KR20130102447A - 열전도성 복합체의 제조방법 - Google Patents

열전도성 복합체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

열전도성 복합체의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 열전도성 복합체의 제조방법은 섬유상 필러의 표면에 열전도성을 갖는 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층이 형성된 섬유상 필러를 고분자 수지 용융체에 함침시키는 단계, 및 함침된 상기 섬유상 필러 및 고분자 수지 용융체를 경화시키는 단계를 포함한다.

Description

열전도성 복합체의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING THERMALLY CONDUCTIVE COMPOSITES USING METAL-COATED FIBEROUS FILLER}
본 발명은 열전도성 복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속이 코팅된 섬유상 필러를 이용한 열전도성 복합체에 관한 것이다.
현재 조명기구, 자동차, 전자부품, 태양전지 등 거의 모든 산업분야에서 기기에서 발생하는 열을 관리하기 위한 기술이 중요해지고 있다.
종래의 경우, 발열문제를 해결하기 위해 방열팬이나 히트싱크 등이 사용되어 오고 있으나 이러한 방열팬 또는 히트싱크 등은 높은 중량, 소음 및 진동 등의 문제점을 갖고 있어, 이를 극복하기 위한 방안으로, 열전도도가 우수한 금속 또는 세라믹 필러를 고분자 매트릭스 내에 분산하여 제조하는 열전도성 고분자 복합체에 대한 다양한 연구가 수행되었다.
그러나, 열전도도가 우수한 금속 필러가 혼합된 고분자 복합체는 금속의 높은 비중으로 인하여 이와 같은 고함량의 필러가 혼합되는 경우 복합체의 무게가 증가되어 그 적용 범위가 한정되어 있는 실정이다.
한편, 열전도도가 우수한 세라믹 필러는 금속과는 열의 전달기구가 다르기 때문에 열전도도가 상승하여도 전기적으로 절연의 성질을 유지할 수 있기 때문에 열전도성 고분자 복합체를 위한 열전도성 필러로써 각광받고 있다.
그러나, 이러한 금속에 상응하는 열전도도가 우수한 세라믹 필러는 대부분 매우 고가이기 때문에 아직 열전도성 고분자 복합체에 대한 적용에는 한계를 지니고 있다.
또한, 몇몇 열전도도가 우수한 필러들은 이방성의 형태를 가지고 있고 면의 장축 방향에 대해서만 높은 열전도도를 지니고 있기 때문에, 필러의 방향을 제어하여 열전도도를 향상시키기 위한 연구들이 수행되고 있다.
즉, 현재의 기술로서는 열전도도가 우수한 금속 또는 세라믹 필러/고분자 복합체는 필러의 종류 및 형상에 따른 특성에 따라 그 적용 범위가 한정되어 있는 실정이다.
종래 기술의 경우, 한국 공개특허 2001-0099969호에서는 종횡비가 큰 열전도성이 우수한 필러를 60vol% 까지 포함한 액정 폴리머 복합체 조성물에 대한 내용을 개시하고 있으며, 이에 따라 만들어진 복합체는 약 22W/mK 이상의 높은 열전도도를 나타냄을 개시하였다.
또한, 한국 공개특허 2005-0104280호에서는 고분자 수지 내에 서로 다른 형상의 무기 입자를 충전하여 높은 열전도도와 낮은 열팽창 계수를 갖는 전자 패키징용 열 관리 재료에 대한 내용을 개시하고 있다.
그 외, 필러 간 계면에서의 접촉 열 저항을 낮추기 위하여 한국 공개특허 2011-0075245호에서는 고분자 매트릭스 내에 구형의 Ag입자와 카본나노튜브를 복합적으로 함침하여 전도성 입자 간 계면 접촉 저항성을 낮추고, 상기의 필러 간 연결체를 만들어 최대 13.9W/mK의 높은 열전도도를 갖는 복합체의 제조 방법을 개시하였다.
