KR20180103301A - 방열 시트 - Google Patents

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KR20180103301A
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sheet
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김유준
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(주)엘지하우시스
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Abstract

제1 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일 및 세라믹 필러를 포함하는 제1층; 및 제2 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일 및 그래파이트를 포함하는 제2층;을 포함하는 다층 구조의 방열 시트가 제공된다.

Description

방열 시트{HEAT DISSIPATING SHEET}
방열 시트에 관한 것이다.
방열 소재는 친환경 EV 자동차의 시장 성장에 따라 매우 중요해지고 있다. 배터리는 충방전이 거듭될 때마다 열이 발생하게 되는데 이렇게 배터리에서 발생된 높은 열을 신속하고 효과적으로 냉각시키지 못하면 각 배터리의 열화를 초래하게 되고, 배터리 모듈의 전체적인 성능 저하가 발생된다. 이러한 문제를 극복하고자 배터리를 균일하게 냉각시키는 냉각 시스템에 대한 기술 개발이 이루어지고 있다. 방열 시트는 배터리에 부착하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 열전도율, 면착성 및 절연 특성이 모두 우수한 방열 시트를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 제1 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일 및 세라믹 필러를 포함하는 제1층; 및 제2 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일 및 그래파이트를 포함하는 제2층;을 포함하는 다층 구조의 방열 시트를 제공한다.
상기 제1층의 열전도율은 0.3 W/mK 내지 3 W/mK이고, 쇼어 A 값이 5 내지 40이고, 절연파괴전압이 6kV 이상일 수 있다.
상기 제2층의 열전도율은 0.3 W/mK 내지 5 W/mK이고, 쇼어 A 값이 10 내지 60이고, 절연파괴전압이 6kV 이상일 수 있다.
상기 방열 시트는 열전도율, 면착성 및 절연 특성이 모두 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 방열 시트의 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 방열 시트의 모식적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
이하에서 기재의 “상부 (또는 하부)” 또는 기재의 “상 (또는 하)”에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서,
제1 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일 및 세라믹 필러를 포함하는 제1층; 및
제2 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일 및 그래파이트를 포함하는 제2층;
을 포함하는 다층 구조의 방열 시트를 제공한다.
상기 방열 시트는 배터리, 에너지 저장 장치 등과 같은 열원에서 발생하는 열을 외부에 방열시키고자 상기 열원에 접촉하여 사용할 수 있다. 상기 방열 시트는 친환경 EV 자동차 내의 배터리에 장착되는 방열 시트와 같은 용도로 유용하게 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 전자 디스플레이 등 방열 기능을 요하는 용도로 모두 적용이 용이하다.
방열 시트는 높은 열전도율을 가짐에 따라 방열 성능을 우수하게 하면서도 배터리와의 밀착성이 좋아야 한다. 방열 시트 자체 물성으로 높은 열전도율을 가진다고 하여도, 밀착성이 떨어지면 열전도성 특성을 발휘하기 어렵기 때문이다. 따라서, 방열 시트가 우수한 방열 성능을 발휘하기 위해서는 높은 열전도율과 밀착성 특성을 모두 구현할 수 있어야 한다.
하나의 층으로 형성되는 방열 시트 내에 수지와 함께 포함될 수 있는 무기 필러는 열전도율 특성과 밀착성 특성을 모두 우수하게 구현하기는 어렵다. 예를 들어, 세라믹 필러를 포함하는 경우, 밀착성을 향상시키지만 열전도율은 상대적으로 낮아지고, 그래파이트는 반대로 열전도성 측면에서 우수한 특성을 발휘할 수 있으나, 상대적으로 밀착성 특성은 떨어뜨린다. 이와 같이, 방열 시트 내에 포함되는 무기 필러는 종류에 따라 열전도성과 밀착성은 트레이드 오프 관계를 가질 수 있다.
상기 방열 시트는 배터리와 접촉하는 층은 밀착성 측면을 보강한 재료인 세라믹 필러를 포함하고, 반대쪽 층은 배터리와는 직접적인 접촉을 하지 않기 때문에 밀착성 보다는 열전도성 측면이 우수한 그래파이트를 포함한다. 이러한 다층 구조를 형성하고, 각각의 층에 맞도록 열전도성 성능과 밀착성 성능을 설계하여 함에 따라서, 상기 방열 시트는 전체적으로는 열전도율을 높게 하면서도, 면착성을 개선하여, 우수한 방열 성능을 구현한다.
도 1은 제1층 (11) 및 제2층(12)을 포함하는 방열 시트(10)의 단면도이다.
상기 방열 시트는 열원에서 발생하는 열을 신속하고 효과적으로 냉각시키기 위해서 제1층 및 제2층을 포함하는 다층 구조로 이루어진다.
상기 제1층은 직접 열원과 접하도록 배치될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발열 시트는 배터리와 같은 열원과 상기 제1층이 접하도록 하면서 가압되어 열원에 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1층은 접착성을 가지지 않을 수 있고, 가압 부착되면서 물리적으로 고정될 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 제1층은 배터리와 같이 단차를 가지는 면과 직접 접하도록 적용할 수 있다.
상기 발열 시트는 면착력이 우수하기 때문에 열원의 부착면이 단차를 가지는 경우에도 요철을 따라 밀착력있게 부착될 수 있기 때문에 우수한 방열 성능을 발휘할 수 있다.
상기 제2층은 보다 높은 방열 성능을 발휘하도록 상기 제1층 보다 더 높은 열전도율을 갖는 층이다.
상기 제1층 및 상기 제2층은 모두 절연 특성을 가진다.
상기 방열 시트는 이러한 면착성, 방열 성능 및 절연 특성을 모두 만족하도록 다층 구조이면서도 각 층의 수지와 무기 필러로서 세라믹 필러와 그래파이트가 적절히 배합된다. 이하, 각 층에서의 구성 성분의 배합에 대하여 상술한다.
상기 제1 열가소성 엘라스토머 및 상기 제2 열가소성 엘라스토머는, 서로 동일하거나 상이하고, 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 아마이드계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 열가소성 엘라스토머 (TPE, thermal plastic elastomer)는 상온에서 탄성을 보유하면서도 열가소성 수지와 같이 고온에서 유연하게 되어 가공이 가능한 기능성 고분자 재료이다. 본 명세서에서 상기 제1 열가소성 엘라스토머 및 상기 제2 열가소성 엘라스토머는 설명의 편의상 구분되는 용어로 표현되고, 열가소성 엘라스토머로 알려진 수지가 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머는 열가소성 부분에 해당하는 하드 세그먼트 (hard segment)와 열경화성 부분에 해당하는 (soft segment)를 포함하여 형성될 수 있고, 하드 세그먼트는 열가소성을 부여하고, 소프트 세그먼트는 고무 또는 엘라스토머와 같은 탄성을 부여할 수 있다. 따라서, 상기 열가소성 엘라스토머는 2종 이상의 폴리머 블록으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 엘라스토머는 고무 또는 엘라스토머 블록을 소프트 세그먼트로서 포함하고, 스티렌 블록과 같은 하드 세그먼트가 양 말단 블록을 형성할 수 있고, 상기 고무 또는 엘라스토머 블록은 면착성을 부여하고, 상기 스티렌 블록은 가교되어 네트워크 구조를 형성할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 열가소성 엘라스토머는 스티렌계 열가소성 엘라스토머 (SBC, Thermoplastic Styrene Block Copolymer; TPS, Styrenic themoplastic elastomer)일 수 있고, 예를 들어, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS)계 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS)계 공중합체, 스티렌-이소부틸렌-스티렌(SIBS)계 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)계 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS)계 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 등일 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 열가소성 엘라스토머는 수첨(水添) 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)계 공중합체, 수첨 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS)계, 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS) 공중합체 등일 수 있다.
상기 열가소성 엘라스토머는 스티렌계 열가소성 엘라스토머 (SBC, TPS)인 경우, 스티렌을 포함함으로써 우수한 내열성을 구현할 수 있고, 스티렌의 함량을 적절히 조절하여 프로세스 오일의 흡유량을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머 중 스티렌의 함량은 전체 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 형성하는 모노머 중 10 내지 50 몰%일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 열가소성 엘라스토머는 올레핀계 열가소성 엘라스토머 (TPO, Thermoplastic Olefin Elastomer)일 수 있고, 예를 들어, 폴리프로필렌 수지와 EPDM (에틸렌프로필렌디엔 고무)의 혼합 수지일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 상기 열가소성 엘라스토머는 우레탄계 열가소성 엘라스토머 (Thermoplastic Polyurethane, TPU), 아마이드계 열가소성 엘라스토머 (Thermoplastic Polyamide, TPAE), 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머 (Thermoplastic Polyeseter Elastomer, TPEE), 폴리올레핀 엘라스토머 (POE, Polyolefin elastomer), 열가소성 고무 가황물 (TPV, thermoplastic rubber vulcanisate) 등일 수 있다.
상기 제1 열가소성 엘라스토머 및 상기 제2 열가소성 엘라스토머는, 서로 동일하거나 상이할 수 있고, 또한, 전술한 예 중 2종 이상이 수지를 포함하는 혼합 수지 형태일 수 있다.
상기 제1층 및 상기 제2층은 모두 프로세스 오일을 포함할 수 있다. 상기 프로세스 오일은 액상 파라핀 오일, 바셀린유, 화이트 오일 또는 미네랄 오일 등을 포함할 수 있다. 상기 제1층 및 상기 제2층에 포함되는 프로세스 오일은 서로 동종이거나 상이할 수 있다.
구체적으로, 상기 프로세스 오일의 비중은 0.82~ 0.94 일 수 있고, 40℃ 동점도는 20cst에서 180cst이고, 인화점은 190℃ 내지 290℃이다.
상기 제1 열가소성 엘라스토머 및 상기 제2 열가소성 엘라스토머는 프로세스 오일을 흡유할 수 있는 구조를 갖는 화합물로서, 상기 제1층 및 상기 제2층은 열가소성 엘라스토머 내에 프로세스 오일이 매우 균일하고 고르게 분산되어 형성된다. 제조 과정에서 먼저 상기 열가소성 엘라스토머를 프로세스 오일에 함침시킨 뒤, 세라믹 필러 또는 그래파이트를 첨가하여 컴파운딩하여 얻어진 마스터 칩을 압출하여 필름을 형성하여 상기 제1층 또는 상기 제2층을 제조한다. 제조된 제1층 및 제2층에서, 프로세트 오일은 열가소성 엘라스토머 내에 미세하게 쪼개져서 고르게 분산되어 존재한다.
상기 열가소성 엘라스토머의 종류에 따라 프로세스 오일을 머금을 수 있는 양, 즉, 흡유량이 달라질 수 있다. 따라서, 상기 열가소성 엘라스토머의 구성 모노머의 종류를 적절히 배합하여 상기 제1층 및 상기 제2층 내의 프로세스 오일의 함량를 적절하게 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 엘라스토머가 SEBS, SEPS, 또는 SEEPS인 경우에 우수한 흡유량을 가질 수 있다.
상기 제1층 및 상기 제2층은 프로세스 오일은 함유함으로써 경도를 낮출 수 있다. 경도를 낮추게 되면 필름의 밀착성을 향상시킨다. 그러나, 과도하게 상기 열가소성 엘라스토머의 흡유 가능 함량을 넘어서 과량 포함하게 되면 새어 나오는 문제가 발생할 수 있다.
상기 세라믹 필러는, 예를 들어, 알루미나 (Al2O3), 산화마그네슘 (MgO), 실리콘카바이드 (SiC), 질화붕소 (BN, Boron nitride), 질화규소 (Si3N4, Silicon nitiride), 실리카 (SiO2), 이산화티탄 (TiO2), 알루미늄나이트라이드 (AN, Aluminum nitride) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1층은 상기 제1 열가소성 엘라스토머 100 중량부, 프로세스 오일 200 내지 400 중량부 및 세라믹 필러 5 내지 80 중량부를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제2층은 상기 제2 열가소성 엘라스토머 100 중량부, 프로세스 오일 100 내지 400 중량부 및 그래파이트 5 내지 80 중량부를 포함할 수 있다.
프로세스 오일의 함량을 높임으로써, 경도를 낮출 수 있으나, 상기 제1층 및 상기 제2층은 같은 함량의 프로세스 오일을 함유하더라도, 상기 제1층은 세라믹 필러를 포함하고, 상기 제2층은 그래파이트를 포함하기 때문에 상기 제1층이 상기 제2층 보다 더 낮은 경도로 구현된다. 보다 낮은 경도로 구현된 상기 제1층은 밀착력을 더욱 높일 수 있다.
상기 제1층 및 제2층은 각각 필요에 따라서 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1층 형성용 조성물로서 제1 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일, 세라믹 필러 및 첨가제를 혼합하여 제조한 후, 상기 제1층 형성용 조성물로부터 시트를 제조하여 제1층을 형성할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제2층 형성용 조성물로서 제1 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일, 그래파이트 및 첨가제를 혼합하여 제조한 후, 상기 제1층 형성용 조성물로부터 시트를 제조하여 제1층을 형성할 수 있다. 상기 첨가제는, 필요에 따라 수지에 첨가되는 공지된 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 산화방지제, 활제 등을 포함할 수 있다.
상기 방열 시트는 공지된 방법으로 제조될 수 있고, 예를 들어, 제1층 및 제2층을 각각 별도의 시트로 제조한 뒤, 열을 가하여 합지할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 제1층 및 상기 제2층이 공압출하여 방열 시트를 제조할 수도 있다.
발열 시트의 제1층 및 제2층, 각 층에 대한 열전도 특성은 열전도율로 측정할 수 있고, 경도는 쇼어 A값으로 평가할 수 있으며, 절연 특성은 절연파괴전압을 측정하여 평가할 수 있다.
열전도율은 LFA (Laser flash analysis) 방식으로 측정하며 열확산율을 측정하여 비열 및 밀도를 곱하여 열전도율을 계산한다. ASTM E1461 규격에 의해 측정할 수 있고, 1mm 두께의 샘플 필름의 표면에 카본 블랙 스프레이로 미세하게 코팅한 후 LFA 장비로 분석한다.
쇼어 A값은 Shore A 경도계를 이용하여 측정할 수 있다. ASTM D2240 규격을 기준으로 하여 Teclock 社의 GS-709G를 이용하여 측정할 수 있다.
절연파괴전압은 샘플 필름 상에 전압을 인가하여 통전되는 시점의 전압을 찾는 시험 방법이다. KIKUSUI社 TOS9201 모델을 이용하여 500V부터 시작하여 500V단위마다 전압을 6KV까지 상승시킨다. 각 전압당 1분씩 전압을 인가하여 전류 값을 확인하여 통전되는지를 확인하여, 샘플 필름 상에 전압을 인가하여 통전되는 시점의 전압을 측정하고, 이를 절연파괴전압으로 한다.
일 구현예에서, 상기 제1층은 상기 방법에 의해 평가할 때, 열전도율은 0.3W/mK 내지 2 W/mK이고, 쇼어 A 값이 5 내지 40이고, 절연파괴전압이 6kV 이상 일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제2층은 상기 방법에 의해 평가할 때, 열전도율은 0.3 W/mK 내지 4 W/mK이고, 쇼어 A 값이 10 내지 60이고, 절연파괴전압이 6kV 이상일 수 있다.
상기 제2층의 열전도율, 쇼어 A값 및 절연파괴전압 평가는 상기 제1층에서와 같이 측정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 방열 시트의 단면도이다.
도 2에서, 상기 방열 시트는 상기 제2층의 다른 일면에 제3 열가소성 엘라스토머를 포함하는 제3층을 더 포함한다.
상기 제3층은 절연성을 부여한다.
상기 제3 열가소성 엘라스토머는 전술한 열가소성 엘라스토머에 대한 상세한 설명과 같고, 상기 제1 열가소성 엘라스토머 또는 상기 제2 열가소성 엘라스토머와 같거나 상이할 수 있고, 다만, 설명의 편의상 구분되는 용어로 표현된다.
예를 들어, 상기 제3 열가소성 엘라스토머는 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 아마이드계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리올레핀 엘라스토머 (POE, Polyolefin elastomer), 열가소성 고무 가황물 (TPV, thermoplastic rubber vulcanisate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제3층은, 제1층 및 제2층에서와 마찬가지로, 필요에 따라서 프로세스 오일을 포함할 수 있다. 상기 프로세스 오일에 관한 상세한 설명은 전술한 바와 같다. 구체적으로, 상기 제3층은 제3 열가소성 엘라스토머 100 중량부 및 프로세스 오일 50 내지 400 중량부를 포함할 수 있다.
상기 제3층은, 필요에 따라서 산화방지제 또는 활제와 같은 세라믹 필러를 더 포함할 수 있다.
상기 세라믹 필러는, 예를 들어, 알루미나 (Al2O3), 산화마그네슘 (MgO), 실리콘카바이드 (SiC), 질화붕소 (Boron nitride), 질화규소 (Si3N4, Silicon nitiride), 실리카 (SiO2), 이산화티탄 (TiO2), 알루미늄나이트라이드 (Aluminum nitride) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3층은 세라믹 필러를 포함할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 제3층은 세라믹 필러를 포함하지 않을 수 있다.
상기 제3층이 세라믹 필러를 포함하는 경우, 상기 제3층의 성형 가능 온도가 상기 제1층 및 상기 제2층과 유사한 범위로 형성되기 때문에, 제3층을 포함하지 않는 방열 시트에 대하여 수행할 수 있는 작업 온도와 유사한 온도에서 작업이 가능하다. 즉, 상기 제3층의 성형 가능 온도가 상기 제1층 및 상기 제2층에 비하여 과도하게 높아지지 않기 때문에 공압출과 같은 공정에 의해 상기 방열 시트를 제조하기가 용이하다.
상기 제3층이 세라믹 필러를 포함하지 않는 경우, 상기 제3층은 얇은 시트 형상으로 형성되어야 하는데, 이러한 얇은 시트 형상으로의 성형성 측면에서 유리하다.
상기 제3층은, 제1층 및 제2층에서와 마찬가지로, 필요에 따라서 산화방지제 또는 활제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 방열 시트에 상기 제3층을 더 형성하는 경우, 제1층 및 제2층에서와 마찬가지로, 별도로 제3층을 형성한 뒤, 제1층, 제2층 및 제3층을 순서대로 적층하여 합지할 수도 있고, 또는 공압출에 의해 다층 구조의 방열 시트를 한번에 형성할 수도 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 제1 열가소성 엘라스토머, 상기 제2 열가소성 엘라스토머 및 상기 제3 열가소성 엘라스토머는 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 제1 열가소성 엘라스토머, 상기 제2 열가소성 엘라스토머 및 상기 제3 열가소성 엘라스토머는 스티렌계 열가소성 엘라스토머; 및 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 아마이드계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나;를 포함할 수 있다.
상기 제1층 및 상기 제2층의 두께비가 4:1 내지 1:4 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1층 및 상기 제2층의 두께비는 2:1 내지 1:2일 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 제1층 및 상기 제2층의 두께비가 1:1일 수 있다. 상기 제1층은 세라믹 필러를 포함하여 상기 제2층보다 경도를 낮출 수 있고, 상기 제2층은 그래파이트를 포함하여 상기 제1층보다 열전도율 특성이 상대적으로 우수하다. 이들 간의 두께비를 조절함으로써 방열 시트 전체적으로 경도와 열전도율 특성의 밸런스를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 시트는 두께비로 제1층 및 제2층을 포함하여 우수한 면착력, 우수한 방열 특성 및 우수한 절연 특성을 적절히 구현할 수 있다. 예를 들어, 면착력을 더욱 개선하려면 상기 제1층을 더 두껍게 적용 하면 면착 성능은 더욱 개선 할 수 있다.
상기 방열 시트가 제3층을 포함하는 3층 구조인 경우, 상기 제1층 및 상기 제3층의 두께비가 1 : 0.03 내지 1 : 0.6일 수 있고, 구체적으로, 1 : 0.03 내지 1 : 0.2 일 수 있다. 상기 방열 시트는 두께비로 제3층을 포함하여 우수한 면착력, 우수한 방열 특성 및 우수한 절연 특성을 적절히 구현할 수 있다.
상기 방열 시트는 얇으면서도 효과적인 방열 시트로서 작용할 수 있고, 우수한 면착력, 우수한 방열 특성 및 우수한 절연 특성을 동시에 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 방열 시트의 총 두께가 1 mm 내지 6 mm 일 수 있다.
상기 방열 시트의 제조 방법은 각각의 제1층 형성용 조성물 및 제2층 형성용 조성물에 대하여, 원료 혼합 공정, 원료 펠렛화 공정 및 펠렛 압출 시트 공정으로 이루어진다. 원료 혼합 공정에서 원료들은 고속 믹서기를 이용하여 원료들을 혼합하고 혼합한 원료를 트윈 압출기를 이용하여 약 150 내지 250℃에서 펠렛화 한다. 얻어진 펠렛은 싱글 압출기 및 T-DIE를 이용하여 단층 또는 공압출 시트로 제작할 수 있고, 압출시 온도 조건은 약 100 내지 210℃에서 수행할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
제조예 1
SEBS 수지 100 중량부, 액상 파라핀 오일 300 중량부 및 알루미나 40 중량부를 혼합하였고, 여기에 산화방지제 및 활제를 첨가하여 제1층 형성용 조성물을 제조하였다.
제조예 2
SEBS 수지 100 중량부, 액상 파라핀 오일 300 중량부 및 그래파이트 40) 중량부를 혼합하였고, 여기에 산화방지제 및 활제를 첨가하여 제1층 형성용 조성물을 제조하였다.
제조예 3
SEBS 수지 100 중량부 및 액상 파라핀 오일 200 중량부를 혼합하였고, 여기에 산화방지제 및 활제를 첨가하여 제3층 형성용 조성물을 제조하였다.
실시예 1
제조예 1을 제1층 형성용 조성물로, 제조예 2를 제2층 형성용 조성물로, 1mm 두께의 제1층 및 1mm 두께의 제2층을 공압출을 이용하여, 제1층 및 제2층이 적층되도록 공압출하여 다층 구조의 방열 시트를 제조하였다.
실시예 2
제조예 1을 제1층 형성용 조성물로, 제조예 2를 제2층 형성용 조성물로, 제조예 3을 제3층 형성용 조성물하여, 1mm 두께의 제1층, 1mm 두께의 제2층 및 및 0.05㎛ 두께의 제3층을 공압출을 이용하여, 제1층, 제2층 및 제3층이 적층되도록 공압출하여 다층 구조의 방열 시트를 제조하였다.
비교예 1
제조예 1의 조성물로부터 단층 구조이고, 2mm 두께의 방열 시트를 제조하였다.
비교예 2
제조예 2의 조성물로부터 단층 구조의 2mm 두께의 방열 시트를 제조하였다.
실험예 1: 열전도율 평가
열전도율은 LFA (Laser flash analysis) 방식으로 측정하며 열확산율을 측정하여 비열 및 밀도를 곱하여 열전도율을 계산한다. ASTM E1461 규격에 의해 측정하였고, 2mm 두께의 샘플 필름의 표면에 카본 블랙 스프레이로 미세하게 코팅한 후 LFA 장비로 분석한다.
실험예 2: 경도 ( 쇼어 A 측정) 평가
쇼어 A값은 Shore A 경도계를 이용하여 측정할 수 있다. ASTM D2240 규격에 의해 측정할 수 있고, Teclock 社의 GS-709G를 이용하여 샘플 필름에 대하여 측정하였다.
실험예 3: 절연파괴전압 평가
절연파괴시험은 다음과 같이 평가하였다.
KIKUSUI社 TOS9201 모델을 이용하여 500V부터 시작하여 500V단위마다 전압을 6KV까지 상승시켰다. 각 전압당 1분씩 전압을 인가하여 전류 값을 확인하여 통전되는지를 확인하여, 샘플 필름 상에 전압을 인가하여 통전되는 시점의 전압을 측정하였다.
상기 실험예 1 내지 실험예 3의 방법으로 평가한 결과를 표 1에 기재하였다.
구분 열전도율 [W/mK] 쇼어 A 절연파괴전압 [kV]
실시예 1 전체 0.8 28 6
제1층 0.5 23 6
제2층 1 42 6
실시예 2 전체 0.76 30 6
제1층 0.5 23 6
제2층 1 42 6
비교예 1 0.5 23 6
비교예 2 1 42 6
비교예 1은 실시예 1의 제1층에 해당하고, 비교예 2는 실시예 1의 제2층에 해당하여, 각각의 열전도율, 쇼어 A 및 절연파괴전압 특성이 소정의 목적 수준을 만족한다.
또한, 이들을 모두 포함하여 다층 구조로 형성된 실시예 1은 단층으로만 형성된 비교예 1 및 비교예 2와 대비하면, 비교예 1 및 비교예 2는 열전도율과 경도 특성의 둘 중 하나만을 만족하는 물성을 가지는 것에 반해, 실시예 1은 전체적으로 열전도율과 경도 특성이 모두 우수하게 구현되었음을 확인하였다. 물론, 비교예 1의 결과로부터 실시예 1의 제1층은 개별적으로 밀착력 특성이 더욱 우수하고, 비교예 2의 결과로부터 실시예 1의 제2층은 방열 특성이 더욱 우수하게 구현되었음도 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10, 20: 방열 시트
11: 제1층
12: 제2층
13: 제3층

Claims (18)

  1. 제1 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일 및 세라믹 필러를 포함하는 제1층; 및
    제2 열가소성 엘라스토머, 프로세스 오일 및 그래파이트를 포함하는 제2층;
    을 포함하는 다층 구조의 방열 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열가소성 엘라스토머 및 상기 제2 열가소성 엘라스토머는, 서로 동일하거나 상이하고, 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 아마이드계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    방열 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스 오일은 액상 파라핀 오일, 바셀린유, 화이트 오일 또는 미네랄 오일을 포함하는
    방열 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 필러는 알루미나, 산화마그네슘, 실리콘카바이드, 질화붕소, 질화규소, 실리카, 이산화티탄, 알루미늄나이트라이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    방열 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1층은 상기 제1 열가소성 엘라스토머 100 중량부, 프로세스 오일 200 내지 400 중량부 및 세라믹 필러 5 내지 80 중량부를 포함하는
    방열 시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은 상기 제2 열가소성 엘라스토머 100 중량부, 프로세스 오일 100 내지 400 중량부 및 그래파이트 5 내지 80 중량부를 포함하는
    방열 시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2층의 다른 일면에 제3 열가소성 엘라스토머를 포함하는 제3층을 더 포함하는
    방열 시트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 열가소성 엘라스토머는 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 아마이드계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    방열 시트.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제3층이 세라믹 필러를 포함하는
    방열 시트.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제3층이 세라믹 필러를 포함하지 않는
    방열 시트.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 열가소성 엘라스토머, 상기 제2 열가소성 엘라스토머 및 상기 제3 열가소성 엘라스토머는, 각각, 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 올레핀계 열가소성 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 아마이드계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리올레핀 엘라스토머 (POE, Polyolefin elastomer), 열가소성 고무 가황물 (TPV, thermoplastic rubber vulcanisate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    방열 시트.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 열가소성 엘라스토머, 상기 제2 열가소성 엘라스토머 및 상기 제3 열가소성 엘라스토머는 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 포함하는
    방열 시트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1층 및 상기 제2층의 두께비가 4:1 내지 1:4인
    방열 시트.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제1층 및 상기 제3층의 두께비가 1 : 0.03 내지 1 : 0.6 인
    방열 시트.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 방열 시트의 총 두께가 1 mm 내지 6 mm인
    방열 시트.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1층의 경도가 상기 제2층의 경도 보다 낮은
    방열 시트.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1층이 열원과 접하도록 배치시키는
    방열 시트.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 열원은 배터리 또는 에너지 저장장치인
    방열 시트.
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