JP2935758B2 - 絶縁材料 - Google Patents

絶縁材料

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JP2935758B2
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喜昭 佐藤
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    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0313Organic insulating material
    • H05K1/0353Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement
    • H05K1/0366Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement reinforced, e.g. by fibres, fabrics

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  • Organic Insulating Materials (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気的特性の良好な
シート状の絶縁材料に関する。
【0002】
【従来の技術】四フッ化エチレン樹脂等のフッ素系樹脂
は、一般に他の高分子材料に比べて誘電率が低く、誘電
正接も小さいなどの優れた電気的特性を有することか
ら、電気絶縁材料として広く用いられ、最近では電気的
特性をより向上させるため、多孔質化させて使用するこ
とが検討されている。
【0003】ところで、これらフッ素系樹脂は、化学薬
品に対する抵抗力が強く、また成形加工温度や溶融粘度
が一般の樹脂よりも高いため、多孔質化の際にはそれら
の性質が妨げとなり、ガスの吹込みによる発泡もしくは
延伸などのごく限られた方法しか採用することができな
い。その中で、特公昭42−13560号公報等に記載
の延伸法は、代表的なフッ素系樹脂である四フッ化エチ
レン樹脂の多孔質化にきわめて有効な方法であり、生産
性や得られる多孔質体の物性において他の方法よりも優
れているので、この方法によって製造される多孔質四フ
ッ化エチレン樹脂シートは、電線やプリント基板などの
絶縁体として賞用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記多
孔質四フッ化エチレン樹脂シートは、内部構造として繊
維質化された微細な連続気孔性の多孔質構造に形成され
るため、圧縮力に対して本質的に弱く、圧縮を受けた部
分では内部の空孔が潰れて非多孔質構造に変化しやすい
性質がある。その傾向は、低誘電率化を目的として空孔
率を高めた場合に顕著に現れ、高性能な絶縁体とするに
は限界があった。
【0005】さらに、延伸によりテープ状やシート状に
成形された多孔質四フッ化エチレン樹脂は、加熱される
と収縮して空孔率が低下しやすいので熱融着が困難であ
る。このため、例えば電線の絶縁体として使用する場合
には、単に導体外周に巻きつけるにとどまり、絶縁体層
として一体化されていないことから、屈曲に対して巻付
状態が変化しやすく、そのため電気的特性が不安定にな
るという問題点があった。
【0006】そこで、この発明は、これら従来技術の問
題点に鑑み、低誘電率で電気的特性の安定性が高く、し
かも熱融着が可能なシート状の絶縁材料の提供をその目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明による絶縁材料では、主鎖に脂肪族環構造
を有しフッ素系溶媒に可溶な含フッ素重合体をフッ素繊
維抄紙に含浸せしめた構成とする。
【0008】ここで、シート状絶縁材料の基材となるフ
ッ素繊維抄紙とは、フッ素系樹脂からなる繊維を湿式抄
造法等により紙状に成形したものであり、例えば次のよ
うな方法を用いて製造することができる。まず、フッ素
