JP2010043229A

JP2010043229A - 伝熱性樹脂組成物およびその樹脂成形体

Info

Publication number: JP2010043229A
Application number: JP2008210017A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ito; 佳寿也伊藤
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-02-25

Abstract

【課題】等方的な伝熱性を有し、絶縁性及び靱性に優れる樹脂組成物、及び該樹脂組成物を成形してなる樹脂成形体を提供すること。
【解決手段】ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して、水酸化マグネシウム８０〜２５０質量部、扁平形状の断面を有するガラス繊維２０〜２００質量部を含有する伝熱性樹脂組成物である。
【選択図】なし

Description

本発明は、伝熱性樹脂組成物及びその樹脂成形体に関する。さらに詳しくは、本発明は等方的な伝熱性を有し、絶縁性及び靱性に優れ、放熱電子部品等に好適な樹脂組成物、及び該樹脂組成物を成形してなる樹脂成形体に関するものである。

集積回路の処理速度や実装密度は、年々向上しており、その結果として半導体素子等からの発熱量が増大しつつある。このため、種々の高放熱性電子部品の需要が高まっており、これら高放熱性電子部品に用いる高伝熱性材料の需要も高まっている。また、上記電子部品に加えて、モーターコイル、ハロゲンランプ等においても、高伝熱性材料の需要が高まってきている。

高伝熱性材料としては、銅、アルミニウム等の金属が広く知られている。しかし、電子部品の多くは絶縁性材料を用いる必要があり、これら金属を電子部品の材料として用いるには、絶縁被覆等を施す必要があった。

そこで、金属の代わりに、高伝熱性及び絶縁性を有するフィラーを樹脂に添加した樹脂組成物を高伝熱性材料として用いることが試みられている。例えば、特許文献１には、ポリフェニレンスルフィド樹脂及びフッ化カルシウム粒子からなる複合材料が開示されている。また、特許文献２には、ポリアリーレンスルフィド樹脂、リン含有被覆酸化マグネシウム及びアルコキシシラン化合物を含む樹脂組成物が開示されている。また、特許文献３では、ポリアリーレンスルフィド樹脂及び特定のマグネサイトからなる樹脂組成物が開示されている。また、特許文献４では、熱可塑性樹脂と、特定のカップリング剤で被覆した窒化ホウ素粉末からなる樹脂組成物が開示されている。

しかしながら、特許文献１〜３に記載の高伝熱性材料は、十分な伝熱性を得るために大量のフィラーを添加しており、高伝熱性材料の靱性低下及びコスト増加という欠点を有していた。また特許文献４に記載の高伝熱性材料は、板などを射出成形すると窒化ホウ素粉末が配向し、伝熱性に著しい異方性を生じて厚さ方向の熱伝導率が極端に低くなるという欠点を有していた。

特開２００２−１８８００７号公報特開２００６−２８２７８３号公報特開２００７−１０６８５４号公報特開２００６−２５７３９２号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、等方的な伝熱性を有し、絶縁性及び靱性に優れ、放熱電子部品等に好適な樹脂組成物、及び該樹脂組成物を成形してなる樹脂成形体を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ポリアリーレンスルフィド、水酸化マグネシウム、及び扁平形状の断面を有するガラス繊維を特定の割合で含有する樹脂組成物によって上記課題が解決できることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち本発明は、
（１）ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して、水酸化マグネシウム８０〜２５０質量部、扁平形状の断面を有するガラス繊維２０〜２００質量部を含有する伝熱性樹脂組成物、
（２）扁平形状の断面を有するガラス繊維の平均扁平率が２〜２０である上記１に記載の伝熱性樹脂組成物、
（３）上記１または２に記載の伝熱性樹脂組成物を成形してなる伝熱性樹脂成形体、
（４）上記３に記載の伝熱性樹脂成形体からなる電子部品
を提供するものである。

本発明によれば、等方的な伝熱性を有し、絶縁性及び靱性に優れ、放熱電子部品等に好適な樹脂組成物、及び該樹脂組成物を成形してなる樹脂成形体が提供される。

本発明の伝熱性樹脂組成物は、ポリアリーレンスルフィド、水酸化マグネシウム、および扁平形状の断面を有するガラス繊維を含有する。

本発明で用いるポリアリーレンスルフィドは、繰り返し単位が下記式（Ｉ）

（式中、Ａｒはアリーレン基を示す。）
で示される重合体である。
上記アリーレン基は、少なくとも一つの芳香環を有する二価の基であり、例えば、各種フェニレン基、各種ジフェニレンスルフォン基、各種ビフェニレン基、各種ジフェニレンエーテル基、各種ジフェニレンカルボニル基、各種ナフタレン基などが挙げられる。なお、上記の各種とは、オルト体、メタ体、パラ体等の位置異性体や、置換基を有する芳香環を含む基を表す。置換基としてはアルキル基が挙げられ、好ましくは炭素数１〜４のアルキル基が挙げられ、特にメチル基が好ましい。アリーレン基の具体例としては、以下のものが挙げられる。

