專利名稱：低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料及成型體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有低導(dǎo)電性和高散熱性的高分子材料及成型體。
背景技術(shù)：
由于削減CO2等的環(huán)境因素，在汽車中也要推行低燃耗化，近年來，混合動力車輛受到關(guān)注。另外，還預(yù)測今后燃料電池車輛等的普及。其中，在電池和電動機(jī)的關(guān)聯(lián)部件中，有很多需要低導(dǎo)電性和高散熱性的產(chǎn)品，為了確保這兩種特性，對材料或形狀進(jìn)行了各種研究。
但是，在實(shí)際材料的單體中，很難確保兩種特性。之所以如此，是因?yàn)楦呱嵝允且愿邔?dǎo)熱性(高的熱傳導(dǎo)性)為前提的，但高導(dǎo)熱性的實(shí)用材料又基本都是高導(dǎo)電性。即(1)金屬具有高導(dǎo)熱性、高散熱性，但因?yàn)槭歉邔?dǎo)電性，所以其本身不能確保低導(dǎo)電性(優(yōu)選電絕緣性)。因此，必須另外設(shè)置由樹脂等構(gòu)成的絕緣板，而絕緣板的低散熱性又成為問題，且會增加絕緣板部分的產(chǎn)品重量。而且，金屬本身的比重也很大。
(2)高分子材料(樹脂、橡膠)是低導(dǎo)電性(幾乎是電絕緣性)，但因?yàn)槭堑蛯?dǎo)熱性，所以其本身不能確保高散熱性。因此，需要在產(chǎn)品形狀上下工夫(設(shè)置空氣通道)，以確保高散熱性，從而使得產(chǎn)品變大、且需要很大的設(shè)置空間。
(3)因此，研究了下述復(fù)合材料。
在專利文獻(xiàn)1中，提出在苯乙烯類熱塑性彈性體/PP中，混合精制陶瓷。
在專利文獻(xiàn)2中，提出在高分子材料中，混合含有硼化合物的石墨化碳化氫。
在專利文獻(xiàn)3中，提出一種在硅橡膠中混合石墨化碳纖維、電絕緣性導(dǎo)熱填充劑的材料。
在專利文獻(xiàn)4中，提出一種在硅橡膠中混合氮化硼的材料。
在專利文獻(xiàn)5中，提出一種在聚酰胺樹脂中混合氧化鎂、碳黑的材料。
專利文獻(xiàn)1特開2002-146154號公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開2002-88249號公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開2002-3717號公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開平7-111300號公報(bào)專利文獻(xiàn)5特開平3-79665號公報(bào)發(fā)明內(nèi)容專利文獻(xiàn)1～5均是在具有低導(dǎo)電性的高分子材料(母材)中填充由具有高散熱性的陶瓷等構(gòu)成的填料，而希望確保兩種特性的復(fù)合材料。但是，這種復(fù)合材料中也存在以下問題。
(a)如果沒有填充足夠多量(高密度)的填料，則無法確保高散熱性。
(b)如果填充大量填料，則材料的比重增加，產(chǎn)品變重。
(c)填料與高分子材料的相容性差，導(dǎo)致增強(qiáng)性低，或者作為材料變脆。
(d)根據(jù)填料的種類，會產(chǎn)生氣體，給高分子材料帶來不良影響。
本發(fā)明的目的在于解決上述課題，提供一種能夠確保低導(dǎo)電性、高散熱性及低比重這各種特性的高分子材料及成型體。
〔A〕本發(fā)明的低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料，是在高分子材料中混合在表面接枝了電吸附劑的碳類填料。
對于本發(fā)明中的各個(gè)要素，以下例示其形態(tài)。
