KR101405258B1 - Electrically insulating thermoplastic resin composition with excellent thermal conductivity and warpage - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전도성 및 휨 특성이 우수한 전기 절연성 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 폴리페닐렌 설파이드 수지, 방열성 충전재로서 질화 붕소, 및 기타 무기 충전재를 조합 사용함으로써 현저히 높은 열전도도 및 우수한 휨 특성을 동시에 달성하면서 기계적 물성도 만족스러운 수준을 나타낼 수 있고, 나아가 제조원가도 저렴하며, 우수한 압출 및 사출 성형성을 달성할 수 있는 전기 절연성 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an electrically insulating thermoplastic resin composition having excellent thermal conductivity and excellent bending property. More specifically, the present invention relates to an electrically insulating thermoplastic resin composition excellent in thermal conductivity and excellent in thermal conductivity and excellent in warpage property by using polyphenylene sulfide resin, boron nitride, The present invention relates to an electrically insulating thermoplastic resin composition capable of exhibiting a satisfactory level of mechanical properties while at the same time achieving a satisfactory bending property and also being inexpensive to manufacture and capable of achieving excellent extrusion and injection moldability.
플라스틱은 열을 잘 통하지 않고 금속에 비해 강도가 약하다는 단점이 있어 용도가 한정되어 왔다. 그러나 최근 고분자를 다루는 기술이 발전하면서 플라스틱의 용도가 크게 확대되고 있으며, 금속 못지 않게 열을 전달하는 소재로 개발되고 있다. 이러한 관점에서 개발된 플라스틱 소재는 방열이 필요한 장치인 자동차 라디에이터용 열 교환기, 냉장고용 열 교환기, 에어컨용 열 교환기에 방열성 소재로 적용될 수 있으며, 또 다른 예로는, 전기 전자 제품의 집적화로 인한 방열의 필요성으로 인하여 I.C. 칩, 방열판, 기판, 하우징, 전기 커넥터 등에도 적용될 수 있다. 또한, 공업용 모터, 하드 디스크 드라이브용 모터, DVD, CD용 모터 등에도 적용될 수 있다. Plastics have been limited in their use because they have a drawback in that they do not pass heat well and are weaker in strength than metals. However, as the technology for dealing with polymers has recently developed, the use of plastics has been greatly expanded, and it has been developed as a material that transmits heat as well as metals. The plastic material developed from this point of view can be applied as a heat dissipating material to a heat exchanger for a car radiator, a heat exchanger for a refrigerator, and a heat exchanger for an air conditioner, which are necessary devices for heat dissipation. Another example is a heat dissipation material Because of necessity, IC A chip, a heat sink, a substrate, a housing, an electrical connector, and the like. It can also be applied to industrial motors, motors for hard disk drives, motors for DVDs and CDs, and the like.
이러한 장치들의 방열성 소재로는 열전도율이 높은 소재, 예컨대 알루미늄, 구리 등의 금속이 주로 사용되고 있다. 이는 금속이 가진 높은 열전도성으로 인해 다른 재료들보다 열을 주위로 빠르게 확산시켜 열에 민감한 전자 부품을 국부적인 고온으로부터 보호할 수 있기 때문이다. 그러나 금속은 복잡한 형상으로의 가공에 문제가 있고, 높은 밀도로 인해 경량화가 어려우며, 단가가 높은 단점이 있다. 따라서 기존의 전자, 전기, 자동차 부품 등에 방열용으로 채택되어 온 알루미늄 등의 금속성 재료를 열전도성 플라스틱 소재로 대체할 수 있다면, 부품 무게를 약 40% 가까이 줄일 수 있고, 원가도 약 30~50% 정도 절감할 수 있다. As materials for heat dissipation of these devices, metals such as aluminum and copper are mainly used with high thermal conductivity. This is because the high thermal conductivity of the metal allows it to diffuse heat around it more quickly than other materials, thereby protecting the heat sensitive electronic components from localized high temperatures. However, the metal has a problem in processing into a complicated shape, has a disadvantage in that it is difficult to reduce the weight due to high density, and the cost is high. Therefore, if a metallic material such as aluminum can be replaced with a thermally conductive plastic material that has been used for heat dissipation in existing electronic, electric and automobile parts, the weight of the part can be reduced by about 40%, the cost can be reduced by about 30 to 50% .
그러나 플라스틱 소재에 이러한 열 방출 효과를 기대하려면 많은 양의 방열 충전재를 사용하여야 한다. 그런데 열전도성을 향상시키고자 수지 조성물 내에 투입되는 방열 충전재의 양을 지나치게 늘리면, 압출 및 사출 성형성이 현저하게 떨어져서 제품을 제조하기가 더욱 힘들어질 뿐 아니라, 기계적 강도가 저하되는 문제가 있다. However, a large amount of heat-radiating filler must be used to achieve this heat dissipation in plastic materials. However, if the amount of the heat-radiating filler to be added into the resin composition for improving the thermal conductivity is excessively increased, the extrusion and injection-molding properties are remarkably decreased to make the product more difficult to manufacture and the mechanical strength is lowered.
