KR20230077114A - 복합재 - Google Patents

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KR20230077114A
KR20230077114A KR1020210164031A KR20210164031A KR20230077114A KR 20230077114 A KR20230077114 A KR 20230077114A KR 1020210164031 A KR1020210164031 A KR 1020210164031A KR 20210164031 A KR20210164031 A KR 20210164031A KR 20230077114 A KR20230077114 A KR 20230077114A
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백송이
이진규
이연수
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주식회사 엘지화학
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

본 출원은 복합재 및 그의 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는 우수한 열전도도를 가지며, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하고, 매우 좁은 공간에서도 효과적으로 열적 접촉을 실현할 수 있는 복합재가 제공될 수 있으며, 상기 복합재는 단차가 심하게 형성된 표면과도 긴밀한 열적 접촉을 달성할 수 있다.

Description

복합재{COMPOSITE MATERIAL}
본 출원은 복합재에 대한 것이다.
방열 소재는 다양한 용도에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 배터리나 각종 전자 기기는 작동 과정에서 열이 발생하기 때문에, 이러한 열을 효과적으로 제어할 수 있는 소재가 요구된다.
방열 특성이 좋은 소재는 열전도도가 좋은 세라믹 소재 등이 알려져 있으나, 이러한 소재는 가공성이 떨어지기 때문에, 고분자 매트릭스 내에 높은 열전도율을 나타내는 상기 세라믹 필러 등을 배합하여 제조한 복합 소재가 사용될 수 있다.
상기 방식에 의해서는 높은 열전도도를 확보하기 위해서 다량의 필러 성분이 적용되어야 하기 때문에, 문제가 발생한다. 예를 들면, 다량의 필러 성분을 포함하면, 소재 자체가 딱딱하게 되는 경향이 있고, 이러한 경우에 내충격성 등이 떨어진다.
방열 소재는 통상 열원과 히트싱크의 사이에 배치된다. 그런데, 열원 또는 히트싱크가 방열 소재와 접촉하는 표면에 단차가 형성되어 있는 경우에 방열 소재와 열원 또는 히트싱크간의 긴밀한 열적 접촉이 달성되지 않고, 이러한 경우에 전체적인 열저항이 증가하게 되는 문제가 있다.
본 출원은, 복합재에 대한 것이다. 본 출원에서는 우수한 열전도도를 가지며, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하고, 매우 좁은 공간에서도 효과적으로 열적 접촉을 실현할 수 있는 복합재가 제공될 수 있으며, 상기 복합재는 단차가 심하게 형성된 표면 등과 같이 복잡한 형상을 가지는 표면과도 긴밀한 열적 접촉을 달성할 수 있다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상온에서 측정한 것이다. 용어 상온은 가온 및 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 약 10℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 온도의 단위는 ℃이다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상압에서 측정한 물성이다. 용어 상압은 가압 및 감압되지 않은 자연 그대로의 압력으로서 통상 약 700 내지 800 mmHg 정도를 상압으로 지칭한다.
본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 습도가 그 결과에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 해당 물성은 상기 상온 및 상압 상태에서 특별히 조절되지 않은 습도에서 측정한 물성이다.
본 명세서에서 용어 알킬기 또는 알콕시기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄, 분지쇄, 또는 고리형 알킬기 또는 알콕시기를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 알케닐기 또는 알키닐기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 직쇄, 분지쇄, 또는 고리형 알케닐기 또는 알키닐기를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 아릴기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 벤젠 구조를 포함하는 화합물, 2개 이상의 벤젠이 링커에 의해 연결되어 있는 구조를 포함하는 화합물 또는 2개의 벤젠이 각각 하나 또는 2개의 탄소 원자를 공유하면서 축합 또는 결합된 구조를 포함하는 화합물 또는 상기 언급된 화합물 중 어느 하나의 화합물의 유도체로부터 유래하는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 말하는 아릴기의 범위에는 통상적으로 아릴기로 호칭되는 관능기는 물론 소위 아르알킬기(aralkyl group) 또는 아릴알킬기 등도 포함될 수 있다. 아릴기는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 25, 탄소수 6 내지 21, 탄소수 6 내지 18 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기일 수 있다. 아릴기로는, 페닐기, 디클로로페닐, 클로로페닐, 페닐에틸기, 페닐프로필기, 벤질기, 톨릴기, 크실릴기(xylyl group) 또는 나프틸기 등이 예시될 수 있다.
본 명세서에서 용어 에폭시기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 3개의 고리 구성 원자를 가지는 고리형 에테르(cyclic ether) 또는 상기 고리형 에테르를 포함하는 화합물로부터 유도된 1가 잔기를 의미할 수 있다. 에폭시기로는 글리시딜기, 에폭시알킬기, 글리시독시알킬기 또는 지환식 에폭시기 등이 예시될 수 있다. 상기에서 지환식 에폭시기는, 지방족 탄화수소 고리 구조를 포함하고, 상기 지방족 탄화수소 고리를 형성하고 있는 2개의 탄소 원자가 또한 에폭시기를 형성하고 있는 구조를 포함하는 화합물로부터 유래되는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 지환식 에폭시기로는, 6개 내지 12개의 탄소를 가지는 지환식 에폭시기가 예시될 수 있고, 예를 들면, 3,4-에폭시시클로헥실에틸기 등이 예시될 수 있다.
상기 알케닐기, 알콕시기, 알킬기, 아릴기 또는 에폭시기 등은 임의로 하나 이상의 치환기에 의해 치환되어 있을 수 있다. 이 때 치환기로는, 염소 또는 불소 등의 할로겐, 글리시딜기, 에폭시알킬기, 글리시독시알킬기 또는 지환식 에폭시기 등의 에폭시기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 이소시아네이트기, 티올기 또는 1가 탄화수소기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은 복합재에 대한 것이다. 용어 복합재는 금속폼과 고분자 성분을 적어도 포함하고, 상기 고분자 성분이 적어도 상기 금속폼의 표면에 존재하는 재료를 의미할 수 있다. 복합재에서 상기 고분자 성분은, 상기 금속폼의 표면에 적어도 존재하는 한, 상기 금속폼의 내부, 예를 들면, 상기 금속폼에 형성된 기공의 내부에도 존재할 수 있다.
