KR102403680B1 - Polysiloxane composite containing ceramic beads of various sizes and method for manufacturing the same - Google Patents
Polysiloxane composite containing ceramic beads of various sizes and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102403680B1 KR102403680B1 KR1020200086135A KR20200086135A KR102403680B1 KR 102403680 B1 KR102403680 B1 KR 102403680B1 KR 1020200086135 A KR1020200086135 A KR 1020200086135A KR 20200086135 A KR20200086135 A KR 20200086135A KR 102403680 B1 KR102403680 B1 KR 102403680B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- particles
- composite
- thermal conductivity
- polysiloxane
- inorganic filler
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/16—Solid spheres
- C08K7/18—Solid spheres inorganic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L83/04—Polysiloxanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general
Abstract
본 발명은 여러가지 크기의 구형 알루미나 분말을 포함하는 폴리실록산 복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 비드로 세가지 이상의 다른 크기를 갖는 구형 알루미나를 충전제로 사용하여 상기 충전제 입자의 형상과 크기별 혼합 비율에 따른 방열 필름의 열전도율을 효율적으로 전환함으로써, 열전도율이 높은 폴리실록산 복합체 및 이의 제조방법에 관하여 제공하는 것이다.The present invention relates to a polysiloxane composite comprising spherical alumina powders of various sizes, and more particularly, by using spherical alumina having three or more different sizes as ceramic beads as a filler, heat dissipation according to the shape of the filler particles and the mixing ratio for each size By efficiently converting the thermal conductivity of the film, it is to provide a polysiloxane composite having high thermal conductivity and a manufacturing method thereof.
Description
본 발명은 세라믹 비드로 세가지 이상의 크기 분포를 갖는 구형 무기 필러를 포함하는 폴리실록산 복합체 및 이의 제조방법과 상기 제조방법에 의하여 제조된 방열필름에 관한 것이다.The present invention relates to a polysiloxane composite including ceramic beads and spherical inorganic fillers having three or more size distributions, a method for manufacturing the same, and a heat dissipation film manufactured by the manufacturing method.
전자 소자가 고집적화 될수록 더욱 많은 열이 발생하는데, 이러한 방출 열은 소자의 기능을 저하시킬 뿐만 아니라 주변 소자의 오작동, 기판 열화 등의 원인이 되고 있어 방출 열을 제어하는 기술에 대해 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 특히 LED는 입력된 전력의 70~80%가 열에너지로 전환되고 있어 고온의 방출 열로 인해 접합부의 온도가 계속 증가함으로서 LED 반도체의 수명저하를 일으킨다. 이를 막기 위해서 고출력 LED의 경우 고 방열기판을 사용하고 있으며, 이에 따라 고 방열소재에 대한 수요가 급격하게 증가하고 있다.As electronic devices become highly integrated, more heat is generated. Such heat emitted not only degrades device functions, but also causes malfunctions of peripheral devices and substrate deterioration. is being done In particular, since 70-80% of the input power is converted to thermal energy, the temperature of the junction continues to increase due to the high-temperature emitted heat, thereby reducing the lifespan of the LED semiconductor. To prevent this, high-power LEDs use a high heat dissipation substrate, and accordingly, the demand for high heat dissipation materials is rapidly increasing.
전자기기의 열에 대한 대책으로 높은 열전도성을 가진 복합재료의 개발이 필수인데 방열소재가 높은 열전도성을 갖추기 위해서는 열전도성 무기충전제의 배향성뿐만 아니라 고충전화의 기술이 요구된다. 고 배향성 유무기 복합소재는 방열, 압전, 절연, 차폐, 도전소재 등에 우수한 특성을 나타내며 이러한 특성을 이용하여 해외 선진기업에서는 LED용 방열시트를 생산 판매하고 있다. 폴리실록산 소재의 열전도율은 분자량에 따라 0.5 W/mK~ 1 W/mK가 구현되고 있어, 다양한 고열전도성 세라믹 필러와의 복합화 하는 것이 필요하며, 방열소재의 열전도율의 향상을 위해서는 충전제의 역할이 중요하다. As a countermeasure against the heat of electronic devices, it is essential to develop a composite material with high thermal conductivity. In order for the heat dissipation material to have high thermal conductivity, not only the orientation of the thermally conductive inorganic filler, but also the technology of high filling is required. The highly oriented organic/inorganic composite material exhibits excellent properties such as heat dissipation, piezoelectricity, insulation, shielding, and conductive material, and using these properties, advanced overseas companies are producing and selling heat dissipation sheets for LEDs. The thermal conductivity of the polysiloxane material is 0.5 W/mK to 1 W/mK depending on the molecular weight, so it is necessary to complex it with various high thermal conductivity ceramic fillers.
방열필름은 고분자 Matrix에 열전달 필러로서 고열전도율을 가지는 무기 입자를 필러로 사용하고 있는 전형적인 유무기 복합소재이다. 고분자 복합재료의 열전도율은 고분자, 필러의 열전도율이 높을수록 높아지며 마이크로 사이즈의 필러 사용시 급격하게 증가하는 것으로 알려져 있으나 충전제 입자의 크기별 혼합 비율에 따른 방열필름의 열전도율에 대하여는 연구가 거의 진행되어 있지 않다. A heat dissipation film is a typical organic-inorganic composite material using inorganic particles having high thermal conductivity as a heat transfer filler in a polymer matrix. The thermal conductivity of the polymer composite material increases as the thermal conductivity of the polymer and filler increases, and it is known that it increases rapidly when a micro-sized filler is used.
