のあらゆる方法により形成されうる。例えば、本発明を制限する意味はないが、半硬化又は硬化して、プレプレグ又は積層材の側面の少なくとも一部分の上に金属材料の薄いシート又はホイルを積層させることにより、導電性層を形成させることができる。一変形形態としては、電解メッキ、無電解メッキ又はスパッタリングを含む(ただしこれらに制限されるわけではない)周知の技術を用いて半硬化又は硬化プレプレグ又は積層材の片面の少なくとも一部分の上に金属材料層を被着させることにより、導電性層を形成することもできる。導電性層として使用するのに適した金属材料には、銅(これが好ましい)、銀、アルミニウム、金、錫、錫−鉛合金、パラジウム及びそれらの組合せが含まれるがこれらに制限されるわけではない。
【0256】
本発明のもう1つの制限的意味のない実施形態においては、電子基板は、単数又は複数のクラッド積層材(前述)及び/又は単数又は複数のプレプレグ(前述)を合わせて積層することによって構築された多層電子回路板の形をしていてよい。望ましい場合、例えば、多層電子回路板の露出された側面の一部分に沿って、付加的な導電性層を電子基板内に内蔵させることができる。さらに、必要とあらば、上述の要領で導電性層から付加的な回路を形成することができる。多層電子回路板の層の相対的位置に応じて、回路板は、内部及び外部の両方の回路をもつことができるということを認識すべきである。上述のように、層間で選択された場所で電気的相互接続を可能にするべく回路板の中を部分的に又は完全に通って、付加的アパーチャが形成される。結果として得られる構造には、構造中を貫通して延びるいくつかのアパーチャ、構造中を部分的にのみ通って延びるいくつかのアパーチャそして構造の内部にあるいくつかのアパーチャを有することができるということを認識すべきである。
【0257】
好ましくは、電子基板254を形成する積層材の厚みは、0.051mm(約0.002インチ)より大きく、より好ましくは0.13mm(約0.005インチ)〜2.5mm(約0.1インチ)の範囲内にある。7628形式布帛の8プライの積層材については、厚みは一般に1.32mm(約0.052インチ)である。積層材中の布帛層の数は、積層材の所望厚みに基づいて変動しうる。
【0258】
積層材の樹脂含有率は、好ましくは35〜80重量パーセント、より好ましくは40〜75重量パーセントの範囲内にありうる。積層材中の布帛の量は、20〜65重量パーセント、より好ましくは25〜60重量パーセントの範囲内にあり得る。
【0259】
製織されたE−ガラス布帛から、110℃の最低ガラス遷移温度をもつFR−4エポキシ樹脂マトリックス材料を用いて形成された積層材については、機械横断方向つまり幅方向(一般には布帛の長手方向軸に対し垂直な方向、すなわち充てん方向)における好ましい最小曲げ強度は、Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits の刊行物(1997年12月)であるIPC−4101「剛性及び多層プリント回路板のための基本材料仕様書」、p29に従って、3×107kg/m2以上、より好ましくは3.52×107kg/m2(約50kpsi)以上、そしてさらに一層好ましくは4.9×107kg/m2(約70kpsi) 以上である。IPC−4101は、本書でその全体が参考として内含されている。長さ方向では、長さ方向(一般に布帛の長手方向軸に対し平行、すなわちたて糸方向)における所望の最小曲げ強度は、好ましくは4×107kg/m2より大きく、より好ましくは4.23×107kg/m2よりも大きい。曲げ強度は、IPC−4101の第3,8,2,4項に従ってエッチングにより金属クラッディングが完全に除去された状態で、(本書に参考として特定的に内含されている)ASTMD−790及びIPC−TM−650 Test Methods Manual of the Institute for Interconnecting and Packaging Electronics(1994年12月)に従って測定される。本発明の電子基板の利点としては、積層材を含む回路板の変形を少なくすることのできる高い曲げ強度(引張り及び圧縮強度)及び高い弾性率が含まれる。
【0260】
銅張りFR−4エポキシ積層材の形での本発明の電子基板は、好ましくは、積層材のZ方向すなわち積層材の厚みを横断して50℃〜288℃で、(本書に参考として特定的に内含されている)IPC試験方法2,4,41に従って、5.5パーセント未満そしてより好ましくは0.01〜5.0重量パーセントの範囲内の熱膨張率(「Z−CTE」)をもつ。各々のこのような積層材は、好ましくは、7628形式布帛を8層含むが、制限的な意味なく106,108,1080,2113,2116又は7535といった形式の布帛を代替的に使用することもできる。さらに、積層材は、これらの布帛形式の組合せを取入れることもできる。低い熱膨張率をもつ積層材は一般に、膨張及び収縮を受けにくい。
【0261】
本発明ではさらに、本書の教示に従って作られた少なくとも1つの複合材層及び、本書で教示された複合材層とは異なる要領で例えば従来のガラス繊維複合材技術を用いて作られた少なくとも1つの複合材層を内含する多層積層材及び電子回路板の製造も考慮されている。より特定的には、当業者にとっては周知の通り、伝統的に、布帛を製織する上で使用される連続ガラス繊維ストランド内のフィラメントは、制限的な意味はないが、本書に参考として特定的に内含されているLoewenstein,p237〜244(第3版、1993)の中に開示されているものを含む、部分的に又は完全にデキストリン化されたでんぷん又はアミロース、水素化植物油、カチオン湿潤剤、乳化剤及び水を含めたでんぷん/油サイズ剤で処理される。これらのストランドから生成されたたて糸はその後、製織前に、本書に参考として特定的に内含されている米国特許第4,530,876号第3欄67行目〜第4欄11行目に開示されている通り、例えばポリ(ビニルアルコール)といった製織プロセスの中の摩耗に対しストランドを保護するため、溶液で処理される。この作業は一般に糊付けと呼ばれる。ポリ(ビニルアルコール)ならびにでんぷん/油サイズ剤は一般に、複合材製造業者が使用する重合体マトリックス材料と適合性がなく、従って布帛は、製織された布帛の含浸に先立ちガラス繊維の表面から基本的に全ての有機材料を除去するために清浄される。これは、例えば布帛をスクラビングすること又はさらに一般的には当該技術分野において周知の要領で布帛を熱処理することによって、さまざまなやり方で達成され得る。清浄作業の結果として、布帛に含浸させるために使用される重合体マトリックス材料と清浄済みガラス繊維表面の間には適切な界面が全く存在せず、従って、ガラス繊維表面に対しカップリング剤を塗布帛しなければならない。この作業を当業者は時として表面処理と呼んでいる。表面処理作業において最も一般的に使用されるカップリング剤は、本書に参考として特定的に内含されている E.P.Plueddemann, シランカップリング剤(1982),p146〜147に開示されているものを含めた(ただしこれに制限されるわけではない)シランである。同様に、Loewenstein, p248〜358(3dEd,1993)も参照のこと。シランでの処理後、布帛は、適合性ある重合体マトリックス材料で含浸され、1組の計量ロール間で圧搾され、乾燥されて上述の通りの半硬化プレプレグを形成する。本発明においては、サイズ剤の性質、清浄作業及び/又は複合材中で使用されるマトリックス樹脂に応じて、糊付け及び/又は表面処理段階を削除することができる。次に、従来のガラス繊維複合材技術を内含する単数又は複数のプレプレグと本発明を内含する単数又は複数のプレプレグを組合わせて、上述の通りの電子基板特に多層積層材又は電子回路板を形成することができる。電子回路板の製造に関するさらなる情報については、Electronic Materials Handbook TM,ASM International(1989),p113〜115,R. Tummala(編), Microelectronics Packaging Handbook,(1989),p858−861及び、895−909,M.W. Jawitz, Printed Circuit Board Handbook(1997),p9.1−9.42,及びC.F. Coombs, Jr.(編).Printed Circuits Handbook.(第3版 1988),p6.1−6.7.を参照のこと。
【0262】
本発明の電子基板を形成する複合材及び積層材は、本書に参考として特定的に内含されている Tummala p25〜43の中で開示されているような、エレクトロニクス産業において使用されている実装、より特定的には第1,第2及び第3レベルの実装を形成するのに使用することができる。さらに、本発明は、その他の実装レベルのためにも使用することができる。
【0263】
本発明、すなわち1つの制限的意味のない実施形態においては、7628形式Eガラス布帛及び140℃というTgをもつFR−4重合体樹脂から形成されたプレプレグの8層又はプライで作られ(本書に参考として特定的に内含されている)IPC−TM−650,No.2.4.4に従ってテストされたクラッド無しの積層材の曲げ強さは、好ましくは布帛のたて糸方向に対して平行にテストしたとき1平方インチあたり100,000(約690メガパスカル)以上、そして布帛の充てん方向に対し平行にテストしたとき好ましくは80000(約552メガパスカル)以上である。
【0264】
本発明のもう1つの制限的意味のない実施形態においては、7628形式Eガラス布帛及び140℃というTgをもつFR−4重合体樹脂から形成されたプレプレグの8層又はプライで作られ(本書に参考として特定的に内含されている)ASTMD2344−84に従い5というスパン長対厚み比を用いてテストされたクラッド無しの積層材の短梁せん断強さは、好ましくは、布帛のたて糸方向に対して平行にテストしたとき1平方インチあたり7400(約51メガパスカル)以上、そして布帛の充てん方向に対し平行にテストしたとき好ましくは5600(約39メガパスカル)以上である。
【0265】
本発明のもう1つの制限的意味のない実施形態においては、7628形式Eガラス布帛及び140℃というTgをもつFR−4重合体樹脂から形成されたプレプレグの8層又はプライで作られASTMD2344−84に従い5というスパン長対厚み比を用いかつ24時間沸とう水の中に浸漬した後テストされたクラッド無しの積層材の短梁せん断強さは、好ましくは、布帛のたて糸方向に対して平行にテストしたとき1平方インチあたり5000ポンド(約34メガパスカル)以上、そして布帛のよこ糸方向に対し平行にテストしたとき好ましくは4200(約30メガパスカル)以上である。
【0266】
本発明は同様に、1つの複合材を形成するべくマトリックス材料を強化するための方法を内含する該方法は、(1)繊維ストランド強化材に対して、ストランドの隣接する繊維間に隙を提供する粒子を含む以上で詳述した少なくとも1つの一次、二次及び/又は三次コーティング組成物を塗布帛する段階、(2)強化材の上にコーティングを形成するべくコーティングを乾燥させる段階; 3)マトリックス材料と強化材を組合せる段階、及び(4)強化された複合材を提供するべくマトリックス材料を少なくとも部分的に硬化させる段階、を含んで成る。本発明を制限する意味はないものの、強化材は、例えばそれをマトリックス材料中に分散させることによって、重合体マトリックス材料と組合わせることができる。好ましくは、単数又は複数のコーティングが、乾燥時点で強化材の上に実質的に均質なコーティングを形成する。本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、粒子は、合計固形分ベースで少なくとも20重量パーセントのサイズ剤組成物を含んで成る。もう1つの制限的意味のない実施形態においては、粒子は少なくとも3マイクロメートル、好ましくは少なくとも5マイクロメートルの最小平均粒子寸法を有する。さらなる制限的意味のない実施形態においては、粒子は、繊維ストランドの中に含まれているあらゆるガラス繊維のモース硬度値よりも低いモース硬度値をもつ。
【0267】
本発明は同様に、繊維ストランドの隣接する繊維間の付着を阻止するための方法において、(1)繊維ストランドに対して、ストランドの隣接する繊維間に細隙を提供する粒子を含む以上で詳述した少なくとも1つの一次、二次及び/又は三次コーティング組成物を塗布帛する段階、(2)ストランドの隣接する繊維間の付着が阻止されるように、繊維ストランドの繊維上にコーティングを形成するべくコーティングを乾燥させる段階を含んで成る方法をも内含する。好ましくは、単数又は複数のコーティングは、乾燥時点で強化材上に実質的に均等なコーティングを形成する。本発明の制限的な意味のない1実施形態においては、粒子は、合計固形分ベースで少なくとも20重量パーセントのサイズ剤を含んでいる。もう1つの制限的意味のない実施形態においては、粒子は少なくとも3マイクロメートル好ましくは少なくとも5マイクロメートルの最小平均粒子寸法を有する。例えば球状粒子においては、最小平均粒子寸法は、粒子の直径に対応することになる。矩形の粒子では、例えば、最小粒子寸法は、粒子の平均長さ、幅又は高さを意味する。さらなる制限的意味のない実施形態においては、粒子は、繊維ストランド内に含有されているあらゆるガラス繊維のモース硬度計値よりも小さいモース硬度計値を有する。
【0268】
本発明は同様に、繊維強化複合材のマトリックス材料の加水分解を阻止する方法をも内含する。この方法は、(1)繊維ストランド強化材に対して離散粒子を合計固形分ベースで20重量パーセント以上含む、以上で詳述した少なくとも1つの一次、二次及び/又は三次コーティング組成物を塗布帛する段階、(2)強化材の上にコーティングを形成するべくコーティングを乾燥させる段階; 3)マトリックス材料と強化材を組合せる段階及び(4)強化された複合材を提供するべくマトリックス材料を少なくとも部分的に硬化させる段階、を含んで成る。好ましくは、単数又は複数のコーティングは、乾燥時点で強化材上に実質的に均質なコーティングを形成する。上述のように、強化材は、例えばマトリックス材料の中に強化材を分散させることにより、マトリックス材料と組合わせることができる。
【0269】
本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、布帛は好ましくは7628形式布帛へと製織され、ASTM D737「編織布帛の通気度についての標準試験方法」により測定された場合、毎分につき10立方フィート、より好ましくは5立方フィート未満の通気度を有する。本発明を制限する意味はないものの、本発明のたて糸の細長い断面及び高いストランド開放度(以下で詳述する)が、糊付けされたたて糸を用いて作られたより慣習的な布帛に比べて本発明の布帛の通気度を低減させていると考えられている。
【0270】
前述のように、電子基板の利用分野のための従来の製織作業においては、たて糸は標準的に、製織プロセス中のたて糸の摩耗防止に役立つように製織に先立ち糊付け用サイズ剤でコーティングされる。糊付け用サイズ剤組成物は標準的に、糊付け用サイズ剤を含有する浸漬槽又は浴の中にたて糸を通し次に単数又は複数の圧搾ロールを通して余剰の材料を全て除去することによって、たて糸に塗布帛される。標準的糊付け用サイズ剤組成物は、例えば皮膜形成材料,可塑化剤及び潤滑剤を内含することができる。糊付け用サイズ剤組成物の中で一般に用いられる皮膜形成材料はポリビニルアルコールである。糊付けの後、たて糸は乾燥され、織機ビーム上に巻付けられる。たて糸端部の数及び間隔どりは、製織すべき布帛の形式によって左右される。乾燥後、糊付け済みたて糸は標準的に、一次及び糊付け用サイズ剤の組合せに起因して2.0パーセント以上の強熱減量を有することになる。
【0271】
標準的に言って、糊付け用サイズ剤ならびにでんぷん/油サイズ剤は一般に、電子基板のための強化材として布帛を内含させる場合、複合材製造業者が使用している重合体樹脂材料と適合性がないことから、織布帛に含浸させる前にガラス繊維の表面から基本的に全ての有機材料を除去するべく布帛を洗浄しなければならない。これは、たとえば布帛をスクラピングすること又はさらに一般的には当該技術分野において周知の要領で布帛を熱処理することといったさまざまな方法で達成できる。清浄作業の結果として、布帛に含浸させるのに使用される重合体マトリックス材料と清浄されたガラス繊維表面の間には適切な界面が全く存在しなくなり、従ってガラス繊維表面に対しカップリング剤を塗布帛することが必要となる。この作業を当業者は時として表面処理と呼んでいる。標準的には、表面処理用サイズ剤は布帛に対し0.1%未満のLOIを提供する。
