JP4736517B2

JP4736517B2 - 電波吸収体

Info

Publication number: JP4736517B2
Application number: JP2005125861A
Authority: JP
Inventors: 英雄菊地; 宗　　哲
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-04-25
Also published as: JP2005333125A

Description

本発明は、電波吸収体に関し、さらに詳しくは、広帯域の電波を吸収でき、軽量で難燃性を有し、屋外使用に耐え得る電波吸収体に関するものである。

従来の単層の電波吸収層からなる薄板状の電波吸収体は、ある周波数において電波吸収性能がピークとなり、このピーク周波数を外れるにつれ、電波の吸収性能が低下するものであった。また、吸収対象となる周波数帯域によっては磁性体としてフェライトなどの比重の大きな素材を用いるために重量が重くなっていた。

広帯域の電波吸収体としては、電波暗室などに用いられるピラミッド型のフォーム材からなるものがあるが、機械的強度が不十分であり、耐候性もないため屋外で使用することができない。

他の広帯域の電波吸収体としては、樹脂等のバインダーにカーボンブラックおよびマイクロバルーンを含有するシンタクチックフォーム材からなる電波吸収材が提案されている（例えば特許文献１）。しかしながら、この電波吸収材は難燃性について考慮されていなかった。
特許第２９６１１７１号公報

本発明の目的は、広帯域の電波を吸収でき、軽量で難燃性を有し、屋外使用に耐え得る電波吸収体を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の電波吸収体は、電波反射板の表面に電波吸収層を設けた電波吸収体において、前記電波吸収層は、可撓性エポキシ樹脂と、難燃剤と、マイクロバルーンと、カーボンチョップドファイバーとを配合した組成物から構成され、前記カーボンチョップドファイバーの含有密度を前記電波吸収層の厚み方向において前記電波反射板に近づくに連れて順次、大きくし、前記電波吸収層を厚み方向に三分割した三層の分割層を積層して構成し、前記マイクロバルーンを、無機質マイクロバルーンとして、真密度を０．２０〜０．４ｇ/ｃｍ ³ 、粒径を２５〜１２０μｍとし、前記電波反射板に最も近い分割層が可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して難燃剤４０〜９０質量部と、無機質マイクロバルーン４０〜６０質量部と、カーボンチョップドファイバー３〜１５質量部とを配合した組成物から構成されることを特徴とするものである。

また、本発明の別の電波吸収体は、電波反射板の表面に電波吸収層を設けた電波吸収体において、前記電波吸収層は、可撓性エポキシ樹脂と、難燃剤と、マイクロバルーンと、カーボンチョップドファイバーとを配合した組成物から構成され、前記カーボンチョップドファイバーの含有密度を前記電波吸収層の厚み方向において前記電波反射板に近づくに連れて順次、大きくし、前記電波吸収層を厚み方向に三分割した三層の分割層を積層して構成し、前記マイクロバルーンを、樹脂マイクロバルーンとして、真密度を０．０２０〜０．０３０ｇ/ｃｍ ^３、粒径を２５〜１２０μｍとし、前記電波反射板に最も近い分割層が可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して難燃剤４０〜９０質量部と、樹脂マイクロバルーン３〜６質量部と、カーボンチョップドファイバー３〜１５質量部とを配合した組成物から構成されることを特徴とするものである。

本発明の電波吸収体によれば、電波反射板の表面上の電波吸収層を可撓性エポキシ樹脂と、難燃剤と、マイクロバルーンと、カーボンチョップドファイバーとを配合した組成物から構成したので、優れた機械的強度、耐候性を発揮して屋外使用に耐え得るものとなり、誘電体となるカーボンチョップドファイバーの含有密度を厚み方向で電波反射板に近づくに連れて順次、大きくしたので、広帯域の電波を吸収でき、マイクロバルーンの添加により軽量化でき、難燃剤を添加したので難燃性を有するものにできる。

以下、本発明の電波吸収体を図の実施形態に基づいて説明する。図１に示す電波吸収体１は、可撓性エポキシ樹脂と、難燃剤と、マイクロバルーンと、カーボンチョップドファイバー４とを配合した組成物から構成される電波吸収層３を電波反射板２の表面に設けたものであり、電波吸収層３のカーボンチョップドファイバー４の含有密度が電波吸収層３の厚み方向において電波反射板２に近づくに連れて順次、大きくなっている。

詳しくは、電波吸収層３を厚み方向に分割した分割層を積層した構造となっており、電波反射板２の表面にはカーボンチョップドファイバー４の含有密度が大きい順に分割層となる第１電波吸収層３ａ、第２電波吸収層３ｂ、第３電波吸収層３ｃが積層した三層構造となっている。したがって、電波吸収層３の厚み方向の位置によって最もよく吸収できる電波の周波数（ピーク周波数）が異なることになる。

