JP2019094503A - 誘電加熱接着フィルム、及び誘電加熱接着フィルムを用いた接合方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特に、一般的に接合困難な被着体に用いられ、誘電加熱処理(高周波誘電加熱処理と称する場合もある。)によって、比較的短時間であっても、強固な接合力が得られる誘電加熱接着フィルム、及びそのような誘電加熱接着フィルムを用いてなる接合方法に関する。
その上、得られる接着層組成物が、完全不透明な黒色(可視光透過率:0%)であり、被着体同士を上下方向において位置合わせすることが困難であって、そのため、正確な位置に誘電加熱処理を施すことが困難であるという問題が見られた。
その上、得られる接着用樹脂組成物が、完全不透明(可視光透過率:0%)であり、複数の被着体同士を上下方向において位置合わせすることが困難であって、そのため、正確な位置に誘電加熱処理を施すことが困難であるという問題が見られた。
その上、十分な接合強度を得るため、少なくとも40〜70秒もの誘電加熱処理が必要であって、実使用上、処理時間が長くかかるという問題があった。
すなわち、本発明によれば、電気絶縁破壊の発生を防止しつつ、接着することが一般的に困難な被着体を、極めて短時間、かつ、強固な接合を実現すべく、所定の樹脂と、所定誘電フィラーと、の組み合わせからなる誘電加熱接着剤、及び所定の誘電加熱接着フィルムを用いた接合方法を提供することを目的とする。
(A)ポリオレフィン系樹脂と、
(B)JIS Z 8819−2(2001)に準拠し、測定されてなる平均粒子径が、1〜30μmの範囲内の値である誘電フィラーと、を含有しており、かつ、
厚さが10〜2,000μmであることを特徴とする誘電加熱接着フィルムが提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、このような誘電加熱接着フィルムであれば、例えば、40秒未満の誘電加熱処理によっても、かつ、被着体の種類によらず、良好な接合性を得ることができる。
すなわち、かかる(B)成分の配合量であれば、比較的短時間の誘電加熱処理によっても、かつ、被着体の種類によらず、良好な接合性を得ることができる。
すなわち、(A)成分であるポリプロピレン系樹脂が、かかる融点又は軟化点を有することにより、使用環境等における耐熱性と、誘電加熱処理における溶着性との間で、良好なバランスを図ることができる。
すなわち、(B)成分が、酸化亜鉛であれば、比較的少量の配合であっても、誘電加熱処理において、所定の発熱効果を発揮することができる。
すなわち、このような誘電特性の値を制御することによって、誘電加熱処理における良好な溶着性を確保し、ひいては、複数の被着体同士で、強固な結合を得ることができる。
すなわち、所定条件下に測定された貯蔵弾性率E’を制御することにより、誘電加熱接着フィルムとしての所定の取り扱い性を確保したり、誘電加熱接着フィルムを長尺ロール状に巻いたり、さらには、ロール・ツー・ロール方式への供給が比較的容易になるためである。
(1)同一材料若しくは異なる材料からなる複数の被着体の間に、誘電加熱接着フィルムを挟持する工程と、
(2)複数の被着体の間に挟持した、誘電加熱接着フィルムに対して、誘電加熱装置を用いて、高周波出力0.1〜20kW、及び高周波印加時間1秒以上40秒未満の条件で、誘電加熱処理を行う工程と、を含むことを特徴とする誘電加熱接着フィルムを用いた接合方法である。
すなわち、このような誘電加熱接着フィルムであれば、例えば、40秒未満の短時間の誘電加熱処理によっても、かつ、被着体の種類によらず、良好な接合性を得ることができる。
第1の実施形態における誘電加熱接着フィルムは、誘電加熱処理によって、同一材料若しくは異なる材料からなる被着体同士を接合するための誘電加熱接着フィルムであって、
(A)ポリオレフィン系樹脂と、
(B)JIS Z 8819−2(2001)に準拠し、測定されてなる平均粒子径(D50)が、1〜30μmの範囲内の値である誘電フィラーと、
を含有しており、かつ、厚さが10〜2,000μmであることを特徴とする誘電加熱接着フィルムである。
以下、第1の実施形態における誘電加熱接着フィルムの配合成分や形態等につき、具体的に説明する。
(1)A成分:ポリオレフィン系樹脂
(種類)
ポリオレフィン系樹脂(主成分)の種類については、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のホモポリマーからなる樹脂、及びエチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテン、4−メチルペンテン等の共重合体からなるα−オレフィン樹脂等が挙げられる。ポリオレフィン樹脂は、これらの一種単独で用いられてもよく、二種以上の組み合わせで用いられてもよい。ポリオレフィン樹脂において、ポリプロピレン樹脂が機械的強度に優れ安定した接着特性を得られるため、特に好ましい。
