CN103958611A - 各向异性导热组合物及其成型品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种各向异性导热组合物，其含有鳞片状石墨粒子、和使所述鳞片状石墨粒子分散的树脂成分，在鳞片状石墨粒子中，当设定基底面上的最大径为a、与所述基底面正交的厚度为c时，a/c以平均值计为30以上，鳞片状石墨粒子的含量多于40质量％且为90质量％以下。该各向异性导热组合物含有具有特有的形状的鳞片状石墨粒子，因此，在片材化时，能够高效地形成各向异性导热路径。所以，能够提供适合作为使热从高温部扩散到低温部的导热路径的片材状的成型品。

Description

各向异性导热组合物及其成型品

技术领域

本发明涉及导热特性优异的各向异性导热组合物及其成型品。

背景技术

与半导体元件的集成密度的高度化相伴地，由搭载有伴随发热的电子部件的安装基板的散热对策成为重要的研究课题。作为散热机构，提出了形成将高温部与低温部连接的导热路径的方案，作为形成这种导热路径的材料，开发出各种各样的散热片材。对于散热片材要求一定水平的导热性、强度以及屏蔽性。于是，为了使散热片材的导热特性等提高，研究将含有石墨材料的组合物片材化而利用。

例如专利文献1提出了在热塑性树脂的基质中分散有长宽比为10～20、平均粒径为10～200μm的石墨粒子的导热性组合物。

另外，专利文献2提出了在弹性体成分中分散有沥青系碳纤维或石墨薄片的弹性体组合物。沥青系碳纤维是150μm～2mm的短纤维，石墨薄片使用了厚度为10μm～150μm、宽度为100μm～1mm、长度为150μm～2mm的石墨薄片。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-224265号公报

专利文献2：日本特开2009-149769号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，含有通常的石墨粒子的组合物的导热性与石墨粒子的含量大致成比例地线性提高。即，如果增加石墨粒子的含量，则组合物的导热性提高。但是，与增加石墨粒子的含量相伴地，组合物的成型性降低、或由组合物成型而成的片材变脆。因此，如专利文献1那样仅使石墨粒子分散在热塑性树脂的基质中，其提高组合物的导热性存在限度。

另一方面，如专利文献2那样，在含有碳纤维的组合物的情况下，可以认为通过使碳纤维1在基质树脂2内如图9所示那样在一个方面上取向，能够提高在取向方向上的导热性。然而，碳纤维1仅能在其长度方向上使热高效地扩散，因此，难以形成促进高度散热的导热路径。

鉴于上述状况，本发明的一个目的在于，提供适于进行片材化、并且能够在片材上形成优异的各向异性导热路径的组合物。

用于解决技术问题的手段

本发明的一个方案涉及一种各向异性导热组合物，其含有鳞片状石墨粒子、和使鳞片状石墨粒子分散的树脂成分，在鳞片状石墨粒子中，当设定基底面上的最大径为a、与基底面正交的厚度为c时，a/c以平均值计为30以上，鳞片状石墨粒子的含量多于40质量％且为90质量％以下。

本发明的另一方案涉及上述的各向异性导热组合物的成型品，其成型为片材的形状，鳞片状石墨粒子的基底面在片材的面方向上取向。

发明效果

本发明的各向异性导热组合物含有具有特有的形状的鳞片状石墨粒子，因此，在片材化时，能够高效地形成各向异性导热路径。所以，能够提供适合作为使热从高温部扩散到低温部的导热路径的片材状的成型品(散热片材等)。

将本发明的新型特征记述在所附的权利要求书中，本发明涉及构成和内容两者，与本发明的其它目的和特征一起，通过对照附图的以下的详细说明能够进一步更好地理解。

附图说明

图1：是表示鳞片状石墨粒子的形状的示意图。

图2：是表示本发明的各向异性导热组合物内的鳞片状石墨粒子的取向状态的示意图。

图3：是表示对鳞片状石墨粒子的取向状态进行评价的方法的示意图。

图4：是由比较例1的组合物形成的片材的与X轴方向(形成该片材时的组合物的流动方向)平行的截面的SEM图像。

图5：是由实施例1的组合物形成的片材的与X轴方向平行的截面的SEM图像。

图6：是由实施例3的组合物形成的片材的与X轴方向平行的截面的SEM图像。

图7：是由实施例3的组合物形成的片材的与Y轴方向(与X轴方向垂直的方向)平行的截面的SEM图像。

图8：是表示组合物所含的石墨粒子的含量、与由该组合物得到的片材的导热率之间的关系的曲线图，曲线A表示实施例1～4和比较例1的组合物的关系，曲线B表示比较例3～5的组合物的关系。

