WO2001096458A1 - Füllstoff für wärmeleitende kunststoffe, wärmeleitender kunststoff und herstellungsverfahren dazu - Google Patents

Füllstoff für wärmeleitende kunststoffe, wärmeleitender kunststoff und herstellungsverfahren dazu Download PDF

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Lothar SCHÖN
Wolfgang ÜBLER
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    • 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
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    • 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
    • C08K2201/014—Additives containing two or more different additives of the same subgroup in C08K

Definitions

  • the invention relates to a filler for thermally conductive plastics, a thermally conductive plastic and a production method therefor.
  • the material composition of the thermally conductive filler plays a decisive role in the development of thermally conductive plastics.
  • the shape of the particles has hitherto been given less importance in the literature, so in this US specification too, only the aspect ratio (length to thickness in the case of fibers and diameter to thickness in the case of platelets) of the particles states that at values greater than 2, the flow behavior deteriorates the plastic containing filler results.
  • US 5,096,762 teaches that the highest possible proportion of spherical particles is advantageous for the flow behavior of the resulting plastic.
  • EP 0 555 184 B1 discloses the use of a mixture of fractions of different sizes of sintered, preferably spherical, aluminum nitride agglomerates which lead to high thermal conductivities of up to 5 W / mK in polymers.
  • a disadvantage of the known fillers is that only a single special material composition of the filler, which does not result in good processability in every polymer, leads to the thermal conductivities mentioned.
  • the object of the invention is to provide a filler for a thermally conductive polymer which leads to high fill levels with the highest thermal conductivities or to high thermal conductivity at low fill levels.
  • the invention relates to a thermally conductive filler for improving the thermal conductivity of a polymer which has at least two particle fractions, the first fraction having a volume fraction of the total filler greater than or equal to 50% and comprising non-spherical particles and the second fraction comprising spherical particles.
  • the invention further relates to an electrically insulating, thermally conductive polymer with a thermal conductivity greater than 8 W / mK and a thermally conductive polymer with a thermal conductivity greater than 4 and a proportion of filler less than 59% by volume.
  • the invention relates to a method for producing a filler for a heat-conducting plastic Substance from at least two fractions of heat-conducting material, with at least a small addition of spherical particles being added to a fraction of non-spherical particles.
  • a combination of the particle fractions non-spherical - coarse / large - high proportion and spherical - fine / small - low proportion in the total filler is advantageous.
  • Spherical and non-spherical is defined by the aspect ratio.
  • a spherical particle has an aspect ratio of 1 to 1.15 and another aspect ratio shows that it is a non-spherical particle.
  • splintered, fibrous or platelet-shaped particles are used as non-spherical particles.
  • the filler can be incorporated into any thermoplastic and / or thermosetting polymer.
  • the filler preferably has volume fractions of non-spherical fraction to spherical fraction from 95: 5 to 50:50, in particular from 90:10 and very particularly preferably from 60:40.
  • the first fraction is platelet-shaped and has a significantly higher proportion of the total filler than the second, spherical fraction.
  • all highly thermally conductive substances can be used for each of the at least two fractions.
  • Mineral, ceramic and / or metallic materials are particularly advantageous.
  • the first fraction the fraction with the non-spherical particles
  • the second fraction with the spherical particles
  • the first fraction is referred to as the coarse fraction
  • the second fraction as the fine fraction.
  • the ratio of the diameter of the coarse particles to fine particles is, for example, between 2: 1 and 500: 1, in particular in the range from 2: 1 to 200: 1.
  • the aspect ratio of the non-spherical particles is preferably between 2 and 100, in particular between 2 and 30.
  • Hexagonal boron nitride, silicon carbide and / or aluminum oxide is preferably used in the first non-spherical fraction; platelet-shaped silicon carbide and / or boron nitride is particularly preferred.
  • the spherical components preferably comprise particles made of aluminum oxide, zirconium oxide, quartz material and / or glass. If electrical conductivity is permissible, both the non-spherical and the spherical particles can be made of highly thermally conductive metal such as aluminum, copper, iron, silver, gold, etc.
