JP2008208159A - Heat-resistant heat-conductive composite sheet and heat-resistant heat-conductive sheet - Google Patents

Heat-resistant heat-conductive composite sheet and heat-resistant heat-conductive sheet Download PDF

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JP2008208159A JP2007043671A JP2007043671A JP2008208159A JP 2008208159 A JP2008208159 A JP 2008208159A JP 2007043671 A JP2007043671 A JP 2007043671A JP 2007043671 A JP2007043671 A JP 2007043671A JP 2008208159 A JP2008208159 A JP 2008208159A
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辰一郎 金
Shigeki Hirata
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To develop a heat-dissipating material having heat-conductance and heat-resistance. <P>SOLUTION: The composite material having heat-conductivity and heat-resistance at the same time is produced by compounding a thermoplastic resin composed mainly of a fluororesin and having a melting point of ≥250°C with a highly heat-conductive carbon fiber containing remarkably developed graphite crystals and produced by using mesophase pitch as a raw material. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、耐熱性と熱伝導性をともに有する複合材料、および成型してなる熱伝導性シートに関する。更に詳しくは、本発明は、高温の発熱源に接して又は当該発熱源の近傍に設けられ、熱の効率的な伝送、輸送、放散等の目的で用いられる耐熱性熱伝導複合材料および熱伝導シートに関する。   The present invention relates to a composite material having both heat resistance and heat conductivity, and a heat conductive sheet formed by molding. More specifically, the present invention relates to a heat-resistant heat-conducting composite material and a heat-conducting material that are provided in contact with or near a high-temperature heat source and used for the purpose of efficient transmission, transportation, dissipation, etc. of heat. Regarding the sheet.

CPU、MPU、パワートランジスタ、LED、レーザーダイオード等の発熱量の大きな電気素子、デバイス類(以下、これらを纏めて「デバイス」と記す。)では、デバイスの放熱技術が大きな課題となっている。これら放熱の為には、例えばヒートシンク、ヒートパイプ等の冷却源が用いられているが(例えば特許文献1〜3)、これらデバイスと冷却源の熱伝導性を高める目的で放熱シートが用いられる事が多い。   In electrical elements and devices (hereinafter, collectively referred to as “devices”) that generate a large amount of heat, such as CPUs, MPUs, power transistors, LEDs, and laser diodes, the heat dissipation technology of devices has become a major issue. For these heat dissipation, for example, a cooling source such as a heat sink or a heat pipe is used (for example, Patent Documents 1 to 3), but a heat dissipation sheet is used for the purpose of increasing the thermal conductivity of these devices and the cooling source. There are many.

さて従来、放熱シートとしては、熱伝導性フィラー等を充填したゴム状弾性シートが提案されてきている。これらはゴムが弾性変形して被接触体(デバイスやヒートシンク等)表面の微小な凹凸形状に入り込み、そこにあった空気を追い出すことによって、被接触体間の実質的な接触面積が高められ、熱伝達効率が向上する事を意図して設計されたものである。   Conventionally, a rubber-like elastic sheet filled with a thermally conductive filler or the like has been proposed as a heat dissipation sheet. The rubber elastically deforms and enters the surface of the contacted object (device, heat sink, etc.) with minute irregularities, and by expelling the air there, the substantial contact area between the contacted objects is increased. Designed to improve heat transfer efficiency.

しかしながら、これら従来の熱伝導シートでは、マトリクス樹脂として室温でゴム状の弾性を示すものが用いられているため、例えば、発熱体温度が150℃を超える環境下では、耐熱性が劣るため、経時的に劣化を起こしたり、機械的強度が不十分になる等の問題があり、安定に使用することは困難であった。   However, in these conventional heat conductive sheets, a matrix resin that exhibits rubber-like elasticity at room temperature is used. For example, in an environment where the heating element temperature exceeds 150 ° C., the heat resistance is inferior. It has been difficult to use stably due to problems such as deterioration of the mechanical strength and insufficient mechanical strength.

このような事情に鑑み、本発明者は、これら高温環境下での使用にも耐える耐熱性と優れた熱伝導性を兼備した材料を鋭意探索したところ、後述のように、特定のフッ素樹脂と特定の炭素繊維からなる複合材料が好適に用いることが可能であることを見出し、本発明を達成したものである。   In view of such circumstances, the present inventor has eagerly searched for a material having both heat resistance and excellent thermal conductivity that can withstand use under these high-temperature environments. It has been found that a composite material composed of specific carbon fibers can be suitably used, and the present invention has been achieved.

ここでフッ素樹脂と炭素繊維を混合してなる複合材料については、既に摺動材料の用途に多くの提案が為されている。(例えば特許文献4〜8)。しかしながら、これらの提案においては、炭素繊維は複合材料の機械的補強、耐摩擦性の向上等を目的に混合されるため、炭素繊維は、機械的強度、耐摩耗性に優れた特性を有するPANおよび等方性ピッチを原料とする炭素繊維が選択されており、これらの炭素繊維は高い熱伝導率を有していないために、複合材料の熱伝導率も高いものが得られていない。(例えば特許文献4、5の実施例には、複合材料の熱伝導率の記載が為されているが、フッ素樹脂自身の熱伝導率である0.2〜0.3W/m・Kよりもわずかに高い値が例示されているものの、優れた熱伝導性を有しているとは決して言えない)。尚、これらの炭素繊維の熱伝導率が高くない理由は、炭素繊維における熱伝導の主体となる黒鉛結晶の発達が不十分である為である。
すなわち従来、摺動材料用途その他で提案されてきたフッ素樹脂と炭素繊維を含む一般的な複合材料には、高熱伝導性材料としての機能は期待できない。
Here, many proposals have already been made for the use of sliding materials for composite materials obtained by mixing fluororesin and carbon fibers. (For example, patent documents 4-8). However, in these proposals, carbon fibers are mixed for the purpose of mechanical reinforcement of composite materials, improvement of friction resistance, etc., so carbon fibers are PAN having excellent mechanical strength and wear resistance. Carbon fibers using isotropic pitch as a raw material have been selected. Since these carbon fibers do not have high thermal conductivity, those having high thermal conductivity of composite materials have not been obtained. (For example, in Examples of Patent Documents 4 and 5, the thermal conductivity of the composite material is described, but the thermal conductivity of the fluororesin itself is 0.2 to 0.3 W / m · K. Although a slightly higher value is exemplified, it cannot be said that it has excellent thermal conductivity). In addition, the reason why the thermal conductivity of these carbon fibers is not high is that the development of graphite crystals, which are the main component of thermal conduction in the carbon fibers, is insufficient.
That is, the function as a high heat conductive material cannot be expected for a general composite material including a fluororesin and carbon fiber, which has been conventionally proposed for use as a sliding material.