图9：是表示以往的各向异性导热组合物内的碳纤维的取向状态的示意图。

具体实施方式

本发明的各向异性导热组合物含有鳞片状石墨粒子、和使其分散的树脂成分。具有如果对这样的组合物施加剪切力或压力、则鳞片状石墨粒子的基底面在一个方向上取向的性质。然后，通过鳞片状石墨粒子取向，组合物在该一个方向上显示更大的导热性。如果将组合物成型为片材的形状，则鳞片状石墨粒子的基底面在片材的面方向上取向，在片材的面方向上呈现出优异的导热性。这样的片材优选作为在搭载有伴随发热的电子部件的安装基板等中形成将高温部与低温部连接的导热路径的散热片材。

在此，在将鳞片状石墨粒子的基底面上的最大径设为a、将与基底面正交的厚度设为c时，鳞片状石墨粒子的最大径a(以下记为长径a)相对于厚度c之比：a/c以平均值计为30以上。长径a优选为1μm～30μm。另外，在将与最大径a正交的基底面上的最大径(以下记为短径)设为b时，长径a相对于短径b之比：a/b优选为1～20。可以认为在鳞片状石墨粒子具有这样的特有的形状的情况下，当鳞片状石墨粒子在一个方向上取向时，粒子彼此接触的概率提高，且接触部位中的粒子彼此的接触面积也增大。因此，能够高效地形成导热路径。另外，鳞片状石墨粒子通过具有如上所述的形状，易于将组合物成型为片材的形状。

所谓鳞片状石墨粒子的长径a，如图1所示，是石墨粒子3的与基底面平行的方向P(箭头的方向)上的最大径。另外，所谓鳞片状石墨粒子3的短径b，是与长径a正交的鳞片状石墨粒子3的宽度的最大值。长径a相对于短径b之比(也称为纵横比或者长宽比)可以为1，这种情况下，长径a与短径b具有互换性。进而，如图1所示，鳞片状石墨粒子3的厚度c是与基底面正交的方向的最大径。

另外，将各向异性导热组合物的整体中所占的鳞片状石墨粒子的含量控制为多于40质量％且为90质量％以下。这是因为，在为这样的含量的范围内时，鳞片状石墨粒子彼此的接触变得显著，呈现非线性的导热率提高。即，在使用上述形状的鳞片状石墨粒子时，与使用以往的通常的鳞片状石墨粒子时相比，即使少量使用，也能够获得呈现出充分高的导热性的组合物。

在成型为片材的形状的各向异性导热组合物的成型品中，鳞片状石墨粒子的基底面与片材的面方向所形成的较小一方的角度θ以平均值计优选为1°～30°。通过使a/c比为30以上的鳞片状石墨粒子以角度θ为30°以内的方式取向，由此形成具有非常高的各向异性导热特性的成型品。通过使用这样的成型品，能够构筑使热从电子部件等发热体中有效地扩散的导热路径。

下面，对于本发明的各向异性导热组合物的构成要素，更详细地进行说明。

(鳞片状石墨粒子的制造)

a/c比为30以上的鳞片状石墨粒子例如能够通过将石墨膜粉碎而获得。或者也可以将天然石墨加工成a/c比为30以上的鳞片状。可以单独使用1种鳞片状石墨粒子，只要长径a以及a/c比满足上述条件，也可以将多种鳞片状石墨粒子混合使用。

