JPWO2018147351A1 - 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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Abstract

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複数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と、B成分としての誘電フィラーと、を含有し、前記A成分は、オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンからなる群から選択される1種以上の樹脂を含み、前記オレフィン−酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル由来の構成単位を2質量%以上含む、ことを特徴とする誘電加熱接着フィルム。

Description

本発明は、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に関する。
近年、一般的に接着することが困難な被着体同士を接着する方法として、例えば、所定の樹脂中に発熱材料を配合してなる接着剤を被着体の間に介在させ、誘電加熱処理、誘導加熱処理、超音波溶着処理、又はレーザー溶着処理等を行う方法が提案されている。
例えば、特許文献1、及び特許文献2には、ポリオレフィン系樹脂に、強誘電体と、炭素化合物又は導電物質等とを混合し、誘電正接(tanδ)が0.03以上の接着剤が記載されている。さらに、特許文献1、及び特許文献2には、このような接着剤を複数の被着体の間に介在させ、周波数40MHzの誘電加熱処理によって、複数の被着体を接着させる接着方法が記載されている。
また、例えば、特許文献3には、接着する複数の被着体(母材)に対して、親和性を有する接着剤に、誘電加熱媒体を充填してなる、誘電加熱接着用の接着剤組成物が記載されている。さらに、特許文献3には、誘電加熱接着性の接着層組成物が、比誘電率をε’、誘電正接をtanδとし、接着しようとする母材の合計厚さをd(mm)としたとき、係数Cを78〜85の範囲として、かつ、C×{(tanδ)/ε’}1/2≧dを満たすことが記載されている。
特開2003−238745号公報 特開2003−193009号公報 特開2014−37489号公報
特許文献1、特許文献2、及び特許文献3のそれぞれには、誘電加熱用の接着剤が記載されているものの、高周波の印加時間が長いという課題があった。
本発明の目的は、高周波の印加時間を短縮すること、及び短時間の印加であっても接着強度を向上させることができる誘電加熱接着フィルムを提供すること、並びに当該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である。
本発明の一態様によれば、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複数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と、B成分としての誘電フィラーと、を含有し、前記A成分は、オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンからなる群から選択される1種以上の樹脂を含み、前記オレフィン−酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル由来の構成単位を2質量%以上含む、ことを特徴とする誘電加熱接着フィルムが提供される。
本発明の一態様に係る誘電加熱接着フィルムにおいて、前記オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び前記無水マレイン酸変性ポリオレフィンにおけるオレフィン由来の構成単位は、エチレン、又はプロピレンに由来する構成単位である、ことが好ましい。
本発明の一態様に係る誘電加熱接着フィルムにおいて、前記B成分は、酸化亜鉛、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る、ことが好ましい。
本発明の一態様に係る誘電加熱接着フィルムにおいて、前記B成分としての誘電フィラーのJIS Z 8819−2(2001)に準拠し測定される平均粒子径は、0.1μm以上30μm以下である、ことが好ましい。
本発明の一態様に係る誘電加熱接着フィルムにおいて、前記B成分は、1kHz以上300MHz以下の高周波の印加により発熱する、ことが好ましい。
本発明の一態様によれば、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複数の被着体を接着するための誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法であって、前記誘電加熱接着フィルムは、前述の本発明の一態様に係る誘電加熱接着フィルムであり、前記複数の被着体の間に、前記誘電加熱接着フィルムを挟持する工程と、前記複数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、高周波出力0.01kW以上20kW以下、及び高周波印加時間1秒以上40秒以下の条件で、誘電加熱処理を行う工程と、を含む、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が提供される。
本発明の一態様に係る誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法において、前記誘電加熱処理を行う工程で印加する高周波の周波数が、1kHz以上300MHz以下である、ことが好ましい。
本発明の一態様によれば、高周波の印加時間を短縮すること、並びに短時間の印加であっても接着強度を向上させることができる誘電加熱接着フィルムを提供できる。
誘電加熱装置を用いて実施する誘電加熱処理を説明するための図である。
[第1実施形態]
第1実施形態に係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複数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と、B成分としての誘電フィラーと、を含有し、前記A成分は、オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンからなる群から選択される1種以上の樹脂を含み、前記オレフィン−酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル由来の構成単位を2質量%以上含む、ことを特徴とする誘電加熱接着フィルムである。
