JP2019147357A - 難燃断熱シートおよび蓄電モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
[1]断熱層と、最外層に配置された難燃フィルム層とを有する積層構造を含み、下記(1)〜(4)の何れかを満たす難燃断熱シート:
(1)前記難燃フィルム層が前記断熱層と接する、
(2)前記断熱層と前記難燃フィルム層との間に他の層を有し、他の層の全てが難燃性層からなる、
(3)前記断熱層と前記難燃フィルム層との間に少なくとも1層に熱伝導層を含む、
(4)最外層に配置された難燃フィルム層が端部において互いに接合された密封構造を形成する。
(1)前記難燃フィルム層が前記断熱層と接する。
(2)前記断熱層と前記難燃フィルム層との間に他の層を有し、他の層の全てが難燃性層からなる。
(3)前記断熱層と前記難燃フィルム層との間に少なくとも1層に熱伝導層を含む。
(4)最外層に配置された難燃フィルム層が端部において互いに接合された密封構造を形成する。
以下、それぞれの具体的実施形態について説明する。
第1の実施形態に係る難燃断熱シートは、上記(1)の構成を満たす。図1に第1の実施形態に係る難燃断熱シート10の断面図を示す。すなわち、第1の実施形態に係る難燃断熱シート10は、断熱層11と、最外層に配置された難燃フィルム層12および12’とを有する積層構造を含み、断熱層11と、難燃フィルム12および12’の何れか一方または両方とは接している。断熱層11と、難燃フィルム12とは接している。断熱層11と難燃フィルム12’とは接していてもよく、後述する他の層21を介して積層されていてもよい。図1では、断熱層11と、難燃フィルム層12および12’とが接している態様を示している。
気孔率=(B−A)/B×100(%)
平均孔径は、多孔性フィルム断面のSEM(走査型電子顕微鏡)像を倍率5000〜20000倍で取得し、画像処理ソフトで解析をすることにより確認できる。多孔性フィルムの気孔は、連続気孔であっても、独立気孔であってもよい。
これらは、必要とされる断熱性や、耐熱性、厚み、加工性等を勘案して適宜に選択して用いればよい。
第1の実施形態に係る難燃断熱シート10では、難燃フィルム層12および12’が最外層に配置されていれば、複数の断熱層11を含んでいても良く、断熱層と難燃フィルム層との積層構造が繰り返される構造であっても良い。
このような構造の第1の実施形態に係る難燃断熱シート10によれば、火炎に曝されても、断熱層が着火することはなく、高い難燃性および断熱性を示す。
第2の実施形態に係る難燃断熱シートは、上記(2)の構成を満たす。図2に第2の実施形態に係る難燃断熱シート20の断面図を示す。すなわち、第2の実施形態に係る難燃断熱シート20は、断熱層11と、最外層に配置された難燃フィルム層12および12’とを有し、断熱層11と難燃フィルム層12との間、または断熱層11と難燃フィルム層12’との間、あるいはこの両者に他の層21を有する。図2では、断熱層11の両面に、難燃フィルム層12および12’が他の層21を介して積層されている態様を示している。断熱層および難燃フィルム層は、上記と同様である。他の層21は、難燃性を有する。難燃性の定義は前記と同様である。
他の層21は、特に難燃粘着剤層であることが好ましい。以下では難燃粘着剤層21と記載することもある。
これらのリン酸エステル系難燃剤は、1種単独、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
第3の実施形態に係る難燃断熱シートは、上記(3)の構成を満たす。図3に第3の実施形態に係る難燃断熱シート30の断面図を示す。すなわち、第3の実施形態に係る難燃断熱シート30は、断熱層11と、最外層に配置された難燃フィルム層12および12’とを有し、断熱層11と難燃フィルム層12との間、または断熱層11と難燃フィルム層12’との間、あるいはこの両者に熱伝導層31を有する。図3では、断熱層11の両面に、熱伝導層31が積層され、これらの上に難燃フィルム層12および12’が積層されている態様を示している。断熱層および難燃フィルム層は、上記と同様である。
第4の実施形態に係る難燃断熱シートは、上記(4)の構成を満たす。図4に第4の実施形態に係る難燃断熱シート40の断面図を示す。すなわち、第4の実施形態に係る難燃断熱シート30は、断熱層11と、最外層に配置された難燃フィルム層12および12’とを有し、最外層に配置される難燃フィルム層12および12’を他の構成層よりもやや大きめに準備し、上面側の難燃フィルム層12と下面側の難燃フィルム層12’とを端部において接合し、接合部41によって密封構造とする。
