JPS6314726B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、熱伝導性の優れた可変形熱放散材
組成物に関し、詳しくは、あらゆる形状をした発
熱機器、装置との装着性に優れ、しかも接触熱抵
抗が小さく、かつ熱伝導性の優れた可変形熱放散
材組成物に関するものである。 熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂あるいはこれ
らの樹脂を有機溶剤に溶解させた樹脂液または、
粘稠なシリコーングリースなどに熱伝導性の優れ
たフイラーを多量に混合した熱伝導性材料が市販
されていることはよく知られている。これらの熱
伝導性材料は、各種の機械装置や電気・電子機器
および部品などの作動中に発生する過剰な熱をシ
ヤフトやフレームあるいは熱放散のためのヒート
シンクなどへ導くために使用されている。 しかし、前記の市販熱伝導性材料は、個々に大
きな欠点を有しており、種々の発熱体への適用が
不可能であり、使用範囲が限定されているのが実
情である。 例えば、熱可塑性樹脂をマトリツクスにした熱
伝導性材料は、熱可塑性樹脂の融点以上の発熱量
を持つ機器や装置に用いた場合、熱伝導性材料が
溶融し流動するため、使用温度に限界がある。ま
た、耐薬品性や耐溶剤性も劣る。さらに、熱可塑
性樹脂に熱伝導性フイラーを混入させる場合、熱
可塑性樹脂の溶融粘度が高いため、熱伝導性フイ
ラーの混入量は少量となり、熱伝導性の低いもの
しか得られないという欠点を有している。 一方、熱硬化性樹脂を用いた熱伝導性材料は、
高温下で流動するような欠点がなく、また硬化前
は液状樹脂が多いため、熱伝導性フイラーも多量
に混入できる。しかし、硬化後の硬度が高い樹脂
（例えばエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂
など）を用いた場合には、柔軟性を要する機器や
部品への適用は不可能である。さらに、熱伝導性
材料との接触面が不均一の場合には、接触熱抵抗
をできるだけ小さくするため、熱硬化性の液状樹
脂と熱伝導性フイラーの混合物を注型または注入
する方法もあるが、この場合には、混合物が液状
であることが条件となるため、熱伝導性フイラー
の混合量が少なくなり、熱伝導性が低下するなど
の欠点がある。 また、弾性を有する熱硬化性樹脂（例えばシリ
コーンゴム，加硫ゴムなど）と熱伝導性フイラー
の混合物は、柔軟性に富み各種発熱体への装着も
容易であるが、寸法や形状が異なる突起物を持つ
発熱体や面精度の粗い発熱体、さらには発熱体表
面に狭い隙間を持つ発熱体に装着させる場合、弾
性樹脂の反発弾性によつて発熱体と密着しない部
分ができ、この結果、接触熱抵抗が増大し、熱伝
導性を著しく低下させる。 第１図の各図は、市販の熱伝導性ゴムシートを
用いた応用例であり、これら図中、１は熱伝導性
ゴムシート、２ａ，２ｂ，２ｃは表面形状および
寸法が互に異なる発熱体、３は金属フレームなど
の冷却部分を示す。第１図ａ１，ｂ１，ｃ１の状
態から第１図ａ２，ｂ２，ｃ２に示すように熱伝
導性ゴムシート１を発熱体２ａ，２ｂ，２ｃに確
実に密着させるためには、Ｐで示した圧力（締め
付け力）が必要であり、発熱体２ａ，２ｂ，２ｃ
表面の突起物の寸法差が大きくなるほど高い圧力
が必要となる。 そして、突起物の寸法差が１mm程度になると、
熱伝導性シートのマトリツクスを破壊させるほど
の圧力が必要となる。また、発熱体と常に密着し
た状態を保つためには、圧力Ｐが均一に加わるよ
うに考慮しなければならない。 第１図の各図に示す熱伝導性ゴムシートを発熱
体表面に確実に密着させて熱伝導性を向上させる
には、ゴムシートのマトリツクスを破壊するよう
な圧力で締め付けるか、または密着しない部分に
熱伝導性グリースなどの充填物を介在させるなど
の方法があるが、いずれも好ましい方法とはいえ