【0272】
表面処理用サイズ剤での処理後、布帛は、適合性ある重合体マトリックス材料で含浸され、一組の計量ロール間で圧搾され、乾燥されて上述のような半硬化プレプレグを形成する。電子回路板の製造に関するさらなる情報については、本書に参考として特定的に内含されている Electronic Materials Handbook TM,ASM International(1989),p113〜115,R. Tummala(Ed), Microelectronics Packaging Handbook,(1989),p858−861及び、895−909,M.W. Jawitz, Printed Circuit Board Handbook(1997),p9.1−9.42,及びC.F. Coombs, Jr.(編.).Printed Circuits Handbook,(3d Ed. 1988),p6.1−6.7.を参照のこと。
【0273】
糊付けプロセスは、たて糸上に比較的厚いコーティングを施すことから、糸は、糊付け無しのたて糸と比べ剛性で可とう性のないものとなる。糊付け用サイズ剤は糸を、一般に円形横断面をもつ密な束の形に合わせて保持する傾向をもつ。本発明を制限する意味はないものの、かかる糸構造(すなわち密な束及び一般に円形の横断面)は、糊付け用サイズ剤を除去した後でさえ、予備含浸といったようなその後の処理段階の間にたて糸の束の中に重合体樹脂材料が浸透するのを妨げ得ると考えられている。
【0274】
糊付けは本発明にとって不利益なものではないが、好ましいものではない。従って、本発明の好ましい実施形態においては、たて糸は製織前に糊付け段階に付されず、糊付け用サイズ剤残渣を実質的に含んでいない。本書で使用する「実質的に含んでいない」という語は、たて糸が20重量パーセント未満、より好ましくは5重量パーセント未満の糊付け用サイズ剤残渣しか含まないことを意味する。本発明のさらに好ましい実施形態においては、たて糸は、製織に先立ち糊付け段階に付されず、基本的に糊付け用サイズ剤残渣を含まない。本書で使用する「基本的に含んでいない」という語は、たて糸が0.5重量パーセント未満、より好ましくは0.1重量パーセント未満そして最も好ましくは0重量パーセントの糊付け用サイズ剤残渣しか含まないことを意味する。しかしながら、たて糸が製織に先立ち二次コーティング作業に付される場合、好ましくは、製織に先立ちたて糸の表面に塗布帛される二次コーティングの量は、サイジングされたたて糸の重量の0.7パーセント未満である。
【0275】
本発明の1つの好ましい実施形態においては、たて糸の強熱減量は好ましくは製織中、2.5重量パーセント未満、より好ましくは1.5重量パーセント未満そして最も好ましくは0.8重量パーセント未満である。さらに、本発明の布帛は、0.1〜0.6パーセント,より好ましくは0.4〜1.3パーセント,さらに一層好ましくは0.6〜1パーセントの範囲内の全体的強熱減量を有している。
【0276】
本発明のもう1つの制限的意味のない実施形態においては、たて糸は好ましくは細長い横断面及び高いストランド開放度をもつ。本書で使用されている「細長い横断面」という語は、たて糸が一般に平坦又は卵形の横断面形状を有することを意味している。上述の高いストランド開放度というのは、糸又はストランドの個々の繊維が互いに密に保持されておらず単数又は複数の個々の繊維間に開放した空間が存在しかくして束の中へのマトリックス材料の浸透が容易になっているという特性を意味する。糊付けされたたて糸(上述の通りの)は一般に円形横断面と低いストランド開放度をもち、かくしてこのような浸透を容易にしない。本発明を制限する意味はないが、積層中のたて糸の束の中への優れた樹脂浸透(すなわち優れた樹脂ウエットアウト)は、積層材及び電子基板内への水分の進入経路を減少又は除去することにより、本発明に従って作られた積層材及び電子基板の全体的加水分解安定性を改善することができると考えられている。これは、かかる積層材及び電子基板から作られたプリント回路板がもつ、バイアの下で湿潤条件に露呈されたとき導電性陽極フィラメントの形成に起因する電気的短絡故障を示す傾向を減少させる上でプラスの効果を及ぼすこともできる。
【0277】
ストランド開放度は、F−指数試験により測定することができる。F−指数試験では、測定されるべき糸は、一連の垂直に心合せされたローラーの上を通過させられ、発光面及び相対する感光面を含む水平方向に配置された検知装置に隣接して位置つけされ、かくして糸の垂直軸が発光及び感光面と全体に平行に心合せされた状態にくるようになっている。検知装置は、それを垂直に心合せされたローラーの間の半分の位置に置くような垂直方向の高さに取付けられており、糸と検知装置の間の水平方向距離は、検知装置に向かって又はそれから離れるようにローラーを移動させることによって制御される。糸がローラー上を(標準的には分速約30メートルで)通過するにつれて、ストランドの開放度に応じて、糸の単数又は複数の部分は、発光面から発出する光の一部分を消滅させ得る。このとき、一定の長さの糸(標準的には約10メートル)について消滅の数が表にまとめられ、結果として得られた比率(すなわち単位長あたりの消滅数)は、ストランド開放度の尺度とみなされる。
【0278】
従来の糊付けされたガラス繊維糸から製織された布帛の密なたて糸構造ならびに上述の通りのこのような糸の低い開放度は、好ましくはたて糸の細長い横断面及びたて糸のより高い開放度を含む本発明の好ましい布帛の通気度よりも高い通気度をもつこれらの従来の布帛を結果としてもたらすと考えられている。本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、布帛は、ASTM D737標準試験方法によって測定した場合、1平方フィートあたり毎分10標準立方フィート(毎分1平方メートルあたり約0.05標準立方メートル)以下、より好ましくは、毎分1平方フィートあたり5立方フィート(毎分1平方メートルあたり1.52標準立方メートル)以下、そして最も好ましくは毎分1平方フィートあたり3立方フィート(毎分1平方メートルあたり0.91標準立方メートル)以下の通気度をもつ。本発明のもう1つの実施形態においては、布帛は、7628形式布帛に製織され、ASTM D737標準試験方法によって測定した場合、毎分1平方フィートあたり10標準立方フィート以下、より好ましくは毎分1平方フィートあたり5標準立方フィート以下、そして最も好ましくは毎分1平方フィートあたり3標準立方フィート以下の通気度をもつ。
【0279】
特定のいかなる理論によっても束縛又は何らかの形で制限されることを望まないものの、細長い又は平坦な横断面をもつたて糸も同じく、たて糸を内含する布帛から作られた積層材の改善された穴明け性能に貢献することができる。より特定的に言うと、細長い横断面をもつたて糸を有する布帛内のたて糸とよこ糸の間の交叉点は、円形横断面をもつ従来の布帛よりも低い断面形状を有することになるため、布帛を通って穴明けするドリルビットは、穴明け中より少ないガラス繊維と接触し、かくして、より低い摩耗を受けることになる。前述の通り、本発明の1実施形態においては、好ましくはたて糸及びよこ糸の両方が、成形中にそれに塗布帛された樹脂適合性一次コーティング組成物を有する。たて糸に塗布帛される樹脂適合性一次コーティング組成物は、よこ糸に塗布帛される樹脂適合性一次コーティング組成物と同じであってもよいし、又はそれと異なるものであってもよい。本書で使用されているように、たて糸に塗布帛された樹脂適合性一次コーティング組成物に言及して「よこ糸に塗布帛された樹脂適合性一次コーティング組成物と異なる」という句は、たて糸に塗布帛された一次コーティング組成物の少なくとも1つの成分がよこ糸に塗布帛された一次コーティング組成物中のその成分と異なる量で存在していること、又は、たて糸に塗布帛された一次コーティング組成物中に存在する少なくとも1つの成分がよこ糸に塗布帛された一次コーティング組成物中に存在しないこと、又はよこ糸に塗布帛された一次コーティング組成物中に存在する少なくとも1つの成分が、たて糸に塗布帛された一次コーティング組成物中に存在しないことを意味している。
【0280】
本発明のさらにもう1つの制限的意味のない実施形態においては、布帛の糸のガラス繊維は、1立方センチメートルあたり2.60グラム未満の密度をもつE−ガラス繊維である。さらにもう1つの好ましい制限的意味のない実施形態においては、E−ガラス繊維糸は、7628形式の布帛に製織された時、同じ形式の従来通りに加熱清浄され表面処理された布帛の(たて糸方向の)強度よりも大きいたて糸方向に平行な引張強度をもつ布帛を生成する。本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、好ましくは、樹脂適合性一次コーティング組成物は、実質的に「粘着性の」皮膜形成材料を含んでいない。すなわち、一次コーティング組成物は好ましくは合計固形分ベースで10重量パーセント未満、より好ましくは5重量パーセント未満しかそれを含んでいない。
【0281】
好ましい実施形態においては、樹脂適合性一次コーティング組成物は基本的に「粘着性」皮膜形成材料を含んでいない。すなわち、一次コーティング組成物は、好ましくは合計固形分ベースで1重量パーセント未満、より好ましくは0.5重量パーセント未満そして最も好ましくは0.1重量パーセント未満の粘着性皮膜形成材料しか含んでいない。粘着性皮膜形成材料は、よこ糸のエアジェット輸送可能性を低減させ、たて糸を互いに粘着させることなどによって、それらが塗布帛される糸の製織可能性にとって不利益であり得る。粘着性皮膜形成材料の制限的意味のない例は、水溶性エポキシ樹脂皮膜形成材料である。
【0282】
本発明に従った電子基板の利用分野で使用するための布帛を形成する1つの代替的方法についてここで一般的に論述する。該方法は、(1)複数のCFを含み少なくともその一部分に塗布帛された第1の樹脂適合性コーティングをもつ少なくとも1つのよこ糸を得る段階;(2)複数のガラス繊維を含みその少なくとも一部分に塗布帛された第2の樹脂適合性コーティングをもつ少なくとも1つのたて糸を得る段階及び(3)電子基板を強化するように適合された布帛を形成するべく2.5重量パーセント未満の強熱減量をもつ少なくとも1つのたて糸と少なくとも1つのよこ糸を製織する段階を含んで成る。
【0283】
電子基板内で使用するように適合された積層材を形成する方法についてここで一時的に論述する。該方法は、複数のガラス繊維を含みその少なくとも一部分に塗布帛された第1の樹脂適合性コーティングをもつ少なくとも1つのよこ糸と、複数のガラス繊維を含み少なくともその一部分に塗布帛された第2の樹脂適合性コーティングをもつ少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成される布帛を得る第1の段階を含んで成り、ここで該たて糸は製織中2.5重量パーセント未満の強熱減量を有していた。本発明の1つの制限的意味のない実施形態においては、好ましくは、布帛は基本的に糊付け用サイズ剤残渣を含んでいない。
【0284】
前述のように、標準的な布帛形成作業においては、ガラス繊維及び/又は糸に塗布帛される従来のサイズ剤組成物(すなわち一次サイズ剤組成物及び糊付け用サイズ剤組成物)は、樹脂適合性をもたず、従って、布帛に重合体樹脂材料を含浸させる前に、布帛から除去されなくてはならない。上述のように、これは、最も一般的には、製織後布帛を熱清浄することによって達成される。しかしながら、熱清浄は、ガラス繊維(ひいてはそれから形成された糸及び布帛)の強度を劣化させ、ガラスの密度を高くする。製織に先立ってたて糸及び/又はよこ糸に塗布帛される本発明の樹脂適合性コーティングは、含浸に先立つ除去を必要とせず、かくして熱清浄の必要性を無くする。従って、本発明の好ましい制限的意味のない実施形態においては、布帛は含浸の前の熱処理及び熱崩壊を受けない。
【0285】
さらに、熱清浄によるサイズ剤組成物の除去の後、表面処理用サイズ剤を含浸に先立ち布帛に塗布帛して、布帛と重合体樹脂の間の適合性を改善しなければならない。本発明における製織に先立ってたて糸及び/又はよこ糸に対し樹脂適合性コーティングを塗布帛することにより、布帛の表面処理の必要性も無くなる。従って、本発明のもう1つの好ましい実施形態においては、布帛は好ましくは二次コーティング及び/又は表面処理用サイズ剤からの残渣を実質的に含んでいない。すなわち、二次コーティング及び/又は表面処理用サイズ剤からの残渣は15重量パーセント未満、より好ましくは10重量パーセント未満である。本発明のより好ましい実施形態においては、布帛は二次コーティング及び/又は表面処理用サイズ剤からの残渣を基本的に含んでいない。本書で使用されているように、「基本的に含んでいない」という語は、布帛が二次コーティング及び/又は表面処理用サイズ剤からの残渣を1重量パーセント未満、より好ましくは0.5重量パーセント未満しか有していないことを意味している。
【0286】
本発明についてここで、以下の特定的な制限的意味のない例を用いて例示する。
例1
表1Aに記した量の成分を混合して、上述のものと類似の要領で本発明に従って水性形成用サイズ剤組成物A−Fを形成する。各組成物に、酢酸を1重量パーセント未満内含させた。水性形成用サイズ剤組成物A−Fを、E−ガラス繊維ストランド上にコーティングさせた。形成用サイズ剤組成物の各々は、2.5重量パーセントの固形分を有していた。コーティングされたガラス繊維ストランドの各々を加撚して糸を形成し、従来の加撚用装置を用いて類似の要領でボビンに巻きつけた。試料Bwac には、水性形成用サイズ剤組成物 Bをコーティングさせたが、約46時間190°Fの温度で真空乾燥させた。試料A−Fは各々、1重量パーセント未満の強熱減量値を有していた。試料Chi及びDhiは、それぞれ1.59及び1.66重量パーセントの強熱減量値を有していた。
【0287】
【表10】
【0288】
――――――――――――――――――――――――
<欄外>
97 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
98 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corpから市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN 2000
99 Houston、TexasのShell Chemical Co.から市販されているEPI−REZTM 3522−W−66
100 Houston、TexasのShell Chemical Co.から市販されているEPON 826
101 Wayne、New JerseyのISP Chemicalから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
102 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
103 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
104 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているアミノ官能性オルガノシランカップリング剤A−1100
105 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
106 Wayne、New JerseyのGAF Corporationから市販されているエトキシル化オクチルフェノキシエタノールIGEPAL CA−630
107 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されているポリアミドVERSAMID 140
