JP7425992B2 - 電磁波遮蔽性能予測方法、電磁波遮蔽樹脂選別方法 - Google Patents
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Description
また特許文献2には、直径が4~20μm、長さが4~30mmの導電性長繊維と、直径が30~100μm、長さが1~5mmの導電性短繊維とを、熱可塑性樹脂に混合した導電性熱可塑性樹脂組成物が開示されている。
また、電磁波遮蔽樹脂を構成する個々の材料の電気伝導度、誘電率、透磁率などの電磁波特性から、成形される電磁波遮蔽樹脂の電磁波遮蔽性能を予測する方法も知られている。
また、電磁波遮蔽樹脂の構成材料の電磁波特性に基づいて、電磁波遮蔽樹脂の電磁波遮蔽性能を予測する方法では、樹脂にステンレス繊維を混合してなる電磁波遮蔽樹脂の場合、ステンレス繊維の樹脂内での分散状態によって電磁波遮蔽性能が大きく変わるために、構成材料の電磁波特性だけでは、電磁波遮蔽樹脂の電磁波遮蔽性能の正確な予測が困難であった。
本発明の電磁波遮蔽性能予測方法は、樹脂に導電性繊維を混合してなる電磁波遮蔽樹脂の電磁波遮蔽性能を予測する電磁波遮蔽性能予測方法であって、前記電磁波遮蔽樹脂をX線で撮像してX線画像を得る撮像工程と、前記X線画像において、前記導電性繊維が複数絡まって塊になった塊状部分、前記導電性繊維が単繊維として存在する単繊維部分、および前記樹脂である樹脂部分を画像認識する画像解析工程と、前記単繊維部分の前記導電性繊維の面積包絡度の標準偏差σ、および前記樹脂に対する前記導電性繊維の充填率Fから予測式に基づいて電磁波遮蔽性能SEを予測する算出工程を含むことを特徴とする。
SE=1000×σ+8.72×F-167・・・(1)
まず最初に、本実施形態の電磁波遮蔽性能予測方法を好適に適用可能な電磁波遮蔽樹脂について説明する。電磁波遮蔽樹脂は、樹脂に対して、導電性フィラー(導電性繊維)を混合(混練)したものからなる。以下の実施形態では、導電性フィラー(導電性繊維)の一例として、ステンレス繊維を用いた実施形態を例示する。
電磁波遮蔽樹脂を構成する樹脂としては、射出成形が可能な樹脂、例えば熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ塩化ピニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。
ポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン6樹脂、ナイロン46樹脂、ナイロン66樹脂などの脂肪族ポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂等が挙げられる。
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン-プロピレン共重合体樹脂等が挙げられる。
また、上述したような各種樹脂を複数種混合したものも用いることができる。
図1は、本発明の一実施形態の電磁波遮蔽性能予測方法、およびこれを用いた電磁波遮蔽樹脂選別方法を段階的に示したフローチャートである。
本実施形態の電磁波遮蔽性能予測方法によって電磁波遮蔽性能を予測する電磁波遮蔽樹脂は、射出成形によって製造される。
電磁波遮蔽樹脂を製造する際には、例えば、射出成形機を用いて、ホッパー内に樹脂とステンレス繊維(導電性繊維)とを含有量が所定量となるように投入し、シリンダ内において、これらを混練するとともに加熱することによって、樹脂にステンレス繊維が混錬した溶融物が形成される。この溶融物を金型内に射出成形することによって、任意の形状の電磁波遮蔽樹脂を得る。
ここで、本実施形態における面積包絡度について説明する。
面積包絡度(Solidity)は、複雑な3次元の粒子形状を単純化して画像解析に用いる粒子の輪郭パラメータであり、粒子プロファイルの2次元の投影図から算出される。例えば、図3に示すような2次元の投影図となる粒子A~粒子Dの二次元輪郭の周囲を囲む包絡仮想線Lb(図3中の点線)で囲まれた面積Sbを測定する。また、粒子Aや粒子Bの二次元輪郭の実際の輪郭線La(図3中の実線)で囲まれた面積Saを測定する。
(1)画像撮影
X線撮像装置:TOSCANER-32300μFD(東芝ITコントロールシステム株式会社)
-撮影条件-
・管電圧:100kV
・管電流:120μm
・積算枚数:256枚
・FPD(Flat Panel Detector)ゲイン:0.5pF
・FPD積分時間:99ms