본 명세서에서 용어 금속폼 또는 금속 골격은, 금속을 주성분으로 포함하는 다공성 구조체를 의미한다. 상기에서 금속을 주성분으로 한다는 것은, 금속폼 또는 금속 골격의 전체 중량을 기준으로 금속의 비율이 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상 또는 95 중량% 이상인 경우를 의미한다. 상기 주성분으로 포함되는 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 100 중량%, 99 중량% 또는 98 중량% 정도일 수 있다. 또한, 상기에서 금속은 단일 금속은 물론 2종 이상의 금속의 합금도 포함된다.
본 명세서에서 용어 다공성은, 기공도(porosity)가 적어도 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 기공도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 약 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하 또는 50% 이하 정도일 수 있다. 상기 기공도를 구하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 금속폼의 경우, 상기 금속폼의 밀도를 통해 기공도를 확인하는 공지의 방식이 적용될 수 있다.
상기 복합재는, 높은 열전도도를 가지며, 이에 따라서 예를 들면, 방열 소재와 같이 열의 제어를 위한 소재로 사용될 수 있다. 또한, 상기 복합재는 우수한 유연성과 내충격성 등을 가지고, 매우 좁은 공간에서도 우수한 열적 접촉을 달성할 수 있다. 특히, 상기 복합재가 적용되는 표면이 단차가 심하게 형성된 경우와 같이 복잡한 형상을 가지는 경우에도 상기 복합재는 상기 표면과 긴밀한 열적 접촉을 달성하여 낮은 열저항을 구현할 수 있다.
예를 들면, 상기 복합재는 열전도도가 약 0.4 W/mK 이상, 0.45 W/mK 이상, 0.5 W/mK 이상, 0.55 W/mK 이상, 0.6 W/mK 이상, 0.65 W/mK 이상, 0.7 W/mK 이상, 0.75 W/mK 이상, 0.8 W/mK 이상, 0.85 W/mK 이상, 0.9 W/mK 이상, 0.95 W/mK 이상, 1 W/mK 이상, 1.5 W/mK 이상, 2, W/mK 이상 2.5 W/mK 이상, 3 W/mK 이상, 3.5 W/mK 이상, 4 W/mK 이상, 4.5 W/mK 이상 또는 5 W/mK 이상일 수 있다. 상기 복합재의 열전도도는 높을수록 복합재가 우수한 열 제어 기능을 가질 수 있는 것이어서 특별히 제한되지 않으며, 일 예시에서 약 100 W/mK 이하, 90 W/mK 이하, 80 W/mK 이하, 70 W/mK 이하, 60 W/mK 이하, 50 W/mK 이하, 40 W/mK 이하, 30 W/mK 이하, 20 W/mK 이하 또는 15 W/mK 이하일 수 있다. 상기 열전도도를 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않는다.
예를 들면, 상기 열전도도는, 복합재의 열확산도(A), 비열(B) 및 밀도(C)를 구하여 열전도도=AХBХC의 수식으로 구할 수 있는데, 상기에서 열확산도(A)는, 레이저 플래쉬법(LFA 장비, 모델명: LFA467)을 이용하여 측정할 수 있고, 비열은 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 장비를 통해 측정할 수 있으며, 밀도는 아르키메데스법을 이용하여 측정할 수 있다. 일 예시에서 상기 열전도도는 복합재의 두께 방향(Z축)에 대한 값일 수 있다.
상기 복합재는 또한 ASTM 5470에 따라 확인되는 열 저항이 0.13 Kin2/W 이하일 수 있다. 상기 열저항은 다른 예시에서 0.125 Kin2/W 이하, 0.12 Kin2/W 이하, 0.115 Kin2/W 이하, 0.11 Kin2/W 이하 또는 0.1 Kin2/W 이하 정도이거나, 0.01 Kin2/W 이상, 0.05 Kin2/W 이상 또는 0.1 Kin2/W 이상 정도일 수도 있다.
복합재의 상기와 같은 우수한 열전도 특성은 금속폼의 선택 및 고분자 성분의 적절한 복합화에 의해서 달성될 수 있다. 즉, 금속폼이 후술하는 두께가 기공 특성을 가짐으로써, 복합재 내에서 상기 금속폼이 효과적으로 열전달 경로를 형성할 수 있다. 또한, 이러한 금속폼이 고분자 성분과 복합화됨으로써, 상기 고분자 성분이 금속폼의 기공을 적절하게 메워주고, 열전도도를 더욱 개선시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 복합화된 고분자 성분은, 복합재의 유연성과 기계적 물성을 개선할 수 있다. 또한, 상기와 같은 복합화에 의해서 고분자 성분 내에 포함되어 있는 다른 성분(예를 들면, 하기 소정 범위의 융점을 가지는 물질 내지 열전도성 필러)의 기능이 금속폼의 열전달 경로, 유연성, 내충격성 등의 기계적 물성을 훼손하지 않으면서도 유지되도록 할 수 있다.
위와 같은 금속폼과 고분자 성분의 복합화를 효율적으로 달성하기 위해서 금속폼의 특성이 제어될 수 있다. 예를 들어, 복합화되는 고분자 성분의 종류가 동일한 경우, 금속폼의 기공 크기, 기공도 및 두께에 비례하여 복합화되는 고분자 성분의 양이 많아진다. 따라서, 상기 기공 크기, 기공도 및/또는 두께를 조절함으로써 적합한 복합화를 달성할 수 있다.
일 예시에서 상기 금속폼은 기공도(porosity)가 약 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하, 60% 이하, 55% 이하 또는 50% 이하 정도일 수 있다. 상기 기공도는 다른 예시에서 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상 또는 70% 이상 정도일 수도 있다. 상기 기공도는, 상기 금속폼의 밀도를 통해 기공도를 확인하는 공지의 방식이 적용될 수 있다. 위와 같은 범위 내에서 고분자 성분과의 적합한 복합화를 달성하고, 복합재 내에서 효과적으로 열전달 경로를 형성할 수 있다.