  • a bisphenol-F diglycidyl ether was used as the resin component, methyl hexahydrophthalic anhydride as the hardener and benzyldimethylamine as the accelerator:
  • the filler mixture is prepared in advance by pouring the weighed individual fractions into a glass bottle and mixing for 3 hours with stirring. Before use, the filler mixture is pre-dried in a vacuum drying cabinet at 100 ° C and 1 mbar for 24 hours. 100 parts by weight of resin, 90 parts by weight of hardener and 0.16 part by weight of accelerator are weighed into a double-walled mixing vessel and heated to 80 ° C. While stirring, the filler mixture is added in portions until the mass is just pourable at 80 ° C. The mixture is then dispersed at 80 ° C. for 15 minutes and then degassed at 80 ° C. with stirring.
  • the degassed cast resin compound is poured into a standing plate mold (4 mm thick) preheated to 80 ° C and cured for 16 hours at 80 ° C, 4 hours at 105 ° C and 6 hours at 140 ° C.
  • non-spherical coarse filler fraction and a) the spherical fine fraction are summarized under a).
  • the mean diameter indicated in each case is the D50 value, which is obtained in particle size analysis by means of laser diffraction and evaluation according to Fraunhofer.
  • the aspect ratio is defined as the ratio of length: thickness for chips and diameter: thickness for platelets.
  • the following fillers are selected for the production of a casting resin: a) 68 vol% silicon carbide platelet-shaped, average diameter 67 ⁇ m; Aspect ratio 10 b) 17 vol% alumina, spherical, medium diameter
  • a filler content of 55% by volume could be achieved in the casting resin.
  • the thermal conductivity of the hardened molding material is 4.5 W / mK at 40 ° C.
  • the following fillers are selected for the production of a casting resin: a) 72 vol% silicon carbide splintered, average diameter 48 ⁇ m; Aspect ratio 2.2 b) 21 vol% alumina, spherical, average diameter 18 ⁇ m 7 vol% alumina, spherical, average diameter 2 ⁇ m
  • a filler content of 61% by volume could be achieved in the casting resin.
  • the thermal conductivity of the hardened molding material is 3.6 W / mK at 40 ° C.
  • the following fillers are selected for the production of a casting resin: a) 91% by volume aluminum oxide splintered, average diameter 44 ⁇ m; Aspect ratio 2.5 " b) 5 vol% aluminum oxide, spherical, average diameter 18 ⁇ m
  • a filler content of 68% by volume could be achieved in the casting resin.
  • the thermal conductivity of the hardened molding material is 3.5 W / mK at 40 ° C.
  • Example 4 The following fillers are selected for the production of a casting resin: a) 36.0% by volume of silicon carbide splintered, average diameter 424 ⁇ m; Aspect ratio 2.3
  • a filler content of 78.2% by volume was achieved in the casting resin.
  • the thermal conductivity of the hardened molding material is 8.7 W / mK at 40 ° C.
  • the following fillers are selected for the production of a casting resin: a) 62.3% by volume of silicon carbide splintered, average diameter 424 ⁇ m; Aspect ratio 2.3 4.9 vol% alumina splintered, average diameter 54 ⁇ m; Aspect ratio 2.1 b) 21.9 " vol% alumina, spherical, average diameter 18um
  • a filler content of 75.6% by volume could be achieved in the casting resin.
  • the thermal conductivity of the hardened molding material is 7.1 W / mK at 40 ° C. Comparative Example 1:
  • a casting resin was produced according to Example 1, only component a being used. A volume fraction of filler of 39% was achieved.
  • the thermal conductivity of the hardened molding material is only 1.9 W / mK at 40 ° C.
  • Comparative Example 2 A casting resin was produced according to Example 2, only component a being used. A filler volume fraction of 54% could be achieved. The thermal conductivity of the hardened molding material is only
  • a casting resin was produced in accordance with using platelet-shaped boron nitride with an average diameter of 30.6 ⁇ m (aspect ratio 7). Only a volume fraction of filler of 27% could be achieved.
