JP2017186395A - 発泡体および発泡体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽さと耐電圧特性とのバランスに優れた発泡体を提供する。【解決手段】３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体であって、ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した当該発泡体の絶縁破壊電圧が２ｋＶ／ｍｍ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、発泡体および発泡体の製造方法に関する。

電気的絶縁性を備えた部材（絶縁部材）について、その耐電圧特性を向上させるべく、これまでに種々の検討がなされている。
たとえば、特許文献１には、高い電気絶縁性と高熱伝導率とを兼ね備えた絶縁部材を形成するために用いる成形材料として、所定量の熱可塑性樹脂とともに、導電性フィラーと絶縁性フィラーとを含有させた電気絶縁性熱伝導樹脂組成物が記載されている。

特開２０１６−１７０８６号公報

しかし、本発明者らが検討した結果、従来の成形材料を用いて作製した絶縁部材は、その軽さと耐電圧特性とのバランスという観点において改善の余地を有していた。

本発明は、軽さと耐電圧特性とのバランスに優れた発泡体及び発泡体の製造方法を提供する。

本発明者らは、軽さと耐電圧特性とのバランスに優れた発泡体を提供すべく、鋭意検討した。その結果、３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体において、ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した絶縁破壊電圧という尺度が設計指針として有効であることを見出し、本発明を完成させた。具体的には、本発明者らは、ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した発泡体の絶縁破壊電圧が所定値以上となるよう制御することにより、軽さと耐電圧特性とのバランスが改善されることを見出した。

本発明によれば、３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体であって、
ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した当該発泡体の絶縁破壊電圧が２ｋＶ／ｍｍ以上である、発泡体が提供される。

さらに、本発明によれば、上記の発泡体を製造するための発泡体の製造方法であって、
前記マトリックス樹脂を形成するバインダー樹脂、前記フィラー、及び熱膨張性マイクロカプセルを混合したスラリーを準備し、前記スラリーを抄造することにより発泡性抄造体を得る工程と、
金型の内部の一部に前記発泡性抄造体を配置し、前記熱膨張性マイクロカプセルを膨張させて、前記金型の内部の全体にまで前記発泡性抄造体を膨張させることにより、前記発泡性抄造体の成形体からなる発泡体を得る工程と、を含む、発泡体の製造方法が提供される。

本発明によれば、軽さと耐電圧特性とのバランスに優れた発泡体及び発泡体の製造方法を提供される。

本実施形態に係る発泡性抄造体の一例を示す斜視模式図である。 本実施形態に係る発泡性抄造体の製造方法の一例を示す断面模式図である。 本実施形態に係る発泡体の製造方法の一例を示す断面模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態の発泡体の概要を説明する。
本実施形態の発泡体は、３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体である。この発泡体は、ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した当該発泡体の絶縁破壊電圧が２ｋＶ／ｍｍ以上となるものである。

本発明者らが検討した結果、３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体において、ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した絶縁破壊電圧という尺度が、軽さと耐電圧特性とのバランスを示す指標となることが見出された。
本発明者らは、このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した発泡体の絶縁破壊電圧が２ｋＶ／ｍｍ以上となるように制御することにより、軽さと耐電圧特性とのバランスが改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。

本実施形態によれば、軽さと耐電圧特性とのバランスに優れた発泡体を実現することができる。

以下、本実施形態の発泡体について詳細に説明する。

本実施形態の発泡体は、３次元構造を有するマトリックス樹脂にフィラーが分散した構造を有している。本実施形態において、３次元構造を有するマトリックス樹脂は、たとえば、３次元網目構造を有する樹脂硬化体で構成されていてもよい。この樹脂硬化体としては、たとえば、熱硬化性樹脂の硬化体等が挙げられる。また、上記のフィラーとしては、たとえば、繊維フィラーを用いることができる。フィラーの詳細については、後述する。

本実施形態において、ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した発泡体の絶縁破壊電圧は、２ｋＶ／ｍｍ以上であるが、好ましくは、３ｋＶ／ｍｍ以上であり、さらに好ましくは、５ｋＶ／ｍｍ以上であり、最も好ましくは、７ｋＶ／ｍｍ以上である。これにより、発泡体について、軽さと耐電圧特性とのバランスを向上させることができる。特に、絶縁破壊電圧の値が上記下限値以上であることにより、安全面において、本実施形態の発泡体の信頼性を確保することもできる。また、上記絶縁破壊電圧の上限値は、特に限定されないが、２００ｋＶ／ｍｍ以下としてもよく、１００ｋＶ／ｍｍ以下としてもよく、１９ｋＶ／ｍｍ以下としてもよい。これにより、軽さと耐電圧特性とのバランスを良好なものとすることができる。
なお、上述した絶縁破壊電圧は、部分放電試験システム（ＳＯＫＥＮ社製、ＤＡＣ−６４４０）を用いて測定することができる。

