JP6750815B2 - Alumina fiber, alumina fiber sheet, alumina fiber-organic resin composite sheet, and method for producing alumina fiber - Google Patents

Alumina fiber, alumina fiber sheet, alumina fiber-organic resin composite sheet, and method for producing alumina fiber Download PDF

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本発明は、アルミナ繊維、アルミナ繊維シート、アルミナ繊維−有機樹脂複合シート、及びアルミナ繊維の製造方法に関する。本発明のアルミナ繊維−有機樹脂複合シートは、熱伝導性を必要とする用途、例えば、半導体デバイス用途、サーマルプリンタ用途、接着剤用途、太陽電池用途などに使用することができる。 The present invention relates to an alumina fiber, an alumina fiber sheet, an alumina fiber-organic resin composite sheet, and an alumina fiber manufacturing method. The alumina fiber-organic resin composite sheet of the present invention can be used for applications requiring thermal conductivity, such as semiconductor device applications, thermal printer applications, adhesive applications, and solar cell applications.

例えば、半導体素子等から生じた熱を効率よく放散させるために、樹脂に熱伝導性フィラーを複合することが行われている。そのフィラーとして、粒子状、板状、或いは繊維状の形状を有するものが知られている。これらフィラーの中でも、高熱伝導性を得るために広く一般的に用いられている手法は、粒子状フィラーを樹脂中に均一に分散させ、高充填する方法である。このように、均一分散させ、高充填することでパーコレーション(伝熱路)を確保でき、熱を効率よく放散することができる。 For example, in order to efficiently dissipate heat generated from a semiconductor element or the like, a resin is compounded with a heat conductive filler. As the filler, those having a particle shape, a plate shape, or a fibrous shape are known. Among these fillers, a widely used method for obtaining high thermal conductivity is a method in which a particulate filler is uniformly dispersed in a resin and highly filled. Thus, by uniformly dispersing and highly filling, percolation (heat transfer path) can be secured and heat can be efficiently dissipated.

例えば、特開2012−033638号公報(特許文献1)には、効率よく熱を放散できるフィルムとして、「被着体上にフリップチップ接続される半導体素子の裏面に配設されるフリップチップ型半導体裏面用フィルムであって、樹脂及び熱伝導性フィラーを含み、この熱伝導性フィラーの含有量が50体積%以上であり、前記フィルムの厚みに対して、前記熱伝導性フィラーの平均粒径が30%以下の値であり、かつ最大粒径が80%以下の値であることを特徴とするフリップチップ型半導体裏面用フィルム。」が開示されている。しかしながら、50体積%以上と、多量の熱伝導性フィラーを含んでいるため、樹脂の粘度が上がったり、熱伝導性フィラーが凝集したりして、フィルムの強度が低下する、成形性が悪くなる、などの問題点があった。 For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-033638 (Patent Document 1) describes, as a film capable of efficiently dissipating heat, "a flip-chip type semiconductor provided on the back surface of a semiconductor element flip-chip connected to an adherend. A film for the back surface, containing a resin and a heat conductive filler, the content of the heat conductive filler is 50% by volume or more, the average particle diameter of the heat conductive filler with respect to the thickness of the film. A film for a flip-chip type semiconductor back surface, which has a value of 30% or less and a maximum particle size of 80% or less." However, since it contains a large amount of the thermally conductive filler of 50% by volume or more, the viscosity of the resin increases, the thermally conductive filler aggregates, the strength of the film decreases, and the moldability deteriorates. There were problems such as.

一方、粒子状フィラーと比較して高アスペクト比の繊維状フィラーを樹脂と複合することによって、粒子状又は板状のフィラーを複合した場合よりも少ない含有量で、パーコレーションを確保することができるため、フィルムの強度や成形性を損なうことなく、効率よく熱を放散できるフィルムとすることが可能である。 On the other hand, by combining the fibrous filler having a high aspect ratio with the resin as compared with the particulate filler, the percolation can be secured with a smaller content than when the particulate or plate-like filler is compounded. It is possible to obtain a film that can efficiently dissipate heat without impairing the strength and moldability of the film.

このような熱伝導性の繊維状フィラーとして使用できると考えられるアルミナファイバーとして、「ポリビニルアルコール(PVA)水溶液にベーマイト粒子を分散させた紡糸液を、静電紡糸して、PVA−ベーマイトナノ複合体を形成した後、熱処理してアルミナナノファイバーを作製したもの」(非特許文献1)が報告されている。しかしながら、このように、ベーマイト粒子等の粒子を焼き固めて作製したアルミナナノファイバーは粒界の影響があるため、フィラーとして用いたとしても、成形時に加わる圧力やせん断力によって、アルミナナノファイバーが破砕され、フィラーとしての機械的物性又は熱伝導性の向上作用を、十分に発揮できないものであった。 As an alumina fiber that is considered to be usable as such a thermally conductive fibrous filler, "a spinning solution prepared by dispersing boehmite particles in a polyvinyl alcohol (PVA) aqueous solution is electrostatically spun to form a PVA-boehmite nanocomposite. After the formation, a heat-treated alumina nanofiber was produced” (Non-Patent Document 1). However, since alumina nanofibers produced by baking and solidifying particles such as boehmite particles have the effect of grain boundaries, even when used as fillers, the alumina nanofibers are crushed by the pressure and shearing force applied during molding. However, the effect of improving mechanical properties or thermal conductivity as a filler cannot be sufficiently exhibited.

また、特開2015−086270号公報(特許文献2)には、熱伝導性の向上を目指した、「有機樹脂中に繊維状アルミナフィラーが分散したフィラー分散有機樹脂複合体であって、フィラー分散有機樹脂複合体は厚さ0.3mmでの熱伝導率が3W/m・K以上であることを特徴とする、フィラー分散有機樹脂複合体」が開示されている。しかしながら、前記公報に記載の繊維状アルミナフィラー(アルミナ繊維)は、機械的強度および熱伝導性に優れているものの、柔軟性を考慮して設計されたものではなかった。また、より熱伝導性に優れるアルミナ繊維が待望されていた。 In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2015-086270 (Patent Document 2) aims at improving the thermal conductivity of a “filler-dispersed organic resin composite in which fibrous alumina filler is dispersed in an organic resin, The filler-dispersed organic resin composite is disclosed in which the organic resin composite has a thermal conductivity of 3 W/m·K or more at a thickness of 0.3 mm. However, although the fibrous alumina filler (alumina fiber) described in the above publication is excellent in mechanical strength and thermal conductivity, it was not designed in consideration of flexibility. Further, there has been a long-awaited demand for alumina fibers having higher thermal conductivity.

特開2012−033638号公報JP 2012-033638 A 特開2015−086270号公報JP, 2005-086270, A

中根幸治、外3名,「有機無機複合体を前駆体としたアルミナナノ繊維の形成と利用」,機能紙研究会誌,2012年10月Koji Nakane, 3 others, “Formation and use of alumina nanofibers made from organic-inorganic composites as precursors”, Journal of functional paper, October 2012

このような状況下、本発明の課題は、強度及び柔軟性に優れるアルミナ繊維、アルミナ繊維シート、アルミナ繊維−有機樹脂複合シート及びアルミナ繊維の製造方法を提供することにある。 Under such circumstances, an object of the present invention is to provide an alumina fiber, an alumina fiber sheet, an alumina fiber-organic resin composite sheet and a method for producing an alumina fiber, which are excellent in strength and flexibility.

本発明は、
[1]αアルミナ95vol%以上からなるアルミナ繊維であり、前記αアルミナの結晶子サイズが500Å以下であるアルミナ繊維、
[2]前記[1]記載のアルミナ繊維からなる繊維シートであり、曲げ強度が5MPa以上であるアルミナ繊維シート、
[3]前記[1]記載のアルミナ繊維からなる繊維シートであり、曲げたわみ量が0.6mm以上であるアルミナ繊維シート、
[4]有機樹脂中に、前記[1]記載のアルミナ繊維が分散したアルミナ繊維−有機樹脂複合シート、
[5]有機樹脂中に、前記[2]又は[3]記載のアルミナ繊維シートを含有するアルミナ繊維−有機樹脂複合シート、
[6](i)アルミニウムアルコキシドを含む溶液を5℃以下の温度で加水分解させた後、縮重合させることにより調製した曳糸性ゾル溶液を紡糸する工程、
(ii)前記工程(i)で紡糸した繊維を温度1100℃以下で焼結する工程、
を含む、アルミナ繊維の製造方法
に関する。
The present invention is
[1] An alumina fiber composed of 95 vol% or more of α-alumina, wherein the α-alumina has a crystallite size of 500 Å or less,
[2] A fiber sheet made of the alumina fiber according to the above [1], which has a bending strength of 5 MPa or more,
[3] A fiber sheet made of the alumina fiber according to the above [1], which has a bending deflection amount of 0.6 mm or more,
[4] An alumina fiber-organic resin composite sheet in which the alumina fiber according to the above [1] is dispersed in an organic resin,
[5] An alumina fiber-organic resin composite sheet containing the alumina fiber sheet according to the above [2] or [3] in an organic resin,
[6] (i) A step of spinning a spinnable sol solution prepared by hydrolyzing a solution containing an aluminum alkoxide at a temperature of 5° C. or lower, and then polycondensing the solution.
(Ii) a step of sintering the fiber spun in the step (i) at a temperature of 1100° C. or lower,
The present invention relates to a method for producing an alumina fiber.

前記[1]のアルミナ繊維は、αアルミナ95vol%以上からなり、αアルミナの結晶子サイズが500Å以下と粒界が小さいため、強度、柔軟性及び熱伝導性に優れている。 The alumina fiber [1] is made of α-alumina of 95 vol% or more, and has a small crystallite size of α-alumina of 500 Å or less, which is small in grain boundary, and therefore is excellent in strength, flexibility and thermal conductivity.

前記[2]のアルミナ繊維シートは、前記[1]のアルミナ繊維からなる繊維シートであるため、曲げ強度が5MPa以上と強度が優れている。 Since the alumina fiber sheet [2] is a fiber sheet made of the alumina fiber [1], it has excellent bending strength of 5 MPa or more.

前記[3]のアルミナ繊維シートは、前記[1]のアルミナ繊維からなる繊維シートであるため、曲げたわみ量が0.6mm以上と柔軟性に優れている。 Since the alumina fiber sheet [3] is a fiber sheet made of the alumina fiber [1], it has excellent flexibility with a bending deflection amount of 0.6 mm or more.

前記[4]のアルミナ繊維−有機樹脂複合シート(以下、単に複合シートと称することがある)は、有機樹脂中に、前記アルミナ繊維が分散しているため、強度、柔軟性及び熱伝導性に優れる複合シートである。 The alumina fiber-organic resin composite sheet of [4] (hereinafter, may be simply referred to as a composite sheet) has strength, flexibility and thermal conductivity because the alumina fibers are dispersed in the organic resin. It is an excellent composite sheet.

前記[5]のアルミナ繊維−有機樹脂複合シートは、有機樹脂中に、前記アルミナ繊維シートを含有しているため、強度、柔軟性及び熱伝導性に優れる複合シートである。 The alumina fiber-organic resin composite sheet of [5] is a composite sheet that is excellent in strength, flexibility and thermal conductivity because it contains the alumina fiber sheet in the organic resin.

前記[6]のアルミナ繊維の製造方法は、(i)アルミニウムアルコキシドを含む溶液を5℃以下の温度で加水分解させることによって、加水分解時の縮重合を抑制し、三次元的な構造の形成を抑制して、一次元的な構造を形成しやすいため、温度1100℃以下という低温で焼結して、αアルミナ繊維を作製することができる。このように、温度1100℃以下という低温で焼結してαアルミナ化でき、αアルミナの結晶子の成長を抑制することができるため、αアルミナの結晶子サイズが500Å以下と粒界が小さく、強度、柔軟性及び熱伝導性に優れるアルミナ繊維を製造できる。 In the method for producing an alumina fiber according to the above [6], (i) a solution containing an aluminum alkoxide is hydrolyzed at a temperature of 5° C. or lower to suppress polycondensation during hydrolysis and form a three-dimensional structure. Since it is easy to form a one-dimensional structure by suppressing the above, the α-alumina fiber can be produced by sintering at a low temperature of 1100° C. or lower. In this way, α-alumina can be formed by sintering at a temperature as low as 1100° C. or lower, and the growth of α-alumina crystallites can be suppressed. Alumina fibers having excellent strength, flexibility and thermal conductivity can be produced.

