電磁波吸収材およびその製造方法
無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体における繊維および繊維間隔を利用して電磁波損失材料を担持させた電磁波吸収材であって、電磁波入射表面は、その凹凸形状の高低差が入射する電磁波の波長に対して２分の１以下であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、例えば、電波暗室やオフィスビルなどの建築材料や、パラボラアンテナの干渉防止、自動車部品、もしくは、道路の壁材などの用途として使用され、特に、ギガヘルツ帯の電磁波を吸収する電磁波吸収材に関する。
【背景技術】
従来のギガヘルツ帯の電磁波を吸収する電磁波吸収材には、馬の尻尾の毛と椰子の繊維を絡ませて接着剤で固定し、これにカーボンを被膜してマット状としたもの、グラファイトや、カーボン等の導電性賦与剤を含有した水性導電性塗料を有機高分子繊維の表面に付着して繊維の集合体としたもの（特公平７−２８１５５号公報参照）、カーボンによって被覆され、かつ、複数種の太さの極性ポリマーからなる繊維の集合体としたもの（特公平７−１０５６１０号公報参照）、吸収する電磁波の周波数の広帯域化を目的として、上記のようなカーボン被覆された多種類の太さの極性ポリマーからなる繊維を厚さ方向に密度勾配を有する集合体としたもの（特公平６−３２４１７号公報参照）がある。
しかしながら、これらの電磁波吸収材は、何れも有機繊維を基材としていることから、繊維径を１００μｍ以下にすることは困難であり、電磁波吸収特性の向上に有効な手段となる繊維径を小さくすることについては限界があるため、導電性材料の担持量には限界があった。繊維径を小さくする代わりに、単位面積当たりの繊維数を増やすことが考えられるが、この場合は、電磁波吸収材の重量増加を伴ってしまうという問題があった。前記電磁波吸収材は、単に有機繊維に導電性材料が被覆されているに過ぎないので、厚さ方向の繊維の密度勾配とともに、導電性材料の担持量を変化させるには限界があった。また、前記電磁波吸収材は、有機繊維等の可燃性材料を用いて基材としているため、昨今ニーズが高まっている不燃性への対応が不可能である。
そこで、前述のように有機繊維を基材とした電磁波吸収材の他に、カーボンをコーティングしたガラス繊維等の無機質繊維を基材としたもの（特開昭６０−１３６３００号公報参照）もある。
しかしながら、前記カーボンをコーティングした無機質繊維からなる電磁波吸収材は、無機質繊維からなる布等を基材として使用しているため、厚さを確保するためには、前記布を積層する必要があり、結果として、繊維充填密度が高くなり、電磁波吸収特性が劣化してしまう場合があった。また、前記無機質繊維は、加熱により炭化される物質を含む溶液中に浸漬した後、無機質繊維に付着した物質を加熱により炭化させてカーボンをコーティングしているため、前記有機繊維と同様に、カーボンの担持量には限界があった。
このため、効率よく電磁波損失材料を担持させた電磁波吸収材として、無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体を基材としたもの（特開平２００１−２３０５８８号公報参照）がある。
しかしながら、前記電磁波吸収材にあっては、カール形状の無機質長繊維が重なり合って高低差を有する凹凸形状が表面に形成されてしまい、電磁波入射面側の凹凸形状が入射する電磁波の波長に対して大きいと、凹部と凸部とでは電磁波吸収特性が異なり、電磁波吸収材で吸収できなかった微量の反射波がお互いに干渉して、場合によっては、この微量の反射波が増幅されて大きな反射波となり、電磁波吸収特性が劣化してしまうという問題があった。
そこで、本発明は上記叙述の問題点に鑑みて、効率よく電磁波損失材料を担持することが可能であり、優れた電磁波吸収特性を有し、しかも、軽量化、不燃化が図られており、さらには、電磁波入射面の面形状が平滑である電磁波吸収材を提供することを目的とする。
【発明の開示】
本発明の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の通り、無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体における繊維および繊維間隙に電磁波損失材料を担持させた電磁波吸収材であって、前記電磁波吸収材の電磁波入射側表面の凹凸形状の高低差が、入射する電磁波の波長に対して２分の１以下であることを特徴とする
また、請求の範囲第２項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記無機質長繊維の平均繊維径が１〜５０μｍであることを特徴とする。
また、請求の範囲第３項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記無機質長繊維のカール形状の直径が、入射する電磁波の波長以下であることを特徴とする。
また、請求の範囲第４項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記電磁波損失材料が、多孔質構造体の厚さ方向に対して、担持勾配を有していることを特徴とする。
また、請求の範囲第５項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記電磁波損失材料が、グラファイト、もしくは、カーボン、または、その混合材であることを特徴とする。
また、請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第５項に記載の電磁波吸収材において、前記グラファイトが鱗片状であり、該鱗片状のグラファイトが積層状態に無機質長繊維に付着してなることを特徴とする。
また、請求の範囲第７項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材において、前記鱗片状グラファイトの粒径が球換算で５μｍ以下であることを特徴とする。
また、請求の範囲第８項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材において、前記鱗片状グラファイトのアスペクト比が５以上であることを特徴とする。
また、請求の範囲第９項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材において、前記鱗片状グラファイトを、無機バインダで無機質長繊維に付着していることを特徴とする。
また、請求の範囲第１０項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記電磁波吸収材の電磁波の入射面側に、金属以外の袋やシートを設置したことを特徴とする。
また、請求の範囲第１１項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記電磁波吸収材の電磁波入射面に対して反対面側に、電磁波の反射板や反射シートを設置したことを特徴とする。
また、本発明の電磁波吸収材の製造方法は、請求の範囲第１２項に記載の通り、無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体を、電磁波損失材料を分散させた分散液に浸漬した後、水平にして一定時間放置して、電磁波損失材料が重力により厚さ方向に対して下側に移行することにより、厚さ方向に担持勾配を形成させた後、乾燥することにより、前記多孔質構造体の繊維および繊維間隔を利用して電磁波損失材料を担持させたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例１に係る多孔質構造体の部分断面図である。
図２は、図１に示す多孔質構造体の部分拡大図である。
図３は、本発明の実施例１に係る電磁波吸収材の部分断面図である。
図４は、本発明の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の測定系を示す図である。
図５は、本発明の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の測定系を示す図である。
図６は、実施例１に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
図７は、実施例２に係る電磁波吸収材を構成するガラス長繊維に付着されている鱗片状グラファイトの付着状態を示す説明図である。
図８は、図７のＡ部分拡大図である。
図９は、実施例２に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
図１０は、実施例３に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
図１１は、実施例４に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
図１２は、比較例に係る多孔質構造体の部分断面図である。
図１３は、図１２に示す多孔質構造体の部分拡大図である。
