專利名稱：用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠以及由其形成的介電透鏡元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求2004年9月10日提交的日本專利申請第2004-264102號的外國優(yōu)先權(quán)，在此引入其整個公開內(nèi)容，作為參考。
本發(fā)明涉及用于形成介電材料(dielectric material)例如介電透鏡元件(dielectric lens member)的膨脹聚丙烯珠(expanded polypropylene bead)，以及通過模內(nèi)模制該膨脹聚丙烯珠而獲得的介電透鏡元件。
背景技術(shù)：
近年來，隨著信息通訊技術(shù)的顯著發(fā)展和信息量的增加，要求信號信息的傳遞更加精確和更加快速。同時，高頻帶的使用正迅速增加。尤其是，已經(jīng)開始全規(guī)模使用高于1GHz的頻帶，特別是10至20GHz之間的頻帶。因此，在衛(wèi)星廣播和衛(wèi)星通信中，期望開發(fā)一種利用Luneberg透鏡天線(Luneberg lens attenna)發(fā)送和接收無線電波的方法作為使用拋物形天線的傳統(tǒng)方法的替代。
在使用拋物形天線的衛(wèi)星廣播和衛(wèi)星通信的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，將同步衛(wèi)星與朝向固定方向的拋物形天線一起使用，來發(fā)送和接收無線電波。用此系統(tǒng)，為了向多個衛(wèi)星發(fā)送無線電波并且從該多個衛(wèi)星接收無線電波，必須根據(jù)目標(biāo)衛(wèi)星的位置改變天線的朝向，或者使用多個拋物形天線。相反，當(dāng)多個饋給信號(feed)位于天線蓋上的Luneberg透鏡的焦點位置(focalposition)上時，Luneberg透鏡天線(安裝有Luneberg介電透鏡的球形或半球形天線)能夠向多個靜止衛(wèi)星發(fā)送無線電波并且從該多個靜止衛(wèi)星接收無線電波。此外，當(dāng)作為通信目標(biāo)的衛(wèi)星或者天線如同近地軌道衛(wèi)星(low earthorbit satellite，LEO)的情況移動時，在拋物形天線的情況下，整個天線必須跟蹤該目標(biāo)；然而，在Luneberg透鏡天線的情況下，僅其小組件例如接收器或發(fā)送器必須跟蹤該目標(biāo)。因此，Luneberg透鏡天線不需要大的驅(qū)動系統(tǒng)，并且也適合作為移動體的天線。根據(jù)使用Luneberg透鏡天線的方法，能夠在每一居所(residence)使用一個天線發(fā)送和接收大量信息。也即，Luneberg透鏡天線也適合在多頻道廣播的時代作為接收電視廣播的天線。
Luneberg透鏡天線安裝有Luneberg介電透鏡，該介電透鏡具有會聚和聚焦無線電波的功能。用于Luneberg介電透鏡的材料必須具有優(yōu)良的介電性質(zhì)(例如均勻的介電常數(shù)和低的介電損耗角正切)，從而處理日益增加的信息量，也即高頻無線電波。此外，由于天線經(jīng)常被安裝在每個居所的屋頂上，所以從安裝工作的效率和安全的觀點來看，材料的尺寸應(yīng)該小，并且材料的重量應(yīng)該輕。
Luneberg介電透鏡具有球形或半球形的形狀，并且包括多個同心堆疊的具有不同介電常數(shù)的層，從而介電常數(shù)理論上從2至1變化，并且最內(nèi)中心層的介電常數(shù)約為2，最外層的介電常數(shù)約為1。因此，理論上，如此設(shè)計Luneberg介電透鏡，使得介電常數(shù)εr根據(jù)以下方程(1)從中心(r＝0)到表面(r＝R)變化εr＝2-(r/R)2(1)其中，εr、R和r分別表示介電常數(shù)、透鏡的半徑和測量點處的半徑。每層的介電常數(shù)參考由以上方程(1)確定的值來確定。
但是，實際上，由于難以獲得介電常數(shù)根據(jù)由方程(1)給出的理想曲線連續(xù)變化的模制產(chǎn)品，所以Luneberg介電透鏡是通過結(jié)合多個具有不同介電常數(shù)的離散的層制造的。
美國專利申請公開第20040029985號中公開了一種Luneberg型的介電透鏡。該介電透鏡為球形，其具有核和多個中空球形殼，該核和多個中空球形殼具有不同的介電常數(shù)，該球形殼包圍該核并且彼此同心重疊以形成同心球。該核和殼分別由含有無機(jī)介電填料的合成樹脂的泡沫制成。由于該介電透鏡重量輕，所以它能夠保證可使用性和安裝工作的安全。但是，使用美國專利申請公開第20040029985號中公開的介電透鏡的天線不足以滿足實際使用的性能，例如天線增益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供介電透鏡元件和能夠制造具有均勻介電常數(shù)的介電材料的膨脹聚丙烯珠，所述介電透鏡元件構(gòu)成Luneberg透鏡型的介電透鏡的每一層，這樣的層具有均勻的介電常數(shù)，并且提供實際上優(yōu)良的性能。
本發(fā)明提供如下所示的膨脹聚丙烯珠和介電透鏡元件。
用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其包括含有10至80wt％陶瓷的聚丙烯樹脂，該珠具有0.03至1.7g/cm3的表觀密度、由差式掃描量熱(DSC)測量的曲線上聚丙烯樹脂所特有的固有吸熱峰、以及該固有吸熱峰的較高溫度側(cè)的吸熱峰，其中較高溫度側(cè)的吸熱峰的熱值(caloritic value)是全部吸熱峰(whole endothermic peaks)的熱值的2至35％。
根據(jù)[1]的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中陶瓷包括作為主要組分的鈦氧化物，且陶瓷為平均最大直徑為0.01至30μm和平均最大長度為0.1至100μm的纖維狀形狀，或平均最大長度為0.01至100μm的顆粒形狀。
根據(jù)[1]的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中膨脹珠的橫截面在橫截面具有20至1000/mm2的平均孔數(shù)(average cell number)，和5至200μm的平均孔直徑(average cell diameter)。
根據(jù)[1]的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中膨脹珠的平均最大長度為0.8至5.0mm。