また、本実施形態の発泡体は、絶縁部材に用いる観点から、上記絶縁破壊電圧の値が、上述した条件を満たすものであることが好ましい。このような発泡体により、電気的絶縁性、軽さおよび耐電圧特性のバランスに優れた絶縁部材を実現することができる。

本実施形態の発泡体の体積空隙率の下限値は、たとえば、５％以上が好ましく、７％以上がより好ましく、１０％以上がさらに好ましい。これにより、該発泡体の軽さと耐電圧特性とを向上させることができる。一方、上記発泡体の体積空隙率の上限値は、たとえば、８０％以下が好ましく、７０％以下がより好ましく、５０％以下がさらに好ましい。これにより、軽さと耐電圧特性とのバランスを良好なものとすることができる。

本実施形態において、上記発泡体の体積空隙率の測定方法としては、特に限定されないが、たとえば、画像解析により算出することができる。具体的には、次のような測定方法を用いることができる。すなわち、まず、発泡体の中央付近を切り出す。切り出した発泡体の断面の画像を二値化し、熱硬化性樹脂等のマトリックス樹脂からなるマトリックス相と気泡からなる気泡相との面積比を、体積空隙率（発泡成形後の発泡体の原料体積分率（体積％））とみなすことができる。

本実施形態の発泡体の発泡構造は、独立気泡構造または連続気泡構造を有していてもよい。本実施形態の発泡体において、強度と耐電圧特性とのバランスの観点から、全体が独立気泡構造を有していてもよく、軽さと耐電圧特性とのバランスの観点から、独立気泡構造とともに一部に連続気泡構造を有していてもよい。
本実施形態において、独立気泡構造とは、熱硬化性樹脂の硬化体により系外と隔離された空間（気泡）を複数有する構造を意味する。このような独立気泡構造においては、隣り合った空間の間で気体が通気することが抑制されているため、気密性に優れている構造を実現できる。

本実施形態の発泡体が独立気泡構造を有する場合、当該独立気泡構造における気泡のサイズの下限値は、特に限定されないが、たとえば、５μｍ以上としてもよく、１０μｍ以上としてもよい。一方、気泡のサイズの上限値は、特に限定されないが、たとえば、５００μｍ以下としてもよく、４００μｍ以下としてもよい。

また、本実施形態の発泡体の密度の下限値は、特に限定されないが、たとえば、０．１ｇ／ｃｍ^３以上でもよく、０．２ｇ／ｃｍ^３以上でもよく、０．３ｇ／ｃｍ^３以上でもよい。これにより、強度と軽さのバランスを図ることができる。一方で、上記発泡体の密度の上限値は、たとえば、１．６ｇ／ｃｍ^３以下であり、１．５５ｇ／ｃｍ^３以下が好ましい。これにより、軽さと耐電圧特性のバランスをさらに高めることができる。

本実施形態の発泡体の密度当たりの引張り強度を示す比引張強度の下限値は、特に限定されないが、たとえば、５ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよく、１０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよく、１５ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよい。これにより、強度と軽さのバランスを向上させることができる。一方、上記比引張強度の上限値は、特に限定されないが、たとえば、１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよく、９０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよく、８０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよい。これにより、耐電圧特性と強度のバランスを図ることができる。上記引張強度は、たとえば、引張試験機（テンシロン万能材料試験機、Ａ＆Ｄ社製）を用い、ＪＩＳ Ｋ−７１６２に準拠した方法で測定できる。

本実施形態の発泡体の密度当たりの曲げ強度を示す比曲げ強度の下限値は、特に限定されないが、たとえば、８０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよく、９０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよく、１１０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよい。これにより、強度と軽さのバランスを向上させることができる。一方、上記比曲げ強度の上限値は、特に限定されないが、たとえば、３００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよく、２７０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよく、２５０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよい。これにより、耐電圧特性と強度のバランスを図ることができる。上記曲げ強度は、ＪＩＳ Ｋ−７１７１に準拠した方法にて測定できる。

本実施形態の発泡体の密度当たりの曲げ弾性率を示す比曲げ弾性率の下限値は、特に限定されないが、たとえば、１ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよく、２ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよく、３ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上としてもよい。これにより、強度と軽さのバランスを向上させることができる。一方、上記比曲げ弾性率の上限値は、特に限定されないが、たとえば、２０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよく、１５ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよく、１２ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下としてもよい。これにより、耐電圧特性と強度のバランスを図ることができる。上記曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ−７１７１に準拠した方法にて測定できる。

本実施形態の発泡体のガラス転移温度（Ｔｇ）の下限値は、たとえば、１００℃以上としてもよく、好ましくは１２０℃以上としてもよく、より好ましくは１５０℃以上としてもよい。これにより、耐熱性を向上させることができ、たとえば、発熱部材などの熱履歴が生じる場所に使用することができる。一方、上記発泡体のガラス転移温度（Ｔｇ）の上限値は、特に限定されないが、たとえば、３５０℃以下としてもよい。上記ガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量計（ＤＳＣ−２９２０、ＴＡインスツルメント社製）により測定できる。

