JP7689713B2 - High thermal conductivity materials - Google Patents
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Description
本発明は、窒化アルミニウムファイバーシート及び高熱伝導性材料に関する。 The present invention relates to an aluminum nitride fiber sheet and a highly thermally conductive material.
近年、自動車や電機産業において電子機器の小型化や軽量化が進んでいる。一方で、発熱量の増加による熱暴走、熱疲労等が課題となっている。アルミニウム等に代表される金属は、高熱伝導性を有するが、重量、電気絶縁性の観点から課題がある。高熱伝導性樹脂材料は、高熱伝導性金属材料に比べて、軽量化、電気絶縁性の観点で優れ、置き換えが期待される。そこで、高熱伝導性であって電気絶縁性なフィラーを樹脂に複合することによる樹脂の熱伝導性の改善が広く検討されている。 In recent years, electronic devices have become smaller and lighter in the automotive and electrical industries. However, problems such as thermal runaway and thermal fatigue caused by increased heat generation have arisen. Metals such as aluminum have high thermal conductivity, but have issues in terms of weight and electrical insulation. Highly thermally conductive resin materials are superior to highly thermally conductive metal materials in terms of weight reduction and electrical insulation, and are expected to replace these materials. Therefore, there has been extensive research into improving the thermal conductivity of resins by compounding highly thermally conductive and electrically insulating fillers with the resin.
樹脂の軽量性や加工性といった利点を維持するためには、熱伝導性フィラーを少量添加し、熱伝導経路を効率的に形成することが重要である。そのような観点から、熱伝導性フィラーの形状として粒子状、板状又は繊維状のものが検討されている。例えば、特許文献1には、異なる粒径を有する3つの高熱伝導性アルミナ粒子を複合した熱可塑性樹脂組成物が開示されている。また、特許文献2には、高熱伝導性無機繊維及び高熱伝導性無機粉末を複合した熱可塑性樹脂組成物が開示されている。特許文献3には、織物状のアルミナ繊維をシリコーンゴムで被覆した熱伝導材料について高熱伝導性と屈曲性が記載されている。
In order to maintain the advantages of resins, such as their light weight and workability, it is important to add a small amount of thermally conductive filler and efficiently form a thermal conduction path. From this perspective, particulate, plate-like, or fibrous shapes of thermally conductive fillers are being considered. For example, Patent Document 1 discloses a thermoplastic resin composition that combines three highly thermally conductive alumina particles with different particle sizes.
本発明者らは、連続繊維状の熱伝導性フィラーとしてアルミナファイバーの利用を報告している(非特許文献1、2、特許文献4)。ポリビニルアルコール(PVA)水溶液にベーマイト粒子を分散させた紡糸液を静電紡糸し、焼成によりPVAを除去することでアルミナファイバーが得られる。そして、アルミナファイバーを樹脂と複合したシートを高熱伝導性材料として利用する。また、連続繊維状の熱伝導性フィラーとしてマグネシアファイバーの利用を報告している(非特許文献3)。PVA水溶液にマグネシウムジエトキシドを加熱溶解させた紡糸液を静電紡糸し、焼成によりPVAを除去することでマグネシアファイバーが得られる。そして、マグネシアファイバーを樹脂と複合したシートを高伝導性材料として利用する。
The present inventors have reported the use of alumina fiber as a continuous fibrous thermally conductive filler (
窒化アルミニウムは、アルミナ及びマグネシア以上の高熱伝導度が期待される。特許文献5には、窒化アルミニウム繊維と樹脂とを複合した熱伝導性材料について熱伝導率が記載されているが、6W/mK以下であり不充分である。窒化アルミニウム繊維のアスペクト比が小さく短繊維であることから、有効な熱伝導経路を形成しないため低い熱伝導性となったと考えられる。熱伝導性向上のために長繊維でも良いことを記載しているが、樹脂との複合する場合はアスペクト比1,000以下が好ましいとしている。また、長繊維と樹脂複合体の具体例は示されていない。 Aluminum nitride is expected to have a thermal conductivity higher than that of alumina and magnesia. Patent Document 5 describes the thermal conductivity of a thermally conductive material made by combining aluminum nitride fibers and resin, but it is insufficient at 6 W/mK or less. It is believed that the low thermal conductivity is due to the aluminum nitride fibers being short fibers with a small aspect ratio, which do not form an effective thermal conduction path. It describes that long fibers can be used to improve thermal conductivity, but when combined with resin, an aspect ratio of 1,000 or less is preferable. Furthermore, no specific examples of long fiber and resin composites are given.
特許文献6には、窒化アルミニウム繊維と樹脂を複合した熱伝導性材料について熱伝導率が記載されているが、5W/mK以下であり不充分である。無機繊維のアスペクト比が小さくウィスカー状(髭状)の短繊維であることから、有効な熱伝導経路を形成しないため低い熱伝導となったと考えられる。 Patent Document 6 describes the thermal conductivity of a thermally conductive material made of a composite of aluminum nitride fibers and resin, but it is insufficient at 5 W/mK or less. It is believed that the low thermal conductivity is due to the inorganic fibers having a small aspect ratio and being short whisker-like fibers, which do not form an effective thermal conduction path.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、窒化アルミニウムファイバーシート及び樹脂を含む高熱伝導性材料を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a highly thermally conductive material that contains an aluminum nitride fiber sheet and a resin.
本発明者らは、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、比表面積を30m2/g以下にした窒化アルミニウム連続繊維からなる高熱伝導性窒化アルミニウムファイバーシートを適度な量で樹脂と複合させた複合体が、熱伝導性に優れることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of extensive research to achieve the above-mentioned objective, the inventors discovered that a composite comprising a highly thermally conductive aluminum nitride fiber sheet made of continuous aluminum nitride fibers with a specific surface area of 30 m2 /g or less and an appropriate amount of resin has excellent thermal conductivity, and thus completed the present invention.
すなわち、本発明は、下記窒化アルミニウムファイバーシート及び高熱伝導性材料を提供する。
1.窒化アルミニウム連続繊維からなり、比表面積が30m2/g以下である窒化アルミニウムファイバーシート。
2.前記窒化アルミニウム連続繊維が、アスペクト比が1,000を超えるものである1の窒化アルミニウムファイバーシート。
3.前記窒化アルミニウム連続繊維が、一定方向に配向した窒化アルミニウム連続繊維、無配向な不織布状窒化アルミニウム連続繊維及び三次元状に繋がった窒化アルミニウム連続繊維から選ばれる少なくとも1種からなる1又は2の窒化アルミニウムファイバーシート。
4.前記窒化アルミニウム連続繊維の平均繊維径が、90~2,000nmである1~3のいずれかの窒化アルミニウムファイバーシート。
5.前記窒化アルミニウム連続繊維の平均繊維径が、140~1,000nmである4の窒化アルミニウムファイバーシート。
6.前記窒化アルミニウムファイバーシートの比表面積が20m2/g以下である1~5のいずれかの窒化アルミニウムファイバーシート。
7.1~6のいずれかの窒化アルミニウムファイバーシート及び樹脂を含む高熱伝導性材料であって、
前記窒化アルミニウムファイバーシートが、高熱伝導性材料中15~80体積%含まれる高熱伝導性材料。
8.前記窒化アルミニウムファイバーシートが、前記高熱伝導性材料中20~75体積%含まれる7の高熱伝導性材料。
9.前記高熱伝導性材料がシート状である7又は8の高熱伝導性材料。
10.前記高熱伝導性材料がシート状であり、その厚さが20~2,000μmである9の高熱伝導性材料。
11.前記高熱伝導性材料がシート状であり、その厚さが40~1,500μmである10の高熱伝導性材料。
12.前記樹脂が、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、スチレン樹脂及びシリコーン樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種である7~11のいずれかの高熱伝導性材料。
13.熱伝導率が、7.0W/mK以上である7~12のいずれかの高熱伝導性材料。
14.ファイバーに平行方向の熱伝導率が、10.0W/mK以上である13の高熱伝導性材料。
15.前記高熱伝導性材料が、電気絶縁性であり、前記高熱伝導性材料の表面抵抗値が、1×1013Ω/□以上である7~14のいずれかの高熱伝導性材料。
That is, the present invention provides the following aluminum nitride fiber sheet and highly thermally conductive material.
1. An aluminum nitride fiber sheet made of continuous aluminum nitride fibers and having a specific surface area of 30 m 2 /g or less.
2. The aluminum nitride fiber sheet according to 1, wherein the aluminum nitride continuous fibers have an aspect ratio of more than 1,000.
3. The aluminum nitride fiber sheet according to 1 or 2, wherein the aluminum nitride continuous fibers are at least one selected from the group consisting of aluminum nitride continuous fibers oriented in a certain direction, non-oriented nonwoven fabric-like aluminum nitride continuous fibers, and aluminum nitride continuous fibers connected in a three-dimensional shape.
4. The aluminum nitride fiber sheet according to any one of 1 to 3, wherein the average fiber diameter of the aluminum nitride continuous fibers is 90 to 2,000 nm.
5. The aluminum nitride fiber sheet according to 4, wherein the average fiber diameter of the aluminum nitride continuous fibers is 140 to 1,000 nm.
6. The aluminum nitride fiber sheet according to any one of 1 to 5, wherein the specific surface area of the aluminum nitride fiber sheet is 20 m 2 /g or less.
7. A highly thermally conductive material comprising an aluminum nitride fiber sheet according to any one of 1 to 6 and a resin,
The highly thermally conductive material contains the aluminum nitride fiber sheet at 15 to 80 volume % of the highly thermally conductive material.
8. The highly thermally conductive material according to 7, wherein the aluminum nitride fiber sheet is contained in the highly thermally conductive material in an amount of 20 to 75 volume %.
9. The highly thermally conductive material according to 7 or 8, wherein the highly thermally conductive material is in a sheet form.
10. The highly thermally conductive material of 9, wherein the highly thermally conductive material is in a sheet shape and has a thickness of 20 to 2,000 μm.
11. The highly thermally conductive material of 10, wherein the highly thermally conductive material is in a sheet shape and has a thickness of 40 to 1,500 μm.
