JP5814688B2 - 熱伝導性樹脂組成物およびそれを含む放熱材 - Google Patents
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Description
<熱伝導性樹脂組成物>
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、フレーク状金属粉末と、繊維状炭素材料と、樹脂とを含むことを特徴とする。本発明は、このようにフレーク状金属粉末と繊維状炭素材料とを樹脂に含有せしめることを最大の特徴とする。これにより従来用いていた多量の繊維状炭素材料を大幅に減らし、かつ熱伝導性を顕著に高めることができる。
本発明に用いられる繊維状炭素材料は、熱伝導性に優れるものであれば特に限定することなく、従来公知のものを使用することができる。このような繊維状炭素材料は、熱伝導性樹脂組成物中に2質量%以上20質量%以下の質量比率で含まれることが好ましく、8質量%以上15質量%以下の質量比率で含まれることがより好ましい。このような割合で繊維状炭素材料を充填することにより、ハンドリング性が良好であるため混練性に優れ、かつ高い熱伝導率を発現することができる。繊維状炭素材料の質量比率が20質量%を超えると、コストパフォーマンスの点で不利となる。
本発明に用いられるフレーク状金属粉末は、10質量%以上60質量%以下の質量比率で含まれることが好ましく、より好ましくは15質量%以上30質量%以下である。このようなフレーク状金属粉末は、金属のみから構成されていてもよいし、金属基合金から構成されていてもよい。上記金属は、熱伝導性を有する金属であれば特に限定することなく用いることができるが、アルミニウム、銅、銀、鉄、ニッケル、珪素、亜鉛、および錫からなる群より選択される1種以上の金属または該金属の合金を用いることが好ましい。中でも、熱伝導性、電気絶縁性、軽量性、コストのバランスの観点から、アルミニウムを用いることが好ましい。これらの金属の純度は、特に限定することなくいかなるものをも用いることができる。
式:平均厚み(μm)=0.4(m2・μm・g-1)/WCA(m2・g-1)
なお、上記の水面拡散面積(WCA)は、JIS K 5906:1998 塗料用アルミニウム顔料 に記載されている方法によって測定した値を採用するものとする。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、20質量%以上88質量%以下の樹脂を含むことを特徴とし、好ましくは50質量%以上88質量%以下の樹脂を含むことである。このような割合で樹脂を含むことにより、熱伝導性樹脂組成物の成形流動性が損なわれにくいため、成形体の賦型を容易に行なうことができる。さらに、上記樹脂の含有量は、50質量%以上88質量%以下であることがより好ましい。これにより熱伝導性樹脂組成物の実用的な機械的物性も保持されるというメリットがある。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、本発明の効果に影響を与えない限り、上述の3成分に加え、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、たとえば窒化アルミ、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化アルミなどのような熱伝導性材料の他、滑剤、酸化防止剤、顔料などのような添加剤などを挙げることができる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、フレーク状金属粉末と繊維状炭素材料と樹脂とを混練することにより得られるものである。これらの3成分を混練する方法は特に限定されないが、たとえば、単軸式または二軸式混練押出機を用いて混練するか、もしくはニーダ型混練機を用いて混練することが好ましい。
本発明の放熱材は、上記の熱伝導性樹脂組成物を含むことを特徴とする。このような放熱材は、目的に応じた成形方法で熱伝導性樹脂組成物を成形することによって作製されるものである。かかる熱伝導性樹脂組成物は、軽量であって、かつ熱伝導性が高いという優れた性質を示すため、これによって形成される放熱材は、半導体デバイス、LED照明のケーシング、太陽電池モジュールなどの電子デバイスの他、電子部品などに好適に用いることができる。
各実施例および各比較例の熱伝導性樹脂組成物は、以下の(1)〜(5)に示す各成分を以下の表1に示す混合比となるようにして後述する方法により得られたものである。
(1)繊維状炭素材料
CNT:平均繊維径80nmおよび平均繊維長10μmのカーボンナノチューブ(製品名:VGCF−S(昭和電工株式会社製))