108 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULS EL−719
109Chikago、IllinoisのStepan Companyから市販されているポリエチレングリコールモノラウレートエステルKESSCO PEG 600
110 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【0289】
【表11】
【0290】
商業用製品631及び633D−450のでんぷん−油でコーティングされた糸; PPGIndustries Incから市販されている1383G−75糸及び690及び695でんぷん−油でコーティングされた糸という比較用試料も同様に評価した。さらに、各々、以下の表1Bの中に記されている同じ水性形成用組成物Xでコーティングされた3つの比較用試料X1,X2及びX3もテストされた。比較用試料X1は、2.5重量パーセントの固形分を有していた。比較用試料X2は、4.9重量パーセントの固形分を有し、25℃で約8時間空気乾燥した。比較用試料X3は4.6重量パーセントの固形分を有していた。
―――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
111 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
112 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている潤滑剤EMERYTM6760
113 Dunbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているポリ(エチレンオキサイド)POLYOX WSR−301
114 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
115 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている水性分散中の窒化ホウ素粒子ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
【0291】
【表12】
【0292】
試料A−F及び比較用試料の糸を、以上で詳述した「エアジェット輸送抗力」試験方法を用いて、強熱減量(LOI)及びエアジェット適合性(空気抵抗)について評価した。
【0293】
各糸試料を、310キロパスカル(平方インチあたり45ポンド)ゲージの空気圧で、直径2ミリメートルの内部エアジェットチャンバ及び長さ20センチメートルのノズル出口管をもつSulzer Rutiの044 455 001型ニードルエアジェットノズルユニット(North Carolina, Spartanburg のSulzer Ruti から市販されている)を通して、分速274メートル(300ヤード)で供給された。糸がエアジェットノズルに入る前の1つの位置で糸と接触した状態で、張力計を位置づけした。張力計は、エアジェットノズル内にそれぞれの糸試料が引き込まれるにつれてエアジェットにより各糸試料上に加えられるグラム力(抗力)の測定値を提供した。これらの値は、下表1Cの中に記されている。
――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
116 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
117 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corpから市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN2000
118 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
119 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
120 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
121 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されているポリアミドVERSAMID 140
122 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
123 Dunbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているポリ(エチレンオキサイド)POLYOX WSR−301
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
【0294】
【表13】
【0295】
上表1Cに示されているように、本発明に従ったPMAX適合性サイズ剤組成物でコーティングされた糸A−Fの各々は、100,000以上のエアジェット輸送抗力値を有していた。一般に上述の重合体マトリックス材料とは適合性のないでんぷん−油でサイジングされた商業用ストランドのみが100,000より大きいエアジェット輸送抗力値を有していた。重合体マトリックス材料適合性コーティングを有していた試料糸Ch1及びDh1は、糸上の高いコーティングレベルすなわち、エアジェットによる糸のフィラメント化又は繊維の分離を阻止した1.5%以上の強熱減量のため、100,000未満のエアジェット輸送抗力値を有していた。
【0296】
積層材強度を評価するため、それぞれ695,試料B及び試料Bvac G−75糸(上述のもの)という試料から、7628形式の布帛(形式パラメータは上述の通り)が形成された。各々の布帛試料の8プライを、EPON1120−A80エポキシ樹脂(Houston, TexasのShell Chemical Companyから市販)、ジシアンジアミド、2−メチルイミダゾール及びDOWANOL PMグリコールエーテル(Midland, Michigan のDow Chemical Co.から市販)のFR−4 樹脂系で積層させて積層材を形成した。
【0297】
各積層材は、IPC−4101の第3.8.2.4項に従ったエッチングによって金属クラッティングが完全に除去された状態で、(本書に参考として特定的に内含されている)ASTM−D−790及びIPC−TM−650;Test Methods Manual of the Institute for Interconnecting and Packaging Electronics(1994年12月)に従ってテストして曲げ強さ(最大破壊応力)について、及び本書に参考として特定的に内含されている ASTM D−2344に従って毎分1.27ミリメートル(0.05インチ)のクロスヘッド速度及び15.9ミリメートル5/8インチ)のスパンを用いて層間せん断強さ(短梁せん断強さ)について評価された。これらの評価の結果は、F表1Dに示されている。
【0298】
【表14】
【0299】
表1Dに示されているように、本発明に従って調製された積層材試料B及びBVBCは、695でんぷん−油コーティングガラス繊維糸で調製された積層材試料と比べた場合、さらに高い曲げ強さ及び弾性率値及び類似した短梁せん断強さを有していた。
【0300】
試料A及びB及び比較用試料1383及びX1は同様に、張力測定装置の間の直線経路から糸を5センチメートル移動させるべく間にとりつけられた約5センチメートル(2インチ)の直径の静止クロムポストをもつ一対の従来の張力測定装置を通して分速274メートル(300ヤード)で試料が引張られるにつれて、各糸試料に対し30グラムの張力を加えることにより、摩擦力についても評価された。グラム単位の力の差は下表1Eに記されている。摩擦力試験は、製織作業中に糸が受ける摩擦力をシミュレートすることを意図されたものである。
【0301】
試料A及びB及び比較用試料1383及びX1は同様に、摩耗試験機を用いて破断したフィラメントについても評価された。摩耗試験装置の中を5分間分速0.46メートル(18インチ)で各々の試験試料を引張りながら、各試験試料に対し200グラムの張力を加えた。各試料及び比較用試料の2回のテストランを評価し、破断フィラメントの数の平均が下表1Eに報告されている。摩耗試験機は、各列が1インチ離れて位置づけされている状態で、平行な2列の鋼製おさ(needs)で構成されていた。各々の試験糸を、第1のおさ列の2本の隣接するおさの間に通し、次に第2のおさ列の2つの隣接するおさの間に通したが、おさ列間で1/2インチの距離だけ移動させた。おさは、毎分に240サイクルの速度で糸の行程の方向に対し平行な方向で4インチの長さにわたり前後に移動させた。
【0302】
【表15】
【0303】
表1Eに示されているように、本発明に従った窒化ホウ素を含有するサイズ剤組成物でコーティングされた試料A及びBは、比較用試料に比較した場合、わずかな破断フィラメント及び低い摩擦力しか示さなかった。
例2
本発明に従った水性形成用サイズ剤組成物 G及びH及び比較用試料Yを上述のものと類似の要領で形成するべく、表2Aに記した量の成分の各々を混合した。合計重量ベースで1重量パーセント未満の酢酸が各組成物の中に内含されていた。
【0304】
例1中の表1Aの水性形成用サイズ剤組成物 E及びFそして表2AのG.H及び比較用試料Yの各々をG−75E−ガラス繊維ストランド上にコーティングした。形成用サイズ剤組成物の各々は6〜25重量パーセントの間の固形分を有していた。
【0305】
【表16】
【0306】
―――――――――――――――――――――――
<欄外>
124 Houston、TexasのShell Chemical Co.から市販されているEPON 826
125 Wayne、New JerseyのISP Chemicalから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
126 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULS EL−719
127 Wayne、New JerseyのGAF Corporationから市販されているエトキシル化オクチルフェノキシエタノールIGEPAL CA−630
128 Chikago、IllinoisのStepan Companyから市販されているポリエチレングリコールモノラウレートエステルKESSCO PEG 600
129 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
130 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
131 Birmingham、New JerseyのSybron Chemicalsから市販されている高密度ポリエチレンエマルジョン PROTOLUBE HD
132 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
133 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている水性分散中の窒化ホウ素粒子ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
―――――――――――――――――――――――――――――
各々のコーティングされたガラス繊維ストランドは従来の加撚装置を用いて、類似の要領で糸を形成するべく加撚されボビン上に巻きつけられた。試料F及びHの糸は、加撚中のサイジングのはじきは最小であり、試料E及びGの糸は加撚中にサイジングを大きくはじいた。
【0307】
試料E−H及び比較用試料Yの糸は、表2Bに示された圧力で2つのボビン試料について空気抵抗値が決定されたという点を除いて、上述の例1と類似の要領で空気抵抗について評価された。各々の糸は、イギリスのSDL International Incから市販されているShirleyNo.84041L型破断フィラメント検出器を用いて、分速200メートルで、糸1200メートルあたりの平均破断フィラメント数について評価された。
【0308】
これらの値は、各糸の4つのボビン上で行なわれた測定の平均を表わしている。破断フィラメント値は、全ボビン、ボビンから繰り出された糸136グラム(3/10ポンド)及び272グラム(6/10ポンド)から取った切片から報告されたものである。
【0309】
ゲートテンション試験のためにも同様に各糸が評価され、その結果は下表2Bに記されている。ゲートテンション方法に従って測定される破断フィラメント数は、200メートル/分でボビンから糸の試料を繰り出し一連の8本の平行なセラミクスピンの中に糸を通し、破断フィラメント数を計数するべく上述のShirley 破断フィラメント検出器に糸を通過させることによって決定される。
【0310】
【表17】
【0311】
表2Bに表わしたテスト結果は、本発明に従った試料E−Hが比較用試料Yよりも一般に高い摩耗耐性をもっていたことを示しているように思われるが、試料E−H中に存在していなかった比較用試料Yのポリエチレン乳剤成分が糸の摩耗特性に影響を与えたことが考えられるために、これらの結果は決定的なものではない。
例3
本発明に従った水性形成用サイズ剤K〜Nを形成するべく、表3Aに記した量の成分の各々を混合した。各水性形成用サイズ剤組成物は、上述のものと同じ要領で調製した。合計重量べースで1重量パーセント未満の酢酸が各組成物の中に内含されていた。
【0312】
表3Aの水性形成用サイズ剤の各々は、2G−18 E−ガラス繊維ストランド上にコーティングされた。形成用サイズ剤の各々は、10重量パーセントの固形分を有していた。
【0313】
【表18】
【0314】
――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
134 固形分65パーセント、アニオン粒子電荷を有し、粒子寸法約2マイクロメートル、pH7.5、25℃での粘度400センチポイズ(Brookfield LVF)である熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性エマルジョン
135 固形分含有量62パーセント、pH約10、平均粒子寸法範囲約0.8〜2.5マイクロメートルの熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性分散
136 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている水性分散中の窒化ホウ素粒子ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
―――――――――――――――――――――――――――――
上述のコーティングされたガラス繊維試料の各々及び比較用試料Zの複合材試料を、7MPa(975′psi)で48秒間270℃で押出し成形して、254×254×3.175ミリメートル(10×10×0.125インチ)の円板試料を生成した。各試験片を、ASTM法D−638Mに従った引張強さ、引張伸び及び引張弾性率;ASTM法D−790に従った曲げ強さ及び曲げ弾性率;及び以下で規定するガラス繊維分におけるASTM法 D−256に従ったノッチ付き及びノッチ無しアイゾット衝撃強さについて評価した。
【0315】
表3Bは、従来のナイロン6.6マトリックス樹脂を用いて形成された複合材に対して行なわれた試験の結果を提示している。
【0316】
【表19】
【0317】
表3Bで示されているように、本発明に従った窒化ホウ素粒子(試料K−N)でコーティングされたガラス繊維ストランドは、ナイロン6.6強化材中に窒化ホウ素を含有していなかった類似の成分をもつ比較用試料に比較した場合、改善された引張強さ及びノッチ付きアイゾット衝撃特性及び類似の引張伸び及び弾性率、曲げ強さ及び弾性率そしてノッチ無しアイゾット衝撃特性を示す。類似の条件で、ナイロン6樹脂を用いて評価した場合、引張強さ及びノッチ付きアイゾット衝撃特性における改善は見られなかった。
例4
本発明に従った水性形成用サイズ剤P〜Sを形成するべく、表4Aに記した量の成分の各々を混合した。各水性形成用サイズ剤は、上述のものと同じ要領で調製した。合計重量ベースで1重量パーセント未満の酢酸が各組成物の中に内含されていた。