図5に第5の実施形態に係る難燃断熱シート50の断面図を示す。上記した第1〜第4の実施形態に係る難燃断熱シートでは、難燃フィルム層12および12’が最外層に配置される。第5の実施形態に係る難燃断熱シートでは、最外層に配置された難燃フィルム層12および12’の露出面の少なくとも一方に粘着剤層51が形成される。粘着剤層51を構成する粘着剤は感圧接着性を有する限り特に限定はされない。例えば、アクリル系重合体、ゴム系樹脂、ビニルアルキルエーテル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ウレタン系樹脂、スチレン−ジエンブロック共重合体系樹脂等が挙げられる。また、難燃断熱シートの難燃性を向上する観点から、好ましくは前述した難燃粘着剤から形成される。なお、図5では、第2の実施形態に係る難燃断熱シート20に粘着剤層51を形成した態様を示したが、難燃断熱シートは、第1〜第4の実施形態に係る難燃断熱シートの何れであってもよい。すなわち、難燃断熱シート20に代えて、難燃断熱シート10、30、40を用いても良い。
以上の構成よりなる本発明の難燃断熱シートは、すぐれた断熱性と難燃性を示す。難燃断熱シートの熱伝導率は、好ましくは0.4W/m・K以下であり、さらに好ましくは0.08W/m・K以下であり、特に好ましくは0.03〜0.001W/m・Kの範囲である。また、難燃断熱シートは、好ましくはUL94規格に準ずる試験においてV−2、V−1若しくはV−0に適合する難燃性を有し、さらに好ましくはV−1若しくはV−0に適合し、特に好ましくはV−0に適合する。
本発明の難燃断熱シートは、蓄電モジュールに用いられ、リチウムイオン二次電池などの蓄電ユニット間に配置され、各蓄電ユニット間を断熱する。難燃断熱シートに粘着剤層51を設けると、蓄電ユニットの表面に難燃断熱シートが密着するため、車両などの振動が激しい環境下でも剥離せずに、確実に断熱が行える。さらに、粘着剤層51を難燃粘着剤により形成することで、発火にも十分な耐性を示し、信頼性の高い蓄電モジュールが得られる。
断熱層(断熱フィルム)の片面に、粘着剤層付の難燃フィルムを貼付した積層体を25mm×300mmの大きさに裁断した。裁断した積層体の断熱層の他面に、両面粘着テープを貼付し、固定台に固定した。
図7に示した装置を用いて断熱性を評価した。実施例、比較例で作製した積層シート(難燃断熱シート)を90mm×110mmに裁断し、測定用サンプルを得た。測定用サンプルを、300℃のホットプレート上に載置し、その上に、ガラス板、熱電対、石膏ボード、重石(1kg)を置き、熱電対の温度を読み取った。
A:30秒後の到達温度が測定用サンプルを置かない場合よりも低い。
F:30秒後の到達温度が測定用サンプルを置かない場合と同じ。
断熱層(断熱フィルム)の熱伝導率を、ai-Phase MoBile 1uを用いてTWA法にて測定した。
(難燃断熱シートの燃焼性)
実施例、比較例で作製した積層シート(難燃断熱シート)を、長さ125±5mm、幅13±0.5mmに裁断し、測定用サンプルを得た。ただし、比較例5では断熱フィルムのみとした。測定用サンプルを用いてアンダーラボラトリーズ社発行のプラスチック材料の難燃性試験規格UL94の薄手材料垂直燃焼試験方法に準ずる試験(UL94V試験)を行い、難燃性を判定した。具体的には、測定用サンプルをクランプに垂直に取り付け、長さ20mmの炎による10秒間接炎を2回行い、その燃焼挙動により、難燃性を判定した。判定基準を下表に示す。
図8に示した装置を用いて、点熱源での断熱性を評価した。実施例、比較例で作製した積層シート(難燃断熱シート)を90mm×110mmに裁断し、測定用サンプルを得た。測定用サンプルに、アルミフォイルを介して、300℃の半田ごてを押し当て、半田ごて直下の測定用サンプルの裏面の温度を熱電対で測定した。
S:30秒後の到達温度が測定用サンプルを置かない場合よりも100℃以上低い。
A:30秒後の到達温度が測定用サンプルを置かない場合よりも100℃未満低い。
F:30秒後の到達温度が測定用サンプルを置かない場合と同じ。
[断熱層]
