JP2021059671A - 放熱成形体用組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
即ち、発熱源がリチウムイオン電池である場合を例に挙げて説明すると、自動車用動力電源としてのリチウムイオン電池においては、真夏の炎天下等、車内温度が40℃以上にも達する熱的に厳しい環境下でも使用されるため、そのような環境下では発熱し温度上昇した際に、リチウムイオン電池を収めた筺体とその周辺雰囲気との温度差が小さくなる。このような熱的に厳しい温度条件下で使用されることにより周囲環境との間に温度差が得られ難い部品等に対しては、対流熱や伝導熱の熱伝導といった温度差を利用する放熱方法のみでは放熱効率が悪く放熱効果が低いものである。このため、熱伝導性フィラの使用のみでは、使用限界温度が55℃〜60℃であるリチウムイオン電池の放熱対策に適用しても、特に真夏の炎天下等の車内温度が40℃以上にも達する熱的に厳しい環境下だと直ぐにその使用限界温度に達してしまい、高い放熱効果が得られない。また、導電性を必要とする場合、シリコーン化合物が含まれていると接点不良を招くという問題もある。
また、上記熱伝導性フィラとしては、窒化アルミ(AIN)、窒化ホウ素(BN)、酸化マグネシウム(MgO)、アルミナ(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、タルク、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)が使用でき、好ましくは、炭酸カルシウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、または水酸化マグネシウムである。
更に、上記潜熱蓄熱材としては、例えば、パラフィン類または脂肪酸類が使用できるが、好ましくは、パラフィン化合物、中でも炭素数が偶数2n(nは自然数から選択される1つの数)からなるノルマルパラフィンを含有するパラフィン化合物である。
この請求項1の発明に係る放熱成形体用組成物によれば、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルまたはアロマ系プロセスオイルを配合することにより、常温から40℃程度の低い温度でも十分に低硬度な放熱成形体を形成できる。よって、放熱対象物に対する密着性が向上し、放熱対象物の温度が上昇しても放熱対象物の熱を放熱成形体に速やかに移動させることができるため、放熱対象物の昇温速度を抑え温度上昇を緩和できる。これより、熱伝導性フィラを多く配合しても放熱対象物に対し高密着させることができるから、熱伝導性フィラによる熱伝導性及び潜熱蓄熱材による蓄熱性が十分に発揮され、放熱効果を向上することができ、放熱対象物の温度が上昇して周囲環境(外気)との温度差が小さくなったときでも、高い放熱効果が得られる。
まず、本発明の実施の形態1について説明する。
本発明の実施の形態1に係る放熱成形体用組成物は、熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマからなる熱可塑性ベースポリマと、熱伝導性フィラと、潜熱蓄熱材と、プロセスオイルとして40℃における動粘度が、好ましくは、10mm2/s以上、100mm2/s未満のパラフィン系プロセスオイル、40℃における動粘度が、好ましくは、120mm2/s以上、350mm2/s以下のナフテン系プロセスオイル、または40℃における動粘度が、好ましくは、100mm2/s以上、300mm2/s以下のアロマ系プロセスオイルを含有するものである。
熱可塑性樹脂としては、例えば、エンジニアリング・プラスチック(エンプラ)に属するポリアミド46(PA46)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂(ナイロン等)、ポリアセタール(POM)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂等や、スーパー・エンジニアリング・プラスチック(スーパーエンプラ)に属するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリサルホン(PSF)樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂、非晶ポリアリレート(PAR)樹脂、液晶ポリマ(LCP)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリアミドイミド樹脂等や、汎用樹脂に属するポリエチレン(PE)樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)樹脂、ポリスチレン(PS)樹脂、ポリ酢酸ビニル(PVAc)樹脂、ABS樹脂、アクリルニトリルスチレン(AS)樹脂、アクリル(PMMA)樹脂等を使用できる。これらは1種を単独で用いても良いし2種以上を組み合わせて用いても良い。このような熱可塑性樹脂を使用した場合には、必要に応じて熱可塑性樹脂を可塑化するための可塑剤が配合される。
