JP2002339171A - 炭素繊維粉末及びその製造方法並びに熱伝導性複合材料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝導性及び充填性に優れた炭素繊維粉末、
及び当該炭素繊維粉末の簡便な製造方法、並びに熱伝導
性に優れた熱伝導性複合材料組成物を提供すること。 【解決手段】 炭素繊維粉末は主鎖に芳香族環を有する
高分子繊維を熱処理して黒鉛化させた後、粉砕又は切断
して得られる。主鎖に芳香族環を有する高分子繊維は、
ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維、芳香族
ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維及び全
芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選択される少な
くとも１種であることが好ましい。また、主鎖に芳香族
環を有する高分子繊維は、真空又は不活性ガス雰囲気
下、２５００℃以上で熱処理して黒鉛化させることが好
ましい。熱伝導性複合材料組成物は、上記炭素繊維粉末
をマトリックス材料中に配合してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた熱伝導性及
び充填性を有する炭素繊維粉末及びその製造方法、並び
に熱伝導性複合材料組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器においては、高性能化、
小型化及び軽量化に伴う半導体パッケージの高密度実装
化、ＬＳＩの高集積化及び高速化などによって、各種の
電子部品で発生する熱を効果的に外部へ放散させる熱対
策が非常に重要な課題になっている。このような熱対策
として、プリント配線基板、半導体パッケージ、放熱板
や熱拡散板などの放熱部材、筐体、発熱源と放熱部材等
との間に介在されるシート材料、高分子グリス、接着剤
などの成形加工品や液状組成物を、熱伝導性の良い複合
材料組成物にて構成するという対策が一般的に行われて
いる。

【０００３】従来、このような複合材料組成物として
は、樹脂やゴムなどのマトリックス材料中に、熱伝導率
の大きな酸化アルミニウムや窒化ホウ素、窒化アルミニ
ウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化
ケイ素、石英、水酸化アルミニウムなどの金属酸化物、
金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物などを熱伝導性
充填剤として配合したものが知られていたが、必ずしも
充分に大きな熱伝導性を有するものではなかった。

【０００４】そのため、熱伝導性をさらに向上させる目
的で、樹脂やゴムなどのマトリックス材料中に、熱伝導
率の大きな黒鉛粉末や炭素繊維を熱伝導性充填剤として
配合した様々な複合材料組成物が提案されている。例え
ば、特開昭６２−１３１０３３号公報には黒鉛粉末を熱
可塑性樹脂に充填した熱伝導性樹脂成形品が、特開平４
−２４６４５６号公報にはカーボンブラックや黒鉛など
を含有するポリエステル樹脂組成物が、特開平５−１７
５９３号公報には一方向に引揃えた炭素繊維に黒鉛粉末
と熱硬化性樹脂を含浸した機械的強度の高い熱伝導性成
形品が、特開平５−２２２６２０号公報には断面構造を
特定したピッチ系炭素繊維を利用した熱伝導性材料が記
載されている。また、特開平５−２４７２６８号公報に
は粒径１〜２０μｍの人造黒鉛を配合したゴム組成物
が、および特開平９−２８３９５５号公報には特定のア
スペクト比の黒鉛化炭素繊維をシリコーンゴムなどの高
分子に分散した熱伝導性シートが、特開平１０−２９８
４３３号公報には結晶面間隔が０．３３０〜０．３４０
ｎｍの球状黒鉛粉末をシリコーンゴムに配合した組成物
と放熱シートが開示されている。また、特開平２−２４
２９１９号公報、特開平７−４８１８１号公報などに
は、熱伝導率が大きい炭素繊維として、特定のピッチ系
炭素繊維が開示されている。

【０００５】従って、従来、熱伝導性充填剤として用い
られる熱伝導率の大きい炭素繊維としては、ピッチを原
料として紡糸したピッチ繊維を不融化処理した後、熱処
理して黒鉛化させて得られるピッチ系炭素繊維、より具
体的には、等方性ピッチ系炭素繊維又はメソフェーズピ
ッチ系炭素繊維が知られていた。これは、ポリアクリロ
ニトリル繊維やレーヨン繊維などを熱処理して黒鉛化さ
せて得られるＰＡＮ系及びレーヨン系の炭素繊維におい
ては、熱処理の際に黒鉛化が困難であることから、高い
熱伝導率を有する炭素繊維を得ることができないためで
ある。

【０００６】一方、特開平９−３２４１２７号公報にお
いて、高分子フィルムを熱処理して黒鉛化させたグラフ
ァイトフィルムを粉砕又は裁断して得られる熱伝導率の
大きな粉末状グラファイト、及びこの粉末状グラファイ
トを熱硬化性樹脂に添加した半導体素子用ダイボンド材
並びに半導体装置が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、発熱量が一
段と増大し続ける最近の高性能な電子部品においては、
より一層大きな熱伝導性のニーズは高まり続け、上記従
来の黒鉛粉末や炭素繊維を熱伝導性充填剤として配合し
た熱伝導性複合材料組成物であっても熱伝導性が未だ不
充分であり、早急な改善が切望されている。

【０００８】また、ピッチ系炭素繊維は、原料として用
いるピッチ繊維が耐熱性に乏しいことから、熱処理して
黒鉛化させる工程の前に、空気などの酸素を含むガスを
用いて４００℃以下で数時間処理したり、硝酸やクロム
酸等の酸化性水溶液中で処理したり、光やγ線等により
重合処理したりする等、ピッチ繊維が高温でも溶融しな
いように処理する不融化処理工程を必要とするため、生
産性が悪いという問題があった。

【０００９】一方、特開平９−３２４１２７号公報にて
提唱されている粉末状グラファイトにおいては、上記不
融化処理工程を省略できるという利点がある。しかし、
原料として平面状の高分子フィルムを使用しているた
め、熱処理後の粉砕又は裁断処理工程が煩雑となるばか
りか、得られる粉砕品或いは裁断品（粉末状グラファイ
ト）の形状や大きさが不均一で微粉と粗粉が混在したも
のとなり、熱伝導性充填剤としてマトリックス材料中に
高充填することが困難なものであった。

【００１０】本発明は、上記課題に着目してなされたも
のであり、その目的は、優れた熱伝導性を有するととも
にマトリックス材料中に高充填可能な炭素繊維粉末、及
び当該炭素繊維粉末の簡便な製造方法、並びに優れた熱
伝導性を有する熱伝導性複合材料組成物を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明者らは、炭素繊維の原料や製法を様々な観点
から鋭意研究した結果、特定の高分子繊維を熱処理して
黒鉛化させて得られる炭素繊維が熱伝導性に優れるこ
と、また、この炭素繊維を粉砕又は切断して得られる炭
素繊維粉末が熱伝導性及び充填性に優れること、及び当
該炭素繊維粉末の簡便な製造方法、並びに当該炭素繊維
粉末をマトリックス材料中に配合した複合材料組成物が
熱伝導性に優れることを見出し、本発明を完成した。

