JP2021109971A - 高温絶縁用途のシリコーン複合材 - Google Patents

Abstract

【課題】高温用途で使用できるシリコーン複合材を提供する。【解決手段】シリコーンと、５００℃以下の温度で分解され得る熱分解性無機フィラーと、を含むシリコーン複合材であって、前記シリコーン複合材は、高温に曝されたとき無機複合材を少なくとも部分的に形成しその寸法安定性を維持する、シリコーン複合材である。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコーンと無機フィラーとを含むシリコーン複合材を対象とする。このシリコーン複合材は、高温に曝されると無機複合材を少なくとも部分的に形成し、その寸法安定性を維持する。

高温に耐え得る絶縁を必要とする多くの用途が存在する。高温絶縁材としては一般に、セラミックまたはガラス材料が使用される。セラミックまたはガラス材料はまた剛性および硬度が比較的高く、その剛性および硬度により多くの用途では容易に使用できない。これらの材料は比較的、脆いため、起振力が存在する用途では使用できない。また更に、これらセラミックまたはガラス材料は、他の材料よりも製造コストが高い。

プラスチック材料は様々な合成有機化合物または半合成有機化合物から成る。プラスチック材料は一般に展性（malleable）を有し、固形物へと容易に成形できる。一般にプラスチックは低温、一般には３００℃未満で良好な絶縁特性を有し、高温では絶縁材として使用できない。プラスチック材料は一般に、セラミックまたはガラス材料よりも製造コストが低い。

その物理的および電気的特性の故に、多種多様な分野でシリコーン複合材が絶縁材として使用されている。電線およびケーブルをシリコーンゴムまたはシリコーン複合材で被覆すると、物理的強度の改善および電気絶縁特性の改善が見られることが知られている。しかしながら、これらのシリコーンゴムまたはシリコーン複合材の電線またはケーブル被覆材は５００℃を超える高温に曝されると焼け落ち、その結果、電気絶縁性能および機械的安定性の低下または喪失が生じる。したがって、これらのシリコーン複合材は、複合材がその形状を維持し、十分な強度を有し、電気絶縁性を保持するべきであるような高温用途には、適していない。

米国特許第４，２６９，７５３号（Ｍｉｎｅら）には、通常の硬化温度でエラストマーまたは樹脂に転換可能であるが、更に高い温度まで焼成するとセラミック化して電気絶縁特性および優れた物理特性を有するフレキシブルセラミックとなる、シロキサン組成物が記載されている。この組成物は本質的に以下の（ａ）〜（ｅ）から成る：
（ａ）Ｒ_３ＳｉＯ_１／２単位から本質的に成る１００重量部のシロキサンコポリマー、ここでＲは、１〜１０個の炭素原子を有し、１分子あたりケイ素原子に結合された少なくとも２つの不飽和基および少なくとも２つのアルコキシ基を含有する、一価の有機基である。
（ｂ）１分子あたりケイ素原子に結合された少なくとも２つの不飽和基を有する、０〜６００重量部の直鎖または分枝鎖オルガノポリシロキサンポリマー。
（ｃ）１分子あたりケイ素原子に結合された少なくとも２つの水素原子を有するオルガノポリシロキサン。
（ｄ）３〜３００重量部のセラミック形成フィラー物質。
（ｅ）成分（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）中のケイ素原子に結合された水素原子対ケイ素に結合された不飽和基のモル比が０．５／１から１０／１までであり、成分（ａ）および成分（ｂ）中の不飽和基の総数ならびに成分（ｃ）中のケイ素原子に結合された水素原子の総数が少なくとも５である、触媒量の付加反応触媒。固形基質をこの組成物でコーティングして５００℃以上まで加熱すると、この組成物はセラミックを形成する。セラミック形成フィラー物質は熱分解性ではない。

