JPH0652717A - 低密度誘電材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明によれば炭化水素樹脂、好ましくは交
叉結合した炭化水素樹脂、アルミニウム薄片のような誘
電特性変性用充填材、およびガラス製の低密度微小球か
らつくられた低密度誘電材料が提供される。また樹脂／
充填材の配合物の中に低剪断力、低速度の条件下で微小
球を混入し、微小球が損傷または壊れるのを防ぐ本発明
の材料の製造法も提供される。 【効果】 本発明の誘電材料は、従来得られる材料に比
べ、密度が低く、誘電定数が小さく、誘電損失が低く、
ガス放出性が低い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は低密度誘電材料に関する。特に本
発明は誘電損実が低く、ガス放出性が少ない低密度誘電
材料に関する。

【０００２】

【本発明の背景】誘電材料はレーダードームの芯の材料
のようなマイクロ波のレンズの製作、および他の電子工
学的な用途に用いられる。これらの材料は一般にアルミ
ニウムで被覆したガラスの微小球状物を含むエポキシ樹
脂のマトリックスからつくられる。

【０００３】このような製品の一つはエマーソン・アン
ド・キューミング社（Ｅｍｅｒｓｏｎ ＆ Ｃｕｍｉｎ
ｇ，Ｉｎｃ．）製のエコフォーム（ＥＣＣＯＦＯＡＭ）
^(R)ＨｉＫ２６５Ｄとして知られている。この材料によ
り一組の誘電定数をもった誘電材料の発泡体がつくられ
る。

【０００４】他のこのような製品としては、金属粉末が
外側の表面に結合した米国特許第３，０７９，２８９号
記載の製品がある。この微小球状物をエポキシ樹脂のよ
うな樹脂に接合させる。

【０００５】このような材料に伴う問題は誘電定数を
２．５（８．６ＧＨｚで）よりも十分に低くすることが
できないことであった。また重さも重く、密度は約２３
ポンド／立方フィート（０．３７ｇ／ｃｍ³）である。
さらにガスを放出し易い傾向をもっている。最後に多数
のガラス微小球は製造過程中に割れ易く、そのため材料
の密度が増加する。

【０００６】別法として、充填物を含まないポリテトラ
フルオロエチレン材料を使用することが提案されてい
る。これによって所望の誘電定数およびガス放出性は得
られるが、密度は非常に高くなり、一般に従来法の発泡
体の４〜５倍に達し、そのため重さが重要となる用途に
は望ましくない。

【０００７】従って密度が低く、誘電定数の小さい誘電
材料が必要とされている。航空機、船舶、衛星のような
移動物に対する用途、移動電話または子電話のような携
帯用の通信手段等重さが重要となる場合には特にそうで
ある。本発明によればこのような材料が提供される。

【０００８】

【本発明の要約および目的】本明細書においては炭化水
素の樹脂マトリックス、誘電特性変性用の金属、および
低密度のガラス製中空微小球からつくられた低密度、低
誘電定数の材料に関する。炭化水素樹脂は交叉結合して
いることが好ましい。 また本発明の材料は現在得られる
軽量の材料に比べ、誘電損失が少なく、ガス放出性も少
ない。

【０００９】本発明の目的はアルミニウム薄片から成る
誘電特性変性用充填材、ガラス製の低密度微小球、およ
び炭化水素樹脂マトリックスから成る低密度誘電材料を
提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は（ａ）炭化水素樹脂を
含む樹脂マトリックス、（ｂ）誘電特性変性用充填材、
および（ｃ）低密度微小球から成る誘電材料を提供する
ことである。

【００１１】本発明の他の目的はポリスチレン、スチレ
ン共重合体、ビニル樹脂およびこれらの配合物から成る
群から選ばれる炭化水素樹脂；アルミニウム、銅、亜
鉛、鉄およびこれらの混合物から成る群から選ばれる誘
電特性変性用金属；およびガラス製の中空微小球からつ
くられた低密度、低誘電定数の材料を提供することであ
る。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、成形して比較
的容易に所望の形状にすることができる低密度、低誘電
定数の材料を提供することである。

【００１３】本発明のこれらの目的、および他の目的
は、下記の説明から明らかになるであろう。

【００１４】

【本発明の詳細な説明】本発明は低密度の誘電材料に関
する。好適な具体化例を図１に示す。この材料は樹脂マ
トリックス１を有し、この中に一定量のガラス微小球
２、およびアルミニウム薄片のような誘電特性変性用の
充填材３を含んでいる。図から判るように、この充填材
は該微小球に結合しているのではなく、マトリックス全
体に亙って分散していることが好ましい。 このように分
散していると、電気伝導性を生じる可能性を減少させ、
従ってこの材料に特有な誘電損失を減少させるために好
適である。