石墨膜能够通过将高分子膜在不活泼性气体的流通下、以2400℃以上、优选以2600～3000℃的高温烧成而石墨化来获得。烧成可以以一个阶段进行，也可以分成两个阶段以上、改变各自的温度而进行。不活泼性气体没有特别限定，但氮、氩等因廉价而优选。烧成时间没有特别限定，但例如优选2～6小时。

石墨化之前的高分子膜的厚度只要结合鳞片状石墨粒子的厚度c适当选择即可，例如为400μm以下，优选为10～200μm。即使在将比较厚的高分子膜用作起始物质时，由于在粉碎石墨膜时在石墨的层间引起剥离，因此也能够获得更薄的鳞片状石墨粒子。

作为高分子膜的材料，例如优选聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚噁二唑、聚苯并噻唑、聚苯并双噻唑、聚苯并噁唑、聚苯并双噻唑、聚(间苯二甲酰对苯二胺)、聚(间亚苯基苯并咪唑)、聚(亚苯基苯并双咪唑)、聚噻唑、聚对苯撑乙烯撑等。将这些材料膜化的方法没有特别限定。这些材料可以单独使用1种，也可以将多种组合使用。例如可以将分别不同的多种膜石墨化、粉碎，然后混合它们，也可以预先将多种材料复合化或者掺杂化，然后膜化，将该膜石墨化使用。

通过对所得石墨膜进行粉碎处理，可以获得鳞片状石墨粒子。粉碎方法没有特别限定，但优选使石墨粒子彼此冲突、或者使石墨粒子与硬度高的介质物质进行物理性地冲突的方法。作为这样的方法，例如可以举出球磨法、纳米超微粒子加工法(Nanomizer法)、喷射磨法等。

粉碎的石墨膜的厚度宜根据所希望的鳞片状石墨粒子的厚度c适当选择，例如为1μm～100μm。

对天然石墨进行加工时，优选将天然石墨在硫酸中浸渍后加热，进行使石墨层间膨胀的前处理。在进行这样的处理后，对膨胀的石墨赋予剪切力，由此能够促进层间的剥离，获得厚度c为1μm以下的鳞片状石墨粒子。

(鳞片状石墨粒子的形状)

鳞片状石墨粒子具有例如如图1那样的形状，如上所述，必须满足a/c比为30以上的条件。

a/c比低于30时，石墨粒子间的接触部位减少，使各向异性导热特性提高的效果减小。从使鳞片状石墨粒子彼此的接触部位的数量更加增大、并且使该接触部位中的粒子彼此的接触面积更加增大的观点考虑，更优选a/c比为80以上。另一方面，从树脂成分中的形状保持的观点考虑，优选a/c比为200以下，更优选为150以下。

鳞片状石墨粒子的长径a优选为1μm～30μm。长径a低于1μm时，难以进行鳞片状石墨粒子在树脂成分中的取向，例如即使通过挤出成型、辊压延来将组合物成型为片材的形状，有时也难以充分确保鳞片状石墨粒子彼此的接触部位的数量或粒子彼此的接触面积。另一方面，如果长径a大于30μm，则树脂成分中的石墨粒子的分散性降低，有时无法获得充分的导热性。为了使石墨粒子的取向容易、并且确保在树脂成分中的良好的分散性，更优选长径a为3～25μm。

鳞片状石墨粒子的a/c比为30以上，因此厚度c小，例如长径a为30μm以下时，厚度c最大为1μm。只要具有这样的薄度，鳞片状石墨粒子的长径a相对于短径b之比：a/b就没有特别限定，但优选a/b比为1～20。如果a/b比大于20，则有时难以维持树脂成分中的鳞片状石墨粒子的形状。

在此，长径a、短径b以及厚度c均为20个鳞片状石墨粒子的平均值。即，对于任意选择的20个鳞片状石墨粒子，分别测定长径a、短径b以及厚度c，进而计算a/b比和a/c比。然后求得各值的平均值。鳞片状石墨粒子的长径a、短径b以及厚度c能够通过使用扫描型电子显微镜进行测定。

当粉碎石墨膜来获得鳞片状石墨粒子时，认为鳞片状石墨粒子的粒度分布为正态分布、或者与其接近的分布。因此希望：选择20个具有相对于通过激光衍射式的粒度分布测定装置得到的累积体积50％处的中值粒径的误差为30％以内的长径a的粒子，求得各参数的平均值。

