JP7089876B2 - 熱伝導性樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、熱可塑性樹脂と熱伝導性無機充填剤を含有する熱伝導性樹脂組成物に関する。
電気・電子機器の小型化、高集積化に伴い、実装部品の発熱や使用環境の高温化が顕著となり、構成部材の放熱性向上に対する要求が高くなっている。特に自動車部材やハイパワーLEDの放熱には、熱伝導率の高い金属やセラミックスからなる構成部材が現在用いられているが、軽量化、加工性や形状の自由度を高めるために、高い熱伝導性、及び成形加工性を有した樹脂材料が求められている。
樹脂に熱伝導性を付与させる方法として、黒鉛等の高熱伝導性フィラーを添加させる方法が知られている。
例えば、特許文献1には、特定の黒鉛粒子を含む熱伝導性に優れた樹脂組成物が開示されている。
特許文献2には、熱可塑性樹脂と、70%以上の粒子のアスペクト比が3以下である黒鉛粉末とを含む導電性樹脂組成物が開示されている。
しかしながら、これらの技術では、樹脂組成物の熱伝導性を高めるために熱伝導性フィラーの配合量を多くすると、樹脂組成物の流動性、強度が大幅に低下して、成形が困難になる場合があった。そこで、樹脂組成物の成形加工性、強度を低下させずに、熱伝導性を高める方策が求められる。
特許第5225558号 特開2001-60413号公報
本発明の目的は、熱伝導性、及び成形加工性に優れた熱伝導性樹脂組成物及びそれを含む成形品を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、熱可塑性樹脂と熱伝導性フィラーよりなる熱伝導性樹脂組成物中において、熱伝導性フィラー間に存在する熱可塑性樹脂が伝熱を妨げる可能性があることに注目し、結晶化促進剤を熱伝導性樹脂組成物に配合することで、熱可塑性樹脂の結晶化を促進し、熱伝導性フィラーの熱伝導性をより効率的に発揮させて、熱伝導性、及び成形加工性に優れる樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は、下記1)~14)である。
1)(A)熱可塑性樹脂30~90質量%、(B)1W/(m・K)以上の熱伝導率を有する無機充填剤9~69質量%、及び、(C)結晶化促進剤0.05~10質量%を少なくとも含有し、比重1.4~2.0であり、且つ面方向の熱伝導率が1W/(m・K)以上であることを特徴とする熱伝導性樹脂組成物。
2)前記結晶化促進剤(C)が有機系結晶化促進剤であることを特徴とする、1)に記載の熱伝導性樹脂組成物。
3)前記有機系結晶化促進剤が、有機系窒素化合物、又は数平均分子量200~10,000のエステル化合物であることを特徴とする、2)に記載の熱伝導性樹脂組成物。
4)前記無機充填剤(B)が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、黒鉛、及び炭素繊維からなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とする、1)~3)の何れか一に記載の熱可塑性樹脂組成物。
5)前記無機充填剤(B)が、体積平均粒子径が10~700μm、固定炭素量が98質量%以上、アスペクト比が21以上の鱗片状黒鉛であることを特徴とする、1)~4)の何れか一に記載の熱伝導性樹脂組成物。
6)前記鱗片状黒鉛が、天然黒鉛であることを特徴とする、5)に記載の熱伝導性樹脂組成物。
7)前記熱可塑性樹脂(A)が、ポリエステル樹脂であることを特徴とする、1)~6)の何れか一に記載の熱伝導性樹脂組成物。
8)前記ポリエステル樹脂が、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、及びポリエステル-ポリエーテル共重合体からなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とする、7)に記載の熱伝導性樹脂組成物。
9)前記ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、及びポリエステル-ポリエーテル共重合体の数平均分子量が12,000~70,000であることを特徴とする、8)に記載の熱伝導性樹脂組成物。
10)さらに、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物、及びオキサゾリン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の化合物を0.01~5質量%含有することを特徴とする、1)~9)の何れか一に記載の熱伝導性樹脂組成物。
11)1)~10)の何れか一に記載の熱伝導性樹脂組成物を製造する方法であって、
各成分を溶融混練して前記熱伝導性樹脂組成物を製造する工程を含み、
前記無機充填剤(B)が鱗片状黒鉛であり、
当該溶融混練前の鱗片状黒鉛の体積平均粒子径が201~700μm、固定炭素量が98質量%以上、アスペクト比が21以上である、方法。
12)1)~10)の何れか一に記載の熱伝導性樹脂組成物にて構成されていることを特徴とする放熱筐体。
13)1)~10)の何れか一に記載の熱伝導性樹脂組成物にて構成されていることを特徴とする放熱シャーシ。
14)1)~10)の何れか一に記載の熱伝導性樹脂組成物にて構成されていることを特徴とする自動車用LEDランプヒートシンク。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、優れた成形加工性を有すると共に、高い熱伝導性を有するものである。また、本発明によると、フォギング性、及び耐熱性の点でも優れた熱伝導性樹脂組成物を提供することができる。
車載用CCDカメラ収納用放熱筐体の一実施形態の構成を示す模式図である。 箱型放熱筐体の一実施形態の構成を示す模式図である。 車載用LEDランプ収納用ヒートシンクの一実施形態の構成を示す模式図である。 車載用LEDランプ収納用ヒートシンクの別の実施形態の構成を示す模式図である。 別の実施形態に係るヒートシンクの構成を示す模式図である。 自動車用LEDランプヒートシンクの一実施形態の構成を示す模式図である。 実施例で作製したヒートシンクの構成を示す模式図である。
(熱可塑性樹脂(A))
本発明で用いる熱可塑性樹脂(A)としては、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系樹脂、ポリアクリロニトリルなどのシアン化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニルなどの塩素系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のポリメタアクリル酸エステル系樹脂やポリアクリル酸エステル系樹脂、ポリエチレンやポリプロピレンや環状ポリオレフィン樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリ酢酸ビニルなどのポリビニルエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂及びこれらの誘導体樹脂、ポリメタクリル酸系樹脂やポリアクリル酸系樹脂及びこれらの金属塩系樹脂、ポリ共役ジエン系樹脂、マレイン酸やフマル酸及びこれらの誘導体を重合して得られるポリマー、マレイミド系化合物を重合して得られるポリマー、非晶性半芳香族ポリエステルや非晶性全芳香族ポリエステルなどの非晶性ポリエステル系樹脂、結晶性半芳香族ポリエステルや結晶性全芳香族ポリエステルなどの結晶性ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリアミドや脂肪族-芳香族ポリアミドや全芳香族ポリアミドなどのポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアルキレンオキシド系樹脂、セルロース系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリケトン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリビニルエーテル系樹脂、フェノキシ系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、液晶ポリマー、及びこれら例示されたポリマーのランダム、ブロック、またはグラフト共重合体、などが挙げられる。これら熱可塑性樹脂は、それぞれ単独で、あるいは2種以上の複数を組み合わせて用いることができる。2種以上の樹脂を組み合わせて用いる場合には、必要に応じて相溶化剤などを添加して用いることもできる。これら熱可塑性樹脂(A)は、目的に応じて適宜使い分ければよい。
これら熱可塑性樹脂の中でも、樹脂の一部あるいは全部が結晶性あるいは液晶性を有する熱可塑性樹脂が、得られた樹脂組成物の熱伝導率が高くなる傾向がある点や、無機充填剤(B)を樹脂中に含有させることが容易である点から好ましい。これら結晶性あるいは液晶性を有する熱可塑性樹脂は、樹脂全体が結晶性であってもよいし、ブロックあるいはグラフト共重合体樹脂の分子中における特定ブロックのみが結晶性や液晶性であるなど樹脂の一部のみが結晶性あるいは液晶性であってもよい。樹脂の結晶化度には特に制限はない。また熱可塑性樹脂として、非晶性樹脂と結晶性あるいは液晶性樹脂とのポリマーアロイを用いることもできる。樹脂の結晶化度には特に制限はない。
樹脂の一部あるいは全部が結晶性あるいは液晶性を有する熱可塑性樹脂の中には、結晶化させることが可能であっても、単独で用いたり特性の成形加工条件で成形したりすることにより場合によっては非晶性を示す樹脂もある。このような樹脂を用いる場合には、延伸処理や後結晶化処理をするなど成形加工方法を工夫したりすることにより、樹脂の一部あるいは全体を結晶化させることができる場合もある。
これら熱可塑性樹脂の中でも本発明の効果をより発現しやすいという観点より、ポリエステル樹脂が好ましい。結晶性ポリエステル樹脂の具体例としてはポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン-2,6-ナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリ1,4-シクロヘキシレンジメチレンテレフタレートおよびポリエチレン-1,2-ビス(フェノキシ)エタン-4,4’-ジカルボキシレートなどのほか、ポリエチレンイソフタレート/テレフタレート、ポリブチレンテレフタレート/イソフタレート、ポリブチレンテレフタレート/デカンジカルボキシレートおよびポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート/イソフタレート、ポリエステル/ポリエーテルなどの結晶性共重合ポリエステル等が挙げられる。
