JP4816084B2 - 高周波信号伝送用製品及びその製造方法並びに高周波伝送ケーブル - Google Patents
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Description
誘電体損は、誘電率(ε)と誘電正接(tanδ)との関数であり、小さいほど絶縁材として好ましい。
特許文献2:特開平11−283448号公報
特許文献3:特開2001−357729号公報
本発明は、上記成形体を絶縁被覆層として有することを特徴とする高周波伝送ケーブルである。
以下に本発明を詳細に説明する。
上記パーフルオロオレフィンとしては、ヘキサフルオロプロピレン[HFP]等が挙げられ、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)としては、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)等が挙げられ、環式のフッ素化された単量体としては、フルオロジオキソール等が挙げられ、パーフルオロアルキルエチレンとしては、パーフルオロメチルエチレン等が挙げられる。
本明細書において、上記「微量モノマー単位」は、フルオロポリマーの分子構造上の一部分であって、対応するフルオロモノマーに由来する部分を意味する。例えば、TFE単位は、フルオロポリマーの分子構造上の一部分であって、TFEに由来する部分であり、−(CF2−CF2)−で表される。上記「全モノマー単位」は、フルオロポリマーの分子構造上、モノマーに由来する部分の全てである。本明細書において、「全モノマー単位に占める微量モノマー単位の含有率(モル%)」とは、上記「全モノマー単位」が由来するモノマー、即ち、フルオロポリマーを構成することとなったモノマー全量に占める、上記微量モノマー単位が由来する微量モノマーのモル分率(モル%)を意味する。
上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の数平均分子量は、大きくなると成形性に劣りやすく、少な過ぎると機械的強度や電気的特定が低下しやすい。上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の数平均分子量のより好ましい下限は、400万であり、より好ましい上限は700万である。
本明細書において、数平均分子量は、ASTM D−4895 98に準拠して成形されたサンプルを用い、ASTM D−792に準拠した水置換法により測定した標準比重より計算されるものである。
上記最大ピーク温度[T1]は、上記最大ピーク温度[T2]よりも5℃以上高いことが好ましく、10℃以上高いことがより好ましい。上記最大ピーク温度[T1]は、上記範囲内の温度であれば、通常、上記最大ピーク温度[T2]を超える温度範囲が21℃以下であり、15℃以下であってもよい。
本明細書において、上記吸熱カーブは、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/分の条件で昇温させて得られたものである。
本明細書において、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)を後述の融点以上の温度に加熱することを「焼成」ということがある。上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)について、該融点以上の温度に加熱した履歴がないことを「未焼成」又は「半焼成」ということがある。
上記焼成は、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)からなる成形体の加熱時の形状(例えば、厚み等)により異なるが、例えば、340℃の温度にて5分間加熱することにより行うことができる。
得られる成形体の成形性の点で、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の融点のより好ましい下限は338℃であり、より好ましい上限は342℃である。
本明細書において、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の融点は、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/分の条件で吸熱ピークを測定することにより求められる。
上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)としては、例えば乳化重合により得たものである場合、乳化重合により得た重合上がりのディスパージョン又はその濃縮物を用いてもよいし、上記ディスパージョンを凝析して取り出した粉末を用いてもよい。上記乳化重合により得られる粉末は、ファインパウダーということがある。
本明細書において、上記平均一次粒径は、重力沈降法に基づく測定により得られるものである。
上記融点は、アンテナ等、得られる成形体の使用時の耐熱性の点で、120℃以上がより好ましく、機械的強度と後述する熱処理時の温度設定がしやすい点で、300℃以下が好ましい。
上記熱可塑性樹脂(B)の融点の測定法としては、樹脂の種類により公知の測定法を採用することができるが、例えば、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/分の条件で吸熱ピークを測定することにより求めることができる。
