KR20170081874A - 두께방향 열전도성이 우수한 그라파이트 시트 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그라파이트 시트의 전구체인 폴리이미드 필름을 차례로 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조할 때, 상기 폴리이미드 필름으로 탄소나노튜브(CNT), 보론나이트라이드(Boron Nitride) 및 탄소나노튜브와 보론나이트라이드의 혼합물 중에서 선택된 1종의 열전도성 물질이 분산, 함유되어 있는 폴리이미드 필름을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 그라파이트 시트의 평면 길이방향과 폭방향 열전도도가 우수함과 동시에 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도가 크게 향상된다.
그로 인해, 본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 LCD 또는 LED의 백 플레이트(Back Plate)용 방열시트 등으로 유용하다.
본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 그라파이트 시트의 평면 길이방향과 폭방향 열전도도가 우수함과 동시에 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도가 크게 향상된다.
그로 인해, 본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 LCD 또는 LED의 백 플레이트(Back Plate)용 방열시트 등으로 유용하다.
Description
본 발명은 두께방향 열전도성이 우수한 그라파이트 시트 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 그라파이트 시트의 평면 길이방향 열전도도와 평면 폭방향 열전도도가 우수함과 동시에 그라파이트 시트의 두께방향 열전도성도 크게 향상된 그라파이트 시트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에서 그라파이트 시트의 "두께방향 열전도성"이라는 용어는 그라파이트 시트의 평면상 길이방향과 직각을 이루는 그라파이트 시트의 두께방향(높이방향) 열전도성은 물론 그라파이트 시트의 평면상 길이방향과 경사각을 이루는 그라파이트 시트의 두께방향(높이방향) 열전도성을 모두 의미한다.
현재 그라파이트 시트(Graphite sheet)는 열전도도가 우수하기 때문에 LED 또는 LCD 백 플레이트(Back Plate)을 방열시트 등으로 널리 사용되고 있다.
그라파이트 시트를 제조하는 종래방법으로 그라파이트 시트용 전구체인 폴리이미드 필름을 최대 2,400℃의 온도에서 탄화시키는 공정과 최대 2,800℃의 온도에서 탄화처리된 그라파이트 시트용 전구체를 흑연화 시키는 공정을 차례로 실시하여 그라파이트 시트를 제조하는 방법이 널리 사용되어 왔다.
그러나, 상기 종래 방법으로 제조된 그라파이트 시트는 그라파이트 시트의 2차원 평면상 길이방향 열전도도와 2차원 평면상 폭방향 열전도도는 모두 100W/mk 이상 수준으로 우수하지만, 그라파이트 시트의 두께방향(높이방향) 열전도도가 5W/mk이하 수준으로 매우 떨어지고, 그 결과 방열시트로 사용시 성능이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명의 과제는 그라파이트 시트의 2차원 평면상 길이방향 열전도도 및 폭방향 열전도도가 우수함과 동시에 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도, 다시 말해 3차원 높이방향 열전도도 역시 우수하여 방열시트 등으로 유용한 그라파이트 시트 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 그라파이트 시트의 전구체인 폴리이미드 필름을 차례로 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조할 때, 상기 폴리이미드 필름으로 탄소나노튜브(CNT), 보론나이트라이드(Boron Nitride) 및 탄소나노튜브와 보론나이트라이드의 혼합물 중에서 선택된 1종의 열전도성 물질이 분산, 함유되어 있는 폴리이미드 필름을 사용한다.
본 발명은 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도를 크게 향상시켜 준다.
본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 그라파이트 시트의 평면 길이방향과 폭방향 열전도도가 우수함과 동시에 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도가 크게 향상된다.
