WO2019088063A1

WO2019088063A1 - 電磁波遮蔽吸収性成形体

Info

Publication number: WO2019088063A1
Application number: PCT/JP2018/040244
Authority: WO
Inventors: 上田隆史; 片野博友; 片山弘
Original assignee: ダイセルポリマー株式会社
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2019-05-09
Also published as: TW201922890A; TWI783071B

Abstract

特定周波数の電磁波の遮蔽性と吸収性が優れている電磁波遮蔽吸収性成形体の提供。ステンレス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる電磁波遮蔽吸収性成形体であって、前記成形体中の前記ステンレス繊維の含有割合が０．５～２０質量％であり、前記電磁波遮蔽吸収性成形体が、厚みが０．５ｍｍ～５ｍｍで、５９GHz～１００GHzの周波数領域のいずれかの周波数における電磁波の遮蔽性が１０dB以上であり、前記周波数の電磁波の吸収性が２５％以上のものである、電磁波遮蔽吸収性成形体。

Description

電磁波遮蔽吸収性成形体

　本発明は、特定波長の電磁波に対する遮蔽性と吸収性の高い電磁波遮蔽吸収性成形体に関する。

背景技術
　車両の自動運転や衝突防止を目的とするミリ波レーダー装置が知られている。ミリ波レーダー装置は、自動車の前方中央、両側方、後方両側方など各部に取り付けられ、電波を送受信するアンテナが組み込まれた高周波モジュール、該電波を制御する制御回路、アンテナおよび制御回路を収納するハウジング、アンテナの電波の送受信を覆うレドームを備えている（特開２００７－７４６６２号公報の背景技術）。このように構成されたミリ波レーダー装置は、アンテナからミリ波を送受信して、障害物との相対距離や相対速度などを検出することができる。アンテナは、目的とする障害物以外の路面などに反射したものも受信することがあるため、装置の検出精度が低下するおそれがある。このような問題を解決するため、特開２００７－７４６６２号公報のミリ波レーダー装置では、アンテナと制御回路との間に電波を遮蔽する遮蔽部材を設けている。

　特開２００７－７４６６２号公報の発明の課題を解決するものとして、繊維長３～３０ｍｍの炭素長繊維を含む熱可塑性樹脂組成物と、それから得られるミリ波の遮蔽性能を有している成形体の発明が提案されている（特開２０１５－７２１６号公報）。その他、平均長さ０．５～１５ｍｍの炭素繊維を含む熱可塑性樹脂成形品の電磁波シールド性が良いという発明が提案されている（特許第６１２３５０２号公報）。

発明の概要
　本発明は、特定周波数の電磁波の遮蔽性と吸収性が優れている電磁波遮蔽吸収性成形体を提供することを課題とする。

　本発明は、ステンレス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる電磁波遮蔽吸収性成形体であって、
　前記成形体中の前記ステンレス繊維の含有割合が０．５～２０質量％であり、
　前記電磁波遮蔽吸収性成形体が、厚みが０．５ｍｍ～５ｍｍで、５９GHz～１００GHzの周波数領域のいずれかの周波数における電磁波の遮蔽性が１０dB以上であり、前記周波数の電磁波の吸収性が２５％以上のものである、電磁波遮蔽吸収性成形体を提供する。

　本発明の電磁波遮蔽性は、電磁波の吸収性および反射性の両方を合わせた性能である。

　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、ステンレス繊維を使用することで、５９GHz～１００GHzの周波数の電磁波に対する遮蔽性と吸収性の両方を高くすることができる。

実施例で使用した電磁波遮蔽性の測定装置の概略図。

発明を実施するための形態
　＜ステンレス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物＞
　本発明で使用する熱可塑性樹脂組成物は、ステンレス繊維を含んでいるものであるが、ステンレス繊維は、ステンレス繊維をそのまま使用することができるほか、ステンレス繊維と熱可塑性樹脂からなるマスターバッチの形態で使用することもできる。

　ステンレス繊維の外径は５～２０μmが好ましい。ステンレス繊維の材質としては、SUS３０２、SUS３０４、SUS３１６などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

　熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体およびそれらの変性物、スチレン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、並びにポリカーボネートから選ばれる１または２以上を使用することができき、ポリプロピレン、並びにプロピレン単位を含む共重合体およびそれらの変性物から選ばれる１または２以上が好ましく、ポリプロピレンがより好ましい。

　スチレン系樹脂は、ポリスチレン、スチレン単位を含む共重合体（ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＭＡＳ樹脂など）を使用することができる。