이에 본 발명자들은 무기필러의 충진 밀도를 높이기 위해 세가지 이상의 크기 분포를 갖는 구형 무기 필러를 충전제로 사용하여 충전제 입자의 형상과 크기별 혼합 비율에 따른 방열 필름의 열전도율을 효율적으로 전환함으로써, 폴리실록산 복합체를 제조하는 방법을 개발하였다.Accordingly, the present inventors used a spherical inorganic filler having three or more size distributions as a filler to increase the packing density of the inorganic filler, and efficiently convert the thermal conductivity of the heat dissipation film according to the shape and mixing ratio of the filler particles by size, thereby manufacturing a polysiloxane composite method was developed.
본 발명은 무기 필러 및 폴리실록산 매트릭스를 포함하는 폴리실록산 복합체에 있어서, 상기 복합체 중 상기 무기 필러의 함량은 85wt% 이상이고, 상기 무기 필러는 조대 입자, 중간 입자 및 미세 입자를 포함하는 최소한 3종의 상이한 입자 크기를 갖는 구형 무기 필러로서, 상기 미세 입자는 d50이 0.5~10 μm, 상기 중간 입자는 d50이 10~50 μm 및 상기 조대 입자는 d50이 50~100 μm인 것을 가지는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a polysiloxane composite comprising an inorganic filler and a polysiloxane matrix, wherein the content of the inorganic filler in the composite is 85 wt % or more, and the inorganic filler comprises at least three different types of particles including coarse particles, medium particles and fine particles. A spherical inorganic filler having a particle size, wherein the fine particles have a d50 of 0.5 to 10 μm, the intermediate particles have a d50 of 10 to 50 μm, and the coarse particles have a d50 of 50 to 100 μm.
상기 구현예에 의한 상기 복합체 중 상기 무기 필러는 상기 미세 입자 30~45wt%, 상기 중간 입자 10~25wt%, 나머지의 조대 입자를 포함할 수 있다. 상기 복합체의 열전도율은 2 W/mk 내지 7 W/mk 인 것을 특징으로 한다. Among the composite according to the embodiment, the inorganic filler may include 30 to 45 wt% of the fine particles, 10 to 25 wt% of the intermediate particles, and the remainder of the coarse particles. The composite has a thermal conductivity of 2 W/mk to 7 W/mk.
또한, 상기 구현예에 의한 상기 무기 필러의 중간 입자는 상이한 d50의 입자를 포함하는 것을 제공한다.In addition, it is provided that the intermediate particles of the inorganic filler according to the embodiment include particles of different d50.
상기 구현예에 의한 제조방법은 무기 필러 및 폴리실록산 매트릭스를 포함하는 폴리실록산 복합체를 원심분리기에 넣고 2500 rpm 내지 3500rpm으로 1분 내지 2분동안 혼합한 후 진공펌프를 탈포통에 연결하여 탈포를 수행하는 단계(S1); 및 상기 폴리실록산 복합체를 몰드에 넣어 형상을 만든 후 롤러를 사용하여 롤링하는 단계(S2);를 포함하되, 상기 복합체 중 상기 무기 필러의 함량은 85wt% 이상이고, 상기 무기 필러는 조대 입자, 중간 입자 및 미세 입자를 포함하는 최소한 3종의 상이한 입자 크기를 갖는 구형 무기 필러로서, 상기 미세 입자는 d50이 0.5~10 μm, 상기 중간 입자는 d50이 10~50 μm 및 상기 조대 입자는 d50이 50~100 μm인 것을 가지는 것을 특징으로 한다. In the manufacturing method according to the embodiment, a polysiloxane composite including an inorganic filler and a polysiloxane matrix is put in a centrifuge, mixed at 2500 rpm to 3500 rpm for 1 minute to 2 minutes, and then a vacuum pump is connected to a defoaming container to perform defoaming. (S1); and putting the polysiloxane composite into a mold to form a shape, and then rolling it using a roller (S2), wherein the content of the inorganic filler in the composite is 85 wt % or more, and the inorganic filler is coarse particles, intermediate particles And a spherical inorganic filler having at least three different particle sizes including fine particles, wherein the fine particles have a d50 of 0.5-10 μm, the medium particles have a d50 of 10-50 μm, and the coarse particles have a d50 of 50- It is characterized in that it has a thickness of 100 μm.
본 발명에서 상기 무기 필러는 구형 알루미나, 구형 질화알루미늄 및 구형 질화규소로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 무기 필러는 구형 알루미나와 구형 질화알루미늄 또는 구형 질화규소의 혼합물일 수 있다. In the present invention, the inorganic filler may include at least one material selected from the group consisting of spherical alumina, spherical aluminum nitride, and spherical silicon nitride. Preferably, the inorganic filler may be a mixture of spherical alumina and spherical aluminum nitride or spherical silicon nitride.
또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 방열필름을 제공한다.In addition, the present invention provides a heat dissipation film manufactured by the above manufacturing method.
본 발명의 여러가지 크기의 구형 무기 필러를 혼합 사용하여 충전제 입자의 형상과 크기별 혼합비율에 따른 방열 필름의 열전도율을 효율적으로 전환함으로써, 열전도율이 높은 폴리실록산 복합체는 방열, 압전, 절연, 차폐, 도전소재 등에 유용하게 활용이 가능하여 산업적으로 다양한 용도가 기대된다.By efficiently converting the thermal conductivity of the heat dissipation film according to the shape of filler particles and the mixing ratio for each size by using a mixture of the spherical inorganic fillers of various sizes of the present invention, the polysiloxane composite with high thermal conductivity can be used for heat dissipation, piezoelectricity, insulation, shielding, conductive materials, etc. Since it can be used usefully, it is expected to have various industrial uses.