図１４は、比較例に係る電磁波吸収材の部分断面図である。
図１５は、比較例に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の電磁波吸収材を構成する無機質長繊維は、人工繊維であるため、各繊維を均一な繊維径に製造することができ、かつ、製造段階での調整により、様々な繊維径の繊維を容易に製造することができるので、天然繊維等を使用した場合と比較して、品質的に安定した電磁波吸収材の製作が可能となる。無機長繊維の材料としては、ガラスやセラミックなどがあるが、作業性やコストなどを勘案すれば、ガラス長繊維を使用することが好ましい。
前記無機質長繊維の平均繊維径は、１〜５０μｍが好ましく、１０〜３０μｍがより好ましい。なお、平均繊維径とは、単繊維直径であり、ＪＩＳ Ｒ３４２０により規定されるものである。
このような繊維径からなる無機質長繊維の多孔質構造体は公知の方法により製造可能であり、例えば、ガラス長繊維の多孔質構造体は既に自動車用電池の絶縁体や、換気扇などのフィルタとして一般的に使用されているものである。このような多孔質構造体は、何の処理も行わなければ繊維同士がほぐれてしまうことがあるので、バインダで繊維同士を結束することが好ましい。結束用のバインダとしては、例えば、アクリル樹脂、メラミン樹脂等の有機バインダもあるが、不燃性への対応を可能とするため、水ガラス等の無機バインダの使用が好ましい。なお、バインダの選定は、電磁波吸収材の使用環境などを考慮して適宜行えばよい。
電磁波吸収特性は、電磁波吸収材のなかで電磁波損失材料がどのように分布しているかによって大きな影響を受ける。本発明においては、電磁波損失材料を担持する多孔質構造体を無機質長繊維のカール形状にして積層して構成したため、繊維密度を高くすることなく、その厚さを確保することができ、多孔質構造体に担持する電磁波損失材料の担持量を容易に調整することができる。
また、入射面側の電磁波損失材料の担持量を少なくした担持勾配を設けることで、電磁波吸収材内部で電磁波を吸収し易くして電磁波吸収特性を向上させることができる。電磁波損失材料の担持勾配を設ける方法としては、多孔質構造体の繊維と繊維の隙間が大きい部分、すなわち、繊維密度が疎な部分には電磁波損失材料は担持されにくく、隙間の小さい部分、すなわち、密な部分には電磁波損失材料が担持されやすいため、入射面側の無機質長繊維のカール形状を大きくして繊維密度を小さくすることで、入射面側の電磁波損失材料の担持量を少なくすることが考えられる。しかしながら、この場合、入射面側の無機質繊維のカール形状が大きいため、互いに重なり合って隣接しているカール形状の無機質繊維により、高低差を有する凹凸形状が形成され、入射する電磁波の波長に対してこの凹凸形状が大きい場合は、凹部と凸部からの反射波が互いに干渉して、電磁波吸収材の特性を悪くしてしまう場合がある。特に、入射面に樹脂シートなどの仕上げ材を設けた場合は、凸部において、入射波は、仕上げ材、無機質長繊維に担持した電磁波損失材料の順序で入射するのに対し、凹部においては、仕上げ材、空気層、無機質長繊維に担持した電磁波損失材料の順序で入射することになり、異なった特性の電磁波吸収材が並ぶことで、結果として、電磁波吸収特性を劣化させてしまうことになる。
電磁波吸収特性を劣化させることなく、安定した電磁波吸収特性を実現するためには、電磁波の入射面側の凹凸形状の高低差を入射する電磁波の波長に対して２分の１以下にする必要があり、１０分の１以下にすることが好ましい。これは、例えば、無機質長繊維のカール形状の直径を入射する電磁波の波長以下にすることにより、電磁波の入射面側の凹凸形状の高低差を電磁波の波長に対して２分の１以下に実現できる。また、例えば、多孔質構造体の繊維密度の勾配をつけるために、入射面側の無機質長繊維のカール形状を大きくした場合であっても、隣接するカール同士を近接させて多孔質構造体を形成することにより、電磁波入射側表面の凹凸形状の高低差を入射する電磁波の波長の２分の１以下となるように小さくすることが可能である。
無機質長繊維のカール形状の直径を入射する電磁波の波長以下となるようにし、電磁波入射側表面の凹凸形状の高低差を電磁波の波長の２分の１以下と小さくなるように多孔質構造体を形成した場合に、電磁波損失材料の担持勾配をつけて電磁波吸収材を形成する方法として、担持量の異なる多孔質構造体を積層させるか、後述する電磁波損失材料を多孔質構造体に担持させる工程で、電磁波損失材料が分散された液体中に多孔質構造体を浸漬させた後、一定時間、水平に放置させることで、重力により電磁波損失材料が下側へ移行し、結果として、厚さ方向に担持勾配を形成させることができる。
電磁波損失材料としては、グラファイトや、カーボンブラック等のカーボン、酸化チタン、または、これらの混合材などがある。比較的微量のバインダで無機質繊維に付着が可能な鱗片状グラファイトが最も好ましい。すなわち、鱗片状グラファイトは、エッジ部分がお互いに刺さって積層状態となった鱗片状グラファイトの層間の摩擦力によってこの積層状態が強固となり、この強固な積層状態となった鱗片状グラファイトが無機質繊維を取り囲むとともに、無機質繊維の表面と鱗片状グラファイト間にも摩擦力が働いて、積層状態となった鱗片状グラファイトがバインダなしで、無機質繊維に強固に付着することが可能となるからである。
前記鱗片状グラファイトの粒径は、球換算で通常０．１μｍから１０μｍであるが、好ましくは５μｍ以下、特に、０．１μｍが好ましい。すなわち、前記鱗片状グラファイトの粒径を５μｍ以下とすることにより、互いに刺さり合うエッジ部分が増えて、積層数が増えて積層状態が強固となり、積層状態の鱗片状グラファイトがより強固に基材に付着されるからである。特に、粒径が０．１μｍの微細な鱗片状グラファイトは、均一な膜状となって基材に付着される。
また、鱗片状グラファイトのアスペクト比（板状の粒子の面積の平方根を厚さで割った値）は、５以上であることが好ましい。アスペクト比を５以上とすることで、エッジ部分の刺さり合う度合いが増すため、積層数が増えて積層状態がより強固となり、積層状態の鱗片状グラファイトがより強固に基材に付着されるからである。
このように、鱗片状グラファイトは、互いにエッジ部分が刺さり合って積層状態となることにより、基材に強固に付着され、従来のように可燃性のバインダを多量に用いて基材に付着する必要がないので、基材として不燃性のものを用いることにより、不燃性、軽量化、柔軟性を実現した電磁波吸収材とすることができる。
より強固に前記鱗片状グラファイトを基材に付着するためには、微量のバインダを使用して基材に前記鱗片状グラファイトを付着させてもよい。バインダとしては、有機、無機バインダがあるが、電磁波吸収材の不燃性を確保するためには、水ガラスなどの無機バインダを使用することが好ましい。なお、バインダの選定は、電磁波吸収材の使用環境などを考慮して適宜行えばよい。
電磁波損失材料の担持量は、分散液中の損失材料の固形分濃度と、分散液の粘度によって調整が可能であり、分散液中の電磁波損失材料の固形分濃度は、１〜５０質量％、分散液の粘度は１０〜５００ｍＰａ・ｓに調製することが好ましい。さらに、予め分散液にバインダを混合させることで、無機質長繊維に担持した電磁波損失材料の落下を防ぐことができる。バインダの固形分濃度は、０．１〜２０質量％の範囲で調整する。バインダの種類としては、有機、無機バインダがあるが、不燃性への対応から無機バインダを使用することが好ましい。なお、バインダの選定は、電磁波吸収材の使用環境によって選定することが可能である。
こうして得られた電磁波吸収材は、そのままでも使用可能であるが、さらに、電磁波の入射面側に電磁波の反射が小さい樹脂製シートを設置したり、同様に、袋や樹脂ケースに収納させることで、様々な用途展開が可能となる。入射面側に設置する樹脂シートとしては、ポリエチレンやＡＢＳ樹脂、ＦＲＰなどがある。袋としては、ポリフッ化ビニルやポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル製などがあるが、例えば、屋外で使用される場合は耐候性を要求される事から、ポリフッ化ビニル製のものなどに収納させればよい。樹脂ケースとしては、ポリエチレンやＡＢＳ樹脂、ＦＲＰ製などが挙げられる。
また、電磁波の反射面側に反射板や反射シートを設置することで、安定した電磁波吸収特性を有することが期待できる。これは、電磁波吸収材に吸収されずに透過した電磁波が常に電磁波吸収材の裏面で反射するため、設置場所に影響されずに、設計通りの電磁波吸収特性が得られるためである。
本発明の電磁波吸収材は、多孔質構造体における繊維および繊維間隔を利用して電磁波損失材料が効率よく担持されている。このような電磁波吸収材を製造する方法としては、電磁波損失材料を分散させた液体中に多孔質構造体を浸漬した後、乾燥することにより、多孔質構造体を構成する無機質長繊維の表面ばかりではなく、繊維と繊維の隙間にも電磁波損失材料を担持させることができるからである。これは、分散液の表面張力の作用によるものであると考えられ、繊維と繊維の隙間にも電磁波損失材料を担持させることが可能となるため、繊維表面のみに損失材料を担持させる場合と比較して、繊維数当たりの電磁波損失材料の担持量を極端に大きくすることが可能となる。
