KR20180061049A - 방열탄성체 조성물 및 이로 구현된 방열탄성체 - Google Patents

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Abstract

방열탄성체 조성물이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 방열탄성체 조성물은 주제수지 및 가류제를 포함하는 탄성매트릭스 형성성분 및 방열필러; 를 포함한다. 이에 의하면, 방열탄성체는 외부에서 방열체로 전달되는 진동이나 충격 등의 물리적 자극으로부터 발열체를 보호함과 동시에 발열체에서 발생한 열을 빠르게 전도 및 방사시킬 수 있다. 또한, 발열체와 인접/밀착 배치되는 외장재, 방열부재 등과의 유격을 최소화하여 외부에서 가해지는 물리적 자극에 의한 떨림 및 이로 인한 소음을 최소화시킬 수 있다. 나아가 발열체에 의해 발생한 열이나 외부의 화학적 자극에 의한 열화가 최소화되고, 다양한 형상으로 성형이 용이함에 따라서 방열이 요구되는 산업전반에 널리 응용될 수 있다.

Description

방열탄성체 조성물 및 이로 구현된 방열탄성체{Composite for heat-radiating elastic body and heat-radiating elastic body formed therefrom}
본 발명은 방열탄성체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열체와 밀착하여 배치되는 외장재, 히트싱크와 같은 방열체을 통해 외부에서 전달되는 진동과 같은 물리적 자극이 발열체에 미치는 영향을 최소화하며, 발열체의 열을 효과적으로 외부로 방출시킬 수 있고, 우수한 내열성, 내화학성을 겸비한 방열탄성체 조성물 및 이로 구현된 방열탄성체에 관한 것이다.
최근 전자장치에 사용되는 각종 전자부품들은 소형화, 복잡화되는 경향에 따라서 외부의 자극에 의해서도 쉽게 기능이 저하 또는 상실되는 문제가 있다. 특히 전자장치의 사용 중 외부에서 가해지는 진동이나 충격 또는 전자장치의 부품으로써 진동을 유발하는 부품이 존재하는 경우 각종 부품의 내구성은 더욱 문제될 수 있다.
한편, 전자장치의 각종 부품들은 전기저항 또는 전자기파로 인하여 발열이 문제되며, 발생된 열을 빠르게 외부로 방사시키기 위하여 방열부재를 발열체에 인접 배치시키거나 발열체에 인접배치 되는 이종 기능의 부품에 방열기능을 부가하기도 한다. 또는 발열이 심할 경우 별도의 냉각부품이나 장치를 더 구비시키는 것이 일반적이다. 발열체의 열을 빠르게 방사시키기 위해 방열판이나 히트싱크와 같은 방열부재는 통상적으로 열전도율이 높은 금속을 사용하게 된다.
그러나 금속의 재질은 딱딱하고 단단하기 때문에 외부에서 가해지는 진동, 충격 등의 물리적 자극을 흡수하지 못함에 따라서 방열부재로 가해진 물리적 자극은 그에 인접, 밀착배치 되는 발열체에 그대로 전달됨에 따라서 발열체의 손상, 기능저하를 유발시키는 문제가 있으며, 발열체가 전자부품과 같은 소형, 복잡화된 물품의 경우 이러한 문제는 더욱 심화될 수 있다.
또한, 발열체와 방열부재가 완전히 밀착되지 못하고, 유격이 있는 경우 진동에 의한 떨림은 발열체에 더 큰 손상을 입힐 수 있는 우려가 있다.
이에 따라서 발열체와 인접, 밀착배치 되는 방열부재, 외부케이스, 또는 이종의 부품으로부터 전달되는 진동, 충격 등의 물리적 자극에도 발열체를 보호하는 동시에 발열체에서 발생된 열을 더욱 효과적으로 외부로 방사시킬 수 있는 방열탄성체에 대한 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0107443호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 외부에서 방열체로 전달되는 진동이나 충격 등의 물리적 자극으로부터 발열체를 보호함과 동시에 발열체에서 발생한 열을 빠르게 전도 및 방사시킬 수 있는 방열탄성체 조성물 및 이로 구현된 방열탄성체를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 발열체와 인접/밀착 배치되는 외장재, 방열부재 등과의 유격을 최소화하여 외부에서 가해지는 물리적 자극에 의한 떨림 및 이로 인한 소음을 최소화시킬 수 있는 방열탄성체 조성물 및 이로 구현된 방열탄성체를 제공하는데 다른 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 발열체에 의해 발생한 열이나 외부의 화학적 자극에 의한 열화가 최소화될 수 있는 방열탄성체 조성물 및 이로 구현된 방열탄성체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
더불어, 본 발명은 성형성이 우수하여 다양한 형상으로 용이하게 구현시킬 수 있는 방열탄성체 조성물 및 이로 구현된 방열탄성체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 고무계 화합물을 포함하는 주제수지 및 가류제를 포함하는 탄성매트릭스 형성성분 100 중량부에 대하여 방열필러를 140 ~ 320 중량부로 포함하는 방열탄성체 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 주제수지는 실리콘 생고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM Rubber), 열가소성 폴리올레핀계 합성고무(Thermaoplastic Olefinic Elastomer, TPO), 아크릴레이트 고무(Acrylcate Rubber), EVA 고무(Ethylene Viny Acetate Rubber), 열가소성 폴리우레탄 고무(Thermoplastic Polyurethane Rubber), 에틸렌-옥텐 고무(Ethylene Octene Rubber), 염소화 폴리에틸렌 고무 (CPE), NBR 고무(Acrylonitrile Butadiene Rubber), 클로로프렌 고무(Chloroprene Rubber, CR), 열가소성 폴리에틸렌 고무(Thermoplastic Polyethylene Rubber), 열가소성 스타이렌 고무(Thermoplastic Styrenic Block Copolymer, SBC), 열가소성 폴리아마이드 고무(Thermoplastic Polyamide Rubber, TPAE) 및 열가소성 폴리에스테르 고무(Thermoplastic Polyester Elastomer, TPEE)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 주제수지는 메틸비닐 실리콘 검, 디메틸 실리콘 검, 메틸페닐 실리콘 검, 불소실리콘 검, 하이드록실디메틸실리콘 검 및 메틸비닐실리콘 검으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실리콘 생고무일 수 있다. 이때, 상기 실리콘 생고무는 중량평균분자량이 50만 ~ 60만일 수 있다.
또한, 상기 가류제는 유황계 가류제, 유기 과산화물 및 금속산화물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 방열필러는 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 탄화규소 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 전기비전도성 방열필러, 및 그라파이트, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙, 전도성 카본(Electrically Conductive Carbon), 은, 구리, 니켈, 주석, 알루미늄, 아연, 철, 금 및 백금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전기전도성 방열필러 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열필러는 평균입경이 1 ~ 10㎛인 제1방열필러 및 평균입경이 10㎛ 초과 ~ 50㎛인 제2방열필러를 포함할 수 있고, 이때 상기 제1방열필러 100 중량부에 대해 제2방열필러가 150 ~ 500 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 방열필러는 판상, 구상, 침상, 수지상 및 비정형 중 어느 하나 이상의 형상을 포함할 수 있다.
또한, 흄드실리카, 침강실리카, 쿼츠(Quartz), 셀라이트(Celite) 및 탄산칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 충진보강제를 주제수지 100 중량부에 대하여 20 ~ 40 중량부 더 구비할 수 있다.
또한, 가소성 및 방열필러의 분산성 향상을 위한 물성증진성분을 주제수지 100 중량부에 대하여 3 ~ 10 중량부 더 구비하며, 상기 물성증진성분은 하이드록시기를 갖는 메틸비닐실리콘, 디메틸실리콘, 알콕시기를 갖는 디메틸실리콘, 아미노기를 갖는 디메틸실리콘로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 조성물은 25℃에서 점도가 700만 내지 1,000만 cPs 일 수 있다.
또한, 본 발명은 (1) 주제수지, 가류제 및 방열필러를 포함하는 방열탄성체 조성물을 준비하는 단계; 및 (2) 상기 방열탄성체 조성물을 소정의 형상을 가지도록 열 및 압력을 가해 성형하는 단계;를 포함하는 방열탄성체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 (1) 단계는 1-1) 주제수지에 충진보강제 및 물성증진성분을 더 구비하여 혼련된 프리폼 조성물을 제조하는 단계; 1-2) 상기 프리폼 조성물에 방열필러를 투입하여 혼련하는 단계; 및 1-3) 가류제를 투입 및 혼련하여 방열탄성체 조성물을 제조하는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 (2) 단계는 150 ~ 250℃ 온도의 열과 30 ~ 80㎏f/㎠의 압력을 3분 내지 30분 처리하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 (2) 단계 이후에 미반응된 가류제를 소실시키기 위하여 200 ~ 300℃ 온도의 열을 1 ~ 4시간 재처리할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방열탄성체 조성물이 성형되어 형성된 방열탄성체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 방열탄성체는 열전도도가 0.5 ~ 3.0 W/m·K일 수 있다.