【００１２】すなわち、請求項１に記載の発明は、主鎖
に芳香族環を有する高分子繊維を熱処理して黒鉛化させ
て得られる炭素繊維粉末である。請求項２に記載の発明
は、請求項１に記載の発明において、主鎖に芳香族環を
有する高分子繊維が、ポリベンザゾール繊維、芳香族ポ
リイミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリフェニレン
スルフィド繊維及び全芳香族ポリエステル繊維よりなる
群から選択される少なくとも１種であることを特徴とす
る炭素繊維粉末である。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、Ｘ線回折法による黒鉛層
間の面間隔（ｄ００２）が０．３３７０ｎｍ未満である
ことを特徴とする炭素繊維粉末である。

【００１４】請求項４に記載の発明は、主鎖に芳香族環
を有する高分子繊維を、真空又は不活性ガス雰囲気下、
２５００℃以上で熱処理して黒鉛化させることを特徴と
する炭素繊維粉末の製造方法である。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明において、主鎖に芳香族環を有する高分子繊維
が、ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維、芳
香族ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維及
び全芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選択される
少なくとも１種であることを特徴とする炭素繊維粉末の
製造方法である。

【００１６】請求項６に記載の発明は、マトリックス材
料中に、請求項１から請求項３のいずれかに記載の炭素
繊維粉末を配合してなる熱伝導性複合材料組成物であ
る。請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明に
おいて、マトリックス材料が、架橋ゴム、熱可塑性エラ
ストマー、熱可塑性樹脂及び硬化性樹脂よりなる群から
選択される少なくとも１種の高分子材料であることを特
徴とする熱伝導性複合材料組成物である。

【００１７】請求項８に記載の発明は、請求項６又は請
求項７に記載の発明において、炭素繊維粉末の配合量
が、マトリックス材料１００重量部に対して、１〜８０
０重量部であることを特徴とする熱伝導性複合材料組成
物である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。 ＜炭素繊維粉末＞炭素繊維粉末は、主鎖に芳香族環を有
する高分子繊維を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素
繊維の粉砕品又は切断品である。

【００１９】（高分子繊維）まず、原料として用いる主
鎖に芳香族環を有する高分子繊維について説明する。こ
こで、芳香族環とは、芳香族に属する環を総称したもの
であり、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環な
どの芳香族炭化水素やその誘導体を包含する有機化合物
の一群をいう。

【００２０】原料として用いる具体的な主鎖に芳香族環
を有する高分子繊維としては、特に限定するものではな
いが、例えば、ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミ
ド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフ
ィド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリフェニレン
ベンゾイミダゾール繊維、ポリパラフェニレン繊維、ポ
リパラフェニレンビニレン繊維などが挙げられる。この
ように主鎖に芳香族環を有する高分子繊維を原料として
用いる理由は、熱処理時に黒鉛化しやすく、グラファイ
ト構造が高度に発達した高い熱伝導率を有する炭素繊維
（炭素繊維粉末）が得られるからである。一方、主鎖に
芳香族環を有しない高分子繊維、例えば、従来技術であ
るレーヨン繊維やポリアクリロニトリル繊維、フェノー
ル繊維などを前駆体として熱処理しても黒鉛化が困難で
あり、高い熱伝導率を有する炭素繊維（炭素繊維粉末）
を得ることができない。

【００２１】また、これらの主鎖に芳香族環を有する高
分子繊維を原料として用いると、製造工程における生産
性を向上することができる。すなわち、これらの主鎖に
芳香族環を有する高分子繊維は耐熱性が高いことから、
熱処理した際に溶融しにくく、また、形状を保持してい
ることが多いため、上述した不融化処理を必ずしも必要
としないからである。さらに、これらの主鎖に芳香族環
を有する高分子繊維を原料として用いると、上記平面状
のグラファイトフィルムを粉砕或いは裁断する場合と異
なり、粉砕品又は切断品を得るための粉砕又は切断処理
工程が簡便になり、しかも、嵩高さを抑制した微細かつ
均一な炭素繊維粉末を簡易に得ることができる。

【００２２】これらの中でも主鎖に芳香族環を有する高
分子繊維は、ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド
繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィ
ド繊維及び全芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選
択される少なくとも１種であることがより好ましく、ポ
リベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維及び芳香族
ポリアミド繊維よりなる群から選択される少なくとも１
種であることが特に好ましい。主鎖に芳香族環を有する
高分子繊維は、その芳香族環構造が多いほど熱処理時に
黒鉛化されやすい傾向にあり、著しく熱伝導性に優れた
炭素繊維（炭素繊維粉末）を得ることができる。なお、
原料として用いる主鎖に芳香族環を有する高分子繊維の
直径、断面形状、長さ等については特定するものではな
い。

【００２３】ここで、ポリベンザゾール繊維とは、ポリ
ベンザゾールポリマーより構成される高分子繊維であ
り、一般的に、強度、弾性率、耐熱性、難燃性、電気絶
縁性に優れる高分子繊維である。なお、ポリベンザゾー
ルポリマー（ＰＢＺ）とは、ポリベンゾオキサゾールホ
モポリマー（ＰＢＯ）、ポリベンゾチアゾールホモポリ
マー（ＰＢＴ）、又は、これらＰＢＯとＰＢＴのランダ
ムコポリマー、シーケンシャルコポリマー、ブロックコ
ポリマー或いはグラフトコポリマーを意味するものであ
り、公知の方法で合成することができる。市販品として
は、例えば、東洋紡績株式会社製 商品名「ザイロン」
が入手可能である。

【００２４】また、市販されている芳香族ポリアミド繊
維としては、例えば、ポリ（パラフェニレンイソフタル
アミド）では、東レ・デュポン製 商品名「ケブラ
ー」、帝人株式会社製 商品名「テクノーラ」、アクゾ
製 商品名「トワロン」などが、ポリ（メタフェニレン
イソフタルアミド）では、東レ・デュポン製 商品名
「ノーメックス」、帝人株式会社製 商品名「コーネッ
クス」、ユニチカ株式会社製商品名「アピエール」など
が挙げられる。なお、これらの芳香族環基は、ハロゲン
基、アルキル基、シアノ基、アセチル基、ニトロ基など
の置換基を含むものであっても構わない。

【００２５】その他、芳香族ポリイミド繊維（インスペ
ックファイバーズ社）、ポリフェニレンスルフィド繊維
（東洋紡績株式会社製 商品名「プロコン」）、全芳香
族ポリエステル繊維（ユニチカ株式会社製 商品名「ベ
クトラン」、住友化学工業株式会社製 商品名「エコノ
ール」）、ポリベンゾイミダゾール繊維（ヘキストセラ
ニーズ社）などが容易に入手可能である。