　ステンレス繊維と熱可塑性樹脂を含むマスターバッチの形態で使用するときは、ステンレス繊維が長さ方向に揃えた束ねられたものに熱可塑性樹脂が付着されて一体化された、長さ１～３０ｍｍの熱可塑性樹脂付着ステンレス繊維束（熱可塑性樹脂付着繊維束）の形態で使用することができる。

　熱可塑性樹脂付着繊維束は、熱可塑性樹脂の付着状態によって次の３つの形態のものを含むものである。
　（I）ステンレス繊維束の中心部まで樹脂が浸透され（含浸され）、繊維束を構成する中心部の繊維間にまで樹脂が入り込んだ状態のもの（以下「熱可塑性樹脂含浸繊維束」という）。
　（II）ステンレス繊維束の表面のみが樹脂で覆われた状態のもの（以下「熱可塑性樹脂表面被覆繊維束」という）。
　（III）それらの中間のもの（ステンレス繊維束の表面が樹脂で覆われ、表面近傍のみに樹脂が含浸され、中心部にまで樹脂が入り込んでいないもの）（以下「熱可塑性樹脂一部含浸繊維束」という）。

　本発明で使用する熱可塑性樹脂付着繊維束は、熱可塑性樹脂含浸繊維束と熱可塑性樹脂表面被覆繊維束が好ましく、熱可塑性樹脂含浸繊維束がより好ましい。（I）～（III）の形態の樹脂付着繊維束は、特開２０１３－１０７９７９号公報に記載されている方法により製造することができる。

　熱可塑性樹脂付着繊維束は、外径が好ましくは１．５～６．０ｍｍ、より好ましくは１．８～５．０ｍｍ、さらに好ましくは２．０～４．０ｍｍであり、長さが好ましくは１～３０ｍｍ、より好ましくは１～２０ｍｍ、さらに好ましくは３～１５ｍｍである。

　熱可塑性樹脂付着繊維束中のステンレス繊維の含有割合は、好ましくは２０～８０質量％、より好ましくは２０～６０質量％、さらに好ましくは２０～５０質量％である。

　熱可塑性樹脂付着繊維束は、前記付着繊維束中のステンレス繊維本数が、好ましくは１０００～１００００本、より好ましくは２０００～８０００本、さらに好ましくは３０００～７０００本である。熱可塑性樹脂付着繊維束は、幅方向の断面形状が円形またはそれに類似する形状であるものが好ましいが、楕円形またはそれに類似する形状や多角形またはそれに類似する形状のようなものでもよい。

　本発明で使用する熱可塑性樹脂組成物は、ステンレス繊維と熱可塑性樹脂からなるマスターバッチ（熱可塑性樹脂付着繊維束）単独でもよいし、前記マスターバッチと熱可塑性樹脂からなるものでもよい。

　本発明で使用する熱可塑性樹脂組成物は、課題を解決できる範囲内で公知の樹脂添加剤を含有することができる。公知の樹脂添加剤としては、熱、光、紫外線などに対する安定剤、滑剤、核剤、可塑剤、公知の無機および有機充填材（但し、炭素繊維とカーボンブラックは除く）、帯電防止剤、離型剤、難燃剤、軟化剤、分散剤、酸化防止剤などを挙げることができる。前記組成物（前記電磁波遮蔽吸収性成形体）中の上記公知の樹脂添加剤の合計含有割合は、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下がさらに好ましい。

　本発明で使用する熱可塑性樹脂組成物（電磁波遮蔽吸収性成形体）中のステンレス繊維の含有割合は、０．５～２０質量％であり、好ましくは１～１５質量％であり、より好ましくは１～１２質量％であり、さらに好ましくは２～１０質量％である。

　本発明で使用する熱可塑性樹脂組成物（電磁波遮蔽吸収性成形体）が、ステンレス繊維と熱可塑性樹脂からなるマスターバッチ（熱可塑性樹脂付着繊維束）と熱可塑性樹脂からなるものである場合、本発明で使用する熱可塑性樹脂組成物（電磁波遮蔽吸収性成形体）中のマスターバッチ（熱可塑性樹脂付着繊維束）の含有割合は、ステンレス繊維の分散性の観点から、好ましくは１～６０質量％であり、より好ましくは１～５０質量％であり、さらに好ましくは１～４０質量％である。