静電紡糸法により形成したアルミナ系繊維シートにおけるアルミナ系繊維の配置状態を模式的に表す平面図である。It is a top view which shows typically the arrangement|positioning state of the alumina fiber in the alumina fiber sheet formed by the electrostatic spinning method. 静電紡糸法以外の方法により形成したアルミナ系繊維シートにおけるアルミナ系繊維の配置状態を模式的に表す平面図である。It is a top view which shows typically the arrangement|positioning state of the alumina fiber in the alumina fiber sheet formed by methods other than the electrostatic spinning method. 実施例1及び比較例1〜3で用いた静電紡糸装置の模式的断面図である。It is a schematic cross section of the electrostatic spinning device used in Example 1 and Comparative Examples 1-3.

(本発明のアルミナ繊維)
本発明のアルミナ繊維は、αアルミナ95vol%以上からなるアルミナ繊維であり、前記αアルミナの結晶子サイズが500Å以下である。
本発明のアルミナ繊維におけるαアルミナ比率は、熱伝導性に優れるように、より好ましくは97vol%以上であり、更に好ましくは99vol%以上であり、最も好ましくは100vol%である。
また、本発明のアルミナ繊維におけるαアルミナの結晶子サイズは、強度、柔軟性及び熱伝導性に優れるように、より好ましくは450Å以下であり、更に好ましくは400Å以下である。
(Alumina fiber of the present invention)
The alumina fiber of the present invention is an alumina fiber composed of 95 vol% or more of α-alumina, and the crystallite size of the α-alumina is 500 Å or less.
The α-alumina ratio in the alumina fiber of the present invention is more preferably 97 vol% or more, further preferably 99 vol% or more, and most preferably 100 vol% so as to have excellent thermal conductivity.
Further, the crystallite size of α-alumina in the alumina fiber of the present invention is more preferably 450 Å or less, and further preferably 400 Å or less so that it has excellent strength, flexibility and thermal conductivity.

本明細書における「αアルミナ比率」は、X線回折装置(例えば、卓上X線回折装置MiniFlex600、リガク株式会社製)を使用して測定した結果(測定条件:2θ測定範囲 +3〜140°、管電圧:30kV、管電流:15mA)から、参照強度比(RIR)を用いて定量した値を意味する。
本明細書における「αアルミナの結晶子サイズ」は、前記測定装置および測定条件で得られた測定結果に基づいて、Scherrer法を用いて、半価幅から求めた結晶子サイズを意味する。つまり、αアルミナで最も強度が強く、均一性の高い(116)面の半価幅を次に示すScherrerの式に代入して、結晶子サイズを求める。なお、標準物質には、LaBを使用する。
Scherrerの式:D=K×λ/(β×cosθ)
D:結晶子サイズ(Å)
K:Scherrer定数(K=0.94)
λ:測定X線波長(Å)
β:結晶子の大きさによる回折線の拡がり(rad)
θ:回折線のブラッグ角
The “α-alumina ratio” in the present specification is a result of measurement using an X-ray diffractometer (for example, a desktop X-ray diffractometer MiniFlex600, manufactured by Rigaku Corporation) (measurement condition: 2θ measurement range +3 to 140°, tube Voltage: 30 kV, tube current: 15 mA) means a value quantified using a reference intensity ratio (RIR).
The “crystallite size of α-alumina” in the present specification means the crystallite size obtained from the half width using the Scherrer method based on the measurement results obtained under the above-mentioned measuring device and measuring conditions. In other words, the crystallite size is obtained by substituting the half-value width of the (116) plane, which is the strongest and most uniform in α-alumina, into the Scherrer's equation shown below. LaB 6 is used as the standard substance.
Scherrer's formula: D=K×λ/(β×cos θ)
D: Crystallite size (Å)
K: Scherrer constant (K=0.94)
λ: Measured X-ray wavelength (Å)
β: Spread of diffraction line (rad) depending on crystallite size
θ: Bragg angle of diffraction line

本発明のアルミナ繊維を使用して複合シートを製造する場合、アルミナ繊維が細いと、厚さの薄い複合シートを製造しやすく、また、複合シートから突出しにくいため、アルミナ繊維は細いのが好ましい。 When the composite sheet is manufactured using the alumina fiber of the present invention, when the alumina fiber is thin, it is easy to manufacture a composite sheet having a small thickness, and it is difficult for the composite sheet to project from the composite sheet. Therefore, the alumina fiber is preferably thin.

例えば、アルミナ繊維の平均繊維径が3μm以下である程度に細いと、薄く、均一な物性(機械的強度及び熱伝導性)を有する複合シートを製造しやすい。アルミナ繊維の平均繊維径が小さければ小さい程、薄く、均一な物性を有する複合シートを製造しやすく、近年の軽薄短小化に対応しやすいため、複合シートを製造する場合には、平均繊維径は2μm以下であるのがより好ましく、1μm以下であるのが更に好ましい。一方、平均繊維径の下限は特に限定するものではないが、0.01μm程度が適当であり、0.05μm以上であるのが好ましい。なお、複合シートを作製せず、アルミナ繊維単体又はアルミナ繊維シートの状態で使用する場合には、アルミナ繊維の平均繊維径は特に限定するものではない。 For example, when the average fiber diameter of the alumina fibers is 3 μm or less and is thin to some extent, it is easy to manufacture a thin composite sheet having uniform physical properties (mechanical strength and thermal conductivity). The smaller the average fiber diameter of the alumina fibers, the easier it is to manufacture a composite sheet that is thin and has uniform physical properties, and it is easy to respond to the recent trend toward lighter, thinner, shorter, and smaller products. Therefore, when manufacturing a composite sheet, the average fiber diameter is It is more preferably 2 μm or less, still more preferably 1 μm or less. On the other hand, the lower limit of the average fiber diameter is not particularly limited, but is appropriately about 0.01 μm, and preferably 0.05 μm or more. When the composite sheet is not used and the alumina fiber alone or the alumina fiber sheet is used, the average fiber diameter of the alumina fibers is not particularly limited.

本発明における「平均繊維径」はアルミナ繊維50点における繊維径の算術平均値をいい、「繊維径」はアルミナ繊維を撮影した5000倍の電子顕微鏡写真をもとに測定した、アルミナ繊維の長さ方向に対して直交する方向における長さをいう。 The "average fiber diameter" in the present invention refers to the arithmetic average value of the fiber diameters at 50 points of the alumina fibers, and the "fiber diameter" is the length of the alumina fibers measured based on a 5000 times electron micrograph of the alumina fibers. The length in the direction orthogonal to the depth direction.

また、本発明のアルミナ繊維は熱伝導性に優れるように、実質的に連続繊維であっても良いし、複合シートとした場合に、均一に分散しやすい短繊維であっても良い。なお、アルミナ繊維が「実質的に連続繊維」であるとは、アルミナ繊維が実質的に連続繊維である場合、アルミナ繊維が集合した繊維シート状態にあるため、このアルミナ繊維シートの外縁部を含まないように、以下に定義する任意の領域を設定し、前記領域の一部分について、アルミナ繊維を認識できる倍率で電子顕微鏡写真を撮影し、同様に、前記領域の他の部分について、アルミナ繊維を認識できる倍率で電子顕微鏡写真を撮影することを繰り返して、前記領域の全領域を網羅するだけの電子顕微鏡写真を撮影し、これら撮影した電子顕微鏡写真を観察して、アルミナ繊維の両方の端部を確認できないことを意味する。つまり、一方の端部を観察できても、両方の端部を観察できなければ、実質的に連続繊維であると看做す。
(任意の領域);
アルミナ繊維のアスペクト比[=(平均繊維長)/(平均繊維径)]が1500である繊維長と同じ長さを一辺の長さとする正方形の領域。例えば、平均繊維径が3μmである場合、一辺の長さが4500μmの正方形の領域。
Further, the alumina fiber of the present invention may be substantially continuous fiber so as to have excellent thermal conductivity, or may be short fiber that is easily dispersed uniformly in a composite sheet. In addition, when the alumina fibers are “substantially continuous fibers”, when the alumina fibers are substantially continuous fibers, the alumina fibers are in a fiber sheet state in which the alumina fibers are aggregated, and thus the outer edge portion of the alumina fiber sheet is included. Set an arbitrary area to be defined below, take an electron micrograph at a magnification that can recognize the alumina fiber for a part of the area, and similarly recognize the alumina fiber for the other part of the area. Repeatedly taking electron micrographs at a magnification that can be taken, taking electron micrographs that cover only the entire area of the above region, observing these electron micrographs, and checking both ends of the alumina fiber. It means that it cannot be confirmed. That is, if one end can be observed but both ends cannot be observed, it is considered to be a substantially continuous fiber.
(Arbitrary area);
A square area having a side length equal to the fiber length of which the aspect ratio [=(average fiber length)/(average fiber diameter)] of the alumina fibers is 1500. For example, when the average fiber diameter is 3 μm, a square region having a side length of 4500 μm.

後者のように、アルミナ繊維が短繊維である場合には、アスペクト比が1000以下であるのが好ましい。このようなアスペクト比であると、複合シートを製造する場合、アルミナ繊維が凝集しにくく、全体に均一に分散した複合シートを製造しやすいためである。アルミナ繊維の分散性を考慮すると、アスペクト比は750以下であるのが好ましく、500以下であるのがより好ましく、300以下であるのが更に好ましく、200以下であるのが更に好ましく、100以下であるのが更に好ましい。 When the alumina fibers are short fibers as in the latter case, the aspect ratio is preferably 1000 or less. This is because when such an aspect ratio is used, when the composite sheet is manufactured, the alumina fibers are less likely to aggregate, and the composite sheet in which the alumina fibers are uniformly dispersed is easily manufactured. Considering the dispersibility of the alumina fiber, the aspect ratio is preferably 750 or less, more preferably 500 or less, further preferably 300 or less, further preferably 200 or less, and 100 or less. It is more preferable that there is.

一方で、アルミナ繊維が短繊維である場合には、アスペクト比は5以上であるのが好ましい。アスペクト比が5以上であると、複合シートを製造する場合、繊維径に比して繊維長が長いため、アルミナ繊維量が少なくても、機械的強度及び熱伝導性に優れる複合シートを製造しやすいためである。より好ましくは10以上であり、更に好ましくは20以上であり、更に好ましくは30以上であり、更に好ましくは40以上である。なお、「アスペクト比」は、アルミナ繊維の平均繊維径の平均繊維長に対する比率であり、アルミナ繊維の平均繊維長(単位:μm)を平均繊維径(単位:μm)で除した値である。更に、「平均繊維長」はアルミナ繊維50本における繊維長の算術平均値をいい、「繊維長」はアルミナ繊維を撮影した50〜5000倍の電子顕微鏡写真をもとに測定した、アルミナ繊維の長さ方向における長さをいう。 On the other hand, when the alumina fibers are short fibers, the aspect ratio is preferably 5 or more. When the aspect ratio is 5 or more, when the composite sheet is manufactured, the fiber length is longer than the fiber diameter, so that the composite sheet excellent in mechanical strength and thermal conductivity can be manufactured even if the amount of the alumina fiber is small. This is because it is easy. It is more preferably 10 or more, still more preferably 20 or more, still more preferably 30 or more, still more preferably 40 or more. The “aspect ratio” is the ratio of the average fiber diameter of alumina fibers to the average fiber length, and is the value obtained by dividing the average fiber length (unit: μm) of alumina fibers by the average fiber diameter (unit: μm). Furthermore, "average fiber length" refers to the arithmetic mean value of the fiber lengths of 50 alumina fibers, and "fiber length" is the value of the alumina fibers measured based on 50 to 5000 times electron micrograph of the alumina fibers. The length in the length direction.