ない。例えば、外圧によつて故障が生じる精密機
器や装置あるいは電気・電子機器または部品など
への適用は避けはければならない。また、グリー
スなどの充填物を用いた場合には、作業性の低下
や熱によるグリースの流動が大きな欠点となる。 また、前述した有機溶剤を用いたコーテイング
可能な熱伝導性材料は、数十ミクロン程度の隙間
や凸凹をコーテイングによつて平滑にすることが
できるが１mm程度以上の隙間になると、何度もコ
ーテイングしなければならない。さらに、有機溶
剤を使用する場合には、作業環境が問題となるた
め、好ましい方法とはいい難い。 この発明の発明者らは、前述した各種の熱伝導
性材料の欠点を一掃し、あらゆる発熱体への装着
が可能であり、しかも接触熱抵抗がきわめて小さ
い熱放散材料を得る目的で、鋭意研究を重ねた結
果、前記目的が十分に達成できる可変形熱放散材
組成物を得ることに成功した。 すなわち、この発明は、融点が−20〜130℃の
範囲にあつて分子量1000〜4000のポリヒドロキシ
ブタジエン重合体の水素添加物100重量部と、分
子量が500〜5000の範囲にある低分子量ポリオレ
フイン化合物10〜60重量部との混合物を主剤と
し、その硬化剤として分子内に1.5個以上のイソ
シアネート基を有するイソシアネート化合物を用
いた熱硬化性樹脂100重量部に対し、熱伝導性フ
イラー50〜1500重量部を配合してなることを特徴
とする可変形熱放散材組成物を要旨とするもので
ある。 この発明に用いる熱硬化性樹脂組成物は、室温
で弾性に富み、しかも、130℃以下の温度で加熱
することによつて弾性率が極端に低くなるもので
ある。すなわち、第２図線Ａに示すシリコーンゴ
ムの温度による弾性率変化に対し、この発明に用
いる熱硬化性樹脂組成物は第２図の曲線Ｂのよう
な特性をもつものである。 したがつて、この発明の熱硬化性樹脂は、発熱
体などへ装着する場合に、加熱することによつて
非常に小さな圧力で発熱体と密着し、かつ発熱体
の表面がどのような形状をしていても、すべての
面に密着する優れた性質を有している。さらに、
該熱硬化性樹脂組成物の硬化物は、変形させた状
態で冷却すれば、変形した形状を保ち、再度加熱
すれば変形前の形状に戻るという優れた性質を併
せ持つている。 この発明に用いる特定の熱硬化性樹脂組成物
は、分子量1000〜4000のポリヒドロキシブタジエ
ン重合体の水素添加物100重量部に対し、分子量
が500〜5000の範囲にある低分子量ポリオレフイ
ン化合物10〜60重量部を加えた混合物、およびそ
の硬化剤として分子内に1.5個以上のイソシアネ
ート基を有するイソシアネート化合物によつて構
成される。また、分子量が500〜5000の範囲にあ
る低分子量ポリオレフイン化合物としては、前記
分子量範囲にある低分子量ポリエチレン、または
ポリプロピレンが好適である。 さらに、前記混合物の硬化剤として用いる多官
能イソシアネート化合物としては、分子内に1.5
個以上のイソシアネート基を有するイソシアネー
ト化合物であればいずれも用いることができ、例
えば、エチレンジイソシアネート、プロピレンジ
イソシアネート、テトラメチレンジイソシアネー
ト、ペンタメチレンジイソシアネート、オクタメ
チレンジイソシアネート、３―イソシアネートメ
チル―３，５，５―トリメチルシクロヘキシルイ
ソシアネート、シクロヘキシレン１，４―ジイソ
シアネート、２，４―トルエンジイソシアネー
ト、２，６―トルエンジイソシアネート、キシリ
レン―１，４―ジイソシアネート、キシリレン―
１，３―ジイソシアネート、４，4′―ジフエニル
メタンジイソシアネート、ｍ―フエニレンジイソ
シアネート、ｐ―フエニレンジイソシアネート、
ナフチレン―１，４―ジイソシアネート、ｐ，
p′，p″―トリフエニルメタントリイソシアネー
ト、ジフエニル―４，６，4′―トリイソシアネー
トなどの単独または２種以上の混合物を用いるこ
