JP7249630B2 - THERMALLY CONDUCTIVE BEADS, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, RESIN COMPOSITION AND MOLDED PRODUCT - Google Patents

THERMALLY CONDUCTIVE BEADS, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, RESIN COMPOSITION AND MOLDED PRODUCT Download PDF

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Description

本発明は、熱伝導性ビーズ、その製造方法、樹脂組成物及び成形体に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to thermally conductive beads, methods for producing the same, resin compositions, and molded articles.

樹脂等の有機ポリマー系材料は、金属やセラミックスなどの無機物に比べて比重が小さいという特性を有している。このような特性を活かし、電子機器や輸送機器等の種々の分野において、軽量化を目的として無機物からなる部材を有機ポリマー系材料に置き換える技術が提案されている。 Organic polymer materials such as resins have the characteristic of having a smaller specific gravity than inorganic materials such as metals and ceramics. Taking advantage of these characteristics, in various fields such as electronic equipment and transportation equipment, techniques have been proposed to replace inorganic materials with organic polymer materials for the purpose of weight reduction.

例えばパーソナルコンピュータ、携帯端末、自動車、LED照明等に搭載される電子部品や電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載されるモータ等の発熱体においては、発熱体から発生する熱を効率よく放熱することが望まれている。しかし、有機ポリマー系材料は、無機材料に比べて熱伝導性が低いという問題がある。そこで、有機ポリマー系材料中に熱伝導性の高い充填材を添加することにより、軽量かつ熱伝導性の高い組成物を得ようとする試みが広く行われている。 For example, in a heat generator such as a motor mounted in an electronic component mounted in a personal computer, a mobile terminal, an automobile, an LED lighting, etc., an electric vehicle, a hybrid vehicle, etc., it is possible to efficiently dissipate the heat generated from the heat generator. Desired. However, organic polymer-based materials have a problem of lower thermal conductivity than inorganic materials. Attempts have therefore been made to obtain a lightweight and highly thermally conductive composition by adding a highly thermally conductive filler to an organic polymer material.

この種の組成物には、薄片状や棒状等の、いわゆる形状異方性を有する微粒子が充填材として使用されることがある。形状異方性を有する微粒子は、組成物内において互いに接触することにより組成物中に熱の経路を形成し、組成物の熱伝導性を向上させることができる。 In this type of composition, fine particles having so-called shape anisotropy, such as flaky or rod-like particles, are sometimes used as fillers. Fine particles having shape anisotropy can form heat paths in the composition by contacting each other in the composition, thereby improving the thermal conductivity of the composition.

例えば特許文献1には、熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散された充填材とを含む、熱伝導性シート用樹脂組成物が記載されている。特許文献1の充填材には、(a)中心部に空隙が形成されており、(b)前記空隙から出発して前記二次凝集粒子の外表面に連通する連通孔が形成されており、(c)前記空隙の平均空隙径に対する前記連通孔の平均孔径の比が0.05以上1.0以下である二次凝集粒子が含まれている。また、この二次凝集粒子は、鱗片状を呈する六方晶型窒化ホウ素の一次粒子により構成されている。 For example, Patent Literature 1 describes a resin composition for thermally conductive sheets containing a thermosetting resin and a filler dispersed in the thermosetting resin. In the filler of Patent Document 1, (a) voids are formed in the central portion, and (b) communicating holes are formed starting from the voids and communicating with the outer surfaces of the secondary aggregated particles, (c) contains secondary aggregated particles in which the ratio of the average pore diameter of the communicating pores to the average pore diameter of the pores is 0.05 or more and 1.0 or less; In addition, the secondary agglomerated particles are composed of scale-like primary particles of hexagonal boron nitride.

特開2016-94599号公報JP 2016-94599 A

特許文献1の樹脂組成物を射出成形や移送成形等の方法によって成形する場合、成形中の組成物の流動によって二次凝集粒子がせん断力を受け、二次凝集粒子が崩壊することがある。二次凝集粒子の崩壊によって生じた一次粒子やその凝集物は、一次粒子の長径方向、つまり、外寸法が最大となる方向が組成物の流れに沿うように配向しやすい。そのため、射出成形等によって得られる成形体の内部には、組成物の流動方向に沿った熱の経路がより形成されやすくなる。以上の結果、特許文献1の樹脂組成物からなる成形体の熱伝導性が等方的ではなくなり、所望の熱伝導特性を得られなくなるおそれがある。 When the resin composition of Patent Document 1 is molded by a method such as injection molding or transfer molding, the secondary aggregated particles are subjected to shear force due to the flow of the composition during molding, and the secondary aggregated particles may collapse. The primary particles and their aggregates produced by the collapse of the secondary aggregate particles tend to be oriented so that the major diameter direction of the primary particles, that is, the direction in which the outer dimension is maximized, follows the flow of the composition. Therefore, a heat path along the flow direction of the composition is more likely to be formed inside the molded article obtained by injection molding or the like. As a result of the above, the thermal conductivity of the molded article made of the resin composition of Patent Document 1 is no longer isotropic, and desired thermal conductivity properties may not be obtained.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、熱伝導性に優れるとともに、等方的な熱伝導性を有する成形体を作製可能な熱伝導性ビーズ、その製造方法、この熱伝導性ビーズを備えた樹脂組成物及び成形体を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of this background. An object of the present invention is to provide a resin composition having beads and a molded article.

本発明の一参考態様は、硬化性ポリマーの硬化物からなる樹脂部と、
前記樹脂部よりも熱伝導率が高く、形状異方性を有し、前記樹脂部に保持された充填材と、を含み、
球状を呈する熱伝導性ビーズであって、
前記熱伝導性ビーズの表面に、長軸が前記表面に沿うように前記充填材が配向した配向層を有している、熱伝導性ビーズにある。
One reference embodiment of the present invention is a resin part made of a cured product of a curable polymer,
a filler that has higher thermal conductivity than the resin portion, has shape anisotropy, and is held by the resin portion;
Thermally conductive beads having a spherical shape,
The thermally conductive bead has an orientation layer on the surface of the thermally conductive bead, in which the filler is oriented such that the long axis extends along the surface.

本発明の一態様は、前記の態様の熱伝導性ビーズの製造方法であって、
前記充填材と未硬化の前記硬化性ポリマーとを含み球状を呈するとともに、その表面に、長軸が前記表面に沿うように前記充填材が配向した配向層を備えた未硬化ビーズを作製するビーズ作製工程と、
前記未硬化ビーズ中の前記硬化性ポリマーを硬化させる硬化工程と、を有しており、
前記ビーズ作製工程は、
前記充填材と前記硬化性ポリマーとの混合物からなるビーズ前駆体を作製する造粒工程と、
自転公転型ミキサーを用いて前記ビーズ前駆体を球状に成形しつつ、前記ビーズ前駆体の表面に存在する前記充填材を、長軸が前記ビーズ前駆体の表面に沿うように配向させる充填材整列工程と、を有している、熱伝導性ビーズの製造方法にある。
One aspect of the present invention is a method for producing a thermally conductive bead according to the aspect described above,
A bead for producing an uncured bead having a spherical shape containing the filler and the uncured curable polymer, and having an orientation layer on the surface thereof in which the filler is oriented such that the long axis is along the surface. a manufacturing process;
curing the curable polymer in the uncured beads ;
The bead production step includes:
a granulation step of making a bead precursor consisting of a mixture of the filler and the curable polymer;
Filler alignment for orienting the filler existing on the surface of the bead precursor such that the long axis is along the surface of the bead precursor while shaping the bead precursor into a spherical shape using a rotation-revolution mixer. A method for producing thermally conductive beads, comprising the steps of:

前記熱伝導性ビーズの表面には、長軸が前記表面に沿うように前記充填材が配向した配向層が設けられている。熱伝導性ビーズの表面の充填材をこのように配向させることにより、配向層内に、充填材同士が連なってなる熱の経路を容易に形成することができる。そのため、前記熱伝導性ビーズは、配向層に沿って熱を効率よく伝達することができる。更に、熱伝導性ビーズ同士を接触させることにより、隣接する熱伝導性ビーズに配向層を介して熱を効率よく伝達することができる。 An orientation layer is provided on the surface of the thermally conductive bead, in which the filler is oriented such that the long axis extends along the surface. By orienting the fillers on the surfaces of the thermally conductive beads in this manner, heat paths in which the fillers are connected to each other can be easily formed in the orientation layer. Therefore, the thermally conductive beads can efficiently transfer heat along the alignment layer. Furthermore, by bringing the thermally conductive beads into contact with each other, heat can be efficiently transferred to the adjacent thermally conductive beads via the orientation layer.

また、熱伝導性ビーズの充填材は、硬化性ポリマーの硬化物からなる樹脂部に保持されている。そのため、せん断力などの外力が加わった場合に、熱伝導性ビーズの崩壊を抑制し、配向層における充填材の配向状態を維持することができる。 Also, the filler of the thermally conductive beads is held in the resin portion made of a cured product of a curable polymer. Therefore, when an external force such as a shearing force is applied, collapse of the thermally conductive beads can be suppressed, and the orientation state of the filler in the orientation layer can be maintained.

更に、前記熱伝導性ビーズは球状であるため、射出成形等の樹脂組成物の流動を伴う成形方法によって前記熱伝導性ビーズを含む樹脂組成物を成形した場合に、樹脂組成物中に熱伝導性ビーズを等方的に分散させることができる。それ故、前記熱伝導性ビーズを含む成形体内には、配向層を含む熱の経路が等方的に形成されやすい。 Furthermore, since the thermally conductive beads are spherical, when the resin composition containing the thermally conductive beads is molded by a molding method such as injection molding that involves the flow of the resin composition, heat conduction in the resin composition does not occur. The beads can be isotropically dispersed. Therefore, a heat path including the orientation layer is likely to be isotropically formed in the molding including the thermally conductive beads.

以上の結果、前記熱伝導性ビーズは、熱伝導性に優れるとともに、等方的な熱伝導性を有する成形体を作製することができる。 As a result of the above, the thermally conductive beads are excellent in thermal conductivity and can produce a molded article having isotropic thermal conductivity.

また、前記の態様の製造方法によれば、前記配向層を備えた熱伝導性ビーズを容易に作製することができる。 Moreover, according to the manufacturing method of the above aspect, the thermally conductive beads having the alignment layer can be easily manufactured.