12. The highly thermally conductive material according to any one of 7 to 11, wherein the resin is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyurethane resin, epoxy resin, polyimide resin, styrene resin and silicone resin.
13. Any of the highly thermally conductive materials of 7 to 12, having a thermal conductivity of 7.0 W/mK or more.
14. A highly thermally conductive material having a thermal conductivity parallel to the fibers of 10.0 W/mK or more.
15. The highly thermally conductive material according to any one of 7 to 14, wherein the highly thermally conductive material is electrically insulating and has a surface resistance of 1×10 13 Ω/□ or more.
本発明の高熱伝導性材料は、適度な量の窒化アルミニウム連続繊維を含むため熱伝導性に優れる。 The highly thermally conductive material of the present invention has excellent thermal conductivity because it contains a moderate amount of aluminum nitride continuous fibers.
[窒化アルミニウムファイバーシート]
本発明の窒化アルミニウムファイバーシートは、窒化アルミニウム連続繊維(以下、窒化アルミニウムファイバーともいう。)からなるものである。
[Aluminum nitride fiber sheet]
The aluminum nitride fiber sheet of the present invention is made of continuous aluminum nitride fibers (hereinafter also referred to as aluminum nitride fibers).
前記窒化アルミニウムファイバーは、その比表面積が30m2/g以下であるが、25m2/g以下であることが好ましく、20m2/g以下であることがより好ましい。比表面積を小さくすることで、より高い熱伝導性を得ることができる。なお、本発明において、比表面積は、窒素吸着法(BET法)による測定値である。 The aluminum nitride fiber has a specific surface area of 30 m2 /g or less, preferably 25 m2 /g or less, and more preferably 20 m2 /g or less. By reducing the specific surface area, higher thermal conductivity can be obtained. In the present invention, the specific surface area is a value measured by a nitrogen adsorption method (BET method).
前記窒化アルミニウムファイバーは、窒化アルミニウム以外の成分を含んでもよい。窒化アルミニウム以外の成分としては、炭素、酸化カルシウム、アルミナ、マグネシア、酸化イットリウム、酸化セレン、酸化鉄、及び酸化ケイ素等が挙げられる。窒化アルミニウム以外の成分を含む場合、その含有量は、窒化アルミニウムファイバー中、5質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.1質量%以下がより好ましい。 The aluminum nitride fiber may contain components other than aluminum nitride. Examples of components other than aluminum nitride include carbon, calcium oxide, alumina, magnesia, yttrium oxide, selenium oxide, iron oxide, and silicon oxide. When components other than aluminum nitride are contained, the content of the components other than aluminum nitride is preferably 5 mass% or less, more preferably 1 mass% or less, and even more preferably 0.1 mass% or less in the aluminum nitride fiber.
前記窒化アルミニウムファイバーは連続繊維であり、繊維長÷繊維径で表されるアスペクト比が、1,000を超えるものが好ましく、2,000以上のものがより好ましい。特に、繊維長が長いため両末端が識別できなくなり、アスペクト比が求められない連続繊維であることが好ましい。窒化アルミニウムファイバーが樹脂と複合された場合は、複合体を裁断すると窒化アルミニウムファイバーも裁断される。 The aluminum nitride fiber is a continuous fiber, and preferably has an aspect ratio, expressed as fiber length divided by fiber diameter, of more than 1,000, and more preferably 2,000 or more. In particular, it is preferable for the fiber to be a continuous fiber whose fiber length is so long that both ends cannot be distinguished and whose aspect ratio cannot be determined. When the aluminum nitride fiber is composited with a resin, the aluminum nitride fiber is also cut when the composite is cut.
前記窒化アルミニウムファイバーは、その平均繊維径が、90~2,000nmであることが好ましく、140~1,000nmであることがより好ましい。平均繊維径が前記範囲であれば、樹脂との複合が容易に達成される。なお、本発明において平均繊維径は、窒化アルミニウムファイバーの走査型顕微鏡写真から、画像解析ソフトを用いて求めた値である。また、前記窒化アルミニウムファイバーは、非多孔質であることが好ましい。 The aluminum nitride fibers preferably have an average fiber diameter of 90 to 2,000 nm, and more preferably 140 to 1,000 nm. If the average fiber diameter is within the above range, it is easy to achieve composite with resin. In the present invention, the average fiber diameter is a value determined from a scanning microscope photograph of the aluminum nitride fibers using image analysis software. In addition, it is preferable that the aluminum nitride fibers are non-porous.
前記窒化アルミニウムファイバーは、一定方向に配向した状態、窒化アルミニウムファイバーが無配向な不織布状又は三次元状に繋がった状態でシート化していることが好ましい。この場合、織物状に織る工程が必要ないため、簡便に製造できる。 It is preferable that the aluminum nitride fibers are oriented in a certain direction, or that the aluminum nitride fibers are formed into a sheet in a non-oriented nonwoven fabric or three-dimensional connected state. In this case, since there is no need for a process of weaving into a fabric, it can be easily manufactured.
[窒化アルミニウムファイバーシートの製造方法]
本発明の窒化アルミニウムファイバーシートの製造方法は、
(1)アルミニウム源及び水溶性高分子を含む分散液からアルミニウム源を含むファイバーシートを作製する工程、及び
(2)作製したアルミニウム源含有ファイバーシートを窒素雰囲気下において焼成する工程
を含む。
[Method of manufacturing aluminum nitride fiber sheet]
The method for producing an aluminum nitride fiber sheet of the present invention comprises the steps of:
The method includes (1) a step of preparing a fiber sheet containing an aluminum source from a dispersion liquid containing an aluminum source and a water-soluble polymer, and (2) a step of baking the prepared aluminum source-containing fiber sheet in a nitrogen atmosphere.
[工程(1)]
工程(1)は、アルミニウム源及び水溶性高分子を含む分散液からアルミニウム源及び水溶性高分子を含むファイバーシートを作製する工程である。
[Step (1)]
Step (1) is a step of producing a fiber sheet containing an aluminum source and a water-soluble polymer from a dispersion containing an aluminum source and a water-soluble polymer.
前記アルミニウム源としては、ベーマイト、アルミナ、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、シュウ酸アルミニウム、水酸化アルミニウム等が好ましく、特にベーマイト粒子及びアルミナゾルが好ましい。また、アルミニウム源のかわりに、窒化アルミニウム粒子を原料として窒化アルミニウムファイバーを得ることもできる。 Preferable examples of the aluminum source include boehmite, alumina, aluminum nitrate, aluminum sulfate, aluminum acetate, aluminum oxalate, and aluminum hydroxide, with boehmite particles and alumina sol being particularly preferable. Aluminum nitride fibers can also be obtained using aluminum nitride particles as a raw material instead of the aluminum source.
前記ベーマイト粒子としては、特に限定されないが、例えば、サソール社製「DISPERAL」及び「DISPAL」、河合石灰(株)製「セラシュール」(登録商標)、大明化学工業(株)製「ベーマイト粉体」等が挙げられる。また、アルミナゾル粒子としては、特に限定されないが、例えば、日産化学工業(株)製アルミナゾル「AS-200」、「AS-550」、「AS-520」、川研ファインケミカル(株)製アルミナゾル「10A」、「10C」、「10D」、「A2」、「CSA-110A」、「F-1000」、「F-3000」、多木化学(株)製バイラール(登録商標)「Al-L7」、「Al-ML15」、「Al-C20」、「AS-l10」等が挙げられる。前記アルミニウム源としてベーマイト粒子又はアルミナゾル粒子を使用する場合、その一次粒子径は、紡糸液中での分散安定性及び焼成時の焼結性の観点から、2~200nmが好ましく、5~100nmがより好ましい。なお、本発明において一次粒子径は、レーザー回折法による測定値である。前記アルミニウム源は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。前記アルミニウム源の含有量は、分散液中1~40質量%が好ましく、2~30質量%がより好ましく、3~20質量%がより一層好ましい。 The boehmite particles are not particularly limited, but examples thereof include "DISPERAL" and "DISPAL" manufactured by Sasol, "Cerasure" (registered trademark) manufactured by Kawai Lime Co., Ltd., and "Boehmite Powder" manufactured by Taimei Chemical Industry Co., Ltd. Furthermore, the alumina sol particles are not particularly limited, but examples thereof include alumina sols "AS-200", "AS-550", and "AS-520" manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., alumina sols "10A", "10C", "10D", "A2", "CSA-110A", "F-1000", and "F-3000" manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd., and Baylar (registered trademark) "Al-L7", "Al-ML15", "Al-C20", and "AS-110" manufactured by Taki Chemical Co., Ltd. When boehmite particles or alumina sol particles are used as the aluminum source, the primary particle diameter is preferably 2 to 200 nm, more preferably 5 to 100 nm, from the viewpoint of dispersion stability in the spinning solution and sinterability during firing. In the present invention, the primary particle diameter is a value measured by a laser diffraction method. The aluminum source may be used alone or in combination of two or more types. The content of the aluminum source in the dispersion is preferably 1 to 40 mass%, more preferably 2 to 30 mass%, and even more preferably 3 to 20 mass%.
前記アルミニウム源は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。前記アルミニウム源の含有量は、分散液中0.5~40質量%が好ましく、1~30質量%がより好ましく、2~20質量%がより一層好ましい。 The aluminum source may be used alone or in combination of two or more. The content of the aluminum source in the dispersion is preferably 0.5 to 40% by mass, more preferably 1 to 30% by mass, and even more preferably 2 to 20% by mass.
前記水溶性高分子としては、例えば、PVA、PVA誘導体、セルロース、セルロース誘導体、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリル酸塩、ポリ酢酸ビニルエマルション、ポリビニルピロリドン、エチレン酢酸ビニル共重合体エマルション等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。前記水溶性高分子の含有量は、分散液中3~20質量%が好ましく、4~15質量%がより好ましく、5~10質量%がより一層好ましい。 Examples of the water-soluble polymer include PVA, PVA derivatives, cellulose, cellulose derivatives, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinylpyrrolidone, poly(meth)acrylic acid, poly(meth)acrylates, polyvinyl acetate emulsions, polyvinylpyrrolidone, and ethylene-vinyl acetate copolymer emulsions. These may be used alone or in combination of two or more. The content of the water-soluble polymer in the dispersion is preferably 3 to 20% by mass, more preferably 4 to 15% by mass, and even more preferably 5 to 10% by mass.
