JPH0635570B2 - 高周波誘導加熱型接着剤 - Google Patents

高周波誘導加熱型接着剤

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JPH0635570B2
JPH0635570B2 JP60271596A JP27159685A JPH0635570B2 JP H0635570 B2 JPH0635570 B2 JP H0635570B2 JP 60271596 A JP60271596 A JP 60271596A JP 27159685 A JP27159685 A JP 27159685A JP H0635570 B2 JPH0635570 B2 JP H0635570B2
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富夫 神林
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波誘導加熱型接着剤の改良に関する。特
に、接着速度と接着均一性と接着強度とを向上し、低エ
ネルギーで接着しうるようにする改良に関し、さらに
は、接着に使用される高周波加熱装置の周波数の選択の
自由度やコイル形状の選択の自由度を向上する改良に関
する。
〔従来の技術〕
高周波誘導加熱型接着剤はすでに数種類提案されてお
り、その代表的な一つは発熱体を20〜 200メッシュの強
磁性粒子とする高周波誘導加熱型接着剤(特公昭53−21
903)であり、また、他の代表的な一つは発熱体を導電
性繊維とする高周波誘導加熱型接着剤(特開昭60−1306
64)である。これら代表的な高周波誘導加熱型接着剤
は、いずれも、これら発熱体を樹脂中に均一に分散させ
て構成された接着剤であり、高周波誘導加熱法により良
好な接着が可能である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
発熱体として強磁性粒子を使用した高周波誘導加熱型接
着剤、または、非磁性の導電性繊維を使用した高周波誘
導加熱型接着剤にあっては、磁性の金属短繊維を使用し
た高周波誘導加熱型接着剤と比較して、高周波による加
熱効率が悪い。そのため、高周波誘導接着の特徴である
秒オーダーの短時間接着を行なうためには、加熱効率を
高めることが必要であり、高周波誘導加熱に使用する周
波数は1MHz以上とする必要があった。1MHz以上の高
周波誘導加熱装置においては、金属焼入等で一般的に使
用される20〜 400KHzの装置と比較すると、加熱コイル
を含む回路のインピーダンスが大きくなり、電流が流れ
にくくなるため、同一の出力を得るためには、それだけ
電圧を高める必要があった。従って、同一出力のKHz帯
とMHz帯の高周波誘導加熱装置を比較すると、MHz帯の
装置に使用される電圧が高いため、それだけスパーク・
漏電が発生し易く、感電の危険も大であった。さらに、
MHz帯にあっては、表皮効果のため高周波誘導加熱によ
る加熱深度が浅くなるため、接着剤と加熱コイルとの距
離を極端に接近させる必要があり、加熱コイルを設計す
る上で大きな制約があった。
発熱体として磁性金属短繊維を使用した場合には、前記
の場合と比較して加熱効率が高く、KHz帯であっても加
熱は可能である。しかしながら、磁性金属短繊維を発熱
体とする接着剤は、実用規模の押出成型等による加工の
点からは、粒子状の発熱体と比較して、樹脂中に高密度
に分散充填させることは困難であり、たとえば、鉄繊維
を磁性金属短繊維として使用した場合は、樹脂 100重量
部に対し鉄繊維 100〜 120重量部を分散充填させること
が限界であった。磁性金属短繊維を含む高周波誘導加熱
型接着剤は、磁性金属短繊維の充填率が粒子の1/10程度
でも十分に樹脂を溶融させるだけの発熱が得られるが、
この場合には、接着剤層の温度分布が不均一となり、全
体が溶融するまで加熱すると、磁性金属短繊維の近傍で
は、樹脂が分解する温度に達してしまい、樹脂層が発泡
・炭化等をなして接着強度が低下すると言う問題があっ
た。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、操作上安全であり、しかも、装置設計上の自