前記ポリエステル/ポリエーテル(以降ポリエステル-ポリエーテル共重合体という)は、ポリエステル単位とポリエーテル単位からなるブロックまたはランダム共重合体である。ポリエーテル単位としては、例えば、ポリエチレンオキサイド単位、ポリブチレンオキサイド単位等のポリアルキレンオキサイド単位、変性ポリエーテル単位等が挙げられる。変性ポリエーテル単位は下記一般式(1)で表されることが好ましい。成形性、及び耐熱性の観点から、ポリエステル-ポリエーテル共重合体は、芳香族ポリエステル単位50~80重量%、及び変性ポリエーテル単位20~50重量%からなる重合体であることが好ましく、より好ましくは芳香族ポリエステル単位60~80重量%、及び変性ポリエーテル単位20~40重量%からなる重合体である。
ポリエステル-ポリエーテル共重合体の製造方法は、アンチモン化合物と、場合によってはゲルマニウム化合物とを含む触媒を用いて、(1)芳香族ジカルボン酸、ジオール、変性ポリエーテルの三者の直接エステル化法、(2)芳香族ジカルボン酸ジアルキル、ジオール、変性ポリエーテル、及び/又は、変性ポリエーテルのエステルの三者のエステル交換法、(3)芳香族ジカルボン酸ジアルキル、ジオールのエステル交換中、又は、エステル交換後に変性ポリエーテルを加えて、重縮合する方法、(4)高分子の芳香族ポリエステルを用い、変性ポリエーテルと混合後、溶融減圧下でエステル交換する方法等が挙げられ、これらに限定されるものではないが、組成コントロール性の観点から、前記(4)の製造方法が好ましい。
前記アンチモン化合物としては、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、酢酸アンチモン、アンチモングリコキサイド等が挙げられ、これらは単独又は2種以上組み合わせて用いられる。これらのアンチモン化合物の中では、三酸化アンチモンが特に好ましい。重合時に投入するアンチモン化合物触媒量は、反応速度の観点、及び経済的観点から、樹脂量の50~2000重量ppmとするのが好ましく、より好ましくは100~1000重量ppmとすることである。
前記触媒として用いられるゲルマニウム化合物としては、二酸化ゲルマニウム等のゲルマニウム酸化物、ゲルマニウムテトラエトキシド、ゲルマニウムテトライソプロポキシド等のゲルマニウムアルコキシド、水酸化ゲルマニウム及びそのアルカリ金属塩、ゲルマニウムグリコレート、塩化ゲルマニウム、酢酸ゲルマニウム等が挙げられ、これらは単独又は2種以上組み合わせて用いられる。これらのゲルマニウム化合物の中では、二酸化ゲルマニウムが特に好ましい。重合時に投入する二酸化ゲルマニウム触媒量は、反応速度の観点、及び経済的観点から、樹脂量の50~2000重量ppmとするのが好ましく、より好ましくは100~1000重量ppmとすることである。
前記芳香族ジカルボン酸は、特にテレフタル酸が好ましく、その他イソフタル酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸等が例示される。これら芳香族ジカルボン酸と共に、少ない割合(15%以下)のオキシ安息香酸等の他の芳香族オキシカルボン酸、あるいは、アジピン酸、セバチン酸、シクロヘキサン1,4-ジカルボン酸等の脂肪族、又は肪環族ジカルボン酸を併用してもよい。
前記ジオールは、エステル単位を形成する低分子量グリコール成分であり、具体例としては、炭素数2~10の低分子量グリコール、例えば、エチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサンジオール、デカンジオール、シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。特にエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコールが、入手のし易さの点から好ましい。
前記芳香族ジカルボン酸ジアルキルのアルキル基としては、メチル基がエステル交換反応性の観点から好ましい。
前記高分子の芳香族ポリエステルの溶液粘度としては、得られる成形品の耐衝撃性、耐薬品性や成形加工性の観点から、フェノール/テトラクロロエタン=1/1(重量比)混合溶媒中、25℃で濃度0.5g/dlにおける対数粘度(IV)が0.3~2.0の範囲のものが好ましく、さらには0.5~1.5の範囲のものがより好ましい。
(芳香族ポリエステル単位)
前記芳香族ポリエステル単位は、芳香族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とジオールまたはそのエステル形成性誘導体とから得られる重合体ないし共重合体であって、通常、交互重縮合体であり、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート単位、ポリブチレンテレフタレート単位、及びポリプロピレンテレフタレート単位からなる群から選ばれる1種以上である。
前記芳香族ポリエステル単位の好ましい具体例としては、ポリエチレンテレフタレート単位、ポリエチレンテレフタレート共重合体単位、ポリブチレンテレフタレート単位、ポリブチレンテレフタレート共重合体単位、ポリプロピレンテレフタレート単位、あるいはポリプロピレンテレフタレート共重合体単位が挙げられ、より好ましくは、ポリエチレンテレフタレート単位、ポリブチレンテレフタレート単位、及びポリプロピレンテレフタレート単位よりなる群から選ばれる1種以上である。
(変性ポリエーテル単位)
前記変性ポリエーテル単位は、下記一般式(1)で表される単位であり、一般式(1)中のOR単位またはR10O単位の繰り返し単位数m、nは、それぞれ独立して、1以上の整数である。(m+n)の数平均は、好ましくは2~50であり、より好ましくは10~50であり、さらに好ましくは18~50である。
Figure 0007089876000001


(式中、-A-は、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-CO-、炭素数1~20のアルキレン基、または炭素数6~20のアルキリデン基であり、R、R、R、R、R、R、R、およびRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、または炭素数1~5の1価の炭化水素基であり、R、およびR10は、それぞれ独立して、炭素数1~5の2価の炭化水素基である。mおよびnはそれぞれOR単位またはR10O単位の繰り返し単位数を示し、それぞれ独立して、1以上の整数である。m+nの数平均は2~50である。)
前記変性ポリエーテル単位は、入手のし易さの観点から、好ましくは下記一般式(2)で表される化合物から2個の末端水素を除いた単位であり、(m+n)が2の場合の当該単位の式量は314、(m+n)が50の場合の当該単位の式量は2426である。従って、一般式(2)で表される化合物の好ましい分子量は316~2430であり、より好ましくは670~2430であり、さらに好ましくは1020~2430であり、さらに好ましくは、1330~2000である。
Figure 0007089876000002


これら結晶性ポリエステル樹脂の中でも、成形加工性や機械的特性などの観点から、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン-2,6-ナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリ1,4-シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエステル-ポリエーテル共重合体等を用いることが好ましく、安価且つ容易に入手できるという観点より、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル-ポリエーテル共重合体がより好ましい。
熱可塑性樹脂(A)の数平均分子量は、ポリスチレンを標準とし、p-クロロフェノールとトルエンの体積比3:8混合溶媒に2.5重量%濃度となるように溶解して調製した溶液を用いて高温GPC(Viscotek:350 HT-GPC System)にてカラム温度80℃、検出器を示差屈折計(RI)として測定した値である。
熱可塑性樹脂(A)、特に前記ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル-ポリエーテル共重合体の数平均分子量は12,000~70,000であることが好ましく、15,000~60,000であることがさらに好ましく、16,000~55,000であることがさらに好ましく、17,000~40,000であることが特に好ましい。これらの樹脂の数平均分子量が12,000未満の場合、機械強度が低くなる場合があり、50,000より大きい場合は成形が困難となる場合がある。
熱可塑性樹脂(A)の含有量は、本発明の熱伝導性樹脂組成物全体を100質量%とした場合に、30~90質量%であり、好ましくは30~80質量%であり、さらに好ましくは35~75質量%である。熱可塑性樹脂(A)が30質量%未満の場合、成形加工性が著しく低下するため成形が困難になる場合があり、90質量%を超える場合、優れた熱伝導性を発現できない場合がある。
(無機充填剤(B))
本発明に用いる無機充填剤(B)は、無機充填剤単体での熱伝導率が1W/(m・K)以上のものであり、好ましくは10W/(m・K)以上、より好ましくは30W/(m・K)以上、さらに好ましくは200W/(m・K)以上のものである。無機充填剤単体での熱伝導率の上限は特に制限されず、高ければ高いほど好ましいが、一般的には3000W/(m・K)以下、さらには2500W/(m・K)以下のものが好ましく用いられる。
本発明の無機充填剤は、前記熱伝導率を満足する限り、公知の充填剤を広く使用できる。具体的には、アルミニウム、ニッケル等の金属フィラー、液相線温度300℃以上、かつ固相線温度150℃以上250℃以下の低融点合金、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化ベリリウム、酸化銅、亜酸化銅等の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の金属窒化物、炭化ケイ素等の金属炭化物、炭酸マグネシウムなどの金属炭酸塩、ダイヤモンド等の絶縁性炭素材料、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、アルミナ、窒化ホウ素、黒鉛、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、窒化珪素繊維、カーボンナノチューブ、タルク、ウォラストナイト等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用できる。これらの中で、熱伝導性、容易に入手できるという観点より、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、黒鉛、炭素繊維が好ましく、安価且つ高熱伝導であるということより黒鉛がより好ましい。
無機充填剤(B)の形状については、特に限定されず、例えば鱗片状、繊維状、フレーク状、板状、球状、粒子状、土状、微粒子状、ナノ粒子状、凝集粒子状、チューブ状、ナノチューブ状、ワイヤ状、ロッド状、不定形、ラグビーボール状、六面体状、大粒子と微小粒子とが複合化した複合粒子状、液体等種々の形状が挙げられる。
