KR20180077051A

KR20180077051A - 복합 재료 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20180077051A
Application number: KR1020170178229A
Authority: KR
Inventors: 고지 나카니시
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-07-06
Also published as: RU2017145295A; RU2696472C2; JP2018109101A; CA2990105A1; BR102017027752A2; US10549461B2; CN108250691B; CA2990105C; CN108250691A; KR102109322B1; MY185069A; JP6620736B2; RU2017145295A3; TW201823325A; US20180178421A1; EP3342809A1; TWI674286B

Abstract

무기 재료로 이루어지는 인편상의 필러 (3) 와, 필러 (3) 를 결합하는 열경화성 수지로 이루어지는 결합 수지 (4) 를 구비한 복합 재료 (1) 로서, 복합 재료 (1) 는, 복수의 보이드 (5) 가 분산되어 형성된 발포 재료이고, 보이드 (5) 의 내벽에는, 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치도록 필러 (3) 가 집적되어 있다.

Description

복합 재료 및 그 제조 방법{COMPOSITE MATERIAL AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 무기 재료로 이루어지는 필러와, 필러를 결합하는 결합 수지를 구비한 복합 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 이 종류의 기술로서, 일본 공개특허공보 2015-105282호 및 일본 공개특허공보 2002-317064호에는, 무기 재료로 이루어지는 필러를 결합 수지로 결합한 복합 재료가 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 2015-105282호에는, 엘라스토머로 이루어지는 기재 (결합 수지) 와, 기재 중에 배향되어 함유된 복합 입자 (필러) 를 가진 복합 재료가 개시되어 있다. 필러는, 열전도에 이방성을 갖는 열전도 이방성 입자와, 열전도 이방성 입자의 표면에 바인더에 의해 접착된 자성 입자를 함유하고, 복합 재료를 성형할 때에, 일정한 방향으로 자장을 작용시킴으로써, 필러는 복합 재료 내에 있어서 일정한 방향으로 배향된다.

일본 공개특허공보 2002-317064호에는, 협착된 상태에서 2 개의 부재 사이에 개재되고, 일방의 부재의 열을 타방의 부재에 전하는 복합 재료에 있어서, 40 ℃ 이상에서 발포되는 발포제 및 고열전도 필러를 함유하는 수지 조성물 (결합 수지) 로 형성된 발포성을 가진 복합 재료가 제안되어 있다. 이 복합 재료는, 사용시에 일방의 부재의 열에 의해 발포된다. 복합 재료의 결합 수지는, 경화된 상태의 열경화성 수지로 이루어지고, 열경화성 수지에는, 발포시에 복합 재료가 자유롭게 팽창될 수 있게 되는 연질의 수지가 선정되어 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 2015-105282호의 복합 재료는, 성형시의 자장에 의해 일정 방향으로 필러가 배열되기 때문에, 그 방향에 있어서의 복합 재료의 열전도성은 양호하다. 그러나, 이것과 교차하는 방향에서는, 필러끼리가 떨어져 결합 수지에 의해 결합되어 있기 때문에, 열전도성은 충분한 것이라고는 할 수 없으며, 열전도성을 높이기 위해서는, 필러를 보다 많이 첨가 (충전) 해야 한다. 이 필러의 증량에 의해, 성형시에 결합 수지 본래의 유동성이 저하될 우려가 있다.

한편, 일본 공개특허공보 2002-317064호의 복합 재료에서는, 성형시의 결합 수지의 유동 방향을 따라 필러가 배열된 상태에서, 결합 수지 (열경화성 수지) 를 경화시키고 있기 때문에, 필러는 결합 수지에 구속되어 있다. 따라서, 가령 사용시에 복합 재료가 발포되었다고 해도, 필러의 배열 방향은 거의 변화하지 않아, 결합 수지의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 복합 재료의 열전도성은 충분한 것이라고는 할 수 없다.

본 발명은, 성형시의 결합 수지의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 열전도성을 높일 수 있는 복합 재료 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태는, 무기 재료로 이루어지는 인편상의 필러와, 상기 필러를 결합하는 열경화성 수지로 이루어지는 결합 수지를 구비한 복합 재료에 관한 것이다. 상기 복합 재료는, 복수의 보이드가 분산되도록 형성된 발포 재료이고, 상기 보이드의 내벽에는, 상기 필러의 평탄면끼리가 겹치도록 상기 필러가 집적되어 있다.

본 발명에 의하면, 복합 재료의 보이드의 내벽에는, 인편상의 필러의 평탄면끼리가 겹치도록 필러가 집적되어 있다. 이 때문에, 결합 수지의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서도, 겹쳐 집적된 인편상의 필러의 골격에 의해 열전도성의 패스를 형성할 수 있다. 이로써, 복합 재료의 열전도성을 저하시키는 보이드의 공간이 형성되었다고 해도, 겹쳐 집적된 필러의 골격에 의해, 보이드에 의한 열전도성의 저하를 보충하는 데에 충분한 열전도성의 향상의 효과를, 결합 수지의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서 기대할 수 있다.

또, 본 발명의 제 2 양태는, 무기 재료로 이루어지는 인편상의 필러와, 상기 필러를 결합하는 열경화성 수지로 이루어지는 결합 수지를 구비한 복합 재료의 제조 방법에 관한 것이다. 이 제조 방법은, 상기 필러와, 미경화의 상기 열경화성 수지로 이루어지는 상기 결합 수지와, 상기 열경화성 수지의 경화 온도보다 낮은 온도에서 상기 결합 수지를 발포시키는 발포제를 혼합한 혼합물을 제조하는 공정과, 상기 혼합물을 상기 경화 온도 이상에서 가열함으로써, 상기 발포제에 의해 상기 결합 수지를 발포시키고, 상기 발포제에 의해 형성된 결합 수지 내의 보이드의 내벽에, 상기 필러의 평탄면끼리가 겹치도록 상기 필러를 집적시킨 후, 상기 결합 수지를 경화시키는 공정을 포함한다.

본 발명에 의하면, 혼합물을 제조하는 단계, 또는, 이 결합 수지를 경화시키기 전에, 성형형 등에 혼합물을 투입하는 단계에서, 결합 수지의 유동 방향으로, 필러가 소정의 방향으로 배열되기 쉽다. 그러나, 결합 수지를 경화시키는 공정에 있어서, 결합 수지가 경화되기 전에, 발포제에 의해 혼합물이 발포되고, 보이드 (기포) 의 성장에 의해 필러가 밀어내어진다. 이 때, 필러의 형상이 인편상이기 때문에, 결합 수지 내의 보이드의 내벽에, 필러의 평탄면끼리가 겹치도록 필러를 집적시키고, 이 상태에서 결합 수지를 경화시킬 수 있다. 이러한 결과, 결합 수지의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 복합 재료의 열전도성을 높일 수 있다.