前記分散液に使用し得る溶媒としては、前記水溶性高分子を溶解し、アルミニウム源を分散できる水がよい。更に、水に溶解する溶媒を2種以上混合してもよい。水に混合可能な溶媒としては、例えば、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチルメチルケトン(MEK)、イソブチルメチルケトン(MIBK)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ブチルセロソルブ、テトラヒドロフラン(THF)、1,4-ジオキサン、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、シクロヘキサノン、乳酸エチル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、γ-ブチロラクトン、ギ酸、酢酸、トリフルオロ酢酸等が挙げられる。その他の溶媒を含む場合、その含有量は、前記水溶性高分子が溶解し得る限り特に限定されない。 A solvent that can be used in the dispersion liquid is preferably water, which can dissolve the water-soluble polymer and disperse the aluminum source. Furthermore, two or more solvents that dissolve in water may be mixed. Examples of solvents that can be mixed with water include acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol, ethyl methyl ketone (MEK), isobutyl methyl ketone (MIBK), propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monoethyl ether, butyl cellosolve, tetrahydrofuran (THF), 1,4-dioxane, N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-dimethylacetamide (DMAc), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), cyclohexanone, ethyl lactate, diethylene glycol monoethyl ether, γ-butyrolactone, formic acid, acetic acid, and trifluoroacetic acid. When other solvents are included, the content is not particularly limited as long as the water-soluble polymer can be dissolved in them.
前記ファイバーシートは、前記分散液を用いて、静電紡糸法、凍結乾燥法又は乳化法によって作製することが好ましい。 The fiber sheet is preferably produced using the dispersion by electrostatic spinning, freeze-drying or emulsification.
静電紡糸法によるファイバーシートの作製方法について説明する。図1は、本発明における静電紡糸法を示す概略説明図である。静電紡糸法は、電圧供給装置1により電圧を印加された金属ノズル2からアースされたコレクタ3に紡糸液を射出する。紡糸液が飛散中に溶媒は揮発し、固形分がファイバー状にコレクタ3に集積する方法である。静電紡糸法は、電界紡糸法あるいはエレクトロスピニング法とも呼ばれる。
A method for producing a fiber sheet by electrostatic spinning is described below. Figure 1 is a schematic diagram showing the electrostatic spinning method of the present invention. In electrostatic spinning, a spinning solution is ejected from a
静電紡糸法は、市販の装置で行うことができる。紡糸条件は適宜選択され、例えば、紡糸距離4(金属ノズル-ファイバー捕集コレクタ間距離)が5~30cm、金属ノズルとファイバー捕集コレクタ間の印加電圧が5~50kV、紡糸液射出量が0.1~5.0mL/時間とすることができる。ファイバー捕集コレクタ3は、ドラム状や平板状のものを用いることができる。ドラム状ファイバー捕集コレクタを用いると、ドラムを高速回転させることにより金属ノズルから射出されたファイバーがドラムに巻き取られ、ファイバーが一定方向に配向したシートを得ることができる。ドラム状ファイバー捕集コレクタの回転数は、例えば50~5,000回転/分で使用される。平板状ファイバー捕集コレクタを使用した場合又はドラム状ファイバー捕集コレクタを低速回転で使用した場合は、無配向なファイバーからなる不織布状のシートが得られる。 Electrostatic spinning can be performed using a commercially available device. The spinning conditions can be appropriately selected, for example, the spinning distance 4 (distance between the metal nozzle and the fiber collector) can be 5 to 30 cm, the voltage applied between the metal nozzle and the fiber collector can be 5 to 50 kV, and the spinning solution injection amount can be 0.1 to 5.0 mL/hour. The fiber collector 3 can be drum-shaped or flat. When a drum-shaped fiber collector is used, the fiber injected from the metal nozzle is wound around the drum by rotating the drum at high speed, and a sheet in which the fibers are oriented in a certain direction can be obtained. The rotation speed of the drum-shaped fiber collector is, for example, 50 to 5,000 rpm. When a flat fiber collector is used or when a drum-shaped fiber collector is used at a low rotation speed, a nonwoven sheet made of unoriented fibers can be obtained.
[工程(2)]
工程(2)は、工程(1)で作製したアルミニウム源と水溶性高分子とを含むファイバーシートを窒素雰囲気下で焼成した後、大気雰囲気下において再焼成を行い、窒化アルミニウムファイバーシートを作製する工程である。
[Step (2)]
Step (2) is a step of producing an aluminum nitride fiber sheet by firing the fiber sheet containing the aluminum source and the water-soluble polymer produced in step (1) under a nitrogen atmosphere and then re-firing it under an air atmosphere.
焼成は、電気炉、ガス炉等の焼成炉を用いて行うことができる。また、焼成は、窒素雰囲気下で行い、水溶性高分子由来の炭素成分の消失、及びアルミナが窒化アルミニウムに還元される条件が好ましい。アルミニウム源は水溶性高分子由来の炭素により窒素還元され窒化アルミニウムとなる。アルミナと炭素成分の混合物を窒素下に焼成を行い、窒化アルミニウムを得る方法は一般に還元窒化法と呼ばれる。 The calcination can be carried out in a calcination furnace such as an electric furnace or a gas furnace. The calcination is preferably carried out in a nitrogen atmosphere under conditions that eliminate the carbon components derived from the water-soluble polymer and reduce the alumina to aluminum nitride. The aluminum source is reduced by nitrogen with the carbon derived from the water-soluble polymer to become aluminum nitride. The method of obtaining aluminum nitride by calcining a mixture of alumina and carbon components under nitrogen is generally called the reduction-nitridation method.
焼成温度は、高い熱伝導性を得るために窒化アルミニウムファイバーシートの比表面積を減少させられる温度が好ましく、1,450℃以上が好ましい。焼成温度の上限は、特に限定されないが、窒化アルミニウムが溶融しない温度以下であることが好ましく、2,200℃以下が好ましいが、繊維形状を維持するために1,600℃以下がより好ましい。なお、焼成温度に達するまでは、20℃/分以下の昇温速度で昇温させることが好ましい。昇温速度としては、15℃/分以下がより好ましく、10℃/分以下がより好ましい。昇温速度が前記範囲であれば、水溶性高分子由来の炭素成分の消失と、窒化アルミニウムの比表面積減少と無孔化が進む。 The firing temperature is preferably a temperature at which the specific surface area of the aluminum nitride fiber sheet can be reduced to obtain high thermal conductivity, and is preferably 1,450°C or higher. The upper limit of the firing temperature is not particularly limited, but is preferably a temperature below which the aluminum nitride does not melt, and is preferably 2,200°C or lower, but more preferably 1,600°C or lower to maintain the fiber shape. It is preferable to increase the temperature at a rate of 20°C/min or lower until the firing temperature is reached. The rate of increase is more preferably 15°C/min or lower, and more preferably 10°C/min or lower. If the rate of increase is within the above range, the carbon components derived from the water-soluble polymer disappear, and the specific surface area of the aluminum nitride decreases and becomes non-porous.
窒素雰囲気下の焼成時間は、3時間以上が好ましく、5時間以上がより好ましく、10時間以上がより一層好ましい。焼成時間の上限は特に限定されないが、好ましくは30時間、より好ましくは20時間である。 The firing time in a nitrogen atmosphere is preferably 3 hours or more, more preferably 5 hours or more, and even more preferably 10 hours or more. There is no particular upper limit to the firing time, but it is preferably 30 hours, and more preferably 20 hours.
窒素雰囲気下の焼成に続き、大気雰囲気下において再焼成を行う。再焼成温度は700℃以下が好ましく、600℃以下がより好ましい。前記温度範囲であれば、窒化アルミニウムの再酸化を防ぎ、水溶性高分子由来の炭素消失が進む。 Following firing in a nitrogen atmosphere, re-firing is performed in an air atmosphere. The re-firing temperature is preferably 700°C or less, and more preferably 600°C or less. This temperature range prevents re-oxidation of aluminum nitride and promotes the loss of carbon derived from the water-soluble polymer.
再焼成時間は、1時間以上が好ましく、3時間以上がより好ましく、5時間以上がより一層好ましい。再焼成時間の上限は特に限定されないが、好ましくは20時間、より好ましくは10時間である。 The re-firing time is preferably 1 hour or more, more preferably 3 hours or more, and even more preferably 5 hours or more. There is no particular upper limit to the re-firing time, but it is preferably 20 hours, and more preferably 10 hours.
焼成時間及び再焼成時間が前記範囲であれば、窒化アルミニウムの生成が進み、水溶性高分子由来の炭素成分の消失及び窒化アルミニウムの比表面積減少と無孔化とが進む。 If the firing time and re-firing time are within the above ranges, the production of aluminum nitride will progress, the carbon components derived from the water-soluble polymer will disappear, and the specific surface area of the aluminum nitride will decrease and it will become non-porous.
窒化アルミニウムファイバーは、その平均繊維径が90~2,000nmであることが好ましく、140~1,000nmであることがより好ましい。平均繊維径が前記範囲であれば、樹脂との複合が容易に達成され、樹脂表面の平滑性を損なうこともない。 The aluminum nitride fibers preferably have an average fiber diameter of 90 to 2,000 nm, and more preferably 140 to 1,000 nm. If the average fiber diameter is within this range, it is easy to combine with the resin, and the smoothness of the resin surface is not impaired.
また、窒化アルミニウムファイバーシートの厚みは、10~2,000μmが好ましく、20~1,500μmがより好ましく、40~1,000μmがより一層好ましい。 The thickness of the aluminum nitride fiber sheet is preferably 10 to 2,000 μm, more preferably 20 to 1,500 μm, and even more preferably 40 to 1,000 μm.
