KR101405836B1 - 수지 내 그래프트된 및 비-그래프트된 입자의 혼합물 - Google Patents

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Abstract

하나의 적용에 있어서, 본 발명의 그래프트된 것 및 비그래프트된 것의 혼합은 높은 열전도성 수지를 위해 제공되며, 이 수지는 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트되어 있는높은 열전도성 입자(31)를 가진 호스트 수지 매트릭스(32)를 포함한다. 또한, 제 2 클래스의 비-그래프트된 높은 열전도성 입자(30)는 호스트 수지 매트릭스(32)에 직접적으로 그래프트되어 있지 않다. 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 높은 열전도성 수지의 약 2-60부피%이다. 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 충전제이고, 1-1000 nm의 길이를 가지며, 가로세로비가 3-100이다.

Description

수지 내 그래프트된 및 비-그래프트된 입자의 혼합물{MIX OF GRAFTED AND NON-GRAFTED PARTICLES IN A RESIN}
관련된 출원의 교차 참조
본 출원은 Smith 등에 의해 2005년 1월 14일에 "그래프트된 표면 작용기를 가진 높은 열전도성 물질"의 표제로 출원된, 미국 출원 제 11/152,986의 일부계속출원이며, 이는 참조로서 본원에 통합되어 있다.
관련 기술
본 발명의 분야는 수지로 함침되는(impregnated) 표면 그래프트된 작용기를 가진 높은 열전도성 물질에 관한 것이다.
배경 기술
임의의 형태의 가전제품의 사용에 있어서, 전기적 절연 컨덕터에 대한 필요성이 존재한다. 계속적으로 크기를 줄이도록 하고 모든 전기 및 전자 시스템을 능률적으로 만들려는 요구 속에서, 더욱 우수하고 더욱 컴팩트한 절연체 및 절연 시스템을 개발해야 하는 상응하는 필요성이 존재한다.
여러 에폭시 수지 물질은 표면에 쉽게 부착될 수 있는 강하고 가요적인 전기 절연 물질이라는 실제적 이점 때문에 전기 절연 시스템에서 널리 사용되어 오고 있다. 마이카 플래이크(mica flake) 및 유리 섬유와 같은 전통적 전기 절연 물질은 개선된 기계적 강도, 화학적 저항성 및 전기적 절연 특성을 지닌 복합 물질을 생산하기 위해 이 에폭시 수지로 표면 코팅되고 결합될 수 있다. 많은 경우에, 전통적 니스(varnish)가 일부 높은 전압 전기 장치에서 사용이 계속되고 있음에도 불구하고, 에폭시 수지는 전통적 니스를 대체하고 있다.
우수한 전기 절연체는, 이의 바로 그 특성에 의해, 또한 우수한 단열체인 경향이 있으며, 이는 바람직하지는 않다. 단열 특성, 즉 특히 공기-냉각된 전기 장치 및 소자를 위한 단열 특성은 소자뿐만 아니라 장치 전체의 효능과 내구성을 감소시킨다. 최대 전기 절연 및 최소 단열 특성을 가지는 전기 절연 시스템을 생산하는 것이 바람직하다.
전기 절연은 종종 여러 층을 가지는 절연 테이프의 형태를 보이기도 한다. 이러한 타입의 테이프에 공통적인 것인 섬유 층에 계면에서 결합되어 있는 종이 층이며, 두 층은 수지와 함침되는 경향이 있다. 바람직한 타입의 절연 물질은 마이카-테이프이다. 개선된 마이카 테이프는 촉매화된 마이카 테이프를 포함하며, 미국 특허 제 6,103,882호에 교시되어 있다. 마이카-테이프는 극도로 우수한 전기 절연을 제공하기 위해 컨덕터 주위에 감길 수 있다. 이 예는 도 1에 도시되어 있다. 본원에서 예시된 것은, 본원에 예시된 실시예에서 베이클라이즈된(bakelized) 코일로 조립(assembled)되어 있는, 컨덕터(14)의 복수의 회전(turns)을 포함하는, 복수의 코일(13)이다. 상기 회전(turn) 절연체(15)는 유리 또는 열 처리된 유리 및 Dacron과 같은 섬유성 물질로부터 제조된다. 베이클라이즈된 코일(14)에 대해 복합 마이카 테이프(16)의 하나 이상의 층을 랩핑(wrapping) 함에 의해 코일을 유한 그라운드 절연(Ground insulation)을 제공한다. 이러한 복합 테이프는 예를 들어, 유리 섬유 천 또는 폴리에틸렌 글리콜 테레프탈레이트 매트의 유연한 백킹 시트(18)와 통합되는 작은 마이카 플래이크의 펠트(felt) 또는 종이일 수 있으며, 마이카(20)의 층은 액체 수지성 바인더에 의해 이에 결합된다. 일반적으로, 복합 테이프(16)의 복수의 층은 전압 요구사항에 의존하여 코일에 대해 랩핑된다. 유리 섬유와 같은 강한 섬유성 물질의 외부 테이프(21)의 랩핑은 코일에 적용될 수 있다.
일반적으로, 마이카 테이프(16)의 다중 층은 높은 전압 코일을 위해 일반적으로 사용되는 16 이상의 층으로 코일에 대해 랩핑된다. 수지는 그 다음에 테이프 층에 함침된다. 수지는 절연 테이프로부터 독립적으로 절연체로서 사용될 수 있기도 하다. 불행하게, 절연체의 이 양은 열을 낭비하는 문제점(complications)에 단지 추가로 더해진다. 요구되는 것은 통상적 방법보다 더 높은 열을 전도시킬 수 있지만, 기계적 및 열적 능력을 포함하는 다른 성능 요소 및 전기 절연을 손상시키지 않는 전기 절연체이다.
종래 기술의 다른 어려움은 또한 존재한다. 이들 중 일부는 추가 설명에서 명백하게 될 것이다.
발명의 요약
상기 사항을 염두해 두고, 본 발명의 방법 및 장치는, 특히, 높은 열전도성(High Thermal Conductivity: HTC) 함침된 매체를 통해 HTC 물질 사이의 평균 거리를 포논(phonon) 평균 자유 경로 길이 미만으로 줄여서 포논의 수송을 용이하게 한다. 이는 포논 산란을 줄이고, 열 공급원으로부터 멀리 있는 포논의 더 큰 순수(net) 흐름 또는 플럭스를 생성한다. 수지는 또한 다중 층으로 이뤄진 절연 테이프와 같은, 호스트 매트릭스 매체로 함침될 수 있다.
높은 열전도성(HTC) 유기-무기 혼성 물질은 분리된 두-상 유기-무기 복합체로부터, 분자 합금에 기초된 유기-무기 연속 상 물질로부터 그리고 덴드리머 코어-쉘 구조 내에서 유기-무기 계면이 분리되어 있지 않은 분리된 유기-덴드리머 복합체로부터 형성될 수 있다. 연속 상 물질 구조는 형성될 수 있으며, 이 구조는 구조 요소의 길이 크기가 열 수송에 책임이 있는 포논 분포보다 짧거나 이와 동일함이 보장됨에 의해 포논 수송을 높이고 포논 산란을 줄인다. 그리고/또는 포논 산란 중심의 수는 예를 들어 매트릭스의 전체 구조 차수(order)를 높임에 의해 및/또는 복합체 내의 계면 포논 산란의 효과적인 제거 또는 감소에 의해 감소된다. 연속적 유기-무기 혼성은 무기, 유기 또는 유기-무기 혼성 나노-입자를 선형으로 또는 가교된 폴리머(열가소성 폴리머 포함) 및 열경화성 수지를 통합시킴에 의해 형성될 수 있으며, 여기서 나노-입자 디멘션(dimension)은 폴리머 또는 네트워크 분절 길이 (전형적으로 1 내지 50 nm 또는 그 초과) 미만 또는 그 정도이다. 이 여러 타입의 나노-입자는 반응성 표면을 포함하여 친밀한 공유적으로 결합된 혼성 유기-무기 균등질(homogeneous) 물질을 형성할 수 있다. 유사한 요구사항은 매트릭스 폴리머 또는 반응성 수지와 함께 반응하여 연속적 물질을 형성할 수 있는 무기-유기 덴드리머에 대해 존재한다. 분리된 및 비-분리된 유기-무기 혼성의 경우에, 연속적 분자 합금을 형성하기 위해 졸-젤 화학물을 사용하는 것이 가능하다. 그 결과 얻은 물질은 통상적인 전기적으로 절연성을 보이는 물질보다 더 높은 열전도성을 보일 것이고, 반응되지 않은 진공-압력 함침 수지로서 그리고 저항 단독(stand alone) 물질로서 회전 및 정적 전기 파워 플랜트에서 그리고 고전압(약 5 kV 초과) 및 저전압(약 5kV 미만) 전기 장치, 소자 및 제품에서 전기 절연 적용을 충족시키기 위해서 활용되는 경우에, 통상적 마이카-유리 테이프 구조에서 결합 수지로서 사용될 수 있다.
물리적 특성 및 성능 특징을 규정하고 있는 그리고 유기 호스트 물질의 존재에서 나노 내지 마이크로 크기의 무기 충전제의 사용에 기초된, 가공된 전기 절연 물질의 형성은 유기 호스트와의 친밀한 계면을 형성할 수 있는 입자 표면의 생성을 요구한다. 이는 호스트 매트릭스와 호환성이 있도록 표면을 화학적으로 그리고 물리적으로 만들도록 충전제의 표면에 화학적 기의 그래프팅을 통해 달성될 수 있거나, 표면은 입자와 호스트 사이에 공유 결합을 형성하도록 유기 호스트와 반응하는 화학적으로 반응성이 있는 작용기를 함유할 수 있다. 유기 호스트 물질의 존재에서 나노 내지 마이크로 크기의 무기 충전제의 사용은 벌크한 유전적 및 전기적 특성 및 열전도성에 부가하여 정의된 표면 화학적 성질을 가진 입자의 생성을 요구한다. 대부분의 무기 물질은 상이한 전기 절연 용도를 적합 시키거나 특성 및 성능의 바른 균형을 지닌 복합체를 얻기 위한 모양 및 크기와 같은 구조적 특징 및 특성의 독립적 선택은 허용되지 않는다. 이는 적당한 벌크 특성 및 모양 및 크기 특징을 가진 입자를 선택하고 그 다음에 전기 절연 적용에 요구되는 복합체 특성 및 성능의 추가적 제어를 달성하도록 표면 및 계면 특성 및 다른 특징을 변경함에 의해 달성될 수 있다. 이는 전기 절연 시스템에서 호스트 물질로서 작동하는 적당한 유기 매트릭스와 반응할 수 있는 반응성 표면 기를 포함하는 유기 코팅 및 금속성 및 비-금속성 무기 옥사이드, 니트라이드, 카르바이드 및 혼합된 시스템의 생성을 포함할 수 있는 입자의 적당한 표면 코팅에 의해 달성될 수 있다. 반응되지 않거나 부분적으로 반응된 형태에 있는 그 결과 얻어진 혼성 물질 및 복합체는 마이카-유리 테이프 구조s에서 결합 수지로서, 다른 유리 섬유, 탄소 섬유 및 플리(ply)-타입 및 텍스타일 복합체에서 통상적 마이카 테이프 구조를 위한 반응되지 않은 진공-압력 및 전체적 진공-압력 함침 수지로서, 그리고 저항 단독 물질로서, 회전 및 정적 전기 파워 플랜트에서 그리고 높고 낮은 전압 전기적 장치, 소자 및 제품에서 전기 절연 용도를 수행하기 위해 사용될 수 있다.
그래프트된 HTC 입자를 사용함에 추가로, 본 발명은 최종적으로 로딩된 수지에서 그래프트된 그리고 그래프트되지 않은 HTC 입자의 혼합물을 사용한다. 비록 특정 용도가 상이한 클래스에서 상이한 입자를 선호할 수 있지만, 이 그래프트된 그리고 그래프트되지 않은 클래스의 입자는 각각 논의된 완전한 범위의 HTC 입자를 포함할 수 있다. 두 클래스 모두는 또한 여러 효과를 위한 추가 표면 처리를 가질 수 있다.
하나의 용도에서, 상기 그래프트된 그리고 그래프트되지 않은 발명의 혼합물은 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트된 높은 열전도성 입자를 가진 호스트 수지 매트릭스를 포함하는 높은 열전도성 수지를 위해 제공된다. 또한, 제 2 클래스의 비-그래프트된 높은 열전도성 입자는 호스트 수지 매트릭스에 직접적으로 그래프트되어 있지 않다. 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 높은 열전도성 수지의 약 2-60부피%이다. 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 충전제이고, 길이가 1-1000nm 이고, 3 내지 100의 가로세로비(aspect ratio)를 가진다.
특별한 구체예에서, 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 약 25-40%를 포함한다. 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 표면 처리되어 이의 클래스의 다른 입자와 반응되지 않도록 할 수 있다. 또한, 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 표면 처리되어 이의 클래스의 다른 입자와 반응하고 호스트 수지 매트릭스 내에 응집물을 형성할 수 있다. 제 1 클래스의 그래프트된 입자는 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자와 반응되도록 표면처리될 수 있다.
다른 특별한 구체예에서, 제 1 클래스의 그래프트된 입자는 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자보다 10배 이상 큰 평균 길이 분포를 가진다. 호스트 수지 네트워크는 에폭시, 폴리이미드-에폭시, 액정 에폭시, 시아네이트-에스테르, 폴리부타디엔, 및 이의 적당한 혼합물을 포함한다. 높은 열전도성 수지는 복합 테이프로 함침되고, 높은 열전도성 수지가 복합 테이프로 함침된 후에 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 수지로 통합될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 그래프트되지 않은 것은 증가된 온도 및 자외선 빛 중 하나 이상의 적용에 의해 호스트 수지에 그래프트된다. 열전도성 입자는 옥사이드, 니트라이드, 및 카르바이드 중 하나 이상이다.
또 다른 용도에서, 본 발명의 그래프트 및 비그래프트의 혼합은 호스트 수지 매트릭스, 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트된 높은 열전도성 입자, 및 호스트 수지 매트릭스에 그래프트 되어 있지 않은 제 2 클래스의 비-그래프트된 높은 열전도성 입자를 포함하는 높은 열전도성 수지를 위해 제공된다. 비록 제 1 클래스의 입자가 어느 정도 열전도성 이점을 제공할 수 있지만, 이들은 본원에 기재되어 있는 HTC 타입 입자여야 하는 것은 아니다. 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 높은 열전도성 수지의 약 4-60부피%이다. 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 충전제이고, 길이다 5-1000 nm이며, 가로세로비가 3-100이고, 각 클래스의 입자는 1부피% 이상의 높은 열전도성 수지를 포함한다. 몇몇의 경우에, 제 1 클래스의 그래프트된 입자는 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자보다 더 높은 기계적 강도를 가진다.
특정 구체예에서, 수지는 종이 또는 유리 섬유 매트릭스와 같은 다공성 매체 또는 인쇄회로기판에 함침된다. 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자의 비율은 다공성 매체가 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자에 제공하는 더 큰 필터링 효과 때문에 다공성 매체의 상이한 부분에서 상이하게 될 수 있다. 몇몇의 경우에, 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자의 비율은 입자의 본래의 위치 때문에 다공성 매체의 상이한 부분에서 상이하다.
