JP2019214689A - 熱伝導性絶縁エラストマー組成物、熱伝導性絶縁エラストマー成形体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
シリコーン系エラストマー及びフッ素系エラストマーからなる群より選択される少なくとも1種のエラストマー、無機フィラー、及び下記一般式(1)で表されるトリアジンジチオール系化合物を含有する熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
[2]
前記トリアジンジチオール系化合物は、下記一般式(2)〜(4)で表されるトリアジンジチオール系化合物の少なくとも1種である[1]に記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
[3]
前記無機フィラーは、窒化アルミニウムフィラー及び窒化ホウ素フィラーからなる群より選択される少なくとも1種を含む[1]又は[2]に記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
[4]
前記無機フィラーの含有量は、前記エラストマー100質量部に対して20〜400質量部である[1]〜[3]のいずれかに記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
[5]
前記トリアジンジチオール系化合物の含有量は、前記無機フィラー100質量部に対して5×10−7〜5質量部である[1]〜[4]のいずれかに記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
[6]
[1]〜[5]のいずれかに記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物から得られる熱伝導性絶縁エラストマー成形体。
[7]
前記熱伝導性絶縁エラストマー成形体は、熱伝導性絶縁エラストマーシートである[6]に記載の熱伝導性絶縁エラストマー成形体。
[8]
[6]又は[7]に記載の熱伝導性絶縁エラストマー成形体の製造方法であって、前記無機フィラーと前記トリアジンジチオール系化合物とを接触させて、前記無機フィラーの表面に前記トリアジンジチオール系化合物を付着させて表面修飾無機フィラーを得る工程A、前記表面修飾無機フィラーを前記エラストマー中に分散させて前記熱伝導性絶縁エラストマー組成物を得る工程B、及び前記熱伝導性絶縁エラストマー組成物を成形する工程Cを含む熱伝導性絶縁エラストマー成形体の製造方法。
[9]
前記工程Cにおいて、前記熱伝導性絶縁エラストマー組成物を加圧及び/又は加熱して成形する[8]に記載の熱伝導性絶縁エラストマー成形体の製造方法。
シリコーン系エラストマー及びフッ素系エラストマーは公知のものを特に制限なく使用することができ、熱伝導性絶縁エラストマー成形体の用途等に応じて適宜選択する。前記エラストマーは1種で用いてもよく、併用してもよい。なお、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ゴム系エラストマー、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、及びポリウレタン系エラストマーなどの他のエラストマー、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及びゴムを前記組成物中に適宜配合してもよい。これらは1種配合してもよく、2種以上配合してもよい。
無機フィラーは公知のものを特に制限なく使用することができる。無機フィラーとしては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル;アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化クロム、酸化チタン;窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化シリコン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化クロム;ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化イットリウム、ホウ化バナジウム、2ホウ化マグネシウム、ホウ化ニオブ、ホウ化タンタル、