【００２６】（炭素繊維粉末の製造方法）次に、炭素繊
維粉末の製造方法について説明する。炭素繊維粉末は、
上述した主鎖に芳香族環を有する高分子繊維を熱処理し
て黒鉛化させて得られる炭素繊維を、粉砕又は切断する
ことにより製造される。

【００２７】熱処理条件としては、２５００℃以上の温
度条件が必要とされる。熱処理温度が２５００℃未満で
あると黒鉛化が不充分となり、高い熱伝導率を有する炭
素繊維を得ることができない。また、熱処理は、真空雰
囲気下又はアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰
囲気下で行うことが好ましい。真空又は不活性ガス雰囲
気下で熱処理しないと、上述した主鎖に芳香族環を有す
る高分子繊維が酸化するなど変質してしまうことがあり
好ましくない。実用的には、アルゴンガス雰囲気下、２
８００〜３２００℃の高温で一定時間熱処理することが
好ましく、これにより黒鉛化が高度に進行し、グラファ
イト構造が高度に発達した熱伝導率の大きな炭素繊維を
製造することができる。なお、昇温速度、降温速度、処
理時間などについては、特に限定されるものではない。
ここで、高分子繊維を熱処理する際には、複数の高分子
繊維を収束させることが好ましい。このように複数の高
分子繊維を収束させることにより、一定容積の加熱炉内
に多量の高分子繊維を収容させて熱処理を効率的に行う
ことができ、生産性を向上させることができる。また、
収束させた高分子繊維を必要に応じて加圧等することに
より、さらに多量の高分子繊維を一定容積の加熱炉内に
収容することができ、より一層生産性を向上させること
ができる。

【００２８】粉砕又は切断処理においては、例えば、ビ
クトリーミル、ジェットミル、高速回転ミルなどの粉砕
機、或いはチョップド繊維等で用いられる切断機などを
利用して粉砕又は切断処理することが有効である。この
粉砕或いは切断処理を効率良く実施するためには、上記
各種方法に共通することであるが、例えばプレートを取
り付けたローターを高速で回転することにより、繊維軸
に対し直角方向に繊維を寸断する方法が適切である。粉
砕或いは切断処理によって得られる炭素繊維粉末の繊維
長は、ローターの回転数、プレートの角度などを調整す
ることにより制御される。その他の粉砕方法として、ボ
ールミルなどの磨砕機による方法もあるが、これらの方
法によると繊維の直角方向への加圧力が働いて、繊維軸
方向への縦割れの発生が多くなって熱伝導性が低下する
ため好ましくない。なお、粉砕又は切断処理は、熱処理
の前工程として或いは熱処理の途中において行っても差
し支えない。

【００２９】（炭素繊維粉末）以下、上記のようにして
得られる炭素繊維粉末について説明する。炭素繊維粉末
の形態としては、厳密には繊維状（繊維状の形態が維持
された粉砕品や切断品も含む）、鱗片状、ウィスカー
状、マイクロコイル状、ナノチューブ状などの形状が挙
げられるが、これらに特に限定されるものではない。

【００３０】炭素繊維粉末の繊維直径は、特に限定され
るものではないが、５〜２０μｍであることが好まし
い。炭素繊維粉末の繊維直径が５〜２０μｍの範囲であ
ると、工業的に生産しやすく、得られる熱伝導性複合材
料組成物の熱伝導性が大きくなる。一方、繊維直径が５
μｍよりも小さく、或いは２０μｍよりも大きいと、生
産性が低下するため好ましくない。

【００３１】炭素繊維粉末の平均粒径（繊維長）は、特
に限定されるものではないが、５〜５００μｍであるこ
とが好ましい。炭素繊維粉末の平均粒径が５μｍより小
さいと、熱伝導性充填剤としてマトリックス材料中に配
合した際に炭素繊維粉末同士の接触が少なくなり、熱の
伝達経路が不充分になって得られる熱伝導性複合材料組
成物の熱伝導性が低下する。一方、炭素繊維粉末の平均
粒径が５００μｍよりも大きいと、炭素繊維粉末が嵩高
くなってマトリックス材料中に高充填することが困難に
なる。なお、上記の平均粒径は、レーザー回折方式によ
る粒度分布から算出することができる。

【００３２】炭素繊維粉末は、特に限定されるものでは
ないが、その構造パラメータとして、Ｘ線回折法による
黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３７０ｎｍ未満
であることが好ましい。Ｘ線回折法による黒鉛層間の面
間隔（ｄ００２）が０．３３７０ｎｍ未満であると、よ
り一層高い熱伝導性を有する炭素繊維粉末及び熱伝導性
複合材料組成物を実現することができる。一方、Ｘ線回
折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３７
０ｎｍ以上である場合は、熱伝導性が不十分であり、そ
の炭素繊維粉末を熱伝導性充填剤として用いても高い熱
伝導性を有する熱伝導性複合材料組成物を得ることがで
きない。なお、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ
００２）の下限値は、理論値として算出される０．３３
５４ｎｍである。

【００３３】ここで、Ｘ線回折法とは、Ｘ線源にＣｕｋ
αを、標準物質に高純度シリコンを使用して、炭素繊維
のＸ線回折パターンを測定する方法であり、得られる
（００２）回折パターンのピーク位置と半値幅とから、
面間隔（ｄ００２）を算出する方法である。この算出方
法は学振法に基づくものである。

【００３４】炭素繊維粉末の繊維長さ方向の熱伝導率
は、特に限定されるものではないが、４００Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以上であることが好ましく、８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）
以上であることがより好ましく、１０００Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以上であることが特に好ましくい。

【００３５】＜熱伝導性複合材料組成物＞熱伝導性複合
材料成形体は、マトリックス材料中に、上述した炭素繊
維粉末が熱伝導性充填剤として配合されたものである。

【００３６】（マトリックス材料）マトリックス材料
は、特に限定されるものではなく、例えば、高分子材
料、金属材料、セラミックス材料、炭素などの無機材料
など、公知のマトリックス材料から用途や要求性能など
に応じて適宜選択すればよいが、成形加工性などを考慮
すると、マトリックス材料は高分子材料であることが好
ましい。

【００３７】具体的な高分子材料としては、特に限定さ
れるものではなく、通常の熱可塑性樹脂、熱可塑性エラ
ストマー、熱硬化性樹脂、架橋ゴムなどから用途や要求
性能などに応じて適宜選択すればよい。例えば、熱伝導
性接着剤用としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂或
いはアクリル樹脂などの接着性高分子材料を用いること
が好ましく、成形材料用としては、熱可塑性樹脂、熱可
塑性エラストマー、熱硬化性樹脂或いは架橋ゴムなどを
用いることが好ましい。

