JP2011089216A - Insulated pitch-based graphitized short fiber - Google Patents

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弘樹 佐野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermally conductive material which has insulating properties and excellent thermal conductivity at the same time. <P>SOLUTION: Insulated pitch-based graphitized short fibers have a silicon carbide layer on its surface, and have a crystallized size in the growing direction of a carbon hexagonal plane of 60 nm or more. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面に炭化ケイ素を有する絶縁化したピッチ系黒鉛化短繊維に関わるものであり、電子部品の放熱部材に好適に使用される。   The present invention relates to an insulated pitch-based graphitized short fiber having silicon carbide on the surface, and is suitably used for a heat dissipation member of an electronic component.

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。また、電子注入を発光原理とするエレクトロルミネッセンス素子においても同様に重篤な問題として顕在化している。一方、各種素子を形成するプロセスに目を向けると環境配慮型プロセスが求められており、その対策として鉛が添加されていない所謂鉛フリー半田への切り替えがなされている。鉛フリー半田は融点が通常の鉛含有半田に比較して高いため、プロセスの熱の効率的な使用が要求されている。そして、このような製品・プロセスが内包する熱に由来する問題を解決するためには、熱の効率的な処理(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. Similarly, an electroluminescent element that uses electron injection as a light emission principle is also manifesting as a serious problem. On the other hand, when considering the process of forming various elements, an environmentally conscious process is demanded, and as a countermeasure against this, switching to so-called lead-free solder to which lead is not added has been made. Since lead-free solder has a higher melting point than ordinary lead-containing solder, efficient use of process heat is required. And in order to solve the problem originating in the heat which such a product and process contains, it is necessary to achieve the efficient process (thermal management) of heat.

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。よって、効率的に熱伝導性を発現できる形状にまで配慮がなされた高熱伝導性フィラーにできる可能性がある。   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 called graphitizable carbon fibers, and can be made more graphitic than PAN-based carbon fibers, and are recognized to easily achieve high thermal conductivity. Therefore, there is a possibility that a highly thermally conductive filler in which consideration is given to a shape capable of efficiently expressing thermal conductivity can be obtained.

次にサーマルマネジメントに用いる成形体の特徴について考察する。一般的に炭素繊維は電気伝導性を示す。そのため、炭素繊維をマトリクスと複合した組成物は導電性を示す。しかし、前述のCPUや電子回路は絶縁性の基盤などに取り付けることが多い。そのため、炭素繊維を用いた組成物を電子基盤に用いることが困難である。   Next, the characteristics of the molded body used for thermal management are considered. In general, carbon fibers exhibit electrical conductivity. Therefore, a composition in which carbon fibers are combined with a matrix exhibits conductivity. However, the CPU and electronic circuit described above are often attached to an insulating substrate. Therefore, it is difficult to use a composition using carbon fiber for an electronic substrate.

特許文献1、2には、熱伝導性組成物に絶縁層を被覆する方法が提案されている。しかし、この様な方法では複雑な形状に対応するのが困難である。また、特許文献3には、酸化ケイ素からなる絶縁層で、特許文献4には、シリカもしくは炭化ケイ素からなる絶縁層、特許文献5には、炭化ケイ素からなる絶縁層で熱伝導性充填材を被覆する方法が提案されている。炭化ケイ素と炭素繊維を一体化させる手法は強固な絶縁層を得る上で有効な手段である。特許文献3及び4では炭化ケイ素により被覆する手段として、ゾルゲル法を使用しているが、溶液処理、乾燥、ろ過、熱処理からなるゾルゲル法は全てのフィラーを均一に被覆することが困難であり、全てのフィラーを均一に被覆する必要がある絶縁化処理には好ましくない。特許文献5には、電解処理した後にケイ素塩化物ガスを用いた熱処理を用いているが、本技術は耐酸化性の向上を目的としてものであり、電解処理のため、炭素繊維の構造が乱れ黒鉛化度が低下しており、熱伝導度が低下してしまうと予想される。また本技術では、炭素繊維の表面処理を2回以上行っており、大量生産に適した製造プロセスとは言えない。   Patent Documents 1 and 2 propose a method of coating an insulating layer on a thermally conductive composition. However, it is difficult to cope with a complicated shape by such a method. Patent Document 3 discloses an insulating layer made of silicon oxide, Patent Document 4 shows an insulating layer made of silica or silicon carbide, and Patent Document 5 shows an insulating layer made of silicon carbide. A method of coating has been proposed. The technique of integrating silicon carbide and carbon fiber is an effective means for obtaining a strong insulating layer. In Patent Documents 3 and 4, the sol-gel method is used as a means for coating with silicon carbide, but the sol-gel method including solution treatment, drying, filtration, and heat treatment is difficult to uniformly coat all fillers, It is not preferable for an insulating process that requires a uniform coating of all fillers. In Patent Document 5, heat treatment using silicon chloride gas after electrolytic treatment is used, but this technique is for the purpose of improving oxidation resistance, and the structure of the carbon fiber is disturbed due to the electrolytic treatment. It is expected that the graphitization degree is lowered and the thermal conductivity is lowered. Moreover, in this technique, the surface treatment of carbon fiber is performed twice or more, and it cannot be said that it is a manufacturing process suitable for mass production.

特開2008−208316号公報JP 2008-208316 A 特開2008−205453号公報JP 2008-205453 A 特開2007−128986号公報JP 2007-128986 A 特開2007−107151号公報JP 2007-107151 A 特開平6−65859号公報JP-A-6-65859

本発明の目的は、マトリックス中でのネットワーク形成能に優れ、高い熱伝導性と絶縁性を併せ持つ絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維を提供することにある。また本発明の目的は絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維と、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、およびゴムからなる群から選択される少なくとも1種のマトリクス成分とからなる熱伝導性組成物、さらにそれからの成形体を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an insulated pitch-based graphitized short fiber having excellent network forming ability in a matrix and having both high thermal conductivity and insulating properties. Another object of the present invention is a thermally conductive composition comprising an insulated pitch-based graphitized short fiber and at least one matrix component selected from the group consisting of a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and rubber, and The object is to provide a molded body from that.

本発明者らは、高い熱伝導性を示し、かつ絶縁性を示す熱伝導剤を得ようと鋭意検討を重ねた結果、熱伝導性に優れるピッチ系黒鉛化短繊維を核とし、ピッチ系黒鉛化短繊維の表面に炭化ケイ素層を被覆することにより、高い熱伝導性と絶縁性を併せ持つ熱伝導剤を得ることが可能であることを見出し、本発明に到達した。
本発明は、表面に炭化ケイ素層を有し、炭素の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが60nm以上である絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維である。
As a result of intensive investigations to obtain a heat conductive agent exhibiting high thermal conductivity and insulating properties, the inventors of the present invention have used pitch-based graphitized short fibers having excellent thermal conductivity as a core, and pitch-based graphite. The present inventors have found that it is possible to obtain a thermal conductive agent having both high thermal conductivity and insulating property by coating the surface of the short fiber with a silicon carbide layer, and have reached the present invention.
The present invention is an insulated pitch-based graphitized short fiber having a silicon carbide layer on the surface and a crystallite size derived from the growth direction of the carbon hexagonal network surface of 60 nm or more.

本発明の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維は、熱伝導性に優れるピッチ系黒鉛化短繊維の表面を、絶縁性物質である炭化ケイ素処理に変化させることにより、高い熱伝導性と絶縁性を併せ持つ絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維を得ることを可能にせしめている。   Insulated pitch-based graphitized short fibers of the present invention have high thermal conductivity and insulating properties by changing the surface of pitch-based graphitized short fibers excellent in thermal conductivity to silicon carbide treatment, which is an insulating material. It is possible to obtain an insulated pitch-based graphitized short fiber.

以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。
本発明の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維は、表面に炭化ケイ素層を有するピッチ系黒鉛化短繊維であることを特徴とする。黒鉛化短繊維を絶縁する目的では、黒鉛化短繊維の表面は、ほぼ完全に炭化ケイ素層で覆われていることが好ましい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially described.
The insulated pitch-based graphitized short fiber of the present invention is a pitch-based graphitized short fiber having a silicon carbide layer on the surface. For the purpose of insulating the graphitized short fibers, it is preferable that the surface of the graphitized short fibers is almost completely covered with a silicon carbide layer.

ピッチ系黒鉛化短繊維の比抵抗は通常10−4Ω・cmオーダーで、導電性を示す。また、樹脂と混合して成形品にする場合も、その成形品は導電性を示す。そのため、電子基盤の封止剤の様な導電性が望まれないような部分の熱対策に使用するのは困難である。それに対し、金属酸化物、金属窒化物、金属ハロゲン化物などの無機化合物の比抵抗は1014Ω・cmオーダーであり、高い絶縁性を示す。そのため、ピッチ系黒鉛化短繊維一本一本の表面がこれら無機化合物に変換することで、ピッチ系黒鉛化短繊維の絶縁化を図ることができる。しかし、無機化合物でコーティングする場合、コーティングにより絶縁化したピッチ系黒鉛化短繊維とマトリクスを混合させて成形体を作成する際に、絶縁用無機化合物がピッチ系黒鉛化短繊維から剥離することがあり、必ずしも成形体の絶縁性を維持することができない。それに対し、ピッチ系黒鉛化短繊維の表面を無機化合物などの絶縁性物質に変化させた場合、樹脂と混練しても絶縁層が剥離することが無く、絶縁性を維持することができる。 The specific resistance of pitch-based graphitized short fibers is usually on the order of 10 −4 Ω · cm and exhibits conductivity. Also, when a molded product is mixed with a resin, the molded product exhibits conductivity. Therefore, it is difficult to use it as a heat countermeasure for a part where electrical conductivity is not desired, such as an electronic board sealant. In contrast, the specific resistance of inorganic compounds such as metal oxides, metal nitrides, and metal halides is on the order of 10 14 Ω · cm, indicating high insulation. Therefore, the pitch-based graphitized short fibers can be insulated by converting the surface of each pitch-based graphitized short fiber into these inorganic compounds. However, when coating with an inorganic compound, the insulating inorganic compound may be peeled off from the pitch-based graphitized short fiber when the pitch-type graphitized short fiber insulated by coating and the matrix are mixed to form a molded body. Yes, it is not always possible to maintain the insulation of the molded body. On the other hand, when the surface of the pitch-based graphitized short fibers is changed to an insulating material such as an inorganic compound, the insulating layer does not peel even when kneaded with the resin, and the insulating property can be maintained.

