KR102280275B1 - Heat sink material using carbon composite and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소복합 방열소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 고분자 수지에 탄소나노튜브 및 그라파이트가 배합된 탄소계 분말과 알루미늄 분말의 혼합공정을 통해 간단하고 용이하게 압출성형된 탄소복합 방열소재를 제공할 수 있고, 상기 탄소복합소재가 종래의 알루미늄 다이캐스팅 방열판에 비해 경량화 되고 종래의 열전도성 플라스틱에 비해 열전도도가 현저히 향상되고 제품성형의 다양성을 구현할 수 있는 사출가능한 성형소재로서, 다양한 산업분야에서 활용되고 있는 방열판으로 사용할 수 있다.
The present invention relates to a carbon composite heat dissipation material and a method for manufacturing the same.
The present invention can provide a carbon composite heat dissipation material extruded simply and easily through a mixing process of carbon-based powder and aluminum powder in which carbon nanotubes and graphite are blended in a polymer resin, and the carbon composite material is a conventional aluminum It is lightweight compared to die-casting heat sinks, has significantly improved thermal conductivity compared to conventional thermally conductive plastics, and can be used as an injection molding material that can realize diversity in product molding, and can be used as heat sinks used in various industrial fields.

Description

탄소복합 방열소재 및 그 제조방법{HEAT SINK MATERIAL USING CARBON COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF} Carbon composite heat dissipation material and its manufacturing method {HEAT SINK MATERIAL USING CARBON COMPOSITE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 탄소복합 방열소재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자 수지에 탄소나노튜브 및 그라파이트가 배합되어 열전도성과 분산성이 개선된 탄소계 분말과 금속 또는 비금속 분말의 혼합공정을 통해 간단하고 용이하게 압출성형된 탄소복합소재를 제공하고, 상기 탄소복합소재가 종래의 알루미늄 다이캐스팅 방열판에 비해 경량화 되고 종래의 열전도성 플라스틱에 비해 열전도도가 현저히 향상되어 산업분야에서 활용되고 있는 방열소재로서 유용한 탄소복합 방열소재 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon composite heat dissipation material and a method for manufacturing the same, and more particularly, through a mixing process of carbon-based powder and metal or non-metal powder with improved thermal conductivity and dispersibility by mixing carbon nanotubes and graphite in a polymer resin. To provide a simple and easily extruded carbon composite material, the carbon composite material is lighter than the conventional aluminum die-casting heat sink, and the thermal conductivity is significantly improved compared to the conventional thermally conductive plastic. As a heat radiation material used in the industrial field It relates to a useful carbon composite heat dissipation material and a method for manufacturing the same.

일반적으로 전자제품 및 자동차 부품에는 사용중에 발생되는 열을 방출하기 위하여 히트싱크(Heat sink)와 같은 방열재가 사용되고 있다. In general, a heat dissipating material such as a heat sink is used in electronic products and automobile parts to dissipate heat generated during use.

방열특성을 갖는 방열재는 LED조명기구, 산업용 인버터, 전기자동차, 로봇기기, 태양광 발전 등 전기전자 부품에 다양하게 사용되고 있다.Heat dissipation materials with heat dissipation characteristics are widely used in electric and electronic parts such as LED lighting fixtures, industrial inverters, electric vehicles, robot devices, and photovoltaic power generation.

특히, 최근 전자제품 기술이 발전하면서 전자제품의 고직접화, 고밀도화, 고성능화에 의하여 사용 중에 발생하는 전자제품 자체의 발열량이 증가됨에 따라 증가된 발열량을 효과적으로 배출하기 위하여 열전도도가 높은 소재가 요구되고 있다. 또한, 방열재는 전자제품의 소형화, 경량화, 최소공간화, 휴대가능성화 추구에 의해 열을 방출하기 위한 공간이 더욱 작아져 전자제품이 사용 중에 발생된 열에 의해 그 성능이 현저하게 저하되거나 고장 날 수 있다는 점에서 방열 소재에 대한 중요성이 더욱 높아지고 있다.In particular, with the recent development of electronic product technology, as the amount of heat generated by the electronic product itself increases due to high directivity, high density, and high performance of electronic products, a material with high thermal conductivity is required to effectively dissipate the increased amount of heat. there is. In addition, the heat dissipation material has a smaller space for dissipating heat due to the pursuit of miniaturization, weight reduction, minimum space, and portability of electronic products. In this regard, the importance of heat-dissipating materials is increasing.

한편, 종래에는 대체로 열전도율이 높은 구리 및 알루미늄과 같은 금속으로 제조된 방열재가 주로 사용되는데, 금속으로 제조하는 경우에는 다양한 형상을 구현하기가 어렵고 중량이 많이 나가 경량화의 어려움이 있다.On the other hand, in the related art, a heat dissipating material made of a metal such as copper and aluminum having high thermal conductivity is mainly used. However, when it is made of metal, it is difficult to implement various shapes and it is difficult to reduce the weight due to a lot of weight.

일례로, 현재 통용되는 방열소재로서 알루미늄 다이캐스팅 소재가 대표적이며 그 수요는 해외수입에 의존하고 있는 실정이다. For example, aluminum die-casting material is a representative heat dissipation material currently in use, and its demand is dependent on foreign imports.