【００３８】具体的な熱可塑性樹脂としては、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体
などのエチレン−α−オレフィン共重合体、ポリメチル
ペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニ
ルアルコール、ポリアセタール、ポリフッ化ビニリデン
やポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、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、ポリスチレン、ポリアクリ
ロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、Ａ
ＢＳ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、変
性ＰＰＥ樹脂、脂肪族及び芳香族ポリアミド類、ポリイ
ミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸及びそのメ
チルエステルなどのポリメタクリル酸エステル類、ポリ
アクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフェニレンスル
フィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエ
ーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリケトン、液
晶ポリマー、シリコーン樹脂、アイオノマーなどが挙げ
られる。

【００３９】具体的な熱可塑性エラストマーとしては、
スチレン−ブタジエンまたはスチレン−イソプレンブロ
ック共重合体とその水添ポリマー、スチレン系熱可塑性
エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩
化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可
塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマ
ー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーなどが挙げられ
る。

【００４０】具体的な硬化性樹脂としては、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシク
ロブテン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ポリウ
レタン樹脂、ポリイミドシリコーン樹脂、熱硬化型ポリ
フェニレンエーテル樹脂及び変性ＰＰＥ樹脂などが挙げ
られる。

【００４１】具体的な架橋ゴムとしては、天然ゴム、ブ
タジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン
共重合ゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロ
プレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、塩素化ポリエ
チレン、クロロスルホン化ポリエチレン、ブチルゴムお
よびハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴ
ム、シリコーンゴムなどが挙げられる。

【００４２】これらの高分子材料のなかでも、シリコー
ンゴム、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、
ベンゾシクロブテン樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレン
エーテル樹脂及び熱可塑性エラストマーよりなる群から
選択される少なくとも１種、さらに好ましくは、シリコ
ーンゴム、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタ
ン樹脂及び熱可塑性エラストマーよりなる群から選択さ
れる少なくとも１種の高分子材料を用いることが、耐熱
性などの温度特性や電気的信頼性の観点から好ましい。

【００４３】また、誘電率、誘電正接が小さくて高周波
領域での特性を要求される配線基板用途などには、フッ
素樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂、変性Ｐ
ＰＥ樹脂、ポリオレフィン系樹脂などを用いることが好
ましい。さらに、低硬度の架橋ゴムや熱可塑性エラスト
マーを用いれば、熱伝導性に優れた柔軟性のある熱伝導
性シートを実現することができる。

【００４４】なお、これらの高分子材料は、一種を単独
で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよ
く、或いはこれらの高分子材料から選択される複数の高
分子材料からなるポリマーアロイを使用しても差し支え
ない。また、硬化性樹脂又は架橋ゴムの架橋方法につい
ては熱硬化法に限定されず、光硬化法、湿気硬化法など
の公知の架橋方法を採用することができる。

【００４５】（熱伝導性複合材料組成物）上述した炭素
繊維粉末とマトリックス材料とを混合し、必要に応じて
脱泡操作などを行うことで、目的とする熱伝導性複合材
料組成物が得られる。この混合の際には、ブレンダー、
ミキサー、ロール、押出機などの公知の混合装置又は混
練装置を使用することができる。

【００４６】炭素繊維粉末の配合量は、マトリックス材
料１００重量部に対して１〜８００重量部であることが
好ましく、５〜５００重量部であることがより好まし
く、２０〜３００重量部であることが特に好ましい。炭
素繊維粉末の配合量が１重量部よりも少ないと、得られ
る熱伝導性複合材料組成物の熱伝導性が小さく放熱特性
が低下する。一方、炭素繊維粉末の配合量が８００重量
部を超えると、熱伝導性複合材料組成物の粘度が増大し
てマトリックス材料中に均一分散させることが困難にな
り、かつ、気泡の混入が避けられず好ましくない。

【００４７】なお、マトリックス材料中に配合する炭素
繊維粉末は、予め電解酸化などによる酸化処理すること
によって、或いはカップリング剤やサイジング剤などで
処理することによって表面を改質させたものであっても
よい。この場合には、マトリックス材料との濡れ性や充
填性を向上させたり、界面の剥離強度を改良したりする
ことができる。また、炭素繊維粉末は、無電解メッキ
法、電解メッキ法、真空蒸着法、スパッタリング法、イ
オンプレーティング法などの物理的蒸着法、化学的蒸着
法、塗装法、浸漬法、微細粒子を機械的に固着させるメ
カノケミカル法などの方法によって、金属やセラミック
ス等を表面に被覆させたものであっても構わない。

【００４８】さらに、熱伝導性複合材料組成物には、上
述した炭素繊維粉末の他に、その他の熱伝導性充填剤、
難燃剤、軟化材、着色剤、安定剤等を必要に応じて配合
してもよい。その他の熱伝導性充填剤としては、例え
ば、金属やセラミックス、具体的には、銀、銅、金、酸
化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化
アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、水酸化アルミ
ニウムなどの他、金属被覆樹脂、上述の炭素繊維以外の
黒鉛化炭素繊維、黒鉛化されていない炭素繊維、天然黒
鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等が挙げら
れる。また、その形態としては、例えば、球状、粉状、
繊維状、針状、鱗片状、ウィスカー状、マイクロコイル
状、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ状等が挙げら
れる。なお、最終製品として特に電気絶縁性が要求され
る用途においては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウ
ム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化
ケイ素、水酸化アルミニウム等の電気絶縁性の充填剤を
併用することが好ましい。また、熱伝導性複合材料組成
物の粘度を低下させるために、揮発性の有機溶剤や低粘
度の軟化剤、反応性可塑剤を添加することも効果的であ
る。

【００４９】上記のようにして得られる熱伝導性複合材
料組成物は、例えば圧縮成形法、押出成形法、射出成形
法、注型成形法、ブロー成形法、カレンダー成形法など
のほか、液状組成物の場合は、塗装法、印刷法、ディス
ペンサー法、ポッティング法などの公知の方法で加工す
ることができる。例えば、熱伝導性複合材料組成物を圧
縮成形法、押出成形法、注型成形法、ブレード成形法、
カレンダー成形法などによって所定形状に成形加工する
ことにより、放熱特性に優れた熱伝導性成形体を製造す
ることができる。また、マトリックス材料として低硬度
の架橋ゴムや熱可塑性エラストマーを用い、圧縮成形
法、注型成形法、押出成形法、ブレード成形法、カレン
ダー成形法などによってシート状に成形加工することに
より、熱伝導性に優れた柔軟な熱伝導性シートを得るこ
とができる。