また、本実施形態の発泡体は、全体または一部が発泡性抄造体の成形体で構成されていてもよい。本実施形態において、製造安定性の観点から、上記発泡体の全体が、発泡性抄造体の成形体（発泡成形体）で構成されていることが好ましい。

以下、本実施形態の発泡性抄造体および発泡成形体について説明する。
＜発泡性抄造体１０＞
図１は、本実施形態の発泡性抄造体１０の一例を示す斜視模式図である。
本実施形態の発泡性抄造体１０は、バインダー樹脂Ａに、繊維フィラーＢと、熱膨張性マイクロカプセルＣとが分散している抄造体である。

ここで、本明細書において、「抄造体」という用語は、繊維材料を漉く手法を使用して得られた物の状態を示す技術用語として一般的に使用されている。この物の状態に関して、たとえば、特許公報１（特許第４６７５２７６号）および特許公報２（特許第５４２６３９９号）に記載されている。同文献によれば、当該抄造体は、繊維や樹脂等の原料を分散媒に分散させた原料スラリーから、液体分が脱水され、フィルター上に残った湿潤状態の固形分を指す、と記載されている。ここでいう上記湿潤状態とは、加熱処理を施す前の未硬化状態、すなわち、ポストキュア前の未硬化状態を意味する。

本実施形態において、発泡性抄造体１０は、シート状であっても、所望の成型品形状を模倣した形状に加工された立体形状（すなわち素形体の形態）であってもよい。そして、この発泡性抄造体１０に対して、加熱処理等の発泡成形を行うことにより、成形体（発泡成形体５０）を得ることができる。この発泡成形体５０は、発泡性抄造体１０の硬化物である。

本実施形態に係る発泡性抄造体１０は、抄造法により得られたものである。
抄造法により得られた発泡性抄造体１０は、図１に示すように、以下の点において構造上の特徴１〜３を有する。
（特徴１）発泡性抄造体１０の表面の平面視において、繊維フィラーＢおよび熱膨張性マイクロカプセルＣがランダムに配向している。
（特徴２）発泡性抄造体１０の厚み方向における断面視において、繊維フィラーＢの配向状態が高度に制御されており、繊維フィラーＢが特定方向に配向している。言い換えれば、発泡性抄造体１０の厚み方向におけて、繊維フィラーＢは積層した状態である。
（特徴３）繊維フィラーＢ同士がバインダー樹脂Ａにより結着している。
このように図１に示す発泡性抄造体１０は、バインダー樹脂Ａと繊維フィラーＢと熱膨張性マイクロカプセルＣとが、面方向においてランダムに絡み合っており、このような面構造が厚み方向に重なるような、抄造構造を有している。

また、発泡性抄造体１０は、発泡処理により所望の形状に成型して発泡成形体５０を得るための材料に利用できる。
発泡性抄造体１０における樹脂は完全硬化していない状態、たとえば、Ｂステージ状態にある。そのため、発泡性抄造体１０は、別の形状に変形することができる。そして、発泡性抄造体１０は、熱硬化性樹脂であるバインダー樹脂Ａの硬化温度で加熱することにより、樹脂を発泡・完全硬化して発泡成形体５０を得ることができる。

次いで、発泡性抄造体１０を構成する成分について説明する。
（バインダー樹脂Ａ）
バインダー樹脂Ａは、繊維フィラーＢ同士の間をつなぐ結着剤として機能するものであって、後に発泡成形体５０中で、３次元構造を有するマトリックス樹脂を形成するものである。バインダー樹脂Ａとしては、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。
上記熱硬化性樹脂としては、たとえば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、必要に応じて、適宜選択して使用することが可能であり、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
機械特性や耐熱性の観点から、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を用いることが好ましい。また、軽量化と強度の高い次元での両立の観点から、フェノール樹脂を用いることが好ましい。

熱硬化性樹脂は、粒状または粉状の形状を有するものとしてもよい。これにより、発泡性抄造体１０を発泡・硬化して得られた発泡成形体５０の強度をより効果的に向上させることができる。この理由は明らかではないが、発泡性抄造体１０を加熱加圧して発泡させる際に、熱硬化性樹脂が粒状または粉状の形状を有することにより溶融時の熱硬化性樹脂の含浸性が向上し、繊維フィラーＢと、熱硬化性樹脂との界面が良好に形成されることによると推定される。