また、電磁波損失材料を分散した分散液中に多孔質構造体を浸漬した後、分散液中から取り出した多孔質構造体を水平方向に放置することで、多孔質構造体に付着した分散液に分散された状態の電磁波損失材料が重力効果により、厚さ方向に下側に移動し、結果として、厚さ方向に電磁波損失材料の担持勾配を形成することができる。この放置した時の上側、すなわち、電磁波損失材料の担持量が小さい面を電磁波の入射面とすることで、電磁波吸収材内部で電磁波の吸収をし易くし、電磁波吸収特性を向上させることができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
図１に示すように、電磁波吸収材の基材として、平均繊維径２０μｍのガラス長繊維をカール形状にして積層した厚さ５０ｍｍ、縦寸法５００ｍｍ×横寸法５００ｍｍの多孔質構造体１を得た。前記多孔質構造体１の製造方法は、次の通りである。すなわち、左右に微動するガラス長繊維の巻き取りドラムの幅範囲で、溶融ガラスを引き出すためのノズルを左右に微動させながら、ドラムにガラス長繊維を巻き付けることにより、コンデンスマットを得る。ガラス長繊維をドラムに巻き付ける際に、多孔質構造体となる繊維同士がほぐれないように繊維同士を結束するためのバインダがガラス長繊維に吹き付けてある。こうして得られたコンデンスマットをドラムから切り出し、ドラムに巻き付けた円周方向に対して垂直方向に引っ張り、ガラス長繊維同士を展開することで繊維がほぐれ、ガラス長繊維がカール形状に積層した多孔質構造体１が得られる。なお、ノズルを左右に移動させるスピードや、ドラムの回転数を一定にすることで、厚さ方向に繊維密度勾配を有していないコンデンスマットを得ることができ、前記ノズルを左右に移動させるスピードやドラムの回転数を変化させることで、厚さ方向に繊維密度勾配を有するコンデンスマットを得ることができる。
前記多孔質構造体１は、質量が６０ｇであり、厚さ方向に繊維の密度勾配は有していないものとした。この多孔質構造体１は、日本無機株式会社製のコスモ（登録商標）フィルタと同様のものであり、一般的にはフィルタとして使用されているものである。図２に示すように、前記多孔質構造体１を構成するガラス長繊維２のカール形状の直径Ｄ１は、約２０ｍｍと小さく形成しており、前多孔質構造体１の入射面側の凹凸形状の高低差Ｈ１は、約５ｍｍであった。
次に、質量比で、水：カーボンブラック：アクリルバインダ：アンモニア水をそれぞれ８３：１１：５：１の割合で混合した分散液を準備した。
前記分散液中に前記多孔質構造体１を１０秒間浸漬させた後、前記分散液中から取り出し、水平方向に３分間放置し、その後、１００℃の乾燥炉で１５分間乾燥させた。図３に示すように、この３分間の放置時間中に、カーボンブラックを分散した分散液を重力によって下側面に徐々に移行させ、その後、乾燥させることで、厚さ方向に電磁波損失材料であるカーボンブラックの担持勾配を有する電磁波吸収材３を得た。この電磁波吸収材３は、質量が９０ｇ、カーボンブラックの付着率が２２質量％、アクリルバインダの付着率が１１質量％であった。
前記電磁波吸収材３の電磁波入射面に、仕上げ材として厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂シート４を被覆した。電磁波吸収材３とＡＢＳ樹脂シート４の固定には、膜厚が約５０μｍと薄い、ゴム系の接着剤を使用した。
この電磁波吸収材の電磁波吸収特性を、図４に示した測定系により測定した。図４は、サンプルを設置していない測定系を示し、ホーンアンテナ１０から電磁波１１が送信され、該電磁波１１はレンズ１２を通過することで平面波１３となって、完全反射板１４に到達し、完全反射板１４で反射されて、再びホーンアンテナ１０で受信されるようにしたものである。一方、図５はサンプル１５を設置した測定系を示し、完全反射板１４の手前に測定したいサンプル１５を設置すると、ホーンアンテナ１０から送信された電磁波１１はサンプル１５に吸収され、吸収されなかった電磁波１１が完全反射板１４に到達して、再びホーンアンテナ１０で受信されるようにしたものである。ホーンアンテナ１０で受信されたサンプルがないときの受信レベルをａとし、サンプルがあるときの受信レベルをｂとした場合、次の（１）式により、前記サンプルの電磁波吸収量ｃ（ｄＢ）として測定する。
ｃ（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ（ａ／ｂ） （１）
前記電磁波吸収材のサンプルを９０度ずつ位置を変えた４点について、前記測定系により４回電磁波吸収量を測定した。結果を図６に示す。図６に示すように、本実施例の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ専用狭域通信）で使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、測定した４点全てが２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示し、本発明の実施例１の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が図られていることが確認できた。
次に、電磁波損失材料として、鱗片状グラファイトを担持した本発明の電磁波吸収材の実施例について説明する。
【実施例２】
前記実施例１と同様の多孔質構造体を電磁波吸収材の基材とした。
次に、質量比で、水：グラファイト：アンモニア水をそれぞれ９０：９．５：０．５の割合で混合した分散液を準備した。グラファイトは、球換算で粒径が０．１μｍ、アスペクト比が１０の鱗片状グラファイトを使用した。
前記分散液中に前記多孔質構造体を１０秒間浸漬させた。その後、前記分散液中から取り出し、水平に３分間放置した後、２００℃の乾燥炉で１０分間乾燥させて、電磁波吸収材を得た。この電磁波吸収材は、質量が７６ｇであり、グラファイトの付着率が２１質量％であった。
図７に、ガラス長繊維２に付着されている鱗片状グラファイト２０の付着状態を示す。図８は、図７のＡ部分拡大図を示し、ガラス長繊維２に付着されている鱗片状グラファイト２０の付着状態を詳細に示している。
図８に示すように、鱗片状グラファイト２０は、エッジ部分がお互いに刺さり合った積層状態となってガラス長繊維２に強固に付着されていることが分かった。乾燥後の前記電磁波吸収材は、表面を触っても鱗片状グラファイトの脱落は見られず、ノーバインダで鱗片状グラファイトをガラス長繊維に付着させることができた。また、前記電磁波吸収材の柔軟性も失われていなかった。
前記電磁波吸収材のサンプルを実施例１と同様に測定した。結果を図９に示す。図９に示すように、本実施例２の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣで使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、測定した４点全てが２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示し、本実施例２の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が図られていることが確認できた。また、電磁波損失材料としてカーボンブラックを担持した実施例１と比較して、電磁波損失材料として鱗片状グラファイトを担持した実施例２の電磁波吸収材は、電磁波吸収特性の均質化が図られていることが確認できた。
【実施例３】
前記実施例１と同様の多孔質構造体を電磁波吸収材の基材とした。
次に、質量比で、水：グラファイト：水ガラス：アンモニア水をそれぞれ９０：９：０．５：０．５の割合で混合した分散液を準備した。グラファイトは、球換算で粒径が０．１μｍ、アスペクト比が１０の鱗片状グラファイトを使用した。
前記分散液中に前記多孔質構造体を１０秒間浸漬させた。その後、前記分散液中から取り出し、水平に３分間放置した後、２００℃の乾燥炉で１０分間乾燥させて電磁波吸収材を得た。この電磁波吸収材は、質量が７７ｇであり、グラファイトの付着率が２０質量％、水ガラスの付着率が２質量％であった。
乾燥後の前記電磁波吸収材は、表面を触ってもグラファイトの脱落が見られず、２質量％という微量の無機バインダである水ガラスで、強固にガラス長繊維に鱗片状グラファイトを付着させていることが分かった。また、前記電磁波吸収材の柔軟性も失われていなかった。
前記電磁波吸収材のサンプルを実施例１と同様に測定した。結果を図１０に示す。図１０に示すように、本実施例３の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣで使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、測定した４点全てが２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示し、本発明の実施例３の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が図られていることが確認できた。