本発明のアルミナ繊維が上述のようなアスペクト比1000以下である場合、繊維長のCV値が0.7以下と繊維長が揃っているのが好ましい。このように繊維長が揃っていると、複合シートを製造する場合、アルミナ繊維が凝集しにくく、複合シート全体に均一に分散していることによって、パーコレーションを確保でき、熱伝導性に優れる複合シートを製造しやすいためである。この繊維長のCV値が小さければ小さい程、繊維長が揃っていることを意味するため、繊維長のCV値は0.6以下であるのが好ましく、0.5以下であるのがより好ましく、0.4以下であるのが更に好ましく、0.3以下であるのが更に好ましく、0.2以下であるのが更に好ましく、理想としては0である。この繊維長のCV値は、繊維長の標準偏差を平均繊維長で除した値、つまり、(繊維長の標準偏差/平均繊維長)である。なお、「標準偏差」は平均繊維長測定時のアルミナ繊維50本の繊維長から得られる値である。 When the alumina fiber of the present invention has an aspect ratio of 1000 or less as described above, it is preferable that the CV value of the fiber length is 0.7 or less and the fiber length is uniform. When the fiber length is uniform in this way, when manufacturing a composite sheet, the alumina fibers are less likely to aggregate, and by being uniformly dispersed throughout the composite sheet, percolation can be secured and the composite sheet has excellent thermal conductivity. Is easy to manufacture. Since the smaller the CV value of the fiber length, the more uniform the fiber length, the CV value of the fiber length is preferably 0.6 or less, more preferably 0.5 or less. , 0.4 or less, more preferably 0.3 or less, still more preferably 0.2 or less, and ideally 0. The CV value of the fiber length is a value obtained by dividing the standard deviation of the fiber length by the average fiber length, that is, (standard deviation of fiber length/average fiber length). The "standard deviation" is a value obtained from the fiber length of 50 alumina fibers at the time of measuring the average fiber length.

更に、本発明のアルミナ繊維が短繊維である場合、繊維長変化率が30%以下であるのが好ましい。このようなアルミナ繊維は機械的強度が優れており、圧力やせん断力によって破壊されにくいため、複合シートを作製した場合であってもパーコレーションを確保でき、高い熱伝導性を発揮しやすいためである。つまり、繊維長変化率が小さいということは、後述の式から理解できるように、圧力を加えても平均繊維長が変化しにくい、すなわちアルミナ繊維が破壊されにくいことを意味するため、アルミナ繊維自体の機械的強度が優れており、複合シートを作製した場合であってもパーコレーションを確保できるため、高い熱伝導性を発揮する複合シートを作製しやすい。この繊維長変化率が小さければ小さい程、アルミナ繊維自体の機械的強度が優れていることを意味するため、繊維長変化率は20%以下であるのが好ましく、15%以下であるのがより好ましく、理想的には0%である。 Further, when the alumina fiber of the present invention is a short fiber, the rate of change in fiber length is preferably 30% or less. This is because such an alumina fiber has excellent mechanical strength and is not easily broken by pressure or shearing force, so that percolation can be secured even when a composite sheet is produced, and high thermal conductivity can be easily exhibited. .. That is, the fact that the rate of change in fiber length is small means that the average fiber length is unlikely to change even when pressure is applied, that is, the alumina fiber is less likely to be broken, as can be understood from the equation below. Is excellent in mechanical strength, and percolation can be secured even when a composite sheet is manufactured, and thus it is easy to manufacture a composite sheet exhibiting high thermal conductivity. Since the smaller the fiber length change rate is, the better the mechanical strength of the alumina fiber itself is, the fiber length change rate is preferably 20% or less, more preferably 15% or less. It is preferably 0%, ideally.

この繊維長変化率(Lr)は次の式(1)から算出される値である。
Lr=[(Lb−La)/Lb]×100 (1)
Lbはアルミナ繊維の平均繊維長、Laはアルミナ繊維に10MPaの圧力を加えた後の平均繊維長、をそれぞれ意味する。なお、アルミナ繊維に対する加圧は、約1g量り取ったアルミナ繊維に対して、プレス機を用いて、室温下、10MPaの加圧を3秒間行う。
This fiber length change rate (Lr) is a value calculated from the following equation (1).
Lr=[(Lb−La)/Lb]×100 (1)
Lb means the average fiber length of the alumina fibers, and La means the average fiber length after applying a pressure of 10 MPa to the alumina fibers. The pressure applied to the alumina fiber is such that about 1 g of the alumina fiber is applied, and a pressure of 10 MPa is applied for 3 seconds at room temperature using a pressing machine.

なお、アルミナ繊維は機械的強度及び熱伝導性に優れているように、焼結した状態にある。 The alumina fiber is in a sintered state so as to have excellent mechanical strength and thermal conductivity.

また、アルミナ繊維は文字通り、酸化アルミニウム(Al)から構成されているが、有機樹脂と複合して複合シートとする場合には、アルミナ繊維と有機樹脂との親和性を高めるために、アルミナ繊維表面がシランカップリング剤などの表面処理剤によって、改質されていても良い。 Further, although the alumina fiber is literally composed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), when it is combined with an organic resin to form a composite sheet, in order to enhance the affinity between the alumina fiber and the organic resin, The surface of the alumina fiber may be modified with a surface treatment agent such as a silane coupling agent.

本発明のアルミナ繊維は、例えば、本発明による、アルミナ繊維の製造方法により製造することができる。 The alumina fiber of the present invention can be produced, for example, by the method for producing an alumina fiber according to the present invention.

(本発明のアルミナ繊維シート)
本発明のアルミナ繊維シートは、本発明のアルミナ繊維からなる繊維シートである。本発明のアルミナ繊維シートは、強度が優れているように、少なくとも、曲げ強度が5MPa以上であるか、あるいは、柔軟性に優れているように、曲げたわみ量が0.6mm以上であり、好ましくは、曲げ強度が5MPa以上、且つ、曲げたわみ量が0.6mm以上である。
(Alumina fiber sheet of the present invention)
The alumina fiber sheet of the present invention is a fiber sheet made of the alumina fiber of the present invention. The alumina fiber sheet of the present invention has at least a bending strength of 5 MPa or more so as to have excellent strength, or has a bending deflection amount of 0.6 mm or more so as to have excellent flexibility, and preferably Has a bending strength of 5 MPa or more and a bending deflection amount of 0.6 mm or more.

本発明のアルミナ繊維シートにおける曲げ強度は5MPa以上であり、好ましくは8MPa以上であり、より好ましくは10MPa以上であるので、本発明のアルミナ繊維シートは強度が優れている。
また、本発明のアルミナ繊維シートにおける曲げたわみ量は、0.6mm以上であり、好ましくは0.8mm以上であり、より好ましくは1.0mm以上であるので、本発明のアルミナ繊維シートは柔軟性が優れている。
Since the bending strength of the alumina fiber sheet of the present invention is 5 MPa or more, preferably 8 MPa or more, more preferably 10 MPa or more, the alumina fiber sheet of the present invention has excellent strength.
Further, the bending amount of bending in the alumina fiber sheet of the present invention is 0.6 mm or more, preferably 0.8 mm or more, and more preferably 1.0 mm or more, the alumina fiber sheet of the present invention is flexible. Is excellent.

本明細書における「曲げ強度」及び「曲げたわみ量」は、測定装置として、荷重変位測定装置(例えば、荷重変位測定ユニット FSA−1KE−5N、株式会社イマダ製)を使用して、以下の手順で決定した値を意味する:
(1)アルミナ繊維シートを裁断し、40mm×7mmの試験片を5枚採取する。
(2)先端が2±0.2mmの丸みを有する金属製棒状支点を用意し、棒状支点間距離が16mmとなるように、棒状支点を配置する。
(3)棒状支点間を跨ぐように、試験片を配置する。
(4)試験片の棒状支点間の中央部(一方の棒状支点から8mmの中央地点)に対して、先端が5±0.1mmの丸みを有する金属製棒状加圧くさびを用いて、速度1mm/min.で加圧し、試験片の中央部が折れたときの荷重を0.001Nまで測定する。
(5)上記結果をもとに、次の式から曲げ強度(S、単位:MPa)を算出する。
S=3PL/(2Wh
ここで、Pは試験片が折れた時の荷重(単位:N)、Lは棒状支点間距離(=16mm)、Wは試験片の幅(=7mm)、hは試験片の厚さ(単位:mm)を、それぞれ意味する。
(6)前記曲げ強度の測定を5枚の試験片に対して行ない、その算術平均値を「曲げ強度」とする。
(7)上記曲げ強度の測定において、試験片が折れた時の棒状加圧くさびによる押し込み量(=試験片の上面又は下面の初期位置と折れた位置との距離)を曲げたわみ量(mm)とする。
(8)前記曲げたわみ量の測定を5枚の試験片に対して行ない、その算術平均値を「曲げたわみ量」とする。
The "bending strength" and the "bending flexure amount" in the present specification use a load displacement measuring device (for example, a load displacement measuring unit FSA-1KE-5N, manufactured by Imada Co., Ltd.) as a measuring device and follow the procedure below. Means the value determined by:
(1) The alumina fiber sheet is cut, and five 40 mm×7 mm test pieces are collected.
(2) Prepare a metal rod-shaped fulcrum having a rounded tip of 2±0.2 mm, and arrange the rod-shaped fulcrums so that the distance between the rod-shaped fulcrums is 16 mm.
(3) The test piece is arranged so as to straddle the rod-shaped fulcrums.
(4) Using a metal rod-shaped pressure wedge having a roundness of 5±0.1 mm at the center portion between the rod-shaped fulcrums of the test piece (center point of 8 mm from one rod-shaped fulcrum), speed 1 mm /Min. Then, the load when the center of the test piece is broken is measured up to 0.001N.
(5) Based on the above result, the bending strength (S, unit: MPa) is calculated from the following formula.
S=3PL/(2Wh 2 )
Here, P is the load (unit: N) when the test piece is broken, L is the distance between rod-shaped fulcrums (=16 mm), W is the width of the test piece (=7 mm), and h is the thickness of the test piece (unit: : Mm), respectively.
(6) The bending strength is measured on five test pieces, and the arithmetic mean value thereof is defined as "bending strength".
(7) In the measurement of the bending strength, the bending amount (mm) of the pushing amount (=the distance between the initial position of the upper surface or the lower surface of the test piece and the broken position) by the rod-shaped pressure wedge when the test piece is bent And
(8) The bending deflection amount is measured for five test pieces, and the arithmetic mean value thereof is defined as "bending deflection amount".

本発明のアルミナ繊維シートは、例えば、本発明による、短繊維のアルミナ繊維の製造方法における中間生産物として得ることができる。 The alumina fiber sheet of the present invention can be obtained, for example, as an intermediate product in the method for producing alumina fibers of short fibers according to the present invention.

(本発明のアルミナ繊維−有機樹脂複合シート)
本発明のアルミナ繊維−有機樹脂複合シート(以下、本発明の複合シート)には、有機樹脂中に、本発明のアルミナ繊維が分散した複合シートが含まれる。また、本発明の複合シートには、有機樹脂中に、本発明のアルミナ繊維シートを含有する複合シートが含まれる。更に、本発明の複合シートには、有機樹脂中に、本発明のアルミナ繊維シートを含有し、且つ、本発明のアルミナ繊維が分散した複合シートが含まれる。
(Alumina fiber-organic resin composite sheet of the present invention)
The alumina fiber-organic resin composite sheet of the present invention (hereinafter referred to as the composite sheet of the present invention) includes a composite sheet in which the alumina fiber of the present invention is dispersed in an organic resin. Further, the composite sheet of the present invention includes a composite sheet containing the alumina fiber sheet of the present invention in an organic resin. Furthermore, the composite sheet of the present invention includes a composite sheet containing the alumina fiber sheet of the present invention in an organic resin and having the alumina fiber of the present invention dispersed therein.

本発明の複合シートを構成する有機樹脂は用途によって異なるため、特に限定するものではないが、例えば、複合シートを半導体デバイス用途やサーマルプリンタ用途に使用する場合には、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコンポリエステル系樹脂、などを例示することができる。また、接着剤用途に使用する場合には、スチレン系エラストマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリオレフィン、などを例示することができる。更に、太陽電池用途に使用する場合には、エチレン・酢酸ビニルコポリマー(EVA)、ポリイミド、ポリエステル系樹脂などを例示することができる。 Since the organic resin constituting the composite sheet of the present invention varies depending on the application, it is not particularly limited. For example, when the composite sheet is used for a semiconductor device application or a thermal printer application, an epoxy resin or a polyimide resin is used. Examples thereof include fluorine resin, acrylic resin, polyester resin, and silicone polyester resin. When used for adhesives, styrene elastomers, polyamides, polyesters, polyurethanes, polyolefins, etc. can be exemplified. Furthermore, when used for solar cell applications, ethylene/vinyl acetate copolymer (EVA), polyimide, polyester resin and the like can be exemplified.

