WO2019054818A1 - 복합재 - Google Patents

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WO2019054818A1
WO2019054818A1 PCT/KR2018/010901 KR2018010901W WO2019054818A1 WO 2019054818 A1 WO2019054818 A1 WO 2019054818A1 KR 2018010901 W KR2018010901 W KR 2018010901W WO 2019054818 A1 WO2019054818 A1 WO 2019054818A1
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metal
metal foam
composite material
less
thickness
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신종민
유동우
이진규
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주식회사 엘지화학
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J2383/04—Polysiloxanes

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 aims at providing a composite material which is superior in heat conduction characteristics and excellent in other properties such as impact resistance and workability in a composite material or a method for producing the composite material.
  • the present application is directed to composites.
  • the term composite in this application may refer to a material comprising 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.
  • the method of measuring the thermal conductivity is not particularly limited, and can be measured by, for example, the method described in the following embodiments.
  • the thermal conductivity of the composite material is measured in the manner described in the following examples.
  • 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 on the surface or inside of the metal foam of the film form is added.
  • Such a 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 in the interior of the metal foam while forming the surface layer It is possible.
  • 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 at least 15%, at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 35%, at least 40%, at least 45%, at least 50%, or at most 98%.
  • the metal foam may be in the form of a film as described above.
  • 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 ⁇ ⁇ , Greater than about 60 ⁇ m, greater than about 65 ⁇ m, or greater than about 70 ⁇ m.
  • the upper limit of the thickness of the film may be controlled according to the purpose, but is not limited to, for example, about 1,000 ⁇ m or less, about 900 ⁇ m or less, about 800 ⁇ m or less, about 700 ⁇ m or less, about 600 ⁇ m or less, about 500 about 400 ⁇ m or less, about 300 ⁇ m or less, about 200 ⁇ m or less, or about 150 ⁇ 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 may be selected.
  • Examples of such a material include any metal selected from the group consisting of copper, gold, silver, aluminum, nickel, iron, cobalt, magnesium, molybdenum, tungsten and zinc, But is not limited to.
  • 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 at 20 ° C 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 / 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 inside the metal foam as described above wherein the ratio of the thickness (MT) of the metal foam to the total thickness (T) of the composite / MT) may be 2.5 or less.
  • 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, or about 1.05 or more.
  • 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 and phenol resins, but is not limited thereto.
  • 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 present application also relates to a method of making such a composite material of the above type.
  • the above-mentioned production method is characterized in that the metal foam, for example, a metal or a metal alloy having a thermal conductivity of 8 W / mK or more is contained, and in the state that a curable polymer composition is present on the surface or inside of the metal foam, And then curing.
  • 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.
  • a composite material containing a metal foam and a polymer component and having excellent thermal conductivity and excellent physical properties such as impact resistance, workability, and insulation can be provided.
  • FIGs 1 and 2 are photographs of the composites produced in the examples, respectively
  • thermosetting epoxy resin composition including a thermosetting epoxy compound (KODO CHEMICAL, YD128) and a curing agent (Kukdo Chemical Co., Ltd., G640), and an excess amount of the composition .
  • FIG. 1 is a photograph of the composite material, and the thermal conductivity of the composite material was about 0.411 W / mK.
  • 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.
  • a composite material was prepared in the same manner as in Example 1, except that a thermosetting silicone composition (PDMS, Sylgard 183 kit) was used as the polymer composition and the curing process was conducted in an oven at 230 ⁇ for about 10 minutes : About 120 ⁇ m).
  • the ratio (MV / PV) of the volume (PV) of the polymer component to the volume (MV) of the metal foam was calculated based on the density and application weight of each of the applied polymer components (silicone resin) and metal foam (copper metal foam) About 0.2.
  • Fig. 2 is a photograph of the composite material.
  • the thermal conductivity of the composite material was measured to be about 0.673 W / mK in the above-mentioned manner.
  • the composite material was prepared in the same manner as in Example 2 except that the final composite material had a thickness of about 100 mu m and the curing process was performed at about 120 DEG C for about 10 minutes.
  • the ratio (MV / PV) of the volume (PV) of the polymer component to the volume (MV) of the metal foam was calculated based on the density and application weight of each of the applied polymer components (silicone resin) and metal foam (copper metal foam) It was about 0.25.
  • the thermal conductivity of the composite was measured to be about 2.633 W / mK in the above-mentioned manner.
  • the composite material was prepared in the same manner as in Example 2 except that the thickness of the final composite material was about 80 ⁇ m and the curing process was performed at about 120 ° C. for about 10 minutes.
  • the ratio (MV / PV) of the volume (PV) of the polymer component to the volume (MV) of the metal foam was calculated based on the density and application weight of each of the applied polymer components (silicone resin) and metal foam (copper metal foam) It was about 0.34.
  • the thermal conductivity of the composite was measured to be about 3.065 W / mK in the above-mentioned manner.
  • the polymer composition was changed to a thermosetting silicone composition (PDMS, Sylgard 527 kit) in the same manner as in Example 2, and the curing process was performed at about 120 ° C for about 90 minutes.
  • the ratio (MV / PV) of the volume (PV) of the polymer component to the volume (MV) of the metal foam was calculated based on the density and application weight of each of the applied polymer components (silicone resin) and metal foam (copper metal foam) It was about 0.25.
  • the thermal conductivity of the composite was measured to be about 3.403 W / mK in the above-mentioned manner.
  • the composite material was prepared in the same manner as in Example 5 except that the final composite material had a thickness of about 80 ⁇ .
  • the ratio (MV / PV) of the volume (PV) of the polymer component to the volume (MV) of the metal foam was calculated based on the density and application weight of each of the applied polymer components (silicone resin) and metal foam (copper metal foam) It was about 0.34.
  • the thermal conductivity of the composite was measured to be about 5.474 W / mK in the above-mentioned manner.
  • Example 2 Only the polymer composition applied in Example 1 was cured to form a film having a thickness of about 120 ⁇ .
  • the thermal conductivity of the formed film was about 0.199 W / mK.
  • Example 2 Only the polymer composition applied in Example 2 was cured to form a film having a thickness of about 120 ⁇ .
  • the thermal conductivity of the formed film was about 0.270 W / mK.
  • the composite material was formed in the same manner as in Example 1, except that the final composite material had a thickness of about 200 ⁇ .
  • the thermal conductivity of the formed composites was about 0.367 W / mK.