[高熱伝導性材料]
本発明の高熱伝導性材料は、前記窒化アルミニウムファイバーシート及び樹脂を含む。前記樹脂としては、例えば、PVA、PVA誘導体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリビニルピロリドン、ポリウレタンエラストマー等のポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリフッ化ビニリデン等のポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル樹脂、ポリエチレンサクシネート/アジペート等のポリエステル樹脂、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、アクリロニトリル-スチレン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体、スチレン-ブタジエン-スチレン共重合体、メタクリル酸メチル-スチレン共重合体等のポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-ビニルアルコール共重合体、エチレン-アクリル酸エチル共重合体、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリ乳酸、ポリ-3-ヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンオキシド、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリグルコール酸、変性でんぷん、酢酸セルロース、三酢酸セルロース等のセルロース誘導体、キチン、キトサン、リグニン等が挙げられる。これらのうち、PVA、PVB、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等が好ましい。前記樹脂は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
[Highly thermally conductive materials]
The highly thermally conductive material of the present invention includes the aluminum nitride fiber sheet and a resin, examples of which include PVA, PVA derivatives, polyurethane resins such as polyvinyl acetate, polyvinyl butyral (PVB), polyvinylpyrrolidone, and polyurethane elastomers, epoxy resins, polyimide resins, silicone resins, and polyolefin resins such as polyvinylidene fluoride, (meth)acrylic resins such as polymethyl methacrylate, and polyester resins such as polyethylene succinate/adipate, polystyrene, high impact polystyrene, polystyrene resins such as acrylonitrile-styrene copolymers, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers, styrene-butadiene-styrene copolymers, and methyl methacrylate-styrene copolymers, polyamide resins, polyethylene, and polypropylene. , ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, polycarbonate resin, vinyl chloride resin, polyacrylonitrile, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polylactic acid, poly-3-hydroxybutyric acid, polycaprolactone, polybutylene succinate, polyethylene oxide, polyphenylene ether resin, polyacetal resin, polyethersulfone resin, polysulfone resin, polyphenylene sulfide resin, polyglycolic acid, modified starch, cellulose acetate, cellulose triacetate and other cellulose derivatives, chitin, chitosan, lignin, etc. Among these, PVA, PVB, polystyrene resin, polyurethane resin, epoxy resin, polyimide resin, silicone resin, etc. are preferred. The above resins may be used alone or in combination of two or more.
本発明の高熱伝導性材料における窒化アルミニウムファイバーシートの含有量の下限は、10体積%であるが、15体積%がより好ましい。また、その上限は、75体積%であるが、70体積%がより好ましい。前記範囲で窒化アルミニウムファイバーシートを含むことで、高い熱伝導性が得られる。 The lower limit of the content of the aluminum nitride fiber sheet in the highly thermally conductive material of the present invention is 10 volume percent, with 15 volume percent being more preferred. The upper limit is 75 volume percent, with 70 volume percent being more preferred. By including the aluminum nitride fiber sheet in the above range, high thermal conductivity can be obtained.
本発明の高熱伝導性材料は、高い熱伝導性を有する。具体的には、熱伝導率が、7.0W/mK以上とすることができ、好ましくは10W/mK以上、より好ましくは13W/mK以上とすることができる。 The highly thermally conductive material of the present invention has high thermal conductivity. Specifically, the thermal conductivity can be 7.0 W/mK or more, preferably 10 W/mK or more, and more preferably 13 W/mK or more.
本発明の高熱伝導性材料は、電気絶縁性の高熱伝導性粒子を含むことができる。このような高熱伝導性粒子としては、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、マグネシア、シリカ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド等が挙げられる。前記高熱伝導性粒子は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The highly thermally conductive material of the present invention may contain electrically insulating highly thermally conductive particles. Examples of such highly thermally conductive particles include aluminum nitride, alumina, magnesia, silica, boron nitride, silicon nitride, silicon carbide, boron carbide, diamond, and the like. The highly thermally conductive particles may be used alone or in combination of two or more types.
本発明の高熱伝導性材料は、窒化アルミニウム以外の無機繊維を含むことができる。無機繊維としては、例えばガラス繊維、アルミナ繊維、マグネシア繊維、シリカ繊維、セラミック繊維、炭化ケイ素繊維、岩石繊維が挙げられる。前記無機繊維は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 The highly thermally conductive material of the present invention may contain inorganic fibers other than aluminum nitride. Examples of inorganic fibers include glass fibers, alumina fibers, magnesia fibers, silica fibers, ceramic fibers, silicon carbide fibers, and rock fibers. The inorganic fibers may be used alone or in combination of two or more types.
本発明の高熱伝導性材料は、電気絶縁性であることが好ましい。具体的には、表面抵抗値が、1×1011Ω/□以上とすることができ、好ましくは1×1012Ω/□以上、より好ましくは1×1013Ω/□以上とすることができる。 The highly thermally conductive material of the present invention is preferably electrically insulating. Specifically, the surface resistivity can be 1× 10 Ω/□ or more, preferably 1× 10 Ω/□ or more, and more preferably 1× 10 Ω/□ or more.
[高熱伝導性材料の製造方法]
本発明の高熱伝導性材料は、前記窒化アルミニウムファイバーシートに樹脂溶液を含浸させ、窒化アルミニウムファイバーと樹脂との複合体を形成させることにより製造することができる。なお、窒化アルミニウムファイバーシートは、前記複合体中1枚のみが含まれていてもよく、複数枚が含まれていてもよい。
[Method of manufacturing highly thermally conductive material]
The highly thermally conductive material of the present invention can be produced by impregnating the aluminum nitride fiber sheet with a resin solution to form a composite of the aluminum nitride fiber and the resin. The composite may contain only one aluminum nitride fiber sheet or multiple aluminum nitride fiber sheets.
得られる複合体が高熱伝導性を示すためには、適度に窒化アルミニウムファイバーを含む必要がある。前記樹脂溶液中の樹脂濃度は、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がより一層好ましい。樹脂濃度が40質量%を超えると、特に、50質量%以上であると、樹脂溶液中の樹脂の割合が多いため、複合体中の樹脂の含有量が多く、窒化アルミニウムファイバーは低含有量となり、高熱伝導性を示さないことがある。なお、前述した樹脂は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 In order for the resulting composite to exhibit high thermal conductivity, it is necessary to include a moderate amount of aluminum nitride fiber. The resin concentration in the resin solution is preferably 40 mass% or less, more preferably 30 mass% or less, and even more preferably 20 mass% or less. If the resin concentration exceeds 40 mass%, particularly 50 mass% or more, the proportion of resin in the resin solution is high, so the resin content in the composite is high and the aluminum nitride fiber content is low, and high thermal conductivity may not be exhibited. The above-mentioned resins may be used alone or in combination of two or more types.
前記樹脂溶液に用いる溶媒としては、前記樹脂を溶解し得るものであれば特に限定されない。例えば、水、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、MEK、MIBK、PGME、PGMEA、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ブチルセロソルブ、THF、1,4-ジオキサン、DMF、DMAc、NMP、シクロヘキサノン、乳酸エチル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、γ-ブチロラクトン、ギ酸、酢酸、トリフルオロ酢酸等が挙げられる。前記溶媒は、1種単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 The solvent used in the resin solution is not particularly limited as long as it can dissolve the resin. Examples include water, acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol, MEK, MIBK, PGME, PGMEA, propylene glycol monoethyl ether, butyl cellosolve, THF, 1,4-dioxane, DMF, DMAc, NMP, cyclohexanone, ethyl lactate, diethylene glycol monoethyl ether, γ-butyrolactone, formic acid, acetic acid, and trifluoroacetic acid. The solvent may be used alone or in combination of two or more.
焼成した窒化アルミニウムファイバーシートに樹脂溶液を含浸させる方法としては、樹脂を溶解させた溶液を滴下する方法、モノマーを溶解させた溶液を滴下し、後の加熱工程でモノマーを反応させる方法等が挙げられる。 Methods for impregnating a fired aluminum nitride fiber sheet with a resin solution include dripping a solution containing dissolved resin, dripping a solution containing dissolved monomer, and then reacting the monomer in a subsequent heating process.
焼成した窒化アルミニウムファイバーシートに樹脂溶液を含浸させた後、必要に応じて減圧を行い、加熱して溶媒の除去と樹脂の硬化とを行うことで複合体を得ることができる。このとき、減圧は、樹脂が隙間なく含浸できる限り必要はないが、減圧をする場合は1,000Pa以下にすることが好ましく、100Pa以下にすることがより好ましい。加熱は、溶媒を除去し樹脂の硬化を行うことができ、かつ樹脂が熱分解しない限り特に限定されないが、通常100~140℃で行うことが好ましく、110~130℃で行うことがより好ましい。また、加熱時間は、通常30分以上が好ましく、1時間以上がより好ましい。 After impregnating the fired aluminum nitride fiber sheet with the resin solution, a composite can be obtained by reducing the pressure as necessary and heating to remove the solvent and harden the resin. At this time, reducing the pressure is not necessary as long as the resin can be impregnated without any gaps, but if reducing the pressure, it is preferable to set the pressure at 1,000 Pa or less, and more preferably at 100 Pa or less. There are no particular restrictions on heating as long as it is possible to remove the solvent and harden the resin and the resin does not thermally decompose, but it is usually preferable to perform heating at 100 to 140°C, and more preferably at 110 to 130°C. The heating time is usually preferably 30 minutes or more, and more preferably 1 hour or more.
以上の方法によって、窒化アルミニウムファイバーシートを含む窒化アルミニウムファイバーシートと樹脂との複合体を製造することができる。前記複合体の厚みは、20~4,000μmが好ましく、30~3,000μmが好ましく、40~1,500μmがより好ましい。 By the above method, a composite of an aluminum nitride fiber sheet and a resin, including an aluminum nitride fiber sheet, can be produced. The thickness of the composite is preferably 20 to 4,000 μm, more preferably 30 to 3,000 μm, and more preferably 40 to 1,500 μm.
