KR100529288B1 - 카본-페놀 수지 성형 재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양호한 기계적 강도뿐 아니라 높은 도전성 및 열 전도성을 갖는 성형품을 얻기는 데 사용하기 바람직한 카본-페놀 수지 성형 재료를 제공한다. 상기 수지 성형 재료는 상기 성형 재료 중의 카본 분말의 함량이 75 wt% 이상이 되도록 카본 분말과 혼합하면서 페놀과 알데하이드를 촉매의 존재 하에서 반응시킴으로써 제조한다. 상기 촉매는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 수산화물, 산화물 및 3급 아민 중에서 선택되는 적어도 하나이다.
Description
본 발명은 전기 및 전자 기기용 부품의 성형에 바람직하게 사용되는, 페놀 수지 및 카본 분말을 함유하는 성형 재료에 관한 것이다.
과거에는, 전기 및 전자 기기용 부품의 성형에 다양한 성형 재료들이 사용되어 왔다. 예를 들면, 일본 특허 조기 공개 공보 제9-87417호에 제시되어 있는 바와 같이, 전자 기기용 하우징 또는 케이싱에는 높은 도전성이 요구된다. 또한, 일본 특허 조기 공개 공보 제200l-31880호 및 제2001-122663호에 기재된 바에 따르면, 전자 기기용 가열 싱크에는 높은 열 전도성이 요구된다. 이러한 용도에는 또한 양호한 기계적 강도가 요구된다.
이상의 특성들을 갖는 성형 재료로서, 카본 분말 및 페놀 수지를 함유하는 성형 재료는 종래에 알려져 왔다. 페놀 수지는 일반적으로 염기성 촉매의 존재 하에서 페놀과 포름알데하이드를 반응시킴으로써 얻을 수 있다. 페놀 수지를 혼합하고 카본 분말과 반죽한 뒤, 얻어진 혼합물을 건조하고 분쇄하여 성형 재료의 분말을 얻는다. 이 성형 재료의 분말을 가열 온도에서 압력 하에 원하는 형상으로 성형함으로써, 전기 및 전자 기기용 부품으로서의 성형품을 얻을 수 있다.
그러나, 이런 성형 재료는 통상적으로 비교적 다량의 페놀 수지, 즉 30 wt% 내지 40 wt%의 페놀 수지를 함유한다. 페놀 수지의 함량이 낮아지면, 카본 분말의 표면이 페놀 수지로 충분히 코팅될 수 없기 때문에 카본 분말이 균일하게 분산된 성형품을 얻기 어려워진다. 이러한 이유로, 그런 다량의 페놀 수지가 요구된다. 반면, 페놀 수지의 함량이 높아지면, 성형품의 굽힘 강도가 개선된다. 그러나, 성형 재료 중의 카본 분말의 양이 상대적으로 감소하기 때문에, 성형품의 열 전도성 및 도전성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 이상의 문제들의 고려하여 양호한 기계적 강도를 확보하면서 도전성 및 열 전도성이 높은 성형품을 얻을 수 있는 카본-페놀 수지 성형 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명은 일차적으로 양호한 기계적 강도뿐 아니라 높은 도전성 및 열 전도성을 갖는 성형품을 얻기는 데 사용하기 바람직한 카본-페놀 수지 성형 재료를 제공하는 것에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 성형 재료는 카본 분말과 혼합하면서 페놀과 알데하이드를 촉매의 존재 하에서 반응시켜 얻는다. 상기 성형 재료는 성형 재료 중의 카본 분말의 함량이 75 wt% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 얻어지는 성형품 내에서 다량의 카본 분말이 균일하게 분산되기 때문에, 기계적 특성을 저하시키지 않으면서도 성형품의 열 전도성 및 도전성이 현저히 개선될 수 있다.
촉매는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 수산화물, 산화물 및 3급 아민 중에서 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다. 특히, 3급 아민을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 감소된 양의 질소 성분을 함유하는 성형품을 얻을 수 있다. 이러한 견지에서, 성형 재료 중의 질소 성분의 함량은 0.3 wt% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 카본 분말은 90 wt% 이상의 고정 탄소를 함유하는 것이 바람직하다. 이 경우, 성형품에 추가 개선된 열 전도성 및 도전성을 제공할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 목적들 및 그 밖의 목적들은 이하의 상세한 설명 및 바람직한 실시예들로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명은 2001년 8월 8일에 출원된 일본 특허출원 제2001-240255호에 포함된 대상에 관한 것으로, 상기 특허출원의 전체 명세서는 전적으로 본 명세서에 참고자료로 인용된다.