【0318】
表4Aの水性形成用サイズ剤の各々は、G−31 E−ガラス繊維ストランド上にコーティングされた。形成用サイズ剤の各々は、10重量パーセントの固形分を有していた。
【0319】
【表20】
【0320】
――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
137 固形分65パーセント、アニオン粒子電荷を有し、粒子寸法約2マイクロメートル、pH7.5、25℃での粘度400センチポイズ(Brookfield LVF)の熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性エマルジョン
138 固形分含有量62パーセント、pH約10、平均粒子寸法範囲約0.8〜2.5マイクロメートルの熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性分散
139 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT 160
――――――――――――――――――――――――――
【0321】
【表21】
【0322】
上述のコーティングされたガラス繊維試料の各々及び上記表3Aの比較用試料Zの複合材試料を、上述の例3で記述した条件下で押出し成形して、400×400×2.5ミリメートル(16×16×0.100インチ)の円板材料を生成した。各試験片を、以下で規定するガラス繊維分で以上の例3で論述した通りに引張強さ、引張伸び及び引張弾性率、ノッチ付き及びノッチ無しアイゾット衝撃強さについて評価した。
【0323】
D25−PC2A型Hunter比色計を用いて、厚み3.175ミリメートル(1/8インチ)、直径76.2ミリメートル(3インチ)の複合材について変色試験を行なった。材料管理特性を評価するため、漏斗フロー試験をチョップトグラスファイバの試料について行なった。漏斗は、長さ18インチで、上面に直径17インチの開口部、底面に2インチの開口部を有していた。漏斗に振動を与え、20ポンドの試料材料が漏斗内を流れる時間を記録した。PD−104試験は、チョップトグラスファイバ試料のフィラメント化に対する強度を評価する。4リットル入りステンレス鋼ビーカー内に、60グラムの試料、140グラムの研磨材(Hammon Products Company から市販されている粉砕クルミ殻粒子No. 6/10)及び従来の発泡タイプの静電防止ドライヤシートを封入し、Red Devil5400E3型塗料振とう機を用いて6分間振動させた。振動させた材料を、No.5及びNo.6の米国規格の試験用ふるいを用いて選別した。スクリーン上に収集された毛羽材料の重量パーセントは、以下で報告されている。
【0324】
表4Bは、ナイロン6.6マトリックス樹脂を用いた比較用試料Zと試料P−Sを用いて形成された複合材について行なわれた試験の結果を表わしている。
―――――――――――――――――――――――――
<欄外>
140 Norwalk、ConnecticutのR.T. Vanderbilt Company, Inc.から市販されているタルク粉末粒子 VANTALC 2003
―――――――――――――――――――――――
【0325】
【表22】
【0326】
表4Bで示されているように、本発明に従った窒化ホウ素粒子(試料P−S)でコーティングされたガラス繊維ストランドは、ナイロン6.6強化材中に窒化ホウ素を含有していなかった類似の成分をもつ比較用試料Zに比較した場合、改善された白色度及び黄色度及類似の引張強さ、伸び及び弾性率、曲げ強さ及び弾性率、そしてノッチ付き及びノッチ無しアイゾット衝撃特性を示す。
例5
本発明に従った水性形成用サイズ剤T及びCCを形成するべく、表5に記した量の成分の各々を混合した。各水性形成用サイズ剤組成物は、上述のものと同じ要領で調製した。合計重量ベースで約1重量パーセント未満の酢酸が各組成物の中に内含されていた。表5Aは、ナイロン6.6マトリックス樹脂を用いた(例3の表3Aに論述されており、又以下でも反復されている)比較用試料Z及び試料T,Uを用いて形成された複合材について行なわれた白色度及び黄色度試験の結果を表わす。
【0327】
D25−PC2A型Hunter比色計を用いて厚み3.175ミリメートル(1/8インチ),直径76.2ミリメートル(3インチ)をもつ複合材について変色試験を行なった。
【0328】
【表23】
【0329】
表5に示されているように、本発明に従った窒化ホウ素粒子を含有するサイズ剤組成物で各々コーティングされた試料T及びUは、窒化ホウ素を内含していなかった類似の処方の比較用試料Zよりも低いナイロン6.6中の白色度指数を有していた。
―――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
141 固形分65パーセント、アニオン粒子電荷を有し、粒子寸法約2マイクロメートル、pH7.5、25℃での粘度400センチポイズ(Brookfield LVF)の熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性エマルジョン
142 固形分含有量62パーセント、pH約10、平均粒子寸法範囲約0.8〜2.5マイクロメートルの熱可塑性プラスチックベースのポリウレタン水性分散
143 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている水性分散中の窒化ホウ素粒子ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
例6
PPG Industries, Incから市販されているADFLO−CTMチョップトグラスファイバニードルマット5層を積重ねて、1平方メートルあたり4614グラム(平方フィートあたり約15オンス)の表面重量をもつマットを形成した。各試料の厚みは25ミリメートル(約1インチ)であった。このマットの8平方インチの試料4枚を、649℃(約1200°F)の温度まで加熱して、試料からサイズ剤成分を基本的に全て除去した。
【0330】
比較用試料として2枚の未コーティング試料を使用した。その他の2枚の試料(「試料X」)を、1150ミリリットルのORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 1150ミリリットル(水性分散中の25重量パーセントの窒化ホウ素粒子)及び5重量パーセントのA−187ガンマ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン150ミリリットルから成る水性コーティング組成物の浴中に浸漬し、飽和させた。水性コーティング組成物の合計固形分は18.5重量パーセントであった。各マット試料に塗布帛された窒化ホウ素粒子の量は120グラムであった。コーティングされたマット試料を、25℃の温度で空気中で一晩乾燥し、3時間150℃でオーブン内で加熱した。
【0331】
各試料セットを、本書に参考として特定的に内含されているASTM方法C−177に従って300K(約70°F)の温度で空気中の熱伝導率及び耐熱度について評価した。各試料についての熱伝導率及び耐熱度の値は、下表6に記されている。
【0332】
【表24】
【0333】
表6を参照すると、本発明に従った窒化ホウ素粒子でコーティングされた試験試料の300Kの温度における熱伝導率は、窒化ホウ素粒子でコーティングされていなかった比較用試料の熱伝導率よりも大きいものであった。
例7
フィラメント巻円筒形複合材を、上述の例2のサイズ剤GがコーティングされたG−75糸及びPPG Industries Inc から市販されている1062ガラス繊維の試料から調製した。円筒は、糸供給源から糸の8つの端部を引抜くこと、以下に記したマトリックス材料で糸をコーティングすること、そして従来のフィラメント巻取り装置を用いて円筒形状に糸をフィラメント巻きすることによって調製された。円筒形の各々は、高さが12.7センチメートル(5インチ)であり、14.6センチメートル(5.75インチ)の内径及び0.635センチメートル(0.25インチ)の壁厚を有していた。
【0334】
マトリックス材料は、100部分のEPON880エポキシ樹脂(Shell Chemicalから市販されている)、80部分のAC−220Jメチルテトラヒドロ無水フタル酸(Newark, New JerseyのAnhydrides and Chemicals Inc. から市販されている)及び1部分のARALDITETM DY062ベンジルジメチルアミン促進剤(Ciba−Geigyから市販されている)の混合物であった。フィラメント巻円筒を100℃で2時間硬化させ、次に150℃で3時間硬化させた。
【0335】
空気中の各試験試料の半径方向熱拡散率(熱伝導率/(熱容量×密度))は、6.4JKのフラッシュランプに試料の円筒形壁の片側を露呈させ秒あたり最高2000フレームの速度でCCDアレイ赤外線カメラを用いて壁の反対側の温度変化を検知することによって決定された。熱拡散率は同様に、糸の長さ(円周方向)に沿って及び円筒の長さ又は高さ(軸方向)に沿っても決定された。試験結果は、下表7に記されている。
【0336】
【表25】
【0337】
表7を参照すると、(少量の窒化ホウ素でコーティングされた)試験試料についての熱拡散率の値は、窒化ホウ素でコーティングされなかった比較用試料のものより低いものであった。フィラメント巻円筒及び試験対象の小さい試料部域の中の空隙が、これらの結果に影響を及ぼした可能性のある要因である。
例8
積層材のZ方向におけるすなわちその厚みを横断した熱膨張率(「Z−CTE」)を、BVBCでコーティングされた糸(例1で論述したもの)及び695でんぷん−油コーティングした糸(例1で論述したもの)(対照)を各々8層含む積層試料について評価した。積層材は、本書に参考として特定的に内含されているIPC試験方法2.4.41に従って銅で被覆された上述の例1で論述したFR−4エポキシ樹脂を用いて調製された。Z方向での熱膨張率を、IPC試験方法2.4.41に従って288℃で各積層材試料について評価した。評価結果は、下表8に示されている。
【0338】
【表26】
【0339】
表8に示されているように、本発明に従った積層材試料A1−A3について。積層材のZ方向の熱膨張率は、695でんぷん−油コーティング糸から調製された対照試料1及び2のものよりも低いものであった。
例9
表9Aに記された量の成分各々を混合して、本発明に従った水性一次サイズ剤組成物AA,BB及びCCを形成した。上述のものと類似の形で、各々の水性一次サイズ剤組成物を調製した。各組成物の中には、合計重量ベースで1重量パーセント未満の酢酸が内含されていた。表9Aの水性サイズ剤組成物の各々は、G−75E−ガラス繊維ストランドを形成するべく繊維上にコーティングされた。
【0340】
コーティングされたガラス繊維ストランドの各々を乾燥させ、従来の加撚装置を用いた類似の要領で加撚して糸を形成し、ボビン上に巻きつけた。サイズ剤組成物でコーティングされた糸は、加撚中サイズ剤のはじきは最小であった。
【0341】
【表27】
【0342】
――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
144 Wayne、New JerseyのISP Chemicalから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
145 Maywood、New JerseyのStepan Companyから市販されているSTEPANTEX 653
146 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
147 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
148 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
149 エトキシル化アルキルフェノール MACOL OP−10;この材料は、OP−10 SPが触媒を除くための後処理を受けている点を除いてMACOL OP−10 SPと類似のものである。MACOL OP−10 Sはもはや市販されていない。
150 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されているソルビトールエステルの酸化エチレン誘導体TMAZ−81
151 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されている消泡剤MAZU DF−136
152 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている1.0ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM HP−1055
153 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている0.55ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM OP−96
154 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
155 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
――――――――――――――――――――――――――――
サイズ剤組成物(AA,BB及びCC)の各々でサイジングされた糸を、5200型Sulzer Ruti エアジェット織機を用いて7628形式の布帛を製織する上でのよこ糸として使用した。たて糸は異なる樹脂適合性サイズ剤組成物156でコーティングされた繊維との加撚G−75E−ガラス繊維ストランドであった。布帛は、その後140℃のTgをもつFR−4エポキシ樹脂(Nelco International Corporation of Araheim, Californiaにより4000−2樹脂と呼ばれているもの)でプレプレグ化される。プレプレグ化の前にサイズ剤組成物を布帛から除去することは行われなかった。積層材は、1オンスの銅の2層の間にプレプレグ化された材料を8プライ積重ねて、それらを合わせて150分間(合計サイクル時間)、平方インチあたり300ポンドの圧力(約2.1メガパスカル)、355°F(約179℃)の温度で積層させることによって作られた。銅無しの積層材の厚みは、0.043インチ(約0.11センチメートル)〜0.050インチ(約0.13センチメートル)の範囲内にあった。
【0343】
形成後、以下の表9B中に示した通り、積層材(それらが作られている繊維ストランドに応じてAA,BB及びCCと呼ばれるもの)を試験した。試験中、積層材BBは、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされたガラス繊維糸から作られた第1の積層材(以下積層材試料AA1と呼ぶ)と同時に試験された。その後、積層材CCが、サイズ剤組成物試料CCでコーティングされたガラス繊維糸で作られた第2の積層材(以下積層材試料AA2と呼ぶ)と同時に試験された。
【0344】
【表28】
【0345】
―――――――――――――――――――――――――
<欄外>
156 たて糸は、PPG Industries, Inc.製の1383結合剤でコーティングされたG−75ガラス繊維糸として指定されているPPG Industries, Inc.から市販されているガラス繊維製品であった。
157 IPC−TM−650「周囲温度での積層材の曲げ強さ」、12/94、改定Bによる
158 同書
――――――――――――――――――――――――――――
はんだフロート試験は、ふくれ又は離層が見られるまで、550°F(約288℃)で共融鉛−スズはんだ浴の中に4インチ×4インチ平方(10.16センチメートル×10.16センチメートル)の銅張り積層材をフロートさせることによって行なわれた。次に最初のふくれ又は離層までの時間を、秒単位で記録した。
【0346】