また、ポリオレフィン系樹脂の融点又は軟化点を80〜200℃の範囲内の値とすることが好ましい。
すなわち、結晶性のポリオレフィン系樹脂の場合、結晶部分が溶解する温度として、示差走査熱量計(DSC)等で測定される融点を所定範囲内の値に規定することにより、使用環境等における耐熱性と、誘電加熱処理における溶着性との間の良好なバランスを図ることができる。
より具体的には、示差走査熱量計(DSC)を用いて、測定試料(結晶性のポリオレフィン系樹脂)10mgを、250℃まで昇温した後、25℃まで10℃/分の降温速度で冷却して結晶化させ、再度10℃/分の昇温速度で加熱して、融解させた際に、DSCチャート(融解曲線)上で観察される融解ピークのピーク温度を、測定試料の融点とすることができる。
より具体的には、JIS K 6863(1994)に準拠して、非結晶性のポリオレフィン系樹脂の軟化点を測定することができる。
一方、結晶性のポリオレフィン系樹脂の融点、又はアモルファス性のポリオレフィン系樹脂の軟化点が、200℃を超えた値になると、誘電加熱処理における溶着に過度に時間がかかったり、接合強度が過度に低くなったりする場合がある。
したがって、第1の実施形態における誘電加熱接着フィルムには、結晶性のポリオレフィン系樹脂及び非結晶性のポリオレフィン系樹脂のいずれも使用することができるが、その融点又は軟化点を100〜190℃の範囲内の値とすることがより好ましく、130〜180℃の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
すなわち、図1の横軸には、(A)成分の融点又は軟化点の値(℃)がとってあり、縦軸には、耐熱クリープ試験結果(相対評価)が示してある。より具体的には、後述する実施例1に記載されている評価において、評価◎を5点、評価○を3点、評価△を1点、評価×を0点として、相対評価したものである。
そして、図1中の特性曲線から理解されるように、耐熱クリープ試験結果につき、(A)成分の融点等が70℃ほどの低さでは、相対評価の点数が低く、かかる融点等が高くなるほど、相対評価の点数が高くなる傾向がみられている。
より具体的には、(A)成分の融点等が130℃以上になると、耐熱クリープ試験結果の評価点として、3以上の値が得られている。
よって、耐熱クリープ試験結果のみを考慮した場合、例えば、(A)成分の融点等を120〜200℃の範囲内の値とすることが好ましいと言える。
また、ポリオレフィン系樹脂の平均分子量(重量平均分子量)は、通常、5000〜30万の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、ポリオレフィン系樹脂の重量平均分子量が、5000未満の値になると、耐熱性や接合強度が著しく低下する場合があるためである。
一方、ポリオレフィン系樹脂の重量平均分子量が30万を超えた値になると、誘電加熱処理を実施した際の溶着性等が著しく低下する場合があるためである。
したがって、ポリオレフィン系樹脂の重量平均分子量を1万〜20万の範囲内の値とすることがより好ましく、3万〜10万の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、ポリオレフィン系樹脂の重量平均分子量は、例えば、JIS K 7367−3(1999)に準拠して、極限粘度法により測定することができる。
また、ポリオレフィン系樹脂のメルトフローレート(MFR)は、230℃、2.16kg荷重の条件下で、通常1〜300g/10minの範囲内の値とすることが好ましい。MFRが1g/10min以上であることで、接着部分の耐熱性が向上する。また、MFRが300g/10min以下であることで、誘電加熱による接合時間を短くすることが可能となり、安定した接着性を得ることができる。
したがって、ポリオレフィン樹脂のMFRを1〜100g/10minとすることが好ましく、1〜50g/10minとすることがさらに好ましい。なお、ポリオレフィン樹脂のMFRの値は、JIS K 7210−1(2014)に準拠し、230℃、2.16kg荷重の条件下で測定することができる。
(種類)
誘電フィラー(主成分)としては、例えば、周波数28MHz又は40MHz等の高周波の印加により、発熱可能な高誘電損率を有する高周波吸収性充填剤である。
したがって、酸化亜鉛、炭化ケイ素(SiC)、アナターゼ型酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ルチル型酸化チタン、水和ケイ酸アルミニウム、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水和アルミノケイ酸塩等の結晶水を有する無機物質等の一種単独又は二種以上の組み合わせが好適である。この中でも、種類が豊富で、さまざまな形状、サイズから選択ができ、誘電接着フィルムの接着特性や機械特性を用途に合わせて改良することができるため、誘電フィラーとしては酸化亜鉛が特に好ましい。