본 발명에서, 카본-페놀 수지 성형 재료는 성형 재료 중의 카본 분말의 함량이 75 wt% 이상이 되도록 카본 분말과 혼합하면서 페놀과 알데하이드를 촉매의 존재 하에서 반응시킴으로써 얻는다.
즉, 카본 분말은 반응과정 동안 핵으로 작용하기 때문에, 카본 분말 및 페놀 수지가 함수 과립 물질로 생성된다. 함수 과립 물질을 여과 및 건조함으로써, 건조 과립 분말 형태의 카본-페놀 수지 성형 재료를 얻을 수 있다.
본 발명에 사용되는 카본 분말로는 천연 흑연, 인조 흑연, 키쉬(Kish) 흑연, 박리(exfoliated) 흑연, 카본블랙, 준결정상 흑연, 코크, 목탄, 검불탄 또는 탄소 섬유분을 사용할 수 있다. 그 외에도, 고정 탄소를 90 wt% 이상 함유하는 카본 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 고정 탄소의 함량이 높아지면, 카본 분말은 높은 함량의 탄소를 함유하게 되고 카본 분말 중의 불순물이 감소하게 된다. 따라서, 성형품의 도전성 및 열 전도성을 현저하게 개선시킬 수 있다. 고정 탄소 함량의 상한은 100 wt%이다. 카본 분말의 입경은 제한되지 않는다. 그러나, 1 내지 200 ㎛의 입경을 갖는 카본 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 페놀 수지의 기본 성분 중 하나인 페놀로는 물에 대해 난용성인 소수성 페놀을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 소수성 페놀의 물에 대한 용해도는 상온(30℃)에서 5 이하인 것이 바람직하다. "물에 대한 용해도"란 용어는 물 100 g에 용해될 수 있는 용질의 양(g)으로 정의된다. 소수성 페놀의 물에 대한 용해도가 5 이하라는 것은 물 100 g에 5 g의 소수성 페놀이 용해되어 포화 상태가 되는 것을 의미한다. 소수성 페놀을 이용하는 경우, 용해도의 하한은 0이다.
소수성 페놀로는 예를 들면, o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, p-t-부틸 페놀, 4-t-부틸 카테콜, m-페닐 페놀, p-페닐 페놀, p-(α-쿠밀) 페놀, p-노닐 페놀, 구아야콜, 비스페놀-A, 비스페놀-S, 비스페놀-F, o-클로로 페놀, p-클로로 페놀, 2,4-디클로로 페놀, o-페닐 페놀, 3,5-자일레놀, 2,3-자일레놀, 2,5-자일레놀, 2,6-자일레놀, 3,4-자일레놀, p-옥틸페놀 등을 사용할 수 있다. 소수성 페놀로는 이들 물질 중 하나, 또는 이들 물질 중 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기에 제시한 소수성 페놀과 함께 페놀의 물에 대한 용해도가 상온(30℃)에서 5 이상인 친수성 페놀을 사용할 수도 있다. 이러한 수용성 페놀으로는 예를 들면, 페놀, 카테콜, 탄닌, 레조르신, 하이드로퀴논, 피로갈롤 등을 사용할 수 있다. 친수성 페놀로는 이들 물질 중 하나, 또는 이들 물질 중 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
소수성 페놀의 사용량이 높아질수록, 카본 분말 및 페놀 수지의 함수 과립 물질에 대한 응집 방지 효과가 커진다, 예를 들면, 본 발명에 사용되는 페놀의 5 wt% 이상이 소수성 페놀인 것이 바람직하다. 소수성 페놀의 사용량이 5 wt% 미만인 경우, 함수 과립 물질의 응집이 발생할 수 있다. 소수성 페놀 사용량의 상한은 100 wt%이다.
페놀 수지의 기본 성분 중 다른 하나인 알데하이드로는 수용액 상태의 포름알데하이드인 포르말린을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 대안으로, 예를 들면 트리옥산, 테트라옥산, 파라포름알데하이드 등을 사용할 수도 있다. 또한, 적어도 일부의 포름알데하이드를 푸르푸랄 또는 푸르푸릴 알콜로 대체할 수도 있다.
