CN115885006A - 复合材料、复合材料用预成型体、以及复合材料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

复合材料(1)具备母材(11)和导热性纤维(12)。母材(11)包含有机聚合物、形成多孔结构。导热性纤维(12)在多孔结构的内部由母材(11)所固定。通过稳态热流法确定的导热性纤维(12)在纤维轴向上的常温下导热系数为10W/(m·K)以上。复合材料(1)的密度d[g/cm3]及复合材料(1)在特定方向上的导热系数λ[W/(m·K)]满足d≤1.1、λ＞1、及4≤λ/d≤100的条件。

Description

复合材料、复合材料用预成型体、以及复合材料的制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料、复合材料用预成型体、以及复合材料的制造方法。
背景技术
以往，已知有使用了纤维状的导热性填充剂的复合材料。
例如，专利文献1中记载了一种包含高分子基体、纤维状导热性填充材料、以及粉末状导热性填充材料的片状的导热性成型体。纤维状导热性填充材料及粉末状导热性填充材料分散于高分子基体中。纤维状导热性填充材料沿着片状的导热性成型体的厚度方向取向。高分子基体包含未交联状态的交联性高分子化合物。导热性成型体具有多个空穴。纤维状导热性填充材料的一部分在导热性成型体的厚度方向上贯穿该导热性成型体。
另外，专利文献2～5中记载了含有碳纤维等纤维状的填充剂的发泡体。另外，专利文献4中也记载了含有鳞片状的导热性填充剂的电子设备用导热性发泡体片。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-27144号公报
专利文献2：日本特开2012-102263号公报
专利文献3：日本特开2013-229591号公报
专利文献4：日本特开2013-229592号公报
专利文献5：日本特开2018-127617号公报
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1中记载的导热性成型体的比重超过1.2，从材料的轻质化的观点考虑，专利文献1中记载的技术存在进一步研究的余地。虽然专利文献2～5中记载的发泡体的比重小，但是这些发泡体的导热系数低。因此，从提高材料的导热系数的观点考虑，专利文献2～5中记载的技术存在进一步研究的余地。
因此，本发明提供尽管轻质但具有高导热系数的新型复合材料。另外，本发明提供从制造这样的复合材料的观点出发有利的复合材料用预成型体。此外，本发明提供从制造这样的复合材料的观点出发有利的方法。
解决问题的方法
本发明涉及一种复合材料，其具有多孔结构，
所述复合材料具备：
包含有机聚合物、形成上述多孔结构的母材、和
在上述多孔结构的内部被上述母材所固定的导热性纤维，
其中，通过稳态热流法确定的上述导热性纤维在纤维轴向上的常温下导热系数为10W/(m·K)以上，
该复合材料的密度d[g/cm3]及该复合材料在特定方向上的导热系数λ[W/(m·K)]满足d≤1.1、λ＞1、及4≤λ/d≤100的条件。
上述导热系数λ是基于美国材料与试验协会标准(ASTM)D5470-01(单向热流稳态法)以1片试验体及对称构成方式测定的。
另外，本发明提供一种复合材料，其具有多孔结构，
所述复合材料具备：
包含有机聚合物、形成上述多孔结构的母材、和
在上述多孔结构的内部被上述母材所固定的导热性纤维，
其中，上述导热性纤维在该复合材料的特定方向上从该复合材料的一端延伸至另一端。
另外，本发明提供一种复合材料用预成型体，其具备：
包含聚合物的母材、
以沿着特定方向延伸的方式被上述母材所固定的导热性纤维、以及
分散于上述母材中的发泡剂。
另外，本发明提供一种复合材料的制造方法，所述复合材料具有多孔结构，
该方法包括：
在导热性纤维以沿着特定方向延伸的方式配置的状态下，将含有有机聚合物的母材供给至上述导热性纤维的周围；和
使上述母材发泡而形成上述多孔结构，
其中，通过稳态热流法确定的上述导热性纤维在纤维轴向上的常温下导热系数为10W/(m·K)以上。
另外，本发明提供一种复合材料，其具有多孔结构，
上述复合材料具备：
包含有机聚合物、形成上述多孔结构的母材、和
在上述多孔结构的内部被上述母材所固定的碳纤维，
其中，通过下述式(A)确定的上述碳纤维在纤维轴向上的常温下导热系数λcf为10W/(m·K)以上，
λcf[W/(m·K)]＝1272.4/ER[μΩm]－49.4 式(A)
在上述式(A)中，ER为上述碳纤维的电阻率，