熱硬化性樹脂として、たとえば、平均粒径５００μｍ以下で、室温で固体状態のものを使用することができる。これにより、発泡性抄造体１０の製造工程において、熱硬化性樹脂の凝集状態をより形成しやすくすることができる。また、発泡性抄造体１０の製造工程において、ワニス状の材料組成物を得る観点から、熱硬化性樹脂の平均粒径は１ｎｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。
このような平均粒径を有する熱硬化性樹脂は、たとえば、アトマイザー粉砕機等を用いて粉砕処理を行うことにより得ることが可能である。
なお、熱硬化性樹脂の平均粒径は、たとえば、株式会社島津製作所製のＳＡＬＤ−７０００等のレーザ回折式粒度分布測定装置を用いて、質量基準の５０％粒子径を平均粒径として求めることができる。

発泡性抄造体１０に含まれる熱硬化性樹脂は半硬化状態であることが好ましい。半硬化の熱硬化性樹脂は、発泡性抄造体１０を製造後、加熱加圧により所望の形状に発泡させ、成型する工程において、完全硬化される。これにより、高い強度と軽量化のバランスに優れた発泡成形体５０が得られる。

（繊維フィラーＢ）
繊維フィラーＢとは、繊維糸または長い繊維束を所定の長さに切断して得られるものである。
繊維フィラーＢの平均繊維長は、抄造による特殊な構造を得る観点から、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、機械的強度を得る観点から、２．５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、４ｍｍ以上であることが特に好ましい。一方、良好な分散性を得る観点から、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、１２ｍｍ以下であることが更に好ましい。

繊維フィラーＢとしては、たとえば、全芳香族ポリアミド（アラミド）、ガラス繊維、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、全芳香族ポリエーテル、全芳香族ポリカーボネート、全芳香族ポリアゾメチン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ（パラ−フェニレンベンゾビスチアゾール）（ＰＢＺＴ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（パラ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）（ＰＢＯ）等の繊維が挙げられる。これらの繊維フィラーＢは、必要に応じて、適宜選択して使用することが可能であり、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

また、軽さと強度のバランスを図る観点から、無機繊維を含有させてもよく、好ましくはガラス繊維を含有させてもよい。また、ガラス繊維を含有させる場合には、かかるガラス繊維として、アミノシラン処理を施したものを用いてもよい。アミノシラン処理は、ガラス繊維をアミノ基含有シランカップリング剤の溶液に含浸、またはガラス繊維にアミノ基含有シランカップリング剤の溶液を塗布することによって施される。

アミノ基含有シランカップリング剤としては、たとえば、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン等のアミノ基含有アルコキシシラン等、およびそれらの加水分解物が挙げられる。これらのアミノ基含有シランカップリング剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

繊維フィラーＢの含有量は、強度を上げる観点から、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、例えば、１０重量％以上としてもよく、２０重量％以上としてもよい。また、強度と軽量化のバランスを図る観点から、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、例えば、８０重量％以下としてもよく、７５重量％以下としてもよく、７０重量％以下としてもよく、５０重量％以下としてもよい。

（熱膨張性マイクロカプセルＣ）
熱膨張性マイクロカプセルＣとは、揮発性の液体発泡剤を、ガスバリア性を有する熱可塑性シェルポリマーによりマイクロカプセル化した粒子である。熱膨張性マイクロカプセルＣは、次のようなメカニズムにより、発泡剤として機能するものである。すなわち、加熱によりカプセルの外殻が軟化しつつ、カプセルに内包した液体発泡剤が気化し圧力が増加する。その結果、粒子が膨張し、中空球状粒子（熱膨張性マイクロカプセルＣの発泡粒子）が形成される。

上記液体発泡剤としては、たとえば、イソペンタン、イソブタン、イソプロパン等といった低沸点の炭化水素が挙げられる。
上記熱可塑性シェルポリマーとしては、たとえば、ポリアクリロニトリル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニリデン−メチルメタクリレート共重合体、塩化ビニリデン−エチルメタクリレート、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート等が挙げられる。これらを単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。

熱膨張性マイクロカプセルＣとしては、たとえば、エクスパンセル（日本フィライト社製）、マイクロスフェアーＦ５０、マイクロスフェアーＦ６０（松本油脂製薬社製）、アドバンセルＥＭ（積水化学工業社製）といった市販品を用いることができる。

熱膨張性マイクロカプセルＣの含有量は、発泡成形体５０の密度を低くする観点から、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、０．０５重量％以上としてもよく、０．１重量％以上としてもよい。また、発泡成形体５０の適度な強度を発現する観点から、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、１０重量％以下としてもよく、５重量％以下としてもよい。

その他、本実施形態における発泡性抄造体１０は、上記成分の他に、パルプ、凝集剤、及び各種添加剤といった成分を含むことができる。

（パルプ）
本実施形態の発泡性抄造体１０は、パルプを含んでもよい。パルプとは、フィブリル構造を有する繊維材料であり、上記繊維フィラーＢとは異なるものである。パルプは、たとえば、繊維材料を機械的又は化学的にフィブリル化することによって得ることができる。
発泡性抄造体１０の製造時において、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣとともにパルプを抄造することによって、これらをより効果的に凝集させることができることから、より安定的な発泡性抄造体１０の製造を実現することが可能となる。