알루미늄 다이캐스팅 방열소재는 열전도성은 우수하나, 무겁고 성형성이 어려우며, 절연도장 등 환경에 유해한 가공조건들을 가지고 있다.Aluminum die-casting heat dissipation material has excellent thermal conductivity, but it is heavy, difficult to form, and has processing conditions that are harmful to the environment, such as insulation coating.

상기와 같은 단점을 보완하기 위하여 최근에는 열전도성 복합 플라스틱을 이용하여 방열재를 제조함으로써, 금속을 사용하는 경우에 비해 다양한 형상의 구현이 자유로우면서 경량인 방열재가 제조되고 있다. 이와 같은 종래의 열전도성 복합 플라스틱은 열전도성이 우수한 충전재를 사용함으로써 이루어지는데, 높은 열전도성을 위해 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소 등이 충전재로서 사용되고 있다[특허문헌1]. In order to compensate for the above disadvantages, by manufacturing a heat sink using a thermally conductive composite plastic, a heat sink that is lightweight while being free to implement various shapes compared to the case of using a metal has been manufactured. Such a conventional thermally conductive composite plastic is made by using a filler excellent in thermal conductivity, and aluminum nitride, boron nitride, silicon nitride, etc. are used as fillers for high thermal conductivity [Patent Document 1].

그러나, 이와 같은 소재들은 고가일 뿐만 아니라 거의 대부분 수입에 의존하기 때문에, 이를 사용하여 방열재를 생산할 경우 제조단가가 상승하는 또 다른 문제점이 있다.한편, 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 특허문헌 2에는 전지 또는 전자 장치용도의 열도전성 플라스틱 물질의 히트싱크로서, 열 도전성 플라스틱 물질의 전체 중량에 대해 적어도 20중량%의 함량으로 팽창된 그라파이트(expanded graphite)를 포함하는 구성이 개시되어 있다.그러나 상기의 특허문헌 2는 그라파이트가 폴리머에 제대로 분산되지 않는 경우가 발생하고, 비교적 적은 양의 팽창된 그라파이트가 포함되어 원하는 열전도율을 얻는데 다소 어려운 문제점이 있다. However, since these materials are expensive and almost always depend on imports, there is another problem in that the manufacturing cost increases when using them to produce a heat dissipation material. On the other hand, in order to improve this problem, Patent Document 2 As a heat sink of a thermally conductive plastic material for a battery or electronic device, a composition including expanded graphite in an amount of at least 20% by weight based on the total weight of the thermally conductive plastic material is disclosed. Patent Document 2 has a problem in that the graphite is not properly dispersed in the polymer, and a relatively small amount of expanded graphite is included, making it somewhat difficult to obtain a desired thermal conductivity.

또한, 충분한 열전도율을 확보하기 위해서 그라파이트 외에도 다른 열도전성 충진제 및 열 도전성 파이버와 같은 열 도전성 성분이 포함되어 구성되는데, 열전도도를 높이기 위하여 충진제를 많이 충진 시킬수록 점도가 상승하여 흐름성 불량으로 인해, 가공성이 저하되어 제품 생산이 어렵고, 최종제품의 외관 및 물성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, in order to secure sufficient thermal conductivity, other thermally conductive fillers and thermally conductive components such as thermally conductive fibers are included in addition to graphite. In order to increase thermal conductivity, the more the filler is filled, the more the viscosity rises due to poor flowability, There are problems in that it is difficult to produce a product due to a decrease in processability, and the appearance and physical properties of the final product are deteriorated.

따라서, 현재 다양한 고분자 수지를 베이스로 탄소계 필러를 분산하여 마스터 배치(중간재) 형태의 방열 소재가 개발되어 왔으나 절연성 및 가격경쟁력 등의 이유들로 하여 알루미늄 다이캐스팅 방열소재를 완전히 대체하지 못하는 실정이다.Therefore, a heat dissipation material in the form of a master batch (intermediate material) has been developed by dispersing carbon-based fillers based on various polymer resins at present, but for reasons such as insulation and price competitiveness, it is not possible to completely replace the aluminum die-casting heat dissipation material.

이에, 본 발명자들은 종래의 문제점을 해소하고 열전도성이 높으면서 다기능성을 가지는 사출성형 가능한 탄소복합소재를 얻고자 노력한 결과, 고분자 수지에 탄소나노튜브 및 그라파이트가 최적함량으로 배합되어 열전도성과 분산성이 개선된 탄소계 분말과 금속 또는 비금속 분말이 혼합 후 압출성형된 탄소복합소재를 제공하고, 상기 탄소복합소재가 종래의 알루미늄 다이캐스팅 방열판에 비해 경량화 되고 종래의 열전도성 플라스틱에 비해 열전도도가 현저히 향상되고 제품성형의 다양성을 구현할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have tried to solve the conventional problems and to obtain an injection moldable carbon composite material with high thermal conductivity and versatility. As a result, carbon nanotubes and graphite are blended in an optimal amount in a polymer resin to improve thermal conductivity and dispersibility. To provide a carbon composite material extruded after mixing the improved carbon-based powder and metal or non-metal powder, the carbon composite material is lighter than the conventional aluminum die-casting heat sink, and the thermal conductivity is significantly improved compared to the conventional thermally conductive plastic, The present invention was completed by confirming that the variety of product molding can be realized.

대한민국공개특허 제2019-0120421호 (2019.10.23 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 2019-0120421 (published on October 23, 2019) 대한민국공개특허 제2010-0126415호 (2010.12.01 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 2010-0126415 (published on Dec. 1, 2010)

본 발명의 목적은 열전도도가 높고 경량성의 탄소복합 방열소재를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a carbon composite heat dissipation material having high thermal conductivity and light weight.

