JP5468975B2 - 高熱伝導性熱可塑性樹脂製ヒートシンク - Google Patents
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Description
[1]
主鎖が主として下記一般式(1)で示される繰り返し単位からなり、主として鎖状の構造よりなる熱可塑性樹脂(A)、または熱可塑性樹脂(A)と無機充填剤(B)を含有することを特徴とする樹脂組成物により一部または全部が形成された樹脂製ヒートシンク。
−M−Sp− ...(1)
(式中、Mはメソゲン基、Spはスペーサーを示す。)
[2]
前記一般式(1)が下記一般式(2)で示される単位の繰り返し単位からなる、[1]に記載の樹脂製ヒートシンク。
−A1−x−A2−y−R−z− (2)
(式中、A1およびA2は、各々独立して芳香族基、縮合芳香族基、脂環基、脂環式複素環基から選ばれる置換基を示す。x、yおよびzは、各々独立して直接結合、−CH2−、−C(CH3)2−、−O−、−S−、−CH2−CH2−、−C=C−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−CO−NH−、−CH=N−、−CH=N−N=CH−、−N=N−または−N(O)=N−の群から選ばれる2価の置換基を示す。Rは主鎖原子数2〜20の分岐を含んでもよい2価の置換基を示す。)
[3]
−A1−x−A2−に相当する部分が下記一般式(3)で表されるメソゲン基であることを特徴とする、[2]に記載の樹脂製ヒートシンク。
熱可塑性樹脂のRに相当する部分が直鎖の脂肪族炭化水素鎖である、[2]または[3]いずれかに記載の樹脂製ヒートシンク。
[5]
熱可塑性樹脂のRの分子鎖の炭素数が偶数である[2]〜[4]いずれか1項に記載の樹脂製ヒートシンク。
[6]
熱可塑性樹脂のRが−(CH2)8−、−(CH2)10−、および−(CH2)12−から選ばれる少なくとも1種であり、数平均分子量が3000〜40000である[2]〜[5]いずれかに記載の樹脂製ヒートシンク。
[7]
熱可塑性樹脂の−y−R−z−が−O−CO−R−CO−O−である、[2]に記載の熱可塑性樹脂を用いた、樹脂製ヒートシンク。
[8]
無機充填剤(B)が、単体での熱伝導率が0.5W/m・K以上の無機化合物であることを特徴とする、[1]〜[7]に記載の樹脂製ヒートシンク。
[9]
無機充填剤(B)が、電気絶縁性高熱伝導性無機化合物であることを特徴とする、[1]〜[7]に記載の樹脂製ヒートシンク。
[10]
無機充填剤(B)が、導電性の高熱伝導性無機化合物であることを特徴とする、[1]〜[7]に記載の樹脂製ヒートシンク。
本発明の樹脂製ヒートシンクに用いられる樹脂は、主鎖が主として下記一般式(1)で示される単位の繰り返し単位からなり、主として鎖状の構造よりなることを特徴とするものである。
−M−Sp− (1)
(式中、Mはメソゲン基、Spはスペーサーを示す。)
本発明で言う熱可塑性とは、加熱により可塑化する性質のことである。
−A1−x−A2−
(A1およびA2は、各々独立して芳香族基、縮合芳香族基、脂環基、脂環式複素環基から選ばれる置換基を示す。xは結合子であり、直接結合、−CH2−、−C(CH3)2−、−O−、−S−、−CH2−CH2−、−C=C−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−CO−NH−、−CH=N−、−CH=N−N=CH−、−N=N−または−N(O)=N−の群から選ばれる2価の置換基を示す。)で表される基が挙げられる。ここでA1、A2は各々独立して、ベンゼン環を有する炭素数6〜12の炭化水素基、ナフタレン環を有する炭素数10〜20の炭化水素基、ビフェニル構造を有する炭素数12〜24の炭化水素基、ベンゼン環を3個以上有する炭素数12〜36の炭化水素基、縮合芳香族基を有する炭素数12〜36の炭化水素基、炭素数4〜36の脂環式複素環基から選択されるものであることが好ましい。
−y−R−z−
(yおよびzは、各々独立して直接結合、−CH2−、−C(CH3)2−、−O−、−S−、−CH2−CH2−、−C=C−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−CO−NH−、−CH=N−、−CH=N−N=CH−、−N=N−または−N(O)=N−の群から選ばれる2価の置換基を示す。Rは分岐を含んでもよい主鎖原子数2〜20の分岐を含んでもよい2価の置換基を示す。)で表される基が挙げられる。ここでRは、炭素原子数2〜20の鎖状飽和炭化水素基、1〜3個の環状構造を含む炭素原子数2〜20の飽和炭化水素基、1〜5個の不飽和基を有する炭素原子数2〜20の炭化水素基、1〜3個の芳香環を有する炭素原子数2〜20の炭化水素基、1〜5個の酸素原子を有する炭素原子数2〜20のポリエーテル基から選択されるものが好ましい。