ポリスチレンユニット(分子量が72000)とポリイソプレンユニット(分子量が13000)とが結合してなるブロックコポリマー(Polymer source 株式会社製、P4014-PIp)をシクロペンタノン(東京化成工業社製)に溶解し、溶液濃度1質量%の溶液を調製した。調製した溶液をスピンコート法により、ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ:100μm)上に塗布し、厚さ150nmのブロックコポリマー層を形成した。次いで、トルエン/へキサン=70/30体積%の溶液を用いて、溶媒蒸気雰囲気下で、溶媒アニーリング処理を30分間行うことにより、ブロックコポリマー層にミクロ相分離構造を形成させた。
難燃PI:厚さ25μmのポリイミドフィルム(東レデュポン製、商品名:カプトン100H;Tgおよび融解温度は検出されず、燃焼性試験結果:VTM−0)
難燃PET:厚さ50μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(三菱樹脂製、商品名:ダイヤホイルN300E50;ポリエチレンテレフタレートのTgは約80℃、融解温度は260℃、燃焼性試験結果:VTM−0)
通常PET:厚さ25μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ製、商品名::ルミラーT-61M、燃焼性試験結果:VTM−not)
GS:厚さ25μmのグラファイトシート(カネカ製、商品名:グラフィニティー)
難燃Si粘着剤:シリコーン粘着剤(東レダウ製、商品名:SD4580、燃焼性試験結果:VTM−0)
単量体成分として、n−ブチルアクリレート(BA)80質量部、及びアクリル酸(AAc)20質量部からなり、質量平均分子量(Mw)が65万のアクリル系共重合体(1)を含む酢酸エチル溶液(固形分濃度33質量%)の固形分100質量部に対して、1質量部のエポキシ系架橋剤(三菱ガス化学社製、商品名:テトラッドC)、難燃剤として30質量部の芳香族縮合リン酸エステル(大八化学(株)製、商品名:CR-741)および10質量部の窒素含有リン酸エステル(ADEKA製、商品名:FP2200) を添加し、酢酸エチルで希釈し、固形分濃度10質量%の粘着剤組成物(1)の溶液を調製した。
乾燥して得られる粘着剤層の燃焼性試験結果は、VTM−0であった。
単量体成分として、n−ブチルアクリレート(BA)68.5質量部、アクリル酸メチル(MA)2質量部、アクリロイルモルフォリン(ACMO)27質量部、ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)2質量部、ジメチルアミノエチルアクリレート(DMAEA)0.5質量部からなり、質量平均分子量(Mw)が65万のアクリル系共重合体(2)を含む酢酸エチル溶液(固形分濃度33質量%)の固形分100質量部に対して、架橋剤として2.67質量部のキシリレンジイソシアネート、難燃剤として110質量部の芳香族縮合リン酸エステル(大八化学(株)製、商品名:CR-741)を添加し、酢酸エチルで希釈し、固形分濃度10質量%の粘着剤組成物(2)の溶液を調製した。
乾燥して得られる粘着剤層の燃焼性試験結果は、VTM−0であった。
アクリル酸エステル重合体(BA/Vac/HEA/AAc=95.5/3/1/0.5、Mw:100万)100質量部、水添ロジンエステル(荒川化学工業(株)製、パインクリスタル KE−100、軟化点:100℃)25質量部、重合ロジンエステル(荒川化学工業(株)製、ペンセルD−135、軟化点:135℃)4質量部、石油系樹脂(三井化学(株)製、FTR6100、軟化点:95℃)24質量部を混合した。混合物の合計100質量部に対し、イソシアネート系架橋剤(東洋インキ社製 BHS8515)1.06質量部を混合し、粘着剤組成物(3)を得た。
乾燥して得られる粘着剤層の燃焼性試験結果は、VTM−notであった。
難燃PIフィルムに、難燃Si粘着剤100質量部と白金触媒 (東レダウコーニング社製、商品名:SRX-212)0.83質量部との混合物を、塗布、乾燥し、厚み10μmの難燃Si粘着剤層を有する片面粘着テープ(1)を作製した。片面粘着テープ(1)を、断熱フィルムの両面に貼り合わせ、難燃PI/難燃Si粘着剤/断熱層/難燃Si粘着剤/難燃PIの構成を有する難燃断熱シートを作製した。
難燃PIフィルムに、粘着剤組成物(1)を塗布、乾燥し、厚み20μmの難燃アクリル粘着剤層を有する片面粘着テープ(2)を作製した。片面粘着テープ(2)を、断熱フィルムの両面に貼り合わせ、難燃PI/難燃アクリル粘着剤1/断熱層/難燃アクリル粘着剤1/難燃PIの構成を有する難燃断熱シートを作製した。