  • the thermal conductivity of the hardened molding material is only
  • the claimed distribution of the particle shape within the filler fractions enables the reaction lization of high thermal conductivity with a comparatively low degree of filling and thus improved mold filling, improved adhesive effect and blow-free molding materials.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Füllstoff für wärmeleitende Kunststoffe, einen wärmeleitenden Kunststoff und ein Herstellungsverfahren dazu. Durch spezielle Auswahl der Partikelform und Grösse werden dabei besonders gute Wärmeleitfähigkeiten bei niedrigen Füllgraden erreicht.

Description

Beschreibung
Füllstoff für wärmeleitende Kunststoffe, wärmeleitender Kunststoff und Herstellungsverfahren dazu
Die Erfindung betrifft einen Füllstoff für wärmeleitende Kunststoffe, einen wärmeleitenden Kunststoff und ein Herstellungsverfahren dazu.
Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von elektrisch isolierenden Kunststoffen ist es Stand der Technik, gut wärmeleitende Partikel wie Quarz, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid oder Siliziumcarbid in einen Kunststoff einzuarbeiten. Generell wird die Wärmeleitfähigkeit, abhängig von der Leitfähig- keit des Füllstoffs umso besser, je mehr wärmeleitender Füllstoff im Polymer eingearbeitet ist. Dennoch ist man bestrebt, die Menge an zugesetztem Füllstoff so gering wie möglich zu halten, weil der Füllstoff die Eigenschaften des Polymers, vor allem hinsichtlich Verarbeitbarkeit und Fließverhalten, nachteilig verändert.
Eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung wärmeleitfähiger Kunststoffe spielt die stoffliche Zusammensetzung des wärmeleitenden Füllstoffes, wie beispielsweise aus der US 5,096,762 bekannt ist. Der Form der Partikel wird in der Literatur bislang weniger Bedeutung beigemessen, so wird auch in dieser US-Schrift nur zum Aspektverhältnis (Länge zu Dicke bei Fasern und Durchmesser zu Dicke bei Plättchen) der Partikel angegeben, dass bei Werten grösser 2 ein verschlechtertes Fliessverhalten des den Füllstoff enthaltenden Kunststoffs resultiert. In anderen Worten lehrt die US 5,096,762, dass ein möglichst hoher Anteil an sphärischen Partikel vorteilhaft für das Fliessverhalten des resultierenden Kunststoffs ist.
Aus der EP 0 499 585 Bl ist auch bekannt, dass die Grosse der Füllstoffpartikel eine Verbesserung hinsichtlich ihrer Einar- beitbarkeit in thermoplastische Polymere bringen kann. Jedoch wird hier ein Füller aus zumindest drei unterschiedlichen Fraktionen einer speziellen Aluminiumoxidmodifikation angegeben, bei dem die Grosse und Form der Partikel seine Eignung als Füller eines wärmeleitfähigen Materials eingesetzt zu werden, wesentlich verbessert.
Schließlich ist aus der EP 0 555 184 Bl der Einsatz einer Mischung verschieden grosser Fraktionen gesinterter, bevorzugt sphärischer Aluminiumnitrid-Agglomerate bekannt, die zu hohen Wärmeleitfähigkeiten bis zu 5W/mK in Polymeren führen.
Nachteilig an den bekannten Füllern ist, dass immer nur einzelne spezielle stoffliche Zusammensetzung des Füllers, die nicht in jedem Polymer gleich gute Verarbeitbarkeit bewirkt, zu den genannten Wärmeleitfähigkeiten führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Füllstoff für ein wärme- leitfähiges Polymer anzugeben, der zu hohen Füllgraden mit höchsten Wärmeleitfähigkeiten oder zu hoher Wärmeleitfähigkeit bei niedrigen Füllgraden führt.
