JP6648300B2 - 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着方法 - Google Patents
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- C09J2423/00—Presence of polyolefin
- C09J2423/10—Presence of homo or copolymers of propene
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- C09J2451/00—Presence of graft polymer
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- C09J2467/00—Presence of polyester
Description
特に、異種の被着体に用いられ、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、強固な接着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た接着方法(単に、接合方法と称する場合もある。)に関する。
より具体的には、(a)ポリオレフィン系樹脂に、(b)エポキシ基含有ビニル単量体と、(c)芳香族ビニル単量体と、(d)(メタ)アクリル酸単量体を、グラフト反応させてなる樹脂組成物であって、融解熱量を1〜100J/gの範囲とし、融点を80〜190℃の範囲とすることを特徴とした変性ポリオレフィン系樹脂組成物等である。
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%)であって、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た。
そのため、正確な位置に誘電加熱処理を施したり、正しい位置を接着したりするの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%)であって、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た。
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。
しかも、十分な接着強度を得るため、少なくとも40〜70秒間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、経済的に不利益であるという問題があった。
ましてや、接着剤成分の融解熱量を所定範囲内の値に制御することによって、短時間の誘電加熱処理であっても、十分な接着力が得られる旨の効果は何ら見出されていなかった。
その上、開示された変性ポリオレフィン系樹脂組成物等は、主成分が、所定のグラフトポリオレフィン系樹脂であって、極めて高価であって、経済的に不利であるという問題も見られた。
すなわち、本発明は、各種被着体に適用でき、短時間の誘電加熱処理によっても良好な接着性が得られ、かつ、比較的幅広い範囲の平均粒径を有する誘電フィラーを使用することができる、所定の誘電加熱接着フィルム、及び所定の誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法を提供することを目的とする。
A成分としての熱可塑性樹脂、及びB成分としての誘電フィラーを含有し、
かつ、下記(i)〜(ii)の条件を満足することを特徴とする誘電加熱接着フィルムである。
(i)JIS K 7121(1987)に規定の方法に従って測定した融点または軟化点が80〜200℃の範囲内の値である。
(ii)JIS K 7121(1987)に準じて測定した融解熱量が1〜80J/gの範囲内の値である。
すなわち、少なくとも、所定の融点等と、融解熱量とを有する誘電加熱接着フィルムであれば、各種被着体に適用でき、かつ、短時間の誘電加熱処理によっても、良好な接着性を得ることができる。
また、誘電加熱接着フィルムの状態で、所定の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(耐熱クリープ性を含む)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。
このように、誘電加熱接着フィルムにおける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定量的に確保し、ひいては、一対の被着体の間で、強固な接着力を得ることができる。
このように、かかるA成分に対する、B成分の配合量比であれば、誘電加熱接着フィルムとしての所定の取り扱い性を向上させることができるとともに、短時間の誘電加熱処理によっても、良好な接着性を確実に得ることができる。
このような熱可塑性樹脂を用いることによって、短時間の誘電加熱処理によっても、均一かつ迅速に溶解し、被着体が難接着性のポリプロピレン樹脂やポリエステル樹脂等から構成されていたとしても、良好な接着性を確実に得ることができる。
このように、B成分が、酸化亜鉛であれば、接着剤成分であるA成分中への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。
その上、酸化亜鉛であれば、接着剤成分である、A成分中への均一分散が可能になって、誘電加熱接着フィルムの透明性と、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。
このようにB成分の平均粒子径を所定範囲に制御することによって、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、誘電加熱性を向上させることができる。
(i)JIS K 7121(1987)に規定の方法に従って測定した融点または軟化点が80〜200℃の範囲内の値である。
(ii)JIS K 7121(1987)に準じて測定した融解熱量が1〜80J/gの範囲内の値である。
かつ、下記工程(1)および(2)を順次に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着方法である。
(1)一対の被着体の間に、誘電加熱接着フィルムを挟持する工程
(2)一対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1〜40秒未満の条件で、誘電加熱処理を行う工程
すなわち、このような誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法であれば、各種被着体に適用でき、かつ、短時間の誘電加熱処理によっても、良好な接着性を得ることができる。
(iii)23℃における周波数40MHzの条件下、誘電正接であるtanδを誘電率であるε’で除した誘電特性(tanδ/ε’)が0.005以上の値である。