〔1〕高分子材料作為高分子材料，并不特別限定，可以例示樹脂、橡膠、熱塑性彈性體。
1.樹脂可以例示PP、PE等的烯類樹脂、PPS(聚苯硫醚)、LCP(液晶聚合物)、PBT(聚對苯二甲酸丁二醇脂)、POM(聚甲醛)等工程塑料樹脂。
2.橡膠可以例示EPDM(三元乙丙橡膠)、CR(氯丁橡膠)、NBR(丁腈橡膠)、Q(硅橡膠)等。
3.熱塑性彈性體可以例示烯烴類、苯乙烯類、氯乙烯類、聚酯類、聚氨脂類、聚酰胺類、氟類的熱塑性彈性體。
〔2〕在表面接枝了電吸附劑的碳類填料〔2-1〕碳類填料作為碳類填料并不特別限定，可以例示碳黑(碳的微粒)、碳纖維、石油焦炭、石墨、碳納米管等。
〔2-2〕電吸附劑作為電吸附劑并不特別限定，可以例示含有醚基、環(huán)氧基、酰基、羰基、氨基或硅氧烷鍵的化合物。優(yōu)選聚合物為，在接枝結(jié)合的聚合物中保持醚基、環(huán)氧基、?；Ⅳ驶?、氨基或硅氧烷鍵，且在一個(gè)末端保持二醇，可以例示聚丙烯酸2-乙基己酯、聚丙烯酸辛酯等。
〔2-3〕電吸附劑的接枝率電吸附劑的接枝率并不特別限定，但優(yōu)選大于或等于0.5質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.5～50質(zhì)量％，最優(yōu)選對應(yīng)于碳類填料的種類選用以下范圍。
·在填料為碳黑的情況下，電吸附劑的接枝率優(yōu)選大于或等于20質(zhì)量％，更優(yōu)選20～50質(zhì)量％。在接枝率低于20質(zhì)量％的情況下，可能無法得到充分的電阻值。
·在填料為PAN(聚丙烯腈)類碳纖維的情況下，電吸附劑的接枝率優(yōu)選大于或等于10質(zhì)量％，更優(yōu)選10～50質(zhì)量％。在接枝率低于10％質(zhì)量的情況下，可能無法得到充分的電阻值。
·在填料為瀝青類碳纖維的情況下，電吸附劑的接枝率優(yōu)選大于或等于0.5質(zhì)量％，更優(yōu)選0.5～10質(zhì)量％。在接枝率低于0.5質(zhì)量％的情況下，可能無法得到充分的電阻值。
〔2-4〕電吸附劑的接枝方法作為在碳類填料的表面接枝電吸附劑的方法，并不特別限定，可以采用公知的接枝技術(shù)。
如果舉出一個(gè)例子，則1.將碳黑(圖1(a))臭氧氧化(圖1(b))，向其中添加異鏈烷烴類碳化氫溶劑，使之濕潤。
2.然后，添加三異氰酸酯化合物(三異氰酸酯六亞甲基異氰酸酯(トリイソシアネ一トヘキサメチレンイソシアネ一ト))和一末端二醇變性聚合物(丙醛1，2二醇聚(2-乙基己基羰基乙烯)硫化物(圖1(c)(d))，混合并攪拌。
3.并且，添加二月桂酸二丁基錫，攪拌。
4.之后，用高壓攪拌器將該泥漿進(jìn)行機(jī)械分散。
5.一邊攪拌分散后的泥漿，一邊使之在70℃下反應(yīng)6小時(shí)。
6.之后，使作為溶劑的異鏈烷烴類碳化氫溶劑揮發(fā)，得到電吸附劑接枝·碳黑2(圖1(e))。此外，圖1(f)是將該電吸附劑接枝·碳黑2混合入高分子材料1中的情況。
〔3〕混合〔3-1〕碳類填料的混合量向高分子材料中的碳類填料的混合量并不特別限定，但優(yōu)選10～80體積％，更優(yōu)選20～50體積％。如果其混合量少則可能無法得到充分的熱傳導(dǎo)路徑，過多則損害作為材料的特性，或者易使加工性惡化。
〔4〕碳類填料的配向可以利用磁場等使高分子材料中混合的碳類填料配向來使用。其優(yōu)點(diǎn)在于，通過該配向，在碳類填料的混合量相同的情況下能夠提高熱傳導(dǎo)性，或者如果是相同的熱傳導(dǎo)性，則可以減少碳類填料的混合量。所謂配向，是指在作為母材的高分子材料中，形狀上具有異向性的碳類填料(主要是碳纖維)在特定的方向上規(guī)則排列的狀態(tài)。
〔4-1〕配向的確認(rèn)及評價(jià)配向可以由例如以下2種方法確認(rèn)，特別地，可以由方法1進(jìn)行評價(jià)。