はんだディップ試験は、積層材の試料を切断すること、エッチングにより試料から銅を除去すること、研磨により試料の切断された縁部を平滑化すること及び60分間平方インチあたり15ポンド(約0.1メガパスカル)で250°F(約121℃)で圧力なべの中に試料を入れることによって行なわれた。この試験は、以下の表に言及されている圧力鍋試験である。60分の露呈の後、圧力なべから試料を除去し、乾燥状態で軽くたたき、ふくれ又は離層がみられるまで550°F(約288℃)で共融鉛−スズはんだ浴の中に浸漬させた。次に、最初のふくれ又は離層までの時間を秒単位で記録した。
【0347】
曲げ試験は、指示されたIPC規格に従って行なわれた。
【0348】
それぞれサイズ剤組成物AA,BB及びCCでサイジングされた繊維ストランドを用いて作られた積層材AA,BB及びCCは、プリント回路板用の電子基板として使用するのに許容できる特性(表9Bに示されている)を有していた。
【0349】
以下の試験が同様に、試料AA,BB及びCCについて実施され、表9Cに記されている。
【0350】
【表29】
【0351】
例10
表10に記された量の成分の各々を混合して、本発明に従った水性サイズ剤組成物試料DD,EE及びFFを形成した。合計重量ベースで0.5重量パーセント未満の酢酸を各組成物中に内含させた。
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<欄外>
159 IPC−TM−650、No.2.6.2.1、「水分吸収、金属張りプラスチック積層材」、5/86、改定Aによる
160 IPC−TM−650、No.2.3.4.3、「コアー材料の塩化メチレンに対する化学耐性」、5/86による
161 IPC−TM−650、No.2.4.8、「剥離強度;受領した状態、熱応力後、プロセス化学薬品後」、1/86、改定Bによる
162 IPC−TM−650、No.2.4.40、「多層プリント回路板の内部層接着強度」10/87
―――――――――――――――――――――――――――――――――
【0352】
【表30】
【0353】
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<欄外>
163 Wayne、New JerseyのISP Chemicalsから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
164 Chikago、IllinoisのStepan Companyから市販されているパルミチン酸セチルSTEPANTEX 653
165 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているソルビトールエステルの酸化エチレン誘導体TMAZ−81
166 エトキシル化アルキルフェノール MACOL OP−10;この材料は、OP−10 SPが触媒を除くための後処理を受けている点を除いてMACOL OP−10 SPと類似のものである。MACOL OP−10 はもはや市販されていない。
167 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
168 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
169 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
170 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
171 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている、水中約25重量パーセントの窒化ホウ素分散である窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
172 Parsipanny、New JerseyのBASF Companyから市販されている消泡剤MAZU DF−136
173 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている0.55ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM HP−96
174 Danbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているエポキシド化アマニ油FLEXOL LOE
175 Danbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているエポキシド化大豆油FLEXOL EPO
――――――――――――――――――――――――――――――――
【0354】
【表31】
【0355】
表10の水性サイズ剤組成物の各々を用いて、G−75、E−ガラス繊維ストランドを形成するガラス繊維をコーティングした。コーティングされた各々のガラス繊維ストランドを、従来の加撚装置を用いた類似の要領で、加撚して糸を形成しボビン上に巻きつけた。
【0356】
試料DDに類似しているがエポキシド化されたアマニ油を含まないサイズ剤組成物でコーティングされた糸(以下「比較用試料1」と呼ぶ)とコーティング済み糸を比較することによって、試料DDの糸を評価した。この比較には、エアジェット織機上で製織された7628形式の布帛の外観を目視することが含まれている。織布帛は、よこ糸として試料DDを、又、たて糸として異なる樹脂適合性サイズ剤組成物176でコーティングされた繊維との加撚G−75 E−ガラス繊維ストランドを使用した。試料DDでコーティングされた糸で製織した布帛は、比較用試料1でコーティングされた糸で製織した布帛と比べて、布帛上の毛羽が少なく、織機上の接点、特に糸アキュムレータにおいて収集される毛羽が少ないことが観察された。当初織機上で観察された毛羽の量が多いことから、試料EE又はFFでコーティングされた繊維を内含する糸を用いて布帛が製織されることはなかった。この条件は、余剰の毛羽形成を防ぐために必要とされるよりもLOIレベルが低いことの結果であったと考えられている。本発明においては、製織中の毛羽形成を低減させるために、上述のサイズ剤組成物について少なくとも0.40のLOIが必要とされるということが予想されている。
――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
176 たて糸は、PPG Industries, Inc.製の1383結合剤でコーティングされたG−75ガラス繊維糸と呼ばれているPPG Industries, Inc.から市販されているガラス繊維糸製品であった。
――――――――――――――――――――――――――――
例11
試料AA,BB及びCCの糸及び比較用試料2177(でんぷん/油サイズ剤でコーティングされた糸)を、強熱減量(LOI),エアジェット適合性(空気抵抗)及び摩擦力といったようないくつかの物理的特性について評価した。結果は表11に示されている。
【0357】
各試料の強熱減量(形成用サイズ剤組成物の固形分重量パーセントをガラス及び乾燥した形成用サイズ剤の合計重量で除したもの)は表11に記されている。
【0358】
各糸は、糸に張力を加えたチェックライン張力計及びRutiの直径2ミリメートルのエアノズルを通して138kPa(平方インチあたり20ポンド)の気圧で毎分あたり274メートル(300ヤード)の制御された供給速度で糸を供給することによって、空気抵抗又は張力について評価された。
【0359】
試料及び比較用試料2は同じく、糸をその張力測定装置間の直線経路から5センチメートル移動させるべくその間に取付けられた直径5センチメートル(約2インチ)の静止クロムポストを有する一対の従来の張力測定装置を通して、一分あたり274メートル(300ヤード)の速度で試料が引張られるにつれて、各糸試料に対して20グラムの張力を加えることによって、摩擦力についても評価された。グラム単位の力の差は、下表11に記されている。摩擦力試験は、製織作業中糸が付される摩擦力をシミュレートすることを意図したものである。
【0360】
試験中、試料BB及び比較用試料2は、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされた第1の数量のガラス繊維糸(以下試料AA3と呼ぶ)と同時に試験され、試料CCは、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされた第2の数量のガラス繊維糸(以下試料AA4と呼ぶ)と同時に試験された。試料AA3,AA4及びBBは、固形分が2.8重量パーセントであった。試料CCは、固形分が3.1重量パーセントであった。比較用試料2は、固形分が5.9重量パーセントであった。
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<欄外>
177 たて糸は、PPG Industries, Inc.製の695でんぷん/油結合剤でコーティングされたG−75ガラス繊維糸と呼ばれているPPG Industries, Inc.から市販されているガラス繊維糸製品であった。
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【0361】
【表32】
【0362】
表11から、サイズ剤試料AA,BB及びCCが比較用試料2(でんぷん/油結合剤)のものに匹敵する空気抵抗をもつことがわかる。さらに、試料AA、BB及びCC中のより低い摩擦力は、その糸が、比較用試料2に比べた場合、製織中に織機からより容易に除去されるということを示している。
例12
試料AA,BB及びCC及び比較用試料2の糸は、空気抵抗値が表12に示された圧力でボビン試料について決定されたという点を除いて、上述の例11と類似の要領で、空気抵抗について評価された。
【0363】
各糸は同様に、SDL International Inc of England から市販されているShirley84.041L型破断フィラメント検出器を用いて毎分200メートルで1200メートルの糸あたりの平均破断フィラメント数についても評価された(表12に試験1として示されている)。破断フィラメント値は、全ボビン、227グラム(0.5ポンド)除去後の同じボビン及び4540グラム(10ポンド)の糸を除去した後の同じボビンから取った切片から報告されている。各糸はさらに、増大するレベルの張力及び摩耗での破断フィラメント数について評価された(表12中に試験2として示されている)。試験2においては、糸の試料が200メートル/分でボビンから繰り出され、均質張力制御装置(ゲート張力付与装置と呼ばれることもある)上の一連の8本のセラミクスピンの中に蛇行して通され、破断フィラメント数を計数するべく(上述の)Shirley 破断フィラメント検出器の中を通過させられた。張力付与装置上のピンの間隔は、糸の中にさまざまなレベルの張力を提供するべく異なるダイアル設定値を用いて変動させられた。この特定の試験では、South CarolinaのSteel Heddle Co.から市販されているUTC−2003型の張力付与装置が使用された。破断フィラメントは、糸1メートルあたりの破断フィラメント数で報告された。
【0364】
試料AA,BB及びCC及び比較用試料2についてのこれらの試験の結果は、下表12に記されている。例11において上述したものと類似の要領で、試料BB及び比較用試料2を、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされた第1の数量のガラス繊維糸(以下試料AA5と呼ぶ)と同時に試験し、その後、試料CCを、サイズ剤組成物試料AAでコーティングされた第2の数量のガラス繊維糸(以下試料AA6と呼ぶ)と同時に試験した。
【0365】
【表33】
【0366】
表5を見ればわかるように、サイズ剤試料AA,BB及びCCは、比較用試料2(でんぷん/油結合剤)のものに匹敵する空気抵抗をもつ。
例13
異なるサイズ剤組成物をもつ糸を伴う布帛を内含するプレプレグから作られた電気グレードの積層材を、その穴明け特性、そしてより特定的には(i)積層材を通して穴を明けるのに用いられトリルのドリルチップ摩耗及び(ii)積層材を通って明けられた穴の場所精度を評価する目的で試験した。対照GG及び試料HHは、先に論述したような7628形式の布帛を内含する積層材であった。対照GG内の布帛は、Clark Schwekelから市販され7628−718として識別される、熱清浄されシラン表面処理された布帛であった。試料HH中の布帛は、本書にて教示され表13Aに示された樹脂適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維を含むよこ糸から製織された。布帛にはたて糸として試料HHも含まれていたと考えられている。ただし、たて糸は、PPG Industries Inc の1383の市販のFG糸製品でもあり得たと考えられる。試料HHに製織されたガラス繊維は、0.35パーセントという強熱減量を有していた。
【0367】
【表34】
【0368】
――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
178 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
179 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corp.から市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN 2000
180 Wayne、New JerseyのISP Chemicalsから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
181 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
182 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
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【0369】
【表35】
【0370】
プレプレグは、塗装ブラシを用いて布帛に対し標準FR−4エポキシ樹脂(Shell Chemical Co.から入手可能なEPON 1120−A80樹脂)を塗布帛することが関与する平積み手順によって調製された。樹脂飽和布帛は直ちに「乾燥され」、170℃(約340°F)で124秒の所望ゲル時間が達成されるまで、163℃(約325°F)で3〜3.25分間、ベント式熱風炉内でB−段階にされた。プレプレグは46cm×46cm(18インチ×18インチ)の切片までトリミングされ、樹脂含有量を決定するべく秤量された。その後の積層手順においては、44パーセント±2パーセントの樹脂含有量をもつプレプレグのみが使用された。
【0371】
プレプレグは8層まで積重ねられ、70分間177℃(350°F)及び345ニュートン/(cm2(500psi)でWabashプレス内で成形された。全ての積層材は、銅箔層無く成形された。積層材は、さまざまなレベルの空気取込みを示した。真空の欠如がこの条件の補助し、積層中の温度上昇がこの条件に寄与したと考えられている。
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<欄外>
183 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
184 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されているポリアミドVERSAMID 140
185 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
186 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT 160
187 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されているORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
