JP2007291267A - Thermally conductive molding material and molded sheet using this - Google Patents

Thermally conductive molding material and molded sheet using this Download PDF

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JP2007291267A JP2006121939A JP2006121939A JP2007291267A JP 2007291267 A JP2007291267 A JP 2007291267A JP 2006121939 A JP2006121939 A JP 2006121939A JP 2006121939 A JP2006121939 A JP 2006121939A JP 2007291267 A JP2007291267 A JP 2007291267A
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thermally conductive
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Hiroshi Hara
寛 原
Shigeki Hirata
滋己 平田
Hiroki Sano
弘樹 佐野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermally conductive molding material which has a high thermal conductivity and is easily processed into a thin layer. <P>SOLUTION: The thermally conductive molding material consists of a pitch-based carbon fiber staple A having a specified aspect ratio in addition to a specified average fiber diameter and an average fiber length and an expansion graphite B. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱伝導性成形材料およびこれを用いた成形シートに関する。更に詳しくは、本発明は、一定サイズのピッチ系炭素短繊維と膨張黒鉛とを含有する熱伝導性成形材料及びこれを用いた成形シートに関する。   The present invention relates to a thermally conductive molding material and a molded sheet using the same. More specifically, the present invention relates to a thermally conductive molding material containing pitch-based short carbon fibers of a certain size and expanded graphite, and a molded sheet using the same.

高性能の炭素繊維はポリアクリロニトリル(PAN)を原料とするPAN系炭素繊維と、一連のピッチ類を原料とするピッチ系炭素繊維とに分類できる。そして炭素繊維は強度・弾性率が通常の合成高分子に比較して著しく高いという特徴を利用し、航空・宇宙用途、建築・土木用途、産業用ロボット、スポーツ・レジャー用途など広く用いられている。また、PAN系炭素繊維は、主として、その強度を利用する分野に、そしてピッチ系炭素繊維は、弾性率を利用する分野に用いられることが多い。   High-performance carbon fibers can be classified into PAN-based carbon fibers made from polyacrylonitrile (PAN) and pitch-based carbon fibers made from a series of pitches. Carbon fiber is widely used for aerospace applications, construction / civil engineering applications, industrial robots, sports / leisure applications, etc., taking advantage of its significantly higher strength and elastic modulus than ordinary synthetic polymers. . In addition, PAN-based carbon fibers are often used mainly in the field of utilizing the strength, and pitch-based carbon fibers are used in the field of utilizing the elastic modulus.

近年、省エネルギーに代表されるエネルギーの効率的使用方法が注目されている一方で、高速化されたCPUや電子回路のジュール熱による発熱が重篤な問題として認識されつつある。これらを解決するためには、熱を効率的に処理するという、所謂サーマルマネジメントを達成する必要がある。   In recent years, an efficient method of using energy typified by energy saving has attracted attention, while heat generation due to Joule heat in a CPU and an electronic circuit that have been speeded up has been recognized as a serious problem. In order to solve these problems, it is necessary to achieve so-called thermal management in which heat is efficiently processed.

一般に炭素繊維は、他の合成高分子に比較して熱伝導率が高いと言われているが、サーマルマネジメント用途に向けた、さらなる熱伝導の向上が検討されている。ところが、市販されているPAN系炭素繊維の熱伝導率は通常200W/(m・K)よりも小さい。これは、PAN系炭素繊維が所謂難黒鉛化炭素繊維であり、熱伝導を担う黒鉛性を高めることが非常に困難なことに由来している。これに対して、ピッチ系炭素繊維は易黒鉛化炭素繊維とも呼ばれ、PAN系炭素繊維に比べて、黒鉛性を高くすることができるため、高熱伝導率を達成しやすいと認識されている。   In general, carbon fibers are said to have higher thermal conductivity than other synthetic polymers, but further improvements in thermal conductivity are being studied for thermal management applications. However, the thermal conductivity of commercially available PAN-based carbon fibers is usually smaller than 200 W / (m · K). This is because the PAN-based carbon fiber is a so-called non-graphitizable carbon fiber, and it is very difficult to improve the graphitization property that bears heat conduction. On the other hand, pitch-based carbon fibers are also called graphitizable carbon fibers and can be made more graphitic than PAN-based carbon fibers, and it is recognized that high thermal conductivity is easily achieved.

ところで、実際に炭素繊維を熱伝導部材として作用させるためには、炭素繊維単体での部材化は困難であり、非常に特殊な手法を用いる必要がある。そこで、何らかのマトリクスと炭素繊維とを複合材化し、それを成形体化し、その成形体の熱伝導度を向上させる必要がある。十分な熱伝導を達成するためには、熱伝導を主として担うフィラーとしての炭素繊維が三次元的にネットワークを形成している必要がある。例えばサイズの揃った球体フィラーの場合、成形体中のフィラーのネットワークは分散状態にも依存するが、均一な分散となった場合、パーコレーション的な挙動となる。したがって、十分な熱伝導性や電気伝導性を得るためには一定以上の球状フィラーの添加量が必要になる。ところが、成形体を形成する手法においては、媒質とフィラーを一定以上の濃度で分散することが非常に困難なことが多い。   By the way, in order for carbon fiber to actually act as a heat conducting member, it is difficult to form a carbon fiber alone, and it is necessary to use a very special technique. Therefore, it is necessary to make some matrix and carbon fiber into a composite material, to make it into a molded body, and to improve the thermal conductivity of the molded body. In order to achieve sufficient heat conduction, carbon fibers as fillers mainly responsible for heat conduction must form a three-dimensional network. For example, in the case of spherical fillers of uniform size, the filler network in the molded body depends on the dispersion state, but when uniform dispersion occurs, the behavior becomes percolation. Therefore, in order to obtain sufficient thermal conductivity and electrical conductivity, it is necessary to add a certain amount or more of spherical filler. However, in the method of forming a molded body, it is often very difficult to disperse the medium and the filler at a certain concentration or more.

また、熱伝導性の炭素材料としては、天然黒鉛を鱗片状に加工し、強酸下で高温処理した膨張黒鉛を圧延した材料があるが、粒子間の接触に由来する熱抵抗が大きく、金属に比較して、成形の自由度が高い点と軽量性が達成できる点はメリットであり、膨張黒鉛の圧延品を放熱材料に用いる方法(特許文献1参照。)、樹脂と膨張黒鉛とを混合し、放熱材料を得る方法(特許文献2参照)について開示されている。
しかし、サーマルマネジメントの観点からは成形体としての熱伝導性が極めて高くなっていることが必要となりつつある。そこで、膨張黒鉛を加工して成形した際の熱抵抗を抑制することが強く望まれていた。
In addition, as a thermally conductive carbon material, there is a material obtained by processing natural graphite into a scaly shape and rolling expanded graphite that has been subjected to high-temperature treatment under a strong acid. In comparison, a high degree of freedom in molding and a point that light weight can be achieved are merits. A method of using a rolled product of expanded graphite as a heat dissipation material (see Patent Document 1), a resin and expanded graphite are mixed. A method for obtaining a heat dissipation material (see Patent Document 2) is disclosed.
However, from the viewpoint of thermal management, it is becoming necessary that the thermal conductivity as a molded body is extremely high. Therefore, it has been strongly desired to suppress the thermal resistance when the expanded graphite is processed and molded.