電波反射板２としては、電波を反射するものならば特に限定されないが、一般的に電波を反射する金属板が用いられる。

可撓性エポキシ樹脂としてはウレタン変成エポキシ樹脂、ダイマー酸変成エポキシ樹脂などを用いることができる。可撓性エポキシ樹脂の硬化剤としては、各種アミン系化合物、各種酸無水物、ジシアンジアミド、イミダゾールの各種誘導体、三フッ化ホウ素アミン塩などを用いることができる。可撓性エポキシ樹脂を用いることで、複雑な形状、細かい形状を形成することや様々な形状体に塗布することが可能となる。また、高い接着性、強度、耐候性を有し、屋外使用に耐え得るものとなる。

難燃剤としては粉体の無機質難燃剤の水酸化アルミニウム、三酸化アンチモンなどや液体難燃剤のたとえば、リン酸系のＴＩＢＰ（トリイソブチルホスフェート）、ＣＤＰ（クレジルジフェニルホスフェート）、ＴＣＰ（トリクレジルホスフェート）などを用いることができる。

難燃剤の配合量は、可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して４０〜９０質量部とするのが好ましい。この可撓性エポキシ樹脂１００質量部とは、硬化剤を含んだ可撓性エポキシ樹脂の質量部を意味するものである（以下、同様）。難燃剤の配合量を可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して４０質量部未満とすると十分な難燃性を得ることができず、９０質量部を超えると粉体難燃剤の場合は混合困難となり、液体難燃剤の場合は硬化後表面にブルームする危険性がある。

粉体（固体）の難燃剤だけを用いると各材料を混合してゆくに連れて、混合体の粘度が上がりすぎ、マイクロバルーンなど他の粉体の配合量が制限されることになる。そのため粉体（固体）と液体の難燃剤を併用するのが好ましく、混合体を適度な粘度に保って混合し易く、また所定の量の各材料を混合することができる。その際には、粉体の難燃剤を可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して２０〜５０質量部、液体の難燃剤を２０〜４０質量部とするのが好適である。

マイクロバルーンとしては有機質または無機質からなるものを使用できるが、たとえば無機質のガラスやシリカのマイクロバルーンは耐圧性があって好ましい。マイクロバルーンの配合量は、可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して４０〜６０質量部とするのが好適であり、４０質量部未満であると、混合体の比重が十分に小さくならずに電波吸収体の軽量化を図ることができず、６０質量部を超えると軟化しすぎて組成物の機械的強度が不足する。

また、マイクロバルーンの真密度は０．２０〜０．４０ｇ/ｃｍ^３が好ましく、０．２０ｇ/ｃｍ^３未満であるとカサ（体積）が増えて混合粘度が大きくなり、組成物をシート化しにくくなるため組成物の塗布等の作業効率が低下し、一方で、０．４０ｇ/ｃｍ^３を超えると全体の比重に大きく影響する。粒径についても混合粘度、比重等の観点から２５〜１２０μｍが好ましい。

電波吸収体の軽量化を重視する場合は、マイクロバルーンとして樹脂マイクロバルーンを用いる。樹脂マイクロバルーンの真密度は０．０２０〜０．０３０ｇ/ｃｍ^３、粒径は２５〜１２０μｍ程度とし、配合量は真密度が小さくなるので可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して３〜６質量部程度として、カサが増えすぎないようにすることが好ましい。

この３〜６質量部の配合であれば、可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して４０〜６０質量部で配合する真密度０．２０〜０．４０ｇ/ｃｍ^３のガラスマイクロバルーン等と体積割合がほぼ同じとなる。マイクロバルーンの誘電率は、その種類によらずに空気に非常に近いので、体積割合を同じにしておけば電気的特性は変化せず、軽量化を図りつつ同じ電波吸収性能を得ることができる。

誘電体としては少量で所定の誘電率を得ることができるカーボンチョップドファイバー４を添加する。カーボン粒子を用いると粒子が小さいほど体積当たりの表面積が大きくなるのでカーボン粒子にマイクロバルーンや難燃剤の粉体が吸着し、粉体の添加量が制限されるがカーボンチョップドファイバー４では、この点を改善することができる。

カーボンチョップドファイバー４の繊維長は１．０〜３．５ｍｍ、繊維径は１０〜２０μｍとすると優れた電波吸収性能を得ることができて好ましい。繊維長が短く、繊維径が小さいと適切な誘電率とするためにより多くの量を添加する必要があり、繊維長が長く、繊維径が大きいと混合体の中に分散させにくくなる。