또한, 상기 방열탄성체는 인장강도가 35 ~ 65 ㎏f/㎝2 이고, 신율이 65 ~ 180%이며, 경도(Shore A)가 45 ~ 75일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방열탄성체가 구비된 배터리 팩용 방열카트리지를 제공한다.
또한, 본 발명은 배터리 팩를 구성하기 위하여 배터리의 테두리 측을 지지하는 것으로서, 서로 마주하도록 이격배치되는 한 쌍의 제1,2 가이드부재 및 상기 배터리의 단자가 고정되고 상기 배터리를 수용하는 수용공간을 형성할 수 있도록 상기 제1,2가이드부재의 사이에 서로 마주하도록 이격배치되는 한 쌍의 제3,4가이드부재를 포함하는 본체; 및 열전도성 및 절연성을 갖는 재질로 이루어지고, 상기 제1,2가이드부재 중 적어도 어느 하나의 내면에 착탈가능하게 결합되는 탄성부재;를 포함하고, 상기 제1,2가이드부재 중 적어도 어느 하나는 금속재질로 이루어진 배터리 팩용 카트리지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1,2가이드부재 중 적어도 어느 하나의 내면은 길이방향을 따라 내측으로 인입형성되는 수용홈이 형성되고, 상기 탄성부재는 상기 수용홈에 끼움결합될 수 있다.
또한, 상기 수용홈은 서로 마주하는 한 쌍의 측벽을 포함하고, 상기 한 쌍의 측벽은 상기 수용홈의 바닥면에 대하여 서로 마주보는 방향으로 일정각도 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 상기 탄성부재의 측면은 상기 측벽의 단부측이 삽입될 수 있도록 단차면으로 형성될 수 있다.
바람직한 실시예로써, 상기 탄성부재는 열전도성 필러가 포함된 고분자수지로 이루어질 수 있고, 보다 바람직하게는 본 발명에 따른 탄성체 조성물이 성형된 것일 수 있다.
또한, 상기 제1,2,3,4가이드부재는 내면이 상기 배터리의 테두리를 지지할 수 있도록 기울기를 갖는 경사면으로 형성되고, 상기 경사면은 상기 내면의 중앙부가 돌출되도록 폭의 중앙부에서 양 단부측으로 갈수록 기울기가 반대방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3,4가이드부재는 서로 적층되는 다른 배터리 팩용 카트리지와의 결합을 위한 결합구가 형성되고, 상기 결합구의 양면에는 배터리 팩용 카트리지 간의 결합방향과 평행한 방향으로 서로 대응되는 돌출부 및 수용부가 각각 형성될 수 있다.
또한, 상기 결합구는 배터리 팩용 카트리지 간의 결합방향과 평행한 방향으로 통과공이 관통형성되고, 상기 통과공에 삽입되는 하나의 체결바를 통하여 서로 적층된 복수 개의 배터리 팩용 카트리지가 일체화될 수 있다.
또한, 상기 제3,4가이드부재는 절연체로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1,2,3,4가이드부재는 인서트몰딩을 통해 일체로 형성될 수 있다.
다른 예로써, 상기 제2,3,4,가이드부재는 인서트몰딩을 통해 일체로 형성되고, 상기 제1가이드부재는 금속재질로 이루어져 상기 제3,4가이드부재의 단부측에 체결부재를 매개로 착탈가능하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1,2가이드부재는 상기 제3,4가이드부재의 양 단부측에 체결부재를 매개로 착탈가능하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1,2가이드부재는 모두 금속재질로 이루어지고, 상기 제1,2가이드부재의 내측에는 상기 탄성부재가 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2가이드부재는 외면에 길이방향을 따라 인입형성되는 복수 개의 방열홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1가이드부재는 외면이 폴리싱 가공을 통해 연마될 수 있다.
또한, 상기 제3,4가이드부재는 상면과 하면 중 적어도 일면에 내측으로 인입되는 홈부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열카트리지 및 상기 배터리 팩용 방열카트리지에 수용된 배터리를 포함하는 배터리팩을 제공한다.
본 발명의 방열탄성 코팅조성물을 통해 구현된 방열탄성체는 외부에서 방열체로 전달되는 진동이나 충격 등의 물리적 자극으로부터 발열체를 보호함과 동시에 발열체에서 발생한 열을 빠르게 전도 및 방사시킬 수 있다. 또한, 발열체와 인접/밀착 배치되는 외장재, 방열부재 등과의 유격을 최소화하여 외부에서 가해지는 물리적 자극에 의한 떨림 및 이로 인한 소음을 최소화시킬 수 있다. 나아가 발열체에 의해 발생한 열이나 외부의 화학적 자극에 의한 열화가 최소화되고, 다양한 형상으로 성형이 용이함에 따라서 방열이 요구되는 산업전반에 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지를 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 분리도,
도 3은 도 1의 A-A 방향 단면도,
도 4는 도 1의 B-B 방향 단면도,
도 5는 도 1에서 제1가이드부재와 제4가이드부재의 체결관계를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지를 나타낸 도면,
도 7은 도 6에서 부싱이 분리된 상태를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지를 나타낸 도면,
도 9는 도 8의 분리도,
도 10은 도 8에서 C-C 방향과 D-D 방향의 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지에 적용되는 제2가이드부재의 외면에 방열홈이 형성되는 경우를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지를 이용하여 배터리 팩을 구성하는 경우를 나타낸 도면,
도 13은 도 12의 분리도, 그리고,
도 14는 도 12의 E-E 방향 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방열탄성체 조성물은 고무계 화합물을 포함하는 주제수지 및 가류제를 포함하는 탄성매트릭스 형성성분 100 중량부에 대하여 방열필러를 140 ~ 320 중량부로 포함한다.
상기 주제수지는 조성물이 고화되어 형성되는 탄성매트릭스를 형성하는 주제로서, 후술하는 방열필러의 분산성 등에 문제가 없고, 그 자체 또는 화학반응을 통해 탄성력을 발현할 수 있는 화합물인 경우 제한 없이 사용할 수 있으나, 제조된 탄성매트릭스가 탄성력, 형상유지력, 내열성을 발현할 수 있도록 하고, 성형성을 용이하게 하도록 고무계 고분자화합물이 사용된다.
이에 대한 일예로, 상기 주제수지는 실리콘 생고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM Rubber), 열가소성 폴리올레핀계 합성고무(Thermaoplastic Olefinic Elastomer, TPO), 아크릴레이트 고무(Acrylcate Rubber), EVA 고무(Ethylene Viny Acetate Rubber), 열가소성 폴리우레탄 고무(Thermoplastic Polyurethane Rubber), 에틸렌-옥텐 고무(Ethylene Octene Rubber), 염소화 폴리에틸렌 고무 (CPE), NBR 고무(Acrylonitrile Butadiene Rubber), 클로로프렌 고무(Chloroprene Rubber, CR), 열가소성 폴리에틸렌 고무(Thermoplastic Polyethylene Rubber), 열가소성 스타이렌 고무(Thermoplastic Styrenic Block Copolymer, SBC), 열가소성 폴리아마이드 고무(Thermoplastic Polyamide Rubber, TPAE) 및 열가소성 폴리에스테르 고무(Thermoplastic Polyester Elastomer, TPEE)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 포함될 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 주제수지는 내열성 및 작업성 측면에서 실리콘 생고무를 사용하는 것이 좋고, 보다 더 바람직하게는 메틸비닐 실리콘 검, 디메틸 실리콘 검, 메틸페닐 실리콘 검, 불소실리콘 검, 하이드록실디메틸실리콘 검 및 메틸비닐실리콘 검으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실리콘 생고무를 포함할 수 있다. 이때, 상기 실리콘 고무는 중량평균분자량이 50만 ~ 60만인 화합물이 바람직하며, 만일 중량평균분자량이 50만 미만일 경우 구현되는 탄성매트릭스의 내열성, 형상유지력 등의 물성이 저하될 수 있고, 만일 중량평균분자량이 60만을 초과할 경우 탄성력이 저하될 수 있다.
다음으로, 상기 가류제는 주제수지를 가교시키는 역할을 담당하며, 이를 통해 가교 전 탄성이 없고 소성 특성이 있는 주제수지라도 탄성매트릭스로 구현된 후 탄성특성을 발현할 수 있도록 하며, 내열성을 높이고, 압축 영구 변형성을 낮출 수 있다. 상기 가류제는 공지된 성분의 경우 제한없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적이 예로써, 유황계 가류제, 유기 과산화물, 수지 가류제, 산화마그네슘 등의 금속산화물을 사용할 수 있다. 상기 유황계 가류제는 분말 황(S), 불용성 황(S), 침강 황(S), 콜로이드(colloid) 황 등의 무기 가류제와, 테트라메틸티우람 디설파이드(tetramethylthiuram disulfide, TMTD), 테트라에틸티우람 디설파이드(tetraethyltriuram disulfide, TETD), 디티오디모르폴린(dithiodimorpholine) 등의 유기 가류제를 사용할 수 있다. 상기 유황 가류제로는 구체적으로 원소 유황 또는 유황을 만들어 내는 가황제, 예를 들면 아민 디설파이드(amine disulfide), 고분자 유황 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 유기 과산화물은 벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시프로필)벤젠, 디-t-부틸퍼옥시-디이소프로필벤젠, t-부틸퍼옥시벤젠, 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 1,1-디부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸실록산, n-부틸-4,4-디-t-부틸퍼옥시발레레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 가류제는 상기 탄성수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 포함하는 것이 목적하는 수준의 탄성력을 구비하게 하고, 내열성 및 화학적 안정성 측면에서 바람직하다. 만일 가류제가 0.1 중량부 미만으로 구비되는 경우 목적하는 수준의 탄성력, 내열성 및 형상유지력 등을 발현할 수 없고, 5 중량부를 초과하여 구비되는 경우 후술하는 제조방법에서 성형체에 대한 재열처리를 수행해도 가류제의 제거가 어려울 수 있고, 가류제 제거를 위한 장시간 열처리에 따른 성형체의 변형을 초래할 수 있으며, 미제거된 가류제는 성형체 표면으로 서서히 용출되어 성형체가 하얗게 보이게 하고 가루로 탈리 됨에 따라서 방열탄성체가 장착되는 전자부품을 오염시킬 수 있다.