본 발명에 의하면, 성형시의 결합 수지의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 열전도성을 높일 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 이점들, 및 기술적 및 산업적 중요성이 첨부하는 도면들을 참조하여 이하에 기술될 것이며, 첨부하는 도면들에서, 유사한 번호들은 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 복합 재료의 모식적 단면도이다.
도 2 는, 실시예 1-1 ∼ 1-3 및 비교예 1 ∼ 3-3 의 복합 재료의 두께 방향의 열전도율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3a 는, 복합 재료에 형성된 보이드의 외관을 촬영한 사진이다.
도 3b 는, 도 3a 의 A 부의 보이드의 내벽의 확대 사진이다.
도 3c 는, 도 3b 의 사진을 확대한 사진이다.
도 4 는, 실시예 4-1 ∼ 4-16 및 비교예 4-1 ∼ 4-4 의 복합 재료의 두께 방향의 열전도율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5 는, 비교예 5-1 ∼ 5-20 의 복합 재료의 두께 방향의 열전도율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6 은, 비교예 6-1 ∼ 6-15 의 복합 재료의 두께 방향의 열전도율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7 은, 참고예 7-1 ∼ 7-9 의 복합 재료의 두께 방향의 열전도율의 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8 은, 인편상의 필러를 사용한 복합 재료에 있어서, 미발포 상태의 복합 재료의 모식적 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 복합 재료 및 그 제조 방법을 설명한다.

1. 복합 재료 (1) 에 대해

본 실시형태에 관련된 복합 재료 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 무기 재료로 이루어지는 인편상의 필러 (필러 입자) (3) 와, 인편상의 필러 (3) 를 결합하는 열경화성 수지로 이루어지는 결합 수지 (4) 를 구비하고 있다.

본 실시형태에서는, 도 1 및 후술하는 도 3b, 도 3c 에 나타내는 바와 같이, 복합 재료 (1) 는, 복수의 보이드 (5) 가 분산되도록 형성된 발포 재료이고, 보이드 (5) 의 내벽에는, 인편상의 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치도록 필러 (3) 가 집적되어 있다. 구체적으로는, 보이드 (5) 는 대략 구상이며, 그 내벽면에 인편상의 필러 (3) 가 겹치도록 집적됨으로써, 무기 재료의 골격이 형성되어 있고, 보이드 (5) 이외의 부분에는, 이 골격을 접촉하도록 필러 (3) 가 분산되어 있다.

필러 (3) 는, 무기 재료로 이루어지기 때문에, 기본적으로는 결합 수지 (4) 인 열경화성 수지보다 열전도성이 높은 재료이다. 필러 (3) 의 재료는, 1.0 W/m·K 이상의 열전도율을 갖는 것이 보다 바람직하고, 3.0 W/m·K 이상의 열전도율을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 필러 (3) 는, 인편상의 필러이면 특별히 그 재질은 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 카올리나이트, 탤크, 견운모 (세리사이트), 백운모 (머스코바이트) 및 금운모 (플로고파이트) 등의 운모, 마이카, 실리카, 그라파이트, 알루미늄 등의 금속, 육방정 질화붕소 등을 들 수 있다. 절연성을 갖고, 비자성의 특성을 가진 복합 재료를 얻는 경우에는, 육방정 질화붕소, 운모, 실리카로 이루어지는 필러가 보다 바람직하다.

필러 (3) 의 두께는 0.1 ㎛ ∼ 1.0 ㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하고, 필러 (3) 의 평탄면의 평균 길이는 5.0 ㎛ ∼ 50.0 ㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또, 필러 (3) 의 두께에 대한, 필러 (3) 의 평탄면의 평균 길이의 비율은 50 ∼ 500 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 여기서, 필러 (3) 의 평균 길이는, 1000 개의 필러에 있어서의, 필러의 평탄면과 직교하는 방향으로부터 현미경으로 평면에서 보았을 때의 필러 (3) 의 길이의 평균값이고, 필러 (3) 의 두께는, 이 평균 길이에 있어서의 필러의 중앙의 두께의 평균값이다.

필러 (3) 의 비율이 상기 범위를 만족함으로써, 제조시에 있어서, 보이드 (5) 의 내벽에, 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치도록 필러를 보다 집적시키기 쉬워진다. 여기서, 상기 서술하는 필러 (3) 의 비율이 50 미만인 경우에는, 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치기 어렵고, 그 비율이 500 을 초과하는 경우에는, 필러 (3) 가 집적되기 어렵다.

필러 (3) 의 함유량이, 복합 재료 (1) 의 전체에 대해 10 ∼ 30 질량％ 인 것이 바람직하고, 20 ∼ 60 질량％ 인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 범위로 필러 (3) 를 함유함으로써, 복합 재료 (1) 의 열전도성을 보다 바람직하게 확보함과 함께, 복합 재료 (1) 의 강도를 보다 바람직하게 확보할 수 있다.

본 실시형태에서는, 복합 재료 (1) 를 구성하는 결합 수지 (4) 는, 열경화성 수지로 이루어지고, 예를 들어, 후술하는 발포제가 발포되는 온도보다 경화 온도가 높은 온도의 수지이다. 예를 들어, 열경화성 수지로는, 예를 들어, 페놀계 수지, 우레아계 수지, 멜라민계 수지, 디알릴프탈레이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지, 아닐린계 수지, 실리콘계 수지, 푸란계 수지, 폴리우레탄계 수지, 알킬벤젠계 수지, 구아나민계 수지, 자일렌계 수지, 이미드계 수지 등을 들 수 있다.

본 실시형태에서는, 복합 재료 (1) 는, 복수의 보이드 (5) 가 발포 재료이고, 보이드 (5) 는 독립된 기포, 또는 연속된 기포 중 어느 것이어도 된다. 그러나, 보다 바람직하게는 보이드 (5) 는 독립된 기포이다. 보이드 (5) 를 독립된 기포로 함으로써, 연속된 기포에 비해, 복합 재료 (1) 내에 균일하게 보이드 (5) 를 형성할 수 있다. 보이드 (5) 의 내벽과 겹치도록 집적된 필러 (3) 에 의해, 방향에 상관 없이 복합 재료 (1) 의 열전도 패스 (P) 를 형성하기 쉬워지고, 복합 재료 (1) 는 열전도성에 있어서 등방성을 나타내는 것이 된다.