特開2005−252190号公報JP 2005-252190 A 特開2001−31880号公報JP 2001-31880 A

本発明の目的は、上記従来技術が有していた問題点を解消し、成形性を劣化させることなく、熱抵抗を低減した放熱材料を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a heat dissipating material having reduced thermal resistance without deteriorating the problems of the prior art and degrading moldability.

本発明者らは、最終的な成形体において熱伝導率を向上させることを鑑み、熱伝導性成形材料として、熱伝導率の高いピッチ系炭素短繊維を熱伝導助剤として膨張黒鉛に適切に混合することで、成形性を劣化させることなく、熱抵抗を低減した放熱材料が得られることを見出し本発明に到達した。   In view of improving the thermal conductivity in the final molded body, the inventors of the present invention appropriately use, as a thermal conductive molding material, pitch-based carbon short fibers having high thermal conductivity as a thermal conduction aid for expanded graphite. It has been found that by mixing, a heat dissipation material with reduced thermal resistance can be obtained without degrading moldability, and the present invention has been achieved.

即ち、本発明の目的は、
平均繊維径(D1)が5μm以上12μm以下の範囲であり、平均繊維長(L1)が10μm以上60μm以下の範囲であり、D1に対するL1の比が1〜10であるピッチ系炭素短繊維Aと、膨張黒鉛Bとを、Aの重量W(A)とBの重量(B)との比、W(A):W(B)が1:1〜1:99の範囲となるように含有する、熱伝導性成形材料によって達成することができる。
That is, the object of the present invention is to
A pitch-based carbon short fiber A having an average fiber diameter (D1) in the range of 5 μm to 12 μm, an average fiber length (L1) in the range of 10 μm to 60 μm, and a ratio of L1 to D1 of 1 to 10; The expanded graphite B is contained so that the ratio of the weight W (A) of A to the weight (B) of B, W (A): W (B) is in the range of 1: 1 to 1:99. It can be achieved by a thermally conductive molding material.

さらに、本発明には、ピッチ系炭素短繊維Aと膨張黒鉛Bとは均一に分散混合されていること、ピッチ系炭素短繊維Aの真密度が1.5〜2.2g/ccの範囲であり、繊維軸方向の熱伝導率が300W/(m・K)以上であること、ピッチ系炭素短繊維Aの繊維端面のグラフェンシートが閉じていること、膨張黒鉛Bが粒子状であって、その粒径が5μm〜2000μmの範囲であることが包含される。   Further, in the present invention, the pitch-based carbon short fibers A and the expanded graphite B are uniformly dispersed and mixed, and the true density of the pitch-based carbon short fibers A is in the range of 1.5 to 2.2 g / cc. Yes, the thermal conductivity in the fiber axis direction is 300 W / (m · K) or more, the graphene sheet on the fiber end face of the pitch-based carbon short fiber A is closed, and the expanded graphite B is in the form of particles, It is included that the particle size is in the range of 5 μm to 2000 μm.

更に、本発明の他の目的は、請求項1に記載の熱伝導性成形材料を薄層状にした熱伝導性成形シートによって達成され、請求項1に記載の熱伝導性成形材料に、さらに熱可塑性樹脂を添加し、混合した後に薄層状にすること、熱可塑性樹脂が、ポリカーボネイト類、ポリエチレンテレフタレート類、ポリエチレン2,6ナフタレート類、ナイロン類、ポリプロピレン類、ポリエチレン類、ポリエーテルケトン類、ポリフェニレンスルフィド類、シリコーン類の群よりなる少なくとも1種以上の樹脂よりなること、熱伝導性成形材料を薄層状にする処理が、ホットプレス法、コールドプレス法、ロール圧延法のいずれかによって行われることが包含される。   Furthermore, another object of the present invention is achieved by a heat conductive molding sheet obtained by laminating the heat conductive molding material according to claim 1, and the heat conductive molding material according to claim 1 is further heated. Add a plastic resin and mix to make it into a thin layer. The thermoplastic resin is polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene 2,6 naphthalate, nylon, polypropylene, polyethylene, polyether ketone, polyphenylene sulfide. The process of forming at least one kind of resin consisting of a group of silicones and the heat conductive molding material into a thin layer may be performed by any one of a hot press method, a cold press method, and a roll rolling method. Is included.

本発明の更に他の目的は、請求項6〜9のいずれかに記載の熱伝導性成形シートを用いて作製した放熱板によって達成される。   The further another objective of this invention is achieved by the heat sink produced using the heat conductive molded sheet in any one of Claims 6-9.

本発明の熱伝導性成形材料は膨張黒鉛と、サイズと構造の規定されたピッチ系炭素短繊維を適切に混合することで、熱抵抗を低減し、当該熱伝導性成形材料を加工して作製した熱伝導性シートにおいて高い熱伝導度を発現させることができる。さらに、当該熱伝導性シートによって放熱板を作製することができ、ジュール熱対策に非常に効果的に用いることが可能になる。   The heat conductive molding material of the present invention is produced by appropriately mixing expanded graphite and pitch-based carbon short fibers having a defined size and structure to reduce thermal resistance and processing the heat conductive molding material. High thermal conductivity can be expressed in the heat conductive sheet. Furthermore, a heat radiating plate can be produced by the thermal conductive sheet, and can be used very effectively for Joule heat countermeasures.

次に、本発明の実施の形態について順次に説明していく。
本発明で用いられるピッチ系炭素短繊維Aの原料としては、例えば、ナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物、石油系ピッチや石炭系ピッチといった縮合複素環化合物等が挙げられる。その中でもナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物が好ましく、特に光学的異方性ピッチ、すなわちメソフェーズピッチが好ましい。これらは、一種を単独で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよいが、メソフェーズピッチを単独で用いることが、得られる炭素短繊維の熱伝導性を向上させる上で特に望ましい。
Next, embodiments of the present invention will be described sequentially.
Examples of the raw material of the pitch-based carbon short fiber A used in the present invention include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene and phenanthrene, and condensed heterocyclic compounds such as petroleum-based pitch and coal-based pitch. Among them, condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene and phenanthrene are preferable, and optically anisotropic pitch, that is, mesophase pitch is particularly preferable. These may be used alone or in combination of two or more, but it is particularly desirable to use mesophase pitch alone in order to improve the thermal conductivity of the obtained short carbon fiber.

原料ピッチの軟化点はメトラー法により求めることができ、軟化点が240℃以上360℃以下のピッチを用いることが好ましい。軟化点が240℃より低いと、不融化の際に繊維同士の融着や大きな熱収縮が発生する懸念があり、また、360℃より高いとピッチの熱分解が生じ繊維を形成しがたくなる懸念が生じる。
原料ピッチはメルトブロー法により紡糸され、その後不融化、焼成、ミリング、篩い分け、黒鉛化によってピッチ系炭素短繊維Aとなる。以下各工程について説明する。
The softening point of the raw material pitch can be obtained by the Mettler method, and it is preferable to use a pitch having a softening point of 240 ° C. or higher and 360 ° C. or lower. When the softening point is lower than 240 ° C., there is a concern that the fibers may be fused or large heat shrinkage occurs during infusibilization. When the softening point is higher than 360 ° C., the thermal decomposition of the pitch occurs and it becomes difficult to form the fibers. Concerns arise.
The raw material pitch is spun by a melt blow method, and then becomes pitch-based short carbon fibers A by infusibilization, firing, milling, sieving, and graphitization. Each step will be described below.

