KR102394809B1

KR102394809B1 - 고방열 복합수지

Info

Publication number: KR102394809B1
Application number: KR1020170175906A
Authority: KR
Inventors: 권경춘
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2022-05-04
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: KR20190074498A

Abstract

본 발명은 열가소성 수지 35~55중량%, 탄소섬유 12~14중량%, 흑연 35~45중량% 및 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트 1~3중량%를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 고방열 복합수지는 열전도성 및 기계적 강도가 우수하다.

Description

고방열 복합수지 {RESIN WITH HIGH THEMAL CONDUCTIVITY}

본 발명은 고방열 복합수지 조성물에 관한 것으로, 열전도성 및 기계적 강도가 우수한 고방열 복합수지에 관한 것이다.

현재 모든 산업 분야에서 전자 부품의 효율 향상 및 오작동 방지를 위한 열 관리의 중요성이 부각되고 있으며, 열 방출을 통하여 전자부품에서 발생되는 열을 방출해줄 수 있는 방열소재 시장이 빠르게 성장하고 있다. 현재까지 방열소재로 가장 많이 사용되고 있는 소재는 금속으로, 금속은 다른 소재대비 높은 열전도도를 가지고 있으며, 열 방출 특성이 뛰어나 다양한 분야에서 방열소재로 사용되고 있다.

최근 자동차 경량화 이슈로 인하여 높은 비중을 가진 금속을 대체할 수 있는 대체 방열재료가 요구되고 있는 실정이다. 고분자 재료는 금속과 대비하여 낮은 밀도, 디자인 자유도, 내화학성 등의 장점을 가지고 있으며, 이를 바탕으로 고분자 수지 내에 열전도도가 우수한 금속 또는 비금속 필러를 분산시켜 제조하는 열전도성 고분자 복합소재에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 하지만 현재까지 개발된 열전도성 고분자 복합소재는 낮은 열전도도와 기계적 물성으로 금속을 대체하기에는 한계가 있다. 한편, 일반적으로 고분자 수지 내 열전도성 필러의 함량이 증가할 수록 고분자 복합수지의 열전도도가 증가하며, 높은 수준의 열전도도를 달성하기 위해서는 고함량의 열전도성 필러가 첨가 되어야 한다. 하지만, 고분자 수지에 고함량의 열전도성 필러가 첨가될 경우 비중이 증가하고 기계적 물성이 급격히 저하되며, 사출 가공 시 제품의 성형이 제대로 이루어 지지 않는 문제가 있다. 따라서, 방열소재로서 금속을 대체하기 위하여 낮은 비중 대비 열전도성이 우수하고, 기존 열전도성 고분자 복합소재 대비 우수한 기계적 물성을 갖는 방열 재료의 개발에 관한 연구가 진행되고 있다.

이러한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1에 개시되어 있다.

즉, 하기 특허문헌 1은 우수한 방열 특성과 전자파 차폐 및 흡수능을 갖는 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 성형체에 관한 것으로, 세미그래핀(semi-graphene) 5 내지 30중량%, 카본파이버(carbon fiber) 10 내지 35중량% 및 고분자 재료 20 내지 60중량%를 포함함에 대해 개시한다.

그러나, 상술한 바와 같은 특허문헌 1은 금속대비 비중은 낮으나, 달성 가능한 열전도도가 6.1W/Mk으로 비교적 낮으므로 높은 열전도도가 요구되는 제품에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1579522호