電波吸収層３におけるカーボンチョップドファイバー４の含有密度は、電波吸収層３の厚み方向において、電波反射板２に近づくに連れて順次、大きくする。

本願発明のように電波吸収層３が三層構造の場合は、電波反射板２に最も近い第１電波吸収層３ａのカーボンチョップドファイバー４の配合量は可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して３〜１５質量部とし、第２電波吸収層３ｂ、第３電波吸収層３ｃにおけるカーボンチョップドファイバーの配合量は順次、少ない質量部とする。たとえば、第２電波吸収層３ｂでは１〜３質量部、第３電波吸収層３ｃでは１質量部未満とする。この時、電波吸収層３の表面となる第３電波吸収層３ｃでは、カーボンチョップドファイバー４を含有しない状態にすることもできる。

つぎに本発明の電波吸収体１の製造方法について説明する。まず、可撓性エポキシ樹脂と、難燃剤と、マイクロバルーンと、カーボンチョップドファイバー４とを所定量ずつ混合して電波吸収層３を構成する組成物を製造するが、この際にカーボンチョップドファイバー４の含有密度が異なる複数の組成物を製造する。難燃剤は粉体（固体）と液体とを併用すると適度の粘度で所定量の各材料を容易に混合できる。

その後、製造した複数の組成物の中からカーボンチョップドファイバー４の含有密度が最も大きい組成物（第１電波吸収層３ａ）を電波反射板２の表面に塗布などをして接着させる。

その後、硬化した第１電波吸収層３ａ上に、カーボンチョップドファイバー４の含有密度が次に大きい組成物（第２電波吸収層３ｂ）を積層する。以後、同様にカーボンチョップドファイバー４の含有密度の大きい順に順次、組成物を積層し、第２電波吸収層３ｂ上に第３電波吸収層３ｃを積層する。このように多層構造の電波吸収層３を有する電波吸収体１が製造される。

この製造方法では、接着剤を用いることなくエポキシ樹脂の優れた接着性で電波吸収板２および各電波吸収層３が接着されるので、層間の剥がれや、剥がれに起因する不具合を軽減させることができ、十分な機械的強度を発揮し、耐候性も優れたものになる。また、層間に特別に接着手段を設ける必要がなく、電波吸収性能が影響を受けることもない。

別の製造方法として、既述した第１電波吸収層３ａ、第２電波吸収層３ｂおよび第３電波吸収層３ｃをそれぞれ個別に製造、硬化させ、カーボンチョップドファイバー４の含有密度が大きい順となるように第１電波吸収層３ａ、第２電波吸収層３ｂ、第３電波吸収層３ｃの順に電波吸収板２の表面に接着剤などで接着して積層することで多層の電波吸収体１を製造することもできる。

以下、本発明の電波吸収体の作用について説明する。図１において三層構造の電波吸収体１の表面側となる第３電波吸収層３ｃから電波が入射してくる。第３電波吸収層３ｃのカーボンチョップドファイバー４の含有密度は小さいので、より多くの電波を入射させることができ、厚み方向の位置で電波吸収特性の異なる電波吸収層３を通過するに連れて入射した電波は徐々に減衰してゆく。また、第１電波吸収層３ａまで透過した電波は電波反射板２で反射し、再び電波吸収層３で減衰する。さらに、入射する電波と反射する電波が相殺されて電波が減衰する。これにより、広帯域の電波を減衰させ、吸収することができる。

ウレタン変成エポキシ樹脂（アルプス化学産業（株）製：アルボンＥＸ−３２０（ビスフェノール型エポキシ樹脂とウレタン樹脂の混合物））とアミン系硬化剤（三和化学工業（株）製：サンマイドＸ−９６３（変性脂肪族ポリアミン））の混合物からなる可撓性エポキシ樹脂に液体難燃剤（旭電化工業（株）製：アデカスタブＰＦＲ（１，３ジヒドロキシベンゼン・トリクロロホスフィンオキシド重縮合物））、粉体難燃剤（日本化学工業（株）製：ヒシガートＮ−３Ｃ（ニトリロトリスチレンホスホン酸カルシウム））、ガラスマイクロバルーン（住友スリーエム（株）製：スコッチライトグラスバブルスＫ−２５）、カーボンチョップドファイバー（（株）ドナック製：ドナカーボンチョップＳ−３３１）を[表１]に示す割合で配合して攪拌、混合して第１〜３層電波吸収層を構成する組成物を製造した。

金属板からなる電波反射板の表面にカーボンチョップドファイバーの配合質量部（含有密度）が最も大きい第１電波吸収層となる組成物を塗布して硬化させ、厚みが[表１]の値になった後、同様に第２、第３電波吸収層の順に塗布して硬化させて積層し、電波吸収層が三層構造の電波吸収体を製造した。この時、ガラスマイクロバルーンの真密度は０．２５ｇ/ｃｍ^３、粒径は９５μｍであり、カーボンチョップドファイバーの繊維長は３．３ｍｍ、繊維径は１８μｍであった。