図1は、実施例1における、熱伝導性ビーズの要部を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a main part of a thermally conductive bead in Example 1. FIG. 図2は、充填材の配向角の算出方法を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of calculating the orientation angle of the filler. 図3は、製造例1の熱伝導性ビーズの光学顕微鏡像の一例である。3 is an example of an optical microscope image of the thermally conductive beads of Production Example 1. FIG. 図4は、実施例1における、熱伝導性ビーズの作製に用いる自転公転型ミキサーの要部を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing the essential parts of a rotation-revolution mixer used for producing thermally conductive beads in Example 1. FIG. 図5は、製造例1の熱伝導性ビーズにおける断面の電子顕微鏡像である。5 is an electron microscope image of a cross section of the thermally conductive beads of Production Example 1. FIG. 図6は、実施例2における、熱伝導性ビーズを含む成形体の要部を示す一部断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a main part of a molded body containing thermally conductive beads in Example 2. FIG. 図7は、実施例2における、試験体T3の要部を示す一部断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a main part of the test body T3 in Example 2. FIG. 図8は、実施例2における、試験体T4の要部を示す一部断面図である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the main part of the test body T4 in Example 2. FIG.

A.熱伝導性ビーズ
前記熱伝導性ビーズは、硬化性ポリマーの硬化物からなる樹脂部と、樹脂部に保持された充填材と、を有している。
A. Thermally Conductive Bead The thermally conductive bead has a resin portion made of a cured product of a curable polymer and a filler held in the resin portion.

・樹脂部
樹脂部に用いられる硬化性ポリマーは、未硬化の状態において流動性を有し、硬化後に固体となる特性を有している。硬化性ポリマーは、加熱によって硬化する熱硬化性ポリマー、光照射によって硬化する光硬化性ポリマー、湿気によって硬化する湿気硬化性ポリマーのいずれであってもよい。硬化性ポリマーとしては、具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、オキサジン樹脂、ビスマレイミド樹脂及びトリアジン樹脂等を使用することができる。また、硬化性ポリマーとしては、これらのポリマーのうち1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
·Resin part The curable polymer used in the resin part has fluidity in an uncured state and has a property of becoming solid after curing. The curable polymer may be a thermosetting polymer that is cured by heating, a photocurable polymer that is cured by light irradiation, or a moisture-curable polymer that is cured by moisture. Specific examples of curable polymers that can be used include epoxy resins, phenol resins, melamine resins, urea resins, unsaturated polyester resins, alkyd resins, oxazine resins, bismaleimide resins and triazine resins. As the curable polymer, only one kind of these polymers may be used, or two or more kinds thereof may be used in combination.

・充填材
前記熱伝導性ビーズにおける充填材は、形状異方性を有するとともに、樹脂部よりも高い熱伝導率を有している。ここで、充填材が「形状異方性を有する」とは、充填材の短径Sf[μm]、つまり、種々の方向において測定した充填材の外寸法のうち最も小さな外寸法の値に対する長径Lf[μm]、つまり、最も大きな外寸法の値の比Lf/Sfの値が3以上であることをいう。形状異方性を有する充填材には、例えば、厚みに比べて長さあるいは幅が十分に広い薄片状や鱗片状と呼ばれる形状、及び、太さに比べて長さが十分に長い棒状や繊維状と呼ばれる形状等が含まれる。
-Filler The filler in the thermally conductive beads has shape anisotropy and thermal conductivity higher than that of the resin portion. Here, the filler "has shape anisotropy" means that the minor diameter Sf [μm] of the filler, that is, the value of the smallest outer dimension among the outer dimensions of the filler measured in various directions It means that the major axis L f [μm], that is, the value of the ratio L f /S f of the largest outer dimension value is 3 or more. Fillers having shape anisotropy include, for example, flake-like or scale-like shapes whose length or width is sufficiently wider than thickness, and rod-like or fiber-like shapes whose length is sufficiently long compared to thickness. A shape called a shape is included.

f/Sfの値は、1000以下であることが好ましい。Lf/Sfの値が過度に大きい場合、つまり、充填材の長径が短径に対して過度に長い場合には、熱伝導性ビーズの作製過程において充填材同士が絡まりやすくなり、前記未硬化ビーズを球状に成形することが難しくなるおそれがある。Lf/Sfの値を1000以下とすることにより、かかる問題を回避し、球状の熱伝導性ビーズを容易に作製することができる。 The value of L f /S f is preferably 1000 or less. When the value of L f /S f is excessively large, that is, when the major axis of the filler is excessively long relative to the minor axis, the fillers tend to get entangled with each other during the production process of the thermally conductive beads. It can be difficult to mold the cured beads into a spherical shape. By setting the value of L f /S f to 1000 or less, such a problem can be avoided and spherical heat conductive beads can be easily produced.

球状の熱伝導性ビーズをより容易に作製する観点からは、充填材の長径Lfは1mm未満であることが好ましい。 From the viewpoint of making spherical thermally conductive beads more easily, the major axis L f of the filler is preferably less than 1 mm.

充填材の長径Lf[μm]と、前記熱伝導性ビーズの直径Db[μm]との比 b /L f の値は、10以上1000以下であることが好ましく、20以上500以下であることがより好ましい。この場合には、熱伝導性ビーズの作製過程において、表面近傍に存在する充填材をより容易に所望の方向に配向させることができる。また、この場合には、配向層内の充填材同士をより容易に接触させ、配向層内により多くの熱の経路を形成することができる。その結果、熱伝導性ビーズの熱伝導性をより向上させることができる。 The ratio D b /L f of the major diameter L f [μm] of the filler to the diameter D b [μm] of the thermally conductive beads is preferably 10 or more and 1000 or less, and 20 or more and 500 or less. It is more preferable to have In this case, the filler present near the surface can be more easily oriented in a desired direction in the process of producing the thermally conductive beads. Also, in this case, the fillers in the alignment layer can be brought into contact with each other more easily, and more heat paths can be formed in the alignment layer. As a result, the thermal conductivity of the thermally conductive beads can be further improved.

充填材は、樹脂部よりも高い熱伝導率を備えた物質から構成されていることが好ましい。充填材としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブなどの炭素系材料、六方晶型窒化ホウ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、炭化ケイ素などのセラミックス材料、銅、銀、金などの金属材料、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)繊維、セルロースナノファイバなどの高結晶性有機繊維などから選択される1種または2種以上の物質を採用することができる。 It is preferable that the filler be made of a material having a higher thermal conductivity than the resin portion. Examples of fillers include carbon-based materials such as graphite, carbon fibers, and carbon nanotubes; ceramic materials such as hexagonal boron nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, magnesium oxide, and silicon carbide; and copper, silver, and gold. , PBO (polyparaphenylenebenzoxazole) fibers, highly crystalline organic fibers such as cellulose nanofibers, and the like.

また、充填材は、熱的に等方な物質、つまり、どの方向にも同程度に熱を伝えることができる物質から構成されていてもよいし、熱的異方性を有する物質、つまり、特定の方向に熱が伝わりやすい性質を有する物質から構成されていてもよい。充填材が熱的異方性を有する物質から構成されている場合、充填材の長径方向と、熱が伝わりやすい方向とが一致していることが好ましい。この場合には、配向層内において熱伝達をより効率よく行うことができる。その結果、前記熱伝導性ビーズを含む成形体の熱伝導性をより向上させることができる。 In addition, the filler may be composed of a thermally isotropic substance, that is, a substance that can conduct heat equally in any direction, or a thermally anisotropic substance, that is, It may be composed of a material having a property that heat is easily conducted in a specific direction. When the filler is composed of a substance having thermal anisotropy, it is preferable that the longitudinal direction of the filler coincides with the direction in which heat is easily conducted. In this case, heat transfer can be performed more efficiently within the alignment layer. As a result, the thermal conductivity of the molded article containing the thermally conductive beads can be further improved.

前記熱伝導性ビーズ中の前記充填材の含有量は30体積%以上95体積%以下であることが好ましい。熱伝導性ビーズ中の充填材の含有量が過度に少ない場合には、熱伝導性ビーズを球状に成形することが難しくなるおそれがある。また、この場合には、配向層内に充填材を介した熱の経路が形成されにくくなるため、熱伝導性の低下を招くおそれもある。一方、熱伝導性ビーズ中の充填材の含有量が過度に多い場合には、樹脂部が不足するため、充填材同士の間に空隙が形成されやすくなり、強度や熱伝導性の低下を招くおそれがある。充填材の含有量を前記特定の範囲とすることにより、これらの問題を容易に回避し、熱伝導性ビーズの熱伝導性を十分に高めることができる。 The content of the filler in the thermally conductive beads is preferably 30% by volume or more and 95% by volume or less. If the filler content in the thermally conductive beads is too low, it may be difficult to form the thermally conductive beads into a spherical shape. Moreover, in this case, it becomes difficult to form a heat path through the filler in the alignment layer, which may lead to a decrease in thermal conductivity. On the other hand, if the content of the filler in the thermally conductive beads is excessively high, the resin portion becomes insufficient, so voids are likely to be formed between the fillers, resulting in a decrease in strength and thermal conductivity. There is a risk. By setting the content of the filler within the specific range, these problems can be easily avoided and the thermal conductivity of the thermally conductive beads can be sufficiently enhanced.

・その他の成分
前記熱伝導性ビーズ内には、前述した作用効果を損なわない範囲で、難燃剤、安定化剤、可塑剤、界面活性剤、帯電防止剤等の添加剤が含まれていてもよい。
・Other components The thermally conductive beads may contain additives such as flame retardants, stabilizers, plasticizers, surfactants, and antistatic agents within the range that does not impair the effects described above. good.

・熱伝導性ビーズの形状
前記熱伝導性ビーズは、球状を呈している。ここで、前述した「球状」とは、真球、楕円球及びこれらの形状の表面に凹凸を付与した形状等を含む概念である。熱伝導性ビーズが球状であるか否かは、以下の方法によって算出される扁平率の平均値によって判断することができる。
- Shape of Thermally Conductive Bead The thermally conductive bead has a spherical shape. Here, the above-mentioned "spherical shape" is a concept including a perfect sphere, an elliptical sphere, and a shape obtained by imparting unevenness to the surface of these shapes. Whether or not the thermally conductive beads are spherical can be determined by the average value of the oblateness calculated by the following method.

扁平率を算出するに当たっては、まず、熱伝導性ビーズを平板上に載置し、光学顕微鏡像を取得する。この光学顕微鏡像における熱伝導性ビーズの輪郭上に互いの距離が最も離れるような2つの点を設定し、2点間の長さを測定する。この2点間の長さ、つまり、光学顕微鏡像に基づいて測定された最も長い外寸法の値を熱伝導性ビーズの長径Lbとする。次いで、光学顕微鏡像に基づいて、長径Lbと直交する方向における外寸法を測定し、この値を熱伝導性ビーズの短径Sbとする。 In calculating the oblateness, first, thermally conductive beads are placed on a flat plate and an optical microscope image is obtained. Two points are set on the outline of the thermally conductive bead in this optical microscope image so that the distance between them is the longest, and the length between the two points is measured. The length between these two points, that is, the value of the longest outer dimension measured based on the optical microscope image is defined as the major axis Lb of the thermally conductive bead. Next, based on the optical microscope image, the outer dimension in the direction perpendicular to the major axis Lb is measured, and this value is defined as the minor axis Sb of the thermally conductive bead.