また、アルケニル芳香族化合物共重合ブロックにおけるアルケニル芳香族化合物としては、スチレン、ブチルスチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン、N,N−ジエチル−p−アミノスチレン、ビニルピリジン等がある。
更に、オレフィン共重合ブロックは、結晶性オレフィン共重合ブロックが好ましく、エチレン、ブチレン、プロピレン等や、ブタジエン、イソプロピレン等の共役ジエン共重合体からなるブロックの水素添加物等がある。アルケニル芳香族化合物が共重合されていてもよい。
ソフトセグメントとしては、エチレン、プロピレン、1−ブテン等のα−オレフィンのランダム重合体セグメント、ブタジエン、イソプレン等のジエン化合物の重合体セグメントまたはその水素添加物セグメント等がゴム、弾性特性を付与するソフトセグメントとして機能する。
例えば、スチレン−イソプレンブロック共重合体(SI)、スチレン−ブタジエンブロック共重合体(SB)、スチレン−エチレン/プロピレンブロック共重合体(SEP)、スチレン−エチレン/プロピレン−スチレンブロック共重合体(SEPS)、スチレン−エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEB)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレン−エチレン/ブチレン−オレフィン結晶ブロック共重合体(SEBC)、スチレン−エチレン−エチレン/プロピレン−スチレンブロック共重合体(SEEPS)、オレフィン結晶−エチレン/ブチレン−オレフィン結晶ブロック共重合体(CEBC)等が好ましい。
そして、このように熱可塑性ベースポリマとしてハードセグメント及びソフトセグメントを有する水添ブロック共重合体を採用すると、潜熱蓄熱材としてマイクロカプセルに封入されていないパラフィン化合物等の製品を使用しても、融解(相変化)に伴うパラフィン化合物等の相分離、ブリードアウト(漏れ出し、染み出し)の防止に効果的であるから、パラフィン化合物等の製品の選択自由度が高まる。中でも、強度、耐熱性、耐久性及び耐ブリードアウト性に優れるSEBS等の水添スチレン系エラストマが好適である。この水添スチレン系エラストマの数平均分子量は、耐ブリードアウト性を考慮すると、例えば、60,000〜400,000程度、好ましくは、100,000〜300,000程度である。
なお、水添ブロック共重合体は、これを構成する各ブロックが直線状に結合した直鎖の共重合体に限定されず、各ブロックが分岐状に結合したグラフト共重合体型、或いは、各ブロックが星型に結合したスターポリマー型等であってもよい。
導電性の熱伝導性フィラについては、安価で、かつ、熱伝導性や導電性を効果的に向上できる点から、炭素繊維等の炭素化合物が好適である。
なお、導電性の熱伝導性フィラをシリカ等で被覆することにより、導電性フィラに絶縁性を付与した絶縁性フィラとし、これを熱伝導性フィラとして使用することも可能である。
熱伝導性フィラの形状としては、例えば、繊維状、板状、球状、楕円球状、多角柱状、鱗片状、棒状、粒子状、粉末状、ロッド状、チューブ状、曲板状、針状、曲板状、針状等の形状があるが、何れの形状のものでも使用可能である。アスペクト比が高いものであると、放熱成形体において高い熱伝導率が得られる。
そして、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径とは、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いてレーザ回折・散乱法によって得られた粒度分布において積算質量部が50%となる粒子径(D50)をいう。
なお、上記数値は、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。この誤差の観点から見ると、平均粒子径との差も僅少であり、平均粒子径≒中位径であり、平均粒子径=中位径と見做すこともできる。
