TW201823325A - 複合材料及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種複合材料,其包括無機材料製的鱗片狀填料和黏合該填料之為熱固性樹脂的黏合樹脂。該複合材料1係一種具有複數個孔洞分散於其中的發泡材料,且該填料積聚在該孔洞的內壁上,使得填料的平坦表面彼此重疊。
Description
[0001] 本發明係關於一種複合材料,其包括無機材料製的填料和黏合該填料的黏合樹脂及其製造方法。
[0002] 例如,關於由無機材料製的填料經黏合樹脂結合之複合材料,此類型複合材料的技術已揭示於日本未審查專利公開案第2015-105282號(JP 2015-105282 A)和日本未審查專利公開案第2002-317064號(JP 2002-317064 A)。JP 2015-105282 A揭示一種複合材料,其包括彈性體製的基材(黏合樹脂)和以定向狀態含於該基材中的複合粒子(填料)。該填料包括在導熱方面具有各向異性的導熱性各向異性粒子以及藉黏合劑黏著至該導熱性各向異性粒子表面上之磁性粒子。當模製複合材料時,於某些方向施加磁場。因此,填料在該複合材料中係定向於特定方向。 [0003] P 2002-317064 A揭示一種複合材料,其插置於兩個元件之間且其中一個元件的熱轉移至其他元件。此複合材料具有發泡性,其包括可於40℃或更高溫度發泡的發泡劑和包括高導熱係數填料之樹脂組成物(黏合樹脂)。此複合材料在使用期間內因為一個元件的熱而發泡。此複合材料之黏合樹脂製自固化的熱固性樹脂。使用複合材料可以在發泡期間內自由膨脹的軟樹脂作為熱固性樹脂。
[0004] 但是,在JP 2015-105282 A之複合材料中,由於在模製期間的磁場填料係以特定方向排列,所以有利於複合材料在此方向的導熱性。但是,在與此方向交錯的方向中,由於填料彼此分離並藉黏合樹脂結合,所以導熱係數難以足夠,且須添加(填入)更多的填料以提高導熱性。當提高填料的量時,有著黏合樹脂的固有流動性在模製期間內被降低的風險。 [0005] 另一方面,在JP 2002-317064 A的複合材料中,由於在模製期間內,在黏合樹脂(熱固性樹脂)固化的同時,填料排列於黏合樹脂的流動方向,所以填料被黏合樹脂所約束。因此,例如,即使複合材料於使用期間內發泡,也難改變填料的排列方向,且在與黏合樹脂的流動方向交錯的方向之導熱係數不足。 [0006] 本發明提出複合材料和其製法,經由其可使在模製期間內,在與黏合樹脂的流動方向交錯的方向之導熱係數提高。 [0007] 本發明的第一特點係關於一種複合材料,其包括無機材料製的鱗片狀填料,和黏合該填料之為熱固性樹脂的黏合樹脂。該複合材料為一種具有複數個孔洞分散於其中的發泡材料,且該填料積聚在該孔洞的內壁上,使得該填料的平坦表面彼此重疊。 [0008] 根據本發明,填料積聚在複合材料的該孔洞的內壁上,使得該鱗片狀填料的平坦表面彼此重疊。因此,因為以重疊方式積聚的鱗片狀填料的骨架亦在與黏合樹脂的流動方向交錯的方向,所以可形成導熱路徑。因此,即使形成會降低複合材料的導熱性之孔洞的空間,由於以重疊方式聚積的填料骨架,仍可預期改良在與黏合樹脂的流動方向交錯的方向中的導熱性以補償因為孔洞而降低的導熱係數的效果。 [0009] 此外,本發明的第二特點係關於一種製造複合材料之方法,該複合材料包括無機材料製的鱗片狀填料和黏合該填料之為熱固性樹脂之黏合樹脂。此製法包括將該填料、為未固化的熱固性樹脂之黏合樹脂、和使該黏合樹脂發泡的發泡劑,在低於該熱固化樹脂之固化溫度的溫度下混合,以製備混合物;及將該混合物加熱至該固化溫度或更高的溫度,使得i)該黏合樹脂經該發泡劑發泡,如此該填料積聚在藉該發泡劑形成之黏合樹脂中的孔洞的內壁上且該填料的平坦表面彼此重疊,和ii)接著固化該黏合樹脂。 [0010] 根據本發明,在黏合樹脂固化之前,在製造混合物的程序或將混合物置於模具中等的程序中,相對於黏合樹脂的流動方向,填料傾向於以預定方向排列。但是,在固化該黏合樹脂的程序中,在黏合樹脂固化之前,混合物藉發泡劑發泡,孔洞(氣泡)生長,使得填料被推開。此情況中,由於填料為鱗片狀,填料聚積在黏合樹脂的孔洞內壁上,使得填料的平坦表面彼此重疊,且黏合樹脂以此狀態固化。結果,可提高複合材料在與黏合樹脂的流動方向交錯的方向的導熱性。 [0011] 根據本發明,可以提高在模製期間內,在與黏合樹脂的流動方向交錯的方向的導熱性。