Gegenstand der Erfindung ist ein wärmeleitender Füllstoff zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eines Polymers, der zu- mindest zwei Partikelfraktionen hat, wobei die erste Fraktion einen Volumenanteil am Gesamtfüllstoff größer/gleich 50% hat und nicht sphärische Partikel umfasst und die zweite Fraktion sphärische Partikel umfasst.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein elektrisch isolierendes wärmeleitendes Polymer mit einer Wärmeleitfähigkeit grösser 8 W/mK und ein wärmeleitendes Polymer mit einer Wärmeleitfähigkeit grösser 4 und einem Anteil an Füllstoff kleiner 59 Vol%.
Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Füllstoffs für einen wärmeleitenden Kunst- stoff aus zumindest zwei Fraktionen wärmeleitenden Materials, wobei zu einer Fraktion aus nicht sphärischen Partikeln zumindest ein geringer Zusatz sphärischer Partikel gegeben wird.
Aufgrund der Vielzahl prinzipiell bekannter wärmeleitfähiger Füllstoffe, unterschiedlicher Partikelformen (splittrig, kubisch, sphärisch, plättchen- und faserförmig) und Korngrößen sowie der Korngrößenverteilungen war es überraschend, dass gerade die spezielle Kombination eines geringen Anteils (Volumen- oder Gewichts-%) sphärischer Partikel, die bevorzugt feinkörnig sind, mit einem grossen Anteil nicht sphärischer und bevorzugt grösserer Partikel hohe Wärmeleitfähigkeit bei niedrigem Füllgrad bewirkt.
Weiterhin ist überraschend, dass durch einen relativ geringen Zusatz sphärischer Partikel zu Partikeln mit hohem Aspektverhältnis die Fließfähigkeit entscheidend verbessert werden kann.
Bevorzugt sind in der ersten, nicht sphärischen Fraktion grössere Partikel vorhanden, während in der zweiten sphärischen Fraktion die kleineren Partikel sind. Eine Kombination der Partikelfraktionen nicht sphärisch - grobkörmig/gross - hoher Anteil und sphärisch - feinkörmig/klein - geringer Anteil im Gesamtfüllstoff ist vorteilhaft.
Sphärisch und nicht sphärisch wird dabei über das Aspektver- hältnis definiert. Ein sphärisches Partikel hat ein Aspektverhältnis von 1 bis 1,15 und ein anderes Aspektverhältnis zeigt, dass es sich um ein nicht sphärisches Partikel handelt. Als nicht sphärische Partikel werden beispielsweise splittrige, faserförmige, oder plättchenför ige Teilchen ein- gesetzt. Der Füllstoff kann in alle ther o- und/oder duroplastische Polymer eingearbeitet werden.
Bevorzugt hat der Füllstoff Volumenanteile nicht sphärischer Fraktion zu sphärischer Fraktion von 95:5 bis 50:50, insbesondere von 90:10 und ganz besonders bevorzugt von 60:40.
Nach einer Ausführungsform ist die erste Fraktion plättchen- förmig und hat einen wesentlich höheren Anteil am Gesamtfüll- stoff als die zweite, sphärische Fraktion.
Grundsätzlich können alle gut wärmeleitfähigen Stoffe für jede der zumindest zwei Fraktionen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft sind mineralische, keramische und/oder metalli- sehe Werkstoffe.
Bevorzugt werden zwei Fraktionen unterschiedlicher Partikel- grösse eingesetzt. Dabei ist es bevorzugt, dass die erste Fraktion, die Fraktion mit den nicht-sphärischen Teilchen die grösseren und die zweite Fraktion mit den sphärischen Teilchen die kleineren Partikel hat. In dem Fall wird dann die erste Fraktion als Grobanteil und die zweite Fraktion als Feinanteil bezeichnet. Das Verhältnis der Durchmesser der Grobpartikel und Feinpartikel liegt beispielsweise zwischen 2:1 und 500:1, insbesondere im Bereich von 2:1 bis 200 :1.
Bevorzugt liegt das Aspektverhältnis der nicht sphärischen Partikel zwischen 2 und 100, insbesondere zwischen 2 und 30.
