JP2012025831A - 放熱性成形体、放熱性部材及び筐体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピッチ系炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む組成物を平均肉厚0.2〜3mmに熱プレス成形してなる成形体であって、該炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率が400GPa以上であり、該炭素繊維の繊維軸方向の熱伝導率が60W/mK以上であり、該炭素繊維の重量平均繊維長が0.3〜25mmであり、該炭素繊維のうち、繊維長が2〜50mmのものの割合が50wt%以上であり、該成形体の炭素繊維含有率が30〜80重量%であることを特徴とする放熱性成形体。
【選択図】図1
Description
重量平均繊維長が0.3mm未満では、急激に成形体の弾性率が低下し、軽量化効果が低い。また、25mmを超えた成形体を得ることは、成形工程での切断が起こるため、実質的に困難である。
本発明において用いるピッチ系炭素繊維は、好ましくは単繊維を100〜50000本集束剤により集束したものである。
本発明においては、従来発熱がある電子機器等の剛性や強度を確保するために使用されている金属部材は、熱伝導度が高い(アルミの場合、通常120〜220w/mK(面方向)程度)が、熱膨張係数が大きいので、枠状部材の熱寸法安定性を確保することが難しい。
特に、発光装置や回路装置などの熱を発生させる機器の筐体として、炭素繊維強化合成樹脂を使用すると、熱膨張係数が極めて低い(或いは無い)ので、寸法安定性に優れる。
しかも黒色であるので放熱性が高い。
中でも、炭素繊維強化合成樹脂の炭素繊維を高引張弾性率かつ高熱伝導率のピッチ系炭素繊維とすることにより、枠状部材及び筐体の熱伝導率、放射特性及び剛性が高いものとなる。特に、このような熱伝導率の高い炭素繊維を使用すると、炭素繊維強化合成樹脂成形体としての熱伝導率が20〜60W/mK(面方向)と、従来一般的であるPAN系の炭素繊維を使用した場合の2W/mK(面方向)という低い熱伝導率に比べても高いので、成形品に熱源からの熱が即座に分散し、放熱性が向上する。なお、該炭素繊維強化剛性樹脂成形体としては、熱伝導率が20〜40W/mK(面方向)であるものがより好ましい。
次に、炭素繊維と複合化するマトリックス樹脂について説明する。
これらの樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<繊維混抄マット状成形体>
炭素繊維強化合成樹脂を用いた成形体を製造する手法として、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂も繊維状にしておき、炭素繊維と樹脂繊維からなる繊維混抄マット状成形体(不織布)とした後、熱プレスして樹脂を溶融させて成形するのが好ましい。ただし、マトリックス樹脂の一部を平均粒径0.1〜100μm特に0.5〜20μm程度の粉体としてもよい。
上記の繊維混抄マット状成形体を、当該混抄マット状成形体中の熱可塑性樹脂の短繊維の流動開始温度(Tf)以上においてプレス成形することにより繊維強化成形体が製造される。
また、繊維強化樹脂成形体としての面方向の熱伝導率は5〜60W/mKが好ましく、より好ましくは20〜40W/mKである。
本発明の繊維強化樹脂成形体は、好ましくは、平均肉厚が0.3〜2.0mm特に0.5〜1.5mmの板状である。平均肉厚は、板状の成形体の体積を板面の投影面積で除した値である。
ピッチ系炭素繊維としてダイアリード6371T(三菱樹脂(株)製、引張弾性率640GPa、繊維軸方向の熱伝導率140W/mK、6mmカットファイバー)60重量部を用い、熱可塑性樹脂繊維としてポリカーボネート樹脂(三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製、商品名「ノバレックス M7020AD2」)を用いて溶融紡糸法により作製した樹脂繊維40重量部を用い、分散剤としてポリエチレングリコール(Mw=50000)を用いた。これらの繊維を50Lの水槽へ導入し、さらに濃度0.1%となるように分散剤を加えた後にマキタ製ハンドミキサーを用いて1360rpmの回転速度で15秒間攪拌させた後に400Lの水を入れた水槽へ導入し、更に1分程度混合・開繊させた。次いで、1m2の金網上で抄き上げることにより目付け750g/m2の繊維混抄マット状成形体とした。
このプレスシート(厚さ1mm品)を赤外線ヒータにより成形温度300℃に予熱後、金型温度130℃のプレス金型にて印加圧力5MPaでプレス成形し、1分間の冷却後に成形体を離型し、第1,2,6図に示す構造の放熱性成形体1Aよりなるフラットパネルディスプレイ用バックライトシャーシを作製した。この放熱性成形体(バックライトシャーシ)は、板状部2の肉厚0.6mm、外形950×550mm、最高高さ(凸部4における厚さ)6mmであり、凸部4の裏面に第6図のトラス構造を有する。