炭素繊維:平均繊維径8μmおよび平均繊維長6mmの炭素繊維(製品名:テナックスHTA−C6−US(東邦テナックス株式会社製))
(2)樹脂
PP樹脂:(製品名:射出成形用グレード 住友ノーブレンZ101A(住友化学株式会社製))
ABS樹脂:(製品名:射出成形グレード セビアン−V660SF(ダイセルポリマー株式会社製))
(3)フレーク状金属粉末
平均粒子径18μm、平均厚み0.4μmのフレーク状アルミニウム粉末
(4)球状金属粉末
平均粒子径20μmのアトマイズ法により得られた球状アルミニウム粉末
(5)セラミックス粉末
Al2O3(製品名:AS10(昭和電工株式会社製))
そして、これらを密閉式混合機(製品名:ラボプラストミル100C 100型(株式会社東洋精機製作所))を用いて、以下の表2に示す条件で混練りを行なうことにより各実施例および各比較例の熱伝導性樹脂組成物を作製した。次に、これを表3に示す条件でプレス成形をすることにより、シート状物を得た。
上記で得られた各実施例および各比較例の熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率を評価するために、シート状物を切削加工し、5.0mmΦ×厚みが1.0mmtの試験片を準備した(図3参照)。この試験片の密度、比熱、熱拡散率、熱伝導率、および流れ値をそれぞれ、下記の方法によって測定した。その結果を以下の表4に示す。
室温(20℃)で水中置換法によって測定した。
測定方法:示差走査熱量測定法(DSC:Differential scanning calorimetry)
測定装置:入力補償方示差走査熱量測定装置(装置名:Pyris Diamond DSC(株式会社パーキンエルマージャパン製))
昇温速度:20℃/min
試料量:15mg
雰囲気:ヘリウム 20mL/min
(熱拡散率)
測定方法:レーザフラッシュ法
測定装置:熱物性測定装置(製品名:LFA−502(京都電子工業株式会社製))
解析法:カーブフィッティング法
雰囲気:窒素 20mL/min
測定方向:図3に示す形状の試験片に対し、厚さ方向および面内方向の熱拡散率を測定し、それぞれの測定結果を表4に示した。
上記で得られた密度、比熱、および熱拡散率の各値をそれぞれ、下記の式に代入することにより熱伝導率を算出した。なお、この熱伝導率の値が高いほど、熱伝導性(すなわち放熱性)に優れることを示す。
(流れ値)
測定方法:JIS K7210:1999附属書Cに準拠
使用試験機:フローテスタ CFT−500形(株式会社島津製作所製)
試験温度:250℃
予熱時間:5分
試料:1.5g
ダイ:1.0Φ×1.0mm
プランジャー面積:1cm2
荷重:0.88kN(90kgf)(流れ値測定)
このような条件で得られる流れ値は、熱伝導性樹脂組成物の流動性を示すものであり、流れ値が高いほど流動性が高いことを示す。
表4において、たとえば実施例5と比較例2とを対比すると、実施例5の熱伝導性樹脂組成物の面内方向の熱伝導率は、2.85W/m・Kであるのに対し、比較例2のそれは2.5W/m・Kであった。このことから、実施例5の熱伝導性樹脂組成物が比較例2のそれに比して優れた熱伝導性を示すことが明らかとなった。
Claims (6)
- フレーク状金属粉末と、繊維状炭素材料と、樹脂とを含み、
前記フレーク状金属粉末の質量比率は10質量%以上40質量%以下であり、
前記繊維状炭素材料の質量比率は2質量%以上20質量%以下であり、
前記樹脂の質量比率は40質量%以上88質量%以下である、熱伝導性樹脂組成物。 - 前記繊維状炭素材料は、カーボンナノチューブである、請求項1に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 前記繊維状炭素材料は、その平均繊維径が3nm以上500nm以下であり、かつ平均繊維長が0.5nm以上20μm以下である、請求項1または2に記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 前記フレーク状金属粉末は、その平均粒子径が1μm以上100μm以下であり、その平均厚みが0.01μm以上5μm以下であり、そのアスペクト比が5以上1000以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 前記フレーク状金属粉末は、アルミニウムである、請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の熱伝導性樹脂組成物を含む、放熱材。
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