도 1은 통상적인 롤링방법에 대한 이미지를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 여러가지 크기의 구형 알루미나 입자 크기 분포에 대한 이미지를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 여러가지 크기의 구형 알루미나를 포함한 폴리실록산 복합체의 열전달에 대한 이미지를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 여러가지 크기의 구형 알루미나를 포함한 폴리실록산 복합체 단면의 FE-SEM 이미지를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing an image for a conventional rolling method.
2 is a view showing an image of the size distribution of spherical alumina particles of various sizes of the present invention.
3 is a view showing an image for heat transfer of the polysiloxane composite including spherical alumina of various sizes of the present invention.
4 is a view showing an FE-SEM image of the cross-section of the polysiloxane composite including spherical alumina of various sizes of the present invention.
본 발명은 여러가지 크기의 구형 무기 필러를 충전제로 사용하여 충전제 입자의 형상과 크기별 혼합비율에 따른 제조조건을 연구한 결과, 열전도율을 효율적으로 전환함으로써 열전도율이 높은 조건을 확인하여 본 발명을 완성하였다.As a result of studying the manufacturing conditions according to the shape and mixing ratio for each size of filler particles using spherical inorganic fillers of various sizes as fillers, the present invention confirmed the conditions with high thermal conductivity by efficiently converting the thermal conductivity, and completed the present invention.
본 발명의 무기 필러 및 폴리실록산 매트릭스를 포함하는 폴리실록산 복합체에 있어서, 상기 복합체 중 상기 무기 필러의 함량은 85wt% 이상, 바람직하게는 90wt% 이상인 것이 좋다. 상기 무기 필러의 함량이 85wt% 미만인 경우 복합체 내부에서 무기 필러의 연속적인 연결이 어려워 본 발명에서 무기 필러 함량의 상한선은 95wt%일 수 있다. 상기 무기 필러의 함량이 95% 이상인 경우 복합체의 접착성 저하의 문제가 있다.In the polysiloxane composite including the inorganic filler and the polysiloxane matrix of the present invention, the content of the inorganic filler in the composite is preferably 85 wt% or more, preferably 90 wt% or more. When the content of the inorganic filler is less than 85 wt%, it is difficult to continuously connect the inorganic filler inside the composite, and thus the upper limit of the content of the inorganic filler in the present invention may be 95 wt%. When the content of the inorganic filler is 95% or more, there is a problem of lowering the adhesiveness of the composite.
본 발명의 무기 필러는 조대 입자, 중간 입자 및 미세 입자를 포함하는 최소한 3종의 상이한 입자 크기를 갖는 구형 알루미나 필러를 포함하되, 상기 미세 입자는 d50이 0.5~10 μm, 상기 중간 입자는 d50이 10~50 μm 및 상기 조대 입자는 d50이 50~100 μm인것을 포함할 수 있다.The inorganic filler of the present invention comprises a spherical alumina filler having at least three different particle sizes including coarse particles, medium particles and fine particles, wherein the fine particles have a d50 of 0.5 to 10 μm, and the intermediate particles have a d50 of 10 to 50 μm and the coarse particles may include those having a d50 of 50 to 100 μm.
본 발명에서 분말의 입도는 구형 알루미나 분말을 5분간 초음파 분산한 후, 에탄올을 분산 용매로 하여 Horiba LA-950 레이저 입도 분석기를 사용하여 측정할 수 있다.In the present invention, the particle size of the powder can be measured using a Horiba LA-950 laser particle size analyzer using ethanol as a dispersion solvent after ultrasonically dispersing the spherical alumina powder for 5 minutes.
일 구현예에서, 구형 알루미나 분말의 미세 입자는 d50이 0.5~10μm이고, 바람직하게는 1~5μm이며, 1~4μm인 것이 더 바람직한 것일 수 있다.In one embodiment, the fine particles of the spherical alumina powder may have a d50 of 0.5 to 10 μm, preferably 1 to 5 μm, and more preferably 1 to 4 μm.
구형 알루미나 분말의 중간 입자는 d50이 10~50μm이고, 바람직하게는 11~50μm이며, 11~40μm인 것이 더 바람직하며, 구형 알루미나 분말의 조대 입자는 d50이 50~100μm이고, 바람직하게는 50~80μm인 것이 더 바람직하다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 미세입자는 d50이 1μm일 때, 상기 미세 입자를 함유한 구형 알루미나는 함량이 높아질수록 증가된 열전도율을 갖는 것을 특징으로 한다.The intermediate particles of the spherical alumina powder have a d50 of 10-50 μm, preferably 11-50 μm, more preferably 11-40 μm, and the coarse particles of the spherical alumina powder have a d50 of 50-100 μm, preferably 50- It is more preferably 80 μm. In one embodiment of the present invention, when the d50 of the fine particles is 1 μm, the spherical alumina containing the fine particles has an increased thermal conductivity as the content thereof increases.
상기 구현예에 의한 상기 복합체 전체 중량을 기준으로 상기 구형 알루미나는 상기 미세입자 입자 30~45wt%, 상기 중간 입자 10~25wt%, 나머지의 조대 입자를 포함할 수 있다. Based on the total weight of the composite according to the embodiment, the spherical alumina may include 30 to 45 wt% of the fine particle particles, 10 to 25 wt% of the intermediate particles, and the remainder of the coarse particles.