보이드 (5) 가 독립 기포인 경우, 보이드 (5) 는 대략 구상이고, 그 직경은 1 ㎛ 이상이면서 또한 500 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 보이드 (5) 의 직경은, 보다 바람직하게는 200 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 100 ㎛ 이하이다. 이로써, 보이드 (5) 에 의한 열저항의 영향을 억제하면서, 필러 (3) 의 집적에 의해, 복합 재료 (1) 의 열전도성을 높이는 효과를 보다 한층 높일 수 있다. 여기서, 보이드 (5) 의 직경은, 복합 재료 (1) 의 단면을 절단하여 그 단면을 관찰하였을 때에, 20 개의 보이드의 최대 직경을 측정하였을 때의 평균값이다.

여기서, 후술하는 열전도성을 확보할 수 있다면, 복합 재료 (1) 의 전체에 대해, 복합 재료 (1) 를 점유하는 보이드 (5) 의 점유율은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 복합 재료 (1) 의 전체에 대해 9 체적％ 이상이면서 또한 50 체적% 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 보이드 (5) 의 내벽과 겹치도록 집적된 필러 (3) 의 양을 확보할 수 있고, 성형시의 결합 수지 (4) 의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 열전도성을 높이기 쉬워진다. 보이드 (5) 의 점유율은, 복합 재료 (1) 의 전체에 대해 보다 바람직하게는 23 체적％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 33 체적％ 이상이고, 특히 바람직하게는 50 체적％ 이상이다. 이와 같은 범위를 만족함으로써, 후술하는 실시예로부터도 분명한 바와 같이, 결합 수지 (4) 의 유동 방향과 교차하는 방향 (후술하는 두께 방향) 에 있어서의 복합 재료 (1) 의 열전도성을 보다 한층 높일 수 있다.

본 실시형태에 관련된 복합 재료 (1) 에 의하면, 복합 재료 (1) 의 보이드 (5) 의 내벽에는, 인편상의 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치도록 필러 (3) 가 집적되어 있다. 이 때문에, 제조시의 결합 수지 (4) 의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서도, 겹쳐 집적된 인편상의 필러 (3) 에 의해 열전도 패스 (P) 를 형성할 수 있다. 이로써, 복합 재료 (1) 의 열전도성을 저하시키는 보이드 (5) 의 공간이 형성되었다고 해도, 겹쳐 집적된 인편상의 필러 (3) 의 골격에 의해, 보이드 (5) 에 의한 열전도성의 저하를 보충하는 데에 충분한 열전도성의 향상의 효과를, 결합 수지 (4) 의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서 기대할 수 있다.

2. 복합 재료 (1) 의 제조 방법에 대해

이하에 본 실시형태에 관련된 복합 재료 (1) 의 제조 방법에 대해 설명한다. 먼저, 상기 서술한 인편상의 필러 (3) 와, 미경화의 열경화성 수지로 이루어지는 결합 수지 (4) 와, 열경화성 수지의 경화 온도보다 낮은 온도에서 결합 수지를 발포시키는 발포제를 혼합한 혼합물을 제조한다. 또한, 혼합된 혼합물은 필요에 따라 탈포 처리를 실시해도 된다.

여기서, 필러 (3) 로서 상기 서술한 치수를 가진 필러를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 필러 (3) 의 두께에 대한, 필러 (3) 의 평탄면의 평균 길이의 비율이 50 ∼ 500 의 범위에 있는 필러를 사용함으로써, 후술하는 발포시에, 결합 수지 (4) 내의 보이드 (5) 의 내벽에, 필러 (3) 의 평탄면이 겹치도록 필러 (3) 를 집적시키기 쉬워진다.

열경화성 수지의 경화 온도보다 낮은 온도에서 결합 수지를 발포시킬 수 있다면, 열분해형 발포제 또는 증발형 발포제여도 된다. 열분해형 발포제로는, 중탄산나트륨, 탄산암모늄, 중탄산암모늄, 아지드 화합물 등의 무기계 발포제, 아조디카르본아미드, 아조비스포름아미드, 아조비스이소부티로니트릴, 디아조아미노벤젠 등의 아조 화합물, 니트로소 화합물, 술포닐히드라지드 화합물 등을 들 수 있다. 증발형 발포제로는, 에탄올 또는 물 등을 들 수 있다.

여기서, 발포제에 의해 혼합물 (결합 수지) 을 발포시킬 수 있다면, 첨가하는 발포제의 양은 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 복합 재료 (1) 를 점유하는 보이드 (5) 의 점유율이 9 체적％ 이상이 되도록, 발포제를 필러 (3) 와 결합 수지 (4) 에 혼합하는 것이 바람직하다. 또, 보이드 (5) 의 점유율이 23 체적％ 이상이 되도록 발포제를 혼합하는 것이 바람직하고, 33 체적％ 이상이 되도록 발포제를 혼합하는 것이 더욱 바람직하고, 50 체적％ 이상이 되도록 발포제를 혼합하는 것이 특히 바람직하다. 이와 같은 범위를 만족함으로써, 후술하는 실시예로부터도 분명한 바와 같이, 결합 수지 (4) 의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서의 복합 재료 (1) 의 열전도성을 보다 한층 높일 수 있다.

다음으로, 혼합물을 경화 온도 이상에서 가열함으로써, 발포제에 의해 결합 수지 (4) 를 발포시키고, 발포제에 의해 형성된 결합 수지 (4) 내의 보이드 (5) 의 내벽에, 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치도록 필러 (3) 를 집적시킨 후, 결합 수지 (4) 를 경화시킨다. 이 때, 얻어진 혼합물을 성형형 내에 도입 후, 성형형 내에서 혼합물을 가열함으로써 결합 수지 (4) 를 경화시켜도 된다.

상기 서술한 작업에 있어서, 혼합물을 제조하는 단계, 또는, 결합 수지 (4) 를 경화시키기 전에, 성형형 등에 혼합물을 투입하는 단계에서, 결합 수지 (4) 의 유동 방향으로, 필러 (3) 가 소정의 방향으로 배열되기 쉽다 (도 8 참조). 이와 같은 상태에서는, 결합 수지 (4) 의 유동 방향을 교차하는 방향 (도 8 에 나타내는 두께 방향) 으로는, 열전도 패스 (P) 가 형성되기 어렵다.

그러나, 본 실시형태에서는, 결합 수지 (4) 를 경화시키는 공정에 있어서, 결합 수지 (4) 가 경화되기 전에, 발포제에 의해 혼합물이 발포되고, 보이드 (기포) 의 성장에 의해 필러 (3) 가 밀어내어진다. 이 때, 필러 (3) 의 형상이 인편상이기 때문에, 결합 수지 (4) 내의 보이드 (5) 의 내벽에, 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치도록 필러를 집적시키고, 이 상태에서 결합 수지를 경화시킬 수 있다. 이러한 결과, 성형시의 결합 수지 (4) 의 유동 방향과 교차하는 방향에 있어서의, 복합 재료 (1) 의 열전도성을 높일 수 있다.

