(57)【要約】エラストマーまたは加硫ゴム中にタングステンのような高密度粒子が均一に分散した複合材料であって、複合材料の全体積中のエラストマーまたは加硫ゴムおよび高密度粒子が、それぞれ、３５〜５０体積％と５０〜６５体積％からなり、高密度粒子の粒子組成が、粒子径がそれぞれ、１０μｍ以上１００μｍ以下の大粒子が６０〜８０体積％と、３μｍ以上６μｍ以下の中粒子が１０〜２０体積％と、１μｍ以上２μｍ以下の小粒子が１０〜２０体積％とからなり、大粒子の間に中粒子と小粒子が充填されている。優れた柔軟性と加工性を有し、放射線遮蔽シート材、ウェイト部材、防振材、バランス部材、さらには、放熱用材料、散弾用材料として好適に使用できる。
2003029343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーまたは加硫ゴム中に高密度粒子が分散した複合材料であって、
複合材料の全体積中のエラストマーまたは加硫ゴムおよび高密度粒子が、それぞれ、３５〜５０体積％と５０〜６５体積％であり、
前記粒子の粒子組成が、
粒子径がそれぞれ、
１０μｍ以上１００μｍ以下の大粒子が６０〜８０体積％と、
３μｍ以上６μｍ以下の中粒子が１０〜２０体積％と、
１μｍ以上２μｍ以下の小粒子が１０〜２０体積％とからなり、
大粒子の間に中粒子と小粒子が充填されている高密度複合材料。
【請求項２】
高密度粒子がタングステン、Ｗ合金、Ｗ化合物、ＷＣ、Ｍｏ、Ｍｏ合金、Ｍｏ化合物からなる請求項１に記載の高密度複合材料。
【請求項３】
エラストマーがスチレン系熱可塑性エラストマーまたはオレフィン系熱可塑性エラストマーである請求項１に記載の高密度複合材料。
【請求項４】
高密度粒子の粒子径が、それぞれ、分級によるものである請求項１に記載の高密度複合材料。
【請求項５】
高密度複合材料がシート材として使用されるものである請求項１から請求項４のいずれかに記載の高密度複合材料。
【請求項６】
高密度複合材料がウェイト部材として使用されるものである請求項１から請求項４のいずれかに記載の高密度複合材料。
【請求項７】
高密度複合材料が防振材として使用されるものである請求項１から請求項４のいずれかに記載の高密度複合材料。
【請求項８】
高密度複合材料がバランス部材として使用されるものである請求項１から請求項４のいずれかに記載の高密度複合材料。
【請求項９】
高密度複合材料が放射線遮蔽材として使用される請求項１から５のいずれかに記載の高密度複合材料。
【請求項１０】
表面抵抗値が１０２〜１０９Ω・ｃｍである請求項１から５記載の高密度複合材料。
【請求項１１】
高密度複合材料が放熱用材料として使用されるものである請求項１から請求項５のいずれかに記載の高密度複合材料。
【請求項１２】
高密度複合材料が散弾用材料として使用されるものである請求項１から請求項４のいずれかに記載の高密度複合材料。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、放射線遮蔽材、防振材、ウェイト部材、バランス部材、放熱材料、散弾等に使用される柔軟性を有する高密度複合材料に関する。
背景技術
高密度材料の用途の一つとして放射線遮蔽材としての用途がある。放射線治療および放射線の測定においては、照射対象部位のみに必要量の放射線を照射できるように、放射線照射の必要の無い部位は放射線を遮蔽するための遮蔽材によって覆われる。この遮蔽材としては、従来から遮蔽効果が高く、安価であり、また、加工も容易である鉛が広く用いられてきた。ところが、鉛自体は人体に有害であり、環境汚染の点からの問題が指摘されている。
この問題を解消するために、変形し易く加工が容易な、高密度金属、特にタングステンとゴム質の有機材料との複合体が鉛の代替材として提案されている。例えば、特開平１０−１５３６８７号公報には、ゴムをその他の有機材料とを混ぜ合わせることで、密度９ｇ／ｃｍ３以上の高密度柔軟性材料を得ることが開示されている。これは、２種の平均粒子径を持つ高密度の粉末を使用することで、密度の増大を図っているが、従来から使用されてきた鉛よりも実質的に低密度であり、放射線の遮蔽材と使用してもその機能に劣る欠点がある。