ホウ化タリウム;炭化ホウ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化タングステン、炭化IIタングステン炭化珪素;Fe−Si合金、Fe−Al合金、Fe−Si−Al合金、Fe−Si−Cr合金、Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、Fe−Ni−Mo合金、Fe−Co合金、Fe−Si−Al−Cr合金、Fe−Si−B合金、Fe−Si−Co−B合金;Mn−Znフェライト、Mn−Mg−Znフェライト、Mg−Cu−Znフェライト、Ni−Znフェライト、Ni−Cu−Znフェライト、Cu−Znフェライトなどが挙げられる。これらは1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明で用いられるトリアジンジチオール系化合物は、下記一般式(1)で表される。トリアジンジチオール系化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
熱伝導性絶縁エラストマー組成物には、芳香族アミン系、ヒンダードフェノール系、リン系、及び硫黄系などの酸化防止剤を配合することが好ましい。これらは1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の熱伝導性絶縁エラストマー組成物の製造方法は特に制限されず、前記各成分を混合することにより製造することができる。本発明においては、前記組成物中における無機フィラーの分散性を高めて、無機フィラーが繋がって形成される連続体を形成しやすくする観点から、前記無機フィラーと前記トリアジンジチオール系化合物とを接触させて、前記無機フィラーの表面に前記トリアジンジチオール系化合物を付着させて表面修飾無機フィラーを得て、その後、得られた表面修飾無機フィラーを前記エラストマー中に分散させて熱伝導性絶縁エラストマー組成物を製造することが好ましい。
本発明の熱伝導性絶縁エラストマー成形体は、前記熱伝導性絶縁エラストマー組成物を成形することにより得られる。前記熱伝導性絶縁エラストマー成形体の製造方法は特に制限されないが、前記熱伝導性絶縁エラストマー組成物を加圧及び/又は加熱して成形することが好ましい。成形方法としては、例えば、押出成形法、金型成形法、及びホットプレス法などが挙げられる。成形時の温度及び圧力は、使用するエラストマーの種類に応じて適宜調整する。
(表面修飾窒化アルミニウムフィラー(B1)の製造)
製造例1で製造したトリアジンジチオール系化合物をイオン交換水に溶解させて、0.1wt%の前記トリアジンジチオール系化合物を含む水溶液を得た。そして、窒化アルミニウムフィラー(古川電子(株)製、FAN−05)100gを、前記水溶液に10分間浸漬し、その後、取り出して100℃で60分乾燥して、表面修飾窒化アルミニウムフィラー(B1)を得た。
(表面修飾窒化ホウ素フィラー(B2)の製造)
製造例1で製造したトリアジンジチオール系化合物をイオン交換水に溶解させて、0.1wt%の前記トリアジンジチオール系化合物を含む水溶液を得た。そして、窒化ホウ素フィラー(デンカ(株)製、SP−2)100gを、前記水溶液に10分間浸漬し、その後、取り出して100℃で60分乾燥して、表面修飾窒化ホウ素フィラー(B2)を得た。
(熱伝導性絶縁エラストマー組成物の製造)
平均重合度が8000である、ジメチルビニル基で両末端封止したジメチルポリシロキサン(A1)60質量部、及び表面修飾窒化アルミニウムフィラー(B1)40質量部を混合した後、得られた混合物を150℃に予熱した東洋精機(株)製卓上型混練機(ラボプラストミル20C200)に投入し、40rpmで10分間混練して、熱伝導性絶縁エラストマー組成物を得た。
(熱伝導性絶縁エラストマー組成物の製造)
平均重合度が8000である、ジメチルビニル基で両末端封止したジメチルポリシロキサン(A1)50質量部、2−メチルベンゾイルパーオキサイド10部、及び表面修飾窒化ホウ素フィラー(B2)40質量部を混合した後、得られた混合物を150℃に予熱した東洋精機(株)製卓上型混練機(ラボプラストミル20C200)に投入し、40rpmで10分間混練して、熱伝導性絶縁エラストマー組成物を得た。
(熱伝導性絶縁エラストマー組成物の製造)