特開2003−273300号公報JP 2003-273300 A 特開2004−071643号公報JP 2004-071643 A 特開2005−259794号公報JP 2005-259794 A 特開平5−320455号公報JP-A-5-320455 特開2001−131372号公報JP 2001-131372 A 特開平9−132691号公報JP-A-9-132691 特開昭61−037842号公報JP 61-037842 A 特開昭62−223255号公報JP-A-62-2223255

従来提案の放熱シート・熱伝達部材は、熱伝導阻害原因である被接触体(デバイスやヒートシンク等)における表面凹凸に基づく有効接触面積の減少を、弾性体を適用することによって抑制・増加する目的で用いられることは既述した通りである。またデバイスとヒートシンク等との直接接触による機械的応力を緩和する目的で、ゴム弾性を有する層状体が提案されている。従来技術では、放熱シート・熱伝達部材がゴム弾性体を利用することから、耐熱性や機械的特性に劣り、安定な使用ができないとの問題点があった。
本発明の目的は、上記従来技術が有していた耐熱性に関する課題を解消し、耐熱性と熱伝導性と兼備した耐熱性熱伝導複合材を提供することにある。
Conventionally proposed heat dissipation sheet / heat transfer member is intended to suppress / increase the decrease in effective contact area due to surface irregularities in the contacted body (device, heat sink, etc.) that is the cause of heat conduction inhibition by applying elastic body As described above, it is used in. In addition, a layered body having rubber elasticity has been proposed for the purpose of relaxing mechanical stress due to direct contact between the device and a heat sink or the like. In the prior art, since the heat radiating sheet and the heat transfer member use a rubber elastic body, there is a problem in that the heat resistance and mechanical characteristics are inferior, and stable use is not possible.
An object of the present invention is to provide a heat-resistant and heat-conductive composite material that solves the problems related to heat resistance that the prior art has, and combines heat resistance and heat conductivity.

すなわち、本発明の課題を満足する放熱シートは、基本的に熱伝導性が要求されるものの、第1に耐熱性を備えることが要件であり、しかも第2に被接触体と密着できる柔軟性が満たされねばならない。かような性能を有する放熱性の材料を開発することが本発明の目的である。
本発明者は、柔軟性を備えた耐熱性樹脂をマトリクスとし、これに黒鉛化炭素繊維を適量配合してなる組成物(複合材)が上述の課題を解決できることを知見し、本発明を達成した。
That is, the heat-radiating sheet that satisfies the problems of the present invention basically requires thermal conductivity, but firstly it is required to have heat resistance, and secondly, it is flexible enough to be in close contact with the contacted body. Must be satisfied. It is an object of the present invention to develop a heat-dissipating material having such performance.
The present inventors have found that a composition (composite material) obtained by blending an appropriate amount of graphitized carbon fiber in a heat-resistant resin with flexibility as a matrix can solve the above-mentioned problems, and has achieved the present invention. did.

即ち、本発明は以下の通りである。
1.融点250℃以上の熱可塑性樹脂とアスペクト比2以上の炭素繊維を少なくとも複合してなり、下記(A)〜(E)の各要件を満足し、熱伝導率が0.7W/m・K以上である耐熱性熱伝導複合材料。
(A)熱可塑性樹脂の少なくとも50重量%以上がフッ素樹脂からなること、
(B)炭素繊維は出発原料にメソフェーズピッチを用いた黒鉛化炭素繊維であること、
(C)炭素繊維の真密度は1.7〜2.5g/ccであること、
(D)炭素繊維に含まれる黒鉛結晶のc軸方向、ab軸方向の結晶子サイズがともに20nm以上であること、
(E)炭素繊維は複合材料中に5〜50重量%の割合で混合されること
2.炭素繊維の熱伝導率が少なくとも200W/m・K以上である前記1の耐熱性熱伝導複合材料。
3.フッ素樹脂は、テトラフルオロエチレンもしくはこの共重合体を少なくとも含む前記1もしくは2のいずれかの耐熱性熱伝導性複合材料。
4.前記1〜3のいずれかの耐熱性熱伝導複合材料を、厚み20〜5000μmのシート状に成型してなる耐熱性熱伝導シート。
That is, the present invention is as follows.
1. It is composed of at least a thermoplastic resin having a melting point of 250 ° C. or higher and a carbon fiber having an aspect ratio of 2 or higher, satisfies the following requirements (A) to (E), and has a thermal conductivity of 0.7 W / m · K or higher. Is a heat-resistant heat conductive composite material.
(A) At least 50% by weight or more of the thermoplastic resin is made of a fluororesin,
(B) The carbon fiber is a graphitized carbon fiber using mesophase pitch as a starting material,
(C) The true density of the carbon fiber is 1.7 to 2.5 g / cc,
(D) The crystallite size in the c-axis direction and ab-axis direction of the graphite crystal contained in the carbon fiber is both 20 nm or more,
(E) Carbon fiber is mixed in the composite material in a proportion of 5 to 50% by weight. The heat-resistant heat-conductive composite material according to 1 above, wherein the carbon fiber has a heat conductivity of at least 200 W / m · K or more.
3. The heat-resisting heat conductive composite material according to any one of 1 and 2, wherein the fluororesin contains at least tetrafluoroethylene or a copolymer thereof.
4). A heat-resistant heat conductive sheet obtained by molding the heat-resistant heat-conductive composite material of any one of 1 to 3 into a sheet having a thickness of 20 to 5000 μm.

本発明によれば、耐熱性と熱伝導性とを両立せしめ、かつデバイス表面を傷つけることのない、耐熱性の熱伝導複合材を提供することができる。この部材は、放熱シート・熱伝達部材としてデバイスを覆うように、又はヒートシンク、ヒートパイプの如き熱伝導・放熱部材とデバイスとの部位を接合するように配置されて熱伝導効率を高める。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat resistant heat conductive composite material which makes heat resistance and heat conductivity compatible, and does not damage a device surface can be provided. This member is disposed so as to cover the device as a heat-dissipating sheet / heat transfer member, or to join the heat conduction / heat-dissipating member such as a heat sink and a heat pipe to the device, thereby improving the heat conduction efficiency.

以下において、本発明を更に詳しく説明する。
本発明に用いる炭素繊維は、その繊維軸方向の熱伝導率として、少なくとも200W/(m・K)以上である事が好ましく、より好ましくは300W/(m・K)以上、更に好ましくは400W/(m・K)以上、最も好ましくは500W/(m・K)以上である。
In the following, the present invention will be described in more detail.
The carbon fiber used in the present invention preferably has a thermal conductivity in the fiber axis direction of at least 200 W / (m · K) or more, more preferably 300 W / (m · K) or more, and still more preferably 400 W / (M · K) or more, most preferably 500 W / (m · K) or more.