한편, 한국 공개특허 2009-0041081호에서는 낮은 필러 함량에서도 열전도도가 우수한 복합체의 제조 방법을 개시하였으며, 이를 위해서는 섬유상의 금속 필러와 판상의 금속 필러와 저융점 금속을 혼합 필러로써 사용하여 저융점 금속의 용융점 이상에서 가공함으로써 용융된 저융점 금속이 다른 필러 간 접촉을 극대화하고 포논 산란(phonon scattering)을 최소화한다는 개념을 지니고 있다.
전술한 종래 기술 대부분은 복합체의 열전도도를 향상시키기 위하여 분말 입자의 개념을 가지는 열전도도가 우수한 1종 내지 2종의 필러를 경우에 따라 고함량으로 고분자 매트릭스 내에 분산시킴으로써 열전도도가 향상된 복합체를 제조하는 것이다.
그러나, 열전도성 고분자 복합체에 관한 전술한 종래 기술들은 높은 함량의 필러가 혼합됨으로써 최종적으로 사출 등의 과정을 통하여 제품을 만들어낼 때에 원활한 가공이 이루어지지 않는다는 문제가 있다.
또한, 열전도도가 우수한 금속 필러를 고함량 혼합할 경우 제품의 무게 등에 대한 문제가 발생하며 금속에 상응하는 수준의 우수한 열전도도를 가지는 대부분의 세라믹 필러 또는 카본계 필러들은 상대적으로 매우 고가이기 때문에 실질적인 제품 생산에 적용하기에는 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 낮은 열전도도를 가지는 섬유상 필러에 우수한 열전도도를 가지는 금속 물질을 코팅하고 금속 물질이 코팅된 섬유상 필러를 수지에 함침시키고 경화시키는 간단한 공정을 통하여 열전도도가 향상된 고분자 복합체를 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열전도성 복합체의 제조방법은 섬유상 필러의 표면에 열전도성을 갖는 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층이 형성된 섬유상 필러를 고분자 수지 용융체에 함침시키는 단계, 및 함침된 상기 섬유상 필러 및 고분자 수지 용융체를 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 금속층을 형성하는 단계에서 사용되는 금속 물질은 상기 섬유상 필러보다 높은 열전도도를 가질 수 있다.
상기 금속 물질은 Al, Ag, Cu, Ni, Sn 및 Pt으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 금속층의 형성은 도금, 용사코팅, 화학적증기증착법(CVD), 스퍼터링 및 증착으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나에 의해 이루어질 수 있다.
상기 고분자 용융체는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 아크릴 수지, 폴리아세트산비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리아세탈, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌설피드, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리알릴설폰, 열가소성 폴리이미드, 열가소성 우레탄 수지, 폴리아미노비스말레이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 비스말레이미드트리아진, 폴리메틸펜텐, 불화 수지, 액정 중합체, 올레핀-비닐알코올 공중합체, 아이오노모, 폴리아릴레이트, 아크릴로니트릴-에틸렌-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 열경화성 수지는 에폭시 수지, 열경화성 폴리이미드, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘 수지 및 열경화성 우레탄 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 섬유상 필러의 중량 비율은 상기 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 전체 중량의 1 내지 99 중량부일 수 있다.
상기 섬유상 필러의 종횡비는 2 이상일 수 있다.
상기 섬유상 필러는 탄소 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유, 레이온 섬유, 아세테이트 섬유, 유리 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 섬유상 필러 및 고분자 용융체의 경화는 상기 고분자 용융체가 수용된 몰드 내에 상기 섬유상 필터를 장입하고 열간 가압성형시켜 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 열전도성 복합체의 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 이방성을 지니는 섬유상 필러의 표면에 열전도성이 우수한 금속 물질을 코팅하거나 섬유상 필러의 방향을 제어하여 열전도도를 개선할 수 있다.
