(57)【要約】【課題】柔軟性を有し、かつ、高い熱伝導率を有する熱伝導シートおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】塩素化ポリエチレン１００質量部に対し、平均粒径１５〜６００μｍのグラファイトを４００〜７３０質量部配合した組成物を圧延ロール成形した、厚さ０．１〜２．０ｍｍの熱伝導シートによる。該熱伝導シートは、上記組成物を混練した後、厚さ０．１〜２．０ｍｍに圧延ロール成形される。また、前記製造方法で厚さ０．１〜０．５ｍｍに成形した薄層シートを複数枚重ねて熱プレス成形または圧延ロール成形して、厚さ０．５〜２．０ｍｍのシートとしてもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素化ポリエチレン１００質量部に対し、平均粒径１５〜６００μｍのグラファイトを４００〜７３０質量部配合した組成物からなり、厚さ０．１〜２．０ｍｍの熱伝導シート。
【請求項２】
前記組成物に、さらに難燃剤を配合することを特徴とする請求項１に記載の熱伝導シート。
【請求項３】
前記難燃剤が水酸化マグネシウムであり、前記塩素化ポリエチレン１００質量部に対して５０〜１３０質量部を配合してなることを特徴とする請求項２に記載の熱伝導シート。
【請求項４】
塩素化ポリエチレン１００質量部に対して、平均粒径１５〜６００μｍのグラファイトを４００〜７３０質量部を配合し、配合した組成物を混練した後、圧延ロール成形により厚さ０．１〜２．０ｍｍにシート化することを特徴とする熱伝導シートの製造方法。
【請求項５】
塩素化ポリエチレン１００質量部に対して、平均粒径１５〜６００μｍのグラファイトを４００〜７３０質量部配合し、配合した組成物を混練した後、圧延ロール成形により厚さ０．１〜０．５ｍｍに薄層シート化し、該薄層シートを複数枚重ねて熱プレス成形または圧延ロール成形により厚さ０．５〜２．０ｍｍにラミネートすることを特徴とする熱伝導シートの製造方法。
【請求項６】
前記組成物に、さらに難燃剤を配合することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の熱伝導シートの製造方法。
【請求項７】
前記難燃剤が水酸化マグネシウムであり、前記塩素化ポリエチレン１００質量部に対して５０〜１３０質量部を配合することを特徴とする請求項６に記載の熱伝導シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピューターのＣＰＵや発光ダイオード等の電子部品からなる発熱体の放熱用または床暖房あるいは融雪に用いられる熱伝導シートに関し、特に面方向への熱伝導特性に優れ、柔軟性のある熱伝導シート及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品から発生する熱を効率よく放出し、電子部品の過熱を防止するために、発熱源である電子部品に接触するように柔軟性のある熱伝導材を配置することが行われている。
【０００３】
近年、ＣＰＵの高速化やＬＥＤ照明の高輝度化に伴う発熱量の増加に対応するため、高い熱伝導率を有する熱伝導材が必要とされている。この熱伝導材としては、ゴム、樹脂等の母材中に、セラミックス、グラファイト、金属等からなる充填材を分散させたものが使用されてきた。
【０００４】
たとえば、シリコーンゴム組成物にグラファイトを充填した熱伝導シート（特許文献１）、エチレンプロピレン系ゴムにグラファイトを充填した熱伝導シート（特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２９８４３３号公報
【特許文献２】特開２００２−３６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の熱伝導シートは、シリコーンゴムへ充填可能なグラファイトの量が少なすぎるという問題があり、得られる熱伝導シートの熱伝導率の値は１．９Ｗ／ｍＫ程度である。また、特許文献２に記載の熱伝導シートも、グラファイトを高充填するために大量のプロセスオイルを用いているが、得られる熱伝導シートの熱伝導率の値は４．５Ｗ／ｍＫ程度で、やはり十分な熱伝導効果とはいえなかった。また、経時的にプロセスオイルがシート表面にブリードしてしまうという問題も生じていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、高い熱伝導率を有する熱伝導シートおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱伝導シートは、塩素化ポリエチレン１００質量部に対して、平均粒径１５〜６００μｍのグラファイトを４００〜７３０質量部配合した組成物からなり、厚さが０．１〜２．０ｍｍであることを特徴とする。この配合によって、高い熱伝導率を付与することができ、かつ、厚さを０．１〜２．０ｍｍとすることによって良好な表面性と柔軟性を両立することが可能となった。
