JP6013220B2 - 熱伝導率可変材料、当該熱伝導率可変材料を用いた熱制御装置、及び当該熱伝導率可変材料を用いた熱制御方法 - Google Patents
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Description
本実施形態の熱伝導率可変材料は、磁場作用により磁気分極する性質を有する粒子及び空隙が分散された弾性材料からなる。以下、磁場作用により磁気分極する性質を有する粒子を磁気分極粒子と称する。
本実施形態の熱伝導率可変材料に用いる弾性材料は、弾性を有し、分散された状態の前記磁気分極粒子及び空隙を保持できる材料であれば特に限定されない。空隙が分散された弾性材料の例としては、樹脂発泡体や不織布、グラスウール等が挙げられる。樹脂発泡体の一例としては、軟質ポリウレタン樹脂発泡体が挙げられる。軟質ポリウレタン樹脂発泡体の中では、磁気分極粒子の含有量の調整及び分散性、並びに熱伝導率可変材料の成形性及び圧縮可逆性の観点からポリプロピレングリコール系の低反発配合軟質ポリウレタン樹脂が好ましい。
前記弾性材料に分散されている磁気分極粒子は、磁場作用により磁気分極する性質を有していれば良い。当該磁気分極粒子の例としては、純鉄、電磁軟鉄、方向性ケイ素鋼、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、マグネタイト、コバルト、ニッケル、及びこれらの合金を含有する粒子が挙げられる。当該磁気分極粒子は、1種又は2種以上を用いることができる。また、磁気分極粒子は、磁場作用により磁気分極する性質を有さない粒子と組み合わせて用いても良い。
弾性材料の空隙率は、当該弾性材料の材質によって異なり、所望の断熱効果を有し、磁場を印加することによる前記磁気分極粒子の磁気相互作用によって熱伝導率が変更できれば良い。一例としては、弾性材料がポリプロピレングリコール系の低反発配合軟質ポリウレタン樹脂の場合、空隙率は70%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、そして、99%以下が好ましく、98%以下がより好ましい。空隙率が70%未満の場合は、十分な断熱性が得られない傾向がある。空隙率が99%を超えると成形性が低下する傾向がある。空隙は、それぞれが独立していても良く、連続していても良い。なお、本明細書において、空隙率は、実施例に記載の方法により求める。
(1)軟質ポリウレタン樹脂原料と、磁気分極粒子とを計量、混合し、混合材料を調製する混合材料調整工程
(2)前記混合材料調製工程にて調製した混合材料を、金型等に注入し発泡、硬化させる発泡硬化工程
(3)所望の寸法に成形する成形工程
本実施形態の熱制御装置は、前記熱伝導率可変材料と、前記熱伝導率可変材料の熱伝導率を変化させるための熱伝導率可変手段とを有する。本実施形態において、前記熱伝導率可変手段は、磁場を印加する磁場印加手段である。
(平均粒子径)
島津レーザ回折式粒度分布測定装置SALD2200にて測定した。本明細書において平均粒子径は、水分散液の状態で、レーザ回折式粒度分布測定装置にて測定した粒度分布を体積基準で微粒側から積算した場合の50%粒子径(メディアン径D50)をいう。
熱伝導率可変材料の評価は、電磁石(玉川製作所製:TM−YS4型)と熱流計(江藤電気製:M55A,2300A)、ラバーヒーター(サミコン230,SBX3030K1S)を組み合わせた装置を用いて性能評価を行った。
磁場印加前の熱伝導率は、縦100mm×横100mm×厚さ10mmのサンプルの厚さ方向についてJISA 1412−2に従って熱流計法によって測定した。磁場印加後の熱伝導率は、当該サンプルの厚さ方向に前記電磁石によって1000mTの磁場を印加した状態で、サンプルの厚さ方向についてJISA 1412−2に従って熱流計法によって測定した。