본 발명의 다른 목적은 탄소복합 방열소재의 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a carbon composite heat dissipation material.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속 또는 비금속 분말 35 내지 50중량%에, 탄소계 분말이 분산된 수지베이스가 50 내지 65중량%로 이루어지되, 상기 탄소계 분말이 탄소나노튜브 및 그라파이트 1:3 내지 1:7 중량비로 함유된 탄소복합 방열소재를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is a metal or non-metal powder in 35 to 50% by weight, carbon-based powder is dispersed in 50 to 65% by weight of the resin base, wherein the carbon-based powder is carbon nanotubes and graphite 1 It provides a carbon composite heat dissipation material contained in a weight ratio of :3 to 1:7.

본 발명의 탄소 복합 방열소재는 열전도도 15 내지 20W/mK 및 32 내지 50% 경량화가 구현된다. The carbon composite heat dissipation material of the present invention has a thermal conductivity of 15 to 20 W/mK and a weight reduction of 32 to 50%.

또한 본 발명은 탄소복합 방열소재의 제조방법을 제공한다. 구체적으로는, The present invention also provides a method for manufacturing a carbon composite heat dissipation material. Specifically,

1) 고분자 수지에, 탄소나노튜브 및 그라파이트로 이루어진 탄소계 분말을 균일 분산시켜 수지베이스를 제조하고, 1) A resin base is prepared by uniformly dispersing carbon-based powder made of carbon nanotubes and graphite in a polymer resin,

2) 상기 분산된 수지베이스에 금속 또는 비금속 분말을 혼합하고, 2) mixing metal or non-metal powder with the dispersed resin base,

3) 상기 혼합된 수지베이스를 압출온도 170 내지 250℃ 및 압출속도 250 내지 350rpm 조건에서 압출 성형하여 팰랫화하고, 3) The mixed resin base is extruded at an extrusion temperature of 170 to 250 ° C and an extrusion speed of 250 to 350 rpm to be palletized,

4) 상기 압출 성형된 팰랫을 제습 건조하고, 4) dehumidifying the extrusion-molded pallet,

5) 상기 제습 건조된 팰랫을 진공 포장하는 것으로 이루어진다. 5) It consists of vacuum packaging the dehumidified and dried pallet.

이때, 단계 1)에서 상기 탄소계 분말은 탄소나노튜브 및 그라파이트가 배합된 형태이며, 바람직하게는 탄소나노튜브 및 그라파이트가 1:3 내지 1:7 중량비로 함유된 것이다. In this case, in step 1), the carbon-based powder is a mixture of carbon nanotubes and graphite, and preferably contains carbon nanotubes and graphite in a weight ratio of 1:3 to 1:7.

또한, 단계 3)에서 압출 시 흐름성(MI) 8∼9 및 토출량 30 내지 50㎏/h를 유지한다. In addition, during extrusion in step 3), flowability (MI) of 8 to 9 and discharge amount of 30 to 50 kg/h are maintained.

단계 4)에서 제습 건조된 팰랫의 함수율이 0.004 내지 0.04%인 것이 바람직하다. It is preferable that the moisture content of the dehumidified and dried pallet in step 4) is 0.004 to 0.04%.

본 발명에 따르면, 고분자 수지에 탄소나노튜브와 그라파이트가 배합된 탄소계 분말 및 알루미늄 분말의 혼합공정을 통해 간단하고 용이하게 압출성형된 탄소복합소재를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a carbon composite material extruded simply and easily through a mixing process of carbon-based powder and aluminum powder in which carbon nanotubes and graphite are blended in a polymer resin.

본 발명의 탄소복합소재는 종래의 알루미늄 다이캐스팅 방열판에 비해 경량화 되고 종래의 열전도성 플라스틱에 비해 열전도도가 현저히 향상되고 제품성형의 다양성을 구현할 수 있으며, 성형성, 제조비용, 방열특성, 경량화 등 모든 면에서 기능적 특성이 향상된 사출성형소재로서, 다양한 산업분야에서 활용되고 있는 방열판으로 사용할 수 있다.The carbon composite material of the present invention is lighter than the conventional aluminum die-casting heat sink, and the thermal conductivity is significantly improved compared to the conventional thermally conductive plastic, and the variety of product molding can be realized. As an injection molding material with improved functional properties, it can be used as a heat sink used in various industrial fields.

또한, 본 발명은 탄소나노튜브 및 그라파이트가 혼합 분산된 수지베이스를 함유함으로써, 종래 알루미늄 다이캐스팅 방열소재 대비 방열효율 면에서 대등 이상이면서 가격 경쟁력을 갖춘 방열소재를 제공할 수 있다. In addition, the present invention contains a resin base in which carbon nanotubes and graphite are mixed and dispersed, so that it is possible to provide a heat dissipation material having a price competitiveness while being comparable in heat dissipation efficiency to a conventional aluminum die-casting heat dissipation material.

구체적으로, 방열특성을 갖는 방열소재는 LED조명기구 및 산업용 인버터, 전기자동차, 로봇기기, 태양광 발전 등 전기전자 부품에 사용될 수 있다. Specifically, the heat dissipation material having heat dissipation characteristics may be used in electric and electronic components such as LED lighting fixtures, industrial inverters, electric vehicles, robot devices, and solar power generation.