また、(A)成分100重量部に対して、(B)成分の配合量を5〜800重量部の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、(B)成分の配合量が過度に少なくなると、誘電加熱処理をした場合であっても、発熱性に乏しくなって、(A)成分の溶融性が過度に低下して、強固な接合が得られない場合があるためである。
一方、(B)成分の配合量が過度に多くなると、誘電加熱処理をした際の誘電加熱接着フィルムの流動性が、過度に低下する場合があるためである。
したがって、(A)成分100重量部に対して、(B)成分の配合量を30〜600重量部の範囲内の値とすることがより好ましく、50〜300重量部の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
また、JIS Z 8819−2(2001)に準拠し、測定される(B)成分の平均粒子径(メディアン径、D50)を、1〜30μmの範囲内の値とすることを特徴とする。
この理由は、かかる平均粒子径が1μm未満になると、フィラー内部で分極できる距離が小さくなるため分極の度合いが小さくなり、高周波印加した際の反転運動が低下するため、誘電加熱性が過度に低下し、被着体同士の強固な接合が困難となったりする場合があるためである。
一方、平均粒子径が増大するにつれて、フィラー内部で分極できる距離が大きくなるため分極の度合いが大きくなり、高周波印加した際の反転運動が激しくなるため、誘電加熱性が向上する。
しかしながら、平均粒子径が30μmを超えると、周囲の誘電フィラーとの距離が短いため、その電荷の影響を受けて高周波印加した際の反転運動が低下し、誘電加熱性が過度に低下したり、あるいは、被着体同士の強固な接合が困難となったりする場合がある。
したがって、(B)成分の平均粒子径を、2〜25μmの範囲内の値とすることがより好ましく、3〜20μmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
すなわち、図2の横軸には、(B)成分の平均粒子径の値(μm)がとってあり、縦軸には、接着強度の値(相対評価)が示してある。より具体的には、後述する実施例1に記載されている評価に準じて、評価◎を5点、評価○を3点、評価△を1点、評価×を0点として、相対評価したものである。
そして、図2中の特性曲線から理解されるように、接着強度につき、(B)成分の平均粒子径に関して最適値が存在しているということができる。
すなわち、(B)成分の平均粒子径が0.4μmと過度に小さい場合には、被着体同士を十分に高周波接着できないと言える。
それに対して、(B)成分の平均粒子径が2μmと比較的大きくなると、高周波接着性の評価は急激に向上していると言える。
さらに、(B)成分の平均粒子径が10〜20μmと相当大きくなると、高周波接着性の評価はほぼ安定し、過度に小さい場合と比較して、かなり向上していると言える。
一方、(B)成分の平均粒子径が40μmを超え、50μmとかなり大きくなると、高周波接着性の評価は逆に低下し、過度に小さい場合と同等になっていると言える。
したがって、誘電加熱接着フィルムを用いてなる高周波接着性に対して、(B)成分の平均粒子径は最適値を有しており、例えば、1〜30μmの範囲内の値とすることが好ましく、2〜20μmの範囲内の値とすることがさらに好ましいと言える。
すなわち、図3の横軸には、(B)成分の平均粒子径の値(μm)がとってあり、縦軸には、誘電特性として、tanδ/ε’×10-3の値が採って示してある。
そして、図3中の特性曲線から理解されるように、誘電特性につき、(B)成分の平均粒子径に関して最適値が存在しているということができる。
すなわち、(B)成分の平均粒子径が0.4μmと過度に小さい場合には、誘電特性がかなり低く、したがって、被着体同士を十分に高周波接着できないと推定される。
それに対して、(B)成分の平均粒子径が2μmと比較的大きくなると、誘電特性の値は急激に大きくなり、少なくとも0.005を超えている。
さらに、(B)成分の平均粒子径が10μm前後になると、誘電特性の値は、若干ばらつくものの、少なくとも0.008〜0.01の範囲に至っている。
一方、(B)成分の平均粒子径が10μmを超えて、20μm程度になると、誘電特性の値は逆に低下し、0.008を下回る値になっている。
また、(B)成分の平均粒子径が40μmを超えて、50μm程度になると、誘電特性の値は相当低下し、0.002を下回る値になっている。
したがって、tanδ/ε’で表される誘電特性に対して、(B)成分の平均粒子径は最適値を有しており、比較的高い値を得るためには、例えば、1〜20μmの範囲内の値とすることが好ましく、2〜15μmの範囲内の値とすることがさらに好ましいと言える。