本発明においては、ピッチ系炭素短繊維Aの原料となるピッチ繊維を紡糸する吐出ダイのノズル形状については特に制約はないが、ノズル孔の長さと孔径との比が3よりも小さいものが好ましく用いられ、更に好ましくは1.5よりも小さいものが用いられる。紡糸時のノズルの温度についても特に制約はなく、安定した紡糸状態が維持できる温度、即ち、紡糸ピッチの粘度が1〜100Pa・S、好ましくは5〜30Pa・Sになる温度であればよい。   In the present invention, there is no particular limitation on the nozzle shape of the discharge die for spinning the pitch fiber that is the raw material of the pitch-based carbon short fiber A, but it is preferable that the ratio of the nozzle hole length to the hole diameter is smaller than 3. More preferably, those smaller than 1.5 are used. The temperature of the nozzle at the time of spinning is not particularly limited, and may be a temperature at which a stable spinning state can be maintained, that is, a temperature at which the viscosity of the spinning pitch is 1 to 100 Pa · S, preferably 5 to 30 Pa · S.

ノズル孔から吐出されたピッチ繊維は、100〜370℃に加温された毎分100〜10000mの線速度のガスを細化点近傍に吹き付けることによって短繊維化される。吹き付けるガスとしては空気、窒素、アルゴンを用いることができるが、コストパフォーマンスの点から空気が望ましい。   The pitch fibers discharged from the nozzle holes are shortened by blowing a gas having a linear velocity of 100 to 10000 m per minute heated to 100 to 370 ° C. in the vicinity of the thinning point. As the gas to be blown, air, nitrogen or argon can be used, but air is desirable from the viewpoint of cost performance.

ピッチ繊維は、金網ベルト上に捕集され連続的なマット状になり、さらにクロスラップされることで一定の目付のウェブとなる。
このようにして得られたピッチ繊維よりなるウェブは、公知の方法で不融化し、700〜900℃で焼成される。不融化は、空気、或いはオゾン、二酸化窒素、窒素、酸素、ヨウ素、臭素を空気に添加したガスを用いて200〜350℃で達成される。安全性、利便性を考慮すると空気中で実施することが望ましい。また、不融化したピッチ繊維は、真空中、或いは窒素、アルゴン、クリプトン等の不活性ガス中で焼成されるが、一般に常圧下、コストの安い窒素中で実施される。
Pitch fibers are collected on a wire mesh belt to form a continuous mat, and are further cross-wrapped to form a web with a constant basis weight.
The web made of pitch fibers thus obtained is infusible by a known method and fired at 700 to 900 ° C. Infusibilization is achieved at 200 to 350 ° C. using air or a gas obtained by adding ozone, nitrogen dioxide, nitrogen, oxygen, iodine, bromine to air. Considering safety and convenience, it is desirable to carry out in air. The infusibilized pitch fiber is fired in vacuum or in an inert gas such as nitrogen, argon or krypton, but is generally carried out under normal pressure and in low-cost nitrogen.

焼成まで実施したピッチ繊維よりなるウェブは、炭素繊維の集合体であるが、さらに炭素繊維の短繊維化を進め、且つ繊維長を一定の長さにするために、ミリング、篩分けを実施する。ミリングは、ビクトリーミル、ジェットミル、高速回転ミル等の粉砕機、切断機等が使用される。ミリングを効率よく行うためには、ブレードを取付けたロータを高速に回転させることにより、繊維軸に対して直角方向に繊維を寸断する方法が適切である。ミリングによって生じる炭素短繊維の平均繊維長は、ロータの回転数、ブレードの角度等を調整することにより制御される。さらに、篩により、繊維長10〜60μm、より好ましくは、繊維長15〜50μmに分けられる。このようなサイズの調整は篩の目の粗さを組み合わせることによって達成することができる。   The web made of pitch fibers that has been fired is an aggregate of carbon fibers, but milling and sieving are performed in order to further shorten the carbon fibers and to keep the fiber length constant. . For milling, a pulverizer such as a Victory mill, a jet mill, a high-speed rotary mill, or a cutting machine is used. In order to perform milling efficiently, a method of cutting fibers in a direction perpendicular to the fiber axis by rotating a rotor to which blades are attached at high speed is appropriate. The average fiber length of short carbon fibers produced by milling is controlled by adjusting the rotational speed of the rotor, the angle of the blade, and the like. Furthermore, the fiber length is divided into 10 to 60 μm, more preferably 15 to 50 μm by the sieve. Such size adjustment can be achieved by combining the coarseness of the sieve.

本発明のピッチ系炭素短繊維Aは、上記篩分けを終えたピッチ繊維を2300〜3500℃に加熱、黒鉛化して最終的なピッチ系炭素短繊維Aとなる。黒鉛化は、非酸化性雰囲気で実施される。   The pitch-based carbon short fiber A of the present invention is heated to 2300 to 3500 ° C. and graphitized to obtain the final pitch-based carbon short fiber A. Graphitization is performed in a non-oxidizing atmosphere.

次に、本発明におけるピッチ系炭素短繊維Aの形状について述べる。ピッチ系炭素短繊維Aの繊維長は、上述した篩い分けで決まって、繊維長10から60μmであり、平均繊維径は紡糸工程によってほぼ一意的に決定される。そしてピッチ系炭素短繊維Aの平均繊維径は紡糸された際の原糸の平均繊維径より1〜2μm小さい値となる。本発明では、ピッチ系炭素短繊維Aの平均繊維径が5μm以上12μm以下の範囲である。特に7〜11μmが好ましい。   Next, the shape of the pitch-based carbon short fiber A in the present invention will be described. The fiber length of the pitch-based carbon short fibers A is determined by the above-described sieving and is 10 to 60 μm, and the average fiber diameter is almost uniquely determined by the spinning process. The average fiber diameter of the pitch-based carbon short fibers A is a value smaller by 1 to 2 μm than the average fiber diameter of the raw yarn when it is spun. In the present invention, the average fiber diameter of the pitch-based carbon short fibers A is in the range of 5 μm to 12 μm. 7 to 11 μm is particularly preferable.

平均繊維径が5μmより小さい場合は、ピッチ系炭素短繊維Aの比表面積が増大し膨張黒鉛Bとの混合が困難になる。また、12μmより大きい場合は、原糸からの加工において、特に不融化が難しくなり、生産性が悪化し、価格が著しく高くなってしまうことが懸念される。   When the average fiber diameter is smaller than 5 μm, the specific surface area of the pitch-based short carbon fibers A increases and mixing with the expanded graphite B becomes difficult. On the other hand, if it is larger than 12 μm, infusibility becomes particularly difficult in processing from the raw yarn, and there is a concern that the productivity will deteriorate and the price will become extremely high.