・FDD(Focus Detector Distance):1000.0mm
・FCD(Focus-to-Centre Distance):678.7mm
・ウィンドウレベル:2844
・ウィンドウ幅:684
・画像処理ソフトウェア:ImageJ Fiji
・解析手法:TWS(Trainable Weka Segmentation)
-手順-
1.対象画像(例えば図2に示すような透過X線画像)を全てトリミングする。
2.ステンレス繊維の充填率(質量%)が4質量%の画像を画像処理ソフトウェアで開き、TWSを起動する。
3.ステンレス繊維が絡まった塊部分、塊部分以外のステンレス繊維、樹脂部分をそれぞれ5か所ずつ、画面上で選択する。
4.TWSで分類器を学習する。
5.トリミングした画像に学習した分類器を適用する。
6.1枚の対象画像を塊部分のステンレス繊維、塊部分以外のステンレス繊維、樹脂部分のそれぞれを抽出した画像3枚に分割する。
7.分割した画像それぞれに対して画像処理ソフトウェアで粒子それぞれの面積包絡度を計算する。
8.構成粒子の面積包絡度の標準偏差σを計算する。
SE(dB)=1000×σ+8.72×F(質量%)-167・・・(1)
SE=20log(E0/E1)・・・(2)
本実施形態の電磁波遮蔽樹脂選別方法は、前述した電磁波遮蔽性能予測方法の算出工程S4において式(1)によって算出された電磁波遮蔽樹脂の電磁波遮蔽性能SE(dB)と、予め設定された電磁波遮蔽性能の閾値(dB)とを比較し、予測した電磁波遮蔽樹脂の電磁波遮蔽性能SE(dB)が閾値(dB)以上であることを判定する選別工程S5を含んでいる。
(検証例1)
まず、電磁波遮蔽樹脂における電磁波遮蔽性能に影響を及ぼす要素について、それぞれの要素の影響の度合いを確認した。要素としては、樹脂の組成や射出成形機の成形条件など、454個の要素を抽出し、ここからMI(Materials Informatics)によって電磁波遮蔽性能に影響がある18個の要素を選択し、更にここから累積寄与度が90%を超えるよう、寄与度の上位7個の要素に絞り込んだ。この7個の要素の電磁波遮蔽性能中での寄与度(棒グラフ)を図4に示す。図4では寄与度が大きいほど、電磁波遮蔽性能に対する影響度が大きいことを示している。
次に、前述した式(1)基づいて予測された電磁波遮蔽性能(dB)と、実際の電磁波遮蔽性能(dB)との関係を調べた。射出成形時におけるステンレス繊維の充填率F(質量%)は、2.0質量%、4.0質量%、5.6質量%に設定し、同一の成形条件でそれぞれ複数の試料を作製して、実際の電磁波遮蔽性能(dB)の測定、および電磁波遮蔽性能(dB)の予測値の算出を行った。この結果を図5に示す。なお、図5において、実線は前述した式(1)に沿った線、この実線の上側の破線および下側の破線は、実線に対してそれぞれ上側95%および下側95%の範囲を示す。
Claims (6)
- 樹脂に導電性繊維を混合してなる電磁波遮蔽樹脂の電磁波遮蔽性能を予測する電磁波遮蔽性能予測方法であって、
前記電磁波遮蔽樹脂をX線で撮像してX線画像を得る撮像工程と、
前記X線画像において、前記導電性繊維が複数絡まって塊になった塊状部分、前記導電性繊維が単繊維として存在する単繊維部分、および前記樹脂である樹脂部分を画像認識する画像解析工程と、
前記単繊維部分の前記導電性繊維の面積包絡度の標準偏差σ、および前記樹脂に対する前記導電性繊維の充填率Fから予測式に基づいて電磁波遮蔽性能SEを予測する算出工程を含むことを特徴とする電磁波遮蔽性能予測方法。 - 前記導電性繊維がステンレス繊維であることを特徴とする請求項1に記載の電磁波遮蔽性能予測方法。
- 前記予測式は式(1)で表されることを特徴とする請求項2に記載の電磁波遮蔽性能予測方法。
SE=1000×σ+8.72×F-167・・・(1) - 前記X線画像は、透過X線画像または後方散乱X線画像であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電磁波遮蔽性能予測方法。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の電磁波遮蔽性能予測方法によって電磁波遮蔽樹脂の電磁波遮蔽性能SEを予測し、予測した電磁波遮蔽性能SEが予め設定された閾値以上である電磁波遮蔽樹脂を選別する選別工程を含むことを特徴とする電磁波遮蔽樹脂選別方法。
- 前記閾値は40dBであることを特徴とする請求項5に記載の電磁波遮蔽樹脂選別方法。
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