JP2018095665A - 繊維強化熱可塑性樹脂シートとその製造方法、金属張積層シート、複合体、および不織布とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]熱可塑性のマトリックス樹脂と、前記マトリックス樹脂中に含有されている、長さが3〜25mmのガラス繊維と、負の熱膨張係数を有し、かつ260℃以下の温度で溶融および熱分解しない、長さが0.1〜1mmの耐熱性樹脂繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂シート。
[2]前記ガラス繊維と前記耐熱性樹脂繊維の含有量比が、質量比で50:50〜90:10の範囲にある前記[1]の項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
[3]前記ガラス繊維と前記耐熱性樹脂繊維が不織布を形成している前記[1]または[2]の項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
[4]前記不織布が湿式不織布である前記[3]の項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
[5]前記[1]〜[4]の項のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シートと、前記繊維強化熱可塑性樹脂シートの少なくとも一方の表面に貼り合わされた金属箔とを含む金属張積層シート。
[6]長さが3〜25mmのガラス繊維と、負の熱膨張係数を有し、かつ260℃以下の温度で溶融および熱分解しない、長さが0.1〜1mmの耐熱性樹脂繊維とを含有する不織布、及び熱可塑性のマトリックス樹脂を含む複合体を用意する工程と、前記複合体を加熱加圧成形する工程とを有する繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。
[8]前記不織布が湿式不織布である前記[7]の項に記載の複合体。
[9]前記マトリックス樹脂が、前記不織布の少なくとも一方の表面に層状に配置されている前記[7]または[8]の項に記載の複合体。
[10]前記マトリックス樹脂が、前記不織布の内部にビーズもしくは繊維の状態で配置されている前記[7]または[8]の項に記載の複合体。
[12]湿式不織布である前記[11]の項に記載の不織布。
[13]長さが3〜25mmのガラス繊維と、負の熱膨張係数を有し、かつ260℃以下の温度で溶融および熱分解しない、長さが0.1〜1mmの耐熱性樹脂繊維とが、水に分散されている水性分散液を用意する工程と、前記水性分散液を抄紙する工程と、を有する不織布の製造方法。
先ず初めに、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの繊維の供給源として有利に用いることができる不織布について説明する。
図1は、本発明の一実施形態である不織布の断面図である。
図1に示すように、本実施形態の不織布10は、ガラス繊維11と耐熱性樹脂繊維12とを含む。
光学顕微鏡を用いて、不織布10を観察し、一つの観察エリアから合計で100個の繊維(ガラス繊維11と耐熱性樹脂繊維12を含む)を任意に選択し、その100個の繊維中のガラス繊維11と耐熱性樹脂繊維12の個数を数え、各繊維の長さと直径を測定する。測定したガラス繊維11と耐熱性樹脂繊維12のそれぞれの長さと直径の個数平均を得る。得られた平均長さと平均直径を用いて、下記の式よりガラス繊維11の含有量と耐熱性樹脂繊維12の含有量をそれぞれ算出する。そして、算出したガラス繊維11の含有量と耐熱性樹脂繊維12の含有量の比を求める。
ガラス繊維11の含有量=平均長さ×(平均直径/2)2×π×ガラス繊維11の密度×100個の繊維中のガラス繊維の個数
耐熱性樹脂繊維12の含有量=平均長さ×(平均直径/2)2×π×耐熱性樹脂繊維12の密度×100個の繊維中の耐熱性樹脂繊維12の個数
本発明の一実施形態である不織布の製造方法は、ガラス繊維と耐熱性樹脂繊維とが分散された水性分散液を用意する工程と、この水性分散液を抄紙する工程とを有する。
以上のようにすることによって、ガラス繊維が平面方向に配向し、耐熱性樹脂繊維の少なくとも一部が、厚み方向に配向した状態で内部に挿入されている不織布を製造することができる。
本発明の一実施形態である複合体は、上述の不織布と熱可塑性のマトリックス樹脂を含む複合体である。不織布と熱可塑のマトリックス樹脂の含有量は、質量比で好ましくは50:50〜10:90(不織布:マトリックス樹脂)の範囲、より好ましくは45:55〜15:85の範囲、特に好ましくは45:55〜20:80の範囲である。すなわち、不織布とマトリックス樹脂の合計量に対するマトリックス樹脂の含有率は、好ましくは50〜90質量%の範囲、より好ましくは55〜85質量%の範囲、特に好ましくは55〜80質量%の範囲にある。不織布とマトリックス樹脂の含有量比が上記の範囲にあることによって、マトリックス樹脂の特性(例えば低誘電率・低誘電損失等)と、不織布の特性(例えば、高温環境下での熱膨張の抑制等)とをバランスよく発現させることができる。