電波吸収体がオリジナルの状態（Ｃ１）、第３電波吸収層の表面にウレタン系塗料を塗布して電波吸収層の総厚が１２．３３５ｍｍとなった状態（Ｃ２）、オリジナルの状態の電波吸収体全体を水に浸漬して２５０時間後の３つの状態（Ｃ３）について第３電波吸収層の表面側から周波数４〜１８ＧＨｚの周波数帯における電波吸収性を評価した。その結果は図２に示すとおりである。

以上（Ｃ１）〜（Ｃ３）いずれの状態においても、広い範囲の周波数で優れた吸収性能があることが確認され、特にXバンド（周波数８〜１２．５GHｚ）およびKuバンド（周波数１２．５〜１８GHｚ）の広帯域において優れた電波吸収性能を有することが判明した。
また、第３電波吸収層の表面にウレタン系塗料を塗布することで全体的な電波吸収性能を維持したまま、１５ＧＨｚ近傍の吸収性能を著しく向上させることが確認できた。

さらに、水に浸漬した後も優れた電波吸収性能が維持できることが確認でき、屋外使用でも十分に使用できることが判明した。

樹脂マイクロバルーンを用いることによる電波吸収体の軽量化効果を確認するために、実施例１の電波吸収体の原材料のガラスマイクロバルーンを体積を同一として樹脂マイクロバルーン（松本樹脂製薬（株）製：Ｆ８０ＥＤ、真密度０．０２０〜０．０３０ｇ/ｃｍ^３、粒径９０〜１１０μｍ）に代替した場合の電波吸収体の平均密度を算出した。

算出条件は、樹脂マイクロバルーンの真密度を０．０２３ｇ/ｃｍ^３、ウレタン変成エポキシ樹脂および難燃剤の密度を１．２ｇ/ｃｍ^３とし、カーボンチョップドファイバーの質量は微量なので無視し、その算出結果を表２に示す。

この結果からガラスマイクロバルーンと同一体積にした場合の樹脂マイクロバルーンの配合は、ウレタン変成エポキシ樹脂１００質量部に対して４．６質量部であり、電波吸収体の平均密度は０．６６ｇ/ｃｍ^３から０．５３ｇ/ｃｍ^３に低減する。即ち、軽量化効果は（０．６６−０．５３）／０．６６＝１９．７％となり、大幅な軽量化が可能であることが分かる。

本発明の実施形態の電波吸収体の構造概要を示す説明図である。本発明の実施形態の電波吸収体の電波吸収性能評価結果を示すグラフ説明図である。

符号の説明

１電波吸収体
２電波反射板
３（３ａ、３ｂ、３ｃ）電波吸収層
４カーボンチョップドファイバー

Claims

電波反射板の表面に電波吸収層を設けた電波吸収体において、前記電波吸収層は、可撓性エポキシ樹脂と、難燃剤と、マイクロバルーンと、カーボンチョップドファイバーとを配合した組成物から構成され、前記カーボンチョップドファイバーの含有密度を前記電波吸収層の厚み方向において前記電波反射板に近づくに連れて順次、大きくし、前記電波吸収層を厚み方向に三分割した三層の分割層を積層して構成し、前記マイクロバルーンを、無機質マイクロバルーンとして、真密度を０．２０〜０．４ｇ/ｃｍ ³ 、粒径を２５〜１２０μｍとし、前記電波反射板に最も近い分割層が可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して難燃剤４０〜９０質量部と、無機質マイクロバルーン４０〜６０質量部と、カーボンチョップドファイバー３〜１５質量部とを配合した組成物から構成されることを特徴とする電波吸収体。
電波反射板の表面に電波吸収層を設けた電波吸収体において、前記電波吸収層は、可撓性エポキシ樹脂と、難燃剤と、マイクロバルーンと、カーボンチョップドファイバーとを配合した組成物から構成され、前記カーボンチョップドファイバーの含有密度を前記電波吸収層の厚み方向において前記電波反射板に近づくに連れて順次、大きくし、前記電波吸収層を厚み方向に三分割した三層の分割層を積層して構成し、前記マイクロバルーンを、樹脂マイクロバルーンとして、真密度を０．０２０〜０．０３０ｇ/ｃｍ³、粒径を２５〜１２０μｍとし、前記電波反射板に最も近い分割層が可撓性エポキシ樹脂１００質量部に対して難燃剤４０〜９０質量部と、樹脂マイクロバルーン３〜６質量部と、カーボンチョップドファイバー３〜１５質量部とを配合した組成物から構成されることを特徴とする電波吸収体。
前記カーボンチョップドファイバーの繊維長を、１．０〜３．５ｍｍ、繊維径を１０〜２０μｍとした請求項１または２に記載の電波吸収体。