すなわち、図4の横軸には、(A)成分100重量部に対する(B)成分の配合量(重量部)がとってあり、縦軸には、tanδ/ε’で表される誘電特性の値が採って示してある。
また、特性曲線AがTiO2(アナターゼ型結晶)に対応し、特性曲線BがZnOに対応し、特性曲線CがSiCに対応し、特性曲線DがTiO2(ルチル型結晶)に対応し、特性曲線EがBaTiO3に対応し、特性曲線FがZrO2に対応している。
そして、図4中の特性曲線A〜Cから理解されるように、(B)成分が、TiO2(アナターゼ型結晶)、ZnO、及びSiCであれば、配合量が150重量部程度まで増加するにつれて、誘電特性(tanδ/ε’)の値が著しく大きくなっている。
同様に、図4中の特性曲線A〜Cから理解されるように、配合量が350重量部程度まで増えると、誘電特性(tanδ/ε’)の値もさらに大きくなるが、一部飽和する傾向もみられている。
一方、特性曲線D〜Fから理解されるように、(B)成分が、TiO2(ルチル型結晶)、BaTiO3、ZrO2であれば、配合量が150重量部程度まで増えたとしても、誘電特性(tanδ/ε’)の値がほとんど変化していないと言える。
よって、tanδ/ε’で表される誘電特性に対して、(B)成分の種類および配合量が極めて強い影響力を示しており、比較的高い値を得るためには、例えば、(A)成分100重量部に対して、(B)成分の配合量を50〜500重量部の範囲内の値とすることがより好ましく、100〜400重量部の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
また、誘電加熱接着フィルム中に、粘着付与剤、可塑剤、ワックス、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、抗菌剤、カップリング剤、粘度調整剤、誘電フィラーを除く有機又は無機の充填剤等の少なくとも一つの各種添加剤を配合することが好ましい。
粘着付与剤や可塑剤は、誘電加熱接着フィルムの溶融特性や接着特性を改良することができる。粘着付与剤としては、例えば、ロジン誘導体、ポリテルペン樹脂、芳香族変性テルペン樹脂及びその水素化物、テルペンフェノール樹脂、クマロン・インデン樹脂、脂肪族系石油系樹脂、芳香族系石油樹脂及びその水素化物が挙げられる。また、可塑剤としては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、あるいは芳香族系プロセルスオイルなどの石油系プロセスオイル、ひまし油あるいはトール油などの天然油、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルあるいはアジピン酸ジブチルなどの二塩基酸ジアルキル、液状ポリブテンあるいは液状ポリイソプレンなどの低分子量液状ポリマーが例示される。
その場合、添加剤の種類やその配合用途等にもよるが、通常、誘電加熱接着フィルムの全体量の、0.1〜20重量%の範囲内の値とすることが好ましく、1〜10重量%の範囲内の値とすることがより好ましく、2〜5重量%の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
(1)厚さ
また、誘電加熱接着フィルムの厚さを10〜2,000μmの範囲内の値とすることを特徴とする。
この理由は、誘電加熱接着フィルムの厚さが10μmの値になると、被着体同士の接合強度が急激に低下する場合があるためである。
一方、誘電加熱接着フィルムの厚さが2,000μmを超えた値になると、ロール状に巻いたり、さらには、ロール・ツー・ロール方式に適用することが困難となる場合があるためである。
したがって、誘電加熱接着フィルムの用途等にもよるが、通常、誘電加熱接着フィルムの厚さを、100〜1,000μmの範囲内の値とすることがより好ましく、200〜600μmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
また、誘電加熱接着フィルムの形態に関して、23℃における周波数40MHzの条件下に測定される誘電正接tanδを、同様に測定される誘電率ε’で表される誘電特性(tanδ/ε’)が、0.005以上であることが好ましい。
この理由は、かかる誘電特性(tanδ/ε’)が、0.005未満になると、ポリオレフィン樹脂の種類等にかかわらず、誘電加熱処理をした場合であっても、所定の発熱をせず、被着体同士を強固に接合することが困難となる場合があるためである。
但し、誘電特性(tanδ/ε’)が、過度に大きくなると、使用可能なポリオレフィン樹脂の種類や誘電フィラーの種類が過度に制限したり、全光線透過率が急激に低下したりする場合がある。