とができる。 ポリヒドロキシブタジエン重合体の水素添加物
および低分子量ポリオレフイン化合物、さらに硬
化剤として用いるイソシアネート化合物の配合割
合は、ポリヒドロキシブタジエン重合体の水素添
加物100重量部と低分子量ポリオレフイン化合物
10〜60重量部を加えた混合物に対し、イソシアネ
ート化合物をポリヒドロキシブタジエン重合体の
水素添加物の水酸基に対しモル比が0.6〜1.1の範
囲で調整する。前記配合割合よりも、低分子量ポ
リオレフインの量が少ない場合には、加熱時の物
理的性質の変化が非常に小さくなり、この発明に
用いる特定の熱硬化性樹脂組成物の利点を失な
い、また、過剰の場合には、硬化物の強度が著し
く低下し、加熱時に低分子量ポリオレフインが流
動したり、発熱体表面に付着し汚損させるため好
ましくない。さらに、ポリヒドロキシブタジエン
重合体の水素添加物とイソシアネート化合物のモ
ル比は、イソシアネート化合物が0.6モル以下の
場合には、硬化物が粘着性を有し、200℃以上の
高温になると小さな圧力でも流動するため好まし
くなく、モル比が1.1以上の場合には、硬化物の
弾性率が高くなるため、この発明の目的である発
熱体への密着性が低下するため好ましくない。ポ
リヒドロキシブタジエン重合体の水素添加物とイ
ソシアネート化合物のモル比は、次に述べる熱伝
導性フイラーの添加量によつて前記範囲内で選ば
れるものであり、熱伝導性フイラーの少量の場合
には、硬化物の粘着性を防ぐため、モル比の高い
領域を選び、熱伝導性フイラーが多量に添加され
た場合には硬化物の弾性率を下げるためモル比の
低い領域を選ぶ方が好ましい。 この発明に用いる熱伝導性フイラーは、熱伝導
性を付与するために用いられるものであつて、粉
末あるいは繊維状の銀、アルミニウム、銅、亜
鉛、タングステンなどの純金属または合金、ある
いはベリリウム、アルミニウム、亜鉛、珪素、マ
グネシウム、チタンなどの金属酸化物、さらにカ
ーボンブラツク、弗素樹脂粉末、ボロンナイトラ
イド、シリコンカーバイド、窒化珪素、アリル尿
素などを用いることができる。 これらの熱伝導性フイラーは、平均粒径が100
ミクロン以下の粉末状あるいは繊維長さが５ミリ
メートル以下の繊維状のものが好ましい。しか
し、この発明では、熱伝導性フイラーの粒径や繊
維長をとくに限定する必要はなく、この発明の実
施上本質的な問題とはならない。 この発明に使用する熱伝導性フイラーの添加量
は、前記熱硬化性樹脂100重量部に対し50〜1500
重量部であるが、熱伝導性フイラーの種類および
熱硬化性樹脂の硬化前の粘度によつて変えること
ができる。すなわち、熱伝導性フイラーの添加量
は、可変形熱放散材組成物に望まれる熱伝導性に
よつて決定されるものであり、50重量部以下の場
合、熱伝導性が低すぎるため放熱効果が小さく、
また、1500重量部以上になると、前記熱硬化性樹
脂中に均一に分散せず硬化物も非常にもろいもの
となるため、前記範囲が限界となる。この発明の
実施において、前記熱伝導性フイラーの添加量は
150〜800重量部の範囲が最も好ましい。 また、この発明の可変形熱放散材組成物には、
硬化反応を捉進させるための触媒、着色のための
顔料さらには、補強材としてガラスクロス、ガラ
スマツト、不織布、金属板（フイン形状）、カー
ボンクロス、カーボンマツトなどを使用すること
ができる。 次に、この発明の可変形熱放散材組成物の製造
方法について説明する。先ず、ポリヒドロキシブ
タジエン重合体の水素添加物と低分子量ポリオレ
フイン化合物の所定量を80〜150℃の温度で加熱
し、次いで熱伝導性フイラー、および着色剤など
の所定量を加える。熱伝導性フイラーが均一に分
散するように、ニーダーまたは真空加熱撹拌機で
十分に混合する。２〜３時間混合した後、所定量
のイソシアネート化合物からなる硬化剤を加え、
数分間混合し、ただちに室温まで冷却する。冷却
した混合物を２本ロールまたは３本ロールを通し