以下、第1実施形態における誘電加熱接着フィルムの配合成分、及び形態等につき、具体的に説明する。
〔誘電加熱接着フィルム〕
1.誘電加熱接着フィルムの配合成分
(1)A成分(熱可塑性樹脂)
接着剤成分としてのA成分(熱可塑性樹脂)は、オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンからなる群から選択される1種以上の樹脂を含む。以下、このようなオレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンからなる群から選択される1種以上の樹脂をA1成分と称する場合がある。
・オレフィン−酢酸ビニル共重合体
A1成分としてのオレフィン−酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル由来の構成単位を2質量%以上含む。
A1成分としてのオレフィン−酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル由来の構成単位を4質量%以上含むことが好ましく、5質量%以上含むことがより好ましく、6質量%以上含むことがさらに好ましい。オレフィン−酢酸ビニル共重合体が酢酸ビニル由来の構成単位を2質量%以上含むことで、誘電加熱接着フィルムの接着強度が向上する。
A1成分としてのオレフィン−酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル由来の構成単位を30質量%以下含むことが好ましく、25質量%以下含むことがより好ましく、20質量%以下含むことがさらに好ましく、15質量%以下含むことが特に好ましい。オレフィン−酢酸ビニル共重合体が酢酸ビニル由来の構成単位を30質量%以下含むことで、A1成分としての熱可塑性樹脂のタックが強くなり過ぎることを抑制できる。その結果、誘電加熱接着フィルムの成形加工が困難になるのを防止できる。
・無水マレイン酸変性ポリオレフィン
A1成分としての無水マレイン酸変性ポリオレフィンにおいて、無水マレイン酸による変性率は、0.01質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましく、0.2質量%以上であることがさらに好ましい。また、A1成分において、無水マレイン酸による変性率は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。本明細書において、変性率は、無水マレイン酸変性ポリオレフィンの総質量に対する無水マレイン酸に由来する部分の質量の百分率である。無水マレイン酸変性ポリオレフィンにおいて、無水マレイン酸による変性率が、0.01質量%以上であることで、誘電加熱接着フィルムの接着強度が向上する。また、無水マレイン酸変性ポリオレフィンにおいて、無水マレイン酸による変性率が30質量%以下であることで、A1成分としての熱可塑性樹脂のタックが強くなり過ぎることを抑制できる。その結果、誘電加熱接着フィルムの成形加工が困難になるのを防止できる。
オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンにおけるオレフィン由来の構成単位は、機械的強度に優れ、安定した接着性を得られるという観点から、エチレン、又はプロピレンに由来する構成単位であることが好ましい。
したがって、本実施形態におけるA成分としての熱可塑性樹脂は、エチレン−酢酸ビニル共重合体、プロピレン−酢酸ビニル共重合体、無水マレイン酸変性ポリエチレン、及び無水マレイン酸変性ポリプロピレンからなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。
(融点)
A1成分の融点は、50℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましく、75℃以上であることがさらに好ましい。また、A1成分の融点は、200℃以下であることが好ましく、190℃以下であることがより好ましく、150℃以下であることがさらに好ましい。
すなわち、A1成分が、結晶性樹脂の場合、結晶部分が融解する温度として、示差走査熱量計(Differential scanning calorimetry,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(A1成分に係る樹脂)5mgを、250℃まで昇温した後、−50℃まで20℃/分の降温速度で冷却して結晶化させ、再度、20℃/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。
A1成分の融点が50℃以上であれば、耐熱性が不充分となること、誘電加熱接着フィルムの使用用途が過度に制限されること、並びに機械的強度が著しく低下することを防止できる。
一方、A1成分の融点が、200℃以下であれば、誘電加熱処理における溶着に過度に時間がかかること、並びに接着力が過度に低くなることを防止できる。
(平均分子量)
A1成分に係る樹脂の平均分子量(重量平均分子量)は、通常、5000以上であることが好ましく、1万以上であることがより好ましく、2万以上であることがさらに好ましい。また、A1成分に係る樹脂の平均分子量(重量平均分子量)は、30万以下であることが好ましく、20万以下であることがより好ましく、10万以下であることがさらに好ましい。
A1成分に係る樹脂の重量平均分子量が、5000以上であれば、耐熱性、及び接着力が著しく低下することを防止できる。
A1成分に係る樹脂の重量平均分子量が、30万以下であれば、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ことを防止できる。
A1成分に係る樹脂の重量平均分子量は、例えば、JIS K 7367−3(1999)に準拠して、極限粘度法により測定できる。
(メルトフローレート)
A1成分に係る樹脂のメルトフローレート(Melt flow rate,MFR)は、通常、JIS K 7210−1(2014)に準拠して測定した値が、次のような範囲であることが好ましい。
A1成分に係る樹脂のMFRは、後述の条件下で、0.5g/10min以上が好ましく、1g/10min以上がより好ましく、2g/10min以上がさらに好ましい。また、A1成分に係る樹脂のMFRは、後述の条件下で、30g/10min以下が好ましく、15g/10min以下がより好ましく、10g/10min以下であることがさらに好ましい。