炭素化合物を除く無機化合物の多くはピッチ系黒鉛化短繊維より熱伝導性に劣る。そのため、無機化合物によりピッチ系黒鉛化短繊維を絶縁化する際には、熱伝導性の低下を抑制するため、できる限り熱伝導性の高い無機化合物で被覆する必要がある。また、無機化合物によりピッチ系黒鉛化短繊維を絶縁化する際には、少量の無機化合物による絶縁表面を形成する必要がある。そのため、絶縁表面を形成する際に、温度など反応条件を制御するのが容易である物が好ましい。   Most inorganic compounds except carbon compounds are inferior in thermal conductivity to pitch-based graphitized short fibers. Therefore, when insulating the pitch-based graphitized short fibers with an inorganic compound, it is necessary to coat with an inorganic compound having as high a thermal conductivity as possible in order to suppress a decrease in thermal conductivity. Further, when insulating the pitch-based graphitized short fibers with an inorganic compound, it is necessary to form an insulating surface with a small amount of the inorganic compound. Therefore, it is preferable to use a material that can easily control reaction conditions such as temperature when forming an insulating surface.

これらの要件、ピッチ系黒鉛化短繊維との反応により熱伝導性に優れる絶縁表面を形成できる物質として、一酸化ケイ素ガス処理によるピッチ系黒鉛化短繊維の炭化ケイ素化が挙げられる。   As a substance capable of forming an insulating surface excellent in thermal conductivity by reaction with these requirements and pitch-based graphitized short fibers, siliconization of pitch-based graphitized short fibers by silicon monoxide gas treatment can be mentioned.

炭化ケイ素化の条件に特に限定は無いが、反応は温度が高いほどより進行する。また、一酸化ケイ素ガスは一酸化ケイ素の加熱による昇華、もしくは二酸化ケイ素とピッチ系黒鉛化短繊維との反応から得られた一酸化ケイ素の加熱による昇華、もしくはケイ素と二酸化ケイ素との反応から得られた一酸化ケイ素の加熱による昇華から得られるが、通常昇華による蒸気圧は温度が高いほど高いため、処理温度を上げることでより反応が進行する。熱処理の温度に特に限定はないが、好ましくは1300〜2500℃である。炭化ケイ素化方法に特に限定は無いが、電気炉内の耐圧容器にピッチ系黒鉛化短繊維をいれ、炉内の別のところで発生させた一酸化ケイ素ガスを導入することにより、もしくはピッチ系黒鉛化短繊維に一酸化ケイ素、またはケイ素、もしくはケイ素と二酸化ケイ素の混合物を混ぜて加熱することにより達成することができる。   There are no particular limitations on the conditions for silicon carbide, but the reaction proceeds more as the temperature increases. Silicon monoxide gas is obtained by sublimation by heating silicon monoxide, sublimation by heating silicon monoxide obtained from the reaction between silicon dioxide and pitch-based graphitized short fibers, or by reaction between silicon and silicon dioxide. Although it is obtained from sublimation by heating of the obtained silicon monoxide, the vapor pressure by sublimation is usually higher as the temperature is higher, so that the reaction proceeds more by increasing the treatment temperature. Although there is no limitation in particular in the temperature of heat processing, Preferably it is 1300-2500 degreeC. Although there is no particular limitation on the silicon carbide conversion method, pitch-based graphitized short fibers are placed in a pressure vessel in an electric furnace, and silicon monoxide gas generated elsewhere in the furnace is introduced, or pitch-based graphite This can be achieved by mixing and heating silicon monoxide, silicon, or a mixture of silicon and silicon dioxide in the short fiber.

本発明における絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の炭素部分は、黒鉛結晶からなり、その黒鉛結晶の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが60nm以上である。結晶子サイズは六角網面の成長方向のいずれも、黒鉛化度に対応するものであり、熱物性を発現するためには、一定サイズ以上が必要である。六角網面の成長方向の結晶子サイズは、X線回折法で求めることができる。測定手法は集中法とし、解析手法としては学振法が好適に用いられる。六角網面の成長方向の結晶子サイズは、(110)面からの回折線を用いて求めることができる。黒鉛結晶の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズの制御方法としては特に限定は無いが、絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の原料となるピッチ系黒鉛化短繊維の黒鉛結晶の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズを制御すること及び処理により黒鉛結晶の配向を乱さないことが挙げられる。   The carbon portion of the insulated pitch-based graphitized short fiber in the present invention is composed of graphite crystals, and the crystallite size derived from the growth direction of the hexagonal network surface of the graphite crystals is 60 nm or more. The crystallite size corresponds to the degree of graphitization in any of the growth directions of the hexagonal network surface, and a certain size or more is necessary to exhibit thermophysical properties. The crystallite size in the growth direction of the hexagonal network surface can be obtained by an X-ray diffraction method. The measurement method is a concentration method, and the Gakushin method is preferably used as an analysis method. The crystallite size in the growth direction of the hexagonal mesh plane can be obtained using diffraction lines from the (110) plane. There is no particular limitation on the method for controlling the crystallite size derived from the growth direction of the hexagonal mesh surface of the graphite crystal. Controlling the crystallite size derived from the growth direction of the surface and not disturbing the orientation of the graphite crystal by treatment.

本発明の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維は、該ピッチ系黒鉛化短繊維100重量部に対し、ケイ素の含有量が1〜20重量部であることが好ましい。ケイ素の含有量が1重量部以下だと、ピッチ系黒鉛化短繊維の表面全体を炭化ケイ素にできず、絶縁性が期待できない。逆にケイ素の含有量が20重量部以上だと、炭化ケイ素層が多すぎて、成形品にする際に高い熱伝導性を得るのが困難になりやすい。好ましくは3〜15重量部である。   The insulated pitch-based graphitized short fibers of the present invention preferably have a silicon content of 1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the pitch-based graphitized short fibers. If the silicon content is 1 part by weight or less, the entire surface of the pitch-based graphitized short fibers cannot be made of silicon carbide, and insulation cannot be expected. On the other hand, if the silicon content is 20 parts by weight or more, the silicon carbide layer is too much, and it tends to be difficult to obtain high thermal conductivity when forming a molded product. Preferably it is 3-15 weight part.

本発明における絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維は、光学顕微鏡で観測した平均繊維径が2〜20μmであることが好ましい。平均繊維径が2μmを下回る場合、樹脂と複合する際に当該短繊維の本数が多くなるため、樹脂/短繊維混合物の粘度が高くなり、成形が困難になることがある。逆に平均繊維径が20μmを超えると、樹脂と複合する際に短繊維の本数が少なくなるため、当該短繊維同士が接触しにくくなり、複合材とした時に効果的な熱伝導を発揮しにくくなることがある。平均繊維径の好ましい範囲は5〜15μmであり、より好ましくは7〜13μmである。平均繊維径の制御方法としては特に限定は無いが、絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の原料となるピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径を制御しておくのが好ましい。   The insulated pitch-based graphitized short fibers in the present invention preferably have an average fiber diameter of 2 to 20 μm observed with an optical microscope. When the average fiber diameter is less than 2 μm, the number of the short fibers increases when compounded with the resin, so that the viscosity of the resin / short fiber mixture becomes high and molding may be difficult. Conversely, if the average fiber diameter exceeds 20 μm, the number of short fibers decreases when combined with the resin, so that the short fibers are less likely to contact each other, making it difficult to exhibit effective heat conduction when used as a composite material. May be. A preferable range of the average fiber diameter is 5 to 15 μm, and more preferably 7 to 13 μm. The method for controlling the average fiber diameter is not particularly limited, but it is preferable to control the average fiber diameter of the pitch-based graphitized short fibers used as a raw material for the insulated pitch-based graphitized short fibers.

本発明における絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維は、光学顕微鏡で観測した絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維における繊維径分散の平均繊維径に対する百分率(CV値)は3〜15%が好ましい。CV値は繊維径のバラツキの指標であり、小さい程、工程安定性が高く、製品のバラツキが小さいことを意味している。CV値が3%より小さい時、繊維径が極めて揃っているため、ピッチ系黒鉛化短繊維の間隙に入るサイズの小さな短繊維の量が少なくなり、ピッチ系黒鉛化短繊維をより密に充填するのが困難になり、結果として高性能の複合材を得にくくなることがある。逆にCV値が15%より大きい場合、樹脂と複合する際に、分散性が悪くなり、均一な性能を有する複合材を得ることが困難になることがある。CV値は好ましくは、5〜13%である。CV値は、絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の原料となるピッチ系黒鉛化短繊維のCV値を制御すること、炭化ケイ素化の際に表面処理量が均一になる様に、ガスを用いることがある。   In the insulated pitch-based graphitized short fibers in the present invention, the percentage (CV value) with respect to the average fiber diameter of the fiber diameter dispersion in the insulated pitch-based graphitized short fibers observed with an optical microscope is preferably 3 to 15%. The CV value is an index of fiber diameter variation, and the smaller the value, the higher the process stability and the smaller the product variation. When the CV value is less than 3%, the fiber diameters are extremely uniform, so the amount of small short fibers entering the gaps between the pitch-based graphitized short fibers decreases, and the pitch-based graphitized short fibers are packed more densely. It can be difficult to achieve and, as a result, it can be difficult to obtain high performance composites. On the other hand, when the CV value is larger than 15%, dispersibility is deteriorated when composited with a resin, and it may be difficult to obtain a composite material having uniform performance. The CV value is preferably 5 to 13%. For the CV value, use a gas to control the CV value of the pitch-based graphitized short fiber that is the raw material of the insulated pitch-based graphitized short fiber and to make the surface treatment amount uniform during siliconization. There is.

ピッチ系黒鉛化短繊維は、一般的には平均繊維長1mm未満からなるミルドファイバーと平均繊維長1mm以上10mm未満からなるカットファイバーの2種類がある。ミルドファイバーの外観は粉状のため分散性に優れ、カットファイバーの外観は繊維状に近いため、繊維同士の接触が得られやすい特徴がある。   There are generally two types of pitch-based graphitized short fibers: milled fibers having an average fiber length of less than 1 mm and cut fibers having an average fiber length of 1 mm or more and less than 10 mm. Since the appearance of the milled fiber is powdery, it is excellent in dispersibility, and the appearance of the cut fiber is close to the fiber shape.