该复合材料的密度d[g/cm3]及该复合材料在特定方向上的导热系数λ[W/(m·K)]满足d≤1.1、λ＞1、及4≤λ/d≤100的条件，
上述导热系数λ是基于美国材料与试验协会标准(ASTM)D5470-01(单向热流稳态法)以1片试验体及对称构成方式测定的。
发明的效果
上述的复合材料是轻质的，并且在特定方向上具有高导热系数。
附图说明
图1是示出本发明的复合材料的一例的立体图。
图2是沿着图1所示的平面II的复合材料的剖面图。
图3是示出复合材料的制造方法的一例的图。
图4是示出具备图1所示的复合材料的散热结构的立体图。
图5是实施例1的样品的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
在使用导热性填充剂提高复合材料的导热系数的情况下，增加复合材料中的导热性填充剂的含量被认为是有利的。但是，复合材料中的导热性填充剂的含量的增加从复合材料的轻质化的观点出发却很难说是有利的。另一方面，可考虑通过发泡来实现复合材料的轻质化，但通过发泡来形成空穴从提高材料的导热系数的观点出发是不利的。
鉴于这样的情况，本发明人等为了新开发出尽管轻质但具有高导热系数的新型复合材料而反复进行了深入研究。经过大量重复性试验的结果，本发明人等发现，在具有多孔结构的复合材料中，能够在将该复合材料的密度保持为低水平的同时提高特定方向上的复合材料的导热系数，从而完成了本发明。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，下述的说明是对本发明的示例性的说明，本发明并不限定于以下的实施方式。图1、图2及图4所示的X轴、Y轴及Z轴相互正交。
如图1所示，复合材料1具有多孔结构，具有多个空穴13。复合材料1具备母材11和导热性纤维12。母材11包含有机聚合物，形成多孔结构。导热性纤维12在多孔结构的内部被母材11所固定。通过稳态热流法确定的导热性纤维12在纤维轴向上的常温下导热系数例如为10W/(m·K)以上。稳态热流法例如为由藤代等在低温工学、28卷、533页(1993)中记载的方法。根据日本工业标准JIS Z 8703，常温为20℃±15℃。复合材料1的密度d[g/cm3]及复合材料1在特定方向上的导热系数λ[W/(m·K)]例如满足d≤1.1、λ＞1、及4≤λ/d≤100的条件。导热系数λ是基于ASTM D5470-01(单向热流稳态法)以1片试验体及对称构成方式测定的。
密度d及导热系数λ满足上述的条件，因此，复合材料1是轻质的，并且在特定方向上具有高导热系数。在本说明书中，密度d是指表观密度。
复合材料1的密度d只要满足上述的条件，则不限定于特定的值。从复合材料1的轻质化的观点考虑，密度d优选为1.0g/cm3以下、更优选为0.9g/cm3以下、进一步优选为0.8g/cm3以下、特别优选为0.7g/cm3以下。密度d例如为0.05g/cm3以上，可以为0.06g/cm3以上，也可以为0.07g/cm3以上，也可以为0.08g/cm3以上，也可以为0.09g/cm3以上，还可以为0.10g/cm3以上。
复合材料1在特定方向上的导热系数λ只要满足上述的条件，就不限定于特定的值。导热系数λ优选为1.1W/(m·K)以上、更优选为1.2W/(m·K)以上、进一步优选为1.3W/(m·K)以上、特别优选为1.4W/(m·K)以上、尤其优选为1.5W/(m·K)以上。导热系数λ例如为20W/(m·K)以下，可以为10W/(m·K)以下，也可以为5W/(m·K)以下。
在复合材料1中，λ/d的值优选为4.5以上、更优选为5.0以上、进一步优选为5.5以上。λ/d的值可以为90以下，也可以为80以下，也可以为70以下，也可以为60以下，也可以为50以下，也可以为40以下，也可以为30以下，也可以为20以下，也可以为15以下。
母材11中所含的有机聚合物不限定于特定的聚合物。母材11例如包含选自热塑性树脂、热塑性弹性体、及橡胶中的至少一种。热塑性树脂的例子为低密度聚乙烯(LDPE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物等乙烯-α-烯烃共聚物、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、聚偏氟乙烯、四氟乙烯等氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、ABS树脂、聚苯醚、聚酰胺、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯类树脂、聚丙烯酸类树脂、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、及聚醚酮。热塑性弹性体的例子为酯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、氨基甲酸酯类热塑性弹性体、及苯乙烯类热塑性弹性体。橡胶的例子为天然橡胶或合成橡胶。合成橡胶的例子为氯丁橡胶、乙丙橡胶、腈橡胶、有机硅橡胶、及丁苯橡胶。