系樹脂からなる短繊維と、自己接着機能を有する天然パ
ルプや熱可塑性樹脂からなる合成パルプとを湿式抄造法
により混抄し、これを乾燥してハンドリング可能なフッ
素繊維混抄紙を作製する。次に、この混抄紙をホットプ
レスやヒートロール等によりフッ素繊維の軟化点以上の
温度で挾圧し、混抄紙中のフッ素繊維同志を固着して繊
維間結合を形成する。そして、湿式抄造する際にバイン
ダーとして使用した天然パルプあるいは合成パルプを除
去するため、熱圧着処理を施した混抄紙を、前記バイン
ダーを溶解する溶媒に浸漬してそれを溶解させ、さらに
溶媒による洗浄で完全に除去し、しかるのち再乾燥する
ことによりフッ素繊維抄紙が得られる。
【0009】上記フッ素繊維は、熱可塑性のフッ素系樹
脂から作られたもので、具体的な材質としては、四フッ
化エチレン樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合樹脂、テトラフルオロエチレン−
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、エチ
レン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、フッ化ビニ
リデン樹脂、フッ化ビニル樹脂、三フッ化塩化エチレン
樹脂、エチレン−三フッ化塩化エチレン共重合樹脂など
が挙げられる。そして、これらのフッ素系樹脂からなる
繊維は、湿式抄紙法により紙状物とする場合にはその繊
維長が1〜20mmの短繊維であることが望ましく、か
つその繊維径が2〜30mm程度に形成されたものが好
適である。なお、本発明において用いるフッ素繊維抄紙
は、必ずしも単一のフッ素繊維で形成されている必要は
なく、二種以上のフッ素繊維を組み合わせたものでもよ
い。さらに、フッ素系樹脂の種類、繊維径、繊維長、抄
造条件、熱圧着条件等を適宜選択することにより、所望
の機械的特性、電気的特性をもったフッ素繊維抄紙を得
ることができる。
【0010】このようなフッ素繊維抄紙は、フッ素系樹
脂からなる短繊維のみの集合体構造をなし、網目状の多
孔質構造に形成されている。そして、フッ素繊維同志が
その交点において熱融着により結合し、それに加えて個
々の繊維の径が、延伸法によって製造された従来の連続
気孔性の多孔質四フッ化エチレン樹脂シートを構成して
いる微細な繊維よりも大きいので、圧縮等の外力に対す
る抵抗力が高まり、空孔の潰れが生じにくい構造になっ
ている。したがって、電気的には誘電率および誘電正接
が低く、かつそれらの特性は安定している。
【0011】次に、上記フッ素繊維抄紙の表面部分に含
浸する含フッ素重合体としては、主鎖に脂肪族環構造を
有するものが使用され、この含フッ素重合体は実質的に
非晶質で常温ではガラス状を呈し、高い剛性を有する溶
融成形が可能な熱可塑性の重合体である。そして、特徴
的なことは特定のフッ素系溶媒に対して限られた量だけ
溶解する性質があることである。なお、特定のフッ素系
溶媒に溶解するとはいえ、他のあらゆる一般溶媒や化学
薬品には溶解しない。具体的には、次の一般式で示され
るものなどを挙げることができる。
【0012】
【化1】
【0013】
【化2】
【0014】
【化3】
【0015】これら一般式で示される含フッ素重合体の
中でも、特に次のような環構造を有するものが好適に用
いられる。
【0016】
【化4】
【0017】
【化5】
【0018】
【化6】
【0019】
【化7】
【0020】
【化8】
【0021】
【化9】
【0022】このような含フッ素重合体は、環化重合
(米国特許第3418303号、英国特許第11063
44号、米国特許第3202643号等参照)もしくは
環状モノマーのラジカル重合(米国特許第397803
0号参照)などの方法により製造されるものであり、ま
た含フッ素重合体の電気的特性および溶解性を損なわな
い程度に他の単量体を併用して二元共重合あるいは三元
共重合させた共重合体の使用はもちろん可能である。
【0023】ここで、共重合させる単量体としては、ラ
ジカル重合性を有するものであれば、特に限定はされな
いが、フルオロオレフィン、フルオロビニルエーテルな