금속폼의 기공의 크기는 대략 1μm 내지 50μm의 범위 내일 수 있다. 상기 기공 크기는, 전자식 광학 현미경(SEM, JEOL, JSM-7610F)을 사용하여 500배 배율로 금속폼을 촬영하여 확인할 수 있다. 또한, 기공 크기의 확인 시에 기공이 원형이 아닌 경우에 장축과 단축을 각각 측정한 후에 이를 평균하여 기공의 크기로 한다. 또한, 상기 기공의 크기는 금속폼에 형성된 복수의 기공들 중 가장 큰 기공의 크기이거나, 가장 작은 크기의 기공의 크기이거나, 혹은 기공들의 크기의 평균값일 수 있다. 상기 기공의 크기는 다른 예시에서 1.5μm 이상, 2μm 이상, 2.5μm 이상, 3μm 이상, 3.5μm 이상, 4μm 이상, 4.5μm 이상, 5μm 이상, 5.5μm 이상, 6μm 이상, 6.5μm 이상, 7μm 이상, 7.5μm 이상, 8μm 이상, 8.5μm 이상, 9μm 이상, 9.5μm 이상, 10μm 이상, 10.5μm 이상, 11μm 이상, 11.5μm 이상, 12μm 이상, 12.5μm 이상, 13μm 이상, 13.5μm 이상, 14μm 이상, 14.5μm 이상, 15μm 이상, 15.5μm 이상, 16μm 이상, 16.5μm 이상, 17μm 이상, 17.5μm 이상, 18μm 이상, 18.5μm 이상, 19μm 이상, 19.5μm 이상 또는 20이거나, 45μm 이하, 40μm 이하, 35μm 이하, 30μm 이하, 25μm 이하, 20μm 이하, 18μm 이하, 16μm 이하, 14μm 이하, 12μm 이하, 10μm 이하, 8μm 이하, 6μm 이하 또는 4μm 이하 정도일 수도 있다. 위와 같은 범위 내에서 고분자 성분과의 적합한 복합화를 달성할 수 있다.
금속폼은 필름 형태일 수 있다. 이러한 경우에 상기 필름의 두께는, 예를 들면, 약 3,000 μm 이하, 2,500 μm 이하, 2,000 μm 이하, 1,500 μm 이하, 1,000 μm 이하, 약 900 μm 이하, 약 800 μm 이하, 약 700 μm 이하, 약 600 μm 이하, 약 500 μm 이하, 약 400 μm 이하, 약 300 μm 이하, 약 200 μm 이하 또는 약 150 μm 이하 정도일 수 있다. 위와 같은 범위 내에서 고분자 성분과의 적합한 복합화를 달성하고, 복합재 내에서 효과적으로 열전달 경로를 형성할 수 있다. 상기 금속폼 두께의 하한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 10μm 이상, 약 20μm 이상, 약 30μm 이상, 약 40μm 이상, 약 45 μm 이상, 약 50 μm 이상, 약 55 μm 이상, 약 60 μm 이상, 약 65 μm 이상, 약 70 μm 이상, 약 75 μm 이상, 약 80 μm 이상, 약 85 μm 이상, 약 90 μm 이상, 약 95 μm 이상, 약 100 μm 이상, 약 110 μm 이상, 약 120 μm 이상, 약 130 μm 이상 또는 약 140 μm 이상 정도일 수도 있다.
본 명세서에서 두께는 해당 대상의 두께가 일정하지 않은 경우에는, 그 대상의 최소 두께, 최대 두께 또는 평균 두께일 수 있다.
금속폼은 열전도도가 높은 금속으로 구성될 수 있다. 일 예시에서 상기 금속폼은 열전도도가, 약 8 W/mK 이상, 약 10 W/mK 이상, 약 15 W/mK 이상, 약 20 W/mK 이상, 약 25 W/mK 이상, 약 30 W/mK 이상, 약 35 W/mK 이상, 약 40 W/mK 이상, 약 45 W/mK 이상, 약 50 W/mK 이상, 약 55 W/mK 이상, 약 60 W/mK 이상, 약 65 W/mK 이상, 약 70 W/mK 이상, 약 75 W/mK 이상, 약 80 W/mK 이상, 약 85 W/mK 이상 또는 약 90 W/mK 이상인 금속 또는 금속 합금을 포함하거나, 그로부터 이루어질 수 있다. 상기 열전도도는, 그 수치가 높을수록 적은 양의 금속폼을 적용하면서 목적하는 열 제어 특성을 확보할 수 있기 때문에 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 약 1,000 W/mK 이하 정도일 수 있다.
금속폼의 골격은, 다양한 종류의 금속이나 금속 합금으로 이루어질 수 있는데, 이러한 금속이나 금속 합금 중에서 상기 언급된 범위의 열전도도를 나타낼 수 있는 소재가 선택되면 된다. 이러한 소재로는, 구리, 금, 은, 알루미늄, 니켈, 철, 코발트, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속이나 상기 중 2종 이상의 합금 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 금속폼은 다양하게 공지되어 있고, 금속폼을 제조하는 방법 역시 다양하게 공지되어 있다. 본 출원에서는 이러한 공지의 금속폼이나 상기 공지의 방식으로 제조한 금속폼이 적용될 수 있다.
금속폼을 제조하는 방식으로는, 염 등의 기공 형성제와 금속의 복합 재료를 소결하는 방식, 고분자 폼 등의 지지체에 금속을 코팅하고, 그 상태로 소결하는 방식이나 슬러리법 등이 알려져 있다. 또한, 상기 금속폼은 본 출원인의 선행 출원인 한국출원 제2017-0086014호, 제2017-0040971호, 제2017-0040972호, 제2016-0162154호, 제2016-0162153호 또는 제2016-0162152호 등에 개시된 방식에 따라서도 제조될 수 있다.
금속폼과 복합화되는 고분자 성분은, 적어도 상기 필름 형태의 금속폼의 표면 및/또는 내부에 존재할 수 있다. 일 예시에서 상기 고분자 성분은 상기 금속폼의 표면 및 내부(예를 들면, 금속폼의 기공)에 존재할 수도 있다.
