JP2007063337A - Highly dielectric elastomer composition and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高誘電性エラストマー組成物および高誘電性エラストマー組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a high dielectric elastomer composition and a method for producing the high dielectric elastomer composition.
近年、携帯電話、コードレスフォン、RFID等に用いるパッチアンテナ、電波望遠鏡やミリ波レーダ等のレンズアンテナ等の目覚しい普及、衛星通信機の著しい発達に伴い、通信信号の周波数の高周波化および通信機の一層の小型化が望まれている。
通信信号の周波数および通信機の大きさは、例えば、通信機内部に組み込まれたアンテナ基板の比誘電率が高くなると、より一層の高周波化および小型化が図れる。比誘電率は、誘電体内部の分極の程度を示すパラメータであり、アンテナ材料に用いられる高誘電性エラストマー組成物の比誘電率が高いほど、電子部品回路を伝播する信号の波長は短くなり、信号は高周波化する。従って、比誘電率の高い電子部品を使用できれば、高周波化ひいては回路の短縮化および通信機等の小型化が図れる。
In recent years, with the remarkable spread of patch antennas used for mobile phones, cordless phones, RFID, etc., lens antennas such as radio telescopes and millimeter wave radars, and the remarkable development of satellite communication devices, the frequency of communication signals has increased and the frequency of communication devices has increased. Further downsizing is desired.
As for the frequency of the communication signal and the size of the communication device, for example, when the relative dielectric constant of the antenna substrate incorporated in the communication device is increased, the frequency and size can be further reduced. The relative dielectric constant is a parameter indicating the degree of polarization inside the dielectric, and the higher the relative dielectric constant of the high dielectric elastomer composition used for the antenna material, the shorter the wavelength of the signal propagating through the electronic component circuit, The signal becomes high frequency. Therefore, if an electronic component having a high relative dielectric constant can be used, the frequency can be increased, the circuit can be shortened, and the communication device can be downsized.
高誘電性エラストマー組成物を製造するには、エラストマーに高誘電性セラミックス粉末を配合するのが一般的である。
しかしながら、従来の高誘電性セラミックスの合成には、1000℃から 2000℃前後に加熱できる炉を用いて外部加熱を行なわなくてはならない。このため、セラミックスの合成には、膨大なエネルギーと大型の加熱機構を必要とし、これが製造コストを高くする原因となっている。外部加熱を行なわない製造方法として、燃焼合成法によるセラミックス粉末の合成が提案されている(特許文献1参照)。燃焼合成法は、外部加熱を必要とすることなく、化合時に放出される大量の化学熱反応を利用して連鎖的に物質を合成する方法である。
特許文献1による製造方法では、1種類の金属酸化物と2種類の異なる金属元素の計3種類の原料を出発原料とし、金属間化合物あるいは非酸化物セラミックスと酸化物セラミックスの2種類を合成している。例えば、酸化ニッケル粉末とアルミニウム粉末とアルミナ粉末とを混合し成形体とした後、高圧反応容器内に収納し、アルゴン雰囲気下で該成形体の上端面を着火することによりアルミニウム粉末の酸化燃焼反応を誘導し、還元されたニッケルが過剰に添加したアルミニウムと反応してNiAlを合成しながら、燃焼反応が連鎖的に進行する。その結果、外部加熱なしに金属間化合物の1つであるNiTiのインゴットを製造することができる。
In order to produce a high dielectric elastomer composition, a high dielectric ceramic powder is generally blended with the elastomer.
However, for the synthesis of conventional high dielectric ceramics, external heating must be performed using a furnace capable of heating from about 1000 ° C. to about 2000 ° C. For this reason, the synthesis of ceramics requires enormous energy and a large heating mechanism, which increases the manufacturing cost. As a manufacturing method in which external heating is not performed, synthesis of ceramic powder by a combustion synthesis method has been proposed (see Patent Document 1). The combustion synthesis method is a method of synthesizing substances in a chain manner by utilizing a large amount of chemical heat reaction released at the time of compounding without requiring external heating.
In the production method according to Patent Document 1, three kinds of raw materials, one kind of metal oxide and two kinds of different metal elements, are used as starting materials, and two kinds of intermetallic compounds or non-oxide ceramics and oxide ceramics are synthesized. ing. For example, after mixing nickel oxide powder, aluminum powder, and alumina powder to form a compact, it is stored in a high-pressure reaction vessel, and the upper end surface of the compact is ignited in an argon atmosphere to oxidize and burn the aluminum powder. The combustion reaction proceeds in a chained manner while the reduced nickel reacts with the excessively added aluminum to synthesize NiAl. As a result, an ingot of NiTi that is one of intermetallic compounds can be manufactured without external heating.
しかしながら、上記の場合、同時に合成されるAl2O3 はNiTiに対する濡れ性や比重、粘性、融点および熱力学的安定性の違いから、NiTiから容易に分割して得られるとされているが、これら2種類の合成物を正確に分離することは困難であり、またこの製造方法で得られるセラミックスは高誘電材料ではないという問題がある。
また、市販されている誘電性セラミックス粉末は、平均粒子径がそろっており、誘電率を高めるため、エラストマーに高充填化することが困難であるという問題がある。
In addition, commercially available dielectric ceramic powders have a uniform average particle size and have a problem that it is difficult to highly fill the elastomer in order to increase the dielectric constant.
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、燃焼合成により得られ、粒子径分布を広くすることができ、高充填化することができる優れた誘電特性を有する高誘電性セラミックスを配合した高誘電性エラストマー組成物およびこの高誘電性エラストマー組成物の製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in order to cope with such problems, and is obtained by combustion synthesis. The present invention is capable of widening the particle size distribution, and has high dielectric properties with excellent dielectric properties that can be highly filled. It is an object of the present invention to provide a high dielectric elastomer composition containing ceramics and a method for producing the high dielectric elastomer composition.
本発明の高誘電性エラストマー組成物は、エラストマーに高誘電性セラミックスを配合してなる高誘電性エラストマー組成物であって、上記高誘電性セラミックスは、発熱源となる金属粉末と、酸素供給源となる物質とを少なくとも含む反応原料を、断熱火炎温度が 1500℃以上である燃焼合成法により合成した後、仮焼して得られることを特徴とする。
上記エラストマーは、エチレンプロピレンゴムであることを特徴とする。
上記金属粉末は比表面積が 0.01〜2 m2/g の4族元素であることを特徴とする。
上記酸素供給源となる物質は、過塩素酸ナトリウムであることを特徴とする。
The high dielectric elastomer composition of the present invention is a high dielectric elastomer composition obtained by blending high dielectric ceramics with an elastomer, and the high dielectric ceramics comprises a metal powder as a heat source and an oxygen supply source. It is characterized in that it is obtained by synthesizing a reaction raw material containing at least a substance to become a combustion synthesis method having an adiabatic flame temperature of 1500 ° C. or higher and then calcining.
The elastomer is an ethylene propylene rubber.
The metal powder is a group 4 element having a specific surface area of 0.01 to 2 m 2 / g.
The substance serving as the oxygen supply source is sodium perchlorate.