論文「Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｆｙｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ− Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ」、Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ、４２（１５）、６０４６〜６０５５、２００７年８月には、温度を上げた時の低温セラミック化を改善するための、シリコーンを主成分とする複合材へのガラスフリットの添加について記載されている。この論文は、ガラスフリットがマイカ−シリカ共晶温度を下回る温度で溶融し、無機フィラーおよびシリコーンゴムの熱分解生成物と結合して、セラミックの形成を支援すると結論付けている。ガラスフリットはフィラーおよびシリカ母相と反応して中間の液相を形成し、これがフィラーとシリカ母相を１つに結合して、チャーに強度を付与する。

国際公開第ＷＯ２０１０／０９７７０５Ａ１号（Ｎｅｘａｎｓ）には、防火材料およびこの材料を含むケーブルが記載されている。同公報には、シリコーンポリマーを含むポリマーと炭酸カルシウムフィラーとを含む防火材料であって、炭酸カルシウムフィラーはかかる材料を炎に曝した後で燃焼後残渣が残るような量で材料中に存在し、材料は１００重量部のポリマーに対して５０重量部未満のセラミック化可能なフィラーを含むことを特徴とする、防火材料、が記載されている。炭酸カルシウムは約８４０℃という高い分解温度を有する。この混合物は炎に曝されると分解して保護層をもたらす。

論文「Ｔｈｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｓａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｅｒａｍｉｆｙｉｎｇ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、４３（４）、Ｔ３３〜Ｔ４０、２０１６年４月では、３００℃を超える温度においてシロキサンエラストマー複合材の耐用年数を実質的に延ばす、または燃焼プロセスを使用してセラミック状の材料の形成を促進する、添加剤、フィラー、および触媒を見出す必要性が論述されている。シリコーンゴムは高い耐熱性を有し、熱劣化または燃焼に際して有毒生成物を放出しない。添加剤、フィラー、および触媒がシリコーンゴムに添加され、次いでこれを従来の押出成形設備で処理して、シート、外形、またはコーティングを形成する。炎の条件下では、この複合材によってセラミックの耐熱物質が形成され得る。これらの複合材のうちの多くは、耐炎性を高めるための添加剤としてプラチナを使用する。

この論文にはまた、シリコーンエラストマー、炭酸カルシウム、および追加のガラス形成フィラーを主成分とするセラミック化ケイ素シースを有するケーブルの製造のための方法についても記載されている。火炎に曝されるとこのシースは分解し、リード線上に保護層または電気絶縁層をもたらす。

したがって、高温用途で使用できるシリコーン複合材を提供することが有益であろう。好ましくは、５００℃未満で少なくとも約１５分間および１２００℃で少なくとも約１０秒間、または５００℃未満で少なくとも約３０分間および１２００℃で少なくとも１０秒間、良好な寸法安定性をもってその絶縁特性を維持できるシリコーン複合材を提供することが、有益であろう。より好ましくは、良好な寸法安定性をもってその絶縁特性を維持できるシリコーン複合材を、前記複合材を形成するために燃焼プロセスを使用することなく提供することが、有益であろう。また更に、高温用途に使用可能なシリコーン複合材を形成するための方法、およびかかるシリコーン複合材で形成された物品を提供することが、有益であろう。

ある実施形態は、処理でき（can be processed）高温絶縁用途に使用できる、熱分解性無機フィラーを有するシリコーン複合材であって、高温に曝されるとその強度および形状を維持しながら無機複合材を少なくとも部分的に形成し、このとき収縮量は２５％以下である、シリコーン複合材を対象とする。

ある実施形態は、第１の金属部と、第２の金属部と、任意選択的なポリマー層と、絶縁層と、を備える装置を対象とする。この装置において、第１の金属部および第２の金属部は、第１の金属部と第２の金属部の間のポリマー層および／または絶縁層によって互いに分離されており、絶縁層は空間的に金属部の一方とポリマー層との間または２つの金属部の間にあり、前記絶縁層はシリコーンと５００℃以下の温度で分解され得る無機フィラーとを含むシリコーン複合材である。