母材11优选包含热塑性树脂或热塑性弹性体。在该情况下，有机聚合物容易浸渗于导热性纤维12中，容易在母材11中得到期望的多孔结构。
母材11中所含的有机聚合物的熔体流动速率(MFR)不限定于特定的值。MFR可按照日本工业标准(JIS)K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下进行测定。有机聚合物的MFR例如为1g/10分～100g/10分。由此，能够在复合材料1的制造中将母材11的材料以期望的状态供给至导热性纤维12的周围，容易在母材11中得到期望的多孔结构。“1g/10分”可以包含可经过四舍五入而视为“1g/10分”的值。有机聚合物的MFR可以为2g/10分以上，也可以为3g/10分以上。有机聚合物的MFR可以为90g/10分以下，也可以为80g/10分以下。根据情况不同，有机聚合物的MFR可以为0.1g/10分以上，也可以为0.2g/10分以上，也可以为0.3g/10分以上，还可以为0.4g/10分以上。
如图1及图2所示，复合材料1具有多孔结构。只要密度d及导热系数λ满足上述的条件，则复合材料1的空隙率不限定于特定的值。复合材料1例如具有30％～95％的空隙率。由此，容易将复合材料1轻质化，并且容易具有期望的机械强度。复合材料1的空隙率优选为31％、更优选为33％、进一步优选为35％以上、特别优选为40％以上。复合材料1的空隙率可以为90％以下，也可以为85％以下。
在复合材料1中，空穴13例如是以独立孔的形式形成的。在复合材料1中，空穴13也可以以连续孔的形式形成。作为空穴13，可以混合存在有独立孔和连续孔。
复合材料1的导热系数λ例如在图1及图2所示的Z轴方向上定义。如图2所示，导热性纤维12例如沿着特定方向(Z轴方向)延伸。换言之，多个导热性纤维12是沿着相同方向(Z轴方向)延伸的。由此，复合材料1在特定方向上的导热系数λ容易提高。
如图2所示，导热性纤维12例如在特定方向(Z轴方向)上从复合材料1的一端延伸到了另一端。换言之，导热性纤维12是以在特定方向(Z轴方向)上贯穿复合材料1的方式延伸的。由此，复合材料1是轻质的，并且在特定方向上具有高导热系数。在该情况下，复合材料1的密度d[g/cm3]及复合材料1在特定方向上的导热系数λ[W/(m·K)]可以满足d≤1.1、λ＞1、及4≤λ/d≤100的条件，也可以满足除此以外的条件。此外，通过稳态热流法确定的导热性纤维12在纤维轴向上的常温下导热系数可以为10W/(m·K)以上，也可以小于10W/(m·K)。例如，导热性纤维12具有比母材11所具有的导热系数高的导热系数。
通过稳态热流法确定的导热性纤维12在纤维轴向上的常温下导热系数如上所述，为10W/(m·K)以上。由此，复合材料1在特定方向上的导热系数λ容易提高。导热性纤维12的该导热系数优选为20W/(m·K)以上，优选为30W/(m·K)以上。由此，复合材料1容易在特定方向上具有高导热系数。导热性纤维12的导热系数例如为1000W/(m·K)以下。
只要复合材料1的密度d满足上述的条件，则导热性纤维12的比重并不限定于特定的值。导热性纤维12例如具有2.3以下的比重。导热性纤维12的比重优选为2.2以下、更优选为1.9以下、进一步优选为1.8以下、尤其优选为1.7以下。导热性纤维12的比重例如为0.9以上，可以为1.0以上，也可以为1.1以上，也可以为1.2以上，也可以为1.3以上，还可以为1.4以上。
导热性纤维12并不限定于特定的纤维。导热性纤维12的例子为碳纤维或有机聚合物纤维。有机聚合物纤维的例子为超高分子量聚乙烯纤维、聚吲哚纤维(polybenzazolefiber)。
导热性纤维12优选为聚吲哚纤维。在该情况下，导热性纤维12容易具有良好的电绝缘性。
导热性纤维12也可以为碳纤维。在该情况下，碳纤维在纤维轴向上的常温下导热系数λcf例如为10W/(m·K)以上。该导热系数λcf如上所述，可以按照稳态热流法来行确定，也可以代替稳态热流法而根据以下的式(A)来确定。按照稳态热流法确定的导热系数λcf以及根据式(A)确定的导热系数λcf均可以为10W/(m·K)以上。在式(A)中，ER为碳纤维的电阻率。例如，根据日本专利第3648865号公报可以理解，可以基于碳纤维的导热系数与电阻率之间的相关关系并按照式(A)来推算碳纤维的导热系数。