본 발명에서, 페놀과 알데하이드간의 부가 축합 반응에 사용되는 촉매로는 나트륨, 칼륨, 리튬 등과 같은 알칼리 금속의 탄산염, 수산화물 및 산화물, 칼슘, 마그네슘, 바륨 등과 같은 알칼리 토금속의 탄산염, 수산화물 및 산화물, 그리고 3급 아민 중에서 선택되는 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 탄산나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화바륨, 탄산칼슘, 산화마그네슘, 산화칼슘, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 1,8-디아자바이사이클로[5,4,0]운데센-7 등을 사용할 수 있다.
이들 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 수산화물 및 산화물은 질소 성분을 전혀 함유하지 않는다. 반면, 3급 아민은 질소 성분을 함유하지만, 이 질소 성분은 페놀 수지로 혼입되지 않는다.
상기 성분들 외에도, 필요한 경우 윤활제, 섬유, 에폭시 수지 및/또는 커플링제를 배합할 수 있다.
본 발명에서는, 페놀, 알데하이드, 촉매, 카본 분말 및 선택적인 성분들을 반응용기에 주입한다. 또한, 교반에 필요한 충분한 양의 물을 반응용기에 첨가한다. 얻어진 혼합물을 반응용기 내에서 교반함으로써 페놀과 알데하이드 사이의 부가 축합 반응을 진행시킨다.
반응의 초기 단계에 얻어진 혼합물은 양호한 점도를 갖는 마요네즈와 유사한 상태이다. 그러나, 얻어진 혼합물의 유동성은 교반에 의해 점차 증가한다. 또한, 반응이 진행됨에 따라 카본 분말을 포함하는 페놀과 알데하이드와의 축합 산물이 물로부터 분리된다. 이어서, 축합 반응에 의해 생성된 페놀 수지 및 카본 분말의 응집 입자가 반응용기 중에 분산된 상태가 갑자기 나타나게 된다.
페놀 수지의 생성 반응이 원하는 수준에 도달한 후, 반응 산물을 냉각시킨 뒤, 교반을 정지한다. 응집 입자는 물에 침전되기 때문에, 여과를 통해 물로부터 응집 입자를 용이하게 분리함으로써 함수 과립 입자를 얻을 수 있다. 또한, 함수 과립 입자 중에 잔류하는 물은 건조에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 이렇게 하여, 성형 재료의 취급에 바람직한 상태인 건조 과립 입자가 얻어진다.
얻어진 과립 분말은 과립 분말 각각의 입자 중에서 카본 분말 및 페놀 수지의 비율이 실질적으로 일정하다는 것을 특징으로 한다. 결합제인 페놀 수지는 최외각층에 매우 얇은 두께의 과립 분자를 제공하기 때문에, 소량의 페놀 수지가 사용된 카본-페놀 수지 성형 재료를 얻을 수 있다. 결과적으로, 성형 재료 중의 카본 분말의 양을 상대적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 카본 페놀 수지 성형 재료 중의 카본 분말의 함량은 75 wt% 이상인 것이 필수이다. 카본 분말의 함량이 높아지면, 성형품의 열 전도성 및 도전성이 추가 개선된다. 반면, 성형품의 기계적 강도를 유지하기 위해서는 성형 재료 중의 카본 분말의 함량이 97 wt% 미만인 것이 바람직하다.
이런 방식으로, 소수성 페놀을 사용하는 경우 얻어지는 페놀 수지는 부가 축합 반응이 진행됨에 따라 소수성이 된다. 결과적으로, 페놀 수지 및 카본 분말의 혼합물인 함수 과립 물질이 물로부터 용이하게 제거될 수 있다. 또한, 반응 산물은 약한 흡습성 및 흡수성을 갖기 때문에, 함수 과립 물질을 물로부터 여과하거나 건조할 때 발생하는 응집을 방지해 건조 과립 분말을 얻을 수 있다.
또한, 상기에 제시된 촉매의 사용은 질소 성분을 함유하지 않는 성형품을 얻는데도 효과적이다. 성형품 중의 질소 성분의 함량이 높아지면, 질소 성분의 용출로 인해 이러한 성형품을 부재로 사용하는 전기 및 전자 기기 내에서 부식의 문제가 발생할 수 있다. 이런 견지에서, 카본-페놀 수지 성형 재료 중의 질소 함량은 0.3 wt% 이하인 것이 바람직하다.