본 발명은 또한, 무기 필러 및 폴리실록산 매트릭스를 포함하는 폴리실록산 복합체를 원심분리기에 넣고 혼합한 후 진공펌프를 탈포통에 연결하여 탈포를 수행하고, 상기 폴리실록산 복합체를 몰드에 넣어 형상을 만든 후 롤러를 사용하여 롤링하는 단계를 포함하는, 폴리실록산복합체의 제조방법을 제공한다.In the present invention, the polysiloxane composite including the inorganic filler and the polysiloxane matrix is put in a centrifuge and mixed, a vacuum pump is connected to a defoaming container to perform defoaming, and the polysiloxane composite is put into a mold to form a shape, and then a roller is used To provide a method for producing a polysiloxane composite comprising the step of rolling.
상기 제조방법에서 원심분리 조건은 2500 rpm 내지 3500rpm으로 1분 내지 2분동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 것이다. 바람직하게는 상기 원심분리 조건은 3000rpm으로 1분 동안 수행하는 것일 수 있다. The centrifugation conditions in the manufacturing method are characterized in that mixing for 1 minute to 2 minutes at 2500 rpm to 3500 rpm. Preferably, the centrifugation condition may be performed at 3000 rpm for 1 minute.
원심분리시 2500 rpm 미만일 경우 구형 알루미나의 성분이 잘 혼합되지 않을 수 있으며 3500rpm 이상일 경우 상기 성분들에 균열이 생겨 문제가 생길수 있다. 또한 바람직하게는 상기 시간은 1분 내지 2분동안 혼합되는 것일 수 있다. 상기 1분 미만으로 수행될 경우 구형 알루미나와 성분이 잘 혼합되지 않을 수 있으며 2분 이상으로 수행될 경우 상기 성분들에 균열이 생겨 문제가 생길수 있다.In the case of centrifugation, if it is less than 2500 rpm, the components of the spherical alumina may not be mixed well, and if it is 3500 rpm or more, cracks may occur in the components, which may cause problems. Also preferably, the mixing time may be for 1 to 2 minutes. If it is carried out for less than 1 minute, the spherical alumina and components may not be mixed well, and if it is carried out for more than 2 minutes, cracks may occur in the components and cause problems.
본 발명의 또다른 구현예로, 원심분리기에 넣고 혼합한 후 진공펌프를 탈포통에 연결하여 탈포를 수행할 때, 진공게이지 바늘의 움직임을 확인하며 진공이 10-2torr에 도달할때까지 기다려 탈포통 안의 물체의 공기가 완전히 빠져나올때까지 탈포한다.In another embodiment of the present invention, when performing defoaming by connecting a vacuum pump to a defoaming container after mixing in a centrifuge, check the movement of the vacuum gauge needle and wait until the vacuum reaches 10 -2 torr Defoaming until the air of the object in the degassing tank is completely exhausted.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 방열필름을 제공할 수 있다.In addition, the present invention may provide a heat dissipation film manufactured by the above manufacturing method.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Comparative Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that the scope of the present invention is not limited by these examples.
[실시예][Example]
1. 폴리실록산 복합체1. Polysiloxane Composite
본 제조예에서는 구형 알루미나(Alumina beadsTMCB Series ≥ 99.0%, 80μm, 44μm, 11μm, 1 μm, Showa Denko K. K)를 다양한 크기로 포함하는 폴리실록산 복합체를 제조하기 위하여 롤링(rolling) 방법을 사용하였다(도 1). 상기 다양한 크기의 구형 알루미나가 무기 충전제로 사용되었으며, 본 발명에서는 유무기 복합소재를 만들기 위하여 고분자 메트릭스로 폴리실록산 레진(HR-G500, HRS Silicon)을 사용하였다. 본 실험에 사용한 구형 알루미나의 입도 분포는 도 2에 나타내었다.In this preparation example, a rolling method is used to prepare polysiloxane composites containing spherical alumina (Alumina beads TM CB Series ≥ 99.0%, 80 μm, 44 μm, 11 μm, 1 μm, Showa Denko K. K) in various sizes. was done (FIG. 1). The spherical alumina of various sizes was used as an inorganic filler, and in the present invention, polysiloxane resin (HR-G500, HRS Silicon) was used as a polymer matrix to make an organic-inorganic composite material. The particle size distribution of the spherical alumina used in this experiment is shown in FIG. 2 .
상기 본 발명의 구형 알루미나는 DAM01(1μm), DAM05(7μm), DAM07(11.3μm), DAM20(20.8μm), DAM45(43.6μm) 및 DAM70(80μm)을 사용한 것으로 해당하는 입도 분포 및 함량을 그래프에 나타내었다. (도 2 참조)The spherical alumina of the present invention uses DAM01 (1 μm), DAM05 (7 μm), DAM07 (11.3 μm), DAM20 (20.8 μm), DAM45 (43.6 μm) and DAM70 (80 μm), and the corresponding particle size distribution and content are graphed. shown in (See Fig. 2)
2. 폴리실록산 복합체의 제조2. Preparation of polysiloxane composite
다양한 배합비를 갖는 구형 알루미나 분말을 포함한 폴리실록산 혼합물을 원심분리기에 넣고 2500 rpm 내지 3500rpm으로 1분 내지 2분동안 혼합(바람직하게는3000rpm, 1min)한 후 진공펌프를 탈포통에 연결하여 탈포를 수행하였다. 상기 폴리실록산 혼합물을 몰드에 넣어 형상을 만든 후 롤러(5cm in diameter and 20cm long)를 사용하여 반복적인 롤링 과정을 통하여 1mm 두께의 알루미나 분말을 포함하는 폴리실록산 복합체를 제조하였다. 이 때, 롤링 과정 중 혼합물을 보호하기 위하여 테플론이 코팅된 PET 필름을 시료의 앞뒤에 부착하였다. 상기 제조된 복합체는 2단계의 경화과정을 거치는데 1단계에서는 130℃의 온도로 오븐에서 1시간, 2단계에서는 150℃의 온도로 올려 다시 1시간 동안 경화시키는 과정을 수행하였다.A polysiloxane mixture containing spherical alumina powder having various mixing ratios was placed in a centrifuge, mixed at 2500 rpm to 3500 rpm for 1 to 2 minutes (preferably 3000 rpm, 1 min), and then a vacuum pump was connected to a defoaming tube to perform defoaming. . After the polysiloxane mixture was put into a mold to form a shape, a polysiloxane composite including alumina powder having a thickness of 1 mm was prepared through a repeated rolling process using a roller (5 cm in diameter and 20 cm long). At this time, in order to protect the mixture during the rolling process, PET film coated with Teflon was attached to the front and back of the sample. The prepared composite was subjected to a two-step curing process. In the first step, the temperature was 130° C. in an oven for 1 hour, and in the second step, the temperature was raised to 150° C. and cured for another hour.
