JP3718350B2

JP3718350B2 - 熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゴム組成物およびシリコーンゲル組成物

Info

Publication number: JP3718350B2
Application number: JP22623298A
Authority: JP
Inventors: 一舟橋
Original assignee: Fuji Polymer Industries Co Ltd
Current assignee: Fuji Polymer Industries Co Ltd
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2018-08-10
Also published as: JP2000053864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱伝導性および電気絶縁性を有するシリコーン組成物に関するものであり、電気部品などの熱伝導部品、電気絶縁用部品などとして用いられる熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゴム組成物およびシリコーンゲル組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、ダイオード、変圧器などの電子部品は使用していると発熱し、その熱のため電子部品の性能が低下することがある。そのため発熱するような電子部品には放熱体が取りつけられる。しかし、放熱体は金属であることが多いため、電子部品を直接取り付けると漏電などの問題があり、好ましくなかった。そのためマイカ絶縁板、熱伝導性グリース、ポリエステルなどを電機部品と放熱体の間に挟んで使用されてきたが、取扱いがしにくかったり、熱伝導率が低かったりして、満足のいく性能を有するものとはいえなかった。これらを改善するため特公昭５７−１９５２５号公報に提案されているように、ゴムに窒化硼素などの熱伝導性・電気絶縁性フィラーを添加して熱伝導率を向上させている例がある。また、最近では電機部品と放熱体をよくするため特開平６−１５５５１７号公報に提案されているような、ゴム硬度がかなり低いゲルタイプのものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら近年、電気回路の小型化、高集積化がかなり進んでいるため電気部品と放熱体とに挟む材料にも高熱伝導性が求められている。そのためゴムに添加する熱伝導性フィラーもアルミナから窒化アルミニウム、窒化硼素などが使用される場合が多くなってきているが、窒化アルミニウム、窒化硼素に代表される電気絶縁性がありかつ高熱伝導フィラーは高価であるためこれらフィラーを添加した絶縁性・熱伝導性組成物も高価であった。また窒化アルミニウム、窒化硼素に代表される窒化物、炭化物は比表面積がかなり大きいものが多く、ゴム、樹脂への添加量を多くすることができず、たとえ高価な高熱伝導フィラーを使用しても期待通りの熱伝導性・電気絶縁性組成物を得るのは困難であった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するため、導電性粒子に表面被覆して電気絶縁性を付与した粒子をシリコーンゴムまたはシリコーンゲルに添加することにより、高熱伝導性を有する熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゴム組成物および熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゲル組成物を安価に提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第１番目の熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゴム組成物は、シリコーンゴム１００重量部に対して下記のＡ〜Ｅからなる組成割合のコンパウンドであり、加硫後の成形体の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗値が１０⁹Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする。
Ａ．導電性であり実質的に球形のアルミニウムに二酸化珪素の膜で電気絶縁性を付与した平均粒子直径１〜１００μｍの粒子５〜１２００重量部
Ｂ．金属酸化物、窒化物、および炭化物から選ばれる少なくとも一つの体積固有抵抗値が１０⁶Ω・ｃｍ以上の粒子０〜１２００重量部
Ｃ．補強剤：０〜５００重量部
Ｄ．白金系化合物：０〜１０重量部
Ｅ．加硫剤：０．５〜２０重量部
次に本発明の第２番目の熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゲル組成物は、シリコーンゲル１００重量部に対して下記のＡ〜Ｅからなる組成割合のコンパウンドであり、加硫後の成形体の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗値が１０⁹Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする。
