WO2020256289A1 - 방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법 - Google Patents

방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법 Download PDF

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WO2020256289A1
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carbon fiber
metal
silicone elastomer
manufacturing
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김상범
최병권
박은수
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한국생산기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a heat-dissipating silicone elastomer compound and a heat-dissipating silicone elastomer compound prepared according to the step of introducing and blending chopped yarn surface-treated with a reactive silane into the silicone elastomer compound.
  • This heat dissipation material is used not only in electronic devices, but also in automobiles and LEDs.
  • the demand for electronic devices and the amount of power used within the vehicle are rapidly increasing due to the trend of electronicization of automobile bodies worldwide.
  • electronic components used for this are further required to have a small, lightweight, and reliable function. Due to the high integration of electric devices for automobiles and the increase in power consumption, the development of high-performance information technology-automobile fusion high heat dissipation material parts is in progress.
  • the heat dissipation material widely used throughout the industry is a composite material that is a mixture of a high thermal conductivity filler and a polymer material. These composite materials can obtain excellent thermal conductivity and easy workability at the same time, but as the amount of inorganic filler added to obtain high thermal conductivity increases, the workability decreases and the physical properties of the polymer may be deteriorated. There is.
  • the general conductivity of the polymer material is at the level of 0.2 W/mK, because the vibration mode (phonon) caused by various defects in the polymer is mostly scattered and does not propagate. Therefore, in order to implement a polymer composite having high thermal conductivity, it is expected that the theoretical level of thermal conductivity comparable to that of a metal can be achieved if the polymer chain consisting of strong covalent bonds is continuous and continuous over the thermal conduction path. . To this end, various thermally conductive polymer composite materials have been developed, but so far, compared to the use of inorganic fillers, thermal conductivity is significantly lower or higher production costs are required.
  • 10-1220209 is a step of preparing a polyol/expanded graphite mixture through a stirring process after mixing by introducing polyol, expanded graphite, water, and a catalyst into a mixer; Preparing a polyurethane/expanded graphite master batch by injecting a polyol/expanded graphite mixture and isocyanate into the reactor by an in situ reaction; Pulverizing the polyurethane/expanded graphite master batch to prepare a polyurethane/expanded graphite master batch powder; And engineering synthetic resin, expanded graphite and polyurethane/expanded graphite master batch powder, an antioxidant, and a coupling agent are added to an extruder to form a master batch pellet; manufacturing a high heat dissipation and lightweight synthetic resin composition for LED lighting parts comprising The method, Korea Patent Registration No.
  • 10-0885653 is a composite resin composition with high thermal conductivity in which a hybrid filler mixed with a fibrous filler and a particulate filler is dispersed throughout the volume of a polymer matrix containing polyetheretherketone. Is being disclosed.
  • the present inventors in preparing a heat dissipation compound containing a high thermal conductivity inorganic filler, such as carbon fiber yarn in a silicone elastomer compound, to find a method capable of improving the compatibility with a polymer substrate by modifying the surface of the carbon fiber yarn
  • a method capable of improving the compatibility with a polymer substrate by modifying the surface of the carbon fiber yarn
  • the surface of the carbon fiber yarn is activated, coated with a metal, and then modified by treatment with a reactive silane group
  • the dispersibility in the silicon elastomer compound substrate is improved, and further, strength and/or thermal conductivity are remarkably. It was confirmed that the increase, and the present invention was completed.
  • step ii) adding and blending the surface-treated chopped yarn obtained from step i) into a silicone elastomer compound; including,
  • It provides a method of manufacturing a heat dissipating silicone elastomer compound.
  • chopped yarn of carbon fiber yarn surface-treated with a reactive silane used in the method for producing a heat dissipating silicone elastomer compound according to the present invention
  • It may be prepared through a series of processes including the step of chopping the surface-treated carbon fiber yarn, but is not limited thereto.
  • the second aspect of the present invention comprises an inorganic fiber chopped yarn cut with a chopping machine equipped with a series of cutters arranged at intervals of 0.5 to 6 mm coated with a metal coated surface with a silicone elastomer compound and a reactive silane evenly distributed thereto. Provides a silicone elastomer compound.
  • the carbon fiber yarn is activated, coated with metal, treated with reactive silane, and then surface-modified and dispersed in the silicone elastomer compound to evenly distribute in the substrate based on increased miscibility. Therefore, it is possible to provide a heat dissipation compound that is light and has increased strength and/or thermal conductivity.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a manufacturing process of a heat dissipating silicone elastomer compound according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an image of a cross section of a silicon elastomer-based heat dissipating compound containing chopped yarn and untreated chopped yarn surface-treated with silane as a heat dissipating agent prepared according to Example 1 and Comparative Example 2, respectively, with an electron microscope.
  • step ii) adding and blending the surface-treated chopped yarn obtained from step i) into a silicone elastomer compound; including,
  • It provides a method of manufacturing a heat dissipating silicone elastomer compound.
  • chopped yarn of carbon fiber yarn surface-treated with a reactive silane used in the method for producing a heat dissipating silicone elastomer compound according to the present invention
  • It may be prepared through a series of processes including the step of chopping the surface-treated carbon fiber yarn, but is not limited thereto.
  • the carbon fiber yarn used in the manufacture of the heat dissipating silicone elastomer compound of the present invention may be a fiber yarn composed of a filament diameter of 1 to 40 ⁇ m and a number of filaments of 50 to 3,000, but is not limited thereto.
  • the filament diameter is less than 1 ⁇ m
  • reinforcement may be reduced when added in the form of chopped yarn having a length of several mm or less by cutting afterwards, and when it exceeds 40 ⁇ m, it is added in the form of chopped yarn.
  • the blendability with the silicone elastomer compound, which is the basis of the final heat dissipation compound, may be poor.
  • the number of filaments is less than 50, the economy is low, and when the number of filaments is more than 3,000, it may be disadvantageous to cut into a desired size, and in severe cases, the cutting blade may be damaged, thereby deteriorating workability.
  • the term "sizing agent" of the present invention is a cross-linkable resin or water-soluble polymer resin such as epoxy, urethane, acrylic, or polyvinyl alcohol introduced on the surface to impart processability to the carbon fiber yarn.
  • the step of removing the sizing agent may be performed by heat treatment at 300 to 700° C. for 1 to 10 hours when the sizing agent is a conventional hydrocarbon-based polymer such as a curable resin, and the sizing agent
  • the sizing agent In the case of a water-soluble polymer resin, it may be performed simply by washing with water, but is not limited thereto, and a method known in the art may be used without limitation in consideration of the characteristics of the sizing agent to be removed.
  • the sizing agent is removed by heat treatment, if the heat treatment temperature is less than 300°C, the polymer resin used as the sizing agent may be incompletely carbonized and some may remain on the carbon fiber. Rather, if the temperature exceeds 700°C, the carbon fiber yarn itself May involve pyrolysis.
  • the step of activating the surface may be performed so that the surface of the carbon fiber yarn from which the sizing agent has been removed is more activated so that the metal is more easily attached during subsequent metal coating.
  • the step of activating the surface may be performed by passing the desized carbon fiber yarn obtained from the previous step through an impregnating tank containing an activating agent, and then passing through a neutralization tank and a washing tank in sequence.
  • the impregnation tank containing the activator a neutralization tank containing 10% (wt/wt) hydrochloric acid aqueous solution, and a washing liquid tank containing distilled water may be sequentially passed through at a speed of 1 to 100 m/min, but is not limited thereto.
  • the desized carbon fiber yarn obtained from the previous step is introduced into a reactor containing an activator, stirred at a speed of 300 to 700 RPM for 10 to 60 minutes, and then filtered and washed. It can be performed by including additionally, but is not limited thereto.
  • the step of activating the surface is not limited to the above-described example as long as the surface of the carbon fiber yarn can be evenly activated.
  • the activator used therein may include a metal salt, a reducing agent, and an acid.
  • platinum chloride, palladium chloride, or gold chloride may be used as the metal salt, but is not limited thereto.
  • the metal salt may be used in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbon fiber yarn used, but is not limited thereto.
  • the amount of the activating agent is less than 0.1 parts by weight, a desired level of surface activation may not be achieved, so that the adhesion to the metal may still be low, and when the amount is more than 5 parts by weight, the economic efficiency of the process may be low.
  • a material containing a metal having a higher ionization tendency than the transition metal ions included in the metal salt used for activation may be used.
  • tin chloride may be used, but is not limited thereto, and may be appropriately selected in consideration of a metal salt used together.
  • hydrochloric acid or sulfuric acid may be used as the acid, but is not limited thereto.
  • the reducing agent and acid used may be used in an amount of 5 to 20 parts by weight and 30 to 100 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of the carbon fiber yarn to be treated, but is not limited thereto.
  • the carbon fiber yarn is treated with a reducing agent together with a metal salt to induce reduction of the transition metal ions contained in the metal salt, so that it can act as a seed when the metal coating layer is introduced. It may be a process of forming particles.
  • the step of metal coating is 1 to 100 m/min in an impregnation tank containing a prepared metal coating solution maintained at 20 to 30°C with the activated carbon fiber yarn obtained from the previous step. It can be carried out by passing at a speed of and passing through a drying furnace maintained at 60 to 200 °C, but is not limited thereto.
  • the metal coating solution used may be a solution prepared by including a metal salt, a complexing agent, a stabilizer and a reducing agent in distilled water.
  • the metal coating solution 0.5 to 5 parts by weight of a metal salt, 0.1 to 2 parts by weight of a complexing agent, 0.0001 to 4 parts by weight of a stabilizer and 0.5 to 10 parts by weight of a reducing agent are sequentially added to 100 parts by weight of distilled water, and 5 to 1000 rpm. After stirring for 60 minutes, the pH of the solution was adjusted to 4 to 15 by adding a pH adjusting agent, heated to 30 to 95°C, and stirred at 50 to 100 rpm for 5 to 50 minutes while continuing the reaction to prepare. , Is not limited thereto.