방열 충전재로서 전기적으로 도체인 탄소계열 충전재를 사용하면 전기 전도성이 있는 열전도성 수지를 제조할 수 있고, 전기적으로 부도체인 세라믹 충전재를 사용하면 전기 절연성이 있는 열전도성 수지를 제조할 수 있다. 방열 충전재의 대표적인 예로는 흑연을 들 수 있는데, 이는 흑연이 다른 방열 충전재들에 비해 높은 열전도성을 가지고 있기 때문이다. 하지만 흑연은 전기적으로 도체이기 때문에, 방열성은 필요하나 전기적으로 절연성을 가지는 열전도성 수지가 필요한 제품, 특히 전기, 전자 제품 등에는 적용이 부적합한 단점이 있다.When a carbon-based filler which is an electrically conductive material is used as a heat-radiating filler, a thermally conductive resin having electrical conductivity can be produced. When a ceramic filler is electrically non-conductive, a thermally conductive resin having electrical insulation can be produced. A typical example of a heat-radiating filler is graphite because graphite has higher thermal conductivity than other heat-radiating fillers. However, since graphite is an electrically conductive material, there is a disadvantage in that it is not suitable for use in a product requiring a thermally conductive resin having electrical insulation properties, in particular, electric and electronic products, although heat dissipation is necessary.
따라서, 전기 절연성이 있는 열전도성 수지의 제조에는 전기적으로 부도체인 방열 세라믹 충전재를 사용할 필요가 있다. 하지만, 이러한 충전재들은 대체적으로 벌크 밀도가 낮아 압출기의 호퍼나 투입구에 브릿지 현상을 일으켜 정량 투입을 하기 힘들며, 압출 가공성이 현저히 저하되는 단점이 있다.Therefore, it is necessary to use a thermally insulating ceramic filler which is electrically non-conductive for the production of the electrically conductive thermally conductive resin. However, these fillers generally have a low bulk density, which results in a bridge phenomenon in the hopper or inlet of the extruder, which makes it difficult to input a fixed amount, and the extrusion processability is significantly reduced.
또한 방열 세라믹 충전재와 섬유상 무기 충전재만 첨가한 열전도성 수지는 섬유상 무기 충전재의 첨가에 따라 유동성이 크게 감소하고, 따라서 성형을 위한 가공시 작업 온도를 높여야 하는 단점이 있다. 또한 이러한 수지를 사출 성형할 경우 흐름에 따른 섬유상 무기 충전재의 배향으로 사출 방향의 수축율과 이의 수직 방향의 수축율에 차이가 나타나게 되며, 이로 인하여 제조된 플라스틱 성형품이 휘어지거나 뒤틀어져 제품의 품질을 저하시키는 문제점이 있다. 특히 낮은 수축율을 얻기 위해 사용되는 결정성 열가소성의 수지의 경우 그러한 문제점이 더욱 심각하게 된다.In addition, the heat conductive ceramic filler and the thermally conductive resin added with the fibrous inorganic filler have a disadvantage in that the fluidity is greatly reduced by the addition of the fibrous inorganic filler, and therefore, the working temperature must be increased during processing for molding. In addition, when such a resin is injection molded, there is a difference in the shrinkage ratio in the injection direction and the shrinkage ratio in the vertical direction due to the orientation of the fibrous inorganic filler in accordance with the flow. As a result, the molded plastic article is warped or twisted, There is a problem. Especially in the case of crystalline thermoplastic resins used to obtain low shrinkage rates.
따라서, 높은 열전도도와 우수한 휨 특성을 동시에 갖춘, 전기 전열성이 있는 열가소성 수지 조성물에 대한 개발이 여전히 요청되고 있다.Therefore, there is still a demand for development of a thermoplastic resin composition having high thermal conductivity and excellent bending properties, which has electrical conductivity.
대한민국등록특허 제0450229호에서는 실리콘 카바이드와 같은 세라믹 고체를 이용한 전기절연형 열전도성 수지 조성물을 개시하고 있으나, 실리콘 카바이드와 같은 세라믹 고체는 모흐경도가 높아 압출기 및 사출기 스크류에 손상을 가할 수 있는 단점이 있다.Korean Patent Registration No. 0450229 discloses an electrically insulating thermally conductive resin composition using a ceramic solid such as silicon carbide. However, a ceramic solid such as silicon carbide has a high Moh hardness, which can damage the extruder and the screw of an injection molding machine have.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 현저히 높은 열전도도 및 우수한 휨 특성을 동시에 달성하면서 기계적 물성도 만족스러운 수준을 나타낼 수 있고, 나아가 제조원가도 저렴하며, 우수한 압출 및 사출 성형성을 달성할 수 있는 전기 절연성 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a thermoplastic resin composition which can achieve satisfactory thermal conductivity and excellent bending properties while simultaneously satisfying mechanical properties, Which is capable of achieving an electrical insulating thermoplastic resin composition.