A1成分に係る樹脂のMFRが0.5g/10min以上であれば、流動性が維持でき、膜厚精度が得られやすい。
A1成分に係る樹脂のMFRが30g/10min以下であれば、造膜性が得られやすい。
なお、A1成分に係る樹脂のMFRの値は、JIS K 7210−1(2014)に準拠し、所定の試験温度、2.16kg荷重の条件下で測定できる。
試験温度は、JIS K 7210−1(2014)に準拠する。例えば、オレフィン由来の構成単位がポリエチレンの場合、試験温度は、190℃であり、ポリプロピレンの場合、試験温度は、230℃である。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムの一態様としては、例えば、A成分としての熱可塑性樹脂が、実質的に、A1成分のみからなることも好ましい。なお、実質的にとは、不可避的にA成分としての熱可塑性樹脂に混入してしまうような微量な不純物を除いて、熱可塑性樹脂がA1成分だけからなることを意味する。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムの一態様としては、例えば、A成分としての熱可塑性樹脂が、A1成分とは異なる熱可塑性樹脂をさらに含んでいる誘電加熱接着フィルムが挙げられる。本明細書において、A1成分とは異なる熱可塑性樹脂をA2成分と称する場合がある。
A2成分としての熱可塑性樹脂の種類は、特に制限されない。
例えば、融解し易く、所定の耐熱性を有するという観点等から、A2成分としての熱可塑性樹脂は、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、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、及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種であることが好ましい。ポリエステル系樹脂は、例えば、結晶性ポリエステルであるか、非結晶性ポリエステルであるか、結晶性ポリエステル及び非結晶性ポリエステルの混合物である。
A2成分としてのポリオレフィン系樹脂は、ポリプロピレン樹脂であることが好ましい。ポリプロピレン樹脂であれば、誘電加熱接着フィルムの融点または軟化点の調整が容易であり、安価であり、機械的強度、及び成形性に優れる。なお、通常、ポリプロピレン樹脂の誘電率(ε/1MHz)は、2.2以上2.6以下であり、誘電力率(tanδ/1MHz)は、0.0005以上0.0018以下であり、損失係数は、0.0047程度である。
A2成分としての熱可塑性樹脂の融点、平均分子量、及びMFRは、A1成分と同様の範囲であることが好ましい。
(配合比)
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムが、A1成分、及びA2成分を含む場合、A1成分:A2成分の質量部ベースの配合比は、70:30〜95:5の範囲内であることが好ましい。
質量部ベースの配合比において、A1成分の割合が70以上であれば、A1成分の配合効果を得つつ、A2成分の配合効果も得られ易くなり、適用可能な被着体の種類が増える。
したがって、質量部ベースの配合比において、A1成分の割合が80以上であることがより好ましく、90以上であることがさらに好ましい。
(2)B成分
(種類)
B成分としての誘電フィラーは、1kHz以上300MHz以下の高周波の印加により発熱することが好ましい。さらに、誘電フィラーは、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ることが好ましい。
B成分としての誘電フィラーは、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、アルカリ金属の水和アルミノケイ酸塩等の結晶水を有する無機材料、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材料等の一種単独又は二種以上の組み合わせが好適である。
B成分としての誘電フィラーは、酸化亜鉛、及びチタン酸バリウムからなる群から選択される一種以上の化合物であることが好ましい。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムが、B成分として酸化亜鉛、及びチタン酸バリウムの少なくともいずれかを含んでいることがより好ましい。B成分として酸化亜鉛、及びチタン酸バリウムの少なくともいずれかを用いることで、種類が豊富であること、様々な形状、及びサイズから選択ができること、並びに誘電加熱接着フィルムの接着特性、及び機械特性を用途に合わせて改良できる。
誘電フィラーとしての酸化亜鉛、及びチタン酸バリウムは、接着剤成分であるA成分(例えば、A1成分単独の熱可塑性樹脂、又はA1成分、及びA2成分の混合物)中へ均一に配合し易い。そのため、誘電加熱接着フィルム中の酸化亜鉛、及びチタン酸バリウムの配合量が、比較的、少量であっても、所定の誘電加熱処理において、他の誘電フィラーを配合した誘電加熱接着フィルムと比較して、優れた発熱効果を発揮できる。
したがって、誘電加熱接着フィルムが、B成分として酸化亜鉛、及びチタン酸バリウムの少なくともいずれかを含んでいることで、誘電加熱処理において、優れた溶着性が得られる。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムは、炭素又は炭素を主成分とする炭素化合物(例えば、カーボンブラック等)、及び金属等の導電性物質を含有しないことが好ましい。より具体的には、導電性物質の含有量は、誘電加熱接着フィルムの全体量基準で、5質量%以下であることが好ましく、0質量%であることがより好ましい。誘電加熱接着フィルム中の導電性物質の含有量が5質量%以下であれば、誘電加熱処理した際に電気絶縁破壊して接着部、及び被着体の炭化が生じるという不具合を防止できる。
(含有割合)
B成分は、誘電加熱接着フィルム中に3体積%以上の割合で含有されることが好ましく、5体積%以上の割合で含有されることがより好ましく、13体積%以上の割合で含有されることがさらに好ましい。また、B成分は誘電加熱接着フィルム中に40体積%以下の割合で含有されることが好ましく、35体積%以下の割合で含有されることがより好ましく、25体積%以下の割合で含有されることがさらに好ましい。