すなわち、このような誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法であれば、各種被着体に適用でき、かつ、短時間の誘電加熱処理によっても、良好な接着性や耐熱クリープ特性等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一対の被着体を接着するための誘電加熱接着フィルムであって、
A成分としての熱可塑性樹脂、及びB成分としての誘電フィラーを含有し、
かつ、下記(i)〜(ii)の条件を満足することを特徴とする誘電加熱接着フィルムである。
(i)JIS K 7121(1987)に規定の方法に従って測定した、融点または軟化点が80〜200℃の範囲内の値である。
(ii)JIS K 7121(1987)に準じて測定した融解熱量が1〜80J/gの範囲内の値である。
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
(種類)
A成分としての熱可塑性樹脂の種類については、特に制限されるものではないが、例えば、融解しやすいとともに、所定の耐熱性を有すること等から、ポリオレフィン系樹脂、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、フェノキシ系樹脂およびポリエステル系樹脂の少なくとも一つとすることが好ましい。
より具体的には、ポリオレフィン系樹脂としては、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‐オレフィン樹脂等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
そして、ポリオレフィン樹脂の中においても、ポリプロピレン樹脂であれば、融点または軟化点の調整が容易であって、かつ、安価であるばかりか、機械的強度や透明性に優れていることから、特に好ましいと言える。
また、本願発明に用いる結晶性ポリエステル樹脂の場合、その誘電率(ε/1MHz)を2.8〜4.1の範囲内の値とし、誘電力率(tanδ/1MHz)を0.005〜0.026の範囲内の値とし、さらには、損失係数を0.0168〜0.11の範囲内の値とすることが好ましい。
また、A成分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、A成分が、結晶性樹脂の場合、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、示差走査熱量計を用いて、測定試料(第1の熱可塑性樹脂)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。
また、A成分が、非結晶性(アモルファス性)樹脂の場合、非晶部分が溶解する温度として、環球法等に準拠して測定される軟化点(ガラス転移点)を所定範囲内の値に規定することによって、こちらも耐熱性と、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、JIS K 6863(1994)に準拠して、A成分の軟化点を測定することができる。
いずれにしても、A成分の融点又は軟化点が、80℃未満の値になると、耐熱性が不十分となって、使用用途が過度に制限されたり、機械的強度が著しく低下したりする場合がある。
一方、A成分の融点又は軟化点が、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、接着力が過度に低くなったりする場合がある。
したがって、A成分において、第1の熱可塑性樹脂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。
その他、後述する誘電加熱接着フィルムにおける融点または軟化点についても、A成分と同様の好適範囲であるが、あくまで、上述した融点または軟化点は、A成分を対象としたものである。
また、A成分の平均分子量(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、A成分の重量平均分子量が、5000未満の値になると、耐熱性や接着強度が著しく低下する場合があるためである。
一方、A成分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、A成分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、A成分の重量平均分子量は、例えば、JIS K 7367−3(1999)に準拠して、極限粘度法や、あるいは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法(GPC法)により測定することができる。
また、A成分のメルトフローレート(MFR)は、重量平均分子量にも影響されるが、通常、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。
すなわち、かかるMFRが1g/10min以上であれば、接着部の耐熱性が、相対的に向上するためである。
一方、かかるMFRが300g/10min以下であることで、誘電加熱による接着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ためである。
したがって、かかる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、かかる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)
B成分としての誘電フィラーの種類は、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れば特に制限されるものではない。
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。
これらの中でも、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とともに、比較的少量の配合であっても発熱性に富んでいることから、酸化亜鉛や炭化ケイ素が特に好ましい。
また、A成分100質量部に対して、B成分の配合量を5〜800質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、強固な接着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質量部に対して、B成分の配合量を30〜600質量部の範囲内の値とすることがより好ましく、50〜300質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)に準拠して測定されるB成分の平均粒子径(メディアン径、D50)を0.1〜30μmの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる平均粒子径が0.1μm未満になると、フィラーの種類にもよるが、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るためである。したがって、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着が困難となったりする場合がある。