In der ersten nicht sphärischen Fraktion wird bevorzugt hexa- gonales Bornitrid, Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid verwendet; besonders bevorzugt ist plättchenförmiges Siliziumcarbid und/oder Bornitrid.
Die sphärischen Anteile umfassen vorzugsweise Partikel aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Quarzgut und/oder Glas. Sofern elektrische Leitfähigkeit zulässig ist, können sowohl die nicht sphärischen als auch die sphärischen Teilchen aus gut wärmeleitfähigem Metall wie Aluminium, Kupfer, Eisen, Silber, Gold usw. bestehen.
Es hat sich gezeigt, dass es genügt, einen relativ kleinen Anteil einer aus nicht sphärischen Partikeln gebildeten Ge- samtfüllstoffmischung durch sphärische Partikel zu ersetzen um eine wesentlich verbesserte Fließfähigkeit der Gesamtmi- schung zu erreichen. Dies gilt sowohl für eher splittrige, nadeiförmige, in besonderem Maße aber für plättchenför ige Partikel. Durch die verbesserte Fließfähigkeit wird es möglich, höhere Füllgrade im Polymer einzusetzen, wobei eine deutlich erhöhte Wärmeleitfähigkeit erreichbar wird.
Bei der Kombination von großen, grobkörmigen Partikeln mit einem Aspektverhältnis >2 wie beispielsweise plättchenförmi- gem Siliziumcarbid mit sphärischen Teilchen sind verglichen mit rein sphärischen oder rein splittrigen Füllstoffen we- sentlich geringere Füllgrade erforderlich um vergleichbare
Wärmeleitfähigkeitswerte zu erzielen. Daraus ergibt sich eine deutlich geringere Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben:
Für die Beispiele wurde als Harzkomponente ein Bisphenol-F- Diglycidylether, als Härter Methylhexahydrophthalsäurean- hydrid und als Beschleuniger Benzyldimethylamin verwendet:
Aufbereitung der Mischungen:
Die Füllstoffmischung wird vorab hergestellt, indem die abgewogenen Einzelfraktionen in eine Glasflasche eingefüllt und 3h unter Rühren vermischt werden. Vor Verwendung wird die Füllstoffmischung im Vakuumtrockenschrank bei 100°C und 1 mbar während 24h vorgetrocknet. 100 Gewichtsteile Harz, 90 Gewichtsteile Härter und 0,16 Gewichtsteile Beschleuniger werden in ein doppelwandiges Rührgefäß eingewogen und auf 80°C temperiert. Unter Rühren wird die Füllstoffmischung portionsweise solange zugegeben bis die Masse bei 80°C gerade noch gießfähig ist. Anschließend wird während 15 Minuten bei 80°C dispergiert, und anschließend bei 80 °C unter Rühren entgast.
Herstellung der gehärteten Formstoffe:
Die entgaste Gießharzmasse wird in eine stehende, auf 80°C vortemperierte Plattenform (4mm Dicke) gegossen und 16h bei 80°C, 4h bei 105°C sowie 6h bei 140°C gehärtet.
Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit:
Zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit werden aus den hergestellten Platten Scheiben mit einem Durchmesser von 50mm ausgesägt. Die Messung erfolgte mit dem Gerät C-Matic der Fa. Dynatech. Die Kalibrierung des Meßgerätes wurde mit Eichpro- ben aus Pyrex 7740 und Pyroceram 9606 durchgeführt.
In den nachfolgenden Beispielen ist jeweils unter a) der nichtsphärische grobe Füllstoffanteil und unter b) der sphärische Feinanteil zusammengefasst .
Bei dem jeweils angegebenen mittleren Durchmesser handelt es sich um den D50-Wert, der bei der Partikelgrößenanalyse mittels Laserbeugung und Auswertung nach Fraunhofer erhalten wird. Das Aspektverhältnis ist definiert als das Verhältnis von Länge : Dicke bei Splittern sowie Durchmesser : Dicke bei Plättchen.
