JP2009269214A - 多孔質シートおよびその製造方法、並びに断熱シート - Google Patents

Abstract

【課題】静電気の発生を抑制でき、且つ、十分な断熱性を備えた、断熱材に使用可能なシート材を提供する。
【解決手段】（Ｉ）ポリテトラフルオロエチレンとカーボン粒子とを含むシート状成形体を複数準備する工程と、（II）複数の前記シート状成形体を重ね合わせて圧延する工程と、を含む多孔質シートの製造方法。工程（Ｉ）と工程（II）とが交互に繰り返されてもよい。また、シート状成形体として、例えば、ポリテトラフルオロエチレンとカーボン粒子とを含む混合物をシート状に成形した母シートを用いることもできるし、母シートを複数重ね合わせて圧延することによって得られる積層シートを用いることもできる。
【選択図】なし

Description

本発明は、多孔質シートとその製造方法、並びに断熱シートに関する。

断熱材は、温度変化がその機能に大きな影響を及ぼす精密機器、冷蔵庫等の家電製品、クリーンルームの壁や天井等、様々な製品に適用されている。従来、断熱材として、例えばウレタンフォーム等のポリマーの発泡体や、グラスウールが用いられている。これらの材料は断熱性に優れ、さらに軽量および安価であるため、幅広い分野で断熱材として使用されている。また、織布や不織布にマトリックス樹脂を含浸させることによって形成された繊維強化プラスチック断熱材（特許文献１参照）等も、高強度の断熱材として提案されている。

しかし、これらの断熱材には、静電気が発生するという問題があった。そこで、静電気の発生を防止する断熱材として、例えば、断熱層の間に金属板が挿入された断熱材や、帯電防止剤が塗布された断熱材（特許文献２および特許文献３参照）が提案されている。しかし、断熱層の間に金属板が挿入された断熱材の場合、金属板を挿入するために接着工程が必要となり、さらに層間の接着強度を強化する必要もある。このため、製造工程数が増加するという問題があった。一方、帯電防止剤を用いた断熱材の場合、帯電防止剤の塗布工程が必要となるため、製造工程数が増加するという問題があった。さらに、帯電防止能力が経時的に変化するという問題もあった。
特許第２７０９３７１号公報 特公平３−８２４８号公報 特公平５−２５６６８号公報

以上のように、従来は、静電気の発生を抑制できる断熱材を、簡便な方法で提供することが困難であった。

そこで、本発明では、静電気の発生を抑制でき、且つ、十分な断熱性を備えた、断熱材に使用可能なシート材を提供することを目的とする。

本発明の多孔質シートの製造方法は、
（Ｉ）ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記載する。）とカーボン粒子とを含むシート状成形体を複数準備する工程と、
（II）複数の前記シート状成形体を重ね合わせて圧延する工程と、
を含む。

本発明の多孔質シートは、ＰＴＦＥとカーボン粒子とを含み、厚さ方向における熱伝導率が０．０５ｗ／ｍＫ以上０．１ｗ／ｍＫ以下であり、且つ、厚さ方向における体積抵抗率が０．５Ω・ｃｍ以上２Ω・ｃｍ以下である。

本発明は、上記本発明の多孔質シートの製造方法によって得られる多孔質シートまたは上記本発明の多孔質シートを用いて作製された断熱シートを、さらに提供する。

本発明の多孔質シートの製造方法によれば、熱伝導率が低く、且つ、高い電気伝導性を備えた多孔質シートを得ることができる。また、本発明の多孔質シートは、十分な断熱性と高い電気伝導性とを備えている。したがって、本発明によれば、静電気の発生を抑制でき、且つ、十分な断熱性を備えた、断熱材として使用可能な多孔質シートを、簡便な方法で提供できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の記載は本発明を限定するものではない。

本実施の形態の多孔質シートの製造方法は、
（Ｉ）ＰＴＦＥとカーボン粒子とを含むシート状成形体を複数準備する工程と、
（II）複数の前記シート状成形体を重ね合わせて圧延する工程と、
を含む。 工程（Ｉ）の例について説明する。