本発明の高誘電性エラストマー組成物の製造方法は、発熱源となる金属粉末と、酸素供給源となる物質とを少なくとも含む反応原料をそれぞれ所定割合で混合する混合工程と、上記所定割合で混合された混合物を燃焼合成法により反応させる反応工程と、燃焼合成後の高誘電性セラミックスをエラストマーに配合する配合工程とを備えてなる高誘電性エラストマー組成物の製造方法であって、上記反応工程で得られた反応生成物を仮焼する仮焼工程を有することを特徴とする。 The method for producing a highly dielectric elastomer composition of the present invention comprises a mixing step of mixing a reaction material containing at least a metal powder serving as a heat source and a substance serving as an oxygen supply source in a predetermined ratio, and mixing in the predetermined ratio A method for producing a high dielectric elastomer composition comprising: a reaction step of reacting the resulting mixture by a combustion synthesis method; and a blending step of blending the high dielectric ceramic after combustion synthesis with the elastomer, the reaction step It has the calcination process which calcinates the reaction product obtained by this.
本発明の高誘電性エラストマー組成物は、燃焼合成法により得られる高誘電性セラミックスを仮焼した後、エラストマーに配合することにより、高誘電性エラストマー組成物を容易に得ることができる。
仮焼処理することにより高誘電性セラミックス中に残存するNaCl等の不純物を除去することができ、結晶構造が安定し、焼結体と同じ構造を持つ誘電性粉末を得ることができる。仮焼処理した高誘電性セラミックスをエラストマーに配合することにより高誘電率、低誘電正接を示す高誘電性エラストマー組成物を得ることができる。
The high dielectric elastomer composition of the present invention can be easily obtained by calcining a high dielectric ceramic obtained by a combustion synthesis method and then blending it into the elastomer.
By performing the calcination treatment, impurities such as NaCl remaining in the high dielectric ceramic can be removed, the crystal structure is stabilized, and a dielectric powder having the same structure as the sintered body can be obtained. A high dielectric elastomer composition exhibiting a high dielectric constant and a low dielectric loss tangent can be obtained by blending the calcined high dielectric ceramic with the elastomer.
本発明の高誘電性エラストマー組成物は、発熱源となる金属粉末と、酸素供給源となる物質とを少なくとも含む反応原料を、燃焼合成法により合成して、高誘電性セラミックスとして得られる反応生成物を仮焼した後、エラストマーに配合することにより高誘電性エラストマー組成物を得ることができる。
該高誘電性セラミックスを製造する方法としては、例えば、発熱源となるチタン金属粉末と、酸素供給源となる物質とを少なくとも含む反応原料に、(イ)組成式MTiO3 (Mは2族元素)で表わされる誘電性セラミックスを得る目的で2族元素を含む元素を加えて燃焼合成する方法、(ロ)BaRe2TimO2m+4(式中 3 ≦ m ≦ 7 ; m は整数、 Re は希土類元素 )で表わされる酸化物系の誘電性セラミックスを得る目的でRe2O3と、BaO2とを加えて燃焼合成する方法等が挙げられる。
The high dielectric elastomer composition of the present invention is a reaction product obtained as a high dielectric ceramic by synthesizing a reaction raw material containing at least a metal powder serving as a heat source and a substance serving as an oxygen supply source by a combustion synthesis method. After calcining the product, a high dielectric elastomer composition can be obtained by blending with the elastomer.
As a method for producing the high dielectric ceramic, for example, a reaction raw material containing at least a titanium metal powder serving as a heat source and a substance serving as an oxygen supply source is added to (i) a composition formula MTiO 3 (M is a group 2 element) (B) BaRe 2 Ti m O 2m + 4 (where 3 ≤ m ≤ 7; m is an integer; Re Is a method in which Re 2 O 3 and BaO 2 are added and synthesized by combustion for the purpose of obtaining an oxide-based dielectric ceramic represented by a rare earth element).
本発明に使用できる発熱源となる金属粉末は4族元素であることが好ましい。より好ましくは4族A元素である。具体的には、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)が挙げられ、その中でも特にTiが誘電特性に優れるセラミックスが得られるので好ましい。
4族A元素は単独でもあるいは混合しても使用できる。また、これら4族A元素と同時に配合できる元素としては、ラザホージウム(Rf)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセジウム(Pr)、ネオジウム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユーロピウム(Eu)、ビスマス(Bi)、ポロニウム(Po)、アスタチン(At)等が挙げられる。
The metal powder serving as a heat source that can be used in the present invention is preferably a Group 4 element. More preferably, it is a Group 4 A element. Specific examples include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf). Among these, Ti is preferable because ceramics having excellent dielectric properties can be obtained.
Group 4 A elements can be used alone or in combination. In addition, as elements that can be blended simultaneously with these Group 4 A elements, rutherfordium (Rf), tin (Sn), antimony (Sb), tellurium (Te), lanthanum (La), cerium (Ce), prasedium (Pr), Examples thereof include neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu), bismuth (Bi), polonium (Po), and astatine (At).
本発明に使用できる4族元素を含む金属の形状は、微粉末であることが好ましく、比表面積が 0.01〜2 m2/g である。燃焼波が伝播し、かつ取り扱いやすいので好ましい比表面積の範囲は 0.03〜0.6 m2/g である。比表面積が 0.01 m2/g 未満の場合、発熱源となる金属粉未と酸素供給源となる過酸化物の接触面積が少ないため、燃焼波が伝播せず、高誘電性セラミックスが合成できない場合がある。また、比表面積が 2 m2/g をこえる金属粉未は極めて活性であり、取り扱いが困難となるため好ましくない。本発明において、金属粉未の比表面積は、BET法により測定された値をいう。 The shape of the metal containing a Group 4 element that can be used in the present invention is preferably a fine powder, and has a specific surface area of 0.01 to 2 m 2 / g. A preferable specific surface area is 0.03 to 0.6 m 2 / g because the combustion wave propagates and is easy to handle. When the specific surface area is less than 0.01 m 2 / g, the contact area between the metal powder that is the heat source and the peroxide that is the oxygen supply source is small, so the combustion wave does not propagate and high dielectric ceramics cannot be synthesized. There is. In addition, metal powders having a specific surface area exceeding 2 m 2 / g are not preferable because they are extremely active and difficult to handle. In the present invention, the specific surface area of the metal powder is a value measured by the BET method.
燃焼合成に使用できる金属微粉末は、平均粒子径が同一であっても、比表面積が異なると反応性に差が認められた。すなわち、球状よりも比表面積が大きくなる形状の金属粉末を用いると燃焼合成反応がより速やかに進行した。比表面積が大きくなる形状としては、球状粒子表面に複数の凹凸が形成された粒子、粒子全体としていびつな形状の粒子、またはこれらの組み合わせがある。
本発明に使用できる平均粒子径としては 150 μm 以下、好ましくは 0.1〜100 μm である。150 μm をこえると、他の原材料との混合が十分でなくなり、燃焼波が伝播しない場合が生じる。
表面に凹凸が形成された粒子またはいびつな形状の平均粒子径の測定方法は、画像解析法が好ましい。
Even when the average particle diameter of the metal fine powder that can be used for combustion synthesis is the same, a difference in reactivity was recognized when the specific surface area was different. That is, when a metal powder having a specific surface area larger than that of a spherical shape was used, the combustion synthesis reaction proceeded more rapidly. Examples of the shape having a large specific surface area include particles having a plurality of irregularities formed on the surface of spherical particles, particles having an irregular shape as a whole, or a combination thereof.