2)熱伝導率変化率
熱伝導率変化率は、磁場作用がない状態(磁場を印加していない状態)の熱伝導率可変材料の熱伝導率を100%とし、磁場作用を与える(磁場を印加する)ことによる熱伝導率の変化の度合いを表す。数値が大きい方がより大きく熱伝導率が変化したことを意味する。熱伝導率変化率は、以下の式により求めた。
熱伝導率変化率(%)=1000mTの磁場を印加した状態の熱伝導率可変材料の熱伝導率/磁場作用がない状態の熱伝導率可変材料の熱伝導率×100
3)体積変化率
磁場印加前のサンプル(縦100mm×横100mm×厚さ10mm)の体積に対する、厚さ方向に1000mTの磁場を印加した状態のサンプルの体積の割合を求めた。
4)圧縮弾性率と圧縮可逆性
万能試験機(島津製作所)を用いて5mm/minのヘッドスピードでサンプル(縦100mm×横100mm×厚さ10mm)の圧縮試験を行い、圧縮弾性率を測定した。試験力が1−10Nの間での測定値を記載した。また、圧縮弾性率測定前後のサンプル厚みを比較し、圧縮可逆性を評価した。変化が無ければ圧縮可逆性○と評価した。
5)空隙率
空隙率は以下の計算により求めた。
空隙率(%)=(1−(圧縮していない状態の熱伝導率可変材料の密度/弾性材料と磁気分極粒子との複合体の密度))×100
6)熱伝導率可変材料の磁気分極粒子含有量(vol%)
熱伝導率可変材料の磁気分極粒子含有量は以下の計算により求めた。
熱伝導率可変材料の磁気分極粒子含有量(vol%)=弾性材料の磁気分極粒子含有量(vol%)×(100−空隙率(%))/100
ポリオールに鉄粉、架橋剤、整泡剤、水を加え良く混合した後、イソシアネートを加えて良く混合して発泡させ、金型に注型して成型した。脱型した後、100mm×100mm×10mmに切り出して評価サンプルとした。原料は下記のものを使用した。
・ポリオール
アクトコールLR−00(三井化学社製):100重量部
グリセリン(ナカライテスク社製):2重量部
・水:2重量部
・架橋剤
Dabco33LV(東ソー社製):0.4重量部
T−9(東栄化学工業社製):0.1重量部
・整泡剤
B−8017(ゴールドシュミット社製):1重量部
・イソシアネート
コスモネートT−80(三井化学社製):29.2重量部
・磁気分極粒子(カルボニル鉄粉)
CI−CS(平均粒子径6μm BASF社製):97.9重量部(10体積%)
磁気分極粒子としてカルボニル鉄粉CI−CS(平均粒子径6μm BASF社製)を219.7重量部(20体積%)用いたこと以外は実施例1と同様に行った。
整泡剤としてSH192(東レダウコーニング社製)1重量部、磁気分極粒子としてカルボニル鉄粉CI−CS(平均粒子径6μm BASF社製)を219.7重量部(20体積%)用いたこと以外は実施例1と同様に行った。
2 熱伝導率可変材料
21 弾性材料
22 磁気分極粒子
3 磁場印加手段
4 熱制御対象物
5 熱制御装置
6 温度計測手段
Claims (4)
- 磁場作用により磁気分極する性質を有する粒子、及び/又は電場作用により電気分極する性質を有する粒子、並びに空隙が分散された弾性材料からなり、磁場及び/又は電場を印加することによって厚みが小さくなり、熱伝導率が高くなることを特徴とする、熱伝導率可変材料。
- 前記弾性材料は、圧縮弾性率が0.1kPa以上20kPa以下であることを特徴とする、請求項1に記載の熱伝導率可変材料。
- 前記請求項1又は2に記載の熱伝導率可変材料と、
前記熱伝導率可変材料の熱伝導率を変化させるための熱伝導率可変手段とを有し、
前記熱伝導率可変手段が、磁場を印加する磁場印加手段、及び/又は電場を印加する電場印加手段である、熱制御装置。 - 前記請求項1又は2に記載の熱伝導率可変材料を用いた熱制御方法。
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