本発明における絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維はミルドファイバーに該当し、その平均繊維長は、20〜500μmであることが好ましい。ここで、平均繊維長は個数平均繊維長とし、光学顕微鏡下で測長器を用い、複数の視野において所定本数を測定し、その平均値から求めることができる平均繊維長が20μmより小さい場合、当該短繊維同士が接触しにくくなり、効果的な熱伝導が期待しにくくなる。逆に平均繊維長が500μmより大きくなる場合、樹脂と混合する際にマトリクス/短繊維混合物の粘度が高くなり、成形性が低くなる傾向にある。より好ましくは、20〜300μmの範囲である。この様な絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維を得る手法として特に制限はないが、絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の原料となるピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維業を制御することによって達成できる。   The insulated pitch-based graphitized short fiber in the present invention corresponds to a milled fiber, and the average fiber length is preferably 20 to 500 μm. Here, the average fiber length is a number average fiber length, using a length measuring device under an optical microscope, measuring a predetermined number in a plurality of fields of view, if the average fiber length that can be determined from the average value is less than 20 μm, It becomes difficult for the short fibers to come into contact with each other, and it is difficult to expect effective heat conduction. On the other hand, when the average fiber length is greater than 500 μm, the viscosity of the matrix / short fiber mixture increases when mixed with the resin, and the moldability tends to decrease. More preferably, it is the range of 20-300 micrometers. There is no particular limitation on the method for obtaining such insulated pitch-based graphitized short fibers, but it can be achieved by controlling the average fiber industry of pitch-based graphitized short fibers that are the raw materials for insulated pitch-based graphitized short fibers. .

本発明における絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維は走査型電子顕微鏡での側面の観察表面が実質的に平坦であることが好ましい。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絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維に有しないことを意味する。絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の表面に激しい凹凸のような欠陥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引き起こし、成形性を悪化させる。よって、表面凹凸のような欠陥はできるだけ小さい状態が望ましい。より具体的には、走査型電子顕微鏡において800〜1000倍で観察した像での観察視野に、凹凸のような欠陥が10箇所以下であることとする。この様なピッチ系黒鉛化短繊維を得る手法としては、原料となるピッチ系黒鉛化短繊維の表面が実質的に平坦であること、及び炭化ケイ素処理の際に表面処理量が均一になる様、ガスを用いることがある。   Insulated pitch-based graphitized short fibers in the present invention preferably have a substantially flat side observation surface with a scanning electron microscope. Here, “substantially flat” means that the insulated pitch-based graphitized short fibers do not have severe unevenness like a fibril structure. When defects such as severe irregularities are present on the surface of the insulated pitch-based graphitized short fibers, the viscosity increases as the surface area increases during kneading with the matrix resin, and the moldability deteriorates. Therefore, it is desirable that defects such as surface irregularities be as small as possible. More specifically, it is assumed that there are 10 or less defects such as irregularities in an observation field in an image observed at 800 to 1000 times with a scanning electron microscope. As a method for obtaining such pitch-based graphitized short fibers, the surface of pitch-based graphitized short fibers as a raw material is substantially flat, and the surface treatment amount becomes uniform during silicon carbide treatment. Gas may be used.

[ピッチ系黒鉛化短繊維]
本発明におけるピッチ系黒鉛化短繊維は、上述の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維を得るのに好ましい形状及び表面性、また熱伝導性フィラーとして十分な熱伝導性を有するとの観点から、特定のピッチ系黒鉛化短繊維を用いることが好ましい。
[Pitch-based graphitized short fiber]
The pitch-based graphitized short fiber in the present invention is specified from the viewpoint of having a preferable shape and surface property for obtaining the above-mentioned insulated pitch-based graphitized short fiber, and sufficient thermal conductivity as a thermally conductive filler. It is preferable to use the pitch-based graphitized short fibers.

本発明におけるピッチ系黒鉛化短繊維は、光学顕微鏡で観測した平均繊維径が2〜20μmであることが好ましい。絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の好ましい平均繊維径が2〜20μmのためであり、これを達成するためにはその原料となるピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は2〜20μmが好ましい。   The pitch-based graphitized short fibers in the present invention preferably have an average fiber diameter of 2 to 20 μm observed with an optical microscope. This is because the preferred average fiber diameter of the insulated pitch-based graphitized short fibers is 2 to 20 μm, and in order to achieve this, the average fiber diameter of the pitch-based graphitized short fibers used as the raw material is preferably 2 to 20 μm.

本発明におけるピッチ系黒鉛化短繊維は、光学顕微鏡で観測したピッチ系黒鉛化短繊維における繊維径分散の平均繊維径に対する百分率(CV値)は3〜15%が好ましい。絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の好ましいCV値は3〜15%であり、これを達成するためにはその原料となるピッチ系黒鉛化短繊維のCV値は3〜15%であることが好ましい。ピッチ系黒鉛化短繊維のCV値は、紡糸時の溶融メソフェーズピッチの粘度を調節すること、具体的には、メルトブロー法にて紡糸する際は、紡糸時のノズル孔での溶融粘度を5.0〜25.0Pa・Sに調整することで実現できる。   In the pitch-based graphitized short fibers in the present invention, the percentage (CV value) with respect to the average fiber diameter of the fiber diameter dispersion in the pitch-based graphitized short fibers observed with an optical microscope is preferably 3 to 15%. The preferable CV value of the insulated pitch-based graphitized short fiber is 3 to 15%, and in order to achieve this, the CV value of the pitch-based graphitized short fiber used as the raw material is preferably 3 to 15%. . The CV value of the pitch-based graphitized short fiber adjusts the viscosity of the melted mesophase pitch at the time of spinning. Specifically, when spinning by the melt blow method, the melt viscosity at the nozzle hole at the time of spinning is 5. This can be realized by adjusting to 0 to 25.0 Pa · S.

本発明におけるピッチ系黒鉛化短繊維はミルドファイバーに該当し、その平均繊維長は、20〜500μmであることが好ましい。絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の好ましい平均繊維長が20〜500μmであり、これを達成するためには原料であるピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維長が20〜500μmであることが好ましい。この様なピッチ系黒鉛化短繊維を得る手法として特に制限はないがミリングの条件、すなわちカッター等で粉砕する際の、カッターの回転速度、ボールミルの回転数、ジェットミルの気流速度、クラッシャーの衝突回数、ミリング装置中の滞留時間を調節することにより平均繊維長を制御することができる。また、ミリング後のピッチ系炭素短繊維から、篩等の分級操作を行って、短い繊維長または、長い繊維長のピッチ系炭素短繊維を除去することにより調整することができる。   The pitch-based graphitized short fibers in the present invention correspond to milled fibers, and the average fiber length is preferably 20 to 500 μm. The preferable average fiber length of the insulating pitch-based graphitized short fibers is 20 to 500 μm, and in order to achieve this, the average fiber length of the pitch-based graphitized short fibers as a raw material is preferably 20 to 500 μm. There is no particular limitation on the method for obtaining such pitch-based graphitized short fibers, but when milling with a cutter, etc., the rotation speed of the cutter, the rotation speed of the ball mill, the air velocity of the jet mill, the collision of the crusher The average fiber length can be controlled by adjusting the number of times and the residence time in the milling apparatus. Moreover, it can adjust by performing classification operation, such as a sieve, from pitch-type carbon short fiber after milling, and removing pitch-type carbon short fiber of short fiber length or long fiber length.

本発明におけるピッチ系黒鉛化短繊維は、黒鉛結晶からなり、六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが60nm以上である。絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の、黒鉛結晶の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは60nm以上であり、これを達成するためには、原料であるピッチ系黒鉛化短繊維の黒鉛結晶の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは60nm以上である。   The pitch-based graphitized short fibers in the present invention are composed of graphite crystals, and the crystallite size derived from the growth direction of the hexagonal network surface is 60 nm or more. The crystallite size of the insulated pitch-based graphitized short fiber derived from the growth direction of the hexagonal network surface of the graphite crystal is 60 nm or more. To achieve this, the graphite of the pitch-based graphitized short fiber that is the raw material is used. The crystallite size derived from the growth direction of the hexagonal network surface of the crystal is 60 nm or more.

本発明におけるピッチ系黒鉛化短繊維は、透過型電子顕微鏡による繊維末端観察において、グラフェンシートの端面が閉じていることが好ましい。グラフェンシートの端面が閉じている場合、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り難い。このため、ピッチ系黒鉛化短繊維に活性点が生じず、一酸化ケイ素ガス処理する際に、ピッチ系黒鉛化短繊維表面全体の活性を抑制することができ、炭化ケイ素含有量のコントロールが簡単になる傾向がある。また、水などの吸着も低減でき、例えばポリエステルのような加水分解を伴う樹脂との混練においても、著しい湿熱耐久性能向上をもたらすことが出来る。50万〜400万倍に拡大した透過型電子顕微鏡による視野範囲で、グラフェンシートの端面は80%閉じていることが好ましい。80%以下であると余分な官能基の発生や、形状に起因する電子の局在化を引き起こし、他材料との反応を促進する可能性があるため好ましくない。グラフェンシート端面の閉鎖率は90%以上が好ましく、更には95%以上が更に好ましい。   In the pitch-based graphitized short fiber in the present invention, it is preferable that the end face of the graphene sheet is closed in the fiber end observation with a transmission electron microscope. When the end face of the graphene sheet is closed, generation of extra functional groups and localization of electrons due to the shape are difficult to occur. For this reason, no active sites are generated in the pitch-based graphitized short fibers, and when the silicon monoxide gas treatment is performed, the activity of the entire surface of the pitch-based graphitized short fibers can be suppressed, and the silicon carbide content can be easily controlled. Tend to be. Moreover, adsorption | suction of water etc. can also be reduced, for example, also in kneading | mixing with resin accompanying hydrolysis like polyester, the remarkable heat-and-heat durability performance improvement can be brought about. It is preferable that the end face of the graphene sheet is 80% closed within the field of view by a transmission electron microscope magnified 500,000 to 4,000,000 times. If it is 80% or less, generation of extra functional groups and localization of electrons due to the shape may be caused, and the reaction with other materials may be promoted. The closing rate of the graphene sheet end face is preferably 90% or more, and more preferably 95% or more.