고분자 성분은, 상기 금속폼의 적어도 하나의 표면상에서 표면층을 형성하고 있거나, 금속폼 내부의 기공에 충전되어 존재할 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 표면층을 형성하면서 또한 금속폼의 내부의 기공에 충전되어 있을 수도 있다. 표면층을 형성하는 경우에, 금속폼의 표면 중에서 적어도 한 표면, 일부의 표면 또는 모든 표면에 대해서 고분자 성분이 표면층을 형성하고 있을 수 있다. 일 예시에서는 적어도 금속폼의 주표면인 상부 및/또는 하부 표면에 상기 고분자 성분이 표면층을 형성하고 있을 수 있다. 상기 표면층은, 금속폼의 표면 전체를 덮도록 형성될 수도 있고, 일부 표면만을 덮도록 형성될 수도 있다.
복합재는, 전술한 바와 같이 상기 금속폼의 표면 또는 금속폼의 내부에 존재하는 고분자 성분을 추가로 포함하는데, 이 경우에 상기 금속폼의 두께(MT) 및 복합재의 두께(T)의 비율(T/MT)은, 2.5 이하일 수 있다. 상기 두께의 비율은 다른 예시에서 약 2 이하, 1.5 이하, 1.4 이하, 1.3 이하, 1.2 이하, 1.15 이하 또는 1.1 이하일 수 있다. 상기 두께의 비율의 하한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 일 예시에서 약 1 초과, 약 1.01 이상, 약 1.02 이상, 약 1.03 이상, 약 1.04 이상, 약 1.05 이상, 약 1.06 이상, 약 1.07 이상, 약 1.08 이상, 약 1.09 이상 또는 약 1.1 이상일 수 있다. 이러한 두께 비율 하에서 목적하는 열전도도가 확보되면서, 가공성이나 내충격성 등이 우수한 복합재가 제공될 수 있다. 특히 상기 비율 하에서 고분자 성분 내에 존재하는 소정 융점의 물질 및/또는 열전도성 필러 등 다른 물질의 기능이 금속폼에 의해 형성되는 열전달 경로와 복합재의 유연성 및 기계적 물성을 훼손하지 않고, 발휘될 수 있다.
본 출원의 복합재에 포함되는 고분자 성분의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 복합재의 가공성이나 내충격성, 절연성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 본 출원에서 적용될 수 있는 고분자 성분의 예로는, 공지의 아크릴 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미노 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 들 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
후술하는 소정 융점의 물질이 적용되어 고분자 성분이 단차가 심한 표면과도 효과적으로 열적 접촉을 달성하기 위해서 상기 고분자 성분의 연성이 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 고분자 성분은 -300℃ 내지 0℃의 범위 내의 유리전이온도(Tg) 또는 -100℃ 내지 0℃의 범위 내의 용융 온도(Tm)을 가질 수 있다. 고분자 성분은 상기 유리전이온도 및 용융 온도 중 어느 하나만을 가지거나, 혹은 양자 모두 가질 수 있다. 이러한 유리전이온도 및/또는 용융 온도를 가지는 고분자 성분에 후술하는 소정 융점의 물질이 적용되는 경우에, 복합재가 단차가 심한 표면에 적용되는 경우에도 상기 표면과 긴밀한 열적 접촉을 달성할 수 있고, 이러한 특성은, 후술하는 열전도성 필러 등 상기 소정 융점의 물질과는 다른 종류의 물질이 고분자 성분 내에 포함되는 경우에도 유지될 수 있다.
상기 유리전이온도는 다른 예시에서 -280℃ 이상, -260℃ 이상, -240℃ 이상, -220℃ 이상, -200℃ 이상, -180℃ 이상, -160℃ 이상, -140℃ 이상 또는 -120℃ 이상이거나, -20℃ 이하, -40℃ 이하, -60℃ 이하, -80℃ 이하, -100℃ 이하 또는 -120℃ 이하 정도일 수도 있다.
상기 용융 온도는 다른 예시에서 -90℃ 이상, -80℃ 이상, -70℃ 이상, -60℃ 이상 또는 -50℃ 이상이거나, -10℃ 이하, -20℃ 이하, -30℃ 이하, -40℃ 이하 또는 -50℃ 이하 정도일 수도 있다.
고분자 성분이 유리전이온도와 용융 온도를 모두 가지는 경우에 상기 유리전이온도와 용융 온도의 차이는 약 0 내지 200℃의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 차이는 유리전이온도와 용융 온도 중 더 큰 수치에서 더 작은 수치를 뺀 값이다. 하나의 예시에서 용융 온도가 유리전이온도 대비 큰 값을 가진다. 상기 차이는, 다른 예시에서 10℃ 이상, 20℃ 이상, 30℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상 또는 90℃ 이상이거나, 190℃ 이하, 180℃ 이하, 170℃ 이하, 160℃ 이하, 150℃ 이하, 140℃ 이하, 130℃ 이하, 120℃ 이하, 110℃ 이하, 100℃ 이하, 90℃ 이하, 80℃ 이하 또는 70℃ 이하 정도일 수도 있다.
상기 유리전이온도 및 용융 온도는 고분자 성분에 대해서 해당 온도를 측정하는 일반적인 방법을 적용하여 측정할 수 있다.
고분자 성분은 전술한 다양한 고분자 소재 중에서 상기 유리전이온도 및/또는 용융 온도를 가지는 성분을 사용하여 형성할 수 있다.
일 예시에서 복합재에 포함되는 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 10 이하일 수 있다. 상기 비율(MV/PV)은 다른 예시에서 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하, 2 이하, 1 이하 또는 0.5 이하 정도일 수 있다. 상기 부피 비율(MV/PV)은 다른 예시에서 0.01 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이 상, 0.4 이상, 0.45 이상, 0.5 이상, 0.55 이상, 0.6 이상, 0.65 이상, 0.7 이상, 0.75 이상 또는 0.8 이상 정도일 수도 있다. 상기 부피 비율은, 복합재에 포함되는 고분자 성분과 금속폼의 중량과 해당 성분들의 밀도를 통해 산출할 수 있다.
상기 복합재에서 상기 고분자 성분에는, 소정 범위 내의 융점을 가지는 물질이 존재할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 고분자 성분에는 상기 물질로는, 융점이 약 0℃ 내지 150℃의 범위 내인 물질이 존재할 수 있다.