둘째, 방향이 제어된 열전도성이 우수한 금속 물질을 코팅한 섬유상 필러를 열가소성 또는 열경화성 수지에 함침시키는 간단한 공정을 통하여 고분자 복합체의 열전도도를 향상시키는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 열전도성 복합체의 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조되는 기판 상에 수직 방향의 구조를 지니는 열전도성이 우수한 금속 물질이 코팅된 섬유상 필러와 상기 금속 물질이 코팅된 섬유상 필러 사이에 존재하는 고분자를 포함하는 복합체의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 복합체 내에 전해 도금법에 의하여 구리가 코팅된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조한 복합체 내에 포함된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 비교예 2에 따라 제조한 복합체 내에 무전해 도금법에 의하여 구리가 코팅된 탄소섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 비교예 3에 따라 제조한 복합체 내에 무전해 도금법에 의하여 구리가 코팅된 탄소섬유가 무질서하게 배열된 상태의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 열전도성 복합체의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 열전도성 복합체의 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명에 의한 열전도성 복합체의 개략적인 구성도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 의한 열전도성 복합체의 제조방법은 섬유상 필러의 표면에 열전도성을 갖는 금속층을 형성하는 단계(S10), 상기 금속층이 형성된 섬유상 필러를 고분자 수지 용융체에 함침시키는 단계(S20), 및 함침된 상기 섬유상 필러 및 고분자 수지 용융체를 경화시키는 단계(S30)를 포함한다.
상기 섬유상 필러(20)는 필러의 이방성을 통하여 표면에 형성되는 금속의 열전달에 방향성을 주는 역할을 하며, 탄소 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유, 레이온 섬유, 아세테이트 섬유, 유리 섬유 등의 섬유의 형태를 이루는 종류의 물질이 사용된다.
또한, 본 발명에서는 섬유상 필러(20)의 표면에 형성되는 금속으로써 금, 은, 백금, 주석, 구리 등의 열전도도가 매우 높은 금속이 이용될 수 있고, 바람직하게는 구리가 이용된다.
본 발명으로부터 얻어지는 열전도성 복합체는 상기 금속으로 이루어진 금속층(10)이 형성된 섬유상 필러(20)에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 함침 및 경화시키는 방법으로 제조될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열전도성 복합체는 섬유상 필러(20)와 섬유상 필러(20) 표면에 형성된 금속층(10), 그리고 함침된 고분자 수지(30)(열경화성 수지 또는 열가소성 수지)를 포함하여 구성된다.
상기의 섬유상 필러(20)는 직물 형태로 방직되거나 일방향으로 배열되어 있는 섬유상 필러(20)를 사용함으로써 증착 또는 도금되는 금속의 결정 성장 방향을 제어할 수 있는 지지체 역할을 할 수 있으며, 상기의 섬유상 필러(20)의 표면에 형성된 열전도성이 우수한 금속 물질에 의하여 열의 효과적인 전달 및 전도를 위한 지지체로써의 역할을 한다.
또한, 상기 섬유상 물질은 기계적 물성을 극대화시킨 탄소섬유 시트와 같은 제품군에 적용하기 위하여 일반적으로 널리 보급된 폴리아크릴로니트릴(PAN)계의 탄소섬유로써 무정형의 구조를 나타내어 흑연과 동일한 구조를 가지는 피치계의 탄소섬유에 비하여 매우 낮은 5 내지 15W/mK의 열전도도를 지닌다.
또한, 금속층(10)이 형성된 섬유상 필러(20)에 함침되는 열경화성 수지는 에폭시 수지, 열경화성 폴리이미드, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘 수지 및 열경화성 우레탄 수지로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택될 수 있다.
또한, 금속층(10)이 형성된 섬유상 필러(20)에 함침되는 열가소성 수지는 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등), 아크릴 수지(예를 들어, 폴리메타크릴산메틸 등), 폴리아세트산비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드(나일론(등록 상표)), 폴리카르보네이트, 폴리아세탈, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌설피드, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리알릴설폰, 열가소성 폴리이미드, 열가소성 우레탄 수지, 폴리아미노비스말레이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 비스말레이미드트리아진, 폴리메틸펜텐, 불화 수지, 액정 중합체, 올레핀-비닐알코올 공중합체, 아이오노모, 폴리아릴레이트, 아크릴로니트릴-에틸렌-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택될 수 있다.