本発明の複合シートにおいては、アルミナ繊維が分散した複合シートである場合、複合シートにおけるアルミナ繊維の割合が50体積%以下であるのが好ましい。アルミナ繊維の割合が50体積%を超えると、アルミナ繊維が凝集して、機械的強度や熱伝導性にバラツキが生じやすくなる傾向があるためで、より好ましくは48体積%以下であり、更に好ましくは45体積%以下であり、更に好ましくは40体積%以下であり、更に好ましくは30体積%以下であり、更に好ましくは20体積%以下である。一方で、アルミナ繊維は複合シートの機械的強度が優れているように、3体積%以上であるのが好ましく、5体積%以上であるのがより好ましく、8体積%以上であるのが更に好ましく、10体積%以上であるのが更に好ましい。 When the composite sheet of the present invention is a composite sheet in which alumina fibers are dispersed, the proportion of alumina fibers in the composite sheet is preferably 50% by volume or less. If the proportion of the alumina fibers exceeds 50% by volume, the alumina fibers tend to agglomerate, and variations in mechanical strength and thermal conductivity tend to occur. More preferably, it is 48% by volume or less, and further preferably Is 45% by volume or less, more preferably 40% by volume or less, further preferably 30% by volume or less, and further preferably 20% by volume or less. On the other hand, the alumina fiber content is preferably 3% by volume or more, more preferably 5% by volume or more, and further preferably 8% by volume or more so that the composite sheet has excellent mechanical strength. It is more preferably 10% by volume or more.

本発明の複合シートがアルミナ繊維シートを含有する場合、複合シートにおけるアルミナ繊維シートの割合が50体積%以下であるのが好ましい。アルミナ繊維シートの割合が50体積%を超えると、複合シート全体に均一に有機樹脂を存在させるのが難しくなる傾向があるためで、より好ましくは48体積%以下であり、更に好ましくは45体積%以下であり、更に好ましくは40体積%以下であり、更に好ましくは30体積%以下であり、更に好ましくは20体積%以下である。一方で、アルミナ繊維シートは複合シートの機械的強度が優れているように、1体積%以上であるのが好ましく、3体積%以上であるのがより好ましく、5体積%以上であるのが更に好ましい。 When the composite sheet of the present invention contains an alumina fiber sheet, the proportion of the alumina fiber sheet in the composite sheet is preferably 50% by volume or less. When the proportion of the alumina fiber sheet exceeds 50% by volume, it tends to be difficult to allow the organic resin to uniformly exist in the entire composite sheet. Therefore, it is more preferably 48% by volume or less, further preferably 45% by volume. Or less, more preferably 40% by volume or less, further preferably 30% by volume or less, further preferably 20% by volume or less. On the other hand, the alumina fiber sheet is preferably 1% by volume or more, more preferably 3% by volume or more, further preferably 5% by volume or more so that the composite sheet has excellent mechanical strength. preferable.

本発明の複合シートはアルミナ繊維及び/又はアルミナ繊維シートと、有機樹脂とを含むものであるが、アルミナ繊維及び/又はアルミナ繊維シートに加えて、非繊維状のアルミナを含有していても良い。例えば、粒子状、板状、針状、燐片状のアルミナを含有していても良い。このような非繊維状のアルミナはアルミナ繊維間を橋渡すように存在し、更に、熱伝導性を向上させることができるためである。 The composite sheet of the present invention contains an alumina fiber and/or an alumina fiber sheet and an organic resin, but may contain non-fibrous alumina in addition to the alumina fiber and/or the alumina fiber sheet. For example, it may contain alumina in the form of particles, plates, needles, and flakes. This is because such non-fibrous alumina exists so as to bridge the alumina fibers and further improves the thermal conductivity.

なお、前述の通り、非繊維状のアルミナを含んでいる場合であっても、機械的物性及び熱伝導性に優れているように、アルミナ繊維及び/又はアルミナ繊維シートは前記体積量含まれているのが好ましい。また、非繊維状のアルミナを含む場合には、有機樹脂の流動性や成形性を損なうことがないように、アルミナ繊維及び/又はアルミナ繊維シートと非繊維状のアルミナの合計量が、複合シートにおける体積の80%以下であるのが好ましい。 As described above, the alumina fiber and/or the alumina fiber sheet is contained in the above-mentioned volume amount so as to have excellent mechanical properties and thermal conductivity even when it contains non-fibrous alumina. Is preferred. When the non-fibrous alumina is contained, the total amount of the alumina fiber and/or the alumina fiber sheet and the non-fibrous alumina is a composite sheet so as not to impair the fluidity and moldability of the organic resin. The volume is preferably 80% or less.

この複合シートにおけるアルミナ繊維及び/又はアルミナ繊維シートの体積割合(P)は、次の式(2)によって算出される値である。
P=(F/H)×100 (2)
式中、Fはアルミナ繊維及び/又はアルミナ繊維シートの体積、Hは複合シートの体積をそれぞれ意味する。
The volume ratio (P) of the alumina fiber and/or the alumina fiber sheet in this composite sheet is a value calculated by the following equation (2).
P=(F/H)×100 (2)
In the formula, F means the volume of the alumina fiber and/or the alumina fiber sheet, and H means the volume of the composite sheet.

本発明の複合シートは、アルミナ繊維及び/又はアルミナ繊維シートを有する機械的強度の優れるものであることに加えて、厚さ0.3mmでの熱伝導率が3W/m・K以上の熱伝導性に優れるものであることが好ましく、より好ましくは3.1W/m・K以上であり、更に好ましくは3.2W/m・K以上であり、更に好ましくは3.3W/m・K以上であり、更に好ましくは3.4W/m・K以上である。 The composite sheet of the present invention has an alumina fiber and/or an alumina fiber sheet and is excellent in mechanical strength, and also has a thermal conductivity of 3 W/m·K or more at a thickness of 0.3 mm. It is preferably excellent in properties, more preferably 3.1 W/m·K or more, further preferably 3.2 W/m·K or more, and further preferably 3.3 W/m·K or more. Yes, and more preferably 3.4 W/m·K or more.

なお、本発明では、熱伝導率を厚さ0.3mmでの熱伝導率としているが、これは後述の熱伝導率測定装置で高分子材料の熱伝導率を測定できるのが、厚さ0.3mm以上であるためである。 In addition, in the present invention, the thermal conductivity is the thermal conductivity at a thickness of 0.3 mm, but the thermal conductivity of the polymer material can be measured by a thermal conductivity measuring device described later. This is because it is 0.3 mm or more.

この熱伝導率は、次のようにして測定した値をいう。
(1)複合シートから、たて10mm、よこ10mm、厚さ0.3mmの試料片を採取する。なお、たて10mm、よこ10mm、厚さ0.3mmの試料片を採取することができない場合には、たて1mm以上、よこ1mm以上、厚さ0.3mmの試料片で代用する。但し、試料片のたて・よこ方向には、平滑な部分がある必要がある。
(2)この試料片の熱拡散率、比熱及び密度を次の方法により測定した後、下記式(A)により、試料片(複合シート)の熱伝導率を求める。
The thermal conductivity is a value measured as follows.
(1) A sample piece having a length of 10 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 0.3 mm is collected from the composite sheet. When a sample piece having a length of 10 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 0.3 mm cannot be collected, a sample piece having a length of 1 mm or more, a width of 1 mm or more, and a thickness of 0.3 mm is substituted. However, there must be a smooth portion in the vertical and horizontal directions of the sample piece.
(2) After measuring the thermal diffusivity, specific heat and density of this sample piece by the following method, the thermal conductivity of the sample piece (composite sheet) is determined by the following formula (A).

<熱拡散率>
熱伝導率測定装置(登録商標:ai-Phase Mobile、株式会社アイフェイズ社製)を用いて、温度波熱分析法により、室温で測定する。なお、複合シートの厚さが0.3mm未満で、厚さが0.3mmの試料片を採取できない場合には、熱伝導率測定装置により、厚さ0.3mmに換算した値を測定する。
<Thermal diffusivity>
Using a thermal conductivity measuring device (registered trademark: ai-Phase Mobile, manufactured by Eye Phase Co., Ltd.), measurement is performed at room temperature by a temperature wave thermal analysis method. When the thickness of the composite sheet is less than 0.3 mm and a sample piece having a thickness of 0.3 mm cannot be sampled, a value converted into a thickness of 0.3 mm is measured by a thermal conductivity measuring device.

<比熱>
示差走査熱量計(DSC)を用い、サファイア標準物質との比較により測定する。
<Specific heat>
It is measured by comparison with a sapphire standard material using a differential scanning calorimeter (DSC).

<密度>
アルキメデス法を用いて測定する。
<Density>
It is measured using the Archimedes method.

<熱伝導率>
熱伝導率=(熱拡散率)×(比熱)×(密度)・・ (A)
<Thermal conductivity>
Thermal conductivity = (thermal diffusivity) x (specific heat) x (density)...(A)

本発明の複合シートは、有機樹脂中にアルミナ繊維が分散したもの、あるいは、有機樹脂中にアルミナ繊維シートを含有するものであって、且つ、シート状である限り、その形態は特に限定するものではないが、例えば、厚さが1mm以下であるような薄膜、又は厚さが1mmを超えるようなプレートのような二次元的形態であることができる。特に、本発明の複合シートが、平均繊維径が3μm以下である程度に細いアルミナ繊維、又は平均繊維径が3μm以下である程度に細いアルミナ繊維からなるアルミナ繊維シートを含んでいると、厚さが1mm以下であるような薄膜であることができる。 The composite sheet of the present invention is one in which alumina fibers are dispersed in an organic resin, or one containing an alumina fiber sheet in an organic resin, and as long as it is in a sheet form, its form is particularly limited. However, it can be a two-dimensional form such as a thin film having a thickness of 1 mm or less, or a plate having a thickness of more than 1 mm. In particular, when the composite sheet of the present invention contains an alumina fiber sheet composed of an alumina fiber having an average fiber diameter of 3 μm or less and a certain amount of fine alumina fibers, or an alumina fiber sheet having an average fiber diameter of 3 μm or less and an amount of a fine alumina fiber, the thickness is 1 mm. It can be a thin film such as:

このような本発明の複合シートは常法により製造することができる。例えば、有機樹脂を溶解させた溶解液に、短繊維のアルミナ繊維を添加し、必要であれば非繊維状態のアルミナも添加して、アルミナ繊維分散液を調製した後、アルミナ繊維分散液を支持体に塗工し、乾燥し、続いて、支持体から剥離して、二次元的態様を有する複合シートを製造することができる。 Such a composite sheet of the present invention can be manufactured by a conventional method. For example, after adding short-fiber alumina fibers to a solution in which an organic resin is dissolved and, if necessary, non-fibrous alumina, to prepare an alumina fiber dispersion, and then supporting the alumina fiber dispersion. It can be applied to the body, dried and subsequently peeled from the support to produce a composite sheet having a two-dimensional aspect.

また、有機樹脂を溶融させた溶融液に、短繊維のアルミナ繊維を添加し、必要であれば非繊維状態のアルミナも添加して、アルミナ繊維分散融液を調製した後、成形して、二次元的態様を有する複合シートを製造することもできる。 Further, to the melt obtained by melting the organic resin, alumina fibers of short fibers are added, and if necessary, alumina in a non-fiber state is also added to prepare an alumina fiber-dispersed melt, followed by molding, It is also possible to produce composite sheets with a dimensional aspect.

更に、有機樹脂を溶解させた溶解液を、必要であれば、短繊維のアルミナ繊維及び/又は非繊維状態のアルミナを添加した溶解液を、アルミナ繊維シートに含浸又は塗布し、乾燥して、二次元的態様を有する複合シートを製造することができる。或いは、前記と同様の溶解液を支持体に塗布した後、塗布液上にアルミナ繊維シートを積層し、必要であれば、アルミナ繊維シートに前記と同様の溶解液を塗布し、乾燥して、二次元的態様を有する複合シートを製造することができる。 Furthermore, a solution in which an organic resin is dissolved, if necessary, a solution in which alumina fibers of short fibers and/or alumina in a non-fiber state are added is impregnated or applied to an alumina fiber sheet and dried, Composite sheets having a two-dimensional aspect can be produced. Alternatively, after applying a solution similar to the above to the support, an alumina fiber sheet is laminated on the application solution, and if necessary, the solution similar to the above is applied to the alumina fiber sheet and dried, Composite sheets having a two-dimensional aspect can be produced.