固固相転移型の潜熱蓄熱材としては、例えば、マルテンサイト変態を生じる材料(NiTi、CuZnAl、CuAlNi等の形状記憶合金)、サーモクロミック材料(N,N−ジエチルエチレンジアミン銅錯体等)、柔粘性結晶(トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール等の多価アルコールや、バナジウムまたはバリウム等の金属酸化物、例えば、酸化バナジウム、酸化チタン、酸化バリウム系等や、硫化バナジウム等)、磁気相転移物質(Mn−Znフェライト、NiFe合金等)、常誘電体−強誘電体転移物質(BaTiO3等)が使用できる。
この固液相転移型の潜熱蓄熱材とは、熱を吸収する際に固相から液相へと相変化し、その相変化(融解)の潜熱によって熱を蓄える(吸収する)相変化型の蓄熱材(相変化材)のことである。固液相転移型の潜熱蓄熱材の中でも、特にパラフィン類(飽和炭化水素化合物)、脂肪酸類(脂肪酸エステルを含む)等の有機系化合物は、比較的大きい潜熱を有し単位体積当たりの蓄熱量が大きく、融解と凝固を繰り返しても安定した放熱と蓄熱作用が得られる。また、腐食し難く、安価である。更に、炭素数、分子量等に応じて相変化温度(融点)を異にした材料種が多く存在し、材料の選択幅が広い。このため、潜熱蓄熱材として好ましく用いられる。
特に、潜熱蓄熱材として固液相転移型等の相変化材を使用する場合には、放熱対象物の材料種、作動(使用)温度、使用環境等に応じ、蓄熱したい目的の温度範囲に相変化温度(融点)を有する材料が選択される。
また、ノルマルパラフィンは、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸水和物、酢酸ナトリウム水和物等といったような無機水和塩や、脂肪酸や、脂肪酸エステル等の他の潜熱蓄熱材と比較して、臭気、毒性、腐食性もなくて取扱い易い。更に、熱的安定性も高く、繰り返しの相変化によっても劣化、特に酸化劣化しにくい材料であり耐久性も高く、また、結晶化速度、蓄熱(吸熱)特性が安定している。
このように、ノルマルパラフィンの炭素数を表す2nのnが7〜13の範囲内では、炭素数が奇数(2n±1:n=7〜13)の直鎖飽和炭化水素化合物よりも融解潜熱量が極めて高いからパラフィン化合物中での占有量を高めなくとも十分に高い蓄熱量が得られ、低コスト化が可能である。
即ち、融点が40℃以上、55℃以下のパラフィン化合物を用いることで、本実施の形態1では、後述するように潜熱蓄熱材及び所定のパラフィンオイルの組み合わせにより、選択した潜熱蓄熱材の融点より低い温度、例えば、35℃〜53℃程度で相変化して熱を吸収するため、真夏の炎天下等で雰囲気温度が40℃以上に達し、リチウムイオン電池と周囲環境との温度差が小さくなったときでも、リチウムイオン電池の温度上昇を効果的に抑制できる。ここで、パラフィン化合物のピークトップが40℃よりも低いものでは、真夏の炎天下等で雰囲気温度が40℃以上に達するような高温環境下では直ぐに蓄熱容量が限界を超えてしまい、リチウムイオン電池の温度上昇の抑制、緩和効果が弱く、リチウムイオン電池の使用限界温度に達するまでの時間の短縮効果が得られ難い。また、真夏の炎天下等で雰囲気温度が40℃以上に達するような環境以外のときでも相変化が頻繁に繰り返されることになるから劣化も速くなる。特に、低融点であると、電池の作動時以外でもバッテリの周囲温度の影響で相変化が頻繁に繰り返されることもあり、早期の劣化を招くこともある。また、ピークトップが55℃よりも高いと、リチウムイオン電池がその使用限界温度に達するまでの蓄熱量が小さく、リチウムイオン電地の作動時間を長くすることができない。したがって、融点が40℃以上、55℃以下の範囲内であるパラフィン化合物の使用によって、真夏の炎天下等熱的に厳しい雰囲気温度となる環境でも、リチウムイオン電池等の二次電池の熱を逃してその温度上昇を効果的に抑制、緩和でき、高い放熱効果を得ることができる。
そして、示差走査熱量測定法(DSC法)による測定で、40℃〜55℃の範囲内に融解主ピークのピークトップを有するのであれば、融点が40℃〜55℃の範囲内にある炭素数2n(偶数)のノルマルパラフィンの使用のみに限定されず、当該範囲外に融点を有する炭素数2n(偶数)のノルマルパラフィンを混合してもよい。
特に、水添ジエン系共重合体を熱可塑性ベースポリマに選定することで、パラフィン化合物がマイクロカプセルに封入されていなくとも、パラフィン化合物の相変化による相分離、ブリードアウト(漏れ出し、染み出し)を抑制できる。