また、高密度材料は遮蔽材以外に防振材やバランス維持などに使用するウェイトとして用いられるが、上記公報に開示された高密度材料は、高密度と柔軟性が充分ではなく、このような防振材やウェイトの用途としては、密度と加工性において不適当である。
発明の開示
本発明の目的は、従来の鉛その他の高密度の金属に匹敵する１０ｇ／ｃｍ３以上の密度と優れた柔軟性と加工性を有する複合材料の提供にある。
本発明の他の目的は、環境上の問題がなく、高い放射線遮蔽能力を有し、成形加工が容易な高密度の複合材料の提供にある。
本発明のさらに他の目的は、安価で、取り扱いが安全容易で、耐熱性および耐薬品性に優れ、バランス材、防振材などの可動部位にも使用できる柔軟性を有する高密度複合材料の提供にある。
本発明は、エラストマーまたは加硫ゴム中に高密度材料粒子が分散した複合材料であって、複合材料の全体積中のエラストマーまたは加硫ゴムおよび高密度粒子が、それぞれ、３５〜５０体積％と５０〜６５体積％からなり、
前記高密度材料粒子の粒子組成が、粒子径のそれぞれが、
１０μｍ以上１００μｍ以下の大粒子が６０〜８０体積％と、
３μｍ以上６μｍ以下の中粒子が１０〜２０体積％と、
１μｍ以上２μｍ以下の小粒子が１０〜２０体積％とからなり、
大粒子の粒子間に中粒子と小粒子が充填された状態としたことを特徴とする。
本発明において使用される高密度材料としては、タングステン、モリブデン等の重合金、それらの合金、それらの化合物またはＷＣのような高密度のセラミックス等が使用できる。
以下、高密度材料としてタングステンを使用した場合を例に挙げて説明する。
金属あるいはセラミックス粉末を有機高分子材料と混ぜ合わせる場合、材料の流動性が良いものほど混ざりやすく成形性も優れてくる。複合材料の流動性は粉末の割合と粉末粒子径に影響を受け、粉末の量が少なく、また粉末粒子径が大きいほど流動性は高くなる。材料の密度を上げるためには粉末の量は極力増やす必要があるが、粉末割合を増やせば逆に流動性は低下し高密度の複合材料を得ることが困難となる。
また、粉末の粒子径を大きくしていくことで流動性を得ることができるが大きい粉末のみで混合する場合には、図１に示すように、その大粒子間Ａに隙間Ｖが多く存在することになる。また、図２に示すように、特開平１０−１５３６８７号公報に開示されている２種類の大粒子Ａと中粒子Ｂを使用した場合でも大粒子間Ａの隙間Ｖは充分に充填されず密度の向上には限界がある。
本発明は、理想的な充填状態を得るために、図３に示すように、大粒子Ａの間に中粒子Ｂと小粒子Ｃを所定の割合で充填することで、流動性を維持することができ、粉末の配合割合を増して、より高密度の複合材料を実現できるという知見によって完成した。すなわち、特定の粒度構成を有する大粒子、中粒子、小粒子を用いた場合、流動性に優れ、内部欠陥や気泡のない品質や特性において優れた複合材料を容易に得ることができる。
高密度複合材料をシート状にして放射能遮蔽板のように柔軟性が要求される用途に使用した場合、シート材の柔軟性を維持するためには、エラストマーまたは加硫ゴムに均一に分布するタングステンの粒子径は１００μｍが上限である。粒子径が１００μｍを越えると、それだけ材料が曲がりにくくなり、柔軟性がなくなり、ひびが入る。そこで、柔軟性を維持するためには、粉末の粒子径が、大粒子として１０μｍ以上１００μｍ以下である必要がある。
また、粒子の充填性からいうと、同じ粒子径の粉末の大粒子のみを用いた場合には、最密状態での充填の形態は六方体格子状に充填されたいわゆる六方体充填の場合である。面心立方構造も理論上は最密充填の形態ではあるが、現実の問題として、この構造となることはない。