(本発明の製造方法)
本発明における、アルミナ繊維の製造方法は、
(i)アルミニウムアルコキシドを含む溶液を5℃以下の温度で加水分解させた後、縮重合させることにより調製した曳糸性ゾル溶液を紡糸する工程、
(ii)前記(i)で紡糸した繊維を温度1100℃以下で焼結する工程、
を含む。
(Production method of the present invention)
In the present invention, the production method of the alumina fiber,
(I) a step of spinning a spinnable sol solution prepared by hydrolyzing a solution containing an aluminum alkoxide at a temperature of 5° C. or lower and then polycondensing
(Ii) a step of sintering the fiber spun in (i) above at a temperature of 1100° C. or lower,
including.

本発明の製造方法によれば、例えば、アルミニウムアルコキシドを含む溶液を5℃以下の温度で加水分解させた後、縮重合させることにより調製した曳糸性ゾル溶液を紡糸して、アルミナ系繊維からなるアルミナ系繊維シートを形成し、紡糸した繊維を温度1100℃以下で焼結して、シート状態のアルミナ繊維を製造することができる。つまり、αアルミナ95vol%以上からなり、且つ、前記αアルミナの結晶子サイズが500Å以下であるアルミナ繊維を製造することができる。なお、短繊維のアルミナ繊維を製造する場合には、続いて、アルミナ繊維シートをプレス機で加圧し、粉砕して得ることができる。 According to the production method of the present invention, for example, a spinnable sol solution prepared by hydrolyzing a solution containing an aluminum alkoxide at a temperature of 5° C. or lower and then polycondensing the same is spun from an alumina fiber. The following alumina fiber sheet is formed, and the spun fiber can be sintered at a temperature of 1100° C. or lower to produce a sheet-shaped alumina fiber. That is, it is possible to manufacture an alumina fiber which is composed of 95 vol% or more of α-alumina and has a crystallite size of 500 Å or less. In the case of producing alumina fibers of short fibers, the alumina fiber sheet can be obtained by subsequently pressing and crushing the alumina fiber sheet with a pressing machine.

より具体的には、まず、曳糸性ゾル溶液を紡糸して、アルミナ系繊維からなるアルミナ系繊維シートを形成する。なお、紡糸方法は特に限定するものではないが、例えば、静電紡糸法、特開2009−287138号公報に開示されているような、液吐出部から吐出された紡糸液に対してガスを平行に吐出し、紡糸液に1本の直線状に剪断力を作用させて繊維化する方法、を挙げることができる。これらの中でも静電紡糸法によれば、平均繊維径が3μm以下である程度に細い連続繊維を紡糸できる。また、静電紡糸法によれば、平均孔径が小さく、孔径の揃ったアルミナ系繊維シートを形成できるため、短繊維のアルミナ繊維を製造する場合に好適である。つまり、平均孔径が小さく、孔径が揃ったアルミナ系繊維シートは、アルミナ系繊維同士の交差点間の距離が短く、かつ交差点間の距離が揃っているため、焼結後のアルミナ繊維シートを粉砕することによって、前述のような繊維長のCV値が0.7以下の繊維長の揃った、短繊維のアルミナ繊維を製造しやすい。 More specifically, first, a spinnable sol solution is spun to form an alumina fiber sheet made of alumina fibers. Although the spinning method is not particularly limited, for example, an electrostatic spinning method, a gas is parallel to the spinning solution discharged from the liquid discharging section as disclosed in JP-A-2009-287138. A method in which the fiber is discharged into a spinning solution and a shearing force is applied linearly to the spinning solution to form a fiber. Among these, according to the electrostatic spinning method, it is possible to spin a continuous fiber having an average fiber diameter of 3 μm or less and being thin to some extent. Further, according to the electrospinning method, an alumina-based fiber sheet having a small average pore diameter and uniform pore diameters can be formed, and therefore it is suitable for producing short-fiber alumina fibers. That is, in the alumina-based fiber sheet having a small average pore diameter and uniform pore diameter, the distance between the intersections of the alumina-based fibers is short and the distance between the intersections is uniform, so the alumina fiber sheet after sintering is crushed. As a result, it is easy to manufacture short-length alumina fibers having a uniform CV value of 0.7 or less as described above.

この点について、静電紡糸法により形成したアルミナ系繊維シートにおけるアルミナ系繊維の配置状態を模式的に表す平面図である図1と、静電紡糸法以外の方法により形成したアルミナ系繊維シートにおけるアルミナ系繊維の配置状態を模式的に表す平面図である図2をもとに説明すると、静電紡糸法によれば、図1に示すように、平均孔径が小さく、かつ孔径の揃ったアルミナ系繊維シートを形成できるため、アルミナ系繊維同士の交差点間の距離が短く、かつ交差点間の距離が揃っている。例えば、繊維同士の交差点であるc5を基準として見た場合、c5に隣接するアルミナ系繊維同士の交差点であるb5、c4、c6及びd4との距離は比較的短く、しかも距離がほぼ同じである。 Regarding this point, FIG. 1 which is a plan view schematically showing the arrangement state of the alumina fibers in the alumina fiber sheet formed by the electrospinning method and the alumina fiber sheet formed by a method other than the electrospinning method. Referring to FIG. 2, which is a plan view schematically showing the arrangement state of alumina fibers, according to the electrostatic spinning method, as shown in FIG. 1, alumina having a small average pore diameter and uniform pore diameters is used. Since the system fiber sheet can be formed, the distance between the intersections of the alumina fibers is short and the distances between the intersections are uniform. For example, when viewed with c5, which is the intersection of fibers, as a reference, the distance from the intersections of alumina fibers adjacent to c5, b5, c4, c6, and d4, is relatively short, and the distances are almost the same. ..

これに対して、静電紡糸法以外の方法により形成したアルミナ系繊維シートは、図2に示すように、孔径のバラツキが大きい。例えば、繊維同士の交差点であるC5を基準として見た場合、C5に隣接するアルミナ系繊維同士の交差点であるB5、C4、C6及びD4との距離はバラツキが大きい。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the alumina-based fiber sheet formed by a method other than the electrostatic spinning method has a large variation in pore diameter. For example, when viewed with C5, which is the intersection of fibers, as a reference, the distances from B5, C4, C6, and D4, which are the intersections of alumina fibers adjacent to C5, vary greatly.

この好適である静電紡糸法は紡糸原液(曳糸性ゾル溶液)に対して電界を作用させることにより、紡糸原液を延伸し、繊維化する方法である。静電紡糸法について、特開2005−194675号公報に開示の静電紡糸装置の模式的断面図である図3をもとに、簡単に説明する。 This preferred electrostatic spinning method is a method in which an electric field is applied to a spinning stock solution (spinning sol solution) to draw the spinning stock solution to form fibers. The electrospinning method will be briefly described with reference to FIG. 3, which is a schematic cross-sectional view of the electrospinning apparatus disclosed in JP-A-2005-194675.

図3の静電紡糸装置は、紡糸原液をノズル2へ供給できる紡糸原液供給装置1、紡糸原液供給装置1から供給された紡糸原液を吐出できるノズル2、ノズル2から吐出され、電界によって延伸されたアルミナ系繊維を捕集できるアースされた捕集体3、ノズル2とアースされた捕集体3との間に電界を形成するために、ノズル2に電圧を印加できる電圧印加装置4、ノズル2と捕集体3とを収納した紡糸容器6、紡糸容器6へ所定相対湿度の気体を供給できる気体供給装置7、及び紡糸容器6内の気体を排気できる排気装置8を備えている。 The electrostatic spinning device shown in FIG. 3 is a spinning stock solution supply device 1 capable of supplying a spinning stock solution to a nozzle 2, a nozzle 2 capable of discharging the spinning stock solution supplied from the spinning stock solution supply device 1, a nozzle 2 and is drawn by an electric field. And a voltage applying device 4 capable of applying a voltage to the nozzle 2 to form an electric field between the nozzle 2 and the grounded collector 3, and the nozzle 2 The spinning container 6 containing the collector 3 is provided, a gas supply device 7 capable of supplying a gas having a predetermined relative humidity to the spinning container 6, and an exhaust device 8 capable of exhausting the gas in the spinning container 6.

このような静電紡糸装置の場合、紡糸原液は紡糸原液供給装置1によってノズル2へ供給される。この供給された紡糸原液はノズル2から吐出されるとともに、アースされた捕集体3と電圧印加装置4によって印加されたノズル2との間の電界による延伸作用を受け、繊維化しながら捕集体3へ向かって飛翔する。そして、この飛翔したアルミナ系繊維は直接、捕集体3上に集積し、アルミナ系繊維シートを形成する。 In such an electrostatic spinning device, the spinning dope is supplied to the nozzle 2 by the spinning dope supply device 1. The supplied spinning solution is discharged from the nozzle 2 and subjected to a stretching action due to an electric field between the grounded collector 3 and the nozzle 2 applied by the voltage application device 4, to the collector 3 while being formed into fibers. Fly towards. Then, the flying alumina-based fibers are directly accumulated on the collector 3 to form an alumina-based fiber sheet.

この紡糸原液として、曳糸性ゾル溶液を使用する。この曳糸性ゾル溶液は、例えば、アルミニウムアルコキシドを含む溶液(原料溶液)を、5℃以下の温度で加水分解させた後、縮重合させることによって得ることができる。前記原料溶液の溶媒は、例えば、有機溶媒(例えば、アルコール)及び/又は水であることができる。 As the spinning stock solution, a spinnable sol solution is used. This spinnable sol solution can be obtained, for example, by hydrolyzing a solution (a raw material solution) containing an aluminum alkoxide at a temperature of 5° C. or lower and then polycondensing it. The solvent of the raw material solution can be, for example, an organic solvent (for example, alcohol) and/or water.

なお、「曳糸性」は、以下に示す条件で静電紡糸を行い、以下の判断基準によって判断する。 The "spinnability" is determined by performing electrostatic spinning under the following conditions and by the following criteria.

(判定法)
アースした金属板に対し、水平方向に配置した金属ノズル(内径:0.4mm)から曳糸性を判断する溶液(固形分濃度:10〜50mass%)を吐出する(吐出量:0.5〜1.0g/hr)と共に、ノズルに電圧を印加(電界強度:1〜3kV/cm、極性:プラス印加又はマイナス印加)し、ノズルの先端に溶液の固化を生じさせることなく、1分間以上、連続して紡糸し、金属板上に繊維を集積させる。
この集積した繊維の走査電子顕微鏡写真を撮り、観察し、液滴がなく、繊維の平均繊維径(50点の算術平均値)が5μm以下、アスペクト比が100以上の繊維を製造できる条件が存在する場合、その溶液は「曳糸性あり」と判断する。これに対して、前記条件(すなわち、濃度、押出量、電界強度、及び/又は極性)を変え、いかに組み合わせても、液滴がある場合、オイル状で一定した繊維形態でない場合、平均繊維径が5μmを超える場合、あるいは、アスペクト比が100未満の場合(例えば、粒子状)で、前記繊維を製造できる条件が存在しない場合、その溶液は「曳糸性なし」と判断する。
(Judgment method)
A solution (solid content concentration: 10 to 50 mass%) for judging spinnability is discharged from a metal nozzle (inner diameter: 0.4 mm) arranged in a horizontal direction onto a grounded metal plate (discharge amount: 0.5 to 1.0 g/hr), and a voltage is applied to the nozzle (electric field strength: 1 to 3 kV/cm, polarity: positive or negative application) for 1 minute or more without causing solidification of the solution at the tip of the nozzle. The fibers are accumulated on the metal plate by continuously spinning.
There is a condition that a fiber having an average fiber diameter (arithmetic average value of 50 points) of 5 μm or less and an aspect ratio of 100 or more can be produced by observing and observing a scanning electron micrograph of the accumulated fibers. If so, the solution is judged to be “spinnable”. On the other hand, no matter how the above conditions (that is, concentration, extrusion amount, electric field strength, and/or polarity) are changed and combined, there are droplets, oil-like uniform fiber form, average fiber diameter Is more than 5 μm, or the aspect ratio is less than 100 (for example, in the form of particles) and the conditions for producing the fiber do not exist, the solution is determined to be “no spinnability”.

