JP2008195766A - 樹脂複合材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】樹脂材料にフィラーが分散されてなる樹脂複合材料である。フィラーとしては、平均アスペクト比20以上の無機フィラーからなる基材31と、その表面を被覆するセラミックスからなる皮膜32と有する被覆フィラー3を用いる。好ましくは、無機フィラーは、天然鉱物、ガラス繊維、ガラスウール、ウィスカ、金属繊維、カーボンナノチューブ、炭素繊維がよい。また、好ましくは、セラミックスは、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素から選ばれる1種以上の無機化合物又はケイ酸塩ガラスからなることがよい。
【選択図】図2
Description
また、ガラス繊維等からなる針状フィラーを添加した樹脂複合材料においても、少量の針状フィラーでは十分に熱伝導性を向上させることができなかった。
上記フィラーとして、平均アスペクト比20以上の無機フィラーからなる基材と、該基材の表面を被覆するセラミックスからなる皮膜とを有する被覆フィラーを用いることを特徴とする樹脂複合材料にある(請求項1)。
そのため、上記被覆フィラーがその大きなアスペクト比を生かして上記樹脂材料中で熱伝導のパスを効率的に形成することができる。そのため、上記樹脂複合材料は、上記被覆フィラーの添加量を少なくしても、優れた熱伝導性を発揮することができる。
本発明の樹脂複合材料は、樹脂材料にフィラーが分散されてなる。
上記樹脂材料は、上記樹脂複合材料の用途に応じて適宜選択することができる。具体的には、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルイミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)樹脂、エポキシ、フェノール、液晶樹脂(LCP)等を用いることができる。
上記無機フィラーの平均アスペクト比が20未満の場合には、上記被覆フィラーが上記樹脂複合材料中で熱伝導のパスを十分に形成し難くなり、上記樹脂複合材料の熱伝導性が不十分になるおそれがある。上記基材としては、例えば板状、鱗片状、針状、又は繊維状等の無機フィラーを用いることができる。
また、上記無機フィラーを上記皮膜で被覆してなる上記被覆フィラーについても、その平均アスペクト比は20以上であることが好ましい。また、被覆フィラーの平均アスペクト比が100を越えると、上記被覆フィラーを樹脂材料に分散させて上記樹脂複合材料を作製する際に、上記被覆フィラーが破損し易くなる。そのため、被覆フィラーの平均アスペクト比の上限は、100以下がよい。
また、上記無機フィラーは、ガラス繊維及び/又はガラスウールであることが好ましい(請求項3)。
また、上記無機フィラーは、SiCウィスカ、アルミナウィスカ、酸化マグネシウムウィスカ、ケイ酸カルシウムウィスカ、水酸化アルミニウムウィスカ、炭酸カルシウムウィスカ、窒化珪素ウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ、硫酸カルシウムウィスカ、及び二ホウ化チタンウィスカから選ばれる1種以上のウィスカであることが好ましい(請求項4)。
これらの場合には、平均アスペクト比20以上のフィラーを比較的容易に入手することができる。また、これらの無機フィラーは融点が高いため、上記無機フィラーの表面にセラミックスからなる皮膜を形成して上記被覆フィラーを作製する際に、高温度条件下で皮膜を形成することができる。そのため、例えばセラミックス成分を含む気相中で上記無機フィラーの表面にセラミックスを成長させる気相成長法や、セラミックス成分を含む溶液中に上記無機フィラーを浸漬し、焼成する溶液浸漬法等により、上記被覆フィラーを簡単に作製することができる。
この場合には、上記セラミックスの高い熱伝導率を生かして、上記被覆フィラーの熱伝導性を上記無機フィラーに比べてより一層向上させることができる。その結果、上記樹脂複合材料の熱伝導性をより一層向上させることができる。
また、上記無機フィラーは、カーボンナノチューブ及び/又は炭素繊維であることが好ましい(請求項7)。
これらの場合にも、平均アスペクト比20以上のフィラーを比較的容易に入手することができる。また、これらの無機フィラーは比較的融点が高いため、上記無機フィラーの表面にセラミックスからなる皮膜を形成して上記被覆フィラーを作製する際に、高温度条件下で皮膜を形成することができる。そのため、例えばセラミックス成分を含む気相中で上記無機フィラーの表面にセラミックスを成長させる気相成長法や、セラミックス成分を含む溶液中に上記無機フィラーを浸漬し、焼成する溶液浸漬法等により、上記被覆フィラーを簡単に作製することができる。
上記炭素繊維としては、例えば気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber;VGCF「登録商標」)等を用いることができる。
この場合には、上記セラミックスの高い熱伝導率を生かして、上記被覆フィラーの熱伝導性を上記無機フィラーに比べて一層向上させることができる。その結果、上記樹脂複合材料の熱伝導性をより一層向上させることができる。
この場合には、少量のフィラー添加量で優れた熱伝導性を発揮できるという上記樹脂複合材料の特徴をより顕著に得ることができる。そのため、上記樹脂複合材料は、樹脂本来の強度等の物性をほとんどそこねることがなく、優れた熱伝導性を示すことができる。また、この場合には、樹脂材料本来の成形性をほとんど損ねることなく、上記樹脂複合材料を成形することができる。
上記被覆フィラーが5体積%未満の場合には、上記樹脂複合材料の熱伝導性が低下するおそれがある。一方、40体積%以上の場合には、成形性や物性等の樹脂本来の優れた特性が損なわれるおそれがある。より好ましくは、上記被覆フィラーの含有量は、10体積%〜35体積%がよく、さらに好ましくは15体積%〜30体積%がよい。