  • the metal salt is a material that provides a metal precursor to be coated, and the metal may be copper, nickel, gold, or silver.
  • the metal salt usable in the manufacturing method of the present invention may be a sulfate, acetate, carbonate, chloride, cyanide, or nitrate of the metal. Limiting examples are copper sulfate, copper acetate, copper carbonate, nickel sulfate, nickel chloride, gold cyanide, and gold chloride. And silver nitrate.
  • the content of the metal salt is less than 0.5 parts by weight, it may be difficult to evenly coat the metal on the carbon fiber yarn, and when the content is more than 5 parts by weight, the uncoated metal may be reduced and impurities may increase.
  • Non-limiting examples of complexing agents that can be used in the manufacturing method of the present invention include citric acid, sodium citrate, sodium phosphate, succinic acid, propionic acid. ), glycolic acid, sodium acetate, ethylenediaminetetraacetate, ethylenediaminetetraacetate, disodium ethylenediaminetetraacetate, pyridine-3-sulfonyl chloride , Potassium tartrate, potassium citrate, sodium borate, ammonia, methylamine, and ammonium chloride.
  • the content of the complexing agent is less than 0.1 part by weight, it may be difficult to evenly coat the metal on the carbon fiber yarn, and when it is more than 2 parts by weight, the uncoated metal may be reduced and impurities may increase.
  • Non-limiting examples of stabilizers that can be used in the production method of the present invention include lead acetate, thallium nitrate, vanadium oxide, citric acetate, sodium cyanide. , Thiourea, triethanolamine, thioglycolic acid, acetylacetone, and urea.
  • the content of the stabilizer is less than 0.0001 parts by weight, the storage property of the metal coating solution is deteriorated, and when it is more than 4 parts by weight, the economic efficiency of the process may be deteriorated.
  • Non-limiting examples of reducing agents that can be used in the production method of the present invention include sodium hypophosphite, sodium borohydride, formate, formaldehyde, and diethylamine borane. ), dimethylamine borane, hydrazine, hydrazine sulfate, potassium borohydride, and potassium cyanoborohydride.
  • pH adjusting agent ammonium hydroxide, aqueous ammonia, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid, sodium hydroxide and potassium hydroxide may be used. , Is not limited thereto.
  • the pH adjusting agent may be used in an amount of 1 to 5 parts by weight, and when the content of the pH adjusting agent is less than 1 part by weight, the stability of the metal coating solution may be deteriorated, and when it is more than 5 parts by weight, the metal coating efficiency may be lowered.
  • the metal-coated carbon fiber yarn obtained from the step prior to the step of treating with a surface treatment agent is placed in an impregnation tank containing a prepared surface treatment agent maintained at 20 to 30°C, 1 to 100 m/min. It can be carried out by passing at a speed of and passing through a drying furnace maintained at 60 to 200 °C, but is not limited thereto.
  • the surface treatment agent used at this time may include distilled water and reactive silane.
  • the surface treatment agent may be an aqueous solution containing 0.05 to 50% by weight of reactive silane, but is not limited thereto.
  • the surface treatment agent may be prepared by adding an amount of reactive silane to distilled water and stirring at a speed of 10 to 100 RPM, but is not limited thereto.
  • the metal salts, complexing agents, stabilizers and reducing agents, and pH adjusting agents which are the respective components used in the step of metal coating, may be organically selected from each other.
  • a metal salt is first determined according to the type of metal to be coated, a suitable combination of a complexing agent, a stabilizer, a reducing agent, and a pH adjusting agent may be specifically selected.
  • copper sulfate may be selected as the metal salt, and thus sodium phosphate as a complexing agent, lead acetate as a stabilizer, and sodium hypophosphite as a reducing agent may be used.
  • ammonium hydroxide may be added to adjust the pH to 10.
  • nickel sulfate may be selected as the metal salt, and accordingly, ethylenediamine tetraacetate as the complexing agent, citrate acetate as the stabilizer, and sodium hypophosphite as the reducing agent may be used.
  • the pH can be adjusted to 9 by adding aqueous ammonia as a pH adjusting agent to the mixed solution of.
  • silver nitrate may be selected as the metal salt, and accordingly, ethylenediaminetetraacetate disodium as the complexing agent, thallium nitrate as the stabilizer, and sodium borohydride as the reducing agent may be used.
  • the pH can be adjusted to 10 by adding sodium hydroxide as a pH adjusting agent to the mixed solution of.
  • these are only examples of a combination of a metal salt, a complexing agent, a stabilizer, a reducing agent and a pH adjusting agent, and the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the metal-coated chopped yarn obtained through the above process is then treated with a surface treatment agent containing a reactive silane to improve interfacial adhesion when blended with a silicone elastomer compound.
  • the reactive silanes include triazinethiol propenyl dimethylpolysiloxane, triazinethiol butenyl dimethylpolysiloxane, gamma-ureidopropyltrimethoxysilane, gamma-ureidopropyltriethoxy From the group consisting of silane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, gamma-glycidoxypropyltrimethoxysilane and gamma-glycidoxypropyltriethoxysilane
  • the selected compound may be used alone or in combination of two or more, but is not limited thereto.
  • the reactive silane may be used in an aqueous solution having a concentration of 0.05 to 0.5% by weight, or 0.4 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the metal-coated carbon fiber yarn, but it is possible to modify the surface by evenly contacting the metal-coated carbon fiber yarn to be modified. As far as possible, it is not limited thereto.
  • the step of chopping may be performed using a chopping machine equipped with a series of cutters arranged at predetermined intervals.
  • the interval between the cutters becomes a factor that determines the size of the chopped yarn. Therefore, in the manufacturing method of the present invention, a chopping machine equipped with a series of cutters arranged at intervals of 0.5 to 6 mm, preferably at intervals of 0.5 to 3 mm can be used.
  • the blendability of the silicone elastomer compound which is the basis of the final heat dissipation compound, may be low.
  • the silicone elastomer compound used in the manufacturing method of the present invention may include poly(alkylvinyl)siloxane having a vinyl group at the terminal and a copolymer of alkylsiloxane and hydrogensiloxane.
  • the silicone elastomer compound has a viscosity of 50 to 100,000 cP, a vinyl group content of 0.01 to 5 mmol/part by weight, such as a mixing mixer, such as a container mixer, a change can mixer, or a mill.
  • a mixing mixer such as a container mixer, a change can mixer, or a mill.
  • a poly(alkylvinyl)siloxane having a group and a viscosity of 10 to 100 cP, a hydrogen content of 1 to 10 mmol/part by weight of a copolymer of alkylsiloxane and hydrogensiloxane are added and mixed, followed by heating and kneading at 140 to 180°C. I can.
  • the silicone elastomer compound may be prepared by additionally including reinforcing silica, a platinum-based catalyst, and/or a curing retardant, but is not limited thereto. At this time, these additional components may be added in an amount of 10 to 100 parts by weight, 0.01 to 5 parts by weight, and 0.01 to 5 parts by weight, respectively, but are not limited thereto. Further, the compound may be prepared by additionally performing a process of purging with nitrogen and cooling after heating and kneading, but is not limited thereto.
  • poly(alkylvinyl)siloxane having a vinyl group at the terminal is prepared by mixing 1,3-divinyltetraalkylsiloxane with tetraalkyltetravinylcyclotetrasiloxane, and reacting by adding a reaction catalyst at 60 to 100°C.
  • a reaction catalyst at 60 to 100°C.
  • 100 parts by weight of 1,3-divinyltetraalkylsiloxane was added to the reactor together with 200 to 1000 parts by weight of tetraalkyltetravinylcyclotetrasiloxane and heated to 60 to 100°C while stirring at a speed of 30 to 200 RPM.
  • reaction catalyst such as tetramethylammonium disiloxanolate or potassium trimethylsiloxanolate
  • a reaction catalyst such as tetramethylammonium disiloxanolate or potassium trimethylsiloxanolate
  • the process includes steps of raising the temperature of the reactor to 100 to 150°C, adding 0.1 to 2 parts by weight of a neutralizing agent, such as tris(2-chloroethyl) phosphate, and supplying nitrogen to remove excess catalyst, and 110 to 150°C. And distilling under a vacuum of 0.6 atm to remove the solvent, but is not limited thereto.
  • decaalkyltetrasilane and polydialkylsiloxane oil are added to octaalkylchlorotetrasiloxane, reacted at 120 to 170°C, and the temperature is lowered to 80 to 100°C. It can be prepared by adding and reacting polydialkylsiloxane oil, phosphonitrilic chloride, and potassium silanolate.
  • 0.5 to 3 parts by weight of decaalkyltetrasilane and 0.1 to 0.5 parts by weight of polydialkylsiloxane oil are added to 100 parts by weight of octaalkylchlorotetrasiloxane, and the temperature of the reactor is maintained at 120 to 170°C, while 1 to 5
  • 0.5 to 5 parts by weight of polydialkylsiloxane oil, 0.01 to 0.005 parts by weight of phosphonitrile chloride, and 0.01 to 0.005 parts by weight of potassium silanolate are added.
  • the mixture may be further stirred for 0.5 to 2 hours at a rate of 10 to 100 RPM, and 1 to 5 parts by weight of alkylhydroxyloxane may be added and further stirred for 1 to 6 hours at a rate of 10 to 100 RPM.
  • Poly(alkylvinyl)siloxane and/or a copolymer of alkylsiloxane and hydrogensiloxane having a vinyl group at the terminal is independently agitator, temperature controller, dropping funnel, and a reactor equipped with a nitrogen supply unit. It can be manufactured, but is not limited thereto.
  • the blending step may be performed by additionally including a metal oxide, an inorganic heat dissipating agent, an auxiliary heat dissipating agent, and a processing aid.
  • the mixing step may be performed using a mixing mixer such as a roll-mill, but is not limited thereto.