상기 열경화성 수지 또는 열가소성 수지는 단독으로 사용되거나 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 구리 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체 제조
1. 구리 코팅된 탄소섬유 제조
한국카본의 PAN계 탄소섬유 직물(CARBONEX, Fabric type, 직경 6㎛)을 음극으로 하여 구리 수용액, 황산을 포함하는 전해질 용액, 양극의 황인동과 함께 용기 내에 넣고 25℃에서 300rpm 으로 교반하고, 1.0V와 1.5A/cm2의 전류 밀도 하에서 60분간 전해 도금하여 구리 코팅된 탄소 섬유를 제조하였다.
2. 에폭시 용융체 제조
신아티앤씨의 에폭시 수지(SE-400H, 에폭시 당량 183.2 g/eq)와 경화제(SCP-110, 활성수소 당량 100 내지 106 g/eq)를 당량비로 계산한 배합비로 배합하고, 몰드 내에 장입하여 150℃에서 1시간 동안 교반하여 에폭시 수지와 경화제가 균일하게 혼합된 에폭시 용융체를 제조하였다.
3. 구리 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체 제조
상기 구리 코팅된 탄소섬유 직물을 20×20㎜로 절단하고, 몸체와 하단과 상단의 피스톤으로 구성되며 상기 에폭시 용융체가 수용된 몰드 내에 50장을 적층한 후, 150℃의 온도에서 약 120㎪의 압력으로 열간 가압성형 및 경화하여 복합체를 제조하였다.
도 3은 본 실시예에 의해 제조된 복합체 내에 전해 도금법에 의해 구리가 코팅된 탄소섬유의 주자전자현미경을 사진이다.
<실시예 2> 니켈 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체 제조
1. 니켈 코팅된 탄소섬유 제조
한국카본의 PAN계 탄소섬유 직물(CARBONEX, Fabric type, 직경 6㎛)을 음극으로 하여 니켈 수용액, 황산을 포함하는 전해질 용액, 전기 니켈 양극과 함께 용기 내에 넣고 25℃에서 300rpm 으로 교반하고, 1.0V와 1.5A/cm2의 전류 밀도 하에서 60분간 전해 도금하여 니켈이 코팅된 탄소섬유를 제조하였다.
2. 니켈 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체 제조
실시예 1의 제조방법으로부터 에폭시 용융체 제조 단계, 구리 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체 제조 단계를 동일하게 하여 니켈 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체를 제조하였다.
<실시예 3> 구리 코팅된 유리섬유/에폭시 복합체 제조
1. 구리 코팅된 유리섬유 제조
한국화이바의 유리섬유(CHOPPED STRAND, 직경 11㎛, 길이 6mm)를 산처리하여 표면의 불순물을 제거한 후, 통상의 구리염, 환원제 및 착화제를 포함하는 조성의 무전해 구리 도금 용액을 제조하고 이에 60분간 침지 및 교반하여 구리 도금된 유리섬유를 제조하였다.
2. 구리 코팅된 유리섬유/에폭시 복합체 제조
실시예 1의 제조방법으로부터 구리 코팅된 탄소섬유 제조 단계를 제외한 에폭시 용융체 제조 단계, 구리 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체 제조 단계를 동일하게 하여, 무전해 도금법에 의하여 구리 코팅된 유리섬유/에폭시 복합체를 제조하였다.
<실시예 4> 구리 코팅된 탄소섬유/폴리페닐린설파이드 복합체 제조
1. 구리 코팅된 탄소섬유 제조
실시예 1의 제조 방법으로부터 구리 코팅된 탄소섬유 제조단계를 동일하게 하여 구리 도금된 탄소섬유를 제조하였다.
2. 구리 코팅된 탄소섬유/폴리페닐린설파이드 복합체 제조
상기 구리 코팅된 탄소섬유 직물과 폴리페닐린설파이드 필름을 20×20㎜로 절단하고, 몸체와 하단과 상단의 피스톤으로 구성되는 몰드 내에 구리 코팅된 탄소섬유 직물과 폴리페닐린설파이드 필름을 겹겹이 각각 50장을 적층한 후, 310℃의 온도에서 약 120kP의 압력으로 열간 가압성형하여 복합체를 제조하였다.
