JPH0517593A - 熱伝導性成形品 - Google Patents

熱伝導性成形品

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JPH0517593A
JPH0517593A JP3171052A JP17105291A JPH0517593A JP H0517593 A JPH0517593 A JP H0517593A JP 3171052 A JP3171052 A JP 3171052A JP 17105291 A JP17105291 A JP 17105291A JP H0517593 A JPH0517593 A JP H0517593A
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JP
Japan
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resin
heat
graphite powder
molded article
thermal conductivity
Prior art date
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Application number
JP3171052A
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English (en)
Inventor
Toru Okada
徹 岡田
Tetsuo Matsushita
哲男 松下
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形性、熱伝導度にすぐれると同時に機械的
強度の高い熱伝導性成形品を提供することにある。 【構成】 熱交換器用等の熱伝導性成形品であって、一
方向引揃えの炭素繊維に熱硬化性樹脂と黒鉛粉末を含浸
した成形材料からなることを特徴とする伝熱管等の成形
品。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱伝導性の成形品に関
する。さらに詳しくは、成形性、熱伝導度及び機械的強
度にすぐれた熱交換器用の伝熱管等の成形品に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、塩酸、硫酸のような流体を加熱す
る耐蝕性熱交換器等の伝熱管として、ステンレス鋼、チ
タン合金等が一般に用いられている。しかし、これらの
素材は加工が難しく仕上げ表面の平滑性が悪く、そのた
め流体の圧損が大きく、またスケールの付着や伝熱境膜
が生じやすく、熱交換効率に欠点があった。
【0003】そのため、最近では、耐蝕性の良い熱可塑
性樹脂及び熱硬化性樹脂を素材として、射出成形や圧縮
成形によって伝熱管を成形する試みがなされている。一
般に、熱交換器の熱交換効率を高めるには、平滑性を高
め伝熱面積をできる限り大きくとり、伝熱部の膜厚を薄
くし、かつ熱交換部の熱伝導度を高め、さらに熱交換部
がスケール等で汚れないようにする必要がある。
【0004】上記のような樹脂素材を用いると平滑性が
良いことから、流体の流動効率が高い利点があるが、熱
伝導度が小さいため大きな伝熱面積が必要となるので、
これを改善するために熱伝導性が良好な黒鉛粉末や炭素
繊維を短く切断したものを樹脂に混合し、熱伝導度を高
める技術が開示されている。しかしながら、黒鉛粉末の
場合は該樹脂に混入する量を多くするほど機械的強度が
著しく損なわれる。これは黒鉛粉末の粒子形態から何ら
補強効果を持たないためと思われる。
【0005】このため黒鉛粉末の添加量を低く制限する
必要があり、熱伝導度を充分に高めることはできなかっ
た。しかも、使用中の破損の危険性から膜厚の薄い成形
品は使用することができなかった。一方、炭素繊維を短
く切断して樹脂と混合し、熱伝導度を高める試みは、成
形する際に、成形品中での炭素繊維の分散が不均一にな
り機械的強度の低下を招くのみならず熱伝導度を充分に
高めることはできなかった。
【0006】また、黒鉛粉末と短く切断した炭素を樹脂
と混合して熱伝導率を高める試みもなされているが(特
開昭63−194195号公報、特開平2−16313
7号公報)、成形時の流動性が悪く、均一な薄膜状の成
形が困難であると共に、機械的強度を充分に高めること
ができない。すなわち、上記の方法では、機械的強度を
保ったまま熱伝導度を有効に上げることが難しいこと、
および黒鉛粉末や炭素繊維使用における成形性の低下
や、熱伝導度を上げても機械的強度の低下のために流体
の流速を上げられず、汚れ成分が沈着し、熱交換率を低
下させるものであった。
【0007】最近、一方向に引揃えた炭素繊維に熱硬化
性樹脂を含浸させプリプレグとした後、多層積層し硬化
成形した炭素繊維強加樹脂成形体は、釣竿、ゴルフシャ
フト等のスポーツレジャー用及び航空機用等の部材とし
て、機械的強度、弾性率及びすぐれた成形性等の面から
利用されつつある。しかし、熱交換器用等の伝熱管のよ
うな熱伝導性の成形品としては、熱伝導度が充分でなか
った。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形性にす
ぐれると共に、熱伝導度と機械的強度を同時に満足する