B成分の含有割合が、3体積%以上であれば、誘電加熱処理の際に発熱性が乏しくなることを防止できる。その結果、A成分である熱可塑性樹脂の溶融性が過度に低下して強固な接着力が得られないという不具合を防止できる。
B成分の含有割合が、40体積%以下であれば、誘電加熱処理の際に、誘電加熱接着フィルムの流動性が低下したり、高周波を印加した際に電極間で通電したりすることを防止できる。また、B成分の含有割合が、40体積%以下であれば、フィルム製膜性、フレキシブル性、及び靭性の低下を防止できる。
なお、本実施形態に係る誘電加熱接着フィルム中に、A成分、及びB成分が含まれているため、A成分、及びB成分の合計体積に対して、B成分は、3体積%以上の割合で含有されていることが好ましく、5体積%以上の割合で含有されていることがより好ましく、13体積%以上の割合で含有されていることがさらに好ましい。また、B成分は、A成分、及びB成分の合計体積に対して、40体積%以下の割合で含有されていることが好ましく、35体積%以下の割合で含有されていることがより好ましく、25体積%以下の割合で含有されていることがさらに好ましい。
(平均粒子径)
B成分としての誘電フィラーの平均粒子径(メディアン径、D50)は、0.1μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましく、2μm以上であることがさらに好ましく、3μm以上であることがよりさらに好ましい。また、B成分としての誘電フィラーの平均粒子径(メディアン径、D50)は、30μm以下であることが好ましく、25μm以下であることがより好ましく、20μm以下であることがさらに好ましい。B成分の平均粒子径(メディアン径、D50)は、JIS Z 8819−2(2001)に準拠して測定された値である。
B成分の平均粒子径が小さ過ぎると、高周波印加した際の反転運動が低下するため、誘電加熱接着性が過度に低下し、被着体間の強固な接着が困難となる場合がある。
一方、B成分の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。そのため、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り、誘電加熱接着性が向上する。
したがって、B成分としての誘電フィラーの平均粒子径が0.1μm以上であれば、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り過ぎず、分極の度合いが小さくなることを防ぐことができる。
B成分の平均粒子径が大き過ぎると、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、誘電加熱接着性が過度に低下したり、あるいは、被着体間の強固な接着が困難となったりする場合がある。
そのため、B成分の平均粒子径が30μm以下であれば、誘電加熱接着性が過度に低下すること、並びに被着体間の強固な接着が困難となることを防止できる。
B成分としての誘電フィラーが酸化亜鉛である場合、B成分の平均粒子径は、10μm以上20μm以下であることが好ましい。
なお、B成分の平均粒子径は、誘電加熱接着フィルムの厚さよりも小さい値であることが好ましい。
(3)添加剤
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムは、添加剤を含んでいてもよいし、添加剤を含んでいなくてもよい。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムが添加剤を含む場合、添加剤としては、例えば、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、有機充填剤、及び無機充填剤等が挙げられる。添加剤としての有機充填剤、及び無機充填剤は、B成分としての誘電フィラーとは異なる。
粘着付与剤、及び可塑剤は、誘電加熱接着フィルムの溶融特性、及び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、芳香族変性テルペン樹脂の水素化物、テルペンフェノール樹脂、クマロン・インデン樹脂、脂肪族石油樹脂、芳香族石油樹脂、及び芳香族石油樹脂の水素化物が挙げられる。
可塑剤としては、例えば、石油系プロセスオイル、天然油、二塩基酸ジアルキル、及び低分子量液状ポリマーが挙げられる。石油系プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、及び芳香族系プロセルスオイル等が挙げられる。天然油としては、例えば、ひまし油、及びトール油等が挙げられる。二塩基酸ジアルキルとしては、例えば、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、及びアジピン酸ジブチル等が挙げられる。低分子量液状ポリマーとしては、例えば、液状ポリブテン、及び液状ポリイソプレン等が挙げられる。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムが添加剤を含む場合、誘電加熱接着フィルム中の添加剤の含有比率は、通常、誘電加熱接着フィルムの全体量基準で、0.01質量%以上であることが好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましく、0.1質量%以上であることがさらに好ましい。また、誘電加熱接着フィルム中の添加剤の含有比率は、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムは、上述の各成分を予備混合し、押出機、及び熱ロール等の公知の混練装置を用いて混錬し、押出成形、カレンダー成形、インジェクション成形、及びキャスティング成形等の公知の成形方法により製造できる。
2.誘電加熱接着フィルムの形態
(1)厚さ
誘電加熱接着フィルムの厚さは、通常、10μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましく、100μm以上であることがさらに好ましい。また、誘電加熱接着フィルムの厚さは、2,000μm以下であることが好ましく、1,000μm以下であることがより好ましく、600μm以下であることがさらに好ましい。
誘電加熱接着フィルムの厚さが10μm以上であれば、被着体同士の接着力が急激に低下することを防止できる。また、誘電加熱接着フィルムの厚さが10μm以上であれば、被着体の接着面に凹凸がある場合、誘電加熱接着フィルムが当該凹凸に追従可能になり、接着強度が発現し易くなる。