여기서, 발포제가 발포되는 온도 이상, 열경화성 수지가 경화되는 온도 미만의 온도 영역에 있어서의 혼합물의 가열 시간, 선택하는 발포제의 종류, 혼합물에 첨가하는 발포제의 양에 따라, 보이드 (5) 의 크기 및 형상 등을 조정할 수 있다. 상기 서술한 온도 영역이 되는 가열 시간이 길면 (승온 속도가 빠르면), 발포제에 의해 보이드의 성장이 억제되고, 독립된 기포가 형성되기 쉬워진다. 또, 온도 영역이 되는 가열 시간 (승온 속도) 을 조절함으로써, 보이드의 직경을 조정할 수 있다.

이와 같은 조정을 실시함으로써, 본 실시형태에서는, 바람직한 양태로서, 보이드 (5) 가 독립된 기포가 되고, 보이드 (5) 의 직경이 500 ㎛ 이하가 되도록, 결합 수지 (4) 를 경화시킨다. 보다 바람직하게는 보이드 (5) 의 직경은 200 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 100 ㎛ 이하이다. 이로써, 보이드 (5) 에 의한 열저항의 영향을 억제하면서, 필러 (3) 의 집적에 의해, 복합 재료 (1) 의 열전도성을 높이는 효과를 보다 한층 높일 수 있다.

이하의 본 발명을 실시예에 의해 설명한다.

(실시예 1-1)

무기 재료로 이루어지는 인편상의 필러로서, 육방정 질화붕소 (h-BN) 로 이루어지는 필러 (덴키 화학 공업 (주) 제조 : HGP) 를 준비하였다. 이 필러는, 두께가 0.1 ㎛ 이고, 평탄면의 평균 길이가 5 ㎛ 이다. 이 필러의 두께에 대한 평탄면의 평균 길이의 비율은 50 이다.

다음으로, 이 필러를 분산시킨 상태에서 필러를 결합하는 결합 수지 (열경화성 수지) 로서, 미경화 상태의 폴리에스테르계 수지 (히타치 화성 (주) 제조 : WP2008) 를 준비하였다. 폴리에스테르계 수지의 경화 온도는 130 ℃ 이다. 이 경화 온도보다 낮은 온도에서, 폴리에스테르계 수지를 발포시키는 발포제로서, 에탄올 (비점 78 ℃) 을 준비하였다.

다음으로, 필러 60 중량부, 결합 수지 40 중량부, 및 에탄올 1 중량부의 비율로 이들을 혼합하여, 슬러리상의 혼합물을 제조하였다. 또한, 에탄올의 비율은, 필러와 결합 수지를 합한 혼합물 (에탄올을 함유하지 않음) 을 2.0 배의 체적으로 발포시킬 수 있는 비율이다.

다음으로, 혼합물을, 직경 50 ㎜, 높이 7 ㎜ 의 바닥이 있는 통상의 금형 내에 투입하였다. 다음으로, 금형 내의 혼합물을, 150 ℃ (즉 경화 온도 이상) 에서 1 시간 가열함으로써, 에탄올로 폴리에스테르계 수지를 발포시키면서, 발포된 폴리에스테르계 수지를 경화시킴으로써, 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 제조한 시험편은, 복합 재료 전체에 대해, 60 질량％ 의 인편상의 육방정 질화붕소의 필러 (비율 50) 가 폴리에스테르계 수지를 개재하여 결합된, 발포 배율 2.0 배의 복합 재료로 이루어진다.

실시예 1 에서는, 폴리에스테르계 수지를 경화시킬 때, 150 ℃ 까지 승온시키는 승온 속도를 5 ℃/분으로 함으로써, 보이드가 독립된 기포로서 복합 재료 내에 존재하고, 후술하는 SEM 관찰에 의한 보이드의 직경은 200 ㎛ 가 되었다. 또한, 시험편 (복합 재료) 의 두께 방향이, 성형시의 금형의 높이 방향에 대응하고 있고, 시험편 (복합 재료) 의 두께 방향이, 금형에 투입시의 수지의 유동 방향과 직교하는 방향으로 되어 있다.

(실시예 1-2)

실시예 1-1 과 동일하게 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 실시예 1-2 가 실시예 1-1 과 상이한 점은, 인편상의 육방정 질화붕소의 필러에, 두께가 0.1 ㎛ 이고, 평탄면의 평균 길이가 120 ㎛ 인 필러 (모멘티브·퍼포먼스·머테리얼즈 제조 : PT-120) 를 사용한 점이다. 이 필러의 두께에 대한 필러의 평탄면의 평균 길이의 비율은 120 이다. 제조한 시험편은, 복합 재료 전체에 대해, 60 질량％ 의 인편상의 육방정 질화붕소의 필러 (비율 120) 가 폴리에스테르계 수지를 개재하여 결합된, 발포 배율 2.0 배의 복합 재료로 이루어진다.

(실시예 1-3)

실시예 1-1 과 동일하게 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 실시예 1-3 이 실시예 1-1 과 상이한 점은, 인편상의 육방정 질화붕소의 필러에, 두께가 0.1 ㎛ 이고, 평탄면의 평균 길이가 45 ㎛ 인 필러 (모멘티브·퍼포먼스·머테리얼즈 제조 : PT-110) 를 사용한 점이다. 이 필러의 두께에 대한 필러의 평탄면의 평균 길이의 비율은 450 이다. 제조한 시험편은, 복합 재료 전체에 대해, 60 질량％ 의 인편상의 육방정 질화붕소의 필러 (비율 450) 가 폴리에스테르계 수지를 개재하여 결합된, 발포 배율 2.0 배의 복합 재료로 이루어진다.

(비교예 1)

실시예 1-1 과 동일하게 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 비교예 1 이 실시예 1-1 과 상이한 점은, 발포제인 에탄올을 첨가하고 있지 않은 점이다. 제조한 시험편은, 복합 재료 전체에 대해, 60 질량％ 의 인편상의 육방정 질화붕소의 필러 (비율 50) 가 폴리에스테르계 수지를 개재하여 결합된, 미발포 (발포 배율 0.0 배) 의 복합 재료로 이루어진다.

(비교예 2-1)

실시예 1-1 에서 사용한 결합 수지 (폴리에스테르계 수지) 만으로 이루어지는 미발포 (발포 배율 0.0 배) 의 시험편을, 실시예 1-1 과 동일한 순서로 제조하였다.