The average particle size that can be used in the present invention is 150 μm or less, preferably 0.1 to 100 μm. If it exceeds 150 μm, mixing with other raw materials becomes insufficient, and combustion waves may not propagate.
An image analysis method is preferable as a method for measuring the average particle diameter of particles having irregularities formed on the surface or an irregular shape.
2族元素を含む元素としては、好ましくは2族元素単独であり、より好ましくは2族A元素である。具体的には、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ラジウム(Ra)が挙げられ、その中でも特にCa、Sr、Baが上記金属粉末との組み合わせにおいて誘電特性に優れるセラミックスが得られるので好ましい。
2族A元素は単独でもあるいは混合しても使用できる。また、これら2族A元素と同時に配合できる元素としては、Rf、Sn、Sb、Te、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Bi、Po、At等が挙げられる。
The element containing a Group 2 element is preferably a Group 2 element alone, more preferably a Group 2 A element. Specific examples include beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and radium (Ra). Among these, Ca, Sr, and Ba are the above metal powders. Is preferable because ceramics having excellent dielectric properties can be obtained.
Group 2 A elements can be used alone or in combination. Examples of elements that can be blended simultaneously with these Group 2 A elements include Rf, Sn, Sb, Te, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Bi, Po, and At.
2族A元素は炭酸塩の形で使用される。2族A元素からなる炭酸塩としては、BeCO3 、MgCO3 、CaCO3 、SrCO3 、BaCO3 、RaCO3 等がある。その中で特にCaCO3 、SrCO3 、BaCO3 が誘電特性に優れるセラミックスが得られるので好ましい。 Group 2 A elements are used in the form of carbonates. Examples of carbonates composed of Group 2 A elements include BeCO 3 , MgCO 3 , CaCO 3 , SrCO 3 , BaCO 3 , and RaCO 3 . Of these, CaCO 3 , SrCO 3 , and BaCO 3 are particularly preferable because ceramics having excellent dielectric properties can be obtained.
本発明において酸素供給源となる物質としては、KClO3 、NaClO3 、NH4ClO3 等の塩素酸塩類、KClO4 、NaClO4 、NH4 ClO4 等の過塩素酸塩類、NaClO2 などの亜塩素酸塩類、KBrO3 などの臭素酸塩類、KNO3 、NaNO3 、NH4 NO3 等の硝酸塩類、NaIO3 、KIO3 等のよう素酸塩類、KMnO4 、NaMnO4 ・3H2 Oの過マンガン酸塩類、K2 Cr2 O7 、(NH4)2Cr2O7 等の重クロム酸塩類、NaIO4 などの過よう素酸塩類、HIO4 ・2H2Oなどのメタよう素酸、CrO3 などの無水クロム酸塩、NaNO2 などの亜硝酸塩、Ca(ClO)2 ・3H2 Oなどの次亜塩素酸カルシウム三水塩類等が挙げられる。
これらの中で過塩素酸塩類が好ましく、特にNaClO4 が副生成物であるNaClの除去が容易であることから好適である。
In the present invention, the oxygen source includes chlorates such as KClO 3 , NaClO 3 and NH 4 ClO 3 , perchlorates such as KClO 4 , NaClO 4 and NH 4 ClO 4 , and chlorite such as NaClO 2. Salts, bromates such as KBrO 3 , nitrates such as KNO 3 , NaNO 3 and NH 4 NO 3 , iodates such as NaIO 3 and KIO 3 , permanganic acid such as KMnO 4 and NaMnO 4 .3H 2 O Salts, dichromates such as K 2 Cr 2 O 7 , (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 , periodates such as NaIO 4 , metaiodic acids such as HIO 4 · 2H 2 O, CrO 3 Anhydrochromate such as NaNO 2 , calcium hypochlorite trihydrate such as Ca (ClO) 2 .3H 2 O, and the like.
Among these, perchlorates are preferable, and NaClO 4 is particularly preferable because it is easy to remove NaCl as a by-product.
本発明に使用できる高誘電性セラミックスの一例として、組成式MTiO3 (Mは2族元素)で表わされるセラミックスの一例であるチタン酸バリウムを燃焼合成する場合を以下に説明する。
高誘電性セラミックスであるチタン酸バリウムは以下の化学反応式にしたがって生成する。各反応原料である4族金属粉末と2族炭酸塩とは反応に必要なそれぞれのモル質量に相当する量を配合するが、酸素発生物質は反応に必要なモル質量以上を配合できる。
Ti+BaCO3 + 0.5 NaClO4 → BaTiO3 +CO2↑+ 0.5 NaCl
As an example of the high dielectric ceramics that can be used in the present invention, a case where barium titanate, which is an example of a ceramic represented by the composition formula MTiO 3 (M is a group 2 element), is synthesized by combustion will be described below.
Barium titanate, which is a high dielectric ceramic, is produced according to the following chemical reaction formula. The group 4 metal powder and group 2 carbonate which are each reaction raw material mix | blend the quantity corresponded to each molar mass required for reaction, but the oxygen generating substance can mix | blend the molar mass more than required for reaction.
Ti + BaCO 3 +0.5 NaClO 4 → BaTiO 3 + CO 2 ↑ + 0.5 NaCl
4族金属粉末と、2族炭酸塩と、酸素発生物質とを少なくとも含む反応原料の混合は、ボールミル、乳鉢を用いた混合等特に制限されることなく使用できるが、量産性の面からボールミルを用いる混合が好ましい。
混合粉末は、るつぼに投入して燃焼合成を行なうが、るつぼの材質としては好ましくは非酸化物である炭素(C)、炭化珪素(SiC)、窒化珪素Si3 N4 等が使用できる。これらの中で炭素(C)材が熱伝導と形状加工性に優れているので好ましい。
混合粉末をるつぼへ投入する方法としては、混合粉末をパウダーベッド状に敷き詰めたり、敷き詰めた後圧縮したり、ペレット状に押し固めたものをるつぼへ投入する方法等が使用できる。
The mixing of the reaction raw materials containing at least a Group 4 metal powder, a Group 2 carbonate, and an oxygen generating substance can be used without particular limitation such as mixing using a ball mill or a mortar. The mixture used is preferred.
The mixed powder is put into a crucible and combusted and synthesized. The material of the crucible is preferably non-oxide carbon (C), silicon carbide (SiC), silicon nitride Si 3 N 4 or the like. Among these, a carbon (C) material is preferable because it is excellent in heat conduction and shape workability.
As a method for charging the mixed powder into the crucible, there can be used a method in which the mixed powder is laid down in a powder bed, compressed after being laid down, or pressed into a crucible into a crucible.