Beispiel 1:
Für die Herstellung eines Gießharzes werden folgende Füll- stoffe ausgewählt: a) 68 Vol% Siliziumcarbid plättchenförmig, mittlerer Durchmesser 67μm; Aspektverhältnis 10 b) 17 Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser
18um
15 Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser
2um
Im Gießharz konnte ein Füllstoffgehalt von 55Vol-% erreicht werden.
Die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Formstoffs beträgt 4,5 W/mK bei 40°C.
Beispiel 2 :
Für die Herstellung eines Gießharzes werden folgende Füll- stoffe ausgewählt: a) 72 Vol% Siliziumcarbid splittrig, mittlerer Durchmesser 48μm; Aspektverhältnis 2,2 b) 21 Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser 18μm 7 Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser 2μm
Im Gießharz konnte ein Füllstoffgehalt von 61Vol-% erreicht werden.
Die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Formstoffs beträgt 3,6 W/mK bei 40°C.
Beispiel 3:
Für die Herstellung eines Gießharzes werden folgende Füllstoffe ausgewählt: a) 91 Vol% Aluminiumoxid splittrig, mittlerer Durchmesser 44μm; Aspektverhältnis 2,5 "b) 5 Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser 18μm
4 Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser 2um
Im Gießharz konnte ein Füllstoffgehalt von 68 Vol-% erreicht werden. Die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Formstoffs beträgt 3,5 W/mK bei 40°C.
Beispiel 4: Für die Herstellung eines Gießharzes werden folgende Füllstoffe ausgewählt: a) 36,0 Vol% Siliziumcarbid splittrig, mittlerer Durchmesser 424 um; Aspektverhältnis 2,3
36,0 Vol% Aluminiumoxid splittrig, mittlerer Durchmesser 54 um; Aspektverhältnis 2,1 b) 28,0 Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser 2,9 μm
Im Gießharz konnte ein Füllstoffgehalt von 78,2 Vol-% er- reicht werden.
Die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Formstoffs beträgt 8,7 W/mK bei 40°C.
Beispiel 5:
Für die Herstellung eines Gießharzes werden folgende Füllstoffe ausgewählt: a) 62,3 Vol% Siliziumcarbid splittrig, mittlerer Durchmesser 424 μm; Aspektverhältnis 2,3 4,9 Vol% Aluminiumoxid splittrig, mittlerer Durchmesser 54 μm; Aspektverhältnis 2,1 b) 21,9"Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser 18um
10,9 Vol% Aluminiumoxid, sphärisch, mittlerer Durchmesser 0, 8 μm
Im Gießharz konnte ein Füllstoffgehalt von 75, 6 Vol-% erreicht werden.
Die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Formstoffs beträgt 7,1 W/mK bei 40°C. Vergleichsbeispiel 1:
Hergestellt wurde ein Gießharz gemäß Beispiel 1 wobei lediglich die Komponente a eingesetzt wurde. Es konnte ein Volu- menanteil Füllstoff von 39% erreicht werden.
Die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Formstoffs beträgt nur 1,9 W/mK bei 40°C.
Vergleichsbeispiel 2: Hergestellt wurde ein Gießharz gemäß Beispiel 2 wobei lediglich die Komponente a eingesetzt wurde. Es konnte ein Volumenanteil Füllstoff von 54% erreicht werden. Die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Formstoffs beträgt nur
2.1 W/mK bei 40°C.
Vergleichsbeispiel 3:
Hergestellt wurde ein Gießharz gemäß unter Verwendung von plättchenförmigem Bornitrid mit einem mittleren Durchmesser von 30, 6μm (Aspektverhältnis 7). Es konnte lediglich ein Vo- lumenanteil Füllstoff von 27% erreicht werden.