ある実施形態は、第１の金属部と、第２の金属部と、任意選択的なポリマー層と、絶縁層と、を備えるコネクタ、回路保護デバイス、リレーデバイス、バッテリパッケージ、配電ユニット、またはバッテリ切り離しユニットを対象とする。これらのコネクタ、回路保護デバイス、リレーデバイス、バッテリパッケージ、配電ユニット、またはバッテリ切り離しユニットにおいて、第１の金属部および第２の金属部は、空間的に第１の金属部と第２の金属部の間にあるポリマー層によって互いに分離されており、絶縁層は空間的に金属部の一方とポリマー層との間または２つの金属部の間にあり、前記絶縁層はシリコーンと５００℃以下の温度で分解され得る無機フィラーとを含むシリコーン複合材である。

本発明の他の特徴および利点は、本発明の原理を例示によって説明する添付の図面と関連する、より詳細な以下のものから明らかになるであろう。

シリコーン複合材を形成するために使用されるステップを示すフローチャートである。 シリコーン複合材がその強度および寸法安定性を維持しながら高温に耐えることのできる無機複合材に転換されるプロセスを示すフローチャートである。 無機フィラーを含有するシリコーン複合材の成形済み試料の写真である。 無機フィラーを含有するシリコーン複合材の成形済み試料を無荷重で高温に３０分間曝した状態を示す写真である。 無機フィラーを含有するシリコーン複合材の成形済み試料を、荷重下で高温に３０分間曝した状態を示す写真である。 無機フィラーを含有するシリコーン複合材の成形済み試料を、荷重下で高温に６０分間曝した状態を示す写真である。 無機フィラーを含有するシリコーン複合材の成形済み試料を、無荷重で１２００℃で１分間曝した状態を示す写真である。 高温耐熱ポリマー材料の成形済み試料（比較例）を、無荷重で１２００℃で１分間曝した状態を示す写真である。 無機フィラーを含有するエポキシ複合材の成形済み試料（比較例）の写真である。 高温および荷重に３０分間曝されたエポキシ複合材の成形済み試料（比較例）の写真である。 無機フィラーを含有するポリオレフィン複合材の成形済み試料（比較例）の写真である。 荷重下で高温に曝した無機フィラーを含有するポリオレフィンの成形済み試料（比較例）の写真、および無荷重で高温に曝した無機フィラーを含有するポリオレフィンの成形済み試料（比較例）の写真である。 図１３（ａ）〜図１３（ｆ）は、本発明に係る装置を形成するために使用される金属層、ポリマー層、および絶縁層の、可能な構成の模式図である。

本発明の原理に従う例示的な実施形態の説明は、添付の図面と関連させて読まれることが意図されており、それらの図面は、この書面による説明の全体の一部と見なすべきである。本明細書に開示する本発明の実施形態の説明において、方向または向きへのいかなる言及も、単に説明の便宜を意図したものに過ぎず、いかなる点においても本発明の範囲を限定することは意図していない。「下側の」、「上側の」、「水平な」、「垂直な」、「上方に」、「下方に」、「上に」、「下に」、「上部」、および「底部」といった相対的な用語、ならびにそれらの派生語（例えば、「水平に」、「下向きに」、「上向きに」、等）は、そのとき記載されているまたは論述中の図面に示されている向きに言及しているものと解釈すべきである。

これらの相対的な用語は説明の便宜上のものに過ぎず、明示的にそうであると示されていない限り、装置を特定の向きで構築するまたは操作することを必要としない。「取り付けられた」、「固定された」、「接続された」、「連結された」、「相互接続された」、および類似のものなどの用語は、別段明確に記載されていない限り、介在する構造によって構造が互いに直接的にまたは間接的に固定されるかまたは取り付けられる関係と、可動のまたは剛直な取り付けまたは関係の両方と、を指す。

また更に、本発明の特徴および利益は、好ましい実施形態を参照して説明される。したがって、本発明は明らかに、単独でまたは特徴の他の組合せとして存在し得る特徴の、いくつかの可能な非限定的な組合せを例示するそのような実施形態に限定されるべきではなく、本発明の範囲は、本明細書に付属する特許請求の範囲によって規定される。