個々の熱伝導性ビーズの扁平率は、前述の方法により得られた長径Lbの値と短径Sbとに基づき、以下の式(1)により算出される値である。
扁平率=(Lb-Sb)/Lb ・・・(1)
The flatness of each thermally conductive bead is a value calculated by the following formula (1) based on the value of the major axis L b and the minor axis S b obtained by the method described above.
Oblateness = (L b - S b )/L b (1)

以上の方法により複数の熱伝導性ビーズについて扁平率を算出し、これらの扁平率の算術平均を扁平率の平均値とすることができる。なお、扁平率の平均値を算出するに当たっては、扁平率の測定に用いるビーズの数が多いほど正確な値を算出することができる。扁平率の平均値を算出する際に用いる熱伝導性ビーズの数は、例えば100個以上であればよい。 The flattening of a plurality of thermally conductive beads can be calculated by the above method, and the arithmetic mean of the flattening can be used as the average flattening. In calculating the average flattening ratio, the more the number of beads used for measuring the flattening ratio, the more accurate the calculation. The number of thermally conductive beads used for calculating the average flattening value may be, for example, 100 or more.

扁平率は0以上1未満の値をとり、値が0に近いほど熱伝導性ビーズの形状が真球に近いことを意味する。前記熱伝導性ビーズにおける扁平率の平均値は、0.4以下とする。 The oblateness takes a value of 0 or more and less than 1, and the closer the value is to 0, the closer the shape of the thermally conductive bead is to a true sphere. The average flatness of the thermally conductive beads is 0.4 or less.

扁平率の平均値は、0.2未満であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましい。この場合には、熱伝導性ビーズがより真球に近い形状となるため、成形体内における熱伝導性ビーズの配置の偏りを抑制することができる。その結果、等方的な熱伝導性を有する成形体をより容易に得ることができる。 The average flattening ratio is preferably less than 0.2, more preferably 0.1 or less. In this case, since the thermally conductive beads have a shape that is closer to a true sphere, uneven placement of the thermally conductive beads in the compact can be suppressed. As a result, a molded article having isotropic thermal conductivity can be obtained more easily.

また、熱伝導性ビーズの表面の凹凸の大きさは、以下の方法により算出される表面凹凸度の平均値に基づいて評価することができる。まず、熱伝導性ビーズを平板上に載置し、光学顕微鏡像を取得する。そして、光学顕微鏡像における熱伝導性ビーズの輪郭の長さを測定し、この値を周囲長P[μm]とする。また、光学顕微鏡像における熱伝導性ビーズの面積を測定し、この値を投影面積S[μm2]とする。 In addition, the size of unevenness on the surface of the thermally conductive bead can be evaluated based on the average value of surface unevenness calculated by the following method. First, a thermally conductive bead is placed on a flat plate and an optical microscope image is obtained. Then, the length of the contour of the thermally conductive bead in the optical microscope image is measured, and this value is defined as the peripheral length P [μm]. Also, the area of the thermally conductive beads in the optical microscope image is measured, and this value is defined as the projected area S [μm 2 ].

表面凹凸度は、熱伝導性ビーズの周囲長Pと熱伝導性ビーズの投影面積Sとに基づき、以下の式(2)により算出される値である。
表面凹凸度=P2/4πS ・・・(2)
The degree of surface unevenness is a value calculated by the following formula (2) based on the peripheral length P of the thermally conductive beads and the projected area S of the thermally conductive beads.
Surface unevenness=P 2 /4πS (2)

以上の方法により複数の熱伝導性ビーズについて表面凹凸度を算出し、これらの表面凹凸度の算術平均を表面凹凸度の平均値とすることができる。なお、表面凹凸度の平均値を算出するに当たっては、表面凹凸度の測定に用いるビーズの数が多いほど正確な値を算出することができる。表面凹凸度の平均値を算出する際に用いる熱伝導性ビーズの数は、例えば100個以上であればよい。 The surface unevenness is calculated for a plurality of thermally conductive beads by the above method, and the arithmetic mean of the surface unevenness can be used as the average value of the surface unevenness. When calculating the average value of the degree of surface unevenness, the more the number of beads used for measuring the degree of surface unevenness, the more accurate the value can be calculated. The number of thermally conductive beads used for calculating the average value of surface unevenness may be, for example, 100 or more.

表面凹凸度は1以上の値をとり、値が1に近いほど熱伝導性ビーズの表面の凹凸が小さいことを意味する。表面凹凸度の平均値は、1.5未満であることが好ましく、1.2以下であることがより好ましい。この場合には、熱伝導性ビーズの表面がより平滑になるため、成形体内において熱伝導性ビーズ同士が接触しやすくなる。その結果、成形体の熱伝導性をより向上させることができる。 The degree of surface unevenness takes a value of 1 or more, and the closer the value is to 1, the smaller the unevenness of the surface of the thermally conductive bead. The average value of surface unevenness is preferably less than 1.5, more preferably 1.2 or less. In this case, since the surfaces of the thermally conductive beads become smoother, the thermally conductive beads are more likely to come into contact with each other in the compact. As a result, the thermal conductivity of the molded body can be further improved.

前記熱伝導性ビーズの大きさは特に限定されることはないが、例えば、直径10μm以上3mm以下の範囲から適宜設定することができる。熱伝導性ビーズの直径Dbの値としては、具体的には、熱伝導性ビーズの投影面積Sに基づき、以下の式(3)によって算出される球相当径、つまり、体積の等しい真球の直径が用いられる。
b=(4S/π)1/2 ・・・(3)
The size of the thermally conductive beads is not particularly limited, but can be appropriately set within a range of, for example, a diameter of 10 μm or more and 3 mm or less. Specifically, the value of the diameter D b of the thermally conductive bead is a sphere-equivalent diameter calculated by the following formula (3) based on the projected area S of the thermally conductive bead, that is, a true sphere having the same volume. diameter is used.
D b =(4S/π) 1/2 (3)

・熱伝導性ビーズの内部構造
前記熱伝導性ビーズは、その表面に、長軸が熱伝導性ビーズの表面に沿うように前記充填材が配向した配向層を有している。例えば充填材が薄片状である場合、前記熱伝導性ビーズの表面近傍に存在する充填材は、その厚み方向が熱伝導性ビーズの径方向に沿うとともに、その板面が熱伝導性ビーズの表面を向くように配向している。また、例えば充填材が棒状である場合、前記熱伝導性ビーズの表面近傍に存在する充填材は、前記熱伝導性ビーズの周方向に延在している。
-Internal Structure of Thermally Conductive Bead The thermally conductive bead has, on its surface, an orientation layer in which the filler is oriented such that the long axis is along the surface of the thermally conductive bead. For example, when the filler is in the form of flakes, the filler present in the vicinity of the surface of the thermally conductive bead has a thickness direction along the radial direction of the thermally conductive bead and a plate surface of the thermally conductive bead. is oriented to face the Further, for example, when the filler is rod-shaped, the filler present near the surface of the thermally conductive bead extends in the circumferential direction of the thermally conductive bead.

配向層による前述した作用効果を十分に得る観点からは、配向層は、熱伝導性ビーズの直径の5%以上の厚みを有していることが好ましい。 From the viewpoint of sufficiently obtaining the effects of the orientation layer, the orientation layer preferably has a thickness of 5% or more of the diameter of the thermally conductive beads.

熱伝導性ビーズは、表面近傍の充填材が前記特定の方向に配向していれば、等方的な熱伝導性を容易に実現することができる。そのため、熱伝導性ビーズにおける、配向層よりも内側に存在する充填材の配置は、特に限定されることはない。例えば、熱伝導性ビーズ内の充填材は、熱伝導性ビーズの径方向の全体に亘って前記特定の方向に配向していてもよい。また、熱伝導性ビーズは、配向層と、配向層の内側に存在し、充填材が無秩序な向きに配置されたコア層と、を備えた2層構造を有していてもよい。更に、熱伝導性ビーズは、表面から径方向の内側へ向かうにつれて徐々に充填材の配向状態が変化するように構成されていてもよい。 Thermally conductive beads can easily achieve isotropic thermal conductivity if the filler near the surface is oriented in the specific direction. Therefore, the arrangement of the filler present inside the alignment layer in the thermally conductive beads is not particularly limited. For example, the filler in the thermally conductive bead may be oriented in the specific direction over the entire radial direction of the thermally conductive bead. The thermally conductive bead may also have a two-layer structure comprising an orientation layer and a core layer inside the orientation layer and having randomly oriented fillers. Furthermore, the thermally conductive beads may be configured such that the orientation of the filler gradually changes from the surface toward the inside in the radial direction.

配向層における充填材の配向の程度は、以下の方法により算出される配向角の平均値及び標準偏差に基づいて評価することができる。まず、熱伝導性ビーズをその重心を通る面で切断し、重心を含む断面を露出させる。この断面を顕微鏡で観察し、熱伝導性ビーズの表面に最も近い位置に配置された充填材を含む顕微鏡像を取得する。次に、顕微鏡像上において、熱伝導性ビーズの重心と、熱伝導性ビーズの表面に最も近いに配置された充填材の重心とを通る直線を引き、この直線と熱伝導性ビーズの輪郭との交点を決定する。そして、この交点を通る熱伝導性ビーズの輪郭の接線を決定する。以上により決定された熱伝導性ビーズの輪郭の接線と、充填材の長軸に平行な方向に延在する直線とのなす角度を配向角とする。なお、配向角の決定に当たっては、充填材の長軸に平行な方向に延在する直線が、熱伝導性ビーズの輪郭の接線を基準として反時計回り方向に傾いている場合と、時計回り方向に傾いている場合とがある。配向角の値は、便宜上、前者の場合に正の値をとり、後者の場合に負の値をとるものとする。 The degree of orientation of the filler in the orientation layer can be evaluated based on the average value and standard deviation of orientation angles calculated by the following method. First, the thermally conductive bead is cut along a plane passing through its center of gravity to expose a cross section containing the center of gravity. This cross section is observed under a microscope to obtain a microscope image including the filler placed closest to the surface of the thermally conductive bead. Next, on the microscope image, a straight line passing through the center of gravity of the thermally conductive bead and the center of gravity of the filler arranged closest to the surface of the thermally conductive bead is drawn, and this straight line and the outline of the thermally conductive bead are matched. Determine the intersection of A tangent to the contour of the thermally conductive bead passing through this intersection is then determined. The orientation angle is defined as the angle between the tangent to the contour of the thermally conductive bead determined as described above and the straight line extending in the direction parallel to the major axis of the filler. In determining the orientation angle, the straight line extending in the direction parallel to the long axis of the filler is tilted in the counterclockwise direction with respect to the tangent line of the contour of the thermally conductive bead, and in the clockwise direction. There are cases where it is inclined to For the sake of convenience, it is assumed that the value of the orientation angle takes a positive value in the former case and takes a negative value in the latter case.