上記パルプとしては、たとえば、リンターパルプ、木材パルプ等のセルロース繊維、ケナフ、ジュート、竹等の天然繊維、パラ型全芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）及びその共重合体、芳香族ポリエステル繊維、ポリベンザゾール繊維、メタ型アラミド繊維及びそれらの共重合体、アクリル繊維、アクリロニトリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維等の有機繊維をフィブリル化したものが挙げられる。パルプは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

パルプの含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、０．５重量％以上としてもよく、１重量％以上としてもよく、２重量％以上としてもよい。これにより、抄造時における熱硬化性樹脂の凝集をより効果的に発生させて、さらに安定的な発泡性抄造体１０の製造を実現することができる。一方、パルプの含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、１０重量％以下としてもよく、８重量％以下としてもよく、５重量％以下としてもよい。これにより、発泡成形体５０の機械的特性や熱的特性をより効果的に向上させることが可能となる。

（凝集剤）
本実施形態の発泡性抄造体１０は、凝集剤を含んでもよい。凝集剤は、発泡性抄造体１０の製造時において、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ及び熱膨張性マイクロカプセルＣをフロック状に凝集させる機能を有する。このため、より安定的な発泡性抄造体１０の製造を実現することができる。

上記凝集剤としては、たとえば、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、及び両性高分子凝集剤等が挙げられる。より具体的には、たとえば、カチオン性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、ホフマンポリアクリルアミド、マンニックポリアクリルアミド、両性共重合ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、両性澱粉、ポリエチレンオキサイド等を挙げることができる。これらの凝集剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、凝集剤において、そのポリマー構造や分子量、水酸基やイオン性基等の官能基量等は、必要特性に応じて調整することが可能である。

凝集剤の含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、０．０１重量％以上としてもよく、０．０５重量％以上としてもよく、０．１重量％以上としてもよい。これにより、発泡性抄造体１０の製造において、収率の向上を図ることができる。一方、凝集剤の含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、１．５重量％以下としてもよく、１重量％以下としてもよく、０．５重量％以下としてもよい。これにより、抄造法を用いた発泡性抄造体１０の製造において、脱水処理等をより容易にかつ安定的に行うことが可能となる。

本実施形態における発泡性抄造体１０は、生産条件調整や要求される物性を発現させることを目的に、さらに、様々な添加剤を使用することができる。たとえば、熱可塑性樹脂、特性向上を目的とした無機粉末、金属粉、酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、難燃剤、離型剤、可塑剤、樹脂の硬化触媒や硬化促進剤、顔料、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤等の紙力向上剤、歩留まり向上剤、濾水性向上剤、サイズ定着剤、酸性抄紙用ロジン系サイズ剤、中性製紙用ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニルコハク酸無水物系サイズ剤、特殊変性ロジン系サイズ剤等のサイズ剤、硫酸バンド、塩化アルミ、ポリ塩化アルミ等の凝結剤等が挙げられる。

本実施形態の発泡性抄造体１０は、添加剤として、アラミド微小繊維を有していてもよい。これにより、発泡性抄造体１０を乾燥した抄造素形体のハンドリング性を良好とすることができる。

本実施形態の発泡性抄造体１０が、上記添加剤として、アラミド微小繊維を有している場合、かかるアラミド微小繊維の含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、０．０１重量％以上としてもよく、０．０２重量％以上としてもよく、０．０４重量％以上としてもよい。これにより、発泡性抄造体１０を乾燥した抄造素形体のハンドリング性を良好とすることができる。一方、アラミド微小繊維の含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、１重量％以下としてもよく、０．９重量％以下としてもよく、０．８重量％以下としてもよい。これにより、発泡性抄造体１０の製造において、収率の向上を図ることができる。

＜発泡性抄造体１０の製造方法＞
図２は、発泡性抄造体１０の製造方法の一例を示す断面模式図である。
本実施形態の発泡性抄造体１０の製造方法は、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、及び熱膨張性マイクロカプセルＣを混合し、次いで、抄造法により混合物を抄造することにより発泡性抄造体１０を得る工程を有する。ここで、上記抄造法とは、図２（ｂ）に示すような製紙化技術の一つである紙抄き技術を利用したものである。

以下、図２を参照して、湿式抄造法による発泡性抄造体１０の製造方法について詳述する。

まず、図２（ａ）に示すように、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、及び熱膨張性マイクロカプセルＣを溶媒中へ添加して撹拌、混合し、分散させる。このとき、上述した成分のうち、凝集剤を除く他の成分を溶媒中に添加してもよい。これにより、発泡性抄造体１０を形成するためのワニス状の材料組成物（スラリー）を得ることができる。