て熱伝導性フイラーを均一に分散させる。この混
合物を離型紙やプラスチツクフイルムに挾み、所
望の形状に成形する。成形にはカレンダーロール
や成形プレスを用いるのが好ましい。成形温度
は、室温〜100℃の範囲で行なう。また、成形時
に前述したガラスクロス、金属板などの補強材を
同時にサンドイツチすることができる。成形した
混合物は、離型紙等に挾んだ状態で、室温または
100℃以下の温度で数日間放置し、用いた熱硬化
性樹脂を十分に硬化させ、製品である可変形熱放
散材組成物を得る。 前述の方法によつて得られたこの発明の可変形
熱放散材組成物１１は、第３図ａに示すように、
50℃から130℃以下の温度で加熱すれば、弾性率
が極端に小さくなるため、非常に小さな圧力で自
由に変形する性質を持つ。したがつて、この状態
で発熱体１２に対して押圧すれば、第３図ｂに示
すような複雑な形状を持つた発熱体１２の表面全
体に密着し、熱放散の効率が極めて高いものとな
る。また、この発明の可変形熱放散材組成物１１
は、室温で発熱体１２から脱離すれば、第３図ｃ
に示すように、発熱体１２の形状がそのまま転写
されており、発熱体との密着性、装着性が優れて
いることがわかる。さらに、この発明の可変形熱
放散材組成物１１は、再加熱すれば、第３図ｄに
示すように、もとの形状に戻るという利点を併せ
持つている。なお、第３図ａないしｄ中、１３は
金属フレームなどの冷却部分である。 この発明による可変形熱放散材組成物は、各種
の機械装置や電気機器、電子機器などの冷却にき
わめて効果が高く、しかも、装着性に優れ、高温
下でも流動しないという効果を持つており、また
このため、広範囲の発熱体への使用が可能であ
る。 この発明を、さらに具体的に説明するため、実
施例について述べる。 実施例 １ 平均分子量約850のポリヒドロキシ化合物（ダ
イセル化学(株)製、商品名Placcel308、水酸基価
195）100部（重量部以下同じ）と分子量約5000の
低分子量ポリオレフイン（三洋化成(株)製、商品名
サンワツクス161―Ｐ）50部を真空加熱撹拌機の
容器に投入し、次いで平均粒径30ミクロンの酸化
アルミニウム650部を前記容器に入れ、90℃で加
熱撹拌を行なつた。約１mmＨｇの減圧下、120℃
で約１時間撹拌を行なつた。容器を常圧に戻し
４，4′―ジフエニルメタンジイソシアネート39.2
部を添加し、１mmＨｇ下で約４分間混合した後、
混合物を容器から取り出し室温まで急冷させた。
急冷した混合物を室温で３本ロールを２回通し、
酸化アルミニウムを均一に分散させた。この混合
物を、３mmのスペーサーを挿入した離型紙に挾
み、110℃で20分間プレス成形し、シート状の可
変形熱放散材組成物を得た。このシート状の可変
形熱放散材組成物の熱伝導率は1.35Kcal／ｍ・
hr・℃であり、加熱時の硬度は60℃で急激に変化
した。すなわち、前記シートを90℃に加熱し発熱
体表面に押し当てると、発熱体表面に小さな力で
確実に密着することが明らかとなつた。 実施例 ２ 平均分子量約2000のポリヒドロキシ化合物（ダ
イセル化学(株)製、商品名Placcel220、水酸基価
56）100部と、分子量約2000の低分子量ポリオレ
フイン（三洋化成(株)製、商品名サンワツクス151
―Ｐ）30部と、酸化亜鉛822部を実施例１と同様
の方法で真空加熱撹拌を行なつた後、硬化剤とし
て２，４―トルエンジイソシアネート7.0部を加
え、５分間真空混合した。その後、実施例１と同
様の方法で３mmの可変形熱放散材組成物を得た。
このシートの熱伝導率は2.98Kal／ｍ・hr・℃で
あり、硬化の温度特性は、室温が78であり90℃で
16に急激に変化した。 実施例 ３ 平均分子量約3000のポリヒドロキシブタジエン
重合体の水素添加物（三菱化成(株)製、商品名ポリ
テールＨ、水酸基価45）100部と、分子量約1500
の低分子量ポリオレフイン（三洋化成(株)製、商品