【００１５】樹脂マトリックスは炭化水素樹脂からつく
られていることが好ましい。 炭化水素樹脂とは実質的に
炭素および水素の原子からつくられている重合体を意味
する。好適な炭化水素樹脂にはポリスチレン、スチレン
−ブタジエン共重合体および１，２ビニルポリブタジエ
ン−スチレン共重合体のようなスチレン共重合体、並び
にビニルトルエンおよびジビニルベンゼンのようなビニ
ル重合体、およびそれらの配合物が含まれるが、これだ
けには限定されない。

【００１６】好ましくはこの樹脂は硬化可能または交叉
結合可能である。この樹脂は過酸化物のような触媒を用
いるか、または他の公知の交叉結合機構によって加熱工
程中に交叉結合させることができることが好適である。

【００１７】この樹脂は本発明の誘電材料の約３０〜約
７０重量％の量で存在しなければならない。好適な樹脂
系はコロラド・ケミカル・スペシャリティーズ（Ｃｏｌ
ｏｒａｄｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉ
ｅｓ）製リコン（ＲＩＣＯＮ）１００として知られる
１，２−ビニルポリブタジエン−スチレン共重合体とダ
ウ・ケミカル（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）製のビニル
トルエンおよびジビニルベンゼンの共重合体との配合物
である。

【００１８】誘電特性変性用の充填材は材料全体の誘電
定数を変える助けをする。適当な誘電変性用の充填材に
は、アルミニウム、銅、亜鉛および鉄、特にカルボニル
鉄、並びにこれらの混合物が含まれるが、これだけには
限定されない。この基準に合う充填材としては、入手が
容易で、軽量であり、また表面に粒子間の電気的な接触
を最小限度に抑制する酸化物被膜をつくることができる
ために、アルミニウム薄片が好適である。選ばれる充填
材は好ましくはその外側の表面に酸化層をつくることが
でき、軽量であり、且つ電気伝導性が低くなければなら
ない。充填材は薄片または小板状であることが好ましい
が、球形、非対称形、その他の形状のような他の公知の
形をもっていることができる。

【００１９】薄片の形をした充填材は最大の長さが約
０．０００１〜約０．０１インチであることが好まし
い。 充填材の必要量は使用する充填材、その形、および
大きさ、並びに所望の誘電定数に依存する。一般に本発
明の材料に対しては約１．２〜約４．５の範囲の誘電定
数が必要である。好ましくは充填材は本発明の材料の約
５〜約２０重量％、さらに好ましくは約７〜約１５重量
％の量で存在する。

【００２０】好適な充填材の一つはエム・ディー・ボス
・インダストリーズ（Ｍ．Ｄ．Ｂｏｔｈ Ｉｎｄｕｓｔ
ｒｉｅｓ）製２４８０アルミニウム粉末として知られる
アルミニウム薄片である。

【００２１】別法としてペースト状になるように石油ス
ピリット中に沈積させたアルミニウム薄片を用いること
ができる。このようなペーストの１種はシルバーライン
・マニュファクチャリング・コンパニー社（Ｓｉｌｂｅ
ｒｌｉｎｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｉ
ｎｃ）製のＡ−６５７１ＦＧとして知られている。この
ペーストを用いると、乾燥アルミニウム粉末に関して安
全性が付加されるので好適である。

【００２２】ペーストの形で使用する場合、本発明の材
料に混入する前に、湿潤剤（石油スピリット等）を実施
的に除去することが好ましい。 真空、蒸発等の方法で除
去を行うことができる。

【００２３】微小球状物は低密度のガラス製中空微小
球、例えばミネソタ・マイニング・アンド・マニュファ
クチャリング社（Ｍｉｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａ
ｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｉｎｃ）製の「Ｋ
ｌ」微小球が好適である。この微小球は粒子の密度が約
０．１〜０．４ｇ／ｃｃ、大きさが約１２０〜約４００
メッシュであり、所望の密度および強度に依存して本発
明の材料の約２０〜約４０重量％の量で存在することが
好ましい。 しかし微小球をこれよりも多量に使用する
と、材料が弱くなり、破断、亀裂等が生じるようにな
る。これよりも少量で使用すると、低密度の基準に合わ
なくなる。

【００２４】本発明の材料は当業界に普通用いられるガ
ラス微小球を破壊しない任意の方法で混合を行い、また
硬化させることができる。

【００２５】その好適な方法の一つは、ガラス微小球以
外のすべての成分を混合し、これを１回またはそれ以上
全体に亙って配合し、樹脂全体に亙って誘電特性変性用
充填材を均一に分布させ、塊が生じる機会を減少させる
方法である。しかる後ガラス微小球の全部または一部、
好ましくは少なくとも全体の微小球の１／３、さらに好
ましくは半分、最も好ましくは２／３を上記混合物に加
え、これらの混合物をゆっくりと、出来るだけ剪断力を
かけずに配合し、微小球の損傷または破壊を避けるよう
にする。