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着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1〜30μmの範囲内の値とすることがより好ましく、2〜25μmの範囲内の値とすることがさらに好ましく、3〜20μmの範囲内の値とすることが最も好ましい。
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。
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質量%の範囲内の値とすることが好ましく、1〜10質量%の範囲内の値とすることがより好ましく、2〜5質量%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、通常、10〜2,000μmの範囲内の値とすることが好ましい。
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、被着体同士の接着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・ロール方式に適用したり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誘電特性としての誘電正接(tanδ)や誘電率(ε’)に関し、JIS C 2138:2007に準拠して測定することもできるが、インピーダンスマテリアル法に準じて、簡便かつ正確に測定することができる。
すなわち、インピーダンスマテリアル装置等を用いて測定される誘電正接(tanδ)を、同様に測定される誘電率(ε’)で除した値である誘電特性(tanδ/ε’)を0.005以上の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる誘電特性が0.005未満になると、A成分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着することが困難となる場合があるためである。
但し、誘電特性の値が、過度に大きくなると、使用可能なA成分の種類や誘電フィラーの種類が過度に制限されたり、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、かかる誘電加熱接着フィルムの誘電特性の測定方法は、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、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。
但し、誘電加熱接着フィルムの全光線透過率の上限値については、特に制限はないが、かかる全光線透過率の値が過度に大きくなると、使用可能なA成分やB成分の種類が過度に制限される場合がある。
したがって、誘電加熱接着フィルムの全光線透過率を5〜99%の範囲内の値とすることがより好ましく、10〜95%の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、A成分として、好ましいポリオレフィン樹脂と、B成分として、好ましい誘電フィラーを用いるとともに、好適な配合比率(約100重量部:156重量部)とすると、通常、50%程度となることが判明している。
その他、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としての融点又は軟化点を80〜200℃の範囲内の値とする。
すなわち、上述したように、A成分と同様に、誘電加熱接着フィルムの融点又は軟化点を、示差走査熱量計(DSC)等を用いて測定することができる。
そして、誘電加熱接着フィルムの融点又は軟化点が80℃未満の値になると、耐熱性が不十分となって、耐熱クリープ性が著しく低下し、融着した被着体の保存安定性を損なう場合がある。
一方、誘電加熱接着フィルムの融点又は軟化点が、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、接着強度が逆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。
誘電加熱接着フィルムのJIS K 7121(1987)に準じて測定した融解熱量を1〜80J/gの範囲内の値とする。
この理由は、誘電加熱接着フィルム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ためである。
より具体的には、かかる融解熱量が1J/g未満の値になると、耐熱性が不十分となって、高周波接着性や接着力(引張せん断力)、さらには、耐熱クリープ性が著しく低下したりする場合がある。
一方、かかる融解熱量が80J/g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、得られる接着力(引張せん断力)が過度に低くなったりする場合がある。
したがって、かかる融解熱量を5〜70J/gの範囲内の値とすることがより好ましく、10〜60J/gの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、添加剤の配合等に起因して、例えば、得られるDSCチャートにおいて、融解ピークが複数存在する場合があるが、そのような場合、複数の融解ピークの合計量から、誘電加熱接着フィルムの融解熱量を算出することができる。
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。
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一対の被着体を接着するため、A成分としての熱可塑性樹脂、及びB成分としての誘電フィラーを含有し、かつ、下記(i)〜(ii)の条件を満足し、
(i)JIS K 7121(1987)に規定の方法に従って測定した融点または軟化点が80〜200℃の範囲内の値である。
(ii)JIS K 7121(1987)に準じて測定した融解熱量が1〜80J/gの範囲内の値である。
かつ、下記工程(1)および(2)を順次に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着方法である。
(1)一対の被着体の間に、誘電加熱接着フィルムを挟持する工程
(2)一対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1〜40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着方法につき、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、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。