<비교예 1> 탄소섬유/에폭시 복합체 제조
실시예 1의 제조 방법으로 구리 코팅된 탄소섬유 제조 단계를 제외한 나머지 단계를 동일하게 하여 탄소섬유/에폭시 복합체를 제조하였다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조한 복합체 내에 포함된 탄소섬유의 주사전자현미경 사진이다.
<비교예 2> 탄소섬유/구리 분말/에폭시 복합체 제조
1. 구리 분말/에폭시 용융체 제조
신아티앤씨의 에폭시 수지(SE-400H, 에폭시 당량 183.2 g/eq)와 경화제(SCP-110, 활성수소 당량 100 내지 106 g/eq)를 당량비로 계산한 배합비로 배합하고 시그마알드리치의 구리 분말(99%, spheroidal shape, 직경 10㎛)과 혼합한 후, 몰드 내에 장입하여 150℃에서 1시간 동안 교반하여 에폭시 수지와 경화제, 구리 분말이 균일하게 혼합된 에폭시 용융체를 제조하였다.
2. 탄소섬유/구리 분말/에폭시 복합체 제조
한국카본의 PAN계 탄소섬유 직물(CARBONEX, Fabric type, 직경 6㎛)을 20×20㎜로 절단하고, 몸체와 하단과 상단의 피스톤으로 구성되며 구리 분말/에폭시 용융체가 수용된 몰드 내에 50장을 적층한 후, 150℃의 온도에서 약 120kPa의 압력으로 열간 가압성형 및 경화하여 복합체를 제조하였다.
도 5는 비교예 2에 따라 제조한 복합체 내에 무전해 도금법에 의해 구리가 코팅된 탄소섬유의 주사전자현미경 사진이다.
<비교예 3> 유리섬유/에폭시 복합체 제조
실시예 3의 제조 방법으로 구리 코팅된 유리섬유 제조 단계를 제외한 나머지 단계를 동일하게 하여 유리섬유/에폭시 복합체를 제조하였다.
도 6은 비교에 3에 따라 제조한 복합체 내에 무전해 도금법에 의해 구리가 코팅된 탄소섬유가 무질서하게 배열된 상태를 보여주는 주사전자현미경 사진이다.
<비교예 4> 탄소섬유/폴리페닐린설파이드 복합체 제조
실시예 4의 제조 방법으로부터 구리 코팅된 탄소섬유 제조 단계를 제외한 나머지 단계를 동일하게 하여 탄소섬유/폴리페닐린설파이드 복합체를 제조하였다.
<실험 결과> 섬유상 필러/고분자 복합체의 열전도도 비교 결과
실시예에서 제조한 금속 코팅된 섬유상 필러/고분자 복합체와, 비교예에서 제조한 섬유상 필러/고분자 복합체의 열전도도를 비교하였다.
상기의 복합체는 각각 섬유상 필러의 정렬 방향에 평행한 형태(수평 방향)와 수직하는 형태(수직 방향)로 직경 10㎜, 두께 1㎜로 잘라내고, ASTM E1461-92의 방법에 근거하여 열확산도를 측정한 후, 밀도와 비열과의 곱을 통하여 열전도도로 환산하였고, 환산한 열전도도의 값을 표 1에 나타내었다.
섬유상 필러의 정렬방향 열전도도(W/mK)
실시예 1 수평 방향 7.70
수직 방향 0.95
실시예 2 수평 방향 3.69
수직 방향 0.67
실시예 3 수평 방향 1.83
수직 방향 -
실시예 4 수평 방향 7.21
수직 방향 0.61
비교예 1 수평 방향 2.39
수직 방향 0.57
비교예 2 수평 방향 2.81
수직 방향 0.58
비교예 3 수평 방향 0.49
수직 방향 -
비교예 4 수평 방향 2.18
수직 방향 0.57
표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 구리 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체의 열전도도는 표면에 존재하는 금속에 의하여 향상된 열전도도를 나타낸다.