【００２６】次いで微小球の残りを加え、これを配合し
て滑らかな混合物を得る。次にこの材料を型または他の
容器に詰め、硬化させる。

【００２７】硬化は熱をかけるか、またはこの樹脂系に
適用できる他の公知の方法で行うことができる。

【００２８】好ましくは炉のような通常の加熱装置を用
いて硬化を行う。本発明の材料は低温（４００°Ｆより
低温）で長時間硬化させることが好ましい。 さらに好ま
しくは最終温度が約３５０°Ｆに達する時間に亙り硬化
温度を上げてゆき、ガス放出性の少ない製品を得るよう
にする。温度の上昇速度は製造する製品の大きさによ
る。大きく厚い材料をつくる場合には、硬化を長時間ゆ
っくりと行い、亀裂を避け、ガス放出量が適切になるよ
うにしなければならない。

【００２９】

【実施例】下記に本発明の低密度誘電材料の典型的な製
造法を示す。

【００３０】装 置： ホバート混合機（Ｈｏｂａｒｔ
Ｍｉｘｅｒ）（ベーカリー型）、モデルＮｏ．Ｎ５
０、１ガロンのボールを備えたもの。

【００３１】ホバート刃型撹拌機。

【００３２】 混合物： 過酸化物触媒 − ０．７７ｇ、 炭化水素樹脂配合物 − 全部で７１．８８ｇで リコン１００、ブタジエン／スチレン共重合体 ５６．
５９重量％ ビニルトルエン ３７．７３重量％ ジビニルベンゼン ３．７８重量％ 過酸化ジクミル １．４２重量％ 過酸化ジクミル−ｔ−ブチル ０．４８重量％から成る
もの、 アルミニウム薄片 − ８．７６ｇ、 低密度ガラス製微小球 − ４９．０ｇ。

【００３３】方 法：０．７７ｇの過酸化触媒、７１．
８８ｇの炭化水素樹脂配合物、および８．７６ｇのアル
ミニウム薄片を秤量してホバート混合機の鉢に入れる。
刃型撹拌機を用い、アルミニウム薄片がすべて均一に混
合するまで、手でアルミニウム薄片を樹脂の中に混入す
る。塊ができたらこれを潰し、分散させるように努力す
る。

【００３４】鉢をホバートの混合機に取り付け、混合速
度Ｎｏ．２（中間速度）で５分間樹脂系を配合する。鉢
を取り外し、スパチュラで鉢と刃を拭き取り、分散して
いない塊を主混合物の中に混入させるようにする。約２
／３の微小球を注意して鉢の中に加え、撹拌機の刃を用
い殆ど剪断力をかけないで微小球を樹脂混合物の中に手
で混入する。鉢と刃型撹拌機をホバート混合機に取り付
け、混合機を混合速度Ｎｏ．１（低速）に設定する。混
合速度を速くすると幾つかの微小球が壊れ、最終生成物
の密度が増加し、誘電定数が大きくなる。混合機を１０
分間作動させ、この間鉢と刃を金属のスパチュラで拭き
取って混入する。残りの微小球を注意して加え、手で混
合物の中に混入する。鉢と刃をホバート混合機に取り付
け、混合機を１０分間作動させ、刃型撹拌機および鉢を
スパチュラで拭き取る。これは刃型撹拌機に付着した混
合物が混合物の残りの部分とは異なった濃度をもってい
るために重要である。均一な誘電材料をつくるのなら、
一定の方法で付着した塊を主混合物へと戻さなければな
らない。最後の混合の場合以外この工程を２回繰り返
し、混合を止めた後撹拌機の刃を取り外す。刃をボール
の上に保持し、軽く叩いてゆるくくっついている混合物
を取除く。この方法を行った後刃型の撹拌機に残った材
料は廃棄する。ホバートのボールに残った混合物は適切
な濃度をもった良好な湿った材料になる。これを型抜き
剤を被覆した金属および／または厚紙の型に手で充填す
る。最小寸法が１．５インチよりも小さい充填物を下記
の手順で硬化させる。

【００３５】 １５０°Ｆ ４時間 ２００°Ｆ ８時間 ２５０°Ｆ ８時間 ３００°Ｆ ５時間 ３５０°Ｆ ４時間 硬化した生成物は強く、軽量であり、容易に機械加工で
きる誘電材料であり、下記の特性をもっていた。