どの含フッ素モノマーが望ましく、例えば四フッ化エチ
レン、パーフルオロメチルビニルエーテル、パーフルオ
ロプロピルビニルエーテル、あるいはカルボン酸基やス
ルホン酸基のような官能基を有するパーフルオロビニル
エーテルなどが好適であり、さらにフッ化ビニリデン、
フッ化ビニル、三フッ化塩化エチレンなども使用可能で
ある。
【0024】上記含フッ素重合体は特定のフッ素系溶媒
に可溶であるから、これを溶液の状態にしたものをフッ
素繊維抄紙にコーティングするなどして少なくともその
表面部分に含浸させる。この場合、フッ素繊維抄紙の密
度すなわちフッ素繊維間の隙間の大小に応じて溶液粘度
を適宜調整することにより、抄紙の表面部分のみに含フ
ッ素重合体を含浸させ、あるいはフッ素繊維の周囲に薄
く付着させてその内部に多孔質構造を残すことができ
る。かかるフッ素系溶媒としては、例えばパーフルオロ
ヘキサン、パーフルオロヘプタン等のパーフルオロアル
カンまたはパーフルオロシクロアルカン、これらの一部
に二重結合の残ったパーフルオロアルケン、パーフルオ
ロテトラヒドロフラン、パーフルオロテトラヒドロピラ
ンなどのパーフルオロ環状エーテル、パーフルオロトリ
ブチルアミン、パーフルオロテトラペンチルアミン、パ
ーフルオロテトラヘキシルアミン等のパーフルオロアル
キルアミンなどのパーフルオロ溶媒を、含フッ素重合体
の溶解性、蒸発速度、溶液粘度等を考慮し、単独もしく
は二種以上混合して使用することができる。
【0025】
【作用】本発明において用いる主鎖に脂肪族環構造を含
む実質的に非晶質の含フッ素重合体は、電気的特性を含
めて従来のフッ素系樹脂がもつ優れた特性を維持しなが
ら特定のフッ素系溶媒にだけ溶解する性質がある。そし
て、この重合体と、抄紙を構成しているフッ素繊維と
は、同じフッ素系の重合体で似たような表面特性を有す
るものであるから、含フッ素重合体をフッ素系溶媒に溶
解させた液を多孔質基材であるフッ素繊維抄紙の表面に
コーティングすることにより、含フッ素重合体を簡単に
含浸させることができる。この非晶質の含フッ素重合体
は、熱溶融性でそのガラス転移温度より幾分高い温度に
加熱すると、それほど加圧しなくとも容易に熱融着する
性質がある。
【0026】したがって、かかる含フッ素重合体が表面
部に存在しているフッ素繊維抄紙を、例えば電線の絶縁
体として導体外周に螺旋巻もしくは縦添えした状態で加
熱すると、フッ素繊維抄紙はその重なり部分において、
含フッ素重合体を介して結着され一体化する。この場
合、非晶質含フッ素重合体の上記性質により比較的低
温、低圧力での熱融着が可能であるから、熱融着の際に
フッ素繊維抄紙を構成しているフッ素繊維が収縮した
り、あるいは溶融して空隙部分が減少するようなことは
なく、その高い空孔率が有効に保持され、しかもその重
なり部分で接合され絶縁体として一体化しているので、
屈曲に対してはこれに良く追随し、低誘電率で且つ安定
した電気的特性を有する電線となる。
【0027】さらに、上記含フッ素重合体は、主鎖に導
入された脂肪族環構造により結晶度が大幅に低下してほ
とんど非晶質となっているから、ガラス転移温度以下で
は非常に高い剛性を有している。本発明の絶縁材料で
は、かかる重合体が基材であるフッ素繊維抄紙の表面部
分に付着したことによってその部分が補強され、圧縮力
に対して空孔が漬れにくくなると共に、フッ素繊維の絡
合いが補強されてフッ素繊維抄紙の引張強度も併せて向
上する。このため、例えば導体外周に巻き付ける際に引
き伸ばされることはなく、その優れた電気的特性が維持
され、また取扱いやすくなったことにより作業性も改善
される。
【0028】
【実施例】以下、具体例をもって本発明の絶縁材料につ
いて説明するが、本発明は何らこれらの実施例に限定さ
れるものではない。
【0029】主鎖に脂肪族環構造を有しフッ素系溶媒に
可溶な含フッ素重合体として、テトラフルオロエチレン
とパーフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソ
ールの共重合体〔イー・アイ・デュポン社製 商品名:
テフロンAF2400、比誘電率1.90(100MH