본 발명은 열전도성 및 기계적 강도가 우수한 고방열 복합수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열가소성 수지 35~55중량%, 흑연 35~45중량%, 탄소섬유 12~14중량% 및 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트 1~3중량%를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리아미드의 중량 평균 분자량은 10000~200000g/mol일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소섬유는 코어 및 상기 코어 표면의 적어도 일 영역에 형성되는 코팅층을 포함하고, 상기 코어는 피치, 레이온, 폴리아크릴로니트릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 코팅층은 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탄소섬유의 길이는 5~7mm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 흑연의 평균입경은 18~24um일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고방열 복합수지는 첨가제를 더 포함하고, 상기 첨가제는 총 중량%에 대하여, 0.4~1.2중량%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 첨가제는 산화방지제, 윤활제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 산화방지제는 총 중량%에 대하여, 0.3~0.7중량%이고, 상기 윤활제는 총 중량%에 대하여, 0.1~0.5중량%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고방열 복합수지의 밀도는 1.6g/㎠이하이고, 인장강도는 1200kgf/㎠이상 이며, 열전도도는 15W/mK이상이고, 용융지수는 5g/10min일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 열가소성 수지, 흑연, 탄소섬유 및 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트를 혼합하여 분산시킴으로써 열전도성 및 기계적 강도가 우수한 고방열 복합수지를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 및 PA6의 열 확산 측정 결과를 나타낸 도표이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.

본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.

이하에서는, 본 발명의 고방열 복합수지 조성물에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명의 고방열 복합수지 조성물은 열가소성 수지, 흑연, 탄소섬유 및 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트를 포함한다. 구체적으로, 열가소성 수지 35~55중량%, 흑연 35~45중량%, 탄소섬유 12~14중량% 및 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트 1~3중량%를 혼합한 것이다.

먼저, 고방열 복합수지 조성물의 성분 및 각 성분의 제한 사유를 설명한다.

열가소성 수지는 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 폴리아미드일 수 있다.

상기 폴리아미드는 고분자 주쇄에 아미드기를 포함한 것으로, 아미노산, 락탐, 디아민 및 디카르복실산(dicarboxylic acid) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 주된 구성 성분으로 하고, 이를 중합하여 공중합체를 제조할 수 있다. 구체적으로 예를 들자면, 폴리아미드는 폴리카프로락탐(polycaprolactam, PA6), 폴리(11-아미노운데칸산)(poly(11-aminoundecanoic acid), PA11), 폴리라우릴락탐(polylaurylactam, PA12), 폴리헥사메틸렌 아디프아미드(polyhexamethylene adipamide, PA66), 폴리헥사에틸렌 아젤아미드(polyhexaethylene azelamide, PA69), 폴리헥사에틸렌 세바카미드(polyhexaethylene sebacamide, PA610), 폴리헥사에틸렌 도데카노디아미드(polyhexaethylene dodecanodiamide, PA612) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 구체적으로 폴리아미드는 폴리카프로락탐(polycaprolactam) 또는 폴리아미드의 공중합체, 예를 들면, PA6와 PA610의 공중합체, PA6와 PA66의 공중합체, PA6와 PA12의 공중합체일 수 있다.

이때, 폴리아미드의 중량 평균분자량은 10,000~200,000g/mol, 바람직하게는 30,000∼100,000g/mol 일 수 있으며, 이는 상술한 범위 내에서의 흐름성과 기계적 성질이 모두 우수하기 때문이다.

열가소성 수지는 강성, 인성, 내마모성, 내약품성, 내유성 및 성형성에 영향을 미치는 성분으로, 총 중량%에 대하여, 35~55중량%, 바람직하게는 35.2~53.2중량%포함될 수 있다. 이는 35중량% 미만이면, 그 사용량이 너무 적어서 열가소성 수지조성물의 성형성 및 기계적 물성이 저하될 수 있고, 55중량%를 초과하면, 열가소성 수지 외 성분들의 함유량이 상대적으로 감소함에 의해 방열 특성이 저하될 수 있다.

흑연은 열전도도가 높아 방열재료로 가장 많이 알려져 있는 물질 중 하나이고, 천연흑연 및 인조흑연 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 이때, 흑연은 탄소 함량 99%이상일 수 있고, 판상입자로 평균입경이 18~24um일 수 있다. 이는 흑연의 평균입경이 18um미만이면, 흑연 간의 응집현상으로 열가소성 수지와의 혼화성이 저하될 수 있고, 평균입경이 24um를 초과하면, 기계적 물성이 저하될 수 있다.

