JPH036176B2

JPH036176B2 -

Info

Publication number: JPH036176B2
Application number: JP29205988A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Sato; Satoru Tanaka
Original assignee: Junkosha Co Ltd
Current assignee: Junkosha Co Ltd
Priority date: 1988-11-18
Filing date: 1988-11-18
Publication date: 1991-01-29
Also published as: JPH02140256A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は、微小中空球体により電気的特性等
を向上せしめた低誘電率複合材料に係り、さらに
詳しくは、機械的特性及び耐湿性を向上させた低
電率複合材料に関する。〔従来の技術〕四フツ化エチレン樹脂（以下PTFEと称す）
は、その優れた電気的特性、耐熱性、耐薬品性に
基づき、種々の用途に広く用いられているが、例
えば電気絶縁材料として使用する場合には、電気
的特性等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。多孔質PTFEの製造方法については、溶融時に
おけるPTFEの粘度が著しく高いために、不活性
ガスの吹込みによる物理的発泡、あるいは発泡剤
による化学発泡等の一般の熱可塑性樹脂もしくは
他のフツ素系樹脂において行なわれている方法を
適用することができず、特殊な方法が採られてい
る。その方法としては、例えば、PTFEに抽出や
溶解によつて除去される物質を混和して加圧成形
した後、これらの物質を除去する方法（特公昭35
−13043号）、PTFEの微粉末に液体潤滑剤を添加
し、これを押出し、圧延などの剪断力が加わる条
件下で成形した後液体潤滑剤を除去し、次いで延
伸した後焼成する方法（特公昭42−13560号、特
公昭56−17216号、及び特公昭57−30057号）、
PTFEの未焼成成形体を、例えばハロゲン化炭化
水素、石油系炭化水素、アルコール、ケトンなど
のPTFEを漏らし得る液体中で延伸させた後、焼
成する方法などがある。〔発明が解決しようとする課題〕前記のごとく、多孔質PTFEの製造方法として
種々の方法が提案されているが、いずれの方法に
おいても得られる多孔質体は、連続気孔性のもの
となる。このため、フイルター等に使用すると好
適であるが、例えばテープ状、シート状などに成
形して電線、プリント基板等の絶縁体として使用
した場合に、耐湿性が悪く、しかも気孔率の上昇
に伴い、この機械的強度、特に圧縮に対する強度
が急激に低下するばかりか、寸法安定性も大幅に
低下し、電気的特性が不安定になり、さらに引張
強度及び引裂強度も低下して扱いにくいという問
題点があつた。それに加え、これら従来の製造方法に共通する
欠点として、気孔径、気孔率の調整が極めて難し
く、作業性が悪いという欠点がある。そこで、本出願人は、これらの問題点を解決す
るため、特願昭62−214604号として微小中空球体
を繊維質化したPTFE内に分散せしめた複合材料
を提案している。かかる構成とすることにより、
問題点の大部分は解決され実用上の問題点はほと
んどなくなつたが、微小中空球体の配合量を特に
高めたとき、従来の連続気孔性の多孔質PTFEほ
ど大幅ではないものの、機械的強度及び耐湿性の
低下がみられた。この発明は、これらの問題点に
鑑み気孔率を高めたときに機械的強度が良好に保
持され、安定した電気的特性を維持し、しかも気
孔率等の調整及び成形加工が容易で耐湿性も良好
な、PTFEを用いる多孔質構造の低誘電率複合材
料の提供をその目的とする。〔課題を解決するための手段〕上記従来技術の問題点を解決するため、この発
明によれば、繊維質四フツ化エチレン樹脂中にシ
ラン系カツプリング剤で表面処理されたガラス製
微小中空球体を分散せしめてなる低誘電率複合材
料を構成する。本発明における繊維質四フツ化エチレン樹脂と
は、圧延等の剪断力が加わる条件下で未焼成の
PTFE粒子を成形加工したときに形成される微細
な繊維状組織をもつた樹脂である。なお、PTFE
を繊維質化するための方法についていは、本出願
人が特願昭62−214604号の中で記載しているの
で、その詳細な説明は省略する。また、本発明で使用する微小中空球体として