λcf[W/(m·K)]＝1272.4/ER[μΩm]－49.4式(A)
只要复合材料1在特定方向上的导热系数λ满足上述的条件，则导热性纤维12的粗度并不限定于特定的值。导热性纤维12的粗度例如为30μm以下。由此，导热性纤维12容易均匀地存在于复合材料1中，复合材料1的导热特性及机械特性不易在空间上产生偏差。导热性纤维12的粗度可以为20μm以下，也可以为16μm以下。导热性纤维12的粗度例如为6μm以上。由此，容易在复合材料1的制造中对导热性纤维12进行处理。导热性纤维12的粗度可以为8μm以上，也可以为10μm以上。
构成母材11的有机聚合物的体积相对于复合材料1的总体积的比例并不限定于特定的值。该值例如为5体积％以上，可以为7体积％以上，也可以为10体积％以上。该值例如为50体积％以下，可以为45体积％以下。
导热性纤维12的体积相对于复合材料1的总体积的比例并不限定于特定的值。该值例如为1体积％以上，可以为2体积％以上，也可以为3体积％以上。该值例如为30体积％以下，可以为25体积％以下。
复合材料1的形状并不限定于特定的形状。如图1所示，复合材料1可以为板状。复合材料1也可以为片状，也可以为条状，也可以为带状，也可以为块状，还可以为柱状。
针对制造复合材料1的方法的一例进行说明。该方法例如包括下述的(I)及(II)的工序。
(I)在导热性纤维12以沿着特定方向延伸的方式配置的状态下，将含有有机聚合物的母材11a供给至导热性纤维12的周围。
(II)使在(I)中供给的母材11a发泡而形成多孔结构。
如图3的(a)所示，以沿着特定方向延伸的方式配置有导热性纤维12。换言之，多个导热性纤维12以沿着相同方向延伸的方式配置。此时，根据需要，可通过导热性纤维12的束的开纤而将导热性纤维12展开成平面状。接下来，如图3的(b)所示，将含有有机聚合物的母材11a供给至导热性纤维12的周围。例如，将导热性纤维12与母材11a的复合体成型为给定的形状，得到复合材料用预成型体1a。在复合材料用预成型体1a中，导热性纤维12被母材11a所固定。在母材11a中分散有发泡剂。
分散于母材11a中的发泡剂并不限定于特定的发泡剂。发泡剂的例子为热膨胀性微胶囊及化学发泡剂。在热膨胀性微胶囊中，例如，在热塑性树脂的壳的内部封入有会通过加热而气化的液态物质。化学发泡剂会通过热分解而产生给定的气体。作为化学发泡剂的例子，可举出偶氮二酰胺、苯磺酰肼、二亚硝基五亚甲基四胺、甲苯磺酰肼、及4,4-氧代双(苯磺酰肼)等。这些化学发泡剂可以单独使用，也可以组合两种以上使用。
制造复合材料1的方法可以进一步具备例如：在母材11a存在于导热性纤维12的周围的状态下，对导热性纤维12及母材11a进行热压的工序。由此，母材11a中所含的有机聚合物容易浸渗于导热性纤维12。
按照JIS K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下测得的有机聚合物的MFR例如为1g/10分～100g/分。在该情况下，能够将母材11a以期望的状态供给至导热性纤维12的周围，能够利用母材11a良好地固定导热性纤维12。
如图3的(c)所示，可根据需要而将多个复合材料用预成型体1a层叠，形成层叠体1c。可根据需要而对层叠体1c进行热压。
如图3的(d)所示，在复合材料用预成型体1a中使母材11a发泡。例如，通过在给定的温度下对复合材料用预成型体1a进行加热，可利用分散于母材11a中的发泡剂的作用使母材11a发泡。如图3的(e)所示，可根据需要而将在母材11a发泡后得到的产品的一部分切出。这样一来，如图3的(f)所示，可得到复合材料1。
复合材料1的用途并不限定于特定的用途。例如，可以使用复合材料1来提供散热结构。如图4所示，散热结构3具备复合材料1和发热体2。复合材料1被设置于发热体2的表面。由此，能够将在发热体2产生的热散出至外部。发热体2并不限定于特定的发热体，例如为电子设备的部件或壳体。
例如，垂直于复合材料1与发热体2的边界面的方向可以相当于特定方向。复合材料1的导热性纤维12例如沿着垂直于复合材料1与发热体2的边界面的方向延伸。由此，在发热体2产生的热会迅速地散出至发热体2的外部。例如，复合材料1在特定方向上的导热系数高于平行于复合材料1与发热体2的边界面的方向上的复合材料1的导热系数。
实施例
以下，结合实施例对本发明更详细地进行说明。但本发明并不限定于以下的实施例。首先，对实施例的评价方法进行说明。
(导热系数λ的测定)