実施例1で得られた成形品の板状部3にアラミド製ハニカム(デュポン(株)ノーメックス製ハニカム;セルサイズ1/8” 箔厚(0.05mm、密度0.0048g/cm2、厚さ3mm)を積層し、エポキシ接着剤で貼り付けた後、さらに上記プレスシート(厚さ1mm品)をエポキシ接着剤で貼り付けることにより、ハニカムコアをサンドイッチしたフラットパネルディスプレイ用バックライトシャーシを作製した。
上記プレスシート(厚さ2mm品)を赤外線ヒータにより成形温度300℃に予熱後、金型温度130℃のプレス金型にて印加圧力5MPaでプレスし、1分間の冷却後に成形体を離型し、第10,11図に示す構造を有した、基本度肉厚1.2mmt、外形950×550mm、内形810×310mm、最高部の高さ6mm、凸部4の裏面にトラス構造を有する枠体形状のフラットパネルディスプレイ用バックライトシャーシを作製した。
アルミ材として、三菱樹脂(株)製 KN500(厚さ10mm、長さ700mm、幅40mm)の加工ブロックよりNC旋盤加工機を用いて、外形830×40×最後部の高さ6mmの帯状部材を作製した。この帯状部材を枠状に組み合わせ、アルミ製リベットで固定し、フラットパネルディスプレイ用の枠状のバックライトシャーシを作製した。
上記の各シャーシについて、以下の3項目を次のようにして測定した。
(1)荷重撓み量
枠体を3点で固定し、このうちの中間の1点に50Nの荷重を加え、変位量(mm)を測定した。
(2)発熱状態(温度分布)
周囲温度24℃にて、長辺に沿ってLED光源基盤(32.5W)を取り付け、1時間点灯した後、熱伝対を用いて、長辺の中央部のLED光源から1mmの箇所(測定点1)及び短辺の中央の箇所(測定点2)の温度をそれぞれ計測した。
(3)熱変形量
周囲温度24℃にて、長辺に沿ってLED光源(32.5W)基盤を取り付け、1時間点灯後の最大変位量を測定した。
2 枠状部
3 板状部
4 凸部
5 凹部
6〜9 リブ部
Claims (13)
- ピッチ系炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む組成物を平均肉厚0.2〜3mmに熱プレス成形してなる成形体であって、
該炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率が400GPa以上であり、該炭素繊維の繊維軸方向の熱伝導率が60W/mK以上であり、
該炭素繊維の重量平均繊維長が0.3〜25mmであり、該炭素繊維のうち、繊維長が2〜50mmのものの割合が50wt%以上であり、
該成形体の炭素繊維含有率が30〜80重量%であることを特徴とする放熱性成形体。 - 請求項1において、前記炭素繊維が成形体の面方向に2次元ランダムに分散していることを特徴とする放熱性成形体。
- 請求項1又は2において、厚さ方向に突出又は凹陥する凸部又は凹部を有することを特徴とする放熱性成形体。
- 請求項3において、該凸部又は凹部が設けられた放熱性成形体の板面に正対したときの該凸部又は凹部の形状がトラス形、フィン形、筋交い形又は梯子形であることを特徴とする放熱性成形体。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、板状部と、該板状部の周縁部が連なる、該板状部よりも平均肉厚が大きい枠状部とを有するように一体に成形されていることを特徴とする放熱性成形体。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、枠状に成形されていることを特徴とする放熱性成形体。
- 請求項6の放熱性成形体と、該放熱性成形体が囲む枠状部の内側部に配置された板体部とを備えてなる放熱性部材。
- 請求項7において、前記板体部は、芯材と該芯材の両面に設けられた炭素繊維強化樹脂よりなる表皮材とを有することを特徴とする放熱性部材。
- 請求項8において、表皮材を構成する炭素繊維強化樹脂の炭素繊維は、繊維軸方向の引張弾性率が400GPa以上であり、繊維軸方向の熱伝導率が60W/mK以上であり、
該炭素繊維の重量平均繊維長が0.3〜25mmであり、該炭素繊維のうち、繊維長が2〜50mmのものの割合が50重量%以上であり、該炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維含有量が30〜80重量%であることを特徴とする放熱性部材。 - 請求項8又は9において、前記芯材は発泡構造体又はハニカム構造体よりなることを特徴とする放熱性部材。
- 請求項7において、前記板体部は金属製であることを特徴とする放熱性部材。
- 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の放熱性成形体を備えてなる筐体。
- 請求項7ないし11のいずれか1項に記載の放熱性部材を備えてなる筐体。
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