상기 흑연은 총 중량%에 대하여, 35~45중량%일 수 있다. 이는 35중량% 미만이면, 흑연 첨가에 따른 열전도도 개선 효과가 미미하고, 45중량%를 초과하면, 복합수지 내 필러의 분산성이 저하되어 기계적 강도 및 제품 가공성에 불리할 수 있다.

탄소섬유는 기계적 물성을 향상시키기 위하여 사용하는 성분으로, 탄소 함량이 90중량% 이상으로 구성될 수 있으며, 촙 탄소섬유(Chopped Carbon Fiber)일 수 있다.

상기 탄소섬유는 코어 및 코어 표면의 적어도 일 영역에 형성되는 코팅층을 포함할 수 있다. 이때, 코어는 피치, 레이온, 폴리아크릴로니트릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, 코팅층은 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이는 코팅층이 상기 상술한 조성물로 구성되지 않을 경우 탄소섬유 및 열가소성 수지 간의 접착력이 떨어져 탄소섬유가 고르게 분산되기 어려울 뿐만 아니라 복합수지의 물성이 저하되는 요인이 될 수 있다. 자세한 사항은 하기에서 후술하도록 한다.

그리고, 탄소섬유의 평균 길이는 5~7mm일 수 있다. 이는 5mm미만이면, 기계적 물성이 크게 저하될 수 있고, 7mm 를 초과하면, 분산이 어려워 제품 성형성이 저하될 수 있다.

상기 탄소섬유는 총 중량%에 대하여, 12~14중량%일 수 있다. 이는 12중량% 미만이면, 열전도성이 저하되어 15W/mk보다 떨어질 수 있고, 14중량%를 초과하면, 성형성이 저하되어 복잡한 형상의 방열 구조를 가지기 어려울 수 있다. 따라서, 기계적 특성 및 제품 성형성이 동시에 우수할 수 있도록 탄소섬유는 12~14중량% 포함되는 것이 바람직하다.

그래핀 나노 플레이트(GNP, Graphene Nano Plate)는 탄소의 sp2 혼성으로 이루어진 2차원 단일시트인 그래핀이 5겹 이내로 결합되어 있는 형태를 의미하며, 그래핀과 유사한 특성을 가지고 있어 열적 특성이 매우 우수하다. 그러나, 그래핀 나노 플레이트는 그래핀 나노 플레이트 간의 반데르발스힘(Van der walls force)이 작용하여 응집현상이 쉽게 일어나고, 그 자체가 매우 안정된 화학적 구조를 가지고 있으므로 다른 물질과의 결합이 쉽지 않아 고분자 내 분산이 어려울 수 있다. 이러한 불균일한 분산은 고분자 복합소재의 기계적 강도를 저하시킬 뿐만 아니라 흐름성도 저하시켜 제품 성형에 불리한 영향을 미칠 수 있다.

본 발명은 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트(NH2 Functionalized Graphene Nano Plate)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트는 그래핀 나노 플레이트의 탄소 골격에 아미노기가 화학적으로 결합된 것일 수 있다. 아미노기 비율은 24~26중량%일 수 있다.

상술한 바와 같이 본원발명에서는 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트 (NH2-GNP, NH2 Functionalized Graphene Nano Plate)를 사용함으로써 복합수지 내에서 그래핀 나노 플레이트가 기계적 물성, 열전도도 및 성형성이 향상될 수 있다.

아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트(NH2-GNP, NH2 Functionalized Graphene Nano Plate)는 총 중량%에 대하여, 1~3중량%일 수 있다. 이는 1중량% 미만이면, 복합수지의 열전도도 개선 효과가 미미하고, 3중량%를 초과하면, 복합수지 내 필러의 분산성 저하로 인해 기계적 강도 및 제품 가공성이 어려울 수 있다.