[0013] 下文將描述根據本發明之具體實施例之複合材料和其製法。 [0014] 1. 複合材料1 如圖1中所示者,根據本具體實施例之複合材料1包括無機材料製的鱗片狀填料(填料粒子)3和黏合該鱗片狀填料3之為熱固性樹脂的黏合樹脂4。 [0015] 本具體實施例中,如以下描述的圖1和圖3B及圖3C中所示者,複合材料1為一種具有複數個孔洞5分散於其中的發泡材料。填料3積聚在該孔洞5的內壁上,使得該鱗片狀填料3的平坦表面彼此重疊。特定言之,該孔洞5實質上為球狀,而該鱗片狀填料3以重疊方式聚積於其內壁表面上。因此,形成無機材料的骨架,而該填料3分散於孔洞5以外的部分,使得其與骨架接觸。 [0016] 填料3製自無機材料,且是,特定言之,所具有的導熱係數高於為熱固性樹脂的黏合樹脂4。作為填料3的材料,更佳者是導熱係數為1.0 W/m⋅K或更高的材料,又更佳者是導熱係數為3.0 W/m⋅K或更高的材料。未特別限制填料3的材料,只要其為鱗片狀填料即可。例子可為例如,高嶺土、滑石、雲母類(如,絹雲母、白雲母、和金雲母)、矽石、雲母、石墨、金屬(如,鋁)、和六角形氮化硼。為了要得到具有絕緣性和非磁性的複合材料,較佳者為六角形氮化硼、雲母、或矽石製的填料。 [0017] 填料3的厚度較佳地在0.1 µm至1.0 µm的範圍內。填料3的平坦表面的平均長度較佳地在5.0 µm至50.0 µm的範圍內。此外,填料3之平坦表面的平均長度對填料3的厚度之比較佳地在50至500的範圍內。此處,填料3的平均長度是指當在顯微鏡下觀察1000個填料時,在平面圖中,在與填料的平坦表面正交的方向之填料3的長度的平均值。填料3的厚度是指於此平均長度,於填料中央的厚度的平均值。 [0018] 填料3的比在此範圍內時,填料更容易聚積在孔洞5的內壁上,使得填料3的平坦表面在產製期間內彼此重疊。此處,當上述填料3的比低於50時,填料3的平坦表面難彼此重疊。當其比超過500時,填料3難聚積。 [0019] 填料3的含量較佳地為10質量%至30質量%且更佳地為20質量%至60質量%,此相對於整個複合材料1。填料3的含量在此範圍內時,可更適當地確保複合材料1的導熱係數且可更適當地確保複合材料1的強度。 [0020] 本具體實施例中,構成複合材料1的黏合樹脂4是熱固性樹脂,且是,例如,其固化溫度高於以下所述發泡劑發泡的溫度之樹脂。例如,作為熱固性樹脂,例如,可為酚系樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、酞酸二烯丙酯樹脂、聚酯樹脂、環氧樹脂、苯胺樹脂、聚矽氧樹脂、呋喃樹脂、聚胺甲酸酯樹脂、烷基苯樹脂、三聚氰二胺樹脂、二甲苯樹脂、和醯亞胺樹脂。 [0021] 本具體實施例中,複合材料1係發泡或具有複數個孔洞5的材料。孔洞5可為獨立的氣泡或連續的氣泡。但是,更佳地,孔洞5為獨立的氣泡。當孔洞5為獨立的氣泡時,相較於孔洞5為連續的氣泡時,前者得以更均勻地在複合材料1中形成孔洞5。根據以重疊方式聚積在孔洞5內壁上的填料3,易與方向無關地形成複合材料1的導熱路徑P,且複合材料1的導熱性展現等向性。 [0022] 孔洞5是獨立的氣泡時,孔洞5實質上為球狀,且其直徑較佳地為1 µm或更高且500 µm或更低。孔洞5的直徑更佳地為200 µm或更低,且又更佳地為100 µm或更低。因此,當填料3聚積且因為孔洞5而使得阻熱性的影響受到抑制時,可進一步增進提高複合材料1的導熱性的效果。此處,孔洞5的直徑係當切割複合材料1的截面並觀察截面時,20個孔洞的最大直徑的平均值。 [0023] 此處,只要能夠確保以下描述的導熱係數,未特別限制孔洞5佔據複合材料1之相對於整個複合材料1的佔據比例。但是,此佔據比例較佳為9體積%或更高且50體積%或更低,以整個複合材料1為基礎計。因此,可確保填料3以重疊方式聚積在孔洞5的內壁上的量,且容易在模製期間內提高在與黏合樹脂4的流動方向交錯的方向之導熱係數。孔洞5的佔據比例更佳地為23體積%或更高,又更佳為33體積%或更高,且特別佳地為50體積%或更高,以整個複合材料1為基礎計。在此範圍內,如由以下描述的例子可清楚地瞭解者,能夠進一步提高複合材料1在與黏合樹脂4的流動方向交錯的方向(下述的厚度方向)之導熱係數。 [0024] 根據本具體實施例之複合材料1,填料3聚積在複合材料1的孔洞5的內壁上,使得鱗片狀填料3的平坦表面彼此重疊。因此,在產製期間內,因為鱗片狀填料3以重疊方式聚積,所以在與黏合樹脂4的流動方向交錯的方向也能夠形成導熱路徑P。因此,即使形成孔洞5的空間(其降低複合材料1的導熱係數),因為鱗片狀填料3的骨架以重疊方式聚積,所以可預期改良在與黏合樹脂4的流動方向交錯的方向之導熱性以補償因為孔洞5而降低的導熱性的效果。 [0025] 2. 複合材料1之製法 以下將描述根據本具體實施例之複合材料1之製法。首先,將上述鱗片狀填料3、未固化的熱固性樹脂製的黏合樹脂4、和造成黏合樹脂在低於熱固性樹脂的固化溫度之溫度下發泡的發泡劑混合以製備混合物。此處,必要時,使經混合的混合物進行消沫處理。 [0026] 此處,較佳地使用具有上述尺寸的填料作為填料3。特別地,當所用的填料之填料3的平坦表面的平均長度相對於填料3的厚度之比在50至500的範圍內時,填料3易聚積在黏合樹脂4的孔洞5的內壁上,使得填料3的平坦表面在下述發泡期間內彼此重疊。 [0027] 只要黏合樹脂可於低於該熱固性樹脂的固化溫度之溫度發泡,就可以使用熱可分解的發泡劑或蒸發發泡劑。熱可分解的發泡劑是例如,無機發泡劑(如碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨)、和疊氮化合物、偶氮化合物(如偶氮二甲醯胺、偶氮雙甲醯胺、偶氮雙異丁腈、和苯胺偶氮苯)、亞硝基化合物、磺醯基醯肼化合物。蒸發發泡劑是例如乙醇和水。 [0028] 此處,未特別限制添加的發泡劑的量,只要能夠以發泡劑使混合物(黏合樹脂)發泡即可。但是,如前述者,發泡劑較佳地與填料3和黏合樹脂4混合,使得孔洞5佔據複合材料1的佔據比例為9體積%或更高。此外,較佳地,發泡劑經混合,使得孔洞5的佔據比例為23體積%或更高。更佳地,混入發泡劑,使得孔洞5的佔據比例為33體積%或更高。特別佳地,混入發泡劑,使得孔洞5的佔據比例為50體積%或更高。在此範圍內,如由下述實例可清楚瞭解者,能夠進一步提高複合材料1在與黏合樹脂4的流動方向交錯的方向之導熱性。 [0029] 之後,當混合物於固化溫度或更高溫度加熱時,發泡劑引發黏合樹脂4發泡,填料3聚積在藉發泡劑形成的黏合樹脂4中的孔洞5的內壁上,使得填料3的平坦表面彼此重疊,接著固化該黏合樹脂4。在此情況,在將所得的混合物引至模具中之後,可藉由加熱模具中的混合物而使得黏合樹脂4固化。 [0030] 在上述操作中,在黏合樹脂4固化之前,在製備混合物的程序中或將混合物置於模具中等的程序中,相對於黏合樹脂4的流動方向,填料3傾向於以預定方向排列(對照附圖8)。此狀況中,難以在與黏合樹脂4的流動方向交錯的方向(附圖8中所示的厚度方向)形成導熱路徑P。 [0031] 但是,本具體實施例中,在固化黏合樹脂4的程序中,在黏合樹脂4固化之前,混合物藉發泡劑發泡,生長出孔洞(氣泡),造成填料3被推開。此情況中,由於填料3為鱗片狀,填料聚積在黏合樹脂4中的孔洞5的內壁上,使得填料3的平坦表面彼此重疊,且黏合樹脂可以此狀態固化。結果,可以在模製期間內,提高複合材料1在與黏合樹脂4的流動方向交錯的方向之導熱性。 [0032] 此處,取決於混合物在發泡劑發泡的溫度或更高且低於熱固性樹脂固化的溫度之溫度範圍內加熱的時間、所選擇的發泡劑的類型、及添加至混合物的發泡劑的量,可調整孔洞5的尺寸、形狀等。在上述溫度範圍內的加熱時間長(升溫速率快)時,孔洞的生長因為發泡劑而減少且易形成獨立的氣泡。此外,調整在此溫度範圍內的加熱時間(升溫速率),可調整孔洞的直徑。 [0033] 進行此調整時,本具體實施例中,作為較佳觀點,黏合樹脂4經固化,使得孔洞5成為獨立的氣泡且孔洞5的直徑成為500 µm或更低。孔洞5的直徑更佳地為200 µm或更低,且又更佳地為100 µm或更低。因此,當填料3聚積時,在阻熱性的影響因為孔洞5而受到抑制時,可進一步增進提高複合材料1的導熱係數的效果。 [0034] 以下將對照實例描述本發明。 實施例 [0035] (實例1-1) 使用六角氮化硼(h-BN)製造的填料(HGP,Denka Company Limited的市售品)作為無機材料製的鱗片狀填料。此填料具有0.1 µm的厚度且平坦表面具有5 µm的平均長度。填料之平坦表面的平均長度對該填料的厚度之比是50。 [0036] 其次,使用未固化的聚酯樹脂(WP2008,Hitachi Chemical Co., Ltd.的市售品)作為黏合樹脂(熱固性樹脂),以在填料被分散時黏合填料。聚酯樹脂的固化溫度是130℃。使用乙醇(沸點78℃)作為於低於固化溫度的溫度引發聚酯樹脂發泡的發泡劑。 [0037] 之後,將填料、黏合樹脂、和乙醇分別以60重量份、40重量份、和1重量份的比例混合,以製備糊狀混合物。此處,乙醇的比例係為使填料和黏合樹脂合併的混合物(無乙醇)發泡至其原體積的2.0倍的比例。 [0038] 之後,將此混合物置於具有50mm直徑和7mm高度的圓柱模具底部。