또 다른 용도에서, 본 발명의 그래프트된 그리고 그래프트되지 않은 것의 혼합은 호스트 수지 매트릭스 및 상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트된 제 1 클래스의 그래프트된 입자를 포함하는 높은 열전도성 수지를 위해 제공되며, 상기 그래프트된 입자는 호스트 수지 매트릭스의 국소적 강도를 증가시킨다. 또한, 제 2 클래스의 비-그래프트된 높은 열전도성 입자는 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있지 않다. 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 높은 열전도성 수지의 약 2-60부피%이고, 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 충전제이고, 길이가 1-1000 nm이며, 가로세로비가 3-100이다.
특정 구체예에서, 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 제 1 클래스의 그래프트된 입자의 2-10배의 평균 길이를 가진다. 이 구체예의 적용은 더 짧은 그래프트된 입자가 수지의 국소적 강도를 증가시킬 때, 열전도성을 높이는 더 긴, 비-그래프트된 입자를 포함한다. 몇몇 구체예에서, 높은 열전도성 입자가 아닌 제 3 클래스의 비-그래프트된 입자는 호스트 수지 매트릭스에 존재한다.
다른 특별한 구체예에서, 일부 또는 전체의 제 1 클래스의 그래프트된 입자는 길이가 1-1000 nm인 높은 열전도성 충전제이고, 가로세로비가 3-100이다. 다른 구체예에서, 그래프트된 입자는 호스트 수지 매트릭스의 유전적 강도를 증가시킨다.
본 발명의 다른 구체예는 또한 존재하며, 이는 상세한 설명의 추가 해석(reading)에서 명백하게 될 것이다.
도면의 간단한 설명
본 발명은 하기 도면을 참조하여 실시예에 의해 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 고정자 코일 주위에 감싸지는 절연 테이프의 사용을 보여준다.
도 2는 본 발명의 로딩된 수지를 통해 이동하는 포논을 예시한다.
도 3는 더 작은 그래프트된 입자가 표면처리되어서 응집되며, 한편 더 큰 비 그래프트된 입자가 표면처리되어서 더욱 평평하게 흩어지는 본 발명의 하나의 구체예를 예시한다.
본 발명의 상세한 설명
높은 열전도성(HTC) 복합체는 두 상 유기-무기 혼성 물질인 충전제로 통합된 수지성 호스트 네트워크를 포함한다. 유기-무기 혼성 물질은 두 상 유기-무기 복합체로부터, 분자 합금에 기초된 유기-무기 연속 상 물질로부터, 및 유기-무기 계면이 덴드리머 코어-쉘 구조로 비-분리되어 있는 분리된 유기-덴드리머 복합체로부터 형성된다. 포논 수송은 높아지고 포논 산란은 줄어드는데 이는 구조적 요소의 길이 크기가 열 수송에 책임이 있는 포논 분포와 같거나 더 짧은 것을 보장함에 의해 이뤄진다.
두 상 유기-무기 혼성은 무기 마이크로, 메소 또는 나노-입자를 선형 또는 가교된 폴리머(열가소성) 및 열경화성 수지를 통합함에 의해 형성될 수 있다. 호스트 네트워크는 폴리머 및 다른 타입의 수지를 포함하고, 이의 정의는 아래에 있다. 일반적으로, 호스트 네트워크로서 작용하는 수지는 입자와 호환성이 있는, 그리고, 요구된다면, 충전제 표면에서 도입된 기와 반응할 수 있는 임의의 수지일 수 있다. 나노-입자 디멘션은 전형적으로 폴리머 네트워크 분절 길이 정도 또는 미만이다. 예를 들어 1-30 nm. 무기 입자는 공유적으로 결합된 혼성 유기-무기 균등질 물질을 형성하기 위한 반응성 표면을 포함한다. 입자는 옥사이드, 니트라이드, 카르바이드 및 옥사이드, 니트라이드 및 카르바이드의 혼성 화학양론적 및 비-화학양론적 혼합물일 수 있으며, 이의 더 많은 예는 아래에 기재되어 있다.
무기 입자는 호스트 네트워크와의 반응에 참여할 수 있는 다양한 표면 작용기를 도입하도록 표면 처리된다. 표면 작용기는 제한 없이 하이드록실, 카르복실산, 아민, 에폭사이드, 실란 및 비닐 기를 포함한다. 이 기는 습식 화학 방법, 비-평형 플라스마 방법, 화학적 증기 및 물리적 증기 증착, 스퍼터 이온 플래이팅 및 전자 및 이온 빔 증발 방법을 사용하여 적용될 수 있다.
분리된 유기-덴드리머 복합체는 수지 매트릭스와 함께 반응되어 단일 물질을 형성할 수 있다. 덴드리머의 표면은 상기 언급된 것들과 유사한 반응성 기를 포함할 수 있고, 이는 덴드리머-덴드리머 또는 덴드리머-유기 매트릭스 반응이 발생되도록 할 것이다. 덴드리머는 관심 있는 반응성 기를 포함하는 무기 코어 및 유기 쉘을 가질 것이다. 또한, 공통적 졸-젤 화학특성에 관련되어 있는 것들에 유사한 무기 반응에 참가할 수 있는 하이드록실 또는 실란 기와 같은 반응성 기를 또한 포함하는 무기 쉘을 가진 유기 코어를 가지는 것이 가능할 수 있다.
비-분리된 유기-무기 혼성의 사용에 대해서, 연속적 분자 합금을 형성하도록 졸-젤 화학특성을 사용하는 것이 가능하다. 수성 및 비-수성 반응을 포함하는 젤 졸-화학특성은 사용될 수 있다. 유기-무기 혼성의 형성을 위한 다른 화합물은 다면체 올리고머성 실세스퀴옥산(POSS), 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS) 및 테트라부틸 오르토티타네이트(TBOT) 및 유기 작용성 무기 화합물인 관련된 단량체성 및 올리고머성 혼성 화합물을 포함한다. POSS의 예에서, 분자들은 R-SiO1.5의 빌딩 블럭 주위에 세워지며, 여기서 R 기는 다른 유기 화합물 및 호스트 네트워크와 호환성이 있고/거나 반응되도록 선택된다. 염기 화합물은 폴리머 단편 및 코일 구조의 크기와 같은 더 큰 분자를 생성하도록 통합될 수 있다. POSS는 유기-무기 혼성을 만들도록 사용될 수 있고 열전도성을 포함하는 특성을 제어하도록 존재하는 폴리머 및 네트워크에 그래프트될 수 있다. 물질은 알드리치 케미칼(AldrichTM Chemical Co.), 하이브리드 플라스틱(Hybrid PlasticsTM Inc.) 및 젤레스트(GelestTM Inc.)와 같은 공급자로부터 얻어질 수 있다.
언급된 바와 같이, 포논 산란을 줄이도록 물질의 구조적 형태를 제어하는 것이 중요하다. 이는 나노 입자를 사용함에 의해 추가로 보조될 수 있으며, 나노 입자의 매트릭스는 높은 열전도성을 보이고 입자 크기 및 이의 수지와의 계면 특성이 이 효과를 지지하기에 충분하고, 그리고 또한 포논 산란을 줄이도록 길이 크기 요구사항을 만족할 수 있는 것으로 알려져 있다. 더욱 높게 정렬된 구조의 선택은 또한 이에 이익이 될 것이며, 짧고 더 긴 범위 주기성 및 래더를 가지는 반응된 덴드리머 격자 또는 액정 에폭시 및 폴리부타디엔과 같은 호스트 수지로부터 형성될 수 있는 정렬된 네트워크 구조를 포함한다.
채워진 수지는 회로 보드 및 절연 테이프와 같은 다양한 산업에서 결합 수지로서 사용될 수 있다. 특정 종류의 절연 테이프는 발전 분야에서 사용되는 마이카-유리 테이프이다. 이 타입의 테이프를 가진 수지는 당업에 알려져 있는 바와 같이 결합 수지로서, 또는 함침 수지로서 사용될 수 있다. 이 채워진 수지는 또한 회전 및 정적 전기 장치 소자에서 전기 절연 용도를 수행하도록 테이프 없이 발전 분야에서 또한 사용될 수 있다.
전기적 목적에 적용되기 전 또는 후에 테이프는 수지로 함침될 수 있다. 수지 함침 기술은 VPI 및 GVPI를 포함하며, 아래에서 더욱 논의될 것이다. VPI에서, 테이프가 둘러싸여지고 함침되자마자 압착된다. 제 위치에 있게 되자마자, 압착된 테이프 내 수지는 경화되며, 이는 효과적으로 HTC 물질의 위치를 고정시킨다. 몇몇 구체예에서, 수지는 두 단계 프로세스로 경화된다. 당업자는 이에 대해 명확히 알고 있을 것이다. 그러나 로딩된 HTC 물질의 최적 압착은 압착 단계 중 완전히 경화되지 않은 수지에 이점을 가지고 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 구체예를 보여주다. 여기에 예시되어 있는 것은 수지성 매트릭스(32)로 로딩된 HTC 물질(30)이다. 매트릭스를 통해 이동하는 포논(34)은 평균 경로 길이(n)를 가진다; 이는 포논 평균 자유 경로이다. 이 경로 길이는 수지 매트릭스의 정확한 조성에 따라 다양할 수 있지만, 에폭시 수지와 같은 수지에 대해서, 일반적으로 2 내지 100 nm, 및 더욱 전형적으로 5-50 nm이다. 그래서 로딩된 HTC 물질 사이의 평균 거리는 평균으로 이 거리 미만이어야 한다. HTC 물질 사이의 거리는 테이프의 두께 대 가로 방향에서 변할 수 있고, 이는 일반적으로 공간이 최적화를 위해 요구되는 두께 방향이다.
포논(34)이 수지(32)를 통해 이동하기 때문에, 이들은 박힌(embedded) HTC 물질(30)을 따라 지나가는 경향이 있을 것이다. 이는 국소적 포논 플럭스를 증가시킬 것이며, 왜냐하면 미가공 HTC 물질은 열전도성이 약 0.1-0.5 W/mK인 수지에 비해 10-1000 W/mK의 열전도성을 가질 것이기 때문이다. 포논이 로딩된 HTC 물질을 따라 지나가기 때문에, 포논(36)은 물질 사이의 거리가 n 미만이라면 다음 HTC 물질로 지나가고, 그래서 HTC 물질은 서로 연결되는 네트워크를 형성한다. 도 2는 이상화된 경로를 예시한다. 실제로, 물질 사이의 거리가 더 짧아지면, 도 우수한 HTC 물질과 수지 사이의 음양 양자 확대(propagation) 특징의 매치(match)가 있을 것이고 더 낮은 산란이 있을 것이지만, 포논이 수지와 HTC 물질 사이를 지나가기 때문에 포논 산란이 있을 것이다.
수지에 로딩된 HTC 물질의 양은 실제로 꽤 낮을 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이 예를 들어 약 10%이다. 로딩된 HTC 물질 사이의 평균 거리 또는 길이 크기는 그래서 n 보다 다소 클 수 있지만, 큰 비율은 여전히 n 보다 작을 것이고, 그래서 본 발명의 구체예 내에 해당될 것이다. 특정 구체예에서, 다음 HTC 물질로부터의 n 거리 미만인 물질의 비율은 50% 이상이며, 특별한 구체예에서는 75% 이상이다. 특별한 구체예에서 HTC 물질의 평균 길이는 n보다 크고, 이는 포논 수송에 추가 도움이 된다.
n이 더 짧고, 로딩된 HTC 물질의 농도가 더 크면, 거꾸로 입자 크기가 더 커지고 필요한 HTC 물질은 줄어든다. 특정 구체예는 수지 및 충전제의 총 부피에 의한 5-60% 로딩된 HTC 물질을 사용하며, 더욱 특별한 구체예에서는 25-40%이다. 수지가 테이프로 함침되는 경우에, 테이프 섬유와 기판 사이의 공간을 채울 것이다. 그러나 이 지점에서 테이프 내 HTC 분포가 종종 최적화되지 않고, n 보다 더 큰 HTC 물질 사이의 평균 거리를 가질 수 있다. 그 다음에 본 발명의 실시는 수지 함침된 테이프를 압착하고 로딩된 HTC 물질 사이의 거리를 줄인다.
로딩된 수지가 테이프로 함침되는 경우에, 테이프의 섬유 또는 입자는 특히 수지가 30% 이상의 충전제인 경우에 HTC 물질의 블럭 일부에 작용된다. 그러나 테이프를 압착함에 의해, 이 가역은 발생되고, HTC 물질이 전체 구조의 비-이동성 부분에 부착되기 때문에 더욱 많은 충전제가 테이프 내에 잡히게 된다(trapped). HTC 충전제는 서로 고정되기도 한다. 주어진 구체예에서, 추론되는 것은 충전제가 수지 매트릭스와 반응되지 않는다는 것이다. 그러나 몇몇 구체예에서, 충전제는 수지와의 공유 결합을 형성하고 더욱 균등질의 매트릭스를 형성한다. 균등질 매트릭스에서, 충전제에 결합되는 수지 분자는 압착 중 묶이지 않은(unbound) 수지 분자보다 더 우수하게 유지될 것이다.
수지는 여러 산업에서 사용되고, 많은 수의 용도를 가진다. 수지의 상이한 특성은 이의 사용은 물론 이들이 사용되는 제품의 질 및 효능에 영향을 미친다. 예를 들어, 수지가 전기 절연 용도에서 사용되는 경우에, 유전적 강도 및 전압 내구성(endurance)의 이들의 특징은 열적 안정성 및 열적 내구성 때문에, 높아질 필요가 있다. 그러나 이 목적에 대조적으로, 수지는 일반적으로 낮은 열전도성을 또한 가질 것이다. 본 발명은 수지의 여러 물리적 특성 및 이들이 도입되는 절연 시스템의 균형을 잡고 통상적 전기적 절연 물질보다 더 높은 열전도성을 가지는 시스템을 생산하며, 한편 적절히 유지되고, 주요 물리적 특성 예컨데 유전적 강도, 전압 내구성, 열적 안정성 및 열적 내구성, 기계적 강도 및 점탄성 반응을 높인다. 열적, 진동 및 기계적 순환 효과에 의해 야기되는 스트레스로부터의 결과인 층분리 및 마이크로빈공간 형성은 감소되거나 제거된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 수지는 모든 수지 및 에폭시 수지를 지칭하고, 변경된 에폭시, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드, 비스말레이미드, 실리콘, 폴리실록산, 폴리부타디엔, 시아네이트 에스테르, 탄화수소 등뿐만 아니라 이 수지의 균등질 혼합물을 포함한다. 수지의 정의는 첨가제 예컨데 가교제, 가속제 및 다른 촉매 및 공정 보조제를 포함한다. 특정 수지, 예컨데 액정 열경화성 수지(LCT) 및 1,2 비닐 폴리부타디엔은 우수한 가교성 특성과 저분자량 특징을 통합한다. 수지는 유기 매트릭스, 예컨데 헤테로 원자가 존재 및 부재된 탄화수소, 실리케이트 및/또는 알루미노 실리케이트 소자를 포함하는 무기 매트릭스 및 유기 및 무기 매트릭스의 혼합물일 수 있다. 유기 매트릭스의 예는 폴리머 또는 반응성 열경화성 수지를 포함하며, 이는 요구되는 경우에 무기 입자 표면 상에 도입되어 있는 반응성 기와 반응할 수 있다. 가교제는 또한 수지에 첨가되어 최종 가교된 네트워크의 구조 및 분절 길이 분포를 조정할 수 있으며, 이 가교된 네트워크는 열 전도율에 긍정적 효과를 제공할 수 있다. 이 열전도성 개선은 또한 다른 수지 첨가제 예컨데 촉매, 가속제 및 다른 공정 보조제에 의한 변경을 통해 달성될 수 있다. 특정 수지, 예컨데 액정 열경화성 수지(LCT) 및 1,2 비닐 폴리부타디엔은 우수한 가교 특성과 저분자량 특징을 통합한다. 이 타입의 수지는 개선된 포논 수송의 결과로서 열의 개선된 전도로 이끌 수 있는 이의 하부-구조의 개선된 마이크로 및 매크로 배열 때문에, 더 우수하게 열을 전도하는 경향이 있다. 포논 수송이 더 우수해지면, 열은 더 우수하게 전달된다.
