KR100885653B1 - Hybrid filler type resin composition for high thermal conductivity - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복합수지 조성물에 관한 것으로 고분자 수지에 종횡비가 5 이상인 섬유형태의 충진재, 입자형태의 충진재, 판상형 충진재, 침상형 충진재 중 두 개 이상 선택되는 충진재를 동시에 사용한 하이브리드 충진재를 투입하여 충진재 간의 접촉을 높여 열전도율을 향상시키면서 가공성과 기계적 물성을 향상시킨 열전도성 복합수지 조성물에 대한 것이다. The present invention relates to a composite resin composition in contact with the polymer resin by filling the hybrid filler using a filler in the form of two or more of fiber-shaped filler, particle-shaped filler, plate-shaped filler, needle-shaped filler at the same time more than 5 It is about a thermally conductive composite resin composition to improve the processability and mechanical properties while increasing the thermal conductivity.
최근까지 주로 열전도도가 높은 금속과 세라믹 재료만이 빠른 열전달을 필요로 하는 분야에 사용되었으나 이들 재료들은 가공성이 좋지 않아 제품 디자인에 제약이 따르고, 또한 이들 재료들은 플라스틱에 비하여 상대적으로 비싼 가격과 무거운 중량을 가지는 결점을 가지고 있다. Until recently, only metal and ceramic materials with high thermal conductivity were used in applications requiring fast heat transfer. However, these materials have limited workability due to poor workability, and these materials are relatively expensive and heavier than plastics. It has the drawback of having weight.
이런 문제점을 해결하기 위하여 고분자 수지에 열전도성이 높은 금속 충진재나 세라믹 충진재를 사용하는 연구들이 진행되어왔다. In order to solve this problem, studies using metal fillers or ceramic fillers having high thermal conductivity in polymer resins have been conducted.
일반적으로 플라스틱은 가볍고 성형가공성이 좋아 많은 용도에 사용되고 있 으며, 금속 및 세라믹을 계속적으로 대체하고 있다. In general, plastics are used for many applications because of their lightness and moldability, and are continuously replacing metals and ceramics.
특히, 전자 제품이 점점 더 얇고, 경량화 되고 많은 열을 발생하는 부품을 사용함에 따라, 방열성이 우수한 플라스틱 하우징이나 부품에 대한 요구는 한층 더 높아지고 있다. In particular, as electronic products use parts that are thinner, lighter, and generate more heat, there is a greater demand for plastic housings and components having excellent heat dissipation.
일반적으로 플라스틱은 전기절연성이 좋고 열전도율이 낮아 단열/절연 재료로는 우수하다.In general, plastics have excellent electrical insulation and low thermal conductivity, which is excellent as a heat insulating / insulating material.
그러나, 플라스틱은 열방출성이 좋지 않아 전자제품의 하우징 용도로 사용되는 경우 내부의 온도를 상승시켜 성능의 오작동 등을 유발시키고, 온도가 높아지게 되면 충분한 기계적 특성을 유지 못해 사용이 제한되고 있다. However, plastics are poor in heat dissipation, so when used for the housing of electronic products, the internal temperature is increased, causing malfunctions, etc., and when the temperature is high, the use of the plastic is not sufficient, so that the use of the plastic is limited.
플라스틱과 같은 고분자가 매우 낮은 열전도도를 가지는 이유는 고분자가 긴 사슬이 엉켜있는 모양을 하고 있고, 진동양자(phonon)에 의하여 에너지가 전달되는 열전달 과정에서 분산(scattering)되기 때문으로 알려져 있다.Polymers such as plastics have a very low thermal conductivity because polymers have a long chain shape and are scattered in the heat transfer process in which energy is transferred by a phonon.
일반적으로 열전도도는 다음의 식을 통하여 열확산도에서 구할 수 있다.In general, thermal conductivity can be obtained from thermal diffusivity through the following equation.
K=α ρ Cp (1)K = α ρ Cp (1)
식 (1)에서 k는 열전도도, α=열확산도, ρ=밀도, Cp=비열이다. In Equation (1), k is thermal conductivity, α = thermal diffusivity, ρ = density, and Cp = specific heat.
플라스틱과 같은 고분자는 열전도도가 0.17~0.4 W/mK 정도로 열을 잘 통과시키지 않는 성질이 있다. Polymers such as plastics have a property that heat conduction does not pass well about 0.17 ~ 0.4 W / mK.