グラフェンシート端面構造は、黒鉛化の前に粉砕を実施するか、黒鉛化の後に粉砕を実施するかにより、大きく異なる。すなわち、黒鉛化後に粉砕処理を行った場合、黒鉛化で成長したグラフェンシートが切断破断され、グラフェンシート端面が開いた状態になり易い。一方、黒鉛化前に粉砕処理を行った場合、黒鉛の成長過程でグラフェンシート端面がU字上に湾曲し、湾曲部分がピッチ系黒鉛化短繊維端部に露出した構造になり易い。このため、グラフェンシート端面閉鎖率が80%を超えるようなピッチ系黒鉛化短繊維を得るためには、粉砕を行った後に黒鉛化処理することが好ましい。   The graphene sheet end face structure varies greatly depending on whether pulverization is performed before graphitization or pulverization is performed after graphitization. That is, when a pulverization process is performed after graphitization, the graphene sheet grown by graphitization is cut and broken, and the graphene sheet end face tends to be open. On the other hand, when the pulverization treatment is performed before graphitization, the graphene sheet end face is curved in a U-shape during the graphite growth process, and the curved portion is likely to be exposed at the pitch-based graphitized short fiber end. For this reason, in order to obtain a pitch-based graphitized short fiber having a graphene sheet end face closing rate exceeding 80%, it is preferable to perform graphitization after pulverization.

本発明におけるピッチ系黒鉛化短繊維は走査型電子顕微鏡での側面の観察表面が実質的に平坦であることが好ましい。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ピッチ系黒鉛化短繊維に有しないことを意味する。絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の表面が実質的に平坦であることが好ましく、これを達成するためにピッチ系黒鉛化短繊維の表面も実質的に平坦であることが好ましい。この様なピッチ系黒鉛化短繊維を得る手法としては、ミリングを行った後に黒鉛化処理を実施することによって、好ましく得ることができる。   The pitch-based graphitized short fibers in the present invention preferably have a substantially flat side observation surface with a scanning electron microscope. Here, “substantially flat” means that the pitch-based graphitized short fibers do not have severe unevenness like a fibril structure. The surface of the insulated pitch-based graphitized short fiber is preferably substantially flat, and in order to achieve this, the surface of the pitch-based graphitized short fiber is also preferably substantially flat. A technique for obtaining such pitch-based graphitized short fibers can be preferably obtained by performing graphitization after milling.

[ピッチ系黒鉛化短繊維の製造法]
以下本発明で用いられるピッチ系黒鉛化短繊維の好ましい製造法について述べる。
本発明で用いられるピッチ系黒鉛化短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。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、特にメソフェーズピッチが好ましい。メソフェーズピッチのメソフェーズ率としては少なくとも90%以上、より好ましくは95%以上、更に好ましくは99%以上である。なお、メソフェーズピッチのメソフェーズ率は、溶融状態にあるピッチを偏光顕微鏡で観察することで確認出来る。
[Method for producing pitch-based graphitized short fibers]
A preferred method for producing pitch-based graphitized short fibers used in the present invention will be described below.
Examples of the raw material for pitch-based graphitized short fibers used in the present invention 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. Among these, condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as naphthalene and phenanthrene are preferable, and mesophase pitch is particularly preferable. The mesophase ratio of the mesophase pitch is at least 90% or more, more preferably 95% or more, and further preferably 99% or more. The mesophase ratio of the mesophase pitch can be confirmed by observing the pitch in the molten state with a polarizing microscope.

更に、原料ピッチの軟化点としては、230℃以上340℃以下が好ましい。不融化処理は、軟化点よりも低温で処理する必要がある。このため、軟化点が230℃より低いと、少なくとも軟化点未満の低い温度で不融化処理する必要があり、結果として不融化に長時間を要するため好ましくない。一方、軟化点が340℃を超えると、紡糸に340℃を超える高温が必要となり、ピッチの熱分解を引き起こし、発生したガスで糸に気泡が発生するなどの問題を生じるため好ましくない。軟化点のより好ましい範囲は250℃以上320℃以下、更に好ましくは260℃以上310℃以下である。なお、原料ピッチの軟化点はメトラー法により求めることが出来る。原料ピッチは、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。組み合わせる原料ピッチのメソフェーズ率は少なくとも90%以上であり、軟化点が230℃以上340℃以下であることが好ましい。   Furthermore, the softening point of the raw material pitch is preferably 230 ° C. or higher and 340 ° C. or lower. The infusibilization treatment needs to be performed at a temperature lower than the softening point. For this reason, when the softening point is lower than 230 ° C., it is necessary to perform the infusibilization treatment at a low temperature at least lower than the softening point. On the other hand, if the softening point exceeds 340 ° C., a high temperature exceeding 340 ° C. is required for spinning, which causes thermal decomposition of the pitch and causes problems such as generation of bubbles in the yarn due to the generated gas. A more preferable range of the softening point is 250 ° C. or higher and 320 ° C. or lower, more preferably 260 ° C. or higher and 310 ° C. or lower. The softening point of the raw material pitch can be obtained by the Mettler method. Two or more raw material pitches may be used in appropriate combination. The mesophase ratio of the raw material pitch to be combined is preferably at least 90% or more, and the softening point is preferably 230 ° C. or higher and 340 ° C. or lower.

メソフェーズピッチは溶融法により紡糸され、その後不融化、炭化、粉砕、黒鉛化によってピッチ系黒鉛化短繊維となる。場合によっては、粉砕の後、分級工程を入れることもある。   The mesophase pitch is spun by a melting method and then converted into pitch-based graphitized short fibers by infusibilization, carbonization, pulverization, and graphitization. In some cases, a classification step may be added after the pulverization.

以下絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維に用いられるピッチ系黒鉛化短繊維製造の各工程の好ましい態様について説明する。
紡糸方法には、特に制限はないが、所謂溶融紡糸法を適応することができる。具体的には、口金から吐出したメソフェーズピッチをワインダーで引き取る通常の紡糸延伸法、熱風をアトマイジング源として用いるメルトブロー法、遠心力を利用してメソフェーズピッチを引き取る遠心紡糸法などが挙げられる。中でもピッチ系炭素繊維前駆体の形態の制御、生産性の高さなどの理由からメルトブロー法を用いることが望ましい。このため以下本発明におけるピッチ系黒鉛化短繊維の製造方法に関してはメルトブロー法について記載する。
Hereinafter, preferred embodiments of each step of producing pitch-based graphitized short fibers used for insulating pitch-based graphitized short fibers will be described.
The spinning method is not particularly limited, but a so-called melt spinning method can be applied. Specific examples include a normal spinning drawing method in which a mesophase pitch discharged from a die is drawn with a winder, a melt blow method using hot air as an atomizing source, and a centrifugal spinning method in which a mesophase pitch is drawn using centrifugal force. Among these, it is desirable to use the melt blow method for reasons such as control of the form of the pitch-based carbon fiber precursor and high productivity. For this reason, the melt blow method will be described below for the method for producing pitch-based graphitized short fibers in the present invention.

ピッチ系炭素繊維前駆体を形成する紡糸ノズルの形状はどのようなものであっても良い。通常真円状のものが使用されるが、適時楕円などの異型形状のノズルを用いても何ら問題ない。ノズル孔の長さ(LN)と孔径(DN)の比(LN/DN)としては、2〜20の範囲が好ましい。LN/DNが20を超えると、ノズルを通過するメソフェーズピッチに強いせん断力が付与され、繊維断面にラジアル構造が発現する。ラジアル構造の発現は、黒鉛化の過程で繊維断面に割れを生じさせることがあり、機械特性の低下を引き起こすことがあるため好ましくない。一方、LN/DNが2未満では、原料ピッチにせん断を付与することが出来ず、結果として黒鉛の配向が低いピッチ系炭素繊維前駆体となる。このため、黒鉛化しても黒鉛化度を十分に上げることが出来ず、熱伝導性を向上させ難く好ましくない。機械強度と熱伝導性の両立を達成するには、メソフェーズピッチに適度のせん断を付与する必要がある。このため、ノズル孔の長さ(LN)と孔径(DN)の比(LN/DN)は2〜20の範囲が好ましく、更には3〜12の範囲が特に好ましい。   The spinning nozzle for forming the pitch-based carbon fiber precursor may have any shape. Normally, a perfect circle is used, but there is no problem even if a nozzle having an irregular shape such as an ellipse is used in a timely manner. The ratio of the nozzle hole length (LN) to the hole diameter (DN) (LN / DN) is preferably in the range of 2-20. When LN / DN exceeds 20, a strong shearing force is imparted to the mesophase pitch passing through the nozzle, and a radial structure appears in the fiber cross section. The expression of the radial structure is not preferable because it may cause a crack in the fiber cross-section during the graphitization process and may cause a decrease in mechanical properties. On the other hand, if LN / DN is less than 2, shearing cannot be imparted to the raw material pitch, resulting in a pitch-based carbon fiber precursor having a low orientation of graphite. For this reason, even when graphitized, the degree of graphitization cannot be sufficiently increased, and it is difficult to improve the thermal conductivity. In order to achieve both mechanical strength and thermal conductivity, it is necessary to apply appropriate shear to the mesophase pitch. For this reason, the ratio (LN / DN) of the nozzle hole length (LN) to the hole diameter (DN) is preferably in the range of 2 to 20, and more preferably in the range of 3 to 12.

紡糸時のノズルの温度、メソフェーズピッチがノズルを通過する際のせん断速度、ノズルからブローされる風量、風の温度等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条件、即ち、メソフェーズピッチのノズル孔での溶融粘度が1〜100Pa・sの範囲にあれば良い。   There are no particular restrictions on the temperature of the nozzle during spinning, the shear rate when the mesophase pitch passes through the nozzle, the amount of air blown from the nozzle, the temperature of the wind, etc., and the conditions under which a stable spinning state can be maintained, that is, the mesophase pitch The melt viscosity at the nozzle hole may be in the range of 1 to 100 Pa · s.