1.由X射線衍射的碳類填料的晶格方位角強(qiáng)度分布測定例如在碳纖維中，可以使石墨晶體在纖維方向規(guī)則排列，通過對該石墨晶格(0.0.2)面使用X射線衍射來測定方位角強(qiáng)度分布(例如后述的圖5)，可以知道碳纖維本身的配向方向。在配向的情況下，在方位角強(qiáng)度分布中會出現(xiàn)峰值。特別是在配向較好的情況下，對于該峰值測其半值寬度，定義下述的配向度。配向度大于或等于0.7時(shí)可以由肉眼看到配向，并且可以評價(jià)其配向作用效果明顯，特別地，0.9～1時(shí)，可以說是很好的優(yōu)良配向。
配向度＝(180°-半值寬度)/180°…式12.使用顯微鏡觀察等目測確認(rèn)將成型體沿希望確認(rèn)配向的面切開，使用掃描型電子顯微鏡等觀察碳類填料的方向。但是，由該觀察很難定量確定配向的程度。
〔4-2〕配向方向在高分子材料中的碳類填料配向的方向并不特別限定，例如在成型體含有板狀部的情況下，可以是沿著該板狀部表面的任意一個(gè)方向，也可以是該板狀部的厚度方向。
〔4-3〕配向的方法作為使碳類填料配向的方法并不特別限定，可以例示以下的使用磁場的方法和通過加工的方法。
1.使用磁場的方法該方法是由上述低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料成型為成型體或作為該成型體的原料的成型體，在這些成型體的高分子材料熔融的狀態(tài)下，利用磁場使該高分子材料中的碳類填料配向。碳類填料以沿磁場的方向(磁力線的方向)的方式配向。配向之后將高分子材料冷卻、固化。磁場的強(qiáng)度并不特別限定，優(yōu)選大于或等于1T(特斯拉)的強(qiáng)磁場。采用該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，只要使配向方向與磁場方向一致，就能夠?qū)崿F(xiàn)包括以上例示的配向方向的各種配向方向。
2.通過加工的方法該方法是由上述低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料成型為成型體或作為該成型體的原料的成型體，在這些成型體的高分子材料熔融的狀態(tài)下，通過加工使成型體的至少一部分伸長變形而使該高分子材料中的碳類填料配向的方法。碳類填料以沿著伸長方向的方式配向。配向后將高分子材料冷卻、固化。
此外，在上述方法中，作為成型體原料的成型體是指，例如成型體為將板材真空成型而賦予其三維形狀的情況下的板材這樣，經(jīng)過多個(gè)階段成型的前階段的成型體。
〔B〕本發(fā)明的低導(dǎo)電性高散熱性成型體，由上述低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料成型而成。
作為該成型體的具體產(chǎn)品，并不特別限定，可以例示如下產(chǎn)品。
·如圖2所示，將(混合動力車、燃料電池車等的電驅(qū)動車等的)電池盒11的電池元件之間絕緣的絕緣板12或蓄電池盒13、母線模塊等·(電驅(qū)動車等的)電動機(jī)的電動機(jī)線圈絕緣·封閉材料等·(電驅(qū)動車、家電等的)變換器箱·(家電、個(gè)人計(jì)算機(jī)等的)散熱板、殼體等本發(fā)明的開發(fā)經(jīng)過及作用如下所述。
碳類填料因?qū)嵝?即散熱性)高且對高分子材料具有增強(qiáng)性，所以適于該目的。但是，碳類填料的導(dǎo)電性也高，所以在本發(fā)明中，以抑制其導(dǎo)電性為目標(biāo)。