또한, 본 발명은 탄소계 분말의 비율을 최적화함으로써, 탄소나노튜브 대비 상대적으로 저렴한 그라파이트 소재를 배합하여 이용하여 열전도도를 현저히 높인 탄소복합 방열소재를 제공함으로써, 국내의 사출성형 기술을 활용하여 해외 수입 의존도를 낮추고 고객의 다양한 요구에 적합한 고열전도성 다기능 탄소복합소재를 제공할 수 있다. In addition, the present invention provides a carbon composite heat dissipation material with significantly improved thermal conductivity by mixing and using a graphite material that is relatively inexpensive compared to carbon nanotubes by optimizing the ratio of carbon-based powder. It is possible to reduce dependence on imports and provide a high thermal conductivity multifunctional carbon composite material suitable for various needs of customers.

나아가, 본 발명의 탄소복합 방열소재는 금속 소재의 낮은 성형성과 높은 중량을 보완하여, 다양한 형상 구현과 경량화를 구현할 수 있다. Furthermore, the carbon composite heat dissipation material of the present invention supplements the low formability and high weight of the metal material, thereby realizing various shapes and reducing weight.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Prior to the description of the present invention, the following specific structural or functional descriptions are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms, It should not be construed as limited to the embodiments described herein.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.본 발명은 금속 또는 비금속 분말 35 내지 50중량%에, 탄소계 분말이 분산된 수지베이스가 50 내지 65중량%로 이루어지되, 상기 탄소계 분말이 탄소나노튜브 및 그라파이트 1:3 내지 1:7 중량비로 함유된 탄소복합 방열소재를 제공한다. In addition, since the embodiment according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Alternatively, 35 to 50% by weight of the non-metal powder, 50 to 65% by weight of the resin base in which the carbon-based powder is dispersed, and carbon containing the carbon-based powder in a weight ratio of 1:3 to 1:7 by weight of carbon nanotubes and graphite Composite heat dissipation material is provided.

즉, 본 발명은 높은 열전도 특성 및 전기전도 특성의 금속 소재에, 유연성과 기계적 물성을 갖춘 수지베이스를 혼합한 압출성형물을 팰랫화하여 사출 가능하게 구성함으로써, 용이한 성형성을 확보하고, 생산성을 높이며, 가격경쟁력이 우수하고, 열전도도가 현저히 향상되어 방열특성과 경량화도 가능한 탄소복합 방열소재를 제공한다.이때, 탄소계 분말은 탄소나노튜브 및 그라파이트 혼합형태가 배합된다. That is, the present invention is composed of an extruded product in which a metal material having high thermal conductivity and electrical conductivity properties is mixed with a resin base having flexibility and mechanical properties to be injected, thereby securing easy moldability and increasing productivity. To provide a carbon composite heat dissipation material capable of high heat dissipation, excellent price competitiveness, and remarkably improved thermal conductivity, which enables heat dissipation characteristics and weight reduction. In this case, the carbon-based powder is a mixture of carbon nanotubes and graphite.

상기에서 탄소나노튜브(CNT)는 높은 열전도율과 전기전도도가 우수한 소재이며, 육각형의 벌집모양으로 이루어진 그라펜시트가 직경이 수 나노미터 크기로 둥글게 말려 튜브 형태를 이루고 있으며, 말린 방향 및 형태에 따라 서로 다른 성질을 갖는다.In the above, carbon nanotube (CNT) is a material having high thermal conductivity and excellent electrical conductivity, and a hexagonal honeycomb graphene sheet is rolled up to a size of several nanometers in diameter to form a tube. have different properties.

이러한 탄소나노튜브는 외벽수에 따라 Sing Walled CNT(SWCNT), Double Walled CNT(DWCNT), Multi Walled CNT(MWCNT), Nanotube Rope 등으로 구분된다.These carbon nanotubes are classified into Sing Walled CNT (SWCNT), Double Walled CNT (DWCNT), Multi Walled CNT (MWCNT), Nanotube Rope, and the like according to the number of outer walls.

그러나 탄소나노튜브는 매우 낮은 분산특성 때문에 쉽게 잘 뭉치므로 단순 첨가시에는 원하는 특성을 얻을 수 없다. However, since carbon nanotubes are easily agglomerated due to their very low dispersion properties, the desired properties cannot be obtained during simple addition.

따라서, 본 발명에서는 분산력과 응집력을 향상시킬 수 있으면서 상대적으로 가격이 저렴한 MWCNT를 사용한다. 이때, MWCNT의 분산정도에 따라 열전도율, 방사율, 경량화 등이 달라지기 때문에, MWCNT 분산정도가 중요한 요소가 된다. Therefore, in the present invention, while the dispersion and cohesive force can be improved, relatively inexpensive MWCNTs are used. At this time, since thermal conductivity, emissivity, weight reduction, etc. vary depending on the degree of dispersion of MWCNTs, the degree of dispersion of MWCNTs is an important factor.

본 발명은 이러한 분산성과 가격경제성을 고려하여, 바람직하게는 본 발명은 탄소나노튜브(MWCNT)에 그라파이트를 혼합하는 형태의 탄소계 분말을 포함한다. In the present invention, in consideration of such dispersibility and cost economy, the present invention preferably includes a carbon-based powder in which graphite is mixed with carbon nanotubes (MWCNT).