ノズルを通過するメソフェーズピッチの溶融粘度が1Pa・s未満の場合、溶融粘度が低すぎて糸形状を維持することが出来ず好ましくない。一方、メソフェーズピッチの溶融粘度が100Pa・sを超える場合、メソフェーズピッチに強いせん断力が付与され、繊維断面にラジアル構造を形成するため好ましくない。メソフェーズピッチに付与するせん断力を適切な範囲にせしめ、かつ繊維形状を維持するためには、ノズルを通過するメソフェーズピッチの溶融粘度を制御する必要がある。このため、メソフェーズピッチの溶融粘度を1〜100Pa・sの範囲にするのが好ましく、更には3〜30Pa・sの範囲にすることが好ましく、5〜25Pa・sの範囲にすることが更に好ましい。   When the melt viscosity of the mesophase pitch passing through the nozzle is less than 1 Pa · s, the melt viscosity is too low to maintain the yarn shape, which is not preferable. On the other hand, when the melt viscosity of the mesophase pitch exceeds 100 Pa · s, a strong shearing force is applied to the mesophase pitch and a radial structure is formed in the fiber cross section, which is not preferable. In order to keep the shearing force applied to the mesophase pitch within an appropriate range and maintain the fiber shape, it is necessary to control the melt viscosity of the mesophase pitch passing through the nozzle. Therefore, the melt viscosity of the mesophase pitch is preferably in the range of 1 to 100 Pa · s, more preferably in the range of 3 to 30 Pa · s, and further preferably in the range of 5 to 25 Pa · s. .

本発明の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維に用いられるピッチ系黒鉛化短繊維は、平均繊維径(D1)が2〜20μm以下であることが好ましいが、ピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径の制御は、ノズルの孔径を変更する、あるいはノズルからの原料ピッチの吐出量を変更する、あるいはドラフト比を変更することで調整可能である。ドラフト比の変更は、100〜400℃に加温された毎分100〜20000m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達成することができる。吹き付けるガスに特に制限は無いが、コストパフォーマンスと安全性の面から空気が望ましい。   The pitch-based graphitized short fiber used for the insulated pitch-based graphitized short fiber of the present invention preferably has an average fiber diameter (D1) of 2 to 20 μm or less. This control can be adjusted by changing the nozzle hole diameter, changing the discharge amount of the raw material pitch from the nozzle, or changing the draft ratio. The draft ratio can be changed by blowing a gas having a linear velocity of 100 to 20000 m / minute heated to 100 to 400 ° C. in the vicinity of the thinning point. There is no particular restriction on the gas to be blown, but air is desirable from the viewpoint of cost performance and safety.

紡糸されたピッチ系炭素繊維前駆体は、金網等のベルトに捕集されピッチ系炭素繊維前駆体ウェブとなる。その際、ベルト搬送速度により任意の目付量に調整できるが、必要に応じ、クロスラップ等の方法により積層させてもよい。ピッチ系炭素繊維前駆体ウェブの目付量は生産性及び工程安定性を考慮して、150〜1000g/mが好ましい。 The spun pitch-based carbon fiber precursor is collected on a belt such as a wire mesh to form a pitch-based carbon fiber precursor web. At that time, the weight per unit area can be adjusted according to the belt conveyance speed, but if necessary, it may be laminated by a method such as cross wrapping. The basis weight of the pitch-based carbon fiber precursor web is preferably 150 to 1000 g / m 2 in consideration of productivity and process stability.

このようにして得られたピッチ系炭素繊維前駆体ウェブは、公知の方法で不融化処理し、ピッチ系不融化繊維ウェブにする。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た酸化性雰囲気下で実施できるが、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、バッチ処理、連続処理のどちらでも処理可能であるが、生産性を考慮すると連続処理が望ましい。不融化処理は150〜350℃の温度で、一定時間の熱処理を付与することで達成される。より好ましい温度範囲は、160〜340℃である。昇温速度は1〜10℃/分が好適に用いられ、連続処理の場合は任意の温度に設定した複数の反応室を順次通過させることで、上記昇温速度を達成できる。昇温速度のより好ましい範囲は、生産性及び工程安定性を考慮して、3〜9℃/分である。   The pitch-based carbon fiber precursor web thus obtained is infusibilized by a known method to form a pitch-based infusible fiber web. Infusibilization can be performed in air or in an oxidizing atmosphere using a gas in which ozone, nitrogen dioxide, nitrogen, oxygen, iodine, or bromine is added to air, but in consideration of safety and convenience, it is performed in air. It is desirable. Further, both batch processing and continuous processing can be performed, but continuous processing is desirable in consideration of productivity. The infusibilization treatment is achieved by applying a heat treatment for a predetermined time at a temperature of 150 to 350 ° C. A more preferable temperature range is 160 to 340 ° C. A heating rate of 1 to 10 ° C./min is preferably used. In the case of continuous treatment, the above heating rate can be achieved by sequentially passing through a plurality of reaction chambers set at arbitrary temperatures. A more preferable range of the heating rate is 3 to 9 ° C./min in consideration of productivity and process stability.

ピッチ系不融化繊維ウェブは、600〜2000℃の温度で、真空中、或いは窒素、アルゴン、クリプトン等の不活性ガスを用いた非酸化性雰囲気中で炭化処理され、ピッチ系炭素繊維ウェブになる。炭化処理は、コスト面を考慮して、常圧かつ窒素雰囲気下での処理が望ましい。また、バッチ処理、連続処理のどちらでも処理可能であるが、生産性を考慮すれば連続処理が望ましい。   The pitch-based infusible fiber web is carbonized at a temperature of 600 to 2000 ° C. in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere using an inert gas such as nitrogen, argon, or krypton, to become a pitch-based carbon fiber web. . Carbonization treatment is preferably performed at normal pressure and in a nitrogen atmosphere in consideration of cost. Further, both batch processing and continuous processing can be performed, but continuous processing is desirable in consideration of productivity.

炭化処理されたピッチ系炭素繊維ウェブは、所望の繊維長にするために、切断、破砕・粉砕等の処理が実施される。また、場合によっては、分級処理が実施される。処理方式は所望の繊維長に応じて選定されるが、切断にはギロチン式、1軸、2軸及び多軸回転式等のカッターが好適に使用され、破砕、粉砕には衝撃作用を利用したハンマ式、ピン式、ボール式、ビーズ式及びロッド式、粒子同士の衝突を利用した高速回転式、圧縮・引裂き作用を利用したロール式、コーン式及びスクリュー式等の破砕機・粉砕機等が好適に使用される。所望の繊維長を得るために、切断と破砕・粉砕を多種複数機で構成してもよい。処理雰囲気は湿式、乾式のどちらでもよい。分級処理には、振動篩い式、遠心分離式、慣性力式、濾過式等の分級装置等が好適に使用される。所望の繊維長は、機種選定のみならず、ロータ・回転刃等の回転数、供給量、刃間クリアランス、系内滞留時間等を制御することによっても得ることができる。また、分級処理を用いる場合には、所望の繊維長は篩い網孔径等を調整することによっても得ることができる。   The carbonized pitch-based carbon fiber web is subjected to processing such as cutting, crushing and pulverization in order to obtain a desired fiber length. In some cases, classification processing is performed. The treatment method is selected according to the desired fiber length, but a guillotine type, one-axis, two-axis, and multi-axis rotary type cutters are preferably used for cutting, and an impact action is used for crushing and crushing. Hammer type, pin type, ball type, bead type and rod type, high speed rotary type using collision between particles, roll type using compression / tearing action, cone type and screw type etc. Preferably used. In order to obtain a desired fiber length, cutting, crushing and pulverizing may be performed by a plurality of machines. The treatment atmosphere may be either wet or dry. For the classification treatment, a classification device such as a vibration sieve type, a centrifugal separation type, an inertial force type, or a filtration type is preferably used. The desired fiber length can be obtained not only by selecting a model, but also by controlling the number of revolutions of the rotor / rotating blade, supply amount, clearance between blades, residence time in the system, and the like. In the case of using classification treatment, the desired fiber length can also be obtained by adjusting the sieve mesh pore diameter and the like.

上記の切断、破砕・粉砕処理、場合によっては分級処理を併用して作成したピッチ系炭素短繊維は、2000〜3500℃に加熱し黒鉛化して最終的なピッチ系黒鉛化短繊維とする。黒鉛化は、アチソン炉、電気炉等にて実施され、真空中、或いは窒素、アルゴン、クリプトン等の不活性ガスを用いた非酸化性雰囲気下等で実施される。   The pitch-based carbon short fibers prepared by using the above-described cutting, crushing / pulverizing treatment, and, in some cases, classification treatment, are heated to 2000-3500 ° C. and graphitized to obtain the final pitch-based graphitized short fibers. Graphitization is performed in an Atchison furnace, an electric furnace, or the like, and is performed in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere using an inert gas such as nitrogen, argon, or krypton.

[熱伝導性組成物]
本発明の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維と、マトリクス成分とを複合して熱伝導性組成物が得られる。本発明はこの熱伝導性組成物を包含する。本発明の熱伝導性組成物よりコンパウンド、シート、グリース、接着剤等の成形材料や熱伝導性成形体を得ることができる。
[Thermal conductive composition]
A thermally conductive composition is obtained by combining the insulating pitch-based graphitized short fibers of the present invention and a matrix component. The present invention includes this thermally conductive composition. Molding materials such as compounds, sheets, greases, adhesives and the like and heat conductive molded articles can be obtained from the heat conductive composition of the present invention.

この際、絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維は、マトリクス100重量部に対して3〜300重量部を添加させる。3重量部より少ない添加量では、熱伝導性を十分に確保することが難しい。一方、300重量部より多い絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維のマトリクスへの添加は困難であることが多い。   At this time, the insulated pitch-based graphitized short fiber is added in an amount of 3 to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the matrix. When the addition amount is less than 3 parts by weight, it is difficult to ensure sufficient thermal conductivity. On the other hand, it is often difficult to add more than 300 parts by weight of insulating pitch-based graphitized short fibers to the matrix.

マトリクスは、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、アラミド樹脂、およびゴムからなる群から選択される少なくとも1種である。複合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。   The matrix is at least one selected from the group consisting of a thermoplastic resin, a thermosetting resin, an aramid resin, and rubber. In order to express desired physical properties in the composite molded body, a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be appropriately mixed and used.

