JP6571000B2 - 熱伝導性複合材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
前記金属箔層は厚さが各々0.009〜0.05mmとされ、
前記繊維強化樹脂材は厚さが0.05mm以上、1mm未満とされ、
前記熱伝導性複合材の引張弾性率は80GPa以上である、
ことを特徴とする熱伝導性複合材が提供される。
前記金属箔層は厚さが0.009〜0.05mmとされ、
前記繊維強化樹脂材は厚さが0.05mm以上、1mm未満とされ、
前記熱伝導性複合材の引張弾性率は80GPa以上である、
ことを特徴とする熱伝導性複合材が提供される。
(a)連続した強化繊維を少なくとも一方向に引き揃えて配列し、樹脂を含浸して半硬化した繊維目付量が25〜600g/m2、繊維体積含有率が20〜70%とされる少なくとも1枚のプリプレグシートと、厚さが0.009〜0.05mmとされる金属箔と、を準備し、
(b)前記プリプレグシートの両面に前記金属箔を押圧して一体に積層し、
(c)その後、前記プリプレグシートを硬化して繊維強化樹脂材とする、
ことを特徴とする繊維強化樹脂材の両面に金属箔層が一体とされた熱伝導性複合材の製造方法が提供される。
(a)連続した強化繊維を少なくとも一方向に引き揃えて配列し、樹脂を含浸して半硬化した繊維目付量が25〜600g/m2、繊維体積含有率が20〜70%とされる少なくとも1枚のプリプレグシートと、厚さが0.009〜0.05mmとされる金属箔と、を準備し、
(b)前記金属箔の両面に前記プリプレグシートを押圧して一体に積層し、
(c)その後、前記プリプレグシートを硬化して繊維強化樹脂材とする、
ことを特徴とする金属箔層の両面に繊維強化樹脂材が一体とされた熱伝導性複合材の製造方法が提供される。
図1は、上述したように、スマートフォン100の概略構成を示しており、本発明に係る熱伝導性複合材1にて形成された補強板によりスマートフォン100の筐体或いは筐体ケース(即ち、被補強体)101の底板部分101aが補強された態様を示す。
シート状の繊維強化樹脂材2は、厚さ(t2)が0.05mm以上、1mm未満(0.05mm≦t2<1mm)とされ、厚さ(t2)が1mm以上であると、放熱性の悪化を招くといった問題があり、厚さ(t2)が0.05mm未満では、補強板としての高剛性を達成することが困難となり、また、繊維強化樹脂材2が極めて薄くなってしまい、既存の原材料では製作出来ずコスト高となってしまう、といった問題が生じる。好ましくは、繊維強化樹脂材2の厚さ(t2)は、0.1〜0.46mmとされる。
金属箔層3(3a、3b)は、アルミニウム、或いは、銅のような200W/mK以上の熱伝導率を有した金属で作製される。要求される放熱性の程度によっては、これら金属材料より劣る熱伝導率50〜200W/mKを有した、例えば、鉄やニッケルや真鍮などを使用しても良い。更には、50〜200W/mKを有した、例えばアルミニウム合金などの、上記諸金属の合金で作製しても良い。金属箔層3a、3bは、熱伝導性複合材1の形状によっては、同じ金属であっても良く、異なる金属とすることもできる。
本発明によると、金属箔層3(3a、3b)は、繊維強化樹脂材2に対して一体成型されることが必要である。即ち、例えば、図4(a)に示すように、金属箔層3(3a、3b)は、強化繊維シート10Sに対して樹脂Rが含浸され、未だ完全に硬化されていない、所謂、プリプレグシート10PGの両面に押圧して一体的に積層し、必要により加熱して、樹脂Rを硬化する。
上述のようにして作製した熱伝導性複合材1は、例えばスマートフォン筐体或いは筐体ケース(被補強体)101等に一体に接合される(図1参照)。
次に、本発明に係る熱伝導性複合材1の作用効果を立証するべく、種々の試験サンプルを作製し、機械的強度、放熱性に対する性能試験を行った。表2、表4に、本実験例で使用した試験サンプルの材料、構成、諸寸法などを示し、表3、表5に試験結果を示す。
(試験サンプル)
実験例1では、薄板状のアルミニウム(A5052)単体(金属単体)を使用した。実験例2では、ピッチ系炭素繊維のクロス(織物)に樹脂を含浸した炭素繊維強化樹脂(CFRPクロス)を使用した。実験例3では、ガラス繊維のクロス(織物)に樹脂を含浸したガラス繊維強化樹脂(GFRPクロス)と、ピッチ系炭素繊維を一方向に引き揃えた一方向炭素繊維シートに樹脂を含浸した炭素繊維強化樹脂(CFRP一方向)とを重ね合わせたガラス−炭素繊維接合複合材(GFRPクロス−CFRP一方向)を使用した。実験例4では、本発明の構成に従って、ピッチ系炭素繊維を一方向に引き揃えた一方向炭素繊維シートに樹脂を含浸した炭素繊維強化樹脂(CFRP一方向)の両面に銅箔を一体成型して作製した繊維強化複合材(金属箔表層−CFRP一方向コア)を使用した。