【００３６】 誘電定数 ８．６ＧＨｚで２．１０、１．６Ｇ
Ｈｚでも同じ。

【００３７】 誘電損失 ８．６ＧＨｚで０．０１１、１．６
ＧＨｚで０．００７ 密 度 １３．０ポンド／立方フィート 比較のためエコフォーム^(R)ＨｉＫ６２５Ｄの試料をつ
くり、試験した。この材料の密度は２３ポンド／立方フ
ィート、誘電定数は８．６ＧＨｚで２．５以上、誘電損
失は８．６ＧＨｚで０．０１３であった。

【００３８】以上の事実から判るように、本発明によれ
ば従来の材料のほぼ半分の密度をもち、誘電定数および
誘電損失が低い材料が得られる。また本発明によれば、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と同じ誘電定
数をもち、しかも密度はＰＴＦＥの１／１０の材料が得
られる。

【００３９】本発明によれば重さおよびガス放出性が重
要である用途に用いられる低密度製品が得られる。

【００４０】以上本発明をその好適具体化例に関し説明
したが、当業界の専門家に対しては他の変形および同等
物は明白であろう。従って本発明は本発明のこれらすべ
ての具体化例、変形および同等物を包含するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な誘電材料の水平断面図である。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）１種またはそれ以上の炭化水素樹
   脂を含む樹脂マトリックス、 （ｂ）誘電特性変性用充填材、および （ｃ）低密度微小球から成ることを特徴とする誘電材
   料。
2. 【請求項２】 樹脂マトリックスは材料の約３０〜７０
   重量％をなし、誘電特性変性用材料はアルミニウム薄片
   であって材料の約５〜約２０重量％の量で存在し、微小
   球は低密度のガラス製中空微小球であって材料の約２０
   〜約４０重量％の量で存在している請求項１記載の誘電
   材料。
3. 【請求項３】 該材料の誘電定数は８．６ＧＨｚで２．
   ５より小さく、密度は約１３ポンド／立方フィートであ
   る請求項１記載の誘電材料。
4. 【請求項４】 該炭化水素樹脂はポリスチレン、スチレ
   ン−ブタジエン共重合体、ビニルトルエン重合体、ジビ
   ニルベンゼン重合体、およびそれらの配合物から成る群
   から選ばれる請求項１記載の誘電材料。
5. 【請求項５】 該微小球は直径が約１２０〜約４００メ
   ッシュであり、密度は約０．１〜約０．３ｇ／ｃｃであ
   る請求項１記載の誘電材料。
6. 【請求項６】 （ａ）炭化水素樹脂および誘電特性変性
   用充填材を配合して均一な配合物をつくり、 （ｂ）ガラス微小球の一部を配合物に加え、低剪断力の
   下で混合し、 （ｃ）残りのガラス微小球を加え、該組成物を低剪断力
   の下で混合し、 （ｄ）該組成物を型に充填し該組成物を硬化させる工程
   から成ることを特徴とする炭化水素樹脂、アルミニウム
   薄片およびガラス微小球からつくられた誘電材料の製造
   法。
7. 【請求項７】 該樹脂マトリックスは材料の約３０〜７
   ０重量％をなし、誘電特性変性用材料はアルミニウム薄
   片であって材料の約５〜約２０重量％の量で存在し、微
   小球は低密度のガラス製中空微小球であって材料の約２
   ０〜約４０重量％の量で存在している請求項６記載の方
   法。
8. 【請求項８】 該炭化水素樹脂はポリスチレン、スチレ
   ン−ブタジエン共重合体、ビニルトルエン重合体、ジビ
   ニルベンゼン重合体、およびそれらの配合物から成る群
   から選ばれる請求項６記載の方法。
9. 【請求項９】 該微小球は直径が約１２０〜約４００メ
   ッシュであり、密度は約０．１〜約０．３ｇ／ｃｃであ
   る請求項６記載の方法。
10. 【請求項１０】 （ａ）ポリスチレン、スチレン−ブタ
    ジエン共重合体、ビニルトルエン重合体、ジビニルベン
    ゼン重合体、およびそれらの配合物から成る群から選ば
    れる炭化水素樹脂マトリックス、 （ｂ）アルミニウム、銅、亜鉛、鉄およびそれらの混合
    物から成る群から選ばれる１種またはそれ以上の誘電特
    性変性用充填材、および （ｃ）ガラス製の中空の微小球から成り、誘電定数が低
    く、ガス放出性が小さく、且つ密度が低いことを特徴と
    する誘電材料。
11. 【請求項１１】 該樹脂は材料の約３０〜７０重量％を
    なし、誘充填材は材料の約５〜約２０重量％の量で存在
    し、微小球は材料の約２０〜約４０重量％の量で存在し
    ている請求項１０記載の材料。
12. 【請求項１２】 該樹脂は１，２−ビニルポリブタジエ
    ン−スチレン共重合体、ビニルトルエン重合体およびジ
    ビニルベンゼン重合体の配合物であり、充填材は薄片の
    形をしたアルミニウムである請求項１０記載の材料。