상기 탄성매트릭스 형성성분은 상술한 주제수지 및 가류제 이외에 내열성, 기계적 강도, 방열필러의 분산성 및/또는 접착성 등을 향상시키기 위한 첨가제가 더 포함될 수 있다.
상기 첨가제의 일예로써, 가소성 및 방열필러의 분산성을 향상시키고, 방열필러가 주제수지에 젖는 속도를 증가시키며, 주제수지가 크레이프 경화되어 저장안정성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 물성증진성분을 더 포함할 수 있다. 상기 물성증진성분은 하이드록시기를 갖는 메틸비닐실리콘, 디메틸실리콘, 알콕시기를 갖는 디메틸실리콘, 아미노기를 갖는 디메틸실리콘로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때, 바람직하게는 가소성 및 방열필러의 분산성 향상을 통한 방열특성의 균일성 향상 측면에서 양 말단에 하이드록시기를 갖는 메틸비닐 실리콘일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 중합도가 15 ~ 25인 메틸비닐실리콘일 수 있다.
또한, 상기 물성증진성분은 주제수지 100 중량부에 대하여 3 ~ 10 중량부로 구비될 수 있다. 만일 물성증진성분이 3 중량부 미만으로 구비되는 경우 탄성매트릭스의 탄성력 향상 정도가 미미할 수 있고, 방열필러의 분산성이 저하되어 방열필러가 뭉쳐서 군데군데 배치됨에 따른 균일한 방열효과를 발현할 수 없을 수 있다. 또한, 만일 물성증진성분이 10 중량부를 초과할 경우 물성증진성분으로 인한 효과의 향상 정도가 미미할 수 있고, 탄성력이 저하되어 외부 충격에 형상이 복원되지 않을 수 있다.
또한, 첨가제로써, 가류촉진제를 더 포함할 수 있다. 상기 가류촉진제는 가류속도를 촉진하거나 초기 가류단계에서의 지연작용을 촉진하는 역할을 담당한다.
상기 가류촉진제로는 술펜아미드계, 티아졸계, 티우람계, 티오우레아계, 구아니딘계, 디티오카르밤산계, 알데히드-아민계, 알데히드-암모니아계, 이미다졸린계, 크산테이트계 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 술펜아미드계 가류촉진제로는, 일예로 N-시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드(CBS), N-tert-부틸-2-벤조티아질술펜아미드(TBBS), N,N-디시클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아질술펜아미드, N,N-디이소프로필-2-벤조티아졸술펜아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 술펜아미드계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 티아졸계 가류촉진제로는, 일예로 2-머캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아질디설파이드(MBTS), 2-머캅토벤조티아졸의 나트륨염, 2-머캅토벤조티아졸의 아연염, 2-머캅토벤조티아졸의 구리염, 2-머캅토벤조티아졸의 시클로헥실아민염, 2-(2,4-디니트로페닐)머캅토벤조티아졸, 2-(2,6-디에틸4-모르폴리노티오)벤조티아졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티아졸계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 티우람계 가류촉진제로는, 일예로 테트라메틸티우람디설파이드(TMTD), 테트라에틸티우람디설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람디설파이드, 디펜타메틸렌티우람모노설파이드, 디펜타메틸렌티우람테트라설파이드, 디펜타메틸렌티우람헥사설파이드, 테트라부틸티우람디설파이드, 펜타메틸렌티우람테트라설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티우람계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 티오우레아계 가류촉진제로는, 일예로 티아카르바미드, 디에틸티오요소, 디부틸티오요소, 트리메틸티오요소, 디오르토톨릴티오요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 티오우레아계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 구아니딘계 가류촉진제로는, 일예로 디페닐구아니딘, 디오르토톨릴구아니딘, 트리페닐구아니딘, 오르토톨릴비구아니드, 디페닐구아니딘프탈레이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구아니딘계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 디티오카르밤산계 가류촉진제로는, 일예로 에틸페닐디티오카르밤산아연, 부틸페닐디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디아밀디티오카르밤산아연, 디프로필디티오카르밤산아연, 펜타메틸렌디티오카르밤산아연과 피페리딘의 착염, 헥사데실이소프로필디티오카르밤산아연, 옥타데실이소프로필디티오카르밤산아연 디벤질디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 펜타메틸렌디티오카르밤산피페리딘, 디메틸디티오카르밤산셀레늄, 디에틸디티오카르밤산텔루늄, 디아밀디티오카르밤산카드뮴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 디티오카르밤산계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 가류촉진제로는, 일예로 아세트알데히드-아닐린 반응물, 부틸알데히드-아닐린 축합물, 헥사메틸렌테트라민, 아세트알데히드-암모니아 반응물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 알데히드-아민계 또는 알데히드-암모니아계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 이미다졸린계 가류촉진제로는, 일예로 2-머캅토이미다졸린 등의 이미다졸린계 화합물을 사용할 수 있고, 상기 크산테이트계 가류촉진제로는, 예컨대 디부틸크산토겐산아연 등의 크산테이트계 화합물을 사용할 수 있다.
상기 가류촉진제는 가류 속도 촉진을 통한 생산성 증진 및 탄성체 물성 증진을 위하여 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 4.0 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 첨가제로써 가류촉진조제를 더 포함할 수 있다. 상기 가류촉진조제는 상기 가류촉진제와 병용하여 그 촉진 효과를 완전하게 하기 위해서 사용되는 배합제로서, 무기계 가류촉진조제, 유기계 가류촉진조제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 무기계 가류촉진조제로는 산화아연(ZnO), 탄산아연(zinc carbonate), 산화마그네슘(MgO), 산화납(leadoxide), 수산화 칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 유기계 가류촉진조제로는 스테아르산, 스테아르산 아연, 팔미트산, 리놀레산, 올레산, 라우르산, 디부틸 암모늄-올레이트(dibutyl ammonium oleate), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 가류촉진조제는 주제수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부 구비시킬 수 있다. 만약 가류촉진조제가 0.5 중량부 미만으로 사용되는 경우 충분한 가류촉진효과를 발현하지 못해 가류속도 향상 및 생산성 향상 정도가 미미할 수 있다. 또한, 만일 가류촉진조제가 5중량부를 초과해 구비되는 경우 스코치 현상이 발생하기 쉽고, 기계적 강도 등의 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 첨가제로써, 충진보강제를 더 포함할 수 있다. 상기 충진보강제는 형성된 탄성체의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 담당하며, 통상적으로 탄성체의 기계적 강도 보완을 위해 구비되는 충진보강제의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 흄드실리카, 침강실리카, 쿼츠(Quartz), 셀라이트(Celite) 및 탄산칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 이때, 상기 충진보강제는 주제수지 100 중량부에 대하여 20 ~ 40 중량부 구비할 수 있다. 만일 충진보강제의 함량이 20 중량부 미만일 경우 목적하는 수준으로 기계적 강도의 보완이 어려울 수 있고, 40 중량부를 초과할 경우 상대적으로 방열필러의 함량이 줄어들 수 있어서 방열성능의 저하를 유발할 수 있다.
상기 충진보강제는 평균입경이 5 ~ 20㎚일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 충진보강제는 바람직하게는 비표면적이 200㎡/g 이상, 보다 바람직하게는 250㎡/g ~ 600m2/g인 것을 사용할 수 있다. 만일 비표면적이 200㎡/g 미만의 충진보강제를 사용하는 경우 목적하는 물성을 달성하기 어려울 수 있다.