本発明の無機充填剤(B)の含有量は、本発明の熱伝導性樹脂組成物全体を100質量%とした場合に、9~69質量%で、好ましくは15~65質量%であり、さらに好ましくは20~60質量%である。
本発明に用いる黒鉛の形状は特に限定されないが、熱可塑性樹脂(A)の結晶化促進効果により熱伝導性を向上させやすいという観点より鱗片状黒鉛が好ましい。また、熱伝導性、成形加工性を向上できることから、特定の物性を有する鱗片状黒鉛がより好ましい。具体的には、本発明の熱伝導性樹脂組成物からなる成形体中における鱗片状黒鉛の体積平均粒子径は、10~700μmであることが好ましく、より好ましくは40~700μm、さらに好ましくは50~500μm、特に好ましくは50~300μmである。体積平均粒子径が10μm未満である場合、樹脂組成物の熱伝導性が低下する傾向がある。また、粒子径は大きいほど熱伝導率は向上する傾向にあるが、700μmを超える場合、樹脂組成物の強度が低下する場合がある。体積平均粒子径は、レーザー回折法、光散乱法等により測定することができる。
鱗片状黒鉛の固定炭素量は98質量%以上が好ましく、より好ましくは98.5質量%、さらに好ましくは99質量%以上である。固定炭素量が98質量%未満の場合、熱伝導率が低下する傾向がある。上記固定炭素量は、JIS M8511に準じて測定することができる。
鱗片状黒鉛のアスペクト比は、本発明の熱伝導性樹脂組成物からなる成形体中において21以上である。アスペクト比の上限については、高ければ高い程よく、特に限定されないが、好ましい範囲は1,0000以下であり、より好ましい範囲は5,000以下であり、さらに好ましくは3,000以下である。上記アスペクト比は、電子顕微鏡等により鱗片状黒鉛の最大径及び厚みの各長さを測定し、最大径/厚みにより算出することができる。
鱗片状黒鉛の溶融混練前、もしくは成形体中での粒度分布については特に限定されないが、粒度分布を測定して得られた累積体積がそれぞれ20%または80%であるときの粒子径D20及びD80の比D80/D20の比が好ましくは1~20であり、より好ましくは1~10であり、さらに好ましくは1~5である。
本発明の結晶化促進剤による熱伝導性向上効果をより発現させやすいという観点で、押出時や成形時に薄片化しやすい黒鉛が好ましく、中でも鱗片状黒鉛がより好ましい。通常、成形体中の熱伝導性フィラー間距離が小さい程、熱伝導性フィラー同士で熱伝達経路を形成しやすいため、熱伝導性が向上しやすい傾向にあるが、熱可塑性樹脂が十分に結晶化できない場合がある。本発明の結晶化技術により、熱伝導性フィラー間に存在する熱可塑性樹脂を微細結晶化させることができ、熱可塑性樹脂の熱伝導性をより高めることができる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂(A)、無機充填剤(B)、結晶化促進剤(C)、その他成分の溶融混練によって製造される。溶融混練前の鱗片状黒鉛の体積平均粒子径は、好ましくは201~700μmであり、より好ましくは230~650μmであり、さらに好ましくは250~400μmである。また、溶融混練前の鱗片状黒鉛のアスペクト比は、好ましくは21以上である。アスペクト比の上限については、高ければ高い程よく、特に限定されないが、好ましい範囲は3,000以下であり、より好ましい範囲は1,000以下であり、さらに好ましくは500以下である。固定炭素量については、溶融混練や成形加工前後で変化しないものとする。一般的に、溶融混練や成形加工の際に黒鉛は破砕される傾向にあるため、溶融混練前の黒鉛の体積平均粒子径が大きい程、溶融混練や成形加工後の黒鉛の体積平均粒子径は大きく保持され、熱伝導率や成形加工性が向上する。
本発明に用いられる鱗片状黒鉛は、天然黒鉛及び人造黒鉛のいずれでもよく、これらを組み合わせて併用してもよいが、安価に入手できるという観点で天然黒鉛が好ましい。さらに、α-黒鉛及びβ-黒鉛のいずれでもよく、これらを組み合わせてもよい。
上記鱗片状黒鉛以外の無機充填剤(B)は天然物であってもよいし、合成されたものであってもよい。天然物の場合、産地等には特に限定はなく、適宜選択することができる。
(結晶化促進剤(C))
本発明に使用する結晶化促進剤(C)は、熱可塑性樹脂(A)の結晶化度を高め、且つ結晶サイズを微細化させる作用を有するものであり、いわゆる結晶化核剤も含まれる。結晶化促進剤(C)を配合することで、熱可塑性樹脂(A)の結晶化度を高めて、成形時の金型離型性を向上させると共に、熱可塑性樹脂(A)と無機充填剤(B)を含む熱伝導性樹脂組成物の熱伝導性をより高めることができる。
結晶化促進剤(C)は、公知なものを使用することができ、無機系結晶化促進剤および有機系結晶化促進剤のいずれであってもよく、それらを混合して用いてもよい。少量で結晶化促進効果を得やすいという観点より、有機系結晶化促進剤が好ましい。
本発明に用いられる結晶化促進剤(C)の含有量は、本発明の熱伝導性樹脂組成物全体を100質量%とした場合に、0.05~10質量%であり、好ましくは0.1~5質量%であり、より好ましくは0.1~3質量%である。0.05質量%未満の場合、結晶化が十分促進されない場合がある。10質量%を超える場合、フォギング性が低下する場合がある。
無機系結晶化促進剤の具体例としては、例えば、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、合成ケイ酸およびケイ酸塩、亜鉛華、ハロサイトクレー、カオリン、塩基性炭酸マグネシウム、マイカ、石英粉、ケイ藻土、ドロマイト粉、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、アルミナ、ケイ酸カルシウム等が挙げられる。
無機系結晶化促進剤は、その粒径によって結晶核促進剤としての効果が異なる。平均粒子径は10μm以下が好ましく、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは2μm以下である。
有機系結晶化促進剤は、例えば、安息香酸ナトリウム、シュウ酸ナトリウム、高級脂肪酸のアルカリ金属塩、有機系窒素化合物、エステル化合物等が挙げられる。
有機系窒素化合物は、融点は300℃以上が好ましく、350℃以上がより好ましい。また、フォギング性の観点より揮発ガスが発生しにくいものが好ましく、1%重量減少温度は300℃以上が好ましく、350℃以上のものがより好ましく、400℃以上のものがさらに好ましい。上記を満たす有機系窒素化合物の具体例として、ADEKA社製のアデカスタブNA-05が挙げられる。
アルカリ金属塩系の有機結晶化促進剤は、高温加熱成形時に熱可塑性樹脂(A)の分子切断が起こりやすく、フォギング性が低下する場合があるので、アルカリ金属塩を含有しない有機系結晶化促進剤が好ましい。有機結晶化促進剤としてはエステル化合物が好ましく、なかでも、ポリエステル鎖又はポリアルキレングリコール鎖を含むエステル化合物がより好ましい。
結晶化促進剤(C)に用いるエステル化合物を形成するアルコール成分としては、炭素数2~25の二価アルコールが好ましい。例えば、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、2-メチル1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5-ペンタンジオール、3-メチル1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,2,4-トリメチル1,3-ペンタンジオール、2-エチル1,3-ヘキサンジオール、2-メチル1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-オクタデカンジオールなどの脂肪族グリコール;ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール;水添ビスフェノールA、ビスフェノールAまたはビスフェノールSのエチレンオキサイド付加物、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,2-シクロヘキサンジオール、ビスヒドロキシエトキシベンゼンなどの環状または芳香環含有二価アルコールが挙げられる。これらのアルコールは、1種または2種以上の混合物として使用される。
本発明の結晶化促進剤(C)に用いるエステル化合物を形成するアルコール成分としては、前記炭素数2~25の二価アルコールに加えて、炭素数4~18の一価アルコールを使用することができる。前記炭素数4~18の1価アルコールとしては、例えば、ブタノール、ヘキサノール、イソヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、イソオクタノール、2-エチルヘキサノール、ノナノール、イソノナノール、2-メチルオクタノール、デカノール、イソデカノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ヘキサデカノール、オクタデカノールなどの脂肪族アルコール、シクロヘキサノールなどの脂環式アルコール、ベンジルアルコール、2-フェニルエタノール、1-フェニルエタノール、2-フェノキシエタノール、3-フェニル-1-プロパノール、2-ヒドロキシエチルベンジルエーテルなどの芳香族アルコールが挙げられ1種または2種以上の混合物として使用できる。
結晶化促進剤(C)に用いるエステル化合物を形成する酸成分としては、炭素数4~14の脂肪族二塩基酸、炭素数8~18のカルボン酸基が2個以上の芳香族多塩基酸、及び芳香族一塩基酸が好ましい。炭素数4~14の脂肪族二塩基酸としては、例えば、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸等が挙げられる。また、炭素数8~18のカルボン酸基が2個以上の芳香族多塩基酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、α,β-ビス(4-カルボキシフェノキシ)エタン、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸等が挙げられる。また、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸などの脂環式多塩基酸も使用できる。これらの多塩基酸は1種または2種以上の混合物で使用しても良い。
また、結晶化促進剤(C)に用いるエステル化合物を形成する酸成分としては、前述した酸に加えて、炭素数2~22の一塩基酸を使用することができる。前記炭素数2~22の一塩基酸としては、ヤシ油、パーム油、パーム核油、カカオ脂、木ロウ、オリーブ油、カポック油、ヒマシ油、脱水ヒマシ油、ナタネ油、米ヌカ油、綿実油、大豆油、サフラワー油、アマニ油、桐油、牛脂、豚脂及びタラ油などの動植物油脂類またはその硬化油から誘導される炭素数6~22の脂肪族一塩基酸または酢酸、酪酸、イソ酪酸、ヘプタン酸、イソオクタン酸、2-エチルヘキサン酸、ノナン酸及びイソステアリン酸など炭素数2~18の合成一塩基酸が挙げられ1種または2種以上の混合物として使用できる。