  • the metal oxide is added to impart flame retardancy and/or durability, and is used as magnesium oxide, aluminum oxide, beryllium oxide, zirconium oxide, or hafnium oxide. ) May be used, and the amount thereof may be 1 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of Choppsa, but is not limited thereto. For example, when the content of the metal oxide is less than 1 part by weight, it may be difficult to achieve desired flame retardancy and/or durability, and when it is more than 1000 parts by weight, the physical properties of the heat dissipating silicone elastomer compound itself may be deteriorated.
  • Silicon carbide, aluminum nitride, boron nitride, or the like may be used as the inorganic heat dissipating agent, but is not limited thereto.
  • the inorganic heat dissipating agent may be added in an amount of 1 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of Choppsa, but is not limited thereto.
  • the content of the inorganic heat dissipating agent is less than 1 part by weight, it may be difficult to achieve a desired heat dissipation property, and if it exceeds 200 parts by weight, the physical properties of the heat dissipating silicone elastomer compound itself may be deteriorated.
  • the auxiliary heat dissipating agent carbon black, carbon nanotubes, graphite, graphene, and the like may be used.
  • the auxiliary heat dissipating agent may be added in an amount of 0.05 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of choppsa, but is not limited thereto.
  • the content of the auxiliary heat dissipating agent is less than 0.05 parts by weight, it may be difficult to achieve a desired heat dissipation property, and if it exceeds 10 parts by weight, the physical properties of the heat dissipating silicone elastomer compound itself may be deteriorated.
  • a hardening agent such as 2,4-dichlorobenzoyl peroxide; Lubricants such as calcium stearate; Antioxidants, such as 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol (2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol); Or it may include a combination of two or more selected from these, but is not limited thereto.
  • the total amount of the processing aid may be 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of Choppsa, but is not limited thereto.
  • the second aspect of the present invention comprises an inorganic fiber chopped yarn cut with a chopping machine equipped with a series of cutters arranged at intervals of 0.5 to 6 mm coated with a metal coated surface with a silicone elastomer compound and a reactive silane evenly distributed thereto. Provides a silicone elastomer compound.
  • the heat dissipating silicone elastomer compound of the present invention may be manufactured by the method described above.
  • the heat dissipation silicone elastomer compound thus prepared may contain metal-coated carbon fiber chopped yarn surface-treated with 0.1 to 20 parts by weight of reactive silane based on 100 parts by weight of the silicone elastomer.
  • the metal-coated carbon fiber chopped yarn can be evenly dispersed without agglomeration within the compound based on increased miscibility with the silicone elastomer compound by surface treatment with reactive silane. , In the same amount, superior strength and/or thermal conductivity may be exhibited, and further, may be contained in a higher content.
  • Example 1 Preparation of a silicone elastomer-based heat dissipating compound containing copper-coated carbon fiber chopped yarn surface-treated with gamma-ureidopropyltrimethoxysilane
  • Step 1 removing the sizing agent
  • a carbon fiber yarn with a diameter of 20 ⁇ m and 500 filaments coated with a urethane resin was heat-treated for 2 hours in a heating furnace maintained at 500°C to obtain a carbon fiber yarn from which the sizing agent was removed.
  • Step 2 Activate the surface with a transition metal
  • the carbon fiber yarn obtained from step 1 from which the sizing agent was removed was sequentially placed in an impregnation tank containing an activator prepared according to Preparation Example 1, a neutralization tank containing a 10% by weight aqueous hydrochloric acid solution, and a washing tank containing distilled water at a speed of 5 m/min. After passing through, a surface activated carbon fiber yarn was prepared.
  • Step 3 coating the metal
  • the surface-activated carbon fiber yarn obtained from step 2 was passed through an impregnation tank containing the copper coating solution prepared according to Preparation Example 2-1 maintained at 25°C at a speed of 5 m/min, and passed through a drying furnace maintained at 100°C. To prepare a copper-coated carbon fiber yarn.
  • Step 4 treating with a surface treatment agent containing a reactive silane
  • the copper-coated carbon fiber yarn obtained from step 3 was passed through an impregnation tank containing the surface treatment agent prepared according to Preparation Example 3 maintained at 25°C at a speed of 5 m/min, and passed through a drying furnace maintained at 100°C to gamma -To prepare a carbon fiber yarn surface-treated with ureidopropyltrimethoxysilane.
  • Step 5 preparing surface-treated chopped yarn
  • Chopped yarn was prepared by cutting the copper-coated carbon fiber yarn surface-treated with gamma-ureidopropyltrimethoxysilane obtained from step 4 using a chopping machine equipped with a cutter having a cutting edge interval of 2 mm.
  • Step 6 Preparing a sheet-shaped heat-dissipating silicone elastomer compound molded body
  • a copper-coated Chop yarn 200 surface-treated with 1,000 g of a silicone elastomer compound prepared according to Preparation Example 6, and 50 g of a gamma-ureidopropyltrimethoxysilane prepared according to steps 1 to 5 above.
  • g of aluminum oxide, 50 g of boron nitride, 1 g of carbon black, and 1 g of 2,4-dichlorobenzoyl peroxide were sequentially added, and mixed at room temperature (15 to 25°C for 60 minutes), and the surface of the roll mill Molded in to prepare a heat-dissipating silicone elastomer compound in a sheet shape.
  • Example 2 Preparation of a silicone elastomer-based heat dissipation compound containing nickel-coated carbon fiber chopped yarn surface-treated with gamma-ureidopropyltrimethoxysilane
  • Nickel-coated carbon fiber in the same manner as in Example 1, except that the nickel coating solution prepared according to Preparation Example 2-2 was used instead of the copper coating solution prepared according to Preparation Example 2-1 in Step 3 of Example 1
  • a silicone elastomer-based heat dissipation compound containing Chop's was prepared.
  • the tensile strength and thermal conductivity of the specimens of Examples and Comparative Examples prepared as described above were measured, and the results are shown in Table 1 below.
  • the tensile strength was prepared as a dumbbell-bell specimen of IEC 60811-1-1 standard and measured at a speed of 200 mm/min using a universal testing machine.
  • Thermal conductivity was measured using a laser flash analyzer (LFA) in a disk-shaped specimen having a diameter of 25.4 mm and a thickness of 0.1 to 0.4 mm.
  • LFA laser flash analyzer
  • the dispersibility was classified into excellent, good, moderate, poor, and poor for the degree of dispersion, which was observed by observation with an electron microscope. The observed electron microscope image is shown in FIG. 2.
  • the tensile strength and thermal conductivity of the specimen of Example 1 were 1.5 times and 1.32 times, respectively, compared to the specimen of Comparative Example 1, and the specimen of Example 2 was increased by 1.25 and 1.18 times, respectively. .
  • the specimen of Example 1 was evenly dispersed in the substrate with the filler, that is, the added chopped yarn, compared to the specimen of Comparative Example 2, and the agglomeration phenomenon caused by the agglomeration of the filler was not observed. This indicates that chopped yarn surface-treated with silane has superior dispersibility to the silicone elastomer compound compared to untreated chopped yarn.

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Abstract

본 발명은 실리콘 탄성체 컴파운드에 반응성 실란으로 표면처리된 촙사를 투입하고 배합하는 단계;를 포함하는, 방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법 및 이에 따라 제조된 방열 실리콘 탄성체 컴파운드에 관한 것이다.

Description

방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법
본 발명은 실리콘 탄성체 컴파운드에 반응성 실란으로 표면처리된 촙사를 투입하고 배합하는 단계를 포함하는, 방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법 및 이에 따라 제조된 방열 실리콘 탄성체 컴파운드에 관한 것이다.
최근 우리 일상생활 주변에는 스마트폰이나 태블릿피씨를 비롯한 다양한 휴대용 디지털 전자기기들이 필수품으로 자리잡고 있으며, 나아가 디바이스 컨버젼스(device convergence)라 하여 다양한 기능이 하나의 디바이스에 통합되는 경우도 많아지고 있다. 이러한 전자기기의 발전은 근본적으로 반도체의 고집적화 기술에 의존하나, 이런 고집적화 기술은 필연적으로 전자기기의 성능저하, 수명단축 및 고장 등의 주된 원인이 되는 열을 발생시키므로 기기 구동시 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출시킬 수 있는 방열 기술(heat-sink technology)이 큰 이슈가 되고 있다. 특히, 미래의 전자기기들은 보다 경박단소, 다기능화 될 거승로 예상되므로 방열 기술 및 이를 달성하기 위한 소재의 개발의 필요성과 중요성은 점차 확대될 것이다.
이러한 방열 소재는 전자기기뿐만 아니라 자동차, LED에도 사용된다. 자동차의 경우 세계적으로 자동차 차체의 전자화 추세로 인하여 자체 내의 전자기기 수요 및 전력사용량이 급속히 증대되고 있다. 나아가, 이에 사용되는 전자부품은 작고 가벼우면서도 신뢰할 수 있는 기능이 더욱 요구된다. 이러한 자동차용 전기소자의 고집적화 및 전력 사용량의 증대로 인하여 고성능의 정보기술-자동차 융합 고방열 소재 부품 개발이 진행되고 있다.
산업계 전반에 광범위하게 사용되고 있는 방열 소재는 고열전도 충진제와 고분자 소재를 혼합한 복합 소재이다. 이들 복합 소재는 우수한 열전도성 및 용이한 가공성을 동시에 얻을 수 있으나, 높은 열전도도를 얻기 위해 첨가하는 무기계 충진제(inorganic filler)의 양이 증가할수록 가공성이 떨어지고 고분자 고유의 물리적 특성이 저하될 수 있는 한계가 있다.