このように平均繊維径と平均繊維長の適切な範囲にさらに、平均繊維径と平均繊維長との比による規定が必要になる。これは、繊維径のサイズと繊維長のサイズとが逆転しないようにするためであり、その結果、ピッチ系炭素短繊維Aの表面積を一定範囲に抑制できるからである。   Thus, it is necessary to further define the ratio between the average fiber diameter and the average fiber length within an appropriate range of the average fiber diameter and the average fiber length. This is because the size of the fiber diameter and the size of the fiber length are not reversed, and as a result, the surface area of the pitch-based carbon short fibers A can be suppressed within a certain range.

本発明における平均繊維径に対する平均繊維長の比は1〜10にすることが望ましく、より望ましくは、2〜5である。1より小さい場合には、繊維径と繊維長の範囲が逆転する炭素短繊維の割合が増大し、比表面積を増大させるので、炭素短繊維と膨張黒鉛Bとの分散性が悪くなる。一方、10より大きい場合には、熱伝導性成形材料を熱伝導性シート等の成形体にした際の補強効果は期待できるものの、単位体積中の炭素短繊維本数が少なくなることで、熱抵抗を低減する効果が低減してしまう。   In the present invention, the ratio of the average fiber length to the average fiber diameter is desirably 1 to 10, and more desirably 2 to 5. When the ratio is smaller than 1, the ratio of short carbon fibers in which the range of fiber diameter and fiber length is reversed increases and the specific surface area is increased, so that the dispersibility between the short carbon fibers and the expanded graphite B is deteriorated. On the other hand, when it is larger than 10, although the reinforcing effect when the heat conductive molding material is formed into a molded body such as a heat conductive sheet can be expected, the number of short carbon fibers in the unit volume decreases, the thermal resistance This reduces the effect of reducing.

本発明において、ピッチ系炭素短繊維Aと膨張黒鉛Bとの混合比率は、重量比で1:1〜1:99である。膨張黒鉛Bよりもピッチ系炭素短繊維Aの重量比率が増大すると、成形性が悪化する。一方、少なくとも重量比で1%のピッチ系炭素短繊維Aを添加しないと、熱抵抗低減の効果が十分に顕在化しない。   In the present invention, the mixing ratio of the pitch-based carbon short fibers A and the expanded graphite B is 1: 1 to 1:99 by weight. When the weight ratio of the pitch-based carbon short fibers A is larger than that of the expanded graphite B, the moldability is deteriorated. On the other hand, unless the pitch-based carbon short fibers A having a weight ratio of at least 1% are added, the effect of reducing the thermal resistance is not sufficiently manifested.

更に、ピッチ系炭素短繊維Aと膨張黒鉛Bとは、均一に分散混合されていることが好ましく、具体的には、ピッチ系炭素短繊維Aと膨張黒鉛Bとをミキサー、ブレンダー、ロール、押出機などの混合装置又は混練装置により処理することによって行うことができる。   Furthermore, it is preferable that the pitch-based carbon short fibers A and the expanded graphite B are uniformly dispersed and mixed. Specifically, the pitch-based carbon short fibers A and the expanded graphite B are mixed with a mixer, a blender, a roll, and an extrusion. It can carry out by processing by mixing apparatuses, such as a machine, or a kneading apparatus.

ピッチ系炭素短繊維Aの真密度は、黒鉛化温度に強く依存するが、1.5〜2.2g/ccの範囲のものが好ましい。より好ましくは、1.6〜2.0g/ccである。また、ピッチ系炭素短繊維Aの繊維軸方向の熱伝導率は300W/(m・K)以上であることが好ましく、より好ましくは、400W/(m・K)以上である。
ピッチ系炭素短繊維A繊維は上述する範囲をすべて満足することにより、熱伝導性やハンドリング性に特に優れたものとなる。
The true density of the pitch-based carbon short fibers A strongly depends on the graphitization temperature, but is preferably in the range of 1.5 to 2.2 g / cc. More preferably, it is 1.6-2.0 g / cc. The thermal conductivity in the fiber axis direction of the pitch-based carbon short fibers A is preferably 300 W / (m · K) or more, and more preferably 400 W / (m · K) or more.
The pitch-based short carbon fiber A fiber is particularly excellent in thermal conductivity and handling properties by satisfying all the above-mentioned ranges.

さらに、本発明におけるピッチ系炭素短繊維Aは、繊維端面のグラフェンシートが閉じていることが好ましい。グラフェンシートが閉じているか否かは、透過型電子顕微鏡で観察すれば容易に確認することができる。
すなわち、グラフェンシートが閉じている状態とは、グラフェンシートそのものの端部がピッチ系炭素短繊維Aの端部に露出することなく、グラフェンシートが略U字上に湾曲し、湾曲部分がピッチ系炭素短繊維A端部に露出した状態を指す。
Furthermore, it is preferable that the graphene sheet of the fiber end surface of the pitch-based carbon short fiber A in the present invention is closed. Whether or not the graphene sheet is closed can be easily confirmed by observation with a transmission electron microscope.
That is, the state in which the graphene sheet is closed means that the end of the graphene sheet itself is not exposed to the end of the pitch-based carbon short fiber A, and the graphene sheet is curved substantially U-shaped, and the curved portion is pitch-based. The state exposed to the carbon short fiber A edge part is pointed out.

グラフェンシートが閉じている場合には、余分な官能基の発生や、形状に起因する電子の局在化が起こらないので、水のような不純物濃度を低減することができ、膨張黒鉛Bとの親和性をより高めることが可能になり好ましい。特に、本発明のように、繊維長さの短いピッチ系炭素短繊維Aにおいては、ピッチ系炭素短繊維Aの表面積に占める端面の割合が高いことより、グラフェンシートが閉じていることが特に好ましい。   When the graphene sheet is closed, generation of extra functional groups and localization of electrons due to the shape do not occur, so that the concentration of impurities such as water can be reduced. This is preferable because the affinity can be further increased. In particular, in the pitch-based carbon short fibers A having a short fiber length as in the present invention, it is particularly preferable that the graphene sheet is closed because the ratio of the end faces in the surface area of the pitch-based carbon short fibers A is high. .

また、ピッチ系炭素短繊維Aフィラーは、表面処理したのちサイジング剤をフィラーに対し0.01〜10重量%、好ましくは0.1〜2.5重量%添着させてもよい。サイジング剤としては通常用いられる任意のものが使用でき、具体的にはエポキシ化合物、水溶性ポリアミド化合物、飽和ポリエステル、不飽和ポリエステル、酢酸ビニル、水、アルコール、グリコールを単独又はこれらの混合物で用いることができる。しかし、本発明では、補強効果をあまり重視していないので、熱抵抗となるサイジングを積極的に実施する必要性は小さい。   In addition, the pitch-based carbon short fiber A filler may be surface-treated, and then a sizing agent may be added to the filler in an amount of 0.01 to 10% by weight, preferably 0.1 to 2.5% by weight. As the sizing agent, any commonly used sizing agent can be used. Specifically, an epoxy compound, a water-soluble polyamide compound, a saturated polyester, an unsaturated polyester, vinyl acetate, water, alcohol, glycol are used alone or in a mixture thereof. Can do. However, in the present invention, since the reinforcing effect is not so important, there is little need to actively carry out sizing that becomes thermal resistance.

本発明での膨張黒鉛Bの原料となる黒鉛は、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等の結晶性の高い黒鉛が好ましい。しかし、価格的に天然黒鉛がより好ましい。天然黒鉛としては、制限はなく市販品を用いることができる。膨張黒鉛Bは、酸性物質及び酸化剤を含む溶液中に浸漬して黒鉛層間化合物を生成させる工程、前記黒鉛層間化合物を加熱して黒鉛結晶のC軸方向を膨張させて膨張黒鉛Bとする工程、必要に応じて水洗、乾燥工程を含むことにより得ることができる。黒鉛の処理に用いられる酸性物質は、硫酸又は硫酸と硝酸との混合液が好適に使用される。さらに、酸化剤としては、過酸化水素、塩酸が、良好な膨張黒鉛Bを得る上で好適に用いられる。   The graphite that is the raw material of the expanded graphite B in the present invention is preferably graphite with high crystallinity such as natural graphite, quiche graphite, and pyrolytic graphite. However, natural graphite is more preferable in terms of price. There is no restriction | limiting as natural graphite, A commercial item can be used. The expanded graphite B is immersed in a solution containing an acidic substance and an oxidizing agent to generate a graphite intercalation compound, and the graphite intercalation compound is heated to expand the C-axis direction of the graphite crystal to obtain expanded graphite B. If necessary, it can be obtained by including a washing step and a drying step. As the acidic substance used for the treatment of graphite, sulfuric acid or a mixed solution of sulfuric acid and nitric acid is preferably used. Furthermore, hydrogen peroxide and hydrochloric acid are preferably used as the oxidizing agent in order to obtain good expanded graphite B.

黒鉛を膨張黒鉛Bにする方法に制限はないが、公知の方法としては、黒鉛を硫酸又は硫酸と硝酸との混合液である酸性物質に浸漬し、さらに過酸化水素、塩酸等の酸化剤を添加して処理することにより黒鉛層間化合物を生成させ、次いで水洗してから急速加熱し、黒鉛結晶のC軸方向を膨張処理する方法がある。或いは市販の膨張黒鉛Bを用いても構わない。   There is no limitation on the method of converting graphite into expanded graphite B, but as a known method, graphite is immersed in an acidic substance which is sulfuric acid or a mixed solution of sulfuric acid and nitric acid, and an oxidizing agent such as hydrogen peroxide or hydrochloric acid is further added. There is a method in which a graphite intercalation compound is formed by adding and treating, followed by washing with water and then rapid heating to expand the C-axis direction of the graphite crystal. Alternatively, commercially available expanded graphite B may be used.

本発明での膨張黒鉛Bは、粒子状であって、粒径が5〜2000μmの範囲のものを用いることが好ましい。5μmより小さいものは、炭素短繊維との混合時に表面積の増大が著しい。粒径が2000μm以上のものを用いると、炭素短繊維との混合は問題ないが、成形性が悪くなる。より好ましくは、10〜1000μmであり、さらに好ましくは30〜500μmである。   The expanded graphite B in the present invention is preferably in the form of particles and having a particle size in the range of 5 to 2000 μm. When the size is less than 5 μm, the surface area increases remarkably when mixed with short carbon fibers. When a particle having a particle diameter of 2000 μm or more is used, there is no problem with mixing with short carbon fibers, but the moldability is deteriorated. More preferably, it is 10-1000 micrometers, More preferably, it is 30-500 micrometers.

本発明の熱伝導性成形材料は、薄層状に加工して熱伝導性成形シートとすることができる。厚みは0.1〜5mmの範囲であるが、特に0.1〜1mmの範囲が熱伝導性を向上させるために好ましい。   The heat conductive molding material of the present invention can be processed into a thin layer to form a heat conductive molding sheet. Although the thickness is in the range of 0.1 to 5 mm, the range of 0.1 to 1 mm is particularly preferable in order to improve the thermal conductivity.

また、熱伝導性成形材料に熱可塑性樹脂を添加し公知の手法で混合・混練し、その後薄層状に加工して熱伝導性シートとすることができる。熱伝導性成形材料に添加する熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネイト類、ポリエチレンテレフタレート類、ポリエチレン2,6ナフタレート類、ナイロン類、ポリプロピレン類、ポリエチレン類、ポリエーテルケトン類、ポリフェニレンスルフィド類、シリコーン類の1つ以上の高分子樹脂組成物を用いることができる。より具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のエチレン−α−オレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ABS樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)樹脂、変性PPE樹脂、脂肪族ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸類(ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル)、ポリアクリル酸類、ポリカーボネイト、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、アイオノマー等が挙げられる。そして、高分子樹脂組成物は、一種を単独で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよく、二種以上の高分子材料からなるポリマーアロイを使用してもよい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、熱硬化型変性PPE樹脂、熱硬化型PPE樹脂等が挙げられる。そして、これらは、一種で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよく、二種類以上の高分子材料からなるポリマーアロイを使用してもよい。さらに、マトリクス樹脂としては、炭素繊維強化プラスチック成形体に所望の物性を発現させるために熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を適宜混合して用いることもできる。   Further, a thermoplastic resin can be added to the heat conductive molding material, mixed and kneaded by a known method, and then processed into a thin layer to obtain a heat conductive sheet. Examples of the thermoplastic resin added to the heat conductive molding material include polycarbonates, polyethylene terephthalates, polyethylene 2,6 naphthalates, nylons, polypropylenes, polyethylenes, polyether ketones, polyphenylene sulfides, and silicones. Two or more polymer resin compositions can be used. More specifically, ethylene-α-olefin copolymers such as polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polymethylpentene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymer , Polyvinyl alcohol, polyacetal, fluorine resin (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polystyrene, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymer, ABS resin, polyphenylene ether (PPE) ) Resin, modified PPE resin, aliphatic polyamide, aromatic polyamide, polyimide, polyamideimide, polymethacrylic acid (polymethacrylate such as polymethylmethacrylate) Ester), polyacrylic acids, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyether sulfone, polyether nitrile, polyether ketone, polyketone, liquid crystal polymer, ionomer and the like. And a high molecular resin composition may be used individually by 1 type, may be used in combination of 2 or more types suitably, and may use the polymer alloy which consists of 2 or more types of polymeric materials. Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a phenol resin, a silicone resin, a polyurethane resin, a polyimide resin, a thermosetting modified PPE resin, and a thermosetting PPE resin. And these may be used by 1 type, may be used in combination of 2 or more types suitably, and may use the polymer alloy which consists of 2 or more types of polymeric materials. Furthermore, as the matrix resin, a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be appropriately mixed and used in order to develop desired physical properties in the carbon fiber reinforced plastic molded body.

熱伝導性成形材料と熱可塑性樹脂との混合量は、熱伝導性シートの性能によって大きく変化させることができるが、熱可塑性樹脂を添加しない場合、及び熱可塑性樹脂が50重量%程度までが添加範囲として規定される。50重量%を超えると、成形性は良好であるが、熱可塑性樹脂組成物が熱抵抗となってしまう。   The mixing amount of the heat conductive molding material and the thermoplastic resin can be changed greatly depending on the performance of the heat conductive sheet. However, when the thermoplastic resin is not added and up to about 50% by weight of the thermoplastic resin is added. Defined as a range. If it exceeds 50% by weight, the moldability is good, but the thermoplastic resin composition becomes thermal resistance.

