WO2019009670A1 - 복합재 - Google Patents

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WO2019009670A1
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metal
electrically conductive
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신종민
유동우
김소진
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present application is directed to composites.
  • the heat dissipation material can be used in various applications. For example, since batteries and various electronic devices generate heat during operation, a material capable of effectively controlling such heat is required.
  • Ceramic materials and the like having good heat radiation properties are known, but since such materials have poor processability, composite materials produced by blending the ceramic fillers and the like exhibiting a high thermal conductivity in the polymer matrix can be used.
  • the present application is directed to a composite material, and it is an object of the present invention to provide a composite material which is excellent in heat conduction characteristics and excellent in other properties such as impact resistance and workability, .
  • the present application is directed to composites.
  • the term composite may refer to a material comprising at least a metallic foam and a polymeric component.
  • metal foam or metal skeleton refers to a porous structure containing a metal as a main component.
  • the metal as a main component means that the proportion of the metal is 55% by weight or more, 60% by weight or more, 65% by weight or more, 70% by weight or more, 75% By weight or more, 85% by weight or more, 90% by weight or more, or 95% by weight or more.
  • the upper limit of the ratio of the metal contained as the main component is not particularly limited and may be, for example, about 100% by weight, 99% by weight or 98% by weight.
  • the term porosity refers to a porosity of at least 10%, at least 20%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 75% . ≪ / RTI >
  • the upper limit of the porosity is not particularly limited, and may be, for example, less than about 100%, about 99% or about 98% or less.
  • the porosity can be calculated in a known manner by calculating the density of the metal foam or the like.
  • the composite material has a high thermal conductivity, and thus can be used as a material for controlling heat, for example, as a heat dissipation material.
  • the composite may have a thermal conductivity of greater than about 0.4 W / mK, greater than 0.45 W / mK, greater than 0.5 W / mK, greater than 0.55 W / mK, greater than 0.6 W / mK, greater than 0.65 W / mK or more, 0.75 W / mK or more, 0.8 W / mK or more, 0.85 W / mK or more, 0.9 W / mK or more, 0.95 W / mK or more, 1 W / mK or more, 1.5 W / At least 2.5 W / mK, at least 3 W / mK, at least 3.5 W / mK, at least 4 W / mK, at least 4.5 W / mK, or at least 5 W / mK.
  • MK or less 90 W / mK or less, 80 W / mK or less, 70 W / mK or less in one example, MW or less, 60 W / mK or less, 50 W / mK or less, 40 W / mK or less, 30 W / mK or less, 20 W / mK or less, 15 W / mK or less, 10 W / 6 W / mK or less.
  • the thermal conductivity of the composite referred to in this specification is measured according to the description method of the embodiment described later.
  • the physical properties of the physical properties referred to herein are those measured at room temperature when the measured temperature affects the physical properties.
  • the term ambient temperature is a natural, non-warming or non-warming temperature, for example, any temperature within the range of about 10 ° C to 30 ° C, or about 23 ° C or about 25 ° C.
  • the composite material of the present application has excellent heat conduction characteristics as described above, and other properties such as workability and impact resistance can be stably secured, and such effects can be achieved by the contents described in this specification.
  • the shape of the metal foam contained in the composite material is not particularly limited, but may be a film shape in one example.
  • a polymer component existing at least on the surface or inside of the metal foams in the film form is added.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a composite according to an example of the present application.
  • the composite 20 of the present application comprises a metal foam 22 and may also contain a polymeric component 21 therein and / or on its surface.
  • the polymer component 21 is present both on the inside and the surface in the drawing, the polymer component 21 may be present either on the inside or on the surface of the metal foam 22, 22, it may be filled only in a part of the metal foam 22, not all the inside thereof.
  • the polymer component may form a surface layer on at least one surface of the metal foam, or may be filled in the voids inside the metal foam, and in some cases may be filled into the metal foam while forming the surface layer There may be.
  • the polymer component may form a surface layer on at least one surface, part surface, or all surfaces of the metal foam.
  • the polymer component may form a surface layer on at least the upper and / or lower surface, which is the main surface of the metal foam.
  • the surface layer may be formed to cover the entire surface of the metal foam, or may be formed to cover only a part of the surface.
  • the metal foam in the composite may have a porosity in the range of about 10% to 99%.
  • the metal foam having such a porosity has a porous metal skeleton forming a suitable heat transfer network, so that even when a small amount of the metal foam is applied, excellent thermal conductivity can be ensured.
  • the porosity may be greater than or equal to 15%, greater than 20%, greater than 25%, greater than 30%, greater than 35%, greater than 40%, greater than 45%, greater than 50%, greater than 55% Or more, or 70% or more, 98% or less, 95% or less, 90% or less, 85% or less, or 80% or less.
  • the metal foam may be in the form of a film.
  • the thickness of the film can be adjusted in consideration of a desired thermal conductivity, a thickness ratio, and the like in manufacturing a composite material according to a method described later.
  • the thickness of the film may be, for example, at least about 10 ⁇ ⁇ , at least about 20 ⁇ ⁇ , at least about 30 ⁇ ⁇ , at least about 40 ⁇ ⁇ , at least about 45 ⁇ ⁇ , at least about 50 ⁇ ⁇ , at least about 55 ⁇ ⁇
  • the upper limit of the thickness of the film may be controlled according to the purpose and is not particularly limited.
  • the upper limit of the thickness of the film may be 10 mm or less, 5,000 ⁇ or less, 2,000 ⁇ or less, 1,500 ⁇ or less, about 400 ⁇ m or less, about 400 ⁇ m or less, about 300 ⁇ m or less, about 200 ⁇ m or less, about 150 ⁇ m or less, about 100 ⁇ m or less, about 90 ⁇ m or less, about 80 ⁇ m or less Mu m or less, about 70 mu m or less, about 60 mu m or less, or about 55 mu m or less.