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Abstract

본 출원은 복합재 및 그의 제조 방법을 제공한다. 본 출원에서는, 금속폼과 고분자 성분을 포함하고, 우수한 열전도도를 가지면서, 내충격성, 가공성 및 절연성 등의 다른 물성도 우수한 복합재를 제공할 수 있다.

Description

복합재
본 출원은 2017년 9월 15일자 제출된 대한민국 특허출원 제10-2017-0118735호에 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 확보되는 복합재 또는 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원은 복합재에 대한 것이다. 본 출원에서 용어 복합재는 금속폼과 고분자 성분을 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 또는 10 W/mK 이하일 수 있다. 상기 열전도도를 측정하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 후술하는 실시예에서 기재된 방식으로 측정할 수 있다.
상기 복합재의 열전도도는, 후술하는 실시예에서 기술된 방식으로 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 표면이나 내부에 존재하는 고분자 성분이 추가된다.
이러한 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 또는 50% 이상이거나, 98% 이하일 수 있다.
전술한 바와 같이 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 또는 약 70 μm 이상일 수 있다. 상기 필름의 두께의 상한은 목적에 따라서 제어되는 것으로 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 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 또는 약 150 μm 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, 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.
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.
상기 전도성 자성 금속은 20˚C에서의 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 복합체의 상기 금속폼의 두께(MT) 및 전체 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 이상, 약 1.01 이상, 약 1.02 이상, 약 1.03 이상, 약 1.04 이상 또는 약 1.05 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 및 페놀 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 들 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 복합재의 경우, 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.
본 출원은 또한 상기와 같은 형태의 복합재의 제조 방법에 대한 것이다. 상기 제조 방법은, 상기 금속폼, 예를 들면, 열전도도가 8 W/mK 이상인 금속 또는 금속 합금을 포함하고, 필름 형태인 금속폼의 표면 또는 내부에 경화성 고분자 조성물이 존재하는 상태에서 상기 고분자 조성물을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법에서 적용되는 금속폼에 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, 금속폼과 고분자 성분을 포함하고, 우수한 열전도도를 가지면서, 내충격성, 가공성 및 절연성 등의 다른 물성도 우수한 복합재를 제공할 수 있다.
도 1 및 2는 각각 실시예에서 제조된 복합재의 사진이다
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
금속폼으로는 구리 금속폼으로서, 두께가 약 70 μm 정도이며, 기공도가 약 70 %인 필름 형상의 구리폼을 사용하였다. 상기 구리 금속폼을 열경화성 에폭시 화합물(국도 화학, YD128)과 경화제(국도화학, G640)를 포함하는 열경화성 에폭시 수지 조성물에 함침시키고, 어플리케이터를 이용하여 최종 복합재의 두께가 약 120μm 정도가 되도록 과량의 조성물을 제거하였다. 이어서 상기 재료를 약 80℃의 오븐에 약 1 시간 정도 유지하여 경화시킴으로써 복합재를 제조하였다. 적용된 고분자 성분(에폭시 수지)와 금속폼(구리 금속폼) 각각의 밀도 및 적용 중량을 기준으로 계산한 결과 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 약 0.2 정도였다. 도 1은 상기 제조된 복합재의 사진이며, 이 복합재의 열전도도는 약 0.411 W/mK 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.
실시예 2.