다음은, 본 발명의 카본-페놀 수지 성형 재료를 성형하여 성형품을 얻는 방법을 설명한다. 성형 재료를 원하는 금형에 충전한 뒤, 가열 및 가압 조건 하에서 성형한다. 예를 들면, 성형 단계는 130℃ 내지 250℃의 가열 온도에서 10 MPa 내지 200 MPa의 표면 압력 하에 수행하는 것이 바람직하다.
특히, 성형품은 다음과 같은 단계를 포함하는 2단계 성형 방법을 통해 제조될 수 있다:
a) 카본-페놀 수지 성형 재료 중의 카본 분말의 함량이 75 wt% 이상이 되도록 카본 분말과 혼합하면서 페놀과 알데하이드를 촉매의 존재 하에서 반응시켜 카본-페놀 수지 성형 재료를 제조하는 단계;
b) 상기 성형 재료를 예비-성형 온도의 제1 금형 내에서 가압하여 형성품의 최종 형상과 가까운 형상의 예비 성형품을 얻는 단계; 및
c) 상기 예비 형성품을 상기 예비-성형 온도보다 높은 성형 온도의 제2 금형 내에서 가압하여 최종 형상을 갖는 성형품을 얻는 단계.
보다 구체적으로, 제1 성형 단계에서 표면 압력값은 5 MPa 내지 25 MPa의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 제1 성형 단계는 실온에서 수행될 수 있다. 심지어 제1 단계가 가열 온도에서 수행되는 경우에도, 가열 온도로는 100℃ 이하가 요구된다. 다음으로, 예비 성형품을 가열된 금형에 세팅한 뒤, 가압하여 최종 형상의 성형품을 얻는다. 제2 단계에서 가열 온도는 130℃ 내지 250℃의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게 가열함으로써, 예비 성형품을 완전 경화시킬 수 있다. 또한, 제2 성형 단계에 부가되는 표면 압력값은 10 MPa 내지 200 MPa, 보다 구체적으로 25 MPa 내지 200 MPa의 범위로 결정되는 것이 바람직하다. 심지어 다량의 카본 분말 및 소량의 페놀 수지로 구성되는 유도성이 부족한 카본-페놀 수지 성형 재료를 사용하는 경우에도, 상기 2단계 성형 방법에 따라 양호한 성형품을 얻을 수 있다.
실시예
실시예 1
비스페놀-A 20 중량부, 페놀 365 중량부, 37 wt% 포르말린 547 중량부, 트리에틸아민 7.7 중량부, 흑연 분말 1362 중량부 및 물 1500 질량부를 교반기가 구비된 반응용기에 주입하였다. 상기 비스페놀-A의 물에 대한 용해도는 상온에서 0.036이다. 흑연 분말은 약 6 ㎛의 평균 입경을 가지며 95.3 wt%의 고정 탄소를 함유하는 인편상(scale-like) 분말이다. 페놀 내의 소수성 비스페놀-A의 함량은 5 wt%이다. 얻어진 혼합물을 90℃에서 교반하면서 가열하였다. 혼합물을 90℃로 가열하는 데는 60분이 소요되었다. 혼합물을 90℃에서 4시간 동안 유지시킨 뒤 반응을 종결지었다. 후속하여, 반응용기 내의 반응 산물을 20℃로 냉각하고, 너체(Nutche) 여과기를 이용해 여과함으로써 22 wt%의 수분 함량을 갖는 함수 과립 물질을 얻었다.
이 함수 과립 물질을 스테인리스 배트 내의 폴리에틸렌 시트 상에 가해 약 2 cm 두께의 도포층을 얻었다. 상기 도포층을 45℃ 온도의 열풍 순환식 건조기에 넣고 약 48시간 동안 건조하여 0.7 wt%의 수분 함량을 갖는 건조 과립 분말 형태의 카본-페놀 수지 성형 재료를 얻었다. 성형 재료 중의 흑연 함량은 79.8 wt%이다. 성형 재료 중의 페놀 수지의 함량은 20.2 wt%이다. 성형 수지 중의 질소 함량은 0.02 wt%이다.
얻어진 건조 과립 분말을 160℃로 가열된 금형에 충전한 뒤, 약 25 MPa의 표면 압력 하에서 3분간 성형하여 성형품을 얻었다.