그래서 플라스틱과 같은 고분자에 열전도성 충진재를 첨가하여 열전도성 고분자 수지를 형성하려는 연구가 시도되고 있다. Therefore, a study has been attempted to form a thermally conductive polymer resin by adding a thermally conductive filler to a polymer such as plastic.
한국특허 20-0339260에는 열전도도가 1 W/mK 이상인 고분자 수지를 사용한 난방용 패널에 대하여 기술되어 있지만 열전도도 수지조성물에 대한 자세한 사항은 기재되어 있지 않다.Korean Patent 20-0339260 describes a heating panel using a polymer resin having a thermal conductivity of 1 W / mK or more, but details of the thermal conductive resin composition are not described.
그리고 한국특허 20-0338520에는 방열수지를 사용한 인쇄회로기판에 대하여 기술되어 있지만 열전도성 수지에 대한 구체적인 기술은 기재되어 있지 않다. In addition, although Korean Patent No. 20-0338520 describes a printed circuit board using a heat dissipating resin, a specific technology for a thermally conductive resin is not described.
미국특허 제 5,232,970호에서는 플라스틱에 입자형 세라믹만을 35 부피%로 충진하여 열전도도를 높였으며, Yu 등은 (Diamond & related materials, 2005년) 열경화성 에폭시 수지에 실리카, 알루미나, 보론 나이트라이드를 30 부피% 첨가하여 1.2 W/mK까지 증가시켰으며, 입자의 형상이 구형이 아닌 알루미나나 다이아몬드 등이 보다 더 낳은 열적 접촉효과를 주는 것을 확인하였다. In U.S. Patent No. 5,232,970, the thermal conductivity was increased by filling only 35% by volume of ceramic granules in plastic, and Yu et al. (Diamond & related materials, 2005) contained 30 vol. % Was added to increase to 1.2 W / mK, it was confirmed that the alumina or diamond, such as the shape of the particles give a better thermal contact effect.
한국특허 10-0450229에서는 여러종류의 고분자에 대하여 다양한 충진재를 40 중량% 이상으로 과량 첨가하였을 때 열전도도가 0.9~1.6 W/mK 정도까지 높아지는 것을 보여주고 있고, 특별히 섬유형 충진재와 입자형 충진재의 상승작용에 대해서는 언급되어 있지 않다. Korean Patent No. 10-0450229 shows that the thermal conductivity is increased to about 0.9 to 1.6 W / mK when various fillers are added in excess of 40 wt% with respect to various polymers. Particularly, the fibrous fillers and the particulate fillers No synergy is mentioned.
이들 연구는 많은 함량을 첨가하여야만 1 W/mK 정도의 열전도도를 갖고, 많은 충진재의 첨가에 의하여 가공성, 기계적 물성이 저하되는 문제점을 안고 있다. These studies have a thermal conductivity of about 1 W / mK only when a large amount is added, and there is a problem in that workability and mechanical properties are degraded by the addition of many fillers.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위한 것으로서, 폴리이더이더키톤을 포함하는 고분자 수지에 종횡비가 5 이상인 섬유형태의 충진재, 입자형태의 충진재, 판상형태의 충진재, 침상형태의 충진재 중 두 개 이상 사용한 하이브리드 충진재를 투입하여 충진재 간의 접촉을 높여 열전도율을 향상시킨 복합수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is to improve the above problems, two or more of the filler in the form of fiber, filler in the form of particles, filler in the form of a plate, filler in the form of a needle having an aspect ratio of 5 or more in the polymer resin containing polyether ether ketone. It is an object of the present invention to provide a composite resin composition in which the used hybrid filler is increased to increase contact between the fillers, thereby improving thermal conductivity.
그리고 본 발명은 고분자 수지에 탄소섬유를 첨가하여 기계적 특성과 내열성이 요구되는 용도에 사용이 가능한 복합수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. And an object of the present invention is to provide a composite resin composition that can be used for applications requiring mechanical properties and heat resistance by adding carbon fiber to the polymer resin.
또한 본 발명은 압출기나 일반의 혼련기로 가공이 용이한 복합수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a composite resin composition which can be easily processed by an extruder or a general kneader.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 복합수지 조성물은 섬유형 충진재 및 입자형 충진재가 혼합된 하이브리드 충진재가 폴리이더이더키톤을 포함하는 고분자 매트릭스의 부피 전체에 걸쳐서 분산되어 있는 것을 특징으로 한다. The composite resin composition for solving the above technical problem is characterized in that the hybrid filler mixed with the fibrous filler and the particulate filler is dispersed throughout the volume of the polymer matrix including the polyether ether ketone.