本発明の高熱伝導性材料は、放熱材料として利用でき、例えば、放熱シート、放熱テープ、放熱回路基板、放熱筐体、放熱封止剤、ヒートシンク、ヒートパイプ等の放熱部材用の柔軟性放熱材料として好適に利用できる。また、これらの放熱部材は、例えば、LED、パワー半導体、CPU、リチウムイオン電池等のデバイスに好適に利用できる。更に、これらの放熱デバイスは、例えば、携帯電話、スマートフォン、デジタルカメラ、テレビ、ハードディスクレコーダー、タブレットパソコン、ノートパソコン、デスクトップパソコン等のデジタル家電製品、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等の次世代自動車、家庭用照明、産業用照明、車載用照明等の次世代照明装置、太陽電池、燃料電池、地熱発電等の次世代発電装置、水電解による水素製造等次世代エネルギーキャリア製造装置等に好適に利用できる。 The highly thermally conductive material of the present invention can be used as a heat dissipation material, and can be suitably used as a flexible heat dissipation material for heat dissipation members such as heat dissipation sheets, heat dissipation tapes, heat dissipation circuit boards, heat dissipation housings, heat dissipation sealants, heat sinks, and heat pipes. These heat dissipation members can be suitably used in devices such as LEDs, power semiconductors, CPUs, and lithium-ion batteries. These heat dissipation devices can be suitably used in digital home appliances such as mobile phones, smartphones, digital cameras, televisions, hard disk recorders, tablet computers, notebook computers, and desktop computers, next-generation automobiles such as hybrid automobiles, electric automobiles, and fuel cell automobiles, next-generation lighting devices such as home lighting, industrial lighting, and in-vehicle lighting, next-generation power generation devices such as solar cells, fuel cells, and geothermal power generation, and next-generation energy carrier production devices such as hydrogen production by water electrolysis.
以下、製造例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to manufacturing examples, examples, and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
以下の例において、試料の調製及び物性の分析に用いた装置及び条件は、以下のとおりである。
(1)静電紡糸法:インフュージョンポンプ(シリンジポンプ):(有)メルクエスト製FP-1000、高圧電源:松定プレシジョン(株)製HR-40R0.75
(2)走査型電子顕微鏡:(株)キーエンス製VE-9800、又は(株)日立ハイテクノロジーズ製Miniscope TM3000
(3)X線回折装置:(株)リガク製MiniFlex 2(Niフィルター、CuKα線、30kV、15mA)
(4)熱重量分析装置:BRUKER社製TG-DTA 2000SA
(5)熱拡散率測定装置:(株)ベテル製サーモウェーブアナライザーTA-35
(6)比表面積測定装置:マイクロトラック・ベル(株)製BELSORP-mini II
(7)超絶縁抵抗計:日置電機株式会社製SM-8200
(8)焼成炉:高温ガス置換炉:アサヒ理化製作所社製AHRF-50KC-32P
In the following examples, the apparatus and conditions used for sample preparation and analysis of physical properties are as follows.
(1) Electrostatic spinning method: Infusion pump (syringe pump): FP-1000 manufactured by Melquest Co., Ltd., High voltage power supply: HR-40R0.75 manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd.
(2) Scanning electron microscope: VE-9800 manufactured by Keyence Corporation, or Miniscope TM3000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation
(3) X-ray diffraction device: Rigaku MiniFlex 2 (Ni filter, CuKα radiation, 30 kV, 15 mA)
(4) Thermogravimetric analyzer: BRUKER TG-DTA 2000SA
(5) Thermal diffusivity measuring device: Thermowave analyzer TA-35 manufactured by Bethel Corporation
(6) Specific surface area measuring device: BELSORP-mini II manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.
(7) Super insulation resistance meter: Hioki SM-8200
(8) Firing furnace: High-temperature gas replacement furnace: Asahi Rika Seisakusho AHRF-50KC-32P
また、以下の例において、用いた試薬は、以下のとおりである。
・PVA:ポリビニルアルコール、富士フィルム和光純薬(株)製(平均重合度:1,500、ケン化度:99%)
・10質量%PVA水溶液:前記ポリビニルアルコールを蒸留水に溶解して作製した。
・ベーマイト粉末:サソール社製DISPERAL P2(アルミナ成分72%、一次粒子径20nm)
・アルキルシリケートシリカ:多摩化学工業株式会社製シリケート40
・酸化イットリウム:関東化学株式会社試薬酸化イットリウム
・PVB:ポリビニルブチラール、(株)クラレ製モビタール
・エタノール:純正化学(株)製
・PUエマルション:ポリウレタンエマルション、第一工業製薬(株)製スーパーフレックス300、固形分30質量%
・シリコーン樹脂:信越化学工業(株)製KR-112、固形分70質量%
・トルエン:東京化成工業(株)製
・トリグリシジルイソシアヌレート:日産化学(株)製TEPIC
・フェノールノボラック樹脂:DIC(株)製フェノライトTD213
・NMP:純正化学(株)製
・2-エチル-4-メチルイミダゾール:関東化学(株)製
In the following examples, the reagents used are as follows:
PVA: Polyvinyl alcohol, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (average polymerization degree: 1,500, saponification degree: 99%)
10% by weight PVA aqueous solution: prepared by dissolving the polyvinyl alcohol in distilled water.
Boehmite powder: DISPERAL P2 manufactured by Sasol (alumina content 72%,
Alkyl silicate silica:
Yttrium oxide: Kanto Chemical Co., Ltd. Reagent yttrium oxide PVB: Polyvinyl butyral, manufactured by Kuraray Co., Ltd. Ethanol: Manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd. PU emulsion: Polyurethane emulsion, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Superflex 300,
Silicone resin: Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. KR-112,
・Toluene: Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. ・Triglycidyl isocyanurate: Nissan Chemical Co., Ltd. TEPIC
Phenol novolac resin: Phenolite TD213 manufactured by DIC Corporation
NMP: manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd. 2-Ethyl-4-methylimidazole: manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.
以下の例において、窒化アルミニウムファイバーの平均繊維径は、窒化アルミニウムファイバーの走査型顕微鏡写真から画像解析ソフト「Adobe Photoshop CS3」を用いて、繊維径を10箇所測定したものの平均値である。窒化アルミニウムファイバーの平均繊維長は、窒化アルミニウムファイバーの走査型顕微鏡写真から画像解析ソフト「Adobe Photoshop CS3」を用いて、繊維長を10箇所測定したものの平均値である。窒化アルミニウムファイバーのアスペクト比は、アスペクト比=繊維長÷繊維径により計算から求めた。 In the following examples, the average fiber diameter of the aluminum nitride fiber is the average of 10 measurements of fiber diameter taken from a scanning microscope photograph of the aluminum nitride fiber using the image analysis software "Adobe Photoshop CS3". The average fiber length of the aluminum nitride fiber is the average of 10 measurements of fiber length taken from a scanning microscope photograph of the aluminum nitride fiber using the image analysis software "Adobe Photoshop CS3". The aspect ratio of the aluminum nitride fiber was calculated as aspect ratio = fiber length ÷ fiber diameter.
[1]窒化アルミニウムファイバーシートの製造
[実施例1-1]
10質量%PVA水溶液10.0質量部に、アルミニウム源としてベーマイト粉末0.598質量部を添加し、攪拌して分散させた。得られた水分散液2mLを紡糸液とし、先端に金属ノズルが取り付けられたシリンジ内に充填した。ファイバー捕集のコレクタとしては、直径15cmの回転ドラムを使用した。金属ノズルとドラムコレクタとを電圧供給装置に電気的に接続した。電圧供給装置により、ドラムコレクタ側をアースとして金属ノズル側に20kVの電圧を印加した。金属ノズルとドラムコレクタとの距離は、15cmに調整した。ドラムコレクタは、毎分4,000回転で回転させた。シリンジから押出速度1.0mL/hにて紡糸液を回転するドラムコレクタに向けて射出することにより、PVAとベーマイトとからなるファイバーを回転するドラムコレクタ上に形成させ、アルミニウム源を含むファイバーシートを得た。
前記アルミニウム源を含むファイバーシートを電気炉内に入れ、窒素雰囲気下(流量3.5L/分)、昇温速度10℃/分にて、焼成温度1,500℃まで昇温した。1,500℃で10時間焼成した後、600℃まで放冷し大気下600℃で5時間再焼成を行った。室温まで冷却することにより、窒化アルミニウムファイバーシートAを得た。窒化アルミニウムファイバーシートAのX線回折図を、図2に示す。
窒化アルミニウムファイバーシートA中の窒化アルミニウムファイバーの平均繊維径は、170nmであった。窒化アルミニウムファイバーシートAの比表面積は20.9m2/gであった。また、窒化アルミニウムファイバーの繊維長が長いため両末端が識別できず、アスペクト比は算出できなかった。
[1] Production of aluminum nitride fiber sheet [Example 1-1]
0.598 parts by mass of boehmite powder as an aluminum source was added to 10.0 parts by mass of a 10% by mass PVA aqueous solution, and the mixture was stirred to disperse. 2 mL of the resulting aqueous dispersion was used as a spinning solution, and filled into a syringe with a metal nozzle attached to the tip. A rotating drum with a diameter of 15 cm was used as a collector for collecting fibers. The metal nozzle and the drum collector were electrically connected to a voltage supply device. A voltage of 20 kV was applied to the metal nozzle side, with the drum collector side being earthed, by the voltage supply device. The distance between the metal nozzle and the drum collector was adjusted to 15 cm. The drum collector was rotated at 4,000 revolutions per minute. The spinning solution was extruded from the syringe toward the rotating drum collector at an extrusion speed of 1.0 mL/h, forming fibers made of PVA and boehmite on the rotating drum collector, and a fiber sheet containing an aluminum source was obtained.
The fiber sheet containing the aluminum source was placed in an electric furnace and heated to a firing temperature of 1,500°C at a heating rate of 10°C/min in a nitrogen atmosphere (flow rate 3.5 L/min). After firing at 1,500°C for 10 hours, the sheet was allowed to cool to 600°C and then re-fired in air at 600°C for 5 hours. Aluminum nitride fiber sheet A was obtained by cooling to room temperature. The X-ray diffraction diagram of aluminum nitride fiber sheet A is shown in Figure 2.
The average fiber diameter of the aluminum nitride fibers in the aluminum nitride fiber sheet A was 170 nm. The specific surface area of the aluminum nitride fiber sheet A was 20.9 m2 /g. Since the aluminum nitride fibers were too long, both ends could not be distinguished, and the aspect ratio could not be calculated.