상기 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 조성물 총 100중량%를 기준으로, 폴리페닐렌 설파이드 수지 25~75중량%, 질화 붕소 15~70중량%, 비섬유상 무기 충전재 5~20중량% 및 섬유상 무기 충전재 3~30중량%를 포함하는 열전도성, 전기 절연성 및 열가소성 수지 조성물을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides a method for producing a polyurethane resin composition, comprising 25 to 75% by weight of a polyphenylene sulfide resin, 15 to 70% by weight of boron nitride, 5 to 20% And 3 to 30% by weight of a filler. The thermally conductive, electrically insulating and thermoplastic resin composition according to claim 1,
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 열전도성, 전기 절연성 및 열가소성 수지 조성물을 가공하여 제조된 성형품이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a molded article produced by processing the thermally conductive, electrically insulating and thermoplastic resin composition.
본 발명에 따른 열전도성, 전기 절연성 및 열가소성 수지 조성물은 현저히 높은 열전도도 및 우수한 휨 특성을 동시에 나타내고, 기계적 강도도 우수하며, 압출 및 사출 성형성이 우수하고 나아가 제조원가도 저렴하기 때문에, 이를 사용하면 현저히 우수한 방열 특성을 나타내는 압출/사출 성형품을 저렴하게 제조할 수 있고, 이러한 성형품은 특히 자동차, 전기/전자 부품, LED 조명 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.The thermally conductive, electrically insulating and thermoplastic resin composition according to the present invention exhibits remarkably high thermal conductivity and excellent bending property at the same time, has excellent mechanical strength, is excellent in extrusion and injection moldability, and furthermore, Extrusion / injection molding products exhibiting remarkably excellent heat radiation characteristics can be produced at low cost. Such molded products can be used in various fields such as automobiles, electric / electronic parts, and LED lighting.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
폴리페닐렌 Polyphenylene 설파이드Sulfide 수지 Suzy
본 발명의 수지 조성물은, 기초 수지 성분으로 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 수지를 포함한다. 본 발명에 있어서 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는, 바람직하게는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 반복단위를 포함하고, 더 바람직하게는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 반복단위를 70몰% 이상 포함하는 선형 폴리페닐렌 설파이드 수지이다:The resin composition of the present invention comprises a polyphenylene sulfide (PPS) resin as a base resin component. In the present invention, the polyphenylene sulfide resin preferably contains a repeating unit having a structure represented by the following formula (1), more preferably a linear poly Phenylene sulfide resin:
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 식에서, n은 10 이상의 정수, 바람직하게는 20 내지 3000의 정수이다.In the above formula, n is an integer of 10 or more, preferably 20 to 3,000.
상기 폴리페닐렌설파이드 수지의 벌크 밀도는 바람직하게는 0.2~1.5g/cm3이고, 보다 바람직하게는 0.3~1.2g/cm3이다. 폴리페닐렌 설파이드 수지의 벌크 밀도가 0.2g/cm3 미만이면 정량 피더에서 이축 압출기 투입구로 자유 낙하에 의한 이송이 어려워져 정량 투입이 어려울 수 있고, 벌크 밀도가 1.5g/cm3를 초과하면 벌크 밀도가 상대적으로 낮은 흑연과 교반 중 상분리가 일어나 정량 피더에서 이축 압출기 투입구로의 정량 투입이 어려울 수 있다.The bulk density of the polyphenylene sulfide resin is preferably 0.2 to 1.5 g / cm 3 , and more preferably 0.3 to 1.2 g / cm 3 . If the bulk density of the polyphenylene sulfide resin is less than 0.2 g / cm 3 , it may be difficult to transfer the polyphenylene sulfide resin by a free fall from the constant amount feeder to the feed port of the twin screw extruder. If the bulk density exceeds 1.5 g / cm 3 , Phase separation occurs during agitation with graphite, which has relatively low density, and it may be difficult to make a quantitative feed from a feeder to a feeder of a twin screw extruder.
또한 폴리페닐렌 설파이드 수지의 유동지수는 300℃, 1.2kg 하중조건에서 바람직하게는 10~200g/10분이고, 보다 바람직하게는 30~150g/10분이다. 수지의 유동지수가 10g/10분 미만이면 방열 및 강화 충전재를 고충전하기 어려워질 수 있고, 유동지수가 200g/10분을 초과하면 성형품의 강도가 낮아질 수 있다.The flow index of the polyphenylene sulfide resin is preferably 10 to 200 g / 10 min, more preferably 30 to 150 g / 10 min at 300 ° C under a load of 1.2 kg. If the flow index of the resin is less than 10 g / 10 min, the heat-radiating and reinforcing filler may be difficult to fill, and if the flow index exceeds 200 g / 10 min, the strength of the molded article may be lowered.