3. 폴리실록산 복합체의 측정3. Measurement of polysiloxane composites
본 발명의 실시예에서 제조된 다양한 크기의 구형 알루미나 분말을 포함한 폴리실록산 복합체의 단면을 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM, JEOL, JSM-6700F)을 사용하여 관찰하였다.Cross-sections of polysiloxane composites including spherical alumina powders of various sizes prepared in Examples of the present invention were observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, JEOL, JSM-6700F).
또한 상기 복합체의 열전도율은 레이저플래시(laser flash, LFA-427 Nano Flash apparatus, Netzsch)법으로 측정하고, 시료는 직경 12.6 mm, 1.5 mm의 두께로 표면 반사를 막기 위하여 그라파이트로 코팅하여 측정하였다.In addition, the thermal conductivity of the composite was measured by a laser flash (LFA-427 Nano Flash apparatus, Netzsch) method, and the sample was measured by coating with graphite to prevent surface reflection with a diameter of 12.6 mm and a thickness of 1.5 mm.
4. 구형 알루미나를 포함하는 폴리실록산 복합체의 열전도율 확인4. Confirmation of thermal conductivity of polysiloxane composite containing spherical alumina
무기 필러(입자)의 충진률이 높을수록 열전도율(Thermal conductivity)가 향상되는 것임을 확인하기 위해 80μm, 44μm, 11μm 그리고 1 μm 크기의 구형 알루미나를 각각 다른 비율로 배합하여 시료 M1, M7 및 M46을 제조하고, 각 시료의 필러 충진률(필러 함량)을 계산하였다.Samples M1, M7, and M46 were prepared by mixing spherical alumina of 80 μm, 44 μm, 11 μm, and 1 μm in different ratios, respectively, to confirm that the higher the filling rate of the inorganic filler (particle), the higher the thermal conductivity. and the filler filling rate (filler content) of each sample was calculated.
또한, 상기 구형 알루미나를 포함하는 폴리실록산 복합체를 각각 다른 비율로 배합하여 시료 M1, M7 및 M46을 제조하고, 제조된 시료의 열전도율을 측정하였다. 시료의 배합비 및 열전도율을 하기 표 1에 나타내었다.In addition, samples M1, M7, and M46 were prepared by mixing the polysiloxane composite including the spherical alumina in different ratios, and the thermal conductivity of the prepared sample was measured. The mixing ratio and thermal conductivity of the samples are shown in Table 1 below.
(80μm)DAM 70
(80 μm)
(43.6μm)DAM 45
(43.6μm)
(11.3μm)DAM 07
(11.3μm)
(1μm)DAM 01
(1 μm)
Contents
of fillerFiller content
Contents
of filler
상기 표 1에서 시료 M1의 경우는 80μm, 44μm 및 11μm의 크기입자만 사용 및 배합하여 충진률 90.00%의 복합체를 제조하였고, M7의 경우는 큰 입자의 비율은 줄이고 1μm의 크기입자를 16.67% 추가하여 충진률이 91.53%로 증가한 복합체를 제조하였다. 또한, 1μm의 크기입자를 36.36%로 증가시키는 경우 충진률이 91.67%로 증가한 복합체 제조가 가능한 것임을 확인하였다. In Table 1, in the case of sample M1, only 80 μm, 44 μm, and 11 μm size particles were used and blended to prepare a composite with a filling rate of 90.00%, and in the case of M7, the ratio of large particles was reduced and 1 μm size particles were added by 16.67%. Thus, a composite in which the filling rate was increased to 91.53% was prepared. In addition, it was confirmed that when the particle size of 1 μm was increased to 36.36%, it was possible to prepare a composite in which the filling rate was increased to 91.67%.
이 때, 1μm 크기의 미분을 첨가하는 경우 폴리실리콘 레진의 유동성이 증가하여 충진률이 높은 복합체의 제조가 가능하였으며, 이러한 결과는 판상 알루미나를 사용한 알루미나 플레이트/에폭시 복합소재가 최대 75%의 충진률을 갖는데 비하여 매우 우수한 결과임을 나타내는 것이다. 열전도율 역시 판상 알루미나 입자를 사용하는 경우 수평방향의 열전도율이 8.78W/mk, 수직 방향의 열전도율이 1.04W/mk로 이방성을 나타내 방열필름의 응용에 한계를 보인다. At this time, when fine powder of 1 μm size was added, the fluidity of the polysilicon resin increased, making it possible to manufacture a composite with a high filling rate. This indicates that the results are very good compared to those with In the case of using plate-shaped alumina particles, the thermal conductivity also shows anisotropy with a thermal conductivity of 8.78W/mk in the horizontal direction and 1.04W/mk in a vertical direction, which limits the application of heat dissipation film.