상기 그라파이트는 탄소계 물질로서 열전도성이 높고 수지류와 컴파운딩이 잘 이루어지므로, 탄소나노튜브과 배합사용하면, 분산성을 향상시켜 우수한 방열물성을 달성할 수 있다.Since the graphite is a carbon-based material and has high thermal conductivity and is well compounded with resins, when used in combination with carbon nanotubes, it is possible to achieve excellent heat dissipation properties by improving dispersibility.

따라서 본 발명의 탄소계 분말은 탄소나노튜브 및 그라파이트 1:3 내지 1:7 중량비로 함유되는 것이 바람직하며, 이때, 탄소나노튜브 대비 그라파이트가 1:3 중량비 미만으로 배합되면, 열전도도 개선효과가 미미하고, 1:7 중량비를 초과하면, 분말혼합시 지나치게 뻑뻑해져 압출공정에 적용할 수 없다.Therefore, it is preferable that the carbon-based powder of the present invention contains carbon nanotubes and graphite in a weight ratio of 1:3 to 1:7, and at this time, when the graphite to carbon nanotubes is blended in a weight ratio of less than 1:3, the effect of improving thermal conductivity is It is insignificant, and if it exceeds 1:7 by weight, it becomes too stiff when powder is mixed and cannot be applied to the extrusion process.

이상의 요건을 충족한 본 발명의 탄소복합 방열소재는 열전도도 15 내지 20W/mK를 구현하여 방열특성이 우수하고, 종래 무게대비 32 내지 50% 경량화가 달성된다. The carbon composite heat dissipation material of the present invention that satisfies the above requirements has excellent heat dissipation properties by realizing thermal conductivity of 15 to 20 W/mK, and weight reduction of 32 to 50% compared to conventional weight is achieved.

본 발명은 상기 소 복합 방열재의 제조방법으로서, The present invention is a method for manufacturing the small composite heat dissipation material,

1) 고분자 수지에, 탄소나노튜브 및 그라파이트로 이루어진 탄소계 분말을 균일 분산시켜 수지베이스를 제조하고, 1) A resin base is prepared by uniformly dispersing carbon-based powder made of carbon nanotubes and graphite in a polymer resin,

2) 상기 분산된 수지베이스에 금속 또는 비금속 분말을 혼합하고, 2) mixing metal or non-metal powder with the dispersed resin base,

3) 상기 혼합된 수지베이스를 압출온도 170 내지 250℃ 및 압출속도 250 내지 350rpm 조건에서 압출 성형하여 팰랫화하고, 3) The mixed resin base is extruded at an extrusion temperature of 170 to 250 ° C and an extrusion speed of 250 to 350 rpm to be palletized,

4) 상기 압출 성형된 팰랫을 제습 건조하고, 4) dehumidifying the extrusion-molded pallet,

5) 상기 제습 건조된 팰랫을 진공 포장하는 것으로 이루어진 제조방법을 제공한다. 5) provides a manufacturing method consisting of vacuum packaging the dehumidified and dried pallet.

본 발명의 제조방법에서 단계 1)은 금속 또는 비금속 분말 35 내지 50중량%에, 탄소계 분말이 분산된 수지베이스가 50 내지 65중량%로 배합함으로써, 금속 또는 비금속 분말 함량을 낮출 수 있으며, 이때 고분자 수지에 열전도성이 높은 탄소계 분말을 원만히 분산되는 것이 중요한데, 그를 달성하기 위해서는 탄소나노튜브 및 그라파이트가 1:3 내지 1:7 중량비로 함유된 탄소계 분말을 배합한 것이 바람직하다. In the manufacturing method of the present invention, step 1) can lower the metal or non-metal powder content by blending the metal or non-metal powder with 35 to 50 wt % and the carbon-based powder dispersed resin base at 50 to 65 wt %, at this time It is important to smoothly disperse the carbon-based powder having high thermal conductivity in the polymer resin. In order to achieve this, it is preferable to mix the carbon-based powder containing carbon nanotubes and graphite in a weight ratio of 1:3 to 1:7.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 탄소나노튜브 및 그라파이트로 배합된 탄소계 분말이 경량화와 높은 방사율 특성을 얻으면서 분산효과를 높이기 위해 각 325 메쉬 입도를 사용하고, 금속 또는 비금속 분말의 경우에도 325 메쉬 입도를 사용하는데, 이에 한정되지 않고 상기 입도범위는 250∼350 메쉬 입도에서 선택될 수 있을 것이다. 특히 입자모양이 플레이크 타입을 갖도록 함으로써 고분자 수지 사이에 긴밀히 혼입되게 하여 열전도 특성과 원만한 분산효과를 얻도록 하여야 한다.상기 단계 1)에서 사용되는 고분자 수지는 PP(polypropylene), PA6(Polyamide6), PET(Polyethylene terephthalate), PBT(poly-butylene-terephthalate), PA66(Polyamide66) 등을 포함하고, ABS, PC, PA의 경우도 적용할 수 있다.또한, 단계 2)의 금속 또는 비금속 분말의 경우에도 알루미늄, 구리, 니켈, 은, 금, 세라믹, 마그네슘, 텡스텐 등을 예시할 수 있지만, 가장 바람직한 예로 알루미늄 분말을 예시하여 설명하기로 한다.단계 2)는 금속 또는 비금속 분말 35 내지 50중량% 및 탄소계 분말이 분산된 수지베이스가 50 내지 65중량%를 함유하는 것으로, 금속계 함량을 줄일 수 있어 경량화에 유리하고, 수지베이스의 유연성을 제공할 수 있다. 상기 조성의 물성에 영향을 미치지 않은 범위내에서 슬립제, 활제, 산화방지제 등의 첨가제가 1중량% 미만으로 혼합될 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, the carbon-based powder blended with the carbon nanotubes and graphite has a particle size of 325 mesh to increase the dispersion effect while obtaining light weight and high emissivity characteristics, and 325 in the case of metal or non-metal powder. A mesh particle size is used, but not limited thereto, and the particle size range may be selected from 250 to 350 mesh particle size. In particular, by making the particle shape have a flake type, it should be closely mixed between the polymer resins to obtain heat conduction properties and a smooth dispersion effect. The polymer resin used in step 1) is PP (polypropylene), PA6 (Polyamide6), PET. (Polyethylene terephthalate), PBT (poly-butylene-terephthalate), PA66 (Polyamide66), etc., and can be applied to ABS, PC, and PA. In addition, in the case of metal or non-metal powder in step 2), aluminum , copper, nickel, silver, gold, ceramic, magnesium, tungsten, and the like, but the most preferred example will be exemplified by aluminum powder. In step 2), 35 to 50 wt% of metal or non-metal powder and carbon Since the resin base in which the powder-based powder is dispersed contains 50 to 65% by weight, it is possible to reduce the metal-based content, which is advantageous for weight reduction and provides flexibility of the resin base. Additives such as slip agents, lubricants, and antioxidants may be mixed in an amount of less than 1% by weight within a range that does not affect the physical properties of the composition.