또한, 상기 첨가제로써, 커플링제를 더 포함할 수 있다. 상기 커플링제는 첨가제로 상술한 충진보강제를 포함하는 경우 상기 충진보강제의 분산성 및 주제수지와의 상용성을 향상시킬 수 있다. 상기 커플링제는 사용되는 충진보강제의 구체적인 종류에 따라 공지된 커플링제를 적절히 선택하여 사용할 수 있는데, 이에 대한 비제한적인 예로써, 설파이드계 실란 화합물, 머캅토계 실란 화합물, 비닐계 실란 화합물, 아미노계 실란화합물, 글리시독시계 실란 화합물, 니트로계 실란 화합물, 클로로계 실란 화합물, 메타크릴계 실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
구체적으로 상기 설파이드계 실란 화합물은 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)테트라설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)테트라설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)트리설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)트리설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)트리설파이드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리에톡시실릴부틸)디설파이드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)디설파이드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)디설파이드, 비스(4-트리메톡시실릴부틸)디설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리에톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리에톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 2-트리메톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카바모일테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라설파이드, 3- 트리에톡시실릴프로필벤조티아졸테트라설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 머캅토 실란 화합물은 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 2-머캅토에틸트리메톡시실란, 2-머캅토에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 비닐계 실란 화합물은 에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 아미노계 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리에톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 글리시독시계 실란 화합물은 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 니트로계 실란 화합물은 3-니트로프로필트리메톡시실란, 3-니트로프로필트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 클로로계 실란 화합물은 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 2-클로로에틸트리메톡시실란, 2-클로로에틸트리에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 메타크릴계 실란 화합물은 γ-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 메틸디메톡시실란, γ-메타크릴록시프로필 디메틸메톡시실란 및 이들의 조합로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 커플링제는 주제수지 100 중량부에 대하여 1 ~ 20중량부로 포함될 수 있다. 만일 커플링제의 함량이 1 중량부 미만일 경우 충진보강제의 분산성 향상이 부족하여 탄성체의 가공성, 기계적 강도 등이 저하되고, 탄성체의 마찰력이 적어 적용처에 구비될 때 쉽게 미끄러져 위치를 이탈할 수 있으며, 20 중량부를 초과하는 경우 충진보강제와 주제수지 간 상호작용이 과도하여 탄성력 등의 물성저하를 유발할 수 있다.
또한, 상기 첨가제로써, 연화제를 더 포함할 수 있다. 상기 연화제는 주제수지에 가소성을 부여하여 가공을 용이하게 하고, 형성된 탄성매트릭스의 경도를 적절히 저하시켜 조절하는 기능을 담당한다. 상기 연화제는 석유계 오일, 식물유지 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 석유계 오일로는 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 상기 식물유지로는 피마자유, 면실유, 아마인유, 카놀라유, 대두유, 팜유, 야자유, 낙화생유, 파인유, 파인타르, 톨유, 콘유, 쌀겨기름, 홍화유, 참기름, 올리브유, 해바라기유, 팜핵유, 동백유, 호호바유, 마카다미아너트유, 사플라워 오일, 동유 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 연화제는 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 5 내지 100 중량부로 사용하는 것이 원료고무의 가공성을 좋게 한다는 점에서 바람직하다.
또한, 상기 첨가제로써, 내열성 향상제를 더 포함할 수 있다. 상기 내열성 향상제는 금속산화물, 전이금속을 포함한 금속유기산염 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 내열성 향상제는 유기기의 산화방지를 통한 탄성체의 열화를 방지시킬 수 있고, 과도한 주제수지 간의 가교에 따른 부서짐 현상을 억제할 수 있다. 이와 같은 기능을 목적하는 수준으로 발현하기 위하여 상기 내열성 향상제는 주제수지 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 20중량부로 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 첨가제는 난연제, 노화방지제, 레벨링제, pH조절제, 가류복귀 방지제 등을 더 포함할 수 있고, 상기 각각의 첨가제에 대한 구체적 종류, 함량은 공지된 것을 채용할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
다음으로 방열필러에 대해 설명한다.
상기 방열필러는 열전도성이 있는 공지된 방열필러의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 일예로, 상기 방열필러는 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 탄화규소 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전기비전도성 방열필러, 및 그라파이트, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙, 전도성 카본(Electrically Conductive Carbon), 은, 구리, 니켈, 주석, 알루미늄, 아연, 철, 금 및 백금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전기전도성 방열필러 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 2종 이상의 재질로 방열필러를 구비하는 경우, 상기 방열필러는 각각의 재질로 독립적으로 형성된 방열필러, 이종의 재질이 혼합 또는 코어쉘 구조를 이루어 단일의 방열필러로 구현된 것일 수 있다. 상기 코어쉘 구조의 방열필러의 예로써, 글래스비드 등의 세라믹, 알루미늄, 흑연 및 주석 등의 코어부 외부면에 은, 니켈 등이 쉘을 형성한 것일 수 있다. 상기 방열필러의 구체적 종류는 방열탄성체가 구비되는 적용처의 구비요건, 일예로 높은 신뢰성의 전기절연성이 요구되는지 여부 및 방열수준을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
상기 방열필러는 성상이 분말의 입상일 수 있다. 상기 입상의 형상은 공지된형상일 수 있으며, 일예로 판상, 구상, 침상, 수지상 및 비정형 중 어느 하나 이상의 일 수 있다. 상기 방열필러는 방열탄성체가 목적하는 물성, 일예로 수직열전도성, 수평열전도성 등을 고려하여 그 형상이 적절히 선택될 수 있고, 더 구체적으로 수평 열전도성 향상을 위해서는 형상이 판상인 것이 좋고, 수직 열전도성 향상을 위해서는 구상인 것이 좋을 수 있다.
상기 방열필러의 크기는 평균입경이 1 ~ 100㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 1 ~ 50㎛일 수 있다. 또한, 상기 방열필러는 입경이 상이한 2종의 방열필러가 구비될 수 있고, 일예로, 평균입경이 1 ~ 10㎛ 인 제1방열필러와 평균입경이 10㎛ 초과 ~ 50㎛인 제2방열필러를 혼용할 수 있고, 이를 통해 방열탄성체 조성물에 포함된 방열필러의 한정된 함량 내에서 향상된 방열특성을 발현하기에 유리할 수 있다. 이때, 상기 방열필러는 제1방열필러 100 중량부에 대해 제2방열필러를 150 ~ 500 중량부로 포함할 수 있고, 만일 제1방열필러와 제2방열필러의 함량이 위의 범위를 벗어나는 경우 방열특성, 특히 방열특성의 균일성의 향상이 미미할 수 있다.
또한, 수평, 수직 방향으로의 방열특성 향상, 구현된 방열체의 위치별 균일한 방열특성의 발현을 위하여 더욱 바람직하게는 상기 제1방열필러의 평균입경과 제2방열필러 평균입경은 1: 1.5 ~ 3.5일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 1: 1.5 ~ 2.7일 수 있으며, 이를 만족하지 못하는 경우 방열특성, 방열성능의 균일성 등에서 더 큰 향상을 달성하지 못할 수 있다.
상기 방열필러는 상술한 주제수지 100 중량부에 대하여 140 ~ 320 중량부로 포함될 수 있다. 만일 방열필러가 140 중량부 미만으로 구비되는 경우 목적하는 수준으로 방열성능을 발현할 수 없을 수 있다. 또한, 만일 방열필러가 320중량부를 초과하여 구비되는 경우 방열탄성체의 경도가 증가하고, 인장강도 및 신율이 저하됨에 따라서 목적하는 탄성특성 및 기계적 강도를 동시에 발현하기 어려울 수 있다.
또한, 상술한 방열탄성체 조성물은 점도가 25℃에서 점도가 700만 내지 1,000만 cps일 수 있고, 이를 통해 성형성을 향상시킬 수 있다.
상술한 방열탄성체 조성물은 (1) 주제수지, 가류제 및 방열필러를 포함하는 방열탄성체 조성물을 준비하는 단계; 및 (2) 상기 방열탄성체 조성물을 소정의 형상을 가지도록 열 및 압력을 가해 성형하는 단계;를 포함하여 방열탄성체로 제조될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 본 발명에 따른 (1) 단계로써, 주제수지, 가류제 및 방열필러를 포함하는 방열탄성체 조성물을 준비하는 단계를 수행한다.
상기 (1) 단계는 바람직하게는 방열필러의 분산성 향상, 후술하는 (2) 단계에서 형성되는 방열탄성체의 탄성매트릭스의 물성을 목적하는 수준으로 온전히 구현할 수 있도록 혼련되기 위하여 1-1) 주제수지에 충진보강제 및 물성증진성분을 더 구비하여 혼련된 프리폼 조성물을 제조하는 단계; 및 1-2) 상기 프리폼 조성물에 방열필러를 투입 및 혼련하는 단계; 및 1-3) 가류제를 투입 및 혼련하여 방열탄성체 조성물을 제조하는 단계;를 포함하여 수행할 수 있다.
상기 (1) 단계에서 방열탄성체 조성물에 구비된 각 조성 및 조성비에 대한 설명은 상술한 방열탄성체 조성물에 대한 설명과 동일하므로 구체적 설명은 생략한다. 상기 1-1) 단계는 니더(kneader)장치를 통해 1 ~ 2시간 동안 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 1-2) 단계 역시 니더장치를 통해 수행될 수 있으며, 1 ~ 5시간 동안 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 (2) 단계로써, 상기 방열탄성체 조성물을 소정의 형상을 가지도록 열을 가해 성형하는 단계;를 수행한다.