本発明で用いるポリアリーレンスルフィドは、同一の繰返し単位からなるホモポリマーでも、二種以上の異なる繰返し単位からなるコポリマーであってもよい。またポリアリーレンスルフィドは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記ポリアリーレンスルフィドは、その物性について特に制限はないが、成形加工性の観点から流動性の高いものが好ましい。例えば３００℃で測定した粘度が好ましくは８０Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは４０Ｐａ・ｓ以下である。
またポリアリーレンスルフィドは、本発明の効果を損なわない範囲で、そのポリマー鎖の一部が他のポリマーで置換されていてもよい。かかる他のポリマーとしては、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアリーレンエーテル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、含フッ素系樹脂、ポリオレフィン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、シリコーン系エラストマー等が挙げられる。

本発明のポリアリーレンスルフィドは、例えば特公昭４５−３３６８号公報、特公昭５２−１２２４０号公報等に記載の方法で製造することができる。
尚、本発明のポリアリーレンスルフィドは、空気中で加熱して高分子量化してもよく、また、酸無水物等の化合物を用いて化学修飾してもよい。

本発明で用いる水酸化マグネシウムは、その純度に関して特に制限はないが、伝熱性の観点から、好ましくは純度９５質量％以上、より好ましくは９８質量％以上である。
また水酸化マグネシウムは、その粒度に関して特に制限はないが、成形加工性および靱性の観点から、好ましくはＢＥＴ法で得られる窒素吸着比表面積が１〜１０ｍ²／ｇ、より好ましくは２〜５ｍ²／ｇである。

水酸化マグネシウムは市販品を使用してもよく、市販品としては、例えば「キスマ８」（比表面積２．７ｍ²／ｇ、協和化学工業株式会社製）、「３００」（比表面積７ｍ²／ｇ、神島化学工業株式会社製）、「マグラックスＳＴ」（比表面積３．６ｍ²／ｇ、新鉱工業株式会社製）等が挙げられる。

水酸化マグネシウムの含有量は、伝熱性及び靱性の観点から、ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して８０〜２５０質量部の範囲であり、好ましくは１００〜２２０質量部であり、より好ましくは１２０〜１８０質量部である。水酸化マグネシウムの含有量が、ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して８０質量部未満であると、得られる樹脂組成物は伝熱性が低く実用的ではない。また、水酸化マグネシウムの含有量が、ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して２５０質量部を超えると、得られる樹脂組成物は靱性が低く実用的ではない。

本発明で用いるガラス繊維は、扁平（楕円）形状の断面を有し、平均扁平率が２〜２０であることが好ましく、２〜１２であることがより好ましく、２〜６であることがさらに好ましい。この平均扁平率が２以上であると、樹脂組成物に良好な靭性、流動性及び寸法精度がそなわり、２０以下であれば、樹脂組成物が良好な強度を有する。かかる扁平率は、ガラス繊維の断面の長径（最長径）を短径（最短径）で除することにより求められる。該長径は、好ましくは５〜６０μｍ、より好ましくは１０〜４０μｍである。
「平均扁平率」としているのは、ガラス繊維全てが上記範囲の扁平率である必要は無く、各ガラス繊維の扁平率の平均値が上記範囲内であればよいことによる。このように、断面が扁平形状を有するガラス繊維を用いることにより、断面が円状であるガラス繊維を用いた場合に比べて、樹脂組成物の靭性が顕著に向上すると共に、流動性及び寸法精度も向上する。
なお、上記ガラス繊維の長径（最長径）及び短径（最短径）は、以下に示す方法に従って測定した値である。
＜長径及び短径の測定方法＞
ガラス繊維をエポキシ樹脂で包埋処理した上で研磨し、ガラス繊維の断面を露出させる。次いで、透過型電子顕微鏡などで断面を拡大観察して扁平率を求める。

本発明で用いるガラス繊維は、その繊維長について特に制限はないが、製造上の利便性の観点から、好ましくは平均繊維長が１〜５ｍｍである。

本発明で用いるガラス繊維は、ポリアリーレンスルフィドとの接着強度の向上等を目的として、従来公知の処理を施してもよい。当該処理としては、例えば、有機化合物による表面のコーティングや多数のガラス繊維を有機化合物で収束する等の処理が挙げられる。