【００５０】従って、熱伝導性複合材料組成物は、高い
放熱特性が要求される熱伝導性グリス、熱伝導性接着剤
などの液状体材料として、或いはプリント配線基板、半
導体パッケージ、放熱板や熱拡散板などの放熱部材、筐
体、熱伝導性シートなどの成形体材料として応用するこ
とができる。そして、発熱する素子と伝熱部材との間に
介在される熱伝導性グリスや熱伝導性接着剤、或いは放
熱器、冷却器、ヒートシンク、ヒートスプレッダー、ダ
イパッド、プリント配線基板、冷却ファン、ヒートパイ
プ、筐体などの伝熱部材を、当該熱伝導性複合材料組成
物を用いて構成することにより、課題である発熱対策を
施すことが可能になる。

【００５１】以上詳述したように、本実施形態によれば
以下に示す作用効果が奏される。・ 主鎖に芳香族環を
有する高分子繊維、好ましくは、ポリベンザゾール繊
維、芳香族ポリイミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポ
リフェニレンスルフィド繊維及び全芳香族ポリエステル
繊維よりなる群から選択される少なくとも１種の高分子
繊維を熱処理して黒鉛化させた。

【００５２】これにより、グラファイト構造が高度に発
達した高い熱伝導性を有する炭素繊維を実現することが
でき、また、この炭素繊維を粉砕又は切断することによ
り、熱伝導性充填剤として要求される高熱伝導性と高充
填性という２つの性質を兼ね備えた、微細かつ均一な炭
素繊維粉末を実現することができる。さらに、炭素繊維
粉末（炭素繊維）のＸ線回折法による黒鉛層間の面間隔
（ｄ００２）が０．３３７０ｎｍ未満であると、より一
層高い熱伝導性を有する炭素繊維粉末（炭素繊維）を実
現することができる。

【００５３】なお、主鎖に芳香族環を有する高分子繊維
は、線状高分子が繊維軸方向に高度に配向したものであ
ることから、熱処理して黒鉛化させると、線状高分子の
配向方向すなわち繊維軸方向に黒鉛層面が高度に発達し
た炭素繊維（炭素繊維粉末）を得ることができる。その
ため、得られる炭素繊維（炭素繊維粉末）は黒鉛層面に
平行な方向に特に優れた熱伝導率を有する炭素繊維（炭
素繊維粉末）となる。

【００５４】・ 主鎖に芳香族環を有する高分子繊維、
好ましくは、ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド
繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィ
ド繊維及び全芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選
択される少なくとも１種の高分子繊維を、真空又は不活
性ガス雰囲気下、２５００℃以上で熱処理して黒鉛化さ
せて炭素繊維粉末を製造した。

【００５５】これにより、グラファイト構造が高度に発
達した高い熱伝導性を有する炭素繊維を実現することが
でき、また、この炭素繊維を粉砕又は切断することによ
り、微細かつ均一で充填性に優れる炭素繊維粉末を簡易
に製造することができる。しかも、従来技術のように不
融化処理を必ずしも必要とせず、また、平面状の母材
（グラファイトフィルム）を粉砕又は裁断するのではな
く直線状の母材（炭素繊維）を粉砕又は切断して微細か
つ均一な炭素繊維粉末を容易に製造できるため、粉砕又
は切断処理工程を簡易なものとすることができ、製造工
程における生産性を向上することができる。

【００５６】・ マトリックス材料中に上述した炭素繊
維粉末を配合した。このように熱伝導性充填剤として要
求される高熱伝導性と高充填性という２つの性質を兼ね
備えた高性能な炭素繊維粉末をマトリックス材料中に配
合することにより、従来と比較して、炭素繊維粉末を高
充填してより一層熱伝導性を向上させた熱伝導性複合材
料、或いは、熱伝導性が同等でかつ炭素繊維粉末の充填
率を低減させた熱伝導性複合材料を実現することができ
る。また、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００
２）が０．３３７０ｎｍ未満である炭素繊維粉末を熱伝
導性充填剤として用いることにより、より一層熱伝導性
を向上させた熱伝導性複合材料組成物を実現することが
できる。なお、熱伝導性が大幅に改善される理由は定か
ではないが、炭素繊維をマトリックス材料中に分散させ
た場合に、熱の伝達経路が炭素繊維のミクロ構造と非常
に強く相関しているものと考えられる。

【００５７】・ 熱伝導性複合材料組成物のマトリック
ス材料として、架橋ゴム、熱可塑性エラストマー、熱可
塑性樹脂及び硬化性樹脂よりなる群から選択される少な
くとも１種の高分子材料を用いた。

【００５８】このように成形加工性の良好なマトリック
ス材料を用いることにより、種々の用途や要求性能に応
じて適用可能な熱伝導性複合材料組成物を実現すること
ができる。

【００５９】・ 熱伝導性複合材料組成物中の炭素繊維
粉末の配合割合を、マトリックス材料１００重量部に対
して、１〜８００重量部とした。これにより、粘度の増
大及び気泡の混入を防止して、炭素繊維粉末をマトリッ
クス材料中に均一分散させた、熱伝導性をより一層向上
させた熱伝導性複合材料組成物を実現することができ
る。

【００６０】

【実施例】以下、試作例、実施例及び比較例を挙げて前
記実施形態をさらに具体的に詳細に説明するが、これら
は本発明の範囲を何ら制限するものではない。

【００６１】（炭素繊維粉末の試作例１）主鎖に芳香族
環を有する高分子繊維としてポリベンザゾール繊維（東
洋紡績株式会社製 商品名 ザイロンＨＴ：ポリベンゾ
オキサゾール繊維）を用い、この高分子繊維を収束させ
た後、加熱炉内に配置して、アルゴンガス雰囲気下、３
０００℃で２時間熱処理して黒鉛化させて炭素繊維を作
製した。得られた炭素繊維を高速回転ミルで粉砕し、炭
素繊維粉末（試作例１）を試作した。得られた炭素繊維
粉末は、繊維直径が９μｍ、平均粒径が５０μｍ、Ｘ線
回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が０．３３
６０ｎｍであった。

【００６２】（炭素繊維粉末の試作例２）主鎖に芳香族
環を有する高分子繊維としてポリベンザゾール繊維（東
洋紡績株式会社製 商品名 ザイロンＨＴ：ポリベンゾ
オキサゾール繊維）を用い、この高分子繊維を収束させ
た後、平均長さ５ｍｍに切断し、この切断された高分子
繊維を加熱炉内に配置して、アルゴンガス雰囲気下、３
２００℃で２時間熱処理して黒鉛化させて炭素繊維を作
製した。得られた炭素繊維をさらに高速回転ミルで粉砕
し、炭素繊維粉末（試作例２）を試作した。得られた炭
素繊維粉末は、繊維直径が９μｍ、平均粒径が２５μ
ｍ、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）が
０．３３５８ｎｍであった。