반면, 구형 알루미나를 충전제로 사용하는 경우 M1 시료의 경우 열전도율이 수평과 수직 방향이 동일하게 2.61W/mk 로 낮지만, M6, M7 시료의 경우 열전도율이 각각 4.07W/mk, 6.68W/mk 인 것으로 우수한 값을 나타내었다. On the other hand, when spherical alumina is used as a filler, the thermal conductivity of the M1 sample is as low as 2.61 W/mk in the horizontal and vertical directions, but in the case of the M6 and M7 samples, the thermal conductivity is 4.07 W/mk and 6.68 W/mk, respectively. showed an excellent value.
또한, M1, M7 및 M46 시료의 무기 충진률(무기필러)은 90.00%, 91.53% 및 91.67% 인 것으로 근소한 차이가 있지만 무기필러 중 1μm 크기의 구형 알루미나 함량이 0%, 16.67% 및 36.36% 로 증가함에 따라 열전도율이 크게 증가함을 알 수 있었다. 본 발명의 실시예에 따른 실험결과로부터 1μm 크기의 구형 알루미나 무기필러의 충진률이 높아질수록 방열필름의 열전도율이 높아짐을 확인하였다. In addition, the inorganic filling rates (inorganic fillers) of the M1, M7 and M46 samples were 90.00%, 91.53%, and 91.67%, although there was a slight difference, but the 1μm-sized spherical alumina content among the inorganic fillers was 0%, 16.67%, and 36.36%. It was found that the thermal conductivity significantly increased with increasing. From the experimental results according to the embodiment of the present invention, it was confirmed that the higher the filling rate of the 1 μm spherical alumina inorganic filler, the higher the thermal conductivity of the heat dissipation film.
이러한 이유는 유무기 복합소재의 열전도율이 높아지기 위해서는 필러로 사용된 세라믹 입자들이 서로 연결되어 효과적인 포논 통로를 형성하여야 하는데 도 3에서 나타난 것과 같이 1μm 크기의 미분들이 큰 입자 표면에 코팅되어 마치 돌기처럼 튀어나와 근접한 다른 입자와의 열전달통로를 만들어주기 때문인 것으로 판단된다.For this reason, in order to increase the thermal conductivity of the organic-inorganic composite material, ceramic particles used as fillers must be connected to each other to form an effective phonon path. It is thought that this is because it creates a heat transfer path with other particles that are close to me.
[비교예][Comparative example]
1. 구형 알루미나 및 질화알루미늄(AIN) 분말을 포함하는 폴리실록산 복합체의 열전도율 확인1. Confirmation of thermal conductivity of polysiloxane composite containing spherical alumina and aluminum nitride (AIN) powder
본 발명의 실시예는 고분자 복합체의 열전도율은 고분자 및 필러의 열전도율이 높을수록 향상되는 것임을 확인하기 위해 M42, M44, M45의 경우 일부의 구형 알루미나 대신 열전도율이 우수한 질화알루미늄(AlN) 분말을 사용한 복합체를 제조하여 필러 고유의 열전도율이 미치는 영향에 대하여 파악하고자 하였다. 질화알루미늄(AlN) 분말 고유의 열전도율은 180W/mk 인 것으로 알루미나 고유의 열전도율 30W/mk에 비하여 월등히 높으나 가격이 매우 고가이므로 알루미나와 질화알루미늄(AlN) 분말을 혼합하여 사용이 가능하다면 비용면에서 경제적이므로 매우 바람직할 것이다. In an embodiment of the present invention, in order to confirm that the thermal conductivity of the polymer composite is improved as the thermal conductivity of the polymer and filler is higher, in the case of M42, M44, M45, a composite using aluminum nitride (AlN) powder having excellent thermal conductivity instead of some spherical alumina It was prepared to understand the effect of the inherent thermal conductivity of the filler. The intrinsic thermal conductivity of aluminum nitride (AlN) powder is 180W/mk, which is much higher than the intrinsic thermal conductivity of alumina of 30W/mk, but the price is very high. So it would be very desirable.
본 발명의 구형 알루미나 및 질화알루미늄(AlN) 분말을 포함하는 폴리실록산 복합체를 각각 다른 비율로 배합하여 시료 M46, M42, M44 및 M45를 제조하고, 충진률 및 열전도율을 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Samples M46, M42, M44 and M45 were prepared by mixing the polysiloxane composite including the spherical alumina and aluminum nitride (AlN) powder of the present invention in different ratios, respectively, and the filling factor and thermal conductivity were measured. The measurement results are shown in Table 2 below.