실시예 2
o-크레졸 193 중량부, 페놀 193 중량부, 37 wt% 포르말린 529 중량부, 수산화칼륨 7.7 중량부, 흑연 분말 1362 중량부 및 물 1500 중량부를 반응용기에 주입하였다. 상기 o-크레졸의 물에 대한 용해도는 상온에서 2.0이다. 사용된 흑연 분말은 실시예 1의 흑연 분말과 동일한 것이다. 페놀 중의 소수성 o-크레졸의 함량은 50 wt%이다. 이어서, 실시예 1과 유사한 절차에 따라 19 wt%의 수분 함량을 갖는 함수 과립 물질을 얻었다.
그런 다음, 실시예 1에서와 같이 함수 과립 물질을 건조시켜 0.7 wt%의 수분 함량을 갖는 건조 과립 분말 형태의 카본-페놀 수지 성형 재료를 얻었다. 성형 재료 중의 흑연 함량은 79.9 wt%이다. 성형 재료 중의 페놀 수지의 함량은 20.1 wt%이다. 성형 수지 내의 질소 함량은 0.01 wt%이다. 얻어진 건조 과립 분말을 160℃로 가열된 금형에 충전한 뒤, 약 25 MPa의 표면 압력 하에서 3분간 성형하여 성형품을 얻었다.
실시예 3
비스페놀-A 385 중량부, 37 wt% 포르말린 233 중량부, 수산화나트륨 3.85 중량부, 트리에틸아민 3.85 중량부, 흑연 분말 1362 중량부 및 물 1500 중량부를 반응용기에 주입하였다. 비스페놀-A 중의 소수성 비스페놀-A의 함량은 100 wt%이다. 이어서, 실시예 1과 유사한 절차에 따라 19.5 wt%의 수분 함량을 갖는 함수 과립 물질을 얻었다.
또한, 실시예 1에서와 같이 함수 과립 물질을 50℃에서 건조시켜 0.7 wt%의 수분 함량을 갖는 건조 과립 분말 형태의 카본-페놀 수지 성형 재료를 얻었다. 성형 재료 중의 흑연 함량은 79.9 wt%이다. 성형 재료 중의 페놀 수지의 함량은 20.3 wt%이다. 성형 수지 중의 질소 함량은 0.02 wt%이다. 얻어진 건조 과립 분말을 160℃로 가열된 금형에 충전한 뒤, 약 25 MPa의 표면 압력 하에서 3분간 성형하여 성형품을 얻었다.
실시예 4
비스페놀-A 385 중량부, 37 wt% 포르말린 233 중량부, 수산화나트륨 3.85 중량부, 트리에틸아민 3.85 중량부, 흑연 분말 5300 중량부 및 물 7500 중량부를 반응용기에 주입하였다. 비스페놀-A 중 소수성 비스페놀-A의 함량은 100 wt%이다. 이어서, 실시예 1과 유사한 절차에 따라 19.5 wt%의 수분 함량을 갖는 함수 과립 물질을 얻었다.
또한, 실시예 1에서와 같이 함수 과립 물질을 50℃에서 건조시켜 0.7 wt%의 수분 함량을 갖는 건조 과립 분말 형태의 카본-페놀 수지 성형 재료를 얻었다. 성형 재료 중의 흑연 함량은 93.9 wt%이다. 성형 재료 중의 페놀 수지의 함량은 6.1 wt%이다. 성형 수지 중의 질소 함량은 0.02 wt%이다. 얻어진 건조 과립 분말을 160℃로 가열된 금형에 충전한 뒤, 약 25 MPa의 표면 압력 하에서 3분간 성형하여 성형품을 얻었다.
실시예 5
실시예 4에서 얻어진 건조 과립 분말을 실온에서 약 10 MPa의 표면 압력 하에서 성형하여 최종 형상에 가까운 형상을 갖는 예비 성형품을 얻었다. 그런 다음, 상기 예비 성형품을 160℃로 가열된 금형에 충전한 뒤, 약 50 MPa의 표면 압력 하에서 성형하여 성형품을 얻었다.
실시예 6
페놀 347 중량부, 37 wt% 포르말린 448 중량부, 헥사메틸렌 테트라민 36 중량부, 흑연 분말 1550 중량부 및 물 1500 중량부를 반응용기에 주입하였다. 사용된 흑연 분말은 실시예 1의 흑연 분말과 동일한 것이다. 이어서, 실시예 1과 유사한 절차에 따라 21 wt%의 수분 함량을 갖는 함수 과립 물질을 얻었다.