以上の方法により複数の充填材について配向角を算出し、これらの配向角の算術平均を配向角の平均値とすることができる。また、複数の充填材について算出した配向角に統計処理を施すことにより、配向角の標準偏差を算出することができる。なお、配向角の平均値及び標準偏差を算出するに当たっては、配向角の測定に用いる充填材の数が多いほど正確な値を算出することができる。配向角の平均値及び標準偏差を算出する際に用いる充填材の数は、例えば100個以上であればよい。 The orientation angles of a plurality of fillers can be calculated by the above method, and the arithmetic mean of these orientation angles can be used as the average orientation angle. Moreover, the standard deviation of the orientation angles can be calculated by statistically processing the orientation angles calculated for a plurality of fillers. In calculating the average value and standard deviation of the orientation angles, the more fillers used for the measurement of the orientation angles, the more accurate values can be calculated. The number of fillers used when calculating the average value and standard deviation of the orientation angles may be, for example, 100 or more.

前記配向角の平均値は、-10°以上+10°以下とする。 The average value of the orientation angles is -10° or more and +10° or less.

充填材の配向角の平均値は、-8°以上+8°以下であることが好ましく、-5°以上+5°以下であることがより好ましい。また、配向角の標準偏差は、25°以下であることが好ましく、15°以下であることがより好ましい。この場合には、各熱伝導性ビーズの配向層内に、熱伝導性ビーズの表面に沿った熱の経路をより容易に形成することができる。その結果、熱伝導性ビーズ及びこれを備えた成形体の熱伝導性をより向上させることができる。 The average orientation angle of the filler is preferably −8° or more and +8° or less, more preferably −5° or more and +5° or less. Also, the standard deviation of the orientation angles is preferably 25° or less, more preferably 15° or less. In this case, a heat path along the surface of each thermally conductive bead can be more easily formed in the orientation layer of each thermally conductive bead. As a result, it is possible to further improve the thermal conductivity of the thermally conductive beads and the molded article provided therewith.

B.熱伝導性ビーズの製造方法
前記熱伝導性ビーズの製造方法は、
前記充填材と未硬化の前記硬化性ポリマーとを含み球状を呈するとともに、その表面に、長軸が前記表面に沿うように前記充填材が配向した配向層を備えた未硬化ビーズを作製するビーズ作製工程と、
前記未硬化ビーズ中の前記硬化性ポリマーを硬化させる硬化工程と、を有している。
B. Method for producing thermally conductive beads The method for producing thermally conductive beads comprises:
A bead for producing an uncured bead having a spherical shape containing the filler and the uncured curable polymer, and having an orientation layer on the surface thereof in which the filler is oriented such that the long axis is along the surface. a manufacturing process;
and a curing step of curing the curable polymer in the uncured beads.

前記ビーズ作製工程においては、未硬化ビーズの表面に配向層を形成することができれば、どのような方法を採用してもよい。例えば、ビーズ作製工程としては、前記充填材と前記硬化性ポリマーとの混合物からなるビーズ前駆体を作製する造粒工程と、
自転公転型ミキサーを用いて前記ビーズ前駆体を球状に成形しつつ、前記ビーズ前駆体の表面に存在する前記充填材を長軸が前記ビーズ前駆体の表面に沿うように配向させる充填材整列工程と、を備えた方法を採用することができる。
In the bead preparation step, any method may be employed as long as an orientation layer can be formed on the surface of the uncured beads. For example, the bead production step includes a granulation step of producing a bead precursor made of a mixture of the filler and the curable polymer;
A filler aligning step of forming the bead precursors into a spherical shape using a rotation-revolution mixer, and orienting the filler present on the surface of the bead precursors such that the long axis of the fillers is along the surface of the bead precursors. and can be employed.

前記造粒工程においては、まず、混練機や撹拌機などを用いて充填材と未硬化の硬化性ポリマーとを混合する。未硬化の硬化性ポリマーは液状を呈している。また、未硬化の硬化性ポリマーには、例えば、硬化後のポリマーの骨格となる主剤、主剤同士を結合して硬化させる硬化剤、硬化反応を促進する硬化促進剤などが含まれている。 In the granulation step, first, the filler and the uncured curable polymer are mixed using a kneader, a stirrer, or the like. The uncured curable polymer is liquid. In addition, the uncured curable polymer includes, for example, a base material that forms the skeleton of the polymer after curing, a curing agent that bonds and cures the base materials, and a curing accelerator that accelerates the curing reaction.

充填材と未硬化の硬化性ポリマーとを混合するに当たっては、どのような順序でこれらの成分を混合してもよい。例えば、主剤等を所定の割合で混合して硬化性ポリマーを作製した後に硬化性ポリマーと充填材とを混合してもよいし、主剤と充填材とを予め混合した後に、硬化剤等を加えてさらに混合してもよい。 In mixing the filler and the uncured curable polymer, the components can be mixed in any order. For example, the main agent and the like may be mixed in a predetermined ratio to prepare a curable polymer, and then the curable polymer and the filler may be mixed, or the main agent and the filler may be mixed in advance, and then the curing agent and the like may be added. may be mixed further.

また、充填材との混合前または混合中に、未硬化の硬化性ポリマーを有機溶剤で希釈し、硬化性ポリマーの粘度を調整することもできる。この場合には、充填材との混合が完了した後、未硬化ビーズを硬化させるまでの間に有機溶剤を揮発等の手段により除去すればよい。 The viscosity of the curable polymer can also be adjusted by diluting the uncured curable polymer with an organic solvent before or during mixing with the filler. In this case, the organic solvent may be removed by volatilization or other means after the completion of mixing with the filler until the uncured beads are cured.

次いで、充填材と硬化性ポリマーとの混合物を粒状に成形してビーズ前駆体を作製する。混合物を粒状に成形する方法としては、例えば、ペレタイザー、粉砕機などを使用することができる。 The mixture of filler and curable polymer is then formed into granules to form bead precursors. As a method of molding the mixture into granules, for example, a pelletizer, a crusher, or the like can be used.

充填材整列工程においては、自転公転型ミキサーを用いて前記ビーズ前駆体を球状に成形しつつ、前記ビーズ前駆体の表面に存在する前記充填材を長軸が前記ビーズ前駆体の表面に沿うように配向させる。ここで、自転公転型ミキサーとは、公転軸を中心としてビーズ前駆体を入れた容器を旋回させるとともに、前記容器自体が公転軸に対して傾斜した自転軸を中心として回転するように構成されたミキサーをいう。自転公転型ミキサーによれば、公転によって容器内のビーズ前駆体に遠心力を作用させつつ、自転によって容器内のビーズ前駆体を転動させることができる。これらの結果、ビーズ前駆体の成形と配向層の形成とを同時に行い、未硬化ビーズを作製することができる。 In the filler aligning step, the bead precursors are formed into a spherical shape using a rotation-revolution mixer, and the filler present on the surface of the bead precursors is oriented such that the long axis is along the surface of the bead precursors. Oriented to Here, the rotation-revolution type mixer is configured such that a vessel containing bead precursors is rotated around the revolution axis, and the vessel itself rotates around the rotation axis tilted with respect to the revolution axis. called a mixer. According to the rotation-revolution type mixer, it is possible to roll the bead precursors in the container by rotation while exerting a centrifugal force on the bead precursors in the container by revolution. As a result, molding of the bead precursor and formation of the alignment layer can be performed simultaneously to produce uncured beads.

硬化工程においては、ビーズ作製工程において得られた前記未硬化ビーズ中の前記硬化性ポリマーを硬化させる。未硬化ビーズの硬化方法としては、硬化性ポリマーの種類に応じた適切な方法を採用することができる。例えば、硬化性ポリマーが熱硬化性ポリマーである場合には、未硬化ビーズを所定の時間及び温度で加熱すればよい。 In the curing step, the curable polymer in the uncured beads obtained in the bead making step is cured. As a method for curing the uncured beads, an appropriate method can be adopted according to the type of curable polymer. For example, if the curable polymer is a thermoset polymer, the uncured beads can be heated for a predetermined time and temperature.

C.樹脂組成物
前記硬化性ビーズと、樹脂からなる樹脂マトリクスと、を混合することにより、樹脂組成物を得ることができる。樹脂マトリクスは、どのような樹脂から構成されていてもよい。例えば、樹脂マトリクスは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、オキサジン樹脂、ビスマレイミド樹脂、トリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよいし、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル等の熱可塑性樹脂であってもよい。また、樹脂マトリクスとしては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のうち1種を用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
C. Resin Composition A resin composition can be obtained by mixing the curable beads and a resin matrix made of a resin. The resin matrix may be composed of any resin. For example, the resin matrix may be thermosetting resins such as epoxy resins, phenolic resins, melamine resins, urea resins, unsaturated polyester resins, alkyd resins, oxazine resins, bismaleimide resins, triazine resins, polyamides, Thermoplastic resins such as polyester, polycarbonate, acrylic polymer, methacrylic polymer, polyimide, liquid crystal polymer, polyolefin, polystyrene, and polyphenylene ether may also be used. Moreover, as the resin matrix, one of a thermosetting resin and a thermoplastic resin may be used, or two or more of them may be used in combination.

更に、樹脂マトリクス中には、充填材、難燃剤、安定化剤、可塑剤、界面活性剤、帯電防止剤などの添加剤が含まれていてもよい。樹脂マトリクス中の充填材は形状異方性を有していてもよいし、等方的な形状を有していてもよい。樹脂マトリクス中の充填材が形状異方性を有する場合であっても、前記熱伝導性ビーズと混合することにより、成形後における樹脂マトリクス中の充填材が特定の方向に配向することを抑制できる。その結果、等方的な熱伝導特性を有する成形体を容易に得ることができる。 Furthermore, the resin matrix may contain additives such as fillers, flame retardants, stabilizers, plasticizers, surfactants and antistatic agents. The filler in the resin matrix may have shape anisotropy or may have an isotropic shape. Even if the filler in the resin matrix has shape anisotropy, the filler in the resin matrix after molding can be prevented from being oriented in a specific direction by mixing it with the thermally conductive beads. . As a result, it is possible to easily obtain a molded article having isotropic heat conduction properties.