各成分を溶媒に分散させる方法としては、特に限定されないが、たとえば、ディスパーザーを用いて撹拌する方法が挙げられる。

上記溶媒としては、特に限定されないが、上記材料組成物の構成材料を分散させる過程において揮発しにくいことと、発泡性抄造体１０中への残存を抑制するために脱溶媒をしやすいこと、脱溶媒によってエネルギーが増大してしまうことを抑制すること等の観点から、沸点が５０℃以上２００℃以下であるものが好ましい。
上記溶媒としては、たとえば、水、エタノール、１−プロパノール、１−ブタノール、エチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸メチル等のエステル類、テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラール等のエーテル類等を挙げることができる。これらの溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでも、供給量が豊富であり、安価、環境負荷が低い、安全性も高く扱いやすいという理由から、水を用いることが更に好ましい。

続いて、得られたスラリー中に、さらに、凝集剤を添加してもよい。これにより、溶媒中のバインダー樹脂Ａと、繊維フィラーＢと、熱膨張性マイクロカプセルＣとをフロック状に凝集させてなる凝集物Ｆを得ることがより容易となる（図２（ｂ））。

続いて、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣ等を混合したスラリーを、フィルターで抄くことにより、発泡性抄造体１０を得る事ができる。

具体的には、図２（ｂ）に示すように、底面がシート状のメッシュ３０（フィルター）が設けられた容器に、上述のスラリーを導入する。そして、スラリー中の溶媒をメッシュ３０に通し容器の外に排出させるとともに、スラリー中の凝集物Ｆをメッシュ３０（フィルター）上に残存させる。これにより、凝集物Ｆと溶媒とを互いに分離することができる。
ここで、メッシュ３０の形状を適宜選択することによって、得られる発泡性抄造体１０の形状を調整することが可能である。
その後、フィルター（メッシュ３０）上に得られた凝集物Ｆに対して、たとえば乾燥炉内に入れて乾燥処理を行い、凝集物Ｆ中に残存する溶媒をさらに除去してもよい。
以上により、図２（ｃ）に示す発泡性抄造体１０が製造される。

図２（ｂ）に示すような抄造法を用いることにより、発泡性抄造体１０は、フィルターの表面に沿って形成される。このような発泡性抄造体１０は、面方向にランダムに交絡した繊維フィラーＢが、厚み方向に積層した構造を有する。繊維フィラーＢが交絡した構造を有することにより、軽量でありながら優れた強度を有する発泡性抄造体１０を得ることができる。
また、抄造法を用いることにより、発泡性抄造体１０中の熱膨張性マイクロカプセルＣの分散を高めることができる。

＜発泡成形体５０＞
本実施形態の発泡成形体５０は、発泡性抄造体１０の成形体であり、熱膨張性マイクロカプセルＣが発泡してなる気泡Ｄが当該成形体中に分散した気泡構造を有する。

＜発泡成形体５０の製造方法＞
本実施形態の発泡成形体５０の製造方法は、熱硬化性樹脂（バインダー樹脂Ａ）、フィラー（繊維フィラーＢ）、及び熱膨張性マイクロカプセルＣを混合したスラリーを準備し、このスラリーを抄造することにより発泡性抄造体１０を得る工程と、
金型４０，４１の内部の一部に発泡性抄造体１０を配置し、熱膨張性マイクロカプセルＣを膨張させて、金型４０，４１の内部の全体にまで発泡性抄造体１０を膨張させることにより、発泡性抄造体１０の成形体からなる発泡体（発泡成形体５０）を得る工程と、を含むことができる。

図３は、本実施形態に係る発泡体の製造方法の一例を示す断面模式図である。
以下、図３を参照して、発泡成形体５０の製造方法について詳述する。

まず、図３（ａ）に示すように、発泡性抄造体１０を、金型４０，４１の内部（金型キャビティ）に配置する。このとき、金型４０及び金型４１からなる金型キャビティの容積は、発泡性抄造体１０の体積よりも大きいものとする。これにより、金型４０，４１の内部が完全に充填されない状態、いわゆるショートショットで、原料である発泡性抄造体１０を配置することができる。

次に、発泡性抄造体１０に対して発泡成形を行う。たとえば、図３（ｂ）に示すように、加熱処理により、熱膨張性マイクロカプセルＣを膨張させて、発泡性抄造体１０を膨張させる。膨張した発泡性抄造体１０は、金型キャビティ全体に充填されることになる。このとき、熱膨張性マイクロカプセルＣの発泡による内圧（金型４０，４１からの応力）により、発泡性抄造体１０が成形されて発泡成形体５０が得られる。これにより、所定の形状を有する発泡成形体５０に成形することができる。
上述の発泡成形工程において、バインダー樹脂Ａの硬化反応が進み、発泡成形体５０中に、３次元構造を有するマトリックス樹脂（３次元網目構造を有する樹脂硬化体）が形成されることになる。また、熱膨張性マイクロカプセルＣは、上記加熱処理により膨張し、気泡Ｄ（中空球状粒子）が形成される。
このように、本実施形態の発泡成形体５０は、ショートショット法により製造することができる。ショートショット法を用いることにより、熱膨張性マイクロカプセルＣの気泡拡大により生じる発泡圧を利用して、発泡性抄造体１０を成形することができる。