燃焼合成法の条件について、反応系の断熱火炎温度は 1500℃以上である。1500℃以上であれば、燃焼波が伝播するからである。
燃焼合成はチャンバー内で行なうが、その雰囲気としては、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)等の希ガス雰囲気が好ましい。なお、反応生成物の誘電特性を劣化させなければ、窒素ガス、炭酸ガス雰囲気等を利用することも可能である。また、酸素分圧を制御可能であれば、酸素ガスを使用することも可能である。
燃焼合成を開始させるための混合粉末への着火方法は、金属粉が着火発熱可能となる方法であれば特に限定されない。カーボンフイルムを着火発熱させて熱源とし、混合粉末に接触させて着火発熱させる方法が取り扱いに優れているので好ましい。
Regarding the conditions of the combustion synthesis method, the adiabatic flame temperature of the reaction system is 1500 ° C or higher. This is because the combustion wave propagates at 1500 ° C. or higher.
Combustion synthesis is performed in a chamber, and the atmosphere is preferably a rare gas atmosphere such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), or krypton (Kr). Note that a nitrogen gas, carbon dioxide atmosphere, or the like can be used as long as the dielectric properties of the reaction product are not deteriorated. Also, oxygen gas can be used if the oxygen partial pressure can be controlled.
The method for igniting the mixed powder for initiating combustion synthesis is not particularly limited as long as the metal powder can ignite and generate heat. A method in which a carbon film is ignited to generate heat and used as a heat source and brought into contact with the mixed powder to ignite and generate heat is preferable because it is excellent in handling.
燃焼合成反応は、外部加熱を必要とすることなく、着火部分より同時多発的に化学反応が進行し、各種の不定比化合物が合成される。このため、本発明においては、4族金属粉末、2族炭酸塩、および酸素発生物質の配合割合が重要となる。
上述した配合割合で燃焼合成反応させることにより、比誘電率が 15 以上、誘電正接が0.01 未満である高誘電性セラミックスが得られる。この高誘電性セラミックスを乳鉢と乳棒、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機で微細化して、平均粒子径が 3 μm 、標準偏差(3σ値)が 3.5 μm 以内に調整できる高誘電性セラミックスが得られる。標準偏差(3σ)がこの範囲内であると、粒子径の分布が広くなり高充填化が可能となる。
なお、燃焼合成法で得られ、本発明に使用できる高誘電性セラミックス粉末の平均粒子径は0.01 μm〜100 μm 、好ましくは 0.1 μm〜20 μm 、さらに好ましくは、0.1 μm〜3 μm である。平均粒子径が 0.01 μm 未満になると、粒子重量が軽量なため計量時に飛散したり、あるいは嵩が大きいので混合機の容積を大きくしたりする可能性があり好ましくない。また、100 μm をこえると、エラストマー内での誘電特性のばらつきを引き起こすおそれがあるので好ましくない。
In the combustion synthesis reaction, a chemical reaction proceeds simultaneously and frequently from the ignition portion without requiring external heating, and various non-stoichiometric compounds are synthesized. For this reason, in the present invention, the blending ratio of the Group 4 metal powder, the Group 2 carbonate, and the oxygen generating substance is important.
By performing the combustion synthesis reaction at the above-mentioned blending ratio, a high dielectric ceramic having a relative dielectric constant of 15 or more and a dielectric loss tangent of less than 0.01 can be obtained. This high-dielectric ceramic can be refined with a mortar and pestle, ball mill, jet mill, or other pulverizer to obtain a high-dielectric ceramic that can be adjusted to an average particle size of 3 μm and a standard deviation (3σ value) within 3.5 μm. . When the standard deviation (3σ) is within this range, the particle size distribution becomes wide and high packing is possible.
The average particle size of the high dielectric ceramic powder obtained by the combustion synthesis method and usable in the present invention is 0.01 μm to 100 μm, preferably 0.1 μm to 20 μm, and more preferably 0.1 μm to 3 μm. If the average particle size is less than 0.01 μm, the particle weight is light, so that it may be scattered during measurement, or it may be bulky and the volume of the mixer may be increased. On the other hand, if it exceeds 100 μm, it is not preferable because it may cause variations in dielectric properties within the elastomer.
反応生成物は、るつぼ中において塊状である。該反応生成物中に残存する未反応物や副生物を除去したり、後加工する目的で実施する該反応生成物の粉砕は、平均粒子径が 100μm 以下となる粉砕方法であれば特に限定されず、ジェットミル、ボールミル、乳鉢と乳棒等で行なうことができる。平均粒子径が 100μm をこえると、洗浄する場合の洗浄効果が十分でなくなり、副生成物であるイオン結合性塩が残留しやすくなる。 The reaction product is agglomerated in the crucible. The pulverization of the reaction product carried out for the purpose of removing unreacted products and by-products remaining in the reaction product or for post-processing is not particularly limited as long as the average particle size is 100 μm or less. It can be carried out using a jet mill, ball mill, mortar and pestle. When the average particle diameter exceeds 100 μm, the cleaning effect in the case of cleaning becomes insufficient, and the ion-binding salt as a by-product tends to remain.
粉砕工程後の微粉末には、副生成物であるイオン結合性塩が含まれている場合がある。例えばNaClO4を原料に用いた場合はNaClが、KClO4を原料に用いた場合はKClがそれぞれ生成する。水で洗浄することでこれらの塩を除去できる。
塩類が燃焼合成反応後の合成粉末に存在すると焼結性が阻害される。焼結性を阻害しない程度まで塩類を減らす基準としては、洗浄液の電気伝導率が 150μS/cm 以下である。すなわち洗浄回数、洗浄量の如何にかかわらず、上記合成粉末を水で洗浄したとき洗浄後の洗浄水の電気伝導率が 150μS/cm 以下であればよい。
The fine powder after the pulverization step may contain an ion-binding salt that is a by-product. For example, when NaClO 4 is used as a raw material, NaCl is generated, and when KClO 4 is used as a raw material, KCl is generated. These salts can be removed by washing with water.
When salts are present in the synthetic powder after the combustion synthesis reaction, the sinterability is hindered. As a standard for reducing the salt to such an extent that the sinterability is not hindered, the electrical conductivity of the cleaning liquid is 150 μS / cm or less. That is, regardless of the number of washings and the amount of washing, the electric conductivity of the washing water after washing should be 150 μS / cm or less when the synthetic powder is washed with water.