このような高い熱伝導率を炭素繊維に発現させる上では、炭素繊維中の黒鉛結晶の含有率(以下、黒鉛化率と記す)が高い事が好ましく、また結晶子のサイズが大きい事が高熱伝導実現に好ましい。これは炭素繊維における熱伝導が主にフォノンの伝導によって担われている事に起因する。
黒鉛化率に関しては、その反映値としてピッチ系黒鉛化炭素繊維の真密度が1.7〜2.5g/ccの範囲にあることが好ましい。
In order to develop such a high thermal conductivity in the carbon fiber, it is preferable that the content of graphite crystals in the carbon fiber (hereinafter referred to as graphitization rate) is high, and that the crystallite size is large. It is preferable to realize conduction. This is due to the fact that the heat conduction in the carbon fiber is mainly carried by the phonon conduction.
Regarding the graphitization rate, it is preferable that the true density of the pitch-based graphitized carbon fiber is in the range of 1.7 to 2.5 g / cc as a reflection value.

また結晶子サイズに関しては、炭素材料中の黒鉛結晶(六角網面)のc軸方向の結晶子サイズ(Lc)が少なくとも20nm以上である事が好ましく、より好ましくは30nm以上、更に好ましくは40nm以上である。
また更に好ましくは、炭素材料中の黒鉛結晶(六角網面)のab軸方向の結晶子サイズ(La)が少なくとも20nm以上である事が好ましく、より好ましくは30nm以上、更に好ましくは50nm以上、最も好ましくは70nm以上である。
尚、これらの結晶子サイズは、X線回折法で求めることができ、解析手法としては学振法を用い、黒鉛結晶の(002)面、(110)面からの回折線を用いて求める事ができる。
Regarding the crystallite size, the crystallite size (Lc) in the c-axis direction of the graphite crystal (hexagonal network surface) in the carbon material is preferably at least 20 nm or more, more preferably 30 nm or more, still more preferably 40 nm or more. It is.
Still more preferably, the crystallite size (La) in the ab axis direction of the graphite crystal (hexagonal network surface) in the carbon material is preferably at least 20 nm or more, more preferably 30 nm or more, still more preferably 50 nm or more, most preferably Preferably it is 70 nm or more.
These crystallite sizes can be obtained by the X-ray diffraction method. The Gakushin method is used as an analysis method, and the crystallite size is obtained by using diffraction lines from the (002) plane and the (110) plane of the graphite crystal. Can do.

このように黒鉛化率が非常に高い炭素材料を得る上では、前述のように、PAN、レイヨン等の原料はあまり好ましくなく、縮合され複素環を有する環状炭化水素、すなわちピッチ系の原料を用いた方が好ましく、更にそれらの中でも特に液晶性メソフェーズピッチを用いる事が好ましい。   Thus, in order to obtain a carbon material with a very high graphitization rate, raw materials such as PAN and rayon are not so preferable as described above, and cyclic hydrocarbons having condensed heterocyclic rings, that is, pitch-based raw materials are used. It is preferable to use a liquid crystal mesophase pitch among them.

また炭素材料の形態に関しては、球状もしくは不定形のものも利用可能であるが、特にメソフェーズピッチを用いた場合に黒鉛結晶の成長面がほぼ一方向に配向して極めて高い熱伝導性を得る事が可能となる繊維状の形状である事がより好ましい。
これらの事から、本発明で用いる炭素材料としては前記ピッチを原料としたピッチ系黒鉛化炭素繊維が最適である。
As for the form of the carbon material, a spherical or indefinite shape can be used. Especially when a mesophase pitch is used, the growth surface of the graphite crystal is oriented almost in one direction to obtain extremely high thermal conductivity. It is more preferable that it is a fibrous shape that enables the above.
From these things, the pitch-based graphitized carbon fiber using the pitch as a raw material is optimal as the carbon material used in the present invention.

このようなピッチ系炭素繊維の原料としては、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。なかんずくナフタレンやフェナントレンの如き縮合多環炭化水素化合物が好ましい。   Examples of raw materials for such pitch-based carbon fibers include condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene and phenanthrene, condensed heterocyclic compounds such as petroleum-based pitch and coal-based pitch, and the like. In particular, condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene and phenanthrene are preferred.

殊に光学的異方性ピッチ、即ちメソフェーズピッチが好ましい。これらは、1種を単独で用いても、2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黒鉛化処理において黒鉛化率を高めることができるため、結果的に炭素繊維の熱伝導性を向上でき、好ましい態様となる。   In particular, an optically anisotropic pitch, that is, a mesophase pitch is preferable. These may be used singly or in appropriate combination of two or more, but the use of mesophase pitch alone can increase the graphitization rate in the graphitization treatment, and consequently The thermal conductivity of the carbon fiber can be improved, which is a preferred embodiment.

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、230℃以上340℃以下の範囲のものが好ましい。軟化点が230℃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。また、340℃より高いものでは、紡糸工程において、ピッチの熱分解が生じ紡糸成形が困難になる傾向がある。さらに、高温度の紡糸条件では、ガス成分が発生し、紡出繊維内部に気泡が発生し強度劣化を招くほか断糸も起き易い。
原料ピッチは公知の溶融紡糸法もしくはメルトブロー法により紡糸され、その後、不融化、炭化焼成、黒鉛化の諸工程によって黒鉛化炭素繊維を得る事ができる。
The softening point of the raw material pitch can be determined by the Mettler method, and is preferably in the range of 230 ° C. or higher and 340 ° C. or lower. If the softening point is lower than 230 ° C., fusion between fibers or large heat shrinkage occurs during infusibilization. If the temperature is higher than 340 ° C., the pitch is thermally decomposed in the spinning process, which tends to make the spinning molding difficult. Furthermore, under high temperature spinning conditions, gas components are generated, bubbles are generated inside the spun fibers, leading to strength deterioration, and yarn breakage is likely to occur.
The raw material pitch is spun by a known melt spinning method or melt blowing method, and then graphitized carbon fibers can be obtained by various processes such as infusibilization, carbonization firing, and graphitization.

またフィラー状の熱伝導性材料として、短繊維状の繊維とする場合には、繊維のカッティング、ミリングを行う事が必要である。カッティング、ミリングは黒鉛化工程の後に実施する事もできるが、より好ましくは、炭化焼成工程の後に行う事が好ましく、必要に応じて篩い分けを行って、短繊維状の、フィラーとして好適なピッチ系黒鉛化炭素繊維を得る事ができる。   In addition, when a short fiber is used as the filler-like heat conductive material, it is necessary to perform fiber cutting and milling. Cutting and milling can be carried out after the graphitization step, but more preferably after the carbonization and firing step, and if necessary, sieving is performed to form a short fiber-like pitch suitable as a filler. Graphitized carbon fiber can be obtained.

以下においては、一例として、メルトブロー法を用いたピッチ系黒鉛化炭素繊維製造に関する諸工程について説明する。
まず紡糸ノズルの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程度のものが用いられる。
In the following, as an example, the steps related to the production of pitch-based graphitized carbon fiber using the melt blow method will be described.
First, the shape of the spinning nozzle is not particularly limited, but those having a ratio of the nozzle hole length to the hole diameter of less than 3 are preferably used, and more preferably about 1.5.