由度が大きいKHz帯の低エネルギー型の高周波加熱装置
でも加熱が可能であり、発熱体の充填密度が小さくても
均一に加熱できる特徴を有する発熱体を含有する高周波
誘導加熱型接着剤を開発すれば上記の欠点を解消しう
る、との着想を具体化するため、種々の発熱体組成につ
き多数の実験をなし、その結果に検討を加えた結果完成
したものであり、本発明に係る高周波誘導加熱型接着剤
は、熱可塑性または熱硬化性樹脂に磁性体または導電体
の細片からなる発熱体が均一に分散されている高周波誘
導加熱型接着剤の発熱体として、樹脂 100重量部に対
し、長さ対直径の比が10〜 100にある磁性金属短繊維5
〜10重量部と 150メッシュより小粒子の金属粉10〜 200
重量部とを使用することとしたものである。
〔作用〕 高周波誘導加熱接着剤の発熱体として金属短繊維が有効
なことは、樹脂中に分散させた繊維が粒状のものと異な
り、相互に接触するため、うず電流損による発熱が生じ
るためと推考される。また、そのなかでも磁性金属短繊
維が特に加熱効率が高くKHz帯でも加熱が可能なこと
は、うず電流損とヒステリシス損の相乗利用によるため
であると推考される。また、金属粉を混合することによ
る効果は、接着剤層の温度分布の均一化であり、樹脂と
比較して金属粉は熱伝導度が大きいことに基づくと推考
される。
以下、本発明に係る高周波誘導加熱型接着剤の各構成要
素について詳述する。
(イ)磁性金属短繊維 本発明において使用される磁性金属短繊維材料の例とし
ては、鉄、磁性合金、あるいは、SUS 430等のフェラ
イト系ステンレスが挙げられるが、防錆、耐久性の点か
らはフェライト系ステンレスが好ましい。また、導電性
繊維の長さと相当直径の比(以下アスペクト比という)
は10〜100 の範囲が必要である。アスペクト比が大きい
程、繊維が相互に接する確率が高まるため、うず電流が
生じ易く加熱効率は高まるが、アスペクト比の大きい繊
維は、これを樹脂中に押出し成型するにあたり、毛玉の
ようになって相互にからみ合い、樹脂中に均一に分散さ
せることが困難である。逆にアスペクト比が小さいと分
散は容易であるが、粉末に近くなるため加熱効率は大き
く低下する。従って、本発明においてはアスペクト比が
10〜 100の範囲であることが必要であり、特に、30〜70
の範囲が好ましい。
ここで、相当直径とは次の式で表わされるような換算値
である。
但し、 Dは相当直径であり、 Sは断面積である。
さらに、磁性金属短繊維の長さは1〜10mm、直径は40〜
120μmが好ましく、このようなものとしては、びびり
振動切削法を使用して製造した金属短繊維が安価で容易
に入手できるので、これが好ましい。また、磁性金属短
繊維の樹脂中への充填量としては、前述のように、樹脂
100重量部に対して5重量部以上であれば、樹脂を溶解
させるために充分な発熱量が得られ、一方、 100重量部
を超える量を均一に分散させることは困難であるため、
5〜 100重量部が好適な範囲となる。また、磁性金属短
繊維の後記金属粉に対する割合いは、短繊維が多くなり
すぎると、温度分布の均一化に寄与すべき金属粉の量が
不足して、温度分布が不均一になりやすく、一方、短繊
維が少なすぎると、金属粉のシールド効果によって磁力
の到達が妨げられて短繊維の発熱が阻害される。そのた
め、短繊維と金属粉との重量比を5:1〜1:1の範囲
とすることが望ましい。
(ロ)金属粉 本発明において使用される金属粉としては、その熱伝導
度により接着剤層の温度分布を均一にすることが目的で
あるため、比表面積(単位重量あたりの表面積)を大き
くするため、50メッシュ以下とすることが必要であり、
150メッシュ以下の微粉とすることが好ましい。
このような目的にかなうものとしては、鉄粉、アルミニ
ュウム粉、ステンレス粉、フェライト粉等のアトマイズ
粉が比較的安価であり、好適である。
金属粉の充填量としては、同様に接着剤層の温度分布を
均一にするため、樹脂 100重量部に対し最低10重量部は
必要であり、多ければ多い程温度の均一化には好ましい
が、成型加工上限界があり、また接着剤層の凝集力を低
下させないためにも体積比率で20%以内であることが好
ましく、比重の大きい金属である鉄粉であっても 200重