したがって、誘電加熱接着フィルムの誘電特性(tanδ/ε’)を、0.008〜0.05の範囲内の値とすることがより好ましく、0.01〜0.03の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、誘電加熱接着フィルムの誘電特性(tanδ/ε’)の測定方法は、後述する実施例1において詳述する。
また、誘電加熱接着フィルムの全光線透過率として、1%以上の値とすることが好ましく、5%以上がより好ましく、10%以上とすることがより好ましい。
この理由は、かかる全光線透過率(%)が、1%未満になると、誘電加熱接着フィルムの厚さが過度に厚くなった場合に、透過光等を用いて、目視による所定場所への位置合わせが事実上、困難となる場合があるためである。また、誘電加熱接着フィルムの光透過率の上限値には、特に制限はないが、好ましいポリオレフィン樹脂と誘電フィラーとの配合比率等の影響により、通常50%程度となる。
なお、誘電加熱接着フィルムの全光線透過率(%)の測定方法は、後述する実施例1において詳述する。
また、誘電加熱接着フィルムの粘弾性特性(動的弾性率)に関して、周波数10Hzの条件下に測定した貯蔵弾性率E’が、室温及び80℃の温度下において、ともに1×106〜1×1010Paの範囲内の値であることが好ましい。
この理由は、かかる貯蔵弾性率E’が、室温または80℃で1×106Pa未満の値になると、誘電加熱接着フィルムの表面にタック性が現れ、ロール形状での保管がブロッキングにより困難になる場合があるためである。
一方、かかる貯蔵弾性率E’が、室温または80℃で1×1010Paを超えた値になると、誘電加熱接着フィルムが脆性となりやすくロールからの巻出しや高テンションでの被着体への貼りあわせが困難となる場合があるためである。
したがって、誘電加熱接着フィルムの室温及び80℃の温度下における貯蔵弾性率E’を、5×106〜5×109Paの範囲内の値とすることがより好ましく、1×107〜1×109Paの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、誘電加熱接着フィルムの貯蔵弾性率E’の測定方法は、後述する実施例1において詳述する。
第2の実施形態は、誘電加熱処理によって、同一材料若しくは異なる材料からなる被着体同士を接合するための誘電加熱接着フィルムを用いた接合方法である。
そして、誘電加熱接着フィルムが、(A)ポリオレフィン系樹脂、(B)JIS Z 8819−2(2001)に準拠し、測定される平均粒子径が、1〜30μmの範囲内の値である誘電フィラー、を含有しており、かつ、厚さが10〜2,000μmであり、かつ、下記工程(1)及び(2)を含んでいる。
(1)同一材料若しくは異なる材料からなる複数の被着体の間に、誘電加熱接着フィルムを挟持する工程
(2)複数の被着体の間に挟持した、誘電加熱接着フィルムに対して、誘電加熱装置を用いて、高周波出力0.1〜20kW、及び高周波印加時間1秒以上40秒未満の条件で、誘電加熱処理を行う工程
以下、第2の実施形態における誘電加熱接着フィルムの接合方法につき、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
工程(1)は、誘電加熱接着フィルムを、所定場所に配置する工程であって、同一若しくは異なる材料からなる複数の被着体の間に、誘電加熱接着フィルムを挟持する工程である。
その際、通常、誘電加熱接着フィルムを、所定形状に切断し、複数の被着体の間に挟持することが好ましい。
更に言えば、誘電加熱接着フィルムを、位置ずれしないように、正確な位置に配置すべく、誘電加熱接着フィルムの一面又は両面であって、かつ、全面あるいは、部分的に、粘着部を設けたり、さらには、誘電加熱接着フィルムの一部に、仮固定用孔や突起等を設けたりすることも好ましい。
また、第2実施形態で使用される被着体の材質としては、特に制限はなく、有機、無機、及び金属等の材料でもよく、それらの複合材料であってもよい。有機材料としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂(ABS樹脂)、ポリカーボネート樹脂、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT樹脂)、ポリアセタール樹脂(POM樹脂)、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、等のプラスチック材料、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、エチレンプロピレンゴム(EPR)、シリコーンゴム等のゴム材料が挙げられる。無機材料としてはガラス等が挙げられる。また、ガラス繊維と前記のプラスチック材料との複合材料である繊維強化樹脂(FRP)も好ましい被着体の材質として挙げられる。