上記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリプロピレン〔PP〕系樹脂、ポリエチレン〔PE〕系樹脂等が挙げられる。
上記ポリプロピレン〔PP〕系樹脂は、構成するプロピレンポリマーがプロピレン単独重合体であるものであってもよいし、主要単量体としてのプロピレンと、プロピレンとの共重合可能な単量体との共重合体であるものであってもよい。上記プロピレンの共重合体としては、例えば、プロピレンとエチレンとがランダム又はブロック状に共重合したプロピレン/エチレン系共重合体等をも含むものであってもよい。
上記含フッ素樹脂としては、溶融加工性含フッ素樹脂が挙げられる。
上記溶融加工性含フッ素樹脂としては、例えば、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)[TFE/PAVE]共重合体樹脂、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体[FEP]樹脂、テトラフルオロエチレン/エチレン共重合体[ETFE]樹脂、エチレン/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体[EFEP]樹脂等が挙げられる。
上記TFE/PAVE共重合体樹脂としては、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(メチルビニルエーテル)共重合体[MFA]樹脂、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)共重合体[PFA]樹脂等が挙げられる。
上記含フッ素樹脂としては、PFA樹脂、FEP樹脂が好ましい。
上記TFE/PAVE共重合体樹脂としては、MFA樹脂、PFA樹脂が好ましい。
本明細書において、上記溶融粘度は、ASTM D−2116に準拠して測定したものである。
上記熱可塑性樹脂(B)は、溶融粘度が小さいので、後述の熱処理時に上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)からなる粒子同士、又は、成形加工によるその配向粒子同士の間の隙間に充分に行き渡り、上記配向粒子がフィブリル化していても、このフィブリルを絡めるように隙間を埋めることができ、その状態で冷却により固化するので、本発明の成形体は、機械的強度に優れ、芯線の被覆材である場合に長手方向に末端を切除してもフィブリルを生じず、末端加工性に優れたものとなる。
上記熱可塑性樹脂(B)は、その一方、ポリテトラフルオロエチレン樹脂よりも比誘電率と誘電正接とが高いので、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の電気特性を活かした成形体に混在させることは避けられてきた。
しかしながら、本発明の成形体は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂よりも電気特性に劣る熱可塑性樹脂を用いたにもかかわらず、樹脂としてポリテトラフルオロエチレン樹脂のみを用いた成形体の比誘電率と誘電正接とを損なうことなく、優れた機械的強度と末端加工性とを達成したものである。
上記含有率の好ましい下限は、5質量%、より好ましい下限は、10質量%であり、好ましい上限は50質量%、より好ましい上限は40質量%、更に好ましい上限は30質量%である。
上記含有率が60質量%を超える場合、誘電正接が大きくなるため電気特性が低下することがあり、上記含有率が1%未満である場合、得られる成形体の硬度が低下するため末端加工性及び機械的強度が低下することがある。
上記発泡剤としては、成形加工時に気泡を生じ得るものであれば特に限定されないが、例えば、カルボニルヒドラジド、アゾ系化合物、無機化合物等の分解性化合物が挙げられる。
上記アゾ系化合物としては、例えば、アゾジカルボン酸アミド、5−フェニルテトラゾールが挙げられる。
上記無機化合物としては、窒化ホウ素、タルク、セリサイト、珪藻土、窒化ケイ素、ファインシリカ、アルミナ、ジルコニア、石英粉、カオリン、ベンゾナイト酸化チタン等が挙げられる。
上記発泡剤の添加量は、使用する発泡剤の種類により異なるが、発泡率の点で、0.5質量%以上がより好ましく、誘電正接の点で、1質量%以下がより好ましい。
PTFEは、一般に、その融点以上の温度で加熱することにより、比誘電率と誘電正接が高くなるので、上記加熱により得られる成形体は、誘電体損が大きく、伝送速度が低下してしまうが、その一方、融点以上の温度に加熱することなく得た成形体は、機械的強度に劣り、芯線を被覆する被覆剤の場合、長手方向にも被覆剤の末端を切除する際に糸引きを起こし、末端加工性に劣る。
本発明の成形体では、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)が未焼成又は半焼成の状態であるので、比誘電率と誘電正接は低く、電気特性に優れているのに加え、上記熱可塑性樹脂(B)は、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)からなる粒子同士又はその配向物同士の間を埋める状態で固化しているので、機械的強度に優れ、末端加工性にも優れている。
本発明の成形体は、機械的強度に優れているので、形状安定性に優れ、比誘電率が変化しにくいことから、高周波信号伝送用製品に用いた際、伝送速度を安定に保つことができる。