粒子同士が最密充填である六方充填の形態の理想的に行われた場合を想定すると、その充填密度は理想密度の約７４％まで可能である。これは、タングステンの場合、その密度は約１４．２ｇ／ｃｍ３に相当する。これが樹脂等との複合材料となった場合は、図３に示すように、その充填密度が上がった大粒子Ａ、中粒子Ｂ、小粒子Ｃとの間の隙間Ｖを、さらに、樹脂が充填するため、これより０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３程度高い値となる。
ところが、実際にタングステン粉末とエラストマーまたは加硫ゴムを混合して複合材料を製作する際には、粒子形状が揃っていないことと、粒子間に侵入したエラストマーまたは加硫ゴムとの間には、微細な隙間が生じることから、例えば、密度が約１ｇ／ｃｍ３のエラストマーを４１体積％含む場合は、実際の密度は９ｇ／ｃｍ３程度のものしか得ることができなくなる。実際に前記理由のために、タングステン粉末の粒子径として１０μｍから１００μｍのものを使用した場合でも、若干の差はあるがこれと同程度の密度となる。このことは、通常のスプレードライヤーなどにより得られる造粒分のように粒子径の揃った粒子を用いた場合でも、実際には、粒子の整列状態、粒子の大きさ、形状が不均一であること、エラストマーとの密着性、エラストマー中の気泡などにより、これ以上の密度は出せないことを意味する。
さらには、エラストマーと混合したタングステン粒子の周りには微細な気孔が存在する。これは、表面活性剤などでタングステン粒子を処理しても残存する。その気孔の多くは結晶の表面が滑らかな場合はその表面に薄い膜のように存在する。そのために、同じ重量のタングステン粉末でも比表面積が大きくなる微細な粉末では気孔が増え、密度を上げることができない。例えば、平均粒子径０．５μｍ程度の微細粉末に造粒したタングステンの粒子と密度約１ｇ／ｃｍ３のエラストマーを混合すると、密度は７．５ｇ／ｃｍ３程度しか得ることができない。このことから、粒子径が０．５μｍより小さい微細粉末を配合しないことが望ましい。
また、タングステン粒子の充填は、前述のように、六方体格子状の最密充填が理想的に行われることが望ましいが、その際も粒子同士に隙間が生じる。そこで、その隙間の大きさと同程度の粒子径を持つ粉末を別に添加すれば、隙間が埋まるために密度を上げることができる。さらに、その両者の隙間を埋めるさらに小さい粒子径を持つ粉末を加えると密度を上げることができる。しかしながら、前述の理由により０．５μ未満の粉末が多く存在することは望ましくない。
以上のことから、本発明では、実現できる理想的な充填状態を得るために、体積割合で６０〜８０体積％を占める１０〜１００μｍの粒子径の大粒子と、それらの粒子の隙間を過不足なく充填する程度の大きさおよび割合を持つ、体積割合で１０〜２０体積％を占める４〜６μｍの中粒子と、さらに大粉末と中粉末との隙間と同程度の大きさと割合を持つ体積割合で１０〜２０体積％を占める１〜２μｍの小粒子の割合のタングステン粉末と、それらの隙間を埋めて粒子同士をつなぎ、さらに柔軟性を持たせるエラストマーまたは加硫ゴムと混合して複合材料とすることによって前記課題を解決した。
理想状態のモデルにより計算すると大粒子と中粒子、小粒子の比は、粒子径で１００：２２：７、体積で１００：１：０．４程度となるが、実際の粉末は形状が球ではなくいびつな形であり、表面も荒れており、粒子径も均一でなく、また、粒子はエラストマー中に分散している。そのために、大粒子間の隙間がモデルと比較して大きくなるために、上記規定した範囲が適当となる。
高密度の複合材料において柔軟性を得るためには、一般のプラスチックのような高分子材料は、それ自体が硬質であり肉圧が増すと変形しにくいので適当ではなく、それ自体が柔軟性のあるエラストマーまたは加硫ゴムを使用する必要がある。複合材料中のエラストマー及び加硫ゴムは充填粉末の周囲でネットワークを形成しておりその弾性、伸び特性を維持し複合材料としても柔軟性が保持される。