――――――――――――――――――――――――――――――――――
工具摩耗分析
ドリルチップの摩耗を評価するため、第1の一連の試験が実施された。チップの摩耗は、以下の式を用いて計算された「ドリルチップ摩耗百分率」の形で表現された:
ドリルチップ摩耗百分率=100×(Pi−Pf)/Pi
なお式中、Pi=一次切刃の初期幅であり
Pf=割当てられた穴が明けられた後の一次切刃の幅である。
【0372】
図11を参照すると、ドリル1174の一次切刃1172の幅1170は、ドリルチップの周縁部で測定された。
【0373】
穴明けは、単一ヘッドの穴明け機を用いて行なわれた。穴明けは、0.203mm(0.008インチ)の厚みのアルミニウムの入口及び1.88mm(0.074インチ)の厚みのペーパーコアフェノールコーティングのバックアップを伴う積層材の3層スタック上で行なわれた。一度に3枚の積層材を穴明けするのが、業界では標準的な実践法である。ドリルチップの摩耗百分率は、0.35mm(0.0138インチ)及び0.46mm(0.018インチ)の2つのドリル直径について測定された。両方のドリル共、Gardenia California のTulon Co. から入手できるシリーズ508のタングステンカーバイドドリルであった。穴明け中の切込み負荷は、各工具について0.001にて一定に保たれた。本書で使用される「切込み負荷」という語は、分あたり回転数(rpm)で測定されたスピンドル速度に対する分あたりインチ単位で測定されたドリル挿入速度の比率を意味する。0.35mmのドリルについては、スピンドル速度は100.000rpmで、挿入速度は分速100インチ(254cm)であった。0.46mmのドリルについては、スピンドル速度は80,000rpmであり、挿入速度は分速80インチ(203cm)であった。毎分2.54m(1000インチ)の収縮速度及び1.65mm(0.065インチ)の上部ドリルヘッド限界が両方の工具直径について一定に保たれた。本書で使用されているような「ドリルへッド限界」というのは、積層材の上部表面より上でドリルチップが引き出される距離を意味する。
【0374】
ドリルチップ摩耗百分率は、0.635cm×10.16cm(0.25インチ×4インチ)のブロックの中に明けられた391個の穴(区分1280)とそれに続く10×10穴パターンの100個の穴(区分1282)とそれに続く3×3穴パターンの9個の穴(区分1284)を内含する、図12に示された500穴の穴明けパターンに基づいて決定された。各区分内の穴は、平方センチメートルあたり62穴の穴密度(平方インチあたり400穴)で穴明けされた。パターンは合計2000穴となるようさらに3回くり返された。試験1及び2のための穴明けは、Uniline 2000単一ヘッド穴明け機を用いて行なわれ、試験3のための穴明けは、CNC−7の単一ヘッド穴明け機を用いて行なわれた。両方の機械共、Esterline Technologies, Rellevue Washington から入手可能である。
【0375】
表13Bは、上述のパターンで2000穴を明けた後の0.35及び0.46mm直径のドリルについての対照GG及び試料HHに関するドリルチップの摩耗百分率を示す。各試験は、新しいドリルビットで開始された。
【0376】
【表36】
【0377】
表13Bを見ればわかるように、積層材マトリックス樹脂と適合性ある本書に教示されたとおりのサイズ剤でコーティングされたガラス繊維フィラメントを内含する試験1及び2中の試料HHは、シラン含有表面処理用サイズ剤でコーティングされる前に熱清浄されなくてはならなかったガラス繊維フィラメントを内含する対照GGに比べて著しく低い2000穴後のドリルチップ摩耗百分率を示した。試験3は、ドリルチップ摩耗百分率の改善をかろうじて示していたにすぎないが、これは、この試験で使用されたCNC−7穴明け機が、試験1及び2のために使用されたUniline 2000穴明け機に比べて古くかつ穴明け中に提供される制御が低いという事実に起因するものと考えられている。
【0378】
場所精度
積層材の穴明け性能を査定するのに使用される一般的な測定基準は、穴の場所精度である。この試験は、穴の意図された場所からの実際のその場所の距離的偏差を測定する。この測定は、ドリルが積層材スタックから出た3積層材スタックの最下部の積層材の低い方の表面上で行なわれるが、これは、この穴の場所が、意図された又は「真の」穴の場所から最大の食い違いをもつことになると予想されているからである。この差は、「偏向距離」すなわち、積層材の表面上のドリル穴の実際の真の中心から、その穴の意図された真の中心までの距離の形で査定される。偏向距離は、上述の500穴シーケンスが4回反復された後すなわち、合計2000穴を各工具が穴明けした後で測定された。偏向距離は、最後に明けられた100穴パターンすなわち最後に穴明けされた区分582について測定された。穴は、上述のタイプのTulon Coからの0.46mm(0.018インチ)直径のシリーズ508のドリルを用いて明けられた。工具摩耗試験で使用されたように、ドリルのスピンドル速度は80000rpmsであり、挿入速度は、0.001の切込み負荷について分速80インチであった。試験は、各々の対照のGG及び試料HHについて8回反復され、各試験は新しいドリルで開始した。
【0379】
表13Cは、2000穴の穴明け後の対照GG及び試料HHについての場所精度試験の結果を示す。
【0380】
【表37】
【0381】
ここでわかるように、試料HHは、対照GGよりも低い偏向距離を示し、このことは、多数の穴及び回路を内含する電子基板として積層材が使用される場合に特に有意である。
【0382】
これは、上述の表13Bに示されているドリルチップ摩耗百分率のデータと一貫している。より特定的に言うと、より低いドリルチップ摩耗百分率を示す積層材は、ドリルチップがより長い穴明けの間鋭い状態を保つと考えられることから、より少ない偏向距離を示すことにもなる、ということが予想されるだろう。
例14
例14では、付加的なドリル工具摩耗百分率試験が行なわれた。先に論述し7628形式の布帛を内含する試料AA,BB及びKK及び電気グレードの積層材対照JJが、ドリル工具摩耗百分率についてテストされた。対照JJ中の布帛は、Clark−Schwbel,Inc 製の7628−718布帛であった。試料AA,BB及びKK中の布帛は、それぞれ以下の表14A及び例9の表9Aで教示された通りの樹脂適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維を含むよこ糸、及び異なるPMAX適合性コーティング組成物でコーティングされたガラス繊維をもつたて糸188で製織された。
――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
188 たて糸は、PPG Industries, Inc.製の1383結合剤でコーティングされたG−75ガラス繊維糸と呼ばれているPPG Industries, Inc.から市販されているガラス繊維糸製品であった。
―――――――――――――――――――――――――――
【0383】
【表38】
【0384】
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
189 Wayne、New JerseyのISP Chemicalsから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
190 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
191 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
192 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
193 Greenwich,ConnecticutのCK Witco Corporationから市販されている消泡材料SAG 10
194 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
195 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末POLARTHERMTM PT160
196 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
197 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corp.から市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN 2000
198 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
199 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULSEL−719
200 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているアルコキシル化ノニルフェノールICONOL NP−6
―――――――――――――――――――――――――――――――――
布帛はその後、140℃のTgをもつFR−4エポキシ樹脂(Anaheim CaliforniaのNelco International Corporation による、4000−2樹脂と呼ばれているもの)を用いて、プレプレグの形に形成される。サイズ剤組成物は、プレプレグ化に先立ち布帛から除去されなかった。積層材は、1オンスの銅の4層とプレプレグ材料の8プライマを(以下で示すように)積重ね、150分間(合計サイクル時間)1平方インチあたり300ポンド(約2.1メガパスカル)の圧力、355°F(約179℃)の温度でそれらを合わせて積層することによって作られた。銅を伴う積層材の厚みは、0.052インチ(約0.132cm)から0.065インチ(約0.165cm)の範囲であった。積層材を形成するにあたっては、以下の配置で銅層と共に8個のプレプレグを積重ねた:
1oz/ft2の光沢ある銅層 1層
プレプレグ層 3層
1oz/ft2のRTF(逆処理された箔)銅層 1層
プレプレグ層 2層
1oz/ft2のRTF銅層 1層
プレプレグ層 3層
1oz/ft2の光沢ある銅層 1層
表面処理された積層材は、40.6cm×50.8cm(16インチ×20インチ)までトリミングされた。
【0385】
穴明けは、Uniline 2000の単一ヘッドの穴明け機を用いて行なわれた。穴明けは、0.010インチ(0.254mm)の厚みのアルミニウムの入口及び0.1インチ(2.54mm)の厚みのアルミニウム張りパーティクルボードバックアップを伴う積層材の3層スタック(上述のとおり)上で行なわれた。ドリル工具の磨耗百分率は、Tulon Co., Gardenia, California から入手可能な0.34mm(0.0135インチ)の工具直径のシリーズ80タングステンカーバイドドリルについて決定された。穴明け中の切込み負荷は、95000rpm のスピンドル速度、分速95インチ(241cm)の挿入速度で0.001で一定に保たれた。ドリル収縮速度は分速90インチ(2.29m)であり、上部ドリルヘッド限界は0.059インチ(1.5mm)であった。
【0386】
ドリルチップ磨耗百分率は、1500及び2500穴の穴明けパターンに基づいて検査された。各区分内の穴は、平方センチメートルあたり28穴(平方インチあたり約178穴)で穴明けした。
【0387】
表14Bは、1500穴及び2500穴を穴明けした後、対照JJ及び試料AA,BB及びKKのドリルチップ磨耗百分率を示す。各々の穴セットは、新しいドリルビットで開示され、各々の積層材スタックは10個の1500穴グループ及び10個の2500穴グループを有していた。各布帛タイプの積層材の3つのスタックは、30回の穴明けについてのドリルチップ磨耗百分率が各試料について測定されるように、穴明けされた。
【0388】
【表39】
【0389】
表14を見るとわかるように、積層材マトリックス樹脂と適合性ある本書で教示されているとおりのサイズ剤でコーティングされたガラス繊維フィラメントを内含する試料AA,BB及びKKは、シラン含有表面処理用サイズ剤でコーティングされる前に熱清浄されなくてはならなかったガラス繊維フィラメントを含む対照JJに比べてはるかに低い摩耗を1500穴の後に示した。2500穴の後、試料AA,BB及びKKについてのドリル工具磨耗百分率の量は、なおも対照JJについて少ないものであったが、さほど目立つものではなかった。このことは、工具の摩耗の大部分が、1つのグループの中の最後に穴明けされた穴よりもむしろ早期に明けられた穴の間で発生することになることから、予想すべきことである。
【0390】
以上のことに基づくと、本発明を制限する意味はないものの、本書で教示されているような重合体マトリックス適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維布帛で作られたプレプレグが、直径0.46mm(約0.018インチ)のタングステンカーバイドドリルで平方インチあたり400穴の穴密度そして0.001の切込み負荷で、各々8個のプレプレグを内含する積層材3個のスタックを通して2000個の穴をあけた後に決定された場合に、32パーセント以下、より好ましくは30パーセント以下そして最も好ましくは25パーセント以下の穴明けチップ磨耗百分率を有することが好ましい。
【0391】
さらに、以上のことに基づく、本発明を制限する意味はないものの、本書で教示されているような重合体マトリックス適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維布帛で作られたプレプレグが、直径0.46mm(約0.018インチ)のタングステンカーバイドドリルで平方インチあたり400穴の穴密度そして0.001の切込み負荷で、各々8個のプレプレグを内含する積層材3個のスタックを通して2000個の穴をあけた後に決定された場合に、32マイクロメートル以下、より好ましくは33マイクロメートル以下そして最も好ましくは31マイクロメートル以下の偏向距離を有することが好ましい。
【0392】
いずれかの特定の理論によって束縛されようとするわけではないが、本書に開示されているガラス繊維コーティング組成物中の固体潤滑剤の存在、そして1つの特定の実施形態においては窒化ホウ素の存在は、本発明の積層材の穴明け特性の改善に貢献している。より特定的に言うと、固体潤滑剤は、ドリル摩耗の減少及びドリル穴の場所精度の改善に貢献する。
【0393】
本書で教示されている通りの樹脂適合性サイズ剤でコーティングされたガラス繊維で作られた積層材における改善された穴明け特性は、いくつかの利点を提供する。まず第1に、より長いドリル寿命は、各ドリルビットが再度研磨されるか又は廃棄されるまでにより多くの穴を明けることができるということを意味する。さらに、本発明の積層材の中に穴明けされた穴の場所精度は従来の積層材についてのものよりも大きいことから、従来の積層材の3積層材スタックで達成されるものと同じ精度で、ただし1回で穴明けするために3枚以上の積層材を積重ねることができると予想されている。これらの利点は共に、より費用効果性の高い穴明け作業を結果としてもたらす。
【0394】
さらに、積層材中に穴明けされた穴の場所精度は改善され、そのためその積層材を内含する電子基板の品質が改善されることになる。
例15
表15内の以下の試料は、本発明の付加的な実施形態を表わす。コーティング試料LLは生成されたが、試験されなかった。コーティング試料MM−QQは生成されていない。
【0395】
【表40】
【0396】
―――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
201 Danbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているポリ(エチレンオキサイド)POLYOX WSR−301
202 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