另外，可以将具有不同的粒度分布的两种以上的鳞片状石墨粒子混合使用。这种情况下也是只要满足混合物的a/c比的平均值为30以上的条件，就能够没有特别限制地使用。此时，优选混合物的长径a的平均值为1μm～30μm。

(树脂成分)

树脂成分没有特别限定，能够使用各种各样的热塑性树脂或者弹性体。也可以使用没有橡胶弹性的热塑性树脂与弹性体的混合物。其中，优选使用弹性体，优选树脂成分中的50质量％以上为弹性体。

作为热塑性树脂，可以举出苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、(甲基)丙烯酸酯-苯乙烯共聚物等苯乙烯系聚合物、ABS树脂、AES树脂等橡胶强化树脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、氯化聚乙烯等烯烃系聚合物、聚氯乙烯、乙烯-氯乙烯聚合物、聚偏氯乙烯等氯乙烯系聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯等(甲基)丙烯酸酯系聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺等酰亚胺系聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯系聚合物；聚缩醛、聚碳酸酯、聚芳酯(polyarylate)、聚苯醚、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等氟树脂、聚醚酮、聚醚醚酮等酮系聚合物、聚砜、聚醚砜等砜系聚合物、聚氨酯系聚合物、聚乙酸乙烯酯等。这些可以单独使用，也可以将两种以上组合使用。另外，也能将这些多种掺杂化后使用。

作为弹性体，没有特别限定，可以举出氯丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、丁基橡胶、乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)、丁腈橡胶、氨基甲酸酯橡胶、丙烯酸橡胶、有机硅橡胶、氟橡胶、氢化丁腈橡胶等。这些可以单独使用，也可以将两种以上并用。

(添加剂)

本发明的各向异性导热组合物中，除鳞片状石墨粒子和树脂成分以外，能够含有各自各样的添加剂。特别是在各向异性导热组合物是含有弹性体的橡胶组合物时，可以使用各种各样的添加剂。作为橡胶组合物的添加剂，没有特别限定，可以举出将橡胶成分交联的交联剂、使橡胶成分的机械强度提高的炭黑(科琴炭黑、乙炔炭黑等)、为了调整橡胶的硬度而适量使用的增塑剂等。可以根据需要地将其它的硬脂酸等硫化辅助剂、防劣化剂、油、润滑材料、无机粒子(氧化硅、氧化铝等)等添加到组合物中。

作为交联剂，优选将硫系交联剂(硫化剂)、过氧化物等适量添加到组合物中。另外，在树脂成分中使用有机硅橡胶时，优选添加硅酮固化用的固化剂(例如叔胺化合物等)。另外，作为固化促进剂，可以将氧化锌、活性氧化锌等适量添加到组合物中。

添加剂的量优选为各向异性导热组合物的总体的30质量％以下。这是由于通过使添加剂的量为适量，会保持鳞片状石墨粒子与树脂成分的量的平衡，容易维持组合物的良好的导热性，并且也容易确保成型性、强度。

(鳞片状石墨粒子的含量)

本发明的各向异性导热组合物含有多于40重量％的鳞片状石墨粒子。如果鳞片状石墨粒子的含量少于40质量％，则即使鳞片状石墨粒子具有如上述那样特有的形状时，也会由于鳞片状石墨粒子彼此的接触部位过少而无法获得使粒子彼此的接触面积增大的显著效果。即，仅含有40质量％以下的鳞片状石墨粒子的组合物的各向异性导热特性与含有通常的鳞片状石墨粒子的组合物是同等的。鳞片状石墨粒子的含量为40质量％以下的范围时，组合物的导热性只不过与石墨粒子的含量大致成比例、线性地增加。另一方面，各向异性导热组合物含有多于40重量％的鳞片状石墨粒子时，组合物的导热性相对于石墨粒子的含量非线性地增加。认为这是基于粒子形状为适于充分确保粒子彼此的各个接触部位的接触面积的形状的缘故。