樹脂組成物中には、1種の熱伝導性ビーズが含まれていてもよいし、充填材及び/または硬化性ポリマーの異なる複数種の熱伝導性ビーズが含まれていてもよい。また、樹脂組成物中の熱伝導性ビーズは、単一の直径を有していてもよいし、種々の直径を有していてもよい。成形体における熱伝導性ビーズの充填性をより向上させる観点からは、熱伝導性ビーズとして、粒径分布の異なる複数種の熱伝導性ビーズを併用することが好ましい。 The resin composition may contain one type of thermally conductive beads, or may contain a plurality of types of thermally conductive beads with different fillers and/or curable polymers. Also, the thermally conductive beads in the resin composition may have a single diameter, or may have various diameters. From the viewpoint of further improving the filling property of the thermally conductive beads in the compact, it is preferable to use a plurality of types of thermally conductive beads having different particle size distributions together as the thermally conductive beads.

樹脂組成物中の熱伝導性ビーズの含有量は、例えば、10体積%以上95体積%以上の範囲から適宜設定することができる。熱伝導性ビーズの含有量が過度に少ない場合には、樹脂組成物中に熱の経路が形成されにくくなる。その結果、成形体の熱伝導性の低下を招くおそれがある。また、熱伝導性ビーズの含有量が過度に多い場合には、樹脂マトリクスが不足し、樹脂組成物を所望の形状に成形することが難しくなるおそれがある。熱伝導性ビーズの含有量を前記特定の範囲とすることにより、これらの問題を容易に回避することができる。 The content of the thermally conductive beads in the resin composition can be appropriately set within a range of, for example, 10% by volume or more and 95% by volume or more. If the content of the thermally conductive beads is too low, it becomes difficult to form heat paths in the resin composition. As a result, there is a possibility that the thermal conductivity of the molded body will be lowered. Also, if the content of the thermally conductive beads is excessively high, the resin matrix may become insufficient, making it difficult to mold the resin composition into a desired shape. These problems can be easily avoided by setting the content of the thermally conductive beads within the specific range.

樹脂組成物中の熱伝導性ビーズの含有量は、30体積%以上95体積%以下であることが好ましい。この場合には、熱伝導性ビーズ同士がより接触しやすくなるため、成形体内に熱の経路がより形成されやすくなる。それ故、この場合には、成形体の熱伝導性をより高くすることができる。 The content of the thermally conductive beads in the resin composition is preferably 30% by volume or more and 95% by volume or less. In this case, the thermally conductive beads are more likely to come into contact with each other, so that heat paths are more likely to be formed in the compact. Therefore, in this case, the thermal conductivity of the molded body can be made higher.

D.成形体
前記樹脂組成物を成形することにより、等方的な熱伝導性を有する成形体を得ることができる。前記樹脂組成物の成形方法は特に限定されることはなく、圧縮成形、真空圧縮成形、移送成形、射出成形、押出成形、キャスト成形などの公知の成形方法から、樹脂マトリクスの種類や所望する成形体の形状等に応じて適宜選択することができる。
D. Molded Article By molding the resin composition, a molded article having isotropic thermal conductivity can be obtained. The molding method of the resin composition is not particularly limited, and can be selected from known molding methods such as compression molding, vacuum compression molding, transfer molding, injection molding, extrusion molding, and cast molding, and the type of resin matrix and desired molding. It can be appropriately selected according to the shape of the body and the like.

前記樹脂組成物を成形してなる成形体の内部には、前述したように、熱伝導性ビーズの配向層を含む熱の経路が形成されている。そのため、前記成形体は、等方的な熱伝導性、つまり、いずれの方向においても同程度に熱が伝わる特性を有している。より具体的には、前記成形体は、熱伝導率が最大となる方向における熱伝導率λA[W/m・K]と、熱伝導率が最小となる方向における熱伝導率λB[W/m・K]との比である熱伝導率異方性λA/λBの値が1.5以下となる特性を有している。 As described above, a heat path including an orientation layer of thermally conductive beads is formed inside the molded body formed by molding the resin composition. Therefore, the molded body has isotropic thermal conductivity, that is, the property that heat is transmitted to the same degree in any direction. More specifically, the molded body has a thermal conductivity λ A [W/m·K] in the direction in which the thermal conductivity is maximized and a thermal conductivity λ B [W /m·K], the value of thermal conductivity anisotropy λ AB is 1.5 or less.

前記熱伝導率λBは、7W/m・K以上であることが好ましい。この場合には、成形体全体の熱伝導性をより向上させることができる。かかる熱伝導性を備えた成形体は、例えば、放熱部材等の用途に好適である。 The thermal conductivity λ B is preferably 7 W/m·K or more. In this case, the thermal conductivity of the entire molded body can be further improved. Molded bodies having such thermal conductivity are suitable for applications such as heat dissipating members, for example.

(実施例1)
前記熱伝導性ビーズ及びその製造方法の実施例を、図1~図5を参照しつつ説明する。本例の熱伝導性ビーズ1には、図1に示すように、硬化性ポリマーの硬化物からなる樹脂部2と、樹脂部2よりも熱伝導率が高く、形状異方性を有し、樹脂部2に保持された充填材3と、が含まれている。図3に示すように、熱伝導性ビーズ1は球状を呈している。また、図1に示すように、熱伝導性ビーズ1の表面11には、長軸が表面11に沿うようにして充填材3が配向した配向層12が設けられている。
(Example 1)
An embodiment of the thermally conductive beads and a method for producing the same will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. As shown in FIG. 1, the thermally conductive bead 1 of this example includes a resin portion 2 made of a cured product of a curable polymer, a thermal conductivity higher than that of the resin portion 2, and shape anisotropy. and a filler 3 held in the resin portion 2 . As shown in FIG. 3, the thermally conductive beads 1 are spherical. Further, as shown in FIG. 1 , the surface 11 of the thermally conductive bead 1 is provided with an orientation layer 12 in which the filler 3 is oriented such that the long axis is along the surface 11 .

本例の熱伝導性ビーズ1は、充填材3と未硬化の硬化性ポリマーとを含み球状を呈するとともに、その表面に、長軸が表面に沿うように充填材3が配向した配向層12を備えた未硬化ビーズを作製するビーズ作製工程と、未硬化ビーズ中の硬化性ポリマーを硬化させる硬化工程と、を有する製造方法により作製される。また、ビーズ作製工程は、充填材3と硬化性ポリマーとの混合物からなるビーズ前駆体100を作製する造粒工程と、図4に示す自転公転型ミキサー4を用いてビーズ前駆体100を球状に成形しつつ、ビーズ前駆体100の表面に存在する充填材3を、長軸がビーズ前駆体100の表面に沿うように配向させる充填材整列工程と、を有している。 The thermally conductive bead 1 of this example has a spherical shape containing a filler 3 and an uncured curable polymer. and a curing step of curing the curable polymer in the uncured beads. The bead preparation step includes a granulation step of preparing bead precursors 100 composed of a mixture of filler 3 and a curable polymer, and a rotation-revolution mixer 4 shown in FIG. and a filler alignment step of orienting the fillers 3 present on the surfaces of the bead precursors 100 so that their long axes are aligned with the surfaces of the bead precursors 100 during molding.

本例においては、具体的には、以下のようにして2種類の熱伝導性ビーズ1を作製した。 Specifically, in this example, two types of thermally conductive beads 1 were produced as follows.

・製造例1
製造例1では、充填材3として、平均長径が3.37μmであり、平均短径が0.28μmである薄片状の黒鉛(日本黒鉛商事株式会社製「UP-20」)を使用した。また、硬化性ポリマーとして、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を使用した。硬化性ポリマーには、具体的には、ビスフェノールA骨格を有する主剤(三菱ケミカル株式会社製「jER(登録商標)827」と、硬化剤としての4-メチルシクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸無水物(東京化成工業株式会社製)と、硬化促進剤としての2-エチルー4-メチルイミダゾール(東京化成工業株式会社製)とが含まれている。
・Manufacturing example 1
In Production Example 1, flaky graphite (“UP-20” manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.) having an average major axis of 3.37 μm and an average minor axis of 0.28 μm was used as the filler 3 . A bisphenol A type epoxy resin was used as the curable polymer. Specifically, the curable polymer includes a main agent having a bisphenol A skeleton ("jER (registered trademark) 827" manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and 4-methylcyclohexane-1,2-dicarboxylic anhydride as a curing agent. (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 2-ethyl-4-methylimidazole (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as a curing accelerator.

造粒工程においては、まず、前述した主剤100質量部に対し、108質量部の硬化剤と1質量部の硬化促進剤とを混合して未硬化の硬化性ポリマーを調製した。次いで、この硬化性ポリマー5質量部に対して15質量部の充填材3を加えて混合し、粘土状の混合物を得た。その後、ペレタイザーを用いて得られた混合物を粒状に成形し、ビーズ前駆体100を作製した。 In the granulation step, first, 108 parts by mass of a curing agent and 1 part by mass of a curing accelerator were mixed with 100 parts by mass of the main agent to prepare an uncured curable polymer. Next, 15 parts by mass of filler 3 was added to 5 parts by mass of this curable polymer and mixed to obtain a clay-like mixture. After that, the obtained mixture was shaped into granules using a pelletizer to produce bead precursors 100 .

充填材整列工程においては、前述したビーズ前駆体100を図4に示す自転公転型ミキサー4(株式会社シンキー製「ARE-310」)の容器41内に入れた後、容器41の公転速度を2000rpm、自転速度を800rpmに設定して2分間攪拌を行った。 In the filler alignment step, after the bead precursor 100 described above was placed in the container 41 of the rotation-revolution mixer 4 ("ARE-310" manufactured by Thinky Co., Ltd.) shown in FIG. , and the rotation speed was set to 800 rpm, and stirring was performed for 2 minutes.

本例において使用した自転公転型ミキサー4の容器41は、図4に示すように円筒状を呈しており、中心軸と自転軸42とが一致するように配置されている。また、容器41の自転軸42は公転軸43に対して45°傾斜するように配置されている。そして、容器41は、公転軸43の周囲を旋回しつつ、自転軸42(つまり、容器41の中心軸)を回転中心として自転するように構成されている。 The container 41 of the rotation/revolution type mixer 4 used in this example has a cylindrical shape as shown in FIG. Further, the rotation axis 42 of the container 41 is arranged so as to be inclined at 45° with respect to the revolution axis 43 . The container 41 is configured to revolve around the revolution axis 43 and rotate about the rotation axis 42 (that is, the central axis of the container 41).

容器41内のビーズ前駆体100は、容器41の公転によって遠心力を受けつつ、自転によって転動する。これにより、ビーズ前駆体100を球状に成形しつつ、ビーズ前駆体100の表面に存在する充填材3を前記特定の方向に配向させ、前述した未硬化ビーズを得ることができる。 The bead precursors 100 in the container 41 are subjected to centrifugal force due to the revolution of the container 41 and roll by rotation. As a result, the bead precursor 100 is formed into a spherical shape while the filler 3 existing on the surface of the bead precursor 100 is oriented in the specific direction, thereby obtaining the above-described uncured beads.