并且，經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，通過在碳類填料表面接枝電吸附劑，能夠抑制該表面上的電子運(yùn)動，由此研制出導(dǎo)電性低的碳類填料。通過將該碳類填料混合高分子材料中，得到確保導(dǎo)電性、高散熱性和高強(qiáng)度的新型材料。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的高分子材料及成型體，能夠確保低導(dǎo)電性、高散熱性、高強(qiáng)度及低比重這各種特性。


圖1是說明本發(fā)明的電吸附劑接枝碳類填料及摻有該填料的高分子材料的圖。
圖2是表示由本發(fā)明的高分子材料成型的成型體的例子的斜視圖。
圖3是表示用于利用磁場使碳纖維配向的裝置及方法的說明圖。
圖4是表示同樣利用磁場使碳纖維配向的方法的說明圖。
圖5是表示利用X射線衍射得到的方位角強(qiáng)度分布的測量結(jié)果的曲線圖。
圖6是未使碳纖維配向的成型體的一個(gè)例子的顯微鏡照片。
圖7是使碳纖維配向的成型體的一個(gè)例子的顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料，其在高分子材料中，以10～80體積％混合以大于或等于0.5％的接枝率在表面接枝了電吸附劑的碳類填料。此外，還提供一種由該低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料成型得到的低導(dǎo)電性高散熱性成型體。
實(shí)施例作為母材的高分子材料，使用聚乙烯(PE)樹脂(「住友化學(xué)工業(yè)」制 商品名「スミカセンG807」)，在該聚乙烯樹脂中，以規(guī)定的混合量混合下述表1～表5所示的各種填料。以下的表1表示實(shí)施例1至10中使用的填料種類、在各種填料的接枝中使用的電吸附劑的聚合物種類及其接枝率。其中，接枝率由加熱減量測定法求得。即，在惰性氣體(Ar氣體)中，將接枝后的碳類填料從110℃加熱到1000℃，將其減量率換算為碳纖維的重量增加率，作為接枝率。這是基于碳類填料在該條件下不會減量，只有接枝過的聚合物會揮發(fā)而減量的考慮方法。
表1


表2

表3


實(shí)施例1、2是使用接枝了表1的電吸附劑的碳黑作為填料的例子，如表2及表3所示，與使用了未接枝電吸附劑的各種填料的比較例1～8進(jìn)行比較研究。
·實(shí)施例1、2的填料，是在「東海カ一ボン社」制的碳黑 商品名「シ一スト116」的表面，接枝(接枝率30％)作為電吸附劑的變性后的二甲基聚硅氧烷(一末端二醇)「チツ素社制サイラブレ一ンFM-DA21」。
·比較例2、3的碳黑是前述「東海カ一ボン社」制 商品名「シ一スト116」。
·比較例4的碳纖維是「三菱化學(xué)産資社」制的、商品名「ダイアリ一ドK223HG」。
·比較例5、6的石墨是「オリエンタル工業(yè)社」制的、商品名「OSカ一ボンパウダ一AT-NO.40S」。
·比較例7、8的氮化硼是「電気化學(xué)工業(yè)社」制的、商品名「デンカボロンナイトライド HGP。」表4


實(shí)施例3～8是采用接枝了表1的電吸附劑的PAN(聚丙烯腈)碳纖維作為填料的例子，如表4所示，與使用接枝了電吸附劑的PAN類碳纖維的比較例9進(jìn)行比較研究。
·實(shí)施例3～8的填料(表1的PAN類碳纖維1～6)，是在「東レ株式會社」制的PAN類碳纖維商品名「トレカMLD30」的表面，接枝(接枝率22～34.6％)了作為電吸附劑的硅類聚合物(「信越化學(xué)工業(yè)株式會社」制 商品名「變性シリコ一ンオイルKF一8003」)或碳化二亞胺類聚合物(「日清紡績株式會社」制 商品名「カルボジライト」)。
·比較例9的PAN類碳纖維為前述商品名「トレカMLD30」。
通常，PAN類碳纖維是以PAN(聚丙烯腈)纖維為原料的碳纖維，將PAN纖維在惰性氣體中以1000℃～1500℃進(jìn)行預(yù)煅燒，然后在2000～3000℃中進(jìn)行碳化而制成。