４５０℃、５００℃、または６５０℃で少なくとも５分、１０分、１５分、３０分、または６０分間；および１１００℃、１２００℃、または１３００℃で少なくとも５秒、１０秒、２０秒、３０秒、または６０秒間、その絶縁特性を良好な寸法安定性をもって維持できる、新しい絶縁材が提供される。新しい絶縁材は、プラスチック、ガラス、およびセラミックと同様の絶縁性能を提供することができる。一実施形態では、この新しい絶縁材は、硬度がショアＤ９０以下（ショアＤ７０以下、ショアＤ５０以下を含む）となるような可撓性を有し、成形可能で、セラミックまたはガラスよりも製造が容易であり、コストが遥かに低い。絶縁材は、その最終使用用途に応じて異なる形状へと成形、鋳造、積層、押出成形、またはディスペンス（dispense）することができる。また更に、この新しい絶縁材では、プラスチックおよびセラミックまたはガラスの特性が組み合わされている。
新規な絶縁材は、シリコーンの内在特性により、ほとんどのプラスチックよりも可撓性が高く、高温に曝された後でセラミックのようにその形状および強度を維持する。新規な絶縁層はシリコーン複合材から形成される。

この新規なシリコーン複合材は、シリコーンポリマーと無機フィラーとから形成される。この新規なシリコーン複合材は、高温に曝されるとシリコーン複合材を無機複合材に少なくとも部分的に転換し、安定した絶縁材を必要とする用途において絶縁材として使用することができる。いくつかの実施形態では、シリコーン複合材は、５００℃以上の温度で無機複合材に少なくとも部分的に転換し得る。他の実施形態では、シリコーン複合材は、５００℃以下の温度で、例えば、約３５０℃から５００℃未満までの温度（４００℃から５００℃未満までの温度を含む）で、無機複合材に少なくとも部分的に転換し得る。そのような低温で転換される無機複合材は、シリコーン複合材が約５００℃から約１３００℃までの非常に広い温度範囲で良好な寸法安定性を維持するのを助けることになる。特定の実施形態では、転換は複合材を加熱することによって行われる。発炎、発火、または他の燃焼プロセスが使用されることはない。
この実施形態では、転換プロセスには中間の液体状態もない。このことは、以下で論述するように、絶縁シリコーン複合材に圧力がかかることになる一部の用途にとって、非常に重要である。特定の実施形態では、シリコーン複合材はガラスフリットを含まない。

シリコーン複合材において使用されるシリコーンは、ケイ素原子と酸素原子とが交互になった連鎖を含有する、任意のシリコーンエラストマーまたはポリマーとすることができる。シリコーンは、液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）、高粘度ゴム（ＨＣＲ）、フルオロシリコーン、多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）、シリコーンポリアミド、シリコーンポリウレタン、シリコーンエポキシ、および他のシリコーンであり得る。好適なシリコーンの例は、ＧＥ ＳｉｌｉｃｏｎｅｓのＬＳＲ２６６０およびＬＳＲ７０６０である。使用されるシリコーンのタイプは、最終目的用途によって決まる。シリコーン複合材において使用されるシリコーンはまた、最終的な所望の最終用途に応じて、他の添加剤も含有し得る。好適な添加剤の例としては、ヒュームドシリカ、酸化防止剤、フラックス、または触媒が挙げられる。好適な酸化防止剤としては、フェノール酸化防止剤またはアミン酸化防止剤が挙げられる。
好適なフラックスの例としては、ＮＨ_４Ｆ、ＮＨ_４Ｃｌ、およびＮａ_２Ｂ_４Ｏ_７が挙げられる。使用できる可能な触媒としては、過酸化物またはプラチナ触媒が挙げられる。