特に、ポリプロピレンやポリエチレンなどの低極性のために難接着性である材料が、少なくとも一方の被着体である場合は、本実施形態の誘電加熱接着方法により強固な接合を達成することができるため、好ましい。
工程(2)は、図5に示すように、被着体同士の間に挟持した、誘電加熱接着フィルムに対して、誘電加熱装置を用いて、例えば、高周波出力0.1〜20kW、及び印加時間1〜40秒間の条件で、誘電加熱処理を行う工程である。
以下、工程(2)において使用する誘電加熱接着装置や、その誘電加熱条件について、説明する。
誘電加熱接着装置10は、図5に示すように、第1被着体12及び第2被着体14との間に挟持した、誘電加熱接着フィルム13を介して、誘電加熱処理するとともに、第1の高周波印加電極16及び第2の高周波印加電極18の加圧処理によって、第1被着体12及び第2被着体14を接合するために用いられる装置である。
そして、かかる誘電加熱接着装置10は、対向配置されている第1の高周波印加電極16及び第2の高周波印加電極18のそれぞれに、例えば、周波数28MHz又は40MHz程度の高周波を印加するための高周波電源20を備えている。
また、両電極間に、高周波電界を印加すると、第1被着体及び第2被着体の重ね合わせ部分において、誘電加熱接着フィルム、すなわち、当該誘電加熱接着フィルム中に均一分散された誘電加熱媒体が、高周波エネルギーを吸収する。
さらにまた、誘電加熱媒体は、発熱源として機能し、その発熱によって、誘電加熱接着フィルムの主成分であるオレフィン系樹脂が溶融し、最終的には、第1被着体及び第2被着体を接合することができる。
したがって、図5に示すように、プレス装置として兼用する、第1の高周波印加電極16及び第2の高周波印加電極18の圧縮方向への加圧も加味され、誘電加熱接着フィルム13の加熱溶融によって、第1被着体12及び第2被着体14を強固に接合することができる。
よって、誘電加熱接着条件は、適宜変更できるが、通常、高周波出力としては、0.1〜20kWの範囲内の値とすることが好ましく、0.2〜10kWの範囲内の値とすることがより好ましく、0.2〜5kWの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
また、高周波の印加時間についても、1〜40秒間の範囲内の値とすることが好ましく、5〜30秒間の範囲内の値とすることがより好ましく、10〜20秒間の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
さらに、高周波の周波数を1〜100MHzの範囲内の値とすることが好ましく、5〜80MHzの範囲内の値とすることがより好ましく、10〜50MHzの範囲内の値とすることがさらに好ましい。具体的には、国際電気通信連合により割り当てられた工業用周波数帯13.56MHz、27.12MHz、40.68MHZが、本実施形態の誘電加熱接着方法にも利用される。
1.誘電加熱接着フィルムの作成
(A)成分としてポリプロピレン系樹脂(日本ポリプロ社製ノバテックPPMH4、ポリプロピレンホモポリマー、融点:165℃、表1中、A1と記載する。)100重量部と、(B)成分として酸化亜鉛(堺化学工業社製LPZINC11,平均粒子径:11μm、表1中、B1と記載する。)69重量部と、をそれぞれ秤量して準備した。
次いで、表1に示すように、(A)成分と、(B)成分とを予備混合した後、30mmφ二軸押出機のホッパーに供給し、シリンダー設定温度180〜200℃、ダイス温度200℃に設定し、溶融混練することにより、粒状のペレットを得た。
次いで、得られた粒状のペレットを、Tダイを設置した単軸押出機のホッパーに投入し、シリンダー温度を200℃、ダイス温度を200℃の条件として、Tダイから、厚さ400μmのフィルム状溶融混練物を押し出し、室温に冷却させることにより、実施例1の誘電加熱接着フィルムを得た。
なお、図6(a)〜(b)に、それぞれ誘電加熱接着フィルムの表面および断面状態を写真(倍率1000倍)で示す。
(1)厚さ
得られた誘電加熱接着フィルムの厚さを、マイクロメーターを用いて、10箇所測定し、その平均値を算出した。
JIS K 7361−1(1997)に準拠し、日本電色工業社製ヘーズメーターNDH5000を用いて、D65光源として全光線透過率を測定した。
マテリアルアナライザE4991(Agilent社製)を用いて、23℃における周波数40MHzの条件下、接着フィルムの誘電率ε’及び誘電正接tanδを測定し、(tanδ/ε’)の値を算出した。
15mm×5mm×1mmの短冊状に切断した接着フィルムについて、動的粘弾性測定装置(TAインスツルメント社製Q−800)を用いて、貯蔵弾性率E’を測定した。
すなわち、引張モード、周波数10Hz、昇温速度3℃/分、測定温度範囲−100〜200℃の条件で、粘弾性測定を実施し、所定温度として常温(23℃)及び80℃における貯蔵弾性率E’を測定した。