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であれば問題がない。原料ピッチの粘度が適切な範囲であれば、紡糸状態が安定する、即ち、紡糸時のピッチ粘度が0.1〜20Pa・S、好ましくは8〜16Pa・Sに、さらに好ましくは10〜14Pa・Sなる温度であればよい。   There are no particular restrictions on the nozzle temperature during spinning, and there is no problem as long as the temperature can maintain a stable spinning state. If the viscosity of the raw material pitch is in an appropriate range, the spinning state is stabilized, that is, the pitch viscosity during spinning is 0.1 to 20 Pa · S, preferably 8 to 16 Pa · S, more preferably 10 to 14 Pa · S. The temperature may be S.

ノズル孔から出糸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、アルゴン等々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 drawn out 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, argon or the like can be used, but air is preferable 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所定の目付(単位面積あたりの重量)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、繊維同士が交絡することで3次元的なランダム性を有している。これらウェブは公知の方法で不融化できる。
The pitch fibers are collected on a wire mesh belt, become a continuous mat, and are further cross-wrapped to form a web having a predetermined basis weight (weight per unit area).
The web made of pitch fibers thus obtained has a three-dimensional randomness due to the interlace of the fibers. These webs can be infusibilized by known methods.

不融化は、空気又はオゾン、二酸化窒素、窒素、酸素、ヨウ素若しくは臭素を空気に添加した混合ガスを用いて、例えば200〜300℃前後の温度において一定時間の熱処理を付与することで達成される。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。   Infusibilization is achieved by applying heat treatment for a certain time at a temperature of about 200 to 300 ° C., for example, using air or a mixed gas obtained by adding ozone, nitrogen dioxide, nitrogen, oxygen, iodine or bromine to air. . Considering safety and convenience, it is desirable to carry out in air.

不融化したピッチ繊維は、次いで真空中又は窒素、アルゴン、クリプトン等の不活性ガス中において、700〜900℃の温度範囲で焼成される。通常、焼成は常圧において、コストの安い窒素を用いて実施される。
不融化・焼成されたピッチ繊維よりなるランダムマット状のウェブは、そのまま黒鉛化工程を行う事によって、ランダムマット状の黒鉛化炭素繊維集合体を作成する事ができる。
The infusible pitch fiber is then fired in a temperature range of 700 to 900 ° C. in a vacuum or in an inert gas such as nitrogen, argon or krypton. Usually, the calcination is performed at low pressure using nitrogen at low cost.
A random mat-like web made of infusibilized and fired pitch fibers can be subjected to a graphitization step to produce a random mat-like graphitized carbon fiber aggregate.

また短繊維状の炭素繊維を作成する場合には、カッティング、ミリング、および必要に応じて篩い分けを実施した後に黒鉛化工程を行う事が好ましい。カッティング、ミリング工程では、ビクトリーミル、ジェットミル、高速回転ミル等の粉砕機又は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。   Moreover, when producing short fiber-like carbon fiber, it is preferable to perform a graphitization process after implementing cutting, milling, and sieving as needed. In the cutting and milling processes, a pulverizer or cutting machine such as a Victory mill, a jet mill, or a high-speed rotary mill 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.

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が、更に細かく繊維長を調整する目的では篩い分けを行う事が好ましい。篩い分けは例えば篩を通し、篩の目の粗さの組み合わせにより分級できる。   The average fiber length of the fibers is controlled by adjusting the number of rotations of the rotor, the angle of the blade, etc., but it is preferable to perform sieving for the purpose of adjusting the fiber length more finely. The sieving can be classified by, for example, passing through a sieve and combining the coarseness of the sieve.

黒鉛化工程はアチソン炉等を用い、非酸化性雰囲気下、炭素繊維を2300〜3500℃に加熱する事によって行われ、短繊維状のピッチ系黒鉛化炭素繊維が作成できる。   The graphitization step is performed by heating the carbon fiber to 2300 to 3500 ° C. in a non-oxidizing atmosphere using an Atchison furnace or the like, and a short fiber pitch-based graphitized carbon fiber can be created.

尚、短繊維状のピッチ系黒鉛化炭素繊維は、透過型電子顕微鏡で繊維端面の形状を観察して、グラフェンシートが閉じた構造になっている事が好ましい。フィラーの端面がグラフェンシートとして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、水のような不純物の濃度を低減することができる。   In addition, it is preferable that the short fiber-like pitch-based graphitized carbon fiber has a structure in which the graphene sheet is closed by observing the shape of the fiber end face with a transmission electron microscope. When the end surface of the filler is closed as a graphene sheet, 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.

なお、グラフェンシートが閉じているとは、炭素繊維を構成するグラフェンシートそのものの端部が炭素繊維端部に露出することなく、グラファイト層が略U字上に湾曲し、湾曲部分が炭素繊維端部に露出している状態である。   Note that the graphene sheet is closed means that the end of the graphene sheet itself constituting the carbon fiber is not exposed at the end of the carbon fiber, the graphite layer is curved in a substantially U shape, and the curved portion is the end of the carbon fiber. It is in the state exposed to the part.

またピッチ系黒鉛化炭素繊維は走査型電子顕微鏡での観察表面が実質的に平坦である事が好ましい。ここで、実質的に平坦であるとは、フィブリル構造のような激しい凹凸を表面に有しないことを云い、繊維の表面に激しい凹凸が存在する場合には、マトリクス樹脂との混練に際して表面積の増大に伴う粘度の増大を惹起し、成形性を低下させることから、表面凹凸はできるだけ小さい状態が望ましい。   The pitch-based graphitized carbon fiber preferably has a substantially flat observation surface with a scanning electron microscope. Here, “substantially flat” means that the surface does not have severe unevenness like a fibril structure, and when there is intense unevenness on the surface of the fiber, the surface area increases upon kneading with the matrix resin. It is desirable that the surface irregularities be as small as possible, since this causes an increase in the viscosity accompanying this and lowers the moldability.

こうして得られるピッチ系黒鉛化炭素繊維の繊維径は、光学顕微鏡で観測した平均繊維径(D1)として1〜30μmであり、より望ましくは3〜20μm、更に好ましくは5〜15μmである。繊維径が30μmより大きい場合は、不融化工程で近接する繊維同士の融着が起きやすく、1μm未満の場合は、ピッチ系炭素繊維フィラーの重量当たりの表面積が増大し、繊維表面が実質的に平坦であっても、表面に凹凸を有する繊維と同様に成形性を低下させてしまい、実際面で不適切となる場合がある。また、光学顕微鏡で観測した平均繊維径(D1)に対する繊維径の分散である繊維径分散(S1)の百分率は5〜18%の範囲が好ましい。より好ましくは5〜15%の範囲である。   The fiber diameter of the pitch-based graphitized carbon fiber thus obtained is 1 to 30 μm as an average fiber diameter (D1) observed with an optical microscope, more preferably 3 to 20 μm, and further preferably 5 to 15 μm. When the fiber diameter is larger than 30 μm, adjacent fibers are likely to be fused in the infusibilization step. When the fiber diameter is less than 1 μm, the surface area per weight of the pitch-based carbon fiber filler is increased, and the fiber surface is substantially Even if it is flat, the formability may be lowered in the same manner as a fiber having irregularities on the surface, which may be inappropriate in practice. The percentage of the fiber diameter dispersion (S1), which is the dispersion of the fiber diameter with respect to the average fiber diameter (D1) observed with an optical microscope, is preferably in the range of 5 to 18%. More preferably, it is 5 to 15% of range.