본 발명의 수지 조성물 100중량% 내에는 상기 폴리페닐렌 설파이드 수지가 25~75중량%, 바람직하게는 25~70중량%, 보다 더 바람직하게는 30~60중량% 포함된다. 조성물 내 폴리페닐렌 설파이드 수지 함량이 25중량% 미만이면 방열 및 강화 충전재를 고충전하는 것이 어려워지고, 수지 조성물의 유동성이 저하되어 사출 성형하는 것이 어려워진다. 또한 폴리페닐렌 설파이드 수지 함량이 75중량%를 초과하면 유동성이 너무 커져 사출하기 어렵고, 열전도도가 저하되는 문제가 있다.The polyphenylene sulfide resin is contained in an amount of 25 to 75% by weight, preferably 25 to 70% by weight, and more preferably 30 to 60% by weight within 100% by weight of the resin composition of the present invention. If the content of the polyphenylene sulfide resin in the composition is less than 25% by weight, it becomes difficult to highly fill the heat-dissipating and reinforcing filler, and the fluidity of the resin composition lowers and injection molding becomes difficult. If the content of the polyphenylene sulfide resin is more than 75% by weight, the fluidity becomes too large to be injected and the thermal conductivity is lowered.
질화nitrification 붕소 boron
본 발명의 수지 조성물은 전기 절연성이 있는 방열 세라믹 충전재로서 질화 붕소(Boron nitride, BN)를 포함한다. 그러나, 이것이 다른 전기 절연성 방열 세라믹 충전재의 추가 사용가능성을 배제하는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 질화 알루미늄(Aluminum nitride, AlN), 산화 마그네슘(Magnesium, MgO), 실리콘 카바이드(Silicon carbide, SiC) 등과 같은 질화 붕소 이외의 세라믹 충전재를 추가로 사용할 수 있다.The resin composition of the present invention includes boron nitride (BN) as an electrically insulating heat-resisting ceramic filler. However, this does not exclude the possibility of further use of other electrically insulating heat-radiating ceramic fillers, and it is possible to use aluminum nitride (AlN), magnesium oxide (MgO), silicon carbide A ceramic filler other than boron nitride such as silicon carbide (SiC) may be additionally used.
질화 붕소는 B-N의 화학식을 가진다. 그 결정은 흑연과 유사한 육각방면의 적층 구조를 가져 매우 단단한 결합이다. 흑연이 π 결합인 것에 비해, B-N 간의 결합은 SP²공유결합이기 때문에, 흑연과 달리 절연체이다. 그리고 층간은 반데르발스(van der Waals) 결합에 의한 완만한 층간에서의 미끄럼 특성을 가진다. 질화 붕소의 특징으로는 높은 열전도성, 고온 안전성, 내열 충격성, 고온 절연성, 화학적 안정성, 윤활 특성, 기계 가공성 등이 있다.Boron nitride has the formula B-N. The crystals have a hexagonal laminar structure similar to graphite and are very tight bonds. Unlike graphite, which is a π-bond, B-N bond is an SP² covalent bond. And the interlayer has slip characteristics in a gentle interlayer by van der Waals bond. Characteristics of boron nitride include high thermal conductivity, high temperature stability, thermal shock resistance, high temperature insulation, chemical stability, lubrication characteristics, and machinability.
질화 붕소는 크게 육방정 질화 붕소(Hexagonal Boron Nitride, HBN)와 입방정 질화 붕소(Cubic Boron Nitride, CBN)로 나뉜다. 육방정 질화 붕소의 모흐 경도는 1~2 정도로 압출기 내에 투입되더라도 압출기 스크류에 영향을 주지 않지만, 입방정 질화 붕소는 다이아몬드와 같은 결정구조를 가지며 모흐 경도가 8 이상으로 압출기 스크류를 손상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서 바람직하게는 육방정 질화 붕소를 사용한다. The boron nitride is divided into hexagonal boron nitride (HBN) and cubic boron nitride (CBN). The Moh hardness of the hexagonal boron nitride does not affect the screw of the extruder even if it is introduced into the extruder at about 1 to 2, but cubic boron nitride has a crystal structure like diamond and Moh hardness is 8 or more, which may damage the extruder screw. Therefore, hexagonal boron nitride is preferably used in the present invention.
상기 질화 붕소의 벌크 밀도는 바람직하게는 0.1~1.5g/cm3이고, 보다 바람직하게는 0.3~1.2g/cm3이다. 질화 붕소의 벌크 밀도가 0.1g/cm3 미만이면 압출기 호퍼나 사이드 피더에 브릿지 현상이 생겨 정량투입하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 1.5g/cm3를 초과하면 조성물의 무게가 무거워질 뿐만 아니라 기계적 강도 또한 낮아지는 문제가 있을 수 있다.The bulk density of the boron nitride is preferably 0.1 to 1.5 g / cm 3 , more preferably 0.3 to 1.2 g / cm 3 . The bulk density of the boron nitride and 0.1g / cm 3 , There may be a problem that a bridge phenomenon occurs in the hopper of the extruder or the side feeder, so that it may not be possible to inject a fixed quantity. If it is more than 1.5 g / cm 3 , the weight of the composition becomes heavy and mechanical strength may be lowered.