工程(2)は、図1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秒以上、40秒未満の条件で、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1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を接着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。
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被着体を接着することができる。
したがって、図1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を強固に接着することができる。
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秒未満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成分としてランダムポリプロピレン系樹脂(プライムポリマー社製、プライムポリプロN−744NP、融点:130℃、表1中、A1−1と記載する。)100質量部と、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。)156質量部と、をそれぞれ容器内に秤量した。
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2(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150倍)として示す。
(1)平均厚さ
所定大きさに切断し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、誘電加熱接着フィルムの平均厚さ(単に、厚さと称する場合がある。)とした。
誘電加熱接着フィルムにつき、示差走査熱量計(DSC)として、Q2000(TAインスツルメント社製)を用いて、DSCチャート(融解曲線)を得て、その融解ピークに対応した所定面積から、A1成分の融解熱量を算出した。
誘電加熱接着フィルムとしての融点を、示差走査熱量計(DSC)として、Q2000(TAインスツルメント社製)を用いて、測定した。
より具体的には、測定試料(誘電加熱接着フィルム)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、誘電加熱接着フィルムの融点とした。
所定大きさに切断した誘電加熱接着フィルムについて、インピーダンス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、誘電率(ε’)及び誘電正接(tanδ)をそれぞれ測定し、誘電特性(tanδ/ε’)の値を算出した。
所定大きさに切断した誘電加熱接着フィルムにつき、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。
所定大きさ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着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着した。
○: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着した。
△: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着した。
×: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着しなかった。
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、上述した(6)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。
上述した(6)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、A成分の種類を、オレフィン系熱可塑性エラストマー(住友化学(株)製、エスポレックスTPE−4675、融点:160℃、表1中、A−2と記載する。)に変更した以外は、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3においては、A成分の種類を、スチレン系熱可塑性エラストマー(住友化学(株)製、エスポレックスSB−2400、融点:162℃、表1中、A−3と記載する。)に変更した以外は、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4においては、A成分の種類を、実施例1で用いたA−1を70質量部と、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(三洋化成工業(株)製、ユーメックス1001、融点:142℃、表1中、A−4と記載する。)30質量部と、の組み合わせとした以外は、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、A成分の種類を、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体(三井・デュポンポリケミカル社製、ニュクレル410、融点:98℃、表1中、A−5と記載する。)に変更した以外は、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、B成分の種類を、酸化亜鉛(堺化学工業社製、LPZINC2,平均粒子径:2μm、比重:5.6、表1中、B−2と記載する。)156質量部とした以外は、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、B成分の種類を、炭化ケイ素(太平洋ランダム(株)製、GMF15,平均粒子径:0.5μm、比重:5.6、表1中、B−3と記載する。)156質量部とした以外は、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8においては、A成分の種類を、結晶性ポリエステル樹脂(東洋紡(株)製、バイロンGM−915、融点:139℃、重量平均分子量:45000、表1中、A−6と記載する。)100質量部に変え、さらには、被着体をガラス繊維強化ポリプロピレン板/ABS板(それぞれ15cm×10cm×1.5mm)の組合せとした以外は、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9においては、A成分の種類を、結晶性ポリエステル樹脂(東洋紡(株)製、バイロンGM−920、融点:107℃、重量平均分子量:30000、表1中、A−7と記載する。)100質量部に変えるとともに、B成分の種類を、酸化亜鉛(和光純薬工業(株)製、平均粒子径:0.4μm、比重:5.6、表1中、B−4と記載する。)