上記誘電正接は、上記範囲内であれば、例えば、下限が0.15×10−4であってもよく、通常、下限が0.2×10−4であってもよい。
本発明の成形体において、比誘電率(εr)は、通常、1.7〜2.3である。上記比誘電率は、下限が1.8であってもよく、好ましい上限は2.0である。
未焼成PTFEは、通常、密度が約1.7、比誘電率が約1.7と低く、未焼成PTFE及び/又は半焼成PTFEを有する本発明の成形体は、比誘電率が低いものとなる。
上記誘電体損は、下記一般式で表されるように比誘電率及び誘電正接の関数で表され、誘電正接に比例する。
本発明の成形体の製造方法は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)と、融点が100℃以上、322℃未満である熱可塑性樹脂(B)とを熱処理することからなるものである。
上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)と上記熱可塑性樹脂(B)とからなる混合物を調製する方法としては、例えば、(i)上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)からなる粉末と上記熱可塑性樹脂(B)からなる粉末とを混合する乾式混合法(ドライブレンド法)、(ii)上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)又は上記熱可塑性樹脂(B)の一方の樹脂からなる水性分散液に、他方の樹脂からなる粉末を添加して凝析する共凝析法、(iii)上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)からなる水性分散液と上記熱可塑性樹脂(B)からなる水性分散液とを混合して凝析する共凝析法等が挙げられる。なかでも、充分に混合でき、均質で、機械的強度と電気特性に優れた成形体が得られやすい点で、上記(ii)又は(iii)の共凝析法が好ましく、(iii)の共凝析法がより好ましい。
上記熱可塑性樹脂(B)は、得られる成形体の末端加工性及び機械的強度の点で、好ましい下限が5質量%、より好ましい下限が10質量%であり、得られる成形体の電気特性の点で、好ましい上限が50質量%、より好ましい上限が40質量%、更に好ましい上限が30質量%である。
上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)と上記熱可塑性樹脂(B)とが充分に混合され、均質な混合物を得やすい点で、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の平均粒径と上記熱可塑性樹脂(B)の平均粒径とは、互いにほぼ同じであることがより好ましい。
上記成形加工は、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)及び上記熱可塑性樹脂(B)に加え、成形加工性の向上、得られる成形体の機械的強度等の物性の向上等を目的として、その他公知の加工助剤等を添加して行ってもよい。
本明細書において、上記「樹脂温度」とは、上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)と上記熱可塑性樹脂(B)とからなる混合物を成形加工する際、焼成する時の上記混合物の温度を意味する。
上記熱処理は、通常、上述の成形加工により作成した所望の成形体に対して行い、好ましくは、炉等の加熱装置の内部に上記所望の成形体を入れて行うが、上記加熱装置の設定温度は、一般に上記樹脂温度よりも15〜20℃近く高い温度にする。例えば、上記所望の成形体が炉を約1分間で通過する場合には、樹脂温度は、炉温度より約15〜20℃近く低い温度となる。
上記特定の樹脂温度は、エネルギー効率の点で、上記熱可塑性樹脂(B)の融点を大きく超えない温度が好ましく、用いる上記熱可塑性樹脂(B)の種類にもよるが、好ましい下限は、用いる上記熱可塑性樹脂(B)の融点よりも5℃高い温度、より好ましい下限は、用いる上記熱可塑性樹脂(B)の融点よりも10℃高い温度である。
上記特定の樹脂温度の好ましい上限は、樹脂温度が、確実に上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の融点未満であるように加熱装置の温度を設定する点で、用いる上記熱可塑性樹脂(B)の融点にもよるが、用いる上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の融点よりも5℃低い温度であり、より好ましい上限は、用いる上記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の融点よりも10℃低い温度である。
本発明の成形体の製造方法は、上記熱処理を上記特定の樹脂温度において行うものであるので、得られる成形体は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)が未焼成又は半焼成のままの状態であり、上記熱可塑性樹脂(B)が溶融されたのち固化してなるものである。このため、本発明の成形体の製造方法は、本発明の成形体について上述したような、比誘電率と誘電正接が低く、機械的強度に優れ、末端加工性にも優れた成形体を、熱処理温度・管理が容易で簡便な方法により製造することができる。