本発明では、薄層状の加工をホットプレス法、コールドプレス法、ロール圧延法のいずれかによって実施し、熱伝導性成形材料を熱伝導性シートに加工することができる。特に、ロール圧延法が好適に用いられる。また、ロール圧延の際に、加熱ロールを用いることで、膨張黒鉛Bの伸ばされたC軸を戻しつつ、シート状に加工することが可能である。また、加熱ロールを用いた場合、熱可塑性樹脂組成物を溶融、再凝固させることで、熱可塑性樹脂由来の伸度を熱伝導性シートに付与することができる。   In the present invention, thin-layer processing can be performed by any one of a hot press method, a cold press method, and a roll rolling method, and the heat conductive molding material can be processed into a heat conductive sheet. In particular, a roll rolling method is preferably used. Moreover, it is possible to process into a sheet form, returning the C axis | shaft by which the expanded graphite B was extended by using a heating roll in the case of roll rolling. Moreover, when a heating roll is used, the elongation derived from a thermoplastic resin can be provided to a heat conductive sheet by melt | dissolving and resolidifying a thermoplastic resin composition.

本発明の熱伝導性シートは、打ち抜き加工や、裁断加工が可能であるため、平板状の放熱板として用いることができる。この放熱板は、電子部品やモーターの蓄熱を防止し、発生した熱を速やかに系外に放出することができる。   Since the heat conductive sheet of the present invention can be punched or cut, it can be used as a flat heat sink. This heat radiating plate prevents heat storage of electronic components and motors, and can quickly release generated heat to the outside of the system.

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
(1)ピッチ系炭素短繊維Aの平均繊維長及び繊維径分散度は、黒鉛化を経たピッチ系炭素短繊維Aを光学顕微鏡下400倍で10視野撮影し求めた。
(2)炭素繊維の熱伝導率は、焼成後の糸の抵抗率を測定し、特開平11−117143号公報に開示されている熱伝導率と電気比抵抗との関係を表す下記式(1)より求めた。
[数1]
K=1272.4/ER−49.4 (1)
ここで、Kは炭素繊維の熱伝導率W/(m・K)、ERは炭素繊維の電気比抵抗μΩmを表す。
(3)ピッチ系炭素短繊維Aの真密度は比重法を用いて求めた。
(4)放熱性は、75℃に加熱した分銅を熱伝導性成形シートに3分間乗せ、その後、分銅を取り除き30秒後の温度で評価した。30秒後の温度が比較例1の温度に比べて低いものを良好、高いものを悪化として評価とした。評価はサーモビュワーを用いて実施した。
Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
(1) The average fiber length and the fiber diameter dispersion of the pitch-based carbon short fibers A were determined by photographing the graphitic graphitized pitch-based carbon short fibers A at 400 times under an optical microscope at 10Ox.
(2) The thermal conductivity of the carbon fiber is determined by measuring the resistivity of the yarn after firing, and expressing the relationship between the thermal conductivity and electrical resistivity disclosed in JP-A-11-117143 (1) )
[Equation 1]
K = 1272.4 / ER-49.4 (1)
Here, K represents the thermal conductivity W / (m · K) of the carbon fiber, and ER represents the electrical specific resistance μΩm of the carbon fiber.
(3) The true density of the pitch-based carbon short fibers A was determined using a specific gravity method.
(4) The heat dissipation was evaluated at a temperature after 30 seconds by placing the weight heated to 75 ° C. on the thermally conductive molded sheet for 3 minutes, then removing the weight. Evaluations were made assuming that the temperature after 30 seconds was lower than the temperature of Comparative Example 1, and that the higher one was worse. Evaluation was carried out using a thermoviewer.

[実施例1]
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は100%、軟化点が287℃であった。メルトブロー法により、直径0.2mmφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分4800mの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均繊維径15μmのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付320g/mのピッチ系短繊維からなるウェブとした。
[Example 1]
A pitch made of a condensed polycyclic hydrocarbon compound was used as a main raw material. The optical anisotropy ratio was 100%, and the softening point was 287 ° C. Using a melt blow method, a hole cap having a diameter of 0.2 mmφ was used, heated air was ejected from the slit at a linear velocity of 4800 m / min, and the pitch was melted to produce pitch-based short fibers having an average fiber diameter of 15 μm. . The spun fibers were collected on a belt to form a mat, and then a web made of pitch-based short fibers having a basis weight of 320 g / m 2 by cross wrapping.

このウェブを空気中で175℃から285℃まで平均昇温速度7℃/分で昇温して不融化を行った。不融化したウェブを800℃で窒素雰囲気中で焼成した後、ミリングし、平均繊維長が30μmとなるように篩い分けを行った。その後、非酸化性雰囲気としたアチソン炉で3000℃まで加熱することで黒鉛化した。平均繊維径は10.1μmであった。これをピッチ系炭素短繊維Aとした。熱伝導度は480W/(m・K)であった。真密度は、1.95g/ccであった。透過型電子顕微鏡で観察した、ピッチ系炭素短繊維Aの端面はグラフェンシートが閉じていた。   The web was infusibilized by raising the temperature from 175 ° C. to 285 ° C. in air at an average heating rate of 7 ° C./min. The infusible web was fired at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then milled and sieved so that the average fiber length was 30 μm. Then, it graphitized by heating to 3000 degreeC with the Atchison furnace made into non-oxidizing atmosphere. The average fiber diameter was 10.1 μm. This was designated as pitch-based carbon short fiber A. The thermal conductivity was 480 W / (m · K). The true density was 1.95 g / cc. The graphene sheet was closed on the end face of the pitch-based short carbon fiber A observed with a transmission electron microscope.

ピッチ系炭素短繊維Aと平均粒径が100μmの西村黒鉛製の膨張黒鉛B(膨張黒鉛B)とを重量比で25:75で混合し熱伝導性成形材料とした。
作製した熱伝導性性成形材料をロール圧延で0.3mm厚みの熱伝導性成形シートとした。ロール圧延は、ロール温度200℃、圧力7.35MPaで実施した。
分銅を取り除き30秒後の温度は33℃であり、放熱性は良好であった。
Pitch-based short carbon fibers A and expanded graphite B (expanded graphite B) made by Nishimura Graphite having an average particle size of 100 μm were mixed at a weight ratio of 25:75 to obtain a heat conductive molding material.
The produced heat conductive molding material was made into a 0.3 mm thick heat conductive molding sheet by roll rolling. Roll rolling was performed at a roll temperature of 200 ° C. and a pressure of 7.35 MPa.
The temperature 30 seconds after removing the weight was 33 ° C., and the heat dissipation was good.