Ａ．導電性であり実質的に球形のアルミニウムに二酸化珪素の膜で電気絶縁性を付与した平均粒子直径１〜１００μｍの粒子５〜１２００重量部
Ｂ．金属酸化物、窒化物、および炭化物から選ばれる少なくとも一つの体積固有抵抗値が１０⁶Ω・ｃｍ以上の粒子０〜１２００重量部
Ｃ．補強剤：０〜５００重量部
Ｄ．白金系化合物：０〜１０重量部
Ｅ．架橋剤：０〜２０重量部
前記第１〜２番目の組成物においては、導電性粒子が、実質的に球状である。ここで「実質的に球状」とは、ほぼ球状であればよく、多少の変形があってもよいことをいう。
【０００６】
また前記第１〜２番目の組成物においては、導電性粒子の体積固有抵抗値は１０⁶Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
また前記第１〜２番目の組成物においては、二酸化珪素の膜厚が１〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
また前記第１〜２番目の組成物においては、補強剤が、補強シリカ、石英、炭酸カルシウム、およびポリテトラフルオロエチレンから選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
【０００９】
また前記第１〜２番目の組成物においては、白金系化合物が、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、白金オレフィン錯体、およびメチルポリビニルシロキサン白金錯体から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
前記した本発明の第１〜２番目の組成物においては、導電性粒子は金、銀、銅、アルミニウムなどの金属物質、電気伝導性を有するセラミックス、高分子、カーボンなどの非金属物質のものがある。また絶縁物質などに導電性物質を表面に被覆したものも含まれる。導電性粒子の体積固有抵抗値は１０⁶Ω・ｃｍ以下のものが好ましい。
【００１１】
導電性粒子への表面処理としては導電性粒子に電気絶縁体を被覆する方法がよい。アルミニウムに酸化アルミナを被覆させる方法、導電性粒子にアルミナ、二酸化珪素などのセラミックス、ポリエチレン、アクリルゴムなどのゴム、樹脂を被覆させる方法、シランカップリング剤、チタンシランカップリング剤などの表面処理剤などを被覆させる方法があり、どの方法を用いてもよい。また被覆は一重だけでなく電気絶縁性を考慮して何重にしてもよい。被覆する毎に被覆の方法、被覆物質を変えてもよい。
【００１２】
シリコーンゴムにはミラブル型シリコーンゴム、液状シリコーンゴム、低温硬化型シリコーンゴムなどがあり一種または二種以上の混合物が好適に用いられる。
【００１３】
シリコーンゴム、シリコーンゲルにはアクリルゴム、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などで変性したものも用いてよい。シリコーンゴムの加硫、硬化方法は熱、光、電子線のどれを用いてもよい。
【００１４】
ミラブル型シリコーンゴムを加硫させる加硫剤としてはベンゾイルパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジキュミルパーオキサイド、ジターシャリブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ターシャリブチルパーオキ）−ヘキサンなどの過酸化物や塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、白金オレフィン錯体、メチルポリビニルシロキサン白金錯体など白金化合物の一種または二種以上の混合物が好適に用いられる。
【００１５】
液状シリコーンゴム、低温硬化型シリコーンゴム、シリコーンゲルなどを硬化させる硬化剤としては塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、白金オレフィン錯体、メチルポリビニルシロキサン白金錯体など白金化合物の一種または二種以上の混合物が好適に用いられる。
【００１６】
シリコーンゴムの加硫、硬化に過酸化物、白金化合物を使用する以外にも架橋剤を補助的に加えてもよい。同様にしてシリコーンゲルの硬化にも白金化合物を使用する以外にも架橋剤を補助的に加えてもよい。
【００１７】
シリコーンゴムに添加する熱伝導性フィラーは前記の導電性粒子に表面処理を施して電気絶縁性を付与した粒子を一種または二種以上の混合物がありその他の熱伝導性フィラーを併用してもよい。併用できる熱伝導性フィラーは酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムなどの金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化硼素などの窒化物、炭化珪素、炭化チタン、炭化硼素などの炭化物などがありここに挙げた限りではない。また併用する熱伝導性フィラーは一種または二種以上の混合物が好適に用いられる。これら熱伝導性フィラーの粒子形状は球状あるいはフレーク状のどちらでもよい。平均粒径は０．５〜８０μｍの範囲が好ましい。シランカップリング剤に代表される表面処理を施したものでもよい。