(비교예 2-2)

실시예 1-1 과 동일하게 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 비교예 2-2 가 실시예 1-1 과 상이한 점은, 발포제인 에탄올을 첨가하고 있지 않은 점과, 인편상의 필러 대신에, 평균 입경 10 ㎛ 의 구상의 알루미나 ((주) 아드마텍스 제조 : AO-509) 의 필러를 사용한 점이다. 제조한 시험편은, 복합 재료 전체에 대해, 60 질량％ 의 구상의 알루미나의 필러가 폴리에스테르계 수지를 개재하여 결합된, 미발포 (발포 배율 0.0 배) 의 복합 재료로 이루어진다.

(비교예 2-3)

실시예 1-1 과 동일하게 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 비교예 2-3 이 실시예 1-1 과 상이한 점은, 인편상의 필러 대신에, 비교예 2-2 와 동일한 필러를 사용한 점이다. 제조한 시험편은, 복합 재료 전체에 대해, 60 질량％ 의 구상의 알루미나의 필러가 폴리에스테르계 수지를 개재하여 결합된, 발포 배율 2.0 배의 복합 재료로 이루어진다.

(비교예 3-1)

열경화성 수지인 실리콘계 수지 (신에츠 화학 공업 (주) 제조 : KE-1871) 만으로 이루어지는 미발포 (발포 배율 0.0 배) 의 시험편을, 실시예 1-1 과 동일한 순서로 제조하였다. 또한, 비교예 3-1 에서는, 미경화의 실리콘계 수지를, 120 ℃ (즉 경화 온도 이상) 에서 1 시간 가열하여 경화시켰다. 이 실리콘계 수지의 경화 온도는 100 ℃ 이다.

(비교예 3-2)

실시예 1-1 과 동일하게 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 비교예 3-2 가 실시예 1-1 과 상이한 점은, 발포제인 에탄올을 첨가하고 있지 않은 점과, 인편상의 필러 대신에, 입경 10 ∼ 20 ㎛ 의 범위에 있는 파쇄상 (부정형) 의 다이아몬드 (DeldentLtd. 제조 : MB300UM) 의 필러를 사용한 점과, 결합 수지에 비교예 3-1 과 동일한 실리콘계 수지를 사용한 점이다.

또한, 비교예 3-2 에서는, 다이아몬드의 필러 84 중량부, 실리콘계 수지 16 중량부의 비율로 혼합한 혼합물을, 비교예 3-1 과 동일한 조건에서 가열한 점도 실시예 1-1 과 상이하다. 제조한 시험편은, 복합 재료 전체에 대해, 84 질량％ 의 파쇄상의 다이아몬드의 필러가 미발포의 실리콘계 수지를 개재하여 결합된, 발포 배율 0.0 배의 복합 재료로 이루어진다.

(비교예 3-3)

실시예 1-1 과 동일하게 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 비교예 3-3 이 실시예 1-1 과 상이한 점은, 인편상의 필러 대신에, 비교예 3-2 와 동일한 파쇄상의 다이아몬드의 필러를 사용한 점과, 결합 수지에 비교예 3-1 과 동일한 실리콘계 수지를 사용한 점이다.

또한, 비교예 3-3 에서는, 다이아몬드의 필러 84 중량부, 실리콘계 수지 16 중량부, 에탄올 2 중량부의 비율로 혼합한 혼합물을, 비교예 3-1 과 동일한 조건에서 가열한 점도 실시예 1-1 과 상이하다. 또한, 에탄올의 비율은, 에탄올을 제외한 혼합물을 2.0 배의 체적으로 발포시킬 수 있는 비율이다. 제조한 시험편은, 복합 재료 전체에 대해, 84 질량％ 의 파쇄상의 다이아몬드의 필러가 실리콘계 수지를 개재하여 결합된, 발포 배율 2.0 배의 복합 재료로 이루어진다.

또한, 실시예 1-1 ∼ 1-3, 비교예 2-3, 및 비교예 3-3 의 복합 재료의 발포 배율이 2.0 배인 점에서, 각 복합 재료 전체에 대해, 복합 재료를 점유하는 보이드의 점유율은 50 체적％ 이다.

＜열전도율의 측정＞

실시예 1-1 ∼ 1-3 및 비교예 1 ∼ 3-3 의 복합 재료의 두께 방향 (수지가 유동하는 방향과 직교하는 방향) 의 열전도율을 측정하였다. 구체적으로는, 먼저, 각 시험편의 비열 C, 열확산율 α, 및 밀도 ρ 를 실온에서 측정하고, 열전도율을 이하의 식으로부터 산출하였다. 이 결과를 표 1 및 도 2 에 나타낸다.

λ ＝ C·α·ρ

(λ : 열전도율, C : 비열, α : 열확산율, ρ : 밀도)

또한, 각 시험편의 비열 C, 열확산율 α, 및 밀도 ρ 는 이하와 같이 측정하였다. 먼저, 실온에 있어서, 각 시험편을 침지하고, 아르키메데스법에 의해, 각 시험편의 밀도 ρ 를 측정하였다. 다음으로, 각 시험편으로부터 25 ∼ 40 ㎎ 의 샘플을 추출하고, 실온에 있어서, 시차 주사 열량계 (세이코 인스트루먼트 (주) 제조 : DSC200C) 를 사용하여, 시차 주사 열량 측정 (DSC) 에 의해, 아르곤 가스 분위기하에서, 각 샘플의 비열 C 를 측정하였다.

각 시험편으로부터 직경 1 ㎜ × 두께 1 ㎜ 의 샘플을 잘라내고, 진공 중에 있어서, 열 정수 측정 장치 (알박 이공 (주) 제조 : TC-7000) 를 사용하여, 레이저 플래시법에 의해, 각 샘플의 열확산율 α 를 측정하였다.

＜체적 저항률의 측정＞

실시예 1-1 ∼ 1-3 및 비교예 1 ∼ 3-3 의 복합 재료의 체적 저항률을 JIS K 6249 에 준거하여 측정하였다. 구체적으로는, 실시예 1-1 ∼ 1-3 및 비교예 1 ∼ 3-3 과 동일한 방법으로 80 ㎜ × 80 ㎜ × 2 ㎜ 의 크기의 시험편을 제조하고, 각 시험편에 대해, 초고저항/미소 전류계 (ADVANTEST 제조 : R8340) 를 사용하여, 체적 저항률을 측정하였다. 이 결과를 표 1 에 나타낸다.