【０００９】
また、前記組成物には、さらに難燃剤を配合することが好ましい。上記塩素化ポリエチレン１００質量部に対して、水酸化マグネシウムを５０〜１３０質量部を配合するのがさらに好ましい。難燃剤を配合することによって、延焼を防止することができ、さらに難燃剤として水酸化マグネシウムを所定量配合することにより、熱伝導率の低下を最小限とすることができる。
【００１０】
また、本発明の熱伝導シートの製造方法は、塩素化ポリエチレン１００質量部に対して、平均粒径１５〜６００μｍのグラファイトを４００〜７３０質量部配合し、配合した組成物を混練した後、圧延ロール成形することにより、厚さ０．１〜２．０ｍｍのシートとすることを特徴とする。圧延ロール成形法によるため、グラファイトを高充填しても良好な表面性が得られ、かつ、シート面方向への熱伝導率を向上することができる。
【００１１】
さらに、前記製造方法で成形した厚さ０．１〜０．５ｍｍの薄層シートを、複数枚重ねて熱プレス成形または圧延ロール成形してラミネートすることにより、厚さ０．５〜２．０ｍｍのシートとすることを特徴とする。この製造方法によって、シート面方向へのグラファイト粒子の配向が顕著となるため、面方向への熱伝導率をさらに向上することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱伝導シートは、面方向の熱伝導率が極めて高い値を示すので電子部品の温度の上昇を抑制することができる。さらに、熱伝導率を損なわずに難燃性を付与することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の熱伝導シートおよびその製造方法について説明する。
本発明に使用される塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）は、ポリエチレン粉末または粒子を水性懸濁液中、もしくは有機溶媒中で塩素化することにより得られるものであり、原料となるポリエチレンは、エチレンの単独重合体、エチレンとプロピレン、ブテン、オクテン等のα−オレフィンとの共重合体、また、エチレンとアクリル酸、メタクリル酸およびそれらのエステルとの共重合体が挙げられる。使用される塩素化ポリエチレンの塩素含有量は、２５〜４０重量％が好ましい。
【００１４】
塩素含有量が２５重量％未満であるとグラファイトの高充填が困難となり、熱伝導率が低くなるという欠点があり、４０重量％を超えるとシートが硬くなり圧延加工が困難となるという欠点がある。
【００１５】
具体的な製品としては、昭和電工社製の「エラスレン３０１Ａ」（塩素含有量：３２重量％）、「エラスレン３０２ＮＡ」（塩素含有量：２９重量％）、「エラスレン３５２ＮＡ」（塩素含有量：３５重量％）、デュポンダウエラストマージャパン社製の「タイリン３６００Ｐ」（塩素含有量：３５重量％）等を挙げることができる。
【００１６】
本発明の熱伝導シートに配合されるグラファイトは、混練工程での高充填化および高い熱伝導率を付与するため平均粒径１５〜６００μｍ、好ましくは３０〜５００μｍのものを使用する。平均粒径が１５μｍ未満であると高充填特性、熱伝導特性が劣り、また、６００μｍを超えると混練に時間がかかり、表面平滑性が悪化する。グラファイトの形状は、扁平状、球状、繊維状のものなどが使用できるが、扁平状グラファイトが好ましい。扁平状グラファイトとしては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、コークス、セルロース、糖類、ポリアクリロニトリル等を高温で焼成した人造黒鉛など、いずれであってもよい。市販されているグラファイトの具体例としては、伊藤黒鉛社製の「ＲＰ９９−１００」、日本黒鉛社製の「ＣＢ１００」、「ＡＣＢ５０」等が挙げられる。
【００１７】
熱伝導材料であるグラファイトは、塩素化ポリエチレン１００質量部に対して、４００〜７３０質量部、好ましくは４３０〜７１０質量部、さらに好ましくは４５０〜７００質量部を配合する。４００質量部未満であると、熱伝導率が小さくなり、また、７３０質量部を超えるとシート化が困難となり、シートの物性も低下するので好ましくない。
【００１８】
難燃性を高めるために使用される難燃剤としては、金属水酸化物が挙げられ、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが好ましく用いられる。難燃剤の配合量は、塩素化ポリエチレン１００質量部に対して、０〜１５０質量部、好ましくは、５０〜１３０質量部の範囲で用いられる。
【００１９】