洗浄に用いる水の電気伝導率は 50μS/cm 未満が好ましい。50μS/cm 以上であると、溶出したNa+、Cl−などのイオン性物質の量が十分に少なくても、洗浄液の電気伝導率が高くなる。電気伝導率が 50μS/cm 未満の洗浄水としては、取り扱い上、蒸留水などの純水が特に好ましい。洗浄容器に微細化された合成粉末と洗浄液を入れ、超音波洗浄を行ない、副生成物をNa+、Cl−などのイオンにして純水に溶出させる。洗浄液の交換回数を増やす、あるいは合成粉末に対する洗浄液量を増やすことで、除去量を増すことが可能となる。溶出を促進させるには、洗浄液の温度を上げることも効果的である。副生成物のイオン性物質の残存量が多くなると、セラミックス粉末を焼成する際、イオン性物質が焼結を阻害するので好ましくない。残存イオン性物質を管理する手法として、洗浄液の電気伝導率の測定がある。洗浄後の洗浄水の電気伝導率が 150μS/cm をこえると、高誘電性セラミックスの焼結性を阻害するので好ましくない。 The electrical conductivity of the water used for cleaning is preferably less than 50 μS / cm. When it is 50 μS / cm 2 or more, the electrical conductivity of the cleaning liquid increases even if the amount of eluted ionic substances such as Na + and Cl − is sufficiently small. As the washing water having an electric conductivity of less than 50 μS / cm, pure water such as distilled water is particularly preferred for handling. The refined synthetic powder and cleaning liquid are put into a cleaning container, and ultrasonic cleaning is performed, and by-products are converted into ions such as Na + and Cl − and eluted in pure water. The removal amount can be increased by increasing the number of times the cleaning liquid is replaced or increasing the amount of the cleaning liquid with respect to the synthetic powder. In order to promote elution, it is also effective to raise the temperature of the cleaning solution. When the residual amount of the ionic substance as a by-product increases, it is not preferable because the ionic substance inhibits sintering when the ceramic powder is fired. As a technique for managing residual ionic substances, there is a measurement of electrical conductivity of a cleaning liquid. If the electric conductivity of the washing water after washing exceeds 150 μS / cm, it is not preferable because the sinterability of the high dielectric ceramic is inhibited.
本発明の高誘電性エラストマー組成物は、燃焼合成法により得られる高誘電性セラミックスを水洗して仮焼した後、エラストマーに配合することにより、高誘電性エラストマー組成物を容易に得ることができる。
仮焼処理条件は、高誘電性セラミックス中に残存する未反応物や不純物の含有量にもよるが、仮焼温度は断熱火炎温度の温度の 1500℃以下の 850〜1200℃が好ましく、仮焼時間は 0.5〜3 時間が好ましい。高誘電性を保ち、未反応物や不純物の含有量を減らすには、仮焼条件の低温領域で、長時間仮焼することが好ましい。
燃焼合成法により得られた高誘電性セラミックス仮焼することにより高誘電性セラミックス中に残存する未反応物やNaCl等の不純物を除去することができ、高誘電性セラミックスの結晶構造が安定し、焼結体と同じ構造を持つ誘電性粉末を得ることができる。仮焼処理した高誘電性セラミックスをエラストマーに配合することにより高誘電率、低誘電正接を示す高誘電性エラストマー組成物を得ることができる。
The highly dielectric elastomer composition of the present invention can be easily obtained by rinsing and calcining the highly dielectric ceramic obtained by the combustion synthesis method and then blending it into the elastomer. .
Although the calcining treatment conditions depend on the contents of unreacted substances and impurities remaining in the high dielectric ceramic, the calcining temperature is preferably 850 to 1200 ° C., which is 1500 ° C. or less of the adiabatic flame temperature, The time is preferably 0.5-3 hours. In order to maintain high dielectric properties and reduce the content of unreacted substances and impurities, it is preferable to calcine for a long time in a low temperature region of calcining conditions.
By calcining the high dielectric ceramic obtained by the combustion synthesis method, impurities such as unreacted substances and NaCl remaining in the high dielectric ceramic can be removed, and the crystal structure of the high dielectric ceramic is stabilized. A dielectric powder having the same structure as the sintered body can be obtained. A high dielectric elastomer composition exhibiting a high dielectric constant and a low dielectric loss tangent can be obtained by blending the calcined high dielectric ceramic with the elastomer.
燃焼合成法により製造した高誘電性セラミックス粉末とエラストマーとを配合させて比誘電率が 15 以上の高誘電性エラストマー組成物を得る。
本発明の高誘電性エラストマー組成物には、天然ゴム系エラストマーおよび合成ゴム系エラストマーを使用できる。
天然ゴム系エラストマーとしては、天然ゴム、塩化ゴム、塩酸ゴム、環化ゴム、マレイン酸化ゴム、水素化ゴム、天然ゴムの二重結合にメタクリル酸メチル、アクリロニトリル、メタクリル酸エステル等のビニルモノマーをグラフトさせてなるグラフト変性ゴム、窒素気流中でモノマー存在下に天然ゴムを粗錬してなるブロックポリマー等を挙げることができる。これらは、天然ゴムを原料とするものの他、合成cis−1,4−ポリイソプレンを原料としたエラストマーを挙げることができる。
A high dielectric elastomer composition having a relative dielectric constant of 15 or more is obtained by blending a high dielectric ceramic powder produced by a combustion synthesis method and an elastomer.
Natural rubber elastomers and synthetic rubber elastomers can be used in the high dielectric elastomer composition of the present invention.
Natural rubber-based elastomers include natural rubber, chlorinated rubber, hydrochloric acid rubber, cyclized rubber, maleated rubber, hydrogenated rubber, and vinyl monomers such as methyl methacrylate, acrylonitrile, and methacrylic acid ester grafted onto the double bond of natural rubber. Examples thereof include a graft-modified rubber, a block polymer obtained by roughening natural rubber in the presence of a monomer in a nitrogen stream. These include natural rubber as a raw material and elastomers from synthetic cis-1,4-polyisoprene as a raw material.
合成ゴム系エラストマーとしては、イソブチレンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマー、クロロスルホン化ポリエチレンゴム等のポリオレフィン系エラストマー、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー(SIS)、スチレン−ブタジエン−スチレンコポリマー(SBS)、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロックコポリマー(SEBS)等のスチレン系エラストマー、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、シリコーンゴム、ナイロン12、ブチルゴム、ブタジエンゴム、ポリノルボルネンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等を挙げることができる。 Synthetic rubber elastomers include isobutylene rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber, ethylene propylene terpolymer, polyolefin elastomer such as chlorosulfonated polyethylene rubber, styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), styrene-butadiene- Styrene elastomers such as styrene copolymer (SBS), styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer (SEBS), isoprene rubber, urethane rubber, epichlorohydrin rubber, silicone rubber, nylon 12, butyl rubber, butadiene rubber, polynorbornene rubber, acrylonitrile- Examples thereof include butadiene rubber.
上記エラストマーは、1種類または2種類以上混合して用いることができる。また、エラストマーの持つ弾力性を損なわない範囲内で熱可塑性樹脂の1種または2種を配合して用いることができる。本発明に使用できるエラストマーとして天然ゴム系エラストマーおよび/または合成非極性エラストマーの中から選ばれる1種または2種以上を用いた場合には電気絶縁性に優れた高誘電性エラストマーを得ることができるので、特に絶縁性の要求される用途に好ましく用いることができる。合成非極性のエラストマーとしては、エチレンプロピレンゴム、イソブチレンゴム、イソプレンゴム、シリコーンゴム等を挙げることができる。特にエチレンプロピレンゴムは誘電正接が極めて低いので、アンテナ等の電子部品やセンサーの用途には好ましく用いることができる。 The said elastomer can be used 1 type or in mixture of 2 or more types. Further, one or two thermoplastic resins can be blended and used within a range that does not impair the elasticity of the elastomer. When one or more kinds selected from natural rubber elastomers and / or synthetic nonpolar elastomers are used as the elastomer that can be used in the present invention, a highly dielectric elastomer excellent in electrical insulation can be obtained. Therefore, it can be preferably used for applications requiring insulation properties. Examples of the synthetic non-polar elastomer include ethylene propylene rubber, isobutylene rubber, isoprene rubber, and silicone rubber. In particular, since ethylene propylene rubber has a very low dielectric loss tangent, it can be preferably used for electronic parts such as antennas and sensors.