한편, 고분자 소재의 일반적인 전도도는 0.2 W/mK 수준으로, 이는 고분자 내에 존재하는 각종 결함에 의한 진동모드(phonon)가 대부분 산란되어 전파되지 않기 때문이다. 따라서, 높은 열전도도를 갖는 고분자 복합체를 구현하기 위해서는, 열전도 경로에 걸쳐 강한 공유결합으로 구성된 고분자 사슬이 끊이지 않고 연속적으로 이어져 있는 경우, 이론적으로 금속에 준하는 수준의 열전도도를 구현할 수 있는 것으로 예상된다. 이를 목표로 다양한 열전도성 고분자 복합소재가 개발되고 있으나, 아직까지는 무기계 충진제를 사용하는 것에 비해 열 전도도가 크게 낮거나 높은 생산비용을 요구하는 등의 근본적인 한계를 갖는다.
이에 무기계 충진제를 포함하는 다양한 복합소재가 개발되고 있다. 예컨대, 국제출원 WO2008/126829호는 금속 산화물 또는 금속 분말로 된 무기분말충전제를 85 내지 97중량%, 베이스 오일을 2 내지 15중량% 및 폴리에스테르 수지를 0.001 내지 10중량% 비율로 함유하는 고열전도성 컴파운드를, 일본등록특허 제4796704호는 가교 실리콘 겔에 열전도성 충진제를 분산시킨 가교된 그리스상의 방열재를, 국제특허 WO2013/146478호는 C1-18 알킬기를 측쇄에 갖는 C1-9 알킬렌(alkylene)과 2 내지 4개의 페닐렌기가 직접 또는 링커를 통해 연결된 페닐렌 유닛 또는 나프틸렌 유닛이 에폭시를 매개로 에테르결합에 의해 교차결합된, 저융점에서 저용융 점도로 용해성 가공성, 유동성, 유연성, 밀착성 및 열전도성이 우수한 에폭시 수지를, 한국등록특허 제10-1220209호는 폴리올, 팽창흑연, 물 및 촉매를 혼합기 내에 투입하여 혼합시킨 후 교반 공정을 거쳐 폴리올/팽창흑연 혼합액을 제조하는 단계; 인시투(in situ) 반응에 의하여 반응기 내에 폴리올/팽창흑연 혼합액 및 이소시아네이트를 투입하여 폴리우레탄/팽창흑연 마스터 뱃치를 제조하는 단계; 상기 폴리우레탄/팽창흑연 마스터 뱃치를 분쇄하여 폴리우레탄/팽창흑연 마스터 뱃치 파우더를 제조하는 단계; 및 엔지니어링 합성수지와 팽창흑연 및 폴리우레탄/팽창흑연 마스터 뱃치 파우더와, 산화방지제, 커플링제를 압출기에 투입하여 마스터 뱃치 펠렛을 성형하는 단계;를 포함하는 LED 조명 부품용 고방열 및 경량 합성수지 조성물의 제조방법을, 한국등록특허 제10-0885653호는 섬유형 충진재 및 입자형 충진재가 혼합된 하이브리드 충진재가 폴리에테르에테르케톤을 포함하는 고분자 매트릭스의 부피 전체에 걸쳐서 분산되어 있는, 높은 열전도도의 복합수지 조성물을 개시하고 있다.
그러나, 많은 고분자들은 열전도성이 낮으므로 높은 함량의 고열전도도의 무기계 충전제를 요구할 수 있어 고분자의 물성을 유지하기 어렵거나 경량화에 불리할 수 있고, 대부분의 무기계 충진제는 고분자와의 혼화성이 열악하므로 고분자 수지 내에 고르게 분산되지 못하여 높고 안정적인 열전도성을 나타내기 어려울 수 있다.
본 발명자들은, 실리콘 탄성체 컴파운드에 고열전도도의 무기계 충전제 예컨대, 탄소섬유사를 함유하는 방열 컴파운드를 제조함에 있어서, 탄소섬유사의 표면을 개질함으로써 고분자 기재와의 혼화성을 개선할 수 있는 방법을 발굴하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 탄소섬유사의 표면을 활성화하고 금속을 코팅한 후, 반응성 실란기로 처리하여 개질한 경우, 실리콘 탄성체 컴파운드 기재 내에서의 분산성이 향상되며, 나아가 강도 및/또는 열전도도가 현저히 증가함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 제1양태는
i) 반응성 실란으로 표면처리된 탄소섬유사의 촙사를 준비하는 단계; 및
ii) 실리콘 탄성체 컴파운드에 상기 i) 단계로부터 수득한 표면처리된 촙사를 투입하고 배합하는 단계;를 포함하는,
방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법을 제공한다.
예컨대, 본 발명에 따른 방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법에 사용되는 반응성 실란으로 표면처리된 탄소섬유사의 촙사는
a) 고분자 수지 사이징제가 도포된 탄소섬유사를 열처리하여 사이징제를 제거하는 단계;
b) 상기 탈사이징된 탄소섬유사에 활성화제를 처리하여 표면을 활성화하는 단계;
c) 상기 표면을 활성화한 탄소섬유사를 금속 코팅액으로 처리하여 금속 코팅하는 단계;
d) 상기 금속 코팅된 탄소섬유사를 표면처리제로 처리하는 단계; 및
e) 상기 표면처리된 탄소섬유사를 촙핑하는 단계를 포함하는 일련의 과정을 통해 준비할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제2양태는 실리콘 탄성체 컴파운드 및 이에 고르게 분포된 반응성 실란으로 표면 처리된 금속 코팅된 0.5 내지 6 mm 간격으로 배열된 일련의 커터가 장착된 촙핑기로 절단된 무기 섬유 촙사를 포함하는, 방열 실리콘 탄성체 컴파운드를 제공한다.
본 발명에 따른 방열 실리콘 탄성체 컴파운드 제조방법은 탄소섬유사를 활성화한 후, 금속으로 코팅하고, 다시 반응성 실란으로 처리하여 표면 개질하여 실리콘 탄성체 컴파운드에 분산시킴으로써 증가된 혼화성을 기초로 기재 내에 고르게 분포시킬 수 있으므로, 가벼우면서도, 강도 및/또는 열전도성이 증가된, 방열 컴파운드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 각각 실시예 1 및 비교예 2에 따라 준비한 방열제로 실란으로 표면 처리된 촙사 및 비처리 촙사를 함유하는 실리콘 탄성체 기반 방열 컴파운드의 단면을 전자현미경으로 관찰한 이미지를 나타낸 도이다.
본 발명의 제1양태는
i) 반응성 실란으로 표면처리된 탄소섬유사의 촙사를 준비하는 단계; 및
ii) 실리콘 탄성체 컴파운드에 상기 i) 단계로부터 수득한 표면처리된 촙사를 투입하고 배합하는 단계;를 포함하는,
방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법을 제공한다.
예컨대, 본 발명에 따른 방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법에 사용되는 반응성 실란으로 표면처리된 탄소섬유사의 촙사는
a) 고분자 수지 사이징제가 도포된 탄소섬유사를 열처리하여 사이징제를 제거하는 단계;
b) 상기 탈사이징된 탄소섬유사에 활성화제를 처리하여 표면을 활성화하는 단계;
c) 상기 표면을 활성화한 탄소섬유사를 금속 코팅액으로 처리하여 금속 코팅하는 단계;
d) 상기 금속 코팅된 탄소섬유사를 표면처리제로 처리하는 단계; 및
e) 상기 표면처리된 탄소섬유사를 촙핑하는 단계를 포함하는 일련의 과정을 통해 준비할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조에 사용되는 탄소섬유사는 필라멘트 직경 1 내지 40 μm, 필라멘트 수 50 내지 3,000개로 구성된 섬유사일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 필라멘트 직경이 1 μm 미만인 경우, 이후 절단하여 수 mm 이하의 길이를 갖는 촙사의 형태로 첨가시 이에 의한 보강성(reinforcement)이 떨어질 수 있고, 40 μm 초과인 경우에는 촙사의 형태로 첨가되어 최종 생산되는 방열 컴파운드의 기반이 되는 실리콘 탄성체 컴파운드와의 배합성이 열악할 수 있다. 한편, 필라멘트 수가 50 미만인 경우에는 경제성이 낮으며, 3,000 초과일 경우에는 원하는 크기로 절단하기에 불리할 수 있고, 심한 경우 절단날을 손상시킬 수 있어 작업성이 저하될 수 있다.
본 발명의 용어, "사이징제(sizing agent)"는 탄소섬유사에 가공성을 부여하기 위하여 표면에 도입된 것으로 에폭시, 우레탄, 아크릴 또는 폴리비닐알코올과 같은 경화성(cross-linkable) 수지 또는 수용성 고분자 수지일 수 있다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 사이징제를 제거하는 단계는, 상기 사이징제가 통상의 탄화수소계 고분자 예컨대, 경화성 수지인 경우에는 300 내지 700℃에서 1 내지 10시간 동안 열처리하여 수행할 수 있고, 사이징제가 수용성 고분자 수지인 경우에는 단순히 물로 세척함으로써 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 제거하고자 하는 사이징제의 특성을 고려하여 당업계에 공지된 방법을 제한없이 사용하여 수행할 수 있다. 열처리에 의해 사이징제를 제거하는 경우, 열처리 온도가 300℃ 미만이면 사이징제로 사용된 고분자 수지가 불완전하게 탄화되어 일부가 탄소섬유상에 잔류할 수 있으며, 오히려 700℃ 초과하는 고온이면 탄소섬유사 자체의 열분해를 수반할 수 있다.
본 발명의 방열 실리콘 탄성체 컴파운드 제조방법에 있어서, 표면을 활성화하는 단계는 사이징제가 제거된 탄소섬유사의 표면을 보다 활성화하여 이어지는 금속 코팅시 금속이 보다 용이하게 부착되도록 하기 위하여 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 표면을 활성화하는 단계는 이전 단계로부터 수득한 탈사이징된 탄소섬유사를 활성화제가 담긴 함침조에 통과시킨 후, 중화액조 및 세척액조를 차례로 통과시켜 수행할 수 있다.