根據(jù)[1]的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中構(gòu)成膨脹珠的基礎(chǔ)樹脂(base resin)包含羧酸改性的聚烯烴。
根據(jù)[1]的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，所述膨脹珠的表觀密度具有0.1g/cm3以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)，并且所述膨脹珠的重量具有0.5mg以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sw)。
介電透鏡元件，其是通過模內(nèi)模制根據(jù)[1]的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠而獲得的，該介電透鏡元件為球形、中空球形、半球形、半球形圓頂形(hemisphereical dome shape)或其分割的形狀(divided shape)。
由聚丙烯樹脂和特定量陶瓷形成的[1]的膨脹聚丙烯珠，其具有0.03至1.7g/cm3的表觀密度，也具有由差式掃描量熱獲得的DSC曲線上較高溫度側(cè)的吸熱峰，以及具有較高溫度側(cè)的吸熱峰的熱值，該熱值對應(yīng)為全部吸熱峰的峰熱值的2至35％，所述膨脹聚丙烯珠在二次膨脹性質(zhì)、熔融粘結(jié)性質(zhì)和模內(nèi)模制操作中的膨脹珠的強(qiáng)度得到調(diào)節(jié)，這與由該膨脹珠形成的泡沫制品(foamed article)的表觀密度的均勻性有關(guān)，因此能夠通過模內(nèi)模制操作提供顯示均勻介電常數(shù)的介電材料。
含有指定陶瓷的[2]的膨脹聚丙烯珠能夠在合適的表觀密度下有效地調(diào)節(jié)介電常數(shù)。
的膨脹聚丙烯珠能夠在模內(nèi)模制中顯示出合適的二次膨脹，也能夠顯示出膨脹珠間的優(yōu)良熔融粘結(jié)性質(zhì)，并且具有令人滿意的模內(nèi)模制性質(zhì)(in-mold molding property)，由此提供由膨脹珠制備的具有優(yōu)良尺寸精度的介電材料。此外，它的平均孔直徑遠(yuǎn)小于將要使用的頻率波長的1/10。因此，這種膨脹珠的模內(nèi)模制操作可以獲得具有更加均勻介電常數(shù)的介電材料。
的膨脹聚丙烯珠在模內(nèi)模制操作中具有優(yōu)良的填充性質(zhì)和發(fā)泡性質(zhì)(foaming property)，并且模內(nèi)模制操作可以獲得具有更加均勻的介電常數(shù)的介電材料。
的膨脹聚丙烯珠顯示出聚丙烯樹脂和陶瓷之間優(yōu)良的親和力，由此通過模內(nèi)模制操作提供具有更加均勻的介電常數(shù)的介電材料。
的膨脹聚丙烯珠在膨脹珠內(nèi)陶瓷含量的均勻性方面尤其優(yōu)良，由此通過模內(nèi)模制操作提供具有更加均勻的介電常數(shù)的介電材料。
根據(jù)[7]的介電透鏡元件，其為球形、中空球形、半球形、半球形圓頂形或其分割的形狀，該介電透鏡元件具有均勻的介電常數(shù)，并且在實踐中顯示出優(yōu)良的性能。


圖1示出了具有高溫峰的膨脹聚丙烯樹脂珠的初次DSC曲線圖例子。
圖2示出了聚丙烯樹脂珠的第二次DSC曲線圖例子。
圖3是顯示介電透鏡元件的例子的視圖。
圖4(a)是圖示地說明用于測量膨脹珠比重的設(shè)備的正視圖；圖4(b)是圖4(a)的側(cè)視圖。
圖5(a)是圓頂狀層的平面圖，其示出了取樣位置，在此位置從圓頂狀層切掉用于測量介電常數(shù)的樣品；圖5(b)是圖5(a)的截面圖。
具體實施例方式
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，具體地借助于用于形成介電透鏡元件的本發(fā)明的膨脹聚丙烯珠，以及通過模內(nèi)模制用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠而獲得的介電透鏡元件的例子來詳細(xì)描述。
但是，本發(fā)明的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠不限于用于形成介電透鏡元件的膨脹聚丙烯珠。
用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠(后文也簡稱為膨脹珠)由含10至80wt％量的陶瓷的聚丙烯樹脂形成。
此處所用的術(shù)語“聚丙烯樹脂”是指丙烯均聚物或丙烯與一種或多種共聚單體的共聚物，該共聚物具有至少70mol％，優(yōu)選至少80mol％的丙烯單體單元含量。丙烯共聚物的例子包括丙烯-乙烯無規(guī)共聚物、丙烯-乙烯嵌段共聚物、丙烯-丁烯無規(guī)共聚物和丙烯-乙烯-丁烯無規(guī)三元共聚物。
在本發(fā)明的示例性實施方式中，可在不阻礙示例性實施方式的預(yù)期效果的程度內(nèi)，將另一聚合物與聚丙烯樹脂混合。
構(gòu)成本發(fā)明膨脹珠的聚丙烯樹脂包括10至80wt％量的陶瓷。過度低含量的陶瓷可能會阻礙將介電常數(shù)調(diào)節(jié)到期望的范圍。另一方面，過度高含量的陶瓷可能會損害模內(nèi)模制性質(zhì)例如熔融粘結(jié)性質(zhì)或發(fā)泡性質(zhì)，由此可能不會獲得令人滿意的膨脹珠的泡沫制品。過多含量的陶瓷首先會阻礙令人滿意的膨脹珠的形成。因此，為了獲得令人滿意的膨脹珠而泡孔膜(cellmembrane)中沒有破損，并且在膨脹珠的成形元件中獲得小的收縮、優(yōu)良的尺寸精度、令人滿意的外觀和優(yōu)良的介電性質(zhì)，陶瓷的含量優(yōu)選為15至70wt％，更優(yōu)選20至65wt％。
如此處所用的，如下測定每單位重量膨脹珠的陶瓷含量Mw(wt％)。在爐中于600℃燃燒重量為Wm的樣品珠。然后測定燃燒殘余物的重量Wr。如下計算每單位重量的樣品的陶瓷含量(wt％)Mw(wt％)＝(Wr/Wm×100)。
每單位重量膨脹珠的陶瓷含量(wt％)等于每單位重量由膨脹珠制造的發(fā)泡泡沫制品的陶瓷含量(wt％)。如后文將要提到的，如下給出每單位體積膨脹珠的陶瓷含量Mv(g/cm3)Mv(g/cm3)＝D(g/cm3)×Mw(wt％)/100其中D為膨脹珠的表觀密度，Mw如上所定義。
本發(fā)明中可使用任何陶瓷，只要它具有高的介電常數(shù)并能夠被均勻地分散到熱塑性樹脂中。含有鈦氧化物(titanium oxide)作為其主要成分的陶瓷是優(yōu)選的，這是因為它具有高介電常數(shù)、低的比重和優(yōu)良的介電特性。含有鈦氧化物作為其主要成分的陶瓷優(yōu)選是鈦氧化物或具有由MO·nTiO2(其中M表示一個或多個二價金屬，n為1以上的整數(shù))表示的組成的陶瓷。由上式中的M表示的二價金屬的例子包括但不限于堿土金屬例如鋇、鍶、鈣和鎂，以及鉛。
通過使鈦氧化物和一種或多種堿土金屬或鉛的化合物的混合物在500℃至1400℃反應(yīng)，能夠制造由上式MO·nTiO2表示的堿土金屬鈦酸鹽和鈦酸鉛，所述一種或多種堿土金屬或鉛的化合物例如堿土金屬或鉛的鹽、氧化物、氫氧化物、無機(jī)酸鹽或有機(jī)酸鹽。可通過合適的已知方法制造原料之一鈦氧化物，所述已知方法如日本已審專利申請(Kokoku Publication)H06-88786、日本未審專利申請(Kokai Publication)H05-221795或日本未審專利申請(Kokai Publication)H10-95617中所描述的方法。
鈦氧化物與堿土金屬鹽的或鉛鹽的反應(yīng)是本領(lǐng)域中眾所周知的，并且能夠通過例如水熱法(hydrothermal method)、煅燒法、濕式沉積法(wetdeposition method)或助熔劑法(flux method)進(jìn)行。具體地的堿土金屬鈦酸鹽和鈦酸鉛的例子包括鈦酸鋇、鈦酸鈣、鈦酸鎂、鈦酸鍶、鈦酸鍶鋇、鈦酸鈣鋇、鈦酸鍶鈣和鈦酸鉛。尤其是，鈦酸鈣是特別優(yōu)選使用的，因為它在高頻帶下具有低的介電損耗。這些鈦酸鹽可單獨(dú)使用或結(jié)合它們的兩種或多種來使用，并且也可連同一種以上其它陶瓷材料例如鈦氧化物來使用。
出于與樹脂捏合的效率和在樹脂基質(zhì)中均勻分散性的原因，陶瓷可優(yōu)選為纖維的形式(例如纖維、柱或針的形式)、粒狀形式(例如球、近似球(nearsphere)、橢球形或近似橢球形(near ellipsoidal shape))或片狀形式(plate-likeform)(例如鱗狀、云母狀或絮片(flake)的形式)。尤其優(yōu)選使用具有0.1至10μm范圍的最大直徑平均值的纖維或片狀陶瓷。如果需要的話，可結(jié)合使用纖維和片狀陶瓷。
對包括纖維狀氧化鈦作為其主要成分的陶瓷的尺寸沒有特別限制。出于膨脹樹脂珠的孔破裂自由度和介電常數(shù)調(diào)節(jié)的良好效率的原因，纖維狀陶瓷優(yōu)選具有約0.01至30μm，更優(yōu)選約0.1至10μm，最優(yōu)選0.1至1μm的最大直徑平均值(此后稱為平均最大直徑)，約0.1至100μm，更優(yōu)選約0.5至50μm，最優(yōu)選3至50μm的平均纖維長度，以及3至30，更優(yōu)選5至20的長徑比(平均纖維長度/平均最大直徑)。
此外，對包括片狀氧化鈦作為其主要成分的陶瓷的尺寸沒有特別限制。出于以上同樣的原因，片狀陶瓷優(yōu)選具有約0.01至100μm，更優(yōu)選約0.01至50μm，最優(yōu)選約0.5至20μm的最大長度的平均值(此后稱為平均最大長度)，0.01至10μm，更優(yōu)選約0.05至5μm的最大厚度的平均值(此后稱為平均最大厚度)，以及約3至100，更優(yōu)選約5至50的長徑比(平均最大長度/平均最大厚度)。
對包括粒狀氧化鈦作為其主要成分的陶瓷的尺寸沒有特別限制。出于以上同樣的原因，粒狀陶瓷優(yōu)選具有約0.01至100μm，更優(yōu)選約0.01至30μm，最優(yōu)選0.1至1μm的最大長度的平均值(此后稱為平均最大長度)。
如本說明書和附加的權(quán)利要求所用的，纖維狀、片狀和粒狀陶瓷的平均最大直徑、平均纖維長度、平均最大長度和平均最大厚度是利用電子顯微照相測定的。測定任意選取的100個陶瓷粒子的最大直徑、長度、最大長度和/或最大厚度。平均最大直徑、平均纖維長度、平均最大長度和平均最大厚度中的每個都是100個樣品的算術(shù)平均值。
本發(fā)明的示例性實施方式的膨脹珠，優(yōu)選在形成本發(fā)明的介電透鏡元件或介電材料的基礎(chǔ)樹脂中包含含極性基團(tuán)的聚合物，尤其是含有含羧酸基團(tuán)的共聚單體的羧酸改性的聚烯烴，這是因為膨脹珠的表觀密度的均勻性被提高了。含羧酸基團(tuán)的共聚單體可為例如酸酐如醋酸酐、丁二酸酐、馬來酸酐或鄰苯二甲酸酐，或羧酸如甲基丙烯酸、馬來酸或丙烯酸。此外，羧酸改性的聚烯烴優(yōu)選為羧酸改性的聚丙烯。例如，馬來酸酐改性的聚丙烯樹脂是優(yōu)選的。羧酸改性的聚丙烯樹脂優(yōu)選為接枝共聚物，該接枝共聚物具有優(yōu)選0.5至15重量％，更優(yōu)選1至8重量％的接枝共聚單體的含量，這是因為提高了基礎(chǔ)樹脂與陶瓷的親和力。
優(yōu)選將羧酸改性的聚烯烴與陶瓷和聚丙烯樹脂混合在一起。
羧酸改性的聚烯烴的量優(yōu)選為至少0.15重量％，更優(yōu)選0.15至1.5重量％，最優(yōu)選0.2至1.0重量％，基于聚丙烯樹脂、羧酸改性的聚烯烴和陶瓷的總重量。因為這種基礎(chǔ)樹脂與陶瓷之間具有提高的親和力，從而由基礎(chǔ)樹脂形成的膨脹珠的表觀密度是均勻的羧酸改性的聚烯烴可通過以下方法被結(jié)合到基礎(chǔ)樹脂中捏合聚丙烯樹脂、陶瓷和羧酸改性的聚烯烴，或捏合熱塑性樹脂、陶瓷和包含羧酸改性的聚烯烴和熱塑性樹脂的的母料(master batch)。可供選擇地，首先用羧酸改性的聚烯烴對陶瓷進(jìn)行表面處理，隨后將表面處理過的陶瓷與聚丙烯樹脂捏合。對所得的捏合混合物造粒。然后使該粒料(樹脂粒子)發(fā)泡和膨脹，以獲得膨脹珠，然后將膨脹珠在模具中熔融粘結(jié)，以獲得包含分散在基礎(chǔ)樹脂泡沫中的陶瓷的泡沫制品，該基礎(chǔ)樹脂包含羧酸改性的聚烯烴。
只要不有害地影響本發(fā)明期望的效果，也可向膨脹珠中加入一種以上的添加劑。添加劑可為例如抗氧化劑、紫外線吸收劑、抗靜電劑、阻燃劑、金屬減活性劑、顏料、染料、成核劑和孔度調(diào)節(jié)劑(cell size adjusting agent)。合適的孔度調(diào)節(jié)劑的實例是硼酸鋅、滑石、碳酸鈣、硼砂、氫氧化鋁和其它無機(jī)粉末。可通過將基礎(chǔ)樹脂和陶瓷連同與添加劑一起捏合，從而將該添加劑結(jié)合到膨脹珠中。對捏合的物質(zhì)被進(jìn)行造粒以形成樹脂粒子(粒料)，由該樹脂粒子可以上述方式制造膨脹珠。
本發(fā)明的膨脹珠的表觀密度為0.03至1.7g/cm3。滿足這一范圍的特定膨脹珠可以獲得介電透鏡元件，其如圖3(a)所示由多層結(jié)構(gòu)的介電透鏡的每一層構(gòu)成，其中中心層中介電常數(shù)為約2，然后逐漸向外遞減，并且在最外層變成約1。因為本發(fā)明的示例性實施方式的膨脹珠由為了調(diào)節(jié)介電常數(shù)的目的而包含大量陶瓷的樹脂形成，難以獲得低表觀密度，這是由于在發(fā)泡操作時泡孔膜容易破裂，難以形成膨脹珠。此外，在模具中進(jìn)行過度低表觀密度的膨脹珠的模內(nèi)模制的情況下，由于膨脹珠具有低的壓縮強(qiáng)度，模具的內(nèi)表面附近的膨脹珠在模內(nèi)模制操作時被強(qiáng)烈地壓向模具，由此形成的膨脹珠的泡沫制品可能會在表面附近顯示出比內(nèi)部更高的密度，而可能會不能顯示均勻的密度。因此，膨脹珠過度低的密度導(dǎo)致介電常數(shù)的變化。另一方面，過度高的表觀密度不能獲得輕質(zhì)的成形泡沫制品。此外，通過發(fā)泡樹脂粒子獲得的具有過度高表觀密度的膨脹珠顯示出顯著的表觀密度的變化，因此導(dǎo)致由這種膨脹珠獲得的成形泡沫制品中介電常數(shù)的變化。為了制造沒有泡孔膜破裂的令人滿意的膨脹珠，并且以小的收縮、優(yōu)良的尺寸精度、令人滿意的外觀和優(yōu)良的介電透鏡性質(zhì)獲得膨脹珠的成形泡沫制品，表觀密度優(yōu)選為0.05至1.2g/m3，更優(yōu)選0.1至1.0g/cm3，尤其優(yōu)選0.2至0.8g/cm3。
能夠通過以下方法測定本說明書中膨脹珠的表觀密度預(yù)備含23℃乙醇的量筒，將任意選取的1000個以上膨脹珠(重量為W1的膨脹珠組)在23℃、相對濕度為50％的大氣中放置48小時，例如用金屬網(wǎng)放置膨脹珠，用放到測量量筒中的膨脹珠組的重量W1(g)除以由乙醇液面增加而讀取的膨脹珠組的體積V1(cm3)(W1/V1)。在本說明書中，除測定膨脹珠的表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差外，用前述方法測定膨脹珠的表觀密度。
本發(fā)明的膨脹珠顯示，出于良好的二次膨脹、良好的膨脹珠的熔融粘結(jié)和機(jī)械強(qiáng)度，此外良好的尺寸穩(wěn)定性、由其獲得的泡沫制品的表觀密度的變化小的原因，優(yōu)選的是，由本發(fā)明膨脹珠獲得的泡沫制品在其DSC曲線中除了位于高溫峰的較低溫度側(cè)的固有吸熱峰之外(后文稱為固有峰)，還顯示出高溫吸熱峰(后文稱為高溫峰)，并且優(yōu)選高溫峰的熱值(ΔHhJ/g)是全部吸熱峰的熱值(ΔHtJ/g)的2至35％。高溫峰基于全部吸熱峰的熱值百分比(ΔHh/ΔHt×100)更優(yōu)選為5至35％，最優(yōu)選為10至30％。全部吸熱峰的熱值(ΔHh)是高溫峰和固有峰的熱值之和。
可通過熱加工時間和用于發(fā)泡的樹脂粒子的發(fā)泡溫度來調(diào)節(jié)膨脹珠的高溫峰的熱值?？赏ㄟ^如下方法制造提供具有高溫峰的DSC曲線的膨脹聚丙烯樹脂珠例如將包含聚丙烯樹脂粒子(粒料)的分散體加熱至高于聚丙烯樹脂的熔點(Tm)但不超過其熔融完成溫度(Te)的溫度足夠長的時間，以增加高溫峰的熱值。當(dāng)在膨脹溫度的合適范圍內(nèi)的高溫進(jìn)行膨脹時，可減小膨脹珠的高溫峰的熱值。膨脹珠的高溫峰的熱值和全部吸熱峰的熱值幾乎等于由膨脹珠獲得的泡沫制品的相應(yīng)熱值。
要附帶地說明的是，可通過控制制造泡沫制品的膨脹珠的熱值來調(diào)節(jié)泡沫制品的高溫峰的熱值。
膨脹珠和泡沫制品的高溫峰的熱值是吸熱量，并對應(yīng)于吸熱峰(高溫峰)“b”的面積，該吸熱峰“b”存在于圖3中所示的第一DSC曲線中吸熱峰(固有峰)“a”的較高溫度側(cè)。這些峰是通過差式掃描量熱分析獲得的，在該分析中，以10℃/分鐘的加熱速度將由膨脹珠或泡沫模制品獲得的2至4mg樣品從室溫(15至40℃)加熱至220℃。
更具體地，可如下測定熱值。在圖3所示的DSC曲線中，畫出直線(α-β)，該直線在膨脹珠80℃時曲線上的點α和熔融完成溫度T時曲線上的β點之間延伸。熔融完成溫度T是高溫峰“b”與基線BL相交的切點(intersection)β的溫度。接著，在固有峰“a”和高溫峰“b”之間畫出平行于縱坐標(biāo)并經(jīng)過在谷底的曲線上的點γ的線。此線在點δ與線(α-β)相交。高溫峰“b”的面積是由高溫峰“b”的曲線、線(δ-β)和線(γ-δ)所限定的面積(圖3中的陰影部分)，并且該面積對應(yīng)于高溫峰“b”的熱值(吸熱量)。高溫峰和固有峰的總熱值對應(yīng)于由線(α-β)和DSC曲線限定的總面積。
泡沫模制品高溫峰“b”通常出現(xiàn)在(T1+5℃)至(T1+30℃)的范圍的溫度，更一般地出現(xiàn)在(T1+8℃)至(T1+25℃)的范圍，其中T1為固有峰“a”的溫度。
如此處所用的，術(shù)語“聚丙烯樹脂的熔點”是指由DSC分析測定的熔點，在該分析中，以10℃/分鐘的速度將樣品樹脂從室溫(15至40℃)加熱至220℃。然后立即以10℃/min的速度將樣品冷卻至約40℃(40至50℃)，以10℃/min的速度加熱至220℃，對DSC曲線再次測量，獲得如圖4中所示的第二DSC曲線。如圖4所示，第二DSC曲線中的吸熱峰的溫度Tm表示該熔點。當(dāng)在第二DSC曲線中觀察到多個吸熱峰時，熔點Tm是在那些峰中具有最大面積的峰的峰溫度。但是，當(dāng)有多個峰，并且第二最大峰具有不小于最大峰的60％的面積時，那么熔點就是最大和第二最大峰的溫度的算術(shù)平均值。聚丙烯樹脂的熔融完成溫度是第二DSC曲線中高溫峰與基線BL相交的切點β的溫度Te。
出于尺寸穩(wěn)定性好和均勻介電常數(shù)的原因，優(yōu)選的是，每個本發(fā)明的膨脹珠介電透鏡在其每mm2橫截面上具有20至1000的平均孔數(shù)(averagecell number)，5至200μm的平均孔直徑(average cell diameter)。泡沫模制品的平均孔數(shù)和平均孔直徑幾乎等于用于生產(chǎn)該泡沫模制品的膨脹珠的平均孔數(shù)和平均孔直徑。因此，通過控制膨脹珠的平均孔數(shù)和平均孔直徑可控制泡沫模制品的平均孔數(shù)和平均孔直徑。具有以上指定的平均孔數(shù)和平均孔直徑的膨脹珠顯示出合適的二次膨脹性質(zhì)(secondary expansion property)和好的熔融粘結(jié)性質(zhì)。
通過控制陶瓷的量和進(jìn)行樹脂粒子(粒料)的膨脹和發(fā)泡的條件例如壓力和溫度，可控制膨脹珠的平均孔數(shù)和平均孔直徑。更具體地，當(dāng)通過這樣的分散法生產(chǎn)膨脹珠(其中，將密閉容器中所包含的并且保持在高溫和高壓下的樹脂粒子在分散介質(zhì)中的分散體從密閉容器的出口排出至較低的壓力氣氛中)時，連接孔口(orifice)與所述出口以提供大的壓力梯度，這能夠減小平均孔直徑以及增加平均孔數(shù)。當(dāng)在高溫加熱所述出口以高溫進(jìn)行膨脹時，平均孔直徑增加和平均孔數(shù)減小。
在本說明書中，通過如下方法能夠測量膨脹珠的橫截面上的平均孔數(shù)將膨脹珠對切成基本上相等的兩部分，計算在顯微鏡下放大的橫截面上的所有孔的數(shù)目，并且用孔數(shù)除以橫截面的面積。此外，通過如下方法能夠測量平均孔直徑將膨脹珠對切成基本上相等的兩部分，測量在顯微鏡下放大的橫截面上的所有孔的直徑，然后計算直徑的平均值。在孔直徑的測量中，在將膨脹珠對切成基本上相等的兩部分形成的橫截面上，取每孔上在此橫截面上所有平面方向上的孔直徑中的最大值作為此孔的直徑。
用于制造泡沫制品的膨脹珠優(yōu)選為球形、近似球形、橢圓體形、柱形或近似柱形，這是因為這種膨脹珠能夠被均勻地填充到模腔中，而這導(dǎo)致獲得的泡沫制品的均勻的表觀密度。
出于使泡沫模制品表觀密度的變化最小化的原因，膨脹珠的平均最大長度通常為0.5至10mm，優(yōu)選為0.8至5.0mm，更優(yōu)選為1.0至3.0mm。膨脹珠的平均最大長度是使用測徑規(guī)所測定的任意所選50個膨脹珠的最大長度的算術(shù)平均值。球形膨脹珠的最大長度是其直徑。在柱形膨脹珠的情況下，如下確定最大長度。選擇柱形膨脹珠的軸向為Z軸。確定Z軸方向上膨脹珠的最大尺寸。此外，確定X軸方向上膨脹珠的最大尺寸和Y軸方向上膨脹珠的最大尺寸。最大長度是X-、Y-和Z-軸上的三個最大尺寸的最大值。
當(dāng)膨脹珠為球形時，其平均最大長度優(yōu)選為0.8至5.0mm，更優(yōu)選為1.0至3.0mm。當(dāng)膨脹珠為柱形時，其Z軸上最大長度的平均值(L)和X或Y軸上最大長度的平均值(D)各自在0.8至5.0mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在1.0至3.0mm的范圍內(nèi)。在這種情況下，長徑比L/D優(yōu)選為0.8至1.2。
可在造粒步驟過程中控制柱形膨脹珠的最大長度的平均值(L)和最大長度的平均值(D)，在造粒步驟中，以線料的形式擠出基礎(chǔ)樹脂以及任選的陶瓷的捏合物質(zhì)，并且將該線料切割，獲得樹脂粒子(粒料)。通過控制該線料的直徑和切割長度，即控制粒料的形狀，可以控制膨脹珠的長度L和長徑比L/D。使用球形樹脂粒子可制造球形膨脹珠。例如，通過在溫水中切割線料，可制造球形樹脂粒子。
出于高機(jī)械強(qiáng)度和低表觀密度變化的原因，構(gòu)成本發(fā)明的介電透鏡的泡沫模制品的開孔量(open cell content)(根據(jù)ASTM D2856-70，步驟C)優(yōu)選為40％以下，更優(yōu)選30％以下，最優(yōu)選為20％以下。
下面將描述本發(fā)明的介電透鏡的制造方法。介電透鏡包括半球形中心層和多個半球形圓頂狀層。每個中心層和圓頂狀層都是通過用蒸汽加熱填充在模具中的膨脹珠而獲得的泡沫模制品。可由發(fā)泡和膨脹樹脂粒子制備該膨脹珠。以下將更加詳細(xì)地描述樹脂粒子、膨脹珠和泡沫模制品的制造。
球形膨脹珠是通過制備球形樹脂粒子來制造的，該球形樹脂粒子例如可通過在溫水中切割從多孔模具中擠出的熔融樹脂制造。
在本說明書中，膨脹珠的最大高度的平均值(L)和最大直徑的平均值(D)通過以下方法獲得使用測徑規(guī)測量任意從膨脹珠組中取出的50個膨脹珠上的尺寸，并且確定測量的尺寸的算術(shù)平均值。
本發(fā)明的膨脹珠可以使用任何已知的用于制造膨脹珠的方法制造，但是優(yōu)選使用以下方法制造在密閉容器中，在發(fā)泡劑的存在下，加熱處于分散介質(zhì)例如水的分散狀態(tài)下的樹脂粒子，以進(jìn)行發(fā)泡，由此用發(fā)泡劑浸漬樹脂粒子，然后將樹脂粒子和分散介質(zhì)釋放到低壓環(huán)境中，在該環(huán)境中利用減壓形成膨脹珠(這種方法在后文中稱為“分散法”)。
樹脂粒子可通過向擠出機(jī)進(jìn)料基礎(chǔ)樹脂例如聚丙烯樹脂、陶瓷，以及如果需要的話，一種或多種添加劑例如包含極性基團(tuán)的熱塑性樹脂(例如馬來酸酐改性的聚丙烯)來制備。然后在擠出機(jī)中加熱、熔融和捏合該進(jìn)料，此后將它以線料的形式擠出通過沖模。冷卻該線料并將它切割，獲得樹脂粒子(粒料)。
然后通過任何合適的方法優(yōu)選通過分散法發(fā)泡和膨脹樹脂粒子，在該分散法中，在密閉容器中將樹脂粒子分散于合適的分散介質(zhì)例如含水介質(zhì)中。在發(fā)泡劑的存在下加熱容器中的分散體，以用發(fā)泡劑浸漬樹脂粒子。然后在足以使樹脂粒子發(fā)泡和膨脹的溫度，使分散體從容器中排出到較低壓力區(qū)域中。
為了防止樹脂粒子的熔融粘結(jié)，優(yōu)選將分散劑加入到分散介質(zhì)中，該分散劑可為有機(jī)粉末或無機(jī)粉末。尤其合適的是使用無機(jī)材料(例如天然或合成的粘土礦物(高嶺土、云母或粘土)、氧化鋁、氧化鈦、堿式碳酸鎂、堿式碳酸鋅、碳酸鈣或氧化鐵)的微細(xì)粒子。這些無機(jī)材料可單獨(dú)使用或者以其兩種或多種組合形式使用，用量為0.001至5重量份/100重量份樹脂粒子。
考慮發(fā)泡劑的種類、膨脹溫度和將要制造的膨脹珠的表觀密度，合適地選擇發(fā)泡劑的量。當(dāng)?shù)獨(dú)庥米靼l(fā)泡劑，水用作分散介質(zhì)時，氮?dú)獾挠昧繛槭沟眉磳⑴懦龇稚Ⅲw之前密閉容器內(nèi)的壓力(即，密閉容器的上層空間的壓力)在0.6至6MPaG的范圍內(nèi)。當(dāng)將要制造的膨脹珠的表觀密度低時，優(yōu)選使得容器上層空間內(nèi)的壓力較高。當(dāng)將要制造的膨脹珠的表觀密度高時，優(yōu)選使得容器上層空間內(nèi)的壓力較低。
用于分散法中的發(fā)泡劑可為有機(jī)物理發(fā)泡劑或無機(jī)物理發(fā)泡劑。有機(jī)物理發(fā)泡劑的例子包括脂肪烴例如丙烷、丁烷、戊烷、己烷和庚烷；以及脂環(huán)烴例如環(huán)丁烷和環(huán)己烷。無機(jī)物理發(fā)泡劑的粒子包括空氣、氮?dú)?、二氧化碳、氧氣、氬氣和水。這些有機(jī)和無機(jī)發(fā)泡劑可單獨(dú)使用或以它們的兩種或多種的混合物形式使用。尤其合適使用的是，由選自氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳和水中的一種或多種無機(jī)物理發(fā)泡劑作為主要成分構(gòu)成的發(fā)泡劑。出于膨脹珠表觀密度的穩(wěn)定性(均勻性)、成本低和沒有環(huán)境問題的原因，優(yōu)選使用空氣、二氧化碳或水。水例如離子交換水，用作用于分散其內(nèi)的樹脂粒子的分散介質(zhì)，其本身也可用作發(fā)泡劑。
本發(fā)明示例性實施方式的介電透鏡元件可通過間歇式模制方法(稱為模內(nèi)模制方法)來制造，在該方法中將本發(fā)明的膨脹珠，如果需要的話，在將膨脹珠的內(nèi)壓(表壓)提高到0至0.3MPa之后，填充入已知結(jié)構(gòu)的模具中，然后用提供的蒸氣在模具中將其加熱并膨脹以使膨脹珠相互熔融粘結(jié)，在冷卻之后將其從模具中取出。
如果需要的話，在進(jìn)行模制之前，可用加壓氣體處理膨脹珠，以將其內(nèi)部壓力增加至0.1至0.6MPaG。然后用蒸汽或熱空氣加熱處理的珠，從而進(jìn)一步減小膨脹珠的表觀密度。
當(dāng)期望增加膨脹珠的內(nèi)部壓力時，使膨脹珠處于密閉容器中，向該容器中充入加壓的氣體一段合適的時間從而使加壓的氣體滲入單元中。可將任何氣體用于該增壓處理，只要它在處理膨脹珠的條件下時是氣體的形式。該氣體可合適地為包含無機(jī)氣體作為主要組分的氣體。無機(jī)氣體的粒子包括氮?dú)狻⒀鯕?、空氣、二氧化碳和氬氣。因為成本低和沒有環(huán)境問題的原因，合適地使用氮?dú)饣蚩諝狻?br> 在本發(fā)明的膨脹珠中，表觀密度優(yōu)選具有0.1g/cm3以下，優(yōu)選0.05g/cm3以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)，并且膨脹珠的重量優(yōu)選具有0.5m以下，優(yōu)選0.3mg以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sw)，從而獲得具有均勻介電常數(shù)的膨脹珠的成形泡沫制品(對于每單位重量在發(fā)泡用樹脂粒子中恒定的陶瓷含量)。在形成如圖3(b)所示的多層結(jié)構(gòu)的介電透鏡中，更大數(shù)量的層導(dǎo)致更好的天線性能。但是，由于構(gòu)成每層的介電透鏡元件的介電常數(shù)必須被制成理論上從2值1朝著外測連續(xù)更小，層數(shù)的增加使構(gòu)成每層的膨脹珠的成形介電透鏡元件中的介電常數(shù)的允許范圍更窄，甚至介電常數(shù)的小變化就可能擾亂介電常數(shù)的連續(xù)變化，并且可能導(dǎo)致相鄰層之間介電常數(shù)的相反變化，從而除非進(jìn)一步提高介電常數(shù)的均勻性，否則難以獲得足夠的天線性能。考慮到這種情況，前述膨脹珠的表觀密度和重量的標(biāo)準(zhǔn)偏差容許安全地獲得由具有3至40層、甚至5至30層、尤其是8至20層的介電透鏡元件構(gòu)成的高性能的Luneberg透鏡型天線。
在膨脹珠的表觀密度中，能夠在分散法中通過以下方法獲得0.1g/cm3以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)施加壓力從而使密閉容器內(nèi)，在可發(fā)泡樹脂粒子從其中被釋放時，保持恒定的壓力的方法；將可發(fā)泡粒子釋放到增壓的環(huán)境中的方法；在可發(fā)泡樹脂粒子被釋放時使密閉容器內(nèi)的攪拌葉片的轉(zhuǎn)速逐漸降低的方法；用濾篩按照體積分級膨脹珠的方法；按照比重用風(fēng)力分級器(airclassifier)或重力分離器(gravity separator)分級膨脹珠的方法，或這些方法的組合。用濾篩按照體積分離膨脹珠的方法是最簡單的，并且用濾篩的分類方法可利用振動濾篩通過網(wǎng)孔來分級不同粒度的膨脹珠。在前述方法中，使用重力分離器的方法是最優(yōu)選的。
每個構(gòu)成本發(fā)明的介電透鏡的泡沫制品的表觀密具有0.07g/cm3以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差是重要的。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)大于0.07g/cm3時，表觀密度的變化大，以致于可能導(dǎo)致模制品的介電特性的變化，從而導(dǎo)致不能獲得好的介電透鏡。因此，表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)優(yōu)選為0.05g/cm3，更優(yōu)選0.03g/cm3以下，最優(yōu)選0.02g/cm3以下。
通過使用特定膨脹珠(該膨脹珠具有0.5mg以下的重量標(biāo)準(zhǔn)偏差，并且該膨脹珠的表觀密度具有0.1g/cm3以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差)制備泡沫模制品，可獲得0.07g/cm3以下的小表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)。這種膨脹珠可通過各種方法獲得，包括例如制造具有重量差異小的樹脂粒子的方法，以特定方式膨脹和發(fā)泡樹脂粒子的方法、對膨脹珠分級的方法和結(jié)合上述方法中的兩種或多種的方法。
重量差異小的樹脂粒子可如下制造例如在造粒方法的工藝中采用各種方法，在該造粒工藝中，將包含熱塑性樹脂和陶瓷的捏合混合物以線料(strand)的形式擠出，然后將該線料冷卻并切成粒子。一種方法是提供導(dǎo)向裝置(guide)，以防止該線料在切割前彎曲。其它方法包括調(diào)節(jié)切割機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、調(diào)節(jié)切割機(jī)相對于該線料的角度、使用水下切割方法和/或使用合適的篩網(wǎng)例如旋轉(zhuǎn)管式篩網(wǎng)分類該樹脂粒子。
以特定方式膨脹和發(fā)泡樹脂粒子的方法可為例如采用從密閉容器中排出軟化的樹脂粒子在分散介質(zhì)中的分散體，同時對密閉容器加壓從而使密閉容器中的壓力保持恒定的分散法(將在后面詳細(xì)描述)；采用從密閉容器中將分散體排出到加壓氣氛中的的分散法；采用從密閉容器中放出分散體，同時逐漸減小攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度的分散法，該攪拌器用來攪拌密閉容器中的分散體；和結(jié)合上述方法中的兩種或多種的方法。
對膨脹珠分級方法可為例如將膨脹珠篩分成所需的粒度，或通過重力分離器或風(fēng)力分級器對膨脹珠分級?？梢怨不靸煞N或多種分級過的或未分級的膨脹珠，來獲得具有所需表觀密度的膨脹珠。
為了達(dá)到0.07g/cm3以下的小表觀密度標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)，以在模腔內(nèi)防止膨脹珠經(jīng)受壓縮力的方式模制膨脹珠，也是有效的。為了此目的，有利地不給膨脹珠賦予高的二次膨脹力(secondary expansion power)。也優(yōu)選在將膨脹珠填充到模腔中的同時，減小施加到膨脹珠上的壓力。當(dāng)使膨脹珠經(jīng)受高壓縮力，而同時模制膨脹珠時，泡沫模制品的表面區(qū)域具有比內(nèi)部區(qū)域更大的表觀密度，這會導(dǎo)致泡沫模制品介電常數(shù)的變化。
通過測定每個任意選取的1000個膨脹珠的表觀密度來確定膨脹珠的表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。由測量的結(jié)果計算標(biāo)準(zhǔn)偏差。如下測量表觀密度1.將任意選取的1000個膨脹珠在23℃、50％相對濕度的氣氛中靜置48小時。測定1000個膨脹珠中每個的重量(W1)，精確到小數(shù)點后第二位。
2.使用比重計，測定乙醇(純度99％以上)的比重(ρ1)，精確到小數(shù)點后第三位。
3.準(zhǔn)備如圖5(a)和5(b)中所示的密度測定系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括微量天平11和包含上述乙醇的容器12。
4.將每個膨脹珠(如13所表示的)浸入乙醇以測定被浸入的珠的重量(W2)，精確到小數(shù)點后第二位。重量W2是作用于膨脹珠上的重力和浮力之差。
5.使用如下公式計算膨脹珠的比重(ρ0)ρ0＝W1/{(W1-W2)/ρ1}6.使用如下公式計算膨脹珠的表觀密度(g/cm3)表觀密度＝ρ×ρ0
其中ρ是純水的密度(即1g/cm3)。
通過測定每個任意選取的1000個膨脹珠的重量(mg)，精確到小數(shù)點后第三位，來確定膨脹珠的重量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，該膨脹珠已經(jīng)在23℃、50％相對濕度的氣氛中靜置了48小時。
如下測量泡沫模制品的表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)。從泡沫模制品，在如圖5(a)所示的位置<1>至<15>切出15個長方體樣本，每樣本的長度為16mm、寬度為10mm，以及厚度為8mm。位置<1>、<6>和<11>中的每個位置接近于泡沫制品的頂部，并離泡沫制品的頂部不大于5cm。位置<2>至<5>以相等角度彼此間隔，并且每個位置與包括泡沫制品環(huán)形邊的平面間隔約20度的角(如圖5(b)中θ所示)。位置<7>至<10>和位置<12>至<15>也類似于位置<2>至<5>布置。各切割樣品的厚度方向上的軸與半球形泡沫制品的徑向方向平行或接近平行。當(dāng)泡沫模制品的厚度太小而不能切出8mm厚度的樣品時，進(jìn)行切割使樣品的厚度盡可能地大。測定15個樣品中每個的表觀密度。由測量的結(jié)果計算表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)。通過測定樣品的重量(精確到小數(shù)點后第二位)和用電測徑規(guī)測定樣品的尺寸(精確到小數(shù)點后第二位)來確定表觀密度。由測量的尺寸計算樣品的體積。通過用樣品的重量除以其體積得到表觀密度。
如本說明書和附加權(quán)利要求所用的，術(shù)語“標(biāo)準(zhǔn)偏差”定義為方差的平方根。
在膨脹珠的重量方面，能夠通過以下方法一或方法二在用于形成發(fā)泡用樹脂粒子的造粒工藝中獲得0.5mg以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sw)，方法一通過將其冷卻和切成粒子并提供用于抑制帶中偏斜的導(dǎo)向裝置，或調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)葉片的旋轉(zhuǎn)和角度，或進(jìn)行水下切割，來提高造粒的重量精度；方法二用旋轉(zhuǎn)圓柱形濾篩將樹脂粒子分級，并且可以合適地組合這些方法。在密度幾乎為常數(shù)的情況下，用濾篩分級樹脂粒子或膨脹珠的方法是最簡單的，并且用濾篩的分級方法可使用振動濾篩。同樣能夠使用風(fēng)力分級器或重力分離器根據(jù)比重分級的方法。
通過測定每個任意地從膨脹珠組中選取的1000個膨脹珠的精確到0.001mg的重量(mg)來確定膨脹珠的重量的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sw)，該膨脹珠之前已經(jīng)在23℃、相對濕度50％的大氣中靜置了48小時。
通過模內(nèi)模制本發(fā)明的膨脹珠獲得本發(fā)明的介電透鏡元件，其具有球形、中空球形、半球形、半球形圓頂形或其分割的形狀。通過以下方法構(gòu)造Luneber透鏡天線在半球形透鏡元件1上連續(xù)重疊不同半徑的半球形圓頂狀透鏡元件2a、2b、2c、2d作為例如如圖3(b)所示的介電透鏡，然后用蓋3覆蓋表面并且在底部設(shè)置反射裝置(未示出)。半球形透鏡元件1具有約2的介電常數(shù)，并且最外層半球形圓頂狀透鏡元件2d具有約1的介電常數(shù)。此外，為了避免天線增益的損失，重疊的相鄰?fù)哥R元件優(yōu)選具有盡可能小的間隙。
圖3(a)和圖3(b)顯示出5層的結(jié)構(gòu)，其在半球形透鏡元件1上使用4個半球形圓頂狀透鏡元件2a至2d，但是本發(fā)明不限于這種5層的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，示例性實施方式具有5層以上，更優(yōu)選5至30層，尤其更優(yōu)選8至20層。此外，在通過組合介電透鏡元件形成的球形或半球形Luneberg透鏡中，介電透鏡優(yōu)選具有50至4000mm的直徑。
為了在約1至約2的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)介電常數(shù)并且實現(xiàn)輕質(zhì)，球形、中空球形、半球形、半球形圓頂形或其分割的形狀的介電透鏡元件優(yōu)選具有0.03至1.2g/cm3的表觀密度，更優(yōu)選0.03至0.8g/cm3。
介電透鏡元件的前述的表觀密度是指JIS K7222(1999)中定義的總表觀密度。用于計算總表觀密度的膨脹珠的成形泡沫制品(介電透鏡元件)元件的體積是由外部尺寸計算的體積，但是，在因為形狀復(fù)雜由外部尺寸計算困難的情況下，使用膨脹珠的成形泡沫制品被浸入水中時的排水體積(excluding volume).
本發(fā)明的示例性實施方式的膨脹珠用作前面所述的介電透鏡用的材料是優(yōu)良的，但是，它用作模內(nèi)模制材料也是有利的，該模內(nèi)模制材料用于信息通信相關(guān)的電子設(shè)備例如電容、層壓的電路板、連接體或存儲器中的各種介電材料。
實施例接下來，通過實施例和對比例進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
實施例1至8和對比例1至3將表1中所示的聚丙烯樹脂和表2中所示的陶瓷預(yù)先混合至表3中所示的組合物中，并且用雙軸擠出機(jī)(two-axis extruder)進(jìn)一步將其捏合和擠出，以形成丸粒，由此獲得圓柱形樹脂粒子。
表1

表2

表3

將100重量份的所得的樹脂粒子填充入可密閉容器(高壓釜)中，并且將其分散在300重量份的水中。還加入1.0重量份的氧化鋁作為防粘劑和0.01重量份的十二烷基磺酸鈉作為輔助分散劑。
然后關(guān)閉高壓釜，攪拌下加熱至比表4所示的發(fā)泡溫度低5℃的溫度。然后將表4中所示的發(fā)泡劑引入高壓釜，并保持該溫度15分鐘。此后，將高壓釜加熱至表4中所示的發(fā)泡溫度，并且保持在該溫度下15分鐘。在此狀態(tài)中高壓釜的壓力作為發(fā)泡壓力(foaming pressure)在表4中示出。然后，當(dāng)在發(fā)泡溫度保持高壓釜中的內(nèi)含物的同時，將與發(fā)泡劑相同的氣體壓入高壓釜，以將高壓釜的內(nèi)含物釋放到空氣中，同時保持高壓釜中的壓力處于表4所示的發(fā)泡壓力，由此獲得膨脹珠。
在獲得的膨脹珠中，陶瓷含量(wt％)、高溫峰的熱值(ΔHh)、整個吸熱曲線的峰的熱值(ΔHt)、高溫峰的熱值與整個吸熱曲線的峰的熱值的比例(ΔHh/ΔHt×100)、平均孔數(shù)、平均孔直徑、表觀密度、膨脹珠的形狀、最大直徑的平均(D)、最大高度的平均(L)和比(L/D)如表5和6所示。
表4

表5

表6

將實施例1～8和對比例1～3的每個中獲得的膨脹珠保持增壓槽(pressurizing tank)中，以提供如表6所示的膨脹珠的內(nèi)壓，然后將其填充入成形模具中，并通過將具有表6所示的壓力的蒸氣引入到模具中，由此導(dǎo)致膨脹珠的熔融粘結(jié)(fusion)，然后冷卻以獲得半球形圓頂形的膨脹珠的泡沫制品的模內(nèi)模制品。使獲得的膨脹珠的泡沫制品在60℃和大氣壓下調(diào)節(jié)24小時，然后進(jìn)一步使它在23℃和大氣壓中調(diào)節(jié)48小時，以獲得具有175mm內(nèi)徑和200mm外徑的半球形圓頂形的介電透鏡材料。獲得的介電透鏡元件(泡沫制品)的表觀密度、表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差和泡沫制品的電性質(zhì)也如表6所示。實施例1至8中獲得的介電透鏡材料中開孔量低于20％，而在對比例1中獲得的介電透鏡材料中開孔量高于40％。
實施例9至16和對比例4至6用重力分離器分級實施例1至8和對比例1至3中獲得的膨脹珠以獲得表7中所示的膨脹珠。實施例9至16和對比例4至6使用通過分別分級實施例1至8和對比例1至3的膨脹珠獲得的膨脹珠，分級后的高溫峰的熱值(ΔHh)、整個吸熱曲線的峰的熱值(ΔHt)、高溫峰的熱值與整個吸熱曲線的峰的熱值比(ΔHh/ΔHt×100)、平均孔數(shù)、平均孔直徑、陶瓷含量、馬來酸酐含量和膨脹珠的形狀與分級前的相同，如表5和6中所示。
分級后的膨脹珠的表觀密度、表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)和重量的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sw)如表7所示。
將膨脹珠保持在增壓槽中以提供表7中所示的膨脹珠的內(nèi)壓，然后將其填充入成形模具中，并通過將具有表7所示的壓力的蒸氣引入到模具中將其加熱，由此導(dǎo)致膨脹珠的熔融粘結(jié)，然后冷卻以獲得半球形圓頂形的膨脹珠的泡沫制品的模內(nèi)模制品。使獲得的膨脹珠的泡沫制品在60℃和大氣壓下調(diào)節(jié)24小時，然后進(jìn)一步使它在23℃和大氣壓中調(diào)節(jié)48小時，以獲得具有175mm內(nèi)徑和200mm外徑的半球形圓頂形的介電透鏡材料。獲得的介電透鏡元件(泡沫制品)的表觀密度、表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差和泡沫制品的電性質(zhì)也如表7所示。實施例9至16中獲得的介電透鏡元件中開孔量低于20％，而在對比例4中獲得的介電透鏡元件中開孔量高于40％。
表7

如下測量表6和7中泡沫制品的電性質(zhì)的評價。從泡沫模制品，在如圖5(a)所示的位置<1>至<15>切出15個長方體樣本，每樣本的長度為16mm、寬度為10mm，以及厚度為8mm。位置<1>、<6>和<11>中的每個位置位于泡沫制品的頂部。位置<2>至<5>以相等角度彼此間隔，并且每個位置與包括泡沫制品環(huán)形邊的平面間隔約20度的角(如圖5(b)中θ所示)。位置<7>至<10>和位置<12>至<15>也類似于位置<2>至<5>布置。各切割樣品的厚度方向上的軸與半球形泡沫制品的徑向方向平行或接近平行。測定15個樣品每一個的介電常數(shù)。由測量的結(jié)果計算介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)。評價標(biāo)準(zhǔn)如下。
標(biāo)準(zhǔn)偏差由方差的平方根給出S介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.02；A介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.02以上，但是小于0.03；B介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.03以上，但是小于0.04；C介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.04以上，但是小于0.05；D介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.05以上。
通過以與泡沫制品的電性質(zhì)評價中相同的方式切出15個試驗片，測量每個試驗片的表觀密度并計算測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，來獲得表6和7中所示的泡沫制品表觀密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。通過測量樣品的精確到0.01mg的重量和用電測徑規(guī)測定三個邊的精確到0.01mm的尺寸以獲得體積，并用重量除以體積以進(jìn)行單位換算，來確定表觀密度。標(biāo)準(zhǔn)偏差由方差的平方根給出。
雖然已經(jīng)參考示例性實施方式描述了本發(fā)明，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于示例性實施方式的描述。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員很明顯，能夠進(jìn)行各種改變和改進(jìn)。從權(quán)利要求的描述很明顯可以看出，本發(fā)明的技術(shù)范圍也能夠包括該改變或改進(jìn)的配置。
權(quán)利要求
1.用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其包括含有10至80wt％陶瓷的聚丙烯樹脂，該珠具有0.03至1.7g/cm3的表觀密度，由差式掃描量熱(DSC)測量的曲線上聚丙烯樹脂特有的固有吸熱峰，以及該固有吸熱峰的較高溫度側(cè)的吸熱峰，其中較高溫度側(cè)的吸熱峰的熱值是全部吸熱峰的熱值的2至35％。
2.權(quán)利要求1的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中所述陶瓷包括作為主要組分的鈦氧化物，和平均最大直徑為0.01至30μm和平均最大長度為0.1至100μm的纖維狀形狀，或平均最大長度為0.01至100μm的顆粒形狀。
3.權(quán)利要求1的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中膨脹珠的橫截面在橫截面具有20至1000/mm2的平均孔數(shù)，和5至200μm的平均孔直徑。
4.權(quán)利要求1的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中膨脹珠的平均最大長度為0.8至5.0mm。
5.權(quán)利要求1的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中構(gòu)成膨脹珠的基礎(chǔ)樹脂包含羧酸改性的聚烯烴。
6.權(quán)利要求1的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中膨脹珠的表觀密度具有0.1g/cm3以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)，并且所述膨脹珠的重量具有0.5mg以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sw)。
7.介電透鏡元件，其是通過模內(nèi)模制權(quán)利要求1的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠獲得的，該介電透鏡元件為球形、中空球形、半球形、半球形圓頂形或其分割的形狀。
8.權(quán)利要求3的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中構(gòu)成膨脹珠的基礎(chǔ)樹脂包含羧酸改性的聚烯烴。
9.權(quán)利要求3的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其中膨脹珠的表觀密度具有0.1g/cm3以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sd)，并且其重量具有0.5mg以下的標(biāo)準(zhǔn)偏差(Sw)。
10.介電透鏡元件，其是通過模內(nèi)模制權(quán)利要求8的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠而獲得的，該介電透鏡元件為球形、中空球形、半球形、半球形圓頂形或其分割的形狀。
11.介電透鏡元件，其是通過模內(nèi)模制權(quán)利要求9的用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠而獲得的，該介電透鏡元件為球形、中空球形、半球形、半球形圓頂形或其分割的形狀。
全文摘要
用于形成介電材料的膨脹聚丙烯珠，其包括含有10至80wt％量的陶瓷的聚丙烯樹脂，具有0.03至1.7g/cm
文檔編號H01Q15/02GK101061162SQ20058003841
公開日2007年10月24日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者所壽男, 佐佐木一敏, 篠原充, 坂口正和, 黑田昌利, 木村功一, 石橋義行 申請人:株式會社Jsp, 住友電氣工業(yè)株式會社