エラストマーとしてはスチレン系熱可塑性エラストマーまたはオレフィン系熱可塑性エラストマーとすることが望ましく、これによって成形性も優れており軟質で高密度の複合材料を容易に得ることができる。
スチレン系熱可塑性エラストマーは、エラストマーの中でも特に柔軟性があり、また軟化温度が低い。そのために、高配合の高密度粉末との混錬による複合化によって、高密度で柔軟性のある複合材料を得ることができる。更には、熱可塑性樹脂であるため再生可能であり、使用後の廃棄量も少なくて済む。スチレン系熱可塑性エラストマーの具体的な種類としてはスチレン・イソプレン共重合物、スチレン・イソプレン共重合体の水素添加物、スチレン・ブタジエン共重合物、スチレン・ブタジエン共重合体の水素添加物、スチレン・イソプレン・ブタジエン共重合物、スチレン・イソプレン・ブタジエン共重合体の水素添加物等が挙げられる。
また、オレフィン系熱可塑性エラストマーは柔軟性があり、また軟化温度が低く成形性に優れる上に、耐油性、耐熱性、引張り強度に優れており、柔軟性と強度を併せ持った高密度複合材料が得られる。更には、熱可塑性であるためリサイクルが可能で、使用後の廃棄量が削減できる。オレフィン系熱可塑性エラストマーの具体的な種類としてはエチレン・ブテン共重合、プロピレン・ブテン共重合物、エチレン・プロピレン共重合物、ブテンもしくはエチレン、プロピレンとαオレフィン共重合物、非晶質エチレン・プロピレン共重合物等が挙げられる。
更には、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂といった一般の樹脂や、難燃剤、増粘剤、耐オゾン添加剤、等の各種添加剤をエラストマーに添加することにより、硬度や強度を調整でき、また難燃性、耐オゾン性といった機能を有する放射線遮蔽材などの製品を安価に製造できる。
加硫ゴムの場合、その種類は特に限定されないが、フッ素ゴムとすることが望ましく、これにより平均２００℃の環境下で使用可能で、かつケトン類を除く殆どの有機溶剤、薬品に耐えることが可能な弾性変形能を有するシート材を提供することができる。このフッ素ゴムの加硫剤としてパーオキサイドを用いた場合には、特に耐薬品性に優れ、ポリオールを用いた場合には特に耐熱性に優れた放射線遮蔽材に適したシート材が提供できる。その他の加硫ゴムとしては、一般の樹脂以上の耐熱性を有するシリコンゴム、エチレン・プロピレンゴム、高い耐油性を有するニトリルゴム、コスト的に有利な天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴムなどが使用される環境に応じて使用可能である。
エラストマーや加硫ゴム単体は切断加工するのは容易でない。しかし、高密度材料粉末との複合材料とすることで、ネットワーク状に繋がったミクロのクラックが形成されるので容易に切断でき、切断加工性にも優れたものとなる。また、熱可塑性エラストマーを使用する場合、加熱することで塑性変形するので所望の形状を容易に得ることができる。さらには、熱圧着により材料を接合が容易となり、材料を使用する場合の施工性にも優れるといった利点がある。
また、本発明の高密度複合材料は、防振材およびウェイト材として、密度が１０ｇ／ｃｍ３以上と十分に高く、また、必要に応じてエラストマーや加硫ゴムの混合比を調製することによりさらに高い密度も得ることができる。この密度は鉛と同等であり、ウェイトとしての効果は十分高いものが得られる。また、防振効果やウェイトとしての性能は主にその密度によって決まるために、防振材またはウェイト部材として使用された場合、大変に優れた特性を有する。
また、タングステンのγ線吸収係数（ｃｍ−１）は、γ線のエネルギーが１．５ＭｅＶにおいて、約１．０という大きいもので、高い放射線遮蔽能力を得ることができる。これは鉛のγ線吸収係数（ｃｍ−１）はγ線のエネルギーが１．５ＭｅＶにて、約０．６であるのに対しても十分に高い。また、鉛合金を使用した場合に比較して、環境および人体への悪影響がほとんどなく、衛生的かつ安全な製品を提供することができる。