　＜電磁波遮蔽吸収性成形体＞
　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、射出成形などの公知の樹脂成形法を適用して上記の熱可塑性樹脂組成物を成形して得られるものである。本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体の大きさや形状は、下記厚みを満たす範囲内で用途に応じて適宜調整することができる。

　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体中のステンレス繊維の長さは１～３０ｍｍが好ましく、１～２０ｍｍがより好ましく、３～１５ｍｍがさらに好ましく、５～１０ｍｍがよりさらに好ましい。なお、ステンレス繊維は成形過程で折れにくいため、組成物中のステンレス繊維の長さと電磁波遮蔽吸収性成形体中のステンレス繊維の長さはおおよそ同一になる。

　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、厚みが０．５ｍｍ～５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ～５ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ～４ｍｍのものである。厚みは実施例に記載の方法により測定されるものである。

　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、５９GHz～１００GHzの周波数領域のいずれかの周波数における電磁波の遮蔽性を１０dB以上、好ましくは２０dB以上、より好ましくは３０dB以上、さらに好ましくは４０dB以上にすることができる。前記遮蔽性は、７６GHz～１００GHzの周波数領域全体の遮蔽性であることが好ましい。

　また本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、５９GHz～１００GHzの周波数領域のいずれかの周波数における電磁波の吸収性を２５％以上、好ましくは３０％以上にすることができる。前記吸収性は、７６GHz～１００GHzの周波数領域全体の吸収性であることが好ましい。

　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、ステンレス繊維の含有割合（Ｒ）と厚み（Ｔ）を調整することで電磁波遮蔽性と電磁波吸収性を調整することができる。

　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体（組成物）中の炭素繊維の含有割合（Ｒ）と成形体の厚み（Ｔ）との積（Ｒ・Ｔ）の範囲が好ましくは０．５～６未満であるときは、周波数７０GHz～１００GHzの範囲全体における電磁波遮蔽性を１０dB以上にすることができ、電磁波吸収性を４０％以上にすることができる。

　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体（組成物）中の炭素繊維の含有割合（Ｒ）と成形体の厚み（Ｔ）との積（Ｒ・Ｔ）の範囲が６以上、好ましくは６～７０であるときは、周波数７０GHz～１００GHzの範囲全体における電磁波遮蔽性を５０dB以上にすることができ、電磁波吸収性を２０％以上にすることができる。

実施例
　製造例１
　ステンレス繊維（直径１１～１２μｍ、約７０００本集束）からなる繊維束を、予備加熱装置による１５０℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、２軸押出機（シリンダー温度３００℃）から溶融状態のポリプロピレン（サンアロマーPMB60A［サンアロマー社製ブロックPP］とモディックP908［三菱化学社製酸変性PP］の９７：３（重量比）混合物）を供給し、繊維束にポリプロピレンを含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより所定長さに切断し、長さ７ｍｍのペレット（円柱状成形体）を得た。ステンレス繊維長さは前記ペレット長さと同一となる。このようにして得たペレットは、ステンレス繊維が長さ方向にほぼ平行になっていた。

　実施例と比較例
　PP１（製造例１で得たステンレス繊維５０質量％含有ペレット）と、PP２（ＰＭＢ６０Ａ，サンアロマー社製）の各ペレットをドライブレンドし、射出成形機（α-１５０iA；ファナック（株）製）により、成形温度２３０℃、金型温度５０℃で成形して、本発明の平板状の電磁波遮蔽吸収性成形体（150×150mm）を得た。得られた電磁波遮蔽吸収性成形体を使用して、表１に示す各測定を実施した。

　（１）厚み（ｍｍ）
　平板状の電磁波遮蔽吸収性成形体（150×150mm）の中心部分（対角線の交わる部分）の厚さを測定した。

　（２）電磁波遮蔽性と電磁波吸収性
　図１に示す測定装置（ネットワークアナライザ）を使用した。
　水平方向に対向させた１対のアンテナ（コルゲートホーンアンテナ）１１、１２の間に測定対象となる成形体１０（縦150ｍｍ、横150ｍｍ、表に示す厚み）を保持した。アンテナ１２と成形体１０の間隔は０ｍｍ、成形体１０とアンテナ１１との間隔は０ｍｍである。この状態にて、下側のアンテナ１２から電磁波（６５～１１０ＧＨｚ）を放射して、測定対象となる成形体１０を透過した電磁波を上側のアンテナ１１で受信して、下記式１、式２から電磁波遮蔽性（放射波の透過阻害性）を求め、下記式３～６から電磁波吸収性を求めた。