は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケ
イ酸塩ガラスなどのガラス材料からなり、好まし
くは粒径が１〜300μｍの中空球体で、中でも二
酸化ケイ素の含有量が80％以上のガラス材料から
なる中空球体が好適である。その中空部には、例
えばN₂、CO₂などの気体が封入されているため、
低比重で低誘電率となつている。ここで微小中空
球体の配合量については特に限定されず、その材
質あるいは複合材料の使用目的などにより１〜99
重量％の範囲で適宜選択されるが、例えば電気絶
縁材料として使用する場合には、配合効果等の面
から、通常複合材料中に20〜70重量％程度配合す
ることが好ましい。本発明においてシラン系カツプリング剤は、ガ
ラス製微小中空球体の表面に作用し、化学的結合
によりガラス製微小中空球体の表面を親油性に改
質するもので、例えば下記の一般式で示されるシ
ラン化合物を挙げることができる。 R¹・Si・R² _3-a・R³ _a 〔式中、R¹は塩素原子、アミノ基、アミノアル
キル基、ウレイド基、グリシドオキシ基、エポキ
シシクロヘキシル基、アクリロイルオキシ基、メ
タクリロイルオキシ基、メルカプト基、及びビニ
ル基から選ばれた少なくとも一種の官能性原子ま
たは基を有する炭素数１〜10のアルキル基または
ビニル基、あるいは官能性原子または基をもたな
い炭素数２〜24のアルキル基、R²およびR³はそ
れぞれ塩素原子、水酸基、炭素数１〜10のアルコ
キシ基、炭素数２〜15のアルコキシ置換アルコキ
シ基、炭素数２〜４のヒドロキシアルキルオキシ
基および炭素数２〜15のアシルオキシ基から選ば
れた原子または基、ａは０、１または２を表わ
す。〕 R¹は、官能性置換基をもつたアルキル基であ
つて、その好適な例としては、例えばβ−クロロ
エチル基、γ−クロロプロピル基、β−アミノエ
チル基、γ−アミノプロピル基、Ｎ−（β−アミ
ノエチル）−γ−アミノプロピル基、γ−ウレイ
ドプロピル基、γ−グリシドオキシプロピル基、
β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチル
基、γ−アクリロイルオキシプロピル基、γ−メ
タクロイルオキシプロピル基、γ−メルカプトプ
ロピル基、γ−ビニルプロピル基、ビニル基など
が挙げられる。また、R¹は官能性置換基を持た
ない直鎖のアルキル基もしくは側鎖を有するアル
キル基であつてもよく、この場合、炭素数２〜24
のものが適用可能である。なお、R¹はフツ素原
子を含む基であつてもよい。上記シラン化合物の具体例としては、例えばγ
−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−
アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシ
シラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラ
ン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシ
シラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）
エチルトリメチルシラン、γ−メタクリロキシプ
ロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルト
リメトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシ
エトキシ）シラン、ビニルトリメトキシシラン、
ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリクロロシ
ラン、ビニルトリアセトキシシラン、Ｎ−（トリ
メトキシシリルプロピル）エチレンジアミン、Ｎ
−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルメチル
ジメトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−
アミノプロピルトリメトキシシラン、β−アミノ
エチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラ
ン、Ｎ−フエニル−γ−アミノプロピルトリメト
キシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、
オクタデシルジメチルメトキシシラン、オクタデ