マトリクスに用いることができる熱可塑性樹脂としてポリオレフィン類及びその共重合体(ポリエチレン、ポリプロピレン、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、ポリビニルアルコール、エチレン−酢酸ビニル共重合体、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など)、ポリメタクリル酸類及びその共重合体(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など)、ポリアクリル酸類及びその共重合体、ポリアセタール類及びその共重合体、フッ素樹脂類及びその共重合体(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリエステル類及びその共重合体(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2,6ナフタレート、液晶性ポリマーなど)、ポリスチレン類及びその共重合体(スチレン−アクリロニトリル共重合体、ABS樹脂など)、ポリアクリロニトリル類及びその共重合体、ポリフェニレンエーテル(PPE)類及びその共重合体(変性PPE樹脂なども含む)、脂肪族ポリアミド類及びその共重合体、ポリカーボネート類及びその共重合体、ポリフェニレンスルフィド類及びその共重合体、ポリサルホン類及びその共重合体、ポリエーテルサルホン類及びその共重合体、ポリエーテルニトリル類及びその共重合体、ポリエーテルケトン類及びその共重合体、ポリエーテルエーテルケトン類及びその共重合体、ポリケトン類及びその共重合体、エラストマー、液晶性ポリマー、ポリイミド類及びその共重合体等が挙げられる。これらから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良い。   Polyolefins and their copolymers (polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene as thermoplastic resins that can be used in the matrix -Ethylene-α-olefin copolymer such as propylene copolymer), polymethacrylic acid and its copolymer (polymethacrylic acid ester such as polymethyl methacrylate), polyacrylic acid and its copolymer, polyacetal And copolymers thereof, fluororesins and copolymers thereof (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), polyesters and copolymers thereof (polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene 2,6 naphtha) Liquid crystal polymers), polystyrenes and copolymers thereof (styrene-acrylonitrile copolymers, ABS resins, etc.), polyacrylonitriles and copolymers thereof, polyphenylene ethers (PPE) and copolymers thereof ( Modified PPE resins, etc.), aliphatic polyamides and copolymers thereof, polycarbonates and copolymers thereof, polyphenylene sulfides and copolymers thereof, polysulfones and copolymers thereof, polyether sulfones and their Copolymers, polyether nitriles and copolymers thereof, polyether ketones and copolymers thereof, polyether ether ketones and copolymers thereof, polyketones and copolymers thereof, elastomers, liquid crystalline polymers, polyimides And copolymers thereof. One of these may be used alone, or two or more may be used in appropriate combination.

また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド類、熱硬化型変性PPE類、および熱硬化型PPE類などが挙げられ、これらから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良い。   Examples of the thermosetting resins include epoxy resins, acrylic resins, urethane resins, silicone resins, phenol resins, thermosetting polyimides, thermosetting modified PPEs, and thermosetting PPEs. One kind may be used alone, or two or more kinds may be used in appropriate combination.

アラミド樹脂としてはテレフタル酸および/またはイソフタル酸からなる芳香族ジカルボン酸成分と、1,4−フェニレンジアミン、1,3−フェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルおよび1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼンからなる群より選ばれる少なくとも一種の芳香族ジアミン成分に由来する全芳香族ポリアミド、および芳香族ポリアミドイミド類及びその共重合体が例示される。   As an aramid resin, an aromatic dicarboxylic acid component composed of terephthalic acid and / or isophthalic acid, 1,4-phenylenediamine, 1,3-phenylenediamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether, and Examples include wholly aromatic polyamides derived from at least one aromatic diamine component selected from the group consisting of 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, aromatic polyamideimides and copolymers thereof.

ゴムとしては特に限定は無いが天然ゴム(NR)、アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBRゴム)、イソプレンゴム(IR)、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム(EPM)、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム(CR)、シリコーンゴム及びその共重合体、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、ブチルゴムなどがある。   The rubber is not particularly limited, but natural rubber (NR), acrylic rubber, acrylonitrile butadiene rubber (NBR rubber), isoprene rubber (IR), urethane rubber, ethylene propylene rubber (EPM), epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber (CR), Examples include silicone rubber and copolymers thereof, styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), and butyl rubber.

本発明の組成物は、絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維とマトリクスとを混合して作製するが、混合の際には、ニーダー、各種ミキサー、ブレンダー、ロール、押出機、ミリング機、自公転式の撹拌機などの混合装置又は混練装置が好適に用いられる。   The composition of the present invention is prepared by mixing insulating pitch-based graphitized short fibers and a matrix, and at the time of mixing, a kneader, various mixers, a blender, a roll, an extruder, a milling machine, a self-revolving type A mixing device such as a stirrer or a kneading device is preferably used.

本発明の熱伝導性組成物の熱伝導率をより高めるために、炭化ケイ素被覆ピッチ系黒鉛化短繊維以外のフィラーを必要に応じて添加してもよい。具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、などの金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、酸化窒化アルミニウムなどの金属酸窒化物、炭化珪素などの金属炭化物、ダイヤモンドなどの炭素材料などが挙げられる。これらを機能に応じて適宜添加してもよい。また、2種類以上併用することも可能である。ただ、上記化合物は、密度がピッチ系黒鉛化短繊維より大きなものが多く、軽量化を目的とするときには、添加量や添加比率に気を配る必要がある。また、導電性フィラーを添加する場合、絶縁性の維持が達成できなくなるので、気を配る必要がある。   In order to further increase the thermal conductivity of the heat conductive composition of the present invention, fillers other than silicon carbide-coated pitch-based graphitized short fibers may be added as necessary. Specifically, metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, and zinc oxide, metal hydroxides such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide, metal nitrides such as boron nitride and aluminum nitride, oxynitride Examples thereof include metal oxynitrides such as aluminum, metal carbides such as silicon carbide, and carbon materials such as diamond. You may add these suitably according to a function. Two or more types can be used in combination. However, many of the above compounds have a density higher than that of pitch-based graphitized short fibers, and when the purpose is to reduce the weight, it is necessary to pay attention to the addition amount and addition ratio. In addition, when a conductive filler is added, maintenance of insulation cannot be achieved, so care must be taken.

さらに、成形性、機械物性などのその他特性をより高めるために、ガラス繊維、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硼化アルミニウムウィスカ、窒化ホウ素ウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、アスベスト繊維、石膏繊維、などの繊維状フィラーを必要な機能に応じて適宜添加してもよい。これらを2種類以上併用することも可能である。ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、アスベスト、タルク、アルミナシリケートなどの珪酸塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、ガラスビーズ、ガラスフレーク及びセラミックビーズなどの非繊維状フィラーも必要に応じて適宜添加することが可能である。これらは中空であってもよく、さらにはこれらを2種類以上併用することも可能である。ただ、上記化合物は、密度がピッチ系黒鉛化短繊維より大きなものが多く、軽量化を目的とするときには、添加量や添加比率に気を配る必要がある。   Furthermore, glass fibers, potassium titanate whiskers, zinc oxide whiskers, aluminum boride whiskers, boron nitride whiskers, aramid fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, asbestos fibers are used to enhance other properties such as moldability and mechanical properties. A fibrous filler such as gypsum fiber may be appropriately added depending on the required function. Two or more of these can be used in combination. Wollastonite, zeolite, sericite, kaolin, mica, clay, pyrophyllite, bentonite, asbestos, talc, alumina silicate and other silicates, calcium carbonate, magnesium carbonate, dolomite and other carbonates, calcium sulfate, barium sulfate, etc. Non-fibrous fillers such as sulfate, glass beads, glass flakes, and ceramic beads can be added as necessary. These may be hollow, and two or more of these may be used in combination. However, many of the above compounds have a density higher than that of pitch-based graphitized short fibers, and when the purpose is to reduce the weight, it is necessary to pay attention to the addition amount and addition ratio.

また、必要に応じて他の添加剤を複数、組成物に添加しても構わない。他の添加剤としては離型剤、難燃剤、乳化剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤を挙げることができる。
より具体的に、組成物の用途について説明する。当該組成物は、電子機器等において半導体素子や電源、光源などの電子部品が発生する熱を効果的に外部へ放散させるための放熱部材、伝熱部材あるいはそれらの構成材料等として用いることができる。
Moreover, you may add two or more other additives to a composition as needed. Examples of other additives include mold release agents, flame retardants, emulsifiers, softeners, plasticizers, and surfactants.
More specifically, the use of the composition will be described. The composition can be used as a heat radiating member, a heat transfer member, or a constituent material thereof for effectively radiating heat generated by electronic components such as a semiconductor element, a power source, and a light source in an electronic device or the like. .

マトリクスが熱可塑性樹脂からなる熱伝導性組成物の場合は、射出成形法、プレス成形法、カレンダー成形法、ロール成形法、押出成形法、注型成形法、およびブロー成形法からなる群より選ばれる少なくとも一種の方法により成形して、成形体を得ることができる。そして、シート状成形体は、ロールによる押し出しや、ダイによる押し出しなど押出成形法にて、成形することが可能である。成形条件は、成形手法とマトリクスに依存し、当該樹脂の溶融粘度より温度を上げた状態で成形を実施する。   When the matrix is a thermally conductive composition made of a thermoplastic resin, it is selected from the group consisting of injection molding, press molding, calendar molding, roll molding, extrusion molding, cast molding, and blow molding. It can shape | mold by the at least 1 type of method which can be obtained. And a sheet-like molded object can be shape | molded by extrusion molding methods, such as extrusion by a roll and extrusion by die | dye. The molding conditions depend on the molding method and the matrix, and the molding is performed in a state where the temperature is higher than the melt viscosity of the resin.

マトリクスが熱硬化性樹脂からなる熱伝導性組成物の場合は、射出成形法、プレス成形法、カレンダー成形法、ロール成形法、押出成形法および注型成形法からなる群より選ばれる少なくとも一種の方法により成形して、成形体を得ることができる。成形条件は、成形方法とマトリクスに依存し、適切な型において、当該樹脂の硬化温度を付与するといった方法を挙げることができる。   When the matrix is a thermally conductive composition made of a thermosetting resin, at least one selected from the group consisting of an injection molding method, a press molding method, a calendar molding method, a roll molding method, an extrusion molding method, and a casting molding method. It can shape | mold by a method and a molded object can be obtained. The molding conditions depend on the molding method and the matrix, and examples thereof include a method of imparting the curing temperature of the resin in an appropriate mold.

マトリクスがアラミド樹脂からなる熱伝導性組成物の場合は、アラミド樹脂を溶媒に溶解させ、ここにピッチ系黒鉛化短繊維を混合し、キャスト法を用いて成形する事ができる。ここで溶媒としてはアラミド樹脂が溶解できれば特に限定は無いが、具体的にはN,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒を用いる事ができる。   When the matrix is a thermally conductive composition made of an aramid resin, the aramid resin can be dissolved in a solvent, pitch-based graphitized short fibers can be mixed therein, and molded using a casting method. Here, the solvent is not particularly limited as long as the aramid resin can be dissolved, but specifically, amide solvents such as N, N-dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone can be used.