  • the thickness may be a minimum thickness, a maximum thickness or an average thickness of the object when the thickness of the object is not constant.
  • the metal foam may be a material having high thermal conductivity.
  • the metal foam has a thermal conductivity of at least about 8 W / mK, at least about 10 W / mK, at least about 15 W / mK, at least about 20 W / mK, at least about 25 W / mK or greater, about 35 W / mK or greater, about 40 W / mK or greater, about 45 W / mK or greater, about 50 W / Or greater, about 70 W / mK or greater, about 75 W / mK or greater, about 80 W / mK or greater, about 85 W / mK or greater, or about 90 W / mK or greater.
  • the higher the numerical value the higher the numerical value is, so that a desired amount of metal foam can be applied while ensuring the desired thermal control characteristics, so that the thermal conductivity can be, for example, about 1,000 W / mK or less.
  • the skeleton of the metal foam may be composed of various kinds of metals or metal alloys, and a material capable of exhibiting the thermal conductivity of the above-mentioned range among the metals or metal alloys may be selected.
  • a material capable of exhibiting the thermal conductivity of the above-mentioned range among the metals or metal alloys include any metal selected from the group consisting of copper, gold, platinum, silver, aluminum, nickel, manganese, iron, cobalt, magnesium, molybdenum, tungsten and zinc, But is not limited thereto.
  • Such metal foams are well known in the art, and various methods for producing metal foams are also known. In the present application, such known metal foams or metal foams produced by the known methods can be applied.
  • a method for producing a metal foam there are known a method of sintering a composite material of a pore-forming agent such as a salt and a metal, a method of coating a metal on a support such as a polymer foam and sintering the metal in such a state or a slurry method.
  • the metal foams may also be prepared by the methods described in Korean Patent Applications Nos. 2017-0086014, 2017-0040971, 2017-0040972, 2016-0162154, 2016-0162153, 2016-0162152, etc. And can also be produced according to a method.
  • the metal foams may also be produced by the induction heating method in the manner described in the prior application, in which case the metal foams may comprise at least the conductive magnetic metal.
  • the metal foam may comprise at least 30 wt%, at least 35 wt%, at least 40 wt%, at least 45 wt%, or at least 50 wt% of the conductive magnetic metal.
  • the ratio of the conductive magnetic metal in the metal foam is at least about 55 wt%, at least 60 wt%, at least 65 wt%, at least 70 wt%, at least 75 wt%, at least 80 wt%, at least 85 wt% May be at least 90% by weight.
  • the upper limit of the ratio of the conductive magnetic metal is not particularly limited, and may be, for example, less than about 100% by weight or 95% by weight or less.
  • conductive magnetic metal refers to a metal having a predetermined relative permeability and conductivity and capable of generating heat to such an extent that the metal can be sintered by an induction heating method.
  • a metal having a relative permeability of 90 or more may be used as the conductive metal.
  • the relative permeability ( ⁇ r ) is the ratio ( ⁇ / ⁇ 0 ) of the permeability ( ⁇ ) of the material to the permeability ( ⁇ 0 ) in the vacuum.
  • the metal has a relative permeability of 95 or more, 100 or more, 110 or more, 120 or more, 130 or more, 140 or more, 150 or more, 160 or more, 170 or more, 180 or more, 190 or more, 200 or more, , 240 or more, 250 or more, 260 or more, 270 or more, 280 or more, 290 or more, 300 or more, 310 or more, 320 or more, 330 or more, 340 or more, 350 or more, 360 or more, 370 or more, 380 or more, 440, 470, 480, 490, 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570 or more, 580 or more, or 590 or more.
  • the upper limit of the relative permeability may be, for example, about 300,000 or less.
  • the conductive magnetic metal preferably has a conductivity of at least 8 MS / m, at least 9 MS / m, at least 10 MS / m, at least 11 MS / m, at least 12 MS / m, at least 13 MS / m. < / RTI >
  • the upper limit of the conductivity is not particularly limited.
  • the conductivity may be about 30 MS / m or less, 25 MS / m or less or 20 MS / m or less.
  • conductive magnetic metals include, but are not limited to, nickel, iron or cobalt.
  • the composite material further comprises a polymer component present on the surface of the metal foam or in the interior of the metal foam as described above wherein the ratio of the thickness MT of the metal foam to the total thickness T / MT) may be 3 or less, or 2.5 or less. In another example, the thickness ratio may be about 2 or less, 1.5 or less, 1.4 or less, 1.3 or less, 1.2 or less, 1.15 or less, or 1.1 or less.
  • the lower limit of the thickness ratio is not particularly limited, but may be about 1 or more, about 1.01 or more, about 1.02 or more, about 1.03 or more, about 1.04 or more, about 1.05 or more or about 1.1 or more. As the desired thermal conductivity is secured under such a thickness ratio, a composite material excellent in workability and impact resistance can be provided.
  • the kind of the polymer component included in the composite material of the present application is not particularly limited and may be selected in consideration of, for example, processability, impact resistance, and insulation property of the composite material.
  • Examples of the polymer component that can be applied in the present application include at least one selected from the group consisting of known acrylic resins, silicone resins, epoxy resins, urethane resins, amino resins, various rubber resins and phenol resins, It is not.
  • silicone resin such as polydimethylsiloxane series may be used as the polymer component.