상기 성형은 압축성형, 압출성형, 사출성형, 주입성형 및 불기식 성형 등 공지된 성형방법을 채용할 수 있으며, 목적하는 방열탄성체의 형상을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 일예로 전선이나 튜브와 같은 연속형상인 경우 압출성형이 적합할 수 있고, 특정한 형으로 성형하는 경우 압축성형, 사출성형 등이 응용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 성형시 성형온도 및 시간은 성형방법, 가류제의 종류나 목적하는 탄성체의 치수에 의해 변경될 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으나, 일예로 금형에서 압축성형 시, 150 ~ 250℃에서 1 ~ 30분 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 150 ~ 180℃에서 3 ~ 10분 동안 수행될 수 있다. 또한, 이때 압력이 더 가해질 수 있는데, 일예로 10 ~ 100㎏f/㎠일 수 있고, 보다 바람직하게는 30 ~ 80㎏f/㎠의 압력이 가해질 수 있다. 열과 함께 압력이 가해지는 경우 균일한 방열 탄성체가 제조되고, 탄성체 내에 방열필러 간의 간격이 조밀해지므로 열전도 성능이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (2) 단계 이후 미반응된 가류제를 소실시키기 위하여 200 ~ 300℃, 보다 바람직하게는 200 ~ 250℃ 온도의 열을 1 ~ 4시간 재처리하는 단계를 더 수행할 수 있다. 이때, 처리되는 온도는 (2) 단계에서 성형시 가해진 열의 온도보다 높게 설정되는 것이 좋고, 미반응된 가류제의 소실을 용이하게 하는 등 본 발명의 목적달성에 유리하도록 바람직하게는 10℃ 이상 높게 처리됨이 바람직하다.
상술한 제조방법을 통해 제조된 방열탄성체는 탄성매트릭스 및 상기 탄성매트릭스에 분산된 방열필러를 포함한다. 탄성매트릭스 형성성분이 가류 반응되어 형성된 탄성매트릭스 100 중량부에 대해 방열필러는 140 ~ 320 중량부로 포함될 수 있다. 또한, 상기 방열탄성체는 열전도도가 0.5 ~ 3.0 W/m·K일 수 있다. 또한, 상기 방열탄성체는 인장강도가 20 ~ 60 ㎏f/㎝2 이고, 신율이 65 ~ 180%일 수 있다. 또한, 상기 방열탄성체는 경도(Shore A)가 45 ~ 75일 수 있으며, 이를 통해 진동 등 외부에서 인가되는 물리적 충격에 의해 방열체가 손상, 변형되지 않으면서도 발열체로 전달되는 물리적 충격을 현저히 감쇄시키기에 유리하고, 동시에 우수한 방열특성을 발현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방열탄성체는 다양한 분야에 적용될 수 있는데, 일예로 배터리 팩용 방열카트리지에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지(100,200,300)는 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이 본체(110,210,310) 및 방열탄성체(120)를 포함할 수 있다.
상기 본체(110,210,310)는 배터리 팩의 구성시 복수 개의 배터리(10)를 개별적으로 지지하기 위한 것으로써, 상기 배터리(10)의 테두리를 지지하면서 상기 배터리(10)를 수용하기 위한 수용공간(S)을 갖는 고리 형상의 프레임구조물로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 본체(110,210,310)는 서로 마주하도록 이격배치 되는 한 쌍의 제1,2가이드부재(111,112) 및 상기 제1,2가이드부재(111,112)의 사이에 배치되고 서로 마주하도록 이격배치되는 한 쌍의 제3,4가이드부재(113,114)를 포함할 수 있으며, 상기 제3,4가이드부재(113,114)의 양 단부측에 상기 제1,2가이드부재(111,112)의 일단부가 각각 연결될 수 있다(도 1, 도 6 및 도 8 참조).
이로써, 상기 본체(110,210,310)는 상기 제1,2,3,4가이드부재(111,112,113,114)에 의해 규정되고 상,하부가 개방된 수용공간(S)이 형성됨으로써 상기 배터리(10)가 상기 수용공간(S) 측에 배치될 수 있다.
이때, 상기 제1,2,3,4가이드부재(111,112,113,114)의 내면은 상기 배터리(10)의 테두리를 지지할 수 있도록 소정의 기울기를 갖는 경사면(118a,118b)으로 형성될 수 있으며, 상기 경사면(118a,118b)은 서로 반대 방향의 기울기를 갖는 제1경사면(118a) 및 제2경사면(118b)으로 형성될 수 있다(도 3 및 도 4 참조).
일례로, 상기 제1경사면(118a) 및 제2경사면(118b)은 상기 제1,2,3,4가이드부재(111,112,113,114)의 폭의 중앙부에서 양 단부측으로 갈수록 기울기가 반대방향으로 형성됨으로써 상기 수용공간(S) 측으로 중앙부가 돌출되도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 경사면(118a,118b)은 수평면일 수도 있고 소정의 곡률을 갖는 곡면일 수도 있으며, 상기 제1경사면(118a) 및 제2경사면(118b)의 높이는 서로 동일한 크기를 가질 수 있다.
즉, 상기 수용공간(S)은 상기 제1경사면(118a)에 의해 규정되는 제1수용공간(S1)과 상기 제2경사면(118b)에 의해 규정되는 제2수용공간(S2)으로 형성될 수 있으며, 상기 제1수용공간(S1) 및 제2수용공간(S2)은 서로 동일한 체적을 갖도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 복수 개의 방열 카트리지(100,200,300)를 순차적으로 적층시켜 배터리 팩을 구현하는 경우, 상기 수용공간(S) 측에 배치되는 배터리(10)는 서로 적층된 두 개의 방열 카트리지(100,200,300) 중 하측에 배치되는 방열 카트리지(100,200,300)에 형성된 제2수용공간(S2) 측에 전체 두께 중 일부의 두께(바람직하게는 절반의 두께)가 수용될 수 있고 상측에 배치되는 방열 카트리지(100,200,300)에 형성된 제1수용공간(S1) 측에 나머지 두께가 수용됨으로써 전체 두께가 수용될 수 있으며, 동일한 방식으로 복수 개의 배터리(10)가 서로 인접하는 두 개의 방열 카트리지(100,200,300) 사이에 수용될 수 있다.
이로 인해, 본 발명에 따른 방열 카트리지(100,200,300)를 통해 구현된 배터리 팩은 하나의 방열 카트리지(100,200,300)의 두께와 하나의 배터리의 두께가 서로 실질적으로 동일한 두께를 갖게 되므로 동일면적 대비 많은 수의 배터리를 장착할 수 있어 배터리 팩의 슬림화 및 고용량화를 구현할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지(100,200,300)는 복수 개의 가이드부재(111,112,113,114) 중 적어도 어느 하나가 금속재질로 이루어짐으로써 상기 배터리(10)에서 발생되는 열을 효율적으로 방출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리(10)의 길이방향 테두리를 지지하는 제1가이드부재(111) 및 제2가이드부재(112) 중 적어도 어느 하나의 가이드부재가 금속재질로 이루어질 수 있으며, 금속재질로 이루어진 가이드부재는 외면이 열교환기 또는 냉각 챔버와 같은 냉각수단과 직접 접촉되는 제1가이드부재(111)일 수 있다. 여기서, 상기 금속은 열전도도가 우수하고 가격이 저렴한 알루미늄일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 종류의 금속이 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
이에 따라, 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지(100,200,300)는 상기 배터리(10)로부터 발생된 열이 금속재질로 이루어진 제1가이드부재(111)로 전달된 후 상기 냉각수단 측으로 이동되어 신속하게 방열될 수 있다.
이때, 상기 제1가이드부재(111)의 외면은 폴리싱 공정을 통해 표면에 형성된 미세한 요철들이 제거될 수 있다. 이를 통해, 상기 제1가이드부재(111)의 외면과 냉각수단의 밀착율을 높여줌으로써 열의 방출 능력을 증대시킬 수 있다.
더불어, 상기 제2가이드부재(112) 역시 상기 제1가이드부재(111)와 마찬가지로 금속 재질로 이루어진 경우 상기 제2가이드부재(112)의 외면에는 길이방향을 따라 인입형성되는 복수 개의 방열홈(112a)이 형성되어 외기와의 접촉면적을 넓혀줌으로써 상기 배터리(10)에서 제2가이드부재(112) 측으로 전달된 열의 방출 효율을 높여줄 수 있다(도 11 참조).
한편, 방열성능을 위해 금속재질로 형성된 제1가이드부재는 배터리와 직접적으로 접촉하게 되는데, 이 경우 본체에 가해지는 충격, 진동 등의 외력은 배터리 손상 등을 유발시킬 수 있는 문제가 있다. 이에 이를 방지하기 위하여 상기 제1가이드부재(111)의 내면에 방열탄성체(120)가 배치될 수 있으며, 이를 통해 수용공간(S1,S2) 측에 배치되는 배터리(10)와 금속재질로 이루어진 제1가이드부재(111)간의 직접적인 접촉과 배터리와 제1가이드부재(111) 간 형성될 수 있는 유격을 방지함으로써 금속간의 직접적인 마찰에 의한 배터리의 손상 등의 문제를 원천적으로 방지할 수 있다. 또한, 방열탄성체(120)의 우수한 방열성능을 통해 배터리(10)로부터 발생된 열을 제1가이드부재(111) 측으로 원활하게 전달할 수 있다. 이때, 상기 방열탄성체(120)는 탄성력이 있는 방열체일 수 있고, 일예로 탄성매트릭스 내 방열필러가 분산된 형태일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 방열탄성체(120)는 진동 등 외부에서 인가되는 물리적 충격에 의해 방열체가 손상, 변형되지 않으면서도 발열체로 전달되는 물리적 충격을 현저히 감쇄시키기에 유리하고, 동시에 우수한 방열특성을 발현할 수 있도록 상술한 방열탄성체 조성물을 통해 성형된 방열탄성체일 수 있다.