平均重合度が8000である、ジメチルビニル基で両末端封止したジメチルポリシロキサン(A1)50質量部、及び表面修飾窒化アルミニウムフィラー(B1)2質量部を混合した後、得られた混合物を150℃に予熱した東洋精機(株)製卓上型混練機(ラボプラストミル20C200)に投入し、40rpmで10分間混練した。得られた混練物を取り出した後、チップ状にカットし、得られたチップとアルミナフィラー48質量部とを混合したのち、再度、40rpmで10分間混練して、熱伝導性絶縁エラストマー組成物を製造した。
(熱伝導性絶縁エラストマー組成物の製造)
シリコーン系エラストマー及びフィラーの種類と配合量を、表1に示すように変更した以外は実施例3と同様の方法で熱伝導性絶縁エラストマー組成物を製造した。
(熱伝導性絶縁エラストマー組成物の製造)
信越シリコーン KE−541−U(信越化学工業株式会社製)(A3)40質量部、2−メチルベンゾイルパーオキサイド10部、及び表面修飾窒化ホウ素フィラー(B2)2質量部を混合した後、得られた混合物を150℃に予熱した東洋精機(株)製卓上型混練機(ラボプラストミル20C200)に投入し、40rpmで10分間混練した。得られた混練物を取り出した後、チップ状にカットし、得られたチップとアルミナフィラー48質量部とを混合したのち、再度、40rpmで10分間混練して、熱伝導性絶縁エラストマー組成物を製造した。
(熱伝導性絶縁エラストマー組成物の製造)
フィラーの種類を、表1に示すように変更した以外は実施例6と同様の方法で熱伝導性絶縁エラストマー組成物を製造した。
(熱伝導性絶縁エラストマー組成物の製造)
シリコーン系エラストマー及びフィラーの種類と配合量を、表1に示すように変更した以外は実施例1と同様の方法で熱伝導性絶縁エラストマー組成物を製造した。
熱伝導率、耐熱性、耐湿熱性、熱抵抗、及び絶縁破壊電圧の評価を以下の方法で行った。
(評価用シートサンプルの作製)
評価用シートサンプルは、ヒートプレス機(テスター産業(株)製、SA−302−I)を用いて作製した。所定の厚みを有する型枠内に、実施例及び比較例で作製した熱伝導性絶縁エラストマー組成物を入れ、シリコーン系エラストマーの融点+20℃の温度条件で2分間溶融させた。得られた溶融物に100kgf/cm2の荷重をかけ、1分後に水につけて急冷し、所定厚みの評価用シートサンプルを得た。
比熱は、TAインスツルメンツ(株)製のDSC2920を用いて測定した。実施例及び比較例で作製した熱伝導性絶縁エラストマー組成物(サンプル)10.0mgをアルミパンに入れ、室温から10℃/分の昇温温度で200℃まで昇温し、200℃に達してから5分間保持した。その後、10℃/分で降温した。同様に、基準物質としてサファイア26.8mgをアルミパンに入れ、同条件で測定した。さらに、ブランクとしてサンプルを入れていない空のアルミパンを同条件で測定した。それぞれのDSC曲線の23℃におけるHeat Flowの値を読み取り、下記式により比熱容量を算出した。
Cp=(h/H)×(m’/m)×C’p
Cp:サンプルの比熱
C’p:23℃における基準物質(サファイア)の比熱
h:ブランクとサンプルのDSC曲線の差
H:ブランクと基準物質(サファイア)のDSC曲線の差
m:サンプルの質量(g)
m’:基準物質(サファイア)の質量(g)
比重は、東洋精機(株)製の自動比重計D−H100を用いて測定した。作製した評価用シートサンプルをヒートプレスして、厚さ0.5mmのシートを得た。そして、当該シートを10mm×10mmのサイズに切断して比重測定用サンプルを得た。作製した比重測定用サンプルを用いて、水中置換法により比重測定を行った。
熱拡散率は、アイフェイズ(株)製の熱拡散係数測定装置ai−phase Mobile1を用いて測定した。作製した評価用シートサンプルをヒートプレスして、厚さ0.5mmのシートを得た。作製したシートを用いて、厚み方向の熱拡散率を測定した。
そして、熱伝導率は、前記方法で求めた比熱、比重、及び熱拡散率から下式により算出した。
熱伝導率(W/m・K)=比重×比熱(J/g・K)×熱拡散率(m2/sec)
作製した評価用シートサンプルをヒートプレスして、厚さ1mmのシートを得た。そして、当該シートを10mm×50mmのサイズに切断して耐熱性評価用サンプルを得た。耐熱性評価用サンプルを恒温槽に投入し、温度85℃で1000時間経過後、その引張伸度を測定し、初期値の50%となる温度を調べた。そして、下記基準で評価した。初期値の50%となる温度が高いほど耐熱性が高いことを示す。