25cm×12.5cmに切断した誘電加熱接着フィルム(接着フィルム)を、被着体として2枚のガラス繊維強化ポリプロピレン板(25cm×10cm×1.5mm)の間の所定場所に挟みこんだ。
次いで、高周波誘電加熱装置(山本ビニター社製YRP−400T−A)の電極間に固定した状態で、周波数40MHz、出力200Wの条件下に、所定時間高周波を印加して、接着フィルムと被着体を接合させてなる試験片を作成した。
得られた試験片につき、以下の基準で、高周波接着性を評価した。
◎:10秒未満の高周波印加で、被着体同士が、接着フィルムによって接合した。
○:10秒以上〜40秒未満の高周波印加で、被着体同士が、接着フィルムによって接合した。
△:40秒以上〜60秒未満の高周波印加で、被着体同士が、接着フィルムによって接合した。
×:60秒高周波印加しても、被着体同士が、接着フィルムによって接合しなかった。
万能引張試験機(インストロン社製インストロン5581)を用い、引張速度100mm/分の条件で、「(5)高周波接着性」の評価で得られた試験片の引張せん断力を測定し、さらに、破壊モードを観察した。
◎:材料破壊又は凝集破壊であり、引張せん断強度が6MPa以上であった。
○:材料破壊又は凝集破壊であり、引張せん断強度が2MPa以上〜6MPa未満であった。
△:界面剥離であり、引張せん断強度が2MPa未満であった。
×:高周波接着性の評価において接着できなかった、もしくは試験を行うまで接着状態が維持できず被着体が脱落してしまったため引張せん断試験を行うことができなかった。
「(5)高周波接着性」の評価で得られた試験片の端部に、100gの錘を付け、80℃のオーブン中に垂下し、24時間静置した。
最後に、試験片をオーブンから取り出し、室温に戻した後、下記基準に沿って、耐熱クリープ試験を評価した。
◎:24時間経過後も接着を維持していた。
○:12時間まで接着していたが、24時間経過時には錘が脱落していた。
△:12時間以内に錘が脱落していた。
×:高周波接着性の評価において接着できなかった、もしくは試験を行うまで接着状態が維持できず被着体が脱落してしまったため耐熱クリープ試験を行うことができなかった。
実施例2においては、(B)成分の配合量を、(A)成分100重量部に対して、156重量部と、若干減少させた以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作成し、評価した。
実施例3においては、(B)成分の配合量を、(A)成分100重量部に対して、267重量部と、さらに減少させた以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作成し、評価した。
実施例4においては、(B)成分の酸化亜鉛の種類を、B1から、B2(堺化学工業社製LPZINC2、不定形、平均粒子径2μm、表1中、B2と表記する。)に変更するとともに、当該(B)成分の配合量を、(A)成分100重量部に対して、156重量部とした以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作成し、評価した。
実施例5においては、(B)成分の酸化亜鉛の種類を、B1から、B3(堺化学工業社製LPZINC20、不定形、平均粒子径20μm、表1中、B3と表記する。)に変更するとともに、(B)成分の配合量を、(A)成分100重量部に対して、156重量部とした以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作成し、評価した。
実施例6においては、(A)成分として、ランダムポリプロピレン(プライムポリマー社製プライムポリプロF−744NP、融点:130℃、表1中、A2と表記する。)を用い、当該(A)成分100重量部に対して、(B)成分の配合量を、156重量部とした以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作成し、評価した。
実施例7においては、(A)成分として、エチレン/α−オレフィンの共重合体(住友化学社製エクセレンFX352、融点70℃、表1中、A3と表記する。)を用い、当該(A)成分100重量部に対して、(B)成分の配合量を、69重量部とした以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作成し、評価した。
比較例1においては、(B)成分の酸化亜鉛の種類を、B1から、B4(和光純薬工業社製酸化亜鉛特級、不定形、平均粒子径0.4μm、表1中、B4と表記する。)に変更するとともに、当該(B)成分の配合量を、(A)成分100重量部に対して、69重量部とした以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作成し、評価した。