그로 인해, 본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 LCD 또는 LED의 백 플레이트(Back Plate)용 방열시트 등으로 유용하다.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 그라파이트 시트의 전구체인 폴리이미드 필름을 차례로 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조할 때, 상기 폴리이미드 필름으로 탄소나노튜브(CNT), 보론나이트라이드(Boron Nitride) 및 탄소나노튜브와 보론나이트라이드의 혼합물 중에서 선택된 1종의 열전도성 물질이 분산, 함유되어 있는 폴리이미드 필름을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리이미드 필름 내에 분산, 함유되는 상기 열전도성 물질의 함량은 0.01~10중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 제조된 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도 개선효과가 미약하게 되고, 상기 함량이 10중량%를 초과하는 경우에는 필름 형태인 그라파이트 시트용 전구체의 제막성이 나빠지게 된다.
상기 그라파이트 시트의 "두께방향 열전도성"이라는 용어는 그라파이트 시트의 평면상 길이방향과 직각을 이루는 그라파이트 시트의 두께방향(높이방향) 열전도성은 물론 그라파이트 시트의 평면상 길이방향과 수직이 아닌 경사각을 이루는 그라파이트 시트의 두께방향(높이방향) 열전도성을 모두 의미한다.
상기 탄소나노튜브(CNT)는 싱글-웰(Single-well) 또는 멀티-웰(Multi-well) 구조인 경우 직경이 4~50㎚이고 길이가 1~500㎛인 것이 바람직하다.
상기 보론나이트라이드(Boron Nitride)는 직경이 0.01~3㎛, 보다 좋기로는 0.1~1.0㎛인 것이 바람직하다.
탄소나노튜브(CNT)의 직경 및 길이와 보론나이트라이드(Boron Nitride)의 직경이 상기 범위를 벗어나게 되면, 제조된 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도 개선효과가 미약하게 되거나 필름 형태인 그라파이트 시트용 전구체의 제막성이 떨어져 공정상 문제가 발생될 수 있다.
상기 열전도성 물질이 분산, 함유된 폴리이미드 필름의 탄화 처리는 800~3,400℃의 온도로 실시하고, 흑연화 처리는 2,400~2,800℃의 온도로 실시하는 것이 바람직하다.
상기 열전도성 물질이 분산, 함유된 그라파이트 시트용 전구체인 폴리이미드 필름을 제조하는 구현일례로는, 폴리이미드 필름을 제조하는데 사용되는 고분자 용액 또는 용융액 내에 상기 열전도성 물질을 첨가, 분산시킨 다음, 이를 통상의 방법에 따라 필름상으로 토출하는 방법으로 제조한다.
본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 탄소나노튜브(CNT), 보론나이트라이드(Boron Nitride) 및 탄소나노튜브와 보론나이트라이드 혼합물 중에서 선택된 열전도성 물질이 분산, 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.
그라파이트 시트내 상기 열전도성 물질의 함량은 0.01~10중량%인 것이 바람직하다.
본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 그라파이트 시트의 평면 길이방향과 폭방향 열전도도가 우수함과 동시에 그라파이트 시트의 두께방향 열전도도가 크게 향상된다.
그로 인해, 본 발명으로 제조된 그라파이트 시트는 LCD 또는 LED의 백 플레이트(Back Plate)용 방열시트 등으로 유용하다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
1
폴리이미드 도프(Dope)에 직경이 10㎚이고 길이가 200㎛인 탄소나노튜브(CNT)를 1중량% 첨가, 분산시킨 다음, 이를 필름 상으로 토출하여 그라파이트 시트용 전구체인 폴리이미드 필름을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 폴리이미드 필름을 건조용 쳄버, 탄화용 가마 및 흑연화용 가마 내로 연속적으로 통과시키면서 건조, 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하였다.
이때, 탄화처리는 2,200℃에서 실시하였고 흑연화 처리는 2,800℃에서 실시하였다.
제조된 그라파이트 시트의 열전도도를 측정한 결과는 표 1과 같았다.
실시예
2
폴리이미드 도프(Dope)에 직경이 1.5㎛인 보론나이트라이드(Boron Nitride)를 4중량% 첨가, 분산시킨 다음, 이를 필름 상으로 토출하여 그라파이트 시트용 전구체인 폴리이미드 필름을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 폴리이미드 필름을 건조용 쳄버, 탄화용 가마 및 흑연화용 가마 내로 연속적으로 통과시키면서 건조, 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하였다.