まず、工程（Ｉ）において準備するシート状成形体の一例について説明する。ＰＴＦＥファインパウダー、カーボン粒子および成形助剤を混合して、ペースト状の混合物を作製する。この混合は、ＰＴＦＥの繊維化を極力抑制する条件で行うことが望ましい。具体的には、回転数を小さくし、混合時間を短くして、混練せずに混合することが望ましい。このように混合することによって、ＰＴＦＥをマトリックスとするシート状物の加工が容易となる。カーボン粒子は、脱落することなくＰＴＦＥマトリックスに担持され、且つ、得られる多孔質シートに十分な電気伝導性を付与することができればよいため、特には限定されないが、粒径２０〜６０ｎｍものが望ましい。カーボン粒子としては、例えばカーボンブラックが使用できる。カーボン粒子の添加量は、例えば６０〜９０重量％である。成形助剤には、例えばドデカンやデカン等の飽和炭化水素を使用できる。成形助剤の添加量は、例えば固形分に対して１〜１．４倍（重量比）である。このような混合物を、押出しおよび圧延によってシート状に成形して得られる母シートを、本発明のシート状成形体（シート状成形体の第１の例）として用いることができる。このようにして得られるシート状成形体の厚みは、例えば０．５〜１０ｍｍである。

また、工程（Ｉ）において準備するシート状成形体の別の例として、上記母シートが複数重ね合わされて圧延されることによって得られた積層シート（シート状成形体の第２の例）も挙げられる。積層シートの積層数は、特には限定されず、製造しようとする多孔質シートの構成層数（多孔質シートを構成する層の数）を考慮して、適宜決定することができる。

以上のようにして、シート状成形体を準備できる。

次に、工程（II）の例について説明する。

工程（II）では、工程（Ｉ）で準備した複数のシート状成形体を重ね合わせて圧延する。具体的には、工程（Ｉ）で準備した複数のシート状成形体を積層し、この積層物を圧延して積層シートを得る。上述したように、シート状成形体は、上記母シート（第１の例のシート状成形体）であってもよいし、母シートを複数重ね合わせて圧延することによって得られた積層シート（第２の例のシート状成形体）であってもよい。工程（II）において重ね合わせるシート状成形体の数は、特には限定されず、例えば１〜６枚程度が可能である。高い強度を実現するために、シート状成形体を１つずつ重ね合わせて圧延することが望ましい。

本実施の形態の多孔質シートの製造方法では、工程（Ｉ）と工程（II）とが交互に繰り返されてもよい。この場合の具体例を、以下に説明する。

まず、複数（例えば１〜６枚）の母シートを準備する（工程（Ｉ））。次に、複数の母シートを積層し、この積層物を圧延して積層シート（第１の積層シート）を得る（工程（II））。ここで得られた第１の積層シートを複数（例えば１〜６枚）準備し、当該第１の積層シートを工程（Ｉ）におけるシート状成形体として用いる。次に、複数（例えば１〜６枚）の第１の積層シートを積層し、この積層物を圧延して積層シート（第２の積層シート）を得る（工程（II））。さらに、得られた第２の積層シートを複数（例えば１〜６枚）準備し、当該第２の積層シートを工程（Ｉ）におけるシート状成形体として用いる。次に、複数（例えば１〜６枚）の第２の積層シートを積層し、この積層物を圧延して積層シート（第３の積層シート）を得る（工程（II））。このように、目的とする多孔質シートの構成層数になるまで、工程（Ｉ）と工程（II）とを交互に繰り返すことができる。なお、ここで説明した例では、積層数が同じである積層シート同士（第１の積層シート同士、第２の積層シート同士等）を重ね合わせて圧延しているが、積層数が互いに異なる積層シート同士を重ね合わせて圧延することも可能である。