シルジメチルクロロシラン等を挙げることがで
き、これらシラン系カツプリング剤より選ばれる
一種、または二種以上の混和物が用いられる。カ
ツプリング剤の添加量は、その種類等によつても
異なるが、一般的には微小中空球体に対して0.1
〜10重量％であればよい。また、これらカツプリ
ング剤は、微小中空球体を樹脂に分散する前にそ
の表面に結合させておいてもよいし、あるいは未
処理の微小中空球体を樹脂に分散した後から含浸
し、反応させることもできる。〔作用〕この発明による複合材料は、内部にN₂、CO₂
などの気体を封入したガラス材料からなる低誘電
率の微小中空球体を、上記のごときシラン系カツ
プリング剤を用いて表面処理し、これを繊維質四
フツ化エチレン樹脂中に分散せしめた独立気孔性
の多孔質構造の四フツ化エチレン樹脂組成物であ
る。ここで、繊維質四フツ化エチレン樹脂の原料と
なるPTFE微粉末は、未焼成の状態においては、
押出工程でダイから押し出される時やロールで圧
延される時や攪拌を受けた時のように、剪断力を
受けると微細な繊維状組織となり、液体潤滑剤を
含む樹脂はさらに容易に繊維質化し、塑性変形を
起こす性質があるので、圧延、押出等により簡単
に成形することができる。かかる成形物は、前記
成形工程においてPTFE粒子が配向して繊維質化
され、これらは絡み合つて内部に空隙を有する繊
維状組織となつている。この繊維質化したPTFE
は、未焼成の状態であつてもある程度機械的強度
を備えている。この場合、多量の微小中空球体を
添加しても、未焼成の状態では各PTFE粉末が完
全には一体化していないから、塑性変形する性質
は残り、このため圧延、押出等による成形が可能
であり、しかも繊維質化したPTFEにより機械的
強度の大きな低下を生ずることがない。それに対して、例えば四フツ化エチレン−六フ
ツ化プロピレン共重合樹脂等の溶融による成形が
可能な他のフツ素系樹脂では、微小中空球体を添
加すると、溶融粘度が急激に上昇して流動性が低
下するので、成形加工性の面から、配合量の上限
は多くても10重量％程度である。本発明は、未焼成のPTFE微粉末が多量の微小
中空球体を含んでいても容易に繊維質化して塑性
変形をし、しかもその成形品が適度な機械的強度
を有する性質に着目し、繊維質化したPTFEの各
繊維間の空所等において、低誘電率で且つその表
面がシラン系カツプリング剤によつて親油性に改
質されたガラス製の微小中空球体を保持すること
により、低誘電率化、機械的強度及び耐湿性の向
上を図るものである。即ち、未焼成のPTFE微粉末と、あらかじめシ
ラン系カツプリング剤で表面処理されたガラス製
の微小中空球体あるいは未処理の微小中空球体
（この場合、後でカツプリング剤を含浸する。）と
の混和物を、押出し圧延などの剪断力が加わる条
件下で成形すると、PTFEは繊維状組織を形成
し、微小中空球体は、PTFEの各繊維間の空所等
に分散し担持される。そして、焼成すると、微小
中空球体がPTFEの繊維間等に担持された状態で
両者が一体化し、独立気孔性の多孔質PTFEとな
る。なお、この多孔質PTFEからなる複合材料
は、使用条件等によつては未焼成あるいは不完全
焼成の状態であつても使用することができる。ここで、シラン系カツプリング剤は、無機材料
との界面に化学的結合をつくるアルコキシ基等の
官能基（上記一般式におけるR²もしくはR³、あ
るいはR²とR³）が、微小中空球体の表面に吸着
した水分等の水酸基と反応して結合する。その結
果、微小中空球体の表面は、同一のケイ素原子に
結合している有機基（R¹）によつて覆われる。
この有機基は、ビニル基、アルキル基、メルカプ
ト基などの親油性の基であるから、微少中空球体
の表面が疎水性となつて吸湿しにくくなり、複合
材料の耐湿性が向上する。さらに、微小中空球体
の表面が親油性となるため、マトリクス樹脂であ
る繊維質四フツ化エチレン樹脂との親和性が増
し、機械的強度も同時に向上する。なお、耐熱性
の低いカツプリング剤を用いる場合には、四フツ
化エチレン樹脂を未焼成のまま使用するか、ある
いは焼成後に含浸するようにしてもよい。また、上記一般式におけるR¹が、例えばビニ
ル基、メタクリル基、メルカプト基、エボキシ基
などの有機材料（各種合成樹脂）と化学結合可能
な官能基となつているカツプリング剤の場合に
は、複合材料の少なくとも表面部にエポキシ樹脂
等の熱硬化性樹脂を含浸すると、それら含浸樹脂
の官能基とカツプリング剤の官能基（R¹）とが
化学的に反応し、微小中空球体と含浸樹脂とが強
固に結合する。このため、複合材料の耐湿性と機