상기의 금속 또는 비금속 분말 35 내지 50중량% 및 탄소계 분말이 분산된 수지베이스가 50 내지 65중량%를 고속 슈퍼믹서에 고속 믹싱한다. 이렇게 고속으로 믹싱을 사용해야 하는 이유는 성분간 원활한 혼합을 위한 것으로, 더욱 바람직하게는 80∼110℃정도의 믹서온도를 올려 슬립제 등의 첨가제가 녹으면서 탄소계 분말이 분산된 수지베이스와 금속 또는 비금속 분말에 서로 엉겨붙게 되어 균일하고 온전한 혼합이 이루어지도록 하기 한다. 이때, 균일한 혼합이 이루어지지 않으면 트윈압출기를 통해 압출될 때 트윈압출기 내부에서 압출스크류를 통해 일정한 압력과 온도를 받게 되어 압출 후 표면상태가 고르지 못하여 열전도도 및 방사율 특성을 저해할 수 있다.35 to 50% by weight of the metal or non-metal powder and 50 to 65% by weight of the resin base in which the carbon-based powder is dispersed are mixed at high speed in a high-speed supermixer. The reason for using mixing at such a high speed is for smooth mixing between components, and more preferably, by raising the mixer temperature to about 80 to 110 ° C, the resin base in which the carbon-based powder is dispersed and the metal or Make sure that the non-metallic powder is agglomerated with each other so that it is uniformly and completely mixed. At this time, if uniform mixing is not achieved, when extruded through the twin extruder, a constant pressure and temperature are received through the extrusion screw inside the twin extruder, and the surface state after extrusion is uneven, which may impair thermal conductivity and emissivity characteristics.

본 발명의 제조방법에 있어서 단계 3)은 상기 단계 2)에서 혼합된 수지베이스를 하기 표 1에 제시된 압출조건에서 압출 성형하여 팰랫화한다. 이때, 압출성형은 온도 170 내지 250℃ 및 250 내지 350rpm 조건하에서 수행되며, 압출 성형된 팰랫은 압출시 흐름성(MI) 8∼9 및 토출량 30 내지 50㎏/h이 유지된다.In the manufacturing method of the present invention, step 3) is pelletized by extrusion molding the resin base mixed in step 2) under the extrusion conditions shown in Table 1 below. At this time, the extrusion molding is performed under the conditions of a temperature of 170 to 250° C. and 250 to 350 rpm, and the extrusion-molded pallet maintains a flowability (MI) of 8 to 9 and a discharge amount of 30 to 50 kg/h during extrusion.

이후, 단계 4)는 상기 압출 성형 후 포장대기 동안 수분을 흡수하여 함수율이 높아져 있기 때문에, 압출 성형된 팰랫을 제습 건조한다. 이때, 압출 후 열이 식으면서 고분자수지가 수분을 흡수하기 때문에 수분이 높아지면 사출성형시 특성이 저하될 수 있다.Thereafter, in step 4), the moisture content is increased by absorbing moisture while waiting for packaging after the extrusion, so the extruded pallet is dehumidified and dried. At this time, since the polymer resin absorbs moisture as the heat cools after extrusion, if the moisture increases, the properties during injection molding may be deteriorated.

제습은 80℃에서 4시간 동안 수행하며, 제습건조는 제습효율을 높이기 위해 허니컴(Honey Comb) 구조를 갖는 챔버에서 이루어지는데 이는 적은 공간 대비 단면적이 5배 이상 넓기 때문에 제습효율을 극대화시키고 안정적인 제습 건조가 가능하기 때문이며, 초기 함수율 0.2%에서 목표 함수율은 0.04%이며 더욱 바람직하게는 0.004 내지 0.04%이다. Dehumidification is carried out at 80°C for 4 hours, and dehumidification drying is performed in a chamber having a honeycomb structure to increase dehumidification efficiency. This maximizes dehumidification efficiency and provides stable dehumidification drying because the cross-sectional area is 5 times or more compared to a small space. is possible, and the target moisture content at the initial moisture content of 0.2% is 0.04%, and more preferably 0.004 to 0.04%.