상기 물질의 융점은 다른 예시에서 0℃ 이상, 5℃ 이상, 10℃ 이상, 15℃ 이상, 20℃ 이상, 25℃ 이상, 30℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 45℃ 이상, 50℃ 이상, 55℃ 이상 또는 60℃ 이상 정도이거나, 150℃ 이하, 145℃ 이하, 140℃ 이하, 135℃ 이하, 130℃ 이하, 125℃ 이하, 120℃ 이하, 115℃ 이하, 110℃ 이하, 105℃ 이하, 100℃ 이하, 95℃ 이하, 90℃ 이하, 85℃ 이하, 80℃ 이하, 75℃ 이하, 70℃ 이하, 65℃ 이하, 60℃ 이하 또는 55℃ 이하 정도일 수도 있다.
상기 물질로는, 상기 범위의 융점을 가지는 물질을 제한 없이 선택하여 사용할 수 있다.
일 예시에서 상기 물질로는 소위 상전이 물질로 알려진 물질이 적용될 수 있다. 상전이 물질로는 무기계 물질, 유기계 물질, 유무기계 상전이 물질 또는 공융 혼합물(eutectic)계 물질이 알려져 있다. 이러한 물질 중에서 유기계 상전이 물질 또는 유무기계 상전이 물질이 사용될 수 있다.
유기계 상전이 물질로는, 지방산(Fatty acid), 알코올(polyalcohol), 케톤(ketone), D-락트산(D-lactic acid) 또는 파라핀(paraffin)계 물질이 알려져 있고, 본 출원에서는 상기 물질 중에서 전술한 범위의 융점을 가지는 물질이 사용될 수 있다.
상기 지방산(Fattic acid)으로는, 포름산(formic acid), n-옥타노산(n-octanoic acid), 라우르산(lauric acid) 또는 팔미트산(palmitic acid), 스테아르산(stearic acid) 등이 예시될 수 있고, 알코올계 상전이 물질로는, 글리세린(glycerin), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 크실리톨(xylitol) 또는 에리트리톨(erythritol) 등이 예시될 수 있으며, 케톤계 상전이 물질로는, 2-펜타데카논(2-pentadecanone) 또는 4-헵타데카논(4-heptadekanone) 등이 예시될 수 있다.
파라핀계 상전이 물질로는, n-헵타데칸(n-heptadecane), n-옥타데칸(n-octadecane), n-노나데칸(n-Nonadecane), n-아이코산(n-Eicosane), n-헤니코산(n-henicosane), n-도코산(n-docosane), n-트리코산(n-tricosane), n-펜타코산(n-pentacosane), n-헥사코산(n-hexacosane), n-헵타코산(n-heptacosane), n-옥타코산(n-octacosane), n-노나코산(n-nonacosane), n-트리아콘탄(n-triacontane), n-헨트리아콘탄(n-hentriacontane), n-도크리아콘탄(n-dotriacontane), n-트리아트리아콘탄(n-triatriacontane) 또는 기타 고차 파라핀(Paraffin C16~C18, Paraffin C13~C24, RT 35 HC, Paraffin C16~C28, Paraffin C20~C33, Paraffin C22~C45, Paraffin C22~C50, Paraffin natural wax 811, Paraffin natural wax 106 등) 등이 알려져 있다.
하나의 예시에서 상기 물질로서는, 고리형 실록산 화합물(cyclosiloxane compound)이 사용될 수 있다.
고리형 실록산 화합물로는, 상기 범위의 융점을 가지는 화합물이 선택되어 사용될 있으며, 예를 들면, 화학식 1로 표시되는 물질을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에서 R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 에폭시기 또는 아릴기이고, n은 0 내지 20의 범위 내의 수일 수 있다.
화학식 1에서 R1 내지 R3는 서로 동일하거나 상이할 수 있고, R1, R2 또는 R3가 각각 복수 존재하는 경우에도 서로는 동일하거나 상이할 수 있다.
화학식 1에서 n은 다른 예시에서 1 이상, 2 이상 또는 3 이상이거나, 19 이하, 18 이하, 17 이하, 16 이하, 15 이하, 14 이하, 13 이하, 12 이하, 11 이하, 10 이하, 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하 또는 3 이하 정도일 수도 있다.
상기 복합재에서 상기 상전이 물질(사이클로실록산 화합물)은, 상기 고분자 성분 100 중량부 대비 5 내지 200 중량부의 범위 내의 비율로 포함되어 있을 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 10 중량부 이상, 15 중량부 이상, 25 중량부 이상, 30 중량부 이상, 35 중량부 이상 또는 40 중량부 이상이거나, 195 중량부 이하, 190 중량부 이하, 185 중량부 이하, 180 중량부 이하, 175 중량부 이하, 170 중량부 이하, 165 중량부 이하, 160 중량부 이하, 155 중량부 이하, 150 중량부 이하, 145 중량부 이하, 140 중량부 이하, 135 중량부 이하, 130 중량부 이하, 125 중량부 이하, 120 중량부 이하, 115 중량부 이하, 110 중량부 이하, 105 중량부 이하, 100 중량부 이하, 95 중량부 이하, 90 중량부 이하, 85 중량부 이하, 80 중량부 이하, 75 중량부 이하, 70 중량부 이하, 65 중량부 이하, 60 중량부 이하, 55 중량부 이하, 50 중량부 이하, 45 중량부 이하, 40 중량부 이하, 35 중량부 이하, 30 중량부 이하, 25 중량부 이하, 20 중량부 이하 또는 15 중량부 이하 정도일 수도 있다. 이러한 비율 하에서 목적하는 효과를 더 효율적으로 확보할 수 있다.
일 예시에서 상기 고분자 성분의 유리전이온도(Tg)와 상기 물질의 융점(TM)의 차이(TM-Tg)는 약 10℃ 내지 1,000℃의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 범위로 융점 등이 제어됨으로써, 복합재에서 의도하는 목적이 더 효과적으로 달성될 수 있으며, 후술하는 혼합 공정에서도 적절한 혼합이 달성될 수 있다. 상기 차이는 다른 예시에서 20℃ 이상, 30℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상, 90℃ 이상, 100℃ 이상, 110℃ 이상, 120℃ 이상, 130℃ 이상, 140℃ 이상, 150℃ 이상, 160℃ 이상, 170℃ 이상, 180℃ 이상 또는 190℃ 이상이거나, 950℃ 이하, 900℃ 이하, 850℃ 이하, 800℃ 이하, 750℃ 이하, 700℃ 이하, 650℃ 이하, 600℃ 이하, 550℃ 이하, 500℃ 이하, 450℃ 이하, 400℃ 이하, 350℃ 이하, 300℃ 이하, 250℃ 이하 또는 200 ℃ 이하 정도일 수도 있다.