열전도성 수지 조성물의 열전도도는 조성물 내의 방열 충전재들의 상호 접촉에 의해서 결정된다. 따라서 방열 충전재는 적정 수준으로 크기가 커야 방열 충전재들간의 열전도 네트워킹이 이루어짐에 따라 효과적인 열 방출을 기대할 수 있다. 본 발명에 사용되는 질화 붕소의 입경은 바람직하게는 5~100㎛, 보다 바람직하게는 10~70㎛이다. 질화 붕소의 입경이 지나치게 작으면 방열 충전재의 접촉면이 줄어들어 효과적으로 열 방출을 하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 크면 성형품의 기계적 강도가 급격히 낮아질 뿐만 아니라 그 표면형상이 거칠어지는 문제가 있을 수 있다. 또한, 질화 붕소의 열전도도는 100 W/m·K 이상(예컨대, 100 내지 500W/m·K)인 것이 바람직하다. 너무 낮은 열전도도의 질화 붕소를 사용하게 되면 사출물의 열전도도가 낮아져 방열 특성이 낮아질 수 있다.The thermal conductivity of the thermally conductive resin composition is determined by the mutual contact of the heat radiation fillers in the composition. Therefore, the heat-radiating filler must have a proper size and a large size so that heat conduction networking between the heat-radiating fillers can achieve effective heat dissipation. The particle size of the boron nitride used in the present invention is preferably 5 to 100 mu m, more preferably 10 to 70 mu m. If the particle diameter of the boron nitride is too small, the contact surface of the heat-radiating filler may be reduced and the heat may not be effectively released. On the other hand, if it is too large, the mechanical strength of the molded product may be drastically decreased. Further, the thermal conductivity of boron nitride is preferably 100 W / m · K or more (for example, 100 to 500 W / m · K). If boron nitride is used which has too low thermal conductivity, the thermal conductivity of the injection product may be lowered and the heat radiation characteristic may be lowered.
본 발명의 수지 조성물 100중량% 내에는 상기 질화 붕소가 15~70중량%, 바람직하게는 20~50중량% 포함된다. 조성물 내 질화 붕소 함량이 15중량% 미만이면 열전도도가 저하되고 유동이 증대되어 안정한 압출 및 사출이 되기 어렵고, 70중량%를 초과하면 가공성이 저하하는 문제가 있다.The boron nitride is contained in an amount of 15 to 70% by weight, preferably 20 to 50% by weight in 100% by weight of the resin composition of the present invention. If the content of boron nitride in the composition is less than 15% by weight, the thermal conductivity is decreased and the flow is increased, so that stable extrusion and injection are difficult to occur. If the boron nitride content exceeds 70% by weight, the workability is deteriorated.
비섬유상Non-fibrous 무기 충전재 Inorganic filler
본 발명의 수지 조성물은, 벌크 밀도가 낮은 질화 붕소와 혼합 사용하여 압출기내로의 투입을 용이하게 하고 강도 등의 기계적 물성의 향상을 위하여 비섬유상 무기 충전재를 포함한다. 이러한 비섬유상 무기 충전재로는 열가소성 수지 조성물에 통상적으로 사용되는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 유리 비드, 유리 플레이크, 클레이, 카올린, 탈크, 운모, 탄산칼슘 및 황산바륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 비섬유상 무기 충전재의 형태에도 특별한 제한은 없으며, 구형, 판상형, 침상형 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는 판상형인 운모를 사용할 수 있다.The resin composition of the present invention includes a non-fibrous inorganic filler in order to facilitate introduction into the extruder by mixing with boron nitride having a low bulk density and to improve mechanical properties such as strength. As such non-fibrous inorganic fillers, those conventionally used in thermoplastic resin compositions can be used without any particular limitation, and are selected from the group consisting of glass beads, glass flakes, clay, kaolin, talc, mica, calcium carbonate and barium sulfate You can use more than one. The shape of the non-fibrous inorganic filler is not particularly limited, and may have various shapes such as a spherical shape, a plate shape, and an acicular shape. Preferably, a plate-shaped mica can be used.