[実施例1-2]
窒素雰囲気下の焼成時間を4時間とした以外は、製造例1と同様の方法で窒化アルミニウムファイバーBを作製した。窒化アルミニウムファイバーシートFのX線回折図から窒化アルミニウムファイバーの生成が確認された。
窒化アルミニウムファイバーシートB中の窒化アルミニウムファイバーの平均繊維径は、200nmであった。窒化アルミニウムファイバーシートBの比表面積は23.7m2/gであった。また、窒化アルミニウムファイバーの繊維長が長いため両末端が識別できず、アスペクト比は算出できなかった。
[Example 1-2]
Except for changing the firing time in the nitrogen atmosphere to 4 hours, aluminum nitride fibers B were produced in the same manner as in Production Example 1. From the X-ray diffraction diagram of aluminum nitride fiber sheet F, the formation of aluminum nitride fibers was confirmed.
The average fiber diameter of the aluminum nitride fibers in the aluminum nitride fiber sheet B was 200 nm. The specific surface area of the aluminum nitride fiber sheet B was 23.7 m 2 /g. In addition, since the fiber length of the aluminum nitride fibers was so long that both ends could not be distinguished, the aspect ratio could not be calculated.
[実施例1-3]
10質量%PVA水溶液10.0質量部に、アルミニウム源としてベーマイト粉末0.598質量部、及びシリケート40 0.022質量部を添加し、攪拌して分散させた。得られた水分散液2mLを紡糸液とし、実施例1-1と同様の方法で窒化アルミニウムファイバーCを作製した。窒化アルミニウムファイバーシートCのX線回折図を、図3に示す。
窒化アルミニウムファイバーシートC中の窒化アルミニウムファイバーの平均繊維径は、190nmであった。窒化アルミニウムファイバーシートCの比表面積は25.1m2/gであった。また、窒化アルミニウムファイバーの繊維長が長いため両末端が識別できず、アスペクト比は算出できなかった。
[Examples 1-3]
To 10.0 parts by mass of a 10% by mass PVA aqueous solution, 0.598 parts by mass of boehmite powder as an aluminum source and 0.022 parts by mass of
The average fiber diameter of the aluminum nitride fibers in the aluminum nitride fiber sheet C was 190 nm. The specific surface area of the aluminum nitride fiber sheet C was 25.1 m2 /g. Since the aluminum nitride fibers were too long, both ends could not be distinguished, and the aspect ratio could not be calculated.
[実施例1-4]
窒素雰囲気下の焼成時間を20時間とした以外は、実施例1-3と同様の方法で窒化アルミニウムファイバーDを作製した。窒化アルミニウムファイバーシートDのX線回折図を、図4に示す。
窒化アルミニウムファイバーシーD中の窒化アルミニウムファイバーの平均繊維径は、200nmであった。窒化アルミニウムファイバーシートDの比表面積は17.7m2/gであった。また、窒化アルミニウムファイバーの繊維長が長いため両末端が識別できず、アスペクト比は算出できなかった。
[Examples 1 to 4]
Aluminum nitride fiber sheet D was produced in the same manner as in Example 1-3, except that the firing time in the nitrogen atmosphere was set to 20 hours. The X-ray diffraction diagram of aluminum nitride fiber sheet D is shown in FIG.
The average fiber diameter of the aluminum nitride fibers in the aluminum nitride fiber sheet D was 200 nm. The specific surface area of the aluminum nitride fiber sheet D was 17.7 m 2 /g. In addition, since the fiber length of the aluminum nitride fibers was long, both ends could not be distinguished, and the aspect ratio could not be calculated.
[実施例1-5]
10質量%PVA水溶液10.0質量部に、アルミニウム源としてベーマイト粉末0.598質量部、シリケート40 0.022質量部、及び酸化イットリウム0.0054質量部を添加し、攪拌して分散させた。得られた水分散液2mLを紡糸液とし、実施例1-1と同様の方法で窒化アルミニウムファイバーEを作製した。窒化アルミニウムファイバーシートEのX線回折図を、図5に示す。
窒化アルミニウムファイバーシートE中の窒化アルミニウムファイバーのアスペクト比は、繊維長が長いため両末端が識別できず、算出できなかった。
[Examples 1 to 5]
To 10.0 parts by mass of a 10% by mass PVA aqueous solution, 0.598 parts by mass of boehmite powder as an aluminum source, 0.022 parts by mass of
The aspect ratio of the aluminum nitride fibers in the aluminum nitride fiber sheet E could not be calculated because the fiber lengths were so long that both ends could not be distinguished.
[実施例1-6]
ファイバー捕集のコレクタを、ドラムコレクタから平板状コレクタにかえた以外は、実施例1-1と同様の方法で窒化アルミニウムファイバーFを作製した。窒化アルミニウムファイバーシートFのX線回折図から窒化アルミニウムファイバーの生成が確認された。
窒化アルミニウムファイバーシートF中の窒化アルミニウムファイバーの平均繊維径は、190nmであった。窒化アルミニウムファイバーシートFの比表面積は18.0m2/gであった。また、窒化アルミニウムファイバーの繊維長が長いため両末端が識別できず、アスペクト比は算出できなかった。
[Examples 1 to 6]
Aluminum nitride fiber F was produced in the same manner as in Example 1-1, except that the collector for collecting the fibers was changed from a drum collector to a flat collector. The X-ray diffraction pattern of aluminum nitride fiber sheet F confirmed the production of aluminum nitride fibers.
The average fiber diameter of the aluminum nitride fibers in the aluminum nitride fiber sheet F was 190 nm. The specific surface area of the aluminum nitride fiber sheet F was 18.0 m2 /g. In addition, since the fiber length of the aluminum nitride fibers was so long that both ends could not be distinguished, the aspect ratio could not be calculated.
[実施例1-7]
焼成温度を1,450℃で10時間とした以外は、実施例1-1と同様の方法で窒化アルミニウムファイバーシートGを得た。窒化アルミニウムファイバーシートGのX線回折図から窒化アルミニウムファイバーの生成が確認された。
窒化アルミニウムファイバーシートG中の窒化アルミニウムファイバーのアスペクト比は、繊維長が長いため両末端が識別できず、算出できなかった。
[Examples 1 to 7]
An aluminum nitride fiber sheet G was obtained in the same manner as in Example 1-1, except that the firing temperature was 1,450° C. for 10 hours. From the X-ray diffraction diagram of the aluminum nitride fiber sheet G, the formation of aluminum nitride fibers was confirmed.
The aspect ratio of the aluminum nitride fibers in the aluminum nitride fiber sheet G could not be calculated because the fiber lengths were so long that both ends could not be distinguished.
[実施例1-8]
10質量%PVA水溶液10.0質量部に、アルミニウム源としてベーマイト粉末0.598質量部、及び酸化イットリウム0.022質量部を添加し、攪拌して分散させた。得られた水分散液2mLを紡糸液とし、実施例1-1と同様の方法で窒化アルミニウムファイバーHを作製した。窒化アルミニウムファイバーシートHのX線回折図を、図6に示す。窒化アルミニウムファイバーシートHの比表面積は12.4m2/gであった。
窒化アルミニウムファイバーシートH中の窒化アルミニウムファイバーのアスペクト比は、繊維長が長いため両末端が識別できず、算出できなかった。
[Examples 1 to 8]
To 10.0 parts by mass of a 10% by mass PVA aqueous solution, 0.598 parts by mass of boehmite powder as an aluminum source and 0.022 parts by mass of yttrium oxide were added and dispersed by stirring. 2 mL of the resulting aqueous dispersion was used as a spinning solution, and aluminum nitride fiber H was produced in the same manner as in Example 1-1. The X-ray diffraction diagram of aluminum nitride fiber sheet H is shown in Figure 6. The specific surface area of aluminum nitride fiber sheet H was 12.4 m2 /g.
The aspect ratio of the aluminum nitride fibers in the aluminum nitride fiber sheet H could not be calculated because the fiber lengths were so long that both ends could not be distinguished.
[比較例1-1]
窒素下の焼成条件を1,400℃で10時間とした以外は、製造例1と同様の方法で、ファイバーシートIを得た。ファイバーシートIのX線回折図から、窒化アルミニウムは得られなかった。焼成温度が低く、窒素による還元が進まなかったと考えられる。
[Comparative Example 1-1]
Fiber sheet I was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the firing conditions under nitrogen were changed to 1,400° C. for 10 hours. From the X-ray diffraction pattern of fiber sheet I, aluminum nitride was not obtained. This is thought to be because the firing temperature was low and reduction by nitrogen did not proceed.
[比較例1-2]
大気下の再焼成条件を800℃で10時間とした以外は、製造例1と同様の方法で、ファイバーシートJを得た。ファイバーシートJのX線回折図から、窒化アルミニウムの生成は確認されず、アルミナが確認された。再焼成温度が高く、酸素により窒化アルミニウムがアルミナに再酸化されたと考えられる。
[Comparative Example 1-2]
Fiber sheet J was obtained in the same manner as in Production Example 1, except that the re-firing conditions in the atmosphere were set to 800° C. for 10 hours. From the X-ray diffraction pattern of fiber sheet J, the formation of aluminum nitride was not confirmed, but alumina was confirmed. It is considered that the re-firing temperature was high, and aluminum nitride was re-oxidized to alumina by oxygen.
[2]高熱伝導性材料の製造
以下の例において、複合シート中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量(体積%)は、熱重量分析計を用いて10℃/分で500℃まで昇温することにより、複合シート中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量を質量%として計測し、この値と窒化アルミニウムと樹脂の比重とから計算して得られた値である。
[2] Production of Highly Thermally Conductive Material In the following examples, the aluminum nitride fiber sheet content (volume %) in the composite sheet was determined by measuring the aluminum nitride fiber sheet content in the composite sheet in mass % by heating the sheet at 10°C/min up to 500°C using a thermogravimetric analyzer, and calculating from this value and the specific gravities of the aluminum nitride and resin.