結晶化促進剤(C)に用いるエステル化合物の数平均分子量は、好ましくは200~10,000であり、より好ましくは400~8,000である。さらに好ましくは、300℃での揮発減量が1質量%以下であり、特に好ましくは300℃での揮発減量が0.6%以下のものである。数平均分子量が200より小さい場合、フォギング性が低下する場合があり、また10,000を超える場合、十分な結晶化が得られない場合がある。
本発明に用いる有機系結晶化促進剤の形態は特に限定されないが、3000cps(25℃ )以下の低粘度の液体もしくは100℃ 以上の高融点の固体の形態のものが好ましい。固体の場合、融点が100~250℃である固体がより好ましい。250℃を超えると、熱可塑性樹脂(A)との混合時に結晶化促進剤が十分に溶融混合されない場合がある。100℃より低いと押出機のホッパー上で結晶化促進剤が融けてブリッジングし、作業性が悪くなる場合がある。
上記エステル化合物の具体例として、特許第3642363号に記載のエステル化合物が挙げられ、それらを好ましく用いることができる。
(任意成分)
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、耐湿熱老化性、フォギング性を向上させるという観点より、熱可塑性樹脂(A)の分子鎖延長効果や末端官能基の封止効果がある化合物として、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物をさらに配合することが好ましい。
これら化合物の含有量は、熱伝導性樹脂組成物全体を100質量%とした場合に、好ましくは0.01~5質量%であり、より好ましくは0.1~4質量%であり、さらに好ましくは0.2~3質量%である。0.01質量%未満の場合、十分な耐湿熱老化性の改善が見られない場合がある。5質量%を超える場合、結晶化促進を阻害し、本発明の効果を十分発現できない場合がある。
エポキシ化合物は、エポキシ基を有していれば特に限定されず、単官能性、二官能性、三官能性または多官能性のエポキシ化合物である。中でも単官能性および二官能性のエポキシ化合物が好ましい。
エポキシ化合物の具体例としては、メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、デシルグリシジルエーテル、ステアリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテルなどのグリシジルエーテル;ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールジグリシジルエーテルなどのジグリシジルエーテル;安息香酸グリシジルエステル、ソルビン酸グリシジルエステル等の脂肪酸グリシジルエステル;アジピン酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、オルトフタル酸ジグリシジルエステル等のジグリシジルエステル;3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキシルカルボキシレートなどの脂環式ジエポキシ化合物、エポキシ基含有オレフィン共重合体等が挙げられる。
カルボジイミド化合物は、一分子内に-N=C=N-の構造を2つ以上有する化合物であり、ジイソシアネート化合物の脱二酸化炭素反応により作製される公知のものを使用できる(米国特許第2941956号、特公昭47-3279号公報、J.Org.Chem.,28,2069~2075(1963)、Chemical Review1981、Vol.81,No.4,619~621参照)。
上記ジイソシアネート化合物としては、4,4-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4-ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、シクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、1,3,5-トリイソプロピルフェニレン-2,4-ジイソシアネートなどを単独重合させて、または二種以上を共重合させて、使用することができる。また、分岐構造や、カルボジイミド基やイソシアネート基以外の官能基を共重合により導入しても良い。
さらに重合体末端のイソシアネートを一部もしくは全部を封鎖することにより重合度を制御することもできる。末端封鎖剤としては、フェニルイソシアネート、トリスイソシアネート、ジメチルフェニルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ナフチルイソシアネートなどのモノイソシアネート化合物、-OH基、-COOH基、-SH基、-NH-R(Rは水素原子またはアルキル基)などを有する化合物を用いることが出来る。
カルボジイミド化合物の市販の製品として、ラインケミー社製のスタバックゾール(登録商標)シリーズ、日清紡社製のカルボジライト(登録商標)シリーズ、三井武田ケミカル社製のコスモネート(登録商標)LK、コスモネートLL、BASF INOAC ポリウレタン社製のルプラネート(登録商標)MM-103等が挙げられる。なかでも、脂肪族もしくは脂環族構造からなるポリカルボジイミドを使用することが好ましく、上記の市販品では、日清紡社製カルボジライトシリーズが脂肪族もしくは脂環族構造からなり、好ましく用いられる。
オキサゾリン化合物は、分子内にオキサゾリン基を有する化合物のことであり、特にオキサゾリン基を含有する重合体が好ましい。オキサゾリン化合物の市販品として、日本触媒社製のエポクロス(登録商標)シリーズ等が挙げられる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物には、無機充填剤(B)以外にも、その目的に応じて公知の充填剤を広く使用することができる。無機充填剤(B)以外の充填剤としては、例えばケイソウ土粉、塩基性ケイ酸マグネシウム、焼成クレイ、微粉末シリカ、石英粉末、結晶シリカ、カオリン、三酸化アンチモン、微粉末マイカ、二硫化モリブデン、ロックウール、セラミック繊維、アスベスト等の無機質繊維、及び、ガラス繊維、ガラスパウダー、ガラスクロス、溶融シリカ等のガラス製充填剤が挙げられる。これら充填剤を用いることで、例えば熱伝導性、機械強度、または耐摩耗性など樹脂組成物を応用する上で好ましい特性を向上させることが可能となる。さらに必要に応じて紙、パルプ、木材、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等の合成繊維、ポリオレフィン粉末等の樹脂粉末、等の有機充填剤を併用して配合することができる。

本発明に用いる無機充填剤(B)、及び無機充填剤(B)以外の充填剤は、樹脂とフィラーとの界面の接着性を高めたり、作業性を容易にしたりするため、シラン処理剤やステアリン酸やアクリル系モノマー等の各種表面処理剤で表面処理がなされたものであってもよい。表面処理剤としては特に限定されず、例えばシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等従来公知のものを使用することができる。中でも、エポキシシラン等のエポキシ基含有シランカップリング剤、及び、アミノシラン等のアミノ基含有シランカップリング剤、ポリオキシエチレンシラン等が樹脂の物性を低下させることが少ないため好ましい。フィラーの表面処理方法としては特に限定されず、通常の処理方法を利用できる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物には、少なくとも1種の熱硬化性樹脂を配合して熱可塑性樹脂(A)とアロイ化してもよい。該熱硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリエーテル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物には、上記樹脂やフィラー以外の添加剤として、さらに目的に応じて他のいかなる成分、例えば、補強剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、増粘剤、離型剤、可塑剤、カップリング剤、難燃剤、難燃助剤、耐炎剤、抗菌剤、及び着色剤よりなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤や、その他の助剤等を本発明の効果を失わない範囲で、添加することができる。これらの添加剤及びその他の助剤の使用量は、熱可塑性樹脂(A)100重量部に対し、合計で0~20重量部の範囲であることが好ましい。 上記熱安定剤としては、ホスファイト類、ヒンダードフェノール類、チオエーテル類等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記酸化防止剤としては、ホスファイト類、ヒンダードアミン類、ハイドロキノン類、ヒンダードフェノール類、硫黄含有化合物等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン類、ベンゾトリアゾール類、サリチル酸エステル類、金属錯塩類等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記難燃剤としては、有機系難燃剤、無機系難燃剤、反応系難燃剤等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
有機系難燃剤としては、臭素化エポキシ系化合物、臭素化アルキルトリアジン化合物、臭素化ビスフェノール系エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノール系フェノキシ樹脂、臭素化ビスフェノール系ポリカーボネート樹脂、臭素化ポリスチレン樹脂、臭素化架橋ポリスチレン樹脂、臭素化ビスフェノールシアヌレート樹脂、臭素化ポリフェニレンエーテル、臭素化ビスマレイミド、デカブロモジフェニルオキサイド、テトラブロモビスフェノールA及びそのオリゴマー等のハロゲン系難燃剤;トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリプロピルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリペンチルホスフェート、トキヘキシルホスフェート、トリシクロヘキシルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、ジクレジルフェニルホスフェート、ジメチルエチルホスフェート、メチルジブチルホスフェート、エチルジプロピルホスフェート、ヒドロキシフェニルジフェニルホスフェート等のリン酸エステルやこれらを各種置換基で変性した化合物、各種の縮合型のリン酸エステル化合物、リン元素及び窒素元素を含むホスファゼン誘導体等のリン系難燃剤;ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