械的強度は一段と高まる。さらに、含浸する高分
子材料が反応基をもたない熱可塑性樹脂であつて
も、これを例えば溶剤で溶かして含浸する際に、
微小中空球体の表面が親油性となつているので、
容易に複合材料中に染み込む。そして、乾燥など
により含浸樹脂を固化すると、それが結着材とな
り、さらに複合材料中の空隙を埋めてその含浸部
分を無孔状態にするので、前記熱硬化性樹脂の場
合と同様に、機械的強度及び耐湿性が向上する。
なお、これらの樹脂を複合材料に含浸する場合
に、含浸樹脂と反応する基をもたない種類のシラ
ン系カツプリング剤を使用しても同様な効果が得
られる。また、樹脂等の含浸は、微小中空球体の
充填量等によつては必ずしも行なわなくてもよ
い。〔実施例〕以下、本発明を実施例をもつて具体的に説明す
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。実施例１ 0.3重量部のオクタデシルトリメトキシラン
（信越化学工業社製）で処理した30重量部のガラ
ス製微小中空球体（富士デヴイソン化学社製Ｈ−
101）と、四フツ化エチレン樹脂微粉末（三井デ
ユポンフロロケミカル社製テフロン6J）70重量部
とを混合した後、成形加工性を樹脂に与え、樹脂
の繊維質化を容易にするための液体潤滑剤として
ソルベントナフサ（出光石油化学社製IP−1620）
を加え、室温下に12時間放置した。次に、上記混和物を攪拌して多少繊維質化した
ものを、さらにロールで圧延することにより繊維
質化を促進し、厚さ0.15mmのシート状に成形し
た。そして、このシート状物から液体潤滑剤を加
熱除去した後、370℃で３分間の焼成を行ない、
本発明によるシート状の低誘電率複合材料を得
た。そして、このシートの特性として、常態及び
吸湿処理後での誘電率、誘電正接、表面抵抗、及
び体積固有抵抗を測定し、次表に示した。なお、
これらの試験は、JIS C6487−1980「多層印刷回
路用プリプレグ」に準じて行なつた。実施例２実施例１のシートに、付加重合型熱硬化性ポリ
イミド樹脂（三菱瓦斯化学工業社製BTレジン）
を含浸し、低誘電率複合材料を得た。このシート
について同じ評価方法で調べ、その結果を表に示
した。実施例３実施例１で用いたカツプリング剤処理微小中空
球体の代わりに、未処理の微小中空球体を用い、
実施例１と同様にしてシート状に成形した。そし
て、このシートにγ−メタクリロキシプロピルト
リメトキシシランを含浸して微小中空球体と反応
させた後、さらに実施例２で用いたポリイミド樹
脂を含浸し、低誘電率複合材料を得た。結果を表
に示す。実施例４実施例１で用いたカツプリング剤処理微小中空
球体の代わりに、未処理の微小中空球体を用い、
実施例１と同様にしてシート状に成形した。そし
て、このシートにγ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシランを含浸して微小中空球体と反応さ
せ、低誘電率複合材料を得た。結果を表に示す。実施例５実施例４のシートに、エポキシ樹脂（三井石油
化学工業社製エポミツク）を含浸し、低誘電率複
合材料を得た。結果を表に示す。比較例１実施例１で用いたオクタデシルトリメトキシシ
ランで処理したガラス製微小中空球体の代わり
に、無処理の微小中空球体を用いる以外は実施例
と同様に行なつた。結果を表に示す。比較例２比較例１のシートにエポキシ樹脂を含浸した。
結果を表に示す。

〔発明の効果〕

表より明らかなように、シラン系カツプリング
剤による効果は極めて顕著であり、本発明に係る
低誘電率複合材料が耐湿性に優れたものであるこ
とがわかる。まお、表には示さないが、連続気孔性のものに
比べて圧縮等による外力に対してつぶれや変形な
どの発生が少ないことはもちろんのこと、微小中
空球体がカツプリング剤で処理されることにより
その表面が親油性となるから、マトリクス樹脂で
ある繊維質四フツ化エチレン樹脂や含浸した樹脂
との親和性が増し、その結果、無処理のものに比
べると機械的強度が向上する。したがつて、例えばフイルム状、シート状など
に成形した場合に、その引張強度、引裂強度等の
機械的強度が増し、寸法安定性も向上するので、
例えば電線、ケーブル、プリント基板等の絶縁体
として使用すれば、電気的特性が良好で、しかも
外力や湿度に対して安定した性能を保持するもの
が得られ、高性能化に大きく寄与する。

Claims

【特許請求の範囲】

１繊維質四フツ化エチレン樹脂中にシラン系カ
ツプリング剤で表面処理されたガラス製微小中空
球体を分散せしめてなる低誘電率複合材料。