量部以内であることが好ましい。従って、樹脂 100重量
部に対し、金属粉は10〜 200重量部であることが必要で
ある。
〔実施例〕
以下、実施例を、これに対応する比較例とともに説明
し、本発明ついてさらに説明する。なお、各例における
接着強度は、25mm× 100mmのテストピースを用い、JIS
K−6850に従って測定した値である。
実施例1 まず、接着剤として、マレイン化変性ポリプロピレンと
ポリプロピレンのブレンドからなる樹脂ペレット 100重
量部と、びびり振動切削法により製造したSUS 430の
磁性金属短繊維(60μmφ×2mm)80重量部と、アルミ
ニュウムアトマイズ粉( 350メッシュ、福田金属箔粉工
業(株)製)とを、2軸押出機(池貝鉄工(株)製、PCM
−30型)を使用して溶融混練押出しを行ない、接着剤ペ
レットを作成した。この場合、樹脂とアルミニュウム粉
は成型前にブレンドし、混合部を押出機ホッパーに投入
した。ステンレス短繊維は、定量供給装置を使用して押
出機シリンダー中央のベントロに投入した。成型温度は
次の通りである。
a.シリンダー温度 170〜 230℃ b.アダプター温度 230℃ c.ダイス温度 220℃ 加熱プレスを使用して、このペレットを 200℃、2Kg/
cm2で厚さ 0.7mmのシートに成型した。このシートをハ
サミで25〜12.5mmの大きさに切断し、2枚のガラス繊維
強化ポリプロピレン(出光石油化学(株)製、Xシート)
テストピースの間に挟み、高周波誘導加熱により接着し
て引張せん断試験片を作成した。高周波電源は、出力4
KW、周波数 400KHzまたは4MHzであり、加熱コイル
1、11′は第1図のような、加熱面の大きさ12.5×50mm
の加熱式ヘヤピン型コイルである。図において、2はエ
アーシリンダであり、3はコイル接続リード線であり、
4がテストピースであり、5が接着剤である。
接着試験片については、ストログラフT型試験機((株)
東洋精機製作所製)により、引張せん断強度の測定およ
び破壊箇所の観察を行なった。
以下実施例1〜7および比較例1〜5においても、同様
な方法により接着剤ペレット、シートを成型し、引張せ
ん断試験片を作成した。また、実施例8はエポキシ樹脂
および硬化剤からなる加熱硬化型のペースト状接着剤を
2枚のテストピースに挟み、高周波誘導加熱により硬化
させて同様な試験片を作成したものである。これらテス
トピースの材質、接着剤組成、接着条件および接着強
度、その時の破壊箇所について、下記する第1表と第2
表とに分割表記する。
第1表及び第2表に記載してある材料の補足説明。
1)ガラス繊維強化PP 出光石油化学(株)製 Xシート、厚さ3mm。
2)変性ポリプロピレン マレイン化変性ポリプロピレン(無水マレイン酸/プロ
ピレン=10/90の共重合体)20部とポリプロピレン(メ
ルトインデックス5)80部のブレンド物。
3)ステンレス繊維 びびり振動切削法によるSUS430、相当直径60μ
m、長さ2mm。
4)アルミニュウム粉 福田金属箔粉工業(株)製 アルミニュウムアトマイズ粉
350メッシュ。
5)変性ポリエチレン マレイン化変性ポリプロピレン(無水マレイン酸/プロ
ピレン=10/90の共重合体)10部とポリエチレン(メル
トインデックス2)90部のブレンド物。
6)ステンレス粉 福田金属箔粉工業(株)製 SUS304アトマイズ粉 2
00メッシュ。
7)共重合ナイロン プラーテ・ボンGmbh (西独)製 プラタミドH105
(商品名)。
8)鉄繊維 びびり振動切削法による、相当直径60μm、長さ3mm。
9)エポキシ 油化シェルエポキシ(株)製 エピコート828 100重量
部、イソフタル酸ジヒドラジド15重量部、四国化成(株)
製 2MZ−Azine(商品名)2重量部。
10)鉄粉 矢作製鉄(株)製 還元鉄粉 200メッシュ、不定型粒子ア
スペクト比1〜5。
11)シンチュウ繊維 びびり振動切削法による、6/4黄銅(相当直径60μ
m、長さ3mm)。
実施例1〜4は本発明による熱可塑性接着剤により、ガ
ラス繊維強化ポリプロピレンを接着したものであり、実
施例1において使用された高周波周波数は4MHzであ
り、実施例2において使用された高周波周波数は 400K