上記ガラス繊維の含有量は、靱性及び流動性の観点から、ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して２０〜２００質量部の範囲であり、好ましくは４０〜１５０質量部であり、より好ましくは６０〜１２０質量部である。上記ガラス繊維の含有量が、ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して２０質量部未満であると、得られる樹脂組成物は靱性が低く実用的ではない。また、上記ガラス繊維の含有量が、ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して２００質量部を超えると、得られる樹脂組成物は流動性が低く実用的ではない。

本発明の伝熱性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、従来公知の強化材や配合剤を含有してもよい。
強化材としては、上記扁平形状の断面を有するガラス繊維を除く繊維状フィラーが挙げられ、例えば、ガラス繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー、アラミド繊維、酸化アルミニウム繊維、炭素繊維、銅繊維等が挙げられる。
配合剤としては、例えば離型剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、金属不活性化剤、相容化剤等が挙げられる。

本発明の伝熱性樹脂組成物は、公知の溶融混練法によって製造でき、例えばポリアリーレンスルフィド及び水酸化マグネシウムを所定の割合でドライブレンドした後、市販の二軸混練押出機にトップフィードし、扁平形状の断面を有するガラス繊維をサイドフィードする方法が挙げられる。

本発明の伝熱性樹脂組成物は、等方的な伝熱性を有し、絶縁性及び靱性に優れ、放熱性を必要とする電子部品に好適に用いられる。
上記電子部品の具体例としては、基板封止材、コイル封止材、基板ケース、電池ケース、抵抗素子ケース、ＨＩＤランプの電子バラストケース、コイルボビン、ヒートシンク、ソレノイド、モーターファン、イオン発生デバイスの誘電体、ランプリフレクター、ランプソケット、ランプホルダー、ＬＥＤパッケージ、ＬＥＤスペーサー、ＬＥＤソケット、ＬＥＤ台座コネクタ及びＬＥＤ素子フレーム等が挙げられる。

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

後述するように、樹脂組成物を調製し、性能評価を行った。なお、樹脂組成物中の各成分の含有量は以下の方法によって求めた。
〔含有量の測定〕
樹脂組成物を坩堝に入れ、６００℃の炉で６時間燃焼し、燃焼残渣の希塩酸可溶分、不溶分それぞれの重量から、水酸化マグネシウムおよびガラス繊維等の含有量を求めた。なお、水酸化マグネシウムについては、燃焼中に酸化マグネシウムに脱水変性することを考慮して、含有量を求めた。

樹脂組成物の性能評価は、下記の方法に従って行った。

（１）シャルピー衝撃強さ
樹脂組成物のペレットを用いて試験片を調製し、ＩＳＯ１７９−１に準拠してシャルピー衝撃強さを測定した。
（２）熱伝導率
樹脂組成物のペレットを用いて、６０ｍｍ角で厚さ２ｍｍの平板を射出成形し、ＴＰＡ−５０１（京都電子工業株式会社製）を用いて熱伝導率を測定した。測定条件はセンサー直径を２０ｍｍ、測定モードを“ＳｌａｂＳｈｅｅｔｓ”とした。
（３）厚さ方向の熱伝導率
樹脂組成物のペレットを用いて、６０ｍｍ角で厚さ２ｍｍの平板を射出成形し、中央部から直径２０ｍｍの円板を切り出した。これをＴＰＡ−５０１（京都電子工業株式会社製）を用いて、センサー直径を２０ｍｍ、測定モードを“ＳｌａｂＳｈｅｅｔｓ”としてプローブ温度の時間変化を測定した。プローブの加熱開始後３秒から６秒までのプローブ温度データを１次関数で最小自乗フィットし、得られた傾き（単位：Ｋ）でプローブ加熱電力（単位：Ｗ）を割った商を熱伝導率［単位：Ｗ／（Ｋｍ）］とした。
（４）体積抵抗率
樹脂組成物ペレットを用いて試験片を調製し、ＩＥＣ６００９３に準拠して体積抵抗率を測定した。