次に、前記電磁波吸収材から縦寸法１００ｍｍ×横寸法１００ｍｍの試験体を３個切り出し、５日間養生後、コーンカロリー試験機に３個の試験体を設置し、該試験体の２０分間の発熱量および発熱時間を測定した。建築で使用される材料の不燃性の目安（不燃認定レベル）は、総発熱量が８ＭＪ／ｍ２以下、最高発熱速度が２００ｋＷ以下である。本実施例３の電磁波吸収材は、３個の試験体の平均値として、総発熱量が４．２ＭＪ／ｍ２、最高発熱速度が２４．３ｋＷであり、建築で使用される材料として、十分に不燃性を有していることが分かった。
【実施例４】
前記実施例１と同様の多孔質構造体を電磁波吸収材の基材とした。
次に、質量比で、水：カーボンブラック：アクリルバインダ：アンモニア水の混合比がそれぞれ８３：１１：５：１の割合で混同した分散液を準備した。なお、アクリルバインダは、カーボンブラックをガラス長繊維に固定するために必要である。
前記分散液中に前記多孔質構造体を１０秒間浸漬させた。その後、前記分散液中から取り出し、１００℃の乾燥炉で１５分間乾燥させて電磁波吸収材を得た。この電磁波吸収材は、質量が９０ｇであり、カーボンブラックの付着率が２２質量％、アクリルバインダの付着率が１１質量％であった。
乾燥後の前記電磁波吸収材は、表面を触ってもカーボンの脱落は見られなかったが、バインダの付着が多いため、実施例１の電磁波吸収材と比較して、電磁波吸収材の柔軟性が少し失われていた。
前記電磁波吸収材のサンプルを実施例１と同様に測定した。結果を図１１に示す。図１１に示すように、本実施例４の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣで使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、測定した４点全てが２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示し、本発明の実施例４の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が図られていることが確認できた。
次に、前記電磁波吸収材から縦寸法１００ｍｍ×横寸法１００ｍｍの試験体を３個切り出し、実施例３と同様に、前記３個の試験体の２０分間の発熱量および発熱時間を測定した。その結果、実施例４の電磁波吸収材は、３個の試験体の平均値として、総発熱量が１２．６ＭＪ／ｍ２、最高発熱速度が１７７．５ｋＷであり、不燃性を有していないことが分かった。
次に、比較例として、実施例１と同様に電磁波損失材料としてカーボンブラックを担持した電磁波吸収材について説明する。
（比較例）
図１２に示すように、電磁波吸収材の基材として、実施例１と同様の製造方法により、平均繊維径が２０μｍのガラス長繊維２をカール形状にして積層した厚さが５０ｍｍ、縦寸法５００ｍｍ×横寸法５００ｍｍの多孔質構造体５を得た。前記多孔質構造体５は、質量が６０ｇであり、厚さ方向に繊維の密度勾配を有しているものとした。この多孔質構造体５は、日本無機株式会社製のコスモ（登録商標）フィルタと同様のものであり、一般的にはフィルタとして使用されているものである。図１３の部分拡大図に示すように、多孔質構造体５を構成するガラス長繊維６のカール形状の直径Ｄ２は、約７０ｍｍと実施例１のガラス長繊維のカール形状の直径Ｄ１よりも大きく形成しており、前記多孔質構造体５の入射面側の凹凸形状の高低差Ｈ２は、約３０ｍｍであった。
次に、実施例１と同様の分散液を準備し、該分散液中に前記多孔質構造体５を１０秒間浸漬させた後、分散液中から取り出し、放置することなく、１００℃の乾燥炉で１５分間乾燥させた。図１４に示すように、多孔質構造体５は繊維の密度勾配を有しているため、厚さ方向にカーボンブラックの担持勾配を有している。
この電磁波吸収材７は、質量が９０ｇ、カーボンブラックの付着率が２２質量％、アクリルバインダの付着率が１１質量％であった。
前記電磁波吸収材７の電磁波入射面には、実施例１と同様にＡＢＳ樹脂シート４を被覆した。
前記電磁波吸収材のサンプルを実施例１と同様に測定した。結果を図１５に示す。図１５に示すように、本実施例の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣで使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、前記サンプルを４点測定したなかで３点が２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示しておらず、比較例１の前記電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が欠けていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
このように本発明の電磁波吸収材は、無機質長繊維をカール形状に積層した構造であるため、繊維と繊維の隙間にも効率良く電磁波損失材料を担持することができ、しかも、電磁波吸収材の入射面側を、入射する電磁波の波長に対して十分に平滑にすることで、電磁波吸収特性を安定化することができる。また、本発明の電磁波吸収材は、鱗片状グラファイトを電磁波損失材料として使用することで、バインダを使用することなく電磁波損失材料を基材に強固に付着させることができ、不燃性の対応を図ることができ、また、微量のバインダを用いて、より強固に電磁波損失材料を基材に付着させることができるため、軽量化、柔軟性を実現することができ、建築材としても好適に用いることができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【技術分野】
本発明は、例えば、電波暗室やオフィスビルなどの建築材料や、パラボラアンテナの干渉防止、自動車部品、もしくは、道路の壁材などの用途として使用され、特に、ギガヘルツ帯の電磁波を吸収する電磁波吸収材に関する。
【背景技術】
従来のギガヘルツ帯の電磁波を吸収する電磁波吸収材には、馬の尻尾の毛と椰子の繊維を絡ませて接着剤で固定し、これにカーボンを被膜してマット状としたもの、グラファイトや、カーボン等の導電性賦与剤を含有した水性導電性塗料を有機高分子繊維の表面に付着して繊維の集合体としたもの（特公平７−２８１５５号公報参照）、カーボンによって被覆され、かつ、複数種の太さの極性ポリマーからなる繊維の集合体としたもの（特公平７−１０５６１０号公報参照）、吸収する電磁波の周波数の広帯域化を目的として、上記のようなカーボン被覆された多種類の太さの極性ポリマーからなる繊維を厚さ方向に密度勾配を有する集合体としたもの（特公平６−３２４１７号公報参照）がある。
しかしながら、これらの電磁波吸収材は、何れも有機繊維を基材としていることから、繊維径を１００μｍ以下にすることは困難であり、電磁波吸収特性の向上に有効な手段となる繊維径を小さくすることについては限界があるため、導電性材料の担持量には限界があった。繊維径を小さくする代わりに、単位面積当たりの繊維数を増やすことが考えられるが、この場合は、電磁波吸収材の重量増加を伴ってしまうという問題があった。前記電磁波吸収材は、単に有機繊維に導電性材料が被覆されているに過ぎないので、厚さ方向の繊維の密度勾配とともに、導電性材料の担持量を変化させるには限界があった。また、前記電磁波吸収材は、有機繊維等の可燃性材料を用いて基材としているため、昨今ニーズが高まっている不燃性への対応が不可能である。
そこで、前述のように有機繊維を基材とした電磁波吸収材の他に、カーボンをコーティングしたガラス繊維等の無機質繊維を基材としたもの（特開昭６０−１３６３００号公報参照）もある。
しかしながら、前記カーボンをコーティングした無機質繊維からなる電磁波吸収材は、無機質繊維からなる布等を基材として使用しているため、厚さを確保するためには、前記布を積層する必要があり、結果として、繊維充填密度が高くなり、電磁波吸収特性が劣化してしまう場合があった。また、前記無機質繊維は、加熱により炭化される物質を含む溶液中に浸漬した後、無機質繊維に付着した物質を加熱により炭化させてカーボンをコーティングしているため、前記有機繊維と同様に、カーボンの担持量には限界があった。
このため、効率よく電磁波損失材料を担持させた電磁波吸収材として、無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体を基材としたもの（特開平２００１−２３０５８８号公報参照）がある。
しかしながら、前記電磁波吸収材にあっては、カール形状の無機質長繊維が重なり合って高低差を有する凹凸形状が表面に形成されてしまい、電磁波入射面側の凹凸形状が入射する電磁波の波長に対して大きいと、凹部と凸部とでは電磁波吸収特性が異なり、電磁波吸収材で吸収できなかった微量の反射波がお互いに干渉して、場合によっては、この微量の反射波が増幅されて大きな反射波となり、電磁波吸収特性が劣化してしまうという問題があった。