본 발명의 높은 열전도성 충전제가 수지와 혼합되는 경우에, 이들은 수지와 충전제 사이에 계면이 없다는 점에서, 연속적 생성을 형성한다. 몇몇의 경우에, 공유 결합은 충전제와 수지 사이에 형성된다. 그러나 연속적인 것은 다소 주관적이고, 관찰자가 사용하는 크기에 의존된다. 매크로 크기에서, 생산은 연속적이지만, 나노-크기에서 충전제와 수지 네트워크 사이에 별개의 상이 여전히 있을 수 있다. 그래서, 수지와 혼합하는 높은 열전도성 충전제의 경우에, 이들은 매크로-크기에서, 연속적 유기-무기 복합체를 형성하며, 한편 마이크로-크기에서 동일 혼합물은 혼성일 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 채워진 수지는 회전 및 정적 전기적 장치 소자에서 전기 절연 용도를 수행하기 위해 발전 분야에서 테이프 없이 사용될 수 있다. 발전기에서 높은 열전도성 물질의 사용은 다중적이다. 고정자 코일 내에 디자인을 최적화하도록 높은 열전도성을 가져야 하는 그라운드월(groundwall)과 다른 소자 물질이 있다. 마찬가지로 열 제거를 최대화하기 위해 코일과 연합되어 있는 다른 소자가 있다. 고정자 디자인에 개선은 발전기 효능이 최대로 될 수 있도록 로터(rotor) 디자인이 개선됨을 말한다.
여러 무기 및 유기 소자 사이의 계면이 화학적으로 그리고 물리적으로 친밀하게 되어 높은 정도의 물리적 연속성을 상이한 상 사이에 보장하고 기계적으로 강하고 불능되는게 쉽지 않은 계면을 제공하는 것이 중요한다. 이는 높고 낮은 전압 용도를 위한 전기 절연 시스템과 같은 논의된 전기 절연 구체예의 작업 중 특별히 중요하다. 개선된 계면 통일성은 개선된 파워율, 더 높은 전압 스트레스, 감소된 절연 두께 및 높은 열 전달을 가능하게 한다.
충전제로의 표면 처리는 다양한 표면 작용기를 도입하며, 이 작용기는 충전제의 무기 표면이 유기 수지 매트릭스와 호환될 수 있도록 한다. 전형적 표면 처리는 표면 작용기를 도입하고 표면을 물리적으로 처리하여 (예를 들어 금속 옥사이드 상의 실란 용액) 반응성 기를 제공하는 것이다. 입자 표면, 예컨데 HTC 충전제, 표면과 실란 층 사이의 계면은 물리적 결합, 예컨데 극성 유인 및 H-결합에 의해 지지될 것이다. 실란 표면이 혼합되는 수지와 반응될 수 있지만, 입자 표면과 실란 사이에 형성되는 실제 화학적 결합은 없다. 다시 말해 실제로 비반응성 커플링이다. 기판 표면이 실란과 잠재적으로 반응할 수 있는 수화된 알루미나와 같은 OH 기가 풍부할지라도, 의미 있는 화학적 결합이 형성될 가능성이 없다. 상기 논의된 HTC 충전제의 경우에, 실제로 화학적 결합 형성은 없을 것이다.
HTC 물질 (입자) 표면에 화학적으로 부착되는 작용기를 얻기 위해, 본 발명은 반응성 그래프팅을 사용한다. 반응성 그래프팅은 작용기가 나노입자 표면에 반응성 방법, 예를 들어 화학 반응에 의해 화학적으로 부착되는 경우에 발생된다. 다른 방법은 적당한 환경을 요구하고 다중-단계 방법에서 수행될 수 있는, 구동된 플라스마 및 방사선(예를 들어, UV, 감마, 전자 등)인 것들을 포함한다. 이 방식에서, 강한 화학 결합은 나노입자 표면과 부착되는 작용기(예를 들어, OH, COOH, NH2 및 비닐) 사이에서 생성된다; 다시 말해, 반응성 커플링이다. 이는, 반응성 작용 그래프트, 다시 말해 입자 표면에 직접적으로 작용기의 화학적 부착의 정의일 것이다. 이 반응성 그래프팅 방법은 종래 기술의 물리적 결합에 비해 높은 에너지이고, 예를 들어, 비-평형 플라스마 방법, 화학적 증기 및 물리적 증기 증착, 스퍼터 이온 플래이팅, 레이저 빔, 전자 및 이온 빔 증발 방법을 사용하여 HTC 물질의 더욱 불활성인 표면의 표면을 화학적으로 변경시키고, 화학적으로 부착된 작용성 종들(예를 들어, OH, COOH, NH2, 비닐)을 생성하고, 이들은 그 다음에 수지와 반응되어 연속적 HTC 매트릭스를 생성한다.
이의 특이적 예들은 보론 니트라이드(BN) 나노입자를 전자 빔으로 수증기의 존재에서 처리하여 반응성 N-OH 기를 생성하고, 이는 후속적으로 LCT 에폭시 수지와 반응될 수 있다. 반응성 기의 질소는 보론 니트라이드 입자로부터 직접적으로 얻어지고 입자와의 연결을 유지한다. 그래서 형성은:
B-N-OH이며,
여기서, 보론은 더 큰 나노입자의 부분이다. 하이드록실(OH) 기는 그 다음에 수지 또는 또 다른 중간 작용 기와 직접적으로 반응할 수 있다. 또 다른 예는 수소가 풍부한 증기에서 알루미늄 니트라이드 나노입자의 표면을 변경하여 표면 NH2 반응성 기를 생성하며, 이는 후속하여 LCT 에폭시 또는 폴리이미드 수지와 반응될 수 있다. 또 다른 특이적 예는 실리콘 카르바이드 나노입자와 플라스마 중합 방법을 사용하여 표면 그래프트된 비닐 기를 생성하며, 이는 그 다음에 비닐 단량체 또는 폴리부타디엔 수지와 반응될 수 있다.
별도의 측면에서, 본 발명은 HTC 물질과 표면 작용기 사이의 선택적 반응의 습식 화학 기술을 포함하는 더 적은 에너제틱한 반응성 그래프팅 방법을 포함하고, 그래프트된 나노-크기 HTC-물질을 포함하는 올리고머를 가진 균질한 LCT-에폭시 폴리머를 생산한다.
이 구별되는 측면들 중 하나에서, 본 발명은 그래프트된 나노-크기 HTC-물질(HTC-올리고머)을 함유하는 올리고머를 가진 균질한 LCT-에폭시 폴리머를 만드는 방법에 관한 것이다. 이 폴리머의 유전적 강도는 1.2 kV/mil 이상이다. 이 폴리머를 만다는 단계는 하나 이상의 작용화된 유기 기를 나노-크기 HTC 물질에 그래프팅하여 HTC-올리고머를 생산하는 것을 포함한다. HTC-올리고머는 그 다음에 HTC-올리고머의 LCT-에폭시 수지와의 실질적 완전한 공-반응성(co-reactivity)을 형성하기에 충분한 조건 하에서 하나 이상의 LCT-에폭시 수지와 반응된다. 이 반응은 중간체 수지와 같은 혼합물을 형성하고 이는 그 다음에 경화되어서 HTC-올리고머를 가진 균질한 LCT-에폭시 폴리머를 생산한다.
본 발명의 이 측면에서, LCT-에폭시 수지 양에 대한 HTC-올리고머의 양은 중량 기준으로 1:4 내지 3:1의 비율을 포함한다. 습식 화학 그래프팅 기술의 더욱 특별한 구체예에서, 균질한 LCT-에폭시 폴리머의 HTC-올리고머와의 HTC-올리고머 비율은 20-50중량%이다.
LCT-에폭시 수지를 제조하기 위한 다양한 방법이 있지만, 특별한 방법은 LCT-에폭시 수지가 투명할 때까지 약 60℃에서 샘플을 가온하는 것이다. 마찬가지로, LCT-에폭시 수지 및 HTC-올리고머를 혼합하는 경우에, 하나의 방법은 투명하게 될 때까지 약 60℃로 가온하는 것이다. 나노-크기 HTC-물질은 하나 또는 그 초과의 알루미나, 실리카 및 금속 옥사이드일 수 있다. 습식 화학 그래프팅 기술의 더욱 특별한 구체예에서, 금속 옥사이드는 마그네슘 옥사이드이다. 다른 적당한 HTC-물질은 당업자에 명백할 것이다.
습식 화학 그래프팅 기술의 또 다른 구체예에서, 나노-크기 HTC-물질 상에 작용기화된 유기 기(들)의 그래프팅은 실란 그래프팅 또는 자유 라디칼 그래프팅에 의해 수행된다. 습식 화학 그래프팅 기술의 더욱 특별한 구체예에서, 실란 그래프팅은 4-트리메톡시실릴 테트라-하이드로프탈산 무수물(TSPA) 및 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시 실란(MOTPS)으로부터 선택되는 반응물을 포함한다. 습식 화학 그래프팅 기술의 또 다른 특별한 구체예에서, 자유 라디칼 그래프팅은 세륨을 함유한 암모늄 니트레이트를 포함한다.
습식 화학 그래프팅 기술의 또 다른 구체예에서, 방법은 LCT-에폭시 수지(들) 및 HTC-올리고머 둘 모두 또는 하나와 하나 이상의 무수 작용제(anhydriding agent)를 혼합하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머는 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 무수물 폴리머이다.
습식 화학 그래프팅 기술의 특별한 구체예에서, 무수 작용제는 1-메틸헥사하이드로프탈산 무수물 및 1-메틸테트라하이드로프탈산 무수물로 구성되는 군으로부터 취해진다. 습식 화학 그래프팅 기술의 또 다른 특별한 구체예에서, 무수 작용제는 약 20-40중량%의 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 무수물 폴리머이다. 습식 화학 그래프팅 기술의 또 다른 구체예에서, 방법은 LCT-에폭시 수지(들) 및 HTC-올리고머의 둘 모두 또는 하나와 하나 이상의 비닐 작용제를 혼합하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머는 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 비닐 폴리머이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 1.2 kV/mil 이상의 유전적 강도를 가지는 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머를 만다는 방법을 위해 제공되며, 이는 하나 이상의 전기적 절연체 위에 코팅되어 있다. 이 방법은 HTC-올리고머를 생산하도록 나노-크기 HTC-물질 상에 하나 이상의 작용기화된 유기 기를 그래프팅하는 단계를 포함한다. HTC-올리고머는 그 다음에 하나 이상의 LCT-에폭시 수지와 반응되며, 여기서 중간체 수지와 같은 혼합물은 형성된다. 이 혼합물을 그 다음에 균일한 분산 및 LCT-에폭시 수지(들)와 HTC-올리고머의 실제로 완전한 공반응을 형성기에 충분한 조건 하에서 가온된다. 그 다음에 이 혼합물은 전기적 절연체 상에 함침되고, 경화되어 HTC-올리고머를 가진 균질한 LCT-에폭시 폴리머를 생성한다. 이 측면에서, HTC-올리고머의 하나 이상의 LCT-에폭시 수지에 대한 양은 중량에 기초하여 1:4 내지 3:1의 비율을 포함한다.
습식 화학 그래프팅 기술의 하나의 구체예에서, 방법은 하나 또는 둘의 LCT-에폭시 수지(들) 및 HTC-올리고머와 하나 이상의 무수 작용제를 혼합하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머는 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 무수물 폴리머이다. 습식 화학 그래프팅 기술의 또 다른 구체예에서, 방법은 하나 또는 둘의 하나 이상의 LCT-에폭시 수지(들) 및 HTC-올리고머와 하나 이상의 비닐 작용제와 혼합하는 것을 추가로 포함하며, 여기서 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머는 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 비닐 폴리머이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머를 제공한다. 이는 그래프트되어 있는 하나 이상의 나노-크기 HTC-물질을 포함하는 하나 이상의 HTC-올리고머 하부-구조 및 하나 이상의 LCT-에폭시 하부-구조를 포함하며, 여기서 HTC-올리고머 하부-구조는 LCT-에폭시 하부구조에 유기적으로 결합되어 있다. 25℃의 환경에서, 가로 방향의 열전도성은 0.50 W/mK 이상이고, 두께 방향은 0.99 W/mK 이상이다. HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머는 1.2 kV/mil 이상의 유전적 강도를 가지고, 입자 습윤 및 마이크로-빈공간 형성이 실질적으로 없다. 추가로, 약 20-75중량%의 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머는 HTC-올리고머 하부-구조이다.
HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 폴리머 또는 HTC-올리고머를 가진 균질의 LCT-에폭시 무수물/비닐 폴리머는 마이카/유리 절연 테이프와 같은 절연성 물질 상에 코팅으로서 생성될 수 있다. 본원에서 사용되는 HTC-올리고머는 본 발명에 따라, 나노-크기 높은 열전도성 (HTC) 물질에 그래프트되는 임의의 올리고머를 지칭한다.
특정 타입의 HTC-올리고머, 또는 LCT-에폭시 수지와의 반응의 목적을 위해 HTC-올리고머를 합성하는 특정 방법으로 제한하려는 의도는 없지만, 사용되는 특정 나노-크기 HTC-물질은 알루미나, 실리카, 및 마그네슘 옥사이드 및 아연 옥사이드를 포함하는 금속 옥사이드일 수 있다. 더구나, 이 물질은 다양한 상이한 방법으로 처리되어 상이한 종류의 HTC-올리고머에의 훨씬 더 많은 변화를 만들 수 있다. 이의 예들은 하기 기초 구조를 가지는 금속 (또는 알루미나 또는 실리카) 옥사이드 HTC-올리고머를 포함한다:
Figure 112008076147344-pct00001
여기서, X는 HTC-물질을 나타내고, R은 유기 작용제를 나타낸다.