上記高周波信号伝送用製品としては、高周波信号の伝送に用いる製品であれば特に限定されず、(1)高周波回路の絶縁板、接続部品の絶縁物、プリント配線基板等の成形板、(2)高周波用真空管のベース、アンテナカバー等の成形品、及び、(3)同軸ケーブル、LANケーブル等の被覆電線等が挙げられる。
上記高周波信号伝送用製品において、上述の本発明の成形体は、比誘電率と誘電正接が低い点で、絶縁体として好適に用いることができる。
上記プリント配線基板としては特に限定されないが、例えば、携帯電話、各種コンピューター、通信機器等の電子回路のプリント配線基板が挙げられる。
上記(2)成形品としては、誘電体損が低い点で、アンテナカバーが好ましい。
上記同軸ケーブルは、一般に、内部導体、絶縁被覆層、外部導体層及び保護被覆層が芯部より外周部に順に積層することからなる構造を有する。上記構造における各層の厚さは特に限定されないが、通常、内部導体は直径約0.1〜3mmであり、絶縁被覆層は、厚さ約0.3〜3mm、外部導体層は、厚さ約0.5〜10mm、保護被覆層は、厚さ約0.5〜2mmである。
上記絶縁被覆層として本発明の成形体を成形加工する方法としては特に限定されないが、例えば、押出被覆成形方式、テープラッピング方式、カレンダー圧延方式等が挙げられる。上記成形加工の方法としては押出被覆成形方式が好ましく、上記押出被覆成形方式としてはペースト押出成形が好ましい。
(1)樹脂温度:接触温度計により求めた。
(2)融点温度:示差走査熱量計(RDC220;セイコー電子社製)を用いて、昇温速度10℃/分の条件で吸熱ピークを測定することにより算出した。
上述の(iii)の共凝析法により混合物を調製するため、軸芯下端にいかり型攪拌翼(円筒外径80mm、高さ50mm)を備えた攪拌機を有する直径180mmの円筒型攪拌容器(内容量5000mL)内に、乳化重合により得たTFE単独重合体からなる粒子(数平均分子量460万、平均一次粒径0.28μm、融点343℃)を30質量%の量で含有するPTFE水性分散液1000gを添加した後、PFA粒子(数平均分子量50万、平均一次粒径0.18μm、融点ピーク温度312℃)を17質量%の量で含有するPFA水性分散液92.8gを添加し、更に1.5mLの硝酸を入れ、攪拌を約3分間行った。攪拌開始後約1分でスラリー状になり、攪拌開始後約2分で粉状物が現れた。
攪拌後、水洗浄を約1分間ずつ2回行い、得られた湿潤粉末を130℃の温度にて10時間、乾燥した。
PTFE樹脂95質量%及びPFA樹脂5質量%からなる共凝析粉末を得た。
上記共凝析粉末に、押出助剤(アイソパーG、エッソ化学社製)を、上記共凝析粉末の全質量の20.5質量%の量で混合し、25℃の温度下で12時間熟成した。その後、予備成形機に入れ、3MPaの圧力下にて予備成形後、シリンダ径38mmのペースト押出機(ジェニングス社製)を用いて、8mm径ビードを押し出した。次いで、上記ビードを80℃の温水により60℃まで昇温し、500mm径の金属ロールで500μmの厚みに圧延して、80mm角のシートを得た。得られたシートを、200℃の温度下で5分間乾燥し、上記押出助剤を蒸散させた後、炉温度350℃の恒温槽に1分間入れて、熱処理を行って、シート(1)を得た。
(1)比誘電率及び誘電正接(tanδ):得られたシートを空洞共振器法により、ネットワークアナライザー(ヒューレットパッカード社製、HP8510C)を用いて、共振周波数及びQu値(電界強度)の変化を20〜25℃の温度にて測定し、12GHzにおける各値を算出した。
(2)末端加工性:上記予備成形機で作製した予備成形品を押出機(シリンダー径38mm、マンドレル径16mm、ダイオリフィス径1.92mm、ジェニングス社製)に装填し、芯線(アメリカンワイヤーゲージサイズ24:直径0.511mmの銀メッキ銅被覆鋼単線)上に巻取り速度5m/分で押出して被覆し、外径1.68mmの絶縁被覆層を有する被覆ケーブルを作製した。
得られた被覆ケーブルに対し、ワイヤーストリッパーを用いて被覆を剥がし、剥がした箇所を目視して、繊維化せずに容易に絶縁層を切断でき、切断面がきれいな場合を◎、繊維化せずに絶縁層を切断でき、切断面がきれいな場合を○、繊維化せずに絶縁層を切断できるが、切断面が荒れている場合を△、断片の繊維化が生じる場合を×として評価した。
表1に示すようにPTFE樹脂とPFA樹脂との混合比を変える以外は、実施例1と同じ方法によりシートを作製し、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
更に、実施例2では、得られたシート(1)、及び、該シート(1)を340℃の温度にて5分間加熱して得られたシート(2)について融点温度の測定を行った。上記シート(1)の融点温度測定から得られた結晶融解曲線上に現れるPTFE樹脂の吸熱カーブの最大ピーク(T1)と、上記シート(2)の融点温度測定から得られた結晶融解曲線上にPTFE樹脂の現れる吸熱カーブの最大ピーク(T2)との温度差は、14℃であった。
樹脂温度を360℃にするため炉温度を380℃に変更した以外は、実施例1と同じ方法によりシートを作製し、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。また、実施例2と同様にして測定した結晶融解曲線上に現れるPTFE樹脂の吸熱カーブの最大ピークの温度差は、1℃であった。