由各实施例及各比较例的样品制作了用于测定导热系数λ的试验片。各试验片为板状，俯视时为20mm平方的正方形状。在各实施例以及比较例1及2中，试验片具有5000μm的厚度。在比较例3中，试验片的厚度为1200μm，在比较例4中，试验片的厚度为3000μm，在比较例5中，试验片的厚度为2000μm。在各实施例及比较例2的试验片中，聚对苯撑苯并二
Figure BDA0004008234800000091
唑(PBO)纤维或碳纤维沿着试验片的厚度方向延伸。在各试验片的两面涂布Shin-EtsuSilicone株式会社制造的硅油化合物G-747，制作了试验块。硅油化合物的导热系数为0.90W/(m·K)。
使用RHESCA株式会社制造的导热系数测定装置TCM 1001、基于ASTM D5470-01(单向热流稳态法)以1片试验体及对称构成方式通过热流计法测定了各试验片在厚度方向上的导热系数λ。作为标准杆，使用了具有加热块(80℃)的上部杆及具有冷却块(20℃)的下部杆。用无氧铜制的块夹住试验块，进一步用上部杆和下部杆夹住试验块及无氧铜制的块，使热在试验片的厚度方向上流动。
根据下述式(1)及(2)确定了试验片的上表面及下表面之间的温度差ΔTS。在式(1)及(2)中，ΔTC为无氧铜制的块的上表面及下表面之间的温度差。此外，q1为根据基于在上部杆的测温点的温度差和这些测定点间的距离得到的温度梯度确定的热流束[W/m2]，q2为根据基于在下部杆的测温点的温度差和测定点间的距离得到的温度梯度确定的热流束[W/m2]。tb为无氧铜制的块的厚度之和，kb为无氧铜制的块的导热系数。
ΔTS＝ΔTC－(qS×tb)/kb 式(1)
qS＝(q1+q2)/2 式(2)
根据下述式(3)确定了试验片在厚度方向上的导热系数λ[W/(m·K)]。将结果示于表1。在式(3)中，t为试验片的厚度。
λ＝qS×t/ΔTS 式(3)
(密度d的测定)
按照JIS K7222:2005对各实施例及各比较例的样品的表观密度进行测定，确定了密度d。将结果示于表1。
(空隙率的测定)
根据下述式(4)确定了各实施例及比较例1的样品的空隙率φ。将结果示于表1。在式(4)中，V1为发泡前的预成型体的体积，V2为发泡后的样品的体积。
φ＝100×(V2－V1)/V2 式(4)
＜实施例1＞
将住友精化株式会社制造的低密度聚乙烯FLO-THENE UF80、与松本油脂制药株式会社制造的热膨胀性微胶囊FN-180D均匀地混炼，得到了混炼物。在该混炼物中，低密度聚乙烯的含量为85质量％，热膨胀性微胶囊的含量为15质量％。FLO-THENE为住友精化株式会社的注册商标。按照JIS K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下测得的低密度聚乙烯FLO-THENE UF80的MFR为75g/10分。通过热压将混炼物成型为片状，得到了具有100μm厚度的实施例1的母材片。实施例1的母材片在俯视时为长方形状。
将东洋纺株式会社制造的PBO纤维Zylon HM1992以覆盖母材片的两面的大部分的方式卷绕，得到了卷绕体。PBO纤维的粗度为12μm。通过由藤代等在低温工学、28卷、533页(1993)中记载的稳态热流法确定的PBO纤维在纤维轴向上的常温下导热系数为50W/(m·K)。“Zylon”是东洋纺株式会社的注册商标。在卷绕体中，PBO纤维沿着与俯视时母材片的一对边平行的方向延伸。在卷绕体的两面重叠一对母材片，得到了层叠体。以覆盖该层叠体的两面的大部分的方式卷绕PBO纤维，得到了卷绕体。重复多次在卷绕体的两面重叠一对母材片、以及以覆盖层叠体的两面的大部分的方式卷绕PBO纤维的操作，得到了复合体。通过对该复合体进行热压，得到了预成型体。关于热压的条件，将温度调整至低于热膨胀性微胶囊的膨胀起始温度，将压力以不会导致热膨胀性微胶囊发生破坏的方式进行了调整。
将预成型体加热至给定的温度以促进热膨胀性微胶囊的热膨胀，使预成型体中的母材片发泡。由此得到了发泡成型体。将该发泡成型体的一部分切成长条状，将所得到的多个条(piece)并排，得到了板状的实施例1的样品。PBO纤维沿着样品的厚度方向延伸。PBO纤维从样品的厚度方向上的一端延伸至另一端。低密度聚乙烯的体积、PBO纤维的体积、及空穴的体积相对于样品的总体积的比例分别为15％、4％、及81％。
在图5中示出了实施例1的样品的SEM照片。如图5所示，在实施例1的样品中形成有多个空穴，确认了实施例1的样品具有多孔结构。
＜实施例2～7＞
以使低密度聚乙烯的体积、PBO纤维的体积、及空穴的体积相对于样品的总体积的比例达到表1所示的值的方式调整了母材片的量、PBO纤维的量、母材片的发泡的条件，除此以外，与实施例1同样地制作了实施例2～7的样品。
＜实施例8＞