尚、これまでに述べたメルトブロー紡糸法を用いたピッチ系黒鉛化炭素繊維の他にも、本発明に利用できるピッチ系黒鉛化炭素繊維としては溶融紡糸法によるピッチ系黒鉛化炭素繊維が挙げられる。ただしピッチ系黒鉛化炭素繊維の生産性や品質(表面性、外観等)においてはメルトブロー紡糸法がより優れている事から、本法によるピッチ系黒鉛化炭素繊維を用いる事がより好ましい。   In addition to pitch-based graphitized carbon fibers using the melt blow spinning method described so far, pitch-based graphitized carbon fibers usable in the present invention include pitch-based graphitized carbon fibers obtained by melt spinning. . However, it is more preferable to use the pitch-based graphitized carbon fiber of this method because the melt blow spinning method is more excellent in the productivity and quality (surface properties, appearance, etc.) of the pitch-based graphitized carbon fiber.

さて一方、これまでに述べたピッチ系黒鉛化炭素繊維よりも、繊維径が更に小さく微細なピッチ系黒鉛化炭素繊維として、例えば国際公開第04/031461号パンフレット等に、芯材として炭素材料、マトリクス材としてオレフィン系材料等を用いたブレンド紡糸法(もしくはコンジュゲート紡糸法)により複合繊維を作成し、後処理としてマトリクス材を溶解除去する事により、最終的に0.1〜1μm前後の繊維径を有する微細な黒鉛化ピッチ系炭素繊維を高い生産性で得る手法が開示されており、これらも好適に用いる事ができる。   On the other hand, as a pitch-based graphitized carbon fiber whose fiber diameter is smaller and finer than the pitch-based graphitized carbon fiber described so far, for example, in WO 04/031461 pamphlet, a carbon material as a core material, A composite fiber is prepared by a blend spinning method (or conjugate spinning method) using an olefin-based material or the like as a matrix material, and the matrix material is dissolved and removed as a post-treatment, so that a final fiber of about 0.1 to 1 μm is obtained. A technique for obtaining fine graphitized pitch-based carbon fibers having a diameter with high productivity is disclosed, and these can also be suitably used.

これらの事を総合して、本発明で好ましく用いられるピッチ系黒鉛化炭素繊維の平均繊維径としては、およそ0.1〜30μmの範囲である。
また平均繊維長/平均繊維径の比で表わされるアスペクト比は少なくとも2以上ある事が好ましい。アスペクト比が2未満であると繊維形状としての特徴があまり発揮できず、効率的な熱伝導パスの形成が困難になるからである。
アスペクト比はより好ましくは5以上、さらに好ましくは10以上、もっとも好ましくは20以上である。
Overall, the average fiber diameter of the pitch-based graphitized carbon fibers preferably used in the present invention is in the range of about 0.1 to 30 μm.
The aspect ratio expressed by the ratio of average fiber length / average fiber diameter is preferably at least 2 or more. This is because when the aspect ratio is less than 2, the characteristics of the fiber shape cannot be exhibited so much that it is difficult to form an efficient heat conduction path.
The aspect ratio is more preferably 5 or more, further preferably 10 or more, and most preferably 20 or more.

尚、フッ素樹脂中に炭素材料を分散混合して複合材料を作成する場合には、分散混合時の取り扱い性の観点から、アスペクト比がおよそ10000以下、より好ましくは1000以下、更に好ましくは100以下の短繊維状の炭素繊維を用いる事が好ましい場合が多い。   In the case where a composite material is prepared by dispersing and mixing a carbon material in a fluororesin, the aspect ratio is about 10,000 or less, more preferably 1000 or less, and even more preferably 100 or less, from the viewpoint of handleability during dispersion mixing. It is often preferable to use short fiber carbon fibers.

また繊維長については、少なくとも0.2μm以上である事が好ましいが、より好ましくは20μm以上、さらに好ましくは100μm以上、もっとも好ましくは200μm以上である。   The fiber length is preferably at least 0.2 μm or more, more preferably 20 μm or more, still more preferably 100 μm or more, and most preferably 200 μm or more.

尚、フッ素樹脂中に炭素材料を分散混合して複合材料を作成する場合には、分散混合時の取り扱い性の観点から、繊維長がおよそ100mm以下、より好ましくは10mm以下、更に好ましくは1mm以下の短繊維状の炭素繊維を用いる事が好ましい場合が多い。   When a composite material is prepared by dispersing and mixing a carbon material in a fluororesin, the fiber length is about 100 mm or less, more preferably 10 mm or less, and even more preferably 1 mm or less from the viewpoint of handleability during dispersion mixing. It is often preferable to use short fiber carbon fibers.

これらピッチ系黒鉛化炭素繊維は、本発明の複合材料中に、およそ5〜50重量%の範囲で混合されることが好ましく、より好ましくは10〜40重量%、さらに好ましくは15〜30重量%である。5重量%未満では複合材料の熱伝導率を高める効果が不十分になるので好ましくなく、50重量%を越えると複合材料の成型性が大きく低下し、良好な成型物が得られにくくなるので好ましくない。   These pitch-based graphitized carbon fibers are preferably mixed in the composite material of the present invention in a range of approximately 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 40% by weight, and still more preferably 15 to 30% by weight. It is. Less than 5% by weight is not preferable because the effect of increasing the thermal conductivity of the composite material becomes insufficient, and more than 50% by weight is preferable because the moldability of the composite material is greatly reduced and it becomes difficult to obtain a good molded product. Absent.

さて本発明の複合材料に用いられる熱可塑性樹脂としては、耐熱性が高く、熱的に安定なものが好ましく、少なくとも融点が250℃以上であるものが好ましく用いられる。その中でも化学的安定性、耐薬品性にも優れたフッ素系樹脂が好ましく、例えばテトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン等が代表的に例示されるが、その中でも特にテトラフルオロエチレンもしくはその共重合体が好ましく挙げられる。   As the thermoplastic resin used in the composite material of the present invention, those having high heat resistance and being thermally stable are preferable, and those having at least a melting point of 250 ° C. or more are preferably used. Among them, fluorine resins excellent in chemical stability and chemical resistance are preferable, for example, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene and the like are representatively exemplified, and among them, tetrafluoroethylene or a copolymer thereof is particularly preferable. Preferably mentioned.