そこで、本発明は上記叙述の問題点に鑑みて、効率よく電磁波損失材料を担持することが可能であり、優れた電磁波吸収特性を有し、しかも、軽量化、不燃化が図られており、さらには、電磁波入射面の面形状が平滑である電磁波吸収材を提供することを目的とする。
【発明の開示】
本発明の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の通り、無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体における繊維および繊維間隙に電磁波損失材料を担持させた電磁波吸収材であって、前記電磁波吸収材の電磁波入射側表面の凹凸形状の高低差が、入射する電磁波の波長に対して２分の１以下であることを特徴とする
また、請求の範囲第２項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記無機質長繊維の平均繊維径が１〜５０μｍであることを特徴とする。
また、請求の範囲第３項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記無機質長繊維のカール形状の直径が、入射する電磁波の波長以下であることを特徴とする。
また、請求の範囲第４項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記電磁波損失材料が、多孔質構造体の厚さ方向に対して、担持勾配を有していることを特徴とする。
また、請求の範囲第５項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記電磁波損失材料が、グラファイト、もしくは、カーボン、または、その混合材であることを特徴とする。
また、請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第５項に記載の電磁波吸収材において、前記グラファイトが鱗片状であり、該鱗片状のグラファイトが積層状態に無機質長繊維に付着してなることを特徴とする。
また、請求の範囲第７項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材において、前記鱗片状グラファイトの粒径が球換算で５μｍ以下であることを特徴とする。
また、請求の範囲第８項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材において、前記鱗片状グラファイトのアスペクト比が５以上であることを特徴とする。
また、請求の範囲第９項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材において、前記鱗片状グラファイトを、無機バインダで無機質長繊維に付着していることを特徴とする。
また、請求の範囲第１０項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記電磁波吸収材の電磁波の入射面側に、金属以外の袋やシートを設置したことを特徴とする。
また、請求の範囲第１１項に記載の電磁波吸収材は、請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材において、前記電磁波吸収材の電磁波入射面に対して反対面側に、電磁波の反射板や反射シートを設置したことを特徴とする。
また、本発明の電磁波吸収材の製造方法は、請求の範囲第１２項に記載の通り、無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体を、電磁波損失材料を分散させた分散液に浸漬した後、水平にして一定時間放置して、電磁波損失材料が重力により厚さ方向に対して下側に移行することにより、厚さ方向に担持勾配を形成させた後、乾燥することにより、前記多孔質構造体の繊維および繊維間隔を利用して電磁波損失材料を担持させたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施例１に係る多孔質構造体の部分断面図である。
図２は、図１に示す多孔質構造体の部分拡大図である。
図３は、本発明の実施例１に係る電磁波吸収材の部分断面図である。
図４は、本発明の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の測定系を示す図である。
図５は、本発明の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の測定系を示す図である。
図６は、実施例１に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
図７は、実施例２に係る電磁波吸収材を構成するガラス長繊維に付着されている鱗片状グラファイトの付着状態を示す説明図である。
図８は、図７のＡ部分拡大図である。
図９は、実施例２に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
図１０は、実施例３に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
図１１は、実施例４に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
図１２は、比較例に係る多孔質構造体の部分断面図である。
図１３は、図１２に示す多孔質構造体の部分拡大図である。
図１４は、比較例に係る電磁波吸収材の部分断面図である。
図１５は、比較例に係る電磁波吸収材の電磁波吸収特性を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の電磁波吸収材を構成する無機質長繊維は、人工繊維であるため、各繊維を均一な繊維径に製造することができ、かつ、製造段階での調整により、様々な繊維径の繊維を容易に製造することができるので、天然繊維等を使用した場合と比較して、品質的に安定した電磁波吸収材の製作が可能となる。無機長繊維の材料としては、ガラスやセラミックなどがあるが、作業性やコストなどを勘案すれば、ガラス長繊維を使用することが好ましい。
前記無機質長繊維の平均繊維径は、１〜５０μｍが好ましく、１０〜３０μｍがより好ましい。なお、平均繊維径とは、単繊維直径であり、ＪＩＳ Ｒ３４２０により規定されるものである。
このような繊維径からなる無機質長繊維の多孔質構造体は公知の方法により製造可能であり、例えば、ガラス長繊維の多孔質構造体は既に自動車用電池の絶縁体や、換気扇などのフィルタとして一般的に使用されているものである。このような多孔質構造体は、何の処理も行わなければ繊維同士がほぐれてしまうことがあるので、バインダで繊維同士を結束することが好ましい。結束用のバインダとしては、例えば、アクリル樹脂、メラミン樹脂等の有機バインダもあるが、不燃性への対応を可能とするため、水ガラス等の無機バインダの使用が好ましい。なお、バインダの選定は、電磁波吸収材の使用環境などを考慮して適宜行えばよい。
電磁波吸収特性は、電磁波吸収材のなかで電磁波損失材料がどのように分布しているかによって大きな影響を受ける。本発明においては、電磁波損失材料を担持する多孔質構造体を無機質長繊維のカール形状にして積層して構成したため、繊維密度を高くすることなく、その厚さを確保することができ、多孔質構造体に担持する電磁波損失材料の担持量を容易に調整することができる。
また、入射面側の電磁波損失材料の担持量を少なくした担持勾配を設けることで、電磁波吸収材内部で電磁波を吸収し易くして電磁波吸収特性を向上させることができる。電磁波損失材料の担持勾配を設ける方法としては、多孔質構造体の繊維と繊維の隙間が大きい部分、すなわち、繊維密度が疎な部分には電磁波損失材料は担持されにくく、隙間の小さい部分、すなわち、密な部分には電磁波損失材料が担持されやすいため、入射面側の無機質長繊維のカール形状を大きくして繊維密度を小さくすることで、入射面側の電磁波損失材料の担持量を少なくすることが考えられる。しかしながら、この場合、入射面側の無機質繊維のカール形状が大きいため、互いに重なり合って隣接しているカール形状の無機質繊維により、高低差を有する凹凸形状が形成され、入射する電磁波の波長に対してこの凹凸形状が大きい場合は、凹部と凸部からの反射波が互いに干渉して、電磁波吸収材の特性を悪くしてしまう場合がある。特に、入射面に樹脂シートなどの仕上げ材を設けた場合は、凸部において、入射波は、仕上げ材、無機質長繊維に担持した電磁波損失材料の順序で入射するのに対し、凹部においては、仕上げ材、空気層、無機質長繊維に担持した電磁波損失材料の順序で入射することになり、異なった特性の電磁波吸収材が並ぶことで、結果として、電磁波吸収特性を劣化させてしまうことになる。