应予说明，如果各向异性导热组合物所含的鳞片状石墨粒子的含量大于90质量％，则存在组合物的成型性降低、并且组合物变脆的倾向。

从充分确保组合物的成型性和强度、并且达到高导热性的观点考虑，组合物所含的鳞片状石墨粒子的含量优选为90质量％以下，进一步优选为80质量％以下。另外，组合物所含的鳞片状石墨粒子的含量优选多于40质量％，进一步优选多于43质量％。应予说明，这些上限和下限可以任意组合。

(散热片材的制造方法)

＜第1工序＞

首先，制备各向异性导热组合物。其制备方法没有特别限定，可以将组合物所含的树脂成分、鳞片状石墨粒子以及根据需要的添加剂分别以适当的顺序配合、混炼。但是，在将弹性体(橡胶成分)用作树脂成分时，为了不通过混炼时的热使橡胶的交联进行，希望首先进行除去橡胶交联剂的材料的混炼，其后，加入橡胶交联剂进一步进行混炼。

组合物的混炼方法没有特别限定，例如可以举出辊混炼法。辊混炼法中，将组合物通过一对辊间的间隙来使组合物成型为片材。在组合物夹在辊间、通过间隙之时，组合物由于旋转的辊而受到滑动剪切力，在与辊的旋转方向平行的方向伸长。此时，与树脂成分的基质被伸长相伴地，分散在组合物中的鳞片状石墨粒子也在相同的方向上取向。其结果是，达到鳞片状石墨粒子的基底面在片材的面方向上取向的状态。为了提高鳞片状石墨粒子的取向性，优选使片材多次通过辊间。另外，在将片材以粘在一个辊上的状态从辊间送出时，优选将片材从辊上剥离并反过来，然后进一步通过辊间。

在采用辊混炼法进行组合物的混炼前，可以利用班伯里混炼机等密闭型混炼机进行组合物的原料的预混炼。

＜第2工序＞

接着，将组合物成型为所希望的厚度的片材。片材的成型方法只要是能够调整片材的厚度的方法，就没有特别限定，例如在对片材的厚度方向施加充分的压力而使鳞片状石墨粒子的基底面易于在片材的面方向上取向的方面考虑，优选压延成型。

压延成型是将组合物连续地供给到至少一对辊间并在将组合物成型为片材后、用卷绕辊将片材卷绕的方法，适于连续的制造。另外，在前面阶段中，在热辊间进行压延，其后，在冷却辊间进行压延，由此能够提高片材的厚度的精度。

另外，可以在利用班伯里混炼机等密闭型混炼机充分进行组合物的混炼后，进行混炼后的组合物的挤出成型。挤出成型中，由适合于片材形状的口模或者模具连续地挤出组合物，由此形成片材。在挤出时，对组合物施加朝向挤出方向的剪切力，由此鳞片状石墨粒子的基底面在片材的面方向上取向。也可以将挤出成型后的片材进一步在压延辊间压制。

在组合物含有橡胶成分时，根据需要地进行加热，使由交联剂的反应带来的交联(硫化)进行，由此获得具有优异的柔软性和强度的片材。其后，将片材在相对于其面垂直的方向上裁断，由此获得所希望的形状的散热片材这样的制品。

应予说明，橡胶成分的交联能够在通过压延成型时的热辊间之时、对组合物供给充分的热量而进行。

(鳞片状石墨粒子的取向性)

图2示意地表示成型为片材的形状的各向异性导热组合物的内部结构。组合物的片材5由基质树脂4、和分散在基质树脂4中的状态的鳞片状石墨粒子3构成。如图2所示，在采用如上所述的方法制造的片材5的内部，以鳞片状石墨粒子3的基底面与片材5的面方向S大致朝向相同方向的方式，鳞片状石墨粒子3进行取向。对于这样的鳞片状石墨粒子3的取向状态，能够通过利用扫描型电子显微镜对将片材5在相对于其面方向S垂直的方向上裁断而得的截面进行观察来确认。