より具体的には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)等が好ましく挙げられる。   More specifically, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer Preferred examples include coalescence (ETFE).

尚、熱可塑性樹脂としては、これらフッ素樹脂のみならず、これらフッ素樹脂とフッ素樹脂以外の耐熱性熱可塑性樹脂をブレンドしたものも用いることができる。これら熱可塑性樹脂としては、例えばガラス転移温度が少なくとも150℃以上の耐熱性の熱可塑性樹脂が好ましく用いられ、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド、ポリアミドイミド等が好ましく例示される。
これら熱可塑性樹脂は、粉状、ペレット状、不定形状、繊維状、フィブリル状等の各種形状のものが用いる事ができ、また水その他の溶媒に分散された状態のものも用いる事ができる。
In addition, as a thermoplastic resin, not only these fluororesins but what blended these heat resistant thermoplastic resins other than a fluororesin and fluororesins can also be used. As these thermoplastic resins, for example, heat-resistant thermoplastic resins having a glass transition temperature of at least 150 ° C. or more are preferably used, and polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), polyimide, polyamideimide and the like are preferably exemplified. Is done.
These thermoplastic resins can be used in various shapes such as powder, pellets, irregular shapes, fibers, and fibrils, and can also be used in a state dispersed in water or other solvents.

尚、本発明の複合材料には、主成分である前記ピッチ系黒鉛化炭素繊維と熱可塑性樹脂のほかに、この他の種類の炭素繊維、炭素微粒子、各種無機フィラー、金属フィラー等を必要に応じて混合しても良い。またバインダ樹脂、分散剤、離型剤、可塑剤その他各種添加剤も必要に応じて混合可能である。
本発明の複合材料は、優れた熱伝導性、放熱性を発揮するために、その熱伝導率が少なくとも0.7W/m・K以上である事が好ましく、より好ましくは1.0W/m・K以上、更に好ましくは1.3W/m・K以上である。
In addition to the pitch-based graphitized carbon fiber and thermoplastic resin as the main components, the composite material of the present invention requires other types of carbon fibers, carbon fine particles, various inorganic fillers, metal fillers, and the like. You may mix according to it. Further, a binder resin, a dispersant, a release agent, a plasticizer and other various additives can be mixed as necessary.
The composite material of the present invention preferably has a thermal conductivity of at least 0.7 W / m · K, more preferably 1.0 W / m · in order to exhibit excellent thermal conductivity and heat dissipation. K or more, more preferably 1.3 W / m · K or more.

また本発明の複合材料を用いた各種の成型物は、耐熱性を有した熱伝導性もしくは放熱性の成型体として好適に用いられる。成型はブロック状、立体状、シート状、不織布状、織布状、繊維状等いろいろな形で可能である。ここでシート状の成型物は特に熱伝導シートもしくは放熱シートとして非常に有用である。シートの厚みは用途にもよるが、おおよそ20〜5000μmの範囲が機械特性や取り扱い性の上で適当である。   Moreover, the various moldings using the composite material of the present invention are suitably used as heat-conductive or heat-radiating moldings having heat resistance. Molding is possible in various forms such as block, solid, sheet, non-woven fabric, woven fabric, and fiber. Here, the sheet-like molded product is particularly useful as a heat conductive sheet or a heat radiating sheet. The thickness of the sheet depends on the application, but a range of approximately 20 to 5000 μm is appropriate in view of mechanical properties and handling properties.

シートの成型は後述の実施例にも記載するように様々な方法で可能である。熱可塑性樹脂とピッチ系黒鉛化炭素繊維の混合は乾式法、湿式法のいずれでも可能である。後者の場合には適当な分散剤やバインダ等を併用する事も好ましい。成型は溶融成型可能でないものについては粉体圧縮、圧延等による成型が好ましく用いられ、溶融成型可能なものについては射出成型、押し出し法が用いられる。また繊維状もしくはフィブリル状の熱可塑性樹脂を用いた場合には抄紙法も適用可能である。また熱可塑性樹脂が溶媒可溶な場合には、流延法によるシート成型も可能である。   The sheet can be molded by various methods as described in the examples described later. Mixing of the thermoplastic resin and pitch-based graphitized carbon fiber can be performed by either a dry method or a wet method. In the latter case, it is also preferable to use an appropriate dispersant or binder together. For those that are not melt-moldable, molding by powder compression, rolling, or the like is preferably used. For those that can be melt-molded, injection molding or extrusion is used. Further, when a fibrous or fibrillar thermoplastic resin is used, a papermaking method is also applicable. Further, when the thermoplastic resin is soluble in a solvent, sheet molding by a casting method is also possible.

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれにより何等限定を受けるものでは無い。尚、実施例中の各値は下記の方法に従って求めた。
(1)炭素繊維の平均繊維径:
黒鉛化を経たピッチ系炭素繊維を光学顕微鏡下400倍において10視野写真撮影し拡大写真像から寸法を求めた。
(2)炭素繊維の平均繊維長:
黒鉛化を経たピッチ系炭素繊維を光学顕微鏡下で10視野撮影し求めた。倍率は繊維長に応じて適宜調整した。
(3)炭素繊維の真密度:
比重法を用いて求めた。
(4)結晶サイズ:
X線回折にて求め、六角網面の厚み方向の結晶サイズは(002)面からの回折線を用いて求め、六角網面の成長方向の結晶サイズは(110)面からの回折線を用いて求めた。また求め方は学振法に準拠して実施した。
(5)炭素繊維の熱伝導率:
粉砕工程以外を同じ条件で作製した黒鉛化処理後の繊維の抵抗率を測定し、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]
C=1272.4/ER−49.4 (1)
ここで、Cは黒鉛化後の繊維の熱伝導率(W/m・K)、ERは同じ繊維の電気比抵抗μΩmを表す。
(6)熱伝導率:
京都電子製の熱伝導率測定装置「QTM−500」を用いてプローブ法で測定を行った。
(7)電気比抵抗:
ダイヤインスツルメント社製の電気抵抗測定装置「ロレスタEP」を用いて、測定を行った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention does not receive any limitation by this. In addition, each value in an Example was calculated | required according to the following method.
(1) Average fiber diameter of carbon fiber:
The graphitized pitch-based carbon fiber was photographed with 10 fields of view under an optical microscope at a magnification of 400 times, and the dimensions were determined from the enlarged photograph image.
(2) Average fiber length of carbon fiber:
The graphitic carbon fiber pitch was obtained by photographing 10 visual fields under an optical microscope. The magnification was appropriately adjusted according to the fiber length.
(3) True density of carbon fiber:
It calculated | required using the specific gravity method.
(4) Crystal size:
Obtained by X-ray diffraction, the crystal size in the thickness direction of the hexagonal mesh surface is obtained using diffraction lines from the (002) plane, and the crystal size in the growth direction of the hexagonal mesh surface is obtained by using diffraction lines from the (110) plane. Asked. In addition, the request was made in accordance with the Gakushin Law.
(5) Thermal conductivity of carbon fiber:
The resistivity of the fiber after graphitization treatment prepared under the same conditions except for the pulverization step was measured, and the relationship between the thermal conductivity and the electrical resistivity disclosed in JP-A-11-117143 is represented by the following formula (1 )
[Equation 1]
C = 1272.4 / ER-49.4 (1)
Here, C represents the thermal conductivity (W / m · K) of the fiber after graphitization, and ER represents the electrical specific resistance μΩm of the same fiber.
(6) Thermal conductivity:
Measurement was performed by a probe method using a thermal conductivity measuring device “QTM-500” manufactured by Kyoto Electronics.
(7) Electrical resistivity:
The measurement was performed using an electrical resistance measuring device “Loresta EP” manufactured by Dia Instruments.