硬化工程においては、未硬化ビーズを加熱して硬化性ポリマーを硬化させた。本例の硬化工程では、具体的には、80℃の温度で1時間保持し、次いで120℃の温度で1時間し、その後150℃の温度で3時間保持する温度履歴で未硬化ビーズを加熱した。以上により、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の硬化物からなる樹脂部2中に薄片状黒鉛の充填材3が分散した熱伝導性ビーズ1を作製した。製造例1の熱伝導性ビーズ1における充填材3と樹脂部2との質量比及び体積比は表1に示す通りである。 In the curing step, the uncured beads were heated to cure the curable polymer. Specifically, in the curing step of this example, the uncured beads are heated with a temperature history of holding at a temperature of 80° C. for 1 hour, then holding at a temperature of 120° C. for 1 hour, and then holding at a temperature of 150° C. for 3 hours. bottom. As described above, the thermally conductive beads 1 were produced in which the flaky graphite filler 3 was dispersed in the resin portion 2 made of the cured bisphenol A type epoxy resin. The mass ratio and volume ratio of the filler 3 and the resin portion 2 in the thermally conductive beads 1 of Production Example 1 are as shown in Table 1.

・製造例2
本例では、充填材3として、薄片状黒鉛に替えて、平均長径が3.44μmであり、平均短径0.33μmである六方晶型窒化ホウ素(デンカ株式会社製GPグレード)を用いた以外は、製造例1と同様の条件で造粒工程、充填材整列工程及び硬化工程を実施した。これにより、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の硬化物からなる樹脂部2中に六方晶型窒化ホウ素の充填材3が分散した熱伝導性ビーズ1を作製した。製造例2の熱伝導性ビーズ1における充填材3と樹脂部2との質量比及び体積比は表1に示す通りである。なお、表1においては、六方晶型窒化ホウ素を「h-BN」と表記した。
・Manufacturing example 2
In this example, instead of flaky graphite, hexagonal boron nitride (GP grade manufactured by Denka Co., Ltd.) having an average major axis of 3.44 μm and an average minor axis of 0.33 μm was used as the filler 3. performed the granulation step, the filler alignment step and the curing step under the same conditions as in Production Example 1. As a result, a thermally conductive bead 1 was produced in which the filler 3 of hexagonal boron nitride was dispersed in the resin portion 2 made of the cured bisphenol A type epoxy resin. Table 1 shows the mass ratio and volume ratio of the filler 3 and the resin portion 2 in the thermally conductive beads 1 of Production Example 2. In Table 1, hexagonal boron nitride is indicated as "h-BN".

次に、製造例1及び製造例2の熱伝導性ビーズ1の形状と、充填材3の配向状態とを以下の方法により評価した。 Next, the shape of the thermally conductive beads 1 and the orientation state of the fillers 3 of Production Examples 1 and 2 were evaluated by the following methods.

・熱伝導性ビーズ1の形状
光学顕微鏡により熱伝導性ビーズ1を観察して光学顕微鏡像を取得した。画像解析ソフトウェア(三谷商事株式会社製「WinROOF2015」)を用い、図3に示す、光学顕微鏡像中の熱伝導性ビーズ1の長径Lb[μm]、短径Sb[μm]、周囲長P[μm]及び投影面積S[μm2]を算出した。そして、個々の熱伝導性ビーズ1について、下記式(1)~式(3)に基づいて扁平率、表面凹凸度及び直径Dbの値を算出した。
扁平率=(Lb-Sb)/Lb ・・・(1)
表面凹凸度=P2/4πS ・・・(2)
b=(4S/π)1/2 ・・・(3)
- Shape of Thermally Conductive Bead 1 An optical microscope image was obtained by observing the thermally conductive bead 1 with an optical microscope. Using image analysis software (“WinROOF2015” manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.), the major axis L b [μm], the minor axis S b [μm], and the perimeter P of the thermally conductive beads 1 in the optical microscope image shown in FIG. [μm] and projected area S [μm 2 ] were calculated. Then, for each thermally conductive bead 1, the values of flatness, surface unevenness and diameter Db were calculated based on the following formulas (1) to (3).
Oblateness = (L b - S b )/L b (1)
Surface unevenness=P 2 /4πS (2)
D b =(4S/π) 1/2 (3)

100個以上の熱伝導性ビーズ1について扁平率、表面凹凸度及び直径Dbの値を測定した後、統計処理を行い平均値及び標準偏差を算出した。表1に、熱伝導性ビーズ1の扁平率、表面凹凸度及び直径Dbの平均値と標準偏差とを示す。 After measuring the values of flatness, surface unevenness and diameter D b for 100 or more thermally conductive beads 1, statistical processing was performed to calculate the average value and standard deviation. Table 1 shows the average values and standard deviations of the flatness, surface unevenness, and diameter D b of the thermally conductive beads 1 .

・充填材3の配向状態
熱伝導性ビーズ1を切断した後、断面を研磨して重心を通る断面を露出させた。この断面を走査型電子顕微鏡で観察し、図5に示す電子顕微鏡像を取得した。図には示さないが、熱伝導性ビーズ1の表面11の近傍をより高倍率で観察したところ、表面11の近傍に存在する充填材3は、充填材3の厚み方向が熱伝導性ビーズ1の径方向に沿い、かつ、充填材3の長軸が熱伝導性ビーズ1の表面11に沿うように配向していた。また、製造例1及び製造例2の熱伝導性ビーズ1においては、少なくとも表面11からの深さが50μmまでの範囲内に存在する充填材3が、前記特定の方向に配向していた。即ち、製造例1及び製造例2の熱伝導性ビーズ1における配向層12の厚みは50μm以上であった。
Orientation state of filler 3 After cutting the thermally conductive beads 1, the cross section was polished to expose the cross section passing through the center of gravity. This cross section was observed with a scanning electron microscope, and the electron microscope image shown in FIG. 5 was obtained. Although not shown in the figure, when the vicinity of the surface 11 of the thermally conductive bead 1 was observed at a higher magnification, it was found that the filler 3 existing in the vicinity of the surface 11 was located in the direction of the thickness of the thermally conductive bead 1. , and the long axis of the filler 3 was oriented along the surface 11 of the thermally conductive bead 1 . In addition, in the thermally conductive beads 1 of Production Examples 1 and 2, the filler 3 present at least within a range of up to 50 μm in depth from the surface 11 was oriented in the specific direction. That is, the thickness of the orientation layer 12 in the thermally conductive beads 1 of Production Examples 1 and 2 was 50 μm or more.

次に、画像解析ソフトウェア(三谷商事株式会社製「WinROOF2015」)を用い、以下の方法により熱伝導性ビーズ1の表面11の最も近くに配置された充填材3の配向角θ(図2参照)を算出した。まず、電子顕微鏡像上において、熱伝導性ビーズ1の重心Wbと、熱伝導性ビーズ1の表面11に最も近い位置に配置された充填材3の重心Wfとを通る直線L1を引き、この直線L1と熱伝導性ビーズ1の表面11との交点13を決定した。そして、この交点13を通る熱伝導性ビーズ1の輪郭の接線L2を決定した。以上により決定された接線L2と、充填材3の長軸に平行な方向に延びる直線L3とのなす角度を配向角θとした。なお、便宜上、図2においては充填材3の記載を一部割愛した。 Next, using image analysis software ("WinROOF2015" manufactured by Mitani Shoji Co., Ltd.), the orientation angle θ of the filler 3 arranged closest to the surface 11 of the thermally conductive bead 1 by the following method (see FIG. 2) was calculated. First, on an electron microscope image, draw a straight line L1 passing through the center of gravity W b of the thermally conductive bead 1 and the center of gravity W f of the filler 3 located closest to the surface 11 of the thermally conductive bead 1, An intersection point 13 between this straight line L1 and the surface 11 of the thermally conductive bead 1 was determined. Then, a tangent line L2 of the contour of the thermally conductive bead 1 passing through this intersection point 13 was determined. The angle formed by the tangent line L2 determined as described above and the straight line L3 extending in the direction parallel to the long axis of the filler 3 was defined as the orientation angle θ. For the sake of convenience, part of the description of the filler 3 is omitted in FIG.

100個以上の充填材3について配向角θの値を測定した後、統計処理を行い配向角θの平均値及び標準偏差を算出した。表1に、製造例1及び製造例2の熱伝導性ビーズ1における、配向角θの平均値及び標準偏差を示す。 After measuring the value of the orientation angle θ for 100 or more fillers 3, statistical processing was performed to calculate the average value and standard deviation of the orientation angle θ. Table 1 shows the average value and standard deviation of the orientation angle θ in the thermally conductive beads 1 of Production Examples 1 and 2.

Figure 0007249630000001
Figure 0007249630000001

表1に示したように、製造例1及び製造例2の熱伝導性ビーズ1は、その表面11に、充填材3が前記特定の方向に配向した配向層12を有している。熱伝導性ビーズ1の表面11の充填材3をこのように配向させることにより、配向層12内に、充填材3同士が連なってなる熱の経路を容易に形成することができる。そのため、熱伝導性ビーズ1は、配向層12に沿って熱を効率よく伝達することができる。更に、熱伝導性ビーズ1同士を接触させることにより、隣接する熱伝導性ビーズ1に配向層12を介して熱を効率よく伝達することができる。 As shown in Table 1, the thermally conductive beads 1 of Production Examples 1 and 2 have, on their surface 11, an orientation layer 12 in which the filler 3 is oriented in the specific direction. By orienting the filler 3 on the surface 11 of the thermally conductive bead 1 in this manner, a heat path in which the fillers 3 are connected to each other can be easily formed in the orientation layer 12 . Therefore, the thermally conductive beads 1 can efficiently transmit heat along the alignment layer 12 . Furthermore, by bringing the thermally conductive beads 1 into contact with each other, heat can be efficiently transmitted to the adjacent thermally conductive beads 1 via the orientation layer 12 .

また、熱伝導性ビーズ1の充填材3は、硬化性ポリマーの硬化物からなる樹脂部2に保持されている。そのため、せん断力などの外力が加わった場合に、熱伝導性ビーズ1の崩壊を抑制し、配向層12における充填材3の配向状態を維持することができる。 Also, the filler 3 of the thermally conductive beads 1 is held in the resin portion 2 made of a cured product of a curable polymer. Therefore, when an external force such as a shearing force is applied, the collapse of the thermally conductive beads 1 can be suppressed, and the orientation state of the filler 3 in the orientation layer 12 can be maintained.

更に、熱伝導性ビーズ1は球状であるため、射出成形等の樹脂組成物の流動を伴う成形方法によって前記熱伝導性ビーズ1を含む樹脂組成物を成形した場合に、樹脂組成物中に熱伝導性ビーズ1を等方的に分散させることができる。それ故、熱伝導性ビーズ1を含む成形体内には、配向層12を含む熱の経路が等方的に形成されやすい。 Furthermore, since the thermally conductive beads 1 are spherical, when the resin composition containing the thermally conductive beads 1 is molded by a molding method such as injection molding that involves the flow of the resin composition, heat is generated in the resin composition. Conductive beads 1 can be isotropically dispersed. Therefore, a heat path including the orientation layer 12 is likely to be isotropically formed in the molding including the thermally conductive beads 1 .