熱可塑性である本発明で用いるマトリックス樹脂は、融点がはんだ付けのリフロー温度よりも高いか、融点を持たない非結晶性の熱可塑性樹脂の場合には、ガラス転移温度が十分に高く、上述した成形体の状態において、はんだ付けのリフロー温度で少なくとも1分加熱したときに変形しないものであることが好ましい。マトリックス樹脂の融点又はガラス転移温度は、使用するはんだの種類や実装する部品の種類等の条件によって、はんだ付けのリフロー温度が異なるため一律に定めることはできないが、好ましくは220℃以上、より好ましくは260℃以上、更に好ましくは280℃以上である。なお、マトリックス樹脂が非結晶性の熱可塑性樹脂の場合、ガラス転移温度がはんだ付けのリフロー温度より低くても、上述した成形体の状態においては、ガラス繊維の補強効果によってはんだ付けのリフロー温度で加熱しても溶融、変形、熱分解しない場合もあり、このような場合、その熱可塑性樹脂は本発明に使用可能である。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、熱可塑性のマトリックス樹脂とガラス繊維と耐熱性樹脂繊維とを含む。本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、前述の複合体を加熱加圧成形することによって得られる加熱加圧成形体であることが好ましい。
この金属張積層シートの金属箔をエッチングなどの手法よりパターニングすることによって配線板を得ることができる。
繊維強化熱可塑性樹脂シートは、前述の複合体を加熱加圧成形することによって製造できる。複合体は1枚のみを加熱加圧成形しても、2枚以上を重ねて加熱加圧成形してもよく、成形される繊維強化熱可塑性樹脂シートの用途等に応じて決定できる。加熱温度は、複合体に含まれている熱可塑性のマトリックス樹脂が軟化して可塑性を示すようになる温度以上である。加熱温度は、熱可塑性のマトリックス樹脂の種類や含有量などの条件によって最適な温度範囲が異なるため、一律に定めることはできないが、通常は260〜600℃の範囲、好ましくは280〜450℃の範囲、より好ましくは280℃〜400℃の範囲である。
加熱加圧の時間は、特に制限はないが、通常は1〜100分間、好ましくは1〜30分間の範囲である。
例えば、本実施形態の繊維強化熱可塑性樹脂シートでは、ガラス繊維と耐熱性樹脂繊維とが不織布を形成している例について説明したが、ガラス繊維と耐熱性樹脂繊維とは不織布を形成している必要はない。但し、この場合は、ガラス繊維は、繊維強化熱可塑性樹脂シートの平面方向に配向し、耐熱性樹脂繊維は、繊維強化熱可塑性樹脂シートの厚さ方向に配向していることが好ましい。
(1)ガラス繊維水性分散液の調製
平均繊維長10mm、平均繊維径10μmのガラス繊維を40g計り取り、これを、分散剤0.12g(ガラス繊維に対して0.3重量%)を添加した水20Lに投入し、ラボ用撹拌機を用いて撹拌して、分散させ、ガラス繊維水性分散液を得た。ガラス繊維としては、オーウェンスコーニング社製のガラス繊維チョップドストランド、CS10JAJP195を用いた。分散剤としては、明成化学工業株式会社製、ラッコールALを用いた。ラボ用撹拌機としては、アズワン社製、ウルトラ撹拌機 DC−CHRM25を用いた。なお、ガラス繊維水性分散液は3回調製した。
含水アラミド繊維(ダイセルファインケム社製、ティアラ)を固形分で20g計り取り、これを、固形分濃度が1.0質量%となるように水と混合し、ディスインテグレーターを用いて10分間解繊して、アラミド繊維水性分散液を得た。得られたアラミド繊維水性分散液に分散されているアラミド繊維は、繊維長が0.1〜1mmの範囲にあり、繊維径は0.05〜0.7μmであった。
上記(1)で調製したガラス繊維水性分散液と、上記(2)で調製したアラミド繊維水性分散液とを、それぞれ全量混合して、ガラス繊維とアラミド繊維とが質量比で2:1の割合で水に分散されている混合水性分散液を得た。
上記(3)で調製した混合水性分散液に、ポリエーテルイミド(PEI)繊維(クラレ社製PEI繊維 繊維径2.2dtex、繊維長15mm)を90g投入し、前記ラボ用撹拌機を用いて撹拌した。次いで、PEI繊維を投入した分散液に、増粘剤の濃度が0.1質量%の増粘剤水溶液を500mL投入し、前記ラボ用撹拌機を用いて撹拌した。増粘剤としては、アニオン性高分子ポリアクリルアミド系増粘剤(MTアクアポリマー社製、スミフロック)を使用した。そして最後に、水を全体量が30kgとなるように投入し、前記ラボ用撹拌機で撹拌した。こうして、ガラス繊維とアラミド繊維とPEI繊維とが均一に分散した固形分濃度が0.5質量%の複合体作製用分散液を調製した。