比較例2においては、(B)成分の酸化亜鉛の種類を、B1から、B5(堺化学工業社製LPZINC−S50、球状、平均粒子径50μm、表1中、B5と表記する。)に変更するとともに、当該(B)成分の配合量を、(A)成分100重量部に対して、69重量部とした以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作成し、評価した。
特に、誘電加熱処理であれば、接合部のみを外部から加熱溶融することができ、被着体として、三次元部材同士(立体部材同士)であっても接合可能であるから、これにより、大型部品や複雑構造部品の製造における接合技術として活用されることが期待される。
すなわち、本発明によれば、誘導加熱処理によって、外部から、所定の接着部のみを加熱するため、厚物や複雑な立体構造を有する部材、高い寸法精度を求められる部材の接合に有効である。
特に、本発明によれば、被着体の接合部位に局所的に印加することができるので、大型で且つ複雑な立体構造体や積層構造体等の接合にも有効に適用することが期待される。
したがって、被着体として、ポリオレフィン系樹脂に対して高強度な接合を可能とし、さらには、今後普及の拡大が予想される繊維強化プラスチック(FRP)をはじめとする高機能熱可塑性樹脂複合材に対しても応用可能である。
その上、本発明によれば、軽量化が進む航空機や自動車分野における繊維強化プラスチック(FRP)材料の接合、小型化・複雑構造化の進む電子機器、医療用機器の分野における接合技術としての活用も期待される。
更に言えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂は耐溶剤性に劣っているため、溶剤希釈された接着剤による接合が困難である。また、ポリオレフィン系樹脂をボルトやリベット等の機械的接合手段で接合するのでは、重量がかさみ、また接合部の強度を損ねる恐れがある。
本発明によれば、このようなポリオレフィン樹脂等に対しても、軽量で、強固な接合が安定して得られるようになる。
12:第1被着体
13:誘電加熱接着フィルム
14:第2被着体
16:第1の高周波印加電極(プレス装置兼用)
18:第2の高周波印加電極(プレス装置兼用)
20:高周波電源
Claims (6)
- 周波数が1〜100MHzの範囲内の値の高周波による誘電加熱処理によって、同一材料若しくは異なる材料からなる複数の被着体を接合するための誘電加熱接着フィルムであって、
(A)ポリプロピレン系樹脂と、
(B)JIS Z 8819−2(2001)に準拠し、測定される平均粒子径が、2〜25μmの範囲内の値である誘電フィラーとしての酸化亜鉛と、を含有しており、
前記誘電加熱接着フィルムの厚さが100〜1000μmの範囲内の値であることを特徴とする誘電加熱接着フィルム。 - 前記(A)成分100重量部に対して、前記(B)成分の配合量を30〜600重量部の範囲内の値とすることを特徴とする請求項1に記載の誘電加熱接着フィルム。
- 前記(A)成分であるポリプロピレン系樹脂の、JIS K 7121(1987)で規定される融点又は軟化点が、80〜200℃の範囲内の値であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の誘電加熱接着フィルム。
- 光透過率を5%以上とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の誘電加熱接着フィルム。
- 23℃及び80℃における、周波数10Hzの条件下に測定した貯蔵弾性率E’を1×106〜1×1010Paの範囲内の値とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の誘電加熱接着フィルム。
- 誘電加熱処理によって、同一材料若しくは異なる材料からなる複数の被着体を接合するための誘電加熱接着フィルムであって、(A)ポリプロピレン系樹脂と、(B)JIS Z 8819−2(2001)に準拠し、測定される平均粒子径が、2〜25μmの範囲内の値である誘電フィラーとしての酸化亜鉛と、を含有しており、誘電加熱接着フィルムの厚さを100〜1000μmの範囲内の値とし、かつ、誘電加熱接着条件としての、高周波の周波数が1〜100MHzの範囲内の値である誘電加熱接着フィルムを用いた接合方法であり、
(1)同一材料若しくは異なる材料からなる複数の被着体の間に、前記誘電加熱接着フィルムを挟持する工程と、
(2)前記複数の被着体の間に挟持した、前記誘電加熱接着フィルムに対して、誘電加熱装置を用いて、高周波出力0.1〜20kW、及び高周波印加時間1秒以上40秒未満の条件で、誘電加熱処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする誘電加熱接着フィルムを用いた接合方法。
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