電磁波吸収特性を劣化させることなく、安定した電磁波吸収特性を実現するためには、電磁波の入射面側の凹凸形状の高低差を入射する電磁波の波長に対して２分の１以下にする必要があり、１０分の１以下にすることが好ましい。これは、例えば、無機質長繊維のカール形状の直径を入射する電磁波の波長以下にすることにより、電磁波の入射面側の凹凸形状の高低差を電磁波の波長に対して２分の１以下に実現できる。また、例えば、多孔質構造体の繊維密度の勾配をつけるために、入射面側の無機質長繊維のカール形状を大きくした場合であっても、隣接するカール同士を近接させて多孔質構造体を形成することにより、電磁波入射側表面の凹凸形状の高低差を入射する電磁波の波長の２分の１以下となるように小さくすることが可能である。
無機質長繊維のカール形状の直径を入射する電磁波の波長以下となるようにし、電磁波入射側表面の凹凸形状の高低差を電磁波の波長の２分の１以下と小さくなるように多孔質構造体を形成した場合に、電磁波損失材料の担持勾配をつけて電磁波吸収材を形成する方法として、担持量の異なる多孔質構造体を積層させるか、後述する電磁波損失材料を多孔質構造体に担持させる工程で、電磁波損失材料が分散された液体中に多孔質構造体を浸漬させた後、一定時間、水平に放置させることで、重力により電磁波損失材料が下側へ移行し、結果として、厚さ方向に担持勾配を形成させることができる。
電磁波損失材料としては、グラファイトや、カーボンブラック等のカーボン、酸化チタン、または、これらの混合材などがある。比較的微量のバインダで無機質繊維に付着が可能な鱗片状グラファイトが最も好ましい。すなわち、鱗片状グラファイトは、エッジ部分がお互いに刺さって積層状態となった鱗片状グラファイトの層間の摩擦力によってこの積層状態が強固となり、この強固な積層状態となった鱗片状グラファイトが無機質繊維を取り囲むとともに、無機質繊維の表面と鱗片状グラファイト間にも摩擦力が働いて、積層状態となった鱗片状グラファイトがバインダなしで、無機質繊維に強固に付着することが可能となるからである。
前記鱗片状グラファイトの粒径は、球換算で通常０．１μｍから１０μｍであるが、好ましくは５μｍ以下、特に、０．１μｍが好ましい。すなわち、前記鱗片状グラファイトの粒径を５μｍ以下とすることにより、互いに刺さり合うエッジ部分が増えて、積層数が増えて積層状態が強固となり、積層状態の鱗片状グラファイトがより強固に基材に付着されるからである。特に、粒径が０．１μｍの微細な鱗片状グラファイトは、均一な膜状となって基材に付着される。
また、鱗片状グラファイトのアスペクト比（板状の粒子の面積の平方根を厚さで割った値）は、５以上であることが好ましい。アスペクト比を５以上とすることで、エッジ部分の刺さり合う度合いが増すため、積層数が増えて積層状態がより強固となり、積層状態の鱗片状グラファイトがより強固に基材に付着されるからである。
このように、鱗片状グラファイトは、互いにエッジ部分が刺さり合って積層状態となることにより、基材に強固に付着され、従来のように可燃性のバインダを多量に用いて基材に付着する必要がないので、基材として不燃性のものを用いることにより、不燃性、軽量化、柔軟性を実現した電磁波吸収材とすることができる。
より強固に前記鱗片状グラファイトを基材に付着するためには、微量のバインダを使用して基材に前記鱗片状グラファイトを付着させてもよい。バインダとしては、有機、無機バインダがあるが、電磁波吸収材の不燃性を確保するためには、水ガラスなどの無機バインダを使用することが好ましい。なお、バインダの選定は、電磁波吸収材の使用環境などを考慮して適宜行えばよい。
電磁波損失材料の担持量は、分散液中の損失材料の固形分濃度と、分散液の粘度によって調整が可能であり、分散液中の電磁波損失材料の固形分濃度は、１〜５０質量％、分散液の粘度は１０〜５００ｍＰａ・ｓに調製することが好ましい。さらに、予め分散液にバインダを混合させることで、無機質長繊維に担持した電磁波損失材料の落下を防ぐことができる。バインダの固形分濃度は、０．１〜２０質量％の範囲で調整する。バインダの種類としては、有機、無機バインダがあるが、不燃性への対応から無機バインダを使用することが好ましい。なお、バインダの選定は、電磁波吸収材の使用環境によって選定することが可能である。
こうして得られた電磁波吸収材は、そのままでも使用可能であるが、さらに、電磁波の入射面側に電磁波の反射が小さい樹脂製シートを設置したり、同様に、袋や樹脂ケースに収納させることで、様々な用途展開が可能となる。入射面側に設置する樹脂シートとしては、ポリエチレンやＡＢＳ樹脂、ＦＲＰなどがある。袋としては、ポリフッ化ビニルやポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル製などがあるが、例えば、屋外で使用される場合は耐候性を要求される事から、ポリフッ化ビニル製のものなどに収納させればよい。樹脂ケースとしては、ポリエチレンやＡＢＳ樹脂、ＦＲＰ製などが挙げられる。
また、電磁波の反射面側に反射板や反射シートを設置することで、安定した電磁波吸収特性を有することが期待できる。これは、電磁波吸収材に吸収されずに透過した電磁波が常に電磁波吸収材の裏面で反射するため、設置場所に影響されずに、設計通りの電磁波吸収特性が得られるためである。
本発明の電磁波吸収材は、多孔質構造体における繊維および繊維間隔を利用して電磁波損失材料が効率よく担持されている。このような電磁波吸収材を製造する方法としては、電磁波損失材料を分散させた液体中に多孔質構造体を浸漬した後、乾燥することにより、多孔質構造体を構成する無機質長繊維の表面ばかりではなく、繊維と繊維の隙間にも電磁波損失材料を担持させることができるからである。これは、分散液の表面張力の作用によるものであると考えられ、繊維と繊維の隙間にも電磁波損失材料を担持させることが可能となるため、繊維表面のみに損失材料を担持させる場合と比較して、繊維数当たりの電磁波損失材料の担持量を極端に大きくすることが可能となる。
また、電磁波損失材料を分散した分散液中に多孔質構造体を浸漬した後、分散液中から取り出した多孔質構造体を水平方向に放置することで、多孔質構造体に付着した分散液に分散された状態の電磁波損失材料が重力効果により、厚さ方向に下側に移動し、結果として、厚さ方向に電磁波損失材料の担持勾配を形成することができる。この放置した時の上側、すなわち、電磁波損失材料の担持量が小さい面を電磁波の入射面とすることで、電磁波吸収材内部で電磁波の吸収をし易くし、電磁波吸収特性を向上させることができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
図１に示すように、電磁波吸収材の基材として、平均繊維径２０μｍのガラス長繊維をカール形状にして積層した厚さ５０ｍｍ、縦寸法５００ｍｍ×横寸法５００ｍｍの多孔質構造体１を得た。前記多孔質構造体１の製造方法は、次の通りである。すなわち、左右に微動するガラス長繊維の巻き取りドラムの幅範囲で、溶融ガラスを引き出すためのノズルを左右に微動させながら、ドラムにガラス長繊維を巻き付けることにより、コンデンスマットを得る。ガラス長繊維をドラムに巻き付ける際に、多孔質構造体となる繊維同士がほぐれないように繊維同士を結束するためのバインダがガラス長繊維に吹き付けてある。こうして得られたコンデンスマットをドラムから切り出し、ドラムに巻き付けた円周方向に対して垂直方向に引っ張り、ガラス長繊維同士を展開することで繊維がほぐれ、ガラス長繊維がカール形状に積層した多孔質構造体１が得られる。なお、ノズルを左右に移動させるスピードや、ドラムの回転数を一定にすることで、厚さ方向に繊維密度勾配を有していないコンデンスマットを得ることができ、前記ノズルを左右に移動させるスピードやドラムの回転数を変化させることで、厚さ方向に繊維密度勾配を有するコンデンスマットを得ることができる。
前記多孔質構造体１は、質量が６０ｇであり、厚さ方向に繊維の密度勾配は有していないものとした。この多孔質構造体１は、日本無機株式会社製のコスモ（登録商標）フィルタと同様のものであり、一般的にはフィルタとして使用されているものである。図２に示すように、前記多孔質構造体１を構成するガラス長繊維２のカール形状の直径Ｄ１は、約２０ｍｍと小さく形成しており、前多孔質構造体１の入射面側の凹凸形状の高低差Ｈ１は、約５ｍｍであった。
次に、質量比で、水：カーボンブラック：アクリルバインダ：アンモニア水をそれぞれ８３：１１：５：１の割合で混合した分散液を準備した。
前記分散液中に前記多孔質構造体１を１０秒間浸漬させた後、前記分散液中から取り出し、水平方向に３分間放置し、その後、１００℃の乾燥炉で１５分間乾燥させた。図３に示すように、この３分間の放置時間中に、カーボンブラックを分散した分散液を重力によって下側面に徐々に移行させ、その後、乾燥させることで、厚さ方向に電磁波損失材料であるカーボンブラックの担持勾配を有する電磁波吸収材３を得た。この電磁波吸収材３は、質量が９０ｇ、カーボンブラックの付着率が２２質量％、アクリルバインダの付着率が１１質量％であった。
前記電磁波吸収材３の電磁波入射面に、仕上げ材として厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂シート４を被覆した。電磁波吸収材３とＡＢＳ樹脂シート４の固定には、膜厚が約５０μｍと薄い、ゴム系の接着剤を使用した。