上記(4)で調製した複合体作製用分散液を1250g(固形分量:6.25g)分取した。分取した分散液を、25cm角の角型手抄きシートマシン(熊谷理機工業株式会社製)の原質用容器に投入し、JIS P 8222に準ずる方法で抄紙を行った。すなわち、原質容器内に水を入れて16Lとなるよう希釈し、原質容器内を撹拌してから脱水し、ウエットシートを得た。そして、得られたウエットシートを160℃の熱風乾燥機で乾燥して、複合体シート(縦25cm×横25cm、坪量100g/m2)を得た。
上記(5)で作製した複合体シートを28枚積層して積層体を得た。この積層体を、加熱加圧プレス装置を用いて、300℃、10MPaの条件で10分間加熱加圧成形し、70℃まで冷却したのち、加熱加圧プレス装置から取り出した。得られた繊維強化熱可塑性樹脂シートは、縦25cm×横25cm×厚さ1.8mmであった。
実施例1の(1)ガラス繊維水性分散液の調製において、ガラス繊維の投入量を60gとしてガラス繊維水性分散液を調製した。また、実施例1(2)アラミド繊維水性分散液を行わず、(4)複合体作製用分散液の調製において、混合水性分散液の代わりに、上記のガラス繊維水性分散液を用いたこと以上のこと以外は、実施例1と同様にして、繊維強化熱可塑性樹脂シートを作製した。
平面方向の熱膨張係数は、JIS K 7197に準拠して、引っ張りモードで、昇温速度5℃/分、測定温度範囲30〜210℃の条件で測定した。
厚さ方向の熱膨張係数は、JIS K 7197に準拠し、圧縮モードで、昇温速度5℃/分、測定温度範囲30〜210℃の条件で測定した。
11 ガラス繊維
12 耐熱性樹脂繊維
20 熱可塑性のマトリックス樹脂層
21 熱可塑性のマトリックス樹脂ビーズ
22 熱可塑性のマトリックス樹脂繊維
23 熱可塑性のマトリックス樹脂
30 繊維強化熱可塑性樹脂シート
Claims (13)
- 熱可塑性のマトリックス樹脂と、前記マトリックス樹脂中に含有されている、長さが3〜25mmのガラス繊維と、負の熱膨張係数を有し、かつ260℃以下の温度で溶融および熱分解しない、長さが0.1〜1mmの耐熱性樹脂繊維とを含む繊維強化熱可塑性樹脂シート。
- 前記ガラス繊維と前記耐熱性樹脂繊維の含有量比が、質量比で50:50〜90:10の範囲にある請求項1に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
- 前記ガラス繊維と前記耐熱性樹脂繊維が不織布を形成している請求項1または2に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
- 前記不織布が湿式不織布である請求項3に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シートと、前記繊維強化熱可塑性樹脂シートの少なくとも一方の表面に貼り合わされた金属箔とを含む金属張積層シート。
- 長さが3〜25mmのガラス繊維と、負の熱膨張係数を有し、かつ260℃以下の温度で溶融および熱分解しない、長さが0.1〜1mmの耐熱性樹脂繊維とを含有する不織布、及び熱可塑性のマトリックス樹脂を含む複合体を用意する工程と、
前記複合体を加熱加圧成形する工程とを有する繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。 - 長さが3〜25mmのガラス繊維と、負の熱膨張係数を有し、かつ260℃以下の温度で溶融および熱分解しない、長さが0.1〜1mmの耐熱性樹脂繊維とを含有する不織布、及び熱可塑性のマトリックス樹脂を含む複合体。
- 前記不織布が湿式不織布である請求項7に記載の複合体。
- 前記マトリックス樹脂が、前記不織布の少なくとも一方の表面に層状に配置されている請求項7または8に記載の複合体。
- 前記マトリックス樹脂が、前記不織布の内部にビーズもしくは繊維の状態で配置されている請求項7または8に記載の複合体。
- 長さが3〜25mmのガラス繊維と、負の熱膨張係数を有し、かつ260℃以下の温度で溶融および熱分解しない、長さが0.1〜1mmの耐熱性樹脂繊維とを含有する不織布。
- 湿式不織布である請求項11に記載の不織布。
- 長さが3〜25mmのガラス繊維と、負の熱膨張係数を有し、かつ260℃以下の温度で溶融および熱分解しない、長さが0.1〜1mmの耐熱性樹脂繊維とが、水に分散されている水性分散液を用意する工程と、
前記水性分散液を抄紙する工程と、を有する不織布の製造方法。
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