203 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシ・プロピルトリメトキシシランA−187
204 スウェーデンのEka Chemicals ABから市販されているロジン DYNAKOLL Si 100
205 ベネルクスのCON BEAから市販されているエトキシ化ノニルフェノールSERMUL EN 668
206 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corp.から市販されているポリエステルポリオールDESMOPHEN 2000
207 ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体SYNPERONIC F−108;
これは、ヨーロッパにおけるPLURONIC F−108の対応物である
208 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末POLARTHERM PT160
209 ベルギーのCiba Geugyから市販されているポリアミド樹脂 EUREDUR 140
210 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONIC F−108
211 Parsipanny、New JerseyのBASFから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
212 Cincinnati、OhioのCognis Corp.から市販されているポリアミド樹脂VERSAMID 140
――――――――――――――――――――――――――
【0397】
【表41】
【0398】
例16
積層中にいかなる銅も使用されなかったという点を除いて例9で記述した通りの材料及びプロセスで、クラッド無しの積層材を作った。その後、クラッド無しの積層材を1インチ×1/2インチ(約2.54センチメートル×約1.27センチメートル)の52個の矩形部品に切断した。これらの部品の約半数をたて糸方向に平行に切断し、約半数を充てん方向に平行に切断した。次に各積層材からの26の矩形部品(13はたて糸方向に平行に切断されたもの、13は充てん方向に平行に切断されたもの)を、水の入った還流装置内に入れ、水を沸とうさせた。水は24時間沸とうさせた。24時間後に、部品を水からとり出しタオルで乾燥させた。各積層材からの残りの26部品は煮沸しなかった。試験用積層材を作るために例9で上述したものと同じ要領で従来の熱清浄され表面処理された繊維を用いて作られたクラッド無しの対照積層材も同様に、上述の手順に従って製造され試験された。
【0399】
次に煮沸済み又は、未煮沸部品の短梁せん断強さをASTM D2344−84に従って測定した。試験結果は、下表9に示されており、ここで、クラッド無しの試料AA,BB及びCCは、それぞれサイズ剤組成物AA,BB,CCでサイジングされた繊維をもつ繊維(例9に記述された)を用いて作られた積層材に対応する。上述のように、対照試料は、従来の熱清浄され表面処理された布帛を用いて作られた。試験用積層材(クラッド無しの試料AA,BB及びCC)の厚みは、0.050インチ(約0.127センチメートル)〜0.063インチ(約1.60センチメートル)の範囲内にあった。試験中のスパン長対試料厚みの比は5であった。
――――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
213 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
214 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている0.55ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM OP−96
――――――――――――――――――――――――――――――
【0400】
【表42】
【0401】
試験用積層材(クラッド無しの試料AA,BB,CC)の、水沸とう前後両方の、たて糸及び充てん方向の両方向での短梁せん断強さは、この試験において対照試料よりも高いことが観察された。
例17
例9の表9Aで与えられているサイズ剤組成物CCでサイジングされたE−ガラス繊維ストランドで作られたよこ糸と、PPG Industries Inc の1383の市販のガラス繊維糸製品で作られたたて糸を、エアジェット織機を用いて、7628形式の布帛へと製織した。布帛をその後プレプレグ化し、積層させて、例9にて上述した銅張り積層材を形成した。
【0402】
(以上の例9で記述されているような)銅張り積層材CCは、その後、金属移行性能を試験するため複数のテストパターンをもつテスト回路板の形に加工(すなわち穴明け、メッキ及びパターン化)された。より特定的に言うと、各々の回路板は図13に示されているような7つの類似の回路パターン1310のセットを3セット内含していた。1つのパターンセットは回路板のX軸に沿って方向づけされ、もう1つのセットは回路板のY軸に沿って方向づけされ、3番目のセットは、回路板を横断して45度の角度に沿って方向づけされた。各々の回路パターン1310には、各々13.5ミルの直径及び40〜54.7ミルの範囲内の隣接列内の穴の間の中心間離隔距離を有する5つのドリル穴1312の列が50列内含されていた。これらの穴を明けるにあたっては、2枚の回路板が合わせて積重ねられ、かくして両方が単一の穴明け作業で穴明けできるようになっていた。各パターン内の穴の交互の列は、母線1314及びリード線1316により、図13に示されているような回路板の第1の主要な表面に沿って、相互接続されていた。リード線は、電源へ接続するため各々の母線にはんだ付けされた。各回路板はさらに、1つの回路が故障した場合、残りの回路への電源が維持されるようにするべく、1Kオームの表面抵抗器1322を内含していた。各々の回路板は、あらゆるはんだ融剤残留物を除去するため10分間76.7℃(170°F)の脱イオン水中に浸し、乾燥させた。その後、回路板を85℃(185°F)及び85%の相対湿度のチャンバ内に置き、パターンを横断して連続的に13.5ボルトの直流電流を印加した。200時間毎に、チャンバを閉め切り、チャンバのドアは、周囲の研究室室温までパターンを安定化させるべく開放され、各パターンについての絶縁抵抗を測定した。
【0403】
2つの試料CC回路板と2つの対照回路板が存在していた。対照回路板は、試料CC回路板と同じ要領で作られたが、従来の熱清浄され表面処理された布帛が使用された。各回路板は、試料CC回路板と対照回路板の両方について試験された合計42の回路のための21の回路パターン(すわなち7つの回路パターンが3セット)を内含していた。200,400及び1000時間についての結果は、下表17に示されており、この表中の値は規定の抵抗をもつパターンの数である。
【0404】
【表43】
【0405】
試料CC回路板は、200時間の露呈後、対照回路板に比べ少ない短絡を有していた。400時間の露呈後、全ての対照回路板パターンは、破損した。この試験試料では、「短絡」は、105オーム未満の絶縁抵抗値を意味する。
例18
表18A中に記された量の成分各々を混合して、本発明に従った水性樹脂適合性一次サイズ剤試料RRを形成した。組成物中に、合計重量ベースで1重量パーセント未満の酢酸を内含させた。試料RRを、G−75 E−ガラス繊維ストランドを形成するガラス繊維に塗布帛した。従来の加撚装置を用いた類似の要領で、コーティングされたガラス繊維ストランドを加撚して撚糸を形成しボビンに巻きつけた。コーティングされた糸は0.35のLOIを有していた。
【0406】
【表44】
【0407】
表18Bに記された量の成分各々を混合して、本発明に従った水性樹脂適合性一次サイズ剤試料SSを形成した。試料SSを、G−75 E−ガラス繊維ストランドを形成するガラス繊維に塗布帛し、ストランドは加撚されなかった。コーティングされた未加撚糸は0.7%のLOIを有していた。
―――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
215 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
216 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayerから市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN2000
217 Wayne、New JerseyのISP Chemicalから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
218 Tarrytown、New YorkのOSi Specialities, Inc.から市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
219 Tarrytown、New YorkのOSi Specialities, Inc.から市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
220 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
221 General Mills Chemicals, Inc.から市販されているポリアミドVERSAMID 140
222 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているノニルフェノール界面活性剤MACOL NP−6
223 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末粒子POLARTHERMTM PT160
224 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されているORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
―――――――――――――――――――――――
【0408】
【表45】
【0409】
試料RR及びSSでサイジングされた糸をたて糸及びよこ糸(又はよこ糸)として使用し7628形式の布帛に製織した。PPG Industries, Inc, Pittsburgh, Pennsylvaniaから入手可能でありPPG695サイズ剤でコーティングされた繊維をもつ市販のG−75 E−ガラス撚糸であった対照の糸(以下「対照試料」と呼ぶ)も同様に7628形式の布帛に製織された。サイジングされた対照のたて糸及びよこ糸は1%のLOIを有していた。製織に先立ち、たて糸をポリビニルアルコール組成物で糊付けし、これがたて糸のLOIを約2〜約2.5%まで増大させた。結果として得た布帛は1.6〜1.9%の範囲のLOIを有していた。
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<欄外>
225 これは、BASF Corp.製のエトキシル化ジタレート(di−tallate)である
226 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミン ALUBRASPIN 226
227 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
228 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
229 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているアミノ官能性オルガノシランカップリング剤A−1100
230 Houston、TexasのShell Chemical Co.から市販されているEPONTM 880
231 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
232 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULS EL−719
233 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているエトキシル化アルキルフェノールMACOL OP−10 SP
234 Houston、TexasのShell Chemical Company製の固体ビスフェノールAグリシジルエーテルエポキシ樹脂の分散
―――――――――――――――――――――
各々の布帛を、ASTMD737,編織布帛の通気度に関する標準試験方法の中で立証さされている試験手順に従って、通気度について試験した。織布帛についての平均通気度は、下表18Cに示されている。
【0410】
【表46】
【0411】
表18Cを見ればわかるように、試料A及びBを内含する織布帛についての通気度は、対照試料を伴う織布帛のものよりも著しい低いものである。
例19
表19は、その後布帛の形に製織されたガラス繊維に塗布帛された付加的な制限的意味のないサイズ剤処方を内含している。各組成物中には、1重量パーセント未満の酢酸が内含された。
【0412】
【表47】
【0413】
――――――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
235 Wayne、New JerseyのISP Chemicalsから市販されているポリビニルピロリドンPVP K−30
236 Maywood、New JerseyのStepan Companyから市販されているSTEPANTEX 653
237 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・グリシドオキシプロピルトリメトキシシランA−187
――――――――――――――――――――――――――――
【0414】
【表48】
【0415】
――――――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
238 Tarrytown、New YorkのCK Witco Corporationから市販されているガンマ・メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランA−174
239 Cincinnati、OhioのCognis Corporationから市販されている部分的にアミド化されたポリエチレンイミンEMERYTM6717
240 エトキシル化アルキルフェノール MACOL OP−10;この材料は、OP−10 SPが触媒を除くための後処理を受けている点を除いてMACOL OP−10 SPと類似のものである;MACOL OP−10はもはや市販されていない。
241 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されているソルビトールエステルの酸化エチレン誘導体TMAZ−81
242 Parsipanny、New JerseyのBASF Corp.から市販されている消泡剤MAZU DF−136
243 Philadelphia、PennsylvaniaのRohm and Haas Companyから市販されている0.55ミクロンの粒子分散 ROPAQUETM OP−96
244 Oak Ridge、TennesseeのZYP Coatings, Inc.から市販されている窒化ホウ素分散ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT−CONC 25
245 Lakewood、OhioのAdvanced Ceramics Corporationから市販されている窒化ホウ素粉末POLARTHERMTM PT160
246 Greenwich,ConnecticutのCK Witco Corporationから市販されている消泡材料SAG 10
247 Columbus、OhioのBorden Chemicalsから市販されているポリエステル樹脂RD−847A