상기한 질화 붕소를 단독 사용하는 경우 벌크 밀도가 낮아 압출기 호퍼 및 투입구에서 브릿지 현상이 발생하여 정량 투입이 어렵게 된다. 따라서 질화 붕소보다 벌크 밀도가 큰 비섬유상 무기 충전재를 혼합 사용하여 투입을 용이하게 할 수 있고, 휨 특성을 증가시킬 수 있다. 즉, 벌크 밀도가 상대적으로 큰 비섬유상 무기 충전재(예컨대, 운모)와 벌크 밀도가 상대적으로 작은 질화 붕소를 혼합하여 사용하게 되면, 이 두 무기물의 상호작용으로 인하여 질화 붕소를 단독으로 적용한 벌크 밀도 보다 커지게 되어 압출기로의 투입이 용이하게 된다. 또한 운모와 같은 비섬유상 무기 충전재를 전기 절연성 수지에 적용하게 되면 높은 휨 특성, 치수안정성, 내화학성의 특성과 방수 및 자외선에 대한 저항력, 최종 제품의 압축 탄성계수의 향상시키는 특성을 나타낼 수 있고, 또한 열 팽창성을 감소시키며, 유전특성(dielectric property)을 개선시킬 수 있어 바람직하다. When boron nitride alone is used, the bulk density is low, so that a bridging phenomenon occurs in the hopper and the inlet of the extruder. Therefore, a non-fibrous inorganic filler having a bulk density higher than that of boron nitride can be mixed and used to facilitate the introduction, and the bending property can be increased. Namely, when a non-fibrous inorganic filler (for example, mica) having a relatively high bulk density is mixed with boron nitride having a relatively small bulk density, the boron nitride is used alone So that the feed into the extruder is facilitated. In addition, when a non-fibrous inorganic filler such as mica is applied to an electrically insulating resin, it can exhibit properties of high bending property, dimensional stability, chemical resistance, resistance to waterproof and ultraviolet rays, It is also preferable to reduce the thermal expansion property and improve the dielectric property.
비섬유상 무기 충전재의 벌크 밀도는 바람직하게는 0.1~1.5g/cm3이고, 보다 바람직하게는 0.2~1.0g/cm3이다. 그 벌크 밀도가 0.1g/cm3 미만이면 너무 가볍고 부피가 커져 압출기 내로의 정확한 투입이 어려울 수 있고, 반대로 1.5g/cm3를 초과하면 벌크 밀도가 낮은 질화 붕소와 혼합하여 사용시 상분리가 일어날 수 있다. The bulk density of the non-fibrous inorganic filler is preferably 0.1 to 1.5 g / cm 3 , more preferably 0.2 to 1.0 g / cm 3 . If the bulk density is less than 0.1 g / cm 3, it may be too light and bulky to be difficult to accurately inject into the extruder. Conversely, when the bulk density exceeds 1.5 g / cm 3 , phase separation may occur when mixed with boron nitride having a low bulk density .
본 발명의 수지 조성물 100중량% 내에는 상기 비섬유상 무기 충전재가 5~20중량%, 바람직하게는 5~15중량% 포함된다. 조성물 내 비섬유상 무기 충전재 함량이 5중량% 미만이면 휨 특성이 증가하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 20중량%를 초과하면 상대적으로 방열 충전재의 함량이 줄어들기 때문에 열전도도가 낮아지는 문제가 있을 수 있다.The non-fibrous inorganic filler is contained in an amount of 5 to 20% by weight, preferably 5 to 15% by weight, in 100% by weight of the resin composition of the present invention. If the content of the non-fibrous inorganic filler in the composition is less than 5% by weight, there may be a problem that the flexural characteristics are not increased. If the content of the filler exceeds 20% by weight, the thermal conductivity may be lowered because the content of the heat- have.
섬유상Fibrous 무기 충전재 Inorganic filler
본 발명의 수지 조성물은 강도 등의 기계적 물성의 향상을 위하여 보강성 섬유상 무기 충전재를 포함한다. 이러한 섬유상 무기 충전재로는 열가소성 수지 조성물에 통상적으로 사용되는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 유리섬유 및 탄소섬유로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 유리섬유를 사용한다. The resin composition of the present invention includes a reinforcing fibrous inorganic filler for improving mechanical properties such as strength. As the fibrous inorganic filler, those conventionally used in the thermoplastic resin composition can be used without any particular limitation. For example, one or more selected from the group consisting of glass fibers and carbon fibers can be used, and glass fibers are preferably used .
유리섬유로는 통상적인 단섬유 길이의 유리섬유(chopped strand)를 사용할 수 있으며, 특히, 직경 8~18㎛, 길이 2~7㎜로 촙핑된(chopped) 것이 조성물의 가공성 및 기계적 물성 측면에서 바람직하다 As the glass fiber, a conventional chopped strand having a short fiber length can be used. In particular, a chopped fiber having a diameter of 8 to 18 탆 and a length of 2 to 7 mm is preferable in terms of processability and mechanical properties of the composition Do
본 발명의 수지 조성물 100중량% 내에는 상기 섬유상 무기 충전재가 3~30중량%, 바람직하게는 5~20중량%, 보다 더 바람직하게는 10~20중량% 포함된다. 조성물 내 섬유상 무기 충전재 함량이 3중량% 미만이면 기계적 강도 및 내열성 개선 효과가 미미해지고, 반대로 30중량%를 초과하면 열전도 효과가 떨어지게 되며, 제조된 플라스틱 성형품이 휘어지거나 뒤틀어지는 등 휨 특성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 낮은 수축율을 얻기 위해 사용되는 결정성 열가소성의 수지의 경우 그러한 문제점이 더욱 심하게 나타난다.The fibrous inorganic filler is contained in an amount of 3 to 30% by weight, preferably 5 to 20% by weight, more preferably 10 to 20% by weight in 100% by weight of the resin composition of the present invention. If the content of the fibrous inorganic filler in the composition is less than 3% by weight, the effect of improving the mechanical strength and heat resistance becomes insignificant. On the other hand, if the content of the filler exceeds 30% by weight, the heat conduction effect is deteriorated and the formed plastic article is warped or warped, There is a problem. Particularly, such a problem is more serious in the case of a crystalline thermoplastic resin used for obtaining a low shrinkage ratio.