将日本聚丙烯株式会社制造的无规聚丙烯WINTEC级WFW4和松本油脂制药株式会社制造的含有热膨胀性微胶囊的母料MBF-260EVA50进行干混而得到的混合物在单螺杆挤出机中进行熔融混炼，得到了混炼物。在该混炼物中，无规聚丙烯的含量为90质量％，含有热膨胀性微胶囊的母料的含量为10质量％。WINTEC为日本聚丙烯株式会社的注册商标。按照JIS K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下测得的无规聚丙烯的MFR为2.4g/10分。通过T模成型将该混炼物进行膜化，得到了具有100μm的厚度的母材片。
将PBO纤维Zylon HM1992以覆盖母材片的两面的大部分的方式卷绕，得到了卷绕体。重复多次在卷绕体的两面重叠一对母材片而得到层叠体、以及以覆盖该层叠体的两面的大部分的方式卷绕PBO纤维的操作，得到了复合体。通过对该复合体进行热压而得到了预成型体。在热压中，将温度调整至低于热膨胀性微胶囊的膨胀起始温度，将压力以不会导致热膨胀性微胶囊发生破坏的方式进行了调整。
将预成型体加热至给定的温度以促进热膨胀性微胶囊的热膨胀，使预成型体中的母材片发泡。由此得到了发泡成型体。将该发泡成型体的一部分切成长条状，将所得到的多个条并排，得到了板状的实施例8的样品。PBO纤维沿着样品的厚度方向延伸。PBO纤维从样品的厚度方向上的一端延伸至另一端。无规聚丙烯的体积、PBO纤维的体积、及空穴的体积相对于样品的总体积的比例分别为33％、7％、及60％。
＜实施例9＞
除下述的方面以外，与实施例8同样地得到了实施例9的样品。代替无规聚丙烯而使用了旭化成株式会社制造的低密度聚乙烯SUNTEC F2270。SUNTEC为旭化成株式会社的注册商标。按照JIS K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下测得的该低密度聚乙烯的MFR为7g/10分。通过T模成型将得到的母材片的厚度调整为50μm。PBO纤维的卷绕次数调整为与实施例8不同的次数。低密度聚乙烯的体积、PBO纤维的体积、及空穴的体积相对于样品的总体积的比例分别为18％、4％、及78％。
＜实施例10＞
与实施例9同样地得到了具有50μm的厚度的母材片。将该母材片切成长方形状。边将具有与长方形状的母材片的长边为相同长度的三菱化学株式会社制造的碳纤维DIALEADK13916边理开边沿着与长边平行的方向以覆盖母材片的整面的方式进行了配置。DIALEAD为三菱化学株式会社的注册商标。根据上述式(A)确定的碳纤维在纤维轴向上的常温下导热系数为200W/(m·K)。在碳纤维上层叠被切成长方形状的另一母材片，在其上将与长方形的长边相同长度的碳纤维K13916边理开边沿着与长边平行的方向以覆盖母材片的整面的方式并排，重复这样的操作给定的次数，得到了复合体。通过对该复合体进行热压而得到了预成型体。将预成型体加热至给定的温度以促进热膨胀性微胶囊的热膨胀，使预成型体中的母材片发泡。由此得到了发泡成型体。将该发泡成型体的一部分切成长条状，将所得到的多个条并排，得到了板状的实施例10的样品。低密度聚乙烯的体积、碳纤维的体积、及空穴的体积相对于样品的总体积的比例分别为29％、10％、及61％。
＜实施例11＞
使用Coperion株式会社制造的同向旋转双螺杆挤出机ZSK32Mc18对低密度聚乙烯F2270、和大塚化学株式会社制造的化学发泡剂Uniform AZ#1100-I进行熔融混炼，得到了混炼物。在该同向旋转双螺杆挤出机中，螺杆直径φ为32mm，L/D为53。另外，在混炼物中，化学发泡剂的含量相对于低密度聚乙烯的含量之比以质量基准计为6/100。使用单螺杆挤出机对该混炼物进行熔融混炼，通过T模成型得到了具有25μm厚度的母材片。在T模成型中，将温度调整至低于化学发泡剂的发泡温度。
以加速电压150kV及线量50kGy的条件对母材片照射了电子束。
将PBO纤维Zylon HM1992以覆盖母材片的两面的大部分的方式卷绕，得到了卷绕体。将在卷绕体的两面重叠一对母材片而得到层叠体、以及以覆盖该层叠体的两面的大部分的方式卷绕PBO纤维的操作重复多次，得到了复合体。通过对该复合体进行热压而得到了预成型体。在热压中，将温度调整至低于化学发泡剂的发泡温度。
将预成型体加热至给定的温度以促进化学发泡剂的发泡，使预成型体中的母材片发泡。由此得到了发泡成型体。将该发泡成型体的一部分切成长条状，将所得到的多个条并排，得到了板状的实施例11的样品。低密度聚乙烯的体积、PBO纤维的体积、及空穴的体积相对于样品的总体积的比例分别为62％、5％、及33％。