難燃PIフィルムに、粘着剤組成物(2)を塗布、乾燥し、厚み20μmの難燃アクリル粘着剤層を有する片面粘着テープ(3)を作製した。片面粘着テープ(3)を、断熱フィルムの両面に貼り合わせ、難燃PI/難燃アクリル粘着剤2/断熱層/難燃アクリル粘着剤2/難燃PIの構成を有する難燃断熱シートを作製した。
難燃PIフィルムに代えて、難燃PETフィルムを用いた以外は、実施例2と同様にして、難燃PET/難燃アクリル粘着剤1/断熱層/難燃アクリル粘着剤1/難燃PETの構成を有する難燃断熱シートを作製した。
実施例2で得た片面粘着テープ(2)を、断熱フィルムの片面に貼り合わせた。他面には両面粘着シートを貼り合わせ、さらに両面粘着シートの片面に熱伝導層としてGSを貼り合わせ、さらにGSに片面粘着テープ(2)を貼り合わせて、難燃PI/難燃アクリル粘着剤1/断熱層/両面粘着シート/GS/難燃アクリル粘着剤1/難燃PIの構成を有する難燃断熱シートを作製した。
難燃PIフィルムに代えて、難燃PETフィルムを用いた以外は、実施例5と同様にして、難燃PET/難燃アクリル粘着剤1/断熱層/両面粘着シート/GS/難燃アクリル粘着剤1/難燃PETの構成を有する難燃断熱シートを作製した。
通常PETフィルムの片面に、粘着剤組成物(3)を塗布、乾燥し、厚さ10μmの通常アクリル粘着剤層を有する片面粘着テープ(4)を得た。片面粘着テープ(4)を、断熱フィルムの両面に貼り合わせ、通常PET/通常アクリル粘着剤/断熱層/通常アクリル粘着剤/通常PETの構成を有する積層シートを作製した。
通常PETフィルムに代えて、難燃PIフィルムを用いた以外は、比較例1と同様にして、難燃PI/通常アクリル粘着剤/断熱層/通常アクリル粘着剤/難燃PIの構成を有する積層シートを作製した。
通常PETフィルムの片面に、粘着剤組成物(1)を塗布、乾燥し、厚さ20μmの難燃アクリル粘着剤層を有する片面粘着テープ(5)を作製した。片面粘着テープ(5)を、断熱フィルムの両面に貼り合わせ、通常PET/難燃アクリル粘着剤1/断熱層/難燃アクリル粘着剤1/通常PETの構成を有する積層シートを作製した。
粘着剤組成物(3)に代えて、難燃Si粘着剤を用いた以外は、比較例1と同様にして、通常PET/難燃Si粘着剤/断熱層/難燃Si粘着剤/通常PETの構成を有する積層シートを作製した。
断熱フィルムを単独で使用した。
実施例2で得た片面粘着テープ(2)を互いに貼り合わせ、難燃PI/難燃アクリル粘着剤1/難燃PIの構成を有する積層シートを作製した。
11:断熱層
12:難燃フィルム層
12’:難燃フィルム層
20:第2の実施形態に係る難燃断熱シート
21:他の層(好ましくは難燃粘着剤層)
30:第3の実施形態に係る難燃断熱シート
31:熱伝導層
40:第4の実施形態に係る難燃断熱シート
41:接合部
50:第5の実施形態に係る難燃断熱シート
51:粘着剤層
60:蓄電モジュール
61:蓄電ユニット
62:難燃断熱シート
Claims (7)
- 断熱層と、最外層に配置された難燃フィルム層とを有する積層構造を含み、下記(1)〜(4)の何れかを満たす難燃断熱シート:
(1)前記難燃フィルム層が前記断熱層と接する、
(2)前記断熱層と前記難燃フィルム層との間に他の層を有し、他の層の全てが難燃性層からなる、
(3)前記断熱層と前記難燃フィルム層との間に少なくとも1層に熱伝導層を含む、
(4)最外層に配置された難燃フィルム層が端部において互いに接合された密封構造を形成する。 - 難燃断熱シートが前記(2)を満たし、断熱層と、難燃フィルム層との間の他の層が難燃粘着剤層である請求項1に記載の難燃断熱シート。
- 断熱層に対する難燃フィルム層の粘着力が23℃において0.5N/25mm以上である請求項2に記載の難燃断熱シート。
- 難燃断熱シートが前記(3)を満たし、熱伝導層と、難燃フィルム層とが難燃粘着剤層を介して積層されている請求項1に記載の難燃断熱シート。
- 最外層に配置された難燃フィルム層の露出面の何れか一方、または両者に粘着剤層が設けられてなる請求項1〜4の何れかに記載の難燃断熱シート。
- 請求項1〜5の何れかに記載の難燃断熱シートを含む蓄電モジュール。
- 複数の蓄電ユニットと、該蓄電ユニット間に配置された請求項1〜5の何れかに記載の難燃断熱シートとを含む蓄電モジュール。
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