樹脂温度を305℃にするため炉温度を320℃に変更した以外は、実施例1と同じ方法によりシートを比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
一方、比較例1で得られたシートでは、誘電正接が2.3×10−4と高い値を示した。これは、PTFE樹脂の溶融によりPTFE樹脂の結晶化度が低下したことが原因であると考えられる。比較例2で得られたシートでは、誘電正接は0.5×10−4と低かったが、末端加工性は低かった。これは、樹脂温度が低いため、PFAが溶融しなかったことが原因と考えられる。
樹脂温度を360℃にするため炉温度を380℃に変更した以外は、実施例6と同じ方法によりシートを作製し、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
樹脂温度を240℃にするため炉温度を250℃に変更した以外は、実施例6と同じ方法によりシートを作製し、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
得られた粉状物に対し、水洗浄を約1分間ずつ2回行い、130℃の温度にて10時間乾燥させた。
PTFE樹脂90質量%及びPFA10質量%からなる凝析粉末を得た。
実施例1と同様の方法で、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
実施例1と同様の方法で、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
上述の(ii)の共凝析法により混合物を調製するため、軸芯下端にいかり型攪拌翼(円筒外径80mm、高さ50mm)を備えた攪拌機を有する直径180mmの円筒型攪拌容器(内容量5000mL)へ、実施例1で使用したTFE単独重合体粒子を含有する水性分散液1000gを添加した後、乳化重合により得られた低分子PTFE樹脂(商品名:ルブロン、ダイキン工業社製)約43gを添加し、更に1.5mLの硝酸を入れ、攪拌を約3分間行った。
攪拌後、水洗浄を約1分間ずつ2回行い、130℃の温度下にて10時間、粉末を乾燥させた。
PTFE樹脂70質量%及び低分子PTFE樹脂30質量%からなる凝析粉末を得た。
実施例1と同様の方法で、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
PFAを0gとして、PTFEファインパウダーのみを使用した以外は実施例1と同じ方法によりシートを作製し、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
比較例6と同様の方法でPTFEファインパウダーのみを、炉温度及び樹脂温度を表4に示すように変更した以外は比較例5と同様の方法で、得られた凝析粉末を成形加工してシートを作製し、実施例1と同様の方法で、比誘電率と誘電正接とを測定し、末端加工性を評価した。
Claims (7)
- ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)と、融点が100℃以上、322℃未満である溶融加工性含フッ素樹脂(B)とからなる成形体を含む高周波信号伝送用製品であって、
前記成形体を示差走査熱量計による分析に付した場合に結晶融解曲線上に現れるポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の吸熱カーブの最大ピーク温度が、
前記成形体を340℃以上の温度に加熱した比較物を示差走査熱量計による分析に付した場合に結晶融解曲線上に現れるポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の吸熱カーブの最大ピーク温度よりも3℃以上高い
ことを特徴とする高周波信号伝送用製品。 - 溶融加工性含フッ素樹脂(B)は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)と前記溶融加工性含フッ素樹脂(B)との合計の1〜60質量%である請求項1記載の高周波信号伝送用製品。
- 溶融加工性含フッ素樹脂(B)は、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体、及び/又は、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)共重合体である請求項1又は2記載の高周波信号伝送用製品。
- ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)と、融点が100℃以上、322℃未満である溶融加工性含フッ素樹脂(B)とを特定の樹脂温度において熱処理することからなる成形体を含む高周波信号伝送用製品の製造方法であって、
前記特定の樹脂温度は、前記溶融加工性含フッ素樹脂(B)の融点以上、前記ポリテトラフルオロエチレン樹脂(A)の融点未満である
ことを特徴とする高周波信号伝送用製品の製造方法。 - プリント配線基板である請求項1、2又は3記載の高周波信号伝送用製品。
- アンテナカバーである請求項1、2又は3記載の高周波信号伝送用製品。
- 前記高周波信号伝送用製品は、前記成形体を絶縁被覆層として有する高周波伝送ケーブルである、請求項1、2又は3記載の高周波信号伝送用製品。
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