여기서 상기 복합수지 조성물 100 부피부를 기준으로 상기 고분자 매트릭스를 구성하는 고분자의 함량은 30 내지 95부피부, 상기 하이브리드 충진재는 5 내지 70부피부의 비율로 구성되는 것을 특징으로 한다. Here, the content of the polymer constituting the polymer matrix based on 100 parts by volume of the composite resin composition is 30 to 95 parts by volume, and the hybrid filler is characterized in that it consists of a ratio of 5 to 70 parts by volume.
또한, 상기 복합수지 조성물 100 부피부를 기준으로 상기 고분자 매트릭스를 구성하는 고분자의 함량은 60 내지 90부피부, 상기 하이브리드 충진재는 10 내지 40부피부의 비율로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이더설파이드, 폴리페닐렌 설파이드, 액정고분자, 폴리이더아미드 중 적어도 한 개 이상을 더 포함하는 수지의 공중합체인 것을 특징으로 한다.In addition, the content of the polymer constituting the polymer matrix based on 100 parts by volume of the composite resin composition is characterized in that consisting of 60 to 90 parts by volume, the hybrid filler is 10 to 40 parts by volume.
Here, the polymer matrix is a copolymer of a resin further comprising at least one of polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyamide, polyether sulfide, polyphenylene sulfide, liquid crystal polymer, and polyetheramide. do.
그리고, 상기 하이브리드 충진재는 열전도도가 200W/mK 이상인 것을 특징으로 한다. In addition, the hybrid filler is characterized in that the thermal conductivity of 200W / mK or more.
여기서 상기 섬유형 충진재는 종횡비가 5이상인 것을 특징으로 한다.Wherein the fibrous filler is characterized by having an aspect ratio of 5 or more.
또한, 상기 섬유형 충진재는 열전도도가 200 W/mK 이상인 탄소섬유인 것을 특징으로 한다. 이때, 탄소섬유는 10 부피부 이상을 첨가하는 것을 특징으로 한다.In addition, the fibrous filler is characterized in that the thermal conductivity of carbon fiber of 200 W / mK or more. At this time, the carbon fiber is characterized by adding 10 parts by volume or more.
그리고, 상기 입자형 충진재는 알루미나, 보론 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 베릴륨 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드 중 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하고, 그 평균직경이 30㎛이하인 것을 특징으로 한다. In addition, the particulate filler is characterized in that at least one of alumina, boron nitride, silicon carbide, diamond, beryllium oxide, aluminum nitride is selected, the average diameter is 30㎛ or less.
상기 복합수지 조성물은 열전도도가 3W/mk 이상인 것을 특징으로 하고, 인장 강도가 100 내지 200MPa인 것을 특징으로 하고, 충격강도는 4KJ/m2 내지 8KJ/m2인 것을 특징으로 하고, 굴곡강도가 140 내지 250MPa 인 것을 특징으로 하고, 굴곡탄성율은 8000 내지 12000 MPa인 것을 특징으로 한다.The composite resin composition is characterized in that the thermal conductivity is 3W / mk or more, characterized in that the tensile strength is 100 to 200MPa, impact strength is characterized in that 4KJ / m 2 to 8KJ / m 2 , flexural strength It is characterized in that 140 to 250MPa, the flexural modulus is characterized in that 8000 to 12000 MPa.
아울러, 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 디스플레이 소자는 영상을 표시하는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널을 커버하며, 상기 복합수지 조성물로 형성된 커버를 포함한다. In addition, a display device for solving the above technical problem is a display panel for displaying an image; Covering the display panel, and comprises a cover formed of the composite resin composition.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 복합수지 조성물은 열전도도가 200 W/mK 이상인 섬유충진재 및 입자형 충진재를 혼합사용한 하이브리드 충진재를 사용함으로써 복합수지 조성물의 열전도도가 향상되는 효과가 있다. As described above, the composite resin composition according to the present invention has an effect of improving the thermal conductivity of the composite resin composition by using a hybrid filler using a mixture of fiber filler and particulate filler having a thermal conductivity of 200 W / mK or more.
본 발명에 따른 복합수지 조성물은 섬유형 충진재 및 입자형 충진재를 혼합하여 사용함으로써 열전도도는 물론 인장강도, 충격강도, 굴곡탄성율 등의 기계적 특성이 향상되는 효과가 있다. The composite resin composition according to the present invention has an effect of improving mechanical properties such as tensile strength, impact strength, flexural modulus, as well as thermal conductivity by using a mixture of fibrous fillers and particulate fillers.
또한 고분자 수지를 열가소성 수지로 사용함으로써 다양한 형상으로 가공이 용이하여 가공성을 향상시키는 효과가 있다. In addition, since the polymer resin is used as the thermoplastic resin, it is easy to process into various shapes, thereby improving workability.
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 복합수지 조성물이 열전도도와 기계적 특성이 우수하다는 것을 구체적인 실시예들 및 비교예를 들어 설명한다. Hereinafter, the composite resin composition according to the embodiments of the present invention will be described with reference to specific examples and comparative examples that are excellent in thermal conductivity and mechanical properties.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.Details not described herein are omitted because they can be sufficiently inferred by those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 따른 복합수지 조성물을 도시한 도면이다. 1 is a view showing a composite resin composition according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합수지 조성물(10)은 고분자 매트릭스를 형성하는 고분자 수지와, 상기 고분자 매트릭스에 분산되어 있는 하이브리드 충진재를 포함한다. Referring to FIG. 1, the
그리고 본 발명에 따른 복합수지 조성물은 이형제, 광안정제, 열안정제, 자외선 흡수제, 난연제, 착색제, 활제, 정전기 방지제, 무기충진재 등의 첨가제가 더 포함할 수 있다. The composite resin composition according to the present invention may further include additives such as a release agent, a light stabilizer, a heat stabilizer, an ultraviolet absorber, a flame retardant, a colorant, a lubricant, an antistatic agent, and an inorganic filler.
상기 고분자 수지(110)의 부피함량은 복합수지 조성물(10)의 총 부피 100부피부를 기준으로 30 내지 95부피부의 조성으로 형성할 수 있다. The volume content of the
상기 고분자 수지(110)는 열가소성 수지를 사용할 수 있다. The
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리이더이더키톤, 폴리이더설파이드, 폴리페닐렌 설파이드, 액정고분자, 폴리이더아미드를 포함하며, 이들 중 적어도 한개 이상을 포함하는 수지의 공중합체인 것을 사용할 수 있다. The thermoplastic resin includes polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyamide, polyether ether keytone, polyether sulfide, polyphenylene sulfide, liquid crystal polymer, polyetheramide, and a resin containing at least one of them. The copolymer of can be used.
상기 하이브리드 충진재(150)의 부피 함량은 복합수지 조성물(10)의 총 부피 100부피부를 기준으로 5부피부 내지 70부피부 이하로 구성할 수 있다. 바람직하게는 10부피부 내지 40 부피부를 사용할 수 있다.The volume content of the
이는 하이브리드 충진재(150)의 함량이 70 부피부 이상이 될 경우에는 복합수지 조성물(10)의 점도증가로 인하여 압출공정이나 사출공정이 어려워지고 급격한 충격강도 저하를 초래할 수 있기 때문이다. This is because, when the content of the
그리고 상기 하이브리드 충진재(150)의 열전도도는 200W/mK 이상을 갖는 것이 바람직하다. And the thermal conductivity of the
상기 하이브리드 충진재(150)는 세라믹 충진재(filler)로 사용할 수 있다. 이는 알루미늄 플레이크와 구리 섬유등의 금속계 충진재는 열전도성은 우수하지만 전기전도도가 높아 고분자 수지(110)가 가지고 있는 전기절연 장점을 유지할 수 없고 일부 금속계 충진재는 장기간 사용시 내부 충진재의 부식에 의한 고분자 수지(110) 물성의 저하를 초래할 수 있기 때문이다. 여기서, 세라믹 충진재는 입자형, 판상형, 침상형 등을 갖는 것을 사용할 수 있다. The
그리고 본 발명의 하이브리드 충진재(150)는 섬유형 충진재(130)와 입자형 충진재(120)로 구성될 수 있다. And the
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상기 섬유형 충진재(130)는 복합수지 조성물의 총 100부피부를 기준으로 3 내지 40부피부를 첨가할 수 있다. The
상기 섬유형 충진재(130)의 첨가는 충격강도 및 인장강도의 유지를 필요로 하는 성형물의 제작 시 중요시 될 수 있다. The addition of the
하이브리드 충진재(150)는 시너지 열전달 효과를 갖기 위해서, 섬유형 충진재(130)의 종횡비는 5 이상인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 20 이상인 것을 사용할 수 있다.The
상기 복합수지 조성물(10)에 섬유형 충진재(130)만 첨가될 경우 복합수지 조성물(10)의 흐름성이 좋지 않고 사출시의 섬유의 흐름이 한쪽 방향으로만 섬유를 정렬시켜 복합수지 조성물(10) 물성의 방향성을 심하게 야기할 수 있는 단점이 있다.When only the
그리고 상기 섬유형 충진재(130)는 종횡비가 5 이상이면서 열전도도가 200 W/mK 이상인 탄소섬유를 복합수지 조성물의 총 100부피부를 기준으로 10 부피부 이상 첨가하면, 복합수지 조성물(10)의 열변형온도(ASTM D648)를 올릴 수 있어, 열전도도를 향상시키는 동시에 고분자 성형품의 열적안정성을 확보할 수 있다. 즉, 상기 섬유형 충진재는 복합수지 조성물의 열전도 통로 역할을 할 수 있다. In addition, the
한편, 상기 입자형 충진재(120)는 복합수지 조성물(10)의 총 100부피부를 기준으로 3 내지 40부피부를 첨가할 수 있다. On the other hand, the
상기 입자형 충진재(120)는 알루미나, 보론 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 베릴륨 옥사이드, 알루미늄 나이트라이드 등 열전도율이 높은 입자를 하나 이상 포함한다.The
상기 입자형 충진재(120)는 평균직경이 1 내지 100 ㎛인 입자를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 30㎛ 이내의 입자를 사용할 수 있다. The
상기 복합수지 조성물(10)에 입자형 충진재(120)의 평균직경이 100 ㎛ 이상이거나 입자형 충진재(120)만을 사용할 경우에는 복합수지 조성물(10)의 충격성이 급격히 나빠져 고분자 재료가 취성을 가질 수 있다. When the average diameter of the
여기서 본 발명에 의하여 형성된 복합수지 조성물(10)은 사출성형, 압축성형 등에 의하여 용이한 성형을 할 수 있다. 바람직하게는 사출성형이 적합된 형태의 가공방법이다. Here, the
이하에서는 본 발명에 따른 복합수지 조성물의 가공성 향상된 것을 설명하기 위해 제조공정을 간략히 설명한다. Hereinafter, a brief description of the manufacturing process to explain the improved processability of the composite resin composition according to the present invention.
본 발명에서 고분자수지(110)와 입자형 충진재(120)의 혼합은 믹서타입의 혼련기를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 일축 또는 이축 압출기를 사용할 수 있으며, 특히 이축압출기를 사용하면 충진재 혼련효과가 우수하다. 즉, 본 발명에 따른 복합수지 조성물(10)은 가공성이 용이한 장점이 있다. In the present invention, the mixing of the
또한, 압출공정의 경우 고분자 수지(110)와 입자형 충진재(120)를 프리믹싱(premixing)하여 투입하거나 2개의 이상의 원료투입 피더를 사용하여 고분자 수지(110)와 입자형 충진재(120), 열전도성 섬유 등을 투입할 수 있다. In addition, in the extrusion process, the
여기서 열전도 통로의 주된 역할을 하는 섬유형 충진재(130)는 가능한 종횡비가 가공중간에 줄어들지 않는 것이 중요하다. In this case, it is important that the aspect ratio of the
따라서 섬유형 충진재(130) 종횡비의 유지에 의한 열전도도의 향상과 고분자 물성 저하를 막기 위하여 압출공정에서 섬유형 충진재(130)의 투입위치를 압출기 배럴의 후단부로 하는 것이 바람직하다. Therefore, in order to prevent the improvement of thermal conductivity and the deterioration of polymer properties by maintaining the aspect ratio of the
도 2는 본 발명에 따른 복합수지 조성물로 형성되는 디스플레이소자를 도시한 도면이다. 여기서 복합수지 조성물은 도1을 인용한다. 2 is a view showing a display device formed of a composite resin composition according to the present invention. Here, the composite resin composition refers to FIG. 1.
도 2를 참조하면, 디스플레이 소자(20)는 디스플레이 패널(210)과 본 발명에 따른 복합수지 조성물로 성형된 커버(10a)를 구비한다. Referring to FIG. 2, the
상기 디스플레이패널(20)은 영상을 표시할 수 있으며, 상기 디스플레이 패널(210)을 작동시키기 위해서는 집적도가 높은 다수의 전자장치가 디스플레이 소자(20)에 구비된다. The
상기 집적도가 높은 전자장치들은 작동하면서 많은 열을 방출하게 된다. 상기 열은 디스플레이소자(20)의 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다. The highly integrated electronic devices emit a lot of heat while operating. The heat may be a factor for degrading the performance of the
상기 커버(10a)는 본 발명에 따른 복합수지 조성물(10)로 성형할 수 있다. 본 발명에 따른 복합수지 조성물(10)은 고분자 수지(110)에 의해서 용이한 가공 특성을 갖고 있기 때문에 다양한 형상으로 형성이 용이하다. The
또한 상기 복합수지 조성물(10)로 성형된 커버(10a)는 하이브리드 충진재(150)를 포함하고 있기 때문에 열을 빠르게 분산시켜 디스플레이 소자(20)의 작동온도를 낮춰 제품의 내구성을 향상시키고 수명을 연장시킬 수 있다. In addition, since the
이와 같이, 본 발명에 따른 복합수지 조성물(10)을 사용한 디스플레이 소자(20)는 내구성 및 소자의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다. As such, the
본 발명을 이하의 실시예와 비교예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 발명의 범위는 제한하는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples. However, the examples are only for illustrating the present invention, but the scope of the invention is not limited.
실시예들의 설명에 앞서 실시예에서 사용되는 고분자 수지, 하이브리드 충진재의 물질을 간략히 설명하기로 한다. Prior to the description of the embodiments will be briefly described the material of the polymer resin, hybrid filler used in the embodiment.
본 발명에 따른 고분자 수지의 실시예에서 사용되는 폴리이더이더키톤(Polyetheretherketone)은 고내열성 엔지니어링 플라스틱의 하나로 전기전자 용도에 컴파운드 형태로 널리 사용되고 있다. Polyetheretherketone (Polyetheretherketone) used in the embodiment of the polymer resin according to the present invention is one of high heat resistance engineering plastics and is widely used in compound form for electric and electronic applications.
폴리이더이더키톤 수지를 주성분으로 하고 무기충진제, 유리섬유, 산화방지제 및 기타 첨가제로 구성하여 탄성율, 흐름성 저온충격성, 유동성을 향상시켜 웨이퍼 트레이, LCD카세트 랙 등으로 반도체 생산라인공정에 사용되어 왔다. It has been used in semiconductor production line process such as wafer tray, LCD cassette rack, etc. by improving the modulus of elasticity, flowability, low temperature impact, and fluidity by using polyether ether keytone resin and inorganic filler, glass fiber, antioxidant, and other additives. .
본 발명에서 주로 사용한 폴리이더이더키톤 수지는 Victrex사의 150P제품을 사용하였으며 자세한 성질은 표1에 나타내었다. Polyether ether keytone resin mainly used in the present invention was used Victrex's 150P products and the detailed properties are shown in Table 1.
본 실험에서 사용한 세라믹 충진재들은 물성은 표2와 같다. 표3은 열전도성이 높은 Cytec사의 DKD 피치계 탄소섬유와 열전도도가 15 W/mK로 낮은 미쯔시비 화학사의 K223 탄소섬유의 물성을 보여주고 있다. 사출성형 시편의 물리적 성질은 다음과 같은 방법에 의거하여 측정되었다.Physical properties of ceramic fillers used in this experiment are shown in Table 2. Table 3 shows the properties of Cytec's DKD pitch carbon fiber with high thermal conductivity and K223 carbon fiber with Mitsubishi Chemical's low thermal conductivity of 15 W / mK. The physical properties of the injection molded specimens were measured by the following method.
그리고 상기와 같이 마련된 재료를 사출시편에서 직경이 10 mm이고 두께가 1 mm인 디스크 형태의 시편을 만들어 열확산도를 측정하였다. And the material prepared as described above was made from the injection specimen to make a disk-shaped specimen having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm to measure the thermal diffusivity.
열확산도 측정은 ULVAC사의 TC7000 장비를 사용하여 측정하였다. 인장강도는 ASTM D638, 충격강도는 ASTM D256, 굴곡강도는 ASTM D790, 굴곡탄성율은 ASTM D790, 인장신율은 ASTM D638, 열전도도는 레이져 섬광법 (Laser Flash Method)으로 측정하였다. Thermal diffusivity was measured using a UL7000 TC7000 equipment. Tensile strength is ASTM D638, impact strength is ASTM D256, flexural strength is ASTM D790, flexural modulus is ASTM D790, tensile elongation is ASTM D638, thermal conductivity is measured by the Laser Flash Method.
실시예 및 비교예에 대한 열전도도, 기계적 물성 및 조성은 표 4 내지 7에 나타내었다.Thermal conductivity, mechanical properties, and composition of Examples and Comparative Examples are shown in Tables 4 to 7.
실시예 1Example 1
폴리이더이더키톤 그래뉼 수지 80 부피%에 섬유형 충진재로 피치계 탄소섬유인 DKD (Cytec사) 섬유를 10부피%, 입자형 충진재로 SiC를 10 부피% 핸슬 믹서기에 넣고 회전날개를 60 rpm 으로 5분간 회전시키면서 혼합한 후 이를 직경이 25 mm인 이축압출기를 통하여 펠렛을 제조하였다. 압출된 펠렛은 130℃에서 4시간 건조 후 사출과정을 통해 시편을 물성시편을 제조하였다. 10% by volume of DKD (Cytec) fiber, a pitch-based carbon fiber, and 10% by volume of SiC in a particulate filler with a fibrous filler in 80% by volume polyether ether ketone granule resin. After mixing while rotating for a minute, pellets were prepared through a twin screw extruder having a diameter of 25 mm. The extruded pellets were dried at 130 ° C. for 4 hours, and then the specimens were manufactured by injection molding.
실시예 2 Example 2
폴리이더이더키톤 그래뉼 수지 80 부피%에 섬유형 충진재로 피치계 탄소섬유인 DKD 섬유를 15부피%, 입자형 충진재로 SiC를 5 부피% 혼합하여 실시예 1과 같이 제조하였다. It was prepared as in Example 1 by mixing 15% by volume of DKD fiber, a pitch-based carbon fiber, and 5% by volume of SiC as a particulate filler in a 80% by volume polyether ether ketone granule resin as a fibrous filler.
실시예 3Example 3
폴리이더이더키톤 그래뉼 수지 80 부피%에 섬유형 충진재로 피치계 탄소섬유인 DKD 섬유를 5 부피%, 입자형 충진재로 SiC를 15 부피% 혼합하여 실시예 1과 같이 제조하였다. 80% by volume of polyether ether ketone granule resin was prepared as in Example 1 by mixing 5% by volume of pitch-based carbon fiber DKD fiber as a fibrous filler and 15% by volume of SiC as a particulate filler.
실시예 4Example 4
폴리이더이더키톤 수지 70부피%에 입자형 충진재로 SiC를 20부피 %, DKD 탄소섬유 10 부피 %를 혼합하여 실시예 1과 같이 제조하였다. 70% by volume of polyether ether ketone resin was prepared by mixing 20% by volume of SiC and 10% by volume of DKD carbon fiber as a particulate filler.
실시예 5Example 5
폴리카보네이트 (삼양사, 그레이드 Trirex 3022) 그래뉼 수지 70 부피%에 섬유형 충진재로 피치계 탄소섬유인 DKD 섬유를 15 부피%, 입자형 충진재로 SiC를 15 부피% 혼합하여 실시예 1과 같이 제조하였다.Polycarbonate (Samyang, Grade Trirex 3022) was prepared in Example 1 by mixing 15% by volume of pitch-based carbon fiber DKD fiber, 15% by volume of SiC as a particulate filler in a granular resin 70% by volume granular resin.
실시예 6Example 6
폴리이더이더키톤 수지 70부피%에 섬유형 충진재로 피치계 탄소섬유인 DKD 섬유를 15 부피%, 입자형 충진재로 AlN를 15 부피% 혼합하여 실시예 1과 같이 제조하였다.70% by volume of polyether ether ketone resin was prepared in the same manner as in Example 1 by mixing 15% by volume of pitch-based carbon fiber DKD fiber as a fibrous filler and 15% by volume of AlN as a particulate filler.
비교예 1 Comparative Example 1
폴리이더이더키톤 수지 80 부피%에 입자형 충진재로 SiC를 20 부피% 혼합하여 실시예 1과 같이 제조하였다. It was prepared as in Example 1 by mixing 20% by volume of SiC with a particulate filler in 80% by volume of polyether ether keytone resin.
비교예 2Comparative Example 2
폴리이더이더키톤 수지 80부피%에 DKD 탄소섬유를 20 부피% 혼합하여 실시예 1과 같이 제조하였다. It was prepared as in Example 1 by mixing 20% by volume of DKD carbon fiber in 80% by volume of the polyether ether ketone resin.
비교예 3 Comparative Example 3
폴리이더이더키톤 수지 70 부피%에 K223 탄소섬유를 20 부피%, 입자형 충진재를 10부피% 혼합하여 실시예 1과 같이 제조하였다. 그리고 K223 탄소섬유의 열전도도는 15로 낮은 열전도도 특성이 있다. It was prepared in Example 1 by mixing 20% by volume of K223 carbon fiber and 10% by volume of particulate filler in 70% by volume of polyether ether keytone resin. And K223 carbon fiber has a low thermal conductivity of 15.
표 4는 실시예 1 내지 실시예 6의 조성을 정리한 표이다. Table 4 is a table summarizing the compositions of Examples 1 to 6.
여기서 상기 하이브리드 충진재를 각각 조성을 변경하여 복합수지 조성물을 형성하였다. Here, the hybrid filler was changed to form a composite resin composition, respectively.
표 5는 실시예 1 내지 실시예 6의 열전도도 특성 및 기계적 특성 값을 정리한 표이다. Table 5 is a table summarizing the thermal conductivity properties and mechanical property values of Examples 1 to 6.
표 5에 정리된 것과 같이, 하이브리드 충진재를 사용한 복합수지 조성물은 열전도도에서 3W/mk 이상이 측정되었다. As summarized in Table 5, the composite resin composition using the hybrid filler was measured 3W / mk or more in the thermal conductivity.
인장 강도는 100 내지 200MPa가 측정되었고, 충격강도는 4KJ/m2 내지 8KJ/m2 로 측정되었다. 그리고 굴곡강도와 굴곡탄성율은 각각 140 내지 250MPa, 8000 내지 12000 MPa으로 측정되었다. Tensile strength was measured from 100 to 200 MPa, and impact strength was measured from 4 KJ / m 2 to 8 KJ / m 2 . Flexural strength and flexural modulus were measured at 140 to 250 MPa and 8000 to 12000 MPa, respectively.
표 6은 비교예 1 내지 비교예3을 나타내며, 하이브리드 충진재가 아닌 입자형 충진재 또는 섬유형 충진재의 조성을 변경하면서 혼합한 복합수지 조성물을 정리한 표이다.Table 6 shows Comparative Examples 1 to 3, and summarizes the composite resin composition mixed while changing the composition of the particulate filler or the fibrous filler other than the hybrid filler.
표 7는 비교예 1 내지 비교예 3의 열전도도 특성 및 기계적 특성 값을 정리한 표이다. Table 7 is a table summarizing the thermal conductivity properties and mechanical property values of Comparative Examples 1 to 3.
표 7에 정리된 것과 같이, 섬유형 충진재 또는 입자형 충진재를 사용한 수지조성물은 열전도도에서 2.5W/mk 미만이 측정되었다. As summarized in Table 7, the resin composition using the fibrous filler or particulate filler was measured at less than 2.5 W / mk in thermal conductivity.
인장 강도는 50 내지 200MPa가 측정되었고, 충격강도는 4KJ/m2 내지 8KJ/m2 로 측정되었다. 그리고 굴곡강도와 굴곡탄성율은 각각 100 내지 300MPa, 5000 내지 10000MPa으로 측정되었다. Tensile strength of 50 to 200 MPa was measured, and impact strength of 4 KJ / m 2 to 8 KJ / m 2 was measured. The flexural strength and flexural modulus were measured as 100 to 300 MPa and 5000 to 10000 MPa, respectively.
또한 열전도도가 15 W/mK로 낮은 탄소섬유인 k223은 하이브리드 충진재임에도 복합수지 조성물의 커다란 열전도도 향상은 나타나지 않았다. In addition, k223, a carbon fiber having a low thermal conductivity of 15 W / mK, showed no significant thermal conductivity improvement of the composite resin composition even though it was a hybrid filler.
본 발명에 따른 수지조성물은 인장강도, 충격강도 우수하고 열전도도가 세라믹 충진재를 포함하지 않는 수지조성물이나 단일형태의 세라믹 충진재를 포함한 경우보다 높게 측정됨을 알 수 있다.It can be seen that the resin composition according to the present invention has a higher tensile strength, higher impact strength, and a higher thermal conductivity than a resin composition containing no ceramic filler or a single ceramic filler.
따라서 상기 복합수지 조성물은 열교환기나 디스플레이 부품 등에 사용될 수 있다. Therefore, the composite resin composition may be used in heat exchangers or display parts.
도 1은 본 발명에 따른 복합수지 조성물을 도시한 도면. 1 is a view showing a composite resin composition according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 복합수지 조성물로 형성되는 디스플레이소자를 도시한 도면. 2 is a view showing a display device formed of a composite resin composition according to the present invention.
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