本発明の高密度複合材料は、同一のエラストマーまたは加硫ゴムを有する材料で比較した場合、３種類の異なる平均粒子径を持つ粉末を混合した本発明の材料は、材料全体に占める粉末の割合を増加させることが可能となり、結果として放射線遮蔽能力を増加させることができる。
また、本発明の高密度複合材料は、高密度粉末と各種エラストマーまたは加硫ゴムとの混合物とすることにより、配合された粉末が各種エラストマーまたは加硫ゴムに取り込まれた状態となって、材料全体が柔軟性を有している。このため、放射線遮蔽材として使用する場合は取り扱いが容易であり、高い放射線遮蔽能力を限られたスペースの中で得ることができる。また、柔軟性を有すために衝撃、振動などによる破損がない。
また、材料全体が柔軟性を有するため、凹凸形状の放射線遮蔽に関しても弾性変形能を利用して容易に密着させることが可能である。特に形状をシート状にしておけば狭いスペースにも対応でき、また、所望の形に容易に切断して使用することができる。
本発明の高密度複合材料の上記特性を発揮させるためには、全体積中のエラストマーまたは加硫ゴムおよび高密度金属粒子との配合割合も重要であり、そのためには、それぞれ、３５〜５０体積％と５０〜６５体積％である必要がある。いかに、密度の低いエラストマーまたは加硫ゴムを用いたとしても、高密度複合材料の粉末含有率が６５体積％を超える場合には、粉末粒子がエラストマーまたは加硫ゴムに完全に取り込まれなくなり、材料全体の弾性変形能が保持できなくなる。本発明の高密度複合材料は、粉末の配合割合が低いとその特性はエラストマー、または加硫ゴム単体の特性に近づきより柔軟性を得ることができるが、十分な密度を得る目的には粉末の割合を体積率で３５％以上とすることが望ましく。また体積率で５０％を超える場合は粉末の周囲に位置するエラストマーおよび加硫ゴムのネットワーク状に形成され難く、複合材料として強度や柔軟性を保持することが困難であり望ましくない。
本発明の高密度複合材料は、上記の特性の他に高熱伝導性放熱材としても良い特性を示す。一般的に樹脂やゴム製品は熱伝導性が低く電子部品などの放熱特性を求められる個所へは使用できなかった、しかしながら、本発明品のように熱伝導性の高い金属、セラミックス等を高密度に充填した複合材料においては熱伝導性特性が改善されかつ柔軟性を有する放熱材料として優れた特性を示す。
さらに、本発明の高密度複合材料は狩猟やクレー射撃等に使用される散弾に使用できる。散弾の材料には高い密度と変形性能が求められ、従来、鉛が使用されているが、環境土壌汚染、動物への有害性など点で問題とされている。しかしながら本材料を散弾に用いることで鉛と同等の密度でかつ柔軟性をもち環境に影響を及ぼさない散弾を得ることができる。
またさらに、本発明の高密度複合材料は、表面抵抗が１０２〜１０９Ω・ｃｍのものが得られ、いわゆる半導電性を有し、静電気を徐々に放電することから電子機器の電気的破壊を起こすことなく、静電気放電対策（ＥＳＤ対策）材料として利用ができる。
本発明の高密度複合材料の製造に際しては、予め大粒子、中粒子、小粒子の粒子径の異なる３種類の粉末を含む混合粉末とし、エラストマーまたは加硫ゴムと混ぜ合わせることが好ましい。
この混合粉末の製造方法としては各々分級により粒度を調整した３種類の粉末を混合機にて均一に分散しながら混合する方法、あるいは平均粒子径の異なる３種類の粉末を混合機にて均一に分散しながら混合する方法がある。所定の粒度構成の大粉末と、中粉末と、小粉末の粒子を得るためには、粉末の造粒段階で、あらかじめ１０〜１００μｍに分級した粉末と、３〜６μｍに分級した中粉末と、１〜２μｍに分級した小粉末とを混合する方法が粒子径を制御する上でもっとも望ましい。
次に得られた混合粉末とエラストマー又は加硫ゴムとを混合する。