シリコーンは次いで無機フィラーと混ぜ合わされる（compounded）。シリコーンを無機フィラーと混ぜ合わせて均質な混合物を形成するために、任意の知られている混合デバイスを使用することができる。混合デバイスの例としては、ＦｌａｃｋＴｅｋのＳｐｅｅｄ Ｍｉｘｅｒ、Ｒｏｓｓのミキサー、ニーダーミキサー、２ロールミキサー、３ロールミル、または２つの材料を混合することのできる任意の他のデバイスが挙げられる。

本発明で使用される無機フィラーは任意の無機フィラーであり得る。好ましくは、無機フィラーは５００℃以下の温度で分解され得る。使用できる可能な無機フィラーの例としては、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、水酸化アルミニウム、およびこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。無機フィラーは、シリコーン複合材の約１０重量％〜約９０重量％、好ましくは約３０重量％〜約９０重量％、または約５０重量％〜約８５重量％を占める。より好ましくは、その難燃特性により、水酸化マグネシウムおよび水酸化アルミニウムが使用される。一実施形態では、所望の結果を達成するために、少なくとも３０重量％の水酸化マグネシウムまたは水酸化アルミニウムが使用されるのが好ましい。
無機フィラーは、好ましくは２０ミクロン以下、１０ミクロン以下、より好ましくは５ミクロン以下、最も好ましくは３ミクロン以下の粒径を有する。具体的には、水酸化マグネシウムについては、粒径は１０ミクロン以下、より好ましくは５ミクロン以下、最も好ましくは３ミクロン以下である。

シリコーンと無機フィラーを混ぜ合わせたら、それらを所望の形状を有する処理済み組成物（processed composition）へと処理する。処理済み組成物の所望の形状を達成するために、従来の任意の成形、鋳造（キャスト）、積層、押出成形、またはディスペンスプロセスを使用することができる。好適な成形プロセスの例としては、射出成形、オーバーモールド、または圧縮成形が挙げられる。いくつかの実施形態では、混ぜ合わせたシリコーンおよび無機フィラーは所望の形状へとディスペンスされる。

次いで処理済み組成物を硬化して、シリコーン複合材を得る。硬化は室温で生じ得るが、組成物を約５０〜２００℃の温度範囲で硬化させるのが好ましい。使用される硬化のタイプ、および硬化条件は、使用されるシリコーンのタイプによって決まる。例えば、シリコーン複合材は、水分、紫外光によって、または複合材を高温に曝すことによって、硬化させることができる。

シリコーン複合材は様々な用途において使用することができる。シリコーン複合材は可撓性を有し成形可能である。本発明に従って形成されるシリコーン複合材は、１３００℃までの高温に曝されたとき、その形状、強度、および寸法安定性を維持し、このとき収縮量は２５％以下（２０％以下または１５％以下を含む）である。収縮よりも膨脹が存在することが望まれる。本発明では、どの寸法の膨脹も寸法安定性の変化とは見なされない。シリコーン複合材は、５００℃よりも高い温度において、５×１０^４Ｎ／平方メートルの荷重下でその形状を保持する（１×１０^４Ｎ／平方メートル以下または１×１０^３Ｎ／平方メートル以下の荷重の場合も含む）。
シリコーン複合材が高温に曝されると、何らかの理論に限定されることなく、２つの追加の反応が起こると考えられている。まず、シリコーン複合材中のシリコーンが酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）に還元される。
次いでこの酸化ケイ素が無機フィラーまたはその分解された成分と反応し、これにより無機複合材を形成する。この無機複合材は、優れた寸法安定性、強度、および絶縁特性を有する。

本発明の他の態様は、シリコーン複合材を使用して形成される装置である。一実施形態では、装置は、第１の金属部と、第２の金属部と、任意選択的なポリマー層と、本発明のシリコーン複合材を含む絶縁層と、を備える。ポリマー層は、所望の形状および厚さに形成できる、任意のポリマー層とすることができる。ポリマー層は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、およびアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）を含む群から選択することができる。第１の金属部および第２の金属部は、互いに分離されている。ポリマー層は空間的に、第１の金属部と第２の金属部の間に位置付けられている。
絶縁層は、金属部の少なくとも一方とポリマー層との間、またはポリマー層が存在しない場合、２つの金属部の間にあってもよい。別法として、２つの金属層と絶縁層の間に空隙を配置してもよい。