  • the composite material of the present application can secure an excellent thermal conductivity while minimizing the proportion of components securing the thermal conductivity mainly through the application of the metal foams described above, and thus can secure the desired properties without damaging the workability and impact resistance It is possible.
  • the ratio (MV / PV) of the volume (MV) of the metal foam to the volume (PV) of the polymer component included in the composite material may be 10 or less.
  • the ratio MW / PV may be 9 or less, 8 or less, 7 or less, 6 or less, 5 or less, 4 or less, 3 or less, 2 or less, 1 or less or 0.5 or less in other examples.
  • the lower limit of the volume ratio is not particularly limited, and may be, for example, about 0.1.
  • the volume ratio can be calculated through the weight of the polymer component included in the composite material, the weight of the metal foam, and the density of the components.
  • the content of metal foams in the composite may be at least about 3 wt%, at least about 5 wt%, or at least about 10 wt%, based on the weight of the total composite.
  • the content of the metal foam filler may be, for example, about 50% by weight or less, about 40% by weight or about 25% by weight or less based on the weight of the entire composite material.
  • the polymer component may form a surface layer on at least one surface of the metal foam.
  • the thickness of the surface layer may be controlled according to the purpose and is not particularly limited.
  • the thickness of the surface layer may be about 300 ⁇ or less, 250 ⁇ or less, 200 ⁇ or 150 ⁇ , About 30 ⁇ m or less, about 30 ⁇ m or less, about 25 ⁇ m or less, about 20 ⁇ m or less, about 15 ⁇ m or less, about 10 ⁇ m or less or about 5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the skin layer may be, for example, 5 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, 15 ⁇ m or more, 20 ⁇ m or more, 25 ⁇ m or more, 30 ⁇ m or more, 70 ⁇ m or more or 100 ⁇ m or more.
  • the polymer component may further include an electrically conductive filler, for example, the electrically conductive filler may be contained in the polymer component and / or the surface layer filling the internal voids of the metal foam.
  • the electrically conductive filler may be contained in the polymer component and / or the surface layer filling the internal voids of the metal foam.
  • the electrically conductive filler as used in this application has a conductivity of at least 8 MS / m, at least 9 MS / m, at least 10 MS / m, at least 11 MS / m, at least 12 MS / Or at least 14.5 MS / m.
  • the upper limit of the conductivity is not particularly limited, and may be, for example, about 30 MS / m or less, 25 MS / m or less, or 20 MS / m or less.
  • the specific kind of the electrically conductive filler applicable in the present application is not particularly limited as long as it has the above-mentioned conductivity, and known metal fillers, metal alloy fillers, carbon-based fillers and the like can be used.
  • the filler examples include nickel, iron, cobalt, silver, copper, gold, aluminum, calcium, tungsten, zinc, molybdenum, platinum, gold, lithium, iron, platinum, tin, lead, titanium, manganese, Of an electrically conductive metal filler or a filler of at least two of the foregoing metals.
  • Graphite, carbon fiber, carbon nanotube, graphene, graphite, and the like are exemplified, but the present invention is not limited thereto.
  • the shape and ratio of the filler are not particularly limited.
  • the shape of the filler may have various shapes such as a substantially spherical shape, a needle shape, a plate shape, a flake shape, a dendritic shape, or a star shape, but is not particularly limited to this shape.
  • the electrically conductive filler may have an average particle size in the range of 0.001 to 80 mu m.
  • the average particle diameter of the filler may be 0.01 ⁇ or more, 0.1 ⁇ or more, 0.5 ⁇ or more, 1 ⁇ or more, 2 ⁇ or more, 3 ⁇ or more, 4 ⁇ or more, 5 ⁇ or more or about 6 ⁇ or more in other examples.
  • the average particle size of the filler may be about 75 ⁇ or less, about 70 ⁇ or less, about 65 ⁇ or less, about 60 ⁇ or less, about 55 ⁇ or less, about 50 ⁇ or less, about 45 ⁇ or less, About 35 ⁇ m or less, about 30 ⁇ m or less, about 25 ⁇ m or less, about 20 ⁇ m or less, about 15 ⁇ m or less, about 10 ⁇ m or less, or about 5 ⁇ m or less.
  • the proportion of the filler can be adjusted within the range in which the desired properties are secured or not impaired.
  • the filler may be included in the composite at a volume ratio of about 80 vol% or less.
  • the volume ratio is a value calculated based on the weight and density of the components constituting the composite material, for example, the metal foam, the polymer component and the filler.
  • the volume ratio may be less than or equal to about 75 vol%, less than 70 vol%, less than 65 vol%, less than 60 vol%, less than 55 vol%, less than 50 vol%, less than 45 vol%, less than 40 vol% Or less, about 30 vol% or less, about 1 vol% or more, about 2 vol% or more, about 3 vol% or more, about 4 vol% or about 5 vol% or more.
  • the filler may be included in the composite at about 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer component.
  • the ratio may be about 0.5 parts by weight or more, 1 part by weight or more, 5 parts by weight or more, or 10 parts by weight or more, and about 45 parts by weight or less, 40 parts by weight or less, 35 parts by weight or less and 30 parts by weight or less , 25 parts by weight or less, 20 parts by weight or less, or 15 parts by weight or less.
  • the present application also relates to a method of making such a composite material of the above type.
  • the method comprises curing the polymer composition in the presence of a curable polymer composition comprising an electrically conductive filler on the surface of a metal foil having a thermal conductivity of 8 W / mK or more and a metal or metal alloy . ≪ / RTI >
  • the polymer composition to be applied in the above is not particularly limited as long as it can form the above-mentioned polymer component through curing or the like, and such a polymer component is variously known in the art.
  • the composite material can be produced by curing through a known method using a material having an appropriate viscosity among known components.