【００１８】
補強剤には補強シリカ、石英、炭酸カルシウム、ポリテトラフルオロエチレンなどがあり必要に応じて添加してよい。
本発明は難燃性付与のため塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、白金オレフィン錯体、メチルポリビニルシロキサン白金錯体など白金化合物の一種または二種以上の混合物が好適に用いられる。また、難燃助剤として酸化鉄、酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどがあり一種または二種以上の混合物が好適に用いられる。
【００１９】
可塑剤としてはジメチルポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、アルキル変性シリコーンなどがありここに挙げた限りでなくまた、必要に応じて使用してもよい。
【００２０】
架橋剤としては両末端、片末端がビニル基ポリジメチルシロキサンやポリメチルハイドロシロキサン、ポリメチルハイドロジメチルシロキサンコポリマーなどがありここに挙げた限りではなくまた必要に応じて使用してもよい。
【００２１】
【実施例】
以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２２】
【実施例１】
（１）ミラブル型シリコーンゴム：１００重量部（ＤＹ３２−５０２９ｕ東レ・ダウコーニング（株）製）
（２）平均粒子直径が５０μｍの実質的に球形のアルミニウムに厚さ１０μｍの二酸化珪素の膜で電気絶縁性を付与した粒子：１００重量部
（３）平均粒子直径が５μｍの酸化アルミニウム：２００重量部
（４）平均粒子直径が５μｍの酸化鉄：５重量部
（５）アルコール変性塩化白金酸：０．３重量部
（６）加硫剤：３重量部（ＲＣ−２東レ・ダウコーニング（株）製）
以上の（１）〜（６）を添加混合してコンパウンドを得た。このコンパウンドはロールでの混練り作業性がよく、容易にプレス成型にてシートを得ることができた。
【００２３】
【実施例２】
（１）液状シリコーンゴム：１００重量部（ＳＥ６７４４Ａ／Ｂ東レ・ダウコーニング（株）製）
（２）平均粒子直径が３５μｍの実質的に救状のアルミニウムに厚さ１０μｍの二酸化珪素の膜で電気絶縁性を付与した粒子：１００重量部
（３）平均粒子直径が５μｍの酸化アルミニウム：２００重量部
（４）平均粒子直径が５μｍの酸化鉄：５重量部
以上の（１）〜（４）を添加混合して液状のコンパウンドを得た。このコンパウンドは混練り作業性が非常によかった。これをプレス成型することによってシートを得ることができた。
【００２４】
【実施例３】
（１）シリコーンゲル：１００重量部（ＪＣＲ６１１０東レ・ダウコーニング（株）製）
（２）平均粒子直径が５０μｍの実質的に球形のアルミニウムに厚さ１０μｍの二酸化珪素の膜で電気絶縁性を付与した粒子：１００重量部
（３）平均粒子直径が５μｍの酸化アルミニウム：２００重量部
（４）平均粒子直径が５μｍの酸化鉄：５重量部
以上の（１）〜（４）を添加混合して液状のコンパウンドを得た。このコンパウンドは混練り作業性が非常によかった。これをプレス成型することによってシートを得ることができた。
【００２５】
【比較例１】
ミラブル型シリコーンゴム：１００重量部（ＤＹ３２−５０２９ｕ東レ・ダウコーニング（株）製）に窒化硼素：１００重量部、酸化アルミニウム：２００重量部、酸化鉄：５重量部、アルコール変性塩化白金酸：０．３重量部、加硫剤毛３重量部（ＲＣ−２東レ・ダウコーニング（株）製）を添加してコンパウンドを得た。このコンパウンドはロールでの混練り作業が非常に悪く困難であったが、プレス成型してシートを得ることができた。
【００２６】
【比較例２】
液状シリコーンゴム：１００重量部（ＳＥ６７４４Ａ／Ｂ東レ・ダウコーニング（株）製）に窒化硼素：１００重量部、酸化アルミニウム：２００重量部を添加し液状のコンパウンドを得た。このコンパウンドは粘度が非常に高く混練り性は悪かったが、プレス成型してシートを得ることができた。
【００２７】
【比較例３】
シリコーンゲル：１００重量部（ＪＣＲ６１１０東レ・ダウコーニング（株）製）に窒化硼素：１００重量部、酸化アルミニウム：３００重量部、酸化鉄：５重量部を添加して液状のコンパウンドを得た。このコンパウンドは粘度が非常に高く混練り性は悪かったがプレス成型してシートを得ることができた。
【００２８】
【比較例４】