作為PAN類碳纖維的特征，因?yàn)闃?gòu)成碳纖維的石墨結(jié)晶隨機(jī)地少量配置，所以易于向纖維的各個(gè)方向通電、通熱。另外，因?yàn)镻AN類碳纖維在結(jié)晶中有很多缺陷，所以熱傳導(dǎo)率比瀝青類碳纖維小，前述商品名「トレカMLD30」的熱傳導(dǎo)率不足20W/m·K(具體未知)。
另外，因?yàn)镻AN類碳纖維易于在其整個(gè)纖維表面接枝電吸附劑，所以接枝率高于瀝青類碳纖維。
表5


實(shí)施例9、10是使用接枝了表1的電吸附劑的碳類纖維作為填料的例子，如表5所示，與使用了未接枝電吸附劑的瀝青類碳纖維的比較例10進(jìn)行比較研究。
·實(shí)施例9的填料(表1的瀝青類碳纖維1)，是在「三菱化學(xué)産資社」制的瀝青類碳纖維商品名「K223HGM」(熱傳導(dǎo)率540W/m·K)的表面，接枝(接枝率0.7％)作為電吸附劑的環(huán)氧類聚合物(「大日本インク化學(xué)工業(yè)株式會社」制 商品名「EPICLON」。
·實(shí)施例10的填料(表1的瀝青類碳纖維2)，是在「三菱化學(xué)産資社」制的瀝青類碳纖維商品名「K223QM」(熱傳導(dǎo)率140W/m·K)的表面，接枝(接枝率1.5％)作為電吸附劑的環(huán)氧聚合物(「大日本インク化學(xué)工業(yè)株式會社」產(chǎn) 商品名「EPICLON」。
·比較例10的瀝青類碳纖維是「三菱化學(xué)産資社」制 商品名「K223HGM」。
通常，瀝青類碳纖維是以石油類的焦油為原料的碳纖維，在焦油中混合增粘劑等各種添加劑，在250～400℃下制成線，然后在惰性氣體中以1000～1500℃使之碳化，進(jìn)而在2500～3000℃下燒制而制成。實(shí)施例9和實(shí)施例10中使用的瀝青類碳纖維的熱傳導(dǎo)率之所以不同，是因?yàn)槠渥詈蟮撵褵郎囟炔煌?，溫度高的因?yàn)槟軌虺浞值亟Y(jié)晶，所以熱傳導(dǎo)率高。瀝青類碳纖維中的石墨結(jié)晶比PAN類碳纖維大，沿著纖維方向整齊排列而缺陷少。由此，瀝青類碳纖維易在纖維方向上通電、通熱，熱傳導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PAN類碳纖維。此外，之所以通過后述的配向使瀝青類碳纖維的熱傳導(dǎo)率大大提高，是因?yàn)橥ㄟ^使纖維方向一致而使得導(dǎo)熱方向也一致。
另外，由于瀝青類碳纖維易于在其纖維長度方向端部接枝電吸附劑，但在纖維長度方向的中部不易接枝電吸附劑，所以接枝率低于PAN類碳纖維。
〔成型和物理性質(zhì)試驗(yàn)〕將各個(gè)實(shí)施例及比較例的混合材料，使用「東洋精機(jī)製作所」制的試驗(yàn)塑性攪拌的密閉式混煉機(jī)(型號“B-75”)，在溫度210℃、轉(zhuǎn)速100rpm、時(shí)間10分鐘、填充率70％的條件下混合。將混合后的材料利用手動壓力機(jī)在壓力20MPa、溫度210℃、時(shí)間5分鐘的條件下擠壓成型，制成25mm×25mm×(厚度)2mm的試驗(yàn)片。
對于各個(gè)試驗(yàn)片，使用下述方法測定物理性質(zhì)。將其結(jié)果同時(shí)表示在表2～表5中。
(1)熱傳動性測定作為測定裝置，使用「NETZSCH(ネッツ)社」制 商品名「Xeフラッシュアナライザ一LFA447 Nanoflash」，在25℃(室溫)下進(jìn)行測定。導(dǎo)熱方向?yàn)樵囼?yàn)片的厚度方向。
(2)體積固有阻抗測定在體積固有阻抗小于或等于106的情況下，使用「ダイヤインスツルメント社」制 商品名「ロレスタGP」作為測定裝置，用四端子法進(jìn)行測定。電流施加端子的離開方向(電流方向)、電壓測定端子的離開方向(電位差方向)都是試驗(yàn)片的厚度方向。