無機系難燃剤としては、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ジルコニウム系、モリブデン系、スズ酸亜鉛、グアニジン塩、シリコーン系、ホスファゼン系化合物等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
反応系難燃剤としては、テトラブロモビスフェノールA、ジブロモフェノールグリシジルエーテル、臭素化芳香族トリアジン、トリブロモフェノール、テトラブロモフタレート、テトラクロロ無水フタル酸、ジブロモネオペンチルグリコール、ポリ(ペンタブロモベンジルポリアクリレート)、クロレンド酸(ヘット酸)、無水クロレンド酸(無水ヘット酸)、臭素化フェノールグリシジルエーテル、ジブロモクレジルグリシジルエーテル、下記一般式(3)(式中、nは2~20の整数である)で表される有機りん系難燃剤等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
Figure 0007089876000003


本発明の熱伝導性樹脂組成物に難燃剤を含有させる場合には、難燃助剤を配合することが好ましい。この難燃助剤としては、三酸化二アンチモン、四酸化二アンチモン、五酸化二アンチモン、アンチモン酸ナトリウム、酒石酸アンチモン等のアンチモン化合物や、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、水和アルミナ、酸化ジルコニウム、ポリリン酸アンモニウム、酸化スズ、酸化鉄等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。また、難燃性を改良するために、シリコーンオイルを配合することができる。
上記老化防止剤としては、例えば、ナフチルアミン系化合物、ジフェニルアミン系化合物、p-フェニレンジアミン系化合物、キノリン系化合物、ヒドロキノン誘導体系化合物、モノフェノール系化合物、ビスフェノール系化合物、トリスフェノール系化合物、ポリフェノール系化合物、チオビスフェノール系化合物、ヒンダードフェノール系化合物、亜リン酸エステル系化合物、イミダゾール系化合物、ジチオカルバミン酸ニッケル塩系化合物、リン酸系化合物等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記可塑剤としては、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ブチルオクチルフタレート、ジ-(2-エチルヘキシル)フタレート、ジイソオクチルフタレート、ジイソデシルフタレート等のフタル酸エステル類;ジメチルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジ-(2-エチルヘキシル)アジペート、ジイソオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、オクチルデシルアジペート、ジ-(2-エチルヘキシル)アゼレート、ジイソオクチルアゼレート、ジイソブチルアゼレート、ジブチルセバケート、ジ-(2-エチルヘキシル)セバケート、ジイソオクチルセバケート等の脂肪酸エステル類;トリメリット酸イソデシルエステル、トリメリット酸オクチルエステル、トリメリット酸n-オクチルエステル、トリメリット酸系イソノニルエステル等のトリメリット酸エステル類;ジ-(2-エチルヘキシル)フマレート、ジエチレングリコールモノオレート、グリセリルモノリシノレート、トリラウリルホスフェート、トリステアリルホスフェート、トリ-(2-エチルヘキシル)ホスフェート、エポキシ化大豆油、ポリエーテルエステル等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記抗菌剤としては、銀系ゼオライト、銀-亜鉛系ゼオライト等のゼオライト系抗菌剤、錯体化銀-シリカゲル等のシリカゲル系抗菌剤、ガラス系抗菌剤、リン酸カルシウム系抗菌剤、リン酸ジルコニウム系抗菌剤、銀-ケイ酸アルミン酸マグネシウム等のケイ酸塩系抗菌剤、酸化チタン系抗菌剤、セラミック系抗菌剤、ウィスカー系抗菌剤等の無機系抗菌剤;ホルムアルデヒド放出剤、ハロゲン化芳香族化合物、ロードプロパルギル誘導体、チオシアナト化合物、イソチアゾリノン誘導体、トリハロメチルチオ化合物、第四アンモニウム塩、ビグアニド化合物、アルデヒド類、フェノール類、ピリジンオキシド、カルバニリド、ジフェニルエーテル、カルボン酸、有機金属化合物等の有機系抗菌剤;無機・有機ハイブリッド抗菌剤;天然抗菌剤等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記着色剤としては、有機染料、無機顔料、有機顔料等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
(熱伝導性樹脂組成物の物性)
本発明の熱伝導性樹脂組成物の比重は、通常、1.4~2.0であり、好ましくは1.5~1.9である。このような範囲の比重を有することで、本発明の熱伝導性樹脂組成物は金属の代替物として好適に使用することができ、軽量な成形体を与えることができる。
本発明でいう「面方向の熱伝導率」とは、成形体を作製する際に溶融樹脂が流動する方向に対する熱伝導率のことを示す。また、樹脂流動方向に対して垂直方向の熱伝導率を「厚み方向の熱伝導率」という。
本発明の熱伝導性樹脂組成物の面方向の熱伝導率は1W/(m・K)以上であり、好ましくは3W/(m・K)以上であり、より好ましくは5W/(m・K)以上であり、さらに好ましくは8W/(m・K)以上であり、よりさらに好ましくは10W/(m・K)以上であり、特に好ましくは15W/(m・K)以上である。このような範囲の面方向の熱伝導率を有することで、本発明の熱伝導性樹脂組成物は金属の代替物として好適に使用することができ、熱伝導性に優れた成形体を与えることができる。上限値は特に限定されず、高ければ高い程よいが、一般的には100W/(m・K)以下である。
本発明の熱伝導性樹脂組成物の厚み方向の熱伝導率は特に限定されず、高ければ高い程よい。好ましくは0.5W/(m・K)以上であり、より好ましくは0.8W/(m・K)以上であり、さらに好ましくは1W/(m・K)以上である。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、耐熱性に優れており、1.82MPaの荷重下での荷重撓み温度(HDT)は好ましくは120℃以上であり、より好ましくは130℃以上であり、さらに好ましくは150℃以上である。発熱体の発熱量が上がるにつれて、発熱体の温度は上昇傾向にあり、HDTは120℃以上が好ましい。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、長期耐熱性に優れている。用途によって、高温下で長期的に使用される場合があるため、長期耐熱性が高いほど好ましい。ここでいう長期耐熱性は、大気中、150℃雰囲気下、2000時間放置した場合の曲げ強度保持率(2000時間放置後の曲げ強度/初期の曲げ強度)をいい、曲げ強度保持率は、好ましくは60%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは75%以上である。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、放射率に優れる。本発明でいう放射率は、放射率測定器を用いて成形体の放射率を測定して得られ、0.65以上が好ましく、より好ましくは0.7以上であり、さらに好ましくは0.75以上である。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、電磁波シールド性にも優れており、100MHzの周波数における電磁波シールド効果は、5dB以上が好ましく、より好ましくは10dB以上であり、さらに好ましくは15~60dBである。
(用途)
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、優れた熱伝導性、及び成形加工性を有し、比重が低いことから、該組成物からなる成形体は放熱用構造部材に適している。該放熱用構造部材の具体例としては、例えば、放熱筐体や放熱シャーシ等が挙げられる。
本発明の放熱筐体は、その内部に発熱体が収容されて用いられる。発熱体としては、それ自体が発熱性である物であっても外部から加熱されて発熱する物であってもよい。代表的な発熱体は発熱性の部品ないしは機器(装置)であり、例えば、LD(レーザーダイオード)、IC(集積回路)等の電子部品、パソコン、ワープロ、テレビゲーム等のコンピューターを利用した電子機器、自動車のエンジンへの空気吸入量やスロットル開度などの情報を元にして燃料噴射量や点火タイミングを決定するコンピューターであるエンジンコントロールユニット(ECU)、LEDランプ照明、インバーター、自動車用ランプのハウジング、コイル、ボビン、コネクタ、バスバー、パワーステアリング、車載用CCDカメラ等、放熱性が求められる各種用途の放熱筐体が挙げられる。
また、本発明の放熱シャーシは、キーシャーシ又はサブシャーシとして、発熱体から熱を逃がすために用いられる。発熱体としては、代表的にはそれ自体が発熱体である発熱性部品が挙げられ、その具体例としては、携帯電話、TV等の電子・電気製品におけるLD、IC等の電子部品が挙げられる。これらは、放熱シャーシに搭載(固定)して用いられる他、放熱シャーシに固定せず、接触または近接して配置される。また、本発明の放熱シャーシは、LED(発光ダイオード)照明パッケージとしても好適に用いられる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物からなる成形体は、自動車用LEDランプヒートシンクにも適しており、金属に比べて、形状を自由に設計することができ、また軽量化を図ることで燃費の向上につなげることができる。本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、LEDモジュールを冷却するためのヒートシンクのことをいう。
自動車用LEDランプは大別すると内装用ランプ、外装用ランプがあり、例えば、内装用ランプとしてルームランプ、マップランプ、外装ランプとしてリアランプ、フロントランプ、ヘッドランプが挙げられる。具体的には、リアランプとしては、テールランプ、ストップランプ、リアターンシグナルランプ、リアフォグランプ、ハイマウントストップランプ、バックランプ、ナンバープレートランプが挙げられ、フロントランプとしては、フロントフォグランプ、フロントターンシグナルランプ、フロントポジショニングランプ、サイドターンシグナルランプ、デイランプ、ファッションランプ等が挙げられる。これら自動車用LEDランプの中でも高輝度のLEDモジュールが用いられ、放熱性が求められる観点より、リアランプ、フロントランプ、ヘッドランプが好適であり、好ましくはテールランプ、ストップランプ、フォグランプ、ポジショニングランプ、ターンシグナルランプ、デイランプ、ヘッドランプである。