以上の結果、製造例1及び製造例2の熱伝導性ビーズ1によれば、成形体内に、配向層12を含む熱の経路を等方的に形成し、熱伝導性を向上させることができる。 As a result, according to the thermally conductive beads 1 of Production Examples 1 and 2, it is possible to isotropically form a heat path including the orientation layer 12 in the molded body and improve thermal conductivity. .

(実施例2)
本例では、図6を参照しつつ熱伝導性ビーズ1を含む成形体5の例を説明する。なお、本例以降の例において用いる符号のうち、既出の例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り既出の例における構成要素等と同様の構成要素等を示す。
(Example 2)
In this example, an example of a molded body 5 containing thermally conductive beads 1 will be described with reference to FIG. Note that, of the reference numerals used in the examples after this example, the same reference numerals as those used in the previous examples denote the same components and the like as those in the previous examples unless otherwise specified.

本例の成形体5には、図6に示すように、樹脂マトリクス51と、樹脂マトリクス51中に分散した熱伝導性ビーズ1とが含まれている。本例においては、具体的には、以下のようにして2種類の成形体5(試験体T1、T2)を作製した。 As shown in FIG. 6 , the molded body 5 of this example includes a resin matrix 51 and thermally conductive beads 1 dispersed in the resin matrix 51 . Specifically, in this example, two types of molded bodies 5 (specimens T1 and T2) were produced as follows.

・試験体T1
試験体T1の樹脂マトリクス51には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の硬化物511と、この硬化物中に分散した充填材512とが含まれている。試験体T1の樹脂マトリクス51における硬化物511は、具体的には、ビスフェノールA骨格を有する主剤(三菱ケミカル株式会社製「jER(登録商標)827」、硬化剤としての4-メチルシクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸無水物(東京化成工業株式会社製)及び硬化促進剤としての2-エチルー4-メチルイミダゾール(東京化成工業株式会社製)との混合物を硬化させてなるビスフェノールA型エポキシ樹脂である。また、試験体T1における充填材512は、具体的には、薄片状黒鉛(日本黒鉛商事株式会社製「UP-20」)である。
・ Specimen T1
The resin matrix 51 of the specimen T1 contains a cured product 511 of bisphenol A type epoxy resin and a filler 512 dispersed in the cured product. Specifically, the cured product 511 in the resin matrix 51 of the specimen T1 is a main agent having a bisphenol A skeleton (“jER (registered trademark) 827” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, 4-methylcyclohexane-1 as a curing agent, It is a bisphenol A type epoxy resin obtained by curing a mixture of 2-dicarboxylic anhydride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 2-ethyl-4-methylimidazole (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as a curing accelerator. Further, the filler 512 in the specimen T1 is specifically flaky graphite (“UP-20” manufactured by Nippon Graphite Co., Ltd.).

試験体T1を作製するに当たっては、まず、主剤100質量部に対し、108質量の硬化剤と1質量部の硬化促進剤とを混合して未硬化の硬化性ポリマーを調製した。次いで、この硬化性ポリマー5質量部に対して15質量部の充填材512を加えて混合し、未硬化の樹脂マトリクスを得た。 In preparing the test sample T1, first, 108 parts by mass of a curing agent and 1 part by mass of a curing accelerator were mixed with 100 parts by mass of a main agent to prepare an uncured curable polymer. Next, 15 parts by mass of filler 512 was added to 5 parts by mass of this curable polymer and mixed to obtain an uncured resin matrix.

次に、未硬化の樹脂マトリクス50体積部に対して50体積部の製造例1の熱伝導性ビーズ1を混合し、樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を内径φ40mmの円筒状を呈する金型内に入れ、圧縮成形を行った。プレス成形においては、圧力37MPa、温度80℃の条件で1時間加圧しつつ加熱を行った後、圧力を保ったまま温度を120℃に上昇させ、120℃の温度を1時間保持した。その後、金型から取り出した成形体5を、150℃の温度で3時間加熱して樹脂マトリクス51を十分に硬化させた。以上により、厚み1.2mm、直径40mmの円板状を呈する成形体5を得た。この成形体5を試験体T1とした。 Next, 50 parts by volume of the thermally conductive beads 1 of Production Example 1 were mixed with 50 parts by volume of the uncured resin matrix to prepare a resin composition. This resin composition was placed in a cylindrical mold having an inner diameter of φ40 mm, and compression molding was performed. In press molding, after heating under pressure of 37 MPa and temperature of 80° C. for 1 hour, the temperature was raised to 120° C. while maintaining the pressure, and the temperature of 120° C. was maintained for 1 hour. After that, the molded body 5 removed from the mold was heated at a temperature of 150° C. for 3 hours to sufficiently harden the resin matrix 51 . As a result, a disk-shaped compact 5 having a thickness of 1.2 mm and a diameter of 40 mm was obtained. This molded body 5 was designated as test body T1.

・試験体T2
樹脂マトリクス51中の充填材512として、薄片状黒鉛に替えて、平均長径が3.44μmであり、平均短径0.33μmである六方晶型窒化ホウ素(デンカ株式会社製GPグレード)を用いるとともに、熱伝導性ビーズ1として、製造例1の熱伝導性ビーズ1に替えて製造例2の熱伝導性ビーズ1を用いた以外は、試験体T1と同様の条件で成形体5を作製した。この成形体5を試験体T2とした。
・ Specimen T2
As the filler 512 in the resin matrix 51, instead of flaky graphite, hexagonal boron nitride (GP grade manufactured by Denka Co., Ltd.) having an average major axis of 3.44 μm and an average minor axis of 0.33 μm is used. A compact 5 was produced under the same conditions as those for the test sample T1, except that the thermally conductive beads 1 of Production Example 2 were used as the thermally conductive beads 1 instead of the thermally conductive beads 1 of Production Example 1. This molded body 5 was used as a test body T2.

本例では、試験体T1及び試験体T2との比較のため、熱伝導性ビーズ1を用いずに作製した成形体(試験体T3~T6)を準備した。試験体T3~T6の具体的な作製方法は以下の通りである。 In this example, molded bodies (specimens T3 to T6) produced without using the thermally conductive beads 1 were prepared for comparison with the specimens T1 and T2. A specific method for producing the specimens T3 to T6 is as follows.

・試験体T3
製造例1の熱伝導性ビーズ1と同様の方法により造粒工程及び充填材整列工程を実施し、未硬化ビーズを作製した。この未硬化ビーズを内径φ40mmの円筒状を呈する金型内に入れ、試験体T1と同様の条件で圧縮成形を行った。以上により、厚み1.2mm、直径40mmの円板状を呈する成形体を得た。この成形体を試験体T3とした。
・ Specimen T3
The granulation step and the filler alignment step were carried out in the same manner as for the thermally conductive beads 1 of Production Example 1 to produce uncured beads. The uncured beads were placed in a cylindrical mold having an inner diameter of φ40 mm, and compression molding was performed under the same conditions as those for the specimen T1. As a result, a disk-shaped compact having a thickness of 1.2 mm and a diameter of 40 mm was obtained. This compact was designated as test sample T3.

・試験体T4
試験体T1において用いた未硬化の樹脂マトリクスを内径φ40mmの円筒状を呈する金型内に入れ、試験体T1と同様の条件で圧縮成形を行った。以上により、厚み1.2mm、直径40mmの円板状を呈する成形体を得た。この成形体を試験体T4とした。
・ Specimen T4
The uncured resin matrix used for the specimen T1 was placed in a cylindrical mold with an inner diameter of φ40 mm, and compression molding was performed under the same conditions as for the specimen T1. As a result, a disk-shaped compact having a thickness of 1.2 mm and a diameter of 40 mm was obtained. This compact was designated as test sample T4.

・試験体T5
製造例1の未硬化ビーズに替えて製造例2の未硬化ビーズを使用した以外は、試験体T3と同様の条件で圧縮成形を行った。以上により、厚み1.2mm、直径40mmの円板状を呈する成形体を得た。この成形体を試験体T5とした。
・ Specimen T5
Except for using the uncured beads of Production Example 2 in place of the uncured beads of Production Example 1, compression molding was performed under the same conditions as those for test sample T3. As a result, a disk-shaped compact having a thickness of 1.2 mm and a diameter of 40 mm was obtained. This compact was designated as test sample T5.

・試験体T6
試験体T1において用いた未硬化の樹脂マトリクスに替えて試験体T2において用いた未硬化の樹脂マトリクスを使用した以外は、試験体T4と同様の条件で圧縮成形を行った。以上により、厚み1.2mm、直径40mmの円板状を呈する成形体を得た。この成形体を試験体T6とした。
・ Specimen T6
Compression molding was performed under the same conditions as for test sample T4, except that the uncured resin matrix used in test sample T2 was used in place of the uncured resin matrix used in test sample T1. As a result, a disk-shaped compact having a thickness of 1.2 mm and a diameter of 40 mm was obtained. This compact was designated as test sample T6.

以上により得られた試験体T1~T6の熱伝導性を、以下の方法により評価した。 The thermal conductivity of the specimens T1 to T6 obtained above was evaluated by the following method.

・熱伝導率及び熱伝導率異方性の測定方法
熱物性測定装置(株式会社ベテル製「サーモウェーブアナライザTA35」)を用いて、試験体の厚さ方向及び面内方向(つまり、厚さ方向と直角な方向)の熱拡散率λ[m2・s-1]を測定した。また、示差走査熱量計(株式会社日立ハイテクサイエンス製「DSC7000」)を用いて試験体の定圧比熱Cp[J・K-1・kg-1]を測定した。更に、アルキメデス法により試験体の密度ρ[kg・m-3]を測定した。なお、これらの測定は、いずれも25±2℃の環境中で行った。
・Method for measuring thermal conductivity and thermal conductivity anisotropy Using a thermophysical property measuring device ("Thermo Wave Analyzer TA35" manufactured by Bethel Co., Ltd.), the thickness direction and in-plane direction of the specimen (that is, the thickness direction ) was measured . Also, the constant pressure specific heat Cp [J·K −1 ·kg −1 ] of the specimen was measured using a differential scanning calorimeter (“DSC7000” manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.). Furthermore, the density ρ [kg·m -3 ] of the specimen was measured by the Archimedes method. All of these measurements were performed in an environment of 25±2°C.