誘電加熱接着フィルムの厚さが2,000μm以下であれば、長尺物として、ロール状に巻いたり、ロール・ツー・ロール方式に適用したりすることもできる。また、抜き加工などの次工程で誘電加熱接着フィルムの取り扱いが容易となる。また、誘電加熱接着フィルムの厚さが増すほど接着構造体全体の重量も増加するため、使用上問題の生じない範囲の厚さであることが好ましい。
(2)誘電特性(tanδ/ε’)
誘電加熱接着フィルムの誘電特性としての誘電正接(tanδ)、及び誘電率(ε’)は、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。
誘電加熱接着フィルムの誘電特性(tanδ/ε’)は、0.005以上であることが好ましく、0.008以上であることがより好ましく、0.01以上であ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(tanδ/ε’)は、0.05以下であることが好ましく、0.03以下であることがより好ましい。誘電特性(tanδ/ε’)は、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、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率(ε’)で除した値である。
誘電加熱接着フィルムの誘電特性が、0.005以上であれば、誘電加熱処理をした際に、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という不具合を防止できる。
但し、誘電加熱接着フィルムの誘電特性が、過度に大きくなると、被着体の損傷が起きやすくなる。
なお、誘電加熱接着フィルムの誘電特性の測定方法の詳細は、次の通りである。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’)の値を算出する。
(3)メルトフローレート
誘電加熱接着フィルムのメルトフローレート(Melt flow rate,MFR)は、通常、JIS K 7210−1(2014)に準拠して測定した値が、次のような範囲であることが好ましい。
誘電加熱接着フィルムのMFRは、後述の条件下で、0.5g/10min以上が好ましく、1g/10min以上がより好ましく、2g/10min以上がさらに好ましい。また、誘電加熱接着フィルムのMFRは、後述の条件下で、30g/10min以下が好ましく、15g/10min以下がより好ましく、10g/10min以下であることがさらに好ましい。
誘電加熱接着フィルムのMFRが0.5g/10min以上であれば、流動性が維持でき、膜厚精度が得られやすい。
誘電加熱接着フィルムのMFRが30g/10min以下であれば、造膜性が得られやすい。
なお、誘電加熱接着フィルムのMFRの値は、JIS K 7210−1(2014)に準拠し、所定の試験温度、2.16kg荷重の条件下で測定できる。
試験温度は、JIS K 7210−1(2014)に準拠する。例えば、オレフィン由来の構成単位がポリエチレンの場合は190℃であり、ポリプロピレンの場合は、230℃である。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムによれば、高周波の印加時間を短縮すること、並びに短時間の印加であっても接着強度を向上させることができる。
また、本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムによれば、被着体がポリオレフィン系樹脂製の被着体であっても、良好な接着性を示す。さらには、今後、普及の拡大が予想される繊維強化プラスチック(FRP)、ABS樹脂、及びPC樹脂等の高機能熱可塑性樹脂製の各種の被着体に対しても、本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムは、適用可能である。よって、本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムは、軽量化が進む航空機、及び自動車分野における繊維強化プラスチック(FRP)材料等の接着技術、並びに小型化、及び複雑構造化の進む電子機器、及び医療用機器の分野における接着技術において活用できる。
また、本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムによれば、誘電加熱接着フィルムの厚さなどを適宜制御できる。そのため、本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムをロール・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、及び形状に合わせて、誘電加熱接着フィルムを任意の面積、及び形状に加工できる。そのため、本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムは、製造工程の観点からも、利点が大きい。
[第2実施形態]
第2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被着体同士を接着するための誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法である。
本実施形態に係る接着方法は、誘電加熱接着フィルムが、A成分としての熱可塑性樹脂と、B成分としての誘電フィラーと、を含有し、A成分は、オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンからなる群から選択される1種以上の樹脂であり、オレフィン−酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル由来の構成単位を2質量%以上含み、かつ、下記工程(1)および(2)を含む。
(1)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
(2)複数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0.01kW以上20kW以下、及び高周波印加時間1秒以上40秒未満の条件で、誘電加熱処理を行う工程
本実施形態に係る接着方法においては、第1実施形態に記載の様々な態様の誘電加熱接着フィルムを使用できる。
以下、第2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実施形態と異なる点を中心に説明する。
1.工程(1)