熱伝導率:138W/mK
銅 :引張弾性率:110〜130GPa
熱伝導率:398W/mK
ガラス繊維 :引張弾性率:70GPa
熱伝導率:0.5W/mK
ピッチ系炭素繊維:引張弾性率:780GPa
熱伝導率:320W/mK
各試験サンプルSの放熱性は、次のようにして測定した。
引張弾性率(E)、引張剛性及び重量は、計算により求めた。引張剛性は、サンプルの引張弾性率(E)とサンプルの横断面積(A)(本実施例では、A=50mm×T1)との積である。
本発明に係る熱伝導性複合材1の作用効果をさらに立証するべく、先に述べた実験例1〜4に加えて、熱伝導性複合材1の厚み(T1)を変更し、且つ極力厚みを揃えて性能試験を行った。上述したように、表4に本実験例で使用した試験サンプルの材料、構成、諸寸法などを示し、表5に試験結果を示す。
実験例5では、薄板状のアルミニウムA5052単体(金属単体)を使用した。厚みは0.48mmとした。実験例6では、ピッチ系炭素繊維を一方向に引き揃えた一方向炭素繊維シートに樹脂を含浸したプリプレグをX方向とY方向に積層して得られた炭素繊維強化樹脂(CFRP一方向0°/90°板)を使用した。実験例7では、本発明の構成に従って、ピッチ系炭素繊維を一方向に引き揃えた一方向炭素繊維シートに樹脂を含浸したプリプレグをX方向とY方向に積層して得られた炭素繊維強化樹脂の両面に銅箔を一体成型して作製した繊維強化複合材(金属箔表層−ピッチ系CFRP一方向0°/90°板)を使用した。実験例8では、PAN系炭素繊維を一方向に引き揃えた一方向炭素繊維シートに樹脂を含浸したプリプレグをX方向とY方向に積層して得られた炭素繊維強化樹脂(PAN系CFRP一方向0°/90°板)を使用した。実験例9では、本発明の構成に従って、PAN系炭素繊維を一方向に引き揃えた一方向炭素繊維シートに樹脂を含浸したプリプレグをX方向とY方向に積層して得られた炭素繊維強化樹脂の両面に銅箔を一体成型して作製した繊維強化複合材(金属箔表層−PAN系CFRP一方向0°/90°板)を使用した。
各試験サンプルの放熱性は、実験例1〜4と同様の方法で測定した。
引張弾性率(E)、引張剛性および重量は、実験例1〜4と同様、計算により求めた。引張弾性率、引張剛性及び重量の結果は表5に示す通りである。表5より本発明に従って、構成した実験例7の試験サンプルが放熱性及び剛性において優れており、また、重量においてもほぼ同じ厚さの実験例5のアルミニウム単体より軽量であった。
図2(c)に、本発明に係る熱伝導性複合材1の第二の実施例を示す。本実施例によると、熱伝導性複合材1は、金属箔層3と、該金属箔層3の両面に一体に接合されたシート状の繊維強化樹脂材2(2a、2b)とを有する。
本実施例においても、金属箔層3は、繊維強化樹脂材2(2a、2b)に対して一体成型されることが必要である。即ち、例えば、図4(b)に示すように、強化繊維シート10Sa、10Sbに対して樹脂Rが含浸され、未だ完全に硬化されていない、所謂、プリプレグ状態の強化繊維シート(プリプレグシート)10PG(10PGa、10PGb)が金属箔層3の両面に押圧して一体的に積層され、必要により加熱して、樹脂Rを硬化する。
上述のようにして作製した熱伝導性複合材1は、実施例1の場合と同様にして被補強体101に一体に接合される。
次に、本発明に係る熱伝導性複合材1の作用効果を立証するべく試験サンプルを作製し、機械的強度、放熱性に対する性能試験を行った。上述の表4、表5に、本実験例を実験例10として示す。表4に実験例10で使用した試験サンプルの材料、構成、諸寸法などを示し、表5に試験結果を示す。
(試験サンプル)
実験例10では、本発明の構成に従って、銅箔3の両面に、ピッチ系炭素繊維を一方向に引き揃えた一方向炭素繊維シートに樹脂を含浸したプリプレグをX方向とY方向に積層し、一体化して作製した繊維強化複合材(金属箔コア−ピッチ系CFRP一方向0°/90°板)を使用した。
試験サンプルの放熱性は、実験例1〜9と同様の方法で測定した。
引張弾性率(E)、引張剛性および重量は、実験例1〜9と同様、計算により求めた。引張弾性率、引張剛性及び重量の結果は表5に示す通りである。表5より本実施例に従って、構成した実験例10の試験サンプルが放熱性及び剛性において優れており、また、重量においてもほぼ同じ厚さの上記実験例5のアルミニウム単体より軽量であった。
2 繊維強化樹脂材
3 金属箔層
10 繊維強化シート
10PG プリプレグシート
101 被補強体
Claims (12)
