JP6496109B2 - 電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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原料の形状は、熱可塑性樹脂(a−1)、(a−2)、(a−3)を用いた試作材では溶融混練しペレット形状とした。熱硬化性樹脂(a−4)を用いた試作材では所定の組成に調整した液状材料をガラス板上にキャストし、乾燥後回収しフレーク形状とした。
試作材を100℃で5時間乾燥した後、表1の条件でプレス成形を行い、厚み0.2mmのサンプルを得た。この成形品から15mm×15mm×0.2mmの矩形の試料を切り出し、全自動レーザーフラッシュ法熱定数測定装置(アルバック理工(株)製 TC-7000)を用いて基板評価法により面方向の熱拡散率を測定した後、各サンプルの密度及び比熱を用いて次の式1に従って熱伝導率を算出した。
試作材を100℃で5時間乾燥した後、表1の条件でプレス成形を行い、厚み0.2mmのサンプルを得た。この成形品から50mm×50mm×0.2mmの矩形の試料を切り出し、ハイレジスタンスメーター(アジレントテクノロジーズ(株)製 4339B)を用いてJIS K6911に準拠して500Vの電圧を印加し1分後の体積抵抗率を測定した。
試作材を100度で5時間乾燥した後、表1の条件でプレス成形を行い、厚み0.2mmのサンプルを得た。この成形品から50mm×50mm×0.2mmの矩形の試料を切り出し、ハイレジスタンスメーター(アジレントテクノロジーズ(株)製 4339B)を用いて印加電圧を段階的に上げ、各電圧で1分後の抵抗値を測定し、これを抵抗値が急激に下がるまで行なった。抵抗値の急激な低下を絶縁破壊とし、この直前の電圧を耐電圧とした。
試作材を100度で5時間乾燥した後、表1の条件でプレス成形を行い、厚み0.2mmのサンプルを得た。この製品から10mm×5mm×0.2mmの矩形試料を切り出し、液体窒素に30秒浸漬した後、カッターで凍結破断した。得られたサンプルの破断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて不連続な分散相の径を観察した。不連続な分散相の成分はエネルギー分散型X線分析(EDX)を用いて特定した。
熱可塑性樹脂(a−1):ポリフェニレンサルファイド(PPS、DIC(株)製 T−1、比重1.4)
熱可塑性樹脂(a−2):ポリエチレン(HDPE、旭化成(株)製 J−240、比重0.98)
熱可塑性樹脂(a−3):ポリアミド(PA6、ユニチカ(株)製 A1015LP、比重1.12)
熱硬化性樹脂(a−4):エポキシ(DIC(株) 「エピクロン ビスフェノールA型 840」、エポキシ当量180−190g/eq、液状)
窒化ホウ素(b−1):窒化ホウ素(水島合金鉄(株)製 「HP−1W」、面内の平均直径10μm、アスペクト比100以上、比重2.2)
平板状アルミナ(b−2):平板状アルミナ(キンセイマテック(株)製 「10030」、平均粒子径10μm、アスペクト比100以上、比重3.9)
黒鉛(b−3):鱗片状黒鉛(日本黒鉛(株)製 「CB150」、面内の平均直径130μm、アスペクト比100以上、比重2.2)
導電性フィラー(c−1):カーボンナノ繊維(昭和電工(株)製 「VGCF−H」、平均直径150nm、アスペクト比100以上、比重2.2)
添加剤(d−1):無水マレイン酸(キシダ化学(株)製 無水マレイン酸 純度99.0%以上、融点52〜54℃)
熱可塑性樹脂(a−2)とカーボンナノ繊維(b−2)の成分が表2に示す比になるように配合し、二軸混練押出機(池貝(株)製 PCM30、スクリュー径30mm、L/D17.5)に投入し、加工温度180℃、スクリュー回転数120rpmで溶融混練を行なった。吐出された溶融物を水槽で冷却し、カッターにより切断してペレット形状のマスターバッチ(MB1)を得た。次に、 熱可塑性樹脂(a−1)と無機フィラー(b−1)の成分が表2に示す比になるように配合し、(MB1)と同様に加工温度280℃、スクリュー回転数120rpmで溶融混練を行ない、冷却水槽で固化した溶融物をカッターにより切断してマスターバッチ(MB2)を得た。更に(MB1)と(MB2)をポリ袋中で攪拌混合し均一に混合した後、二軸押出混練機に投入し、加工温度280℃、スクリュー回転数120rpmで溶融混練を行なった。吐出された溶融物を水槽で冷却し、カッターにより切断してペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
熱可塑性樹脂(a−1)とカーボンナノ繊維(b−2)の成分が表2に示す比になるように配合し、二軸混練押出機(池貝(株)製 PCM30、スクリュー径30mm、L/D17.5)に投入し、加工温度280℃、スクリュー回転数120rpmで溶融混練を行なった。吐出された溶融物を水槽で冷却し、カッターにより切断してペレット形状のマスターバッチ(MB1)を得た。次に、熱可塑性樹脂(a−3)と無機フィラー(b−1)の成分が表2に示す比になるように配合し、(MB1)と同様に加工温度260℃、スクリュー回転数120rpmで溶融混練を行ない、冷却水槽で固化した溶融物をカッターにより切断してマスターバッチ(MB2)を得た。更に(MB1)と(MB2)をポリ袋中で攪拌混合し均一に混合した後、吐出された溶融物を水槽で冷却し、カッターにより切断してペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