[実施例2-1]
PVBをエタノールに固形分5.0質量%になるよう溶解し、窒化アルミニウムファイバーシートA24.9質量部に当該PVB溶液136質量部を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートAとPVBとのシート状複合体であるシートA1を得た。シートA1の厚さは、114μmであった。
シートA1について、熱重量分析計を用いて10℃/分で500℃まで昇温することにより、シートA1中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量を計測した。シートA1中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、54体積%であった。
シートA1の走査型電子顕微鏡観察から、シートA1において、窒化アルミニウムファイバーは連続繊維であり、長繊維が一定方向に配向した状態で複合されていたことを確認した。
[Example 2-1]
PVB was dissolved in ethanol to a solid content of 5.0 mass %, and 24.9 mass parts of aluminum nitride fiber sheet A were impregnated with 136 mass parts of the PVB solution. Water was removed under vacuum at 120° C. to obtain sheet A1, which was a sheet-like composite of aluminum nitride fiber sheet A and PVB. Sheet A1 had a thickness of 114 μm.
The aluminum nitride fiber sheet content in sheet A1 was measured by increasing the temperature of sheet A1 at 10° C./min to 500° C. The aluminum nitride fiber sheet content in sheet A1 was 54% by volume.
Observation of Sheet A1 with a scanning electron microscope confirmed that the aluminum nitride fibers in Sheet A1 were continuous fibers, and that the long fibers were compounded in a state where they were oriented in a fixed direction.
[実施例2-2]
PVBをエタノールに固形分5.0質量%になるよう溶解し、窒化アルミニウムファイバーシートB24.5質量部に当該PVB溶液200質量部を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートAとPVBとのシート状複合体であるシートB1を得た。シートB1の厚さは、106μmであった。
実施例2-1と同様の測定法からシートB1中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、45体積%であった。
シートB1の走査型電子顕微鏡写真を図7に示す。シートB1において、窒化アルミニウムファイバーは連続繊維であり、長繊維が一定方向に配向した状態で複合されていた。
[Example 2-2]
PVB was dissolved in ethanol to a solid content of 5.0 mass %, and 24.5 mass parts of aluminum nitride fiber sheet B were impregnated with 200 mass parts of the PVB solution. Water was removed under vacuum at 120° C. to obtain sheet B1, which was a sheet-like composite of aluminum nitride fiber sheet A and PVB. The thickness of sheet B1 was 106 μm.
The content of the aluminum nitride fiber sheet in the sheet B1 was 45% by volume, as determined by the same measurement method as in Example 2-1.
A scanning electron microscope photograph of the sheet B1 is shown in Fig. 7. In the sheet B1, the aluminum nitride fibers were continuous fibers, and the long fibers were compounded in a state where they were oriented in a certain direction.
[実施例2-3]
PVBをエタノールに固形分5.0質量%になるよう溶解し、窒化アルミニウムファイバーシートC25.1質量部に当該PVB溶液137質量部を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートCとPVBとのシート状複合体であるシートC1を得た。シートC1の厚さは、154μmであった。
実施例2-1と同様の測定法からシートC1中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、54体積%であった。
シートC1の走査型電子顕微鏡観察から、シートC1において、窒化アルミニウムファイバーは連続繊維であり、長繊維が一定方向に配向した状態で複合されていたことを確認した。
[Example 2-3]
PVB was dissolved in ethanol to a solid content of 5.0 mass %, and 137 mass parts of the PVB solution was impregnated into 25.1 mass parts of aluminum nitride fiber sheet C. Water was removed under vacuum at 120° C. to obtain sheet C1, which was a sheet-like composite of aluminum nitride fiber sheet C and PVB. The thickness of sheet C1 was 154 μm.
The content of the aluminum nitride fiber sheet in the sheet C1 was 54% by volume, as determined by the same measurement method as in Example 2-1.
Observation of sheet C1 with a scanning electron microscope confirmed that the aluminum nitride fibers in sheet C1 were continuous fibers, and that the long fibers were compounded in a state where they were oriented in a fixed direction.
[実施例2-4]
PVBをエタノールに固形分5.0質量%になるよう溶解し、窒化アルミニウムファイバーシートD25.5質量部に当該PVB溶液170質量部を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートDとPVBとのシート状複合体であるシートD1を得た。シートD1の厚さは、130μmであった。
実施例2-1と同様の測定法からシートD1中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、47体積%であった。
シートD1の走査型電子顕微鏡観察から、シートD1において、窒化アルミニウムファイバーは連続繊維であり、長繊維が一定方向に配向した状態で複合されていたことを確認した。
[Example 2-4]
PVB was dissolved in ethanol to a solid content of 5.0 mass %, and 170 mass parts of the PVB solution was impregnated into 25.5 mass parts of aluminum nitride fiber sheet D. Water was removed under vacuum at 120° C. to obtain sheet D1, which was a sheet-like composite of aluminum nitride fiber sheet D and PVB. Sheet D1 had a thickness of 130 μm.
The content of the aluminum nitride fiber sheet in the sheet D1 was 47% by volume, as determined by the same measurement method as in Example 2-1.
From the observation of Sheet D1 with a scanning electron microscope, it was confirmed that the aluminum nitride fibers in Sheet D1 were continuous fibers, and that the long fibers were compounded in a state where they were oriented in a certain direction.
[実施例2-5]
PVBをエタノールに固形分7.5質量%になるよう溶解し、窒化アルミニウムファイバーシートC24.8質量部に当該PVB溶液205質量部を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートCとPVBとのシート状複合体であるシートC2を得た。シートC2の厚さは、128μmであった。
実施例2-1と同様の測定法からシートC2中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、35体積%であった。
シートC2の走査型電子顕微鏡観察から、シートC2において、窒化アルミニウムファイバーは連続繊維であり、長繊維が一定方向に配向した状態で複合されていたことを確認した。
[Example 2-5]
PVB was dissolved in ethanol to a solid content of 7.5 mass %, and 205 mass parts of the PVB solution was impregnated into 24.8 mass parts of aluminum nitride fiber sheet C. Water was removed under vacuum at 120° C. to obtain sheet C2, which was a sheet-like composite of aluminum nitride fiber sheet C and PVB. The thickness of sheet C2 was 128 μm.
The content of the aluminum nitride fiber sheet in the sheet C2 was 35% by volume as measured by the same method as in Example 2-1.
Observation of Sheet C2 with a scanning electron microscope confirmed that the aluminum nitride fibers in Sheet C2 were continuous fibers, and that the long fibers were compounded in a state where they were oriented in a fixed direction.
[実施例2-6]
PVBをエタノールに固形分2.5質量%になるよう溶解し、窒化アルミニウムファイバーシートC24.7質量部に当該PVB溶液110質量部を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートCとPVBとのシート状複合体であるシートC3を得た。シートC3の厚さは、189μmであった。
実施例2-1と同様の測定法からシートC3中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、73体積%であった。
シートC3の走査型電子顕微鏡写真を図8に示す。シートC3において、窒化アルミニウムファイバーは連続繊維であり、長繊維が一定方向に配向した状態で複合されていた。
[Example 2-6]
PVB was dissolved in ethanol to a solid content of 2.5 mass %, and 110 mass parts of the PVB solution was impregnated into 24.7 mass parts of aluminum nitride fiber sheet C. Water was removed under vacuum at 120° C. to obtain sheet C3, which was a sheet-like composite of aluminum nitride fiber sheet C and PVB. Sheet C3 had a thickness of 189 μm.
The content of the aluminum nitride fiber sheet in the sheet C3 was 73% by volume, as determined by the same measurement method as in Example 2-1.
A scanning electron microscope photograph of Sheet C3 is shown in Fig. 8. In Sheet C3, the aluminum nitride fibers were continuous fibers, and the long fibers were compounded in a state where they were oriented in a certain direction.
[実施例2-7]
PVBをエタノールに固形分20質量%になるよう溶解し、窒化アルミニウムファイバーシートF22.0質量部に当該PVB溶液110質量部を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートFとPVBとのシート状複合体であるシートF1を得た。シートF1の厚さは、120μmであった。
実施例2-1と同様の測定法からシートF1中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、25体積%であった。
シートF1の走査型電子顕微鏡観察からシートF1において、窒化アルミニウムファイバーは連続繊維であり、長繊維が無配向な状態で複合されていた。
[Example 2-7]
PVB was dissolved in ethanol to a solid content of 20 mass %, and 110 mass parts of the PVB solution was impregnated into 22.0 mass parts of an aluminum nitride fiber sheet F. Water was removed under vacuum at 120° C. to obtain a sheet F1, which was a sheet-like composite of the aluminum nitride fiber sheet F and PVB. The thickness of the sheet F1 was 120 μm.
The content of the aluminum nitride fiber sheet in the sheet F1 was 25% by volume, as determined by the same measurement method as in Example 2-1.
Observation of sheet F1 with a scanning electron microscope revealed that the aluminum nitride fibers in sheet F1 were continuous fibers, and the long fibers were compounded in a non-oriented state.
[実施例2-8]
PVAを蒸留水に固形分10質量%になるよう溶解し、窒化アルミニウムファイバーシートHに当該PVA溶液を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートHとPVAとのシート状複合体であるシートH1を得た。シートH1の厚さは、60μmであった。
シートH1について、熱重量分析計を用いて10℃/分で500℃まで昇温することにより、シートH1中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量を計測した。シートH1中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、25体積%であった。
[Example 2-8]
PVA was dissolved in distilled water to a solid content of 10 mass %, and the PVA solution was impregnated into an aluminum nitride fiber sheet H. Water was removed at 120° C. under vacuum to obtain a sheet H1, which was a sheet-like composite of the aluminum nitride fiber sheet H and PVA. The thickness of the sheet H1 was 60 μm.
The sheet H1 was heated to 500° C. at a rate of 10° C./min using a thermogravimetric analyzer to measure the content of the aluminum nitride fiber sheet in the sheet H1. The content of the aluminum nitride fiber sheet in the sheet H1 was 25% by volume.