マトリクスがゴムからなる熱伝導性組成物の場合は、プレス成形法、カレンダー成形法、ロール成形法からなる郡より選ばれる少なくとも一種の方法により成形して、成形体を得ることができる。成形条件は、成形手法とマトリクスに依存し、当該ゴムの加硫温度を付与するといった方法を挙げることができる。
本発明はこのように上記熱伝導性組成物を成形して得られる成形体を包含する。
When the matrix is a thermally conductive composition made of rubber, it can be molded by at least one method selected from the group consisting of a press molding method, a calendar molding method, and a roll molding method to obtain a molded body. The molding conditions depend on the molding technique and the matrix, and can include a method of imparting the vulcanization temperature of the rubber.
The present invention includes a molded body obtained by molding the above heat conductive composition in this way.

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。
なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
(1)絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維及びピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は、JIS R7607に準じ、光学顕微鏡下でスケールを用いて60本測定し、その平均値から求めた。
(2)絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維及びピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維長は、セイシン企業製PITA1を用いて1500本測定し、その平均値から求めた。
(3)絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維及びピッチ系黒鉛化短繊維の表面は走査型電子顕微鏡で1000倍の倍率で観察し、凹凸を確認した。
(4)絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維のケイ素含有量は、炭化ケイ素化前後の重量差から算出した。
(5)絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の表面について、炭化ケイ素層の確認
サーモニコーレー製Magna750を用いて赤外分光分析を実施し、Si−C結合に由来する700cm−1付近のピークを検出することで、確認した。
(6)絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の比抵抗は、三菱化学アナリテック製MCP−PD51を用いて求めた。
(7)絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維及びピッチ系黒鉛化短繊維の結晶子サイズは、X線回折に現れる(110)面からの反射を測定し、学振法にて求めた。
(8)ピッチ系黒鉛化短繊維の端面は、透過型電子顕微鏡で100万倍の倍率で観察し、400万倍に写真上で拡大し、グラフェンシートを確認した。
(9)熱伝導性組成物の比抵抗は、三菱化学アナリテック製ハイレスタUPを用いて求めた。
(10)熱伝導性組成物の熱伝導率は、京都電子工業製QTM−500を用いて求めた。
Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
In addition, each value in a present Example was calculated | required according to the following method.
(1) The average fiber diameters of the insulating pitch-based graphitized short fibers and the pitch-based graphitized short fibers were measured from the average value by measuring 60 fibers using a scale under an optical microscope according to JIS R7607.
(2) The average fiber length of the insulating pitch-based graphitized short fibers and the pitch-based graphitized short fibers was measured from 1500 using PITA1 manufactured by Seishin Enterprise, and obtained from the average value.
(3) The surfaces of the insulating pitch-based graphitized short fibers and the pitch-based graphitized short fibers were observed with a scanning electron microscope at a magnification of 1000 times, and irregularities were confirmed.
(4) The silicon content of the insulating pitch-based graphitized short fiber was calculated from the weight difference before and after silicon carbide.
(5) Confirmation of silicon carbide layer The surface of insulated pitch-based graphitized short fibers was subjected to infrared spectroscopic analysis using Magna 750 manufactured by Thermo Nicole, and a peak near 700 cm −1 derived from Si—C bonds was observed. It was confirmed by detecting.
(6) The specific resistance of the insulated pitch-based graphitized short fiber was determined using MCP-PD51 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech.
(7) The crystallite size of the insulated pitch-based graphitized short fibers and pitch-based graphitized short fibers was determined by the Gakushin method by measuring the reflection from the (110) plane appearing in X-ray diffraction.
(8) The end face of the pitch-based graphitized short fiber was observed with a transmission electron microscope at a magnification of 1,000,000 times, magnified on a photograph at 4 million times, and a graphene sheet was confirmed.
(9) The specific resistance of the thermally conductive composition was determined using Hiresta UP manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech.
(10) The thermal conductivity of the thermally conductive composition was determined using QTM-500 manufactured by Kyoto Electronics Industry.

[参考例1]
縮合多環炭化水素化合物より主としてなるピッチを主原料とした。原料ピッチの光学的異方性割合は100%、軟化点が283℃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5500mの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径11.2μmのピッチ系短繊維を作製した。この時の紡糸温度は325℃であり、溶融粘度は17.5Pa・S(175poise)であった。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350g/mのピッチ系炭素繊維前駆体からなるピッチ系炭素繊維前駆体ウェブとした。
[Reference Example 1]
A pitch mainly composed of a condensed polycyclic hydrocarbon compound was used as a main raw material. The raw material pitch had an optical anisotropy ratio of 100% and a softening point of 283 ° C. Using a cap with a hole with a diameter of 0.2 mmφ, heated air was ejected from the slit at a linear velocity of 5500 m / min, and the pitch was melted to produce pitch-based short fibers having an average diameter of 11.2 μm. The spinning temperature at this time was 325 ° C., and the melt viscosity was 17.5 Pa · S (175 poise). The spun fibers were collected on a belt to form a mat, and then a pitch-based carbon fiber precursor web made of a pitch-based carbon fiber precursor having a basis weight of 350 g / m 2 by cross wrapping.

このピッチ系炭素繊維前駆体ウェブを空気中で170℃から300℃まで平均昇温速度5℃/分で昇温して不融化、更に800℃で焼成を行った。このピッチ系炭素繊維ウェブをカッター(ターボ工業製)を用いて900rpmで粉砕し、3000℃で黒鉛化した。
ピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は8.1μm、平均繊維径に対する繊維径分散の比(CV値)は11%であった。個数平均繊維長は100μm、六角網面の成長方向に由来する結晶サイズは80nmであった。
This pitch-based carbon fiber precursor web was heated from 170 ° C. to 300 ° C. at an average heating rate of 5 ° C./min to be infusible, and further fired at 800 ° C. This pitch-based carbon fiber web was pulverized at 900 rpm using a cutter (manufactured by Turbo Kogyo) and graphitized at 3000 ° C.
The average fiber diameter of the pitch-based graphitized short fibers was 8.1 μm, and the ratio of the fiber diameter dispersion to the average fiber diameter (CV value) was 11%. The number average fiber length was 100 μm, and the crystal size derived from the growth direction of the hexagonal network surface was 80 nm.

ピッチ系黒鉛化短繊維の端面は透過型顕微鏡の観察によりグラフェンシートが閉じていることを確認した。また、表面は走査型電子顕微鏡の観察により、凹凸は1個であり実質的に平滑であった。
ピッチ系黒鉛化短繊維の比抵抗は2.5×10−4Ω・cmであった。
It was confirmed by observation with a transmission microscope that the graphene sheet was closed on the end face of the pitch-based graphitized short fiber. Moreover, the surface was substantially smooth with one unevenness | corrugation by observation with the scanning electron microscope.
The specific resistance of the pitch-based graphitized short fibers was 2.5 × 10 −4 Ω · cm.

[実施例1]
参考例1で作成したピッチ系黒鉛化短繊維100重量部をケイ素(和光純薬製)300重量部、二酸化ケイ素(和光純薬製)300重量部を混合し、黒鉛製坩堝に入れた。これをアチソン炉にてアルゴン雰囲気下において1500℃で3時間処理した。得られた混合物を水酸化ナトリウム水溶液中で加熱、ろ過することにより絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維を得た。表面の炭化ケイ素層の存在は赤外分光分析により確認した。走査型電子顕微鏡の観察により、凹凸は1個であり実質的に平滑であった。
[Example 1]
100 parts by weight of pitch-based graphitized short fibers prepared in Reference Example 1 were mixed with 300 parts by weight of silicon (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 300 parts by weight of silicon dioxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and placed in a graphite crucible. This was treated in an Atchison furnace at 1500 ° C. for 3 hours in an argon atmosphere. The obtained mixture was heated and filtered in an aqueous sodium hydroxide solution to obtain insulated pitch-based graphitized short fibers. The presence of the surface silicon carbide layer was confirmed by infrared spectroscopy. As a result of observation with a scanning electron microscope, there was one unevenness and the surface was substantially smooth.

ケイ素含有量はピッチ系黒鉛化短繊維100重量部に対し10重量部であった。絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の比抵抗は5.0×10Ω・cmであった。
絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は8.2μm、平均繊維径に対する繊維径分散の比(CV値)は12%であった。個数平均繊維長は100μm、六角網面の成長方向に由来する結晶サイズは80nmであった。
The silicon content was 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of pitch-based graphitized short fibers. The specific resistance of the insulated pitch-based graphitized short fiber was 5.0 × 10 8 Ω · cm.
The average fiber diameter of the insulated pitch-based graphitized short fibers was 8.2 μm, and the ratio of the fiber diameter dispersion to the average fiber diameter (CV value) was 12%. The number average fiber length was 100 μm, and the crystal size derived from the growth direction of the hexagonal network surface was 80 nm.

[実施例2]
参考例1で作成したピッチ系黒鉛化短繊維100重量部を一酸化ケイ素(大阪チタニウムテクノロジー製)500重量部を混合し、黒鉛製坩堝に入れた。これをアチソン炉にてアルゴン雰囲気下において1500℃で3時間処理した。得られた混合物を水酸化ナトリウム水溶液中で加熱、ろ過することにより絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維を得た。表面の炭化ケイ素層の存在は赤外分光分析により確認した。走査型電子顕微鏡の観察により、凹凸は1個であり実質的に平滑であった。
[Example 2]
100 parts by weight of pitch-based graphitized short fibers prepared in Reference Example 1 were mixed with 500 parts by weight of silicon monoxide (manufactured by Osaka Titanium Technology), and placed in a graphite crucible. This was treated in an Atchison furnace at 1500 ° C. for 3 hours in an argon atmosphere. The obtained mixture was heated and filtered in an aqueous sodium hydroxide solution to obtain insulated pitch-based graphitized short fibers. The presence of the surface silicon carbide layer was confirmed by infrared spectroscopy. As a result of observation with a scanning electron microscope, there was one unevenness and the surface was substantially smooth.

ケイ素含有量はピッチ系黒鉛化短繊維100重量部に対し13重量部であった。絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の比抵抗は8.0×10Ω・cmであった。
絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は8.2μm、平均繊維径に対する繊維径分散の比(CV値)は12%であった。個数平均繊維長は100μm、六角網面の成長方向に由来する結晶サイズは80nmであった。
The silicon content was 13 parts by weight with respect to 100 parts by weight of pitch-based graphitized short fibers. The specific resistance of the insulated pitch-based graphitized short fiber was 8.0 × 10 8 Ω · cm.
The average fiber diameter of the insulated pitch-based graphitized short fibers was 8.2 μm, and the ratio of the fiber diameter dispersion to the average fiber diameter (CV value) was 12%. The number average fiber length was 100 μm, and the crystal size derived from the growth direction of the hexagonal network surface was 80 nm.