図１３（ａ）〜図１３（ｆ）は、シリコーン複合材で形成される装置の様々な実施形態の模式図である。様々な実施形態に関して見てとれるように、１および２は金属部であり、３はポリマー層であり、４は絶縁層である。金属部および層は互いに接触している必要のないことに留意すべきである。言い換えれば、例えば図１３（ｅ）に示すように、金属部同士または層同士の間に空隙が存在し得る。その実施形態が本明細書に記載するシリコーン複合材を含む限り、代替の実施形態が可能である。金属層は任意の好適な金属で製作することができる。好適な金属の例としては、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金が挙げられる。装置の絶縁層はシリコーン複合材である。この装置の絶縁層は、例えば、５ｍｍ未満の厚さ（２ｍｍ未満の厚さ、１ｍｍ未満の厚さを含む）を有する。
シリコーン複合材は、シリコーンと、５００℃以下の温度で分解され得る無機フィラーと、を含む。絶縁層が高温に曝されると、シリコーン複合材は、良好な寸法安定性を有する無機複合材を少なくとも部分的に形成する。装置は例えば、コネクタ、回路保護デバイス、リレーデバイス、またはバッテリパッケージであり得る。このシリコーン複合材から、所望の品質を有する任意の他のタイプの装置を製作することができる。

シリコーン複合材は、シリコーン複合材が高温に曝される場合に機械的強度および電気絶縁性が要求される、任意の用途で使用することができる。複合材のサイズは最終使用用途によって決まる。また更に、処理条件はまた、複合材の最終使用によっても異なる。例えば、本発明のシリコーン複合材は、トラクションバッテリ（traction battery）において使用することができ、セル接続のために使用されるアルミニウム製バスバーを絶縁するために使用することができる。絶縁しないと、１つのセルが過剰な熱を発した場合に他のセルまたはバッテリアセンブリ全体に派生する可能性がある。この結果、軟質の低融点アルミニウム製バスバーは変形することになり、短絡が生じ得る。本発明のシリコーン複合材をアルミニウム製バスバー用の絶縁材として使用することによって、回路が短絡から保護、更には発火から保護されることになる。

実施例
この実施例では、ＬＳＲ２６６０シリコーンゴムをＦｌａｃｋＴｅｋのＳｐｅｅｄ Ｍｉｘｅｒ ＤＡＣ １５０．１ ＦＶＺ遠心ミキサーで水酸化マグネシウムと混合して、５０重量％の水酸化マグネシウムを有するシリコーン複合材を形成した。混合後、このペーストを所望の厚さに圧縮成形した。次いでこの生成物を１８０℃で３０分間硬化させて、シリコーン複合材を形成した。図３は、シリコーン複合材から成形された試料の写真である。図４は、無荷重で、５００℃のオーブン内に３０分間置いた後の試料を示す。図５は、３７００Ｐａの荷重下で、オーブン内に５００℃で３０分間置いた後の、シリコーン複合材の試料を示す。図６は、５００℃のオーブン内に荷重下で合計６０分間置いた後の、図３の場合と同じ試料を示す。これら図３〜図６は、荷重下または無荷重で、シリコーン複合材の試料を５００℃に３０分から６０分間曝したときに、依然としてその元の形状を維持することができることを示している。
この実施例は、本発明のシリコーン複合材が、高温に曝されたとき無機複合材を形成しており、荷重下および無荷重の両方で高温用途に対して使用できることを実証している。