[実施例2-9]
シリコーン樹脂をトルエンで7分の1に希釈した溶液(固形分10質量%)を調製し、窒化アルミニウムファイバーシートH25.0質量部に当該希釈溶液240.0質量部を含浸させた。150℃でトルエンの除去とシリコーン樹脂の加熱硬化とを行い、窒化アルミニウムファイバーシートHとシリコーン樹脂とのシート状複合体であるシートH2を得た。シートH2の厚さは、110μmであった。また、シートH2中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、25体積%と計算された。
[Example 2-9]
A solution (
[実施例2-10]
PUエマルションを3分の1にエタノールで希釈した溶液(固形分10質量%)を調製し、窒化アルミニウムファイバーシートHに当該希釈溶液を含浸させた。真空下、120℃で水の除去を行い、窒化アルミニウムファイバーシートHとPUとのシート状複合体であるシートH3を得た。シートH3の厚さは、59μmであった。
シートH3について、熱重量分析計を用いて10℃/分で500℃まで昇温することにより、シートH3中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量を計測した。シートH3中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、27体積%であった。
[Example 2-10]
The PU emulsion was diluted with ethanol by one-third to prepare a solution (solid content: 10 mass%), and the aluminum nitride fiber sheet H was impregnated with the diluted solution. Water was removed under vacuum at 120° C. to obtain a sheet-like composite of the aluminum nitride fiber sheet H and PU, sheet H3. The thickness of sheet H3 was 59 μm.
The aluminum nitride fiber sheet content in Sheet H3 was measured by increasing the temperature of Sheet H3 to 500° C. at 10° C./min using a thermogravimetric analyzer. The aluminum nitride fiber sheet content in Sheet H3 was 27% by volume.
[実施例2-11]
ガラス容器に、トリグリシジルイソシアヌレート5.0質量部、フェノールノボラック樹脂5.2質量部及びNMP92.0質量部を加え、60℃で加熱攪拌した。該NMP溶液を室温に冷却し、2-エチル-4-メチルイミダゾール0.050質量部を添加し、攪拌することで、固形分10質量%のNMP溶液を作製した。窒化アルミニウムファイバーシートH27.0質量部に当該NMP溶液340質量部を含浸させた。100℃で5分間、その後180℃で1時間加熱することで、窒化アルミニウムファイバーシートとエポキシ樹脂のシート状複合体であるシートH4を得た。シートH4の厚さは、41μmであった。また、シートH4中の窒化アルミニウムファイバーシート含有量は、25体積%と計算された。
[Example 2-11]
In a glass container, 5.0 parts by mass of triglycidyl isocyanurate, 5.2 parts by mass of phenol novolac resin, and 92.0 parts by mass of NMP were added and heated and stirred at 60°C. The NMP solution was cooled to room temperature, and 0.050 parts by mass of 2-ethyl-4-methylimidazole was added and stirred to prepare an NMP solution with a solid content of 10% by mass. 27.0 parts by mass of aluminum nitride fiber sheet H was impregnated with 340 parts by mass of the NMP solution. The sheet was heated at 100°C for 5 minutes and then at 180°C for 1 hour to obtain sheet H4, which is a sheet-like composite of aluminum nitride fiber sheet and epoxy resin. The thickness of sheet H4 was 41 μm. The aluminum nitride fiber sheet content in sheet H4 was calculated to be 25% by volume.
[比較例2-1]
PVAを蒸留水に固形分10質量%になるよう溶解し、シリコーンシート上に滴下した。室温で一晩乾燥させた後、120℃で水の除去とPVAの加熱硬化とを行い、窒化アルミニウムファイバーシートを含まないPVAシートK1を得た。シートK1の厚さは109μmであった。
[Comparative Example 2-1]
PVA was dissolved in distilled water to a solid content of 10% by mass, and the solution was dropped onto a silicone sheet. After drying overnight at room temperature, water was removed and the PVA was heat-cured at 120° C. to obtain a PVA sheet K1 that did not contain an aluminum nitride fiber sheet. The thickness of the sheet K1 was 109 μm.
[比較例2-2]
シリコーン樹脂をトルエンで7分の1に希釈したトルエン溶液(固形分10質量%)を調製し、シリコーンシート上に滴下した。室温で一晩乾燥させた後、150℃でトルエンの除去とシリコーン樹脂の加熱硬化とを行い、窒化アルミニウムファイバーシートを含まないシリコーンシートK2を得た。シートK2の厚さは111μmであった。
[Comparative Example 2-2]
A toluene solution (
[比較例2-3]
PUエマルションを3分の1に希釈した水溶液(固形分10質量%)を調製し、シリコーンシート上に滴下した。室温で一晩乾燥させた後、150℃でトルエンの除去とPUの加熱硬化とを行い、窒化アルミニウムファイバーシートを含まないPUシートK3を得た。シートK3の厚さは126μmであった。
[Comparative Example 2-3]
The PU emulsion was diluted by one third to prepare an aqueous solution (
[比較例2-4]
PVBをエタノールに固形分10重量%になりよう溶解した水溶液を調製し、シリコーンシート上に滴下した。室温で一晩乾燥させた後、120℃でエタノールの除去とPVBの加熱硬化とを行い、窒化アルミニウムファイバーシートを含まないPVBシートK4を得た。シートK4の厚さは105μmであった。
[Comparative Example 2-4]
An aqueous solution of PVB was prepared by dissolving it in ethanol to a solid content of 10% by weight, and the solution was dropped onto a silicone sheet. After drying overnight at room temperature, the ethanol was removed and the PVB was heat-cured at 120°C to obtain a PVB sheet K4 that did not contain an aluminum nitride fiber sheet. The thickness of the sheet K4 was 105 μm.
[3]高熱伝導性材料の評価
[実施例3-1~3-11]
実施例2-1~2-11で得られたシートについて、熱拡散率測定装置を用いて、熱拡散率を測定した。熱拡散率から熱伝導率への計算は、窒化アルミニウムの比重3,300kg/m3、窒化アルミニウムの比熱725J/kg℃、PVBの比重1,100kg/m3、PVBの比熱1,968J/kg℃、PU樹脂の比重1,200kg/m3、PU樹脂の比熱1,900J/kg℃、PVAの比重1,250kg/m3、PVAの比熱1,968J/kg℃、シリコーン樹脂の比重1,060kg/m3、シリコーン樹脂の比熱1,200J/kg℃、エポキシ樹脂の比重1,400kg/m3、エポキシ樹脂の比熱1,400J/kg℃を用いた。シートにおけるそれぞれの含有量からシートの比重と比熱の計算を行った。
[3] Evaluation of high thermal conductive materials [Examples 3-1 to 3-11]
The thermal diffusivity of the sheets obtained in Examples 2-1 to 2-11 was measured using a thermal diffusivity measuring device. The calculation of thermal conductivity from thermal diffusivity used the following: specific gravity of aluminum nitride 3,300 kg/m 3 , specific heat of aluminum nitride 725 J/kg°C, specific gravity of PVB 1,100 kg/m 3 , specific heat of PVB 1,968 J/kg°C, specific gravity of PU resin 1,200 kg/m 3 , specific heat of PU resin 1,900 J/kg°C, specific gravity of PVA 1,250 kg/m 3 , specific heat of PVA 1,968 J/kg°C, specific gravity of silicone resin 1,060 kg/m 3 , specific heat of silicone resin 1,200 J/kg°C, specific gravity of epoxy resin 1,400 kg/m 3 , specific heat of epoxy resin 1,400 J/kg°C. The specific gravity and specific heat of the sheet were calculated from the respective contents in the sheet.
実施例2-1~2-11で得られたシートについて、熱拡散率の測定及び熱伝導率の計算を行った。表1に、ファイバーに平行方向の熱伝導率(4箇所の平均値)、ファイバーに直角方向の熱伝導率(4箇所の平均値)、無配向なファイバーが複合されたシートの平面方向の熱伝導率(4か所の平均)、シート厚さ方向の熱伝導率(6箇所の平均値)を示す。 Thermal diffusivity was measured and thermal conductivity was calculated for the sheets obtained in Examples 2-1 to 2-11. Table 1 shows the thermal conductivity parallel to the fibers (average of four locations), the thermal conductivity perpendicular to the fibers (average of four locations), the thermal conductivity in the planar direction of the sheet containing non-oriented fibers (average of four locations), and the thermal conductivity in the thickness direction of the sheet (average of six locations).
表1に示した結果より、本発明の高熱導電性材料は、7.0W/mK以上の高熱伝導率を示した。 The results shown in Table 1 show that the highly thermally conductive material of the present invention exhibits a high thermal conductivity of 7.0 W/mK or more.
[比較例3-1~3-4]
比較例2-1~2-4で得られたシートについて、熱拡散率の測定及び熱伝導率の計算を行った。表2に、シートの平面方向の熱伝導率(4か所の平均)、シート厚さ方向の熱伝導率(6箇所の平均値)を示す。
[Comparative Examples 3-1 to 3-4]
The thermal diffusivity was measured and the thermal conductivity was calculated for the sheets obtained in Comparative Examples 2-1 to 2-4. Table 2 shows the thermal conductivity in the planar direction of the sheet (average of four locations) and the thermal conductivity in the thickness direction of the sheet (average of six locations).
[実施例4-1]
実施例2-1で得られたシートについて超絶縁抵抗計を用いて体積抵抗率の測定を行った。得られた体積抵抗率(3回の平均値)は、1.0×1015Ω・cmであった。PVBと窒化アルミニウムはいずれも電気絶縁性であることから、複合体も充分な電気絶縁性を示したと考えられる。
[Example 4-1]
The volume resistivity of the sheet obtained in Example 2-1 was measured using an insulation resistance meter. The volume resistivity obtained (average of three measurements) was 1.0 x 10 15 Ω·cm. Since both PVB and aluminum nitride are electrically insulating, it is believed that the composite also exhibited sufficient electrical insulation.
1 電圧供給装置
2 金属ノズル
3 ドラム型コレクタ
4 紡糸距離
1
Claims (14)
前記窒化アルミニウムファイバーシートが、高熱伝導性材料中10~75体積%含まれ、熱伝導率が、7.0W/mK以上である高熱伝導性材料。 A highly thermally conductive material comprising an aluminum nitride fiber sheet made of continuous aluminum nitride fibers having a specific surface area of 30 m2 /g or less and a resin,
The highly thermally conductive material contains the aluminum nitride fiber sheet at a volume ratio of 10 to 75% and has a thermal conductivity of 7.0 W/mK or more.
Applications Claiming Priority (2)
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