더불어, 복수 개의 방열 카트리지(100,200,300)를 적층시켜 배터리 팩을 구현하고 상기 제1가이드부재(111)의 외면이 냉각수단과 접하도록 배터리 팩을 배치하는 경우, 상기 제1가이드부재(111) 측으로부터 수용공간(S)에 배치된 배터리(10)로 전달될 수 있는 자중, 진동과 같은 하중이 방열탄성체(120)에 의해 흡수됨으로써 배터리(10)를 안정적으로 보호할 수 있다.
한편, 제2가이드부재(112)가 금속 재질로 이루어진 경우 상기 제2가이드부재(112)의 내면에도 방열탄성체(120)를 배치함으로써 금속간의 접촉에 의한 마모나 손상 등과 같은 문제를 해결하면서도 상기 배터리(10)로부터 발생된 열을 제2가이드부재(112) 측으로 원활하게 전달할 수 있다.
또한, 상기 방열탄성체(120)는 상기 제1가이드부재(111)의 내면에 착탈가능하게 결합될 수 있다. 이를 통해, 상기 방열탄성체(120)의 교체나 보수가 필요한 경우 간편하게 제1가이드부재(111)로부터 분리한 후 교체할 수 있으며, 조립 공정에서도 신속한 체결이 가능하므로 작업생산성을 높일 수 있다.
이를 위해, 상기 제1가이드부재(111)의 내면에는 길이방향을 따라 내측으로 인입되는 수용홈(117)이 형성될 수 있으며, 상기 방열탄성체(120)의 전체 두께 중 일부의 두께가 상기 수용홈(117)에 끼움결합될 수 있다(도 2 참조).
이에 따라, 상기 방열탄성체(120)는 상기 수용홈(117)에 삽입되어 제1가이드부재(111)와 결합된 상태에서 일부가 상기 제1가이드부재(111)의 내면으로부터 돌출됨으로써 상기 배터리(10)의 테두리측이 밀착될 수 있도록 한다.
한편, 상기 수용홈(117) 및 방열탄성체(120) 측에는 상기 수용홈(117)에 체결된 방열탄성체(120)가 용이하게 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 서로 대응되는 이탈방지구조가 형성될 수 있다. 이는, 다수 개의 배터리(10) 및 방열 카트리지(100,200,300)를 적층하여 배터리 팩을 구현하는 경우 상기 방열탄성체(120)가 수용홈(117)으로부터 작업자의 의도와 상관없이 분리되는 것을 방지하기 위함이다.
이를 위해, 상기 수용홈(117)은 서로 마주하는 한 쌍의 측벽(117b,117c)이 상기 수용홈(117)의 바닥면(117a)을 향해 일정각도 경사지게 형성될 수 있다. 더불어, 상기 방열탄성체(120)는 상기 수용홈(117)에 삽입되는 제1부분(121)과 상기 배터리(10)의 테두리가 접촉되는 제2부분(122)을 포함하고, 상기 제1부분(121)의 측면 및 제2부분(122)의 측면이 단차면으로 형성될 수 있다(도 3 및 도 10 참조).
이에 따라, 상기 제1부분(121)의 측면 및 제2부분(122)의 측면을 포함하는 방열탄성체(120)의 측면 측에는 단차면을 통해 상기 수용홈(117)을 구성하는 측벽(117b,117c)의 단부측이 삽입될 수 있는 소정의 공간이 형성됨으로써 상기 수용홈(117)에 삽입된 제1부분(121)이 용이하게 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 제1부분(121)의 측면은 상기 수용홈(117)의 바닥면을 향해 소정의 각도로 기울어진 측벽(117b,117c)과 동일한 각도의 기울기를 갖도록 형성될 수 있다. 더불어, 상기 수용홈(117)에 체결된 상태에서 외부로 노출되는 제2부분(122)의 일면은 상기 제1가이드부재(111)의 내면과 마찬가지로 폭의 중앙부를 기준으로 서로 반대방향으로 기울어지는 제3경사면(123a) 및 제4경사면(123b)이 형성될 수 있으며, 상기 제3경사면(123a)은 상기 제1경사면(118a)과 평행하게 형성되며 상기 제4경사면(123b)은 상기 제2경사면(118b)과 평행하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 복수 개의 방열 카트리지(100,200,300)를 순차적으로 적층시켜 배터리 팩을 구현하는 경우, 상기 수용공간(S1,S2) 측에 배치되는 배터리(10)는 서로 적층된 두 개의 방열 카트리지(100,200,300) 중 하측에 배치되는 방열 카트리지(100,200,300)에 형성된 제2수용공간(S2) 측에 전체 두께 중 일부의 두께(바람직하게는 절반의 두께)가 수용될 수 있고 상측에 배치되는 방열 카트리지(100,200,300)에 형성된 제1수용공간(S1) 측에 나머지 두께가 수용됨으로써 전체 두께가 수용될 수 있으며, 동일한 방식으로 복수 개의 배터리(10)가 서로 인접하는 두 개의 방열 카트리지(100,200,300) 사이에 수용될 수 있다.
한편, 상기 제2가이드부재(112)가 금속 재질로 이루어지고 그 내면에 방열탄성체(120)가 배치되는 경우 상기 제2가이드부재(112)와 방열탄성체(120)의 결합방식은 상기 제1가이드부재(111)와 방열탄성체(120)의 결합방식이 동일하게 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 제3,4가이드부재(113,114)는 서로 이격배치되는 제1,2가이드부재(111,112)를 상호 연결하면서 상기 수용공간(S)에 배치된 배터리(10)로부터 인출되는 두 개의 단자(12a,12b)를 고정하기 위한 것이다.
여기서, 상기 배터리(10)로부터 인출되는 두 개의 단자(12a,12b)는 배터리 몸체의 양 단부 측에 하나씩 위치하도록 형성될 수 있으며, 두 개의 단자(12a,12b) 중 어느 하나는 상기 제3가이드부재(113) 측에 고정될 수 있고 나머지 단자는 상기 제4가이드부재(114) 측에 고정될 수 있다. 더불어, 상기 두 개의 단자(12a,12b)는 상기 제3가이드부재(113) 및 제4가이드부재(114)의 내면을 제외한 나머지 면을 감싸도록 상기 제3,4가이드부재(113,114) 측에 고정될 수 있다(도 14 참조).
이에 따라, 다수 개의 배터리(10) 및 방열 카트리지(100,200,300)를 적층하여 배터리 팩을 구현하는 경우 각각의 배터리(10)로부터 인출된 단자(12a,12b)들은 서로 이웃하는 제3가이드부재(113) 사이 및 제4가이드부재(114) 사이에 위치하여 서로 직접 접촉됨으로써 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 제3가이드부재(113) 및 제4가이드부재(114)는 절연체로 이루어질 수 있다. 이는, 상기 배터리(10)의 단자(12a,12b)를 고정한 상태에서 단자(12a,12b) 측에만 전기가 흐를 수 있도록 함으로써 전기적인 쇼트를 방지하기 위함이다.
이를 위해, 상기 제3가이드부재(113) 및 제4가이드부재(114)는 절연성을 갖는 고분자 수지로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 사출성형이 가능한 열가소성 고분자 수지가 사용될 수 있다. 일례로, 상기 제3가이드부재(113) 및 제4가이드부재(114)는 BN, AiN, MgO SiO2, Al2O3 등의 절연성 방열 필러가 분산된 열가소성 고분자 수지로 이루어질 수 있다.
더불어, 상기 제3가이드부재(113) 및 제4가이드부재(114)가 사출성형이 가능한 열가소성 고분자 수지로 이루어지는 경우 사출성형시 뒤틀림에 의한 변형을 방지할 수 있도록 내측으로 인입되는 적어도 하나의 홈부(116)가 형성됨으로써 서로 이웃하는 홈부(116) 사이에 보강리브(L)가 형성될 수 있다. 이와 같은 홈부(116)는 상기 제3가이드부재(113) 및 제4가이드부재(114)의 길이 중간부를 경계로 대칭적으로 형성될 수 있으며, 서로 반대면인 상면과 하면에 각각 대칭적으로 형성될 수 있다(도 1 참조).
한편, 상기 제3,4가이드부재(113,114)는 복수 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)를 일방향으로 적층하는 경우 서로 인접하는 두 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)를 상호연결하기 위한 결합구(115)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 서로 적층되는 복수 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300) 중 서로 인접하는 두 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)가 순차적으로 서로 연결됨으로써 적층된 복수 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)가 서로 일체화될 수 있다.