自動車用LEDランプのLED1つ当りの消費電力は、用途によって異なっており、また、LEDモジュールは複数用いられる場合がある。一般的にリアランプやフロントランプには0.1~15WのLEDモジュールが用いられ、好ましくは0.1~10W、より好ましくは0.1~8W、さらに好ましくは0.1~5W、とくに好ましくは0.1~3Wのものが用いられる。また、ヘッドランプには一般的に1W以上のLEDモジュールが用いられ、好ましくは5~40W、より好ましくは10~30W、さらに好ましくは10~25W、とくに好ましくは10~20Wのものが用いられる。
本発明の放熱用構造部材である放熱筐体、放熱シャーシ、及び自動車用LEDランプヒートシンクは、それらの全面、または内部全体が、本発明の熱伝導性樹脂組成物から構成されていてもよいが、使用用途に合わせて部分的に他の材料から構成されていてもよい。また、任意の面に穴を設けてもよい。具体的には、絶縁性を付与するために、セラミックスや絶縁性を有する樹脂又は樹脂組成物から構成される絶縁性部材を、本発明の熱伝導性樹脂組成物から構成される成形体と複合化してもよく、また、放熱性を高めるために、金属、炭素材料等の良熱伝導体を本発明の成形体と複合化してもよい。
良熱伝導体の設置箇所は特に限定されないが、発熱体の熱を良熱伝導体で拡散させた後、本発明の成形体によって放熱させると効率よく放熱できるので、良熱伝導体は発熱体と本発明の成形体の間に設置することが好ましい。
本発明の成形体と上記良熱伝導体を複合化する場合、複合方法によっては、成形体と良熱伝導体の間に空隙が発生する場合がある。良熱伝導体と成形体間での空隙は熱抵抗となり、伝熱効率が下がる。放熱性を向上させるために、空隙を埋める、もしくは密着させる材料を設置することが好ましい。空隙を埋める材料は特に限定されないが、TIM(サーマルインターフェイスマテリアル)のような熱抵抗を軽減させ、熱伝導性を有した放熱材料がより好ましい。TIMは特に限定されず、熱伝導率についても限定されないが、放熱性の観点より0.5W/(m・K)以上の熱伝導性を有するTIMが好ましい。
上記良熱伝導体を構成する金属の材質は特に制限されないが、アルミニウム及びこれを含む合金(アルミニウム合金)、銅及びこれを含む合金(黄銅、青銅、アルミ黄銅等)、ニッケル、クロム、チタン、鉄、コバルト、スズ、亜鉛、パラジウム、銀、ステンレス、マグネシウム及びこれを含む合金(マグネシウム合金)、マンガン等が挙げられる。これら金属の中でも、40W/(m・K)以上の熱伝導率を有し、容易に入手できるという観点より、アルミニウム、銅、マグネシウム及びこれらの合金が好ましい。
炭素材料から構成される良熱伝導体としては、グラファイトシート、炭素繊維複合材料等が挙げられるが、高熱伝導性を有するという点で、グラファイトシートが好ましい。グラファイトシートの面方向の熱伝導率は特に限定されないが、高ければ高い程よい。好ましくは500W/(m・K)以上、より好ましくは1,000W/(m・K)以上、さらに好ましくは1,300W/(m・K)以上の熱伝導率を有するグラファイトシートが好ましい。
上記良熱伝導体の厚みは、特に限定されないが、好ましくは5mm以下、より好ましくは3mm以下、さらに好ましくは1mm以下である。良熱伝導体がグラファイトシートの場合、その厚みは好ましくは500μm以下、より好ましくは200μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。厚みが薄い程、軽量化できるため好ましい。
上記良熱伝導体の形状は、特に限定されないが、平板状、曲板状、棒状、筒状、塊状等が挙げられ、これらの組み合わせからなる構造体であってもよい。また、貫通穴、折り曲げ部等を有してもよい。
上記良熱伝導体の表面形状は、特に限定されないが、平板、曲面、凹凸面、尖状部等が挙げられる。
金属製の良熱伝導体(以下、金属製部材ともいう)の表面は、金属製部材と本発明の成形体との接着強度、密着性の観点から、表面処理がなされたものであってもよい。表面処理方法は、特に限定されないが、例えば、特殊薬液や物理的研磨による微細粗化、陽極酸化や有機化合物による皮膜の形成、接着剤等によるプライマーコート等が挙げられる。金属表面処理の例としては、特許第4270446号、特許第4527196号や特許第5302315号に記載の金属表面処理技術等が挙げられる。
金属製部材と本発明の成形体を接合固定する方法としては、インサート成形、接着剤、振動溶着、超音波溶着、熱融着等によって接合させる方法が挙げられる。これらの接合方法の中で、安定生産性や安価に製造できるという観点で、インサート成形、超音波溶着、熱融着、振動溶着による接合方法が好ましい。
振動溶着を行なう場合の振動数は100~300Hz程度が好ましく、超音波溶着を行なう場合の振動数は10~50kHzが好ましい。また総振動回数は振動溶着の場合300~10000回が好ましく、超音波振動の場合は1万~15万回が好ましい。
本発明の成形体は、絶縁性を付与するために、セラミックスや絶縁性を有する樹脂又は樹脂組成物から構成される絶縁性部材と複合化してもよい。安価に絶縁性を付与できるという点で、絶縁性を有する樹脂又は樹脂組成物が好ましい。複合化する方法としては、特に限定されないが、インサート成形や二色成形等の一体成形による方法や、絶縁性部材のみを別途作製した後、接着剤、振動溶着、超音波溶着、熱融着等によって本発明の成形体と複合化する方法等が挙げられる。
図1~図5は、本発明の放熱用構造部材の一実施形態を示すものであり、本発明の放熱用構造部材を限定するものではない。なお、本発明の放熱用構造部材の寸法は特に制限されず、該構造部材の用途や該構造部材に収納される発熱体の種類や放熱挙動等に応じて適宜選択される。また、放熱性をより一層高めるという観点より、本発明の成形体を金属製部材と複合化することができる。
図1は、車載用CCDカメラ収納用放熱筐体1の一実施形態の構成を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のX-X切断面での縦断面図である。放熱筐体1は本発明の熱伝導性樹脂組成物から構成される成形体であり、横方向に延びる断面視でほぼ方形の第1筒体10と、第1筒体10と同軸状に延びるように一体化され、第1筒体10よりも小径の第2筒体11と、第1筒体10の上下方向の一方及び他方の面10a、10bから突出し、互いに隔離して第1筒体10と同じ方向に延びる複数の第1、第2放熱フィン12、13と、を備える。第1筒体10の内部空間10xには車載用CCDカメラが収納され、該CCDカメラは第2筒体11の内部空間11xを介して電気的に結線される。第1、第2筒体10、11の断面形状は方形に限定されず、第1筒体10の内部空間10xに収納される発熱体の形状等に応じて、円形、多角形等、任意の形状とすることができる。また、本実施形態第1、第2放熱フィン12、13の個数はそれぞれ4個であるが、これに限定されず、任意の個数とすることができる。
図2は箱型放熱筐体2の一実施形態の構成を示す模式図であり、(a)は開口部14を下側に向けた状態での斜視図、(b)は(a)のX-X切断面での縦断面図である。放熱筐体2は、本発明の熱伝導性樹脂組成物から構成される成形体であり、一方の面に開口部14を有するほぼ直方体状の本体15と、本体15の開口部14と対向する外表面15aの長手方向両端部近傍に立設され、互いに隔離して本体15の幅方向に延びる放熱フィン16,17と、を備える。箱型放熱筐体2は、例えば自動車LEDランプ用DRL(デイタイムランニングランプ)等を収納するのに用いられる。なお、本体15の内部空間15xに発熱体が収納される。発熱体を電気的に結線する必要がある場合は、例えば、面15aから内部空間15xへの貫通穴(不図示)が適宜形成される。これは、本発明の放熱用構造部材に共通する。
図3は、車載用LEDランプ収納用ヒートシンク3の一実施形態の構成を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のX-X切断面での縦断面図である。ヒートシンク3は、本発明の熱伝導性樹脂組成物から構成される成形体であり、支持板18と、支持板18の一方の表面18aから立設される断面視でほぼ方形の枠体19と、支持板18の他方の面18bから互いに隔離してほぼ平行に垂下するように設けられる複数の放熱フィン20と、を備える。一端及び他端の放熱フィン20a、20bと支持板18との接合部分は、例えば接合強度や放熱速度の向上等の目的で、放熱フィン20a、20bから隣り合う放熱フィン20に向けて突出する断面視でほぼ方形のリブ21a、21bを有する。支持板18と枠体19とで形成される内部空間19aには車載用LEDランプ等の発熱体が収納される。
図4は、別の実施形態に係る車載用LEDランプ収納用ヒートシンク4の構成を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のX-X切断面での断面図である。ヒートシンク4は、リブ21a、21bを有しない以外は、ヒートシンク3と同じ構成を有している。
図5は、他の実施形態のヒートシンク5の構成を示す模式図であり、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)はX-X切断面での断面図である。ヒートシンク5は、例えば金属製部材との複合化が容易であるという特徴を有する。ヒートシンク5は、本発明の熱伝導性樹脂組成物から構成される成形体であり、ほぼ方形の支持板22と、支持板22の一方の表面22aに設けられ、発熱体、金属製部材、もしくは発熱体と金属製部材との複合体(いずれも不図示)が収納されるほぼ方形の凹部23と、凹部23の一方向の両端辺23a、23bから立設され、発熱体、金属製部材、もしくは発熱体と金属製部材のとの複合体を凹部23に固定するための突出部24a、24bと、支持板22の他方の表面22bから互いに隔離して垂下し、先端側に向けて厚みが徐々に薄くなる複数の板状放熱フィン25と、を含む。例えば、発熱体、金属製部材、もしくは上記複合体を凹部23に載置した後、凹部23の両端辺23a、23bを熱、超音波、振動等で熱カシメすることにより、これらを凹部23に固定し、設置することができる。また、発熱体、金属製部材もしくは上記複合体と凹部23との間に、TIMのような熱抵抗を軽減させる放熱材料を設置することにより、放熱性をさらに向上させることができる。放熱フィン25を設けることにより、本発明の熱伝導性樹脂組成物の高熱伝導性と相俟って、発熱体から発生する熱を極めて効率良く放熱することができる。本実施形態のヒートシンク5の全体的な立体形状は四角柱状となっているが、これに限定されず、ヒートシンクの用途に応じて、球、四角柱以外の多角柱、円柱、楕円柱等の任意の形状とすることができる。また、凹部23の平面形状も特に限定されず、円形、楕円形、四角形以外の多角形等とすることができる。また、放熱フィン25の数も限定されない。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの形状は、特に限定されず、代表的な形態を図6に示す。(a)は斜視図、(b)は断面図である。本実施形態のヒートシンクは、ヒートシンクの基盤28と、ヒートシンクのフィン29から構成され、基盤28の上面には回路基板27とLEDモジュール26が配置される。ヒートシンクのフィン29は、互いに平行に配置された複数の平板状部材からなり、各々がヒートシンクの基盤28の下面から垂直方向に伸長している。このヒートシンクでは、ヒートシンクの基盤部の厚み方向の熱伝導率を高めることで、発熱体であるLEDモジュールの熱をフィン部に効率よく伝え、放熱性を向上できる。