エラストマーとして、熱可塑性エラストマーを用いる場合は、混合粉末をニーダーあるいは成形装置内の２軸混合スクリュー等により混錬する。得られた高密度複合材料は、プレス成形、押し出し成形、ロール成形等の各種成形装置により、ペレット、ブロック、シート、ワイヤー、パイプといった各種形状への成形が可能で、更にＴダイ押し出し、カレンダーロール等による連続的なシート成形、射出成形機による複雑形状品への成形、金属部品の埋め込みや一体成形をすることができる。
また、熱硬化性、架橋性エラストマーの場合はロール練り、ポットミル、ミキサー等の方法で混錬を行い、プレス、カレンダーロール、押し出し成形機、射出成形機等によりブロック、シート、ワイヤー、パイプといった各種形状に成形する。また、トランスファー成形機、射出成形機により複雑形状品の成形、金属部品の埋め込みや一体成形が可能である。
加硫ゴムを使用する場合は、未加硫ゴムに、加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、増強剤等の添加剤を適当量配合したゴム材料とタングステン粉末をオープンロール、ミキサー等により練り混合を行なって複合材料を得た後、プレス、カレンダーロール、押し出し成形機、射出成形機等によりブロック、シート、ワイヤー、パイプといった各種形状に成形する。また、トランスファー成形機、射出成形機により複雑形状品の成形、金属部品の埋め込みや一体成形が可能である。
実施例１
表１と表２に示す粒子経のタングステン粉末を、それぞれの表に示す割合の混合粉末を乾式の混合機により充分混合し、得られたタングステン混合粉末を５９体積％とスチレン系熱可塑性エラストマー「ノフアロイＩＥ２０５（日本油脂（株）製）」４１体積％とを加圧ニーダーによって、１５０℃で、２時間混練することにより複合材料とし、さらに、これを１３０℃のプレス成形により厚さ１ｍｍのシート状材料を作製して、試料Ｎｏ．１〜３３を得た。
同表において、試料Ｎｏ．の一桁番号であるＮｏ．１〜８は、本発明の実施例を示し、それ以外の＊印を付した二桁の試料Ｎｏ．１０〜３３は本発明で特定する範囲外の比較試料を示す。
本発明の実施例に係る試料Ｎｏ．１〜５と比較試料Ｎｏ．１０〜２６はタングステン粉末として分級した粉末とエラストマーとの複合材料である。
また、本発明の実施例に係る試料Ｎｏ．６〜試料Ｎｏ．８と、比較例に係る試料Ｎｏ．２６〜試料Ｎｏ．３３はいずれも調製の際に所望の粒子径を中心とする平均粒子径を持つ粉末を使用して調製して試料を示す。
また、表中１の「１〜２μｍ」「２〜３μｍ」「３〜６μｍ」「６〜１０μｍ」「１０〜１００μｍ」は、それぞれ「１μｍ以上２μｍ以下」「２μｍより大きく３μｍ未満」「３μｍ以上６μｍ以下」「６μｍより大きく１０μｍ未満」「１０μｍ以上１００μｍ以下」を示す。
本発明の実施例の中、分級した粉末を使用した試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．５のシートは、密度１０ｇ／ｃｍ３を超え、柔軟性に優れたものであった。これらの試料の断面を走査型電子顕微鏡によるＳＥＭ観察したところ、エラストマー中にタングステン粉末が均等に分散していおり、また、大粉末同士の間に中、小粉末が入り込む構造を取っていることが確認できた。これらの試料の密度はいずれも１０．０ｇ／ｃｍ３を超えており、６ＭＶのＸ線における放射線吸収特性を測定したところ、同一厚みの鉛合金板の約１０６％であり、同じく同一厚みの市販の密度が約４ｇ／ｃｍ３の含鉛シートの約２．５倍で、鉛合金より優れた放射線遮蔽能力を有していることが確認された。
比較試料Ｎｏ．１０〜１４は、分級した粉末１種類のみとエラストマーとの複合材料である。分級した粉末は粒子同士の大きさがどの粉末も近いために、粒子同士の隙間に他の粉末が充填されることはない。そのために、充分な密度を得ることができない。また、この場合は粒子の小さい試料の方が、粒子の大きい試料よりも粉末比表面積が大きいために粒子とエラストマーとの隙間が増え、より低い密度しか得られなかった。