【００６３】（炭素繊維粉末の試作例３）主鎖に芳香族
環を有する高分子繊維として芳香族ポリイミド繊維（イ
ンスペックファイバーズ製 商品名 Ｐ８４）を用い、
この高分子繊維を収束させた後、加熱炉内に配置して、
アルゴンガス雰囲気下、３０００℃で２時間熱処理して
黒鉛化させて炭素繊維を作製した。得られた炭素繊維を
高速回転ミルで粉砕して、炭素繊維粉末（試作例３）を
試作した。得られた炭素繊維粉末は、繊維直径が９μ
ｍ、平均粒径が５０μｍ、Ｘ線回折法による黒鉛層間の
面間隔（ｄ００２）が０．３３６４ｎｍであった。

【００６４】（炭素粉末の試作例４）高分子フィルムと
して芳香族ポリイミドフィルム（東レ・デュポン製 商
品名カプトン 厚さ２５μｍ）を用い、この高分子フィ
ルムを加熱炉内に配置して、アルゴンガス雰囲気下、３
０００℃で２時間熱処理して黒鉛化させてグラファイト
フィルムを作製した。得られたグラファイトフィルムを
高速回転ミルで粉砕して、炭素粉末（試作例４）を試作
した。得られた炭素粉末は、平均粒径が４５μｍであっ
たが、形状や大きさが不均一で、５μｍ以下の微粉と５
００μｍ以上の粗粉が多量に混在したものであった。ま
た、Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ００２）は
０．３３６８ｎｍであった。

【００６５】上記試作例１〜試作例４の炭素繊維粉末及
び炭素粉末の繊維直径、平均粒径、Ｘ線回折法による黒
鉛層間の面間隔（ｄ００２）を表１に示す。

【００６６】

【表１】 （実施例１）マトリックス材料として付加型の液状シリ
コーンゴム（東レダウコーニングシリコーン株式会社
製）１００重量部に、熱伝導性充填剤としてシランカッ
プリング剤で表面処理を施した試作例１の炭素繊維粉末
９０重量部と、酸化アルミニウム粉末（昭和電工株式会
社製）２２０重量部と、水酸化アルミニウム粉末（昭和
電工株式会社製）８０重量部とを混合分散させて、熱伝
導性複合材料組成物を調製した。得られた熱伝導性複合
材料組成物をシート状に加熱プレス成形することによ
り、厚さ２ｍｍの熱伝導性シートを作製した。得られた
熱伝導性シートのアスカーＣ硬度は１７、シート厚さ方
向の熱伝導率は２．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

【００６７】（実施例２）熱伝導性充填剤として試作例
２の炭素繊維粉末を使用した以外は、実施例１と同様に
熱伝導性複合材料組成物を調製し、厚さ２ｍｍの熱伝導
性シートを作製した。得られた熱伝導性シートのアスカ
ーＣ硬度は１５、シート厚さ方向の熱伝導率は３．０Ｗ
／（ｍ・Ｋ）であった。

【００６８】（実施例３）熱伝導性充填剤として試作例
３の炭素繊維粉末を使用した以外は、実施例１と同様に
熱伝導性複合材料組成物を調製し、厚さ２ｍｍの熱伝導
性シートを作製した。得られた熱伝導性シートのアスカ
ーＣ硬度は１５、シート厚さ方向の熱伝導率は２．７Ｗ
／（ｍ・Ｋ）であった。

【００６９】（比較例１）熱伝導性充填剤として試作例
４の炭素粉末を使用した以外は、実施例１と同様に熱伝
導性複合材料組成物を調製し、厚さ２ｍｍの熱伝導性シ
ートを作製したが、試作例４の炭素粉末は微粉と粗粉が
多く混在した不均一なものであるためマトリックス材料
中に炭素粉末を充填しにくく、しかも気泡が除去しきれ
なかった。得られた熱伝導性シートのアスカーＣ硬度は
１３、シート厚さ方向の熱伝導率は１．０Ｗ／（ｍ・
Ｋ）であった。

【００７０】（比較例２）熱伝導性充填剤として市販の
ピッチ系炭素繊維粉末（ペトカ株式会社製 メルブロン
ミルド）を使用した以外は、実施例１と同様に熱伝導性
複合材料組成物を調製し、厚さ２ｍｍの熱伝導性シート
を作製した。得られた熱伝導性シートのアスカーＣ硬度
は１５、シート厚さ方向の熱伝導率は２．３Ｗ／（ｍ・
Ｋ）であった。

【００７１】上記実施例１〜実施例３、比較例１及び比
較例２の熱伝導性複合材料組成物の配合及び熱伝導性シ
ートのシート厚さ方向の熱伝導率について、表２に示
す。

【００７２】

【表２】 （実施例４〜実施例７）炭素繊維粉末の配合量を、それ
ぞれ５、２０、３００、５００重量部とした以外は、実
施例１と同様に熱伝導性複合材料組成物を調製し、厚さ
２ｍｍの熱伝導性シートを作製した。得られた熱伝導性
シートのシート厚さ方向の熱伝導率は、それぞれ１．６
Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．６Ｗ／
（ｍ・Ｋ）、４．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

【００７３】上記実施例１，実施例４〜実施例７、比較
例１及び比較例２の熱伝導性複合材料組成物の配合及び
熱伝導性シートのシート厚さ方向の熱伝導率について、
表３に示す。

【００７４】

【表３】 （実施例８）マトリックス材料として低硬度スチレン系
熱可塑性エラストマー（理研ビニル工業株式会社製）１
００重量部と、熱伝導性充填剤として試作例１の炭素繊
維粉末１００重量部と、窒化ホウ素粉末（電気化学工業
株式会社製）２０重量部と、水酸化アルミニウム粉末
（昭和電工株式会社製）２０重量部とを２軸押出機で混
練して、ペレット状の熱伝導性複合材料組成物を調製し
た。得られた熱伝導性複合材料組成物をシート状に押出
成形することにより、厚さ３ｍｍの熱伝導性シートを作
製した。得られた熱伝導性シートのショアＡ硬度は７
３、シート厚さ方向の熱伝導率は２．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）
であった。

【００７５】（実施例９〜実施例１２）炭素繊維粉末の
配合量を、それぞれ５、２０、３００、５００重量部と
した以外は、実施例８と同様にペレット状の熱伝導性複
合材料組成物を調製し、厚さ３ｍｍの熱伝導性シートを
作製した。得られた熱伝導性シートのシート厚さ方向の
熱伝導率は、それぞれ１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１．６Ｗ
／（ｍ・Ｋ）、２．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．６Ｗ／（ｍ
・Ｋ）であった。