別の実施例では、ＬＳＲ２６６０シリコーンゴムをＦｌａｃｋＴｅｋのＳｐｅｅｄ Ｍｉｘｅｒ ＤＡＣ １５０．１ ＦＶＺ遠心ミキサーで水酸化マグネシウムと混合して、５０重量％の水酸化マグネシウムを有するシリコーン複合材を形成した。混合後、このペーストを所望の厚さに圧縮成形した。次いでこの生成物を１８０℃で３０分間硬化させて、シリコーン複合材を形成した。図７は、まず炉内で５００℃で１５分間保持した後、１２００℃の炉内で１分間焼成した、複合材の試料を示す。この実施例は、本発明のシリコーン複合材が、高温に曝されたとき無機複合材を形成しており、荷重下および無荷重の両方で高温用途に対して使用できることを実証している。

比較例として、以下の一連の高温耐熱ポリマー材料を、５０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの所望の寸法に射出成形した。
・Ｓａｂｉｃ社のＵｌｔｅｍ（登録商標）２３００ポリエーテルイミド
・Ｖｉｔｒｅｘ社のＶｉｔｒｅｘ（登録商標）ＰＥＥＫ ４５０ＧＬ３０
・ＰＥＥＫとＵｌｔｅｍの混和物（７０重量％／３０重量％）
・ＰＥＥＫとＰＰＳ（Ｃｅｌａｎｅｓｅ社のＦｏｒｔｒｏｎ（登録商標）ポリフェニレンサルファイドＳＦ３００１）の混和物（７０重量％／３０重量％）
図８は、まず炉内で５００℃で１５分間保持した後、１２００℃の炉内で１分間焼成した、成形済み高温耐熱ポリマー材料の写真を示す。これらの材料は１２００℃に１分間曝すと完全に燃え尽きた。
これらの比較例は、高温耐熱ポリマー材料でさえ、本発明の複合材が達成するのと同じ結果は得られないことを、明確に示している。

この比較例では、Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．のエポキシ、ＥＰＯ−ＴＥＫ（登録商標）３３７を水酸化マグネシウムと混合して、５０重量％の水酸化マグネシウムを有する複合組成物を得た。エポキシ複合材を成形し１５０℃で６０分間硬化させた。図９は成形済みエポキシ複合材の写真を示す。エポキシ複合材を、オーブン内で５００℃に３０分間、無荷重で曝したところ、エポキシ複合材は崩壊して無機粉末になった。高温、無荷重でのそのエポキシ試料の結果を、図１０に示す。図１０に見られるように、エポキシ複合材はその形状および強度を喪失した。この比較例は、無機フィラーを充填したエポキシは結果的に、本発明のシリコーン複合材で達成されたのと同じ特性を有さないことを示している。

この第３の実施例では、Ｐｒｉｍｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏ， Ｌｔｄ．の低密度ポリエチレンの等級の１つであるＳＰ１５４０を、無機フィラーである水酸化マグネシウムと混ぜ合わせた。ポリオレフィン複合材は７０重量％の水酸化マグネシウムを含んでおり、Ｂｒａｂｅｎｄｅｒのミキサーで１２０℃で３０分間混合した。複合材を１２０℃で圧縮成形して２つの試料を得た。図１１は、成形済みポリエチレン複合材の試料を示す写真である。次いでこのポリエチレン複合材の２つの試料を５００℃のオーブン内に３０分間置き、このとき一方の試料は約１０００Ｐａ．の荷重下で、他方の試料は無荷重であった。図１２は、荷重下および無荷重の両方で、ポリエチレン複合材が高温において崩壊して灰になることを示している。この比較例は、無機フィラーを充填したポリオレフィンは結果的に、本発明のシリコーン複合材で達成されたのと同じ特性を有さないことを示している。

本発明について好ましい実施形態を参照して記載してきたが、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、その要素を等価物で置換できることが、当業者には理解されよう。本発明を、本発明の実施に際して使用される構造、配置、割合、サイズ、材料、および構成要素、ならびに他のものを多く修正して使用してもよく、これらの修正は、本発明の原理から逸脱することなく具体的な環境および運用要件に特定的に適合されることを、当業者は理解するであろう。本明細書で開示されている実施形態はしたがって、あらゆる点において例示的なものであって制限的なものではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は付属の特許請求の範囲によって規定されており、上述の記載または実施形態に限定されない。