[実施例2]
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は100%、軟化点が287℃であった。メルトブロー法により、直径0.2mmφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分4800mの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径15μmのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付320g/mのピッチ系短繊維からなるウェブとした。
[Example 2]
A pitch made of a condensed polycyclic hydrocarbon compound was used as a main raw material. The optical anisotropy ratio was 100%, and the softening point was 287 ° C. Using a melt blow method, a hole cap having a diameter of 0.2 mmφ was used, heated air was ejected from the slit at a linear velocity of 4800 m / min, and the melt pitch was pulled to produce pitch-based short fibers having an average diameter of 15 μm. The spun fibers were collected on a belt to form a mat, and then a web made of pitch-based short fibers having a basis weight of 320 g / m 2 by cross wrapping.

このウェブを空気中で175℃から285℃まで平均昇温速度7℃/分で昇温して不融化を行った。不融化したウェブを窒素雰囲気中で800℃で焼成した後、ミリングし、平均繊維長が30μmに篩い分けを行った。その後、非酸化性雰囲気としたアチソン炉で3000℃まで加熱することで黒鉛化した。平均繊維径は10.1μmであった。これをピッチ系炭素短繊維Aとした。熱伝導度は480W/(m・K)であった。真密度は、1.95g/ccであった。透過型電子顕微鏡で観察した、ピッチ系炭素短繊維Aの端面はグラフェンシートが閉じていた。   The web was infusibilized by raising the temperature from 175 ° C. to 285 ° C. in air at an average heating rate of 7 ° C./min. The infusibilized web was fired at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then milled and sieved to an average fiber length of 30 μm. Then, it graphitized by heating to 3000 degreeC with the Atchison furnace made into non-oxidizing atmosphere. The average fiber diameter was 10.1 μm. This was designated as pitch-based carbon short fiber A. The thermal conductivity was 480 W / (m · K). The true density was 1.95 g / cc. The graphene sheet was closed on the end face of the pitch-based short carbon fiber A observed with a transmission electron microscope.

ピッチ系炭素短繊維Aと平均粒径が100μmの西村黒鉛製の膨張黒鉛B(膨張黒鉛B)とを重量比で1:1で混合し熱伝導性成形材料とした。
作製した熱伝導性性成形材料をロール圧延で0.3mm厚みの熱伝導性成形シートとした。ロール圧延は、ロール温度200℃、圧力7.35MPaで実施した。
分銅を取り除き30秒後の温度は30℃であり、放熱性は良好であった。
Pitch-based short carbon fibers A and expanded graphite B (expanded graphite B) made of Nishimura Graphite having an average particle size of 100 μm were mixed at a weight ratio of 1: 1 to obtain a heat conductive molding material.
The produced heat conductive molding material was made into a 0.3 mm thick heat conductive molding sheet by roll rolling. Roll rolling was performed at a roll temperature of 200 ° C. and a pressure of 7.35 MPa.
After removing the weight, the temperature after 30 seconds was 30 ° C., and the heat dissipation was good.

[実施例3]
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は100%、軟化点が287℃であった。メルトブロー法により、直径0.2mmφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分4800mの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径15μmのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付320g/mのピッチ系短繊維からなるウェブとした。
[Example 3]
A pitch made of a condensed polycyclic hydrocarbon compound was used as a main raw material. The optical anisotropy ratio was 100%, and the softening point was 287 ° C. Using a melt blow method, a hole cap having a diameter of 0.2 mmφ was used, heated air was ejected from the slit at a linear velocity of 4800 m / min, and the melt pitch was pulled to produce pitch-based short fibers having an average diameter of 15 μm. The spun fibers were collected on a belt to form a mat, and then a web made of pitch-based short fibers having a basis weight of 320 g / m 2 by cross wrapping.

このウェブを空気中で175℃から285℃まで平均昇温速度7℃/分で昇温して不融化を行った。不融化したウェブを窒素雰囲気中、800℃で焼成した後、ミリングし、平均繊維長が30μmに篩い分けを行った。その後、非酸化性雰囲気としたアチソン炉で3000℃まで加熱することで黒鉛化した。平均繊維径は10.1μmであった。これをピッチ系炭素短繊維Aとした。熱伝導度は480W/(m・K)であった。真密度は、1.95g/ccであった。透過型電子顕微鏡で観察した、ピッチ系炭素短繊維Aの端面はグラフェンシートが閉じていた。   The web was infusibilized by raising the temperature from 175 ° C. to 285 ° C. in air at an average heating rate of 7 ° C./min. The infusible web was fired at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then milled, and sieved to an average fiber length of 30 μm. Then, it graphitized by heating to 3000 degreeC with the Atchison furnace made into non-oxidizing atmosphere. The average fiber diameter was 10.1 μm. This was designated as pitch-based carbon short fiber A. The thermal conductivity was 480 W / (m · K). The true density was 1.95 g / cc. The graphene sheet was closed on the end face of the pitch-based short carbon fiber A observed with a transmission electron microscope.

ピッチ系炭素短繊維Aと平均粒径が100μmの西村黒鉛製の膨張黒鉛B(膨張黒鉛B)とを重量比で5:95で混合し熱伝導性成形材料とした。
作製した熱伝導性性成形材料をロール圧延で0.3mm厚みの熱伝導性成形シートとした。ロール圧延は、ロール温度200℃、圧力7.35MPaで実施した。
分銅を取り除き30秒後の温度は40℃であり、放熱性は良好であった。
Pitch-based short carbon fibers A and expanded graphite B (expanded graphite B) made by Nishimura Graphite having an average particle size of 100 μm were mixed at a weight ratio of 5:95 to obtain a heat conductive molding material.
The produced heat conductive molding material was made into a 0.3 mm thick heat conductive molding sheet by roll rolling. Roll rolling was performed at a roll temperature of 200 ° C. and a pressure of 7.35 MPa.
After removing the weight, the temperature after 30 seconds was 40 ° C., and the heat dissipation was good.

[比較例1]
ピッチ系炭素短繊維Aを用いずに平均粒径が100μmの西村黒鉛製の膨張黒鉛B(膨張黒鉛B)のみをロール圧延で0.3mm厚みの熱伝導性成形シートとした。ロール圧延は、ロール温度200℃、圧力7.35MPaで実施した。
分銅を取り除き30秒後の温度は43℃であり、放熱性は普通であった。
[Comparative Example 1]
Only the expanded graphite B (expanded graphite B) made by Nishimura Graphite having an average particle diameter of 100 μm without using the pitch-based carbon short fibers A was formed into a thermally conductive molded sheet having a thickness of 0.3 mm by roll rolling. Roll rolling was performed at a roll temperature of 200 ° C. and a pressure of 7.35 MPa.
After removing the weight, the temperature after 30 seconds was 43 ° C., and the heat dissipation was normal.

[実施例4]
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は100%、軟化点が287℃であった。直径0.2mmφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分4800mの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径15μmのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付320g/mのピッチ系短繊維からなるウェブとした。
[Example 4]
A pitch made of a condensed polycyclic hydrocarbon compound was used as a main raw material. The optical anisotropy ratio was 100%, and the softening point was 287 ° C. Using a hole cap with a diameter of 0.2 mmφ, heated air was ejected from the slit at a linear velocity of 4800 m / min, and the melt pitch was pulled to produce pitch-based short fibers having an average diameter of 15 μm. The spun fibers were collected on a belt to form a mat, and then a web made of pitch-based short fibers having a basis weight of 320 g / m 2 by cross wrapping.