上記加熱処理は、特に限定されないが、たとえば、約１６０〜２５０℃、約１０〜３０分間としてもよい。本実施形態の発泡成形体５０の製造方法においては、外部から成形圧を加えてはいないが、金型４０，４１中の内圧は、たとえば、約１．５〜５ＭＰａとなる。

ここで、外部から成形圧を加える方法として、射出成形法等が挙げられる。この方法では、充填圧や保持圧により、熱膨張性マイクロカプセルが発泡できない、気泡が破壊されてしまうことが生じていた。
これに対して、本実施形態の発泡成形体５０の製造方法においては、外部から成形圧を加えていないため、熱膨張性マイクロカプセルＣの未発泡や気泡Ｄの破壊を十分抑制することができる。

本実施形態において、発泡性抄造体１０中の配合成分の種類や含有量、発泡性抄造体１０および発泡成形体５０の製造方法等を適切に選択することにより、上記絶縁破壊電圧の値を制御することが可能である。これらの中でも、たとえば、繊維フィラーＢとしてガラス繊維を使用すること、抄造法により繊維フィラーＢや熱膨張性マイクロカプセルＣの分散性を向上させること、ショートショット法により発泡倍率や気泡サイズを適切に制御する方法等が、上記絶縁破壊電圧を所望の数値範囲とするための要素として挙げられる。また、ショートショット法で発泡倍率を高くする方法としては、たとえば、熱膨張性マイクロカプセルＣを増やし、マトリックス樹脂（バインダー樹脂Ａ）の含有量や繊維フィラーＢの含有量を発泡倍率分だけ減らすこと等が挙げられる。

本実施形態の発泡体は、たとえば、電気・電子部品関連の分野、自動車等の車産業分野、航空宇宙産業分野、建築資材分野等で使用される絶縁部材として使用することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。

実施例及び比較例に用いた材料は、以下の通りである。

（熱硬化性樹脂）
熱硬化性樹脂１：フェノール樹脂（フェノールレジン、「ＰＲ５１７２３」、住友ベークライト株式会社製）

（フィラー）
繊維フィラー１：ガラス繊維（チョップドストランド「ＣＳ３Ｊ ８９１」、日東紡株式会社製）
繊維フィラー２：炭素繊維（テナックス「ＨＴ Ｃ１１０」、東邦テナックス株式会社製）

（発泡剤）
発泡剤１：熱膨張性マイクロカプセル（「アドバンセル（登録商標）ＥＭ−３０４」、積水化学工業社製）

（その他の添加剤）
アラミド微小繊維１：アラミド微小繊維（「ティアラ」、ダイセルファインケム株式会社製）

＜実施例１〜２、比較例２〜３＞
（発泡性抄造体の製造）
実施例１〜２、比較例２〜３において、表１に示す配合割合（発泡成形後の原料体積分率［Ｖｏｌ％］）で、次のようにして発泡性抄造体を製造した。
まず、アトマイザー粉砕機で平均粒径１００μｍ（質量基準の５０％粒子径）に粉砕した熱硬化性樹脂と、フィラーと、添加剤と、発泡剤とを水に添加して、ディスパーザーで３０分撹拌して混合物を得た。ここでは、熱硬化性樹脂と、フィラーと、添加剤と、発泡剤とからなる構成材料の合計１００重量部に対して、１００００重量部の水に添加した。
次いで、あらかじめ水に溶解させた凝集剤（合成スメクタイト：スメクトン（クニミネ工業社製））を、上述した構成材料の合計に対して０．２重量％添加し、構成材料をフロック状に凝集させた。
続けて、得られた凝集物を３０メッシュの金属網で水と分離した。この後、金属網上に残存した凝集物を、脱水プレスし、さらに７０℃の乾燥器に３時間入れて乾燥させて、発泡性抄造体を得た。収率は９７％であった。
（発泡体の製造）
実施例１〜２、比較例２〜３において、得られた発泡性抄造体を４ｍｍ厚の金型内に配置し、１８０℃、１０分間、加熱処理を施し、発泡成形体からなる発泡体を製造した。このとき金型中の内圧は２ＭＰａであった。実施例１〜２、比較例２〜３は、ショートショット法による発泡成形を行った。得られた発泡体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。なお、表１中における発泡剤の発泡成形後の原料体積分率は、発泡体の体積空隙率を示す。