이와 같은 결합구(115)는 상기 제3,4가이드부재(113,114)의 일측에 배터리 팩용 카트리지의 적층방향과 동일한 방향으로 소정의 높이를 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 결합구(115)의 양면에는 서로 대응되는 돌출부(115a) 및 수용부(115b)가 각각 형성될 수 있다.
일례로, 상기 결합구(115)의 하면에는 내측으로 인입되는 수용홈의 형태로 수용부(115b)가 형성될 수 있으며, 상기 결합구(115)의 상면에는 외측으로 일정길이 돌출되는 돌출부(115a)가 형성될 수 있다(도 5 참조).
이에 따라, 복수 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)를 적층하는 경우 하부측에 배치되는 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)의 돌출부(115a)가 상부측에 배치되는 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)의 수용부(115b) 측에 각각 삽입됨으로써 상호 체결될 수 있다. 이로 인해, 복수 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)를 적층하는 과정에서 간단한 삽입을 통하여 서로 연결됨으로써 조립생산성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 결합구(115)는 상기 돌출부(115a) 및 수용부(115b)를 관통하도록 통과공(115c)이 관통형성될 수 있으며, 복수 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)를 적층하는 경우 각각의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)에 형성된 통과공(115c)이 서로 연통될 수 있다.
이에 따라, 소정의 길이를 갖는 체결바(132)를 상기 통과공(115c) 측에 삽입한 후 상기 체결바(132)의 양단에 너트부재와 같은 고정부재(134)를 체결하게 되면 서로 적층된 복수 개의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)가 상기 체결바(132)를 매개로 일체화됨으로써 각각의 배티러 팩용 카트리지(100,200,300)가 적층체로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 더불어, 상기 체결바(132)의 양단측에 결합된 고정부재를 통해 적층된 각각의 배터리 팩용 카트리지(100,200,300)를 서로 밀착시켜줌으로써 각각의 배터리(10)로부터 인출된 단자(12a,12b)들 간의 접촉력을 높일 수 있다(도 12 내지 도 14 참조).
여기서, 상기 결합구(115)는 상기 체결바(132)가 통과하는 통과공(115c) 측에 공지의 부싱(131)이 삽입됨으로써 상기 결합구(115)가 외력이나 과도한 체결력에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다(도 2 참조).
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지(100,200,300)는 상기 본체(110,210,310)를 구성하는 복수 개의 가이드부재(111,112,113,114)가 일체로 형성될 수도 있고, 일부 또는 전체의 가이드부재(111,112,113,114)가 체결방식을 통해 상호 조립되는 형태일 수도 있다.
일례로, 상기 본체(110)는 인서트 몰딩 방식을 통하여 복수 개의 가이드부재(111,112,113,114)가 일체로 형성될 수 있다(도 6 및 도 7 참조). 구체적으로, 상기 제1가이드부재(111)만 금속재질로 이루어지거나 제1가이드부재(111) 및 제2가이드부재(112)가 모두 금속재질로 이루어진 경우 금속재질로 이루어진 가이드부재를 금형의 내부에 배치한 상태에서 절연성 방열 필러가 분산된 고분자수지를 상기 금형 내부로 주입하여 인서트 몰딩을 통해 나머지 가이드부재를 형성함으로써 상기 본체(110)를 일체형으로 형성할 수 있다.
다른 예로써, 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지(100)는 상기 제1가이드부재(111)가 금속재질로 이루어지고 나머지 가이드부재(112,113,114)가 비금속재질로 이루어진 경우 상기 제1가이드부재(111)가 일체로 형성된 나머지 가이드부재(112,113,114)측에 착탈가능하게 결합됨으로써 본체(110)가 구성될 수 있다(도 1 및 도 2 참조). 구체적으로, 절연성 방열 필러가 분산된 고분자수지를 이용하여 인서트 몰딩을 통해 제2가이드부재(112)의 양 단부측에 상기 제3,4가이드부재(113,114)가 일체로 연결된 사출물을 형성하고, 상기 제3,4가이드부재(113,114)의 자유단부측에 상기 제1가이드부재(111)의 양단부측이 볼트부재와 같은 체결부재(133)를 매개로 착탈가능하게 결합될 수 있다. 여기서, 상기 제3,4가이드부재(113,114)의 자유단부측에는 인서트 몰딩시 상기 체결부재(133)와의 체결을 위한 너트부재(119)가 매립될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제2가이드부재(112)가 금속재질로 이루어진 경우 상기 제2가이드부재(112)는 전술한 인서트 몰딩 방식을 통하여 제3,4가이드부재(113,114)와 일체로 형성될 수도 있다.
또 다른 예로써, 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지(300)는 상기 제1가이드부재(111) 및 제2가이드부재(112)의 양 단부측이 상기 제3,4가이드부재(113,114)의 양단부 측에 볼트부재와 같은 체결부재(133)를 매개로 각각 결합됨으로써 상기 본체(310)가 구성될 수 있다(도 8 및 도 9 참조). 이를 통해, 본 발명에 따른 배터리 팩용 방열 카트리지(300)는 복수 개의 가이드부재(111,112,113,114) 및 방열탄성체(120)가 모두 조립방식을 통해 상호 체결될 수 있다. 이와 같은 경우 상기 제3,4가이드부재(113,114)의 양단부측에는 상기 체결부재(133)와의 체결을 위한 너트부재(119)가 각각 매립될 수 있다. 이때, 금속재질로 이루어진 가이드부재는 제1가이드부재(111)일 수도 있고, 제1가이드부재(111) 및 제2가이드부재(112)일 수도 있지만, 상기 제3,4가이드부재(113,114)는 배터리(10) 단자(12a,12b)와의 전기적인 절연을 위하여 절연체로 형성된다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
주제수지로 중량평균분자량이 54만, 점도가 1000만 cps인 메틸비닐실리콘 검 100중량부를 니더에 투입한 후, 충진보강제로 비표면적이 275㎡/g이고, 평균입경이 12㎚인 흄드 실리카 22 중량부와, 물성증진성분으로 중합도가 17인 메틸비닐실리콘을 6.25 중량부를 투입하여 90분간 혼련하였다. 이후 주제수지 100 중량부에 대해 평균입경이 8㎛인 알루미나를 150 중량부 니더에 투입하여 혼합하였다. 혼합된 혼합물을 2-Roll에서 혼합하면서 가류제로서 유기과산화물인 2,5-디메틸-2,5-t-부틸헥산퍼옥사이드(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy) hexane)를 주제수지 100 중량부에 대하여 0.31 중량부 투입하여 혼합 및 탈포하여 점도가 25℃에서 820만 cps인 방열탄성체 조성물을 제조하였다.
이후 제조된 조성물을 프레스 금형에 넣고 160℃ 온도의 열과 50㎏f/㎠의 압력을 6분간 가해 1차 가류를 수행했고, 이후 몰딩된 성형체의 미반응 가류제를 완전히 제거하기 위하여 210℃온도에서 2시간 2차 가류를 실시하여 표 1과 같은 가로, 세로, 높이가 각각 2㎝인 방열탄성체를 제조하였다.
<실시예 2 ~ 3>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1과 같이 방열탄성체 조성물의 조성을 변경하여 하기 표 1과 같은 방열탄성체를 제조하였다.
<비교예 1 ~ 2>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1과 같이 방열탄성체 조성물의 조성을 변경하여 하기 표 1과 같은 방열탄성체를 제조하였다.
<실험예1>
실시예1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 방열탄성체에 대하여 하기의 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.
먼저, 열전도도는 ASTM E 1461의 방법으로 측정하였다. 또한, 경도는 경도계(Shore-A)를 이용하여 측정하였다. 또한, 인장강도 및 신율은 인장시험기(UTM)을 이용하여 측정하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
방열탄성체 조성물 방열필러
(중량부)		 150 225 300 130 320
방열탄성체 열전도도
(W/m˙k)		 0.7 1.0 1.3 0.4 1.4
Shore A 55 60 70 40 80
인장강도
(㎏f/㎠)		 59 53 45 62 33
신율(%) 145 105 75 160 51
표 1에서 확인할 수 있듯이, 방열필러가 본 발명에 따른 함량을 벗어나게 포함된 비교예1과 비교예2보다 실시예 1 내지 3이 열전도도, 경도, 인장강도 및 신율 측면에서 모두 우수한 것을 확인할 수 있다. 특히 비교예 1의 경우 열전도도를 제외한 경도, 인장강도, 신율은 실시예1에 대비하여 다소 우세했으나, 열전도도의 감소폭이 나머지 물성의 증가폭보다 현저히 큰 것을 확인할 수 있다.
<실시예 4 ~ 9>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 2와 같이 방열탄성체 조성물을 변경하여 가로, 세로, 높이가 각각 20㎝, 20㎝, 3㎝인 방열탄성체를 제조하였다.
<실험예 2>
실시예 4 내지 9에서 제조된 방열탄성체에 대하여 하기의 물성을 평가하여 표 2에 나타내었다.