40℃における動粘度が、好ましくは、10mm2/s以上、100mm2/s未満の範囲内のパラフィン系プロセスオイルであれば、強度や成形性を損なうことなく、放熱成形体の相変化温度の高い制御性が得られ、かつ、放熱性成形体における常温〜40℃程度の低い温度での硬度も十分に低下し放熱効果を上げることができる。より好ましくは、40℃における動粘度が、好ましくは、15mm2/s以上、80mm2/s以下、更に好ましくは、20mm2/s以上、75mm2/s以下のパラフィン系プロセスオイルである。
40℃における動粘度が、好ましくは、120mm2/s以上、350mm2/s以下のナフテン系プロセスオイルであれば、強度や成形性を損なうことなく、放熱成形体の相変化温度の高い制御性が得られ、かつ、放熱性成形体における常温〜40℃程度の低い温度での硬度も十分に低下し放熱効果を上げることができる。より好ましくは、40℃における動粘度が、好ましくは、130mm2/s以上、330mm2/s以下、更に好ましくは、150mm2/s以上、320mm2/s以下のナフテン系プロセスオイルである。
40℃における動粘度が、好ましくは、100mm2/s以上、300mm2/s以下のアロマ系プロセスオイルであれば、強度や成形性を損なうことなく、放熱成形体の相変化温度の高い制御性が得られ、かつ、放熱性成形体における常温〜40℃程度の低い温度での硬度も十分に低下し放熱効果を上げることができる。より好ましくは、40℃における動粘度が、好ましくは、110mm2/s以上、250mm2/s以下、更に好ましくは、120mm2/s以上、200mm2/s以下のアロマ系プロセスオイルである。
なお、このように放熱成形体用組成物からなる放熱成形体をシート状、フィルム状に成形するときのそのシートの厚みは、例えば、0.05mm以上、5mm以下、好ましくは、0.1mm以上、3mm以下とされる。取扱性から、シートの両面には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の合成樹脂材料からなる離型フィルムが貼着されることもある。
熱伝導性フィラによる熱伝導及び潜熱蓄熱材による蓄熱の組み合わせによって、潜熱蓄熱材による吸熱、蓄熱効果が得られると共に、熱伝導性フィラによる熱伝導経路が確保されることで熱が移動しすくなり、放熱対象物の熱が効率的に潜熱蓄熱材に伝わり易く潜熱蓄熱材による吸熱、蓄熱を十分に生かすことができ、また、外部にも熱が逃げやすくなる。よって、放熱対象物とその周辺との温度差が小さい環境下でも、効果的に放熱対象物の温度上昇を抑制、緩和することができる。
このため、発熱源の熱による昇温を抑制する熱対策部材として、幅広い部品等に適用可能である。
本実施の形態1に係る実施例では、例えば、自動車に搭載されるリチウムイオン電池(LIB)バッテリの熱対策としての放熱用途を想定し、本実施の形態1に係る放熱成形体用組成物の配合組成として、表1に示した内容で実施例1乃至実施例5に係る放熱成形体用組成物を作製した。また、比較のために、比較例1に係る放熱成形体用組成物も作製した。各実施例及び各比較例の放熱成形体用組成物の配合内容を表1の上段に示す。
即ち、この実施例1の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部(但し、パラフィン化合物中においてドコサンの含有量は約95質量%であるから、ドコサンの配合量は約32.3質量部)であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が54.2質量部であり、所定の動粘度を有するパラフィン系プロセスオイルの配合量が5質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが797質量部、所定の動粘度を有するパラフィン系プロセスオイルが73.5質量部の配合となっている。
即ち、この実施例2の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が49.2質量部であり、所定の動粘度を有するパラフィン系プロセスオイルの配合量が10質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが724質量部、所定の動粘度を有するパラフィン系プロセスオイルが147質量部の配合となっている。