  • the present application can provide a composite material containing a metal foam, a polymer component, and an electrically conductive filler, having excellent thermal conductivity and excellent physical properties such as impact resistance, workability, and insulation, and also capable of controlling electrical conductivity characteristics .
  • Figures 1 and 2 are schematic diagrams of exemplary composites of the present application.
  • a copper foil having a thickness of about 100 ⁇ m and a porosity of about 70% was used as the metal foam.
  • the copper metal foam was impregnated with a solution (copper powder 10% by weight) in which a copper powder having an average particle size of about 4 ⁇ was mixed with a thermosetting silicone resin (Sylgard 183kit polydimethylsiloxane, Dow Corning, Inc.) Was used to remove the excess composition such that the final composite had a film thickness of about 120 ⁇ .
  • the thermal conductivity of this composite material was about 2.765 W / mK and the electric resistance was about 0.36 ⁇ / ⁇ .
  • the thermal conductivity of the composite material was determined by the following formula: Thermal Diffusion (A), Specific Heat (B) and Density (C) : LFA467). Specific heat was measured by DSC (Differential Scanning Calorimeter) instrument and density was measured by Archimedes method. In addition, the thermal conductivity is a value with respect to the thickness direction (Z axis) of the composite material. In addition, the electrical resistance was measured with a sheet resistance meter of a 4-point probe system.
  • a composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that a copper powder having a mean particle size of about 10 ⁇ was used as the flake.
  • the thermal conductivity of this composite was about 4.329 W / mK and the electric resistance was about 0.32 ⁇ / ⁇ .
  • a composite material was prepared in the same manner as in Example 1 except that a nickel powder having a spherical shape and an average particle size of about 3 to 6 ⁇ m was applied as an electrically conductive filler.
  • the thermal conductivity of this composite was about 1.741 W / mK and the electric resistance was 0.048 ⁇ / ⁇ .
  • a composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that a nickel powder having a particle size of about 3 to 6 ⁇ and a flake-like shape was applied.
  • the thermal conductivity of this composite was about 2.986 W / mK and the electric resistance was 0.041 ⁇ / ⁇ .
  • a composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that graphite powder having an average particle size of about 3 to 6 ⁇ m was used as the electrically conductive filler.
  • the thermal conductivity of this composite material was about 2.134 W / mK and the electric resistance was about 0.51 ⁇ / ⁇ .
  • thermosetting silicone resin (Dow Corning, Sylgard 183kit polydimethylsiloxane) was formed into a film with a thickness of 120 ⁇ using a film applicator. Thereafter, the resultant was heated in an oven at 120 ⁇ for 20 minutes to conduct thermal curing. The thermal conductivity of this composite was about 0.270 W / mK, and the electrical resistance was measured to be high as insulation level.
  • thermosetting silicone resin (Sylgard 183kit polydimethylsiloxane, manufactured by Dow Corning) was coated on the sheet form of 100 ⁇ m in thickness and 75% porosity so as to have a total thickness of 120 ⁇ m using a film applicator. Thereafter, the mixture was heated in an oven at 120 ⁇ for 20 minutes to conduct thermal curing to prepare a composite material.
  • the thermal conductivity of this composite was about 1.212 W / mK, and the electrical resistance was measured to be high with insulation level.
  • thermosetting silicone resin Dow Corning, Sylgard 183kit polydimethylsiloxane
  • a solution of dendritic and copper powder having an average particle diameter of 4 ⁇ (copper powder: 25% by weight) was applied to a 120 ⁇ thick film .
  • the heat-cured composite was heated in an oven at 120 ° C for 20 minutes to prepare a heat-radiating composite.
  • the thermal conductivity of this composite was about 0.402 W / mK and the electrical resistance was measured to be high with insulation level.
  • thermosetting silicone resin Sylgard 183kit polydimethylsiloxane, Dow Corning, Inc.
  • copper powder a solution of copper powder with a mean particle size of 10 mu m and a flake phase (copper powder: 25 wt%) was applied to a 120 mu m thick film .
  • the heat-cured composite was heated in an oven at 120 ° C for 20 minutes to prepare a heat-radiating composite.
  • the thermal conductivity of this composite was about 0.338 W / mK and the electrical resistance was measured to be high with insulation level.
  • thermosetting silicone resin (Sylgard 183kit polydimethylsiloxane, Dow Corning, Inc.) and a solution of spherical nickel powder having an average particle size of about 3 to 6 ⁇ (nickel powder of 25 wt%) was applied to a 120 ⁇ m thick . Thereafter, the heat-cured composite was heated in an oven at 120 ° C for 20 minutes to prepare a heat-radiating composite.
  • the thermal conductivity of this composite material was about 0.297 W / mK, and the electrical resistance was measured as high as the insulation level.
  • thermosetting silicone resin Synthetic 183kit polydimethylsiloxane, Dow Corning, Inc.
  • a solution 25 wt% of nickel powder in which flakes and nickel powder having an average particle size of about 3 to 6 ⁇ m were mixed was applied to a 120 ⁇ m thick .
  • the heat-cured composite was heated in an oven at 120 ° C for 20 minutes to prepare a heat-radiating composite.
  • the thermal conductivity of this composite was about 0.301 W / mK, and the electrical resistance was measured as high as insulation.

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Abstract

본 출원에서는, 금속폼, 고분자 성분 및 전기전도성 필러를 포함하고, 우수한 열전도도를 가지면서, 내충격성, 가공성 및 절연성 등의 다른 물성도 우수하고, 전기전도도 특성도 제어 가능한 복합재를 제공할 수 있다.