기타 첨가제Other additives
본 발명의 조성물에는, 상기 설명한 성분들 이외에도 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 필요에 따라 열안정제, 산화방지제, 윤활제 등 열가소성 수지 조성물에 통상적으로 사용되는 각종 첨가제가 1종 이상 더 포함될 수 있다. 첨가제 사용량에는 특별한 제한이 없으며, 사용목적 및 용도에 따라 수지 조성물 전체 100중량부를 기준하여 첨가제 총량으로 약 5중량부까지, 바람직하게는 약 0.2~5중량부 범위 내에서 더 첨가할 수 있다.The composition of the present invention may contain, in addition to the above-described components, at least one kind of additives commonly used in thermoplastic resin compositions such as heat stabilizers, antioxidants, lubricants and the like, if necessary, within the range of achieving the object of the present invention . The amount of the additive to be used is not particularly limited and may be further added in an amount of up to about 5 parts by weight, preferably about 0.2 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total resin composition, depending on the intended use and application.
본 발명의 수지 조성물은 당업계에서 알려진 용융 혼련 과정을 통하여 상기 성분들을 배합함으로써 얻어질 수 있으며, 이를 위하여 리본 블렌더, 헨쉘 믹서, 밴버리 믹서, 드럼 텀블러, 단축 스크류 압출기, 2축 스크류 압출기, 코니더, 다축 스크류 압출기 등을 사용할 수 있다.The resin composition of the present invention can be obtained by blending the components through a melt kneading process known in the art. For this purpose, a resin composition such as a ribbon blender, Henschel mixer, Banbury mixer, drum tumbler, single screw extruder, , A multi-screw extruder, or the like.
상기와 같이 하여 얻어진 본 발명의 열가소성 수지 조성물은 현저히 높은 열전도도 및 우수한 압출 가공성을 동시에 나타내고, 또한 전기 절연성을 나타내기 때문에, 이를 압출/사출 가공하면 현저히 우수한 방열 특성을 나타내는 전기 절연성 성형품, 예컨대 자동차, 전기 제품, 전자 제품, LED 조명용 성형품(예: 하우징, 히트 싱크)을 얻을 수 있다. The thermoplastic resin composition of the present invention thus obtained exhibits remarkably high thermal conductivity and excellent extrusion processability at the same time and exhibits electrical insulation. Therefore, it is possible to provide an electrically insulating molded article which exhibits remarkably excellent heat radiation property by extrusion / , Electrical products, electronic products, molded products for LED lighting (eg, housings, heat sinks).
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, the scope of the present invention is not limited thereto.
[[ 실시예Example ]]
사용 성분Component used
1) 선형 폴리페닐렌 설파이드 수지1) linear polyphenylene sulfide resin
: HATON Hbo Linear (SCDY 社), 벌크 밀도 약 0.5 g/cm3, 유동지수 300℃, 1.2kg 하중조건에서 약 80g/10분: HATON Hbo Linear (SCDY), having a bulk density of about 0.5 g / cm 3 , a flow index of 300 캜, a load of about 1.2 kg, about 80 g / 10 min
2) 질화 붕소2) Boron nitride
: BN99 (Eastal International社), 벌크 밀도 약 0.4g/cm3, 입경 약 45㎛, 열전도도 약 170 W/m·K: BN99 (Eastal International), a bulk density of about 0.4 g / cm 3 , a particle diameter of about 45 μm, a thermal conductivity of about 170 W / m · K
3) 운모3) Mica
: 400W (kuraray 社), 벌크 밀도 약 0.6g/cm3 : 400 W (Kuraray), bulk density of about 0.6 g / cm < 3 >
4) 유리섬유4) Fiberglass
: 910 (OCV 社), 직경 10㎛, 길이 4mm: 910 (OCV), 10 mu m in diameter, 4 mm in length
수지 조성물 Resin composition 펠렛의Pellet 제조 Produce
하기 표 1에 나타낸 성분과 함량으로 원료물질들을 헨셀 믹서로 잘 혼합하여 균일하게 분산시킨 다음, L/D=40, Φ=25(mm)인 이축 용융 혼련압출기로 300~340℃의 용융온도에서 스크류 회전속도 150rpm으로 압출하여 펠렛 형태로 제조하고, 100~120℃에서 4시간 열풍 건조하였다. 질화 붕소는 압출기의 중간 앞 지점을 통해, 유리섬유는 압출기의 중간 뒷 지점을 통해 투입(side feeding) 하였다.The raw materials were well mixed and uniformly dispersed in the Henschel mixer according to the ingredients and contents shown in Table 1 below and then melt-kneaded at a melting temperature of 300 to 340 ° C. in a biaxial melt-kneading extruder having L / D = 40 and Φ = And extruded at a screw rotating speed of 150 rpm to prepare pellets, and then hot-air dried at 100 to 120 ° C for 4 hours. The boron nitride was fed through the intermediate point of the extruder, and the glass fibers were fed through the middle rear point of the extruder.