　電磁波遮蔽性（ｄＢ）＝２０ｌｏｇ（１／｜Ｓ₂₁｜）　（式１）
　Ｓ₂₁＝（透過電界強度）／（入射電界強度）　　（式２）
　式１のＳ₂₁は、透過電界強度と入射電界強度の比を表すＳパラメータ（式２）で、ネットワークアナライザ２０により測定できる。
　式１では、電磁波遮蔽性（ｄＢ）を正の値で表すため、Ｓパラメータの逆数の対数をとった。図１の測定装置では、０～約１００ｄＢの範囲が測定可能である。電磁波シールド性が８０ｄＢを超える場合は表１において「＞８０（ｄＢ）」と表記した。

　Ｓ₁₁＝（反射電界強度）／（入射電界強度）　　（式３）
　式３のＳ₁₁は、反射電界強度と入射電界強度の比を表すＳパラメータで、Ｓ₂₁と同じく、ネットワークアナライザにより測定できる。
　吸収率は、電力基準として、下記式のように百分率で表記した。吸収率を電磁波吸収性として表１に示した。
　透過率（％）＝Ｓ₂₁ ²×１００　　（式４）
　反射率（％）＝Ｓ₁₁ ²×１００　　（式５）
　吸収率（％）＝１００－透過率－反射率　　（式６）

　表１の実施例と比較例の対比から明らかなとおり、ステンレス繊維を所定量含有することで、７０GHz～１００GHzの周波数範囲における電磁波の遮蔽性と７６GHz～１００GHzの周波数範囲における電磁波の吸収性の両方が優れていた。また電磁波の遮蔽性はステンレス含有割合が多い方が良かったが、電磁波の吸収性はステンレス含有割合が少ない方が良かった。

産業上の利用可能性
　本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、車両の自動運転や衝突防止を目的として車両に搭載するミリ波レーダー装置用、例えば、ミリ波レーダーの送受信アンテナ制御回路との間に電波を遮蔽する遮蔽部材（送受信アンテナ用保護部材）、ミリ波レーダー装置のハウジング、ミリ波レーダー装置の取付け用部材などのほか、車両用または車両以外の電気・電子機器のハウジングなどに使用することができる。また本発明の電磁波遮蔽吸収性成形体は、無線ＬＡＮや広帯域無線アクセスシステム、通信衛星、簡易無線、車載レーダ、位置認識システムなどの保護部材として使用することができ、さらに具体的には、基地局アンテナ、ＲＲＨ（無線送受信装置）、ＢＢＵ（べースバンド装置）、基地向けＧａＮパワーアンプ、光トランシーバーなどの電波を遮蔽する保護部材として使用することができる。

Claims

　ステンレス繊維を含む熱可塑性樹脂組成物からなる電磁波遮蔽吸収性成形体であって、
　前記成形体中の前記ステンレス繊維の含有割合が０．５～２０質量％であり、
　前記電磁波遮蔽吸収性成形体が、厚みが０．５ｍｍ～５ｍｍで、５９GHz～１００GHzの周波数領域のいずれかの周波数における電磁波の遮蔽性が１０dB以上であり、前記周波数の電磁波の吸収性が２５％以上のものである、電磁波遮蔽吸収性成形体。
　前記熱可塑性樹脂組成物に含まれるステンレス繊維の繊維長が１～３０ｍｍである、請求項１記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
　前記熱可塑性樹脂組成物が、ステンレス繊維が長さ方向に揃えた束ねられたものに熱可塑性樹脂が付着されて一体化された、ステンレス繊維の含有割合が２０～８０質量％である、長さ１～３０ｍｍの熱可塑性樹脂付着繊維束を含んでいるものである、請求項１または２記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
　前記電磁波遮蔽吸収性成形体中の炭素繊維の含有割合（Ｒ）と前記電磁波遮蔽吸収性成形体の厚み（Ｔ）との積（Ｒ・Ｔ）の範囲が０．５～６未満または６以上であることにより電磁波遮蔽性と電磁波吸収性を調整されているものである、請求項１～３のいずれか１項記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
　前記電磁波遮蔽吸収性成形体の遮蔽性と吸収性が周波数７６GHz～１００GHz全体のものである、請求項１～４のいずれか１項記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
　前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体およびそれらの変性物、スチレン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、並びにポリカーボネートから選ばれる１または２以上のものである、請求項１～５のいずれか１項記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。
　送受信アンテナ用保護部材である、請求項１～６のいずれか１項記載の電磁波遮蔽吸収性成形体。