【００７６】（比較例３）熱伝導性充填剤として市販の
ピッチ系炭素繊維粉末（ペトカ株式会社製 商品名 メ
ルブロンミルド）を使用した以外は、実施例８と同様に
ペレット状の熱伝導性複合材料組成物を調製し、厚さ３
ｍｍの熱伝導性シートを作製した。得られた熱伝導性シ
ートのショアＡ硬度は６８、シート厚さ方向の熱伝導率
は１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

【００７７】実施例８〜実施例１２及び比較例３の熱伝
導性複合材料組成物の配合及び熱伝導性シートのシート
厚さ方向の熱伝導率について、表４に示す。

【００７８】

【表４】 （実施例１３）マトリックス材料としてポリアセタール
樹脂（旭化成工業株式会社製）１００重量部と、熱伝導
性充填剤としてシランカップリング剤で表面処理を施し
た試作例２の炭素繊維粉末８０重量部と、酸化アルミニ
ウム粉末（昭和電工株式会社製）５０重量部とを２軸押
出機で混練して、ペレット状の熱伝導性複合材料組成物
を調製した。得られた熱伝導性複合材料組成物を射出成
形して、厚さ３ｍｍの熱伝導性成形体を作製した。得ら
れた熱伝導性成形体の熱伝導率は１．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）
であった。

【００７９】（実施例１４〜実施例１７）炭素繊維粉末
の配合量を、それぞれ５、２０、３００、５００重量部
とした以外は、実施例１３と同様にペレット状の熱伝導
性複合材料組成物を調製し、厚さ３ｍｍの熱伝導性成形
体を作製した。得られた熱伝導性成形体の熱伝導率は、
それぞれ１．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１．３Ｗ／（ｍ・
Ｋ）、２．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）で
あった。

【００８０】（比較例４）熱伝導性充填剤として試作例
４の炭素粉末を使用した以外は、実施例１３と同様にペ
レット状の熱伝導性複合材料組成物を調製し、厚さ３ｍ
ｍの熱伝導性成形体を作製したが、試作例４の炭素粉末
は微粉と粗粉が多く混在した不均一なものであるためマ
トリックス材料中に炭素粉末を充填しにくく、しかも気
泡が除去しきれなかった。得られた熱伝導性成形体の熱
伝導率は、０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

【００８１】実施例１３〜実施例１７及び比較例４の熱
伝導性複合材料組成物の配合及び熱伝導性成形体の熱伝
導率について、表５に示す。

【００８２】

【表５】 （実施例１８）接着性高分子マトリックス材料としてア
ミン系硬化剤を含むビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
（油化シェルエポキシ株式会社製）１００重量部に、熱
伝導性充填剤としてシランカップリング剤で表面処理を
施した試作例１の炭素繊維粉末１５０重量部と、酸化ア
ルミニウム粉末（昭和電工株式会社製）３０重量部とを
混合分散させて、熱伝導性接着剤である熱伝導性複合材
料組成物を調整した。得られた熱伝導性複合材料組成物
を熱硬化させ、厚さ１ｍｍの板状試験片を作製した。得
られた板状試験片の熱伝導率は、２．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）
であった。

【００８３】（実施例１９〜実施例２２）炭素繊維粉末
の配合量を、それぞれ５、２０、３００、５００重量部
とした以外は、実施例１８と同様に熱伝導性接着剤であ
る熱伝導性複合材料組成物を調製し、厚さ１ｍｍの板状
試験片を作製した。得られた板状試験片の熱伝導率は、
それぞれ１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１．８Ｗ／（ｍ・
Ｋ）、３．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、４．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）で
あった。

【００８４】（比較例５）熱伝導性充填剤として市販の
ピッチ系炭素繊維粉末（ペトカ株式会社製 商品名 メ
ルブロンミルド）を使用した以外は、実施例１８と同様
に、熱伝導性接着剤である熱伝導性複合材料組成物を調
製し、厚さ１ｍｍの板状試験片を作製した。得られた板
状試験片の熱伝導率は２．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

【００８５】実施例１８〜実施例２２及び比較例５の熱
伝導性複合材料組成物の配合及び熱伝導性接着剤の熱伝
導率について、表６に示す。

【００８６】

【表６】 （考察）以上のように実施例１〜実施例２２の熱伝導性
複合材料組成物は、いずれも主鎖に芳香族環を有する高
分子繊維を熱処理して黒鉛化させて得られた炭素繊維粉
末（試作例１〜試作例３）をマトリックス材料中に配合
したものである。一方、比較例１及び比較例４の熱伝導
性複合材料組成物は、芳香族ポリイミドフィルムを熱処
理して黒鉛化されたグラファイトフィルムを粉砕するこ
とにより製造した従来技術の炭素粉末（試作例４）をマ
トリックス材料中に配合したものである。また、比較例
２、比較例３及び比較例５の熱伝導性複合材料組成物
は、ピッチを原料とし、紡糸、不融化、黒鉛化、粉砕等
の多数の工程を経て製造された従来のピッチ系黒鉛化炭
素繊維粉末をマトリックス材料中に配合したものであ
る。

【００８７】そして、実施例１〜実施例７、比較例１及
び比較例２はいずれもシリコーンゴム系の柔軟な熱伝導
性シート、実施例８〜実施例１２及び比較例３はいずれ
もリサイクル可能な熱可塑性エラストマーを使用した熱
伝導性シート、実施例１３〜実施例１７及び比較例４は
いずれも射出成形可能な熱伝導性成形体、実施例１８〜
実施例２２及び比較例５はいずれもエポキシ系の接着性
高分子を用いた熱伝導性接着剤の例である。

【００８８】実施例１、実施例２及び実施例３の熱伝導
性複合材料組成物は比較例１及び比較例２と比較して、
実施例８の熱伝導性複合材料組成物は比較例３と比較し
て、実施例１３の熱伝導性複合材料組成物は比較例４と
比較して、実施例１８の熱伝導性複合材料組成物は比較
例５と比較して、いずれも高い熱伝導率が得られてい
る。従って、試作例１〜試作例３の主鎖に芳香族環を有
する高分子繊維を熱処理して黒鉛化させて得られる炭素
繊維粉末は、試作例４の炭素粉末又はピッチ系炭素繊維
粉末と比較して、高い熱伝導性を有することが確認され
た。

【００８９】また、試作例４の炭素粉末は、５μｍ以下
の微粉と５００μｍ以上の粗粉とが多量に混在する不均
一なものであり、マトリックス材料中に充填しにくく気
泡が除去しきれなかった事実からも明らかなように（比
較例１及び比較例４参照）、試作例４の炭素粉末は充填
性が悪いことが確認された。また、得られる熱伝導性複
合材料組成物の熱伝導性も劣っている（比較例１及び比
較例４参照）。一方、試作例１〜試作例３の炭素繊維粉
末においては、配合量を５〜５００重量部の範囲で増減
させても、そのような事実は見られず、得られる熱伝導
性複合材料組成物においていずれも高い熱伝導性が発揮
されていることが確認された（実施例１〜実施例２２参
照）。従って、試作例１〜試作例３の炭素繊維粉末は、
比較例４の炭素粉末と比較して、充填性に優れているこ
とが確認された。