高誘電性セラミックスの配合割合は、高誘電性エラストマー組成物の比誘電率を 15 以上に維持でき、かつ、アンテナなどの電子部品とできる成形性を保持できる量である。例えば、エラストマー 100 重量部( phr )に対して、高誘電性セラミックスが 300〜2000 重量部( phr )配合できる。 The blending ratio of the high dielectric ceramic is such an amount that the dielectric constant of the high dielectric elastomer composition can be maintained at 15 or more and the moldability that can be obtained for an electronic component such as an antenna can be maintained. For example, 300 to 2000 parts by weight (phr) of high dielectric ceramic can be blended with 100 parts by weight (phr) of elastomer.
本発明においては、本発明の効果を妨げない範囲で(1)エラストマーとセラミックス粉末の界面の親和性や接合性を向上させ、機械的強度を改良するために、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコニアアルミネート系カップリング剤等のカップリング剤を、(2)電極形成のためのメッキ性を改良するために、タルク、ピロリン酸カルシウム等の微粒子性充填剤を、(3)熱安定性を一層改善するために酸化防止剤を、(4)耐光性を改良するために紫外線吸収剤等の光安定剤を、(5)難燃性を一層改善するためにハロゲン系もしくはリン系等の難燃助剤を、(6)耐衝撃性を改良するために耐衝撃性付与剤を、(7)潤滑性を改良するために滑剤、揺動性改良剤(固体潤滑剤、液体潤滑剤)を、(8)着色するために染料、顔料などの着色剤を、(9)物性を調整するために可塑剤、硫黄やパーオキサイド等の架橋剤を、(10)加硫を進めるための加硫促進剤をそれぞれ配合することができる。 In the present invention, in order not to impede the effects of the present invention, (1) In order to improve the affinity and bondability of the interface between the elastomer and the ceramic powder and improve the mechanical strength, a silane coupling agent, titanate Coupling agents such as coupling agents and zirconia aluminate coupling agents, (2) In order to improve plating properties for electrode formation, particulate fillers such as talc and calcium pyrophosphate, and (3) heat Antioxidants to further improve stability, (4) Light stabilizers such as ultraviolet absorbers to improve light resistance, and (5) Halogen or phosphorous to further improve flame retardancy. (6) Impact resistance imparting agent to improve impact resistance, (7) Lubricant, rocking property improver (solid lubricant, liquid lubrication to improve lubricity Agent), (8) coloring For this purpose, colorants such as dyes and pigments, (9) plasticizers for adjusting physical properties, crosslinking agents such as sulfur and peroxides, and (10) vulcanization accelerators for proceeding with vulcanization are blended. be able to.
また、本発明の高誘電性エラストマー組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内でガラスファイバー、チタン酸カリウムウィスカ等のチタン酸アルカリ金属繊維、酸化チタン繊維、ホウ酸マグネシウムウィスカやホウ酸アルミニウウムウィスカ等のホウ酸金属塩系繊維、ケイ酸亜鉛ウィスカやケイ酸マグネシウムウィスカ等のケイ酸金属系繊維、カーボンファイバ、アルミナ繊維、アラミド繊維等の各種有機または無機の充填剤を併用できる。 Further, the high dielectric elastomer composition of the present invention includes glass fiber, alkali metal titanate fiber such as potassium titanate whisker, titanium oxide fiber, magnesium borate whisker and boric acid within the range not impairing the object of the present invention. Various organic or inorganic fillers such as boric acid metal salt fibers such as aluminum whiskers, silicate metal fibers such as zinc silicate whiskers and magnesium silicate whiskers, carbon fibers, alumina fibers, and aramid fibers can be used in combination.
本発明の高誘電性エラストマー組成物の製造方法としては、とくに制限がなく、各種の混合成形方法を用いることができる。例えば、2軸押し出し機で混錬して製造する方法などが好適に用いられる。直ちに射出成形や押し出し成形等により成形品としてもよいし、ペレットや棒状物、板状物等の成形用材料としてもよい。 The method for producing the highly dielectric elastomer composition of the present invention is not particularly limited, and various mixed molding methods can be used. For example, a method of producing by kneading with a twin screw extruder is preferably used. Immediately, a molded product may be obtained by injection molding, extrusion molding, or the like, or a molding material such as pellets, rods, or plates.
本発明の高誘電性エラストマー組成物は、燃焼合成法による高誘電性セラミックスを配合するので誘電特性に優れる。そのため、このエラストマー組成物を用いた 100 MHz で作動する高周波用電子部品は、高周波帯域における信号伝播速度がいっそう速くなったり、波長短縮効果で電子部品の小型化が可能となる。このため、携帯電話、コードレスフォン、RFID等に用いるパッチアンテナ、電波望遠鏡やミリ波レーダ等のレンズアンテナ等に好適である。 The high dielectric elastomer composition of the present invention is excellent in dielectric properties because it contains a high dielectric ceramic produced by a combustion synthesis method. Therefore, a high-frequency electronic component that operates at 100 MHz using this elastomer composition can further increase the signal propagation speed in the high-frequency band, and can be downsized due to the wavelength shortening effect. Therefore, it is suitable for a patch antenna used for a mobile phone, a cordless phone, an RFID, etc., a lens antenna such as a radio telescope, a millimeter wave radar, and the like.
参考合成例1〜参考合成例6
以下の方法で高誘電性セラミックスを合成した。
表1に示す比表面積の異なる4族金属粉末、2族炭酸塩、酸素発生物質をそれぞれ表1に示すモル比でボールミルを用いて 5 時間混合することにより混合粉末を得た。合成装置内のチャンバー内にカーボンるつぼを設置し、混合粉末(100 g )をカーボンるつぼ内に敷き詰め、着火用のカーボンフイルムを混合粉の一部と接触させて、チャンバーを閉じた。真空ポンプを用いて、チャンバー内の残留酸素を減少させた後、アルゴン(Ar)ガスを封入し、チャンバーの内圧を 0.1 MPa とした。
Reference Synthesis Example 1 to Reference Synthesis Example 6
High dielectric ceramics were synthesized by the following method.
A mixed powder was obtained by mixing Group 4 metal powders, Group 2 carbonates, and oxygen-generating substances having different specific surface areas shown in Table 1 for 5 hours at a molar ratio shown in Table 1 using a ball mill. A carbon crucible was installed in the chamber in the synthesizer, and the mixed powder (100 g) was spread in the carbon crucible, and a carbon film for ignition was brought into contact with a part of the mixed powder to close the chamber. After reducing the residual oxygen in the chamber using a vacuum pump, argon (Ar) gas was sealed, and the internal pressure of the chamber was set to 0.1 MPa.