また、必要に応じて、カップリング剤、老化防止剤、滑剤等既知の配合剤を配合することができる。
【００２０】
本発明の熱伝導シートの製造方法は、各配合成分を配合する配合工程、組成物を混練する混練工程、圧延ロールでシート化するシート化工程からなる。
【００２１】
まず、配合工程は、各配合成分を計量し、配合する工程である。後述するように、全ての配合成分を一度に配合することもできるが、必要に応じて、多段階的に配合・混練してもよいし、複数のグループに分けて配合し、混練工程を経た後、最後に各グループを合一して混練してもよい。
【００２２】
混練工程は、ニーダ、バンバリーミキサ、ロール、フィーダールーダー等の機械を用いて、塩素化ポリエチレンとグラファイト、必要に応じて難燃剤、その他の配合材からなる組成物を混練する。複数の機械を用いても良く、配合成分を一括あるいは多段、分割配合して混練してもよい。
【００２３】
シート化工程は、温度４０〜１００℃に調整した圧延ロール装置を用い、混練した組成物を供給して、ロールの圧力により所定の厚さのシートとして成形する。ロールのギャップを調整することによりシートの厚さを調整することができる。シートの厚さは、０．１〜２．０ｍｍとする必要がある。
【００２４】
シートの厚さが０．１ｍｍ未満であると、シートの強度が低下するため、シートをカレンダロールから引き剥がせなくなる。一方、２．０ｍｍを超えるとシート中に空隙等が発生しやすくなり、熱伝導特性の良好なものが得られ難くなる。
【００２５】
また、厚さ０．５ｍｍを超えるシートを得る場合、厚さ０．１〜０．５ｍｍの薄層シートを成形した後、複数枚の該薄層シートを積層した状態で熱プレス成形または圧延ロール成形してラミネートする方法も用いることができる。成形加工条件は、８０〜１４０℃の温度で、１〜１０分間程度、０．５〜５．０ＭＰａの圧力で行うことが好ましい。この方法によれば、厚みのある熱伝導シートであっても、シート中に空隙等が発生し難くなり、表面性も良好になり、かつ、グラファイトの面方向への配向の度合いも大きくなるため、熱伝導特性がさらに向上する。
【００２６】
また、ラミネートしない場合であっても、さらにラミネートした後であっても、上記した特性向上のために熱伝導シートを熱プレスすることもできる。熱プレスの条件は、８０〜１４０℃の温度で、１〜１０分間程度、０．５〜５．０ＭＰａの圧力で行うことが好ましい。
【００２７】
このようにして製造された熱伝導シートは、グラファイトがシートの面方向に配向するので面方向の熱伝導率の値が４５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは５５Ｗ／ｍ・Ｋ以上となる。
【００２８】
なお、本発明の熱伝導シートの成形方法としては、圧延ロール成形法に限定されるものではなく、プレス成形法や押出成形法等の公知の成形方法を用いることができる。圧延ロール成形法を用いれば、グラファイトを高充填しても表面性に問題を生じ難くなるため、好ましい成形法である。
【実施例】
【００２９】
実施例および比較例で使用される原料または実施例および比較例で製造した熱伝導シートの物性等の測定は、以下の方法によった。
【００３０】
［グラファイトの粒径］
レーザー回析・散乱式粒度分布測定装置（セイシン企業製レーザーマイクロンサイザー「ＬＳＭ−３５０」）を用いて測定した。
【００３１】
［成形性］
以下の基準で実施例および比較例で製造した熱伝導シートを目視で評価した。
○：均一に混練でき、成形性が良好で、シート表面にあばたが生じない。
△：均一な混練は可能であるが、シート表面に若干あばたが生じてしまう。
×：均一に混練できず、表面にグラファイトが露出してしまう。シート化も不可能（したがって、以下の特性は測定していない）。
【００３２】
［熱伝導率］
以下に記載した密度、熱拡散率および比熱容量の測定値を用い、次式によって計算した。
熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝密度（ｇ／ｃｍ３）×熱拡散率（ｃｍ２／ｓ）×比熱容量（Ｊ／ｇ・Ｋ）×１００
【００３３】
［密度］
ＭＥＴＴＬＥＲ社製電子天秤「ＸＳ６４」（測定温度：室温、浸せき液：純水）を用い、アルキメデス法で測定した。
【００３４】
［熱拡散率］
幅：５ｍｍ、長さ：３０ｍｍのサンプルを、アルバック理工社製熱定数測定装置「ＰＩＴ−１」（測定温度：室温、雰囲気：５×１０−５Ｔｏｒｒ）によって光交流法で測定した。
【００３５】
［比熱容量］
ＴＡインスツルメンツ社製「ＤＳＣＱ１００」（測定温度：室温、比熱校正：サファイア）を用い、示差走査熱量計法で測定した。
【００３６】
［難燃性］
実施例および比較例で製造した熱伝導シートを幅      ｍｍ、長さ      ｍｍの大きさに切断した試料として用い、ＵＬ９４の試験を行い、第一、第二接炎後の残炎時間（秒）の合計で示した。燃え尽きた場合は、「全焼」と表示した。