언급된 바와 같이, HTC-물질은 HTC-올리고머는 가능한 다수의 HTC-올리고머를 생성하는 다양한 방법에 의해 폴리머 구조로 화학적으로 그래프트될 수 있다. 이의 특별한 실시예는 자유 라디칼 그래프팅이고, 여기서 세륨 함유 암모늄 니트레이트와 같은 반응물은 사용될 수 있다. 또 다른 특별한 예는 실란 그래프팅이다. 이 예에서, 작용기를 생성하기 위해 사용되는 반응물은 4-트리메톡시실릴 테트라-하이드로프탈산 무수물(TSPA) 및 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시 실란(MOTPS)을 포함한다. 이 반응물이 사용된다면, 추가적 실리카 기는, X 기에서 나타내어질 수 있는 것을 넘어서, 존재할 것이다:
Figure 112008076147344-pct00002
TSPA 작용기를 가진 알루미나 X 기는 그래서 하기일 것이다:
Figure 112008076147344-pct00003
모든 경우에, 작용기, R은 그 다음에 요구되는 생성물을 생성하기 위해 주어진 물질과 반응되도록 사용된다.
습식 화학 그래프팅 기술의 하나의 구체예에서, 작용기는 HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시를 생성하기 위해 LCT-에폭시 수지의 에폭시 기와 반응된다. 그러나 작용기가 LCT-에폭시 기와 반응하기 전, 동시 또는 그 후에, 작용기는 다른 물질과 또한, 반응되어 LCT-에폭시 및/또는 최종 폴리머 구조와의 반응을 개선할 수 있다. 예를 들어, 무수물 또는 비닐 기 또는 둘 모두는 HTC-올리고머의 생성에 있어서, 또는 LCT-에폭시 수지와의 HTC-올리고머를 반응시킬 때, LCT-에폭시 수지와 함께 첨가될 수 있다. 이러한 반응에서, 최종 생성물은 HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시 무수물 폴리머 또는 HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시 비닐 폴리머 또는 HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시 무수물-비닐 폴리머일 것이다. 비록 HTC-올리고머가 무수물 함유 시약을 사용하여 형성될 수 있지만, 본원에서 사용되는 용어 무수물은 첨가되는 추가적 무수물 시약을 가지는 본 발명의 수지 및 폴리머를 기재하는 것임을 알아야 한다.
하기는 그래프트된 나노-크기 HTC-물질(HTC-폴리머를 가진 LCT-에폭시 폴리머)을 포함하는 올리고머와의 균질의 LCT-에폭시 폴리머의 합성에서 사용되는 적합한 HTC-올리고머를 만드는 특별한 방법이다:
그래프트 중합 반응을 교반기, 가스 입구 튜브 및 온도계가 구비된 둥근 바닥, 삼목 플라스크에서 수행하였다. 2.0 g의 나노-크기 마그네슘 옥사이드를 25 ml의 증류수에서 분사시켰고, 그래프팅 반응을 반응 혼합물을 통해 가스를 버블링 함에 의해 질소 하에서 수행하였다. 요구되는 양의 개시 용액을 그 다음에 첨가하였고, 0.55 g의 세륨 함유 암모늄 니트레이트를 10 ml의 1N 니트르산에서 용해시켰고 후속하여, 6.0 ml의 메틸 메타크릴레이트를 용해시켰다. 반응을 40℃에서 3 시간 동안 진행되도록 하였다. 그래프트된 생성물을 쏙시렛(soxhiet) 추출기에서 추출하여 폴리머를 제거하였다.
아래 예가 분말화된 HTC-올리고머를 사용하지만, HTC-물질이 용액과 같은, 다른 형태로 반응으로 전달될 수 있음이 당업자에 명백할 것이다.
본 발명에 따라 HTC-올리고머와의 LCT-에폭시 폴리머의 합성은 여기에 포함된 과정의 리뷰 후에 당업자에 명백한 다양한 방법에 의해 유사하게 수행될 수 있다. 특별한 방법은 그러나 하기를 포함한다:
알루미나-그래프트된-TSPA-올리고머(HTC-올리고머)(2.5 g)를 자기 모르타르에서 미세 파우더로 연마하였다. LCT-에폭시 수지 RSS-1407(4.0 g)을 작은 유리 병에서 60℃로 가온하였다. HTC-올리고머 파우더를 수지에 첨가하였고, 이 혼합물을 약 30분 동안 용액이 투명하게 될 때까지 교반하였다. 0.1 g의 아연 나프테네이트를 경화 촉매로서 첨가하였고, 추가 5분에 걸쳐 혼합하였다. 액체를 그 다음에 작은 알루미늄 접시에 부었고, 4 시간 동안 150℃에서 오븐에 경화되도록 두었다.
이 반응은 하기와 같이 요약될 수 있다:
Figure 112008076147344-pct00004
Figure 112008076147344-pct00005
R 작용기를 가진 두 개의 HTC-올리고머를 n 반복 비스페놀 단위를 가진 비스페놀 LCT-에폭시 사슬과 반응시켰다. 그 결과는 가교된 HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시 폴리머이다. HTC-올리고머 입자는 LCT-에폭시 사슬에 유기적으로 결합된다. 비록 이 예가 비스페놀 LCT-에폭시를 사용하지만, 이 반응은 임의의 다양한 LCT, 단독 또는 조합으로 수행될 수 있다. 다른 LCT의 예는 본원에 참조로서 통합되어 있는 미국 특허 제 5,904,984호에서 찾을 수 있다.
이 예에 의한 HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시 무수물 폴리머의 합성은 약 38중량% HTC-올리고머를 가진 폴리머를 생성한다. 남은 비율은 주로 작은 양의 가속제 및 다른 물질과 함께 LCT-에폭시이다. 비록 이는 본 발명의 습식 화학 그래프팅 기술의 하나의 구체예지만, HTC-올리고머 함량은 임의의 곳에서 약 20-75중량%일 수 있다. 습식 화학 그래프팅 기술의 특별한 구체예에서 30-55중량%이고, 습식 화학 그래프팅 기술의 더욱 특이적인 구체예에서 35-50중량%이다.
LCT-에폭시 폴리머의 HTC-올리고머와의 합성에 유사하게, LCT-에폭시-무수물 폴리머의 HTC-올리고머와의 합성의 예는 하기를 포함한다.
비스페놀 LCT-에폭시 수지 RSS-1407(4.0 g)을 핫 플레이트 위에서 60℃ 가온된 작은 유리 병에서 교반하면서 1-메틸헥사하이드로프탈산 무수물 (4.0 g)에 첨가하였다. 용액이 투명하게 된 후에, 알루미나-그래프트된-TSPA-올리고머(HTC-올리고머)(3.0 g)를 첨가하였고, 용액이 다시 투명하게 될 때까지 그 용액을 추가로 60℃에서 교반하였다. 0.1 g의 아연 나프테네이트를 경화 가속제로서 첨가하였고, 추가 5분에 걸쳐 교반하였다. 액체를 그 다음에 작은 알루미늄 접시에 부었고, 4 시간 동안 경화되도록 150℃에서 오븐에 두었다.
무수물 소자의 사용은 추가 반응성을 이 반응에 더하고, HTC-올리고머의 공반응성을 LCT-에폭시와 함께 보조한다. 추가로, 그 결과 얻은 폴리머는 더욱 유동성이 있게 되며, 개선된 절연 특성을 가진다. 이 실시예에서, 무수물은 약 36중량%의 최종 LCT-에폭시-무수물 폴리머를 구성한다. 비록 본 발명의 습식 화학 그래프팅 기술의 하나의 구체예지만, 무수물 함량은 임의의 곳에서 약 20-40중량%일 수 있다. 이 실시예에서, HTC-올리고머의 전체 비율은 상기 예보다 낮다. 이는 항상 이와 같이 되지 않을 수 있고, 무수물의 첨가는 그 결과 얻은 폴리머에서 HTC-물질의 전체 비율을 줄이지 않을 수 있다.
두 개의 상기 예에서, HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시 폴리머는 또한 비닐 기를 함유할 수 있다. 비닐 기를 포함하기 위한 다양한 방법은 당업자에 명백할 것이다. 그러나 HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시 비닐 폴리머 또는 HTC-올리고머를 가진 LCT-에폭시 무수물-비닐 폴리머를 만드는 특별한 방법은 상기 예를 따를 것이지만, TSPA-올리고머 대신에 MOTPS-올리고머로 시작된다. 상기 예를 따라, 경화 가속제가 첨가되는 경우에, 비닐 함유 시약, 예컨데 이작용성 단량체, p-비닐페닐글리시딜에테르(이는 상기 샘플 크기를 유지함에 있어서, 약 1.0 g일 것이다)를 첨가한다.
비닐 기의 반응에 첨가는 무슨 타입의 시약이 사용되는지 그리고 어떤 조건 하에서 사용되는지에 의존된다. 예를 들어, 몇몇 LCT-에폭시 수지는 스티렌을 함유한다. 그래서 비닐 기는 LCT-에폭시 수지 및 HTC-올리고머의 더욱 완전한 반응을 허용할 것이고, 그래서 더 우수한 그리고 더욱 균등질의 폴리머를 생성할 것이다. 비닐 기가 첨가된다면, 최종 폴리머에서의 이의 대략적 비율은 4-16중량%일 것이다.
상기 논의된 본 발명의 하나의 구체예는 수지의 열전도성을 개선하도록 수지에 높은 열전도성(HTC) 물질을 첨가한다. 몇몇 구체예에서, 수지의 다른 물리적 특성은 더 높은 열전도성과 교환(trade-off)에서 감소되지만, 다른 구체예에서, 몇몇의 다른 물리적 특성은 크게 영향을 받지 않을 것이고, 몇몇 특정 구체예에서, 이 다른 특성은 개선될 것이다. 특별한 구체예에서, HTC 물질은 정렬된 하부-구조를 가지는, 수지, 예컨데 LCT 에폭시에 첨가된다. 이 타입의 수지에 첨가되는 경우에, 사용되는 HTC 물질의 양은 정렬된 하부 구조 없는 수지에서의 사용에 대해 감소될 수 있다.
수지로 로딩된 HTC 물질은 첨가되어 열전도성을 개선하도록 수지와 반응되거나 이와 물리적 및/또는 화학적으로 상호작용할 수 있는 다양한 물질이다. 하나의 구체예에서, HTC 물질은 덴드리머이고, 특정 구체예에서, 이들은 나노 또는 마이크로 무기 충전제를 가지며, 이 충전제들은 정의된 크기 또는 모양을 가지고 있고, 이들은 3 내지 100 또는 그 이상의, 더욱 특별하게는 10-50의 범위의 가로세로비(평균 장축 디멘션에 대한 평균 측의 디멘션의 비율)를 가진 높은 가로세로비 입자를 포함한다.
관련된 구체예에서, HTC 물질은 정의된 크기 및 모양 분포를 가질 수 있다. 두 경우에, 충전제 입자의 농도 및 상대적 농도는 벌크 연결(또는 이른바 삼출(삼출)) 구조가 달성되게 하고, 개선된 열전도성을 가진 구조적으로 안정한 분리된 두 상 복합체를 얻도록 부피 채움으로 그리고 부피 채움 없이 높은 열전도성을 주도록 선택된다. 또 다른 관련된 구체예에서, HTC 물질의 오리엔테이션은 열 전도율을 증가시킨다. 또 다른 구체예에서, HTC 물질의 표면 코팅은 포논 수송을 높인다. 이 구체예는 다른 구체예로부터 떨어져 있을 수 있거나, 일체적으로 관련될 수 있다. 예를 들어, 덴드리머는 열경화성 및 열가소성 물질과 같은 다른 타입의 높게 구조된 물질로 통합된다. 이들은 수지 매트릭스를 통해 균일하게 분포되어서 HTC 물질은 포논 산란을 줄이고, 음양 양자를 위한 마이크로-크기 브릿지를 제공하여 HTC 물질 사이의 우수한 열적 전도 계면을 생성한다. 매우 구조된 물질은 열전도성이 국소적 또는 벌크 이방성 전기적 절연 물질을 생성하는 단일 방향 또는 방향을 따라 증가되도록 배열되어 있다. 또 다른 구체예에서, HTC는 금속 옥사이드, 카르바이드 또는 니트라이드로 낮은 열전도성 충전제의 표면 코팅 및 정의된 벌크 특성을 가지는 충전제에 물리적 또는 화학적으로 부착되어 있는 높은 열전도성을 가지는 혼합된 시스템에 의해 달성되며, 이러한 부착은 화학 증기 증착 및 물리적 증기 증착과 같은 방법 및 또한 플라스마 처리에 의해 달성된다.
추가 관련된 구체예에서, HTC 물질은 요구되지 않는 미시적인 계면이 실질적으로 없는 수지와의 실질적으로 균질의 혼합물, 가변성 입자 습윤 및 마이크로 빈공간을 형성한다. 이 균등질 물질은 통상적 전기 절연 물질에서 포논 파동길이 또는 음향 양지 평균 자유 경로보다 짧은 길이 크기에서 비-분리되어 있는 연속-상 물질을 형성한다. 몇몇 구체예에서, 의도적 계면은 수지 구조에 위치할 수 있어서 유전적 파괴를 제어할 수 있다. 절연 물질에서, 유전적 파괴는 바른 조건이 주어진다면 발생할 것이다. 두-상 시스템에서 계면의 공간적 분포 및 특성을 제어함에 의해, 유전적 파괴 강도 및 긴 기간의 전기적 내구성은 높아질 수 있다. 유전적 강도에서의 증가는 증가된 밀도화, 마이크로 빈공간의 제거 및 더 높은 수준의 내부 기계적 압착 정도 때문에 부분적으로 발생될 것이다.
본 발명의 수지는 다른 복합체 구조 예컨데 마이카 테이프 및 유리 및 폴리에스테르 테이프의 함침을 위해 사용될 수 있다. 전기 절연을 위해 전형적으로 사용되는 표준 마이카(Muscovite, Phlogopite)에 추가하여, 바이오타이트(Biotite) 마이카 뿐만 아니라 여러 다른 마이가 유사 알루미노-실리케이트 물질 예컨데 카올리나이트(Kaolinite), 할로이사이트(Halloysite), 몬트모릴로나이트(Montmorillonite) 및 클로라이트(Chlorite)가 있다. 몬트모릴로나이트(Montmorillonite)는 이의 구조에서 격자를 가지며, 폴리머 수지, 금속 양이온 및 나노 입자가 쉽게 개재(intercalate)될 수 있어 높은 유전적 강도 복합체가 제공될 수 있다.
다른 구체예에서, 본 발명은 절연이 요구되는 표면에 연속적 코팅으로서 사용된다; "연속적 코팅"은 매크로-크기 용도의 묘사이다. 연속적 코팅에서, 수지는 물질에 코팅을 형성하고, 테이프 또는 다른 기판의 필요성은 없다. 기판을 가지고 사용되는 경우에, HTC 물질은 다양한 상이한 방법에 의해 수지와 통합될 수 있다. 예를 들어, 이들은 수지가 기판에 첨가되기 전에 첨가될 수 있거나, HTC 물질은 수지가 이에 함침되기 전에 기판에 첨가될 수 있거나, 수지는 우선 첨가되고 후속하여 HTC 물질이 첨가되며 그 다음에 수지의 추가적 함침이 있을 수 있다. 다른 제조 및 프로세스 방법은 당업자에 명백할 것이다.
한 구체예에서, 상기 논의된 바와 같이 본 발명은 신규한 유기-무기 물질을 사용한다. 이 신규 물질은 더 높은 열전도성을 제공하고 또한 다른 주요한 특성 및 성능 특징을 유지하거나 높인다. 이러한 물질은 다른 높은 전압 및 낮은 전압 전기 절연 상황에서 용도를 가지며, 여기서 높은 열전도성은 개선된 파워율, 감소된 절연 두께, 더욱 컴팩트한 전기적 디자인 및 높은 열 전달의 관점에서 이점을 제공한다. 본 발명은 나노, 메소, 및 마이크로 무기 HTC-물질 예컨데 알루미나, 마그네슘 옥사이드, 실리콘 카르바이드, 보론 니트라이드, 알루미늄 니트라이드, 아연 옥사이드 및 다이아몬드, 뿐만 아니라 다른 것들을 첨가하여 더 높은 열전도성을 제공한다. 이 물질은 다양한 결정학적 그리고 형태학적 형태를 가질 수 있고, 이들은 캐리어 액체로서 작용되는 용매를 통해 또는 직접적으로 매트릭스 물질로 가공될 수 있다. 용매 혼합물은 마이카-테이프와 같은 여러 기판에 HTC-물질을 매트릭스로 혼합시키기 위해 사용될 수 있다. 대조적으로, 본 발명의 또 다른 구체예를 형성하는 분자 혼성 물질은 분리된 계면을 포함하지 않고, 유기 내 무기 상에 의해 수여되는 이점을 가진다. 이 물질은 또한 다른 물리적 특성 예컨데 열적 안정성, 인장 강도, 휨 강도, 및 충격 강도, 가변 주파수 및 온도 의존적 기계적 모듈 및 손실 및 일반적 점탄성 반응, 등에 대한 개선점을 제공할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 논의된 본 발명은 분리된 유기-덴드리머 복합체를 포함하고, 여기서 유기-무기 계면은 덴드리머 코어-쉘 구조와 분리되어 있지 않다. 덴드리머는 중심 코어 상에 세워져 있는 코어-쉘 구조인 3차원 나노 크기의 한 분류이다. 코어는 유기 또는 무기 물질일 수 있다. 중심 코어에 빌딩에 의해, 덴드리머는 중심 쉘의 연속 첨가에 의해 형성된다. 쉘은 분지된 분자 기를 포함하고, 각 분지된 쉘은 세대(generation)로 지칭된다. 전형적으로, 사용되는 세대의 수는 1-10이고, 외부 쉘에 분자 기의 수는 지수적으로 세대가 높아짐에 따라 증가된다. 분자 기의 조성물은 정확하게 합성되고 외부 기는 반응성 작용기일 수 있다. 덴드리머는 수지 매트릭스와 뿐만 아니라 서로 연결될 수 있다. 그래서, 이들은 HTC 물질로서 수지에 첨가될 수 있거나, 다른 구체예에서 전통적 수지에 첨가됨 없이 매트릭스 그 자체를 형성할 수 있다.
분자 기는 각 다른 것 또는 수지와의 이의 반응 능력을 고려하여 선택될 수 있다. 그러나 다른 구체예에서, 덴드리머의 코어 구조는 열전도성에 도움이 되는 이의 자신의 능력을 고려하여 선택될 것이다; 예를 들어 상기 언급된 바와 같은 금속 옥사이드.
일반적으로, 덴드리머가 더 커지면, 포논 수송 요소로서 기능하는 이의 능력은 더 커진다. 그러나 물질을 침투하는 능력 및 이의 삼출(삼출) 잠재력은 이의 크기에 의해 해로운 영향을 받을 수 있고, 그래서 최적 크기는 요구되는 구조 및 특성의 균형을 달성하도록 추구된다. 다른 HTC 물질과 같이, 용매는 덴드리머에 첨가될 수 있어서, 마이카 또는 유리 테이프와 같은 기판의 이의 함침에 도움이 될 수 있다. 많은 구체예에서, 덴드리머는 다양한 상이한 분자 기와 함께 다양한 세대와 함께 사용될 것이다.
상업적으로 가용되는 유기 덴드리머 폴리머는 폴리아미도-아민 덴드리머 (PAMAM) 및 폴리프로필렌-이민 덴드리머(PPI) 및 PAMAM 내부 구조 및 오가노-실리콘 외부를 가진 덴드리머인 PAMAM-OS를 포함한다. 사이 두 개는 알드리치 케미칼(Aldrich ChemicalTM)로부터 가용되고, 마지막 한 개는 다우-코닝(Dow-CorningTM)로부터 가용된다.
유사한 요구사항은 무기-유기 덴드리머를 위해 존재하며, 무기-유기 덴드리머는 단일 물질을 형성하도록 매트릭스 폴리머 또는 반응성 수지와 함께 반응될 수 있다. 이 경우에, 덴드리머의 표면은 반응성 기를 함유할 수 있으며, 이 반응성 기는 상기 특정된 것과 유사하고 이는 덴드리머-덴드리머, 덴드리머-유기, 덴드리머-혼성, 및 덴드리머-HTC 매트릭스 반응을 발생되도록 할 것이다. 이 경우에, 덴드리머는 유기 또는 무기 반응성 기 또는 관심 있는 리간드를 함유하는 무기 코어 및 유기 쉘, 또는 그 역을 가질 것이다. 그래서, 또한 공통적 졸-젤 화학특성에 포함되는 것들과 유사한 무기 반응에 참여할 수 있는 하이드록실, 실란올, 비닐-실란, 에폭시-실란 및 다른 기와 같은 반응성 기를 또한 포함하는 무기 쉘을 가진 유기 포어를 가지는 것이 가능하다.
모든 경우에, 포논 수송은 개선되고 포논 산란은 감소된다. 이는 구조적 요소의 길이 크기가 열 수송에 책임이 있는 포논 분포와 같거나 보다 짧은 것이 보장됨에 의해 이뤄진다. 더 큰 HTC 입자 물질은 실제로 포논 수송을 당연히(in their own right) 증가시킬 수 있으나, 더 작은 HTC 물질은 수지 매트릭스의 특성을 바꿀 수 있으며, 이로써 포논 산란에 변화에 영향을 미칠 수 있다. 이는 나노 입자를 사용함에 의해 추가로 보조될 수 있으며, 나노-입자의 매트릭스는 높은 열전도성을 보이는 것으로 알려져 있고, 입자 크기 및 계면 특성이 이 효과를 지지하기에 충분하고 또한 감소된 포논 산란을 위한 길이 크기 요구사항을 만족시키기에 충분함을 보장하는 것으로 알려져 있다. 또한, 액정 에폭시 수지 및 폴리부타디엔과 같은 매트릭스로부터 형성될 수 있는 정렬된 네트워크 구조 또는 짧고 더 긴 범위 주기성을 가지는 반응된 덴드리머 격자 및 래더를 포함하는 더욱 높게 정렬된 구조의 선택을 고려하는 것이 필요하다. 당업의 수지 매트릭스는 약 0.15 W/mK의 최대 열전도성을 가질 것이다. 본 발명은 수지에 0.5 내지 5 W/mK 및 훨씬 더 큰 열전도성을 제공한다.
연속적 유기-무기 혼성은 선형 또는 가교된 폴리머 및 열경화성 수지에서 무기 나노-입자를 통합함에 의해 형성될 수 있으며, 여기서 나노-입자 디멘션은 폴리머 또는 네트워크 분절 길이 (전형적으로 1 내지 50 nm) 미만 또는 그 정도이다. 이는 배제함이 없이 세 루트 또는 메커니즘을 포함할 것이며, 이 루트 또는 메커니즘에 의해 이는 (i) 측쇄 그래프팅, (ii) 포괄적 그래프팅 예를 들어 두 폴리머 사슬 말단 사이, (iii) 둘 이상 및 전형적으로 여러 폴리머 분자를 포함하는 가교 그래프팅을 일으킬 수 있다. 이 무기 나노 입자는 친밀한 공유적으로 결합된 혼성 유기-무기 균등질 물질을 형성하도록 반응성 표면을 포함할 것이다. 이 나노-입자는 금속 옥사이드, 금속 니트라이드, 및 금속 카르바이드일 수 있고, 뿐만 아니라, 몇몇 비-금속 옥사이드, 니트라이드 및 카르바이드일 수 있다. 예를 들어, 알루미나, 마그네슘 옥사이드 및 아연 옥사이드 및 다른 금속 옥사이드, 보론 니트라이드 및 알루미늄 니트라이드 및 다른 금속 니트라이드, 실리콘 카르바이드 및 다른 카르바이드, 천연 또는 합성 다이아몬드, 및 임의의 여러 물리적 형태의 각 타입 및 다른 금속 카르바이드 및 혼성 화학양론적 및 비-화학양론적 혼합된 옥사이드, 니트라이드 및 카르바이드. 이의 더욱 특이적 예는 혼합된 화학양론적 및 비-화학양론적 조합을 가진 Al2O3, AlN, MgO, ZnO, BeO, BN, Si3N4, SiC 및 SiO2를 포함한다. 추가로, 이 나노-입자는 표면처리되어 다양한 표면 작용기를 도입할 것이고, 이 작용기들은 호스트 유기 폴리머 또는 네트워크와의 반응에 참여할 수 있다. 또한, 가능한 것은 비-HTC 물질, 예컨데 실리카 및 다른 벌크 충전제 물질을 HTC 물질로 코팅하는 것이다. 이는 더욱 비싼 HTC 물질이 사용될 때의 선택일 수 있다.
수지 내 HTC 물질의 부피 퍼센트는 약 60% 또는 그 초과의 이하일 수 있고, 더욱 특이적으로 약 35부피% 이하일 수 있다. 더 높은 부피 채움은 매트릭스에 더 높은 구조적 안정성을 제공하는 경향이 있다. 그러나 크기 및 모양 분포의 제어, 입자 회합의 정도 및 배열에 있어서, HTC 물질은 1 부피% 또는 그 미만만큼 작게 차지될 수 있다. 비록 구조적 안정성 이유가 있지만, 발생되는 삼출을 위해 필요한 최소치보다 큰 양을 첨가하는 것이 유용할 것이다. 그래서 수지는 삼출 구조 및 HTC 특징을 손상시킴 없이 물리적 긴장 및 탈형에 저항할 수 있다.
표면 작용기의 첨가는 하이드록실, 카르복실산, 아민, 에폭사이드, 실란 or 비닐 기를 포함할 수 있으며, 이 기들은 수지 시스템을 형성하는 호스트 유기 폴리머 또는 네트워크와의 화학 반응에 유용될 수 있을 것이다. 이 작용기는 무기 충전제의 표면에 자연적으로 존재할 수 있거나 이들은 습식 화학 방법, 비-평형 플라스마 증착 예를 들어 플라스마 중합, 화학적 증기 및 물리적 증기 증착, 스퍼터 이온 플래이팅 및 전자 및 이온 빔 증발 방법을 사용하여 적용될 수 있다. 매트릭스 폴리머 또는 반응성 수지는 나노-입자와 상용될 수 있는 임의의 시스템일 수 있고, 필요하다면 나노-입자 표면에서 도입되는 반응성 기와 반응할 수 있다. 이들은 에폭시, 폴리이미드 에폭시, 액정 에폭시, 시아네이트-에스테르 및 다양한 가교제를 가진 다른 저분자량 폴리머 및 수지일 수 있다.
비-분리된 유기-무기 혼성의 경우에, 연속적 분자 합금을 형성하는 졸-젤 화학특성을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우에, 수성 및 비-수성 반응을 포함하는 졸-젤 화학특성은 고려될 수 있다.
본 발명의 생산은 통상적 전기 절연 물질보다 더 높은 열전도성을 보이고, 마이카-유리 테이프 구조에서 결합 수지로서, 통상적 마이카 테이프 구조를 위한 미반응된 진공-압력 함침 수지 및 단일 저항 물질로서 사용되어, 회전 및 정적 발전기에서 및 고압 및 저압 전기 및 전자 장치, 소자 및 제품에서 전기 절연 용도를 수행할 수 있다. 본 발명의 제품은 서로, 뿐만 아니라 HTC-물질, 및 종래의 다른 물질로 통합될 수 있다.
마이크로 및 나노 HTC 입자는 요구되는 구조적 형태 예컨데 필라민트 및 분지된 덴드라이트(dendrite)로 자기 응집하는 이들의 능력에 따라 선택될 수 있다. 비록 이 공정이 외부 힘 예컨데 전기장, 자기장, 소닉, 울트라 소닉, pH 제어, 계면활성제의 사용 및 입자의 전하 분포를 포함하는 입자 표면 전하 상태에 대한 변화에 영향을 주는 다른 방법에 의해 또한 변경될 수 있지만, 입자는 자연적으로 자기 조립하는 이들의 능력을 위해 선택될 수 있다. 특정 구체예에서, 입자 예컨데 보론 니트라이드, 알루미늄 니트라이드, 다이아몬드는 요구되는 모양으로 자기 조립되어진다. 이 방식에서, 이 요구되는 응집물 구조는 초기에 높은 열적 전도 물질로부터 만들어질 수 있거나 호스트 매트릭스로의 통합 중에 조립될 수 있다.
많은 구체예에서, HTC-물질의 크기 및 모양은 동일 사용 내에서 변경된다. 크기 및 모양의 범위는 동일 제품에서 사용된다. 다양한 긴 그리고 더 짧은 가변적 가로세로비 HTC-물질은 수지 매트릭스의 열전도성을 높일 것이고, 뿐만 아니라 잠재적으로 개선된 물리적 특성 및 성능을 제공할 것이다. 그러나 관찰되는 한 측면은 입자 길이 기판/절연의 층 사이에 브릿징을 일으키도록 길지 않는 것이다. 또한, 다양한 모양 및 길이는 더욱 균등질 매트릭스를 가져오는, 더욱 균일한 부피 채움 및 패킹 밀도를 제공함에 의해 HTC-물질의 삼출 안정성을 개선할 것이다. 크기 및 모양을 혼합하는 경우에 하나의 구체예에서, 더 큰 입자가 더욱 로드-모양이고, 한편 더 작은 입자는 더욱 회전타원체, 작은판 또는 원반 및 입방형이다. 예를 들어 HTC-물질을 포함하는 수지는 10-30부피% 수지를 가지는 약 55-65부피% 10-50 nm 직경 회전타원체 및 약 15-25부피% 10-50 μm 길이 로드를 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 논의된 본 발명은 유기-무기 복합체에 기초된 새로운 전기 절연 물질을 위해 제공된다. 열전도성은 다른 요소 예컨데 점탄성 특성 및 열 팽창 계수, 및 전체 절연에 부가하여, 다른 절연 특성 예컨데 유전적 특성 (유전율 및 유전적 손실), 전기적 전도성, 전기 강도 및 전압 내구성, 열 안정성, 인장 계수(tensile modulus), 휨 계수(flexural modulus), 충격 강도 및 열 내구성에 악영향을 주지 않으며 최적화된다.
한 구체예에서, 요구되는 모양 및 크기 분포 및 선택되는 표면 특징 및 벌크 충저제 특성을 가지는 나노, 메소 및 마이크로 무기 충전제의 표면 코팅은 서로에 대해 좋다(complimentary). 이는 요구되는 벌크 특성을 유지하면서 유기 호스트에 충전제 상의 삼출 구조 및 상호연결(interconnection) 특성이 독립적으로 제어되도록 한다. 유기 및 무기 코팅에 부가하여, 단일 또는 제 2 코팅은 입자 표면의 양립성을 보장하고 화학 반응이 호스트 유기 매트릭스와 발생되도록 할 수 있다.
모양에 관하여, 본 발명은 개선된 삼출을 위해 천연 로드 및 작은판으로 향하는 경향이 있는 개별 입자 모양을 활용하고, 로드는 가장 바람직한 구체예로서, 자연적으로 형성된 것들에 부가하여 합성적으로 공정된 물질을 포함한다. 100 이하인 더욱 특별한 구체예가 있지만, 로드는 평균 가로세로비가 약 5 또는 그 초과인 입자로서 정의되며, 바람직한 구체예로서, 10 또는 그 초과가 바람직하다. 하나의 구체예에서, 로드의 축 길이는 대략 약 10 nm 내지 100 마이크론의 범위이다. 더 작은 로드는 수지 매트릭스를 더 잘 스며들 것이고, 수지의 점도에 더 적은 악영향을 가질 것이다.
수 마이크로 및 나노 입자는 회전 타원체 및 원반 모양을 형성하며, 특정 조건에서 균등하게 분포되는 능력을 줄이고 그래서 응집된 필라멘트 구조를 유도할 수 있고, 이 구조는 삼출이 발생되는 농도를 줄일 수 있다. 삼출을 증가시킴에 의해, 수지의 열적 특성은 증가될 수 있거나 대안적으로 수지에 첨가될 필요가 있는 HTC 물질의 양은 감소될 수 있다. 또한, 개선된 삼출은 피해져야 하는 응집보다 수지 내에서 HTC 물질의 더욱 균등한 분포를 가져오고 바람직하지 않은 계면, 불완전한 입자 습윤 및 마이크로-빈공간 형성을 가질 가능성이 적은 더욱 균질의 제품을 만든다. 마찬가지로 더 높은 가로세로비 입자로부터 형성되는 구형 (조밀한) 집합물 또는 응집물에 비해, 응집된 필라멘트 또는 수지상 결정(dendritic) 구조는 개선된 열전도성을 제공한다.
추가로, 유체 흐름 장 및 전기 및 자기장은 HTC 물질에 적용되어 분포되고 에폭시 수지의 내부에서 이들을 구조적으로 조직할 수 있다. 대안적 또는 정적 전기 장을 사용함에 의해, 로드 및 작은 판 모양은 마이크로-크기로 정렬될 수 있다. 이는 상이한 방향에서 상이한 열적 특성을 가지는 물질을 만든다. 전기장의 생성은 당업에 알려진 다양한 기술에 의해 달성될 수 있다. 예컨데 절연된 전기 컨덕터를 가로지르는 전극을 부착함에 의해 또는 물질 또는 절연 시스템의 중심에 있는 컨덕터의 사용에 의해 달성될 수 있다.
유기 표면 코팅, 및 무기 표면 코팅 예컨데, 금속-옥사이드, -니트라이드, -카르바이드 및 혼합된 시스템은 생성될 수 있으며, 이는 선택된 입자 크기 및 모양 분포로 통합되는 경우에, 절연 시스템의 벌크한 열적 및 전기적 전도성의 제어로 정의된 삼출 구조를 제공하고, 한편 입자 유전율은 이 시스템의 유전율을 제어하도록 선택될 수 있다. 또 다른 타입의 코팅은 천연 또는 합성 마이크로-미립자 및 나노-미립자 다이아몬드 코팅이다. 다결정성 및 단결정성 나노-미립자 형태에서, 입자는 실리카와 같은 캐리어 입자의 표면과 회합될 수 있다. 실리카 단독으로는 강한 열 전도 물질은 아니며, 표면 코팅의 첨가로, 더욱 높은 열전도성 물질이 된다. 그러나 실리카 및 다른 이러한 물질은 이로운 특성을 가진다 예컨데 상기 논의된 로드-모양 입자로 쉽게 형성되는 특성을 가진다. 이 방식에서, 여러 HTC 특성은 한 생성물에 통합될 수 있다. 이 코팅은 수지 함침으로 또는 수지함침 없이 마이카 및 유리 소자를 포함하는 마이카 테이프 구조에 적용될 수 있다.
반응성 표면 작용기는 무기 코팅에 내재되어 있는 표면 기로부터 형성될 수 있거나 추가적 유기 코팅을 적용함에 의해 달성될 수 있고, 이 둘 모두는 하이드록실, 카르복실산, 아민, 에폭사이드, 실란, 비닐 및 다른 groups를 포함할 수 있고, 이 기들은 호스트 유기 매트릭스와의 화학 반응에 이용될 수 있을 것이다. 이 단일 또는 다중 표면 코팅 및 표면 작용기는 습식 화학 방법, 비-평형 플라스마 방법 예를 들어 플라스마 중합 및 화학적 증기 및 물리적 증기 증착, 스퍼터 이온 플래이팅 및 전자 및 이온 빔 증발 방법을 사용하여 적용될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 유기-무기 복합체에 기초한 새로운 전기 절연 시스템을 위해 제공된다. 여러 무기 및 유기 소자 사이의 계면은 화학적으로 및 물리적으로 친밀성이 있도록 만들어져서 상이한 상 사이에 높은 정도의 물리적 연속성을 보장하고 높고 낮은 전압 적용에서 서비스되는 전기 절연 시스템의 작동 중 기계적으로 강하고 불능이 어려운 계면을 제공한다. 이러한 물질은 높은 전압 및 낮은 전압 전기 절연 상황에서 적용되며, 여기서 개선된 계면 완전성은 개선된 파워율의 관점에서의 이점을 제공할 것이고, 절연 시스템의 더 높은 전압 스트레싱을 제공할 것이며, 감소된 절연 두께를 제공할 것이고 높은 열 전달을 달성할 것이다.
특정 구체예는 다양한 표면 처리, 나노, 메소 및 마이크로 무기 충전제를 사용하여, 유기 매트릭스에 대해서 무기 표면을 양립가능하게는 다양한 표면 작용기를 도입하거나, 화학 반응이 호스트 유기 매트릭스와 발생되도록 한다. 이 표면 작용기는 하이드록실, 카르복실산, 아민, 에폭사이드, 실란 또는 비닐 기일 수 있고, 이들은 호스트 유기 매트릭스와 화학 반응을 가능하게 할 것이다. 이 작용기는 습식 화학 방법, 비-평형 플라스마 방법, 화학적 증기 및 물리적 증기 증착, 스퍼터 이온 플래이팅 및 전자 및 이온 빔 증발 방법을 사용하여 적용될 수 있다.
많은 구체예에서, 표면 처리되는 물질은 마이카-유리 테이프 구조 내 결합 수지에서, 통상적 마이카 테이프 구조를 위한 비반응된 진공-압력 함침(GVPI &VPI) 수지에서, 저항 단독 전기 절연 코팅 또는 벌크 물질에서 사용되어 높고 낮은 전압 전기적 장치, 소자 및 제품에서 그리고 회전 및 정적 전기 파워 플랜트에서의 전기적 절연 또는 전도 적용을 수행할 수 있다. 또한, 모든 화학 반응은 휘발성 부산물을 피하도록 부가의 결과이어야 하고 축합 반응은 아니어야 한다.
액정 폴리머를 사용함에 의해 에폭시 수지에서의 개선점은 최근에 만들어지고 있다. 에폭시 수지를 액정 단량체와 혼합함에 의해 또는 결정성 메소젠을 에폭시 수지 분자 예컨데 DGEBA로 통합함에 의해, 액정 열경화성 수지(LCT) 에폭시 수지는 생성되고, 이는 폴리머 또는 단량체를 포함하며, 이는 가교되어 크게 개선된 기계적 특성을 가지는 정렬된 네트워크를 형성할 수 있다. 참조, 미국 특허 제 5,904,984호, 이는 본원에 참조로서 통합되어 있다. LCT의 추가 이점은 이들이 또한 표준 에폭시 수지에 비해 개선된 열전도성, 및 낮은 열 팽창 계수(CTE) 값을 가진다는 것이다.
LCT 에폭시 수지를 더욱 매력적으로 만드는 것은 표준 에폭시 수지보다 더 우수하게 열 전도를 수행할 수 있다는 것이다. 본원에 참조로서 통합되어 있는 미국 특허 제 6,261,481호는 LCT 에폭시 수지가 통상적 에폭시 수지보다 더 큰 열전도성을 가지는 것으로 생성될 수 있음이 교시되어 있다. 예를 들어, 표준 비스페놀 A 에폭시는 가로(평면) 및 두께 방향에서 0.18 내지 0.24 W/mK (미터 캘빈 온도 당 와트)의 열전도성 값을 가지는 것으로 되어 있다. 대조적으로, 실제 적용에 있어서 사용되는 경우, LCT 에폭시 수지는 가로 방향에서 0.4 W/mK 이하 및 두께 방향에서 0.9 W/mK 이하의 열전도성 값을 가지는 것으로 되어 있다.
종이에 적용되는 HTC 물질을 참조한 사용에서와 같이, 용어 기판은 호스트 물질을 지칭하며, 이 호스틀 물질로부터 절연 종이가 형성되고, 한편 종이 매트릭스는 기판에서 만들어지는 더욱 완전한 종이 소자를 지칭한다. 본 발명의 구체예를 논의할 때 이 두 용어는 다소 상호교환가능하게 사용될 수 있다. 열전도성의 증가는 전기적 특성, 예컨데 소산 인자(dissipation factor) 또는 기판의 물리적 특성, 예컨데 인장 강도 및 점착 특성을 크게 손상시킴 없이 달성되어야 한다. 물리적 특성은 몇몇 구체예에서 예컨데 표면 코팅으로 개선될 수도 있다. 추가로, 몇몇 구체예에서, 호스트 종이 매트릭스의 전기 저항성은 또한 HTC 물질의 부가에 의해 또한 개선될 수 있다.
전기 절연을 위해 전형적으로 사용되는 표준 마이카에 부가하여, 바이오타이트 마이카뿐만 아니라 여러 다른 마이카-유사 알루미노-실리케이트 물질 예컨데 카올리나이트(Kaolinite), 할로이사이트(Halloysite), 몬트모릴로나이트(Montmorillonite) 및 콜로라이트(Chlorite)가 있다. 소디움벤토나이트(Montmorillonite)는 이의 구조에 격자를 가지고 이 구조는 쉽게 HTC 물질 예컨데 금속 양이온, 유기 화합물 및 단량체s 및 폴리머로 개재되어 높은 유전적 강도 복합체를 제공할 수 있다.
절연 종이는 단지 하나의 타입의 다공성 매체이며, 이 매체는 본 발명의 수지로 함침될 수 있다. 많은 산업에서(이의 일부는 아래에 언급되어 있다) 이로부터 만들어지는 많은 다른 물질 및 소자는 상이한 타입의 다공성 매체를 사용하여 수지를 이에 함침시킬 수 있다. 예에 의해서, 유리 섬유 매트릭스 또는 섬유, 및 폴리머 매트릭스 또는 섬유가 있으며, 여기서 섬유는 전형적으로 천, 매트 또는 펠트일 수 있다. 평평한 적층을 가진, 유리 섬유 적층물인, 회로 보드는 하나의 제품일 것이며, 이 제품은 본 발명의 수지의 사용으로 이익을 얻을 것이다.
고정자 코일과 함께 사용되는 여러 타입의 수지 함침은 VPI 및 GVPI으로 알려져 있다. 테이프는 코일 주위에 랩핑되고 그 다음에 낮은 점도 액체 절연 수지로 진공-압력 함침(VPI)에 의해 함침된다. 이 공정은 마이카 테이프에 잡혀 있는 공기 및 습기를 제거하기 위해 코일을 함유하는 챔버를 비우고, 그 다음에 압력 하에서 절연 수지를 도입하여 수지로 마이카 테이프를 완전히 함침하고, 따라서 빈 공간을 제거하며, 마이카 호스트에서 수지성 함침을 생성하는 것으로 구성된다. 약 20%의 압착은 일부 구체예에서의 VPI 공정에 특별하다. 완성된 후에, 코일은 가열되어 수지를 경화시킨다. 수지는 가속제를 포함할 수 있거나, 테이프는 그 안에 하나를 가질 수 있다. 여러 이 전체적 VPI (GVPI)는 건조 절연된 코일이 감기고, 그 다음에 전체 고정자가 개별 코일 대신에 진공 압력 함침되는 공정을 포함한다. GVPI 프로세스에서, 코일은 수지로의 함침 전에 압착된다. 왜냐하면, 건조 코일은 이의 최종 위치로 함침 전에 삽입되기 때문이다. 여러 압착 방법이 상기 논의되어 있지만, 본 발명의 실제 압착 단계를 위한 VPI/GVPI 함침 프로세스를 사용하는 것이 또한 가능하다.
특정 구체예에서, 본 발명은 연속적 높은 열전도성 수지를 위해 제공되며, 이 수지는 호스트 수지 매트릭스 및 높은 열전도성 충전제를 포함한다. 높은 열전도성 충전제는 표면 작용기를 통해 호스트 수지 매트릭스를 가지고 연속적 유기-무기 복합체를 형성하고, 이 작용기는 높은 열전도성 충전제에 그래프트되어 있고 호스트 수지 매트릭스와의 공유 결합을 형성한다. 관련된 구체예에서, 높은 열전도성 충전제는 길이가 1-1000 nm이고, 가로세로비가 3-100이다. 더욱 특별하게 가로세로비가 10-50이다.
또 다른 관련된 구체예에서, 높은 열전도성 충전제는 옥사이드, 니트라이드, 카르바이드 및 다이아몬드 중 하나 이상으로부터 선택된다. 한편, 표면 작용기는 하이드록실, 카르복실산, 아민, 에폭사이드, 실란 및 비닐 기 중 하나 이상으로부터 선택된다.
또 다른 특정 구체예에서, 본 발명은 호스트 수지 네트워크에서 균등하게 분포되고 호스트 수지 네트워크와 필수적으로 완전히 함께 반응되는 호스트 수지 네트워크 및 무기 높은 열전도성 충전제를 포함하는 유기-무기 경계를 브릿징하는 그래프트된 작용기를 가진 연속적 유기-무기 수지를 위해 제공된다. 높은 열전도성 충전제는 길이가 1-1000 nm 이고, 가로세로비가 10-50이다. 높은 열전도성 충전제는 옥사이드, 니트라이드, 및 카르바이드 중 하나 이상으로부터 선택되고, 연속적 유기-무기 수지는 최대 60부피%의 높은 열전도성 충전제를 포함하고, 다른 구체예에서, 최대 35%를 포함한다. 특히, 높은 열전도성 충전제는 표면 작용기를 가지며, 이 작용기에 높은 열전도성 충전제가 그래프트 되어 있고, 이 표면 작용기는 호스트 수지 네트워크와 필수적으로 완전한 공반응성을 허용한다.
관련된 구체예에서, 작용기는 하이드록실, 카르복실산, 아민, 에폭사이드, 실란 및 비닐 기 중 하나 이상을 포함한다. 옥사이드, 니트라이드, 및 카르바이드중 하나 이상은 혼합된 화학양론적 및 비-화학양론적 조합으로 Al2O3, AlN, MgO, ZnO, BeO, BN, Si3N4, SiC 및 SiO2를 포함한다. 호스트 수지 네트워크는 에폭시, 폴리이미드 에폭시, 폴리이미드, 액정 에폭시, 폴리부타디엔, 폴리에스테르 및 시아네이트-에스테르를 포함한다. 연속적 유기-무기 수지는 추가로 또한 가교제를 포함할 수 있고, 전체 수지는 다공성 매체로 함침될 수 있다.
또 다른 특별한 구체예에서, 본 발명은 높은 열전도성 수지를 만드는 방법을 위해 제공되며, 이 수지는 호스트 수지 매트릭스를 공급하고 높은 열전도성 물질을 모으고, 그 다음에 반응성 표면 작용기와 높은 에너지 반응에서 표면 처리되어 표면 작용기가 높은 열전도성 물질에 그래프트는 것을 포함한다. 그 다음에 호스트 수지 매트릭스와 이 처리된 높은 열전도성 물질을 혼합하여서, 이 높은 열전도성 물질이 호스트 수지 매트릭스 내에 실질적으로 균일하게 분산되고, 그 다음에 이 표면 작용기와 반응하고, 이 표면 작용기는 호스트 수지 매트릭스를 가진 높은 열전도성 물질에 그래프트되어 높은 열전도성 수지를 생성한다. 높은 열전도성 수지에서의 높은 열전도성 물질의 양은 최대 60부피%이고, 높은 에너지 반응은 약 200-500 kJ/mol의 결합 강도를 만든다.
관련된 구체예에서, 이 방법은 추가로 가교제를 삽입하는 것을 추가로 포함한다. 다른 관련된 구체예에서, 표면 작용기는 하이드록실, 카르복실산, 아민, 에폭사이드, 실란 및 비닐 기 중 하나 이상을 포함하고, 높은 에너지 반응은 비-평형 플라스마 방사선, 화학적 증기 및 물리적 증기 증착, 스퍼터 이온 플래이팅, 레이저 빔, 전자 및 이온 빔 증발 중 하나를 포함한다.
또 다른 특이적 구체예에서, 높은 열전도성 물질은 다이아몬드, AlN, BN, Si3N4, 및 SiC 중 하나 이상을 포함한다. HTC 물질의 이 기는 약 200-500 kJ/mol의 결합 강도를 형성하기에 특히 적합하며, 왜냐하면 이 물질의 내부 결합은 매우 강하기 때문이다.
본 발명은 또한 상기 논의된 바와 같이 이 입자는 수지에 그래프트되는 일부 HTC 입자 및 수지에 그래프트되지 않는 그래서 호스트 수지 매트릭스와의 연속 결합을 형성하지 않는 일부 HTC 입자의 혼합물을 위해 제공된다. 이 관점에서 그래프트된 것은 수지에 그래프트되거나 그래프트되기 쉽게 표면 처리된 것을 지칭한다. 이 클래스의 HTC 입자의 둘 모두 또는 각각은 추가적 표면 처리되어 다른 특징 예컨데 어떻게 입자가 서로 상호작용을 하는지에 영향을 미칠 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 그래프트된 클래스의 HTC 입자는 수지 호스트에 직접 결합되어 있는 것이며, 한편 비그래프트되어 있는 클래스는 수지 호스트에 직접적으로 결합되어 있지 않는 것이다; 그러나 각 클래스는 다른 기능을 수행하는 다양한 표면 처리를 받을 수 있다. 이 클래스들은 수지가 사용되는 입자의 상태를 지칭한다. 궁극적으로 수지는 경화될 것이지만, 아래에 논의되는 일부 특정 구체예에서, 비-그래프트된 입자는 경화 중 또는 그 전에 실제로 그래프트된다.
상기 논의된 바와 같이, 그래프팅은 호스트 수지가 반응할 때 형성되는 네트워크 또는 호스트 수지에 화학적으로 결합하는 물질의 표면 작용기를 지칭한다. 이에 추가하여, 물리적 그래프팅은 또한 발생될 수 있다. 물리적 그래프팅은 음이온 결합, 수소 결합, 또는 국소적 앵커링(topographic anchoring)에 기초될 수 있다. 그래프팅의 모든 경우에서, 그래프트된 한계(tether) 다시 말해 부착된 수지 분자는 그래프트된 입자의 특성에 영향을 미칠 것이다.
그래프트된 그리고 비-그래프트된 입자는 이들이 동일한 타입의 물질로 이뤄질지라도 수지에서 상이하게 행동할 것이다. 그래프트된 입자는 작은 함침 공간을 통해서도 충분히 작다면 수지와 함께 흐를 것이다. 채워진 수지가 타이트한 네트워크 예컨데 복합 테이프에서 발견되는 것들로 함침되는 경우에 이는 그래프트된 입자의 상대적 농도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 반대로, 수지 함침된 네트워크가 압착된다면, 그래프트된 입자는 수지와 함께 네트워크의 밖으로 흐르는 경향이 있을 것이며, 이로써 비 그래프트된 입자의 농도를 증가시킬 것이다. 그래서, 함침 및 압착에 의해, HTC 입자의 클래스의 비율은 바뀔 수 있다. 이는 상이한 타입의 HTC 물질과 복합 테이프와 같은 표적의 상이한 영역을 맞추는 기회를 제공한다. 예를 들어, 테이프에 마이카 층은 BN과 같은 HTC 물질의 특정 종류로부터 더욱 많은 이점을 얻을 수 있으며, 한편 나머지의 테이프는 알루미나에 더 우수하게 맞게 될 수 있다. 그래프트된 입자 BN 및 비-그래프트된 입자 알루미나를 만듬에 의해, HTC 물질의 두 타입의 비율은 상이한 복합 테이프 소자에서 다양할 수 있다. 그러나 논의되는 바와 같이, 알루미나와 같은 더 높은 기계적 강도를 가진 입자는 일반적으로 그래프트되어 물리적 특성이 더욱 크게 증가될 수 있다.
더구나, 그래프트된 입자는 수지 네트워크에 잠겨서 이 입자들은 수지에 의해 더 많이 제어된다. 결과적으로 그래프트된 입자는 국소 구조를 강화하고, 수지를 강하게 만들고 비-그래프트된 입자를 포함하는 매트릭스보다 파열에 있어 더욱 저항성 있게 한다. 그래프트된 입자는 또한 덜 유동적이고 비 그래프트된 입자보다 수지에서 더 높은 점도를 만들 수 있다. 비 그래프트된 입자는, 특히 표면 처리된다면, 더 잘 흐르고 더 높은 유동성 및 분산을 가지지만, 더욱 쉽게 모인다. 또한, 그래프트된 것은 수지와 더 우수한 접촉을 가지며, 그래서 열전도성은 비록 여러 타입의 표면처리가 이 차이를 보상할 수 있지만, 평균적으로 더 우수하다.
그래프트된 그리고 비그래프트된 입자 둘 모두를 위해 사용되는 이 타입의 HTC 물질은 유사하고 상기 논의된 것이다. 두 클래스의 입자는 상기 언급된 임의의 HTC 물질로부터 선택될 수 있으며, 특정 타입은 이미 언급되어 있다. 상이한 클래스는 상이한 또는 동일한 타입의 물질로 이뤄질 수 있다.
입자에 초점은 따라서 높은 열전도성이지만, 그래프트된 입자를 위한 특정 구체예는 수지에 입자의 효과 때문에 더 높은 기계적 강도 및 개선된 유전적 및 전기적 쇠약(breakdown) 및 내구 특성을 만드는 입자를 실제로 사용할 것이다. 이 특정 타입의 그래프트된 입자는 증가된 열전도성 특성을 달성하는 것에 부가하여 특성의 균형을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 그래프트된 입자는 수지와 더욱 친밀한 접촉을 본래 가지고 따라서 더욱 쉽게 물리적 이점(enchantment)을 제공하지만, 그래프트되지 않은 것은 또한 유사한 효과를 가질 수 있다.
상이한 타입의 HTC 물질이 상이한 클래스의 입자에서 사용되는 경우에, 상이한 물리적 특성 개선은 각 타입을 통해 달성될 수 있다. 쉽게 이용될 수 있는 표면 작용기를 가지는 물질은 그래프트되는 입자로서 더욱 쉽게 사용된다. 이는 논의된 알루미나, 실리카 및 금속 옥사이드를 포함한다. 따라서, 쉽게 이용될 수 있는 표면작용기를 가지지 않는 니트라이드, 카르바이드 및 물질은 더욱 자연스럽게 비 그래프트되는 용도에 해당된다. 그러나 특별한 표면 처리는 후자를 그래프트되는 물질로서 기능하도록 할 수 있다.
입자의 조성에 유사하게, 입자의 크기 및 모양은 클래스 사이에 동일 또는 상이할 수 있다. 유동성 및 분산을 유지함 있어서, 그래프트된 입자는 일반적으로 더 커야하고, 100 nm 또는 그 초과의 평균 길이, 그래프트되지 않은 것은 일반적으로 더 작아야 한다, 5-100 nm 길이. 더 작은 입자는 더 우수한 팩킹 밀도를 만드는 경향이 있을 것이다. 이와는 대조적으로 더 큰 구조적 강도를 추구하는 구체예는 긴 비-그래프트된 입자를 가질 수 있고 더 작은 그래프트된 입자는 수지를 강화하기 위해 그들 사이에 및 그 안에 있을 수 있다. 입자의 클래스 사이의 차이점 또는 유사점은 클래스 자신 내에 균일성이 있어야 하는 것을 의미하지 않다. 각 클래스는 다양한 상이한 타입 및 상이한 모양 및 크기의 HTC 물질로 이뤄질 수 있다.
그래프트된 것과 비그래프트된 입자의 비율은 적용에 의존하여 다양할 것이다. 추가로, 비율은 수지에 첨가되는 HTC 입자의 총 양에 의존하여 다양할 것이다. 수지에 HTC 입자의 총 부피가 낮아지면, 각 클래스 입자의 최소 비율은 더 높을 필요가 있다. 예를 들어, 총 HTC 부피의 10부피%의 수지는 1:3 내지 3:1의 그래프트된 것과 비그래프트된 것의 비율을 가져야 한다. 60% HTC 물질을 가진 수지는 1:20 내지 20:1의 비율을 가질 수 있다. 주어진 클래스의 입자로부터의 순 이득을 관찰하기 위해, 수지에 한 클래스의 입자의 총 양은 비록 입자의 가로세로비가 더 커지면 낮은 농도에서 입자의 더 큰 효과를 가져오지만, 가치있는 효과를 가지도록 최소 1부피%를 가져야 한다. 궁극적으로, 그래프트된 것의 비-그래프트된 것의 비율은 여러 물리적 변화의 여러 객관적 최적화를 받는다.
추가로, 비 그래프트된 입자가 그래프트된 입자보다 더욱 밀집(cluster)되는 경향이 있기 때문에, 논의된 다른 물리적 특성이 우선적으로 관심이 있는 고려사항이 아니라면, 부피에 의한 비 그래프트된 입자의 다소 높은 비율은 수지에서 사용되어야 한다. 입자 집합물의 상부 말단에서, 수지는 이들이 상대적으로 상호 반응 성이 없다면 많은 양의 비 그래프트된 입자를 또한 지지할 것이다.
비록 화학적 그래프트가 입자의 표면 기능화(functionalization)로부터 형성될 수 있지만, 추가적 표면 처리는 수지에 연결되는 그래프트된 입자뿐만 아니라 수지에 그래프트되지 않은 입자에서 수행될 수 있다. 용어 표면 처리는 용어 표면 기능화의 한 버전이며, 이는 일부 표면 처리가 비반응성 기를 첨가하는 변화를 포함한다. 추가적 표면 처리는 다양한 목적 및 구체예를 수행한다. 한 경우에 표면 처리는 HTC 입자가 잘 분산되고 뭉치지 않도록 사용된다. 이는 표면 기를 첨가함에 의해 달성될 수 있고, 어느 한쪽 기는 일반적으로 비반응성이거나 서로 반응하지 않는다. 특정 구체예에서, 두 클래스의 HTC 입자는 표면 기를 가질 것이고, 이 표면 기는 필수적으로 한 클래스와 비반응성이지만, 클래스들 사이에서는 반응성이 있다. 이 경우에, 비 그래프트된 입자는 그래프트된 입자를 통해 수지에 그래프트된다. 이 반응의 속도는 느릴 수 있고 그래서 관통 및 분산 특성 차이가 이 클래스의 입자가 조인팅되기 전에 실현될 수 있다.
HTC 입자의 표면 처리는 함침된 수지를 위한 이점을 제공할 수 있다. 기 사슬 표면 처리는 더 우수한 분열(fracture) 강도 및 점탄성을 조장할 수 있고, 한편 더 짧은 사슬 또는 기는 더 높은 기계적 계수(modulus) 및 더 높은 열적 안정성을 장려할 수 있다.
표면 처리에 다른 변화는 다른 클래스는 자기 응집하지 않으면서, 자기 응집하도록 작용기화된 하나의 클래스를 가지는 것을 포함한다. 예를 들어, 그래프트된 입자는 자기 응집하도록 작용기화될 수 있고 한편 비그래프트된 입자는 더욱 균일하게 분산될 것이다. 이는 비그래프트된 입자 때문에 개선된 기계적 특성 및 그래프트된 입자 때문에 증가된 열전도성을 가진 매트릭스를 가져온다. 비 그래프트된 입자의 "바다"에서 그래프트된 입자의 맞춰진 "섬"은 높은 열전도성을 보유하면서 가스 침투 및 전기적 방전을 저항하는 것과 같은 개선된 배리어(barrier) 성능을 가지는 블록 도메인 및 층으로 된 구조를 생성할 수 있다. 이방성 구조는 이방성 물리적 특성을 가지는 물질을 제공하여 또한 생성될 수 있다.