熱伝導性の成形品を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために、鋭意検討した結果、一方向に引揃
えた炭素繊維に黒鉛粉末が配合された熱硬化性樹脂が含
浸されている成形材料からなる成形品とすることによっ
て本発明に到達した。すなわち、本発明は、一方向に引
揃えた炭素繊維に黒鉛粉末を含む熱硬化性樹脂が含浸さ
れている成形材料からなることを特徴とする熱伝導性成
形品、である。
【0010】本発明の熱伝導性成形品は、熱硬化性樹脂
と黒鉛粉末を均一に混合した配合樹脂を、一方向に引揃
えた炭素繊維に含浸させることにより、又は、ストラン
ドプリプレグ、テープ状プリプレグ、シート状プリプレ
グ、織編物プリプレグ等の成形材料を経由して、フィラ
メントワインディング成形、ロール成形、圧縮成形、引
抜き成形等によって伝熱管等として成形され熱硬化され
ることによって得られる。
【0011】そのため、本発明の成形品では、一方向引
揃えの炭素繊維と黒鉛粉末とが併用されていることが不
可欠である。両者の使用割合については、使用する黒鉛
粉末の粒径、成形品の要求特性等により異なり、一義的
に定めることは困難である。しかし、一般的には炭素繊
維と黒鉛粉末との比率が25:75〜95:5(重量
比)であり、好ましくは30:70〜90:10(重量
比)の範囲で選定する。
【0012】本発明に用いる炭素繊維は、黒鉛繊維を包
含し、具体的には、ポリアクリロニトリル(PAN)
系、ピッチ系(石油系、石炭系)、レーヨン系炭素繊維
等が挙げられ、成形品の熱伝導度を高めるには、繊維弾
性率の高い炭素繊維が好ましいが、繊維弾性率が高くな
ると機械的強度低下を伴なうため、目的とする熱伝導率
と機械的強度によって使いわけられる。
【0013】本発明に使用する黒鉛粉末は、天然黒鉛、
人造黒鉛で、純度75%以上のものであり、その粒度は
電顕法の平均粒子径で40μm以下、好ましくは10μ
m以下のものであり、この中から選ばれた1種又は2種
以上を用いて実施してもよい。また、黒鉛粉末に替え
て、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ
素、酸化ベリリウム等の無機粉末も特定条件下で使用す
ることができる。
【0014】本発明に用いる熱硬化性樹脂(以下樹脂基
材)は、炭素繊維に含浸し、また、黒鉛粉末を混合でき
るものならば、どの様な熱硬化性樹脂も使用できる。例
えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂、ビニルエステル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹
脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリイミド樹脂等を用いることができ、目的に応じ
て使用することができる。
【0015】これら樹脂基材のうち、機械的特性、耐薬
品性、耐熱性、成形性等に優れ、上記特性のバランスが
とれたエポキシ樹脂を主体としたものが最も好ましい。
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹
脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキ
シ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂あるいは熱可
塑性樹脂等を混合して使用してもよいがこれに限定され
るものではない。耐熱性の点からは、ビスフェノールA
型エポキシ樹脂に、フェノールノボラック樹脂、あるい
はグリシジルアミン型樹脂を混合して用いるのが好まし
い。
【0016】エポキシ樹脂の硬化剤は一般的に何でもよ
く酸無水物、ジシアンジアミド、芳香族ジアミン、フェ
ノール樹脂等があるが、目的とする特性によって使い分
けられ、耐酸性用途においては、酸無水物が好ましい。
これら硬化剤は、一般的には硬化促進剤と併用して用い
られ、イミダゾール誘導体、尿素誘導体、弗化ホウ素錯
塩類、3級アミン等が例示でき、これらに限定するもの
ではない。
【0017】本発明の成形品中の樹脂基材の配合割合
は、20〜80重量%、好ましくは、30〜70重量%
である。樹脂基材が20重量%未満では、成形時の流動
性が不足し、品位の低い成形品となり、機械的強度が低
い。また、80重量%を越えると、熱伝導度の低下を招
くと共に、充分な機械的強度が得られない。
【0018】本発明において、成形品の特性を阻害しな
い範囲内で各種の添加剤を配合することができる。例え
ば、熱可塑性樹脂、流動調整剤、可塑剤、安定剤、滑
剤、金属を含む無機充填剤等が挙げられる。本発明の成
形品の製造において、樹脂基材と黒鉛粉末及び各種の添
加剤の混練は、プラネタリーミキサー、ニーダー、ロー
ル混練機等で行なわれる。また、必要に応じて、塩化メ
チレン、メチルエチルケトン、メチルセルソルブ、アセ
トン、メタノール等の溶剤から選ばれた1種又は2種以
上の溶剤を用いて粘度調整され、配合樹脂が製造され
る。
【0019】成形工程は前述した方法等で実施するが、
配合樹脂に溶剤を用いた場合は、炭素繊維に配合樹脂が
含浸された後、除去される。本発明の熱伝導性成形品は
前記のような成形方法を採用することができるので、炭
素繊維と黒鉛粉末の分散を均一にすることができ、1m
m以下の薄膜のものが可能となった。