고분자 조성물로서, 열경화성 실리콘 조성물(PDMS, Sylgard 183 kit)을 사용하고, 경화 공정을 230℃의 오븐에서 약 10분간 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방식으로 복합재를 제조하였다(최종 복합재 두께: 약 120μm 정도). 적용된 고분자 성분(실리콘 수지)와 금속폼(구리 금속폼) 각각의 밀도 및 적용 중량을 기준으로 계산한 결과 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 약 0.2 정도였다. 도 2는 상기 제조된 복합재의 사진이며, 이 복합재의 열전도도를 상기 언급된 방식으로 측정한 결과 약 0.673 W/mK 정도였다.
실시예 3.
실시예 2와 같은 방식으로 복합재를 제조하되, 최종 복합재의 두께가 약 100μm 정도가 되도록 하고, 경화 공정을 약 120℃에서 10분 정도 수행하였다. 적용된 고분자 성분(실리콘 수지)와 금속폼(구리 금속폼) 각각의 밀도 및 적용 중량을 기준으로 계산한 결과 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 약 0.25 정도였다. 이 복합재의 열전도도를 상기 언급된 방식으로 측정한 결과 약 2.633 W/mK 정도였다.
실시예 4.
실시예 2와 같은 방식으로 복합재를 제조하되, 최종 복합재의 두께가 약 80μm 정도가 되도록 하고, 경화 공정을 약 120℃에서 10분 정도 수행하였다. 적용된 고분자 성분(실리콘 수지)와 금속폼(구리 금속폼) 각각의 밀도 및 적용 중량을 기준으로 계산한 결과 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 약 0.34 정도였다. 이 복합재의 열전도도를 상기 언급된 방식으로 측정한 결과 약 3.065 W/mK 정도였다.
실시예 5.
실시예 2와 같은 방식으로 복합재를 제조하되, 고분자 조성물을 열경화성 실리콘 조성물(PDMS, Sylgard 527 kit)로 변경하고, 경화 공정을 약 120℃에서 90분 정도 수행하였다. 적용된 고분자 성분(실리콘 수지)와 금속폼(구리 금속폼) 각각의 밀도 및 적용 중량을 기준으로 계산한 결과 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 약 0.25 정도였다. 이 복합재의 열전도도를 상기 언급된 방식으로 측정한 결과 약 3.403 W/mK 정도였다.
실시예 6.
실시예 5와 같은 방식으로 복합재를 제조하되, 최종 복합재의 두께가 약 80μm 정도가 되도록 하였다. 적용된 고분자 성분(실리콘 수지)와 금속폼(구리 금속폼) 각각의 밀도 및 적용 중량을 기준으로 계산한 결과 고분자 성분의 부피(PV)와 금속폼의 부피(MV)의 비율(MV/PV)은 약 0.34 정도였다. 이 복합재의 열전도도를 상기 언급된 방식으로 측정한 결과 약 5.474 W/mK 정도였다.
비교예 1.
실시예 1에서 적용한 고분자 조성물만을 경화시켜서 두께가 약 약 120μm 정도인 필름을 형성하였다. 형성된 필름의 열전도도는 약 0.199 W/mK였다.
비교예 2.
실시예 2에서 적용한 고분자 조성물만을 경화시켜서 두께가 약 약 120μm 정도인 필름을 형성하였다. 형성된 필름의 열전도도는 약 0.270 W/mK였다.
비교예 3.
최종 복합재의 두께가 약 200μm 정도가 되도록 한 것을 제외하면, 실시예 1과 동일하게 복합재를 형성하였다. 형성된 복합재의 열전도도는 약 0.367 W/mK 정도였다.

Claims (11)

  1. 필름 형태의 금속폼 및 상기 금속폼의 표면 또는 금속폼의 내부에 존재하는 고분자 성분을 포함하고, 상기 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)이 2.5 이하이며, 열전도도가 0.4 W/mK 이상인 복합재.
  2. 제 1 항에 있어서, 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)이 1.01 이상인 복합체.
  3. 제 1 항에 있어서, 금속폼의 두께(MT) 및 전체 두께(T)의 비율(T/MT)이 2 이하인 복합체.
  4. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 열전도도가 8 W/mK 이상인 금속 또는 금속 합금을 포함하는 복합재.
  5. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 두께가 10 μm 이상인 열전도성 복합재.
  6. 제 1 항에 있어서, 금속폼은 기공도가 10 내지 99%의 범위 내에 있는 복합재.
  7. 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.
  8. 제 1 항에 있어서, 고분자 성분은, 금속폼의 표면에서 표면층을 형성하고 있는 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. 열전도도가 8 W/mK 이상인 금속 또는 금속 합금을 포함하고, 필름 형태인 금속폼의 표면 또는 내부에 경화성 고분자 조성물이 존재하는 상태에서 상기 고분자 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는, 제 1 항의 복합재의 제조 방법.
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