即ち、この実施例3の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が44.2質量部であり、所定の動粘度を有するパラフィン系プロセスオイルの配合量が15質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが650質量部、所定の動粘度を有するパラフィン系プロセスオイルが221質量部の配合となっている。
即ち、この実施例4の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が49.2質量部であり、所定の動粘度を有するナフテン系プロセスオイルの配合量が10質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが724質量部、所定の動粘度を有するナフテン系プロセスオイルが147質量部の配合となっている。
即ち、この実施例5の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が49.2質量部であり、所定の動粘度を有するアロマ系プロセスオイルの配合量が10質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが724質量部、所定の動粘度を有するアロマ系プロセスオイルが147質量部の配合となっている。
即ち、この比較例1の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が59.2質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが724質量部となっている。
次に、このような配合組成の放熱成形体用組成物から放熱成形体を作製した。その手順を以下に説明する。
まず、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBS及び熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムをドライブレンドした後、所定のプロセスオイルを加えた。次に、予めオーブンによる加熱(80〜110℃)で液状(溶融状態)とした潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物を入れ、ディスパで全体が満遍なく混ざるように混合分散した。更に、その混合材料を、予め130〜160℃に加温しておいたジャケットボール(加温容器)付き万能攪拌機に投入し、130〜160℃で60分間混練した。その後、シート状に圧縮成形し冷却した。このようにして、実施例1乃至実施例5に係る放熱成形体用組成物からなる放熱成形体(放熱シート)を得た。また、プロセスオイルを添加しない以外は上記と同様の手順として、比較例1に係る放熱成形体(放熱シート)も作製した。
硬度については、JIS K7312に準拠して、デュロメータタイプC(アスカーC型ゴム硬度計、高分子計器(株)製)を用い、23℃及び40℃における硬度を測定した。
これに対し、40℃における動粘度が31.39mm2/sであるパラフィン系プロセスオイルを配合した実施例1乃至実施例3に係る放熱成形体、40℃における動粘度が218.8mm2/sであるナフテン系プロセスオイルを配合した実施例4に係る放熱成形体、及び40℃における動粘度が157.4mm2/sであるアロマ系プロセスオイルを配合した実施例5に係る放熱成形体においては、何れも、23℃における硬度(アスカーC)が91以下であり、40℃における硬度(アスカーC)が32.3以下であり、所定のオイルの配合によって放熱成形体の40℃以下における硬度は極めて低いものとなっている。
これに対し、実施例2、実施例4及び実施例5に係る放熱成形体においては、23℃における硬度(アスカーC)が87〜91、30℃における硬度(アスカーC)が79〜81、35℃における硬度(アスカーC)が62〜69、40℃における硬度(アスカーC)が29〜33であり、40℃以下の低い温度、常温では、比較例1と比較して、硬度(アスカーC)が極めて低い値となっている。即ち、昇温による硬度の低下が速くなっている。
因みに、抗張力の測定試験については、100mm×100mm×厚さ3〜5mmの鋼板上に離型紙をはり、その上にシート状の放熱成形体を載せ、3号ダンベル状打ち抜き型を用いて打ち抜いたものを試験片とした。そして、この試験片に対し、中心の平行部分に20mmの標線を付けた後、20℃下にて、つかみ具の移動速度(引張速度)200mm/minで3号ダンベルを引張る引張試験を行い、単位断面積当たりの引張強度(抗張力(Mpa))を測定した。なお、引張強度(Mpa)は、試験片が破断するときの最大荷重を測定して次式より算出したものである。