このウェブを空気中で175℃から285℃まで平均昇温速度7℃/分で昇温して不融化を行った。不融化したウェブを窒素雰囲気中、800℃で焼成した後、ミリングし、平均繊維長が30μmに篩い分けを行った。その後、非酸化性雰囲気としたアチソン炉で3000℃まで加熱することで黒鉛化した。平均繊維径は10.1μmであった。これをピッチ系炭素短繊維Aとした。熱伝導度は480W/(m・K)であった。真密度は、1.95g/ccであった。透過型電子顕微鏡で観察した、ピッチ系炭素短繊維Aの端面はグラフェンシートが閉じていた。   The web was infusibilized by raising the temperature from 175 ° C. to 285 ° C. in air at an average heating rate of 7 ° C./min. The infusible web was fired at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then milled, and sieved to an average fiber length of 30 μm. Then, it graphitized by heating to 3000 degreeC with the Atchison furnace made into non-oxidizing atmosphere. The average fiber diameter was 10.1 μm. This was designated as pitch-based carbon short fiber A. The thermal conductivity was 480 W / (m · K). The true density was 1.95 g / cc. The graphene sheet was closed on the end face of the pitch-based short carbon fiber A observed with a transmission electron microscope.

ピッチ系炭素短繊維Aと平均粒径が100μmの西村黒鉛製の膨張黒鉛B(膨張黒鉛B)とを重量比で1:1で混合し、さらに熱可塑性樹脂としてポリエチレンをピッチ系炭素短繊維Aと膨張黒鉛Bとの総重量に対して10重量%添加し熱伝導性成形材料とした。
作製した熱伝導性性成形材料をロール圧延で0.3mm厚みの熱伝導性成形シートとした。ロール圧延は、ロール温度200℃、圧力7.35MPaで実施した。
分銅を取り除き30秒後の温度は39℃であり、放熱性はわずかに良好であった。しかし、熱伝導性成形シートに弾力性が付与された。
The pitch-based carbon short fibers A and the expanded graphite B (expanded graphite B) made by Nishimura Graphite with an average particle size of 100 μm are mixed at a weight ratio of 1: 1, and polyethylene is used as the thermoplastic resin for the pitch-based carbon short fibers A. And 10% by weight based on the total weight of the expanded graphite B and a thermally conductive molding material.
The produced heat conductive molding material was made into a 0.3 mm thick heat conductive molding sheet by roll rolling. Roll rolling was performed at a roll temperature of 200 ° C. and a pressure of 7.35 MPa.
After removing the weight, the temperature after 30 seconds was 39 ° C., and the heat dissipation was slightly good. However, elasticity was imparted to the heat conductive molded sheet.

[実施例5]
実施例2で作製した熱伝導性成形シートをコの字型に裁断し、モデル的な放熱板を作製した。作製(加工)は容易であった。加熱した分銅を置いたところ、コの字状に熱が拡散している様子が観測され、放熱性は良好であった。
[Example 5]
The heat conductive molded sheet produced in Example 2 was cut into a U shape to produce a model heat sink. Production (processing) was easy. When a heated weight was placed, it was observed that heat was diffusing in a U shape, and the heat dissipation was good.

Claims (10)

平均繊維径(D1)が5μm以上12μm以下の範囲であり、平均繊維長(L1)が10μm以上60μm以下の範囲であり、D1に対するL1の比が1〜10であるピッチ系炭素短繊維Aと、膨張黒鉛Bとを、
Aの重量W(A)とBの重量(B)との比、W(A):W(B)が1:1〜1:99の範囲となるように含有する、熱伝導性成形材料。
A pitch-based carbon short fiber A having an average fiber diameter (D1) in the range of 5 μm to 12 μm, an average fiber length (L1) in the range of 10 μm to 60 μm, and a ratio of L1 to D1 of 1 to 10; , Expanded graphite B,
A thermally conductive molding material, which is contained such that the ratio of the weight W (A) of A to the weight (B) of B, W (A): W (B) is in the range of 1: 1 to 1:99.
ピッチ系炭素短繊維Aと膨張黒鉛Bとは均一に分散混合されている、請求項1記載の熱伝導性成形材料。   The heat conductive molding material according to claim 1, wherein the pitch-based carbon short fibers A and the expanded graphite B are uniformly dispersed and mixed. ピッチ系炭素短繊維Aの真密度が1.5〜2.2g/ccの範囲であり、繊維軸方向の熱伝導率が300W/(m・K)以上である、請求項1または2に記載の熱伝導性成形材料。   The true density of the pitch-based carbon short fibers A is in the range of 1.5 to 2.2 g / cc, and the thermal conductivity in the fiber axis direction is 300 W / (m · K) or more. Thermally conductive molding material. ピッチ系炭素短繊維Aの繊維端面のグラフェンシートが閉じている、請求項1〜3のいずれかに記載の熱伝導性成形材料。   The heat conductive molding material in any one of Claims 1-3 with which the graphene sheet of the fiber end surface of the pitch-type carbon short fiber A is closed. 膨張黒鉛Bが粒子状であって、その粒径が5μm〜2000μmの範囲である、請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝導性成形材料。   The thermally conductive molding material according to any one of claims 1 to 4, wherein the expanded graphite B is in the form of particles and has a particle size in the range of 5 µm to 2000 µm. 請求項1に記載の熱伝導性成形材料を薄層状にした熱伝導性成形シート。   A heat conductive molding sheet obtained by forming the heat conductive molding material according to claim 1 into a thin layer. 請求項1に記載の熱伝導性成形材料に、さらに熱可塑性樹脂を添加し、混合した後に薄層状にした熱伝導性成形シート。   A heat conductive molding sheet according to claim 1, wherein a thermoplastic resin is further added to the heat conductive molding material according to claim 1 and mixed to form a thin layer. 熱可塑性樹脂が、ポリカーボネイト類、ポリエチレンテレフタレート類、ポリエチレン2,6ナフタレート類、ナイロン類、ポリプロピレン類、ポリエチレン類、ポリエーテルケトン類、ポリフェニレンスルフィド類、シリコーン類の群よりなる少なくとも1種以上の樹脂よりなる、請求項7に記載の熱伝導性シート。   The thermoplastic resin is at least one resin comprising the group of polycarbonates, polyethylene terephthalates, polyethylene 2,6 naphthalates, nylons, polypropylenes, polyethylenes, polyether ketones, polyphenylene sulfides, and silicones. The thermally conductive sheet according to claim 7. 熱伝導性成形材料を薄層状にする処理が、ホットプレス法、コールドプレス法、ロール圧延法のいずれかによって行われた、請求項6〜8のいずれかに記載の熱伝導性成形シート。   The thermally conductive molded sheet according to any one of claims 6 to 8, wherein the treatment for forming the thermally conductive molding material into a thin layer is performed by any one of a hot press method, a cold press method, and a roll rolling method. 請求項6〜9のいずれかに記載の熱伝導性成形シートを用いて作製した放熱板。   The heat sink produced using the heat conductive molded sheet in any one of Claims 6-9.
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