물성시험Physical property test
각 실시예 및 비교예에서 제조된 펠렛화된 수지 조성물을, 실린더 온도 약 300~350℃ 및 금형 온도 150℃로 고정한 후, 사출 성형하여 시편을 제조하였고, 제조된 시편 각각의 물성을 하기의 방법으로 측정하였다. 시험 결과는 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다(괄호 안은 해당 물성에 요구되는 기준이다).The pelletized resin compositions prepared in each of the Examples and Comparative Examples were fixed at a cylinder temperature of about 300 to 350 DEG C and a mold temperature of 150 DEG C and then injection molded to prepare specimens. . The test results are shown in Tables 3 and 4 (parentheses are the standards required for the properties).
(1) 열전도도(1) Thermal conductivity
: ASTM E1461, 두께: 2.0mm, Laser flash법, 단위: W/m·K (2 이상일 것): ASTM E1461, Thickness: 2.0 mm, Laser flash method, Unit: W / mK (2 or more)
(2) 굴곡 탄성율(2) Flexural modulus
: ASTM D790, 크로스헤드 속도: 10mm/분, 단위: kgf/cm2 (70,000 이상일 것): ASTM D790, crosshead speed: 10 mm / min, unit: kgf / cm 2 (70,000 or more)
(3) 전기전도도(3) Electrical conductivity
: ASTM D257, 두께: 2.0mm, 단위: Ω·cm (1010 이상일 것): ASTM D257, thickness: 2.0 mm, unit: Ω · cm (10 10 or more)
(4) 휨 정도(4) Degree of bending
: 가로-세로 길이가 각각 6인치이고 두께가 1/16 인치인 박막 사출 시편의 세 모서리를 지면에 부착시켰을 때 나머지 한 쪽 모서리가 지면으로부터 떨어진 길이를 측정, 단위: mm (1.0 이하일 것): The length of one edge of a thin film injection specimen, which is 6 inches in length and 6 inches in thickness, and which is separated from the ground when the three corners of the specimen are attached to the ground,
(5) 충전재 투입성(5) Filling property
: 압출시 질화 붕소와 운모의 정량 투입 가능 여부에 따라 상대 비교: Relative comparison depending on whether boron nitride and mica can be injected at the time of extrusion
상기 표 2의 물성시험 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1 내지 7에서 제조된 수지 조성물은 물성평가 항목 모두에서 요구조건을 만족시켰으며, 특히 우수한 열전도도 및 휨 특성을 동시에 나타내었다. 반면 비교예들의 수지 조성물 중에는 물성평가 항목 모두에서 요구조건을 만족시킨 것이 없었으며, 특히 우수한 열전도도 및 휨 특성을 동시에 만족시키지 못하였다. 운모를 사용하지 않은 비교예 1의 경우 질화 붕소가 수지 조성물과 상분리되어 물성을 평가하기에 의미있는 조성물이 얻어지지 못하였으며, 비교예 6의 경우 수지 함량 대비 무기 충전재 총 함량이 지나치게 많아 압출기의 부하가 심하게 되어 압출이 불가능하였다.As can be seen from the results of the physical properties test of Table 2, the resin compositions prepared in Examples 1 to 7 of the present invention satisfied the requirements in all of the physical property evaluation items, and exhibited excellent thermal conductivity and bending characteristics at the same time. On the other hand, none of the resin compositions of the comparative examples satisfies the requirements in all of the physical property evaluation items, and in particular, it fails to satisfy both the excellent thermal conductivity and the bending property. In the case of Comparative Example 1 in which mica was not used, a composition meaning phase separation of the boron nitride with the resin composition was not obtained, and in Comparative Example 6, the total content of the inorganic filler was too high compared to the resin content, The extrusion was impossible.
Claims (10)
질화 붕소 15~50중량%;
비섬유상 무기 충전재 5~20중량%; 및
섬유상 무기 충전재 3~30중량%;를 포함하는,
열전도성, 전기 절연성 및 열가소성 수지 조성물.25 to 75% by weight of a polyphenylene sulfide resin having a bulk density of 0.2 to 1.5 g / cm 3 and a flow index of 10 to 200 g / 10 min under a load of 1.2 kg;
15 to 50% by weight of boron nitride;
5 to 20% by weight of a non-fibrous inorganic filler; And
3 to 30% by weight of a fibrous inorganic filler;
Thermally conductive, electrically insulating and thermoplastic resin composition.
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