【００９０】なお、主鎖に芳香族環を有する高分子繊維
を熱処理して黒鉛化させた後、粉砕又は切断する炭素繊
維粉末の製造方法（試作例１〜試作例３）は、上述した
不融化処理を必要とせず、しかも、粉砕又は切断処理工
程が簡便となることから、熱伝導性充填剤として必要と
される高熱伝導性及び高充填性という２つの性質を兼ね
備えた高性能な炭素繊維粉末を簡便に製造できる製造方
法であることは明らかである。

【００９１】尚、上記実施形態、試作例、実施例及び比
較例から把握される技術的思想について以下に記載す
る。 （Ａ） 主鎖に芳香族環を有する高分子繊維を熱処理し
て黒鉛化させて得られる炭素繊維。

【００９２】（Ｂ） 主鎖に芳香族環を有する高分子繊
維が、ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維、
芳香族ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維
及び全芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選択され
る少なくとも１種の高分子繊維であることを特徴とする
上記（Ａ）に記載の炭素繊維。

【００９３】（Ｃ） 主鎖に芳香族環を有する高分子繊
維を、真空又は不活性ガス雰囲気下、２５００℃以上で
熱処理して黒鉛化させることを特徴とする炭素繊維の製
造方法。

【００９４】（Ｄ） 主鎖に芳香族環を有する高分子繊
維が、ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維、
芳香族ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維
及び全芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選択され
る少なくとも１種であることを特徴とする上記（Ｃ）に
記載の炭素繊維の製造方法。

【００９５】（Ｅ） 主鎖に芳香族環を有する高分子繊
維を、熱処理して黒鉛化させた後、粉砕又は切断して得
られる炭素繊維粉末。 （Ｆ）主鎖に芳香族環を有する高分子繊維が、ポリベン
ザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維、芳香族ポリアミ
ド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維及び全芳香族ポ
リエステル繊維よりなる群から選択される少なくとも１
種であることを特徴とする上記（Ｅ）に記載の炭素繊維
粉末。

【００９６】（Ｇ） 繊維直径が５〜２０μｍであり、
かつ、平均粒径が５〜５００μｍであることを特徴とす
る請求項１から請求項３、又は上記（Ｅ）或いは（Ｆ）
に記載の炭素繊維粉末。

【００９７】（Ｈ） 請求項１から請求項３又は上記
（Ｅ）〜（Ｇ）のいずれかに記載の炭素繊維粉末よりな
る熱伝導性充填剤。 （Ｉ） 主鎖に芳香族環を有する高分子繊維を、真空又
は不活性ガス雰囲気下、２５００℃以上で熱処理して黒
鉛化させた後、粉砕又は切断することを特徴とする炭素
繊維粉末の製造方法。

【００９８】（Ｊ） 主鎖に芳香族環を有する高分子繊
維が、ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維、
芳香族ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維
及び全芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選択され
る少なくとも１種であることを特徴とする上記（Ｉ）に
記載の炭素繊維粉末の製造方法。

【００９９】（Ｋ） 請求項６から請求項８のいずれか
に記載の熱伝導性複合材料組成物を所定形状に成形加工
してなる熱伝導性成形体。 （Ｌ） 請求項６から請求項８のいずれかに記載の熱伝
導性複合材料組成物をシート状に成形加工してなる熱伝
導性シート。

【０１００】（Ｍ） 請求項６から請求項８のいずれか
に記載の熱伝導性複合材料組成物を含有してなる熱伝導
性接着剤。 （Ｎ） 請求項６から請求項８のいずれかに記載の熱伝
導性複合材料組成物を含有してなる熱伝導性グリス。

【０１０１】

【発明の効果】以上、詳述したように、請求項１の発明
によれば、優れた熱伝導性を有するとともにマトリック
ス材料中に高充填可能な炭素繊維粉末を提供することが
できる。請求項４の発明によれば、優れた熱伝導性を有
するとともにマトリックス材料中に高充填可能な炭素繊
維粉末の簡便な製造方法を提供することができる。請求
項６に記載の発明によれば、電子機器等における成形加
工品や液状組成物の構成材料として好適に用いることが
できる、優れた熱伝導性を有する熱伝導性複合材料組成
物を提供することができる。

フロントページの続き (72)発明者 舘田 伸哉 東京都北区田端５丁目10番５号 ポリマテ ック 株式会社Ｒ＆Ｄセンター内 Ｆターム(参考） 4G046 EA03 EB02 EC01 EC02 EC05 4J002 AA011 AA021 AC001 BC021 CB001 CD001 CP031 DA016 DA026 FA046 FD010 4L037 AT05 CS04 FA02 FA05 PA46 PG04 UA20

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主鎖に芳香族環を有する高分子繊維を、
   熱処理して黒鉛化させて得られる炭素繊維粉末。
2. 【請求項２】 主鎖に芳香族環を有する高分子繊維が、
   ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維、芳香族
   ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維及び全
   芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選択される少な
   くとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の炭
   素繊維粉末。
3. 【請求項３】 Ｘ線回折法による黒鉛層間の面間隔（ｄ
   ００２）が０．３３７０ｎｍ未満であることを特徴とす
   る請求項１又は請求項２に記載の炭素繊維粉末。
4. 【請求項４】 主鎖に芳香族環を有する高分子繊維を、
   真空又は不活性ガス雰囲気下、２５００℃以上で熱処理
   して黒鉛化させることを特徴とする炭素繊維粉末の製造
   方法。
5. 【請求項５】 主鎖に芳香族環を有する高分子繊維が、
   ポリベンザゾール繊維、芳香族ポリイミド繊維、芳香族
   ポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維及び全
   芳香族ポリエステル繊維よりなる群から選択される少な
   くとも１種であることを特徴とする請求項４に記載の炭
   素繊維粉末の製造方法。
6. 【請求項６】 マトリックス材料中に、請求項１から請
   求項３のいずれかに記載の炭素繊維粉末を配合してなる
   熱伝導性複合材料組成物。
7. 【請求項７】 マトリックス材料が、架橋ゴム、熱可塑
   性エラストマー、熱可塑性樹脂及び硬化性樹脂よりなる
   群から選択される少なくとも１種の高分子材料であるこ
   とを特徴とする請求項６に記載の熱伝導性複合材料組成
   物。
8. 【請求項８】 炭素繊維粉末の配合量が、マトリックス
   材料１００重量部に対して、１〜８００重量部であるこ
   とを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の熱伝導性
   複合材料組成物。