JP6717023B2 - 熱伝導性材料 - Google Patents
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Description
[1]ポリカーボネート系樹脂及びポリプロピレン系樹脂と、熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする熱伝導性材料。
[2]熱伝導性フィラーが窒化ホウ素である、[1]に記載の熱伝導性材料。
[3]ポリカーボネート系樹脂の含有量が、熱伝導性材料の全量に対して、10重量%以上85重量%以下である、[1]又は[2]に記載の熱伝導性材料。
[4]ポリプロピレン系樹脂の含有量が、熱伝導性材料の全量に対して、5重量%以上80重量%以下である、[1]〜[3]の何れかに記載の熱伝導性材料。
[5]熱伝導性フィラーの含有量が、熱伝導性材料全量に対して、10重量%以上70重量%以下である、[1]〜[4]の何れかに記載の熱伝導性材料。
[6]熱伝導性フィラーの平均粒径が1μm以上50μm以下である、[1]〜[5]の何れかに記載の熱伝導性材料。
[7]ポリカーボネート系樹脂が、下記式(1)で表されるジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を少なくとも含む、[1]〜[6]の何れかに記載の熱伝導性材料。
本発明で用いるポリカーボネート系樹脂の種類に特に制限はない。また、ポリカーボネート系樹脂は、1種類を用いてもよく、2種類以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、耐熱性、機械的物性、電気的特性等の観点からは、芳香族ポリカーボネート樹脂が好ましい。
(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、α,α’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキシルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)(4−プロペニルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ナフチルメタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−ナフチルエタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ノナン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)デカン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ドデカン等のビス(ヒドロキシアリール)アルカン類。
なお、芳香族ジヒドロキシ化合物は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本発明で用いられるポリプロピレン系樹脂の種類に特に制限はないが、例えば、プロピレン単独重合体、プロピレン・エチレン共重合体(ブロック共重合体及びランダム共重合体を含む)及びプロピレン・α−オレフィン共重合体(ブロック共重合体及びランダム共重合体を含む)からなる群から選ばれる1種以上の結晶性ポリプロピレン、又は該結晶性ポリプロピレン及びプロピレン以外のα−オレフィンの単独重合体もしくは共重合体との混合物が好ましい。
サン等が挙げられる。
本発明において、熱伝導性フィラーは特に限定されないが、熱伝導率が高い無機材料が好ましい。具体的には、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム等が挙げられ、樹脂組成物との相溶性の観点から窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素が好ましく、窒化ホウ素がより好ましい。
また、熱伝導性フィラーが導電性の場合、絶縁性を必要とする用途(例えば電子部品に接触する部材や筐体)への使用が困難になる傾向があるため、熱伝導性フィラーの電気抵抗率は1013Ω・m以上が好ましく、1014Ω・m以上がより好ましい。
これら熱伝導性フィラーは、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
上記のような平均粒径を有する熱伝導性フィラー、好ましくは窒化ホウ素を用いることで、良好な熱伝導性及び良好な流動性を得ることができる。
に従って製造した場合には、合成直後では、粉末が凝集して、上記粒径範囲を満たさない場合がある。そのため、窒化ホウ素を、上記粒径範囲を満たすように粉砕して用いることが好ましい。
また、熱伝導性フィラー、例えば窒化ホウ素は、熱伝導性材料中での分散性を高めるため、適宜表面処理を行ってもよい。
本発明の熱伝導性材料は、上記のポリカーボネート系樹脂及びポリプロピレン系樹脂と、熱伝導性フィラーとを含む樹脂組成物である。本発明の熱伝導性材料は、さらに必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。
量%以上、より好ましく30重量%以上、特に好ましくは40重量%以上であり、また、好ましくは70重量%以下、より好ましく65重量%以下、特に好ましくは60重量%以下である。熱伝導性フィラーの含有量をこの範囲とすることにより、高い熱伝導性と良好な成形性を備えた熱伝導性材料を得ることができる。
なお、熱伝導性材料の相構造は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