Description

복합재
본 출원은 2017년 7월 6일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2017-0086012호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 대한민국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
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.
그렇지만, 상기 방식에 의해서는 높은 열전도도를 확보하기 위해서 다량의 필러 성분이 적용되어야 하기 때문에, 다양한 문제가 발생한다. 예를 들면, 다량의 필러 성분을 포함하는 소재의 경우, 소재 자체가 딱딱하게 되는 경향이 있고, 이러한 경우에 내충격성 등이 떨어진다.
본 출원은, 복합재에 대한 것이고, 일 예시에서 열전도 특성이 우수하면서도, 내충격성이나 가공성 등 다른 물성도 우수하게 확보되며, 필요에 따라서 전기 전도도도 조절할 수 있는 복합재 또는 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원은 복합재에 대한 것이다. 용어 복합재는 금속폼과 고분자 성분을 적어도 포함하는 재료를 의미할 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.
본 명세서에서 용어 다공성은, 기공도(porosity)가 적어도 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상인 경우를 의미할 수 있다. 상기 기공도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100% 미만, 약 99% 이하 또는 약 98% 이하 정도일 수 있다. 상기 기공도는 금속폼 등의 밀도를 계산하여 공지의 방식으로 산출할 수 있다.
상기 복합재는, 높은 열전도도를 가지며, 이에 따라서 예를 들면, 방열 소재와 같이 열의 제어를 위한 소재로 사용될 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, 15 W/mK 이하, 10 W/mK 이하, 8 W/mK 이하 또는 6 W/mK 이하 정도일 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 복합재의 열전도도는, 후술하는 실시예의 기술 방식에 따라 측정한다.
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 또는 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.
본 출원의 복합재는 상기와 같은 우수한 열전도 특성을 가지는 동시에 가공성이나 내충격성 등의 다른 물성도 안정적으로 확보될 수 있으며, 이러한 효과는 본 명세서에서 설명하는 내용에 의해 달성될 수 있다.
상기 복합재에 포함되는 금속폼의 형태는 특별히 제한되지는 않으나, 일 예시에서 필름 형상일 수 있다. 본 출원의 복합재에서는 상기 필름 형태의 금속폼의 적어도 표면이나 내부에 존재하는 고분자 성분이 추가된다. 도 1은 본 출원의 일 예시에 따른 복합체를 나타내는 도면이다. 도면과 같이 본 출원의 복합재(20)는 금속폼(22)을 포함하고, 그 내부 및/또는 표면에 고분자 성분(21)을 또한 포함할 수 있다. 상기에서 고분자 성분(21)은, 도면에서는 내부 및 표면에 모두 존재하는 경우를 나타내었으나, 상기 고분자 성분(21)은 금속폼(22)의 내부 또는 표면 중 어느 하나에만 존재할 수도 있으며, 금속폼(22) 내부에 존재하는 경우에도 금속폼(22)의 모든 내부가 아니라, 일부에만 충전되어 있을 수도 있다.
즉, 고분자 성분은, 상기 금속폼의 적어도 하나의 표면상에서 표면층을 형성하고 있거나, 금속폼 내부의 공극에 충전되어 존재할 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 표면층을 형성하면서 또한 금속폼의 내부에 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.
복합재에서 금속폼은, 기공도(porosity)가 약 10% 내지 99%의 범위 내일 수 있다. 이러한 기공도를 가지는 금속폼은, 적합한 열전달 네트워크를 형성하고 있는 다공성의 금속 골격을 가지고, 따라서 해당 금속폼을 소량 적용하는 경우에도 우수한 열전도도를 확보할 수 있다. 다른 예시에서 상기 기공도는, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상 또는 70% 이상이거나, 98% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하 또는 80% 이하일 수 있다.
금속폼은 필름 형태일 수 있다. 이러한 경우에 필름의 두께는 후술하는 방식에 따라 복합재를 제조함에 있어서, 목적하는 열전도도나 두께 비율 등을 고려하여 조절될 수 있다. 상기 필름의 두께는, 목적으로 하는 열전도도의 확보를 위해, 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 100㎛ 이상, 약 150㎛ 이상, 약 200㎛ 이상, 약 250㎛ 이상, 약 300㎛ 이상, 약 350㎛ 이상, 약 400㎛ 이상, 약 450㎛ 이상 또는 약 500㎛ 이상일 수 있다. 상기 필름의 두께의 상한은 목적에 따라서 제어되는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 10mm 이하, 5,000㎛ 이하, 2,000㎛ 이하, 1,500㎛ 이하, 약 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, 약 150 μm 이하, 약 100㎛ 이하, 약 90㎛ 이하, 약 80㎛ 이하, 약 70㎛ 이하, 약 60㎛ 이하 또는 약 55㎛ 이하 정도일 수 있다.
본 명세서에서 두께는 해당 대상의 두께가 일정하지 않은 경우에는, 그 대상의 최소 두께, 최대 두께 또는 평균 두께일 수 있다.
상기 금속폼은 열전도도가 높은 소재일 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.
상기 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, 백금, 은, 알루미늄, 니켈, 망간, 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.
상기 금속폼은 또한 상기 선행출원에 개시된 방식 중에서 유도 가열 방식으로도 제조될 수 있는데, 이러한 경우에 금속폼은 전도성 자성 금속을 적어도 포함할 수 있다. 이 경우, 금속폼은 상기 전도성 자성 금속을 중량을 기준으로 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상, 45 중량% 이상 또는 50 중량% 이상 포함할 수 있다. 다른 예시에서 상기 금속폼 내의 전도성 자성 금속의 비율은, 약 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상 또는 90 중량% 이상일 수 있다. 상기 전도성 자성 금속의 비율의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 100 중량% 미만 또는 95 중량% 이하일 수 있다.