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る。具体的には、工程(1)は、同一材料、又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は、粘着部を有していてもよい。粘着部を有することで、誘電加熱接着フィルムを複数の被着体の間に挟持する際に、位置ずれを防止して、正確な位置に配置できる。粘着部は、誘電加熱接着フィルムの一方の面に設けてもよいし、両面に設けてもよい。また、粘着部は、誘電加熱接着フィルムの面に対して、全面に設けられていても良いし、部分的に設けられていてもよい。
また、誘電加熱接着フィルムは、その一部に、仮固定用の孔、及び突起等が設けられていてもよい。仮固定用の孔、及び突起等を有することで、誘電加熱接着フィルムを複数の被着体の間に挟持する際に、位置ずれを防止して、正確な位置に配置できる。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムの接着方法に使用される被着体の材質は、特に制限されない。被着体の材質は、有機材料、及び無機材料(金属材料等を含む。)のいずれの材料でもよく、有機材料と無機材料との複合材料であってもよい。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムの接着方法に使用される被着体の数は、複数であれば、特に制限されない。本実施形態に係る接着方法は、例えば、一対の被着体、すなわち2つの被着体(第1被着体、及び第2被着体)を接着させることができる。また、本実施形態に係る接着方法は、3つ以上の被着体を接着させることもできる。例えば、3つの被着体(第1被着体、第2被着体、及び第3被着体)を接着させる場合、第1被着体に対向させて、第2被着体、及び第3被着体を並べて配置し、第1被着体と第2被着体との間に第1誘電加熱接着フィルムを挟持し、第1被着体と第3被着体との間に第2誘電加熱接着フィルムを挟持してもよい。または、一つの誘電加熱接着フィルムを第2被着体及び第3被着体に亘って配置して、第1被着体と、第2被着体及び第3被着体との間で、当該一つの誘電加熱接着フィルムを挟持してもよい。また、複数の被着体を接着する場合としては、例えば、一つの被着体を折り曲げて接着する場合も含まれる。この場合、当該被着体の第1の部分と、当該第1の部分とは異なり、当該第1の部分に重ねられる第2の部分と、が複数の被着体に相当する。
本実施形態に係る接着方法において、複数の被着体を用いる場合、複数の被着体は、互いに同じ材質であるか、又は異なる材質である。
有機材料としては、例えば、プラスチック材料、及びゴム材料が挙げられる。プラスチック材としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂(ABS樹脂)、ポリカーボネート樹脂(PC樹脂)、ポリアミド樹脂(ナイロン6、及びナイロン66等)、ポリエステル樹脂(ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT樹脂)等)、ポリアセタール樹脂(POM樹脂)、ポリメチルメタクリレート樹脂、及びポリスチレン樹脂等が挙げられる。ゴム材料としては、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、エチレンプロピレンゴム(EPR)、及びシリコーンゴム等が挙げられる。被着体は、有機材料の発泡材であってもよい。
無機材料としては、ガラス材料、セメント材料、セラミック材料、及び金属材料等が挙げられる。さらには、無機材料としては、ガラス繊維と上述したプラスチック材料との複合材料である繊維強化樹脂(Fiber Reinforced Plastics,FRP)であることも好ましい。
特に、被着体の材質がポリプロピレン、及びポリエチレン等の場合、被着体の表面が低極性であるため、被着体は難接着性である。本実施形態に係る誘電加熱接着方法によれば、被着体の材質が、ポリプロピレン、及びポリエチレン等であっても、強固な接着力を得ることができる。
2.工程(2)
工程(2)は、図1に示すように、被着体の間に挟持した、誘電加熱接着フィルムに対して、誘電加熱接着装置を用いて、例えば、高周波出力0.01kW以上20kW以下、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、及びその誘電加熱処理の条件について、説明する。
(1)誘電加熱接着装置
図1には、誘電加熱接着装置10の概略図が示されている。
誘電加熱接着装置10は、第1高周波印加電極16と、第2高周波印加電極18と、高周波電源20と、を備えている。
第1高周波印加電極16と、第2高周波印加電極18とは、互いに対向配置されている。第1高周波印加電極16、及び第2高周波印加電極18は、プレス機構を有し、第1被着体12、及び第2被着体14、並びに誘電加熱接着フィルム13を電極間で加圧処理できる。
第1高周波印加電極16、及び第2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が備えられている。
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。さらに、誘電加熱接着装置10は、第1高周波印加電極16、及び第2高周波印加電極18による加圧処理によって、第1被着体12と第2被着体14とを接着する。
第1高周波印加電極16、及び第2高周波印加電極18の間に、高周波電界を印加すると、第1被着体12、及び第2被着体14の重ね合わせ部分において、誘電加熱接着フィルム13における接着剤成分中に均一分散された誘電フィラー(図示せず)が、高周波エネルギーを吸収する。
そして、B成分としての誘電フィラーは、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13のA成分としての熱可塑性樹脂成分を溶融させ、短時間処理であっても、最終的には、第1被着体12と第2被着体14とを強固に接着できる。
したがって、図1に示すように、プレス装置としても兼用する、第1高周波印加電極16、及び第2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と第2被着体14とを強固に接着できる。
(2)誘電加熱接着条件
誘電加熱接着条件は、適宜変更できるが、通常、高周波出力は、0.01kW以上であることが好ましく、0.05kW以上であることがより好ましく、0.1kW以上であることがさらに好ましい。また、高周波出力は、20kW以下であることが好ましく、15kW以下であることがより好ましく、10kW以下であることがさらに好ましい。