工程（II）を繰り返す際に、圧延方向を変更することが望ましい。例えば、第２の積層シートを得るために行う圧延では、その圧延方向を、第１の積層シートを得るために行った圧延の方向から９０度変更するとよい。このように方向を変えながら圧延することによって、ＰＴＦＥのネットワークが縦横に延び、シート強度の向上およびカーボン粒子のＰＴＦＥマトリックスへの強固な固定が可能になる。

多孔質シートの構成層数を、当該多孔質シートに含まれる母シートの総数で表すとき、構成層数は、例えば１００〜８００層とできる。シート強度を上げるためには、層数は１００層以上が望ましい。また、薄膜化（例えば１ｍｍ以下のシートとする）ためには、層数は８００層以下が望ましい。構成層数を多くするほど、得られるシートの強度を高くできる。

圧延初期（含まれる母シートの総数が少ない段階）は、強度が低く高倍率の圧延に耐えることが困難であるが、シート状成形体の積層および圧延を繰り返すにしたがって圧延倍率が上がり、シート強度の向上およびカーボン粒子のＰＴＦＥマトリックスへの強固な固定が可能になる。また、積層構造（構成層数）は、得られるシートの断熱性や耐圧縮性にも関係する。したがって、十分な断熱性と耐圧縮性とを備えたシートを得るために、構成層数は２００〜６００層が好ましい。

最終的に、厚さ０．５〜２ｍｍ程度のシートを作製し、その後、成形助剤を加熱して除去することによって、本発明の多孔質シートを得ることができる。

本実施の形態の製造方法によれば、厚さ方向における熱伝導率が０．０５ｗ／ｍＫ以上０．１ｗ／ｍＫ以下であり、且つ、厚さ方向における体積抵抗率が０．５Ω・ｃｍ以上２Ω・ｃｍ以下の多孔質シートを作製できる。また、本実施の形態の製造方法によれば、７０〜８０ｖｏｌ％の気孔率を有する多孔質シートを作製することができる。

さらに、この多孔質シートは、シート状成形体の積層数等を適宜調整することによって、厚さ方向における５％歪み時の圧縮弾性率を０．５ＭＰａ以上２ＭＰａ以下の範囲にすることができる。一般に用いられている断熱材は、圧縮変形により断熱性が低下しやすい。しかし、本実施の形態の方法によって作製される多孔質シートは、上記のような高い圧縮弾性率を実現できるので、圧縮による変形が少なく、圧縮変形による断熱性の低下を抑制できる。さらに、このよう多孔質シートは、圧縮されても復元力があるため、厚み方向に圧縮力が加えられた後でも熱伝導率が変化しにくい。圧縮による断熱性の低下を防ぐことができる断熱材として、例えば特許第２７０９３７１号（特許文献１）に、マトリックス樹脂を含浸させた織布または不織布と、マトリックス樹脂を含浸させない織布または不織布とを、交互に積層してプレスすることによって作製された繊維強化プラスチック断熱材が提案されている。しかし、このような断熱材は、電気伝導性を備えていないことに加えて、製造工程が煩雑であることや可撓性が低い等の問題もあった。これに対し、本実施の形態の方法によって作製される多孔質シートは、ＰＴＦＥとカーボン粒子とを含むシート状成形体を積層および圧延することによって作製できるため、製造工程が簡便である。さらにこの多孔質シートは、可撓性が高いため、曲げにも強いという特性を有する。

本実施の形態の多孔質シートは、さらに自己接着性も有しているため、例えば断熱シートとして機器等の所定の位置に設置した際に、所定の位置からシートがずれるといった問題も生じにくい。

以上のように、本実施の形態の方法によって作製される多孔質シートは、ＰＴＦＥとカーボン粒子とを含むシート状成形体を積層させることによって形成されているので、厚さ方向における熱伝導率、体積抵抗率および圧縮弾性率が上記範囲を満たすことができる。