この曳糸性ゾル溶液は、静電紡糸できるように、粘度が0.01〜10Pa・sであるのが好ましく、0.05〜5Pa・sであるのがより好ましく、0.1〜3Pa・sであるのが更に好ましい。粘度が10Pa・sを超えると細いアルミナ系繊維を紡糸しにくく、0.01Pa・s未満になると繊維形状自体が得られなくなる傾向があるためである。なお、曳糸性ゾル溶液の紡糸を、ノズルを用いて行う場合には、ノズル先端部分における雰囲気を原料溶液の溶媒と同様の溶媒ガス雰囲気とすることにより、粘度が10Pa・sを超える曳糸性ゾル溶液であっても紡糸可能な場合がある。 This spinnable sol solution preferably has a viscosity of 0.01 to 10 Pa·s, more preferably 0.05 to 5 Pa·s, and more preferably 0.1 to 3 Pa·s so that electrostatic spinning can be performed. More preferably, it is s. This is because if the viscosity exceeds 10 Pa·s, it is difficult to spin fine alumina fibers, and if it is less than 0.01 Pa·s, the fiber shape itself tends to be unobtainable. When the spinning of the spinnable sol solution is performed by using a nozzle, the spinnability of the spine having a viscosity of more than 10 Pa·s is set by setting the atmosphere at the tip of the nozzle to be the same solvent gas atmosphere as the solvent of the raw material solution. In some cases, even a soluble sol solution can be spun.

この曳糸性ゾル溶液は上述のようなアルミナ成分以外に、有機成分を含んでいることもできる。例えば、シランカップリング剤、染料などの有機低分子化合物、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子化合物などを含んでいても良い。 This spinnable sol solution may contain an organic component in addition to the above-mentioned alumina component. For example, it may contain a silane coupling agent, an organic low molecular compound such as a dye, an organic polymer compound such as polymethylmethacrylate, or the like.

前記原料溶液は、原料溶液に含まれるアルミニウムアルコキシドを安定化する溶媒[例えば、有機溶媒(例えば、エタノールなどのアルコール類、ジメチルホルムアミド)又は水]、前記原料溶液に含まれるアルミニウムアルコキシドを加水分解するための水、及び加水分解反応を円滑に進行させる触媒(例えば、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなど)を含んでいることができる。 The raw material solution is a solvent that stabilizes the aluminum alkoxide contained in the raw material solution [for example, an organic solvent (for example, alcohols such as ethanol, dimethylformamide) or water], and hydrolyzes the aluminum alkoxide contained in the raw material solution. Water, and a catalyst (for example, tetrabutylammonium hydroxide, etc.) that smoothly promotes the hydrolysis reaction.

また、前記原料溶液は、例えば、アルミニウムアルコキシドを安定化させるキレート剤、アルミニウムアルコキシドの安定化のためのシランカップリング剤、圧電性などの各種機能を付与することができる化合物、透明性、接着性改善、柔軟性、硬度(もろさ)調整のための有機化合物(例えば、ポリメチルメタクリレート)、ヒドロキシアパタイトなどの無機成分、あるいは染料などの添加剤を含んでいることができる。なお、これらの添加剤は、加水分解を行う前、加水分解を行う際、或いは加水分解後に添加することができる。 The raw material solution is, for example, a chelating agent for stabilizing aluminum alkoxide, a silane coupling agent for stabilizing aluminum alkoxide, a compound capable of imparting various functions such as piezoelectricity, transparency, and adhesiveness. An organic compound (for example, polymethylmethacrylate) for improving, flexibility, and adjusting hardness (fragility), an inorganic component such as hydroxyapatite, or an additive such as a dye can be included. Note that these additives can be added before the hydrolysis, during the hydrolysis, or after the hydrolysis.

また、前記原料溶液は、無機系又は有機系の微粒子を含んでいることができる。前記無機系微粒子としては、例えば、酸化チタン、二酸化マンガン、酸化銅、二酸化珪素、活性炭、金属(例えば、白金)を挙げることができ、有機系微粒子として、色素又は顔料などを挙げることができる。また、微粒子の平均粒径は特に限定されるものではないが、好ましくは0.001〜1μm、より好ましくは0.002〜0.1μmである。 In addition, the raw material solution may include inorganic or organic fine particles. Examples of the inorganic fine particles include titanium oxide, manganese dioxide, copper oxide, silicon dioxide, activated carbon, and metal (for example, platinum), and examples of the organic fine particles include dyes and pigments. The average particle size of the fine particles is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 1 μm, more preferably 0.002 to 0.1 μm.

原料溶液に含まれるアルミニウムアルコキシドを加水分解するための水の量は、アルミニウムアルコキシドによって異なり、特に限定するものではないが、例えば、アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレートの場合、曳糸性ゾル溶液とすることができるように、水の量はアルコキシドの4倍モル以下であるのが好ましい。 The amount of water for hydrolyzing the aluminum alkoxide contained in the raw material solution varies depending on the aluminum alkoxide, and is not particularly limited, but for example, in the case of aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, it is Therefore, the amount of water is preferably 4 times or less mol of the alkoxide.

また、反応温度は、加水分解時の縮重合を抑制し、三次元的な構造の形成を抑制して、一次元的な構造を形成しやすいように、5℃以下で実施し、好ましくは3℃以下で実施し、より好ましくは0℃以下で実施する。 Further, the reaction temperature is 5° C. or lower so that polycondensation during hydrolysis is suppressed, formation of a three-dimensional structure is suppressed, and a one-dimensional structure is easily formed, preferably 3° C. It is carried out at not higher than 0°C, more preferably not higher than 0°C.

なお、加水分解に続く縮重合は加水分解時の温度よりも高ければ良く、特に限定するものではないが、温度25℃以上で実施すれば、効率的に縮重合させることができる。 The polycondensation following hydrolysis is not particularly limited as long as it is higher than the temperature at the time of hydrolysis, but the polycondensation can be carried out efficiently at a temperature of 25° C. or higher.

紡糸原液供給装置1としては、例えば、シリンジポンプ、チューブポンプ、ディスペンサ等を使用することができる。また、ノズル2に替えて、ノコギリ状歯車、ワイヤー、スリットなどを使用することもできる。更に、図3における捕集体3はドラム形態であるが、コンベア形態であっても良い。更に、図3においては、捕集体3がアースされているが、ノズル2をアースし、捕集体3に対して電圧を印加しても良いし、ノズル2と捕集体3のいずれに対しても電圧を印加するものの、電位差を有するように電圧を印加しても良い。 As the spinning dope solution feeder 1, for example, a syringe pump, a tube pump, a dispenser, or the like can be used. Further, instead of the nozzle 2, a saw gear, a wire, a slit, or the like can be used. Furthermore, although the collector 3 in FIG. 3 has a drum shape, it may have a conveyor shape. Further, although the collector 3 is grounded in FIG. 3, the nozzle 2 may be grounded and a voltage may be applied to the collector 3, or both the nozzle 2 and the collector 3 may be applied. Although the voltage is applied, the voltage may be applied so as to have a potential difference.

更に、電圧印加装置4としては、例えば、直流高電圧発生装置やヴァン・デ・グラフ起電機を用いることができ、空気の絶縁破壊を生じることなく、曳糸性ゾル溶液を紡糸して繊維化できるように、印加電圧は適宜調整する。また、印加する電圧の極性はプラスとマイナスのいずれであっても良いが、アルミナ系繊維の拡がりを抑制し、アルミナ系繊維が均一に分散し、孔径が揃ったアルミナ系繊維シートを製造できるように、曳糸性ゾル溶液の特性に合わせて適宜、極性を選択する。 Further, as the voltage application device 4, for example, a DC high voltage generator or a Van de Graaff generator can be used, and the spinnable sol solution is spun into fiber without causing dielectric breakdown of air. The applied voltage is appropriately adjusted so that it can be achieved. Further, the polarity of the applied voltage may be either positive or negative, but it is possible to suppress the spread of the alumina fibers, uniformly disperse the alumina fibers, and to manufacture an alumina fiber sheet with a uniform pore size. In addition, the polarity is appropriately selected according to the characteristics of the spinnable sol solution.

図3の静電紡糸装置においては、紡糸容器6に気体供給装置7(例えば、プロペラファン、シロッコファン、エアコンプレッサー、温湿度調整機能を備えた送風機など)及び排気装置8(例えば、ファン)が接続されているため、紡糸容器6内の雰囲気を一定にすることができるため、繊維径の揃ったアルミナ系繊維シートを製造することができる。 In the electrostatic spinning device of FIG. 3, a gas supply device 7 (for example, a propeller fan, a sirocco fan, an air compressor, a blower having a temperature/humidity adjusting function, etc.) and an exhaust device 8 (for example, a fan) are provided in the spinning container 6. Since they are connected, the atmosphere in the spinning container 6 can be made constant, so that an alumina-based fiber sheet having a uniform fiber diameter can be manufactured.

このように曳糸性ゾル溶液を紡糸したアルミナ系繊維シートを構成するアルミナ系繊維は、未だαアルミナ化しておらず、熱伝導性の低い状態にある。そのため、アルミナ系繊維を焼結してαアルミナ化して、アルミナ繊維からなるアルミナ繊維シートとする。 As described above, the alumina fibers constituting the alumina fiber sheet obtained by spinning the spinnable sol solution have not yet been converted to α-alumina and have low thermal conductivity. Therefore, the alumina fiber is sintered to be converted to α-alumina to obtain an alumina fiber sheet made of alumina fiber.

この焼結は、例えば、オーブン、焼結炉等を用いて実施することができ、1100℃以下の温度、好ましくは1050℃以下、より好ましくは1000℃以下で実施する。このように、温度1100℃以下という低温であっても、加水分解により一次元的な構造としているためαアルミナ化でき、αアルミナの結晶子の成長を抑制することができるため、αアルミナの結晶子サイズが500Å以下と粒界が小さく、強度、柔軟性及び熱伝導性に優れるアルミナ繊維を製造できる。また、焼結時間は、十分にαアルミナ化させて、優れた熱伝導性を発揮できるように、また、結晶が成長しすぎて結晶子サイズが500Åを超えることがないように、1〜5時間であるのが好ましく、1〜3時間であるのがより好ましい。 This sintering can be performed using, for example, an oven or a sintering furnace, and is performed at a temperature of 1100° C. or lower, preferably 1050° C. or lower, and more preferably 1000° C. or lower. As described above, even at a temperature as low as 1100° C. or less, α-alumina can be formed due to the one-dimensional structure due to hydrolysis, and the growth of α-alumina crystallites can be suppressed. With a child size of 500 Å or less, grain boundaries are small, and alumina fibers excellent in strength, flexibility and thermal conductivity can be manufactured. Further, the sintering time is 1 to 5 so that α-alumina is sufficiently converted to exhibit excellent thermal conductivity, and the crystallite size does not exceed 500 Å due to excessive crystal growth. It is preferably time, more preferably 1 to 3 hours.

アルミナ繊維が短繊維である場合、次いで、このアルミナ繊維シートをプレス機により加圧し、粉砕して、αアルミナ95vol%以上からなり、且つ、前記αアルミナの結晶子サイズが500Å以下である、短繊維のアルミナ繊維を製造することができる。 When the alumina fibers are short fibers, the alumina fiber sheet is then pressed by a press and crushed to consist of αvola 95% or more and the αalumina crystallite size is 500Å or less. Alumina fibers of fibers can be produced.