之後,當模具中的此混合物於150℃(即,固化溫度或更高)加熱1小時時,乙醇使聚酯樹脂發泡,將經發泡的聚酯樹脂固化以製備複合材料試樣。製得的試樣係由以整個複合材料為基礎計具有60質量%的鱗片狀六角形氮化硼填料(比例為50)之複合材料製得,該填料以聚酯樹脂結合在一起且具有2.0的發泡放大倍數。 [0039] 實例1中,聚酯樹脂被固化時,升溫至150℃的升溫速率設定為5℃/分鐘,空洞以獨立的氣泡存在於複合材料中,且在以下描述的掃描式電子顯微鏡(SEM)下觀察到的空洞的直徑為200 µm。此處,試樣(複合材料)的厚度方向對應於在模製期間內之模具的高度方向,當置於模具中時,試樣(複合材料)的厚度方向對於與樹脂的流動方向正交的方向。 [0040] (實例1-2) 以與實例1-1中相同的方式,自複合材料製得試樣。實例1-2不同於實例1-1之處在於使用具有0.1 µm的厚度且平坦表面的平均厚度為120 µm的填料(PT-120,Momentive Performance Materials Inc.的市售品)作為鱗片狀六角形氮化硼填料。填料的平坦表面的平均長度對填料的厚度之比為120。製得的試樣係由以整個複合材料為基礎計具有60質量%的鱗片狀六角形氮化硼填料(比例為120)之複合材料製得,該填料以聚酯樹脂結合在一起且具有2.0的發泡放大倍數。 [0041] (實例1-3) 以與實例1-1中相同的方式,自複合材料製得試樣。實例1-3不同於實例1-1之處在於使用具有0.1 µm的厚度且平坦表面的平均厚度為45 µm的填料(PT-110,Momentive Performance Materials Inc.的市售品)作為鱗片狀六角形氮化硼填料。填料的平坦表面的平均長度對填料的厚度之比為450。製得的試樣係由以整個複合材料為基礎計具有60質量%的鱗片狀六角形氮化硼填料(比例為450)之複合材料製得,該填料以聚酯樹脂結合在一起且具有2.0的發泡放大倍數 [0042] (比較例1) 以與實例1-1中相同的方式,自複合材料製得試樣。比較例1不同於實例1-1之處在於未添加乙醇作為發泡劑。所製得的試樣係由以整個複合材料為基礎計具有60質量%的鱗片狀六角形氮化硼填料(比例為50) (其使用聚酯樹脂結合在一起)之未發泡的複合材料(發泡放大倍數為0.0)製得。 [0043] (比較例2-1) 以與實例1-1中相同的程序,僅包括實例1-1中使用的黏合樹脂(聚酯樹脂)製得未發泡的試樣(發泡放大倍數為0.0)。 [0044] (比較例2-2) 以與實例1-1中相同的方式,自複合材料製得試樣。比較例2-2不同於實例1-1之處在於未添加乙醇作為發泡劑,使用平均粒子尺寸為10 µm的球狀氧化鋁填料(AO-509,Admatechs的市售品)代替鱗片狀填料。所製得的試樣係由以整個複合材料為基礎計具有60質量%的球狀氧化鋁填料(其經由聚酯樹脂結合在一起)之未發泡的複合材料(發泡放大倍數為0.0)製得。 [0045] (比較例2-3) 以與實例1-1中相同的方式,自複合材料製得樣品。比較例2-3不同於實例1-1之處在於使用與比較例2-2中相同的填料代替鱗片狀填料。所製得的試樣係由以整個複合材料為基礎計具有60質量%的球狀氧化鋁填料)之複合材料製得,該填料以聚酯樹脂結合在一起且發泡放大倍數為2.0。 [0046] (比較例3-1) 以與實例1-1中相同的方式,製備僅包括聚矽氧樹脂(KE-1871,Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 的市售品)(其為熱固性樹脂)之未發泡的試樣(發泡放大倍數為0.0)。此處,在比較例3-1中,未固化的聚矽氧樹脂於120℃(即,固化溫度或更高溫度)加熱1小時並固化。聚矽氧樹脂的固化溫度是100℃。 [0047] (比較例3-2) 以與實例1-1中相同的方式,製備複合材料的試樣。比較例3-2不同於實例1-1之處在於未添加乙醇作為發泡劑,使用粒子尺寸在10 µm至20 µm的範圍內之粉末狀(非晶狀)的鑽石填料(MB300UM,Deldent Ltd.的市售品)代替鱗片狀填料,使用與比較例3-1中之相同的聚矽氧樹脂作為黏合樹脂。 [0048] 此外,比較例3-2不同於實例1-1之處在於鑽石填料和聚矽氧樹脂分別以84重量份和16重量份混合之混合物在與比較例3-1中相同的條件下加熱。所製得的試樣係由以整個複合材料為基礎計具有84質量%粉末狀鑽石填料)之複合材料製得,該填料以未發泡的聚矽氧樹脂結合且其發泡放大倍數為0.0。 [0049] (比較例3-3) 以與實例1-1中相同的方式,製備複合材料的試樣。比較例3-3不同於實例1-1之處在於使用與比較例3-2中之相同的粉末狀鑽石填料代替鱗片狀填料,使用與比較例3-1中相同的聚矽氧樹脂作為黏合樹脂。 [0050] 此外,比較例3-3不同於實例1-1之處在於鑽石填料、聚矽氧樹脂、和乙醇分別以84重量份、16中量份、和2重量份的比例混合之混合物在與比較例3-1相同的條件下加熱。此處,乙醇的比例是使無乙醇的混合物可發泡至其原始體積的2.0倍之比例。製得的試樣係由以整個複合材料為基礎計具有84質量%的粉末狀鑽石填料之複合材料製得,該填料以聚矽氧樹脂黏合且其發泡放大倍數為2.0。 [0051] 此處,由於實例1-1至1-3、比較例2-3、和比較例3-3之複合材料的發泡放大倍數為2.0,相對於以整個複合材料為基礎,孔洞佔據複合材料的佔據比例為50體積%。 [0052] <導熱係數之測定> 測定實例1-1至1-3和比較例1至3-3之複合材料之厚度方向(與樹脂的流動方向正交的方向)的導熱係數。特定言之,首先,於室溫測定試樣的比熱容量C、熱擴散係數α、和密度ρ,並藉以下等式計算導熱係數。其結果示於表1和圖2。 λ = C⋅α⋅ρ (λ:導熱係數,C:比熱容量,α:熱擴散係數,ρ:密度) [0053] 此處,試樣的比熱容量C、熱擴散係數α、和密度ρ之測定如下。首先,於室溫,浸泡試樣,根據阿基米德(Archimedes)方法測定試樣的密度ρ。之後,自試樣取出25mg至40mg的樣品,於室溫,使用差示掃描卡計(DSC200C,Seiko Instruments Inc. 的市售品)進行差示掃描卡計(DSC)測定,樣品的比熱容量C係在氬氣氛下測定。 [0054] 自試樣切下具1mm直徑和1mm厚度的樣品並在真空中使用熱恆定測定裝置(TC-7000,Advance Riko, Inc. 的市售品),根據雷射閃光方法,測定樣品的熱擴散係數α。 [0055] <容積電阻率之測定> 根據JISK6249測定實例1-1至1-3和比較例1至3-3之複合材料的容積電阻率。特定言之,藉與實例1-1至1-3和比較例1至3-3中之相同的方法製備具80 mm × 80 mm × 2 mm尺寸的試樣,使用超高電阻/微安計(R8340,ADVANTEST的市售品)測定試樣的容積電阻率。其結果示於表1。 [0056] <孔洞之觀察> 實例1-1的試樣在厚度方向切割,在掃描式電子顯微鏡(SEM)下觀察孔洞的內壁。其結果示於圖3A至圖3C。圖3A是在複合材料中形成的孔洞外觀的影像得到的照片。圖3B是在圖3A中的A部分的孔洞的內壁的放大圖。圖3C是圖3B中的照片的放大圖。 [表1]
[0057] (結果1) 實例1-1至1-3之複合材料的導熱係數高於比較例1至3-3者。此外,在SEM下觀察實例1-1的構造時,填料聚積於孔洞的內壁上,使得鱗片狀填料的平坦表面彼此重疊(參照附圖3A至3C)。基於這些結果,認為,在實例1-1至1-3之複合材料中,形成無機材料的骨架(其中,填料聚積在球狀孔洞的內壁上,使得鱗片狀填料的平坦表面彼此重疊),且填料分散於其他部分,使其與骨架接觸。因此,認為在複合材料的厚度方向亦形成導熱路徑,實例1-1至1-3之複合材料之所有方向的導熱性皆獲得改良(等向性)。 [0058] 另一方面,實例1-1和比較例1相比較時,在比較例1之複合材料中,黏合樹脂未發泡,認為排列在複合材料中的樹脂的流動方向的許多填料藉黏合樹脂結合(參照附圖8)。因此,認為比較例1之複合材料在厚度方向的導熱性低於實例1-1。 [0059] 比較比較例2-1至2-3時,在比較例2-2之複合材料中,由於不同於比較例2-1,充填(包含)的是球狀氧化鋁填料,所以比較例2-2之複合材料的導熱係數高於比較例2-1者。但是,認為,即使黏合樹脂如同比較例2-3地發泡,球狀填料不會如於實例1-1地聚積在複合材料之孔洞(空間)的壁面上。因此,認為,由於複合材料的孔洞簡單地以空間形式提供,所以比較例2-3之複合材料在厚度方向的導熱係數低於比較例2-2者。 [0060] 比較比較例3-1至3-3時,認為,因為與前述比較比較例2-1至2-3時相同的原因,因為鑽石填料的形狀,所以填料未聚積在空洞的壁面上。由於比較例3-2和比較例3-3的填料為具有非晶狀的粉末狀鑽石填料,所以在複合材料中的填料因為形狀而難彼此接觸。因此,認為雖然鑽石的導熱係數高於六角形氮化硼的導熱係數,但比較例3-2和比較例3-3之填料的導熱係數較低。 [0061] 此外,如表1所示,認為,在實例1-1至1-3中,當填料的平坦表面的平均長度對填料的厚度之比在50至450的範圍內時,填料聚積在孔洞的內壁上,使得鱗片狀填料的平坦表面彼此重疊,且易改良複合材料的導熱係數。此處,實例1-1至1-3及比較例1至3-3之所有的複合材料具有1.0×1013