ヒートシンクを製造する際にヒートシンクの厚みに対して狭いゲート(流入口)から金型キャビティ内に樹脂を流入させること、すなわち、ヒートシンクに形成されたゲート痕の厚みに対する該ヒートシンクの厚み比(ヒートシンクの厚み/ゲート痕の厚み比)が2以上となる条件で設計することが好ましく、より好ましくは3以上であり、さらに好ましくは5以上である。ヒートシンクの厚み/ゲート痕の厚み比が2以上であることにより、無機充填材(B)を成形体の厚み方向に配向させることができ、ヒートシンクの厚み方向の熱伝導率がより効率的に高められる。この製品設計は、ヒートシンクの形状に限定されず、フィンの有無に関わらず、全ての形状に適用できる。ここで、ゲート痕の厚みとは、ゲート痕の径も含む。また、ヒートシンクの厚みとは、フィン部以外の厚みを示し、特に限定されないが、好ましくヒートシンクの基盤部の厚みである。
ゲートの種類は特に限定されず、例えばダイレクトゲート、サイドゲート、ピンポイントゲート、フィルムゲート、ディスクゲート、リングゲート、ファンゲート、タブゲート、サブマリンゲート、ホットランナーゲートが挙げられるが、無機充填材(B)の配向をヒートシンクの厚み方向により配向させやすいという観点で、ピンポイントゲート、フィルムゲートが好ましい。
ゲート痕の設置箇所は特に限定されないが、放熱性、成形性の観点よりフィン部以外の箇所にゲート痕を設置することが好ましい。
ゲート痕の数は特に限定されないが、放熱性、成形性の観点より2つ以上が好ましい。ゲート痕の数が二つ以上の場合、樹脂が充填される際に発生するウェルド部の厚み方向の熱伝導率を高めることができ、LEDモジュールの熱をフィンに効率よく伝えることができる。ゲート痕を2つ以上設置する場合、成形性の観点よりヒートシンクに対してできるだけ対称的な箇所に設置することが好ましい。
自動車用LEDランプヒートシンクの大きさは、特に限定されないが、使用するランプ用途の種類によって、LEDの消費電力が異なり、放熱に必要なヒートシンクの大きさは異なる。リアランプ用ヒートシンクにおける最長の辺の長さは100mm以下であり、好ましくは70mm以下であり、より好ましくは50mm以下であり、さらに好ましくは40mm以下である。フロントランプ用ヒートシンクにおける最長の辺の長さは200mm以下であり、好ましくは120mm以下であり、より好ましくは80mm以下であり、さらに好ましくは50mm以下である。ヘッドランプ用ヒートシンクにおける最長の辺の長さは300mm以下であり、好ましくは200mm以下であり、より好ましくは100mm以下であり、さらに好ましくは80mm以下である。
ヒートシンクの基盤部の厚みは、特に限定されないが、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下、さらに好ましくは3mm以下、特に好ましくは2mm以下である。基盤部の厚みが10mmを超える場合、LEDモジュールの熱を効率よくヒートシンクのフィンに伝えられない場合がある。
ヒートシンクのフィン部の高さは、特に限定されないが、放熱性を向上できるという観点で、高さは高い程好ましい。その場合、フィン部の面方向の熱伝導率は基盤部の面方向の熱伝導率より高い程好ましく、それを実施するための形状として、ヒートシンクの基盤部の厚みに対するヒートシンクのフィン部の厚み比は、1以下が好ましい。フィンの厚みが均一でない場合、フィンの根元部の厚みを採用して、上記厚み比を算出する。

(製造方法)
本発明の熱伝導性樹脂組成物の製造方法としては特に限定されるものではない。例えば、上述した成分や添加剤等を乾燥させた後、単軸、2軸等の押出機のような溶融混練機にて溶融混練することにより製造することができる。混練温度は、熱可塑性樹脂(A)の種類に応じて選択される。また、配合成分が液体である場合は、液体供給ポンプ等を用いて溶融混練機に途中添加して製造することもできる。 本発明の熱伝導性樹脂組成物を成形する方法としては特に限定されず、例えば、射出成形、押出成形(シート押出、異形押出)、2色成形、中空成形、圧縮成形、真空成形、発泡成形、ブロー成形、トランスファー成形等が挙げられる。成形が簡便な観点において、射出成形、押出成形、トランスファー成形が好ましい。
次に、本発明について、製造例、実施例、参考例及び比較例を挙げさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに制限されるものではない。
樹脂組成物の調製に用いる原料成分を以下に示す。
熱可塑性樹脂(A):
ポリエチレンテレフタレート(A-1):三菱化学社製 ノバペックス(商標)PBKII(商品名)、数平均分子量28,000
ポリエステル-ポリエーテル共重合体(A-2):ポリエステル-ポリエーテル共重合体としては、以下の方法で製造したものを使用した。すなわち、攪拌機、ガス排出出口を備えた反応器に、アンチモン系触媒で製造されたアンチモン金属濃度200重量ppmのポリエチレンテレフタレート(PET)(IV=0.65のもの)70重量部、PET及びポリエーテルに対して160ppmとなる三酸化アンチモン、及び酸化防止剤(チバ・スペシャリティーケミカルズ製のイルガノックス(商標)1010)0.2重量部、以下で説明するビスオール18ENであるポリエーテル30重量部を仕込んだ後、270℃で2時間保持した後、真空ポンプで減圧し、1torr、3時間保持後とりだし、ポリエステル-ポリエーテル共重合体を得た。得られたポリエステル-ポリエーテル共重合体の数平均分子量は、25,400であった。前記ビスオール18ENは、前記一般式(2)の構造における(m+n)の数平均が18のものである。
ポリブチレンテレフタレート(A-3):三菱エンジニアプラスチックス社製 5008L(商品名)、数平均分子量19,000
無機充填剤(B):
(B-1):鱗片状黒鉛、中越黒鉛工業所社製 CPB-80(商品名)、熱伝導率200W/(m・K)、体積平均粒子径300μm、固定炭素量99.9質量%、アスペクト比100
(B-2):鱗片状黒鉛、中越黒鉛工業所社製 BF-40AK(商品名)、熱伝導率200W/(m・K)、体積平均粒子径50μm、固定炭素量99.9質量%、アスペクト比30
(B-3):タルク、日本タルク社製 タルクMS-KY(商品名)、熱伝導率4W/(m・K)
(B-4):酸化マグネシウム、宇部マテリアルズ社製 RF-50-SC(商品名)、熱伝導率40W/(m・K)
結晶化促進剤(C):
(C-1):ポリエステルオリゴマー、大日本インキ化学工業社製 ポリサイザーA-55、数平均分子量3,000
(C-2):ポリエチレングリコールジベンゾエート、三洋化成工業社製 EB-400
(C-3):有機系窒素化合物、ADEKA社製 アデカスタブNA-05(商品名)
添加剤(D):
(D-1):カルボジイミド化合物、日清紡社製 カルボジライト(商標)LA-1(商品名)
(D-2):エポキシ化合物、ADEKA社製 アデカスタブ(商標)EP-13(商品名)
(D-3):エポキシ化合物、住友化学社製 ボンドファースト(商標)E(商品名)
補強剤(E):ガラス繊維、日本電気硝子株式会社製 T187H/PL(商品名)、単体での熱伝導率1.0W/(m・K)、繊維直径13μm、数平均繊維長3.0mm
難燃剤(F):アルベマール社製 臭素系難燃剤SAYTEX7010P(商品名)
難燃助剤(G):日本精鉱社製 三酸化アンチモンPATOX-P(商品名)
[評価方法]

数平均分子量:用いた熱可塑性樹脂(A)をp-クロロフェノール(東京化成工業製)とトルエンの体積比3:8混合溶媒に0.25重量%濃度となるように溶解して試料を調製した。標準物質はポリスチレンとし、同様の試料溶液を調製した。高温GPC(Viscotek社製 350 HT-GPC System)にてカラム温度:80℃、流速1.00mL/minの条件で測定した。検出器としては、示差屈折計(RI)を使用した。
押出混練温度:熱伝導性樹脂組成物は、押出溶融混練によって作製されるが、その際の押出混練温度は熱可塑性樹脂(A)によって異なり、表1に示す押出バレル温度で押出混練を行った。
成形加工条件:評価するために使用する成形体を成形加工により製造する際の温度は、熱可塑性樹脂(A)によって異なり、表1に示すシリンダー温度及び金型温度に設定して射出成形を行い、成形体を得た。また、射出速度150mm/s、射出圧力150MPaに固定して射出成形を行った。
黒鉛の体積平均粒子径:マイクロトラック粒度分布測定装置(日機装社製 MICROTRAC MT3300EXII)を用いて、水溶媒中に黒鉛粒子を投入した後、60秒間超音波振動させた後、測定を行った。成形加工後の黒鉛粒子の体積平均粒子径については、射出成形によって作製したφ26mm×1mm厚の成形体を620℃で1時間焼成した後、成形体中に含まれる黒鉛粒子のみを取り出し、測定を行った。
黒鉛のアスペクト比:走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製 JSM-6060LA)を用いて、黒鉛粒子100個の最長径及び最短径の各平均値を用いて算出した。成形加工後の黒鉛粒子のアスペクト比については、φ26mm×1mm厚の成形体を用いて同様の方法で算出した。
熱伝導率:得られた熱伝導性樹脂組成物のペレットを用いて、射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si-15IV]にて、φ26mm×1mm厚の成形体を作製し、ASTM E1461規格に準拠して、レーザーフラッシュ法熱伝導率測定装置(NETZSCH社製 LFA447)により、室温大気中における面方向と厚み方向の熱伝導率を測定した。 比重:φ26mm×1mm厚の成形体を用いて、ISO1183規格に準拠して、水中置換法にて比重を測定した。
結晶化度:射出成形によって作製したφ26mm×1mm厚のサンプルを、示差走査熱量計(エスアイアイナノテクロジー社製 DSC7020)を用いて、窒素雰囲気下、25℃から300℃まで10℃/分の速度で昇温した。この昇温時に得られたサーモグラフ曲線の発熱ピーク値から熱可塑性樹脂(A)の結晶化度を求めた。
成形加工性:得られた熱伝導性樹脂組成物のペレットを用いて、射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si-30IV]において、熱可塑性樹脂の種類に応じて表1に示すシリンダー温度、及び金型温度に設定し、射出圧力150MPa、及び射出速度150mm/sにて、10mm幅×1mm厚(ピッチ5mm)のスパイラル状の管(金型)に、その中心から樹脂充填を行なった。その際、溶融樹脂の流動長を測定し、次のように成形加工性を判断した。○:流動長が120mm以上、△:流動長が80~120mm、×:流動長が80mm未満。