この電磁波吸収材の電磁波吸収特性を、図４に示した測定系により測定した。図４は、サンプルを設置していない測定系を示し、ホーンアンテナ１０から電磁波１１が送信され、該電磁波１１はレンズ１２を通過することで平面波１３となって、完全反射板１４に到達し、完全反射板１４で反射されて、再びホーンアンテナ１０で受信されるようにしたものである。一方、図５はサンプル１５を設置した測定系を示し、完全反射板１４の手前に測定したいサンプル１５を設置すると、ホーンアンテナ１０から送信された電磁波１１はサンプル１５に吸収され、吸収されなかった電磁波１１が完全反射板１４に到達して、再びホーンアンテナ１０で受信されるようにしたものである。ホーンアンテナ１０で受信されたサンプルがないときの受信レベルをａとし、サンプルがあるときの受信レベルをｂとした場合、次の（１）式により、前記サンプルの電磁波吸収量ｃ（ｄＢ）として測定する。
ｃ（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ（ａ／ｂ） （１）
前記電磁波吸収材のサンプルを９０度ずつ位置を変えた４点について、前記測定系により４回電磁波吸収量を測定した。結果を図６に示す。図６に示すように、本実施例の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ専用狭域通信）で使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、測定した４点全てが２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示し、本発明の実施例１の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が図られていることが確認できた。
次に、電磁波損失材料として、鱗片状グラファイトを担持した本発明の電磁波吸収材の実施例について説明する。
【実施例２】
前記実施例１と同様の多孔質構造体を電磁波吸収材の基材とした。
次に、質量比で、水：グラファイト：アンモニア水をそれぞれ９０：９．５：０．５の割合で混合した分散液を準備した。グラファイトは、球換算で粒径が０．１μｍ、アスペクト比が１０の鱗片状グラファイトを使用した。
前記分散液中に前記多孔質構造体を１０秒間浸漬させた。その後、前記分散液中から取り出し、水平に３分間放置した後、２００℃の乾燥炉で１０分間乾燥させて、電磁波吸収材を得た。この電磁波吸収材は、質量が７６ｇであり、グラファイトの付着率が２１質量％であった。
図７に、ガラス長繊維２に付着されている鱗片状グラファイト２０の付着状態を示す。図８は、図７のＡ部分拡大図を示し、ガラス長繊維２に付着されている鱗片状グラファイト２０の付着状態を詳細に示している。
図８に示すように、鱗片状グラファイト２０は、エッジ部分がお互いに刺さり合った積層状態となってガラス長繊維２に強固に付着されていることが分かった。乾燥後の前記電磁波吸収材は、表面を触っても鱗片状グラファイトの脱落は見られず、ノーバインダで鱗片状グラファイトをガラス長繊維に付着させることができた。また、前記電磁波吸収材の柔軟性も失われていなかった。
前記電磁波吸収材のサンプルを実施例１と同様に測定した。結果を図９に示す。図９に示すように、本実施例２の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣで使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、測定した４点全てが２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示し、本実施例２の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が図られていることが確認できた。また、電磁波損失材料としてカーボンブラックを担持した実施例１と比較して、電磁波損失材料として鱗片状グラファイトを担持した実施例２の電磁波吸収材は、電磁波吸収特性の均質化が図られていることが確認できた。
【実施例３】
前記実施例１と同様の多孔質構造体を電磁波吸収材の基材とした。
次に、質量比で、水：グラファイト：水ガラス：アンモニア水をそれぞれ９０：９：０．５：０．５の割合で混合した分散液を準備した。グラファイトは、球換算で粒径が０．１μｍ、アスペクト比が１０の鱗片状グラファイトを使用した。
前記分散液中に前記多孔質構造体を１０秒間浸漬させた。その後、前記分散液中から取り出し、水平に３分間放置した後、２００℃の乾燥炉で１０分間乾燥させて電磁波吸収材を得た。この電磁波吸収材は、質量が７７ｇであり、グラファイトの付着率が２０質量％、水ガラスの付着率が２質量％であった。
乾燥後の前記電磁波吸収材は、表面を触ってもグラファイトの脱落が見られず、２質量％という微量の無機バインダである水ガラスで、強固にガラス長繊維に鱗片状グラファイトを付着させていることが分かった。また、前記電磁波吸収材の柔軟性も失われていなかった。
前記電磁波吸収材のサンプルを実施例１と同様に測定した。結果を図１０に示す。図１０に示すように、本実施例３の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣで使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、測定した４点全てが２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示し、本発明の実施例３の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が図られていることが確認できた。
次に、前記電磁波吸収材から縦寸法１００ｍｍ×横寸法１００ｍｍの試験体を３個切り出し、５日間養生後、コーンカロリー試験機に３個の試験体を設置し、該試験体の２０分間の発熱量および発熱時間を測定した。建築で使用される材料の不燃性の目安（不燃認定レベル）は、総発熱量が８ＭＪ／ｍ２以下、最高発熱速度が２００ｋＷ以下である。本実施例３の電磁波吸収材は、３個の試験体の平均値として、総発熱量が４．２ＭＪ／ｍ２、最高発熱速度が２４．３ｋＷであり、建築で使用される材料として、十分に不燃性を有していることが分かった。
【実施例４】
前記実施例１と同様の多孔質構造体を電磁波吸収材の基材とした。
次に、質量比で、水：カーボンブラック：アクリルバインダ：アンモニア水の混合比がそれぞれ８３：１１：５：１の割合で混同した分散液を準備した。なお、アクリルバインダは、カーボンブラックをガラス長繊維に固定するために必要である。
前記分散液中に前記多孔質構造体を１０秒間浸漬させた。その後、前記分散液中から取り出し、１００℃の乾燥炉で１５分間乾燥させて電磁波吸収材を得た。この電磁波吸収材は、質量が９０ｇであり、カーボンブラックの付着率が２２質量％、アクリルバインダの付着率が１１質量％であった。
乾燥後の前記電磁波吸収材は、表面を触ってもカーボンの脱落は見られなかったが、バインダの付着が多いため、実施例１の電磁波吸収材と比較して、電磁波吸収材の柔軟性が少し失われていた。
前記電磁波吸収材のサンプルを実施例１と同様に測定した。結果を図１１に示す。図１１に示すように、本実施例４の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣで使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、測定した４点全てが２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示し、本発明の実施例４の電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が図られていることが確認できた。
次に、前記電磁波吸収材から縦寸法１００ｍｍ×横寸法１００ｍｍの試験体を３個切り出し、実施例３と同様に、前記３個の試験体の２０分間の発熱量および発熱時間を測定した。その結果、実施例４の電磁波吸収材は、３個の試験体の平均値として、総発熱量が１２．６ＭＪ／ｍ２、最高発熱速度が１７７．５ｋＷであり、不燃性を有していないことが分かった。
次に、比較例として、実施例１と同様に電磁波損失材料としてカーボンブラックを担持した電磁波吸収材について説明する。
（比較例）
図１２に示すように、電磁波吸収材の基材として、実施例１と同様の製造方法により、平均繊維径が２０μｍのガラス長繊維２をカール形状にして積層した厚さが５０ｍｍ、縦寸法５００ｍｍ×横寸法５００ｍｍの多孔質構造体５を得た。前記多孔質構造体５は、質量が６０ｇであり、厚さ方向に繊維の密度勾配を有しているものとした。この多孔質構造体５は、日本無機株式会社製のコスモ（登録商標）フィルタと同様のものであり、一般的にはフィルタとして使用されているものである。図１３の部分拡大図に示すように、多孔質構造体５を構成するガラス長繊維６のカール形状の直径Ｄ２は、約７０ｍｍと実施例１のガラス長繊維のカール形状の直径Ｄ１よりも大きく形成しており、前記多孔質構造体５の入射面側の凹凸形状の高低差Ｈ２は、約３０ｍｍであった。