Ω⋅cm或更高的容積電阻率(電阻率),且可被用來作為絕緣材料。 [0062] (實例4-1至4-16) 以與實例1-1中相同的方式製備由實例4-1至4-16之複合材料製得的試樣。在實例4-1至4-4中,在與實例1-1相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.1倍,填料的填充量依序設定為20質量%、30質量%、50質量%、和60質量%。此處,由於複合材料的發泡放大倍數為1.1,所以相對於實例4-1至4-4的整個複合材料,孔洞佔據複合材料的比例是9體積%。 [0063] 實例4-5至4-8中,在與實例1-1相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.3倍,填料的填充量依序設定為20質量%、30質量%、50質量%、和60質量%。此處,由於複合材料的發泡放大倍數為1.3,所以相對於實例4-5至4-8的整個複合材料,孔洞佔據複合材料的比例是23體積%。 [0064] 實例4-9至4-12中,在與實例1-1相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.5倍,填料的填充量依序設定為20質量%、30質量%、50質量%、和60質量%。此處,由於複合材料的發泡放大倍數為1.5,所以相對於實例4-9至4-12的整個複合材料,孔洞佔據複合材料的比例是33體積%。 [0065] 實例4-13至4-16中,在與實例1-1相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的2.0倍,填料的填充量依序設定為20質量%、30質量%、50質量%、和60質量%。此處,實例4-16的試樣與實例1-1的試樣相同。由於複合材料的發泡放大倍數為2.0,所以相對於實例4-13至4-16的整個複合材料,孔洞佔據複合材料的比例是50體積%。 [0066] (比較例4-1至4-4) 在比較例4-1至4-3中,沒有乙醇混入且沒有聚酯樹脂發泡(發泡放大倍數是0)且填料的填充量依序設定為20質量%、30質量%、50質量%、和60質量%。此處,比較例4-4的試樣與比較例1的試樣相同。此處,由於複合材料的發泡放大倍數為0.0,所以相對於比較例4-1至4-4的整個複合材料,孔洞佔據複合材料的比例是0體積%。 [0067] 以與實例1-1中進行的方法相同的方法測定實例4-1至4-16和比較例4-1至4-4之複合材料的導熱係數。其結果示於圖4和表2。以與實例1-1中進行的方法相同的方法測定實例4-1至4-16和比較例4-1至4-4之複合材料的容積電阻率。其結果示於表2。 [表2]
[0068] (結果2) 如由圖4和表2可清楚瞭解,在具有相同發泡放大倍數的複合材料中,複合材料的導熱係數隨著填料的填充量之提高而獲得改良。此外,在具有相同的填料填充量的複合材料中,複合材料的導熱係數有隨著發泡放大倍數的提高而提高之傾向。如前述者,認為其原因在於,隨著複合材料的發泡放大倍數的提高而使得複合材料中之有填料聚積於其內壁上的孔洞數提高的事實。此處,實例4-1至4-16和比較例4-1至4-4之複合材料所具有的容積電阻率(電阻率)均為1.0 × 1013
Ω⋅cm或更高且可被用來作為絕緣材料。 [0069] (比較例5-1至5-20) 作為驗證試驗,使用與比較例2-1至2-3相同之球狀氧化鋁填料和聚酯樹脂來製備比較例5-1至5-20的試樣。在比較例5-1至5-4中,未混入乙醇,聚酯樹脂未發泡(發泡放大倍數為0.0且孔洞佔據比例為0體積%),填料的填充量依序設定為60質量%、70質量%、80質量%、和90質量%。 [0070] 在比較例5-5至5-8中,在與比較例2-3中之相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.1倍(孔洞佔據比例為9體積%),填料的填充量依序設定為60質量%、70質量%、80質量%、和90質量%。 [0071] 在比較例5-9至5-12中,在與比較例2-3中之相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.3倍(孔洞佔據比例為23體積%),填料的填充量依序設定為60質量%、70質量%、80質量%、和90質量%。 [0072] 在比較例5-13至5-16中,在與比較例2-3中之相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.5倍(孔洞佔據比例為33體積%),填料的填充量依序設定為60質量%、70質量%、80質量%、和90質量%。 [0073] 在比較例5-17至5-20中,在與比較例2-3中之相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的2.0倍(孔動佔據比例為50體積%),填料的填充量依序設定為60質量%、70質量%、80質量%、和90質量%。 [0074] 以與實例1-1中進行的方法相同的方法測定比較例5-1至5-20之複合材料的導熱係數。其結果示於圖5和表3。以與實例1-1中進行的方法相同的方法測定比較例5-1至5-20之複合材料的容積電阻率。其結果示於表3。 [表3]
[0075] (結果3) 如由圖5和表3可清楚瞭解,即使使用球狀氧化鋁填料,在具有相同發泡放大倍數的複合材料中,複合材料的導熱係數隨著填料的填充量的提高而獲得改良。 [0076] 但是,在具有相同的填料填充量之複合材料中,複合材料的導熱係數隨著發泡放大倍數的提高而降低。認為其原因在於,即使黏合樹脂經發泡,球狀填料未以重疊方式聚積於孔洞內壁上,未在複合材料的孔洞中形成無機材料的骨架,且孔洞僅為空間形式的事實。結果,認為隨著發泡放大倍數的提高,有更多的孔洞,造成複合材料的導熱係數降低。 [0077] (比較例6-1至6-15) 作為驗證試驗,使用與比較例3-1至3-3相同之粉末狀鑽石填料和聚矽氧樹脂以製備比較例6-1至6-15的試樣。在比較例6-1至6-3中,未混入乙醇,聚酯樹脂未發泡(發泡放大倍數為0.0且孔洞佔據比例為0體積%),填料的填充量依序設定為70質量%、80質量%、和84質量%。 [0078] 在比較例6-4至6-6中,在與比較例3-3中之相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.1倍(孔洞佔據比例為9體積%),填料的填充量依序設定為70質量%、80質量%、和84質量%。 [0079] 在比較例6-7至6-9中,在與比較例3-3中之相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.3倍(孔洞佔據比例為23體積%),填料的填充量依序設定為70質量%、80質量%、和84質量%。 [0080] 在比較例6-10至6-12中,在與比較例3-3中之相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.5倍(孔洞佔據比例為33體積%),填料的填充量依序設定為70質量%、80質量%、和84質量%。 [0081] 在比較例6-13至6-15與比較例3-3中之相同的程序中,調整混入的乙醇比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的2.0倍(孔洞佔據比例為50體積%),填料的填充量依序設定為70質量%、80質量%、和84質量%。 [0082] 以與實例1-1中進行的方法相同的方法測定比較例6-1至6-15之複合材料的導熱係數。其結果示於圖6和表4。以與實例1-1中進行的方法相同的方法測定比較例6-1至6-15之複合材料的容積電阻率。其結果示於表4。 [表4]
[0083] (結果4) 如由圖6可清楚瞭解,即使使用粉末狀鑽石填料,在具有相同發泡放大倍數的複合材料中,複合材料的導熱係數隨著填料的填充量之提高而獲得改良。 [0084] 但是,在具有相同的填料填充量之複合材料中,複合材料的導熱係數隨著發泡放大倍數的提高而降低。認為其原因在於,即使黏合樹脂經發泡,類似於球狀氧化鋁填料,粉末狀鑽石填料未以重疊方式聚積於孔洞內壁上,未在複合材料的孔洞中形成無機材料的骨架,且孔洞僅為空間形式的事實。結果,認為隨著發泡放大倍數的提高,有更多的孔洞,造成複合材料的導熱係數降低。 [0085] (對照例7-1至7-9) 作為驗證試驗,使用碳纖維填料(K2223HM,Mitsubishi Plastics, Inc.的市售品,直徑11mm,長50 µm)和與實例1-1相同之聚酯樹脂以製備對照例7-1至7-9的試樣。在對照例7-1至7-3中,未混入乙醇,聚酯樹脂未發泡,填料的填充量依序設定為3質量%、10質量%、和20質量%。 [0086] 在對照例7-4至7-6中,在與實例1-1相同的程序中,調整乙醇的混入比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.1倍,填料的填充量依序設定為3質量%、10質量%、和20質量%。 [0087] 在對照例7-7至7-9中,在與實例1-1相同的程序中,調整乙醇的混入比例,無乙醇的混合物發泡至其原體積的1.5倍,填料的填充量依序設定為3質量%、10質量%、和20質量%。 [0088] 以與實例1-1中進行的方法相同的方法測定對照例7-7至7-9之複合材料的導熱係數。其結果示於圖7和表5。以與實例1-1中進行的方法相同的方法測定對照例 7-1至7-9之複合材料的容積電阻率。其結果示於表5。此處,表5一併出示實例1-1之複合材料的導熱係數和比較例2-1之聚酯樹脂的導熱係數,並亦一併出示實例1-1之複合材料的容積電阻率和比較例2-1之聚酯樹脂的容積電阻率。 [表5]
[0089] (結果5) 如由圖7和表5可清楚瞭解,在具有相同發泡放大倍數的複合材料中,複合材料的導熱係數隨著填料的填充量的提高而獲得改良。此外,在具有相同的填料填充量之複合材料中,複合材料的導熱係數隨著發泡放大倍數的提高而獲改良。認為其原因在於,由於填料具有纖維形式,因為發泡而排列於黏合樹脂的流動方向的纖維因為孔洞的存在而隨機地排列於厚度方向。但是,如表5所示者,在根據對照例7-1至7-9之複合材料中,由於填料是碳纖維,所以容積電阻率降低且所得材料不適合作為絕緣材料。 [0090] 以上已描述本發明之具體實施例,特定構形不限於具體實施例和實例的構形,且在未背離本發明範圍之範圍內的設計修飾含括於本發明中。
[0091]
1‧‧‧複合材料
3‧‧‧鱗片狀填料
4‧‧‧黏合樹脂
5‧‧‧孔洞
P‧‧‧導熱路徑
[0012] 以下將對照附圖,描述本發明之例示具體實施例的特徵、優點及技術和工業意義,附圖中,類似的數字代表類似的元件,其中: 圖1是根據本發明之具體實施例之複合材料的截面圖; 圖2是出示實例1-1至1-3及比較例1至3-3的複合材料在厚度方向的導熱係數的測定結果的圖; 圖3A是在複合材料中形成的孔洞外觀之影像照片; 圖3B是圖3A中的A部分的孔洞的內壁的放大照片; 圖3C是圖3B中的照片的放大照片; 圖4是出示實例4-1至4-16及比較例4-1至4-4的複合材料在厚度方向的導熱係數的測定結果的圖; 圖5是出示比較5-1至5-20的複合材料在厚度方向的導熱係數的測定結果的圖; 圖6是出示比較例6-1至6-15的複合材料在厚度方向的導熱係數的測定結果的圖; 圖7是出示對照例7-1至7-9的複合材料在厚度方向的導熱係數的測定結果的圖;和 圖8是使用鱗片狀填料的複合材料中之未發泡狀態的複合材料的示意截面圖。
Claims (8)
- 一種複合材料,其包括無機材料製的鱗片狀填料,和黏合該填料之為熱固性樹脂的黏合樹脂, 其中該複合材料為一種具有複數個孔洞分散於其中的發泡材料,和 其中該填料積聚在該孔洞的內壁上,使得該填料的平坦表面彼此重疊。
- 如請求項1之複合材料,其中該填料之平坦表面的平均長度對該填料的厚度之比係在50至500的範圍內。
- 如請求項1或2之複合材料,其中該孔洞為獨立的氣泡,且該孔洞的直徑為1 µm或更多以及500 µm或更低。
- 如請求項1至3項中任一項之複合材料,其中該孔洞佔據該複合材料的佔據比例為9體積%或更高以及50體積%或更低,以整個複合材料為基礎計。
- 一種製造複合材料之方法,該複合材料包括無機材料製的鱗片狀填料,和黏合該填料之為熱固性樹脂的黏合樹脂,該方法包含: 將該填料、為未固化的熱固性樹脂之黏合樹脂、和使該黏合樹脂發泡的發泡劑,在低於該熱固化樹脂之固化溫度的溫度下混合,以製備混合物;及 將該混合物加熱至該固化溫度或更高的溫度,使得i)該黏合樹脂經該發泡劑發泡,如此該填料積聚在藉該發泡劑形成之黏合樹脂中的孔洞的內壁上且該填料的平坦表面彼此重疊,和ii)接著固化該黏合樹脂。
- 如請求項5之製造複合材料之方法,其中使用填料的平坦表面的平均長度對填料的厚度之比在50至500的範圍內的填料作為填料。
- 如請求項5或6項之製造複合材料之方法,其中該孔洞為獨立的氣泡且該黏合樹脂經固化,使得該孔洞的直徑為500 µm或更低。
- 如請求項5至7項中任一項之製造複合材料之方法,其中該發泡劑與該填料和該黏合樹脂混合,使得該孔洞佔據該複合材料的佔據比例為9體積%或更高,以整個複合材料為基礎計。
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