图3示意地表示相对于图2所示的片材5的面方向S垂直的截面。图中的虚线6是与片材5的面方向S平行地任意划出的、用于测定鳞片状石墨粒子的取向程度的基准线。鳞片状石墨粒子的取向程度能够利用片材5的面方向S平行的基准线6与鳞片状石墨粒子3的基底面所成的角度θ进行评价。其中，角度θ是锐角，且以绝对值进行评价。即，在图3中，关于石墨粒子3a的面方向与基准线6所成的角度θ1、和石墨粒子3b的面方向与基准线6所成的角度θ2，只要角度θ1和θ2的大小相同，则石墨粒子3a和3b的取向程度是相同的。

在此，优选鳞片状石墨粒子3的基底面与片材5的面方向S所成的角度θ以平均值计为1°～30°。通过使角度θ的平均值为1°以上，由此可以充分确保石墨粒子彼此的接触点的数量，因此能够获得具有高导热度的片材。为了使石墨粒子彼此的接触点的数量更多，更优选角度θ为5°以上。另外，通过使角度θ为30°以下，由此使得鳞片状石墨粒子3以能够使片材5的面方向S的导热度充分大的程度取向。另一方面，片材在厚度方向上的导热性被抑制。

角度θ是20个鳞片状石墨粒子的平均值。即，可以对于在相对于片材的面方向S垂直的截面上观测到的、任意选择的20个鳞片状石墨粒子，分别测定角度θ，求得各值的平均值。

下面，基于实施例更加具体地说明本发明。但是，以下的实施例不限定本发明。

《实施例1-4》

(ⅰ)鳞片状石墨粒子的制造

对厚度为25μm的聚酰亚胺膜(东丽·杜邦株式会社制，Kapton膜)在氩气气氛中、2600℃下进行热处理4小时，获得石墨膜。花15分钟用喷射磨将所得石墨膜粉碎。粉碎时的分级部的转速为20000转。其结果是，获得具有以下的形状的鳞片状石墨粒子。

长径a的平均值：5.5μm

长径a相对于厚度c之比(a/c比)的平均值：100

长径a相对于短径b之比(a/b比)的平均值：2

(ⅱ)各向异性导热组合物的制备

将所得鳞片状石墨粒子、EPDM(住友化学工业株式会社制，Esprene)、过氧化物交联剂与硬脂酸混合，用8英寸的2辊混炼机充分混炼，制备各向异性导热组合物，同时使组合物中的鳞片状石墨粒子的面方向P取向。

将各向异性导热组合物所含的鳞片状石墨粒子的含量示于表1。

过氧化物交联剂和硬脂酸在各条件中为组合物的2质量％和0.3质量％。其后，以制成厚度为1mm的片材的方式，将组合物利用上述2辊混炼机成型，进一步以170℃加热10分钟使硫化进行。

《实施例5-6》

将分级部的转速设定为7000转，利用喷射磨花15分钟将在与实施例1-4同样的条件下得到的石墨膜粉碎。其结果是，获得具有以下的形状的鳞片状石墨粒子。

长径a的平均值：17μm

长径a相对于厚度c之比(a/c比)：100

长径a相对于短径b之比(a/b比)的平均值：2

以表1的含量使上述的鳞片状石墨粒子含在组合物中，除此之外，与实施例1-4同样地进行，制备各向异性导热组合物，将其成型为片材，使硫化进行。

《比较例1》

以表2的含量使实施例1-4中使用的鳞片状石墨粒子含在组合物中，除此之外，与实施例1-4同样地进行，制备组合物，将其成型为片材，使硫化进行。

《比较例2》

以表2的含量使实施例5-6中使用的鳞片状石墨粒子含在组合物中，除此之外，与实施例5-6同样地进行，制备组合物，将其成型为片材，使硫化进行。

《比较例3-5》

比较例3-5是使用具有以下的形状的株式会社中越石墨工业所制的鳞片状石墨粒子时的数据。

长径a的平均值：160μm

长径a相对于厚度c之比(a/c比)：12

长径a相对于短径b之比(a/b比)的平均值：1

以表2的含量使上述的鳞片状石墨粒子含在组合物中，除此之外，与实施例1-4同样地进行，制备各向异性导热组合物，将其成型为片材，使硫化进行。

[评价]