＜보이드의 관찰＞

실시예 1-1 의 시험편을 두께 방향을 따라 절단하고, 보이드의 내벽을 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의해 관찰하였다. 이 결과를 도 3a ∼ 도 3c 에 나타낸다. 도 3a 는, 복합 재료에 형성된 보이드의 외관을 촬영한 사진이고, 도 3b 는, 도 3a 의 A 부의 보이드의 내벽의 확대 사진이고, 도 3c 는, 도 3b 의 사진을 확대한 사진이다.

(결과 1)

실시예 1-1 ∼ 1-3 의 복합 재료의 열전도율은, 비교예 1 ∼ 3-3 의 것보다 높다. 또, 실시예 1-1 의 조직을 SEM 에 의해 관찰하면, 보이드의 내벽에, 인편상의 필러의 평탄면끼리가 겹치도록 이 필러가 집적되어 있었다 (도 3a ∼ 3c 참조). 이러한 결과로부터, 실시예 1-1 ∼ 1-3 복합 재료는, 구상의 보이드의 내벽에, 인편상의 필러의 평탄면끼리가 겹치도록 이 필러가 집적된 무기 재료의 골격이 형성되고, 그 이외의 부분에서는, 이 골격에 접촉하도록 필러가 분산되어 있는 것으로 생각된다. 이로써, 복합재의 두께 방향에 있어서도, 열전도 패스가 형성되고, 실시예 1-1 ∼ 1-3 의 복합 재료에서는, 방향에 치우침 없이 (등방성으로), 열전도성이 향상되어 있는 것으로 생각된다.

한편, 실시예 1-1 과 비교예 1 을 대비하면, 결합 수지가 발포되어 있지 않은 비교예 1 의 복합 재료에서는, 필러의 대부분이 복합 재료의 수지의 유동 방향을 따라 배열된 상태에서, 결합 수지에 의해 결합되어 있는 것으로 생각된다 (도 8 참조). 이 때문에, 비교예 1 의 복합 재료의 두께 방향의 열전도율이, 실시예 1-1 의 것에 비해 낮아진 것으로 생각된다.

비교예 2-1 ∼ 2-3 을 대비하면, 비교예 2-2 의 복합 재료는, 비교예 2-1 의 것에 대해, 구상의 알루미나의 필러가 충전 (함유) 되어 있으므로, 비교예 2-2 의 복합 재료의 열전도율은, 비교예 2-1 의 것에 비해 높다. 그러나, 비교예 2-3 과 같이, 결합 수지를 발포시켜도, 복합 재료의 보이드 (공극) 의 벽면에는, 실시예 1-1 과 같이, 구상의 필러가 집적되지는 않는 것으로 생각된다. 따라서, 복합 재료의 보이드는, 단순히 공극으로서 존재하기 때문에, 비교예 2-3 의 복합 재료의 두께 방향의 열전도율은, 비교예 2-2 의 것에 비해 낮아진 것으로 생각된다.

비교예 3-1 ∼ 3-3 을 대비하면, 비교예 2-1 ∼ 2-3 의 대비에서 설명한 이유와 동일하게, 다이아몬드의 필러의 형상이 기인하여, 보이드의 벽면에는 필러가 집적되지 않는 것으로 생각된다. 비교예 3-2 및 비교예 3-3 의 필러는, 파쇄상의 부정형인 형상이 되는 다이아몬드의 필러이기 때문에, 그 형상이 기인하여, 복합 재료 내에서 필러끼리의 접촉이 얻어지기 어렵다. 이 때문에, 육방정 질화붕소의 열전도율보다, 다이아몬드의 열전도율이 높음에도 불구하고, 비교예 3-2 및 비교예 3-3 의 필러의 열전도율은 낮아진 것으로 생각된다.

또, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1-1 ∼ 1-3 으로부터, 필러의 두께에 대한, 필러의 평탄면의 평균 길이의 비율이 50 ∼ 450 의 범위이면, 보이드의 내벽에, 인편상의 필러의 평탄면끼리가 겹치도록 이 필러가 집적되어, 복합 재료의 열전도성이 향상되기 쉬운 것으로 생각된다. 또한, 실시예 1-1 ∼ 1-3 및 비교예 1 ∼ 3-3 의 복합 재료의 체적 저항률 (저항률) 은, 모두 1.0 × 10¹³ Ω·㎝ 이상으로, 절연 재료로서 사용 가능하다.

(실시예 4-1 ∼ 4-16)

실시예 1-1 과 동일하게 하여, 실시예 4-1 ∼ 4-16 의 복합 재료로 이루어지는 시험편을 제조하였다. 실시예 4-1 ∼ 4-4 에서는, 실시예 1-1 과 동일한 순서로 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.1 배의 체적으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 20 질량％, 30 질량％, 50 질량％, 및 60 질량％ 로 하였다. 또한, 복합 재료의 발포 배율이 1.1 배인 점에서, 실시예 4-1 ∼ 4-4 의 복합 재료 전체에 대해, 복합 재료를 점유하는 보이드의 점유율은 9 체적％ 이다.

실시예 4-5 ∼ 4-8 에서는, 실시예 1-1 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.3 배의 체적으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 20 질량％, 30 질량％, 50 질량％, 및 60 질량％ 로 하였다. 또한, 복합 재료의 발포 배율이 1.3 배인 점에서, 실시예 4-5 ∼ 4-8 의 복합 재료 전체에 대해, 복합 재료를 점유하는 보이드의 점유율은 23 체적％ 이다.

실시예 4-9 ∼ 4-12 에서는, 실시예 1-1 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.5 배의 체적으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 20 질량％, 30 질량％, 50 질량％, 및 60 질량％ 로 하였다. 또한, 복합 재료의 발포 배율이 1.5 배인 점에서, 실시예 4-9 ∼ 4-12 의 복합 재료 전체에 대해, 복합 재료를 점유하는 보이드의 점유율은 33 체적％ 이다.

실시예 4-13 ∼ 4-16 에서는, 실시예 1-1 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 2.0 배의 체적으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 20 질량％, 30 질량％, 50 질량％, 및 60 질량％ 로 하였다. 또한, 실시예 4-16 의 시험편은, 실시예 1-1 의 시험편과 동일하다. 복합 재료의 발포 배율이 2.0 배인 점에서, 실시예 4-13 ∼ 4-16 의 복합 재료 전체에 대해, 복합 재료를 점유하는 보이드의 점유율은 50 체적％ 이다.

(비교예 4-1 ∼ 4-4)

비교예 4-1 ∼ 4-3 에서는, 에탄올을 혼합하지 않고, 폴리에스테르계 수지를 발포시키지 않고 (발포 배율 0 배로 하고), 필러의 충전량을 순차적으로 20 질량％, 30 질량％, 50 질량％, 및 60 질량％ 로 하였다. 또한, 비교예 4-4 의 시험편은, 비교예 1 의 시험편과 동일하다. 또한, 복합 재료의 발포 배율이 0.0 배인 점에서, 비교예 4-1 ∼ 4-4 의 복합 재료 전체에 대해, 복합 재료를 점유하는 보이드의 점유율은 0 체적％ 이다.