引張強度(Mpa=N/mm2)=最大荷重(N)/試験前の試験片の断面積(mm2)
これに対し、40℃における動粘度が31.39mm2/sであるパラフィン系プロセスオイルを配合した実施例1乃至実施例3に係る放熱成形体、40℃における動粘度が218.8mm2/sであるナフテン系プロセスオイルを配合した実施例4に係る放熱成形体、及び40℃における動粘度が157.4mm2/sであるアロマ系プロセスオイルを配合した実施例5に係る放熱成形体の相変化温度は、41.1〜44.2℃であり、比較例1に係る放熱成形体の相変化温度よりも、即ち、潜熱蓄熱材として用いたn−ドコサンの融点よりも、2℃〜5.1℃低下している。
よって、本実施例1乃至実施例5に係る放熱成形体によれば、その相変化温度を潜熱蓄熱材の相変化温度(融点)よりも低温側に設定できる。
よって、本実施例1乃至実施例5に係る放熱成形体によれば、所定のプロセスオイルの配合量の調節によって放熱成形体の相変化温度を調節、制御できて、放熱成形体の周囲構造等に応じて放熱対象物を放熱させるのに効果的な所望温度に設計することが容易である。
所定の動粘度のパラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルまたはアロマ系プロセスオイルの配合量が少なすぎると、放熱成形体の常温〜40℃程度の低温での硬度が十分に低下せず、放熱対象物に対する初期の密着性が不足し、放熱対象物の温度が上昇したときでも高い密着性が得られない。このため、効果的な放熱の向上効果が得られない。一方で、配合量が多すぎると、成形性が損なわれる。
放熱成形体用組成物全体を100質量部に対し、所定の動粘度のパラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルまたはアロマ系プロセスオイルの配合を3質量部以上、20質量部以下とすることで、また、熱可塑性ベースポリマの配合を100質量部に対しては、30質量部以上、600質量部以下とすることで、成形性を損なうことなく、放熱効果を上げることができる。より好ましくは、所定の動粘度のパラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルまたはアロマ系プロセスオイルの配合が、放熱成形体用組成物全体を100質量部に対し、4質量部以上、18質量部以下、更に好ましくは、5質量部以上、15質量部以下であり、熱可塑性ベースポリマの配合を100質量部に対して、35質量部以上、500質量部以下、更に好ましくは、70質量部以上、250質量部以下である。
潜熱蓄熱材が少なすぎると、十分な蓄熱量が得られず、周囲との温度環境差が小さい場合に放熱対象物の温度上昇を効果的に防止できない。一方で、多すぎると、ブリードアウトしやすくなり蓄熱性が低下する。また、成形性も低下する。
潜熱蓄熱材の配合は、放熱成形体用組成物全体を100質量部に対し、10質量部以上、50質量部以下とすることで、また、熱可塑性ベースポリマの100質量部に対して、300質量部以上、1200質量部以下とすることで、低硬度及び成形性を損なうことなく、高い蓄熱性が得られ、形状保持性も確保される。より好ましくは、放熱成形体用組成物全体を100質量部に対し、23質量部以上、48質量部以下、更に好ましくは、25質量部以上、45質量部以下であり、熱可塑性ベースポリマの配合を100質量部に対しては、350質量部以上、1000質量部以下、更に好ましくは、475質量部以上、735質量部以下である。
熱伝導性フィラが少なすぎると、十分な熱伝導性が得られず周囲との温度差が小さい条件下での放熱効果も小さい。一方で、多すぎると、低硬度及び成形性が損なわれる。
熱伝導性フィラの配合は、放熱成形体用組成物全体を100質量部に対し、35質量部以上、90質量部以下とすることで、また、熱可塑性ベースポリマの100質量部に対して、500質量部以上、2000質量部以下とすることで、低硬度及び成形性を損なうことなく、高い熱伝導性が得られる。より好ましくは、放熱成形体用組成物全体を100質量部に対し、40質量部以上、90質量部以下、更に好ましくは、45質量部以上、90質量部以下であり、熱可塑性ベースポリマの配合を100質量部に対して、より好ましくは、550質量部以上、1800質量部以下、更に好ましくは、600質量部以上、1500質量部以下である。