＜参考例、比較例１＞
（抄造体の製造）
参考例、比較例１において、表１に示す配合割合（コンプレッション成形後の原料体積分率［Ｖｏｌ％］）で、次のようにして抄造体を製造した。
まず、アトマイザー粉砕機で平均粒径１００μｍ（質量基準の５０％粒子径）に粉砕した熱硬化性樹脂と、フィラーと、添加剤とを水に添加して、ディスパーザーで３０分撹拌して混合物を得た。ここでは、熱硬化性樹脂と、フィラーと、添加剤とからなる構成材料の合計１００重量部に対して、１００００重量部の水に添加した。
次いで、あらかじめ水に溶解させた凝集剤（合成スメクタイト：スメクトン（クニミネ工業社製））を、上述した構成材料の合計に対して０．２重量％添加し、構成材料をフロック状に凝集させた。
続けて、得られた凝集物を３０メッシュの金属網で水と分離した。この後、金属網上に残存した凝集物を、脱水プレスし、さらに７０℃の乾燥器に３時間入れて乾燥させて、抄造体を得た。収率は９７％であった。
（無発泡体の製造）
参考例、比較例１において、得られた抄造体を４ｍｍ厚の金型内に配置し、１８０℃、１０分間、加熱処理を施し、コンプレッション成形により、抄造体の成形体からなる無発泡体を製造した。このとき成形圧は１０ＭＰａであった。得られた無発泡体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。

（評価）
・成形後サンプル密度：ＪＩＳ Ｋ−７１１２ Ａ法に準拠した方法で測定した。
・絶縁破壊電圧：ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した。
・引張強度：ＪＩＳ Ｋ−７１６２ に準拠した方法で測定した。
・比引張強度：上記引張強度を密度で除することで算出した。
・曲げ強度：ＪＩＳ Ｋ−７１７１ に準拠した方法で測定した。
・比曲げ強度：上記曲げ強度を密度で除することで算出した。
・曲げ弾性率：ＪＩＳ Ｋ−７１７１ に準拠した方法で測定した。
・比曲げ弾性率：上記曲げ弾性率を密度で除することで算出した。
成形後サンプル密度、絶縁破壊電圧、引張強度、比引張強度、曲げ強度、比曲げ強度、曲げ弾性率および比曲げ弾性率は、いずれも、室温２５℃で測定した。

実施例１および２の発泡体を確認した所、両者は、いずれも、独立気泡構造を有した発泡構造を形成したものであった。
実施例１および２の発泡体は、いずれも、軽さと耐電圧特性とのバランスに優れていることが分かった。一方、比較例１の無発泡体、および比較例２〜３の発泡体は、いずれも、耐電圧特性が低下していることが分かった。

以上、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明したが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 発泡性抄造体
３０ メッシュ
４０ 金型
４１ 金型
５０ 発泡成形体
Ａ バインダー樹脂
Ｂ 繊維フィラー
Ｃ 熱膨張性マイクロカプセル
Ｄ 気泡
Ｆ 凝集物

Claims (13)

1. ３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体であって、
   ＪＩＳ Ｃ２１１０−１に準拠した方法で測定した当該発泡体の絶縁破壊電圧が２ｋＶ／ｍｍ以上である、発泡体。
2. 請求項１に記載の発泡体であって、
   前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の硬化体を含む、発泡体。
3. 請求項２に記載の発泡体であって、
   前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂を含む、発泡体。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の発泡体であって、
   発泡性抄造体の成形体からなる、発泡体。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の発泡体であって、
   密度が０．１ｇ／ｃｍ^３以上１．６ｇ／ｃｍ^３以下である、発泡体。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の発泡体であって、
   体積空隙率が５％以上８０％以下である、発泡体。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の発泡体であって、
   独立気泡構造を有する、発泡体。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の発泡体であって、
   密度当たりの曲げ強度を示す比曲げ強度が、８０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上３００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下である、発泡体。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の発泡体であって、
   密度当たりの曲げ弾性率を示す比曲げ弾性率が、１ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上２０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下である、発泡体。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の発泡体であって、
    密度当たりの引張強度を示す比引張強度が、５ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下である、発泡体。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の発泡体であって、
    前記フィラーが繊維フィラーを含む、発泡体。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の発泡体であって、
    前記フィラーがガラス繊維、全芳香族ポリアミド（アラミド）、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、全芳香族ポリエーテル、全芳香族ポリカーボネート、全芳香族ポリアゾメチン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ（パラ−フェニレンベンゾビスチアゾール）（ＰＢＺＴ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（パラ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）（ＰＢＯ）からなる群から選択される一種以上を含む、発泡体。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の発泡体を製造するための発泡体の製造方法であって、
    前記マトリックス樹脂を形成するバインダー樹脂、前記フィラー、及び熱膨張性マイクロカプセルを混合したスラリーを準備し、前記スラリーを抄造することにより発泡性抄造体を得る工程と、
    金型の内部の一部に前記発泡性抄造体を配置し、前記熱膨張性マイクロカプセルを膨張させて、前記金型の内部の全体にまで前記発泡性抄造体を膨張させることにより、前記発泡性抄造体の成形体からなる発泡体を得る工程と、を含む、発泡体の製造方法。

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