本実施の形態によって得られる多孔質シートは、断熱シートとして使用することが可能である。この多孔質シートは、上記のとおり良好な断熱性と良好な電気伝導性とを有しているので、この多孔質シートを用いて作製された本実施の形態の断熱シートは、良好な断熱性を備えつつ、静電気の発生も抑制できる。さらに、本実施の形態の断熱シートは、高い圧縮弾性率も備えることができるので、厚み方向に圧縮力が加えられても、断熱性が低下しにくい。

次に、本発明の多孔質シートの製造方法および多孔質シートについて、実施例を用いて具体的に説明する。

(実施例１）
ＰＴＦＥファインパウダー（商品名「Ｆ１０４」、ダイキン工業株式会社製）１５質量部、アセチレンブラック（商品名「デンカブラック（粉状品）」、電気化学工業株式会社製）８５質量部、成形助剤としての飽和炭化水素（商品名「ＮＳクリーン２２０」、ジャパンエナジー社製）１４０質量部を、ミキサーにて混合した。混合条件は、回転数１００ｒｐｍ温度２０℃、混合時間２分間とした。混合物を、圧力０．３ＭＰａで圧縮し予備成形した。次に、この予備成形体を約１０ＭＰａで押出して、直径１５ｍｍの丸棒を成形した。さらにこの丸棒を一対の金属製圧延ロール（表面温度４０℃）間に通して圧延し、厚さ５ｍｍ、幅２５ｍｍの母シート（シート状成形体）を得た。

まず、母シートを２枚積層し、この積層物を圧延して、積層シート（第１の積層シート）を作製した。次に、得られた第１の積層シートをシート状成形体として２枚準備した。これら２枚の第１の積層シートを重ね合わせて積層し、この積層物を圧延して、新たな積層シート（第２の積層シート）を作製した。次に、得られた第２の積層シートをシート状成形体として２枚準備した。これら２枚の第２の積層シートを重ね合わせて積層し、この積層物を圧延して新たな積層シート（第３の積層シート）を作製した。このように、得られた積層シートをシート状成形体として用いて、重ね合わせて圧延する工程を８回繰り返すことによって、積層数が２５６層のシートを作製した。最終的に得られたシートは、厚さ１ｍｍ、幅２５０ｍｍ、長さ２ｍであった。次いで、このシートを１５０℃に加熱して成形助剤を除去した。

以上のように作製された実施例１の多孔質シートについて、熱伝導率、体積抵抗率および圧縮弾性率を測定した。測定結果は、表１に示すとおりである。

＜熱伝導率の測定＞
熱線法熱伝導率測定装置（商品名「ＱＴＭ−５００」、京都電子工業株式会社製）を用いて、厚み方向における熱伝導率を測定した。

＜体積抵抗率の測定＞
４端子法で測定した。１００ｍＡの電流を多孔質シートの厚さ方向に流して、電圧を測定することによって体積抵抗率を求めた。電極プローブを０．２ＭＰａの圧力で多孔質シートに押し当てて、測定を行った。

＜圧縮弾性率の測定＞
テンシロン万能試験機（株式会社エー・アンド・デイ製）を用いて、多孔質シートを厚さ方向に０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で圧縮し、変位と応力とを測定した。２０ｋＰａ応力荷重点を変位０とし、５％歪み時の応力（δ）の測定値を用いて、以下の式を用いて圧縮弾性率（Ｅ）を算出した。
Ｅ＝δ／０．０５

（実施例２）
ＰＴＦＥファインパウダー（商品名「Ｆ１０４」、ダイキン工業株式会社製）３０質量部、アセチレンブラック（商品名「デンカブラック（粉状品）」、電気化学工業株式会社製）７０質量部、成形助剤としての飽和炭化水素（商品名「ＮＳクリーン２２０」、ジャパンエナジー社製）１００質量部を、ミキサーにて混合した。それ以外は実施例１と同様の方法を用いて、実施例２の多孔質シートを作製した。