또한, 실시예 1에서와 같이, 함수 과립 물질을 건조시켜 0.7 wt%의 수분 함량을 갖는 건조 과립 분말 형태의 카본-페놀 수지 성형 재료를 얻었다. 성형 재료 중의 흑연 함량은 81.7 wt%이다. 성형 재료 중의 페놀 수지의 함량은 18.3 wt%이다. 성형 수지 중의 질소 함량은 0.9 wt%이다. 얻어진 건조 과립 분말을 160℃로 가열된 금형에 충전한 뒤, 약 25 MPa의 표면 압력 하에서 3분간 성형하여 성형품을 얻었다.
비교예 1
분말형의 알칼리-레졸형 페놀 수지 240 중량부를 볼밀로 분쇄한 뒤, 요구되는 양의 메탄올을 볼밀로 분쇄된 페놀 수지에 첨가해 슬러리를 얻었다. 그런 다음, 760 중량부의 흑연 분말을 상기 슬러리에 첨가한 후, 얻어진 혼합물을 반죽기로 교반했다. 흑연 분말은 100 ㎛의 평균 입경을 가지며 95.3%의 고정 탄소를 함유하는 인편상 분말이다. 얻어진 혼합물을 60℃에서 건조시키고, 소량의 스테아르산마그네슘을 첨가해 혼합기로 혼합하여 카본-페놀 수지 성형 재료를 얻었다. 성형 재료 중의 흑연 함량은 76 wt%이다. 성형 재료 중의 페놀 수지의 함량은 24 wt%이다. 성형 수지 중의 질소 함량은 0.02 wt%이다.
상기 성형 재료를 160℃로 가열된 금형에 충전한 뒤, 약 25 MPa의 표면 압력 하에서 3분간 성형하여 성형품을 얻었다.
비교예 2
800 중량부의 흑연 분말이 사용된 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법에 따라 카본-페놀 수지 성형 재료를 제조하였다. 성형 재료 중의 흑연 함량은 70 wt%이다. 성형 재료 중의 페놀 수지의 함량은 30 wt%이다. 성형 수지 중의 질소 함량은 0.02 wt%이다. 상기 성형 재료를 160℃로 가열된 금형에 충전한 뒤, 약 25 MPa의 표면 압력 하에서 3분간 성형하여 성형품을 얻었다.
평가
실시예 1 내지 6 그리고 비교예 1 및 2의 성형 재료들의 조성을 표 1에 나타내었다. 실시예 1 내지 6 그리고 비교예 1 및 2 각각의 성형 재료에 대해, 비중, 굽힘 강도, 굽힘 탄성율, 록웰(Rockwell) 경도, 표면 저항율, 체적 저항율 및 열 전도율을 측정했다. 즉, 비중, 굽힘 강도 및 굽힘 탄성율은 JIS(Japanese Industrial Standards) K 6911에 규정된 방법에 따라 측정했다. 경도는 JIS K 7202에 규정된 방법에 따라 측정했다. 표면 저항율 및 체적 저항율은 JIS K 7194에 규정된 방법에 따라 측정하였다. 성형 제품의 직경 방향의 열 전도율은 레이저 섬광법에 따라 측정했다. 결과를 표 2에 나타내었다.
표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 6 각각의 성형품은 비교예 1의 성형품에 비해 작은 표면 저항율 및 체적 저항율, 그리고 높은 도전성 및 열 전도성을 갖는다. 또한, 이들 실시예의 성형품들은 개선된 기계적 강도를 유지한다. 비교예 2의 성형품은 양호한 기계적 강도를 나타내지만, 성형 재료 중의 흑연 분말의 함량이 지나치게 작기 때문에 도전성 및 열 전도성이 부족하다.