예컨대, 상기 활성화제가 담긴 함침조, 10%(wt/wt) 염산 수용액이 담긴 중화액조 및 증류수가 담긴 세척액조를 1 내지 100 m/분 속도로 차례로 통과시켜 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또는, 상기 표면을 활성화하는 단계는 이전 단계로부터 수득한 탈사이징된 탄소섬유사를 활성화제가 담긴 반응기에 투입하고 10 내지 60분 동안 300 내지 700 RPM의 속도로 교반하고, 이후 여과 및 세척하는 단계를 추가로 포함하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 표면을 활성화하는 단계는 탄소섬유사의 표면을 고르게 활성화할 수 있는 한, 그 수행방법 및 조건은 전술한 예에 제한되지 않는다.
한편, 이에 사용되는 활성화제는 금속염, 환원제 및 산을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 금속염으로는 염화백금(platinum chloride), 염화팔라듐(palladium chloride) 또는 염화금(gold chloride)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 금속염은 사용하는 탄소섬유사 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부로 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 활성화제의 사용량이 0.1중량부 미만인 경우, 원하는 수준의 표면 활성화를 달성하지 못하여 금속과의 접착력이 여전히 낮을 수 있으며, 5중량부 초과인 경우 공정의 경제성이 낮을 수 있다.
예컨대, 상기 환원제로는 상기 활성화에 사용되는 금속염에 포함된 전이금속 이온에 비해 이온화경향이 높은 금속을 포함하는 물질을 사용할 수 있다. 예컨대, 염화주석(tin chloride)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 함께 사용되는 금속염을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
예컨대, 상기 산으로는 염산 또는 황산을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이때, 사용되는 환원제와 산은 처리하고자 하는 탄소섬유사 100중량부를 기준으로 각각 5 내지 20중량부 및 30 내지 100중량부로 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 활성화제로 처리하는 단계는 탄소섬유사를 금속염과 함께 환원제로 처리함으로써 상기 금속염에 함유된 전이금속 이온의 환원을 유도하여, 이후 금속 코팅층 도입시 종자로 작용할 수 있도록 탄소섬유사의 표면에 전이금속 미세 입자를 형성하는 과정일 수 잇다.
본 발명의 방열 실리콘 탄성체 컴파운드 제조방법에 있어서, 금속 코팅하는 단계는 이전 단계로부터 수득한 표면을 활성화한 탄소섬유사를 20 내지 30℃로 유지되는 준비된 금속 코팅액이 담긴 함침조에 1 내지 100 m/분의 속도로 통과시키고 60 내지 200℃로 유지되는 건조로를 통과시킴으로써 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이때, 사용되는 상기 금속 코팅액은 증류수에 금속염, 착화제, 안정제 및 환원제를 포함하여 준비한 용액일 수 있다.
예컨대, 상기 금속 코팅액은 100 중량부의 증류수에 0.5 내지 5 중량부의 금속염, 0.1 내지 2 중량부의 착화제, 0.0001 내지 4 중량부의 안정제 및 0.5 내지 10 중량부의 환원제를 차례로 투입하여 500 내지 1000 rpm으로 5 내지 60분 동안 교반한 후, pH 조절제를 첨가하여 용액의 pH를 4 내지 15로 조절하고 30 내지 95℃로 가열하여 50 내지 100 rpm으로 5분 내지 50분 동안 교반하면서 반응을 지속하여 준비할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 금속염은 코팅하고자 하는 금속 전구체를 제공하는 물질로서, 상기 금속은 구리, 니켈, 금 또는 은일 수 있다. 본 발명의 제조방법에서 사용 가능한 금속염은 상기 금속의 황산염(sulfate), 아세트산염(acetate), 탄산염(carbonate), 염산염(chloride), 시안산염(cyanide) 또는 질산염(nitrate)일 수 있으며, 이의 비제한적인 예는 황산구리(copper sulfate), 아세트산구리(copper acetate), 탄산구리(copper carbonate), 황산니켈(nickel sulfate), 염화니켈(nickel chloride), 시안화금(gold cyanide), 염화금(gold chloride) 및 질산은(silver nitrate)을 포함할 수 있다. 이때, 금속염의 함량이 0.5중량부 미만인 경우, 탄소섬유사 상에 고르게 금속이 코팅되기 어려울 수 있고, 5중량부 초과인 경우에는 코팅되지 않은 금속이 환원되어 불순물이 늘어날 수 있다.
본 발명의 제조방법에 사용 가능한 착화제의 비제한적인 예는 상기 착화제는 구연산(citric acid), 구연산나트륨(sodium citrate), 인산나트륨(sodium phosphate), 숙신산(succinic acid), 프로피온산(propionic acid), 글리콜산(glycolic acid), 아세트산나트륨(sodium acetate), 에틸렌디아민테트라아세테이트(ethylenediaminetetraacetate), 에틸렌디아민테트라아세테이트디나트륨(disodium ethylenediaminetetraacetate), 염화피리딘-3-술포닐(pyridine-3-sulfonyl chloride), 타르타르산칼륨(potassium tartrate), 구연산칼륨(potassium citrate), 붕산나트륨(sodium borate), 암모니아(ammonia), 메틸아민(methylamine) 및 염화암모늄(ammonium chloride)을 포함할 수 있다. 이때, 착화제의 함량이 0.1중량부 미만인 경우, 탄소섬유사 상에 고르게 금속이 코팅되기 어려울 수 있고, 2중량부 초과인 경우에는 코팅되지 않은 금속이 환원되어 불순물이 늘어날 수 있다.
본 발명의 제조방법에 사용 가능한 안정제의 비제한적인 예는 아세트산납(lead acetate), 질산탈륨(thallium nitrate), 산화바나듐(vanadium oxide), 구연산아세트산염(citric acetate), 시안화나트륨(sodium cyanide), 티오우레아(thiourea), 트리에탄올아민 (triethanolamine), 티오글리콜산(thioglycolic acid), 아세틸아세톤(acetylacetone) 및 우레아(urea)을 포함할 수 있다. 이때, 안정제의 함량이 0.0001중량부 미만인 경우, 금속 코팅액의 보관성이 떨어지며, 4중량부 초과인 경우에는 공정의 경제성이 저하될 수 있다.
본 발명의 제조방법에 사용 가능한 환원제의 비제한적인 예는 차아인산나트륨(sodium hypophosphite), 수소화붕소나트륨(sodium borohydride), 포름산염(formate), 포름알데히드(formaldehyde), 디에틸아민보란(diethylamine borane), 디메틸아민보란(dimethylamine borane), 히드라진(hydrazine), 황산히드라진(hydrazine sulfate), 수소화붕소칼륨(potassium borohydride) 및 시안화수소화붕소칼륨(potassium cyanoborohydride)을 포함할 수 있다. 이때, 환원제의 함량이 0.5중량부 미만인 경우, 탄소섬유사에 대한 금속 코팅 효율성이 떨어지며, 10중량부 초과인 경우에는 공정의 경제성이 저하될 수 있다.
나아가, 상기 pH 조절제는 수산화암모늄(ammonium hydroxide), 암모니아수, 황산(sulfuric acid), 인산(phosphoric acid), 염산(hydrochloric acid), 수산화나트륨(sodium hydroxide) 및 수산화칼륨(potassium hydroxide)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 pH 조절제는 1 내지 5중량부로 사용할 수 있으며, pH 조절제의 함량이 1중량부 미만인 경우, 금속 코팅액의 안정성이 저하될 수 있고, 5중량부 초과인 경우에는 금속 코팅 효율이 떨어질 수 있다.
본 발명의 방열 실리콘 탄성체 컴파운드 제조방법에 있어서, 표면처리제로 처리하는 단계 이전 단계로부터 수득한 금속 코팅된 탄소섬유사를 20 내지 30℃로 유지되는 준비된 표면처리제가 담긴 함침조에 1 내지 100 m/분의 속도로 통과시키고 60 내지 200℃로 유지되는 건조로를 통과시킴으로써 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이때 사용되는 표면처리제는 증류수 및 반응성 실란을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 표면처리제는 반응성 실란을 0.05 내지 50중량%로 함유하는 수용액일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 나아가, 상기 표면처리제는 증류수에 분량의 반응성 실란을 투입하여 10 내지 100 RPM의 속도로 교반하여 준비할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 금속 코팅하는 단계에 사용되는 상기 각 성분인 금속염, 착화제, 안정제 및 환원제, 그리고 pH 조절제는 상호 유기적으로 선택될 수 있다. 예컨대, 코팅하고자 하는 금속의 종류에 따라 금속염이 먼저 결정되면, 이에 따라 적합한 착화제, 안정제, 환원제 및 pH 조절제의 조합을 특이적으로 선택할 수 있다. 구체적인 예로서, 구리 코팅층을 도입하기 위하여, 금속염으로 황산구리를 선택할 수 있고, 이에 따라 착화제로는 인산나트륨, 안정제로는 아세트산납, 및 환원제로는 차아인산나트륨을 사용할 수 있으며, 이들의 혼합 용액에 pH 조절제로서 수산화암모늄을 첨가하여 pH를 10으로 조절할 수 있다. 다른 예로서, 니켈 코팅층을 도입하기 위하여, 금속염으로 황산니켈을 선택할 수 있으며, 이에 따라 착화제로는 에틸렌디아민테트라아세테이트, 안정제로는 구연산아세트산염, 및 환원제로는 차아인산나트륨을 사용할 수 있으며, 이들의 혼합 용액에 pH 조절제로서 암모니아수를 첨가하여 pH를 9로 조절할 수 있다. 또 다른 예로, 은 코팅층을 도입하기 위하여, 금속염으로 질산은을 선택할 수 있고, 이에 따라 착화제로는 에틸렌디아민테트라아세테이트디나트륨, 안정제로는 질산탈륨, 및 환원제로는 수소화붕소나트륨을 사용할 수 있으며, 이들의 혼합 용액에 pH 조절제로서 수산화나트륨을 첨가하여 pH를 10으로 조절할 수 있다. 그러나, 이들은 금속염, 착화제, 안정제, 환원제 및 pH 조절제의 조합의 예시일 뿐, 본 발명의 범주가 이에 제한되는 것은 아니다.