- 連続した強化繊維を含むシート状の繊維強化樹脂材と、前記繊維強化樹脂材の両面に一体に接合された金属箔層とを有し、厚さが0.12〜1mmとされ、携帯型情報端末機器 の筐体又は筐体ケースを補強する補強板として使用する熱伝導性複合材であって、
前記金属箔層は厚さが各々0.009〜0.05mmとされ、
前記繊維強化樹脂材は厚さが0.05mm以上、1mm未満とされ、
前記熱伝導性複合材の引張弾性率は80GPa以上である、
ことを特徴とする熱伝導性複合材。 - 金属箔層と、前記金属箔層の両面に一体に接合された、連続した強化繊維を含むシート状の繊維強化樹脂材とを有し、厚さが0.12〜1mmとされ、携帯型情報端末機器の筐 体又は筐体ケースを補強する補強板として使用する熱伝導性複合材であって、
前記金属箔層は厚さが0.009〜0.05mmとされ、
前記繊維強化樹脂材は厚さが0.05mm以上、1mm未満とされ、
前記熱伝導性複合材の引張弾性率は80GPa以上である、
ことを特徴とする熱伝導性複合材。 - 前記繊維強化樹脂材は厚さは、0.1mm以上であることを特徴とする請求項1又は2 に記載の熱伝導性複合材。
- 前記熱伝導性複合材は、厚さが0.12〜0.5mmであることを特徴とする請求項1 〜3のいずれかの項に記載の熱伝導性複合材。
- 前記繊維強化樹脂材は、強化繊維の熱伝導率が100W/mK以上、引張弾性率が400GPa以上を有するピッチ系炭素繊維を繊維体積含有率で20%以上含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の熱伝導性複合材。
- 前記繊維強化樹脂材は、強化繊維がピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維若しくはガラス繊維であるか、又は、前記繊維を2種以上混合したものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の熱伝導性複合材。
- 前記繊維強化樹脂材は、連続した前記強化繊維を一方向に引き揃え、樹脂含浸して形成されるか、及び/又は、少なくとも2軸方向にて織成された織物に樹脂含浸して形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の熱伝導性複合材。
- 前記繊維強化樹脂材は、連続した前記強化繊維を一方向に引き揃え、樹脂含浸して形成されたシートを、少なくとも2軸方向に積層して作製されることを特徴とする請求項1〜 6のいずれかの項に記載の熱伝導性複合材。
- 前記金属箔層は、50W/mK以上の熱伝導率を有した金属にて作製されることを特徴とする請求項1〜8のいずれかの項に記載の熱伝導性複合材。
- 前記携帯型情報端末機器は、スマートフォン、タブレット又は携帯型パソコンであるこ とを特徴とする請求項1〜9のいずれかの項に記載の熱伝導性複合材。
- 連続した強化繊維を含むシート状の繊維強化樹脂材と、前記繊維強化樹脂材の両面に一体に接合された金属箔層とを有し、厚さが0.12〜1mmとされ、引張弾性率は80GPa以上である、携帯型情報端末機器の筐体又は筐体ケースを補強する補強板として使用 する熱伝導性複合材の製造方法であって、
(a)連続した強化繊維を少なくとも一方向に引き揃えて配列し、樹脂を含浸して半硬化した繊維目付量が25〜600g/m2、繊維体積含有率が20〜70%とされる少なくとも1枚のプリプレグシートと、厚さが0.009〜0.05mmとされる金属箔と、を準備し、
(b)前記プリプレグシートの両面に前記金属箔を押圧して一体に積層し、
(c)その後、前記プリプレグシートを硬化して繊維強化樹脂材とする、
ことを特徴とする繊維強化樹脂材の両面に金属箔層が一体とされた熱伝導性複合材の製造方法。 - 金属箔層と、前記金属箔層の両面に一体に接合された、連続した強化繊維を含むシート状の繊維強化樹脂材とを有し、厚さが0.12〜1mmとされ、引張弾性率は80GPa以上である、携帯型情報端末機器の筐体又は筐体ケースを補強する補強板として使用する熱伝導性複合材の製造方法であって、
(a)連続した強化繊維を少なくとも一方向に引き揃えて配列し、樹脂を含浸して半硬化した繊維目付量が25〜600g/m2、繊維体積含有率が20〜70%とされる少なくとも1枚のプリプレグシートと、厚さが0.009〜0.05mmとされる金属箔と、を準備し、
(b)前記金属箔の両面に前記プリプレグシートを押圧して一体に積層し、
(c)その後、前記プリプレグシートを硬化して繊維強化樹脂材とする、
ことを特徴とする金属箔層の両面に繊維強化樹脂材が一体とされた熱伝導性複合材の製造方法。
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