z)〕0.5重量部を、フッ素系溶媒としてパーフルオ
ロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)を主成分とする液
体〔スリーエム社製商品名:フロリナートFC−75〕
99.5重量部に加熱しながら溶解させた。
【0030】次に、この含フッ素重合体溶液を、四フッ
化エチレン樹脂の短繊維からなるフッ素繊維抄紙〔株式
会社巴川製紙所製 商品名:フッ素繊維シート、空孔率
87%、厚さ125mm、比誘電率1.10(1MH
z)〕の両面にコーティングした。そして、そのまま形
状を保持して150℃で2分間の加熱を行い、フッ素系
溶媒を除去して本発明による絶縁材料を得た。
【0031】かくして得られるシート状絶縁材料は、図
に示すようにフッ素繊維抄紙の各繊維1を含フッ素重合
体の薄膜2が覆った構造になっている。なお、実施例で
は含フッ素重合体の保持量は重量で3%であり、空孔率
は僅かに低下して82%となり、その比誘電率は1.1
5であった。
【0032】そして、テープ状に裁断した上記絶縁材料
を導体の外周に幅方向の一部分が重なるようにして螺旋
巻きしたものを260℃の加熱炉中を通過させ、これに
より絶縁体層を一体化させた。次いで、この絶縁体層の
外側に外部導体と保護外被を設け、同軸ケーブルを作製
した。この同軸ケーブルについて、実効比誘電率を測定
したところ1.16であり、製造に伴なう絶縁材料の特
性低下は実質的に見られなかった。さらに、屈曲試験を
行なった後の特性を調べたが、ほとんど変化はなく低誘
電率で特性の安定したケーブルであることが確認され
た。
【0033】なお、フッ素繊維抄紙に含フッ素重合体を
含浸させる方法としては、例えばバターコート法、ロー
ルコーター法、浸漬法、刷毛塗り法など、フッ素繊維抄
紙の空孔の大きさ、含フッ素重合体の種類等により種々
の方法を選択することができ、さらにその含浸も必ずし
もフッ素繊維抄紙の全面に渡って実施する必要はなく、
絶縁材料の使用状態に応じて重なり部分のみに施した
り、あるいは所々に含浸するようにしてもよい。
【0034】また、実施例では、各短繊維がそれぞれの
交点で熱融着しているフッ素繊維抄紙を使用した例につ
いて説明したが、本発明において用いる非晶質の含フッ
素重合体は短繊維の絡合い部分に付着してこれを補強す
る効果があるので、それら短繊維同志が熱融着されてい
ない抄紙にも適用は可能である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による絶縁
材料では、主鎖に脂肪族環構造を有する低誘電率で熱融
着が容易な含フッ素重合体を、フッ素樹脂からなる短繊
維を用いて抄造したフッ素繊維抄紙に含浸し、この含フ
ッ素重合体を介してフッ素繊維抄紙の低温低圧力下での
融着一体化を図る構成としたから、例えば導体外周に巻
き付けて電線の絶縁体層としたり、あるいはプリント基
板において銅箔などと熱圧着するに際して、基材である
フッ素繊維抄紙の多孔質構造が損なわれることはなく、
その優れた電気的特性がほぼそのまま維持される。さら
に、使用中の屈曲等の外力に対しても巻付状態がずれた
りすることはなく、またフッ素繊維抄紙の空孔が潰れる
ことがないなど、絶縁材料として極めて良好な特性を備
えているので、電線やプリント基板の高性能化および信
頼性の向上に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】はこの発明による絶縁材料の内部構造を模式的
に示す説明図である。 1:フッ素繊維、2:含フッ素重合体。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) D21H 27/12 H01B 3/52 H01B 17/60

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主鎖に脂肪族環構造を有しフッ素系溶媒
    に可溶な含フッ素重合体をフッ素繊維抄紙に含浸せしめ
    てなる絶縁材料。
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