이에 비하여, 비교예 1에서 제조한 종래의 일반적인 탄소섬유/에폭시 복합체는 PAN계의 낮은 열전도도를 지니는 탄소섬유만이 열을 전달하는 역할을 함으로써 상대적으로 낮은 열전도도를 나타내는 것을 알 수 있으며, 이러한 열전도도의 차이는 수평 및 수직 방향 모두에 대하여 실시예 1로부터 제공되는 복합체의 열전도도가 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 2에서 제조한 탄소섬유/구리 분말/에폭시 복합체는 실시예 1과 동일한 함량의 구리 분말이 존재함에도 불구하고 매우 낮은 열전도도를 나타내는 것을 알 수 있으며, 이러한 열전도도의 차이는 탄소섬유를 따라 코팅되는 구리로부터 기인하는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2에서 제조한 니켈 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체의 열전도도는 실시예 1로부터 제공되는 구리 코팅된 탄소섬유/에폭시 복합체의 열전도도와 비교하여 낮은 열전도도를 가지는 금속의 코팅에 의하여 낮은 열전도도를 지니는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 3에서 제조한 유리섬유/에폭시 복합체의 열전도도는 실시예 3으로부터 제공되는 구리 코팅된 유리섬유/에폭시 복합체의 열전도도와 비교하여 낮은 열전도도를 지니는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 4에서 제조한 탄소섬유/폴리페닐린설파이드 복합체의 열전도도는 실시예 4로부터 제공되는 구리 코팅된 탄소섬유/폴리페닐린설파이드 복합체의 열전도도와 비교하여 낮은 열전도도를 지니는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예 3에 의해 제조된 구리 코팅된 유리섬유/에폭시 복합체의 열전도도는 비교예 3에서 제조한 유리섬유/에폭시 복합체의 열전도도에 비하여 향상된 열전도도를 나타낸다.
표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 금속 코팅된 섬유상 필러/고분자 복합체의 열전도도는 표면에 존재하는 금속에 의하여 향상된 열전도도를 나타낸다.
이에 비하여, 비교예에서 제조한 종래의 일반적인 섬유상 필러/고분자 복합체는 상대적으로 낮은 열전도도를 나타내는 것을 알 수 있으며, 이러한 열전도도의 차이는 수평 및 수직방향 모두에 대하여 실시예 1 내지 4로부터 제공되는 복합체의 열전도도가 향상되는 것을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 금속층 20: 섬유상 필러
30: 고분자 수지

Claims (11)

  1. 섬유상 필러의 표면에 열전도성을 갖는 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층이 형성된 섬유상 필러를 고분자 수지 용융체에 함침시키는 단계; 및
    함침된 상기 섬유상 필러 및 고분자 수지 용융체를 경화시키는 단계를 포함하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층을 형성하는 단계에서 사용되는 금속 물질은 상기 섬유상 필러보다 높은 열전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 물질은 Al, Ag, Cu, Ni, Sn 및 Pt으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층의 형성은 도금, 용사코팅, 화학적증기증착법(CVD), 스퍼터링 및 증착으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 수지 용융체는 열가소성 수지 또는 열경화성수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 아크릴 수지, 폴리아세트산비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리아세탈, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌설피드, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리알릴설폰, 열가소성 폴리이미드, 열가소성 우레탄 수지, 폴리아미노비스말레이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 비스말레이미드트리아진, 폴리메틸펜텐, 불화 수지, 액정 중합체, 올레핀-비닐알코올 공중합체, 아이오노모, 폴리아릴레이트, 아크릴로니트릴-에틸렌-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 에폭시 수지, 열경화성 폴리이미드, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘 수지 및 열경화성 우레탄 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제보방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 섬유상 필러의 중량 비율은 상기 열가소성 수지 또는 열경화성 수지 전체 중량의 1 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유상 필러의 종횡비는 2 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유상 필러는 탄소 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아크릴 섬유, 레이온 섬유, 아세테이트 섬유, 유리 섬유로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유상 필러 및 고분자 수지 용융체의 경화는 상기 고분자 수지 용융체가 수용된 몰드 내에 상기 섬유상 필터를 장입하고 열간 가압성형시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성 복합체의 제조방법.
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