HTC 물질을 표면 작용기화하는 것은 당업자에 알려져 있는 방법에 의해 수행될 수 있다. 이 방법은 HTC-물질에 하나 이상의 작용기화된 유기 기를 그래프팅하는 것을 포함한다. 작용기는 다양한 반응성 기일 수 있고, 제한 없이 OH, NH, 또는 카르복실산 기를 포함한다. 작용화의 예는 실란 그래프팅 또는 자유 라디칼 그래프팅을 포함한다. 더욱 특별한 구체예에서, 실란 그래프팅은 4-트리메톡시실릴 테트라-하이드로프탈산 무수물(TSPA) 및 3-메타그릴록시프로필 트리메톡시 실란 (MOTPS)으로부터 선택된 반응물을 포함한다. 또 다른 특정 구체예에서, 자유 라디칼 그래프팅은 반응물 세륨 함유 암모늄 니트레이트를 포함한다. 상이한 표면 처리는 입자 사이에 요구되는 반응성의 양에 따라 선택될 것이다. 거의 또는 전혀 반응성이 요구되지 않는다면 기 예컨데 파라핀산 사슬 또는 비 반응성 말단 기를 가진 다른 사슬 예컨데 에스테르는 첨가될 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 입자 사이에 지연된 상호작용을 가지는 것이 요구된다면, 표면 처리/조건은 잠재된 촉매를 포함할 수 있다. 잠재된 촉매의 좋은 예는 루이스산/아민 컴플렉스(예를 들어, 보론 트리플루오라이드/모노-에틸아민) 또는 블럭화된 이소시아네이트를 포함하고 여기서 블럭킹(blocking) 기는 열에 의해 제거되고 이소시아네이트가 또 다른 작용기 예컨데 OH 또는 에폭시와의 반응이 가능하도록 한다.
추가로, 몇몇 구체예에서, 비 그래프트된 입자는 호스트 수지에 그래프트 되고 다음에 경화된다. 그래서 비 그래프트된 입자를 사용하는 이점은 수지가 사용되는 때에 달성될 수 있으며, 한편 그 다음에 최종 경화된 수지에서 그래프트된 입자의 이점을 얻는다. 비-그래프트된 입자는 뒤에 호스트 수지에 그래프트 되고, 에너지 예컨데 온도, 레이저, 및 자외선 빛의 적용은 활용될 수 있다. 잠재된 촉매 및 블럭화된 이소시아네이트는 또한 여기서 사용될 수 있을 것이다.
입자의 두 클래스가 최종 경화된 수지에서 마침내 있게 될 것이지만, 이 두 클래스는 수지와 상이한 횟수로 혼합될 수 있다. 이 비 그래프트된 입자는 특히 그래프트된 입자 뒤에 수지와 혼합될 수 있다. 이는 비그래프트된 입자가 규정 시간을 넘어(over time) 수지와 반응되는 경향을 가진다면 바람직할 수 있다. 다른 경우에, 비 그래프트된 입자는 상이한 단계에서 수지와 혼합된다. 예를 들어, 비 그래프트된 입자는 표적, 예컨데 건조 테이프에 존재할 수 있고 수지에 의해 픽업되고, 왜냐하면 이는 표적 속으로/위에 함침되어 있기 때문이다.
도 3을 참조하여, 그래프트된(31) 및 비그래프트된(30) 입자의 혼합은 호스트 수지(32)에 존재한다. 이 예에서, 더 작은 그래프트된 입자(31)는 표면처리되어서 이들은 서로 응집되고, 수지상 결정 타입 구조를 형성한다. 각 그래프트된 입자는 다중 수지 분자(33)에 그래프트될 수 있다. 비-그래프트된 입자(30)는 서로 또는 그래프트된 입자와 쉽게 반응되지 않으며, 따라서 더욱 평평하게 분포된다. 이는 변할 수 있고, 또 다른 구체예에서 비 그래프트된 입자는 그래프트된 수지상 결정 구조로 응집될 수 있다.
표면 코팅된 충전제에 대해서, 충전제의 오리엔테이션, 위치 및 구조적 조직은 제어될 수 있고, 이 제어는 그 자체를 배열하고 응집하는 표면 코팅의 선택된 특징을 통해 또는 외부 장의 적용에 의해 제어된다. 이러한 장의 예는 자기적, 전기적 및 기계적(AC/다이나믹, DC/스태딕, 펄스된 및 이의 조합), 소닉 및 울트라소닉이다. 예를 들어, 유전영동(dielectrophoresis) 또는 전기영동(electrophoresis)은 사용될 수 있다. 코팅 예컨데 TiO2는 전기장에 반응될 것이고, 한편 Ni, Co, Mn, V, Cr, 또는 Fe 화합물을 포함하거나 이로 구성되어 있는 코팅은 상자성 또는 강자성 방식으로, 자기장에 반응할 것이다. 유기-금속성 화합물은 EH한 사용될 수 있다. 예컨데 금속 아세틸아세토네이트, 페로센, 금속 포르피린 및 금속 트탈로시아닌이다.
또한, HTC 물질이 상기 언급된 장에서 반응성이 있는 비-HTC 충전제 상에 표면 코팅될 수 있는 것이 가능하다. 예를 들어, TiO2 코어는 BN 표면 코팅이 주어질 수 있다. 이는 사실 HTC 충전제 상에 장 반응성 표면 코팅을 놓는 것보다 더욱 효과적일 수 있으며, 왜냐하면 이 방법에 의해 충전제의 벌크는 이 장에 반응성이 있을 것이고 한편 충전제로의 열 통과는 표면을 따라 이동하는 경향이 있을 것이기 때문이다. 비 그래프트된 입자는 부족한 구속성(tethering) 때문에 더욱 쉽게 자기 정렬되는 경향이 있을 것이고, 액체 수지 시스템에서 점도를 줄이도록 표면 코팅되는 것들은 전기장의 힘에서 더욱 쉽게 정렬하는 경향이 있을 것이다.
한 적용에서 그래프트된 것과 비 그래프트된 것의 혼합은 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트된 높은 열전도성 입자를 가진 호스트 수지 매트릭스를 포함하는 높은 열전도성 수지를 위해 제공된다. 또한, 호스트 수지 매트릭스에 직접적으로 그래프트되어 있지 않은 제 2 클래스의 비-그래프트된 높은 열전도성 입자. 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 높은 열전도성 수지의 약 2-60부피%이다. 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 충전제이고 1-1000 nm의 길이이며, 가로세로비가 3-100이다.
특별한 구체예에서 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 약 25-40%를 포함한다. 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 이의 클래스의 다른 입자와 반응되지 않도록 표면처리될 수 있다. 또한, 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 호스트 수지 매트릭스 내 응집물을 형성하도록 이의 클래스의 다른 입자와 반응되도록 표면처리될 수 있다. 그리고 제 1 클래스의 그래프트된 입자는 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자와 반응되도록 표면처리될 수 있다.
다른 특별한 구체예에서, 제 1 클래스의 그래프트된 입자는 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자보다 10배 이상 큰 평균 길이 분포를 가진다. 호스트 수지 네트워크는 에폭시, 폴리이미드 에폭시, 액정 에폭시, 시아네이트-에스테르, 폴리부타디엔, 및 이의 적당한 혼합물을 포함한다. 높은 열전도성 수지는 복합 테이프로 함침되고, 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 수지가 복합 테이프로 함침된 후에 높은 열전도성 수지로 통합될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 비 그래프트된 것은 증가된 온도 및 자외선 빛 중 하나 이상의 적용에 의해 호스트 수지로 그래프트된다. 열전도성 입자는 옥사이드, 니트라이드, 및 카르바이드 중 하나 이상이다.
또 다른 적용에서, 그래프트된 그리고 비 그래프트된 발명의 혼합은 높은 열전도성 수지를 위해 제공되며, 이 수지는 호스트 수지 매트릭스, 상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트된 높은 열전도성 입자, 및 상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있지 않은 제 2 클래스의 비-그래프트된 높은 열전도성 입자를 포함한다. 비록 제 1 클래스의 입자가 일부 열전도성 이점을 제공할 수 있지만, 이들은 꼭 본원에 기재되어 있는 HTC 타입 입자이여야 하지 않는다. 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 높은 열전도성 수지의 약 4-60부피%이다. 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 충전제이고, 길이가 5-1000 nm이고, 가로세로비가 3-100이며, 각 클래스의 입자는 높은 열전도성 수지의 적어도 1부피%이다. 몇몇의 경우에, 제 1 클래스의 그래프트된 입자는 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자보다 더 높은 기계적 강도를 가진다.
특정 구체예에서 수지는 다공성 매체, 예컨데 종이 또는 유리 섬유 매트릭스 또는 인쇄회로기판으로 통합된다; 유리 섬유 매트릭스는 수지에 통합되어 인쇄회로기판을 위한 라미네이트를 만든다. 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자의 비율은 다공성 매체의 상이한 부분에서 상이할 수 있으며, 이는 더 큰 필터링 효과 때문이고, 다공성 매체는 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자에 이 효과를 제공한다. 몇몇의 경우에 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자의 비율은 입자의 초기 위치 때문에 다공성 매체의 상이한 부분에서 상이하다.
또 다른 적용에서, 본 발명의 그래프트된 것과 비그래프트된 것의 혼합은 높은 열전도성 수지를 위해 제공되며, 이 수지는 호스트 수지 매트릭스, 상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트된 입자를 포함하고; 이 그래프트된 입자는 호스트 수지 매트릭스의 국소 강도를 증가시킨다. 또한, 제 2 클래스의 비-그래프트된 높은 열전도성 입자는 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있지 않다. 제 1 클래스 및 제 2 클래스는 높은 열전도성 수지의 약 2-60부피%이고 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 높은 열전도성 충전제이고 길이가 1-1000 nm이며, 가로세로비가 3-100이다.
특별한 구체예에서, 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자는 평균 길이가 제 1 클래스의 그래프트된 입자의 2-10배이다. 이 구체예의 적용은 더 긴, 비-그래프트된 입자를 포함하고, 이는 열전도성을 증가시키며, 한편 더 짧은 그래프트된 입자는 수지의 국소 강도를 증가시킨다. 몇몇 구체예에서, 높은 열전도성 입자가 아닌 제 3 클래스의 비-그래프트된 입자는 호스트 수지 매트릭스에 존재한다.
다른 특정 구체예에서, 일부 또는 전체의 제 1 클래스의 그래프트된 입자는 높은 열전도성 충전제이고, 길이가 1-1000 nm이고 가로세로비가 3-100이다. 다른 구체예에서 그래프트된 입자는 호스트 수지 매트릭스의 유전적 강도를 증가시킨다.
비록 본 발명이 주로 전기 산업의 사용에서 논의되지만, 본 발명은 균등하게 다른 영역에서 적용될 수 있다. 열 전이를 증가시킬 필요가 있는 산업은 동등하게 본 발명으로부터 이점을 받을 것이다. 예를 들어, 에너지, 화학, 공정 및 제조 산업, 포괄적인 오일 및 가스, 및 자동차 및 항공기 산업. 본 발명의 다른 초점은 발전 산업, 통상적 전자 산업 및 집적 회로이며, 여기서 소자의 개선된 밀도를 위한 증가되는 요구사항은 국소 및 큰 영역에서 효과적으로 열을 제거할 필요성을 이끈다. 또한, 본 발명의 특정 구체예가 상세히 기재되어 있지만, 이 상세한 설명의 여러 변화 및 대안은 이 기재의 전체 교시 사항의 취지에서 발전될 수 있음이 당업자에 의해 인식될 것이다. 따라서, 기재되어 있는 특정 배열은 단지 예시적인 의도이고, 본 발명의 범위에 대한 제한을 하지 않으며, 이는 첨부된 첨구범위의 전체 폭 및 임의의 및 모든 등가물을 제공한다.

Claims (22)

  1. 호스트(host) 수지 매트릭스;
    상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트된 열전도성 입자; 및
    상기 호스트 수지 매트릭스에 직접적으로 그래프트되지 않은 제 2 클래스의 비-그래프트된 열전도성 입자를 포함하는 열전도성 수지로서,
    여기서, 상기 제 1 클래스 및 상기 제 2 클래스가 상기 열전도성 수지의 2-60부피%이고;
    여기서 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자가 열전도성 충전제이고, 1-1000 nm의 길이를 가지며, 가로세로비 가 3-100인 열전도성 수지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 클래스 및 상기 제 2 클래스가 25-40부피%를 포함함을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자가 이의 클래스의 다른 입자와 반응하지 않도록 표면처리됨을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자가 표면 처리되어 이의 클래스의 다른 입자와 반응하여 호스트 수지 매트릭스 내에 응집물을 형성함을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자가 표면 처리되어 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자와 반응함을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자가 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자보다 10 배 이상 큰 평균 길이 분포를 가짐을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 호스트 수지 네트워크가 에폭시, 폴리이미드 에폭시, 액정 에폭시, 시아네이트-에스테르, 폴리부타디엔, 및 이들의 혼합물을 포함함을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  8. 제 1 항에 있어서, 열전도성 수지가 복합 테이프에 함침됨을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 열전도성 수지가 상기 복합 테이프로 함침된 후에, 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자가 상기 열전도성 수지로 통합됨을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  10. 제 1 항에 있어서, 증가된 온도 및 자외선 빛 중 하나 이상의 적용에 의해, 비 그래프트된 입자가 상기 호스트 수지에 그래프트됨을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도성 입자가 옥사이드, 니트라이드, 및 카르바이드 중 하나 이상임을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  12. 호스트 수지 매트릭스;
    상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트된 열전도성 입자; 및
    상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있지 않은 제 2 클래스의 비-그래프트된 열전도성 입자를 포함하는 열전도성 수지로서;
    여기서 상기 제 1 클래스 및 상기 제 2 클래스가 상기 열전도성 수지의 4-60부피%이며;
    여기서 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자가 열전도성 충전제이고, 5-1000 nm의 길이를 가지며, 가로세로비가 3-100이고;
    여기서 각 상기 클래스의 입자가 열전도성 수지의 1부피% 이상인 열전도성 수지.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 수지가 다공성 매체로 함침됨을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 다공성 매체가 종이 매트릭스임을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  15. 제 13 항에 있어서, 다공성 매체가 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자에 미치는 더 큰 필터링 효과 때문에, 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자의 비율이 상기 다공성 매체의 상이한 부분에서 상이함을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자 및 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자의 비율이 입자의 초기 위치 때문에 상기 다공성 매체의 상이한 부분에서 상이함을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자가 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자보다 더 높은 기계적 강도를 가짐을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  18. 호스트 수지 매트릭스;
    상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있는 제 1 클래스의 그래프트된 입자로서, 여기서 상기 그래프트된 입자가 상기 호스트 수지 매트릭스의 국소 강도를 증가시키는 제 1 클래스의 그래프트된 입자; 및
    상기 호스트 수지 매트릭스에 그래프트되어 있지 않은 제 2 클래스의 비-그래프트된 열전도성 입자를 포함하는 열전도성 수지로서;
    여기서 상기 제 1 클래스 및 상기 제 2 클래스가 상기 열전도성 수지의 2-60부피%이며;
    여기서 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자가 열전도성 충전제이고, 1-1000 nm의 길이를 가지며, 가로세로비가 3-100인 열전도성 수지.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 클래스의 비-그래프트된 입자가 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자의 평균 길이의 2-10 배의 평균 길이를 가짐을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  20. 제 18 항에 있어서, 일부 또는 전체의 상기 제 1 클래스의 그래프트된 입자가 열전도성 충전제이며, 1-1000 nm의 길이를 가지고, 가로세로비가 3-100임을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  21. 제 18 항에 있어서, 열전도성 입자가 아닌 제 3 클래스의 비-그래프트된 입자가 상기 호스트 수지 매트릭스에 존재함을 특징으로 하는 열전도성 수지.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 그래프트된 입자가 상기 호스트 수지 매트릭스의 유전적 강도를 증가시킴을 특징으로 하는 열전도성 수지.
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