采用以下的要点对于各实施例和比较例的片材的导热率和鳞片状石墨粒子的取向性进行评价。将结果示于表1、2。

(导热率的测定)

测定各实施例和比较例的片材的热扩散率。

在此，利用热网络分析仪(TA3，株式会社Bethel制)，采用周期加热法进行热扩散率α的测定。本发明的主要效果是提高片材在面方向上的导热率。于是，在片材的主要平坦面上，将片材成型时的组合物的流动方向定义为X轴、相对于X轴方向垂直的方向定义为Y轴、片材的厚度方向定义为Z轴。不仅对施加剪切力的X轴方向的导热率，也对与X轴方向垂直的Y轴方向的导热率进行测定，由此确认提高片材在面方向上的导热率的效果。应予说明，热扩散率α由以下算式求得。

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\ρc}}---\left(1\right)$

α：热扩散率

λ：导热率

ρ：密度

c：比热

＜测定条件＞

将由片材切成30mm×30mm而得的试样放在试样台上进行测定。

＜X、Y轴方向的热扩散率＞

对试样以0.5～3Hz的频率周期性地照射作为温度波的激光，边使测定部位从激光照射部变化到4mm的地点，边读取温度波的相位差。接着，制作以横轴为距离、纵轴为相位差绘制而成的曲线图，求得曲线的斜率。由所得曲线的斜率，利用算式(2)求得热扩散率。

＜Z轴方向的热扩散率＞

对试样以0.1～10Hz的频率周期性地照射作为温度波的激光，读取相位差。接着，制作以横轴为频率的平方根、纵轴为相位差绘制而成的曲线图，求得曲线的斜率。由所得曲线的斜率，利用算式(3)求得热扩散率。

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\πf}}{a^2}---\left(2\right)$

$\mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{a^2}---\left(3\right)$

α：热扩散率

f：频率

a：曲线的斜率

d：试样厚度

(取向性)

各实施例和比较例的片材内的鳞片状石墨粒子的取向性通过将片材在相对于其面方向S垂直的方向上裁断而得的截面的扫描型电子显微镜照片(SEM图像)来确认。具体而言，在SEM图像中划出与片材的面方向S平行的基准线。然后，求得基准线与鳞片状石墨粒子的基底面所成的较小一方的角度θ。

表1

表2

表1和表2分别表示了各实施例和各比较例的鳞片状石墨粒子的含量(质量％)相对于组合物的全部重量份、片材的X、Y轴方向(面方向)和Z轴方向(厚度方向)的导热率、以及与X轴方向平行的片材的截面上的鳞片状石墨粒子的平均的取向程度(角度θ)。

首先，关于X轴、Y轴方向的导热率，很明确存在随着石墨粒子的含量增加、导热率增加的倾向。认为这是由于通过使热在面方向上传导的石墨粒子增加而导致组合物内的导热路径增加。

关于Z轴方向的导热率，也可同样地明确随着石墨粒子的含量增加，导热率也增加。与X、Y轴方向相比，Z轴方向的导热率为低的值是由于有助于石墨粒子的各向异性。石墨粒子使X、Y轴方向(片材的面方向)的高导热率呈现，但Z轴方向(片材的厚度方向)的导热率为面方向的100分之一左右。认为这是由于为各向异性材料的石墨粒子在组合物内在面方向上取向，因此Z轴方向的导热率与X、Y轴方向相比变低。

接着，根据实施例1～4与实施例5～6的对比，即使在使鳞片状石墨粒子的长径a的平均值从5.5μm变化到17μm时，也没有特别观察到影响，在实施例1～4与实施例5～6中观察到同样的倾向。

图4～6示出与各种片材的X轴方向平行的截面的SEM图像。图4是比较例1的SEM图像、图5是实施例1的SEM图像、图6是实施例3的SEM图像。另外，图7是实施例3的片材的与Y轴方向平行的截面的SEM图像。

图4～6是显示鳞片状石墨粒子以取向的状态分散在橡胶成分的基质中的情况。另外可明确，由于石墨粒子的含量的增加而导致石墨粒子彼此的接触部位增加。另外，由图6、7可明确，鳞片状石墨粒子不仅在X轴方向上取向，在Y轴方向上也取向。