以上により得られた熱拡散率λ、定圧比熱Cp及び密度ρの値を下記式(4)に代入することにより、熱拡散率を測定した方向における熱伝導率の値α[W・m-1・K-1]の値を算出することができる。表2に、試験体T1~T6における、厚さ方向の熱伝導率及び面内方向の熱伝導率を示す。なお、本例の作製方法においては、試験体の厚さ方向または厚さ方向に直角な方向のうち一方が熱伝導率が最大となる方向になり、他方が熱伝導率が最小となる方向になると推定される。
α=λ×Cp×ρ ・・・(4)
By substituting the values of the thermal diffusivity λ, the constant pressure specific heat Cp and the density ρ obtained above into the following formula (4), the thermal conductivity value α [W m -1・K −1 ] can be calculated. Table 2 shows the thermal conductivity in the thickness direction and the thermal conductivity in the in-plane direction of the specimens T1 to T6. In the manufacturing method of this example, one of the thickness direction of the specimen and the direction perpendicular to the thickness direction is the direction in which the thermal conductivity is maximized, and the other is the direction in which the thermal conductivity is minimized. estimated to be
α=λ×Cp×ρ (4)

Figure 0007249630000002
Figure 0007249630000002

表2に示したように、試験体T1及び試験体T2における、熱伝導率が最大となる方向における熱伝導率λA[W/m・K]と、熱伝導率が最小となる方向における熱伝導率λB[W/m・K]との比である熱伝導率異方性λA/λBの値は1.5以下である。かかる結果によれば、試験体T1及び試験体T2は、等方的な熱伝導性を有していることが理解できる。 As shown in Table 2, the thermal conductivity λ A [W / m K] in the direction in which the thermal conductivity is maximized and the heat The value of the thermal conductivity anisotropy λ AB , which is the ratio to the conductivity λ B [W/m·K], is 1.5 or less. From these results, it can be understood that the specimens T1 and T2 have isotropic thermal conductivity.

試験体T1及び試験体T2の内部では、図6に一例を示すように、成形後においても熱伝導性ビーズ1の充填材3の配置が維持されていると推定される。そして、熱伝導性ビーズ1の配向層12同士が接触することにより、配向層12を含む熱の経路が等方的に形成されていると考えられる。 As an example is shown in FIG. 6, it is presumed that the arrangement of the fillers 3 of the thermally conductive beads 1 is maintained inside the test bodies T1 and T2 even after molding. It is considered that the thermal paths including the alignment layers 12 are formed isotropically by the alignment layers 12 of the thermally conductive beads 1 coming into contact with each other.

一方、試験体T3及び試験体T5の熱伝導率異方性λA/λBの値は試験体T1及び試験体T2よりも大きくなった。試験体T3及び試験体T5の内部では、図7に一例を示すように、成形時に未硬化ビーズが圧縮されたことにより、未硬化ビーズに由来する充填材3の配置が球状から楕円球状に変化したと推定される。そして、充填材3の配置が楕円球状に変化したことにより、充填材3の長径方向の端部同士が接触してなる熱の経路が寸断され、厚み方向の熱伝導率の低下を招いたと考えられる。 On the other hand, the values of the thermal conductivity anisotropy λ AB of the specimens T3 and T5 were larger than those of the specimens T1 and T2. Inside the specimens T3 and T5, as an example is shown in FIG. 7, the arrangement of the filler 3 derived from the uncured beads changes from a spherical shape to an ellipsoidal shape due to compression of the uncured beads during molding. presumed to have It is said that the change in the arrangement of the filler 3 to an ellipsoidal shape cuts off the heat path formed by the contact between the ends of the filler 3 in the longitudinal direction, resulting in a decrease in thermal conductivity in the thickness direction. Conceivable.

試験体T4及び試験体T6の熱伝導率異方性λA/λBの値は試験体T3及び試験体T5よりも更に大きくなった。試験体T4及び試験体T6の内部では、図8に一例を示すように、成形時の樹脂マトリクス51の流動に伴って、充填材512の長軸と成形体の厚み方向とが直角になるように充填材512が配向したと推定される。そして、充填材512がこのように配向したことにより、熱伝導率異方性の値が大きくなったと考えられる。
The values of the thermal conductivity anisotropy λ AB of the specimens T4 and T6 were even larger than those of the specimens T3 and T5. Inside the test bodies T4 and T6, as an example is shown in FIG. 8, as the resin matrix 51 flows during molding, the long axis of the filler 512 and the thickness direction of the molded body become perpendicular to each other. It is presumed that the filler 512 was oriented at . It is considered that the value of thermal conductivity anisotropy is increased due to the orientation of the filler 512 in this manner.

本発明に係る熱伝導性ビーズ1、樹脂組成物及び成形体5の具体的な態様は、実施例1及び実施例2に記載された態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。 Specific aspects of the thermally conductive beads 1, the resin composition, and the molded article 5 according to the present invention are not limited to the aspects described in Examples 1 and 2, which impairs the gist of the present invention. The configuration can be changed as appropriate within a range that is not necessary.

例えば、実施例2においては、熱伝導性ビーズ1と同一の組成を有する樹脂マトリクス51を使用した樹脂組成物及び成形体5の例を示したが、樹脂マトリクス51の組成は、熱伝導性ビーズ1とは異なっていてもよい。 For example, in Example 2, an example of the resin composition and the molded article 5 using the resin matrix 51 having the same composition as the thermally conductive beads 1 was shown, but the composition of the resin matrix 51 is different from that of the thermally conductive beads. It can be different from 1.

1 熱伝導性ビーズ
11 表面
12 配向層
2 樹脂部
3 充填材
REFERENCE SIGNS LIST 1 thermally conductive bead 11 surface 12 orientation layer 2 resin portion 3 filler

Claims (9)

硬化性ポリマーの硬化物からなる樹脂部と、
前記樹脂部よりも熱伝導率が高く、形状異方性を有し、前記樹脂部に保持された充填材と、を含み、
球状を呈しており、
表面に、長軸が前記表面に沿うように前記充填材が配向した配向層を有している、熱伝導性ビーズの製造方法であって、
前記充填材と未硬化の前記硬化性ポリマーとを含み球状を呈するとともに、その表面に、長軸が前記表面に沿うように前記充填材が配向した前記配向層を備えた未硬化ビーズを作製するビーズ作製工程と、
前記未硬化ビーズ中の前記硬化性ポリマーを硬化させる硬化工程と、を有しており、
前記ビーズ作製工程は、
前記充填材と前記硬化性ポリマーとの混合物からなるビーズ前駆体を作製する造粒工程と、
自転公転型ミキサーを用いて前記ビーズ前駆体を球状に成形しつつ、前記ビーズ前駆体の表面に存在する前記充填材を、長軸が前記ビーズ前駆体の表面に沿うように配向させる充填材整列工程と、を有している、熱伝導性ビーズの製造方法。
a resin portion made of a cured product of a curable polymer;
a filler that has higher thermal conductivity than the resin portion, has shape anisotropy, and is held by the resin portion;
It has a spherical shape,
A method for producing thermally conductive beads, wherein the surface has an orientation layer in which the filler is oriented such that the long axis is along the surface,
An uncured bead having a spherical shape containing the filler and the uncured curable polymer and having the oriented layer on the surface thereof in which the filler is oriented such that the long axis is along the surface is produced. a bead making process;
curing the curable polymer in the uncured beads ;
The bead production step includes:
a granulation step of making a bead precursor consisting of a mixture of the filler and the curable polymer;
Filler alignment for orienting the filler existing on the surface of the bead precursor such that the long axis is along the surface of the bead precursor while shaping the bead precursor into a spherical shape using a rotation-revolution mixer. A method for producing thermally conductive beads, comprising the steps of :
前記充填材の長径Lf[μm]と、前記熱伝導性ビーズの直径Db[μm]との比Db/Lfの値が10以上1000以下である、請求項1に記載の熱伝導性ビーズの製造方法。 2. The heat conduction according to claim 1 , wherein the ratio D b /L f of the major axis L f [μm] of the filler to the diameter D b [μm] of the thermally conductive beads is 10 or more and 1000 or less. Method for manufacturing sex beads. 硬化性ポリマーの硬化物からなる樹脂部と、
前記樹脂部よりも熱伝導率が高く、形状異方性を有し、前記樹脂部に保持された充填材と、を含み、
球状を呈する熱伝導性ビーズであって、
前記熱伝導性ビーズの表面に、長軸が前記表面に沿うように前記充填材が配向した配向層を有しており、
前記充填材の長径Lf[μm]と、前記熱伝導性ビーズの直径Db[μm]との比Db/Lfの値が10以上1000以下である、熱伝導性ビーズ。
a resin portion made of a cured product of a curable polymer;
a filler that has higher thermal conductivity than the resin portion, has shape anisotropy, and is held by the resin portion;
Thermally conductive beads having a spherical shape,
The surface of the thermally conductive bead has an orientation layer in which the filler is oriented such that the long axis is along the surface,
Thermally conductive beads, wherein the ratio D b /L f of the major axis L f [μm] of the filler to the diameter D b [μm] of the thermally conductive beads is 10 or more and 1000 or less.
前記配向層の厚みは前記熱伝導性ビーズの直径の5%以上である、請求項3に記載の熱伝導性ビーズ。 4. The thermally conductive bead according to claim 3 , wherein the orientation layer has a thickness of 5% or more of the diameter of the thermally conductive bead. 前記熱伝導性ビーズ中の前記充填材の含有量は30体積%以上95体積%以下である、請求項3または4に記載の熱伝導性ビーズ。 5. The thermally conductive bead according to claim 3 , wherein the content of said filler in said thermally conductive bead is 30% by volume or more and 95% by volume or less. 樹脂からなる樹脂マトリクスと、
前記樹脂マトリクス中に分散した請求項3~5のいずれか1項に記載の熱伝導性ビーズと、を含む、樹脂組成物。
a resin matrix made of resin;
and the thermally conductive beads according to any one of claims 3 to 5 dispersed in the resin matrix.
前記熱伝導性ビーズの含有量が30体積%以上95体積%以下である、請求項6に記載の樹脂組成物。 7. The resin composition according to claim 6, wherein the content of said thermally conductive beads is 30% by volume or more and 95% by volume or less. 請求項6または7に記載の樹脂組成物の成形体であって、
熱伝導率が最大となる方向における熱伝導率λA[W/m・K]と、熱伝導率が最小となる方向における熱伝導率λB[W/m・K]との比である熱伝導率異方性λA/λBの値が1.5以下である、成形体。
A molded article of the resin composition according to claim 6 or 7 ,
Thermal conductivity is the ratio of thermal conductivity λ A [W/m・K] in the direction of maximum thermal conductivity to thermal conductivity λ B [W/m・K] in the direction of minimum thermal conductivity A molded article having a value of conductivity anisotropy λ AB of 1.5 or less.
前記熱伝導率λBが7W/m・K以上である、請求項8に記載の成形体。 9. The molded article according to claim 8 , wherein said thermal conductivity λ B is 7 W/m·K or more.
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