156質量部とし、さらには、被着体をガラス繊維強化ポリプロピレン板/ABS板(それぞれ15cm×10cm×1.5mm)の組合せとした以外は、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10においては、実施例1で使用したB−1の配合量を267質量部とした以外は、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11においては、実施例1で使用したB−1の配合量を67質量部とした以外は、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、A成分の種類を、ホモポリプロピレン(日本ポリプロ(株)製、ノバテックPPMH4、融点:165℃、MFR:5g/10分、表1中、A−8と記載する。)100質量部に変えるとともに、B成分の酸化亜鉛の種類を、実施例9で使用したB4、156質量部に変更した以外は、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、実施例1で用いたA1のランダムポリプロピレン100質量部を用いただけで、 B成分を配合しなかった以外は、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3においては、A成分の種類を、エチレン/α−オレフィン共重合体(住友化学(株)製、エクセレンFX352、融点:70℃、MFR:4g/10分、表1中、A1−9と記載する。)100質量部に変えるとともに、B成分の酸化亜鉛の種類を、実施例9で使用したB4、156質量部に変更した以外は、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。
そして、所定の透明性(全光線透過率)も確保できることから、所定の位置決め部材を用いることなく、被着体の所定表面の所望位置に追随させて載置することができるようになった。
また、本発明の誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法であれば、誘電加熱装置によって、外部から、所定箇所のみを局所的に加熱することができるため、大型で且つ複雑な立体構造体や、厚物で複雑な立体構造等において、高い寸法精度を求められる被着体であっても、接着するのに大変有効である。
その上、本発明の誘電加熱接着フィルム等によれば、接着フィルムの厚さや貯蔵弾性率などの物性を適宜制御できることから、ロール・ツー・ロール方式に適用することもでき、かつ、抜き加工等により、複数の被着体の間の接着面積や形状に合わせて、誘電加熱接着フィルムを任意の面積や形状に処理することもできるようになり、製造上の利点も大きいと言える。
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 (8)
- 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一対の被着体を接着するための誘電加熱接着フィルムであって、
A成分としての熱可塑性樹脂、及びB成分としての誘電フィラーを含有し、
前記A成分は、ポリオレフィン系樹脂、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群から選択される少なくとも一つの熱可塑性樹脂であり、
前記B成分は、酸化亜鉛、炭化ケイ素、チタン酸ジルコン酸バリウム及びチタン酸バリウムからなる群から選択される1種以上の化合物であり、
23℃における周波数40MHzの条件下で測定した、前記誘電加熱接着フィルムの誘電正接であるtanδを誘電率であるε’で除した誘電特性(tanδ/ε’)が0.005以上の値であり、かつ、下記(i)〜(ii)の条件を満足する、
誘電加熱接着フィルム。
(i)JIS K 7121(1987)に規定の方法に従って測定した融点または軟化
点が80〜200℃の範囲内の値である。
(ii)JIS K 7121(1987)に準じて測定した融解熱量が1〜80J/gの範囲内の値である。 - 前記A成分100質量部に対して、前記B成分の配合量を5〜800質量部の範囲内の値とする、
請求項1に記載の誘電加熱接着フィルム。 - 前記B成分が、酸化亜鉛である、
請求項1又は2に記載の誘電加熱接着フィルム。 - 前記B成分のJIS Z 8819−2(2001)に準拠して測定される平均粒子径を1〜30μmの範囲内の値とする、
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。 - 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一対の被着体を接着するため、A成分としての熱可塑性樹脂、及びB成分としての誘電フィラーを含有する誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法であって、
前記A成分は、ポリオレフィン系樹脂、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群から選択される少なくとも一つの熱可塑性樹脂であり、
前記B成分は、酸化亜鉛、炭化ケイ素、チタン酸ジルコン酸バリウム及びチタン酸バリウムからなる群から選択される1種以上の化合物であり、
前記誘電加熱接着フィルムが、下記(i)〜(iii)の条件を満足し、
(i)JIS K 7121(1987)に規定の方法に従って測定した融点または軟化
点が80〜200℃の範囲内の値である。
(ii)JIS K 7121(1987)に準じて測定した融解熱量が1〜80J/gの範囲内の値である。
(iii)23℃における周波数40MHzの条件下、前記誘電加熱接着フィルムの誘電正
接であるtanδを誘電率であるε’で除した誘電特性(tanδ/ε’)が0.005以上の値である。
かつ、下記工程(1)および(2)を順次に含む、
誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法。
(1)前記一対の被着体の間に、前記誘電加熱接着フィルムを挟持する工程
(2)前記一対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、周波数が1〜100MHzの範囲の高周波を印加して誘電加熱処理を行う工程 - 前記(2)の工程において、高周波出力0.1〜20kW、及び高周波印加時間1〜40秒未満の条件で、高周波を印加する、
請求項5に記載の誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法。 - 前記B成分のJIS Z 8819−2(2001)に準拠して測定される平均粒子径を1〜30μmの範囲内の値とする、
請求項5又は6に記載の誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法。 - 前記A成分100質量部に対して、前記B成分の配合量を5〜800質量部の範囲内の値とする、
請求項5から7のいずれか一項に記載の誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法。
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