【００３７】
実施例および比較例で使用した樹脂、グラファイト、水酸化マグネシウムは次のとおり。
塩素化ポリエチレンＡ：昭和電工社製「エラスレンＣＩＡ３０１」、塩素含有率：３２重量％
塩素化ポリエチレンＢ：デュポンダウエラストマージャパン社製の「タイリン３６００Ｐ」、塩素含有量：３５重量％
ＥＰＤＭ：住友化学社製「ＥＰＤＭ５１４Ｆ」
シリコーンゴム：東レダウコーニングシリコーン「ＤＹ３２−１００５Ｕ」
グラファイトＡ：伊藤黒鉛工業社製「ＲＰ９９−１００」（扁平粉）、平均粒径：４３μｍ
グラファイトＢ：日本黒鉛工業社製「ＣＢ１００」（扁平粉）、平均粒径：８０μｍ
グラファイトＣ：日本黒鉛工業社製「ＡＣＢ５０」（扁平粉）、平均粒径：５００μｍ
グラファイトＤ：日本黒鉛工業社製「ＳＧ−ＢＬ４０」（球状）、平均粒径：４１μｍ
グラファイトＥ：日本黒鉛工業社製「ＣＰＢ２０」（扁平粉）、平均粒径：１９μｍ
グラファイトＦ：日本黒鉛工業社製「ＣＳＰ」（扁平粉）、平均粒径：１０μｍ
水酸化マグネシウム：協和化学工業社製「キスマ５B」
【００３８】
［実施例１］
塩素化ポリエチレンＡ：１００質量部に対して、グラファイトＡ：５７０質量部をニーダに投入し、１００℃の温度で２０分間混練して組成物を得た。この組成物を圧延ロール成型機に供給し、ロール温度７０℃、ロールギャップ０．４ｍｍで、厚さ０．４ｍｍのシートを製造した。成形性は良好で、密度は１．９５ｇ／ｃｍ３、熱拡散率は０．３３６ｃｍ２／ｓ、比熱容量は０．９４５Ｊ／ｇＫの測定値であって、計算の結果、熱伝導率は、６１．９Ｗ／ｍＫの値が得られた。難燃性は、２秒であった。
【００３９】
［実施例２〜６および比較例１〜５］
実施例１と同様に、表１に示す組成物を得た後、圧延ロール成型機で厚さ０．４ｍｍのシートを得た。評価は表１に示す。ただし、シリコーンゴムを用いた比較例２，５においては、さらに架橋剤１質量部を配合した。
【００４０】
【表１】
2012087193.tif 000002
【００４１】
［比較例１′および比較例４′］
実施例１と同様に、表１に示すとおり、それぞれ比較例1および比較例４と同じ種類の配合成分からなり、グラファイトの配合量を３０質量部増量した組成物を混練したが、グラファイトの量が多すぎたため均一に混練できなかった。
【００４２】
［実施例７］
実施例１で製造した厚さ０．４ｍｍのシートを３枚重ね、圧延ロール成型機を用いてロールプレスして厚さ１．０ｍｍのシートを得た。評価を表２に示す。なお、熱伝導率に代わり、熱拡散温度を測定した。
【００４３】
［熱拡散温度］
厚さ１．０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの測定試料を断熱材の上に設置し、断熱材の左半分に５０ｍｍ角のラバーヒーター（１００Ｖ，３０Ｗ）を置き、断熱材と重りを乗せる。また、断熱材の右半分には、中央部に温度センサーを置き、さらに、断熱材と重りを乗せる。
前記ラバーヒーターには、電圧調整器（ＶＡＲＩＴＡＰ  ＶＰＭ−１１Ａ）を用いて２８Ｖで電気を供給する。スタート時の温度センサーの表示と３００秒後の温度センサーの表示の差を熱拡散温度とした。
【００４４】
［実施例８］
実施例３で製造した厚さ０．４ｍｍのシートを３枚重ね、圧延ロール成型機を用いてロールプレスして厚さ１．０ｍｍのシートを得た。評価を表２に示す。
【００４５】
【表２】
2012087193.tif 000003
【００４６】
［比較例６，７］
比較例１および比較例４で製造した厚さ０．４ｍｍのシートを３枚重ね、圧延ロール成型機を用いてロールプレスして厚さ１．０ｍｍのシートを得た。評価を表２に示す。
【００４７】
実施例は全て熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上の値が得られた。比較例１では、グラファイト２００質量部が限度、また比較例４では、グラファイト２７０質量部が限度であった。比較例１′および比較例４′では、混練りが不良となりシート化が出来なかった。
【００４８】
また、比較例では、難燃剤を配合しても完全に不燃化が困難であったが、実施例では、熱伝導率を下げずに不燃化することが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の熱伝導シートは、柔軟性に優れたエラストマである塩素化ポリエチレンをバインダとし、熱伝導性に優れたグラファイトを高濃度で均一充填したことにより、柔軟性と熱伝導性の両方に優れた熱伝導材として有用であり、コンピューターのＣＰＵや発光ダイオード等の電子部品からなる発熱体の放熱用または床暖房あるいは融雪に用いられる熱伝導シートとして好適に使用することが可能である。