これらプロセスオイルの配合量が少な過ぎると、常温〜40℃程度での硬度の低硬度化が不十分で、放熱の実用的な向上効果が得られない。一方で、プロセスオイルの配合量が多くなり過ぎると、成形性が低下し、所望形状に成形できなくなる。或いは、取扱性、強度が低下し、また、放熱対象物に当接させる取付性が低下する。更には、ブリードアウトが生じやすくなる。
プロセスオイルの配合量が、熱可塑性ベースポリマ100質量部に対し、30質量部以上、600質量部以下であれは、ブリードアウトが抑制され、成形性、取扱性、強度、取付性を損なうことなく、常温〜40℃程度の低い温度でも低硬度な放熱成形体を得ることができる。より好ましくは、35質量部以上、500質量部以下、更に好ましくは、70質量部以上、250質量部以下である。
なお、このようなパラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルまたはアロマ系プロセスオイルであれば、リサイクル性も良好である。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
本発明の実施の形態2に係る放熱成形体用組成物は、熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマからなる熱可塑性ベースポリマと、熱伝導性フィラと、潜熱蓄熱材と、40℃における動粘度が、好ましくは、400mm2/s以上、600mm2/s以下の範囲内であるパラフィン系プロセスオイルとを含有するものである。
40℃における動粘度が、好ましくは、400mm2/s以上、600mm2/s以下の範囲内のパラフィン系プロセスオイルであれば、強度や成形性を損なうことなく、そして、放熱成形体の相変化温度が潜熱蓄熱材の相変化温度(融点)よりも大きく低下させることなく、放熱性成形体における常温での硬度を十分に低下させ放熱効果を上げることができる。より好ましくは、40℃における動粘度が、好ましくは、420mm2/s以上、550mm2/s以下、更に好ましくは、450mm2/s以上、500mm2/s以下のパラフィン系プロセスオイルである。
本実施の形態2に係る実施例でも、自動車に搭載されるリチウムイオン電池(LIB)バッテリの熱対策としての放熱用途を想定し、本実施の形態2に係る放熱成形体用組成物の配合組成として、表2に示した内容で実施例6乃至実施例8に係る放熱成形体用組成物を作製した。各実施例の配合内容を表2の上段に示す。
即ち、この実施例6の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が54.2質量部であり、所定の高動粘度を有する高粘度パラフィン系プロセスオイルの配合量が5質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが797質量部、所定の高動粘度を有する高粘度パラフィン系プロセスオイルが73.5質量部の配合となっている。
即ち、この実施例7の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が49.2質量部であり、所定の高動粘度を有する高粘度パラフィン系プロセスオイルの配合量が10質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが724質量部、所定の高動粘度を有する高粘度パラフィン系プロセスオイルが147質量部の配合となっている。
即ち、この実施例8の配合では、放熱成形体用組成物全体を100質量部としたとき、熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量が6.8質量部、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物の配合量が34質量部であり、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムの配合量が44.2質量部であり、所定の高動粘度を有する高粘度パラフィン系プロセスオイルの配合量が15質量部である。
熱可塑性ベースポリマとしてのSEBSの配合量を100質量部に対しては、潜熱蓄熱材としてのドコサンのパラフィン化合物が500質量部、熱伝導性フィラとしての炭酸カルシウムが650質量部、所定の高動粘度を有する高粘度パラフィン系プロセスオイルが221質量部の配合となっている。
なお、実施例6〜実施例8の比較から、所定の高粘度のパラフィン系プロセスオイルの配合量を増大させても、放熱成形体の相変化温度が大きく低下することもない。