次に、実施例１と同様の分散液を準備し、該分散液中に前記多孔質構造体５を１０秒間浸漬させた後、分散液中から取り出し、放置することなく、１００℃の乾燥炉で１５分間乾燥させた。図１４に示すように、多孔質構造体５は繊維の密度勾配を有しているため、厚さ方向にカーボンブラックの担持勾配を有している。
この電磁波吸収材７は、質量が９０ｇ、カーボンブラックの付着率が２２質量％、アクリルバインダの付着率が１１質量％であった。
前記電磁波吸収材７の電磁波入射面には、実施例１と同様にＡＢＳ樹脂シート４を被覆した。
前記電磁波吸収材のサンプルを実施例１と同様に測定した。結果を図１５に示す。図１５に示すように、本実施例の電磁波吸収材は、ＤＳＲＣで使用される周波数５．８ＧＨｚ帯（波長５２ｍｍ）において、前記サンプルを４点測定したなかで３点が２０ｄＢ以上の電磁波吸量を示しておらず、比較例１の前記電磁波吸収材の電磁波吸収特性の安定化が欠けていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
このように本発明の電磁波吸収材は、無機質長繊維をカール形状に積層した構造であるため、繊維と繊維の隙間にも効率良く電磁波損失材料を担持することができ、しかも、電磁波吸収材の入射面側を、入射する電磁波の波長に対して十分に平滑にすることで、電磁波吸収特性を安定化することができる。また、本発明の電磁波吸収材は、鱗片状グラファイトを電磁波損失材料として使用することで、バインダを使用することなく電磁波損失材料を基材に強固に付着させることができ、不燃性の対応を図ることができ、また、微量のバインダを用いて、より強固に電磁波損失材料を基材に付着させることができるため、軽量化、柔軟性を実現することができ、建築材としても好適に用いることができる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体における繊維および繊維間隙に電磁波損失材料を担持させた電磁波吸収材であって、前記電磁波吸収材の電磁波入射側表面の凹凸形状の高低差が、入射する電磁波の波長に対して２分の１以下であることを特徴とする電磁波吸収材。
【請求項２】
前記無機質長繊維の平均繊維径が１〜５０μｍであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項３】
前記無機質長繊維のカール形状の直径が、入射する電磁波の波長以下であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項４】
前記電磁波損失材料が、多孔質構造体の厚さ方向に対して、担持勾配を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項５】
前記電磁波損失材料が、グラファイト、もしくは、カーボン、または、その混合材であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項６】
前記グラファイトが鱗片状であり、該鱗片状のグラファイトが積層状態に無機質長繊維に付着してなることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の電磁波吸収材。
【請求項７】
前記鱗片状グラファイトの粒径が球換算で５μｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材。
【請求項８】
前記鱗片状グラファイトのアスペクト比が５以上であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材。
【請求項９】
前記鱗片状グラファイトを、無機バインダで無機質長繊維に付着していることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材。
【請求項１０】
前記電磁波吸収材の電磁波の入射面側に、金属以外の袋やシートを設置したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項１１】
前記電磁波吸収材の電磁波の入射面に対して反対面側に、電磁波の反射板や反射シートを設置したことを特等とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項１２】
無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体を、電磁波損失材料を分散させた分散液に浸漬した後、水平にして一定時間放置して、電磁波損失材料が重力により厚さ方向に対して下側に移行することにより、厚さ方向に担持勾配を形成させた後、乾燥することにより、前記多孔質構造体の繊維および繊維間隔を利用して電磁波損失材料を担持させたことを特徴とする電磁波損失材料の製造方法。
【請求項１】
無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体における繊維および繊維間隙に電磁波損失材料を担持させた電磁波吸収材であって、前記電磁波吸収材の電磁波入射側表面の凹凸形状の高低差が、入射する電磁波の波長に対して２分の１以下であることを特徴とする電磁波吸収材。
【請求項２】
前記無機質長繊維の平均繊維径が１〜５０μｍであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項３】
前記無機質長繊維のカール形状の直径が、入射する電磁波の波長以下であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項４】
前記電磁波損失材料が、多孔質構造体の厚さ方向に対して、担持勾配を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項５】
前記電磁波損失材料が、グラファイト、もしくは、カーボン、または、その混合材であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項６】
前記グラファイトが鱗片状であり、該鱗片状のグラファイトが積層状態に無機質長繊維に付着してなることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の電磁波吸収材。
【請求項７】
前記鱗片状グラファイトの粒径が球換算で５μｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材。
【請求項８】
前記鱗片状グラファイトのアスペクト比が５以上であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材。
【請求項９】
前記鱗片状グラファイトを、無機バインダで無機質長繊維に付着していることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電磁波吸収材。
【請求項１０】
前記電磁波吸収材の電磁波の入射面側に、金属以外の袋やシートを設置したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項１１】
前記電磁波吸収材の電磁波の入射面に対して反対面側に、電磁波の反射板や反射シートを設置したことを特等とする請求の範囲第１項に記載の電磁波吸収材。
【請求項１２】
無機質長繊維をカール形状に積層した多孔質構造体を、電磁波損失材料を分散させた分散液に浸漬した後、水平にして一定時間放置して、電磁波損失材料が重力により厚さ方向に対して下側に移行することにより、厚さ方向に担持勾配を形成させた後、乾燥することにより、前記多孔質構造体の繊維および繊維間隔を利用して電磁波損失材料を担持させたことを特徴とする電磁波損失材料の製造方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０８４６０２
【国際公開日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【発行日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５６９５９９（Ｐ２００４−５６９５９９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００６７７５
【国際出願日】平成１５年５月２９日（２００３．５．２９）
【出願人】（０００２３２７６０）日本無機株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【発行日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００６７７５
【国際出願日】平成１５年５月２９日（２００３．５．２９）
【出願人】（０００２３２７６０）日本無機株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
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