[実験例](熱伝導性炭素繊維の作成)
縮合多環炭化水素化合物よりなるメソフェーズピッチを主原料とした。光学的異方性割合は100%、軟化点が283℃であった。直径0.2mmの孔径の紡糸口金を使用し、スリットから加熱空気を毎分5000m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が15μmのピッチ系炭素繊維を製糸した。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により目付320g/mのピッチ系炭素繊維からなるウェブとした。
[Experimental example] (Production of thermally conductive carbon fiber)
The main raw material was mesophase pitch composed of condensed polycyclic hydrocarbon compounds. The optical anisotropy ratio was 100%, and the softening point was 283 ° C. Using a spinneret having a diameter of 0.2 mm, heated air was ejected from the slit at a linear velocity of 5000 m / min, and the pitch pitch carbon fibers having an average fiber diameter of 15 μm were drawn by pulling the melt pitch. The spun fibers were collected on a belt to form a mat, and a web made of pitch-based carbon 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280℃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、篩い分け等により、平均繊維長が約400μmの炭素繊維(以下、炭素繊維Aとする)、平均繊維長が約50μmの炭素繊維(以下、炭素繊維Bとする)を得た。   The web was infusibilized by increasing the temperature from 175 ° C. to 280 ° C. in air at an average temperature increase rate of 7 ° C./min. After firing the infusible web at 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, the carbon fiber having an average fiber length of about 400 μm (hereinafter referred to as carbon fiber A) and the carbon fiber having an average fiber length of about 50 μm are obtained by milling, sieving, etc. (Hereinafter referred to as carbon fiber B).

これらの繊維は、その後、非酸化性雰囲気とした電気炉にて3000℃で熱処理して黒鉛化した。平均繊維径は9.7μmであった。繊維径分散の平均繊維径に対する百分率は14%であった。真密度は2.18g/ccであった。
透過型電子顕微鏡を用い、100万倍の倍率でこのピッチ系黒鉛化炭素繊維を観察し、400万倍に写真上で拡大した。ピッチ系黒鉛化炭素繊維の端面はグラフェンシートが閉じていることを確認した。また、走査型電子顕微鏡で4000倍の倍率で観察したピッチ系黒鉛化炭素繊維の表面には、大きな凹凸はなく、平滑であった。
These fibers were then graphitized by heat treatment at 3000 ° C. in an electric furnace in a non-oxidizing atmosphere. The average fiber diameter was 9.7 μm. The percentage of the fiber diameter dispersion to the average fiber diameter was 14%. The true density was 2.18 g / cc.
Using a transmission electron microscope, the pitch-based graphitized carbon fiber was observed at a magnification of 1,000,000 times and magnified on a photograph at 4 million times. It was confirmed that the graphene sheet was closed on the end face of the pitch-based graphitized carbon fiber. Further, the surface of the pitch-based graphitized carbon fiber observed with a scanning electron microscope at a magnification of 4000 times was smooth with no large irregularities.

本ピッチ系黒鉛化炭素繊維の、X線回折法によって求めた黒鉛結晶のc軸方向の結晶子サイズは33nmであった。またab軸方向の結晶子サイズは57nmであった。
また焼成までを同じ工程で作製し、ミリングを実施しなかったウェブを、非酸化性雰囲気とした電気炉にて3000℃で熱処理した黒鉛化ウェブより、単糸を抜き取り、電気比抵抗を測定したところ、2.2μΩ・mであった。下記式(1)を用いて求めた熱伝導度は530W/m・Kであった。
The crystallite size in the c-axis direction of the graphite crystal obtained by the X-ray diffraction method of the pitch-based graphitized carbon fiber was 33 nm. The crystallite size in the ab axis direction was 57 nm.
Moreover, the single yarn was extracted from the graphitized web heat-treated at 3000 ° C. in an electric furnace in a non-oxidizing atmosphere, and the electrical specific resistance was measured. However, it was 2.2 μΩ · m. The thermal conductivity obtained using the following formula (1) was 530 W / m · K.

[実施例1]
テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体であり、融点が約310℃であるPFA樹脂(ダイキン工業製「ネオフロンPFA」)80重量%と実験例で作成した炭素繊維A20重量%をミキサーで均一に混合した後に、単軸押出機により320℃で溶融混合し、ペレット化した。
次にこのペレットを用いて、射出成型を行い、試験片を作成した。尚、シリンダー温度は390℃、金型温度は200℃とした。
本試験片の熱伝導率は1.4W/m・Kであった。
[Example 1]
It is a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoroalkyl vinyl ether, and PFA resin having a melting point of about 310 ° C. (“NEOFRON PFA” manufactured by Daikin Industries) and 20% by weight of carbon fiber A prepared in the experimental example are mixed with a mixer. After uniformly mixing, the mixture was melt-mixed at 320 ° C. by a single screw extruder and pelletized.
Next, using this pellet, injection molding was performed to prepare a test piece. The cylinder temperature was 390 ° C. and the mold temperature was 200 ° C.
The thermal conductivity of this test piece was 1.4 W / m · K.

[実施例2]
実施例1において、炭素繊維Aの代わりに炭素繊維Bを用いた以外は、実施例1と全く同様にして、試験片を作成した。本試験片の熱伝導率は0.9W/m・Kであった。
[Example 2]
In Example 1, a test piece was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that carbon fiber B was used instead of carbon fiber A. The thermal conductivity of this test piece was 0.9 W / m · K.

[比較例1]
実施例1において、炭素繊維Aの代わりに、等方性ピッチを原料とする炭素繊維(クレハ製「クレカチョップM−207S」)を用いた以外は、実施例と全く同様にして試験片を作成した所、本試験片の熱伝導率は0.4W/m・Kであった。
[Comparative Example 1]
In Example 1, instead of carbon fiber A, a test piece was prepared in exactly the same manner as in Example except that carbon fiber made from isotropic pitch (“Kureka Chop M-207S” manufactured by Kureha) was used. As a result, the thermal conductivity of this test piece was 0.4 W / m · K.