일 예시에서 상기 고분자 성분의 용융 온도(Tm)와 상기 물질의 융점(TM)의 차이(TM-Tm)는 10℃ 내지 500℃의 범위 내에 있을 수 있다. 이러한 범위로 융점 등이 제어됨으로써, 복합재에서 의도하는 목적이 더 효과적으로 달성될 수 있으며, 후술하는 혼합 공정에서도 적절한 혼합이 달성될 수 있다. 상기 차이는 다른 예시에서 15℃ 이상, 20℃ 이상, 25℃ 이상, 30℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 45℃ 이상, 50℃ 이상, 55℃ 이상, 60℃ 이상, 65℃ 이상, 70℃ 이상, 75℃ 이상, 80℃ 이상, 85℃ 이상, 90℃ 이상, 95℃ 이상, 100℃ 이상, 105℃ 이상 또는 110℃ 이상이거나, 450℃ 이하, 400℃ 이하, 350℃ 이하, 300℃ 이하, 250℃ 이하, 200℃ 이하 또는 150℃ 이하 정도일 수도 있다.
상기와 같은 범위 내에서 목적하는 효과를 더욱 효율적으로 확보할 수 있다.
복합재는 상기 성분 외에도 추가로 필요한 성분을 포함할 수 있다.
예를 들면, 복합재에서는 상기 고분자 성분이 금속폼의 적어도 일 표면에서 표면층을 형성하고 있는데, 이 때 상기 표면층 내에는 열전도성 필러가 포함되어 있을 수 있다.
용어 열전도성 필러는, 열전도도가 약 1 W/mK 이상, 약 5 W/mK 이상, 약 10 W/mK 이상 또는 약 15 W/mK 이상인 필러를 의미한다. 상기 열전도성 필러의 열전도도는 약 400 W/mK 이하, 약 350 W/mK 이하 또는 약 300 W/mK 이하일 수 있다. 열전도성 필러의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 세라믹 필러 또는 탄소계 필러 등을 적용할 수 있다. 이러한 필러로는, 알루미나, AlN(aluminum nitride), BN(boron nitride), 질화 규소(silicon nitride), SiC 또는 BeO 등이나, 탄소나노튜브나 그래파이트 등과 같은 필러가 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
표면층에 포함되는 상기 필러의 형태나 비율은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 필러의 형태는 대략 구형, 침상, 판형, 덴드라이트형 또는 성형(star shape) 등의 다양한 형태를 가질 수 있지만, 상기 형태에 특별히 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서 상기 열전도성 필러는, 평균 입경이 0.001 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 0.01 ㎛ 이상, 0.1 이상, 0.5㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 2㎛ 이상, 3㎛ 이상, 4㎛ 이상, 5㎛ 이상 또는 약 6㎛ 이상일 수 있다. 상기 필러의 평균 입경은 다른 예시에서 약 75㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 65㎛ 이하, 약 60㎛ 이하, 약 55㎛ 이하, 약 50㎛ 이하, 약 45㎛ 이하, 약 40㎛ 이하, 약 35㎛ 이하, 약 30㎛ 이하, 약 25㎛ 이하, 약 20㎛ 이하, 약 15㎛ 이하, 약 10㎛ 이하 또는 약 5㎛ 이하일 수 있다.
상기 필러의 평균 입경은 소위 D50 입경일 수 있다. D50 입경은, 입도 분포의 체적 기준 누적 50%에서의 입자 지름(메디안 직경)으로서, 체적 기준으로 입도 분포를 구하고, 전 체적을 100%로 한 누적 곡선에서 누적치가 50%가 되는 지점의 입자 지름이다. 상기와 같은 D50 입경은 레이저 회절법(laser Diffraction) 방식으로 측정할 수 있다.
위와 같은 평균 입경의 열전도성 필러는, 복합재의 장점(특히, 상기 고분자 성분과 상기 소정 범위의 융점을 가지는 물질에 의해 형성된 연성)을 훼손하지 않거나, 오히려 개선하면서도, 복합재의 열전도도를 향상시킬 수 있다.
상기 필러의 비율은, 목적하는 특성이 확보되거나, 혹은 손상되지 않은 범위 내에서 조절될 수 있다. 일 예시에서 상기 필러는 복합재 내에서 부피 비율로 약 80vol% 이하 정도로 포함될 수 있다. 상기에서 부피 비율은, 복합재를 구성하는 성분, 예를 들면, 상기 금속폼, 고분자 성분 및 필러 각각의 중량과 밀도를 기준으로 계산한 수치이다.
상기 부피 비율은 다른 예시에서 약 75 vol% 이하, 70 vol% 이하, 65 vol% 이하, 60 vol% 이하, 55 vol% 이하, 50 vol% 이하, 45 vol% 이하, 40 vol% 이하, 35 vol% 이하 또는 30 vol% 이하 정도이거나, 약 1 vol% 이상, 2 vol% 이상, 3 vol% 이상, 4 vol% 이상 또는 5 vol% 이상 정도일 수 있다.
다른 예시에서 상기 열전도성 필러는 고분자 성분 100 중량부 대비 10 내지 250 중량부의 범위 내로 복합재에 포함되어 있을 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 13 중량부 이상, 15 중량부 이상, 17 중량부 이상, 19 중량부 이상, 21 중량부 이상, 23 중량부 이상, 25 중량부 이상, 27 중량부 이상 또는 29 중량부 이상이거나, 240 중량부 이하, 230 중량부 이하, 220 중량부 이하, 210 중량부 이하, 200 중량부 이하, 190 중량부 이하, 180 중량부 이하, 170 중량부 이하, 160 중량부 이하, 150 중량부 이하, 140 중량부 이하, 130 중량부 이하, 120 중량부 이하, 110 중량부 이하, 100 중량부 이하, 90 중량부 이하, 80 중량부 이하, 70 중량부 이하, 60 중량부 이하, 50 중량부 이하, 48 중량부 이하, 46 중량부 이하, 44 중량부 이하, 42 중량부 이하, 40 중량부 이하, 38 중량부 이하, 36 중량부 이하, 34 중량부 이하, 32 중량부 이하, 30 중량부 이하 또는 28 중량부 이하 정도일 수도 있다.
위와 같은 비율에서 복합재의 장점(특히, 상기 고분자 성분과 상기 소정 범위의 융점을 가지는 물질에 의해 형성된 연성)을 훼손하지 않거나, 오히려 개선하면서도, 복합재의 열전도도를 향상시킬 수 있다.
특히, 금속폼과 고분자 성분의 비율과 상기 고분자 성분과 상기 소정 범위의 융점을 가지는 물질의 비율과 상기 열전도성 필러의 비율을 동시에 제어함으로써, 상기 효과는 더욱 극대화될 수 있다.
즉, 상기 복합재에서 상기 고분자 성분의 부피(PV)와 상기 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 10 이하이면서, 상기 열전도성 필러는 고분자 성분 100 중량부 대비 15 내지 50 중량부의 범위 내로 포함되고, 상기 융점이 소정 범위 내인 물질은 상기 고분자 성분 100 중량부 대비 5 내지 40 중량부의 범위 내로 포함될 수 있다. 상기 부피 비율(MV/PV)과 상기 소정 범위의 융점을 가지는 물질의 중량부 및 상기 열전도성 필러의 중량부는 보다 구체적으로는 상기 언급된 범위 내에서 제어될 수 있다.
본 출원은 또한 상기와 같은 복합재의 제조 방법에 대한 것이다. 복합재에서 고분자 성분 및 상기 소정 범위의 융점을 가지는 물질간의 복합화를 더욱 효율적으로 진행하기 위해서 제조 공정이 제어될 수 있다.
상기 제조 방법은, 상기 고분자 성분, 제 1 물질 및 제 2 물질을 상기 제 1 물질의 융점 이상의 온도에서 혼합하여 고분자 조성물을 제조하는 단계와 상기 제조된 고분자 조성물을 상기 금속폼과 복합화하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이 고분자와 소정 융점의 물질을 상기 물질의 융점 이상의 온도에서 혼합한 후에 금속폼과 복합화함으로써 목적하는 물성의 복합재를 효과적으로 제조할 수 있다. 상기 단계에서 적용되는 혼합 온도의 범위는 상기 온도가 상기 물질의 융점보다 높다면, 특별히 제한되는 것은 아니다.
혼합 시간도 적합한 혼합이 달성될 수 있는 범위 내라면 제한되지 않고, 혼합의 방식에 따라 적정 수준으로 조절될 수 있다.
상기 혼합 단계에서 적용되는 고분자 및 상기 물질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 전술한 고분자 성분 항목에서 기술한 고분자 및 상기에서 기술한 물질이 적용될 수 있다. 또한, 상기 단계에서 전술한 열전도성 필러 등 다른 성분이 추가로 혼합될 수도 있다.
한편, 상기 복합화 단계에서 고분자 조성물과 금속폼을 복합화하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기 고분자 조성물을 상기 금속폼상에 도포하거나, 혹은 고분자 조성물 내에 금속폼을 침지시키는 방식이 적용되면 된다. 필요하다면, 고분자 조성물을 금속폼에 적용 후에 불필요한 과량의 고분자 조성물을 제거하는 단계가 추가로 수행될 수 있다.
또한, 상기 단계에서의 금속폼도 전술한 특성(기공도, 기공 크기 및/또는 두께 등)을 가지는 금속폼이 적용될 수 있다.
상기 복합화 단계는, 예를 들면, 상기 고분자 조성물이 적어도 상기 금속폼의 표면에 존재하는 상태에서 상기 고분자 조성물을 경화시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이러한 경화 과정에서 상기 고분자 조성물은 상기 금속폼의 내부에도 존재할 수 있다.
상기에서 경화는 고분자 조성물이 화학적 및/또는 물리적 반응에 의해서 굳어지는 과정이며, 이러한 경화를 수행하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 고분자 조성물의 종류에 따라 적합한 방식이 적용되면 된다.
본 출원에서는 우수한 열전도도를 가지며, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수하고, 매우 좁은 공간에서도 효과적으로 열적 접촉을 실현할 수 있는 복합재가 제공될 수 있으며, 상기 복합재는 단차가 심하게 형성된 표면과도 긴밀한 열적 접촉을 달성할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
제조예 1.
평균 입경(D50 입경)이 약 10 내지 20μm의 범위 내인 구리(Cu) 분말을 금속 성분으로 사용하였다. 테르피네올(terpineol) 및 폴리비닐아세테이트(PVAc)를 4:5의 중량 비율(terpineol:PVAc)로 혼합한 혼합물에 상기 구리 분말을 상기 바인더(폴리비닐아세테이트)와 구리 분말이 약 10:1의 중량 비율(Cu:PVAc)이 되도록 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 필름 형태로 코팅하고, 약 120℃에서 약 1 시간 동안 건조하여 금속폼 전구체를 형성하였다. 상기 전구체가 수소/아르곤 가스 분위기의 약 1000℃의 온도에서 2시간 동안 유지되도록 전기로에서 외부 열원을 인가하여 소결을 진행하여 구리폼을 제조하였다. 제조된 필름 형태의 구리폼의 기공도는 약 70% 정도의 수준이고, 두께는 약 200μm 정도였다. 상기 제조된 구리폼을 프레스하여 두께가 약 150μm 정도인 필름 형태가 되도록 한 후 복합재 제조에 사용하였다. 프레스 후의 구리폼의 기공도는 약 45% 정도였다.
실시예 1.
고분자 성분을 형성할 고분자 전구체로는, 이액형 열경화성 고분자 조성물을 사용하였다. 상기 이액형 열경화성 고분자 조성물은, 주제 파트(제품명: Sylgard527A, 제조사: Dow)와 경화제 파트(제품명: Sylgard527B, 제조사: Dow)로 구성되며, 경화되어 고분자(유리전이온도: 약 -130℃ 내지 -120℃, 융점: 약 -50℃ 내지 -40℃)를 형성하는 조성물이다.
상기 주제 파트 및 경화제 파트 각각에 헥사메틸사이클로트리실록산(hexamethylcyclotrisiloxane)(융점: 약 50℃ 내지 64℃, 형태: Cis와 trans의 혼합)을 배합하였다.
상기 헥사메틸사이클로트리실록산은, 주제 및 경화제 파트에서 각각 고분자 성분과 80:20의 중량 비율(고분자 성분: 헥사메틸사이클로트리실록산)을 이루도록 배합하였다.
상기 혼합은, 약 65℃ 정도의 온도에서 수행하였고, 상기 온도에서 약 1분 정도 유지하여 제 1 물질을 용융시키고, 그 후 온도를 유지하면서 공자전기를 고속 교반하여 각각이 균일한 용액이 되도록 혼합하였다.
상온 상태에서 상기 주제 파트와 경화제 파트를 1:1의 중량 비율로 혼합하여 고분자 조성물을 제조하였다.
그 후 제조예 1의 구리 금속폼을 상기 고분자 조성물에 함침시키고, 어플리케이터를 이용하여 최종 복합재의 두께가 약 170 μm 정도가 되도록 과량의 조성물을 제거하였다. 이어서 상기를 약 100°C의 오븐에 약 20분 정도 유지하여 상기 고분자 조성물을 경화시킴으로써 복합재를 제조하였다. 이와 같이 제조된 복합재에서 적용 재료의 밀도 및 중량을 기준으로 계산한 결과 상기 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 약 0.8 정도였다.
실시예 2.
고분자 조성물의 제조 시에 헥사메틸사이클로트리실록산이, 주제 및 경화제 파트에서 각각 고분자 성분과 90:10의 중량 비율(고분자 성분: 헥사메틸사이클로트리실록산)을 이루도록 배합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다.
실시예 3.
고분자 조성물의 제조 시에 헥사메틸사이클로트리실록산이, 주제 및 경화제 파트에서 각각 고분자 성분과 70:30의 중량 비율(고분자 성분: 헥사메틸사이클로트리실록산)을 이루도록 배합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다.
실시예 4.
고분자 조성물의 제조 시에 추가로 열전도성 필러를 더 사용하였다. 열전도성 필러로는 구형 알루미나 필러로서, 평균 입경(D50 입경)이 약 2 μm 정도인 필러를 사용하였다.
고분자 조성물의 제조 시에 주제 파트에서 고분자 성분, 헥사메틸사이클로트리실록산 및 상기 열전도성 필러의 중량 비율(고분자 성분: 헥사메틸사이클로트리실록산:열전도성 필러)이 50:20:30이 되도록 하고, 경화제 파트에서 고분자 성분, 헥사메틸사이클로트리실록산 및 상기 열전도성 필러의 중량 비율(고분자 성분: 헥사메틸사이클로트리실록산:열전도성 필러)이 50:20:30이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다.
비교예 1.
헥사메틸사이클로트리실록산을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다.
비교예 2.
헥사메틸사이클로트리실록산을 사용하지 않고, 실시예 4에서 적용한 열전도성 필러만을 사용하여 고분자 조성물 및 복합재를 제조하였다.
고분자 조성물의 제조 시에 주제 파트에서 고분자 성분 및 상기 열전도성 필러의 중량 비율(고분자 성분:열전도성 필러)이 70:30이 되도록 하고, 경화제 파트에서 고분자 성분 및 상기 열전도성 필러의 중량 비율(고분자 성분:열전도성 필러)이 70:30이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다.
실시예 및 비교예 각각에서 제조한 복합재를 사용하여 시편을 제조하고, 그 열저항을 평가하였다. 시편은 복합재를 재단기로 지름이 약 3.3 cm 정도인 원형이 되도록 재단하여 제조하였다. 열저항은, TIMtester를 이용하여 ASTM5470의 기준에 따라 평가하였으며, 70℃에서 3분 정도 유지 후에 20 psi, 40℃ 조건에서 측정하였다.
그 결과는 하기 표 1과 같다.
열저항(Kin2/W)
실시예1 0.116
실시예2 0.128
실시예3 0.108
실시예4 0.098
비교예1 0.158
비교예2 0.139

Claims (14)

  1. 필름 형태의 금속폼;
    적어도 상기 금속폼의 표면 또는 내부에 존재하는 고분자 성분; 및
    상기 고분자 성분 내에 존재하는 사이클로실록산 화합물을 포함하는 복합재.
  2. 제 1 항에 있어서, ASTM 5470에 따른 열 저항이 0.13 Kin2/W 이하인 복합재.
  3. 제 1 항에 있어서, 금속폼은, 두께가 3,000 μm 이하인 복합재.
  4. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 기공도가 85% 이하인 복합재.
  5. 제 1 항에 있어서, 고분자 성분은, 금속폼의 표면 및 금속폼의 내부에 존재하는 복합재.
  6. 제 1 항에 있어서, 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)이 2.5 이하인 복합재.
  7. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 열전도도가 8 W/mK 이상인 금속 또는 금속 합금을 포함하는 복합재.
  8. 제 1 항에 있어서, 금속폼은, 구리, 금, 은, 알루미늄, 니켈, 철, 코발트, 마그네슘, 몰리브덴, 텅스텐 및 아연으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 상기 중 2종 이상을 포함하는 골격을 가지는 복합재.
  9. 제 1 항에 있어서, 고분자 성분은, -300℃ 내지 0℃의 범위 내의 유리전이온도 또는 -100℃ 내지 0℃의 범위 내의 용융 온도를 가지는 복합재.
  10. 제 1 항에 있어서, 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 10 이하인 복합재.
  11. 제 1 항에 있어서, 사이클로실록산 화합물은 융점이 0℃ 내지 150℃의 범위 내인 복합재.
  12. 제 1 항에 있어서, 사이클로실록산 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 복합재:
    [화학식 1]
    Figure pat00002

    화학식 1에서 R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 에폭시기 또는 아릴기이고, n은 0 내지 20의 범위 내의 수이다.
  13. 제 1 항에 있어서, 사이클로실록산 화합물은, 고분자 성분 100 중량부 대비 5 내지 200 중량부의 범위 내의 비율로 포함되는 복합재.
  14. 제 1 항에 있어서, 고분자 성분 내에 존재하는 열전도성 필러를 추가로 포함하는 복합재.
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