在體積固有阻抗大于或等于106的情況下，使用「ダイヤインスツルメント社」制 商品名「ハイレスタUP」作為測定裝置，用二重環(huán)法(JISK6911標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行測定。
(3)比重測定使用「島津製作所社」制 商品名「SGM300P」作為測定裝置，用水中置換法進(jìn)行測定。但是，該測定僅對實(shí)施例1、2和比較例1～8進(jìn)行。
〔物理性質(zhì)評價(jià)〕在評價(jià)各種混合材料的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性時(shí)，必須根據(jù)由混合材料成型得到的低導(dǎo)電性高散熱性成型體的具體產(chǎn)品種類，考慮所要求的高導(dǎo)熱性水平、低導(dǎo)電性水平各不相同。
(A)使用碳黑的實(shí)施例1、2的評價(jià)實(shí)施例1、2是使用碳黑的例子，該碳黑是提高導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性的作用較強(qiáng)的填料，是適用于高散熱性要求較高而低導(dǎo)電性要求較低的成型體產(chǎn)品(目的)的混合材料。
如表2及表3中示出的測定結(jié)果所示，雖然比較例1的導(dǎo)電性低于本要求，但導(dǎo)熱性大大低于本要求，所以完全不適用于本目的。比較例2、3、4、5、6，雖然導(dǎo)熱性高于本要求，但導(dǎo)電性也高于本要求，仍然不適合于本目的。比較例7，雖然導(dǎo)電性低于本要求，但導(dǎo)熱性不夠高。另外，比較例8，雖然導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性方面均優(yōu)良，但作為陶瓷填料的特征，如果混合量多則比重會提高。另外，如前所述，陶瓷填料與樹脂的相容性差，增強(qiáng)性低或者會變脆。
與此相對，實(shí)施例1、2，導(dǎo)熱性大大高于本要求、且導(dǎo)電性也大大低于本要求，所以適合于本目的，而且，還有即使填料的混合量多比重也基本不會提高的優(yōu)點(diǎn)。另外，因?yàn)樘盍吓c樹脂的相容性好，所以增強(qiáng)性高，具有高韌度。
(B)使用PAN類碳纖維的實(shí)施例3～8的評價(jià)實(shí)施例3～8是使用PAN類碳纖維的例子，該P(yáng)AN類碳纖維是提高導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性作用較弱的填料，是適用于散熱性要求較弱但低導(dǎo)電性要求較高的成型體產(chǎn)品(目的)的混合材料。
根據(jù)表4中所示的測定結(jié)果，比較例9雖然在導(dǎo)熱性高于本要求的方面較好，但導(dǎo)電性高于本要求，所以不適合于本目的。
與此相對，實(shí)施例3～8，因?yàn)閷?dǎo)熱性大大高于本要求、導(dǎo)電性大大低于本要求，所以適合于本目的。
(C)使用瀝青類碳纖維的實(shí)施例9、10的評價(jià)實(shí)施例9、10是使用瀝青類碳纖維的例子，該瀝青類碳纖維是提高導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性作用較弱的填料，是適用于高散熱性要求較強(qiáng)而低導(dǎo)電性要求較弱的成型體產(chǎn)品(發(fā)明)的混合材料。
根據(jù)在表5中顯示的測定結(jié)果，比較例10雖然在導(dǎo)熱性高于本要求的方面較好，但因?yàn)閷?dǎo)電性很高，所以完全不適用于本發(fā)明。
與此相對，實(shí)施例9、10，因?yàn)閷?dǎo)熱性大大高于本要求、導(dǎo)電性大大低于本要求，所以適用于本發(fā)明。