高周波の印加時間は、1秒以上であることが好ましい。また、高周波の印加時間は、40秒未満であることが好ましく、20秒以下であることがより好ましく、10秒以下であることがさらに好ましい。
さらに、高周波の周波数は、1kHz以上であることが好ましく、1MHz以上であることがより好ましく、5MHz以上であることがさらに好ましく、10MHz以上であることがよりさらに好ましい。また、高周波の周波数は、300MHz以下であることが好ましく、100MHz以下であることがより好ましく、80MHz以下であることがさらに好ましく、50MHz以下であることがよりさらに好ましい。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、又は40.68MHzが、本実施形態の誘電加熱接着方法にも利用される。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法によれば、高周波の印加時間を短縮すること、並びに短時間の印加であっても接着強度を向上させることができる。
本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法によれば、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。そのため、被着体が、大型で且つ複雑な立体構造体、又は厚さが大きく且つ複雑な立体構造等であり、さらに高い寸法精度を求められる場合でも、本実施形態に係る誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法は、そのような被着体同士を接着する方法として、大変有効である。
[実施形態の変形]
本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、及び改良等は、本発明に含まれる。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。本発明はこれら実施例に何ら限定されない。
[誘電加熱接着フィルムの作製]
[実施例1]
A成分としてエチレン−酢酸ビニル共重合体(東ソー株式会社製、ウルトラセン510、融点:101℃、表1中、A1−1と記載する。)80.0体積%と、B成分として酸化亜鉛(堺化学工業株式会社製、LPZINC11,平均粒子径:11μm、表1中、B−1と記載する。)20.0体積%と、をそれぞれ容器内に秤量した。表1に各成分の配合割合を示す。表1において各成分の配合割合は、体積%で表示した値である。
秤量したA成分、及びB成分を容器内で予備混合した。各成分を予備混合した後、30mmΦ二軸押出機のホッパーに供給し、シリンダー設定温度を180℃以上200℃以下、ダイス温度を200℃に設定し、溶融混練した。その後、水冷により冷却し、ペレタイザーにて粒状のペレットを得た。
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、フィルム状溶融混練物を押出し、冷却ロールにて冷却させることにより、厚さ400μmの誘電加熱接着フィルムを作製した。
[実施例2]
実施例2においては、A成分の種類を、エチレン−酢酸ビニル共重合体(三井・デュポンポリケミカル株式会社製、エバフレックスEV560、融点:88.8℃、表1中、A1−2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製した。
[実施例3]
実施例3においては、A成分の種類を、エチレン−酢酸ビニル共重合体(三井・デュポンポリケミカル株式会社製、エバフレックスEV260、融点:69.4℃、表1中、A1−3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製した。
[実施例4]
実施例4においては、A成分としての(A1−2)エチレン−酢酸ビニル共重合体の割合を95.0体積%とし、B成分としての(B−1)酸化亜鉛の割合を5.0体積%としたこと以外は、実施例2と同様に、誘電加熱接着フィルムを作製した。
[実施例5]
実施例5においては、A成分としての(A1−2)エチレン−酢酸ビニル共重合体の割合を70.0体積%とし、B成分としての(B−1)酸化亜鉛の割合を30.0体積%としたこと以外は、実施例2と同様に、誘電加熱接着フィルムを作製した。
[実施例6]
実施例6においては、B成分の種類をチタン酸バリウム(堺化学工業株式会社製、BT02,平均粒子径:0.2μm、表1中、B−2と記載する)に変更した以外は、実施例2と同様に、誘電加熱接着フィルムを作製した。
[実施例7]
実施例7においては、A成分の種類を、無水マレイン酸変性ポリエチレン(三菱ケミカル株式会社製、モディックM545、融点:104℃、表1中、A1−4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製した。
[実施例8]
実施例8においては、A成分の種類を、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(三菱ケミカル株式会社製、モディックP565、融点:108℃、表1中、A1−5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製した。
[比較例1]
比較例1においては、A成分の種類を、低密度ポリエチレン(住友化学株式会社製、スミカセンL705、表1中、A2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製した。
[比較例2]
比較例2においては、A成分としての(A1−1)エチレン−酢酸ビニル共重合体の割合を100体積%とし、B成分を配合しなかったこと以外は、実施例1と同様に、誘電加熱接着フィルムを作製した。
[接着に必要な印加時間]
作製した誘電加熱接着フィルムを、25mm×12.5mmの大きさに切断した。切断した誘電加熱接着フィルムを、一対の被着体としてのガラス繊維強化ポリプロピレン板(25mm×100mm×1.5mm)の間に挟んだ後に、高周波誘電加熱装置(山本ビニター株式会社製、YRP−400t−A)の電極間に固定した状態で、周波数40MHz、出力0.2kWの条件下で、高周波をそれぞれ2、3、4、5、6、7、8、9、及び10秒印加し、評価用サンプルを作製した。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、作製した試験片を、破断するまで引張り、破断面を目視にて確認した。材料破壊または凝集破壊が生じた高周波の印加時間(秒数)を表1に記載した。材料破壊または凝集破壊が生ずる印加時間が10秒以下である場合、合格とする。表1中、「>10」と表示されている場合、10秒印加しても材料破壊または凝集破壊が生じなかったことを意味する。