この場合には、上記樹脂複合材料の優れた放熱性を充分に活用することができる。
上記放熱部材としては、具体的には例えばラジエータ、ヒータコア、及びインバータ等の熱交換器のチューブ、モータ及びオルタネータ等の回転機のカバー、エレクトロニック・コントロール・ユニット(ECU)のカバー、ペルチェ素子の絶縁樹脂皮膜等がある。
この場合には、上記樹脂複合材料の優れた特性をより顕著に発揮することができる。
即ち、上記樹脂複合材料においては、上記のごとくフィラーの添加量を少なくしても充分に優れた熱伝導性を示すことができる。そのため、樹脂材料本来の強度等の物性をほとんど損ねることなく、優れた熱伝導性を発揮することができる。それ故、上述のごとく5mm以下という肉厚の小さな放熱部材に適用しても充分な強度を保ちつつ優れた熱伝導性を示すことができる。
本例は、樹脂複合材料を作製し、その特性を評価する例である。
まず、以下のようにして被覆フィラーを作製した。
即ち、まず、直径6.5μm、長さ3mmの繊維状のガラス繊維を準備し、このガラス繊維を(株)高純度化学研究所製のコート材(アルミナ膜用Al−O3−P Al2O3)に浸漬した。その後、温度120℃で10分間乾燥し、さらに温度550℃で1時間焼成した。これにより、図2に示すごとく、ガラス繊維からなる基材31の表面にアルミナからなる皮膜32を形成し、被覆フィラー3を得た。
次いで、得られた樹脂複合材料をストランド状に押出した後、水で急冷し、ストランドカッターでカットして顆粒状の樹脂複合材料を得た。これを試料Eとする。
まず、顆粒状の樹脂複合材料を成形し、厚み1mmの平板サンプルを得た。次いで、切削加工を行い、縦5mm×横5mm×厚み1mmの板状サンプルを作製した。
次に、京都電子工業(株)製の熱物性測定装置(LFA−502)を用いて、レーザーフラッシュ法により板状サンプルの熱伝導率を測定した。測定は、温度25℃、大気雰囲気条件下で行った。その結果を図3に示す。
試料C1は、PPS樹脂中にフィラーとして球状のアルミナ粒子を含有する樹脂複合材料である。
試料C1の作製にあたっては、まず、PPS樹脂に、平均粒径約30μmの球状のアルミナ粒子を添加し、上記試料Eと同様に二軸押出機を用いて、温度300℃で溶融混練を行い、アルミナ粒子をPPS樹脂中に均一に分散させた。その後、上記試料Eと同様にしてストランド状に押出した後、水で急冷し、ストランドカッターでカットして顆粒状の樹脂複合材料(試料C1)を得た。
試料C2は、大日本インキ化学工業(株)製のガラス繊維強化リニアー型PPS(FZ−2140)をPPS樹脂で所望の濃度に希釈することにより作製した。その後、上記試料Eと同様にしてストランド状に押出した後、水で急冷し、ストランドカッターでカットして顆粒状の樹脂複合材料(試料C2)を得た。
そのため、被覆フィラー3がその大きなアスペクト比を生かして樹脂材料2中で熱伝導のパスを効率的に形成することができる。そのため、樹脂複合材料(試料E)1は、被覆フィラー3の添加量を少なくしても、上述のごとく優れた熱伝導性を発揮することができる。
また、樹脂複合材料1は、熱伝導性だけでなく絶縁性を示すことができる。そのため、樹脂複合材料1は、絶縁性を必要とする放熱部材等に好適に用いることができる。
2 樹脂材料
3 被覆フィラー
31 基材
32 皮膜
Claims (11)
- 樹脂材料にフィラーが分散されてなる樹脂複合材料であって、
上記フィラーとして、平均アスペクト比20以上の無機フィラーからなる基材と、該基材の表面を被覆するセラミックスからなる皮膜とを有する被覆フィラーを用いることを特徴とする樹脂複合材料。 - 請求項1において、上記無機フィラーは、マイカ、タルク、及びセピオライトから選ばれる1種以上の天然鉱物であることを特徴とする樹脂複合材料。
- 請求項1において、上記無機フィラーは、ガラス繊維及び/又はガラスウールであることを特徴とする樹脂複合材料。
- 請求項1において、上記無機フィラーは、SiCウィスカ、アルミナウィスカ、酸化マグネシウムウィスカ、ケイ酸カルシウムウィスカ、水酸化アルミニウムウィスカ、炭酸カルシウムウィスカ、窒化珪素ウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ、硫酸カルシウムウィスカ、及び二ホウ化チタンウィスカから選ばれる1種以上のウィスカであることを特徴とする樹脂複合材料。
- 請求項2〜4のいずれか一項において、上記セラミックスは、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素から選ばれる1種以上の無機化合物からなることを特徴とする樹脂複合材料。
- 請求項1において、上記無機フィラーは、SUS繊維、アルミ繊維、及び銅繊維から選ばれる1種以上の金属繊維であることを特徴とする樹脂複合材料。
- 請求項1において、上記無機フィラーは、カーボンナノチューブ及び/又は炭素繊維であることを特徴とする複合材料。
- 請求項6又は7において、上記セラミックスは、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素から選ばれる1種以上の無機化合物又はケイ酸塩ガラスからなることを特徴とする樹脂複合材料。
- 請求項1〜8のいずれか一項において、上記樹脂複合材料は、上記被覆フィラーを5体積%以上かつ40体積%未満含有することを特徴とする樹脂複合材料。
- 請求項1〜9のいずれか一項において、上記樹脂複合材料は、放熱部材に用いられることを特徴とする樹脂複合材料。
- 請求項10において、上記樹脂複合材料は、厚み10mm以下の上記放熱部材に用いられることを特徴とする樹脂複合材料。
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