無機フィラー(b−1)の代わりに無機フィラー(b−2)を充填した以外は実施例3と同様の手順でペレット状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
(MB1)と(MB2)を溶融混練する段階で、無水マレイン酸以外の組成の合計100%に対して、表2に示す割合で無水マレイン酸を添加(外添)した以外は実施例3と同様の手順でペレット状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
カーボンナノ繊維(b−1)の充填量を1体積%に変更し、熱可塑性樹脂の成分(a−1)及び(a−2)ともに32体積%に変更した以外は実施例3と同様の手順でペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
無機フィラー(b−1)の充填量を20体積%に変更し、熱可塑性樹脂の成分(a−1)及び(a−2)ともに39体積%に変更した以外は実施例3と同様の手順でペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
熱可塑性樹脂(a−1)を65体積%、無機フィラー(b−1)を35体積%配合し、二軸混練押出機(池貝(株)製 PCM30、スクリュー径30mm、L/D17.5)に投入し、加工温度280℃、スクリュー回転数120rpmで溶融混練を行なった。吐出された溶融物を水槽で冷却し、カッターにより切断してペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
カーボンナノ繊維(b−1)を2体積%追加し、熱可塑性樹脂の成分(a−1)の組成を63体積%に変更した以外は比較例1と同様の手順でペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
表2に示す組成割合でワニス状の熱硬化性樹脂(a−4)及び無機フィラー(b−1)を配合した組成物を超音波槽及び遊星回転式の混合機にて分散・混合し、ガラス板上にキャストしバーコートした後、これを熱風乾燥炉中で90℃、30分間静置して乾燥させた。乾燥後ガラス板から剥離し砕いてフレーク状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
無機フィラー(B)を0体積%にし、熱可塑性樹脂(a−1)を68.6体積%、及び熱可塑性樹脂(a−2)を29.4体積%に変更した以外は実施例1と同様の手順でペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
カーボンナノ繊維(c−1)を0体積%に変更し、熱可塑性樹脂(a−1)を65体積%、熱可塑性樹脂(a−2)を0体積%に変更した以外は実施例6と同様の手順でペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
添加剤(d−1)を7重量%に変更した以外は実施例7と同様の手順でペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
カーボンナノ繊維(c−1)及び熱可塑性樹脂(a−2)を0体積%に変更し、熱可塑性樹脂(a−1)を80体積%に変更した以外は実施例10と同様の手順でペレット形状の組成物を得た。この樹脂組成物について、熱伝導率、体積抵抗率、耐電圧及び分散相の径測定と成分の特定を前記手法に従って測定した。
2 連続相を形成する熱可塑性樹脂(A2)
3 無機フィラー(B)
4 導電性フィラー(C)
Claims (8)
- 2種以上の熱可塑性樹脂(A)、導電性フィラー(C)及び無機フィラー(B)を含有し、連続相を形成する熱可塑性樹脂(A2)中に、導電性フィラー(C)を配合した熱可塑性樹脂(A1)が不連続に分散されるとともに、無機フィラー(B)が分散され、分散相を形成する熱可塑性樹脂(A1)が連続相を形成する熱可塑性樹脂(A2)中で無機フィラー(B)の粒子間に分散している電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法であって、前記導電性フィラー(C)が気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ(CNT)又はグラフェンからなる炭素系導電性フィラーであり、前記無機フィラー(B)が窒化ホウ素又はアルミナからなる平板状無機フィラーであり、前記熱可塑性樹脂(A1)の配合量が10体積%以上、60体積%以下、前記熱可塑性樹脂(A2)の配合量が40体積%以上であり、前記無機フィラー(B)の配合量が10体積%以上、前記導電性フィラー(C)の配合量が0.1体積%以上、5体積%以下であり、前記導電性フィラー(C)の少なくとも一部と、前記2種以上の熱可塑性樹脂(A)のうち不連続な分散相を形成する熱可塑性樹脂(A1)の少なくとも一部とを混合して、前記導電性フィラー(C)と前記熱可塑性樹脂(A1)とを二軸押出混練機により溶融混練し作製した混合物(MB1)及び、無機フィラー(B)と連続相を形成する熱可塑性樹脂(A2)の少なくとも一部とを混合して、前記無機フィラー(B)と前記熱可塑性樹脂(A2)とを二軸押出混練機により溶融混練し作製した混合物(MB2)を調製した後、前記混合物(MB1)と前記混合物(MB2)とを、相溶化剤として不飽和カルボン酸及びその無水物(D)を0.01重量%以上含有させて混合して、二軸押出混練機により溶融混練することによりペレット形状とした後、該ペレットをプレスしてなることを特徴とする電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂分散相の直径が500μm以下である請求項1記載の電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法。
- 連続相に分散する平板状無機フィラー(B)の平均粒子径が、1μm以上、50μm以下及び平均厚さが0.1μm以上、50μm以下であり、平均粒子径を平均厚さで除した値が1より大きく且つ、分散相に偏在する炭素系導電性フィラー(C)が繊維状あるいは平板状である請求項1又は2記載の電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法。
- 前記ペレットを100℃で5時間乾燥した後、プレス温度260℃、プレス時間5分、プレス圧力30MPaの条件でプレス成形して作製したサンプルの物性が、面方向の熱伝導率が2W/m・K以上であり且つ体積抵抗率が1011Ω・cm以上且つ絶縁耐電圧が3kV/mm以上となる請求項1〜3何れか1項に記載の電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法。
- 2種以上の熱可塑性樹脂(A)、導電性フィラー(C)及び無機フィラー(B)を含有し、連続相を形成する熱可塑性樹脂(A2)中に、導電性フィラー(C)を配合した熱可塑性樹脂(A1)が不連続に分散されるとともに、無機フィラー(B)が分散され、分散相を形成する熱可塑性樹脂(A1)が連続相を形成する熱可塑性樹脂(A2)中で無機フィラー(B)の粒子間に分散している電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法であって、前記導電性フィラー(C)が気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ(CNT)又はグラフェンからなる炭素系導電性フィラーであり、前記無機フィラー(B)が窒化ホウ素又はアルミナからなる平板状無機フィラーであり、前記熱可塑性樹脂(A1)の配合量が10体積%以上、60体積%以下、前記熱可塑性樹脂(A2)の配合量が40体積%以上であり、前記無機フィラー(B)の配合量が10体積%以上、前記導電性フィラー(C)の配合量が0.1体積%以上、5体積%以下であり、前記導電性フィラー(C)の少なくとも一部と、前記2種以上の熱可塑性樹脂(A)のうち不連続な分散相を形成する熱可塑性樹脂(A1)の少なくとも一部とを混合して、前記導電性フィラー(C)と前記熱可塑性樹脂(A1)とを二軸押出混練機により溶融混練し作製した混合物(MB1)及び、無機フィラー(B)と連続相を形成する熱可塑性樹脂(A2)とを、相溶化剤として不飽和カルボン酸及びその無水物(D)を0.01重量%以上含有させて混合して、二軸押出混練機により溶融混練することによりペレット形状とした後、該ペレットをプレスしてなることを特徴とする電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂分散相の直径が500μm以下である請求項5記載の電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法。
- 連続相に分散する平板状無機フィラー(B)の平均粒子径が、1μm以上、50μm以下及び平均厚さが0.1μm以上、50μm以下であり、平均粒子径を平均厚さで除した値が1より大きく且つ、分散相に偏在する炭素系導電性フィラー(C)が繊維状あるいは平板状である請求項5又は6記載の電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法。
- 前記ペレットを100℃で5時間乾燥した後、プレス温度260℃、プレス時間5分、プレス圧力30MPaの条件でプレス成形して作製したサンプルの物性が、面方向の熱伝導率が2W/m・K以上であり且つ体積抵抗率が1011Ω・cm以上且つ絶縁耐電圧が3kV/mm以上となる請求項5〜7何れか1項に記載の電気絶縁性熱伝導樹脂組成物の製造方法。
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