Die Wärmeleitfähigkeit des gehärteten Formstoffs beträgt nur
1.2 W/mK bei 40°C.
Es zeigt sich dass unter Verwendung von Füllstoffen mit As- pektverhältnis, besonders bei plättchenförmigen Füllstoffen und Nadeln, nur geringe Füllgrade erreicht werden können, wenn die Mischung mit Flüssigharz oder Polymer noch fließfähig sein soll. Bei ähnlicher Verarbeitbarkeit werden, wie die Vergleichsbeispiele zeigen, bei Einsatz von Partikeln mit ei- nem Aspektverhältnis >2 (plättchenförmig) nur sehr unzureichende Wärmeleitfähigkeitswerte erhalten.
Andererseits genügt die Zugabe geringer Mengen an sphärischen Partikeln um höhere Füllgrade zu erzielen.
Die Erfindung ermöglicht durch die beanspruchte Verteilung der Partikelform innerhalb der Füllstoff-Fraktionen die Rea- lisierung hoher Wärmeleitfähigkeit bei vergleichsweise niedrigem Füllgrad und damit verbesserte Formfüllung, verbesserte Klebwirkung und lunkerfreie Formstoffe.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmeleitfähiger Füllstoff zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eines Polymers, der zumindest zwei Partikelfraktio- nen hat, wobei die erste Fraktion einen Anteil am Gesamtfüllstoff größer/gleich 50% hat und nicht sphärische Partikel umfasst und die zweite Fraktion sphärische Partikel umfasst.
2. Füllstoff nach Anspruch 1, wobei die erste, nicht sphäri- sehe Fraktion im Durchschnitt grössere und/oder gröbere Partikel und einen höheren Anteil am Gesamtfüllstoff als die zweite, sphärische Fraktion hat.
3. Füllstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Füllstoff Volumenanteile von nicht sphärischer Fraktion zu sphärischer Fraktion im Bereich von 95:5 bis 50:50 hat.
4. Füllstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Partikel der ersten Fraktion plättchenförmig sind.
5. Füllstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Partikel gut wärmeleitfähige mineralische, keramische und/oder metallische Werkstoffe sind.
6. Füllstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der zwei Fraktionen unterschiedlicher Partikelgrösse umfasst.
7. Füllstoff nach Anspruch 6, bei dem das Verhältnis der Durchmesser der Grobpartikel und Feinpartikel zwischen 2:1 und 500:1 liegt.
8. Füllstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Aspektverhältnis der nicht sphärischen Partikel zwischen 2 und 100 liegt.
9. Füllstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Fraktion (nicht-sphärisch) Partikel aus hexagonalem Bornitrid, Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid umfasst.
10. Füllstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste Fraktion Partikel aus plättchenförmigem Siliziumcarbid und/oder Bornitrid umfasst.
11. Füllstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die zweite, sphärische Fraktion Partikel aus Aluminiumoxid,
Zirkonoxid, Quarzgut und/oder Glas umfasst.
12. Füllstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zumindest in einer Fraktion ein Metall, insbesondere Alumini- um, Kupfer und/oder Eisen enthalten ist.
13. Wärmeleitendes und elektrisch isolierendes Polymer mit einer Wärmeleitfähigkeit grösser 8 W/mK.
14. Wärmeleitendes Polymer mit einer Wärmeleitfähigkeit grösser 4 und einem Anteil an wärmeleitendem Füllstoff kleiner 59 Vol%.
15. Thermoplastisches oder duroplastisches Polymer mit einem Füllstoff, der zumindest zwei Partikelfraktionen hat, wobei die erste Fraktion einen Anteil am Gesamtfüllstoff größer/gleich 50% hat und nicht sphärische Partikel umfasst und die zweite Fraktion sphärische Partikel umfasst.
16. Verfahren zur Herstellung eines Füllstoffs für einen wärmeleitenden Kunststoff aus zumindest zwei Fraktionen wärmeleitenden Materials, wobei zu einer Fraktion aus nicht sphärischen Partikeln zumindest ein geringer Zusatz sphärischer Partikel gegeben wird.
PCT/DE2001/002249 2000-06-16 2001-06-18 Füllstoff für wärmeleitende kunststoffe, wärmeleitender kunststoff und herstellungsverfahren dazu WO2001096458A1 (de)

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