(80μm)DAM 70
(80 μm)
(43.6μm)DAM 45
(43.6μm)
(11.3μm)DAM 07
(11.3μm)
(1μm)DAM 01
(1 μm)
(80μm)AlN
(80 μm)
(50μm)AlN
(50μm)
Contents
of fillerFiller content
Contents
of filler
상기 표 2에서 M42, M44 시료의 경우 80μm 크기의 무정형 질화알루미늄(AIN) 분말을 23.53%, 50.00%의 비율로 각각 구형 알루미나 비드와 혼합한 후 폴리실록산 레진과 복합체를 형성하였다. 80μm 크기의 무정형 질화알루미늄(AIN) 분말을 많이 첨가할수록 폴리실록산 레진의 유동성이 저하되어 M42, M44 시료의 충진률은 89.47%, 80.00% 인 것으로 줄어들었다. 이와 같은 현상은 필러의 충진률이 낮아지면서 복합체의 열전도율이 낮아져 M42, M44 시료의 경우 열전도율이 각각 5.87W/mk, 4.94W/mk 인 것으로 여러가지 크기의 구형 알루미나만을 사용한 M46 시료의 열전도율 값인 6.68W/mk 보다도 낮은 값을 나타내는 것임을 확인하였다. 이러한 결과는 충전제의 고유 열전도도가 높은 물질을 사용하더라도 충진율이 높지 않아 입자와의 열전도통로를 만들어 못하면 최종 복합체의 열전도도가 높지 않다는 것을 확인 하였다. 그러므로, 구형의 질화 알루미늄을 사용할 경우 충진율이 향상되어 열전도율의 향상될 것을 예측할 수 있다. In Table 2, in the case of M42 and M44 samples, amorphous aluminum nitride (AIN) powder having a size of 80 μm was mixed with spherical alumina beads at a ratio of 23.53% and 50.00%, respectively, to form a composite with polysiloxane resin. As more amorphous aluminum nitride (AIN) powder having a size of 80 μm was added, the fluidity of the polysiloxane resin decreased, so that the filling rates of the M42 and M44 samples were reduced to 89.47% and 80.00%. This phenomenon is due to the lowering of the filler filling rate and the lowering of the thermal conductivity of the composite. In the case of M42 and M44 samples, the thermal conductivity is 5.87 W/mk and 4.94 W/mk, respectively. The thermal conductivity value of the M46 sample using only spherical alumina of various sizes is 6.68 W It was confirmed that it represents a value lower than /mk. These results confirm that the thermal conductivity of the final composite is not high even if a material with high intrinsic thermal conductivity of the filler is used, if the filling rate is not high and a thermal conduction path with the particles is not made. Therefore, when spherical aluminum nitride is used, it can be predicted that the filling rate is improved and the thermal conductivity is improved.
2. 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM) 분석2. Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) Analysis
제조된 구형 알루미나 및 질화알루미늄(AlN)) 분말을 포함하는 폴리실록산 복합체의 형태를 확인하기 위하여 FE-SEM 분석(일본 JEOL사의 FE-SEM, JSM-6700F)을 수행하였다.FE-SEM analysis (FE-SEM, JSM-6700F, manufactured by JEOL, Japan) was performed to confirm the shape of the polysiloxane composite including the prepared spherical alumina and aluminum nitride (AlN) powder.
도 4에 나타낸 것과 같이 폴리실록산 복합체 내부에 기공이 형성되지 않았으며, 치밀하게 복합체가 제조되었음을 확인하였다.As shown in FIG. 4, pores were not formed inside the polysiloxane composite, and it was confirmed that the composite was densely prepared.
따라서, 상기 결과로부터 열전도 특성의 효율성은 무기물의 충전 밀도에 의해 결정되는 것임을 확인하였다. 결국, 필러의 고밀도 충전 방법이 고려되어야 하며, 본 발명에서는 구형 알루미나를 대상으로 입자 크기를 다양하게 혼합하여 충전 밀도 및 충진률을 질량비 기준 91.67%까지 향상시킬수 있었다. 특히 구형 알루미나의 경우, 무정형에 비해 고충전이 가능한 것임을 확인하였으며, 1μm 크기의 미분을 첨가하는 경우 조대 입자 표면에 코팅되어 마치 돌기처럼 튀어나와 근접한 다른 입자와의 열전도통로를 만들어주어(도 3 참조) 열전도율 역시 6.68W/mk인 것으로 높은 값을 나타내므로 LED 등 전자재료의 방열 필름으로 사용가능한 것임을 확인하였다. 결론적으로, 충전제의 입자크기가 감소할수록, 충전량의 증가에 따라 복합체의 열전도율이 증가되는 것임을 확인할 수 있다. Therefore, from the above results, it was confirmed that the efficiency of the thermal conductivity property is determined by the packing density of the inorganic material. As a result, the high-density filling method of the filler must be considered, and in the present invention, the filling density and filling rate can be improved to 91.67% based on the mass ratio by mixing various particle sizes for spherical alumina. In particular, in the case of spherical alumina, it was confirmed that high filling is possible compared to amorphous, and when fine powder of 1 μm size is added, it is coated on the surface of coarse particles and protrudes like a protrusion to make a heat conduction path with other particles (see Fig. 3) ) Thermal conductivity is also 6.68W/mk, indicating a high value, so it was confirmed that it can be used as a heat dissipation film for electronic materials such as LED. In conclusion, as the particle size of the filler decreases, it can be confirmed that the thermal conductivity of the composite increases with the increase of the filling amount.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, it will be clear to those of ordinary skill in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (7)
상기 폴리실록산 복합체를 몰드에 넣어 형상을 만든 후 롤러를 사용하여 롤링하는 단계(S2);를 포함하되,
상기 복합체 중 상기 무기 필러의 함량은 85wt% 이상이고,
상기 무기 필러는 조대 입자, 중간 입자 및 미세 입자를 포함하는 최소한 3종의 상이한 입자 크기를 갖는 구형 무기 필러로서, 상기 미세 입자는 d50이 0.5~10 μm, 상기 중간 입자는 d50이 10~50 μm 및 상기 조대 입자는 d50이 50~100 μm인 것을 가지는 것인, 폴리실록산 복합체 제조방법.
Putting a polysiloxane composite including an inorganic filler and a polysiloxane matrix in a centrifuge, mixing at 2500 rpm to 3500 rpm for 1 minute to 2 minutes, and then connecting a vacuum pump to a defoaming container to perform defoaming (S1); and
The polysiloxane composite is put into a mold to form a shape and then rolled using a roller (S2); including;
The content of the inorganic filler in the composite is 85wt% or more,
The inorganic filler is a spherical inorganic filler having at least three different particle sizes including coarse particles, medium particles and fine particles, wherein the fine particles have a d50 of 0.5-10 μm, and the intermediate particles have a d50 of 10-50 μm. and the coarse particles have a d50 of 50 to 100 μm, a polysiloxane composite manufacturing method.