먼저, 열전도도 균일성은 내부 온도가 25℃인 챔버에 시편을 배치시킨 뒤, 시편 정중앙 하부면에 직경이 2㎝인 20W 세라믹 발열원을 위치시켰다. 이후 시편 상부면 정중앙으로부터 측면을 향해 15㎝ 떨어진 4지점의 초기온도를 측정한 뒤, 세라믹 발열원에 전원을 인가한 후 각 지점에서 온도가 10℃ 상승하는데 소요되는 시간을 초단위로 측정하였다. 측정된 4지점의 소요시간에 대한 표준편차를 계산하였고, 그 결과값인 표준편차가 작을수록 방열특성이 균일하다고 볼 수 있다.
다음으로 형상복원력은 시편을 챔버 내 배치시킨 뒤 시편의 두께가 1㎝가 되도록 시편의 상부면에서 소정의 압력을 가한 후, 챔버의 온도를 100℃로 조정했다. 이후 50시간 뒤 시편을 챔버에서 꺼낸 다음 압력이 해제된 상태에서 25℃ 상온에서 1시간 동안 방치했다. 이후 시편의 두께를 다시 측정하여 초기 두께를 100%라고 했을 때 최종 두께를 백분율로 나타내었다.
실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8 실시예9
방열탄성체
조성물		 물성증진성분
(종류/중합도/함량)		 A/17/
6.25		 A/17/
9.7		 A/17/
11.2		 A/17/
3.3		 A/17/
2.5		 A/28/
6.25
방열탄성체 열전도도
균일성(초)		 0.15 0.12 0.11 0.19 0.24 0.17
형상복원력(%) 96 93 86 98 98 88
* A는 메틸비닐실리콘임.
표 2를 통해 확인할 수 있듯이, 물성증진성분의 함량이 본 발명의 바람직한 범위 내인 실시예4, 5, 7이 범위 밖인 실시예 5 및 8보다 열전도도 균일성과 형상복원력을 동시에 달성하기에 적합한 것을 확인할 수 있다.
<실시예 10 ~ 21>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 입경이 서로 다른 제1방열필러와 제2방열필러의 중량 총합이 실시예1과 동일하게 하고, 제1방열필러 및 제2방열필러의 입경과 함량은 각각 하기 표 3과 같이 변경하여 가로, 세로, 높이가 각각 15㎝, 15㎝, 5㎝인 방열탄성체를 제조하였다. 이때, 하기 표 3의 제2방열필러 중량부는 제1방열필러 100 중량부를 기준한 것이다.
<실험예3>
실시예 10 내지 21에서 제조된 방열탄성체에 대하여 하기의 물성을 평가하여 표 3에 나타내었다.
먼저, 열전도 특성은 실험예 2의 방법을 통해 열전도도를 측정하되, 전원을 인가한 뒤 시편 상부면 네 꼭지점의 20분뒤 온도를 측정하여 평균값을 측정하였다. 이때, 실시예 10의 평균값을 100으로 기준하여 나머지 실시예 11 내지 21의 평균값을 상대적으로 나타내었다.
다음으로, 열전도도 균일성을 평가하기 위하여, 실험예 2와 동일하게 실시하되, 상부면 정중앙에서 10㎝ 떨어진 4지점에 대해 온도가 10℃ 상승하는데 소요되는 시간을 초단위로 측정하였고, 측정된 4지점의 소요시간에 대한 표준편차를 계산하였다.
실시예10 실시예11 실시예12 실시예13 실시예14 실시예15 실시예16 실시예17
방열탄성체
조성물		 제1방열필러(평균입경(㎛)/중량부) 8 / 100 8 / 100 8 / 100 8 / 100 8 / 100 8 / 100 8 / 100 8 / 100
제2방열필러(평균입경(㎛)/중량부) 불포함 11 /155 12.5 / 155 20 / 155 29 / 155 45 / 155 55/ 155 12.5/
140
방열탄성체 열전도 특성(%) 100 110 110 112 113 111 110 106
열전도 균일성(초) 0.20 0.16 0.11 0.08 0.12 0.12 0.15 0.12
실시예18 실시예19 실시예20 실시예21
방열탄성체
조성물		 제1방열필러(평균입경(㎛)/중량부) 8 / 100 8 / 100 8 / 100 -
제2방열필러(평균입경(㎛)/중량부) 12.5/
300		 12.5/
480		 12.5/
550		 30.3/ 100
방열탄성체 열전도 특성(%) 123 130 132 118
열전도 균일성(초) 0.14 0.16 0.22 0.32
위의 표 3과 표 4를 통해 확인 할 수 있듯이,
방열필러를 소정의 평균입경을 갖는 1종만 구비한 실시예 10과 실시예 21에서 두 시편 모두 열전도 균일성에서 매우 열악한 것을 확인할 수 있다.
이에 반하여 실시예 11 내지 19는 실시예 10과 실시예 21에 비해 열전도 균일성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100,200,300 : 배터리 팩용 방열 카트리지
110.210,310 : 본체 111 : 제1가이드부재
112 : 제2가이드부재 113 : 제3가이드부재
114 : 제4가이드부재 115 : 결합구
116 : 홈부 117 : 수용홈
119 : 너트부재 120 : 방열탄성체
131 : 부싱 132 : 체결바
133 : 체결부재

Claims (18)

  1. 고무계 화합물을 포함하는 주제수지 및 가류제를 포함하는 탄성매트릭스 형성성분 100 중량부에 대하여 방열필러를 140 ~ 320 중량부로 포함하는 방열탄성체 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주제수지는 메틸비닐 실리콘 검, 디메틸 실리콘 검, 메틸페닐 실리콘 검, 불소실리콘 검, 하이드록실디메틸실리콘 검 및 메틸비닐실리콘 검으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 실리콘 생고무를 포함하며,
    상기 가류제는 유황계 가류제, 유기 과산화물 및 금속산화물 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열탄성체 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방열필러는
    산화마그네슘, 수산화마그네슘, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 수산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 탄화규소 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 전기비전도성 방열필러, 및
    그라파이트, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙, 전도성 카본(Electrically Conductive Carbon), 은, 구리, 니켈, 주석, 알루미늄, 아연, 철, 금 및 백금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 전기전도성 방열필러 중 어느 하나 이상을 포함하는 방열탄성체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고무계 화합물은 중량평균분자량이 50만 ~ 60만인 실리콘 생고무인 방열탄성체 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    흄드실리카, 침강실리카, 쿼츠(Quartz), 셀라이트(Celite) 및 탄산칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 충진보강제를 상기 주제수지 100 중량부에 대하여 20 ~ 40 중량부 더 구비하는 방열탄성체 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    가소성 및 방열필러의 분산성 향상을 위한 물성증진성분을 주제수지 100 중량부에 대하여 3 ~ 10 중량부 더 구비하며,
    상기 물성증진성분은 하이드록시기를 갖는 메틸비닐실리콘, 디메틸실리콘, 알콕시기를 갖는 디메틸실리콘, 아미노기를 갖는 디메틸실리콘로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 방열탄성체 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열필러는 평균입경이 1 내지 10㎛인 제1방열필러 100 중량부에 대하여 평균입경이 10㎛ 초과 ~ 50㎛인 제2방열필러를 150 ~ 500 중량부로 포함하는 방열탄성체 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가류제는 주제수지 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부로 포함되는 방열탄성체 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    25℃에서 점도가 700만 내지 1,000만 cPs인 방열탄성체 조성물.
  10. (1) 주제수지, 가류제 및 방열필러를 포함하는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방열탄성체 조성물을 준비하는 단계; 및
    (2) 상기 방열탄성체 조성물을 소정의 형상을 가지도록 열 및 압력을 가해 성형하는 단계;를 포함하는 방열탄성체 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (1) 단계는
    1-1) 주제수지에 충진보강제 및 물성증진성분을 더 구비하여 혼련된 프리폼 조성물을 제조하는 단계; 및
    1-2) 상기 프리폼 조성물에 방열필러를 투입 및 혼련하는 단계; 및
    1-3) 가류제를 투입 및 혼련하여 방열탄성체 조성물을 제조하는 단계;를 포함하는 방열탄성체 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 (2) 단계는 150 ~ 250℃ 온도의 열과 30 ~ 80㎏f/㎠의 압력을 3분 내지 30분 처리하여 수행되는 방열탄성체 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 (2) 단계 이후에 미반응된 가류제를 소실시키기 위하여 200 ~ 300℃ 온도의 열을 1 ~ 4시간 재처리 하는 방열탄성체 제조방법.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방열탄성체 조성물이 성형되어 형성된 방열탄성체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 방열탄성체는 열전도도가 0.5 ~ 3.0 W/m·K인 방열탄성체.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 방열탄성체는 인장강도가 35 ~ 65 ㎏f/㎝2 이고, 신율이 65 ~ 180%이며, 경도(Shore A)가 45 ~ 75인 방열탄성체.
  17. 제14항에 따른 방열탄성체를 포함하는 배터리 팩용 방열카트리지.
  18. 제17항에 따른 배터리 팩용 방열카트리지; 및
    상기 배터리 팩용 방열카트리지에 수용된 배터리;를 포함하는 배터리팩.
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