得られた実施例２の多孔質シートについて、実施例１と同様の方法で、熱伝導率、体積抵抗率および圧縮弾性率を測定した。測定結果は、表１に示すとおりである。

（比較例１）
ＰＴＦＥファインパウダー（商品名「Ｆ１０４」、ダイキン工業株式会社製）１５質量部、アセチレンブラック（商品名「デンカブラック（粉状品）」、電気化学工業株式会社製）８５質量部、成形助剤としての飽和炭化水素（商品名「ＮＳクリーン２２０」、ジャパンエナジー社製）１４０質量部を、ミキサーにて混合した。混合条件は、回転数１００ｒｐｍ温度２０℃、混合時間２分間とした。混合物を、圧力０．３ＭＰａで圧縮し予備成形した。次に、この予備成形体を約１０ＭＰａで、厚さ５ｍｍ、幅３０ｍｍの板状に押出し成形した。さらにこの板状成形体を一対の金属製圧延ロール（表面温度４０℃）間に通して押出し方向に圧延し、厚さ１ｍｍ、幅５０ｍｍのシートを得た。次いで、このシートを１５０℃に加熱して成形助剤を除去した。

得られた比較例１の多孔質シートについて、実施例１と同様の方法で、熱伝導率、体積抵抗率および圧縮弾性率を測定した。測定結果は、表１に示すとおりである。

実施例１の多孔質シートと、実施例１の多孔質シートと同様の材料比率（ＰＴＦＥ：１５質量部、カーボン粒子：８５質量部、成形助剤：１４０質量部）で作製した比較例１とを比較すると、多層構造を有していない比較例１の多孔質シートは、体積抵抗率は低い（電気伝導性は高い）ものの、熱伝導率が高く、断熱性が不十分であった。これに対し、実施例１の多孔質シートは、低い体積抵抗率（高い電気伝導性）と低い熱伝導率（良好な断熱性）とを同時に実現することができた。また、実施例１とは材料の比率が異なるものの、同様の方法で作製された実施例２の多孔質シートも、実施例１と同様に、低い体積抵抗率と低い熱伝導率とを同時に実現することができた。また、実施例１および２の多孔質シートは、比較例１の多孔質シートよりも、高い圧縮弾性率を有していた。

以上の結果から、本発明の製造方法によって作製された多孔質シートは、電気伝導性が高いので静電気の発生を抑制でき、且つ、十分な断熱性を備えていることが確認された。

本発明によって得られる多孔質シートは、熱伝導率が低く、且つ、高い電気伝導性を有するので、静電気の発生を抑制できる断熱材として、精密機器等に好適に使用できる。また、本発明によって得られる多孔質シートは、静電気によるノイズ発生を抑制する材料や、防塵用材料としても使用可能である。

Claims (7)

1. （Ｉ）ポリテトラフルオロエチレンとカーボン粒子とを含むシート状成形体を複数準備する工程と、
   （II）複数の前記シート状成形体を重ね合わせて圧延する工程と、
   を含む、多孔質シートの製造方法。
2. 前記工程（Ｉ）と前記工程（II）とが交互に繰り返される、請求項１に記載の多孔質シートの製造方法。
3. 前記工程（II）を繰り返す際に、圧延方向を変更する、請求項２に記載の多孔質シートの製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の方法によって得られる多孔質シートを用いて作製された断熱シート。
5. ポリテトラフルオロエチレンとカーボン粒子とを含み、
   厚さ方向における熱伝導率が０．０５ｗ／ｍＫ以上０．１ｗ／ｍＫ以下であり、且つ、厚さ方向における体積抵抗率が０．５Ω・ｃｍ以上２Ω・ｃｍ以下である、多孔質シート。
6. 厚さ方向における５％歪み時の圧縮弾性率が０．５ＭＰａ以上２ＭＰａ以下である、請求項５に記載の多孔質シート。
7. 請求項５または６に記載の多孔質シートを用いて作製された断熱シート。