상기 무기 필러는 상기 미세 입자가 30~45wt%, 상기 중간 입자가 10~25wt%, 나머지의 조대 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실록산 복합체 제조방법.
6. The method of claim 5,
The inorganic filler comprises 30 to 45 wt% of the fine particles, 10 to 25 wt% of the intermediate particles, and the remainder of the coarse particles.
상기 무기 필러는 구형 알루미나, 구형 질화알루미늄 및 구형 질화실리콘 비드로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리실록산 복합체 제조방법.7. The method of claim 6,
The inorganic filler is a polysiloxane composite manufacturing method, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of spherical alumina, spherical aluminum nitride, and spherical silicon nitride beads.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200086135A KR102403680B1 (en) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | Polysiloxane composite containing ceramic beads of various sizes and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200086135A KR102403680B1 (en) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | Polysiloxane composite containing ceramic beads of various sizes and method for manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220008047A KR20220008047A (en) | 2022-01-20 |
| KR102403680B1 true KR102403680B1 (en) | 2022-05-31 |
Family
ID=80053102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200086135A KR102403680B1 (en) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | Polysiloxane composite containing ceramic beads of various sizes and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102403680B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003197833A (en) | 2001-12-21 | 2003-07-11 | Kitagawa Ind Co Ltd | Thermal conduction material |
| JP2012214612A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Aica Kogyo Co Ltd | Silicone heat dissipation member |
| JP2013147600A (en) | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | Heat-conductive silicone composition and cured product thereof |
| WO2020116057A1 (en) | 2018-12-04 | 2020-06-11 | 信越化学工業株式会社 | Cured product of thermally conductive silicone composition |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| HUE059556T2 (en) | 2016-05-16 | 2022-11-28 | Martinswerk Gmbh | Alumina products and use thereof in polymer compositions with high thermal conductivity |
| CN109415564B (en) * | 2016-07-22 | 2021-12-21 | 迈图高新材料日本合同公司 | Thermally conductive silicone composition |
| US11248154B2 (en) * | 2016-10-18 | 2022-02-15 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Thermoconductive silicone composition |
-
2020
- 2020-07-13 KR KR1020200086135A patent/KR102403680B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003197833A (en) | 2001-12-21 | 2003-07-11 | Kitagawa Ind Co Ltd | Thermal conduction material |
| JP2012214612A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Aica Kogyo Co Ltd | Silicone heat dissipation member |
| JP2013147600A (en) | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | Heat-conductive silicone composition and cured product thereof |
| WO2020116057A1 (en) | 2018-12-04 | 2020-06-11 | 信越化学工業株式会社 | Cured product of thermally conductive silicone composition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220008047A (en) | 2022-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6351585B2 (en) | Resin-impregnated boron nitride sintered body and use thereof | |
| JP6023474B2 (en) | Thermally conductive insulating sheet, metal base substrate and circuit board, and manufacturing method thereof | |
| JP2019116401A (en) | Hexagonal crystal boron nitride powder and method for producing the same, and composition and heat dissipation member using the same | |
| EP3761355B1 (en) | Insulating heat dissipation sheet | |
| CN113788465A (en) | Agglomerated boron nitride particles, process for producing the same, and resin composition, molded article and sheet containing the agglomerated boron nitride particles | |
| JP6815042B2 (en) | A resin composition, an article produced from the resin composition, and a method for producing the same. | |
| WO2012132926A1 (en) | Method for manufacturing thermally conductive sheet, and thermally conductive sheet | |
| JP2012253167A (en) | Thermally conductive insulation sheet, metal base substrate and circuit board | |
| Permal et al. | Enhanced thermal and mechanical properties of epoxy composites filled with hybrid filler system of aluminium nitride and boron nitride | |
| JP2019131669A (en) | Resin composition and insulation heat conductive sheet | |
| US20220002608A1 (en) | Thermally Conductive Resin Sheet, Laminated Heat Dissipation Sheet, Heat Dissipation Circuit Board, and Power Semiconductor Device | |
| KR102403680B1 (en) | Polysiloxane composite containing ceramic beads of various sizes and method for manufacturing the same | |
| KR20230112104A (en) | Compositions, laminates and films of tetrafluoroethylene-based polymers | |
| KR101898234B1 (en) | Resin composition, article prepared by using the same and method of preparing the same | |
| KR102642936B1 (en) | Highly heat-dissipative polymer composition and an article comprising the same | |
| CN111868921A (en) | Heat sink, heat dissipation member, and semiconductor device | |
| JP6978639B1 (en) | Thermally conductive resin sheet | |
| WO2021149690A1 (en) | Thermally conductive sheet, laminate, and semiconductor device | |
| KR101307489B1 (en) | Nano composite for insulation and the method thereof | |
| CN112771123A (en) | Resin composition, cured resin, and composite molded article | |
| KR102401004B1 (en) | Painting Composition containing BN and having heat dissipation property, and LED Lamp Device employing the same | |
| KR101624945B1 (en) | Composite of blockcopolymer/mwnt/metal, and the manufacturing method thereof | |
| KR102449297B1 (en) | Substrate for power electronic module comprising organic-inorganic composite | |
| CN114806081B (en) | Polymer composite material based on aromatic compound modified heat-conducting insulating composite powder and preparation thereof | |
| CN114456738B (en) | Heat conducting material and preparation method and application thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |