CN101045822A

CN101045822A - 低导电性高散热性高分子材料及成型体

Info

Publication number: CN101045822A
Application number: CNA2007100869939A
Authority: CN
Inventors: 藤原秀之; 中村祥宜; 小宫山聪
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd; Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd; Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2007291346A; US20070228339A1; CN101045822B

Abstract

提供一种能够确保低导电性、高散热性、高强度及低比重这各种特性的高分子材料及成型体。一种低导电性高散热性高分子材料和由该高分子材料成型的低导电性高散热性成型体，其在高分子材料(1)中以10～80体积％混合了碳类填料(2)，该碳类填料(2)在表面上以大于或等于0.5％的接枝率接枝电吸附剂。作为碳类填料，可以例示碳黑、碳纤维、石油焦炭、石墨、碳纳米管等。作为电吸附剂，可以例示含醚基、环氧基、酰基、羰基、氨基或者硅氧烷键的化合物。

Description

低导电性高散热性高分子材料及成型体

技术领域

本发明涉及具有低导电性和高散热性的高分子材料及成型体。

背景技术

由于削减CO₂等的环境因素，在汽车中也要推行低燃耗化，近年来，混合动力车辆受到关注。另外，还预测今后燃料电池车辆等的普及。其中，在电池和电动机的关联部件中，有很多需要低导电性和高散热性的产品，为了确保这两种特性，对材料或形状进行了各种研究。

但是，在实际材料的单体中，很难确保两种特性。之所以如此，是因为高散热性是以高导热性(高的热传导性)为前提的，但高导热性的实用材料又基本都是高导电性。即：

(1)金属具有高导热性、高散热性，但因为是高导电性，所以其本身不能确保低导电性(优选电绝缘性)。因此，必须另外设置由树脂等构成的绝缘板，而绝缘板的低散热性又成为问题，且会增加绝缘板部分的产品重量。而且，金属本身的比重也很大。

(2)高分子材料(树脂、橡胶)是低导电性(几乎是电绝缘性)，但因为是低导热性，所以其本身不能确保高散热性。因此，需要在产品形状上下工夫(设置空气通道)，以确保高散热性，从而使得产品变大、且需要很大的设置空间。

(3)因此，研究了下述复合材料。

在专利文献1中，提出在苯乙烯类热塑性弹性体/PP中，混合精制陶瓷。

在专利文献2中，提出在高分子材料中，混合含有硼化合物的石墨化碳化氢。

在专利文献3中，提出一种在硅橡胶中混合石墨化碳纤维、电绝缘性导热填充剂的材料。

在专利文献4中，提出一种在硅橡胶中混合氮化硼的材料。

在专利文献5中，提出一种在聚酰胺树脂中混合氧化镁、碳黑的材料。

专利文献1：特开2002-146154号公报

专利文献2：特开2002-88249号公报

专利文献3：特开2002-3717号公报

专利文献4：特开平7-111300号公报

专利文献5：特开平3-79665号公报

发明内容

专利文献1～5均是在具有低导电性的高分子材料(母材)中填充由具有高散热性的陶瓷等构成的填料，而希望确保两种特性的复合材料。但是，这种复合材料中也存在以下问题。

(a)如果没有填充足够多量(高密度)的填料，则无法确保高散热性。

(b)如果填充大量填料，则材料的比重增加，产品变重。

(c)填料与高分子材料的相容性差，导致增强性低，或者作为材料变脆。

(d)根据填料的种类，会产生气体，给高分子材料带来不良影响。

本发明的目的在于解决上述课题，提供一种能够确保低导电性、高散热性及低比重这各种特性的高分子材料及成型体。

〔A〕本发明的低导电性高散热性高分子材料，是在高分子材料中混合在表面接枝了电吸附剂的碳类填料。

对于本发明中的各个要素，以下例示其形态。

〔1〕高分子材料

作为高分子材料，并不特别限定，可以例示树脂、橡胶、热塑性弹性体。

1.树脂：可以例示PP、PE等的烯类树脂、PPS(聚苯硫醚)、LCP(液晶聚合物)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇脂)、POM(聚甲醛)等工程塑料树脂。

2.橡胶：可以例示EPDM(三元乙丙橡胶)、CR(氯丁橡胶)、NBR(丁腈橡胶)、Q(硅橡胶)等。

3.热塑性弹性体：可以例示烯烃类、苯乙烯类、氯乙烯类、聚酯类、聚氨脂类、聚酰胺类、氟类的热塑性弹性体。

〔2〕在表面接枝了电吸附剂的碳类填料

〔2-1〕碳类填料

作为碳类填料并不特别限定，可以例示碳黑(碳的微粒)、碳纤维、石油焦炭、石墨、碳纳米管等。

〔2-2〕电吸附剂

作为电吸附剂并不特别限定，可以例示含有醚基、环氧基、酰基、羰基、氨基或硅氧烷键的化合物。优选聚合物为，在接枝结合的聚合物中保持醚基、环氧基、酰基、羰基、氨基或硅氧烷键，且在一个末端保持二醇，可以例示聚丙烯酸2-乙基己酯、聚丙烯酸辛酯等。

〔2-3〕电吸附剂的接枝率

电吸附剂的接枝率并不特别限定，但优选大于或等于0.5质量％，更优选为0.5～50质量％，最优选对应于碳类填料的种类选用以下范围。

·在填料为碳黑的情况下，电吸附剂的接枝率优选大于或等于20质量％，更优选20～50质量％。在接枝率低于20质量％的情况下，可能无法得到充分的电阻值。

·在填料为PAN(聚丙烯腈)类碳纤维的情况下，电吸附剂的接枝率优选大于或等于10质量％，更优选10～50质量％。在接枝率低于10％质量的情况下，可能无法得到充分的电阻值。

·在填料为沥青类碳纤维的情况下，电吸附剂的接枝率优选大于或等于0.5质量％，更优选0.5～10质量％。在接枝率低于0.5质量％的情况下，可能无法得到充分的电阻值。

〔2-4〕电吸附剂的接枝方法

作为在碳类填料的表面接枝电吸附剂的方法，并不特别限定，可以采用公知的接枝技术。

如果举出一个例子，则

1.将碳黑(图1(a))臭氧氧化(图1(b))，向其中添加异链烷烃类碳化氢溶剂，使之湿润。

2.然后，添加三异氰酸酯化合物(三异氰酸酯六亚甲基异氰酸酯(トリイソシアネ一トヘキサメチレンイソシアネ一ト))和一末端二醇变性聚合物(丙醛1，2二醇聚(2-乙基己基羰基乙烯)硫化物(图1(c)(d))，混合并搅拌。

3.并且，添加二月桂酸二丁基锡，搅拌。

4.之后，用高压搅拌器将该泥浆进行机械分散。

5.一边搅拌分散后的泥浆，一边使之在70℃下反应6小时。

6.之后，使作为溶剂的异链烷烃类碳化氢溶剂挥发，得到电吸附剂接枝·碳黑2(图1(e))。此外，图1(f)是将该电吸附剂接枝·碳黑2混合入高分子材料1中的情况。

〔3〕混合

〔3-1〕碳类填料的混合量

向高分子材料中的碳类填料的混合量并不特别限定，但优选10～80体积％，更优选20～50体积％。如果其混合量少则可能无法得到充分的热传导路径，过多则损害作为材料的特性，或者易使加工性恶化。

〔4〕碳类填料的配向

可以利用磁场等使高分子材料中混合的碳类填料配向来使用。其优点在于，通过该配向，在碳类填料的混合量相同的情况下能够提高热传导性，或者如果是相同的热传导性，则可以减少碳类填料的混合量。所谓配向，是指在作为母材的高分子材料中，形状上具有异向性的碳类填料(主要是碳纤维)在特定的方向上规则排列的状态。

〔4-1〕配向的确认及评价

配向可以由例如以下2种方法确认，特别地，可以由方法1进行评价。

1.由X射线衍射的碳类填料的晶格方位角强度分布测定

例如在碳纤维中，可以使石墨晶体在纤维方向规则排列，通过对该石墨晶格(0.0.2)面使用X射线衍射来测定方位角强度分布(例如后述的图5)，可以知道碳纤维本身的配向方向。在配向的情况下，在方位角强度分布中会出现峰值。特别是在配向较好的情况下，对于该峰值测其半值宽度，定义下述的配向度。配向度大于或等于0.7时可以由肉眼看到配向，并且可以评价其配向作用效果明显，特别地，0.9～1时，可以说是很好的优良配向。

配向度＝(180°-半值宽度)/180° …式1

2.使用显微镜观察等目测确认

将成型体沿希望确认配向的面切开，使用扫描型电子显微镜等观察碳类填料的方向。但是，由该观察很难定量确定配向的程度。

〔4-2〕配向方向

在高分子材料中的碳类填料配向的方向并不特别限定，例如在成型体含有板状部的情况下，可以是沿着该板状部表面的任意一个方向，也可以是该板状部的厚度方向。

〔4-3〕配向的方法

作为使碳类填料配向的方法并不特别限定，可以例示以下的使用磁场的方法和通过加工的方法。

1.使用磁场的方法

该方法是由上述低导电性高散热性高分子材料成型为成型体或作为该成型体的原料的成型体，在这些成型体的高分子材料熔融的状态下，利用磁场使该高分子材料中的碳类填料配向。碳类填料以沿磁场的方向(磁力线的方向)的方式配向。配向之后将高分子材料冷却、固化。磁场的强度并不特别限定，优选大于或等于1T(特斯拉)的强磁场。采用该方法的优点在于，只要使配向方向与磁场方向一致，就能够实现包括以上例示的配向方向的各种配向方向。

2.通过加工的方法

该方法是由上述低导电性高散热性高分子材料成型为成型体或作为该成型体的原料的成型体，在这些成型体的高分子材料熔融的状态下，通过加工使成型体的至少一部分伸长变形而使该高分子材料中的碳类填料配向的方法。碳类填料以沿着伸长方向的方式配向。配向后将高分子材料冷却、固化。

此外，在上述方法中，作为成型体原料的成型体是指，例如成型体为将板材真空成型而赋予其三维形状的情况下的板材这样，经过多个阶段成型的前阶段的成型体。

〔B〕本发明的低导电性高散热性成型体，由上述低导电性高散热性高分子材料成型而成。

作为该成型体的具体产品，并不特别限定，可以例示如下产品。

·如图2所示，将(混合动力车、燃料电池车等的电驱动车等的)电池盒11的电池元件之间绝缘的绝缘板12或蓄电池盒13、母线模块等

·(电驱动车等的)电动机的电动机线圈绝缘·封闭材料等

·(电驱动车、家电等的)变换器箱

·(家电、个人计算机等的)散热板、壳体等

本发明的开发经过及作用如下所述。

碳类填料因导热性(即散热性)高且对高分子材料具有增强性，所以适于该目的。但是，碳类填料的导电性也高，所以在本发明中，以抑制其导电性为目标。

并且，经过大量研究发现，通过在碳类填料表面接枝电吸附剂，能够抑制该表面上的电子运动，由此研制出导电性低的碳类填料。通过将该碳类填料混合高分子材料中，得到确保导电性、高散热性和高强度的新型材料。

发明的效果

根据本发明的高分子材料及成型体，能够确保低导电性、高散热性、高强度及低比重这各种特性。

附图说明

图1是说明本发明的电吸附剂接枝碳类填料及掺有该填料的高分子材料的图。

图2是表示由本发明的高分子材料成型的成型体的例子的斜视图。

图3是表示用于利用磁场使碳纤维配向的装置及方法的说明图。

图4是表示同样利用磁场使碳纤维配向的方法的说明图。

图5是表示利用X射线衍射得到的方位角强度分布的测量结果的曲线图。

图6是未使碳纤维配向的成型体的一个例子的显微镜照片。

图7是使碳纤维配向的成型体的一个例子的显微镜照片。

具体实施方式

本发明提供一种低导电性高散热性高分子材料，其在高分子材料中，以10～80体积％混合以大于或等于0.5％的接枝率在表面接枝了电吸附剂的碳类填料。此外，还提供一种由该低导电性高散热性高分子材料成型得到的低导电性高散热性成型体。

实施例

作为母材的高分子材料，使用聚乙烯(PE)树脂(「住友化学工業」制商品名「スミカセンG807」)，在该聚乙烯树脂中，以规定的混合量混合下述表1～表5所示的各种填料。以下的表1表示实施例1至10中使用的填料种类、在各种填料的接枝中使用的电吸附剂的聚合物种类及其接枝率。其中，接枝率由加热减量测定法求得。即，在惰性气体(Ar气体)中，将接枝后的碳类填料从110℃加热到1000℃，将其减量率换算为碳纤维的重量增加率，作为接枝率。这是基于碳类填料在该条件下不会减量，只有接枝过的聚合物会挥发而减量的考虑方法。

表1

实施例的填料种类	实施例的接枝聚合物种类	接枝率(质量％)
实施例的填料种类	实施例的接枝聚合物种类	接枝率(质量％)	碳黑	二甲基聚硅氧烷	30
PAN类碳纤维1	硅类聚合物	23.3	碳黑	二甲基聚硅氧烷	30
PAN类碳纤维1	硅类聚合物	23.3	PAN类碳纤维2	硅类聚合物	24.2

PAN类碳纤维3	硅类聚合物	24.4
PAN类碳纤维3	硅类聚合物	24.4	PAN类碳纤维4	碳化二亚胺类聚合物	26.4
PAN类碳纤维5	硅类聚合物	34.6	PAN类碳纤维4	碳化二亚胺类聚合物	26.4
PAN类碳纤维5	硅类聚合物	34.6	PAN类碳纤维6	碳化二亚胺类聚合物	22
沥青类碳纤维1	环氧类聚合物	0.7	PAN类碳纤维6	碳化二亚胺类聚合物	22
沥青类碳纤维1	环氧类聚合物	0.7	沥青类碳纤维2	环氧类聚合物	1.5

表2

组成/评价项目			实施例1	实施例2	比较例1	比较例2	比较例3
组成/评价项目			实施例1	实施例2	比较例1	比较例2	比较例3	组成(体积％)	聚乙烯树脂		75	60	100	75	60
填料种类	电吸附剂接枝碳黑	25	40	-	-	-			聚乙烯树脂		75	60	100	75	60
	电吸附剂接枝碳黑	25	40	-	-	-	无		-	-	0	-	-
	碳黑(无接枝)	-	-	-	25	40	无		-	-	0	-	-
	碳黑(无接枝)	-	-	-	25	40	热传导率(W/mK)			1.1	1.4	0.3	1.1	1.5
体积固有阻抗(Ω·cm)			3.2×10⁵	8.7×10⁴	大于或等于1.0×10¹³	2.7×10⁰	热传导率(W/mK)			1.1	1.4	0.3	1.1	1.5	6.0×10^-1
体积固有阻抗(Ω·cm)			3.2×10⁵	8.7×10⁴	大于或等于1.0×10¹³	2.7×10⁰	比重(g/cc)			1.14	1.27	0.92	1.14	1.27	6.0×10^-1

表3

组成/评价项目			比较例4	比较例5	比较例6	比较例7	比较例8
组成/评价项目			比较例4	比较例5	比较例6	比较例7	比较例8	组成(体积％)	聚乙烯树脂		75	75	60	75	60
填料种类	沥青类碳纤维(无接枝)	25	-	-	-	-			聚乙烯树脂		75	75	60	75	60
	沥青类碳纤维(无接枝)	25	-	-	-	-	石墨(无接枝)		-	25	40	-	-
	氮化硼	-	-	-	25	40	石墨(无接枝)		-	25	40	-	-

	(无接枝)
	(无接枝)						热传导率(W/mK)	1.1	1.0	1.9	0.7	1.2
体积固有阻抗(Ω·cm)		5.5×10¹	3.3×10²	1.5×10¹	大于或等于1.0×10¹³	大于或等于1.0×10¹³	热传导率(W/mK)	1.1	1.0	1.9	0.7	1.2
体积固有阻抗(Ω·cm)		5.5×10¹	3.3×10²	1.5×10¹	大于或等于1.0×10¹³	大于或等于1.0×10¹³	比重(g/cc)	1.24	1.24	1.43	1.26	1.46

实施例1、2是使用接枝了表1的电吸附剂的碳黑作为填料的例子，如表2及表3所示，与使用了未接枝电吸附剂的各种填料的比较例1～8进行比较研究。

·实施例1、2的填料，是在「東海カ一ボン社」制的碳黑商品名「シ一スト116」的表面，接枝(接枝率30％)作为电吸附剂的变性后的二甲基聚硅氧烷(一末端二醇)「チツ素社制サイラブレ一ンFM-DA21」。

·比较例2、3的碳黑是前述「東海カ一ボン社」制商品名「シ一スト116」。

·比较例4的碳纤维是「三菱化学産資社」制的、商品名「ダイアリ一ドK223HG」。

·比较例5、6的石墨是「オリエンタル工業社」制的、商品名「OSカ一ボンパウダ一AT-NO.40S」。

·比较例7、8的氮化硼是「電気化学工業社」制的、商品名「デンカボロンナイトライド HGP。」

表4

组成/评价项目			比较例9	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	实施例9
组成/评价项目			比较例9	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	实施例9	组成(体积	聚乙烯树脂		75	75	75	75	75	75	75
填料种类	PAN类碳纤维1	-	25	-	-	-	-	-			聚乙烯树脂		75	75	75	75	75	75	75
	PAN类碳纤维1	-	25	-	-	-	-	-	PAN类碳纤维2		-	-	25	-	-	-	-
	PAN类碳纤维3	-	-	-	25	-	-	-	PAN类碳纤维2		-	-	25	-	-	-	-
	PAN类碳纤维3	-	-	-	25	-	-	-	PAN类碳纤维4		-	-	-	-	25	-	-

％)	PAN类碳纤维5	-	-	-	-	-	25	-
	PAN类碳纤维5	-	-	-	-	-	25	-	PAN类碳纤维6	-	-	-	-	-	-	25
	PAN类碳纤维(无接枝)	25	-	-	-	-	-	-	PAN类碳纤维6	-	-	-	-	-	-	25
	PAN类碳纤维(无接枝)	25	-	-	-	-	-	-	热传导率(W/mK)			0.5	0.3	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
体积固有阻抗(Ω·cm)		1.0×10⁵	2.0×10¹⁰	3.0×10⁹	1.0×10¹⁴	7.0×107	3.0×10¹¹	1.0×10¹¹	热传导率(W/mK)			0.5	0.3	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4

实施例3～8是采用接枝了表1的电吸附剂的PAN(聚丙烯腈)碳纤维作为填料的例子，如表4所示，与使用接枝了电吸附剂的PAN类碳纤维的比较例9进行比较研究。

·实施例3～8的填料(表1的PAN类碳纤维1～6)，是在「東レ株式会社」制的PAN类碳纤维商品名「トレカMLD30」的表面，接枝(接枝率22～34.6％)了作为电吸附剂的硅类聚合物(「信越化学工業株式会社」制商品名「变性シリコ一ンオイルKF一8003」)或碳化二亚胺类聚合物(「日清紡績株式会社」制商品名「カルボジライト」)。

·比较例9的PAN类碳纤维为前述商品名「トレカMLD30」。

通常，PAN类碳纤维是以PAN(聚丙烯腈)纤维为原料的碳纤维，将PAN纤维在惰性气体中以1000℃～1500℃进行预煅烧，然后在2000～3000℃中进行碳化而制成。

作为PAN类碳纤维的特征，因为构成碳纤维的石墨结晶随机地少量配置，所以易于向纤维的各个方向通电、通热。另外，因为PAN类碳纤维在结晶中有很多缺陷，所以热传导率比沥青类碳纤维小，前述商品名「トレカMLD30」的热传导率不足20W/m·K(具体未知)。

另外，因为PAN类碳纤维易于在其整个纤维表面接枝电吸附剂，所以接枝率高于沥青类碳纤维。

表5

组成/评价项目		比较例10	实施例9	实施例10
组成/评价项目		比较例10	实施例9	实施例10	组成	聚乙烯树脂	75	75	75

(体积％)	填料种类	沥青类碳纤维1	-	25	-
		沥青类碳纤维1	-	25	-	沥青类碳纤维2	-	-	25
		沥青类碳纤维(无接枝)	25	-	-	沥青类碳纤维2	-	-	25
		沥青类碳纤维(无接枝)	25	-	-	热传导率(W/mK)			1.2	0.9	0.9
体积固有阻抗(Ω·cm)			4.3×10⁰	5.1×10⁶	2.0×10⁵	热传导率(W/mK)			1.2	0.9	0.9

实施例9、10是使用接枝了表1的电吸附剂的碳类纤维作为填料的例子，如表5所示，与使用了未接枝电吸附剂的沥青类碳纤维的比较例10进行比较研究。

·实施例9的填料(表1的沥青类碳纤维1)，是在「三菱化学産資社」制的沥青类碳纤维商品名「K223HGM」(热传导率540W/m·K)的表面，接枝(接枝率0.7％)作为电吸附剂的环氧类聚合物(「大日本インク化学工業株式会社」制商品名「EPICLON」。

·实施例10的填料(表1的沥青类碳纤维2)，是在「三菱化学産資社」制的沥青类碳纤维商品名「K223QM」(热传导率140W/m·K)的表面，接枝(接枝率1.5％)作为电吸附剂的环氧聚合物(「大日本インク化学工業株式会社」产商品名「EPICLON」。

·比较例10的沥青类碳纤维是「三菱化学産資社」制商品名「K223HGM」。

通常，沥青类碳纤维是以石油类的焦油为原料的碳纤维，在焦油中混合增粘剂等各种添加剂，在250～400℃下制成线，然后在惰性气体中以1000～1500℃使之碳化，进而在2500～3000℃下烧制而制成。实施例9和实施例10中使用的沥青类碳纤维的热传导率之所以不同，是因为其最后的煅烧温度不同，温度高的因为能够充分地结晶，所以热传导率高。沥青类碳纤维中的石墨结晶比PAN类碳纤维大，沿着纤维方向整齐排列而缺陷少。由此，沥青类碳纤维易在纤维方向上通电、通热，热传导率远远大于PAN类碳纤维。此外，之所以通过后述的配向使沥青类碳纤维的热传导率大大提高，是因为通过使纤维方向一致而使得导热方向也一致。

另外，由于沥青类碳纤维易于在其纤维长度方向端部接枝电吸附剂，但在纤维长度方向的中部不易接枝电吸附剂，所以接枝率低于PAN类碳纤维。

〔成型和物理性质试验〕

将各个实施例及比较例的混合材料，使用「東洋精機製作所」制的试验塑性搅拌的密闭式混炼机(型号“B-75”)，在温度210℃、转速100rpm、时间10分钟、填充率70％的条件下混合。将混合后的材料利用手动压力机在压力20MPa、温度210℃、时间5分钟的条件下挤压成型，制成25mm×25mm×(厚度)2mm的试验片。

对于各个试验片，使用下述方法测定物理性质。将其结果同时表示在表2～表5中。

(1)热传动性测定

作为测定装置，使用「NETZSCH(ネッツ)社」制商品名「Xeフラッシュアナライザ一LFA447 Nanoflash」，在25℃(室温)下进行测定。导热方向为试验片的厚度方向。

(2)体积固有阻抗测定

在体积固有阻抗小于或等于106的情况下，使用「ダイヤインスツルメント社」制商品名「ロレスタGP」作为测定装置，用四端子法进行测定。电流施加端子的离开方向(电流方向)、电压测定端子的离开方向(电位差方向)都是试验片的厚度方向。

在体积固有阻抗大于或等于106的情况下，使用「ダイヤインスツルメント社」制商品名「ハイレスタUP」作为测定装置，用二重环法(JISK6911标准)进行测定。

(3)比重测定

使用「島津製作所社」制商品名「SGM300P」作为测定装置，用水中置换法进行测定。但是，该测定仅对实施例1、2和比较例1～8进行。

〔物理性质评价〕

在评价各种混合材料的导热性和导电性时，必须根据由混合材料成型得到的低导电性高散热性成型体的具体产品种类，考虑所要求的高导热性水平、低导电性水平各不相同。

(A)使用碳黑的实施例1、2的评价

实施例1、2是使用碳黑的例子，该碳黑是提高导热性及导电性的作用较强的填料，是适用于高散热性要求较高而低导电性要求较低的成型体产品(目的)的混合材料。

如表2及表3中示出的测定结果所示，虽然比较例1的导电性低于本要求，但导热性大大低于本要求，所以完全不适用于本目的。比较例2、3、4、5、6，虽然导热性高于本要求，但导电性也高于本要求，仍然不适合于本目的。比较例7，虽然导电性低于本要求，但导热性不够高。另外，比较例8，虽然导热性、导电性方面均优良，但作为陶瓷填料的特征，如果混合量多则比重会提高。另外，如前所述，陶瓷填料与树脂的相容性差，增强性低或者会变脆。

与此相对，实施例1、2，导热性大大高于本要求、且导电性也大大低于本要求，所以适合于本目的，而且，还有即使填料的混合量多比重也基本不会提高的优点。另外，因为填料与树脂的相容性好，所以增强性高，具有高韧度。

(B)使用PAN类碳纤维的实施例3～8的评价

实施例3～8是使用PAN类碳纤维的例子，该PAN类碳纤维是提高导热性及导电性作用较弱的填料，是适用于散热性要求较弱但低导电性要求较高的成型体产品(目的)的混合材料。

根据表4中所示的测定结果，比较例9虽然在导热性高于本要求的方面较好，但导电性高于本要求，所以不适合于本目的。

与此相对，实施例3～8，因为导热性大大高于本要求、导电性大大低于本要求，所以适合于本目的。

(C)使用沥青类碳纤维的实施例9、10的评价

实施例9、10是使用沥青类碳纤维的例子，该沥青类碳纤维是提高导热性及导电性作用较弱的填料，是适用于高散热性要求较强而低导电性要求较弱的成型体产品(发明)的混合材料。

根据在表5中显示的测定结果，比较例10虽然在导热性高于本要求的方面较好，但因为导电性很高，所以完全不适用于本发明。

与此相对，实施例9、10，因为导热性大大高于本要求、导电性大大低于本要求，所以适用于本发明。

〔使碳纤维配向的预备试验〕

首先进行预备试验，该预备试验用于确认可以由磁场进行碳纤维配向。将在聚乙烯树脂中混合15体积％、30体积％、25体积％或30体积％的沥青类碳纤维(未接枝)的四种材料，在与上述相同的条件下混合并且成型为25mm×25mm×2mm的试验片，然后，对混合15体积％、25体积％及35体积％的例子施加磁场(对混合30体积％的例子不施加磁场、对混合25体积％的例子也有不施加磁场的情况)。具体地说，如图3及图4所示，用下述装置及方法进行配向。

·作为磁场产生单元，使用「住友重機械工業」制的冷却型超导磁铁装置(HF10-100VHT)。

·在位于该装置21的磁场中心部的空间22(钻孔)的下部设置电热器23，在该电热器23的上部，按照试验片厚度方向为磁场方向(磁力线方向)的方式，各设置1个上述试验片24。

·将该空间内的试验片24在聚乙烯树脂熔融的温度区域(试验中是220℃)中使用电热器23加热，将试验片的母材聚乙烯树脂熔融。这时，试验片按照维持前述尺寸的方式被保持。

·在维持该加热及温度的同时使该装置动作，对试验片施加磁场(施加的是8T(特斯拉))，将试验片24在该磁场中放置1个小时。

·然后，停止前述加热，将试验片24放置0.5小时自然冷却，使试验片的母材聚乙烯树脂固化。

·将试验片24从该装置21的空间22中取出，确认碳纤维的配向。

碳纤维的配向由下述2个方法进行确认。

(1)使用X射线衍射的填料晶格方位角强度分布测定

对于未施加磁场的混合30体积％的例子、和施加了磁场的混合15体积％的例子以及混合35体积％的例子，使用X射线衍射装置，如前所述，对碳纤维的石墨结晶(0.0.2)面，测定由X射线衍射得到的方位角强度分布。将该测定结果示于表5中。碳纤维在施加了磁场的混合15体积％的例子和混合35体积％的例子中，在试验片24的厚度方向配向较好，在方位角强度分布中出现峰值。对该峰值测定其半值宽度，由前面提出的下述式1计算配向度，在混合15体积％的例子中是0.98、在混合35体积％的例子中是0.97。

(2)由采样的显微镜观察的目测确认

对于未施加磁场的混合25体积％的例子和施加了磁场的混合25体积％的例子，将试验片在厚度方向上切断，用扫描型电子显微镜观察碳纤维厚度方向有无配向。图6及图7表示其显微镜照片。深灰色部分是聚乙烯树脂，淡灰色部分是碳纤维。图6是未施加磁场的例子，碳纤维的方向是随机的。图7是施加了磁场的例子，碳纤维规则地朝向厚度方向，可以说其配向较好。

〔使碳纤维配向的实施例〕

由于通过该预备试验能够确认使碳纤维良好地配向，所以接下来，对于使用碳纤维作为填料的实施例3、4、5、6、7、8、9、10及比较例9、10，实施各自的材料组成和成型方法都相同而仅在使母材的高分子材料(聚乙烯树脂)中的碳纤维利用磁场配向这一点上不同的实施例3a、4a、5a、6a、7a、8a、9a、10a及比较例9a、10a。利用磁场进行的配向，按照图3及图4所示的装置及方法，与前述的预备试验同样地进行。并且，将从装置21的空间22中取出的试验片，用于前述物理性质试验。将其结果示于表6及表7中。

表6

组成/评价项目			比较例9a	实施例3a	实施例4a	实施5a	实施例6a	实施例7a	实施例8a
组成/评价项目			比较例9a	实施例3a	实施例4a	实施5a	实施例6a	实施例7a	实施例8a	组成(体积％)	聚乙烯树脂		75	75	75	75	75	75	75
填料种类	PAN类碳纤维1	-	25	-	-	-	-	-			聚乙烯树脂		75	75	75	75	75	75	75
	PAN类碳纤维1	-	25	-	-	-	-	-	PAN类碳纤维2		-	-	25	-	-	-	-
	PAN类碳纤维3	-	-	-	25	-	-	-	PAN类碳纤维2		-	-	25	-	-	-	-
	PAN类碳纤维3	-	-	-	25	-	-	-	PAN类碳纤维4		-	-	-	-	25	-	-
	PAN类碳纤维5	-	-	-	-	-	25	-	PAN类碳纤维4		-	-	-	-	25	-	-
	PAN类碳纤维5	-	-	-	-	-	25	-	PAN类碳纤维6		-	-	-	-	-	-	25
	PAN类碳纤维	25	-	-	-	-	-	-	PAN类碳纤维6		-	-	-	-	-	-	25

	(无接枝)
	(无接枝)								热传导率(W/mK)	1.4	0.5	0.5	0.4	0.6	0.4	0.4
体积固有阻抗(Ω·cm)		1.0×10⁵	2.0×10⁹	2.0×10⁹	8.0×10¹²	2.0×10⁶	4.0×10⁵	6.0×10⁷	热传导率(W/mK)	1.4	0.5	0.5	0.4	0.6	0.4	0.4

表7

组成/评价项目			比较例10	实施例9a	实施例10a
组成/评价项目			比较例10	实施例9a	实施例10a	组成(体积％)	聚乙烯树脂		75	75	75
填料种类	沥青类碳纤维1	-	25	-			聚乙烯树脂		75	75	75
	沥青类碳纤维1	-	25	-	沥青类碳纤维2		-	-	25
	沥青类碳纤维(无接枝)	25	-	-	沥青类碳纤维2		-	-	25
	沥青类碳纤维(无接枝)	25	-	-	热传导率(W/mK)			13.0	12.2	8.4
体积固有阻抗(Ω·cm)			2.7×10^-2	4.2×10⁸	热传导率(W/mK)			13.0	12.2	8.4	1.0×10⁶

〔物理性质评价〕

(D)使用PAN类碳纤维的实施例3a～8a的评价

使PAN类碳纤维配向后的比较例9(表6)，与前述未使PAN类碳纤维配向的比较例9(表4)相比，可以评价其在提高导热性方面较好，但导电性高而不满足要求的情况没有改变。

另一方面，使PAN类碳纤维配向后的实施例3a～8a(表6)，与前述未使PAN类碳纤维配向的实施例3～8(表4)相比，导热性提高的例子很多，同时其导电性虽然增高但仍处于满足要求的范围内。由此，使PAN类碳纤维配向，(i)适用于要求更高的导热性的情况、(ii)如果是相同的导热性，则可以减少PAN类碳纤维的混合量。

(E)使用沥青类碳纤维的实施例9a、10a的评价

使沥青类碳纤维配向的比较例10a(表7)，与前述未使沥青类碳纤维配向的比较例10(表5)相比，可以评价其在导热性显著提高的方面较好，导电性从不满足导电性的水平进一步提高。

另一方面，使沥青类碳纤维配向的比较例9a、10a(表7)，与前述未使沥青类碳纤维配向的实施例9、10(表5)相比，导热性显著提高，且导电性虽然提高但仍在满足要求的范围内。由此，使沥青类碳纤维配向，(i)适合于需要更高导热性的情况、(ii)如果是相同的导热性，则可以减少沥青类碳纤维的混合量。

本发明不限于前述实施例，可以在不脱离发明主旨的范围内进行适当改变而具体化。

Claims

1.一种低导电性高散热性的高分子材料，

其在高分子材料中，混合在表面接枝了电吸附剂的碳类填料。

2.如权利要求1所述的低导电性高散热性的高分子材料

前述电吸附剂的接枝率大于或等于0.5质量％。

3.如权利要求1或2所述的低导电性高散热性的高分子材料，

向高分子材料中混合的前述碳类填料的混合量为10～80体积％。

4.一种低导电性高散热性成型体，

其由权利要求1～3中任意一项所述的低导电性高散热性的高分子材料成型而成。

5.如权利要求4所述的低导电性高散热性成型体，其特征在于，

碳类填料在高分子材料中进行配向。

6.一种低导电性高散热性成型体的制造方法，其特征在于，

由权利要求1～3中任意一项所述的低导电性高散热性高分子材料成型为成型体或作为该成型体的原料的成型体，在这些成型体的高分子材料熔融的状态下，利用磁场使该高分子材料中的碳类填料配向。