〔使碳纖維配向的預(yù)備試驗(yàn)〕首先進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)，該預(yù)備試驗(yàn)用于確認(rèn)可以由磁場進(jìn)行碳纖維配向。將在聚乙烯樹脂中混合15體積％、30體積％、25體積％或30體積％的瀝青類碳纖維(未接枝)的四種材料，在與上述相同的條件下混合并且成型為25mm×25mm×2mm的試驗(yàn)片，然后，對混合15體積％、25體積％及35體積％的例子施加磁場(對混合30體積％的例子不施加磁場、對混合25體積％的例子也有不施加磁場的情況)。具體地說，如圖3及圖4所示，用下述裝置及方法進(jìn)行配向。
·作為磁場產(chǎn)生單元，使用「住友重機(jī)械工業(yè)」制的冷卻型超導(dǎo)磁鐵裝置(HF10-100VHT)。
·在位于該裝置21的磁場中心部的空間22(鉆孔)的下部設(shè)置電熱器23，在該電熱器23的上部，按照試驗(yàn)片厚度方向?yàn)榇艌龇较?磁力線方向)的方式，各設(shè)置1個(gè)上述試驗(yàn)片24。
·將該空間內(nèi)的試驗(yàn)片24在聚乙烯樹脂熔融的溫度區(qū)域(試驗(yàn)中是220℃)中使用電熱器23加熱，將試驗(yàn)片的母材聚乙烯樹脂熔融。這時(shí)，試驗(yàn)片按照維持前述尺寸的方式被保持。
·在維持該加熱及溫度的同時(shí)使該裝置動作，對試驗(yàn)片施加磁場(施加的是8T(特斯拉))，將試驗(yàn)片24在該磁場中放置1個(gè)小時(shí)。
·然后，停止前述加熱，將試驗(yàn)片24放置0.5小時(shí)自然冷卻，使試驗(yàn)片的母材聚乙烯樹脂固化。
·將試驗(yàn)片24從該裝置21的空間22中取出，確認(rèn)碳纖維的配向。
碳纖維的配向由下述2個(gè)方法進(jìn)行確認(rèn)。
(1)使用X射線衍射的填料晶格方位角強(qiáng)度分布測定對于未施加磁場的混合30體積％的例子、和施加了磁場的混合15體積％的例子以及混合35體積％的例子，使用X射線衍射裝置，如前所述，對碳纖維的石墨結(jié)晶(0.0.2)面，測定由X射線衍射得到的方位角強(qiáng)度分布。將該測定結(jié)果示于表5中。碳纖維在施加了磁場的混合15體積％的例子和混合35體積％的例子中，在試驗(yàn)片24的厚度方向配向較好，在方位角強(qiáng)度分布中出現(xiàn)峰值。對該峰值測定其半值寬度，由前面提出的下述式1計(jì)算配向度，在混合15體積％的例子中是0.98、在混合35體積％的例子中是0.97。
(2)由采樣的顯微鏡觀察的目測確認(rèn)對于未施加磁場的混合25體積％的例子和施加了磁場的混合25體積％的例子，將試驗(yàn)片在厚度方向上切斷，用掃描型電子顯微鏡觀察碳纖維厚度方向有無配向。圖6及圖7表示其顯微鏡照片。深灰色部分是聚乙烯樹脂，淡灰色部分是碳纖維。圖6是未施加磁場的例子，碳纖維的方向是隨機(jī)的。圖7是施加了磁場的例子，碳纖維規(guī)則地朝向厚度方向，可以說其配向較好。
〔使碳纖維配向的實(shí)施例〕由于通過該預(yù)備試驗(yàn)?zāi)軌虼_認(rèn)使碳纖維良好地配向，所以接下來，對于使用碳纖維作為填料的實(shí)施例3、4、5、6、7、8、9、10及比較例9、10，實(shí)施各自的材料組成和成型方法都相同而僅在使母材的高分子材料(聚乙烯樹脂)中的碳纖維利用磁場配向這一點(diǎn)上不同的實(shí)施例3a、4a、5a、6a、7a、8a、9a、10a及比較例9a、10a。利用磁場進(jìn)行的配向，按照圖3及圖4所示的裝置及方法，與前述的預(yù)備試驗(yàn)同樣地進(jìn)行。并且，將從裝置21的空間22中取出的試驗(yàn)片，用于前述物理性質(zhì)試驗(yàn)。將其結(jié)果示于表6及表7中。
表6


表7