【0020】また、一方向引揃えの炭素繊維を任意の方
向に配列させる構造によって、炭素繊維が持っている機
械的強度特性を充分に活用でき、すぐれた機械的強度を
得ることができる。さらに、本発明の成形品はすぐれた
熱伝導度を持つ炭素繊維が連続して並んだ層間に、黒鉛
粒子で層間距離を縮める又は黒鉛粒子で結ぶことによ
り、大巾に熱伝導度を向上させることが可能となった。
【0021】
【実施例】以下実施例によって本発明を更に詳細に説明
する。なお、実施例に示す物性は次の測定法による。ま
た、部は重量部を示す。 (1)熱伝導度 各実施例の平板(厚み約2mm)よりサンプリングし、
熱定数測定装置TC−2000(真空理工社製)を用
い、比熱容量Cp(Joule/gK)と熱拡散率α
(cm2 /sec)をフラッシュ法で直接測定し、別に
測定した密度ρ(g/cm3 )から、熱伝導度λ(W/
cmK)をλ=α・Cp・ρで求め換算してKcal/
2 ・hr・℃)で示した。TC−2000による熱拡
散率の測定は非接触式で行ない、比熱は接触式で測定し
た。また、密度は密度勾配管法で測定した。 (2)引張り強度 JIS K7073に準拠し、恒温槽160℃雰囲気中
に15分間保持した後、測定した。 (3)耐圧強度 シリコンオイルを充填した中空パイプを160℃のシリ
コンオイル槽中に10分間保持後、シリコンオイルを加
圧して耐圧強度を測定した。
【0022】
【実施例1〜8、比較例1〜6】ビスフェノールA型エ
ポキシ樹脂(AER331、旭化成工業(株)製)10
0部、テトラグリシジルアミン型エポキシ樹脂(TET
RAD−X、三菱ガス化学工業(株)製)100部、無
水メチルナジック酸(無水メチルハイミック酸、日立化
成工業(株)製)220部、イミダゾール(1B2E
Z、四国化成工業(株)製)2部を加熱ニーダーで樹脂
基材を混練した。
【0023】次いで、粒径が0.4μm、2μm、10
μm、45μm、60μmの黒鉛粉を表1に示す配合重
量比で添加しさらに混練した。このとき必要に応じて、
メチルセルソルブ又は塩化メチレンを加え混練した。さ
らにロールミル上で混練し、均一な配合樹脂を得た。次
に、配合樹脂を離型紙上にコーティングしてフィルムを
得た。このフィルム上に、表1に示す配合重量比になる
様に弾性率24TON/mm2 の高強度炭素繊維(H
T)及び弾性率40TON/mm2 の高弾性炭素繊維
(HM)を引き揃えた後、その上に離型紙を載せ、ホッ
トロールで圧縮し、含浸させて一方向プリプレグを得
た。
【0024】作成したプリプレグを30cm四方に切
り、面対称になるように±45°で積層し、オートクレ
ーブで80℃1時間、150℃2時間、180℃3時間
硬化して、厚み2mmの平板を得た。また、外径7mm
の丸鋼にプリプレグをシートローリング成形機で±45
°に積層し、ポリエステルテープでテーピング後、オー
トクレーブ成形と同様の硬化を行ない、外径8.0m
m、内径7.0mmの中空パイプを成形した。
【0025】得られた平板より熱伝導度及び引張り強度
を測定し、中空パイプで耐圧強度を測定した。これらの
結果を表2に示す。
【0026】
【比較例7】実施例1〜8及び比較例1〜6と同様の樹
脂基材及び方法で表1に示す配合樹脂を作製した。この
配合樹脂を60〜70℃で真空脱泡した後クロムメッキ
した25cm四方、厚み2mmのスペーサーを持つ金型
に流し込み、80℃1時間、150℃2時間、180℃
3時間の圧縮成形を行ない、平板を得た。
【0027】得られた平板より熱伝導度及び引張り強度
を測定した。なお、中空パイプの成形は実施できなかっ
た。これらの測定結果を表2に示す。本発明の熱伝導性
成形品は、熱交換器用パネル、フィン、伝熱管、放熱用
電気部品(冷蔵庫の放熱パネル、スピーカーコイルの冷
却等)、摺動部材、エレクトロニス基板、車輌用ラジエ
ーターパネル等の熱伝導性で機械強度の必要とされる用
途に有用である。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【発明の効果】本発明の熱伝導性成形品は従来のものに
比べ成形性にすぐれ、熱伝導度が大で、かつ、耐熱性が
高いものである。また、平滑性にすぐれると共に機械的
強度も大きいので管内流速を大きくすることができ、ス
ケール等の沈着を抑制することが必要な用途に有用であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C08L 101:00 7167−4J

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方向に引揃えた炭素繊維に黒鉛粉末を
    含む熱硬化性樹脂が含浸されている成形材料からなるこ
    とを特徴とする熱伝導性成形品。
  2. 【請求項2】 熱硬化性樹脂20−80重量%、一方向
    に引揃えた炭素繊維と粒径40μm以下の黒鉛粉末との
    合計が20−80重量%であり、かつ、炭素繊維と黒鉛
    粉末との割合が25:75〜95:5(重量比)である
    ことを特徴とする熱伝導性成形品。
JP3171052A 1991-07-11 1991-07-11 熱伝導性成形品 Pending JPH0517593A (ja)

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