ミラブル型シリコーンゴム：１００重量部（ＤＹ３２−５０２９ｕ東レ・ダウコーニング（株）製）に、アルミニウム：１００重量部、酸化アルミニウム：２００重量部、酸化鉄：５重量部、アルコール変性塩化白金酸：０．３重量部、加硫剤３重量部（ＲＣ−２東レ・ダウコーニング（株）製）を添加して液状のコンパウンドを得た。このコンパウンドは混練り作業性が非常によかった。これをプレス成型することによってシートを得ることができた。これらの結果を表に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１から明らかなとおり、比較例１〜３では高熱伝導性フィラーである窒化硼素を使用しているが実施例１〜３よりも熱伝導率が低かった。さらに窒化硼素は比表面積がかなり大きいためシリコーンゴムへの添加は困難であり、混練り作業性は非常に悪かった。得られたコンパウンドは、ぱさついていてプレス成型も非常にしにくかった。
【００３１】
これに対して実施例１〜３は、実質的に球状の導電性粒子に電気絶縁処理を施しているため比表面積がかなり小さく、シリコーンゴムへの充填性も優れており混練り作業性は非常によかった。そのためプレス成型は非常にしやすかった。
【００３２】
また比較例４のように電気絶縁処理を施していない粒子を使用すると、体積固有抵抗値はかなり小さくなり、絶縁材料とは言えがたくなるが、絶縁処理を施していない粒子を使用すれと、１０⁹Ω・ｃｍ以上の体積固有抵抗値を有するものを得ることができた。
【００３３】
よってシリコーンゴム１００重量部に、導電性粒子に表面処理を施して電気絶縁性を付与し平均粒径１〜１００μｍの粒子５〜１２００重量部、塩基性金属化合物、窒化物、炭化物であり体積固有抵抗値が１０⁶Ω・ｃｍ以上から選ばれる粒子０〜１２００重量部、補強剤０〜５００重量部、白金系化合物０〜１０重量部、加硫剤０．５〜２０重量部添加することによって、コンパウンドの加硫成形体の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗値が１０⁹Ω・ｃｍ以上のものを得ることができた。
【００３４】
同様にシリコーンゲル１００重量部に、導電性粒子に表面処理を施して電気絶縁性を付与し粒径１〜１００μｍの粒子５〜１２００重量部、塩基性金属化合物、窒化物、炭化物であり体積固有抵抗値が１０⁶Ω・ｃｍ以上から選ばれる粒子０〜１２００重量部、補強剤０〜５００重量部、白金系化合物０〜１０重量部、架橋剤０〜２０重量部添加することによって、コンパウンドの加硫成形体の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗値が１０⁹Ω・ｃｍ以上のものを得ることができた。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の第１〜２番目によれば加硫後の成形体の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗値が１０⁹Ω・ｃｍ以上のものを得ることができる。しかも実質的に球状の導電性粒子の表面に電気絶縁性を施せば、コンパウンド混練り性、コンパウンドの加工性がよくなる。また、電気絶縁性と高熱伝導性を有する高価なフィラーを使用しなくてよいため、安価に熱伝導性・電気絶縁性シリコーン組成物を得ることができる。

Claims

シリコーンゴム１００重量部に対して下記のＡ〜Ｅからなる組成割合のコンパウンドであり、加硫後の成形体の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗値が１０⁹Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゴム組成物。
Ａ．導電性であり実質的に球形のアルミニウムに二酸化珪素の膜で電気絶縁性を付与した平均粒子直径１〜１００μｍの粒子５〜１２００重量部
Ｂ．金属酸化物、窒化物、および炭化物から選ばれる少なくとも一つの体積固有抵抗値が１０⁶Ω・ｃｍ以上の粒子０〜１２００重量部
Ｃ．補強剤：０〜５００重量部
Ｄ．白金系化合物：０〜１０重量部
Ｅ．加硫剤：０．５〜２０重量部
シリコーンゲル１００重量部に対して下記のＡ〜Ｅからなる組成割合のコンパウンドであり、加硫後の成形体の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗値が１０⁹Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゲル組成物。
Ａ．導電性であり実質的に球形のアルミニウムに二酸化珪素の膜で電気絶縁性を付与した平均粒子直径１〜１００μｍの粒子５〜１２００重量部
Ｂ．金属酸化物、窒化物、および炭化物から選ばれる少なくとも一つの体積固有抵抗値が１０⁶Ω・ｃｍ以上の粒子０〜１２００重量部
Ｃ．補強剤：０〜５００重量部
Ｄ．白金系化合物：０〜１０重量部
Ｅ．架橋剤：０〜２０重量部
導電性粒子の体積固有抵抗値が、１０⁶Ω・ｃｍ以下である請求項１または２に記載の組成物。
二酸化珪素の膜厚が１〜１００μｍの範囲である請求項１または２に記載の組成物。
補強剤が、補強シリカ、石英、炭酸カルシウム、およびポリテトラフルオロエチレンから選ばれる少なくとも一つである請求項１または２に記載の組成物。
白金系化合物が、塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、白金オレフィン錯体、およびメチルポリビニルシロキサン白金錯体から選ばれる少なくとも一つである請求項１または２に記載の組成物。