이상의 과정을 통해 수득한 금속 코팅된 촙사는 이후 반응성 실란을 포함하는 표면처리제로 처리하는 단계를 통해, 이하 실리콘 탄성체 컴파운드와의 배합시 계면접착력을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 상기 반응성 실란은 트리아진티올 프로페닐 디메틸폴리실록산(triazinethiol propenyl dimethylpolysiloxane), 트리아진티올 부테닐 디메틸폴리실록산(triazinethiol butenyl dimethylpolysiloxane), 감마-우레이도프로필트리메톡시실란, 감마-우레이도프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 감마-글리시독시프로필트리에톡시실란(gamma-glycidoxypropyltriethoxysilane)으로 구성된 군으로부터 선택되는 화합물을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 반응성 실란은 0.05 내지 0.5중량% 농도의 수용액으로, 또는 금속 코팅된 탄소섬유사 100중량부에 대해 0.4 내지 1중량부로 사용될 수 있으나, 개질 대상인 금속 코팅된 탄소섬유사와 고르게 접촉하여 표면을 개질할 수 있는 한, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 촙핑하는 단계는 소정의 간격으로 배열된 일련의 커터가 장착된 촙핑기를 사용하여 수행할 수 있다. 이때, 상기 커터의 간격은 촙사의 크기를 결정하는 인자가 된다. 따라서, 본 발명의 제조방법에서는 0.5 내지 6 mm 간격으로, 바람직하게는 0.5 내지 3 mm 간격으로 배열된 일련의 커터가 장착된 촙핑기를 사용할 수 있다. 예컨대, 커터의 간격이 0.5 mm 미만인 경우 절단 작업성이 떨어지며, 6 mm 초과인 경우에는 최종 방열 컴파운드의 기반이 되는 실리콘 탄성체 컴파운드에 대한 배합성이 낮을 수 있다.
본 발명의 제조방법에 사용되는 실리콘 탄성체 컴파운드는 말단에 비닐기를 갖는 폴리(알킬비닐)실록산 및 알킬실록산과 히드로겐실록산의 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 탄성체 컴파운드는 혼합 믹서 예컨대, 컨테이너 믹서(container mixer), 체인지 캔 믹서(change can mixer) 또는 밀(mill) 등에 점도 50 내지 100,000 cP, 비닐기 함량이 0.01 내지 5 mmol/중량부인 말단에 비닐기를 갖는 폴리(알킬비닐)실록산과 점도 10 내지 100 cP, 수소 함량이 1 내지 10 mmol/중량부인 알킬실록산과 히드로겐실록산의 공중합체를 투입하여 혼합하고, 140 내지 180℃에서 가열 혼련하여 준비할 수 있다. 상기 실리콘 탄성체 컴파운드는 보강성 실리카, 백금계 촉매 및/또는 경화지연제를 추가로 포함하여 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때 이들 추가로 포함되는 성분은 각각 10 내지 100중량부, 0.01 내지 5중량부, 및 0.01 내지 5중량부로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 나아가, 상기 컴파운드는 가열 혼련 후 질소로 퍼지하고 냉각하는 공정을 추가로 수행하여 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 말단에 비닐기를 갖는 폴리(알킬비닐)실록산은 1,3-디비닐테트라알킬실록산을 테트라알킬테트라비닐사이클로테트라실록산과 혼합하고, 60 내지 100℃에서 반응촉매를 첨가하여 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 구체적으로, 100중량부의 1,3-디비닐테트라알킬실록산을 200 내지 1000중량부의 테트라알킬테트라비닐사이클로테트라실록산과 함께 반응기에 투입하여 30 내지 200 RPM의 속도로 교반하면서 60 내지 100℃로 가열한 후, 1 내지 5중량부의 반응촉매, 예컨대, 테트라메틸암모늄 디실록산올레이트(tetramethylammonium disiloxanolate)나 포타슘 트리메틸실록산올레이트(potassium trimethylsiloxanolate)를 투입하여 48 내지 96시간 더 유지하면서 반응시켜 준비할 수 있다. 상기 공정은 반응기의 온도를 100 내지 150℃로 상승시키고 0.1 내지 2중량부의 중화제, 예컨대, 트리스(2-클로로에틸) 포스페이트를 추가하고 질소를 공급하여 과량의 촉매를 제거하는 단계 및 110 내지 150℃ 및 0.6 기압의 진공 하에 증류시켜 용매를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 알킬실록산과 히드로겐실록산의 공중합체는 옥타알킬클로로테트라실록산에 데카알킬테트라실란 및 폴리디알킬실록산오일을 투입하고, 120 내지 170℃에서 반응시키고, 온도를 80 내지 100℃로 낮춘 후 폴리디알킬실록산 오일, 포스포니트릴릭 클로라이드, 및 포타슘 실라놀레이트를 첨가하여 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 구체적으로, 100중량부의 옥타알킬클로로테트라실록산에 0.5 내지3중량부의 데카알킬테트라실란 및 0.1 내지0.5중량부의 폴리디알킬실록산오일을 투입하고, 반응기의 온도를 120 내지 170℃로 유지하면서 1 내지 5시간 동안 반응시키고, 반응기의 온도를 80 내지 100℃로 낮춘 후 0.5 내지 5중량부의 폴리디알킬실록산 오일, 0.01 내지 0.005중량부의 포스포니트릴릭 클로라이드, 및 0.01 내지 0.005중량부의 포타슘 실라놀레이트를 첨가하여 10 내지 100 RPM의 속도로 0.5 내지 2시간 더 교반하고, 1 내지 5중량부의 알킬히드록실옥산을 첨가하여 10 내지 100 RPM의 속도로 1 내지 6시간 더 교반하여 준비할 수 있다.
상기 말단에 비닐기를 갖는 폴리(알킬비닐)실록산 및/또는 알킬실록산과 히드로겐실록산의 공중합체는 각각 독립적으로 교반기, 온도조절기, 드롭핑 펀넬(dropping funnel) 및 질소 공급기가 장착된 반응기를 사용하여 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 배합하는 단계는 금속산화물, 무기방열제, 보조방열제, 및 가공조제를 추가로 포함하여 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 배합하는 단계는 롤밀(roll-mill) 등의 혼합 믹서를 사용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 금속산화물은 난연성 및/또는 내구성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로, 산화마그네슘(magnesium oxid), 산화알루미늄(aluminum oxide), 산화베릴륨(beryllium oxide), 산화지르코늄(zirconium oxide) 또는 산화하프늄(hafnium oxide)을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 촙사 100중량부를 기준으로 1 내지 1000중량부일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 금속산화물의 함량이 1중량부 미만인 경우 원하는 난연성 및/또는 내구성을 달성하기 어려울 수 있고, 1000중량부 초과인 경우에는 방열 실리콘 탄성체 컴파운드 자체의 물성이 저하될 수 있다.
상기 무기방열제로는 탄화규소(silicone carbide), 질화알루미늄(aluminium nitride) 또는 질화붕소(boron nitride) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 무기방열제는 촙사 100중량부를 기준으로 1 내지 200중량부로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 무기방열제 함량이 1중량부 미만인 경우 원하는 방열특성을 달성하기 어려울 수 있고, 200중량부 초과인 경우에는 방열 실리콘 탄성체 컴파운드 자체의 물성이 저하될 수 있다.
상기 보조방열제로는 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연(graphite) 또는 그래핀(graphene) 등을 사용할 수 있다. 이때, 보조방열제는 촙사 100중량부를 기준으로 0.05 내지 10중량부로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 보조방열제 함량이 0.05중량부 미만인 경우 원하는 방열특성을 달성하기 어려울 수 있고, 10중량부 초과인 경우에는 방열 실리콘 탄성체 컴파운드 자체의 물성이 저하될 수 있다.
상기 가공조제로는 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드(2,4-dichlorobenzoyl peroxide) 등의 경화제(hardening agent); 스테아린산칼슘(calcium stearate) 등의 활제(lubricant); 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀(2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol) 등의 산화방지제(antioxidant); 또는 이들로부터 선택되는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 가공조제의 총 사용량은 촙사 100중량부를 기준으로 0.1 내지 10중량부일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제2양태는 실리콘 탄성체 컴파운드 및 이에 고르게 분포된 반응성 실란으로 표면 처리된 금속 코팅된 0.5 내지 6 mm 간격으로 배열된 일련의 커터가 장착된 촙핑기로 절단된 무기 섬유 촙사를 포함하는, 방열 실리콘 탄성체 컴파운드를 제공한다.
예컨대, 본 발명의 방열 실리콘 탄성체 컴파운드는 전술한 방법에 의해 제조될 수 있다.
이와 같이 제조된 방열 실리콘 탄성체 컴파운드는 실리콘 탄성체 100중량부에 대해 0.1 내지 20중량부의 반응성 실란으로 표면 처리된 금속 코팅된 탄손섬유 촙사를 함유할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 방열 실리콘 탄성체 컴파운드에서, 금속 코팅된 탄소섬유 촙사는 반응성 실란으로의 표면 처리에 의해 실리콘 탄성체 컴파운드와의 증가된 혼화성을 토대로 컴파운드 내에서 응집되지 않고 고르게 분산될 수 있으므로, 동일한 양으로 보다 우수한 강도 및/또는 열전도 특성을 나타낼 수 있으며, 나아가 보다 높은 함량으로 함유할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 활성화제의 제조
교반기 및 온도조절기를 장착한 반응기에 1,000 g의 증류수, 0.6 g의 염화백금(platinum chloride), 10 g의 염화주석(tin chloride), 및 60 g의 염산을 넣고, 50 RPM의 속도로 10분 동안 교반하여 활성화제를 준비하였다.