〔物理性質(zhì)評價(jià)〕(D)使用PAN類碳纖維的實(shí)施例3a～8a的評價(jià)使PAN類碳纖維配向后的比較例9(表6)，與前述未使PAN類碳纖維配向的比較例9(表4)相比，可以評價(jià)其在提高導(dǎo)熱性方面較好，但導(dǎo)電性高而不滿足要求的情況沒有改變。
另一方面，使PAN類碳纖維配向后的實(shí)施例3a～8a(表6)，與前述未使PAN類碳纖維配向的實(shí)施例3～8(表4)相比，導(dǎo)熱性提高的例子很多，同時(shí)其導(dǎo)電性雖然增高但仍處于滿足要求的范圍內(nèi)。由此，使PAN類碳纖維配向，(i)適用于要求更高的導(dǎo)熱性的情況、(ii)如果是相同的導(dǎo)熱性，則可以減少PAN類碳纖維的混合量。
(E)使用瀝青類碳纖維的實(shí)施例9a、10a的評價(jià)使瀝青類碳纖維配向的比較例10a(表7)，與前述未使瀝青類碳纖維配向的比較例10(表5)相比，可以評價(jià)其在導(dǎo)熱性顯著提高的方面較好，導(dǎo)電性從不滿足導(dǎo)電性的水平進(jìn)一步提高。
另一方面，使瀝青類碳纖維配向的比較例9a、10a(表7)，與前述未使瀝青類碳纖維配向的實(shí)施例9、10(表5)相比，導(dǎo)熱性顯著提高，且導(dǎo)電性雖然提高但仍在滿足要求的范圍內(nèi)。由此，使瀝青類碳纖維配向，(i)適合于需要更高導(dǎo)熱性的情況、(ii)如果是相同的導(dǎo)熱性，則可以減少瀝青類碳纖維的混合量。
本發(fā)明不限于前述實(shí)施例，可以在不脫離發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)改變而具體化。
權(quán)利要求
1.一種低導(dǎo)電性高散熱性的高分子材料，其在高分子材料中，混合在表面接枝了電吸附劑的碳類填料。
2.如權(quán)利要求1所述的低導(dǎo)電性高散熱性的高分子材料前述電吸附劑的接枝率大于或等于0.5質(zhì)量％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低導(dǎo)電性高散熱性的高分子材料，向高分子材料中混合的前述碳類填料的混合量為10～80體積％。
4.一種低導(dǎo)電性高散熱性成型體，其由權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的低導(dǎo)電性高散熱性的高分子材料成型而成。
5.如權(quán)利要求4所述的低導(dǎo)電性高散熱性成型體，其特征在于，碳類填料在高分子材料中進(jìn)行配向。
6.一種低導(dǎo)電性高散熱性成型體的制造方法，其特征在于，由權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料成型為成型體或作為該成型體的原料的成型體，在這些成型體的高分子材料熔融的狀態(tài)下，利用磁場使該高分子材料中的碳類填料配向。
全文摘要
提供一種能夠確保低導(dǎo)電性、高散熱性、高強(qiáng)度及低比重這各種特性的高分子材料及成型體。一種低導(dǎo)電性高散熱性高分子材料和由該高分子材料成型的低導(dǎo)電性高散熱性成型體，其在高分子材料(1)中以10～80體積％混合了碳類填料(2)，該碳類填料(2)在表面上以大于或等于0.5％的接枝率接枝電吸附劑。作為碳類填料，可以例示碳黑、碳纖維、石油焦炭、石墨、碳納米管等。作為電吸附劑，可以例示含醚基、環(huán)氧基、?；Ⅳ驶?、氨基或者硅氧烷鍵的化合物。
文檔編號C08K9/04GK101045822SQ20071008699
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者藤原秀之, 中村祥宜, 小宮山聰 申請人:豐田合成株式會社, 東海炭素株式會社