Claims (20)

1. シリコーンと、５００℃以下の温度で分解され得る熱分解性無機フィラーと、を含むシリコーン複合材であって、
   前記シリコーン複合材は、高温に曝されたとき無機複合材を少なくとも部分的に形成しその寸法安定性を維持する、
   シリコーン複合材。
2. 前記シリコーン複合材は、５００℃以下の温度で無機複合材を少なくとも部分的に形成することができ、その寸法安定性を維持することができる、
   請求項１に記載のシリコーン複合材。
3. 前記熱分解性無機フィラーは、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、水酸化アルミニウム、およびこれらの混合物を含む群から選択される、
   請求項１に記載のシリコーン複合材。
4. 前記シリコーン複合材は、ヒュームドシリカ、酸化防止剤、フラックス、または触媒を更に含む、
   請求項１に記載のシリコーン複合材。
5. 前記熱分解性無機フィラーは、前記シリコーン複合材の約１０重量％から約９０重量％を占める、
   請求項１に記載のシリコーン複合材。
6. 前記シリコーン複合材は、可撓性を有し、成形可能である、
   請求項１に記載のシリコーン複合材。
7. 前記シリコーンは、液体シリコーンゴム、高粘度ゴム、フルオロシリコーン、多面体オリゴマーシルセスキオキサン、シリコーンポリアミド、シリコーンポリウレタン、シリコーンエポキシ、および他のシリコーンを含む群から選択される、
   請求項１に記載のシリコーン複合材。
8. 高温に曝されたときその寸法安定性を維持し、このとき収縮量は２５％以下である、
   請求項１に記載のシリコーン複合材。
9. 第１の金属部と第２の金属部とポリマー層とを備える装置であって、
   前記第１の金属部および前記第２の金属部は互いに分離されており、
   前記ポリマー層は空間的に前記第１の金属部と前記第２の金属部の間にあり、
   絶縁層が空間的に前記第１の金属部および前記第２の金属部の一方と前記ポリマー層との間にあり、
   前記絶縁層はシリコーンと５００℃以下の温度で分解可能な無機フィラーとを含むシリコーン複合材であり、
   前記シリコーン複合材は高温に曝されると良好な寸法安定性を有する無機複合材を形成する、
   装置。
10. 前記装置は、コネクタ、回路保護デバイス、リレーデバイス、またはバッテリパッケージのうちの一部である、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記絶縁層は、５００℃よりも高い温度に曝されたとき、荷重下で絶縁性を維持しその形状を保持する、
    請求項９に記載の装置。
12. 前記絶縁層は、５００℃の温度に少なくとも１５分間曝されたとき、絶縁性を維持しその形状を保持する、
    請求項９に記載の装置。
13. 前記絶縁層は、１２００℃の温度に少なくとも１０秒間曝されたとき、絶縁性を維持しその形状を保持する、
    請求項９に記載の装置。
14. 前記絶縁層は、前記ポリマー層上に直接、オーバーモールド、鋳造、積層、挿入、またはディスペンスされる、
    請求項９に記載の装置。
15. 前記絶縁層は、高温に曝されたときその寸法安定性を維持し、このとき収縮量は２５％以下である、
    請求項９に記載の装置。
16. 前記無機フィラーは、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、水酸化アルミニウム、およびこれらの混合物を含む群から選択される、
    請求項９に記載の装置。
17. 前記無機フィラーは、前記シリコーン複合材の約１０重量％から約９０重量％を占める、
    請求項９に記載の装置。
18. 前記絶縁層は、２ｍｍ未満の厚さを有する、
    請求項９に記載の装置。
19. 前記第１の金属部または前記第２の金属部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で製作されている、
    請求項９に記載の装置。
20. 前記シリコーン複合材は、５００℃以下の温度で無機複合材を少なくとも部分的に形成することができその寸法安定性を維持することができる、
    請求項９に記載の装置。

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