제조예 2-1: 구리 함유 금속 코팅액의 제조
교반기 및 온도조절기를 장착한 반응기에 1,000 g의 증류수, 30 g의 황산구리(copper sulfate), 10 g의 인산나트륨(sodium phosphate), 1 g의 아세트산납(lead acetate), 및 10 g의 차아인산나트륨(sodium hypophosphite)을 순차적으로 첨가한 후, 500 RPM의 속도로 10분 동안 교반하고, 20 g의 수산화암모늄(ammonium hydroxide)을 첨가하여 pH를 10으로 조절하고 온도를 45℃로 상승시켰다. 이후, 500 RPM의 속도로 계속 교반하면서 15분 동안 반응을 지속하여 구리 코팅액을 준비하였다.
제조예 2-2: 니켈 함유 금속 코팅액의 제조
교반기 및 온도조절기를 장착한 반응기에 1,000 g의 증류수, 50 g의 황산구리(nickel sulfate), 10 g의 에틸렌디아민테트라아세테이트(ethylenediaminetetraacetate; EDTA), 1 g의 구연산아세트산염(citric acetate), 및 10 g의 차아인산나트륨을 순차적으로 첨가한 후, 20 g의 암모니아수(50% 암모니아수=10 g 암모니아+10 g 증류수)를 첨가하여 pH를 9로 조절하고 온도를 45℃로 상승시켰다. 500 RPM의 속도로 교반하면서 20분 동안 반응을 지속하였다. 이후, 500 RPM의 속도로 계속 교반하면서 15분 동안 반응을 지속하여 니켈 코팅액을 준비하였다.
제조예 3: 표면처리제의 제조
교반기 및 온도조절기를 장착한 반응기에 500 g의 증류수, 및 0.6 g의 감마-우레이도프로필트리메톡시실란(gamma-ureidopropyltrimethoxysilane)을 투입하고 100 RPM의 속도로 교반하여 표면처리제를 준비하였다.
제조예 4: 말단에 비닐기를 포함하는 폴리(메틸비닐)실록산의 제조
교반기, 온도조절기, 드롭핑 펀넬(dropping funnel) 및 질소 공급기가 장착된 반응기에 2,000 g의 1,3-디비닐테트라메틸실록산 및 10,000 g의 테트라메틸테트라비닐사이클로테트라실록산을 투입하고 50 RPM의 속도로 교반하면서 반응기의 온도를 80℃로 가열하였다. 상기 혼합 용액에 반응 촉매로서 60 g의 테트라메틸암모늄 디실록산올레이트를 드롭핑 펀넬을 통해 주입하고, 80시간 동안 유지하였다. 이후 반응기의 온도를 130℃로 높이고, 10 g의 트리스(2-클로로에틸)포스페이트를 첨가하여 3시간 동안 질소를 불어 넣어 과량의 촉매를 제거하였다. 반응이 종결되면, 130℃에서 0.6 기압의 진공 하에 증류시켜 말단에 비닐기를 포함하는 폴리(메틸비닐)실록산 11,000 g을 수득하였다.
제조예 5: 메틸 실록산-히드로겐 실록산 공중합체의 제조
교반기, 온도조절기, 드롭핑 펀넬 및 질소 공급기가 장착된 반응기에 229.55 g의 옥타메틸클로로테트라실록산, 1.92 g의 데카메틸테트라실란 및 0.27 g의 폴리디메틸실록산 오일을 투입하고 반응기의 온도를 150℃로 유지하면서 3시간 동안 반응시켰다. 반응이 완료되면, 온도를 90℃로 낮추고, 상기 반응 용액에 1.62 g의 폴리디메틸실록산 오일 및 0.032 g의 포스포니트릴릭 클로라이드(phosphonitrilic chloride), 0.031 g의 포타슘 실라놀레이트(potassium silanolate)를 투입하여 1시간 동안 50 RPM의 속도로 교반하였다. 교반이 끝난 후, 상기 혼합 용액에 2.23 g의 메틸히드록시실록산을 투입하고 4시간 동안 50 RPM의 속도로 교반하여 220 g의 히드로겐 실록산 공중합체를 수득하였다.
제조예 6: 실리콘 탄성체 컴파운드를 제조하는 단계
체인지 캔 믹서에 점도 200,000 cP, 비닐기 함량 0.03 mmol/g인, 상기 제조예 4에 따라 준비한, 말단에 비닐기를 포함하는 폴리(메틸비닐)실록산 710 g과 점도 30 cP, 수소 함량 4 mmol/g인, 상기 제조예 5에 따라 준비한, 히드로겐 실록산 공중합체 48 g, 보강성 실리카 240 g, 백금계 촉매 1 g, 및 1-에티닐-1-사이클로헥사놀 1 g을 투입하여 혼합하고, 160℃에서 가열 혼련, 질소 퍼지, 냉각 공정을 거쳐 실리콘 탄성체 컴파운드를 제조하였다.
실시예 1: 감마-우레이도프로필트리메톡시실란으로 표면처리한 구리 코팅 탄소섬유 촙사를 함유하는 실리콘 탄성체 기반 방열 컴파운드의 제조
단계 1: 사이징제를 제거하는 단계
우레탄 수지가 도포된 필라멘트 직경 20 μm, 필라멘트 수 500개인 탄소섬유 사를 500℃로 유지되는 가열로에서 2시간 동안 열처리하여 사이징제를 제거한 사이징제가 제거된 탄소섬유사를 수득하였다.
단계 2: 전이금속으로 표면을 활성화하는 단계
단계 1로부터 수득한 사이징제가 제거된 탄소섬유사를 제조예 1에 따라 준비한 활성화제가 담긴 함침조, 10중량%의 염산 수용액이 담긴 중화액조, 및 증류수가 담긴 세척액조에 5 m/분의 속도로 차례로 통과시켜 표면활성화된 탄소섬유사를 제조하였다.
단계 3: 금속을 코팅하는 단계
단계 2로부터 수득한 표면활성화된 탄소섬유사를 25℃로 유지되는 상기 제조예 2-1에 따라 준비한 구리 코팅액이 담긴 함침조에 5 m/분의 속도로 통과시키고, 100℃로 유지되는 건조로를 통과시켜 구리 코팅된 탄소섬유사를 제조하였다.
단계 4: 반응성 실란을 포함하는 표면처리제로 처리하는 단계
단계 3으로부터 수득한 구리 코팅된 탄소섬유사를 25℃로 유지되는 상기 제조예 3에 따라 준비한 표면처리제가 담긴 함침조에 5 m/분의 속도로 통과시키고, 100℃로 유지되는 건조로를 통과시켜 감마-우레이도프로필트리메톡시실란으로 표면처리된 탄소섬유사를 제조하였다.
단계 5: 표면처리된 촙사를 제조하는 단계
단계 4로부터 수득한 감마-우레이도프로필트리메톡시실란으로 표면처리된 구리 코팅 탄소섬유사를 절단날 간격 2 mm인 커터가 장착된 촙핑기를 이용하여 절단하여 촙사를 제조하였다.
단계 6: 시트 형태의 방열 실리콘 탄성체 컴파운드 성형체를 제조하는 단계
1 m 롤밀에, 상기 제조예 6에 따라 준비한, 1,000 g의 실리콘 탄성체 컴파운드, 50 g의 상기 단계 1 내지 5에 따라 제조한 감마-우레이도프로필트리메톡시실란으로 표면처리된 구리 코팅 촙사, 200 g의 산화알루미늄, 50 g의 질화붕소, 1 g의 카본블랙, 및 1 g의 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드를 순차적으로 투입하고, 상온(15 내지 25℃에서 60분 동안 혼편하여, 롤밀 표면에서 성형하여 시트(sheet) 형상으로 방열 실리콘 탄성체 컴파운드를 제조하였다.
실시예 2: 감마-우레이도프로필트리메톡시실란으로 표면처리한 니켈 코팅 탄소섬유 촙사를 함유하는 실리콘 탄성체 기반 방열 컴파운드의 제조
상기 실시예 1의 단계 3에서 제조예 2-1에 따라 준비한 구리 코팅액 대신에 제조예 2-2에 따라 준비한 니켈 코팅액을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈 코팅 탄소섬유 촙사를 함유하는 실리콘 탄성체 기반 방열 컴파운드를 제조하였다.
비교예 1: 방열제로 카본블랙만을 함유하는 실리콘 탄성체 기반 방열 컴파운드의 제조
50 g의 상기 단계 1 내지 5에 따라 제조한 감마-우레이도프로필트리메톡시실란으로 표면처리된 촙사 및 1 g의 카본블랙을 사용하는 대신에 51 g의 카본블랙만을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1의 단계 6과 동일한 방법으로 시트 형상의 실리콘 탄성체 컴파운드를 제조하였다.
비교예 2: 방열제로 비처리 촙사를 함유하는 실리콘 탄성체 기반 방열 컴파운드의 제조
상기 단계 1 내지 5에 따라 제조한 감마-우레이도프로필트리메톡시실란으로 표면처리된 촙사를 사용하는 대신에 동량의 표면처리제로 처리하지 않은 비처리 촙사를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1의 단계 6과 동일한 방법으로 시트 형상의 실리콘 탄성체 컴파운드를 제조하였다.
실험예 1: 인장강도 및 열전도율 측정
상기와 같이 제조한 실시예 및 비교예의 시편의 인장강도 및 열전도도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 구체적으로, 인장강도는 IEC 60811-1-1 규격의 덤벨형(dumb-bell) 시편으로 제조하여 만능 시험기를 사용하여 200 mm/분의 속도로 측정하였다. 열전도도는 지름 25.4 mm, 두께 0.1 내지 0.4 mm의 원판 형태의 시편으로 레이저 플래쉬 분석기(laser flash analyzer; LFA)를 사용하여 측정하였다. 분산성은 전자현미경으로 관찰하여 확인되는 분산 정도를 우수, 양호, 보통, 나쁨, 불량으로 구분하였다. 관찰된 전자현미경 이미지를 도 2에 나타내었다.