使用日本制钢所社制造的同向旋转双螺杆挤出机TEX30α对住友化学株式会社制造的茂金属类低密度聚乙烯SUMIKATHENE EP CU7002、和永和化成工业株式会社制造的化学发泡剂Vinyfor AC#93进行熔融混炼，得到了混炼物。按照JIS K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下测得的该低密度聚乙烯的MFR为1g/10分。在该同向旋转双螺杆挤出机中，螺杆直径φ为32mm，L/D为53。另外，在混炼物中，化学发泡剂的含量相对于低密度聚乙烯的含量之比以质量基准计为6/100。使用单螺杆挤出机对该混炼物进行熔融混炼，通过T模成型得到了具有75μm厚度的母材片。在T模成型中，将温度调整至低于化学发泡剂的发泡温度。“SUMIKATHENE”为住友化学株式会社的注册商标。
以加速电压200kV及线量50kGy的条件对母材片照射了电子束。
将该母材片切成长方形状。将具有与长方形状的母材片的长边为相同长度的PBO纤维Zylon HM1992沿着与长边平行的方向以覆盖母材片的整面的方式进行了配置。在PBO纤维上层叠被切成长方形状的另一母材片，在其上将与长方形相同长度的PBO纤维沿着与长边平行的方向以覆盖母材片的整面的方式并排，重复这样的操作给定的次数，得到了复合体。通过对该复合体进行热压而得到了预成型体。在热压中，将温度调整至低于化学发泡剂的发泡温度。
将预成型体加热至给定的温度以促进化学发泡剂的发泡，使预成型体中的母材片发泡。由此得到了发泡成型体。将该发泡成型体沿着与纤维方向正交的方向切断，得到了板状的实施例12的样品。低密度聚乙烯的体积、PBO纤维的体积、及空穴的体积相对于样品的总体积的比例分别为41％、2％、及57％。
＜比较例1＞
以使低密度聚乙烯的体积、及空穴的体积相对于样品的总体积的比例达到表1所示的值的方式进行了调整，且未添加PBO纤维，除此以外，与实施例1同样地制作了比较例1的样品。
＜比较例2＞
以使低密度聚乙烯的体积及PBO纤维的体积相对于样品的总体积的比例达到表1所示的值的方式调整了母材片的量及PBO纤维的量，并且不使母材片发泡，除此以外，与实施例1同样地制作了比较例2的样品。
＜比较例3＞
在110℃下对日本瑞翁株式会社制造的丁腈橡胶(NBR)Nipol1041、永和化成工业株式会社制造的化学发泡剂Vinyfor AC#3-K2、Denka株式会社制造的氮化硼SGP、以及BASFJapan株式会社制造的抗氧剂Irganox1010的混合物进行熔融混炼，得到了混炼物。在混炼物中，化学发泡剂的含量相对于NBR的含量之比以质量基准计为16/100。在混炼物中，氮化硼的含量相对于NBR的含量之比以质量基准计为220/100。在混炼物中，抗氧剂的含量相对于NBR的含量之比以质量基准计为0.1/100。Nipol为日本瑞翁株式会社的注册商标。在Nipol1041中，键合丙烯腈量为40.5％，门尼粘度为82.5。在氮化硼SGP中，比重为2.26，比表面积为2m2/g，个数基准的粒径分布的D50为18μm。Irganox为BASF公司的注册商标。
通过热压将上述的混炼物成型为片状，得到了具有0.5mm厚度的比较例3的片。在热压中，将温度调整至低于化学发泡剂的发泡温度。
在加速电压600kV及线量12kGy的条件下对比较例3的片的两面照射了电子束。然后，将比较例3的片加热至给定温度以促进化学发泡剂的发泡，使该片发泡。由此，得到了作为具有1200μm厚度的发泡成型体的比较例3的样品。
＜比较例4＞
准备了NITTO SHINKO株式会社制造的导热性片HT-300HL作为比较例4的样品。比较例4的样品的厚度为3000μm。
＜比较例5＞
准备了SEKISUI POLYMATECH株式会社制造的散热片SF-ALMO16作为比较例5的样品。比较例5的样品的厚度为2000μm。
如表1所示，可以理解，在实施例的样品中满足了d≤1.1、λ＞1、及4≤λ/d≤100的条件，实施例的样品是轻质的，并且在特定方向上具有高导热系数。另一方面，在市售的比较例4及5的样品中，虽然满足λ＞1的条件，但密度较高，不满足d≤1.1及4≤λ/d的条件。在作为发泡成型体的比较例3的样品中，虽然由于基于发泡的轻质化而满足了d≤1.1的条件，但是不满足λ＞1及4≤λ/d的条件。在比较例1的样品中，虽然样品的密度低，但在导热系数测定时几乎没有热流，低于测定下限而无法测定。另外，在比较例2的样品中，导热系数λ较高，但不满足4≤λ/d的条件。
Figure BDA0004008234800000161
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Claims (15)

1.一种复合材料，其具有多孔结构，