耐熱性、HDT(高荷重):射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si-30IV]にて、80mm×40mm×4mm厚みの試験片を作製し、ISO75規格に準拠して、1.82MPaの荷重下での荷重撓み温度(HDT)を測定した。
長期耐熱性:小型高温チャンバー(ESPEC社製、ST-120)を用いて、80mm×40mm×4mm厚みの試験片を大気中、150℃雰囲気下で2000h放置した。試験前後の試験片の曲げ強度をISO178規格に準拠して測定し、曲げ強度保持率(2000時間放置後の曲げ強度/初期の曲げ強度)を算出した。
放射率:放射率測定器(ジャパンセンサー社製 TSS-5X)を用いて、80mm×40mm×4mm厚みの成形体の放射率を測定した。
フォギング性:射出成形によって作製したφ26mm×1mm厚のサンプルを、23℃、湿度50%雰囲気下で1週間放置した後、ガラス管(外径80mm×高さ180mm、開口部の外径60mm)の中に、サンプルを3枚いれ、ガラス管の開口部上にガラス板を載せ、ガラス管とガラス板間の隙間を埋めるためラップでシールをした。このガラス管を120℃のオイルバスに24時間浸け、この際に発生したガスをガラス板に付着させた。その後、このガラス板を濁度計(日本電色工業社製NDH-300A)にてヘイズ値(曇り)を測定し、次のようにフォギング性の判定をした。○:ヘイズ値が5%未満、△:ヘイズ値が5~10%、×:ヘイズ値が10%以上。ヘイズ値は小さいほどガラス板の曇りが少なくフォギング性に優れており、ヘイズ値が大きいほどガラス板が曇り、フォギング性に劣る。
燃焼性:以下に示すUL94規格の規定に準じて行った。80mm×40mm×4mm厚みの試験片の上端をクランプで止めて試験片を垂直に固定し、下端に所定の炎を10秒間当てて離し、試験片の燃焼時間(1回目)を測定する。消火したら直ちに再び下端に炎を当てて離し、試験片の燃焼時間(2回目)を測定する。5片について同じ測定を繰り返し、1回目燃焼時間のデータ5個と、2回目燃焼時間のデータ5個の、計10個のデータを得る。10個のデータの合計をT、10個のデータのうち最大値をMとする。Tが50秒以下、Mが10秒以下でクランプまで燃え上がらず、炎のついた溶融物が落ちて12インチ下の木綿に着火するようなことがなければV-0相当、Tが250秒以下、Mが30秒以下でその他はV-0と同様の条件を満たせばV-1相当となる。難燃剤を含まない熱伝導性樹脂組成物については、燃焼性をすべてHBとして記載する。
Figure 0007089876000004


[実施例1~8、10~14、参考例9、15、16]
熱可塑性樹脂(Aー1)~(A-3)を、熱風乾燥機を用いて140℃で4時間乾燥し、表2に示す重量比率となるように表2記載の各成分を混合したものを準備した。これに、フェノール系安定剤(株式会社ADEKA製AO-60)およびリン系酸化防止剤(株式会社ADEKA製アデカスタブ(商標)PEP-36)を樹脂組成物100重量部に対してそれぞれ0.3重量部加えた。この混合物を、株式会社テクノベル製25mm同方向回転完全噛合型二軸押出機MFU25TW-60HG-NH-1300を用いて、吐出量20kg/h、スクリュー回転数150rpm、押出バレル温度を表1に示す温度に設定して溶融混練することで、樹脂組成物のペレットを得た。
得られた樹脂組成物のペレットから射出成形によって成形体を作製し、各種評価を行なった。成形体中に含まれる黒鉛粒子の体積平均粒子径とアスペクト比、及び各種物性値を表2に示す。
[比較例1~5]
表3に示す配合処方に変更した以外は、実施例1と同様にした。成形体中に含まれる黒鉛粒子の体積平均粒子径とアスペクト比、及び各種物性値を表3に示す。
Figure 0007089876000005
Figure 0007089876000006



実施例1と比較例1を比較すると、結晶化促進剤を添加することで、熱可塑性樹脂(A)の結晶化度が向上し、熱伝導率の値が高くなっていることが分かる。また、実施例1ではフォギング性も良好であり、耐熱性など他の物性も保持していることが分かる。実施例2と比較例2の比較、実施例7と比較例3、参考例15と比較例4、及び、参考例16と比較例5の比較からも同様のことが言える。また、実施例8と実施例12の比較より、熱可塑性樹脂(A)においてポリエチレンテレフタレートとポリブチレンテレフタレートを併用することで、熱可塑性樹脂(A)の結晶化度をさらに高め、熱伝導率を向上できるとともに、成形加工性も向上することが分かる。
無機充填剤(B)の種類については、高熱伝導性を有する黒鉛を用いることで熱伝導性がより大きく増加しており、本発明の効果をより顕著に発現させることができると言える。黒鉛については、実施例2と実施例6の比較より、溶融混練前の黒鉛の体積平均粒子径が201μm以上という大粒子径の黒鉛を使用することで、成形加工後の樹脂組成物中に含まれる黒鉛粒子の粒子径は高く保持され、熱伝導率と成形加工性が向上することが分かる。
[実施例17~19]
ヒートシンクの放熱性の確認を行った。実施例2、3、及び7で得られた熱伝導性樹脂組成物のペレットから、射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si-100]を用いて、図7(a)~(c)に記載のヒートシンクを作製した。図7に記載のヒートシンクの上面部に設けた凹部全面に、2W/(m・K)の熱伝導率を有するサーマルインターフェイスマテリアルを厚み0.1mm以下になるように均一に塗布した後、その上面に、20mm×20mm×厚み1mmのアルミ板を設置した。設置後、ヒートシンクのリブ部を超音波溶着し、アルミ板を固定した後、アルミ板の中心に5mm×5mm×厚み2mmの発熱体を設置した。ヒートシンクのフィンが下になるように固定し、20℃雰囲気下、発熱体に10W印加した。2時間放置後、発熱体の温度を測定した。各発熱体の温度を表4に示す。
[比較例6、7]
表4に示す配合処方に変更した以外は、実施例17と同様にした。各発熱体の温度を表4に示す。
Figure 0007089876000007


実施例17と比較例6、及び実施例19と比較例7より、結晶促進剤を添加することで熱伝導率は高く、発熱体の温度も低く、放熱性が向上していることが分かる。また、実施例はいずれの場合も、発熱体の温度が100℃以下を示し、優れた放熱性を有していることが分かる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物は、優れた熱伝導性、及び成形加工性を有し、比重が低いため、発熱が課題となる用途において、金属の代替物として使用することができる。本発明の熱伝導性樹脂組成物からは、形状の自由度が高く、容易かつ安価に軽量な成形体を得ることができる。また、本発明の熱伝導性樹脂組成物は、電磁シールド性にも優れており、電磁遮蔽性が要求される用途にも好適である。さらに本発明の熱伝導性樹脂組成物は高耐熱性、及びフォギング性を有しており、放熱筐体、放熱シャーシ、自動車用LEDランプヒートシンク等、様々な用途に好適である。
1 カメラ収納用放熱筐体
2 箱型放熱筐体
3、4 LEDランプ収納用ヒートシンク
5 ヒートシンク
10 第1筒体
11 第2筒体
12 第1放熱フィン
13 第2放熱フィン
14 開口部
15 本体
16、17 放熱フィン
18 支持板
19 枠体
20 放熱フィン
21a、21b リブ
22 支持板
23 凹部
24a、24b 突出部
25 板状放熱フィン
26 LEDモジュール
27 回路基板
28 ヒートシンクの基盤
29 ヒートシンクのフィン
30 ヒートシンク上面部
31 リブ

Claims (7)

  1. (A)熱可塑性樹脂30~90質量%、(B)1W/(m・K)以上の熱伝導率を有する無機充填剤9~69質量%、及び、(C)結晶化促進剤0.05~10質量%を少なくとも含有する熱伝導性樹脂組成物であって
    前記熱伝導性樹脂組成物の成形体の比重1.4~2.0であり、且つ、前記熱伝導性樹脂組成物から成形体を作製する際に溶融樹脂が流動する方向である、成形体の面方向の熱伝導率が1W/(m・K)以上であり、
    前記熱可塑性樹脂(A)が、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、及びポリエステル-ポリエーテル共重合体からなる群より選ばれる1種以上であり、前記無機充填剤(B)が、体積平均粒子径が10~700μm、固定炭素量が98質量%以上、アスペクト比が21以上の鱗片状黒鉛であり、
    前記結晶化促進剤(C)が有機系結晶化促進剤であり、
    前記有機系結晶化促進剤が、数平均分子量200~10,000のエステル化合物であり、
    該エステル化合物が、ポリエステルオリゴマー及び/又はポリエチレングリコールジベンゾエートを含み、
    前記ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、及びポリエステル-ポリエーテル共重合体の数平均分子量が12,000~70,000であることを特徴とする熱伝導性樹脂組成物。
  2. 前記鱗片状黒鉛が、天然黒鉛であることを特徴とする、請求項1に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  3. さらに、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物、及びオキサゾリン化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種以上の化合物を0.01~5質量%含有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱伝導性樹脂組成物。
  4. 請求項1~3の何れか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物を製造する方法であって、
    各成分を溶融混練して前記熱伝導性樹脂組成物を製造する工程を含み、
    前記無機充填剤(B)が鱗片状黒鉛であり、
    当該溶融混練前の鱗片状黒鉛の体積平均粒子径が201~700μm、固定炭素量が98質量%以上、アスペクト比が21以上である、方法。
  5. 請求項1~3の何れか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物にて構成されていることを特徴とする放熱筐体。
  6. 請求項1~3の何れか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物にて構成されていることを特徴とする放熱シャーシ。
  7. 請求項1~3の何れか一項に記載の熱伝導性樹脂組成物にて構成されていることを特徴とする自動車用LEDランプヒートシンク。
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