시편 분산성 인장강도 (MPa) 열전도율 (W/mK)
실시예 1 우수 3.0 0.33
실시예 2 우수 3.2 0.33
비교예 1 불량 2.0 0.25
비교예 2 나쁨 2.4 0.28
표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 시편은 비교예 1의 시편에 비해 인장강도 및 열전도율이 각각 1.5배 및 1.32배로, 실시예 2의 시편은 각각 1.25배 및 1.18배 증가된 값을 나타내었다. 나아가, 도 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 시편은 비교예 2의 시편에 비해 충진제 즉, 첨가된 촙사가 기재 내에서 고르게 분산되었으며, 충진제가 뭉쳐서 나타나는 덩어리짐 현상도 관찰되지 않았다. 이는 실란으로 표면처리된 촙사가 비처리 촙사에 비해 실리콘 탄성체 컴파운드에 대해 우수한 분산성을 가짐을 나타내는 것이다.

Claims (31)

  1. i) 반응성 실란으로 표면처리된 탄소섬유사의 촙사를 준비하는 단계; 및
    ii) 실리콘 탄성체 컴파운드에 상기 i) 단계로부터 수득한 표면처리된 촙사를 투입하고 배합하는 단계;를 포함하는,
    방열 실리콘 탄성체 컴파운드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    반응성 실란으로 표면처리된 탄소섬유사의 촙사는
    a) 고분자 수지 사이징제가 도포된 탄소섬유사를 열처리하여 사이징제를 제거하는 단계;
    b) 상기 탈사이징된 탄소섬유사에 활성화제를 처리하여 표면을 활성화하는 단계;
    c) 상기 표면을 활성화한 탄소섬유사를 금속 코팅액으로 처리하여 금속 코팅하는 단계;
    d) 상기 금속 코팅된 탄소섬유사를 표면처리제로 처리하는 단계; 및
    e) 상기 표면처리된 탄소섬유사를 촙핑하는 단계를 통해 준비되는 것인, 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    사이징제를 제거하는 단계는 300 내지 700℃에서 1 내지 10시간 동안 열처리하거나, 물로 세척함으로써 수행하는 것인, 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 활성화제는 금속염, 환원제 및 산을 포함하는 것인, 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    표면을 활성화하는 단계는 이전 단계로부터 수득한 탈사이징된 탄소섬유사를 활성화제가 담긴 함침조에 통과시킨 후, 중화액조 및 세척액조를 차례로 통과시켜 수행하는 것인, 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 금속염은 염화백금(platinum chloride), 염화팔라듐(palladium chloride) 및 염화금(gold chloride)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 환원제는 염화주석(tin chloride)인 것인, 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 산은 염산 또는 황산인 것인, 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    금속 코팅하는 단계는 이전 단계로부터 수득한 표면을 활성화한 탄소섬유사를 20 내지 30℃로 유지되는 준비된 금속 코팅액이 담긴 함침조에 1 내지 100 m/분의 속도로 통과시키고 60 내지 200℃로 유지되는 건조로를 통과시킴으로써 수행하는 것인, 제조방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 금속 코팅액은 증류수에 금속염, 착화제, 안정제 및 환원제를 포함하는 것인, 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속 코팅액은 100 중량부의 증류수에 0.5 내지 5 중량부의 금속염, 0.1 내지 2 중량부의 착화제, 0.0001 내지 4 중량부의 안정제 및 0.5 내지 10 중량부의 환원제를 차례로 투입하여 500 내지 1000 rpm으로 5 내지 60분 동안 교반한 후, pH 조절제를 첨가하여 용액의 pH를 4 내지 15로 조절하고 30 내지 95℃로 가열하여 50 내지 100 rpm으로 5분 내지 50분 동안 교반하면서 반응을 지속하여 준비되는 것인, 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 금속염은 황산구리(copper sulfate), 아세트산구리(copper acetate), 탄산구리(copper carbonate), 황산니켈(nickel sulfate), 염화니켈(nickel chloride), 시안화금(gold cyanide), 염화금(gold chloride) 및 질산은(silver nitrate)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 착화제는 구연산(citric acid), 구연산나트륨(sodium citrate), 인산나트륨(sodium phosphate), 숙신산(succinic acid), 프로피온산(propionic acid), 글리콜산(glycolic acid), 아세트산나트륨(sodium acetate), 에틸렌디아민테트라아세테이트(ethylenediaminetetraacetate), 에틸렌디아민테트라아세테이트디나트륨(disodium ethylenediaminetetraacetate), 염화피리딘-3-술포닐(pyridine-3-sulfonyl chloride), 타르타르산칼륨(potassium tartrate), 구연산칼륨(potassium citrate), 붕산나트륨(sodium borate), 암모니아(ammonia), 메틸아민(methylamine) 및 염화암모늄(ammonium chloride)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 안정제는 아세트산납(lead acetate), 질산탈륨(thallium nitrate), 산화바나듐(vanadium oxide), 구연산아세트산염(citric acetate), 시안화나트륨(sodium cyanide), 티오우레아(thiourea), 트리에탄올아민 (triethanolamine), 티오글리콜산(thioglycolic acid), 아세틸아세톤(acetylacetone) 및 우레아(urea)로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 환원제는 차아인산나트륨(sodium hypophosphite), 수소화붕소나트륨(sodium borohydride), 포름산염(formate), 포름알데히드(formaldehyde), 디에틸아민보란(diethylamine borane), 디메틸아민보란(dimethylamine borane), 히드라진(hydrazine), 황산히드라진(hydrazine sulfate), 수소화붕소칼륨(potassium borohydride) 및 시안화수소화붕소칼륨(potassium cyanoborohydride)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 pH 조절제는 수산화암모늄(ammonium hydroxide), 암모니아수, 황산(sulfuric acid), 인산(phosphoric acid), 염산(hydrochloric acid), 수산화나트륨(sodium hydroxide) 및 수산화칼륨(potassium hydroxide)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  17. 제2항에 있어서,
    표면처리제로 처리하는 단계는 이전 단계로부터 수득한 금속 코팅된 탄소섬유사를 20 내지 30℃로 유지되는 준비된 표면처리제가 담긴 함침조에 1 내지 100 m/분의 속도로 통과시키고 60 내지 200℃로 유지되는 건조로를 통과시킴으로써 수행하는 것인, 제조방법.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 표면처리제는 증류수 및 반응성 실란을 포함하는 것인, 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 반응성 실란은 트리아진티올 프로페닐 디메틸폴리실록산(triazinethiol propenyl dimethylpolysiloxane), 트리아진티올 부테닐 디메틸폴리실록산(triazinethiol butenyl dimethylpolysiloxane), 감마-우레이도프로필트리메톡시실란, 감마-우레이도프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 감마-글리시독시프로필트리에톡시실란(gamma-glycidoxypropyltriethoxysilane)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  20. 제2항에 있어서,
    촙사를 준비하는 단계는 0.5 내지 6 mm 간격으로 배열된 일련의 커터가 장착된 촙핑기를 사용하여 수행하는 것인, 제조방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 탄성체 컴파운드는 말단에 비닐기를 갖는 폴리(알킬비닐)실록산 및 알킬실록산과 히드로겐실록산의 공중합체를 포함하는 것인, 제조방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 탄성체 컴파운드는 혼합 믹서에 점도 50 내지 100,000 cP, 비닐기 함량이 0.01 내지 5 mmol/중량부인 말단에 비닐기를 갖는 폴리(알킬비닐)실록산과 점도 10 내지 100 cP, 수소 함량이 1 내지 10 mmol/중량부인 알킬실록산과 히드로겐실록산의 공중합체를 투입하여 혼합하고, 140 내지 180℃에서 가열 혼련함으로써 준비되는 것인, 제조방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 말단에 비닐기를 갖는 폴리(알킬비닐)실록산은 1,3-디비닐테트라알킬실록산을 테트라알킬테트라비닐사이클로테트라실록산과 혼합하고, 60 내지 100℃에서 반응촉매를 첨가하여 반응시켜 준비되는 것인, 제조방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 알킬실록산과 히드로겐실록산의 공중합체는 옥타알킬클로로테트라실록산에 데카알킬테트라실란 및 폴리디알킬실록산오일을 투입하고, 120 내지 170℃에서 반응시키고, 온도를 80 내지 100℃로 낮춘 후 폴리디알킬실록산 오일, 포스포니트릴릭 클로라이드, 및 포타슘 실라놀레이트를 첨가하여 반응시켜 준비되는 것인, 제조방법.
  25. 제1항에 있어서,
    배합하는 단계는 금속산화물, 무기방열제, 보조방열제, 및 가공조제를 추가로 포함하여 수행하는 것인, 제조방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 금속산화물은 산화마그네슘(magnesium oxid), 산화알루미늄(aluminum oxide), 산화베릴륨(beryllium oxide), 산화지르코늄(zirconium oxide) 및 산화하프늄(hafnium oxide)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 무기방열제는 탄화규소(silicone carbide), 질화알루미늄(aluminium nitride) 및 질화붕소(boron nitride)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 보조방열제는 카본블랙(carbon black), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연(graphite) 및 그래핀(graphene)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 제조방법.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 가공조제는 경화제, 활제, 산화방지제 또는 이들로부터 선택되는 하나 이상인 것인, 제조방법.
  30. 실리콘 탄성체 컴파운드 및 이에 고르게 분포된 반응성 실란으로 표면 처리된 금속 코팅된 0.5 내지 6 mm 간격으로 배열된 일련의 커터가 장착된 촙핑기로 절단된 무기 섬유 촙사를 포함하는, 방열 실리콘 탄성체 컴파운드.
  31. 제30항에 있어서,
    제1항 내지 제29항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 것인, 방열 실리콘 탄성체 컴파운드.
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