所述复合材料具备：
包含有机聚合物、形成所述多孔结构的母材、和
在所述多孔结构的内部被所述母材所固定的导热性纤维，
其中，通过稳态热流法确定的所述导热性纤维在纤维轴向上的常温下导热系数为10W/(m·K)以上，
该复合材料的密度d[g/cm3]及该复合材料在特定方向上的导热系数λ[W/(m·K)]满足d≤1.1、λ＞1、及4≤λ/d≤100的条件，
所述导热系数λ是基于美国材料与试验协会标准(ASTM)D5470-01(单向热流稳态法)以1片试验体及对称构成方式测定的。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，
所述导热性纤维沿着所述特定方向延伸。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其中，
所述导热性纤维在所述特定方向上从该复合材料的一端延伸至另一端。
4.一种复合材料，其具有多孔结构，
所述复合材料具备：
包含有机聚合物、形成所述多孔结构的母材、和
在所述多孔结构的内部被所述母材所固定的导热性纤维，
其中，所述导热性纤维在该复合材料的特定方向上从该复合材料的一端延伸至另一端。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的复合材料，其中，
所述母材包含选自热塑性树脂、热塑性弹性体及橡胶中的至少一种。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的复合材料，其中，
该复合材料具有30％～95％的空隙率。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的复合材料，其中，
所述导热性纤维为聚吲哚纤维。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的复合材料，其中，
按照日本工业标准JIS K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下测得的所述有机聚合物的熔体流动速率为1g/10分～100g/10分。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的复合材料，其中，
按照日本工业标准JIS K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下测得的所述有机聚合物的熔体流动速率为0.1g/10分以上且100g/10分以下。
10.一种复合材料用预成型体，其具备：
包含有机聚合物的母材、
以沿着特定方向延伸的方式被所述母材所固定的导热性纤维、以及
分散于所述母材中的发泡剂。
11.根据权利要求10所述的复合材料用预成型体，其中，
所述发泡剂为热膨胀性微胶囊或化学发泡剂。
12.一种复合材料的制造方法，所述复合材料具有多孔结构，
该方法包括：
在导热性纤维以沿着特定方向延伸的方式配置的状态下，将含有有机聚合物的母材供给至所述导热性纤维的周围；和
使所述母材发泡而形成所述多孔结构，
其中，通过稳态热流法确定的所述导热性纤维在纤维轴向上的常温下导热系数为10W/(m·K)以上。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
在所述母材存在于所述导热性纤维的周围的状态下，对所述导热性纤维及所述母材进行热压。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，
按照日本工业标准JIS K7210-1:2014、在190℃及标称载荷2.16kg的条件下测得的所述有机聚合物的熔体流动速率为1g/10分～100g/10分。
15.一种复合材料，其具有多孔结构，
所述复合材料具备：
包含有机聚合物、形成所述多孔结构的母材、和
在所述多孔结构的内部被所述母材所固定的碳纤维，
其中，由下述式(A)确定的所述碳纤维在纤维轴向上的常温下导热系数λcf为10W/(m·K)以上，
λcf[W/(m·K)]＝1272.4/ER[μΩm]－49.4式(A)
在所述式(A)中，ER为所述碳纤维的电阻率，
该复合材料的密度d[g/cm3]及该复合材料在特定方向上的导热系数λ[W/(m·K)]满足d≤1.1、λ＞1、及4≤λ/d≤100的条件，
所述导热系数λ是基于美国材料与试验协会标准(ASTM)D5470-01(单向热流稳态法)以1片试验体及对称构成方式测定的。
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