名サンワツクス171―Ｐ）10部と、酸化マグネシ
ウム638部を実施例１と同様の方法で混合し、次
いで硬化剤として３―イソシアネートメチル―
３，５，５―トリメチルシクロヘキシルイソシア
ネート6.23部を加え、10分間真空混合した後、混
合物を容器から取り出し、室温まで急冷させた。
急冷した混合物を３本ロールに２回通し酸化マグ
ネシウムを均一に分散させた後、この混合物を離
型紙に挾みながら、カレンダーロールを通して厚
さ２mmのシートに成形した。このシートを約１週
間室温で放置させて硬化反応を完了させた。前記
方法によつて得たシート状の可変形熱放散材組成
物は、後記第１表のような特性を有していた。

【表】 実施例 ４ 平均分子量約2000のポリヒドロキシ化合物（三
菱化成(株)製、商品名ポリテールHA、水酸基価
50）100部と、分子量約3500の低分子量ポリオレ
フイン（三洋化成(株)製、商品名サンワツクス131
―Ｐ）40部と、平均粒径60ミクロンのアルミニウ
ム粉末518部を実施例１と同様の方法で真空混合
した後、硬化剤として２，４―トルエンジイソシ
アネート8.5部を加え５分間真空混合した。次い
で、実施例３と同様の方法でカレンダーロールを
通して厚さ２mmのシートに成形した後、厚さ１mm
のアルミニウム板に貼り合せ、可変形熱放散材と
アルミニウム板のコンポジツトを得た。このコン
ポジツトを室温で１週間放置し完全硬化させた。
このコンポジツトの熱伝導率は69.9Kcal／ｍ・
hr・℃であり、また、このコンポジツトを80℃に
加熱し、高さ0.5mm、幅１mmの間隔で凸凹のある
発熱体表面に押し当てたところ、発熱体の全ての
表面に密着した。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ１，ｂ１，ｃ１は市販熱伝導性ゴムシ
ートを互に異なつた発熱体へ装着する以前の断面
図、第１図ａ２，ｂ２，ｃ２は同装着した後の第
１図ａ１，ｂ１，ｃ１にそれぞれ相当する断面
図、第２図はこの発明の可変形熱放散材組成物お
よび市販熱伝導性ゴムシートの弾性率―温度依存
曲線を示す図、第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄはこの発明
による可変形熱放散材組成物使用について説明す
るための互いに異なつた状態の断面図である。 １…熱伝導性ゴムシート、２ａ，２ｂ，２ｃ…
発熱体、３…冷却部分、１１…可変形熱放散材組
成物、１２…発熱体、１３…冷却部分。なお、図
中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 融点が−20〜130℃の範囲にあつて分子量
   1000〜4000のポリヒドロキシブタジエン重合体の
   水素添加物100重量部と、分子量が500〜5000の範
   囲にある低分子量ポリオレフイン化合物10〜60重
   量部との混合物を主剤とし、その硬化剤として分
   子内に1.5個以上のイソシアネート基を有するイ
   ソシアネート化合物を用いた熱硬化性樹脂100重
   量部に対し、熱伝導性フイラー50〜1500重量部を
   配合してなることを特徴とする可変形熱放散材組
   成物。 ２ 低分子量ポリオレフイン化合物として、分子
   量800〜5000の低分子量ポリプロピレンを用いる
   特許請求の範囲第１項記載の可変形熱放散材組成
   物。 ３ 低分子量ポリオレフイン化合物として、分子
   量1000〜5000の低分子量ポリエチレンを用いる特
   許請求の範囲第１項記載の可変形熱放散材組成
   物。 ４ 熱伝導性フイラーが粉末または繊維状の金属
   である特許請求の範囲第１項、第２項または第３
   項記載の可変形熱放散材組成物。 ５ 熱伝導性フイラーが金属酸化物である特許請
   求の範囲第１項、第２項または第３項記載の可変
   形熱放散材組成物。