이때, 탄화처리는 2,100℃에서 실시하였고 흑연화 처리는 2,900℃에서 실시하였다.
제조된 그라파이트 시트의 열전도도를 측정한 결과는 표 1과 같았다.
실시예
3
폴리이미드 도프(Dope)에 직경이 10㎚이고 길이가 200㎛인 탄소나노튜브(CNT)와 직경이 0.2㎛인 보론나이트라이드(Boron Nitride)의 혼합물을 8중량% 첨가, 분산시킨 다음, 이를 필름 상으로 토출하여 그라파이트 시트용 전구체인 폴리이미드 필름을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 폴리이미드 필름을 건조용 쳄버, 탄화용 가마 및 흑연화용 가마 내로 연속적으로 통과시키면서 건조, 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조하였다.
이때, 탄화처리는 2,200℃에서 실시하였고 흑연화 처리는 2,800℃에서 실시하였다.
제조된 그라파이트 시트의 열전도도를 측정한 결과는 표 1과 같았다.
비교실시예
1
폴리이미드 도프(Dope)에 탄소나노튜브를 첨가, 분산시키지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그라파이트 시트를 제조하였다.
구분 | 그라파이트 시트의 평면상 길이방향 열전도도(W/mk) | 그라파이트 시트의 평면상 폭방향 열전도도(W/mk) | 그라파이트 시트의 평면상 길이방향과 수직을 이루는 두께방향 열전도도(W/mk) |
실시예 1 | 110 | 113 | 12 |
실시예 2 | 112 | 115 | 21 |
실시예 3 | 115 | 117 | 35 |
비교실시예 1 | 109 | 110 | 4 |
표 1의 열전도도는 원형시편을 제작한 후 방열소재에 대한 열전도도 측정규격인 ASTM E 1461 방법에 따라 측정하였다.
Claims (8)
- 그라파이트 시트의 전구체인 폴리이미드 필름을 차례로 탄화 및 흑연화시켜 그라파이트 시트를 제조함에 있어서, 상기 폴리이미드 필름으로 탄소나노튜브(CNT), 보론나이트라이드(Boron Nitride) 및 탄소나노튜브와 보론나이트라이드의 혼합물 중에서 선택된 1종의 열전도성 물질이 분산, 함유되어 있는 폴리이미드 필름을 사용하는 것을 특징으로 하는 두께방향 열전도성이 우수한 그라파이트 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 폴리이미드 필름 내에 분산, 함유된 상기 열전도성 물질의 함량이 0.01~10중량%인 것을 특징으로 하는 두께방향의 열전도성이 우수한 그라파이트 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브(CNT)는 직경이 4~50㎚이고, 길이가 1~500㎛인 것을 특징으로 하는 두께방향의 열전도성이 우수한 그라파이트 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 보론나이트라이드의 직경이 0.01~3㎛인 것을 특징으로 하는 두께방향의 열전도성이 우수한 그라파이트 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 탄화처리는 800~2,400℃의 온도로 실시하는 것을 특징으로 하는 두께방향의 열전도성이 우수한 그라파이트 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 흑연화 처리는 2,400~2,800℃의 온도로 실시하는 것을 특징으로 하는 두께방향의 열전도성이 우수한 그라파이트 시트의 제조방법.
- 탄소나노튜브(CNT), 보론나이트라이드(Boron Nitride) 및 탄소나노튜브와 보론나이트라이드 혼합물 중에서 선택된 열전도성 물질이 분산, 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 두께방향 열전도성이 우수한 그라파이트 시트.
- 제7항에 있어서, 그라파이트 시트내 상기 열전도성 물질의 함량이 0.01~10중량%인 것을 특징으로 하는 두께방향 열전도성이 우수한 그라파이트 시트.
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