[印加時間10秒後の接着強度]
作製した誘電加熱接着フィルムを、25mm×12.5mmの大きさに切断した。切断した誘電加熱接着フィルムを、一対の被着体としてのガラス繊維強化ポリプロピレン板(25mm×100mm×1.5mm)の間に挟んだ後に、高周波誘電加熱装置(山本ビニター株式会社製、YRP−400t−A)の電極間に固定した状態で、周波数40MHz、出力0.2kWの条件下で、高周波を10秒印加した。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、高周波接着性の評価で作製した試験片について、引張せん断力を測定した。接着強度が4MPa以上である場合を合格とした。引張せん断力の測定は、JIS K6850(1999)に準拠した。
[メルトフローレート]
MFRの値は、JIS K 7210−1(2014)に準拠し、試験温度が190℃又は230℃であり、荷重が2.16kgである条件下で測定した。
[誘電フィラー粒径(平均粒子径)]
JIS Z 8819−2(2001)に準拠して測定した。
[誘電特性]
作製した誘電加熱接着フィルムを、30mm×30mmの大きさに切断した。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)をそれぞれ測定した。測定結果に基づき、誘電特性(tanδ/ε’)の値を算出した。
Figure 2018147351
表1に示すように、実施例1〜8に係る誘電加熱接着フィルムは、所定の極性部位を有する熱可塑性樹脂(A1成分)、及び誘電フィラー(B成分)と、を含有するため、接着に必要な印加時間、および接着強度の評価項目において合格であった。
一方、比較例1に係る誘電加熱接着フィルムは、熱可塑性樹脂が、低密度ポリエチレンであり、所定の極性部位を有さないため、接着強度の評価項目において不合格であった。比較例2に係る誘電加熱接着フィルムは、熱可塑性樹脂がエチレン−酢酸ビニル共重合体であるものの、誘電フィラー(B成分)を含有しないため、接着に必要な印加時間、および接着強度の評価項目において不合格であった。
このように、所定の極性部位を有する熱可塑性樹脂(A1成分)、及び誘電フィラー(B成分)と、を含有する誘電加熱接着フィルムであれば、同一材料若しくは異なる材料からなる複数の被着体を誘電加熱処理によって接着するための部材として、有用であることが分かった。
10:誘電加熱接着装置
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高周波印加電極(プレス装置兼用)
18:第2高周波印加電極(プレス装置兼用)
20:高周波電源

Claims (7)

  1. 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複数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と、
    B成分としての誘電フィラーと、を含有し、
    前記A成分は、オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び無水マレイン酸変性ポリオレフィンからなる群から選択される1種以上の樹脂を含み、
    前記オレフィン−酢酸ビニル共重合体は、酢酸ビニル由来の構成単位を2質量%以上含む、
    ことを特徴とする誘電加熱接着フィルム。
  2. 請求項1に記載の誘電加熱接着フィルムにおいて、
    前記オレフィン−酢酸ビニル共重合体、及び前記無水マレイン酸変性ポリオレフィンにおけるオレフィン由来の構成単位は、エチレン、又はプロピレンに由来する構成単位である、
    ことを特徴とする誘電加熱接着フィルム。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の誘電加熱接着フィルムにおいて、
    前記B成分は、酸化亜鉛、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る、
    ことを特徴とする誘電加熱接着フィルム。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の誘電加熱接着フィルムにおいて、
    前記B成分としての誘電フィラーのJIS Z 8819−2(2001)に準拠し測定される平均粒子径は、0.1μm以上30μm以下である、
    ことを特徴とする誘電加熱接着フィルム。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の誘電加熱接着フィルムにおいて、
    前記B成分は、1kHz以上300MHz以下の高周波の印加により発熱する、
    ことを特徴とする誘電加熱接着フィルム。
  6. 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複数の被着体を接着するための誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法であって、
    前記誘電加熱接着フィルムは、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の誘電加熱接着フィルムであり、
    前記複数の被着体の間に、前記誘電加熱接着フィルムを挟持する工程と、
    前記複数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、高周波出力0.01kW以上20kW以下、及び高周波印加時間1秒以上40秒以下の条件で、誘電加熱処理を行う工程と、を含む、
    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。
  7. 請求項6に記載の誘電加熱接着フィルムを用いた接着方法において、
    前記誘電加熱処理を行う工程で印加する高周波の周波数が、1kHz以上300MHz以下である、
    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。
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