比較試料Ｎｏ．１５〜２６は、分級した粉末を複数種混合したものとエラストマーとの複合材料である。これらの試料は、いずれも大粒子の隙間に中粒子、小粒子が適当な割合にて充填されるには、中粒子、小粒子が不足または過剰なために、隙間が残ったり、中粒子、小粒子が粉末同士が接触して隙間を生じてしまうために、いずれも充分な充填密度を得ることができなかった。
以上の試料は、いずれも分級した粉末を用いた例を示しているが、分級した粉末は混合の際の制御が簡単であるが、その製造コストが高くなる。そのために、コスト面から考えると平均粒子径を制御した粉末を混合して使うことが現実的である。
試料Ｎｏ．６〜試料Ｎｏ．８、試料Ｎｏ．２６〜試料Ｎｏ．３３はいずれも調製の際に所望の粒子径を中心とする平均粒子径を持つ粉末を使用して、調製して試料を得た例を示す。分級された粉末を使用する例とは異なり、所望の粒子径の範囲から数〜数１０体積％の粉末は粒子径が大きいまたは小さい粒子が含まれる。
平均粒子径によってその粒子経を規定した本発明の実施例の試料Ｎｏ．６〜試料Ｎｏ．８は、上記分級した粉末を用いた試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．５と比較すると若干密度が落ちるものの、いずれも１０ｇ／ｃｍ３を越える充分な密度が得られた。また、そのほかの物性についても充分な特性を示した。組織を観察したところ、大粉末同士の隙間を中粉末、小粉末が充填していた。これに対して同じ平均粒子径によってその粒子径を規定した比較試料Ｎｏ．２６〜試料Ｎｏ．３３はいずれも所望の密度を得ることができなかった。組織を観察したところ、粒子の配列に規則性が見られずに、同程度の粒子径の粒子の固まりが観察された。
表１と２に示す試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．３３の試料は、曲げ試験の結果いずれも優れた柔軟性を有していた。同程度の粒径の粒子の固まりが観察された。また、曲げ試験の結果、本発明の実施例はいずれも優れた曲げ性を示したのに対し、比較例の場合は、クラックを生じた。
実施例２
この実施例は、表３に示すように、タングステン粉末と混合するエラストマーおよび加硫ゴムの効果を他の樹脂材と比較したものである。
大粒子として１０〜２０μｍに分級したタングステン粉末を７０体積％、中粒子として４〜５μｍに分級したタングズテン粉末を１５体積％、小粒子として１〜２μｍに分級したタングステン粉末を１５体積％それぞれ秤量し、乾式の混合機により充分混合し、タングステン混合粉末を得た。
本発明の実施例を示す試料番号Ｎｏ．１０１〜１０３は本発明の実施例を示し、＊マークを付した試料番号Ｎｏ．１１１と１１２は比較例として、それぞれ、ポリスチレンとＡＢＳ樹脂を用いた例を示す。試料番号Ｎｏ．１０１のスチレン系エラストマーとしては、「ジェリーキャスト  ＪＣ−１０００−Ｎ（クラレトレーディング（株）製）」を用い、また、試料番号Ｎｏ．１０２のオレフィン系エラストマーとしては、「ノフアロイＩＥ２０５（日本油脂（株）製）」を用いた。試料Ｎｏ．１０３を除く、何れの場合も、複合材料が１１．５ｇ／ｃｍ３となる割合で秤量し、加圧ニーダーにて本発明の実施例の場合には、１３０℃〜１４０℃で、比較例の場合は、それぞれ、２００℃と２２０℃で３時間混練することにより１ｍｍ厚みのシート状の複合材料を得たものである。
試料Ｎｏ．１０３の場合は、タングステン粒子の総体積に対して、５０μｍ〜１００μｍに分級した大粒子６０体積％と、３μｍ〜６μｍに分級した中粒子１０体積％と、粒子径１μｍ〜２μｍに分級した小粒子２０体積％を混合機により混合しタングステン混合粉末とした。得られたタングステン５１体積％と天然ゴムおよび加硫剤、加硫促進剤を合わせて４９体積％となるよう秤量しオープンロールにて素練りして複合材料とした。さらにこれを１６０℃の加硫プレス成形により１ｍｍ厚みのシート材料を作製した。