Hzである。 400KHzの場合、加熱効率は4MHzと比較し
て悪く、長い加熱時間を要するが、高周波誘導接着は可
能である。
実施例3、4は磁性金属短繊維の充填量を実施例1、2
の半分に減したものであり、実施例1、2と比較して加
熱時間は長くなるが、接着は可能である。
実施例1〜4は、いづれも、接着強度が良好であり、引
張剪断試験の結果は、破壊がテストピース表面の樹脂層
と内部のガラス繊維層の間で発生しており、いわゆる材
料破断が認られる。
実施例5、6はポリエチレンテストピースの接着であ
り、同様に良好な接着が得られる。
実施例7は木材の接着に本発明を適用したものである。
実施例8は、熱硬化性接着剤に本発明を適用した例であ
り、FRP(ガラス繊維強化不飽和ポリエステル樹脂)
をエポキシ系接着剤で接着したものである。この場合、
急激に加熱すると、接着剤樹脂の分解・発泡等が発生
し、また、硬化反応にはある程度の時間を要するため、
温度を 200〜 220℃に保ちうるよう、出力を 0.1〜 0.3
KWの範囲で可変にしコントロールしたものである。
比較例1、2は、磁性金属短繊維のみを発熱体としたも
のである。比較例1は、発熱は早く一応接着は可能であ
るが、接着剤とテストピースの界面で、接着後の破壊が
多く発生し、接着強度は実施例と比較して弱い。界面を
観察の結果、この接着不良の原因は、接着剤界面の発熱
が均一でなく、溶融が不十分であったためと考えられ
る。
比較例2では、磁性金属短繊維の充填量を比較例1の半
分に減らした結果、加熱時間を延長しなければ接着でき
ないが、このため、接着剤層の温度分布はさらに不均一
となり、繊維近傍の樹脂は熱分解してワックス状になり
もろくなっていた。
比較例3〜5は、発熱体として磁性粉である鉄アトマイ
ズ粉、あるいは、非磁性繊維であるシンチュウ短繊維を
使用したものであるが、 120秒間の高周波誘導加熱によ
っても、溶融接着に至るだけの発熱は得られなかった。
原因としては、第1図において用いたヘヤピン型のコイ
ルは、安定した接触圧力は得られるが、加熱効率がこれ
ら発熱体に対しては悪いためと考えられる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る高周波誘導加熱型接
着剤は、その発熱体として、樹脂 100重量部に対し、長
さ対直径の比が10〜 100にある磁性金属短繊維5〜10重
量部と 150メッシュより小粒子の金属粉10〜 200重量部
とが使用されているので、操作上安全でありしかも装置
設計上の自由度が大きいKHz帯の低エネルギー型の高周
波加熱装置でも十分高周波誘導加熱接着が可能であり、
また、発熱体の充填密度が小さくても均一に高周波誘導
加熱接着が可能である。換言すれば、高周波誘導加熱に
より、迅速で、均一な加熱が可能であり、高い接着強度
が得られる。また、高周波誘導加熱装置の周波数やコイ
ルの形状を選択する上での自由度は高まり、高周波誘導
加熱接着を適用できる範囲がさらに大きくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明において使用したヘヤピン型コイルと
このコイルを用いた加熱接着剤の概要図である。 1、11……加熱コイル、2……エアーシリンダ、3……
コイル接続リード線、4……テストピース、5……接着
剤。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱可塑性または熱硬化性樹脂に磁性体また
    は導電体の細片からなる発熱体が均一に分散されている
    高周波誘導加熱型接着剤において、 前記発熱体は、樹脂100重量部に対し、長さと直径の
    比が10〜100の範囲にある磁性金属短繊維5〜10
    0重量部と150メッシュより小粒径の金属粉10〜2
    00重量部とを含む ことを特徴とする高周波誘導加熱型接着剤。
JP60271596A 1985-12-04 1985-12-04 高周波誘導加熱型接着剤 Expired - Lifetime JPH0635570B2 (ja)

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