본 출원에 있어서 용어 전도성 자성 금속은, 소정 상대 투자율과 전도도를 가지는 금속으로서, 유도 가열 방식에 의해 금속의 소결이 가능할 정도로 발열이 가능한 금속을 의미할 수 있다.
일 예시에서 상기 전도성 금속으로는, 상대 투자율이 90 이상인 금속이 사용될 수 있다. 상대 투자율(μr)은, 해당 물질의 투자율(μ)과 진공속의 투자율(μ0)의 비율(μ/μ0)이다. 상기 금속은 상대 투자율이 95 이상, 100 이상, 110 이상, 120 이상, 130 이상, 140 이상, 150 이상, 160 이상, 170 이상, 180 이상, 190 이상, 200 이상, 210 이상, 220 이상, 230 이상, 240 이상, 250 이상, 260 이상, 270 이상, 280 이상, 290 이상, 300 이상, 310 이상, 320 이상, 330 이상, 340 이상, 350 이상, 360 이상, 370 이상, 380 이상, 390 이상, 400 이상, 410 이상, 420 이상, 430 이상, 440 이상, 450 이상, 460 이상, 470 이상, 480 이상, 490 이상, 500 이상, 510 이상, 520 이상, 530 이상, 540 이상, 550 이상, 560 이상, 570 이상, 580 이상 또는 590 이상일 수 있다. 상대 투자율이 높을 수록 후술하는 유도 가열을 위한 전자기장의 인가 시에 보다 높은 열을 발생하게 되므로 그 상한은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 상대 투자율의 상한은 예를 들면, 약 300,000 이하일 수 있다.
전도성 자성 금속은 20℃에서의 전도도가 약 8 MS/m 이상, 9 MS/m 이상, 10 MS/m 이상, 11 MS/m 이상, 12 MS/m 이상, 13 MS/m 이상 또는 14.5 MS/m 이상일 수 있다. 상기 전도도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기 전도도는, 약 30 MS/m 이하, 25 MS/m 이하 또는 20 MS/m 이하일 수 있다.
이러한 전도성 자성 금속의 구체적인 예에는 니켈, 철 또는 코발트 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 복합재는, 전술한 바와 같이 상기 금속폼의 표면 또는 금속폼의 내부에 존재하는 고분자 성분을 추가로 포함하는데, 이러한 복합재의 상기 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)은, 3 이하 또는 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 이상, 약 1.01 이상, 약 1.02 이상, 약 1.03 이상, 약 1.04 이상, 약 1.05 이상 또는 약 1.1 이상일 수 있다. 이러한 두께 비율 하에서 목적하는 열전도도가 확보되면서, 가공성이나 내충격성 등이 우수한 복합재가 제공될 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, 각종 고무계 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 들 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 예시에서 상기 고분자 성분으로는 폴리디메틸실록산 계열과 같은 실리콘 수지를 적용할 수 있다.
본 출원의 복합재는, 전술한 금속폼의 적용을 통해서 주로 열전도도를 확보하는 성분의 비율을 최소화하면서도 우수한 열전도도를 확보할 수 있고, 따라서 가공성이나 내충격성 등의 손해 없이 목적하는 물성의 확보가 가능하다.
일 예시에서 상기 복합재에 포함되는 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 10 이하일 수 있다. 상기 비율(MW/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 비율의 하한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 약 0.1 정도일 수 있다. 상기 부피 비율은, 복합재에 포함되는 고분자 성분과 금속폼의 중량과 해당 성분들의 밀도를 통해 산출할 수 있다.
다른 예시에서 복합재 내에서 금속폼의 함량은 전체 복합재의 중량 대비 약 3 중량% 이상, 약 5 중량% 이상 또는 약 10 중량% 이상일 수 있다. 또한, 상기 금속폼 필러의 함량은, 예를 들면, 전체 복합재의 중량 대비 약 50 중량% 이하, 약 40 중량% 이하 또는 약 25 중량% 이하 정도일 수 있다.
본 출원의 복합재에서는 상기와 같은 고분자 성분이 금속폼의 적어도 일 표면에서 표면층을 형성하고 있을 수 있다.
이러한 경우에 상기 표면층(고분자 스킨층)의 두께는 목적에 따라서 제어되는 것으로 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 약 300μm 이하, 250μm 이하, 200μm 이하 또는 150μm 이하, 약 100μm 이하, 약 80μm 이하, 약 60μm 이하, 약 40μm 이하, 약 30μm 이하, 약 25 μm 이하, 약 20 μm 이하, 약 15 μm 이하, 약 10 μm 이하 또는 약 5 μm 이하 정도일 수 있다. 상기 스킨층의 두께는, 예를 들면, 5μm 이상, 10 μm 이상, 15 μm 이상, 20 μm 이상, 25 μm 이상, 30μm 이상, 70μm 이상 또는 100μm 이상 정도일 수도 있다.
상기 고분자 성분은 전기 전도성 필러를 추가로 포함할 수 있으며, 예를 들면, 상기 전기 전도성 필러는, 상기 금속폼의 내부 공극을 충전하고 있는 고분자 성분 및/또는 상기 표면층 내에 포함되어 있을 수 있다. 이를 통해서 보다 열전도 특성이 우수한 복합재의 제공이 가능하고, 상기 복합재의 전기 전도도도 제어할 수 있다. 도 2는 상기 전기 전도성 필러가 표면층에 존재하는 경우의 예시이다. 도 2와 같이, 본 출원의 복합재(30)는 고분자 성분(31), 금속폼(32) 및 전기 전도성 필러(35)를 포함할 수 있다.