参考合成例1〜参考合成例6のすべての組成物について燃焼波が伝播し、燃焼合成法により合成粉末と副生成物(NaCl)が得られた。アルミナ製乳鉢を用いて合成粉末を粉砕し、表2に示す平均粒子径(μm )および粒子径分布(3σ値、μm )の未洗浄高誘電性セラミックス粉末を得た。
得られた未洗浄高誘電性セラミックス粉末を十分水洗し、この粉末に付着したNaClを除去して未仮焼高誘電性セラミックスを得た。
得られた未仮焼高誘電性セラミックス粉末を 表1に示す温度、時間にて仮焼し、この粉末に残存する不純物を除去して高誘電性セラミックスを得た。
得られた高誘電性セラミックス粉末の結晶相の同定をX線回折装置(XRD)を用いて行なった。結果をセラミックス組成として表2に示す。
また、比誘電率および誘電正接を以下の方法で測定した。
得られた高誘電性セラミックス粉末に成形用バインダ(ポリビニルブチラール樹脂)を 1 重量%添加して混合した。次に混合粉末を 10 mm×80 mm の金型に投入し、1.5 トン/cm2 の圧力を加えてグリーン体(10 mm×90 mm×3 mm )を得た。このグリーン体を 600℃で 1 時間保持し、有機分を除去した後、1300℃で 3 時間焼成した。得られた焼結体を 70 mm×1.5 mm×1.5 mm の試験片に加工し、空洞共振器法を用いて、1 GHz および 5 GHz の周波数帯で比誘電率および誘電正接を測定した。ここで、比誘電率および誘電正接は 25℃での値である。結果を表2に示す。
また、不純物であるSrCO3、CaCO3およびNa2Oの含有量(ppm)は、XRDにより微小ピークの同定を行ない、主成分ピークと微小ピークとの比から、微小ピークに起因する層の含有率として求めた。また、必要に応じて蛍光X線分析法(酸化物換算)を用いて測定した。結果を表2に示す。
Combustion waves propagated for all compositions of Reference Synthesis Examples 1 to 6, and synthetic powder and by-product (NaCl) were obtained by the combustion synthesis method. The synthetic powder was pulverized using an alumina mortar to obtain an unwashed high dielectric ceramic powder having an average particle size (μm) and particle size distribution (3σ value, μm) shown in Table 2.
The obtained unwashed high dielectric ceramic powder was sufficiently washed with water, and NaCl adhered to the powder was removed to obtain an uncalcined high dielectric ceramic.
The obtained uncalcined high dielectric ceramic powder was calcined at the temperature and time shown in Table 1, and impurities remaining in the powder were removed to obtain a high dielectric ceramic.
The crystal phase of the obtained high dielectric ceramic powder was identified using an X-ray diffractometer (XRD). The results are shown in Table 2 as the ceramic composition.
The relative dielectric constant and dielectric loss tangent were measured by the following methods.
1% by weight of a molding binder (polyvinyl butyral resin) was added to and mixed with the obtained high dielectric ceramic powder. Next, the mixed powder was put into a 10 mm × 80 mm mold and a pressure of 1.5 ton / cm 2 was applied to obtain a green body (10 mm × 90 mm × 3 mm). This green body was held at 600 ° C. for 1 hour to remove organic components, and then fired at 1300 ° C. for 3 hours. The obtained sintered body was processed into a 70 mm × 1.5 mm × 1.5 mm test piece, and the dielectric constant and dielectric loss tangent were measured in the 1 GHz and 5 GHz frequency bands using the cavity resonator method. Here, relative permittivity and dielectric loss tangent are values at 25 ° C. The results are shown in Table 2.
Moreover, the content (ppm) of impurities SrCO 3 , CaCO 3 and Na 2 O is identified by XRD, and the content of the layer due to the minute peak is determined from the ratio of the main component peak to the minute peak. Calculated as a rate. Moreover, it measured using the fluorescent X ray analysis method (oxide conversion) as needed. The results are shown in Table 2.
参考比較例1〜参考比較例3
参考合成例1、参考合成例5および参考合成例6で得た未仮焼高誘電性セラミックス粉末を用いて、仮焼は行なわずに不純物を除去して、それぞれ参考比較例1、参考比較例2および参考比較例3の高誘電性セラミックスを得た。得られた高誘電性セラミックスの組成、比誘電率、誘電正接、平均粒子径(μm )、粒子径分布(3σ値、μm )および不純物含有量(ppm)を、それぞれ表2に示す。
Reference Comparative Example 1 to Reference Comparative Example 3
Using the non-calcined high dielectric ceramic powder obtained in Reference Synthesis Example 1, Reference Synthesis Example 5 and Reference Synthesis Example 6, impurities were removed without performing calcination, and Reference Comparative Example 1 and Reference Comparative Example were respectively used. 2 and Reference Comparative Example 3 were obtained. Table 2 shows the composition, relative dielectric constant, dielectric loss tangent, average particle size (μm), particle size distribution (3σ value, μm) and impurity content (ppm) of the obtained high dielectric ceramics.
実施例1〜実施例6
エチレンプロピレンゴム(三井化学社製:EPT−3095)100 重量部に対し、燃焼合成により合成した後、仮焼したセラミックス粉末(参考合成例1〜6)と、カーボンブラック(東海カーボン社製:シーストS)と、加硫促進剤および加工助剤等とをそれぞれ表3に示す配合割合で配合し、加圧ニーダで混練り後、加熱圧縮成形にて、80 mm×80 mm×1.5 mm の成形体を得た。なお、加硫条件は、それぞれ 170℃×20 分である。
また、プロセスオイルは出光興産社製のPW−380を、酸化亜鉛は井上石炭工業社製のMETA−Z L−40を、ステアリン酸は花王社製のルナックS−30を、老化防止剤は精工化学社製のノンフレックスRD−Gを、加硫促進剤は住友化学社製のソクシノールMを、過酸化物架橋剤は化薬アクゾ社製のカヤクミルD40をそれぞれ用いた。得られた成形体から、1.5 mm×1.5 mm×80 mm の短冊状試験片を加工し、空洞共振器法により、1 GHz 帯および 5 GHz 帯で誘電特性(比誘電率および誘電正接)を測定した。測定結果を表3に示す。すべての実施例について、比誘電率が 10 以上、誘電正接が 0.007 以下であり、極めて優れた誘電特性を示すことがわかる。
Examples 1 to 6
Ceramic powder (reference synthesis examples 1 to 6) synthesized by combustion synthesis and then calcined with 100 parts by weight of ethylene propylene rubber (Mitsui Chemicals Co., Ltd .: EPT-3095) and carbon black (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd .: Seast S), vulcanization accelerator and processing aid, etc. are blended in the blending ratios shown in Table 3, kneaded with a pressure kneader, and then formed into 80 mm x 80 mm x 1.5 mm by heat compression molding. Got the body. The vulcanization conditions are 170 ° C x 20 minutes each.