실시예 4-1 ∼ 4-16 및 비교예 4-1 ∼ 4-4 의 복합 재료의 열전도율을, 실시예 1-1 에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 이 결과를 도 4 및 표 2 에 나타낸다. 실시예 4-1 ∼ 4-16 및 비교예 4-1 ∼ 4-4 의 복합 재료의 체적 저항률을, 실시예 1-1 에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 이 결과를 표 2 에 나타낸다.

(결과 2)

도 4 및 표 2 로부터도 분명한 바와 같이, 동일한 발포 배율의 복합 재료에서는, 필러의 충전량이 증가함에 따라, 복합 재료의 열전도율이 향상되어 있다. 또한, 필러의 충전량이 동일한 복합 재료에서는, 발포 배율이 증가함에 따라, 복합 재료의 열전도율이 증가하는 경향이 있다. 이것은, 상기 서술한 바와 같이, 복합 재료의 발포 배율의 증가에 수반하여, 복합 재료 내에서, 내벽에 필러가 집적 된 보이드의 수도 증가하였기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 실시예 4-1 ∼ 4-16 및 비교예 4-1 ∼ 4-4 의 복합 재료의 체적 저항률 (저항률) 은, 모두 1.0 × 10¹³ Ω·㎝ 이상으로, 절연 재료로서 사용 가능하다.

(비교예 5-1 ∼ 5-20)

확인 시험으로서, 비교예 2-1 ∼ 2-3 에서 나타낸 것과 동일한, 구상의 알루미나의 필러 및 폴리에스테르계 수지를 사용하여, 비교예 5-1 ∼ 5-20 의 시험편을 제조하였다. 비교예 5-1 ∼ 5-4 에서는, 에탄올을 혼합하지 않고, 폴리에스테르계 수지를 미발포 (발포 배율 0.0 배, 보이드 점유율 0 체적％) 로 하고, 필러의 충전량을 순차적으로 60 질량％, 70 질량％, 80 질량％, 및 90 질량％ 로 하였다.

비교예 5-5 ∼ 5-8 에서는, 비교예 2-3 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.1 배의 체적 (보이드 점유율 9 체적％) 으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 60 질량％, 70 질량％, 80 질량％, 및 90 질량％ 로 하였다.

비교예 5-9 ∼ 5-12 에서는, 비교예 2-3 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.3 배의 체적 (보이드 점유율 23 체적％) 으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 60 질량％, 70 질량％, 80 질량％, 및 90 질량％ 로 하였다.

비교예 5-13 ∼ 5-16 에서는, 비교예 2-3 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.5 배의 체적 (보이드 점유율 33 체적％) 으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 60 질량％, 70 질량％, 80 질량％, 및 90 질량％ 로 하였다.

비교예 5-17 ∼ 5-20 에서는, 비교예 2-3 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 2.0 배의 체적 (보이드 점유율 50 체적％) 으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 60 질량％, 70 질량％, 80 질량％, 및 90 질량％ 로 하였다.

비교예 5-1 ∼ 5-20 의 복합 재료의 열전도율을, 실시예 1-1 에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 이 결과를 도 5 및 표 3 에 나타낸다. 비교예 5-1 ∼ 5-20 의 복합 재료의 체적 저항률을, 실시예 1-1 에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 이 결과를 표 3 에 나타낸다.

(결과 3)

도 5 및 표 3 으로부터도 분명한 바와 같이, 구상의 알루미나의 필러를 사용한 경우에도, 동일한 발포 배율의 복합 재료에서는, 필러의 충전량이 증가함에 따라, 복합 재료의 열전도율이 향상되어 있다.

그러나, 필러의 충전량이 동일한 복합 재료에서는, 발포 배율이 증가함에 따라, 복합 재료의 열전도율은 낮아졌다. 이것은, 결합 수지를 발포시켜도, 구상의 필러가 보이드의 내벽과 겹치도록 집적되지는 않아, 복합 재료의 보이드에는 무기 재료의 골격은 형성되지 않고, 보이드는 단순히 공극으로서 존재하기 때문인 것으로 생각된다. 이 결과, 이와 같은 보이드가 발포 배율의 증가에 수반하여 증가하기 때문에, 복합 재료의 열전도율은 낮아진 것으로 생각된다.

(비교예 6-1 ∼ 6-15)

확인 시험으로서, 비교예 3-1 ∼ 3-3 에서 나타낸 것과 동일한, 파쇄상의 다이아몬드의 필러 및 실리콘계 수지를 사용하여, 비교예 6-1 ∼ 6-15 의 시험편을 제조하였다. 비교예 6-1 ∼ 6-3 에서는, 에탄올을 혼합하지 않고, 폴리에스테르계 수지를 미발포 (발포 배율 0.0 배, 보이드 점유율 0 체적％) 로 하고, 필러의 충전량을 순차적으로 70 질량％, 80 질량％, 및 84 질량％ 로 하였다.

비교예 6-4 ∼ 6-6 에서는, 비교예 3-3 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.1 배의 체적 (보이드 점유율 9 체적％) 으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 70 질량％, 80 질량％, 및 84 질량％ 로 하였다.

비교예 6-7 ∼ 6-9 에서는, 비교예 3-3 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.3 배의 체적 (보이드 점유율 23 체적％) 으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 70 질량％, 80 질량％, 및 84 질량％ 로 하였다.

비교예 6-10 ∼ 6-12 에서는, 비교예 3-3 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.5 배의 체적 (보이드 점유율 33 체적％) 으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 70 질량％, 80 질량％, 및 84 질량％ 로 하였다.

비교예 6-13 ∼ 6-15 에서는, 비교예 3-3 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 2.0 배의 체적 (보이드 점유율 50 체적％) 으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 70 질량％, 80 질량％, 및 84 질량％ 로 하였다.

비교예 6-1 ∼ 6-15 의 복합 재료의 열전도율을, 실시예 1-1 에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 이 결과를 도 6 및 표 4 에 나타낸다. 비교예 6-1 ∼ 6-15 의 복합 재료의 체적 저항률을, 실시예 1-1 에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 이 결과를 표 4 에 나타낸다.

(결과 4)

도 6 으로부터도 분명한 바와 같이, 파쇄상의 다이아몬드의 필러를 사용한 경우에도, 동일한 발포 배율의 복합 재료에서는, 필러의 충전량이 증가함에 따라, 복합 재료의 열전도율이 향상되어 있다.