前述のような静電紡糸法により形成したアルミナ系繊維シートに由来する、アルミナ繊維シートをプレス機により加圧し、粉砕すると、アスペクト比が1000以下、繊維長のCV値が0.7以下、かつ繊維長変化率が30%以下のアルミナ繊維を製造しやすいため好適である。つまり、静電紡糸法により形成したアルミナ系繊維シートは、前述の通り、平均孔径が小さく、孔径が揃った、アルミナ系繊維同士の交差点間の距離が短く、かつ交差点間の距離が揃った状態にあるため、このアルミナ系繊維シートを焼結したアルミナ繊維シートも同様の状態にある。そのため、アルミナ繊維シートに対して、アルミナ繊維の配向を変えないように、プレス機により加圧すると、アルミナ繊維同士の交差点が強く加圧され、焼結して形成したアルミナ繊維は剛性が高く、変形しにくいことも相俟って、アルミナ繊維同士の交差点で破断されやすいため、繊維長の揃ったアルミナ繊維を製造できる。つまり、アルミナ繊維同士の交差点はアルミナ繊維同士が重なって、微視的には、アルミナ繊維シートの厚さが厚くなった箇所に相当するため、プレス機による圧力はアルミナ繊維同士の交差点に対して優先的に作用する。したがって、繊維長の揃ったアルミナ繊維を製造できる。 When the alumina fiber sheet derived from the alumina fiber sheet formed by the electrostatic spinning method as described above is pressed by a press machine and pulverized, the aspect ratio is 1000 or less, the CV value of the fiber length is 0.7 or less, and It is suitable because it is easy to produce an alumina fiber having a fiber length change rate of 30% or less. That is, as described above, the alumina fiber sheet formed by the electrospinning method has a small average pore diameter, uniform pore diameters, a short distance between intersections of alumina fibers, and a uniform distance between intersections. Therefore, the alumina fiber sheet obtained by sintering this alumina fiber sheet is in the same state. Therefore, with respect to the alumina fiber sheet, when pressed by a press so as not to change the orientation of the alumina fiber, the intersection of the alumina fibers is strongly pressed, the alumina fiber formed by sintering has high rigidity, Combined with the fact that the fibers are not easily deformed, they are easily broken at the intersections of the alumina fibers, so that it is possible to manufacture alumina fibers having a uniform fiber length. In other words, the intersection of the alumina fibers overlaps with each other, and microscopically corresponds to a portion where the thickness of the alumina fiber sheet is increased. It acts preferentially. Therefore, it is possible to manufacture alumina fibers having a uniform fiber length.

この点について、静電紡糸法により形成したアルミナ系繊維シートにおけるアルミナ系繊維の配置状態を模式的に表す平面図ではあるが、焼結後のアルミナ繊維シートにおけるアルミナ繊維の配置状態を模式的に表す平面図と考えることもできる図1と、静電紡糸法以外の方法により形成したアルミナ系繊維シートにおけるアルミナ系繊維の配置状態を模式的に表す平面図ではあるが、焼結後のアルミナ繊維シートにおけるアルミナ繊維の配置状態を模式的に表す平面図と考えることもできる図2をもとに説明すると、例えば、図1における、繊維同士の交差点a1〜a3、b1〜b5、c1〜c6、d1〜d6及びe1〜e5では、2本のアルミナ繊維が交差した状態にあるため、交差していない箇所と比較すると、約2倍の厚さを有する。そのため、図1のアルミナ繊維シートに対してプレス機により加圧すると、繊維同士の交差点a1〜a3、b1〜b5、c1〜c6、d1〜d6及びe1〜e5に対して優先的に圧力が加わり、焼結したアルミナ繊維の剛性も相俟って、繊維同士の交差点a1〜a3、b1〜b5、c1〜c6、d1〜d6及びe1〜e5でアルミナ繊維が破断する。そのため、繊維長のCV値の揃った(0.7以下)アルミナ繊維を製造しやすい。 Regarding this point, although it is a plan view schematically showing the arrangement state of the alumina fibers in the alumina fiber sheet formed by the electrostatic spinning method, the arrangement state of the alumina fibers in the alumina fiber sheet after sintering is schematically shown. FIG. 1 is a plan view schematically showing the arrangement state of alumina fibers in an alumina fiber sheet formed by a method other than the electrostatic spinning method. If it is explained based on FIG. 2, which can also be considered as a plan view schematically showing the arrangement state of the alumina fibers in the sheet, for example, the intersection points a1 to a3, b1 to b5, c1 to c6 of the fibers in FIG. In d1 to d6 and e1 to e5, the two alumina fibers are in a state of intersecting each other, and therefore, the thickness is about twice as large as that in a portion where they do not intersect. Therefore, when pressure is applied to the alumina fiber sheet of FIG. 1 by a press, pressure is preferentially applied to intersections a1 to a3, b1 to b5, c1 to c6, d1 to d6 and e1 to e5 of the fibers. In combination with the rigidity of the sintered alumina fiber, the alumina fiber is broken at intersections a1 to a3, b1 to b5, c1 to c6, d1 to d6 and e1 to e5 of the fibers. Therefore, it is easy to manufacture an alumina fiber having a uniform CV value of fiber length (0.7 or less).

これに対して、図2のように、静電紡糸法以外の方法により形成したアルミナ繊維シートも同様に、繊維同士の交差点A1〜A3、B1〜B5、C1〜C7、D1〜D6及びE1〜E5では、2本のアルミナ繊維が交差した状態にあるため、交差していない箇所と比較すると、約2倍の厚さを有する。そのため、図2のようなアルミナ繊維シートに対してプレス機により加圧すると、繊維同士の交差点A1〜A3、B1〜B5、C1〜C7、D1〜D6及びE1〜E5に対して優先的に圧力が加わり、焼結したアルミナ繊維の剛性も相俟って、繊維同士の交差点A1〜A3、B1〜B5、C1〜C7、D1〜D6及びE1〜E5でアルミナ繊維が破断する。そのため、繊維長のCV値の揃った(0.7以下)アルミナ繊維を製造しにくい。 On the other hand, as shown in FIG. 2, similarly for the alumina fiber sheet formed by a method other than the electrostatic spinning method, the intersections A1 to A3, B1 to B5, C1 to C7, D1 to D6 and E1 of the fibers are similarly formed. In E5, since the two alumina fibers are in a state of intersecting each other, the thickness is about twice as large as that in a portion where they do not intersect. Therefore, when pressure is applied to the alumina fiber sheet as shown in FIG. 2 by a press, pressure is applied preferentially to the intersections A1 to A3, B1 to B5, C1 to C7, D1 to D6 and E1 to E5 of the fibers. In addition, the rigidity of the sintered alumina fiber is also taken into consideration, and the alumina fiber breaks at intersections A1 to A3, B1 to B5, C1 to C7, D1 to D6, and E1 to E5. Therefore, it is difficult to manufacture alumina fibers having a uniform CV value of fiber length (0.7 or less).

なお、図1、2をアルミナ繊維シートの平面図とした場合、図1、2においては、アルミナ繊維シートにおけるアルミナ繊維の配置状態を模式的に表しており、アルミナ繊維同士の交差点が2本のアルミナ繊維が交差した状態を表しているが、実際には、3本のアルミナ繊維が交差した交差点もあれば、4本以上のアルミナ繊維が交差した交差点もあるため、交差点によって、厚さが異なる。そのため、アルミナ繊維の交差数の多い交差点ほど、強い圧力が作用するため、弱い圧力を作用させた場合には、アルミナ繊維の交差数の多い交差点でアルミナ繊維が粉砕し、作用させる圧力を強くするにしたがってアルミナ繊維の交差数の少ない交差点でもアルミナ繊維が粉砕することになる。そのため、作用させる圧力によって、ある程度、アルミナ繊維の繊維長を制御できる。また、静電紡糸法により紡糸した場合、ある程度繊維径の揃ったアルミナ系繊維を紡糸できる。そのため、静電紡糸条件と粉砕条件(特に圧力)を制御することによって、所望繊維長又は所望アスペクト比を有するアルミナ繊維を製造することができる。 In addition, when FIGS. 1 and 2 are plan views of the alumina fiber sheet, FIGS. 1 and 2 schematically show the arrangement state of the alumina fibers in the alumina fiber sheet, and the intersections of the alumina fibers are two. The state where the alumina fibers intersect is shown, but in reality, there are intersections where three alumina fibers intersect and there are intersections where four or more alumina fibers intersect, so the thickness varies depending on the intersection. .. Therefore, a stronger pressure acts on an intersection having a larger number of intersections of alumina fibers. Therefore, when a weak pressure is applied, the alumina fibers are crushed at the intersection having a larger number of intersections of alumina fibers to increase the pressure to act. Accordingly, the alumina fibers are crushed even at intersections where the number of intersections of alumina fibers is small. Therefore, the fiber length of the alumina fiber can be controlled to some extent by the applied pressure. Further, when the fiber is spun by the electrostatic spinning method, it is possible to spin alumina fibers having a uniform fiber diameter to some extent. Therefore, by controlling the electrospinning conditions and the crushing conditions (particularly the pressure), it is possible to produce alumina fibers having a desired fiber length or a desired aspect ratio.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but these do not limit the scope of the present invention.

《実施例1:アルミナ連続繊維シートAの調製》
アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、水、2−プロパノールを1:0.005:1.5:20のモル比になるように温度0℃で混合し、温度0℃で24時間攪拌して加水分解させた後、温度80℃で24時間加熱撹拌して、縮重合させた。そして、エバポレータにより、アルミナ濃度が20mass%になるまで濃縮した後、粘度が2000〜3000mPa・sになるまで増粘させて、曳糸性アルミナゾル溶液を得た。
その後、前記曳糸性アルミナゾル溶液を用い、図3に示すような静電紡糸装置を用いて、以下に示す静電紡糸条件で紡糸した後、以下に示す焼結条件で焼結して、平均繊維径0.6μmのアルミナ連続繊維からなるアルミナ連続繊維シートAを得た。
<<Example 1: Preparation of alumina continuous fiber sheet A>>
Aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, tetrabutylammonium hydroxide, water and 2-propanol were mixed at a temperature of 0° C. to a molar ratio of 1:0.005:1.5:20, and at a temperature of 0° C. After stirring for 24 hours for hydrolysis, the mixture was heated and stirred at a temperature of 80° C. for 24 hours to cause polycondensation. Then, after concentrating with an evaporator until the alumina concentration became 20 mass %, the viscosity was increased to 2000 to 3000 mPa·s to obtain a spinnable alumina sol solution.
Then, using the spinnable alumina sol solution, an electrospinning apparatus as shown in FIG. 3 was used to spin under the following electrospinning conditions, followed by sintering under the following sintering conditions. An alumina continuous fiber sheet A made of alumina continuous fibers having a fiber diameter of 0.6 μm was obtained.

(紡糸条件)
・ノズルからの吐出量:1.0g/時間
・ノズル先端とドラム捕集体との距離:10cm
・紡糸容器内の温湿度:25℃/30%RH
・ノズルへの印加電圧:+10kV
(焼結炉での焼結条件)
・1000℃/2時間(アルミナ連続繊維シートA)
(Spinning conditions)
・Discharge amount from nozzle: 1.0 g/hour ・Distance between nozzle tip and drum collector: 10 cm
・Temperature and humidity in spinning container: 25°C/30%RH
・Applied voltage to the nozzle: +10kV
(Sintering conditions in a sintering furnace)
・1000°C/2 hours (alumina continuous fiber sheet A)

《実施例1−2:繊維状アルミナフィラーAの調製》
アルミナ連続繊維シートAから、質量約1gのアルミナ繊維シート片を複数枚採取した。続いて、これらのアルミナ繊維シート片を重ねて、1.5cmの厚さとした後、プレス機により、5.5MPaの圧力で30秒間加圧することにより粉砕して、表1に示す物性を有する繊維状アルミナフィラーAを調製した。
<<Example 1-2: Preparation of fibrous alumina filler A>>
From the alumina continuous fiber sheet A, a plurality of pieces of alumina fiber sheet having a mass of about 1 g were collected. Subsequently, these alumina fiber sheet pieces were overlapped to have a thickness of 1.5 cm, and then crushed by pressing with a press machine at a pressure of 5.5 MPa for 30 seconds to obtain fibers having the physical properties shown in Table 1. Alumina filler A was prepared.

Figure 0006750815
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《実施例1−3:繊維状アルミナフィラーA分散エポキシフィルムの調製》
前記繊維状アルミナフィラーAを、エポキシ樹脂に、最終物の繊維状アルミナフィラーA分散エポキシフィルムにおける繊維状アルミナフィラーAの割合が10体積%となるように混合し、攪拌機で10分間の攪拌(回転数:2000rpm)を行った後、平らなガラス板上にバーコーターで製膜し、温度145℃で30分間の乾燥を行い、繊維状アルミナフィラーA分散エポキシフィルムを作製した。
<<Example 1-3: Preparation of fibrous alumina filler A-dispersed epoxy film>>
The fibrous alumina filler A was mixed with an epoxy resin so that the ratio of the fibrous alumina filler A in the final fibrous alumina filler A-dispersed epoxy film was 10% by volume, and the mixture was stirred with a stirrer for 10 minutes (rotation). (Number: 2000 rpm), a flat glass plate was formed into a film with a bar coater, and dried at a temperature of 145° C. for 30 minutes to prepare a fibrous alumina filler A-dispersed epoxy film.