图8是表示石墨粒子相对于组合物整体的含量(横轴)、与由该组合物得到的片材的导热率(纵轴)之间的关系的曲线图。曲线A是将实施例1～4和比较例1的组合物中的上述关系绘制而得的图。曲线B是将比较例3～5的组合物中的上述关系绘制而得的图。使通常的鳞片状石墨粒子的含量增加时的导热率的增加是线性的，而形状满足本发明的条件的鳞片状石墨粒子如果其含量大于40质量％，则导热率的增加率大幅变化。

在此，对于获得如上所述的非线性行为的理由进行考察。

认为导热率的提高效果通过使鳞片状石墨粒子彼此的接触部位的数量或接触面积增加而达到。在石墨粒子的长径a相对于厚度c之比(a/c)、长径a相对于短径b之比(a/b)大的粒子的情况下，与a/c比和a/b比小的粒子相比，可以认为粒子在组合物内取向时的可动范围增大。另一方面，可以认为尽管可动范围大，但在粒子彼此间的距离比较大时，即使在粒子形状不同的情况下，在取向时一个粒子与周边存在的粒子相接触的概率也没有那样程度地变化，在粒子彼此间的距离减小一定程度时，粒子形状的影响显著化。于是，可以认为粒子形状的影响开始显著化的临界点位于40质量％附近。

应予说明，在上述的实施例中，使用了石墨粒子的长径a相对于厚度c之比(a/c)为100的鳞片状石墨粒子，但通过使用a/c为30以上的鳞片状石墨粒子，能够同样地获得显示出优异的导热率的片材。

在上述的实施例中，使用了长径a的平均值为5.5μm或17μm的鳞片状石墨粒子，但在长径a更大时(例如长径a为30μm以下时)也能够同样地获得显示出优异的导热率的片材。

另外，在上述的实施例中，使用了石墨粒子的长径a相对于短径b之比(a/b)为2的鳞片状石墨粒子，但在使用例如a/b为1～20的鳞片状石墨粒子时，也能够同样地获得显示出优异的导热率的片材。

进而，在上述的实施例中，鳞片状石墨粒子的基底面与片材的面方向所成的较小一方的角度θ以平均值计为13～16°，但至少在到θ为30°左右为止时，也能够同样地获得显示出优异的导热率的片材。

产业上的可利用性

本发明的各向异性导热性组合物在成型为片材的形状时显示其面方向上的高导热率，因此，作为例如将热从IC、CPU等发热体释放到外部用的散热片材是有用的。

关于目前优选的实施方式对本发明进行了说明，但不可限定地解释这样的公开内容。通过阅读上述公开内容，本发明领域所属技术人员当然可以明确各种变形和改变。因此，所附的权利要求的范围应该解释为在没有脱离本发明的真的精神和范围的情况下包含全部的变形和改变。

符号说明

1  碳纤维

2  基质树脂

3  鳞片状石墨粒子

4  基质树脂

5  片材

6  基准线

Claims (5)

1.一种各向异性导热组合物，其含有鳞片状石墨粒子、和使所述鳞片状石墨粒子分散的树脂成分，在所述鳞片状石墨粒子中，当设定基底面上的最大径为a、与所述基底面正交的厚度为c时，a/c以平均值计为30以上，所述鳞片状石墨粒子的含量多于40质量％且为90质量％以下。

2.根据权利要求1所述的各向异性导热组合物，其中，所述最大径a为1μm～30μm。

3.根据权利要求1或2所述的各向异性导热组合物，其中，当设定与所述最大径a正交的基底面上的最大径为b时，a/b为1～20。

4.权利要求1或2所述的各向异性导热组合物的成型品，其成型为片材的形状，所述鳞片状石墨粒子的所述基底面在所述片材的面方向上取向。

5.根据权利要求4所述的各向异性导热组合物的成型品，其中，所述鳞片状石墨粒子的所述基底面与所述片材的面方向所成的较小一方的角度θ以平均值计为1°～30°。