표 1
| 페놀 | 소수성페놀(%) | 촉매 | 수지 함량(wt%) | 탄소 함량(wt%) | 질소 함량(wt%) | ||
| 실시예 1 | 페놀 | 비스페놀-A | 5 | 트리에틸아민 | 20.2 | 79.8 | 0.02 |
| 실시예 2 | 페놀 | o-크레졸 | 50 | KOH | 20.1 | 79.9 | 0.01 |
| 실시예 3 | -- | 비스페놀-A | 100 | NaOH트리에틸아민 | 20.3 | 79.7 | 0.02 |
| 실시예 4 | -- | 비스페놀-A | 100 | NaOH트리에틸아민 | 6.1 | 93.9 | 0.02 |
| 실시예 5 | -- | 비스페놀-A | 100 | NaOH트리에틸아민 | 6.1 | 93.9 | 0.02 |
| 실시예 6 | 페놀 | -- | 0 | 헥사메틸렌-테트라민 | 18.3 | 81.7 | 0.09 |
| 비교예 1 | 페놀 | -- | 0 | KOH | 24 | 76 | 0.02 |
| 비교예 2 | 페놀 | 비스페놀-A | 5 | 트리에틸아민 | 30 | 70 | 0.02 |
표 2
| 비중 | 굽힘 강도(MPa) | 굽힘 탄성율(104 MPa) | 록웰 경도(HRR) | 표면 저항율(Ω/?) | 체적 저항율(Ωㆍcm) | 열 전도율(cal/cmㆍsㆍ℃) | |
| 실시예 1 | 1.90 | 39 | 1.4 | 92 | 3.6 x 10-2 | 2.8 x 10-2 | 0.043 |
| 실시예 2 | 1.91 | 48 | 1.7 | 95 | 3.3 x 10-2 | 2.9 x 10-2 | 0.047 |
| 실시예 3 | 1.90 | 37 | 1.3 | 78 | 4.0 x 10-2 | 3.1 x 10-2 | 0.047 |
| 실시예 4 | 2.10 | 47 | 1.6 | 94 | 2.7 x 10-2 | 2.4 x 10-2 | 0.054 |
| 실시예 5 | 2.00 | 46 | 1.5 | 93 | 2.8 x 10-2 | 2.6 x 10-2 | 0.052 |
| 실시예 6 | 1.92 | 38 | 1.4 | 90 | 3.4 x 10-2 | 2.9 x 10-2 | 0.048 |
| 비교예 1 | 1.88 | 35 | 1.0 | 73 | 2.1 x 10-1 | 4.6 x 10-1 | 0.012 |
| 비교예 2 | 1.80 | 50 | 1.8 | 96 | 8.5 x 10-1 | 7.8 x 10-1 | 0.011 |
본 발명은 양호한 기계적 강도를 유지하면서 높은 도전성 및 열 전도성을 갖는 성형품을 얻을 수 있는 카본-페놀 수지 성형 재료를 제공한다.
Claims (12)
- 카본 분말과 혼합하면서 페놀과 알데하이드를 촉매의 존재 하에서 반응시킴으로써 얻어진 카본-페놀 수지 성형 재료로서, (a) 상기 성형 재료 중의 카본 분말의 함량이 75 wt% 이상이고, (b) 상기 성형 재료 중의 질소 성분의 함량이 0.3 wt% 이하이고, (c) 상기 촉매가 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 수산화물, 산화물 및 3급 아민으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 촉매가 3급 아민인 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 카본 분말이 고정 탄소를 90 wt% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 제1항에 있어서,상기 촉매가 3급 아민 및 알칼리 금속의 수산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 제1항에 있어서,상기 촉매가 트리에틸아민인 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 제1항에 있어서,상기 촉매가 KOH인 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 제1항에 있어서,상기 촉매가 NaOH 및 트리에틸아민인 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 제1항에 있어서,상기 페놀이 5 wt% 이상의 소수성 페놀을 포함하고, 상기 소수성 페놀의 물에 대한 용해도가 상온에서 5 이하인 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 카본 분말과 혼합하면서 페놀과 알데하이드를 촉매의 존재 하에서 반응시킴으로써 얻어진 카본-페놀 수지 성형 재료로서, (a) 상기 성형 재료 중의 카본 분말의 함량이 75 wt% 이상이고, (b) 상기 성형 재료 중의 질소 성분의 함량이 0.3 wt% 이하이고, (c) 상기 페놀이 5 wt% 이상의 소수성 페놀을 포함하고, (d) 상기 소수성 페놀의 물에 대한 용해도가 상온에서 5 이하이고, (e) 상기 촉매가 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염, 수산화물, 산화물 및 3급 아민으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 카본-페놀 수지 성형 재료.
- 제1항 또는 제11항에 있어서,전기 및 전자 기기용 부품의 성형에 사용되는 카본-페놀 수지 성형 재료.
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