본 출원에서 용어 전기 전도성 필러는, 20℃에서의 전도도가 약 8 MS/m 이상, 9 MS/m 이상, 10 MS/m 이상, 11 MS/m 이상, 12 MS/m 이상, 13 MS/m 이상 또는 14.5 MS/m 이상인 입자를 의미할 수 있다. 상기 전도도의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 약 30 MS/m 이하, 25 MS/m 이하 또는 20 MS/m 이하일 수 있다.
본 출원에서 적용될 수 있는 전기전도성 필러의 구체적인 종류는 상기 언급된 전도도를 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않고, 공지의 금속 필러, 금속합금 필러 또는 탄소계 필러 등이 사용될 수 있다.
상기 필러의 예로는, 니켈, 철, 코발트, 은, 구리, 금, 알루미늄, 칼슘, 텅스텐, 아연, 몰리브덴, 백금, 금, 리튬, 철, 백금, 주석, 납, 티탄, 망간, 마그네슘 또는 크롬 등의 전기 전도성 금속의 필러 또는 상기 중 2종 이상의 합금의 필러 등이나. 흑연, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 그래파이트 등과 같은 필러가 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 필러의 형태나 비율은 특별히 제한되지 않는다. 일 예시에서 상기 필러의 형태는 대략 구형, 침상, 판형, 플레이크상, 덴드라이트형 또는 성형(star shape) 등의 다양한 형태를 가질 수 있지만, 상기 형태에 특별히 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서 상기 전기전도성 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.
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 필러는, 고분자 성분 100 중량부 대비 약 0.1 내지 50 중량부로 복합재에 포함될 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 약 0.5 중량부 이상, 1 중량부 이상, 5 중량부 이상 또는 10 중량부 이상일 수 있고, 또한 약 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.
본 출원은 또한 상기와 같은 형태의 복합재의 제조 방법에 대한 것이다. 상기 제조 방법은, 열전도도가 8 W/mK 이상인 금속 또는 금속 합금을 포함하고, 필름 형태인 금속폼의 표면에 전기전도성 필러를 포함하는 경화성 고분자 조성물이 존재하는 상태에서 상기 고분자 조성물을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법에서 적용되는 금속폼이나 필러에 대한 구체적인 내용은 이미 기술한 바와 같고, 제조되는 복합재에 대한 구체적인 사항 역시 상기 기술한 내용에 따를 수 있다.
한편, 상기에서 적용되는 고분자 조성물 역시 경화 등을 통해 상기 언급한 고분자 성분을 형성할 수 있는 것이라면 특별한 제한은 없으며, 이러한 고분자 성분은 업계에 다양하게 공지되어 있다.
즉, 예를 들면, 공지의 성분 중에서 적절한 점도를 가지는 재료를 사용하여, 공지의 방식을 통해 경화를 진행하여 상기 복합재를 제조할 수 있다.
본 출원에서는, 금속폼, 고분자 성분 및 전기전도성 필러를 포함하고, 우수한 열전도도를 가지면서, 내충격성, 가공성 및 절연성 등의 다른 물성도 우수하고, 전기전도도 특성도 제어 가능한 복합재를 제공할 수 있다.
도 1 및 2는, 본 출원의 예시적인 복합재의 모식도이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
금속폼으로는 구리 금속폼으로서, 두께가 약 100 μm 정도이며, 기공도가 약 70% 정도인 필름 형상의 구리폼을 사용하였다. 상기 구리 금속폼을 열경화형 실리콘 수지(다우코닝社, Sylgard 183kit 폴리디메틸실록산)와 덴드라이트상이면서, 평균 입경이 4μm 정도인 구리 분말을 혼합한 용액(구리 파우더 10중량%)에 함침시키고, 어플리케이터를 이용하여 최종 복합재의 두께가 약 120μm 정도인 필름 형태가 되도록 과량의 조성물을 제거하였다. 이어서 상기 재료를 약 120℃의 오븐에 약 20분간 유지하여 경화시킴으로써 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 2.765 W/mK 정도였고, 전기 저항은 0.36 Ω/□ 정도였다.
상기 열전도도는, 복합재의 열확산도(A), 비열(B) 및 밀도(C)를 구하여 열전도도=ABC의 수식으로 구하였고, 상기 열확산도(A)는, 레이저 플래쉬법(LFA 장비, 모델명: LFA467)을 이용하여 측정하였으며, 비열은 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 장비를 통해 측정하였고, 밀도는 아르키메데스법을 이용하여 측정하였다. 또한, 상기 열전도도는 복합재의 두께 방향(Z축)에 대한 값이다. 또한, 전기 저항은 4 포인트 프로브 시스템의 면저항 측정기로 측정하였다.
실시예 2.
전기전도성 필러로서, 플레이크상이면서 평균 입경이 약 10 μm 정도인 구리 분말을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 4.329 W/mK 정도였고, 전기 저항은 0.32 Ω/□ 정도였다.
실시예 3.
전기전도성 필러로서, 구상이면서 평균 입경이 약 3 내지 6 μm 정도의 수준인 니켈 분말을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 1.741 W/mK 정도였고, 전기 저항은 0.048 Ω/□ 정도였다 .
실시예 4.
전기전도성 필러로서, 플레이크상이면서 평균 입경이 약 3 내지 6 μm 정도의 수준인 니켈 분말을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 2.986 W/mK 정도였고, 전기 저항은 0.041 Ω/□ 정도였다 .
실시예 5.
전기전도성 필러로서, 플레이크상이면서 평균 입경이 약 3 내지 6 μm 정도의 수준인 그라파이트(graphite) 분말을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 2.134 W/mK 정도였고, 전기 저항은 0.51 Ω/□ 정도였다 .