《比較例1:アルミナ連続繊維シートA’の調製》
以下に示す焼結条件で焼結したこと以外は、前記実施例1の操作を繰り返し、平均繊維径0.6μmのアルミナ連続繊維からなるアルミナ連続繊維シートA’を得た。
(焼結炉での焼結条件)
・1600℃/2時間(アルミナ連続繊維シートA’)
<<Comparative Example 1: Preparation of Alumina Continuous Fiber Sheet A'>>
The procedure of Example 1 was repeated except that sintering was performed under the following sintering conditions to obtain an alumina continuous fiber sheet A′ made of alumina continuous fibers having an average fiber diameter of 0.6 μm.
(Sintering conditions in a sintering furnace)
・1600℃/2 hours (Alumina continuous fiber sheet A')

《比較例2:アルミナ連続繊維シートB、B’の調製》
アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、水、2−プロパノールを1:0.005:1.5:20のモル比になるように温度10℃で混合し、温度10℃で24時間攪拌して加水分解させたこと以外は、アルミナ連続繊維シートA、A’と同様に、縮重合、濃縮して曳糸性アルミナゾル溶液を調製し、次いで静電紡糸法により紡糸した後に焼結して、平均繊維径0.6μmのアルミナ連続繊維からなるアルミナ連続繊維シートB、B’を得た。
<<Comparative Example 2: Preparation of alumina continuous fiber sheets B and B'>>
Aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, tetrabutylammonium hydroxide, water, and 2-propanol were mixed at a temperature of 10° C. at a molar ratio of 1:0.005:1.5:20, and at a temperature of 10° C. Similar to the alumina continuous fiber sheets A and A', except that the mixture was stirred for 24 hours to be hydrolyzed, polycondensation and concentration were carried out to prepare a spinnable alumina sol solution, which was then spun by an electrostatic spinning method and then baked. By binding, alumina continuous fiber sheets B and B′ made of alumina continuous fibers having an average fiber diameter of 0.6 μm were obtained.

《比較例2−2:繊維状アルミナフィラーBの調製》
アルミナ連続繊維シートBから、質量約1gのアルミナ繊維シート片を複数枚採取した。続いて、これらのアルミナ繊維シート片を重ねて、1.5cmの厚さとした後、プレス機により、5.5MPaの圧力で30秒間加圧することにより粉砕して、表1に示す物性を有する繊維状アルミナフィラーBを調製した。
<<Comparative Example 2-2: Preparation of Fibrous Alumina Filler B>>
From the alumina continuous fiber sheet B, a plurality of alumina fiber sheet pieces having a mass of about 1 g were collected. Subsequently, these alumina fiber sheet pieces were overlapped to have a thickness of 1.5 cm, and then crushed by pressing with a press machine at a pressure of 5.5 MPa for 30 seconds to obtain fibers having the physical properties shown in Table 1. Alumina filler B was prepared.

《比較例2−3:繊維状アルミナフィラーB分散エポキシフィルムの調製》
繊維状アルミナフィラーAに代えて繊維状アルミナフィラーBを用いたこと以外は、前記実施例1−3の操作を繰り返し、繊維状アルミナフィラーB分散エポキシフィルムを作製した。
<<Comparative Example 2-3: Preparation of Fibrous Alumina Filler B-Dispersed Epoxy Film>>
The procedure of Example 1-3 was repeated except that the fibrous alumina filler B was used instead of the fibrous alumina filler A to prepare a fibrous alumina filler B-dispersed epoxy film.

《比較例3:アルミナ連続繊維シートC、C’の調製》
アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、水、2−プロパノールを1:0.005:1.5:20のモル比になるように温度25℃で混合し、温度25℃で24時間攪拌して加水分解させたこと以外は、アルミナ連続繊維シートA、A’と同様に、縮重合、濃縮して曳糸性アルミナゾル溶液を調製し、次いで静電紡糸法により紡糸した後に焼結したところ、焼結時の収縮による変形によって粉砕してしまい、アルミナ連続繊維シートC、C’を作製することができなかった。
<<Comparative Example 3: Preparation of alumina continuous fiber sheets C and C'>>
Aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, tetrabutylammonium hydroxide, water, and 2-propanol were mixed at a temperature of 25° C. at a molar ratio of 1:0.005:1.5:20, and at a temperature of 25° C. Similar to the alumina continuous fiber sheets A and A', except that the mixture was stirred for 24 hours to be hydrolyzed, polycondensation and concentration were carried out to prepare a spinnable alumina sol solution, which was then spun by an electrostatic spinning method and then baked. When tied, the alumina continuous fiber sheets C and C′ could not be produced because they were crushed due to deformation due to shrinkage during sintering.

《比較例3−2:繊維状アルミナフィラーCの調製》
アルミナ連続繊維シートCを作成する際に、焼結時の収縮による変形によって粉砕してしまった繊維状アルミナ粉末を質量約1g採取した。一方で、上方部のみが開口した外形5cm、内径3.4cm、高さ6.5cmのステンレス製の円柱状筒と、外形3.4cm、高さ7.5cmのフッ素樹脂製の円柱状棒とを用意した。
次いで、前記筒の中空部の底に1.5cmの厚さとなるまで繊維状アルミナ粉末を充填した後、前記棒を前記筒の中空部に挿入し、その状態でプレス機にセットして、5.5MPaの圧力で30秒間、前記棒を加圧することにより繊維状アルミナ粉末を粉砕して、表1に示す物性を有する繊維状アルミナフィラーCを調製した。
<<Comparative Example 3-2: Preparation of Fibrous Alumina Filler C>>
When the alumina continuous fiber sheet C was prepared, a mass of about 1 g of fibrous alumina powder crushed by deformation due to shrinkage during sintering was collected. On the other hand, a stainless steel cylindrical cylinder having an outer diameter of 5 cm, an inner diameter of 3.4 cm, and a height of 6.5 cm, and a fluororesin cylindrical rod having an outer diameter of 3.4 cm and a height of 7.5 cm. Prepared.
Then, after filling the bottom of the hollow portion of the cylinder with fibrous alumina powder to a thickness of 1.5 cm, the rod was inserted into the hollow portion of the cylinder, and in that state, it was set in a press machine and The fibrous alumina powder was crushed by pressing the rod at a pressure of 0.5 MPa for 30 seconds to prepare a fibrous alumina filler C having the physical properties shown in Table 1.

《比較例3−3:繊維状アルミナフィラーC分散エポキシフィルムの調製》
繊維状アルミナフィラーAに代えて繊維状アルミナフィラーCを用いたこと以外は、前記実施例1−3の操作を繰り返し、繊維状アルミナフィラーC分散エポキシフィルムを作製した。
<<Comparative Example 3-3: Preparation of Fibrous Alumina Filler C-Dispersed Epoxy Film>>
The procedure of Example 1-3 was repeated except that the fibrous alumina filler C was used instead of the fibrous alumina filler A to prepare a fibrous alumina filler C-dispersed epoxy film.

《試験例1:アルミナ連続繊維シートの評価》
得られた各アルミナ連続繊維シートについて、αアルミナ比率、αアルミナの結晶子サイズ、曲げ強度、曲げたわみ量をそれぞれ測定した。加水分解温度および焼結温度と共に、結果を表2に示す。
<<Test Example 1: Evaluation of alumina continuous fiber sheet>>
For each of the obtained alumina continuous fiber sheets, the α-alumina ratio, the crystallite size of α-alumina, the bending strength, and the bending deflection amount were measured. The results are shown in Table 2 together with the hydrolysis temperature and the sintering temperature.

Figure 0006750815
Figure 0006750815

表2の結果より、本発明のアルミナ繊維はαアルミナの割合が95vol%以上であることから、優れた熱伝導性をもち、かつ結晶子サイズ500Å以下であることから、機械的強度および柔軟性に優れるものであることがわかった。
また、加水分解温度を5℃以下とし、焼結温度を1100℃以下とすることによって、αアルミナの割合が95vol%以上、かつ結晶子サイズが500Å以下のアルミナ繊維を製造できることもわかった。
From the results of Table 2, since the alumina fiber of the present invention has an α-alumina ratio of 95 vol% or more, it has excellent thermal conductivity and a crystallite size of 500 Å or less, and therefore mechanical strength and flexibility. It turned out to be excellent.
It was also found that by setting the hydrolysis temperature to 5° C. or lower and the sintering temperature to 1100° C. or lower, it is possible to produce alumina fibers having a proportion of α-alumina of 95 vol% or more and a crystallite size of 500 Å or less.

《試験例2:熱伝導率の測定》
エポキシフィルム(参考例)、繊維状アルミナフィラーA分散エポキシフィルム(実施例1−3)、繊維状アルミナフィラーB分散エポキシフィルム(比較例2−3)、繊維状アルミナフィラーC分散エポキシフィルム(比較例3−3)の熱伝導率の測定を、各フィルムから、たて10mm、よこ10mm、厚さ0.3mmの試験片を採取した後、(本発明のアルミナ繊維−有機樹脂複合シート)欄に記載の熱伝導率の測定方法に従って、厚さ方向における熱伝導率の測定をそれぞれ行った。結果を表3に示す。
<<Test Example 2: Measurement of thermal conductivity>>
Epoxy film (reference example), fibrous alumina filler A-dispersed epoxy film (Example 1-3), fibrous alumina filler B-dispersed epoxy film (comparative example 2-3), fibrous alumina filler C-dispersed epoxy film (comparative example) The measurement of the thermal conductivity of 3-3) was carried out by taking a test piece having a length of 10 mm, a width of 10 mm and a thickness of 0.3 mm from each film, and then in the (alumina fiber-organic resin composite sheet of the invention) column The thermal conductivity in the thickness direction was measured according to the described method for measuring thermal conductivity. The results are shown in Table 3.

Figure 0006750815
Figure 0006750815

表3の結果から、有機樹脂中に、αアルミナ95vol%以上からなり、αアルミナの結晶子サイズが500Å以下の繊維状アルミナフィラーが分散したフィラー分散有機樹脂複合シートは、厚さ0.3mmでの熱伝導率が3W/m・K以上の熱伝導率に優れるものであった。 From the results of Table 3, the filler-dispersed organic resin composite sheet in which the fibrous alumina filler composed of α-alumina of 95 vol% or more and α-alumina crystallite size of 500Å or less is dispersed in the organic resin has a thickness of 0.3 mm. Was excellent in thermal conductivity of 3 W/m·K or more.

本発明のアルミナ繊維、アルミナ繊維シート、又はアルミナ繊維−有機樹脂複合シートは熱伝導性に優れているため、熱伝導性を必要とする用途、例えば、半導体デバイス用途、サーマルプリンタ用途、接着剤用途、太陽電池用途などに使用することができる。 Since the alumina fiber, the alumina fiber sheet, or the alumina fiber-organic resin composite sheet of the present invention has excellent thermal conductivity, applications requiring thermal conductivity, for example, semiconductor device applications, thermal printer applications, adhesive applications It can be used for solar cell applications.

1・・・紡糸原液供給装置;2・・・ノズル;3・・・捕集体;
4・・・電圧印加装置;5・・・紡糸空間;6・・・紡糸容器;
7・・・気体供給装置;8・・・排気装置。
1... Spinning liquid supply device; 2... Nozzle; 3... Collector;
4... voltage application device; 5... spinning space; 6... spinning container;
7... Gas supply device; 8... Exhaust device.

Claims (1)

(i)アルミニウムアルコキシドを含む溶液を5℃以下の温度で加水分解させた後、縮重合させることにより調製した曳糸性ゾル溶液を紡糸する工程、
(ii)前記工程(i)で紡糸した繊維を温度1100℃以下で焼結する工程
を含む、アルミナ繊維の製造方法。
(I) a step of spinning a spinnable sol solution prepared by hydrolyzing a solution containing an aluminum alkoxide at a temperature of 5° C. or lower and then polycondensing
(Ii) A method for producing an alumina fiber, which includes a step of sintering the fiber spun in the step (i) at a temperature of 1100° C. or lower.
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