作製したシートは、本発明の実施例の試料Ｎｏ．１０１と１０２の場合、いずれも、密度１１．８ｇ／ｃｍ３の高密度特性を示し柔軟性も良好であり、引張り強度は６ＭＰａの値を示した。さらに、試料番号Ｎｏ．１０３の場合は、また、本発明の実施例の場合は、高密度で柔軟性があり、また、引張強度の高い（２０ＭＰａ）シートを得ることができた。
これに対して、比較例の試料Ｎｏ．１１１の場合、ポリスチレンがタングステン粉末間に対して充分な量ではなく、一部のタングステン粉末はポリスチレンに接しておらず粉末のままであった。また、比較例の試料Ｎｏ．１１２の場合、一部のタングステン粉末は粉末のままであった。
実施例３
実施例１から実施例３にて得られた本発明の材料およびシートを整形し、釣り具用のウエイトに使用したところ、鉛と同等の密度を持ち変形が容易なために、ウエイトとしての使用感が向上した。また、使用中釣り糸より外れて、水中に落下させ紛失した場合でも、鉛のように水質を汚染しなかった。
実施例４
実施例１から実施例３にて得られた本発明の材料およびシートを、家庭用電気冷蔵庫用の足部に敷き、防振材として使用したところ、従来のゴムシートを敷いた場合と比較してフロアおよび下の階への振動が大きく軽減された。
実施例５
実施例１から実施例３にて得られた本発明の材料およびシートをヘリコプター用ルーターのバランス部材として使用したところ、本発明のシートは加工性が鉛や重金属と比較して著しく容易なために微調整が簡単で、作業が短時間で済むようになった。
実施例６
実施例１から実施例３にて得られた本発明の材料およびシートをエックス線を用いた荷物検査機用の遮蔽カーテンとして使用したところ、含鉛カーテンよりも遮蔽効果が高まり、また、無害なために食品などにも使用できるようになった。
実施例７
上記実施例１〜６におけるタングステンのかわりにＷＣのようなタングステン合金、Ｍｏ、Ｍｏ合金を用いたところ、同様の効果が得られた。
実施例８
Ｗ粉末を先の実施例１の粒度構成としたものを６０体積％と、エラストマーとしてオレフィン系エラストマー（日本油脂（株）製ノフアロイＩＥ２０５）４０体積％からＩＣチップ放熱スペーサーを作製した。得られた放熱スペーサーは、実施例１に示すように密度が高く、熱伝導がよい。また、柔らかいために密着可能で放熱特性に優れたものであった。
実施例９
Ｗ粉末を先の実施例１の粒度構成としたものを５６体積％と、エラストマーとしてスチレン系エラストマー（クラレトレーディング（株）製ジェリーキャスト）４４体積％からなる複合体を得て、その優れた高密度とから散弾銃用の弾丸を作製した。この弾丸は、環境土壌汚染、動物への有害性などがないものであった。
産業上の利用可能性
本発明の高密度複合材料は、１０ｇ／ｃｍ３以上の密度を有し、無害で、高い放射線遮蔽能力を有し、成形および加工が安価かつ容易であり、取り扱いが容易な、柔軟性のある材料であるので、湾曲部など複雑形状の可動部位にも使用可能であり、放射線遮蔽材、防振材、ウェイト部材、バランス材として有用である。
また、本発明の高密度複合材料は、上記の特性の他に高熱伝導性放熱材としても良い特性を示し、放熱特性を求められる電子部品に使用でき、さらに、静電気放電対策（ＥＳＤ対策）材料として利用ができる。
また、さらに、本発明の高密度複合材料は狩猟やクレー射撃等に使用される散弾に使用できる。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【図面の簡単な説明】
添付図１から図３は使用する粉末の粒径と充填状態の関係を模型的に示すもので、図１は大粒子のみを使用した場合を、図２は２種類の粒径の粉末を用いた場合を、また、図３は本願発明に基づいて３種類の粒径の粉末を用いた場合の充填状態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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