◎:160℃以上
○:130℃以上160℃未満
△:110℃以上130℃未満
×:110℃未満
作製した評価用シートサンプルをヒートプレスして、厚さ1mmのシートを得た。そして、当該シートを10mm×50mmのサイズに切断して耐湿熱性評価用サンプルを得た。耐湿熱性評価用サンプルを恒温恒湿槽に投入し、85℃×85%Rhの条件下におけるサンプルの膨張率を観察した。恒温恒湿槽投入前と投入1000時間経過後のサンプルの長さ、幅、及び厚さ(mm)をそれぞれ測定し、各方向における膨張率(%)を算出した。さらに、それらの積をとり、体積膨張率(%)を算出した。このとき恒温恒湿槽投入前の膨張率を100%とする。なお、測定には定圧ノギスを使用した。体積膨張率は小さいほど好ましい。体積膨張率が110%以下であると、脆性の悪化が小さく、良好である。体積膨張率が110%を超えると、脆性が悪化するため、高湿度下での使用は好ましくない。
作製した評価用シートサンプルをヒートプレスして、厚さ0.3mmのシートを得た。当該シートの熱抵抗は、ASTM D5470に従って測定した。熱抵抗は、0.6×10e−3(m2K/W)以下であることが好ましい。なお、熱抵抗はシートの厚さにほぼ比例する。
作製した評価用シートサンプルをヒートプレスして、厚さ0.1mmのシートを得た。当該シートの絶縁破壊電圧は、JIS K6249に従って測定した。絶縁破壊電圧は、3kV以上であることが好ましい。なお、絶縁破壊電圧はシートの厚さにほぼ比例する。
A1:平均重合度が8000である、ジメチルビニル基で両末端封止したジメチルポリシロキサン
A2:平均重合度が10000である、ジメチルビニル基で両末端封止したジメチルポリシロキサン
A3:信越シリコーン KE−541−U(信越化学工業株式会社製)
B1:製造例2で作製した表面修飾窒化アルミニウムフィラー
B2:製造例3で作製した表面修飾窒化ホウ素フィラー
Claims (9)
- シリコーン系エラストマー及びフッ素系エラストマーからなる群より選択される少なくとも1種のエラストマー、無機フィラー、及び下記一般式(1)で表されるトリアジンジチオール系化合物を含有する熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
- 前記トリアジンジチオール系化合物は、下記一般式(2)〜(4)で表されるトリアジンジチオール系化合物の少なくとも1種である請求項1に記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
- 前記無機フィラーは、窒化アルミニウムフィラー及び窒化ホウ素フィラーからなる群より選択される少なくとも1種を含む請求項1又は2に記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
- 前記無機フィラーの含有量は、前記エラストマー100質量部に対して20〜400質量部である請求項1〜3のいずれかに記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
- 前記トリアジンジチオール系化合物の含有量は、前記無機フィラー100質量部に対して5×10−7〜5質量部である請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の熱伝導性絶縁エラストマー組成物から得られる熱伝導性絶縁エラストマー成形体。
- 前記熱伝導性絶縁エラストマー成形体は、熱伝導性絶縁エラストマーシートである請求項6に記載の熱伝導性絶縁エラストマー成形体。
- 請求項6又は7に記載の熱伝導性絶縁エラストマー成形体の製造方法であって、前記無機フィラーと前記トリアジンジチオール系化合物とを接触させて、前記無機フィラーの表面に前記トリアジンジチオール系化合物を付着させて表面修飾無機フィラーを得る工程A、前記表面修飾無機フィラーを前記エラストマー中に分散させて前記熱伝導性絶縁エラストマー組成物を得る工程B、及び前記熱伝導性絶縁エラストマー組成物を成形する工程Cを含む熱伝導性絶縁エラストマー成形体の製造方法。
- 前記工程Cにおいて、前記熱伝導性絶縁エラストマー組成物を加圧及び/又は加熱して成形する請求項8に記載の熱伝導性絶縁エラストマー成形体の製造方法。
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