結晶化度(%)= ラメラ晶の割合(Vol%)× 0.7
樹脂自体が高熱伝導性を有するためには、熱可塑性樹脂の結晶化度が7%以上であることが好ましい。結晶化度は、14%以上であることがより好ましく、21%以上であることがさらに好ましく、28%以上であることが特に好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂(A)が優れた熱伝導性を有するため、無機充填剤(B)を用いなくても優れた熱伝導性を有するが、無機充填剤(B)または他の樹脂などを配合して高熱伝導性熱可塑性樹脂組成物(以下適宜、樹脂組成物と略す)として用いることができる。
本発明の樹脂組成物に用いられる無機充填剤としては、公知の充填剤を広く使用できる。無機充填剤(B)単体での熱伝導率は特に限定が無いが、好ましくは0.5W/m・K以上、より好ましくは1W/m・K以上のものである。得られる組成物が熱伝導性に優れるという観点からは、単体での熱伝導率が10W/m・K以上の高熱伝導性無機化合物であることが特に好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂および樹脂組成物には、上記の添加可能な樹脂や充填剤以外の添加剤として、さらに目的に応じて他のいかなる成分、例えば、安定剤、補強剤、増粘剤、離型剤、カップリング剤、難燃剤、耐炎剤、顔料、着色剤、その他の助剤等を本発明の効果を失わない範囲で、添加することができる。これらの添加剤の使用量は、熱可塑性樹脂100重量部に対し、合計で0〜20重量部の範囲であることが好ましい。
本発明で言うヒートシンクとは、熱源近傍に設置され、熱源の温度を下げる、局所的な高温部分を広げる、若しくは熱源または熱源近傍の熱に弱い部品を守るために用いられる部品のことである。
4,4’−ジヒドロキシビフェニル、テトラデカン二酸、無水酢酸をモル比でそれぞれ1:1.05:2.1の割合で密閉型反応器に仕込み、常圧下、窒素ガス雰囲気で150℃にて3時間アセチル化反応を行い、1℃/minの昇温速度で265℃まで加熱し重縮合を行った。酢酸の留出量が理論酢酸生成量の90%に到達した時点で引き続きその温度を保ったまま、約20分かけて1.0torrに減圧し、高分子量まで溶融重合を行った。減圧開始から1時間後、不活性ガスで常圧に戻し、生成したポリマー(熱可塑性樹脂(A))を取り出した。得られたポリマーは本発明の熱可塑性樹脂である。
[熱伝導率]
得られた樹脂組成物から75t射出成形機にてテストピースを成形した。得られたテストピースから30mm角×3.2mm厚みの板柱状試験片を2個切り出し、京都電子工業製ホットディスク法熱伝導率測定装置で4φのセンサーにて熱伝導率を測定した。
[放熱性能]
得られた樹脂組成物から75t射出成形機にて図1のような形状のヒートシンクへ成形した。図2のようにヒーター(坂口電熱株式会社製マイクロAlNヒーター ALN−3)の上にヒートシンク、下に発泡断熱材を設置し、ヒーターと断熱材の間にサーミスタ(石塚電子株式会社製 103JT−025)を挟み込むことで温度を測定した。それぞれの間には接触熱抵抗を小さくするために熱伝導性グリス(信越化学工業株式会社製 G−751、熱伝導率4.5W/mK)を薄く塗布した。ヒーターは0.4Wで発熱させた。室温25度、自然対流にて一時間放置し定常状態になっていることを確認し、温度を測定した。
製造例1で合成した熱可塑性樹脂(A)を140℃で4時間乾燥後、東芝機械製75tmm射出成形機を用いて射出成形を実施した。成形条件は、シリンダー温度220℃、ノズル部温度220℃、金型温度120℃に設定した。得られた成形品の熱伝導率を評価した結果、熱伝導率:1.36W/mK、放熱性能の評価は50℃であった。
製造例1で合成した熱可塑性樹脂(A)100重量部に対して、無機充填剤(B)である窒化ホウ素粉末(モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製PT110、単体での熱伝導率60W/m・K、体積平均粒子径45μm、電気絶縁性、体積固有抵抗1014Ω・cm)(h−BN)を50重量部、安定剤としてホスファイト系安定剤であるHP−10((株)ADEKA製)を0.2重量部、フェノール系安定剤であるAO−60((株)ADEKA製)を0.2重量部加え、ヘンシェルミキサーにて混合した後、日本製鋼所製45mm同方向噛み合い型二軸押出機TEX44のスクリュー根本付近に設けられたホッパーより投入した。