The process oil is PW-380 manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd., the zinc oxide is META-Z L-40 manufactured by Inoue Coal Industry, the stearic acid is Lunac S-30 manufactured by Kao Corporation, and the anti-aging agent is Seiko. Non-flex RD-G manufactured by Kagaku Co., Soccinol M manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. was used as the vulcanization accelerator, and Kayak Mill D40 manufactured by Kayaku Akzo Co., Ltd. was used as the peroxide crosslinking agent. A 1.5 mm x 1.5 mm x 80 mm strip test piece was machined from the resulting compact, and dielectric properties (dielectric constant and dielectric loss tangent) were measured in the 1 GHz band and 5 GHz band by the cavity resonator method. did. Table 3 shows the measurement results. In all the examples, the relative dielectric constant is 10 or more and the dielectric loss tangent is 0.007 or less.
比較例1〜比較例6
エチレンプロピレンゴム(三井化学社製:EPT−3095)100 重量部に対し、未仮焼高誘電性セラミックス粉末(参考比較例1〜3)と、その他の配合剤とをそれぞれ表3に示す配合割合で配合し、加圧ニーダで混練り後、加熱圧縮成形にて、80 mm×80 mm×1.5 mm の成形体を得た。なお、加硫条件は、それぞれ 170℃×20 分である。
得られた成形体から、1.5 mm×1.5 mm×80 mm の短冊状試験片を加工し、空洞共振器法により、1 GHz 帯および 5 GHz 帯で誘電特性(比誘電率および誘電正接)を測定した。測定結果を表3に示す。
Comparative Examples 1 to 6
Table 3 shows the blending ratio of uncalcined high dielectric ceramic powder (Reference Comparative Examples 1 to 3) and other compounding agents with respect to 100 parts by weight of ethylene propylene rubber (Mitsui Chemicals Co., Ltd .: EPT-3095). After mixing with a pressure kneader, a compact of 80 mm × 80 mm × 1.5 mm was obtained by heat compression molding. The vulcanization conditions are 170 ° C x 20 minutes each.
A 1.5 mm x 1.5 mm x 80 mm strip test piece was machined from the resulting compact, and dielectric properties (dielectric constant and dielectric loss tangent) were measured in the 1 GHz band and 5 GHz band by the cavity resonator method. did. Table 3 shows the measurement results.
比較例7および比較例8
エチレンプロピレンゴム(三井化学社製:EPT−3095)100 重量部に対し、誘電性セラミックス粉末(共立マテリアル社製:ST‐NAS)を、比較例7では 600 重量部、比較例8では 900 重量部、その他の配合剤をそれぞれ表3に示す配合割合で配合し、加圧ニーダで混練り後、加熱圧縮成形にて、80 mm×80 mm×1.5 mm の成形体を得た。なお、加硫条件は、それぞれ 170℃×20 分である。
得られた成形体から、1.5 mm×1.5 mm×80 mm の短冊状試験片を加工し、空洞共振器法により、1 GHz 帯および 5 GHz 帯で誘電特性(比誘電率および誘電正接)を測定した。測定結果を表3示す。
Comparative Example 7 and Comparative Example 8
Dielectric ceramic powder (manufactured by Kyoritsu Materials Co., Ltd .: ST-NAS) is 100 parts by weight of ethylene propylene rubber (Mitsui Chemicals Co., Ltd .: EPT-3095), 600 parts by weight in Comparative Example 7 and 900 parts by weight in Comparative Example 8 The other compounding agents were blended in the blending ratios shown in Table 3, respectively, kneaded with a pressure kneader, and then a compact of 80 mm × 80 mm × 1.5 mm was obtained by heat compression molding. The vulcanization conditions are 170 ° C x 20 minutes each.
A 1.5 mm x 1.5 mm x 80 mm strip test piece was machined from the resulting compact, and dielectric properties (dielectric constant and dielectric loss tangent) were measured in the 1 GHz band and 5 GHz band by the cavity resonator method. did. Table 3 shows the measurement results.
比較例9および比較例10
エチレンプロピレンゴム(三井化学社製:EPT−3095)100 重量部に対し、誘電性セラミックス粉末(共立マテリアル社製:ST‐NAS)を比較例9では 1200 重量部、比較例10では1500 重量部、その他の配合剤をそれぞれ表3に示す配合割合で配合し、加圧ニーダで混練りを試みたが、誘電性セラミックス粉末の配合量が多すぎるため、均質に練ることができず、誘電特性を測定するための成形体が得られなかった。
Comparative Example 9 and Comparative Example 10
In Comparative Example 9, 1200 parts by weight of dielectric ceramic powder (manufactured by Kyoritsu Materials Co., Ltd .: ST-NAS) and 1500 parts by weight in Comparative Example 10 with respect to 100 parts by weight of ethylene propylene rubber (Mitsui Chemicals Co., Ltd .: EPT-3095) Other compounding agents were blended at the blending ratios shown in Table 3, respectively, and kneading was attempted with a pressure kneader. However, since the amount of dielectric ceramic powder blended was too large, it could not be homogeneously kneaded, and the dielectric properties were reduced. A molded product for measurement could not be obtained.
本発明の高誘電性エラストマー組成物は、燃焼合成法により得られた高誘電性セラミックスを仮焼してエラストマーに配合するので、高誘電性セラミックス中に残存するNaCl等の不純物を除去することができ、結晶構造が安定し、焼結体と同じ構造を持つ誘電性粉末を得ることができる。このため、本発明の高誘電性エラストマー組成物は誘電性特性に優れ、携帯電話、コードレスフォン、RFID等に用いるパッチアンテナ、電波望遠鏡やミリ波レーダ等のレンズアンテナ等に好適に利用できる。 The high dielectric elastomer composition of the present invention is obtained by calcining the high dielectric ceramic obtained by the combustion synthesis method and blending it into the elastomer, so that impurities such as NaCl remaining in the high dielectric ceramic can be removed. In addition, a dielectric powder having a stable crystal structure and the same structure as the sintered body can be obtained. For this reason, the high dielectric elastomer composition of the present invention has excellent dielectric properties, and can be suitably used for patch antennas used in mobile phones, cordless phones, RFIDs, etc., lens antennas such as radio telescopes and millimeter wave radars, and the like.
Claims (5)
前記高誘電性セラミックスは、発熱源となる金属粉末と、酸素供給源となる物質とを少なくとも含む反応原料を、断熱火炎温度が 1500℃以上である燃焼合成法により合成した後、仮焼して得られることを特徴とする高誘電性エラストマー組成物。 A high dielectric elastomer composition obtained by blending a high dielectric ceramic with an elastomer,
The high dielectric ceramic is prepared by synthesizing a reaction raw material containing at least a metal powder as a heat source and a substance as an oxygen supply source by a combustion synthesis method with an adiabatic flame temperature of 1500 ° C. or higher, and calcining. A highly dielectric elastomer composition obtained.
前記反応工程で得られた反応生成物を仮焼する仮焼工程を有することを特徴とする高誘電性エラストマー組成物の製造方法。 A mixing step in which a reaction raw material containing at least a metal powder serving as a heat generation source and a substance serving as an oxygen supply source are mixed in a predetermined ratio, and a reaction step in which the mixture mixed in the predetermined ratio is reacted by a combustion synthesis method; A method for producing a high dielectric elastomer composition comprising a blending step of blending a high dielectric ceramic after combustion synthesis with an elastomer,
A method for producing a highly dielectric elastomer composition comprising a calcining step of calcining the reaction product obtained in the reaction step.
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