248 Pittsburgh、PennsylvaniaのBayer Corpから市販されているポリエチレンアジペートジオールDESMOPHEN2000
249 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン共重合体PLURONICTM F−108
―――――――――――――――――――――――――――――
【0416】
【表49】
【0417】
以上の記述から、本発明が、優れた熱安定性、高い温度、反応性酸及びアルカリの存在下での低い腐食性及び反応性ならびにさまざまな重合体マトリックス材料との適合性を提供する耐摩耗性コーティングをもつガラス繊維ストランドを提供することがわかる。これらのストランドは加撚されるか又は細断されるか、ロービング、チョップトマット又は連続ストランドマットの形に形成されるか、又はプリント回路板といったような複合材のための強化材といったさまざまな利用分野で使用するための布帛に製織又は編成されうる。
【0418】
当業者であれば、その発明力ある広い概念から逸脱することなく上述の実施形態に対して変更を加えることができるということがわかるだろう。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に制限されず、添付のクレームによって定義されるように、本発明の精神及び範囲内に入る修正を網羅することが意図されているということを理解すべきである。
――――――――――――――――――――――――――
<欄外>
250 Rhone−Poulencから市販されているポリオキシエチル化植物油ALKAMULS EL−719
251 Parsipanny、New JerseyのBASF Corporationから市販されているアルコキシル化ノニルフェノールICONOL NP−6
252 Danbury、ConnecticutのUnion Carbide Corp.から市販されているエポキシド化大豆油FLEXOL EPO
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明によるコーティング組成によって、少なくとも部分的にコートされた、被覆繊維ストランドの斜視図である。
【図2】
サイジング組成によって少なくとも部分的コートされ、かつ、そのサイジング組成の少なくとも一部の上において、本発明による二次コーティング組成によって少なくとも部分的にコートされた被覆繊維ストランドの斜視図である。
【図3】
サイジング組成、そのサイジング組成の少なくとも一部にコートされる二次コーティング組成、および、その二次コーティング組成の少なくとも一部の上にコートされる、本発明による三次コーティング組成、によって少なくとも部分的にコートされる、被覆繊維ストランドの斜視図である。
【図4】
本発明による複合製品の平面図である。
【図5】
本発明による織布帛の平面図である。
【図6】
本発明による織布帛製織・層状体形成法の模式図である。
【図7】
本発明による電子基板の断面図である。
【図8】
本発明による電子基板の別様態様の断面図である。
【図9】
本発明による電子基板の別様態様の断面図である。
【図10】
電子基板の織布帛層に開口を形成する方法の模式図である。
【図11】
一次切断端を示す、ドリル(穴あけ機)の末端透視図である。
【図12】
ドリル穴パターンの模式図であり、かつ、
【図13】
回路パターンの模式図である。
Claims (57)
- 電子支持体のために適合された強化積層材において:
(a) マトリックス材料;及び
(b) 複数の繊維を含む少なくとも1つのストランドを含み、しかもその一部分が電子支持体のために適合された強化積層材内のマトリックス材料と適合性あるコーティングを有する、少なくとも1つの非脱脂布帛、
を含んで成る強化積層材。 - 適合性あるコーティングが複数の粒子を含んで成る、請求項1に記載の強化積層材。
- 前記粒子が、重合体無機材料、非重合体無機材料、重合体有機材料、非重合体有機材料、複合材料、及び以上のもののいずれかの混合物の中から選択された材料から形成されている、請求項2に記載の強化積層材。
- 重合体無機材料が、ポリホスファゼン、ポリシラン、ポリシロキサン、ポリゲレマン、重合体硫黄、重合体セレン、シリコーン及び以上のもののいずれかの混合物の中から選択されている、請求項3に記載の強化積層材。
- 非重合体無機材料が、黒鉛、金属、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、硫化物、珪酸塩、炭酸塩、硫酸塩、水酸化物及び以上のもののいずれかの混合物の中から選択されている、請求項3に記載の強化積層材。
- 重合体有機材料が、熱硬化性材料、熱可塑性材料及びその混合物の中から選択されている、請求項3に記載の強化積層材。
- 重合体有機材料が、熱硬化性ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ材料、フェノール樹脂、アミノプラスト、熱硬化性ポリウレタン及び以上のうちのいずれかのものの混合物の中から選択された熱硬化性材料である、請求項6に記載の強化積層材。
- 重合体有機材料が、熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、アクリル重合体、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン、ビニル重合体及び以上のうちのいずれかのものの混合物の中から選ばれた熱可塑性材料である、請求項6に記載の強化積層材。
- 複合材料が、粒子の表面下にある内部部分の硬度とは異なる硬度をその表面に有する粒子の中から選択されている、請求項3に記載の強化積層材。
- 複合材料が、少なくとも1つの二次材料でコーティング、クラッディング又は包埋された一次材料で形成された粒子の中から選択されている、請求項9に記載の強化積層材。
- 複合材料が、異なる形態の一次材料でコーティング、クラッディング又は包埋された一次材料で形成された粒子の中から選択されている、請求項9に記載の強化積層材。
- 粒子が、300Kの温度で1メートル1Kあたり少なくとも1ワットの熱伝導率を有する、請求項2に記載の強化積層材。
- 粒子が、少なくとも1つのストランド内のいずれかのガラス繊維のモース硬度値を上回らないモース硬度値を有する、請求項2に記載の強化積層材。
- 粒子が、ストランドのウエットアウトを可能にするのに充分な平均粒度を有する、請求項2に記載の強化積層材。
- レーザー散乱技術に従って測定された粒子の平均粒度が0.1〜5ミクロンの範囲内にある、請求項2に記載の強化積層材。
- 適合性コーティングが前記複数の粒子とは異なる少なくとも1つの潤滑性材料をさらに含んで成る、請求項2に記載の強化積層材。
- 適合性コーティングが少なくとも1つの皮膜形成材料をさらに含んで成る、請求項2に記載の強化積層材。
- 適合性コーティングが0.1〜1.6の範囲の強熱減量及び、ASTM D737に従って測定された場合に平方フィートあたり毎分10標準立方フィート以下の通気度を有する、請求項1に記載の強化積層材。
- 樹脂適合性コーティングがさらに、樹脂反応性希釈剤をさらに含んで成る請求項2に記載の強化積層材。
- 樹脂反応性希釈剤が、エポキシ樹脂系と反応する能力をもちアミン基、アルコール基、無水物基、酸基及びエポキシ基から成るグループの中から選択された単数又は複数の官能基を含む潤滑剤である、請求項19に記載の布帛。
- 電子支持体のために適合された強化積層材を形成する方法において、
(a) 複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸(fill)及び、複数の繊維を含みその少なくとも1部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって、電子支持体を強化するべく適合された布帛を得る段階;
(b) 布帛の少なくとも一部分をマトリックス材料樹脂で少なくとも部分的にコーティングする段階;
(c) 少なくとも部分的にコーティングされた布帛を少なくとも部分的に硬化させてプレプレグ層を形成する段階;
(d) 2つ以上のプレプレグ層を積層して電子支持体内で使用するように適合された積層材を形成する段階、
を含んで成る方法。 - 電子支持体のために適合された強化積層材において:
(a) マトリックス材料;及び
(b) 複数の繊維を含む少なくとも1つのストランドを含み、しかも布帛の一部分がマトリックス材料と適合性あるコーティングを有する、少なくとも1つの非脱脂布帛、
を含んで成る電子支持体のためのプレプレグ。 - 適合性あるコーティングが複数の粒子を含んで成る、請求項22に記載のプレプレグ。
- 粒子が、重合体無機材料、非重合体無機材料、重合体有機材料、非重合体有機材料、複合材料、及び以上のもののいずれかの混合物の中から選択された材料から形成されている、請求項23に記載のプレプレグ。
- 重合体無機材料が、ポリホスファゼン、ポリシラン、ポリシロキサン、ポリゲレマン、重合体硫黄、重合体セレン、シリコーン及び以上のもののいずれかの混合物の中から選択されている、請求項24に記載のプレプレグ。
- 非重合体無機材料が、黒鉛、金属、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、硫化物、珪酸塩、炭酸塩、硫酸塩、水酸化物及び以上のもののいずれかの混合物の中から選択されている、請求項24に記載のプレプレグ。
- 重合体有機材料が、熱硬化性材料、熱可塑性材料及びその混合物の中から選択されている、請求項24に記載のプレプレグ。
- 重合体有機材料が、熱硬化性ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ材料、フェノール樹脂、アミノプラスト、熱硬化性ポリウレタン及び以上のうちのいずれかのものの混合物の中から選択された熱硬化性材料である、請求項27に記載のプレプレグ。
- 重合体有機材料が、熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、アクリル重合体、ポリアミド、熱可塑性ポリウレタン、ビニル重合体及び以上のうちのいずれかのものの混合物の中から選ばれた熱可塑性材料である、請求項27に記載のプレプレグ。
- 複合材料が、粒子の表面下にある内部部分の硬度とは異なる硬度をその表面に有する粒子の中から選択されている、請求項24に記載のプレプレグ。
- 複合材料が、少なくとも1つの二次材料でコーティング、クラッディング又は包埋された一次材料で形成された粒子の中から選択されている、請求項30に記載のプレプレグ。
- 複合材料が、異なる形態の一次材料でコーティング、クラッディング又は包埋された一次材料で形成された粒子の中から選択されている、請求項30に記載のプレプレグ。
- 粒子が、300Kの温度で1メートル1Kあたり少なくとも1ワットの熱伝導率を有する、請求項23に記載のプレプレグ。
- 粒子が、少なくとも1つのストランド内のいずれかのガラス繊維のモース硬度値を上回らないモース硬度値を有する、請求項23に記載のプレプレグ。
- 粒子が、ストランドのウエットアウトを可能にするのに充分な平均粒度を有する、請求項23に記載のプレプレグ。
- レーザー散乱技術に従って測定された粒子の平均粒度が0.1〜5ミクロンの範囲内にある、請求項23に記載のプレプレグ。
- 適合性コーティングが前記複数の粒子とは異なる少なくとも1つの潤滑性材料をさらに含んで成る、請求項23に記載のプレプレグ。
- 適合性コーティングが少なくとも1つの皮膜形成材料をさらに含んで成る、請求項23に記載のプレプレグ。
- 適合性コーティングが0.1〜1.6の範囲の強熱減量及び、ASTM D737に従って測定された場合に平方フィートあたり毎分10標準立方フィート以下の通気度を有する、請求項22に記載のプレプレグ。
- (a)複数の繊維を含む少なくとも1つのストランドを含み、しかも布帛の一部分がマトリックス材料と適合性あるコーティングを有する、少なくとも1つの非脱脂布帛;及び
(b) 少なくとも1つの布帛の少なくとも1部分上の少なくとも1つのマトリックス材料、
を含んで成る電子支持体。 - 適合性あるコーティングが複数の粒子を含んで成る、請求項40に記載の電子支持体。
- 粒子が、重合体無機材料、非重合体無機材料、重合体有機材料、非重合体有機材料、複合材料、及び以上のもののいずれかの混合物の中から選択された材料から形成されている、請求項41に記載の電子支持体。
- 粒子が、ストランドのウエットアウトを可能にするのに充分な平均粒度を有する、請求項41に記載の電子支持体。
- レーザー散乱技術に従って測定された粒子の平均粒度が0.1〜5ミクロンの範囲内にある、請求項41に記載の電子支持体。
- 適合性コーティングが前記複数の粒子とは異なる少なくとも1つの潤滑性材料をさらに含んで成る、請求項41に記載の電子支持体。
- 適合性コーティングが少なくとも1つの皮膜形成材料をさらに含んで成る、請求項41に記載の電子支持体。
- 適合性コーティングが0.1〜1.6の範囲の強熱減量及び、ASTM D737に従って測定された場合に平方フィートあたり毎分10標準立方フィート以下の通気度を有する、請求項40に記載の電子支持体。
- (a) 複数の繊維を含み、その少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸と、複数の繊維を含みその少なくとも1部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって、電子支持体を強化するべく適合された布帛を得る段階;
(b) 布帛の少なくとも一部分をマトリックス材料樹脂で少なくとも部分的にコーティングする段階;
(c) 布帛の少なくとも1部分の中でコーティングを少なくとも部分的に硬化させてプレプレグ層を形成する段階;
(d) 単数又は複数の導電性層と合わせて単数又は複数のプレプレグ層を積層して電子支持体を形成する段階、
を含んで成る、電子支持体を形成する方法。 - (a)(i)複数の繊維を含む少なくとも1つのストランドを含み、しかも布帛の一部分がマトリックス材料と適合性あるコーティングを有する、少なくとも1つの非脱脂布帛;及び
(ii) 少なくとも1つの布帛の少なくとも1部分上の少なくとも1つのマトリックス材料、を含んで成る電子支持体;及び
(b) 導電性層、
を含んで成り、該支持体と導電性層を中に収納している電子回路板。 - 適合性あるコーティングが複数の粒子を含んで成る、請求項49に記載の電子回路板。
- 前記粒子が、重合体無機材料、非重合体無機材料、重合体有機材料、非重合体有機材料、複合材料、及び以上のもののいずれかの混合物の中から選択された材料から形成されている、請求項50に記載の電子回路板。
- 前記粒子が、ストランドのウエットアウトを可能にするのに充分な平均粒度を有する、請求項50に記載の電子回路板。
- レーザー散乱技術に従って測定された粒子の平均粒度が0.1〜5ミクロンの範囲内にある、請求項50に記載の電子回路板。
- 適合性コーティングが複数の粒子とは異なる少なくとも1つの潤滑性材料をさらに含んで成る、請求項50に記載の電子回路板。
- 適合性コーティングが少なくとも1つの皮膜形成材料をさらに含んで成る、請求項50に記載の電子回路板。
- 適合性コーティングが0.1〜1.6の範囲の強熱減量及び、ASTM D737に従って測定された場合に平方フィートあたり毎分10標準立方フィート以下の通気度を有する、請求項49に記載の電子回路板。
- (a) 複数の繊維を含みその少なくとも一部分の上に第1の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのよこ糸と、複数のガラスを含みその少なくとも1部分の上に第2の樹脂適合性コーティングを有する少なくとも1つのたて糸を製織することによって形成された電子支持体を強化するべく適合された少なくとも1つの布帛、及び単数複数の導電性層を含む電子支持体を得る段階;及び
(b) 電子支持体の単数又は複数の導電性層のうちの少なくとも1つをパターン化してプリント回路板を形成する段階、
を含んで成る、プリント回路板を形成する方法。
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