[比較例2]
実施例1において、実験例で作成した熱伝導性炭素繊維の代わりに、ポリアクリロニトリル(PAN)を原料とする炭素繊維(東邦テナックス製「テナックスHTA−C6」)を用いた以外は、実施例と全く同様にして試験片を作成した所、本試験片の熱伝導率は0.5W/m・Kであった。
[Comparative Example 2]
In Example 1, instead of the thermally conductive carbon fiber created in the experimental example, carbon fiber made from polyacrylonitrile (PAN) (“Tenax HTA-C6” manufactured by Toho Tenax) was used, and When a test piece was prepared in exactly the same manner, the thermal conductivity of this test piece was 0.5 W / m · K.

[実施例3]
実験例で作成した炭素繊維Aを分散剤の共存下で水に分散してなる炭素繊維分散液と、融点が約327℃のポリテトラフルオルエチレンの水性分散液とを、固形分比で炭素繊維とポリテトラフルオロエチレンが2:8の混合割合になるようにして混合後、40℃に加熱し、攪拌し、共凝析させた。この共凝析物を乾燥させ、複合材料の組成物を得た。
この組成物を2本のロール間を通して、板状に成型した後、ペレタイザーを用いてペレット化を行った。
このペレットを円筒状の金型に充填し、250℃で圧縮プレスを行い、予備成型品を作成後、370℃で24時間加熱し、円筒状の焼結体を得た。
次に、この焼結体を皮むきと同じ要領で、円周方向に0.4mmの厚さで切断し、フィルム状の試験片を得た所、本試験片の熱伝導率は1.1W/m・Kであった。
[Example 3]
A carbon fiber dispersion prepared by dispersing carbon fiber A prepared in the experimental example in water in the presence of a dispersant and an aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene having a melting point of about 327 ° C. in a solid content ratio. The fibers and polytetrafluoroethylene were mixed so as to have a mixing ratio of 2: 8, then heated to 40 ° C., stirred, and co-coagulated. The co-coagulated product was dried to obtain a composite material composition.
The composition was molded into a plate shape through two rolls, and then pelletized using a pelletizer.
The pellets were filled into a cylindrical mold, compression-pressed at 250 ° C. to prepare a preformed article, and then heated at 370 ° C. for 24 hours to obtain a cylindrical sintered body.
Next, this sintered body was cut in a thickness of 0.4 mm in the circumferential direction in the same manner as peeling, and a film-like test piece was obtained. The thermal conductivity of this test piece was 1.1 W. / M · K.

[実施例4]
実施例2において、炭素繊維Aの代わりに炭素繊維Bを用いた以外は、実施例1と全く同様にして、試験片を作成した。本試験片の熱伝導率は0.8W/m・Kであった。
[Example 4]
In Example 2, a test piece was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that carbon fiber B was used instead of carbon fiber A. The thermal conductivity of this test piece was 0.8 W / m · K.

[比較例3]
実施例2において、実験例で作成した炭素繊維の代わりに、等方性ピッチを原料とする炭素繊維(クレハ製「クレカチョップM−201」)を用いた以外は、実施例と全く同様にして試験片を作成した所、本試験片の熱伝導率は0.4W/m・Kであった。
[Comparative Example 3]
In Example 2, instead of the carbon fiber created in the experimental example, carbon fiber (made by Kureha “Kureka Chop M-201”) using isotropic pitch as a raw material was used in exactly the same manner as in the example. When the test piece was prepared, the thermal conductivity of this test piece was 0.4 W / m · K.

本発明の複合材は、高温の発熱源に接して、または近傍で設けられる放熱シート(熱伝導シート)として好適であり、CPU、LED、レーザーダイオードなどのデバイスとヒートシンクとの接合部分に配される熱伝導シートや、各種ヒーター等加熱源周りにおける効率的伝熱を可能にする放熱シート等として好適に用いることができる。   The composite material of the present invention is suitable as a heat radiating sheet (heat conductive sheet) provided in contact with or near a high-temperature heat source, and is disposed at a joint portion between a device such as a CPU, LED, or laser diode and a heat sink. It can be suitably used as a heat conductive sheet or a heat radiating sheet that enables efficient heat transfer around a heating source such as various heaters.

Claims (4)

融点250℃以上の熱可塑性樹脂とアスペクト比2以上の炭素繊維を少なくとも複合してなり、下記(A)〜(E)の各要件を満足し、熱伝導率が0.7W/m・K以上である事を特徴とする耐熱性熱伝導複合材料。
(A)熱可塑性樹脂の少なくとも50重量%以上がフッ素樹脂からなること、
(B)炭素繊維は出発原料にメソフェーズピッチを用いた黒鉛化炭素繊維であること、
(C)炭素繊維の真密度は1.7〜2.5g/ccであること、
(D)炭素繊維に含まれる黒鉛結晶のc軸方向、ab軸方向の結晶子サイズがともに20nm以上であること、
(E)炭素繊維は複合材料中に5〜50重量%の割合で混合されること
It is composed of at least a thermoplastic resin having a melting point of 250 ° C. or higher and a carbon fiber having an aspect ratio of 2 or higher, satisfies the following requirements (A) to (E), and has a thermal conductivity of 0.7 W / m · K or higher. A heat-resistant heat-conducting composite material characterized by
(A) At least 50% by weight or more of the thermoplastic resin is made of a fluororesin,
(B) The carbon fiber is a graphitized carbon fiber using mesophase pitch as a starting material,
(C) The true density of the carbon fiber is 1.7 to 2.5 g / cc,
(D) The crystallite size in the c-axis direction and ab-axis direction of the graphite crystal contained in the carbon fiber is both 20 nm or more,
(E) Carbon fiber is mixed in the composite material at a ratio of 5 to 50% by weight.
炭素繊維の熱伝導率が少なくとも200W/m・K以上である事を特徴とする請求項1に記載の耐熱性熱伝導複合材料。   The heat-resistant heat conductive composite material according to claim 1, wherein the carbon fiber has a heat conductivity of at least 200 W / m · K. フッ素樹脂は、テトラフルオロエチレンもしくはこの共重合体を少なくとも含む事を特徴とする請求項1もしくは2のいずれかに記載の耐熱性熱伝導性複合材料。   The heat-resistant thermally conductive composite material according to claim 1 or 2, wherein the fluororesin contains at least tetrafluoroethylene or a copolymer thereof. 請求項1〜3のいずれかの耐熱性熱伝導複合材料を、厚み20〜5000μmのシート状に成型してなる耐熱性熱伝導シート。   A heat-resistant heat conductive sheet obtained by molding the heat-resistant heat conductive composite material according to claim 1 into a sheet having a thickness of 20 to 5000 µm.
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