所定の動粘度のパラフィン系プロセスオイルの配合量が少なすぎると、放熱成形体の常温〜40℃程度の低い温度における硬度が十分に低下せず、放熱対象物に対する初期の密着性が不足し、放熱対象物の温度が上昇したときでも高い密着性が得られない。このため、効果的な放熱の向上効果が得られない。一方で、配合量が多すぎると、成形性が損なわれる。
放熱成形体用組成物全体を100質量部に対し、所定の動粘度のパラフィン系プロセスオイルの配合を3質量部以上、20質量部以下とすることで、また、熱可塑性ベースポリマの配合を100質量部に対しては、30質量部以上、600質量部以下とすることで、成形性を損なうことなく、放熱効果を上げることができる。より好ましくは、所定の動粘度のパラフィン系プロセスオイルの配合が、放熱成形体用組成物全体を100質量部に対し、4質量部以上、18質量部以下、更に好ましくは、5質量部以上、15質量部以下であり、熱可塑性ベースポリマの配合を100質量部に対して、35質量部以上、500質量部以下、更に好ましくは、70質量部以上、250質量部以下である。
これらプロセスオイルの配合量が少な過ぎると、常温〜40℃程度での硬度の低硬度化が不十分で、放熱の実用的な向上効果が得られない。一方で、プロセスオイルの配合量が多くなり過ぎると、成形性が低下し、所望形状に成形できなくなる。或いは、取扱性、強度が低下し、また、放熱対象物に当接させる取付性が低下する。更には、ブリードアウトが生じやすくなる。
プロセスオイルの配合量が、熱可塑性ベースポリマ100質量部に対し、30質量部以上、600質量部以下であれは、ブリードアウトが抑制され、成形性、取扱性、強度、取付性を損なうことなく、常温〜40℃程度の低い温度でも低硬度な放熱成形体を得ることができる。より好ましくは、35質量部以上、500質量部以下、更に好ましくは、70質量部以上、250質量部以下である。
そして、400mm2/s以上、600mm2/s以下のパラフィン系プロセスオイルにういてもリサイクル性は良好である。
また、本発明の実施の形態及び実施例で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は製造コスト、製造が容易な形態等から決定した値であり、実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を許容値内で若干変更してもその実施を否定するものではない。
Claims (8)
- 熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマからなる熱可塑性ベースポリマと、熱伝導性フィラと、潜熱蓄熱材と、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルまたはアロマ系プロセスオイルの何れか1種以上のプロセスオイルとを含有することを特徴とする放熱成形体用組成物。
- 前記パラフィン系プロセスオイルは、40℃における動粘度が10mm2/s以上、100mm2/s未満であることを特徴とする請求項1に記載の放熱成形体用組成物。
- 前記ナフテン系プロセスオイルは、40℃における動粘度が120mm2/s以上、350mm2/s以下であることを特徴とする請求項1に記載の放熱成形体用組成物。
- 前記アロマ系プロセスオイルは、40℃における動粘度が100mm2/s以上、300mm2/s以下であることを特徴とする請求項1に記載の放熱成形体用組成物。
- 前記パラフィン系プロセスオイルは、40℃における動粘度が400mm2/s以上、600mm2/s以下であることを特徴とする請求項1に記載の放熱成形体用組成物。
- 前記プロセスオイルの配合は、前記熱可塑性ベースポリマ100質量部に対し、30質量部以上、600質量部以下の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載の放熱成形体用組成物。
- 前記熱伝導性フィラは、炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載の放熱成形体用組成物。
- 前記潜熱蓄熱材は、パラフィン類または脂肪酸類であることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1つに記載の放熱成形体用組成物。
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