또한, 단계 5)는 상기 제습건조한 후 진공포장하는 단계로서, 알루미늄 내피로 된 지대 포장지에 넣고 진공포장하는 것이 바람직하다. In addition, step 5) is a step of vacuum packaging after the dehumidification and drying, and it is preferable to put it in a wrapping paper made of an aluminum endothelium and vacuum-pack it.

또한, 포장은 자동계량기를 통해 25kg 단위로 계량하여 진공포장한다. In addition, the packaging is vacuum-packed by measuring in units of 25 kg through an automatic weighing machine.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. These examples are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<실시예 1> <Example 1>

고분자 수지인 나일론6 25중량%에, MWCNT 5중량% 및 그라파이트 20중량%를 혼합하여 균일 분산처리하여 수지베이스를 제조하였다. 분산효율을 ?냅隔? 균일성을 유지하기 위하여, 모노머 수준에서 MWCNT를 혼합하고, 그라파이트는 325 메쉬입도를 선택하여 사용하였다. A resin base was prepared by mixing 25% by weight of nylon 6, which is a polymer resin, 5% by weight of MWCNT, and 20% by weight of graphite, followed by uniform dispersion treatment. Dispersion efficiency? In order to maintain uniformity, MWCNTs were mixed at the monomer level, and graphite was used by selecting a particle size of 325 mesh.

상기에 제조된 수지 베이스와 알루미늄 분말 50중량%를 고속 슈퍼믹서에 넣고 300∼500rpm의 속도로 10분간 고속으로 혼합하였다. 상기 혼합물을 하기 표 1의 압출조건으로 압출한 후 공기상 냉각하여 팰랫형상으로 성형하였다. 50% by weight of the resin base and aluminum powder prepared above were put in a high-speed super mixer and mixed at a high speed for 10 minutes at a speed of 300 to 500 rpm. The mixture was extruded under the extrusion conditions shown in Table 1 below, cooled in the air phase, and molded into a pallet shape.

압출성형한 후 80℃에서 4시간 동안 제습하였으며, 팰랫의 초기 함수율 0.2%를 목표함수율 0.04%가 될 때까지 반복 수행하였다. 상기 제습건조한 후 알루미늄 내피로 된 지대 포장지에 넣고 자동계량기를 통해 25kg 단위로 계량하여 진공포장하였다. After extrusion, it was dehumidified at 80° C. for 4 hours, and the initial moisture content of 0.2% of the pallet was repeated until the target moisture content was 0.04%. After the dehumidification and drying, it was placed in a paper bag made of an aluminum lining, and measured in 25 kg units through an automatic weighing machine, and vacuum-packed.

Figure 112019120613131-pat00001
Figure 112019120613131-pat00001

<실시예 2∼3> <Examples 2-3>

하기 표 2에서 제시된 알루미늄 분말, 고분자 수지, MWCNT 및 그라파이트의 함량을 달리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. Except for changing the contents of aluminum powder, polymer resin, MWCNT and graphite shown in Table 2 below, the same procedure as in Example 1 was performed.

<비교예 1∼3> <Comparative Examples 1-3>

하기 표 2에서 제시된 알루미늄 분말, 고분자 수지, MWCNT 및 그라파이트의 함량을 달리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. Except for changing the contents of aluminum powder, polymer resin, MWCNT and graphite shown in Table 2 below, the same procedure as in Example 1 was performed.

<실험예 1> 탄소복합소재의 물성평가<Experimental Example 1> Physical property evaluation of carbon composite material

상기 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3에서 제조된 팰랫 형상의 탄소복합소재의 열 전도도, 비중 그에 따른 경량화를 평가하였다. The thermal conductivity, specific gravity, and weight reduction of the pallet-shaped carbon composite materials prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated.

그 결과를 하기 표 2에 기재하였다. The results are shown in Table 2 below.

Figure 112019120613131-pat00002
Figure 112019120613131-pat00002

상기 표 2의 결과로부터, 고분자 수지에 MWCNT 단독으로 제조된 비교예 1 대비, MWCNT 및 그라파이트의 혼합형태로 분산된 수지베이스를 이용한 실시예 1 내지 3의 경우 15W/Mk 이상의 현저히 높은 열전도도를 보였으며, 경량화도 달성되었다. From the results of Table 2, compared to Comparative Example 1 prepared by using MWCNT alone in the polymer resin, Examples 1 to 3 using a resin base dispersed in a mixed form of MWCNT and graphite showed significantly higher thermal conductivity of 15W/Mk or more and weight reduction was also achieved.

또한, 고분자 수지에 MWCNT 및 그라파이트의 혼합형태로 분산된 경우라도, MWCNT 및 그라파이트의 배합비율에 따라, 탄소복합소재의 열전도도 및 경량화에 큰 영향을 미치고 있음을 확인하였다. In addition, it was confirmed that even when dispersed in a mixed form of MWCNT and graphite in the polymer resin, the thermal conductivity and weight reduction of the carbon composite material were greatly affected according to the mixing ratio of MWCNT and graphite.