[実施例3]
実施例1で得られた絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維45重量部とシリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング製、SE1740)100重量部を真空式自公転混合機(シンキー製あわとり練太郎ARV−310)を用いて3分間混合し、複合スラリーとした。このスラリーを真空プレス機(北川精機製)で、プレス加工し厚み0.5mmの平板状の複合成形体を得、130℃で2時間硬化することで、熱伝導性組成物を作成した。熱伝導性組成物の比抵抗は3.5×10Ω・cmであった。熱伝導性組成物の熱伝導率は6.2W/(m・K)であった。
[Example 3]
45 parts by weight of the insulated pitch-based graphitized short fibers obtained in Example 1 and 100 parts by weight of a silicone resin (SE1740 manufactured by Toray Dow Corning) were mixed with a vacuum self-revolving mixer (Shinky Awatori Kentaro ARV-310). ) For 3 minutes to obtain a composite slurry. The slurry was pressed with a vacuum press (manufactured by Kitagawa Seiki) to obtain a plate-like composite molded body having a thickness of 0.5 mm, and cured at 130 ° C. for 2 hours to prepare a heat conductive composition. The specific resistance of the heat conductive composition was 3.5 × 10 9 Ω · cm. The heat conductivity of the heat conductive composition was 6.2 W / (m · K).

[実施例4]
実施例2で得られた絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維45重量部とシリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング製、SE1740)100重量部を真空式自公転混合機(シンキー製あわとり練太郎ARV−310)を用いて3分間混合し、複合スラリーとした。このスラリーを真空プレス機(北川精機製)で、プレス加工し厚み0.5mmの平板状の複合成形体を得、130℃で2時間硬化することで、熱伝導性組成物を作成した。熱伝導性組成物の比抵抗は4.8×10Ω・cmであった。熱伝導性組成物の熱伝導率は6.1W/(m・K)であった。
[Example 4]
45 parts by weight of insulated pitch-based graphitized short fibers obtained in Example 2 and 100 parts by weight of silicone resin (manufactured by Dow Corning Toray, SE1740) were mixed with a vacuum self-revolving mixer (Shinky Awatori Kentaro ARV-310) ) For 3 minutes to obtain a composite slurry. The slurry was pressed with a vacuum press (manufactured by Kitagawa Seiki) to obtain a plate-like composite molded body having a thickness of 0.5 mm, and cured at 130 ° C. for 2 hours to prepare a heat conductive composition. The specific resistance of the heat conductive composition was 4.8 × 10 9 Ω · cm. The heat conductivity of the heat conductive composition was 6.1 W / (m · K).

[比較例1]
参考例1で得られたピッチ系黒鉛化短繊維45重量部とシリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング製、SE1740)100重量部を真空式自公転混合機(シンキー製あわとり練太郎ARV−310)を用いて3分間混合し、複合スラリーとした。このスラリーを真空プレス機(北川精機製)で、プレス加工し厚み0.5mmの平板状の複合成形体を得、130℃で2時間硬化することで、熱伝導性組成物を作成した。熱伝導性組成物の比抵抗は5.0×10Ω・cmであった。熱伝導性組成物の熱伝導率は、5.4W/(m・K)であった。
[Comparative Example 1]
45 parts by weight of the pitch-based graphitized short fibers obtained in Reference Example 1 and 100 parts by weight of a silicone resin (SE1740 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) were subjected to a vacuum revolving mixer (Shinky Awatori Nertaro ARV-310). And mixed for 3 minutes to form a composite slurry. The slurry was pressed with a vacuum press (manufactured by Kitagawa Seiki) to obtain a plate-like composite molded body having a thickness of 0.5 mm, and cured at 130 ° C. for 2 hours to prepare a heat conductive composition. The specific resistance of the heat conductive composition was 5.0 × 10 2 Ω · cm. The heat conductivity of the heat conductive composition was 5.4 W / (m · K).

本発明の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維は、熱伝導率に優れるピッチ系黒鉛化短繊維の表面を炭化ケイ素にすることで、高い熱伝導性を示しつつ絶縁性を付与することを可能にせしめている。これにより、高い放熱特性が要求される電子機器に幅広く用いることが可能になり、サーマルマネージメントを確実なものとする。   The insulated pitch-based graphitized short fiber of the present invention can provide insulation while exhibiting high thermal conductivity by making the surface of the pitch-based graphitized short fiber excellent in thermal conductivity silicon carbide. I'm coughing. As a result, it can be widely used in electronic devices that require high heat dissipation characteristics, and thermal management is ensured.

Claims (10)

ピッチ系黒鉛化短繊維の表面に炭化ケイ素層を有し、炭素の六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが60nm以上である絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維。   An insulated pitch-based graphitized short fiber having a silicon carbide layer on the surface of a pitch-based graphitized short fiber and having a crystallite size derived from the growth direction of the carbon hexagonal network surface of 60 nm or more. 該ピッチ系黒鉛化短繊維100重量部に対し、ケイ素を1〜20重量部含有している請求項1に記載の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維。   The insulated pitch-based graphitized short fiber according to claim 1, wherein 1 to 20 parts by weight of silicon is contained with respect to 100 parts by weight of the pitch-based graphitized short fiber. 該絶縁化ピッチ系黒鉛化繊維は、平均繊維径が2〜20μmであり、平均繊維径に対する繊維径分散の百分率(CV値)が3〜15%であり、個数平均繊維長が20〜500μmであり、かつ走査型電子顕微鏡での観察表面が実質的に平坦である請求項1〜2のいずれか1項に記載の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維。   The insulated pitch-based graphitized fiber has an average fiber diameter of 2 to 20 μm, a fiber diameter dispersion percentage (CV value) with respect to the average fiber diameter of 3 to 15%, and a number average fiber length of 20 to 500 μm. 3. The insulated pitch-based graphitized short fiber according to claim 1, which has a substantially flat observation surface with a scanning electron microscope. 該ピッチ系黒鉛化短繊維が、メソフェーズピッチを原料とし、平均繊維径が2〜20μmであり、平均繊維径に対する繊維径分散の百分率(CV値)が3〜15であり、個数平均繊維長が20〜500μmであり、透過型電子顕微鏡によるフィラー端面観察においてグラフェンシートが閉じており、かつ走査型電子顕微鏡での観察表面が実質的に平坦である請求項1〜3のいずれか1項に記載の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維。   The pitch-based graphitized short fibers are made from mesophase pitch, the average fiber diameter is 2 to 20 μm, the percentage of fiber diameter dispersion (CV value) with respect to the average fiber diameter is 3 to 15, and the number average fiber length is 4. The method according to claim 1, wherein the graphene sheet is 20 to 500 μm, the graphene sheet is closed in the filler end face observation with a transmission electron microscope, and the observation surface with a scanning electron microscope is substantially flat. Insulated pitch-based graphitized short fiber. 該ピッチ系黒鉛化短繊維を1300〜2500℃の条件下に一酸化ケイ素ガスで処理することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維の製造法。   5. The insulated pitch-based graphitized short fiber according to claim 1, wherein the pitch-based graphitized short fiber is treated with silicon monoxide gas under a condition of 1300 to 2500 ° C. 6. Manufacturing method. 請求項1〜4のいずれかに1項に記載の絶縁化ピッチ系黒鉛化短繊維と、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、アラミド樹脂、およびゴムからなる群から選択される少なくとも1種のマトリクス成分とからなり、マトリクス成分100重量部に対して3〜300重量部のピッチ系黒鉛化短繊維を含有する熱伝導性組成物。   The at least 1 sort (s) of matrix selected from the group which consists of the insulated pitch type | system | group graphitized short fiber of any one of Claims 1-4, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, an aramid resin, and rubber | gum. A thermally conductive composition comprising 3 to 300 parts by weight of pitch-based graphitized short fibers with respect to 100 parts by weight of a matrix component. 該熱可塑性樹脂が、ポリカーボネート類、ポリエチレンテレフタレート類、ポリブ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、脂肪族ポリアミド類、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、及びアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン系共重合樹脂類、ポリイミド類からなる群より選ばれる少なくとも一種の樹脂である請求項6に記載の熱伝導性組成物。   The thermoplastic resins are polycarbonates, polyethylene terephthalates, polybutylene terephthalates, polyethylene-2, 6-naphthalates, aliphatic polyamides, polypropylenes, polyethylenes, polyether ketones, polyphenylene sulfides, and acrylonitrile- The thermally conductive composition according to claim 6, which is at least one resin selected from the group consisting of butadiene-styrene copolymer resins and polyimides. 該熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド類、熱硬化型変性PPE類、および熱硬化型PPE類からなる群より選ばれる少なくとも一種の樹脂である請求項6に記載の熱伝導性組成物。   The thermosetting resin is at least one selected from the group consisting of epoxy resins, acrylic resins, urethane resins, silicone resins, phenol resins, thermosetting polyimides, thermosetting modified PPEs, and thermosetting PPEs. The thermally conductive composition according to claim 6, which is a resin. 該ゴム成分が、天然ゴム(NR)、アクリルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBRゴム)、イソプレンゴム(IR)、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム(EPM)、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム(CR)、シリコーンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、およびブチルゴムからなる群より選ばれる少なくとも一種である請求項6に記載の熱伝導性組成物。   The rubber component is natural rubber (NR), acrylic rubber, acrylonitrile butadiene rubber (NBR rubber), isoprene rubber (IR), urethane rubber, ethylene propylene rubber (EPM), epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber (CR), silicone rubber, The thermally conductive composition according to claim 6, which is at least one selected from the group consisting of styrene butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), and butyl rubber. 請求項7〜9のいずれかに記載の熱伝導性組成物を、成形してなる熱伝導性成形体。   The heat conductive molded object formed by shape | molding the heat conductive composition in any one of Claims 7-9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103834185A (en) * 2014-02-26 2014-06-04 西安理工大学 Polyurethane/nano-composite modified asphalt and preparation method thereof
CN110373907A (en) * 2018-04-13 2019-10-25 北京烯创科技有限合伙企业(有限合伙) Graphene constant-temperature fabric and manufacturing method thereof

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