樹脂組成物の調製で用いた各成分を以下に示す。
Ａ：Ｈ−１Ｇ（ポリフェニレンスルフィド、３００℃における粘度１０Ｐａ・ｓ、大日本インキ化学工業株式会社製）
Ｂ１：キスマ８（水酸化マグネシウム、ＢＥＴ法による比表面積２．７ｍ²／ｇ、協和化学工業株式会社製）
Ｂ２：３００（水酸化マグネシウム、ＢＥＴ法による比表面積７ｍ²／ｇ、神島化学工業株式会社製）
Ｂ３：マグラックスＳＴ（水酸化マグネシウム、ＢＥＴ法による比表面積３．６ｍ²／ｇ、新鉱工業株式会社製）
Ｃ：ＣＳＧ３ＰＡ−８３０（扁平形状の断面を有するガラス繊維、平均扁平率４，日東紡株式会社製）
Ｄ：０３ＪＡＦＴ５９１（ガラス繊維、平均扁平率１、オーウェンス・コーニング社製）
Ｅ：＃５００（酸化マグネシウム粉、タテホ化学工業株式会社製）
Ｆ：ＳＣ２０Ｈ（シリカ粉、株式会社マイクロン製）
Ｇ：ＧＰ（窒化ホウ素粉、電気化学工業株式会社製）
Ｈ：ＳＷ（タルク粉、日本タルク株式会社製）

実施例１
上記Ａ及びＢ１を、質量比が１００：１４０となるようにそれぞれ量りとった。この原料をドライブレンドし、二軸混練押出機ＴＥＭ３７ＢＳ（東芝機械株式会社製）のトップフィーダーに投入し、また適量のＣをサイドフィーダーに投入した。トップフィーダー投入物を７．２ｋｇ／ｈｒのフィード速度で供給し、サイドフィーダー投入物を２．４ｋｇ／ｈｒのフィード速度で供給し、混練した。尚、混練の際にバレルとダイスの設定温度は３２０℃とした。ダイスから出た組成物のストランドを水冷し、ペレット状にカットした。
得られた組成物は、成分の凝集等は見られず良好であった。得られた組成物を分析した結果、成分Ａ１００質量部に対し成分Ｂ１は１４０質量部、成分Ｃは８０質量部であった。
得られた組成物の性能評価結果を第１表に示す。

実施例２〜７
第１表に示す含有量になるように配合量を変えた他は、実施例１と同様にして組成物を調製し、性能を評価した。結果を第１表に示す。

比較例１〜７
第２表に示す含有量になるように配合量、供給量を変えた他は、実施例１と同様にして組成物を調製し、性能を評価した。結果を第２表に示す。

比較例８
上記Ａ１及びＢ１を、質量比が１００：６０となるようにそれぞれ量りとった。この原料をドライブレンドし、二軸混練押出機ＴＥＭ３７ＢＳ（東芝機械株式会社製）のトップフィーダーに投入し、また適量のＣをサイドフィーダーに投入した。トップフィーダー投入物を４．８ｋｇ／ｈｒのフィード速度で供給し、サイドフィーダー投入物を２．４ｋｇ／ｈｒのフィード速度で供給し、混練した。尚、混練の際にバレルとダイスの設定温度は３２０℃とした。ダイスから出た組成物のストランドを水冷し、ペレット状にカットした。
得られた組成物は、成分の凝集等は見られず良好であった。得られた組成物を分析した結果、成分Ａ１００質量部に対し成分Ｂ１は６０質量部、成分Ｃは８０質量部であった。
得られた組成物の性能評価結果を第３表に示す。

比較例９
上記Ａ及びＢ１を、質量比が１００：１４０となるようにそれぞれ量りとった。この原料をドライブレンドし、二軸混練押出機ＴＥＭ３７ＢＳ（東芝機械株式会社製）のトップフィーダーに投入し、また適量のＣをサイドフィーダーに投入した。トップフィーダー投入物を７．２ｋｇ／ｈｒのフィード速度で供給し、サイドフィーダー投入物を７．５ｋｇ／ｈｒのフィード速度で供給し、混練した。尚、混練の際にバレルとダイスの設定温度は３２０℃とした。しかし、供給物がバレル内に詰まり、樹脂組成物を得ることができなかった。このため、実施例１で行なった性能評価が実施できなかった。

比較例１０〜１５
第３表に示す含有量になるように配合量を変えた他は、実施例１と同様にして組成物を調製し、性能を評価した。結果を第３表に示す。

本発明の伝熱性樹脂組成物及びその樹脂成形体は、等方的な伝熱性を有し、絶縁性及び靱性に優れ、放熱電子部品等に好適に用いられる。

Claims

ポリアリーレンスルフィド１００質量部に対して、水酸化マグネシウム８０〜２５０質量部、扁平形状の断面を有するガラス繊維２０〜２００質量部を含有する伝熱性樹脂組成物。
扁平形状の断面を有するガラス繊維の平均扁平率が２〜２０である請求項１に記載の伝熱性樹脂組成物。
請求項１または２に記載の伝熱性樹脂組成物を成形してなる伝熱性樹脂成形体。
請求項３に記載の伝熱性樹脂成形体からなる電子部品。