<실험예 2> 탄소복합소재의 압출상태<Experimental Example 2> Extrusion state of carbon composite material

상기 실시예 1∼3 및 비교예 1에서 제조된 팰랫 형상의 탄소복합소재에 대하여, 170∼250℃ 압출조건에서의 흐름성(MI) 평가, 팰랫 밀도, 팰랫화 정도, 토출량에 대하여 평가하고 하기 표 3에 기재하였다. For the carbon composite material of the pallet shape prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, flowability (MI) evaluation at 170 to 250 ° C. extrusion conditions, pallet density, palletizing degree, and discharge amount were evaluated and the following Table 3 shows.

상기 팰랫의 밀도는 같은 속도와 크기로 팰랫화하였을 때 10g당 무게의 비로서, 즉, 팰랫의 절단면을 육안 및 현미경을 통해 관찰하였을 때 분포되어 있는 입자의 밀집도를 기준으로 하였다. The density of the pallet is a ratio of weight per 10 g when palletized at the same speed and size, that is, based on the density of distributed particles when the cut surface of the pallet is observed through the naked eye and a microscope.

Figure 112019120613131-pat00003
Figure 112019120613131-pat00003

이상에서 확인된 바와 같이, 종래 알루미늄 다이캐스팅 대비 본 발명에 따른 탄소복합 방열소재는 열전도도가 현저히 증가되었으며, 방열품간의 특성, 효과상 차이를 비교하면 하기 표 4와 같다. As confirmed above, compared to the conventional aluminum die-casting, the carbon composite heat dissipating material according to the present invention has significantly increased thermal conductivity, and comparing the differences in characteristics and effects between heat dissipating products is shown in Table 4 below.

Figure 112019120613131-pat00004
Figure 112019120613131-pat00004

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.In the above, the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, but it is obvious to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims.

Claims (6)

금속 또는 비금속 분말 35 내지 50중량%에, 탄소계 분말이 분산된 수지베이스가 50 내지 65중량%로 이루어지되,
상기 탄소계 분말이 탄소나노튜브 및 그라파이트의 혼합 형태이고 그 혼합비율이 1:3 내지 1:7 중량비로 함유되고,
상기 금속 또는 비금속 분말과 탄소계 분말이 분산된 수지베이스가 80 내지 110℃에서 혼합되고 압출 성형을 통해 팰랫화되는 것을 특징으로 하는 탄소복합 방열소재.
35 to 50% by weight of the metal or non-metal powder, and 50 to 65% by weight of the resin base in which the carbon-based powder is dispersed,
The carbon-based powder is a mixture of carbon nanotubes and graphite, and the mixing ratio is 1:3 to 1:7 by weight,
A carbon composite heat dissipation material, characterized in that the metal or non-metal powder and the resin base in which the carbon-based powder is dispersed are mixed at 80 to 110° C. and palletized through extrusion molding.
제1항에 있어서, 상기 탄소 복합 방열소재가
열전도도 15 내지 20W/mK 및 종래 비중대비 32 내지 50% 경량화가 구현된 것을 특징으로 하는 탄소복합 방열소재.
According to claim 1, wherein the carbon composite heat dissipation material
Carbon composite heat dissipation material, characterized in that thermal conductivity of 15 to 20 W/mK and weight reduction of 32 to 50% compared to conventional specific gravity is realized.
고분자 수지에, 탄소나노튜브 및 그라파이트로 이루어진 탄소계 분말을 균일 분산시켜 수지베이스를 제조하고,
상기 분산된 수지베이스에 금속 또는 비금속 분말을 80~110℃로 혼합하고, 상기 혼합된 수지베이스를 압출온도 170 내지 250℃ 및 압출속도 250 내지 350rpm 조건하에서 압출 성형하여 팰랫화하고,
상기 압출 성형된 팰랫을 제습 건조하고,
상기 제습 건조된 팰랫을 진공 포장하되,
상기 탄소계 분말이 탄소나노튜브 및 그라파이트 1:3 내지 1:7 중량비로 함유된 것을 특징으로 하는 탄소복합 방열소재의 제조방법.
A resin base is prepared by uniformly dispersing carbon-based powder made of carbon nanotubes and graphite in a polymer resin,
Metal or non-metal powder is mixed with the dispersed resin base at 80 to 110 ° C., and the mixed resin base is extruded under the conditions of an extrusion temperature of 170 to 250 ° C and an extrusion speed of 250 to 350 rpm to palletize,
Dehumidifying and drying the extruded pallet,
The dehumidified and dried pallets are vacuum-packed,
The method for producing a carbon composite heat dissipation material, characterized in that the carbon-based powder is contained in a weight ratio of carbon nanotubes and graphite 1:3 to 1:7.
삭제delete 제3항에 있어서, 상기 압출 성형시 흐름성(MI) 8∼9 및 토출량 30 내지 50㎏/h이 유지되는 것을 특징으로 하는 탄소복합 방열소재의 제조방법.[Claim 4] The method for manufacturing a carbon composite heat dissipation material according to claim 3, wherein flowability (MI) of 8 to 9 and a discharge amount of 30 to 50 kg/h are maintained during the extrusion molding. 제3항에 있어서, 상기 제습 건조된 팰랫의 함수율이 0.004 내지 0.04%인 것을 특징으로 하는 탄소복합 방열소재의 제조방법.
The method of claim 3, wherein the moisture content of the dehumidified and dried pallet is 0.004 to 0.04%.
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