비교예 1
열경화형 실리콘 수지(다우코닝社, Sylgard 183kit 폴리디메틸실록산)를 필름 어플리케이터를 이용해 120μm 두께의 필름으로 형성하였다. 이후, 120℃의 오븐에서 20분 동안 가열하여 열경화를 진행하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 0.270 W/mK 정도였고, 전기 저항은 절연체(insulation) 수준으로 높게 측정되었다.
비교예 2
두께가 100μm 이고, 기공도가 75%인 시트 형태의 구리폼에 열경화형 실리콘 수지(다우코닝社, Sylgard 183kit 폴리디메틸실록산)를 필름 어플리케이터를 이용해 전체 두께가 120μm가 되도록 코팅하였다. 이후, 120℃의 오븐에서 20분 동안 가열하여 열경화를 진행하여 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 1.212 W/mK 정도였고, 전기 저항은 절연체(insulation) 수준으로 높게 측정되었다.
비교예 3
열경화형 실리콘 수지(다우코닝社, Sylgard 183kit 폴리디메틸실록산)와 덴드라이트상이고 평균 입경이 4μm인 구리 파우더를 혼합한 용액(구리 파우더 25중량%)를 혼합한 용액을 필름 어플리케이터를 이용해 120μm 두께의 필름으로 형성하였다. 이후, 120℃의 오븐에서 20분 동안 가열하여 열경화를 진행해 방열 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 0.402 W/mK 정도였고, 전기 저항은 절연체(insulation) 수준으로 높게 측정되었다.
비교예 4
열경화형 실리콘 수지(다우코닝社, Sylgard 183kit 폴리디메틸실록산)와 플레이크상이고 평균 입경이 10μm 정도인 구리 파우더를 혼합한 용액(구리 파우더 25중량%)를 혼합한 용액을 필름 어플리케이터를 이용해 120μm 두께의 필름으로 형성하였다. 이후, 120℃의 오븐에서 20분 동안 가열하여 열경화를 진행해 방열 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 0.338 W/mK 정도였고, 전기 저항은 절연체(insulation) 수준으로 높게 측정되었다.
비교예 5
열경화형 실리콘 수지(다우코닝社, Sylgard 183kit 폴리디메틸실록산)와 구상이고 평균 입경이 3 내지 6μm 정도인 니켈 파우더를 혼합한 용액(니켈 파우더 25중량%)를 혼합한 용액을 필름 어플리케이터를 이용해 120μm 두께의 필름으로 형성하였다. 이후, 120℃의 오븐에서 20분 동안 가열하여 열경화를 진행해 방열 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 0.297 W/mK 정도였고, 전기 저항은 절연체(insulation) 수준으로 높게 측정되었다.
비교예 6
열경화형 실리콘 수지(다우코닝社, Sylgard 183kit 폴리디메틸실록산)와 플레이크상이고 평균 입경이 3 내지 6μm 정도인 니켈 파우더를 혼합한 용액(니켈 파우더 25중량%)를 혼합한 용액을 필름 어플리케이터를 이용해 120μm 두께의 필름으로 형성하였다. 이후, 120℃의 오븐에서 20분 동안 가열하여 열경화를 진행해 방열 복합재를 제조하였다. 이 복합재의 열전도도는 약 0.301 W/mK 정도였고, 전기 저항은 절연체(insulation) 수준으로 높게 측정되었다.

Claims (17)

  1. 필름 형태의 금속폼 및 상기 금속폼의 표면 또는 금속폼의 내부에 존재하며, 전기 전도성 필러를 포함하는 고분자 성분을 포함하는 복합재.
  2. 제 1 항에 있어서, 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)이 2.5 이하인 복합재.
  3. 제 1 항에 있어서, 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)이 1 이상인 복합재.
  4. 제 1 항에 있어서, 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)이 3 이하인 복합재.
  5. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 열전도도가 8 W/mK 이상인 금속 또는 금속 합금을 포함하는 복합재.
  6. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 두께가 10 μm 이상인 열전도성 복합재.
  7. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 기공도가 10 내지 99%의 범위 내에 있는 복합재.
  8. 제 1 항에 있어서, 금속폼은, 구리, 금, 백금, 은, 알루미늄, 니켈, 망간, 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, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미노 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 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, 전기전도성 필러는, 금속 필러, 금속 합금 필러 또는 탄소계 필러인 복합재.
  12. 제 1 항에 있어서, 전기전도성 필러는, 니켈, 철, 코발트, 은, 구리, 금, 알루미늄, 칼슘, 텅스텐, 아연, 몰리브덴, 백금, 금, 리튬, 철, 백금, 주석, 납, 티탄, 망간, 마그네슘 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 필러인 복합재.
  13. 제 1 항에 있어서, 전기전도성 필러는, 흑연, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀 또는 그래파이트인 복합재.
  14. 제 1 항에 있어서, 전기전도성 필러는 구형, 침상, 판형, 플레이트상, 덴드라이트형 또는 성형(star shape)인 복합재.
  15. 제 1 항에 있어서, 전기전도성 필러는 평균 입경이 0.001 μm 내지 80 μm의 범위 내인 복합재.
  16. 제 1 항에 있어서, 전기전도성 필러의 부피 비율이 80 vol% 이하인 복합재.
  17. 금속 또는 금속 합금을 포함하고, 필름 형태인 금속폼의 표면에 전기전도성 필러를 포함하는 경화성 고분자 조성물이 존재하는 상태에서 상기 고분자 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는, 제 1 항의 복합재의 제조 방법.
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