海‐島構造を構成する層の比率が上記範囲である場合、熱伝導性フィラーが海を構成する層に偏在し、より高い熱伝導性を有する熱伝導性材料が得られる傾向にある。
なお、熱伝導率は、熱伝導性材料の熱拡散率、比重を、比熱を、それぞれ測定し、ここの3つの測定値を乗じたものであり、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
また、混練装置の回転数は、通常10rpm以上、好ましくは50rpm以上、より好ましくは100rpm以上であり、一方上限は通常400rpm以下、好ましくは300rpm以下である。
る。
これらその他成分の含有量に特に制限はなく、本発明の効果を損なわない範囲の含有量であればよい。
本発明の熱伝導性材料の用途は特に制限されないが、例えば、放熱フィンや放熱板等のヒートシンクと半導体パッケージおよび配線基板の間に取り付ける柔軟性をもった熱可塑性樹脂との複合熱伝導性シート、高い耐熱性が要求される環境下での使用に供されるポリイミド等の樹脂との複合熱伝導材、または、HEVおよび電気自動車用モーター部品用熱可塑性樹脂との複合材、半導体封止材、アンダーフィル等の層間充填組成物、三次元集積回路の層間充填組成物等が挙げられる。
で用いても熱変形が少ない。
(1)原料
(1−1)ポリカーボネート系樹脂
・ポリカーボネート系樹脂A(PCA):三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製 「ユーピロン HL−7001」(MFR(ISO 1133準拠、300℃、荷重1.20kgf)=113g/10min)
・ポリカーボネート系樹脂B(PCB):三菱化学株式会社製 「デュラビオ D7340」(MFR(ISO 1133準拠、230℃、荷重2.16kgf)=11g/10min)
・ポリプロピレン系樹脂(PP):日本ポリプロ株式会社製「ノバテックPP MA1B」(MFR(JIS K7210準拠、230℃、荷重2.16kgf)=21g/10分)
・窒化ホウ素A(BNA):MOMENTIVE社製「PT120」
(平均粒径 8〜14μm)
・窒化ホウ素B(BNB):デンカ株式会社製「GP」(平均粒径7〜10μm)
(2−1)熱伝導性材料の熱伝導率の測定
以下の装置にて、熱拡散率、比重、比熱をそれぞれ測定し、この3つの測定値を乗じることで熱伝導率を求めた。
真空溶融プレス機(井本製作所株式会社製)を使用し、プレス温度220℃、プレス圧力8MPaの条件下で厚さ500μm、直径25mmの円盤状サンプルを作製した。作製した円盤状サンプルを用いて、ai−Phase Mobile(アイフェイズ株式会社製)により25℃での熱拡散率を測定した。
比重測定キット(型式:AD−1653、株式会社エー・アンド・デイ製)を用いて、25℃エタノール中における熱伝導性材料の比重を測定した。
温度変調示差走査熱量分析(型式:Q−200、TA Instrument社製)を用い、温度レンジ10〜50℃、変調±1℃、3℃/分の昇温条件下で測定し、得られた結果より熱伝導性材料の25℃での比熱を読み取った。
・走査型電子顕微鏡による(SEM)による熱伝導性材料の断面の観察
混練した材料を液体窒素で冷却、破断した後、ジクロロメタンでポリカーボネート系樹脂をエッチングし、観察面を白金蒸着して断面観察用サンプルを作製した。断面観察は、走査型電子顕微鏡(型式:TM−1000、日立ハイテクノロジーズ株式会社製)を用いて行い、相構造を評価した。
熱伝導性材料の内部構造の観察は、透過型電子顕微鏡(型式:JEM−1230 TE
M、日本電子株式会社製)を用いて行い、窒化ホウ素の分散性(BN分散)を評価した。
ポリカーボネート系樹脂A30重量部、ポリプロピレン系樹脂20重量部、窒化ホウ素A50重量部となるように配合し、二軸混練機(型式:ラボプラストミルμ4C15、東洋精機製作所株式会社製)にて樹脂組成物(熱伝導性材料)を製造した。混練条件はシリンダー設定温度220℃、回転数60rpm、混練時間は200秒の条件とした。得られた樹脂組成物(熱伝導性材料)の熱伝導性、相構造、窒化ホウ素がどちらの樹脂相に多く含まれているかを評価した。その結果を表1に示す。
原料の配合比を表1に記載の比率とした以外は、実施例1と同様の条件で樹脂組成物(熱伝導性材料)を製造した。各種評価結果を表1に示す。
<実施例3、比較例3>
原料の配合比を表1に記載の比率とし、混練時間を180秒とした以外は、実施例1と同様の条件で樹脂組成物(熱伝導性材料)を製造した。各種評価結果を表1に示す。
<実施例4、比較例4>
原料の配合比を表1に記載の比率とし、シリンダー設定温度を240℃、混練時間を180秒とした以外は、実施例1と同様の条件で樹脂組成物(熱伝導性材料)を製造した。各種評価結果を表1に示す。
Claims (6)
- 熱伝導性フィラーが窒化ホウ素である、請求項1に記載の熱伝導性材料。
- ポリカーボネート系樹脂の含有量が、熱伝導性材料の全量に対して、10重量%以上8
5重量%以下である、請求項1又は2に記載の熱伝導性材料。 - ポリプロピレン系樹脂の含有量が、熱伝導性材料の全量に対して、5重量%以上80重
量%以下である、請求項1〜3の何れか1項に記載の熱伝導性材料。 - 熱伝導性フィラーの含有量が、熱伝導性材料全量に対して、10重量%以上70重量%
以下である、請求項1〜4の何れか1項に記載の熱伝導性材料。 - 熱伝導性フィラーの平均粒径が1μm以上50μm以下である、請求項1〜5の何れか
1項に記載の熱伝導性材料。
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