그러나, 필러의 충전량이 동일한 복합 재료에서는, 발포 배율이 증가함에 따라, 복합 재료의 열전도율은 낮아졌다. 이것은, 결합 수지를 발포시켜도, 구상의 알루미나의 필러와 마찬가지로, 파쇄상의 다이아몬드의 필러가 보이드의 내벽과 겹치도록 집적되지는 않아, 복합 재료의 보이드에는 무기 재료의 골격은 형성되지 않고, 보이드는 단순히 공극으로서 존재하기 때문인 것으로 생각된다. 이 결과, 이와 같은 보이드가 발포 배율의 증가에 수반하여 증가하기 때문에, 복합 재료의 열전도율은 낮아진 것으로 생각된다.

(참고예 7-1 ∼ 7-9)

확인 시험으로서, 직경 11 ㎜, 길이 50 ㎛ 의 탄소 섬유 (미츠비시 수지 (주) : K2223HM) 의 필러와, 실시예 1-1 에서 나타낸 것과 동일한, 폴리에스테르계 수지를 사용하여, 참고예 7-1 ∼ 7-9 의 시험편을 제조하였다. 참고예 7-1 ∼ 7-3 에서는, 에탄올을 혼합하지 않고, 폴리에스테르계 수지를 미발포로 하고, 필러의 충전량을 순차적으로 3 질량％, 10 질량％, 및 20 질량％ 로 하였다.

참고예 7-4 ∼ 7-6 에서는, 실시예 1-1 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.1 배의 체적으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 3 질량％, 10 질량％, 및 20 질량％ 로 하였다.

참고예 7-7 ∼ 7-9 에서는, 실시예 1-1 과 동일한 순서로, 에탄올의 혼합 비율을 조정하고, 에탄올을 제외한 혼합물을 1.5 배의 체적으로 발포시키고, 필러의 충전량을 순차적으로 3 질량％, 10 질량％, 및 20 질량％ 로 하였다.

참고예 7-7 ∼ 7-9 의 복합 재료의 열전도율을, 실시예 1-1 에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 이 결과를 도 7 및 표 5 에 나타낸다. 참고예 7-1 ∼ 7-9 의 복합 재료의 체적 저항률을, 실시예 1-1 에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 이 결과를 표 5 에 나타낸다. 또한, 표 5 에는, 실시예 1-1 의 복합 재료의 열전도율 및 비교예 2-1 의 폴리에스테르계 수지의 열전도율도 함께 나타내었다. 그리고 실시예 1-1 의 복합 재료의 체적 저항률 및 비교예 2-1 의 폴리에스테르계 수지의 체적 저항률도 함께 나타내었다.

(결과 5)

도 7 및 표 5 로부터도 분명한 바와 같이, 동일한 발포 배율의 복합 재료에서는, 필러의 충전량이 증가함에 따라, 복합 재료의 열전도율이 향상되어 있다. 또한, 필러의 충전량이 동일한 복합 재료에서는, 발포 배율이 증가함에 따라, 복합 재료의 열전도율이 향상되어 있다. 이것은, 필러가 섬유 형상이기 때문에, 발포에 의해 결합 수지의 유동 방향으로 배열되어 있던 섬유가 보이드의 존재에 의해, 두께 방향으로 랜덤하게 배열되었기 때문인 것으로 생각된다. 그러나, 표 5 에 나타내는 바와 같이, 참고예 7-1 ∼ 7-9 에 관련된 복합 재료는, 필러가 탄소 섬유이기 때문에, 체적 저항률이 작아져, 절연 재료로는 적합하지 않다.

이상, 본 발명의 실시형태를 사용하여 상세하게 서술해 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 설계 변경이 있어도, 그것들은 본 발명에 포함되는 것이다.

Claims

무기 재료로 이루어지는 인편상의 필러 (3) 와, 상기 필러 (3) 를 결합하는 열경화성 수지로 이루어지는 결합 수지 (4) 를 구비한 복합 재료 (1) 로서,
상기 복합 재료 (1) 는, 복수의 보이드 (5) 가 분산되도록 형성된 발포 재료이고,
상기 보이드 (5) 의 내벽에는, 상기 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치도록 상기 필러 (3) 가 집적되어 있는, 복합 재료.
제 1 항에 있어서,
상기 필러 (3) 의 두께에 대한, 상기 필러 (3) 의 평탄면의 평균 길이의 비율은 50 ∼ 500 의 범위에 있는, 복합 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 보이드 (5) 는 독립된 기포이고, 상기 보이드 (5) 의 직경은 1 ㎛ 이상이면서 또한 500 ㎛ 이하인, 복합 재료.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복합 재료 (1) 를 점유하는 상기 보이드 (5) 의 점유율은, 상기 복합 재료 (1) 전체에 대해 9 체적％ 이상이면서 또한 50 체적% 이하인, 복합 재료.
무기 재료로 이루어지는 인편상의 필러 (3) 와, 상기 필러 (3) 를 결합하는 열경화성 수지로 이루어지는 결합 수지 (4) 를 구비한 복합 재료 (1) 의 제조 방법으로서,
상기 필러 (3) 와, 미경화의 상기 열경화성 수지로 이루어지는 상기 결합 수지 (4) 와, 상기 열경화성 수지의 경화 온도보다 낮은 온도에서 상기 결합 수지 (4) 를 발포시키는 발포제를 혼합한 혼합물을 제조하는 것과,
상기 혼합물을 상기 경화 온도 이상에서 가열함으로써, 상기 발포제에 의해 상기 결합 수지 (4) 를 발포시키고, 상기 발포제에 의해 형성된 결합 수지 (4) 내의 보이드 (5) 의 내벽에, 상기 필러 (3) 의 평탄면끼리가 겹치도록 상기 필러 (3) 를 집적시킨 후, 상기 결합 수지 (4) 를 경화시키는 것을 포함하는, 복합 재료의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 필러 (3) 로서, 상기 필러 (3) 의 두께에 대한, 상기 필러 (3) 의 평탄면의 평균 길이의 비율이 50 ∼ 500 의 범위에 있는 필러 (3) 를 사용하는, 복합 재료의 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 보이드 (5) 가 독립된 기포가 되고, 상기 보이드 (5) 의 직경이 500 ㎛ 이하가 되도록 상기 결합 수지 (4) 를 경화시키는, 복합 재료의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복합 재료 (1) 를 점유하는 상기 보이드 (5) 의 점유율이, 상기 복합 재료 (1) 전체에 대해 9 체적％ 이상이 되도록, 상기 발포제를 상기 필러 (3) 와 상기 결합 수지 (4) 에 혼합하는, 복합 재료의 제조 방법.