熱可塑性樹脂としてポリエチレンテレフタレート((株)ベルポリエステルプロダクツ製ベルペットEFG−70)を用い、押出機スクリュー先端部温度及びダイス温度を270℃に設定した以外は、実施例1と同様に評価を行った。得られた成形体を評価した結果、熱伝導率:0.21W/mK、放熱性能の評価は67℃であった。
熱可塑性樹脂としてポリエチレンテレフタレート((株)ベルポリエステルプロダクツ製ベルペットEFG−70)を用い、押出機スクリュー先端部温度及びパリソン温度を270℃に設定した以外は、実施例2と同様に評価を行った。成形品を評価した結果、熱伝導率:1.05W/mK、放熱性能の評価は52℃であった。
製造例1で合成した熱可塑性樹脂(A)100重量部に対し、無機充填剤(B)である天然鱗片状黒鉛粉末(中越黒鉛(株)製BF−250A、単体での熱伝導率1200W/m・K、体積平均粒子径250.0μm、導電性)(GC)を50重両部、フェノール系安定剤であるAO−60((株)ADEKA製)を0.2重量部加え、ヘンシェルミキサーにて混合した後、日本製鋼所製45mm同方向噛み合い型二軸押出機TEX44のスクリュー根本付近に設けられたホッパーより投入した。
アルミヒートシンク(LSIクーラー株式会社製12F31L30)を用いて放熱性能を評価し38℃であった。このヒートシンクは放熱性向上のため表面黒化した放射率0.9のものであった。
図2の2 発熱体
図2の3 断熱体
Claims (8)
- 主鎖が主として下記一般式(1)で示される繰り返し単位からなり、主として鎖状の構造よりなる熱可塑性樹脂(A)、または熱可塑性樹脂(A)と無機充填剤(B)を含有することを特徴とする樹脂組成物により一部または全部が形成され、
−M−Sp− ...(1)
(式中、Mはメソゲン基、Spはスペーサーを示す。)
前記一般式(1)が下記一般式(2)で示される単位の繰り返し単位からなり、
−A 1 −x−A 2 −y−R−z− (2)
(式中、A 1 およびA 2 は、各々独立して芳香族基、縮合芳香族基、脂環基、脂環式複素環基から選ばれる置換基を示す。x、yおよびzは、各々独立して直接結合、−CH 2 −、−C(CH 3 ) 2 −、−O−、−S−、−CH 2 −CH 2 −、−C=C−、−C≡C−、−CO−、−CO−O−、−CO−NH−、−CH=N−、−CH=N−N=CH−、−N=N−または−N(O)=N−の群から選ばれる2価の置換基を示す。Rは主鎖原子数2〜20の分岐を含んでもよい2価の置換基を示す。)
前記一般式(2)において、熱可塑性樹脂の−y−R−z−が−O−CO−R−CO−O−である樹脂製ヒートシンク。 - −A1−x−A2−に相当する部分が下記一般式(3)で表されるメソゲン基であることを特徴とする、請求項1に記載の樹脂製ヒートシンク。
- 熱可塑性樹脂のRに相当する部分が直鎖の脂肪族炭化水素鎖である、請求項1または2に記載の樹脂製ヒートシンク。
- 熱可塑性樹脂のRの分子鎖の炭素数が偶数である請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂製ヒートシンク。
- 熱可塑性樹脂のRが−(CH2)8−、−(CH2)10−、および−(CH2)12−から選ばれる少なくとも1種であり、数平均分子量が3000〜40000である請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂製ヒートシンク。
- 無機充填剤(B)が、単体での熱伝導率が0.5W/m・K以上の無機化合物であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂製ヒートシンク。
- 無機充填剤(B)が、電気絶縁性高熱伝導性無機化合物であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂製ヒートシンク。
- 無機充填剤(B)が、導電性の高熱伝導性無機化合物であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂製ヒートシンク。
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