본 발명에서 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트의 아미노기와 열가소성 수지의 아미드기(amide group) 간의 결합(수소결합), 탄소섬유의 코팅층이 에폭시일 때, -O-와 열가소성 수지의 아미드기 간의 결합(수소결합), 탄소섬유의 코팅층이 폴리우레탄일 때, 수산기와 열가소성 수지의 아미드기 간의 결합, 탄소섬유의 코팅층이 폴리아미드일 때, 아미드기와 열가소성 수지의 아미드기 간의 결합으로 아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트와 열가소성 수지 및 탄소섬유와 열가소성 수지가 강하게 결합할 수 있으며, 이에 복합수지 내 그래핀 나노 플레이트 및 탄소섬유가 고르게 분산될 수 있다. 따라서, 기계적 물성, 열전도도 및 성형성이 향상되는 효과가 유도될 수 있다.

본 발명의 고방열 복합수지는 상술한 성분 외에 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 극히 미량 포함되므로, 본 발명이 원하는 최종 용도 및 특성 등 다양한 요인에 따라 적절히 조정하여 첨가할 수 있으며, 그 함량에 크게 제한을 두지 않는다.

첨가제는 산화방지제, 윤활제, 상용화제, 착색제, 이형제, 난연제, 가소제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 산화방지제, 윤활제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 첨가제는 총 중량%에 대하여, 0.4~1.2중량%, 바람직하게는 0.6~1.0중량%일 수 있다. 이는 0.4중량%미만이면, 내산화성 및 성형성 등이 저하될 수 있고, 1.2중량%를 초과하면, 열전도 및 기계적 물성이 저하될 수 있다. 상세하게는 산화방지제는 사출공정 및 압출공정 시 고온에 의한 고분자 열노화 방지와 장기내열성을 확보하기 위해 첨가하는 것으로, 총 중량%에 대하여, 0.3~0.7중량%, 바람직하게는 0.4~0.6중량%일 수 있고, 윤활제는 수지의 혼화성을 높이기 위하여 첨가하는 것으로, 총 중량%에 대하여, 0.1~0.5중량%, 바람직하게는 0.2~0.4중량%일 수 있다.

실시예 1~4. 복합수지의 제조

하기 표 1에 개시된 각 성분의 중량%를 적용하여 하기와 같이 제조하였다.

250℃의 온도로 가열된 이축 압출기(L/D=44, Φ=32mm)의 1차 원료 투입구에는 폴리카프로락탐(1027BRT, 효성사), 산화방지제(CIBA chemical사의 IRGANOX1010), 윤활제(Hi-Lube, 신원화학사)를 투입하고, 이축 압출기 중간에 위치하는 2차 투입구에는 사이드 피더를 통해 흑연(SC-20OQKG, GK사(순도: 99% 이상, 평균입경: 18~24um) 및 NH2-GNP(AD Nano Technologies사의 ADG-NH2(thickness: 2-5nm, surface area: ~250㎡/g))를 투입하며, 이축 압출기 끝단에 위치하는 3차 투입구에는 사이드 피더를 통해 탄소섬유(TR06Q, Mitsubishi Rayon사(epoxy로 sizing되고, 길이가 6mm인 chopped carbon fiber)를 투입하였다. 그리고, 열용융 혼련 공정을 실시하여 복합수지를 제조하였다.

표 1은 실시예 1~4의 복합수지 각각의 성분을 중량%로 나타낸 표이다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
폴리카프로락탐	45.20	43.20	48.20	40.20
탄소섬유	13.00	13.00	13.00	13.00
흑연	40.00	40.00	35.00	45.00
NH2-GNP	1.00	3.00	3.00	1.00
산화방지제	0.50	0.50	0.50	0.50
윤활제	0.30	0.30	0.30	0.30

비교예 1~12. 복합수지의 제조

하기 표 2에 개시된 각 성분의 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1~4의 제조방법과 동일한 방법으로 비교예 1~12의 복합수지를 제조하였다.

표 2는 비교예 1~12의 복합수지 각각의 성분을 중량%로 나타낸 표이다.

구분	폴리카프로락탐	카본섬유	흑연	NH2-GNP	산화방지제	윤활제
비교예 1	48.20	10.00	40.00	1.00	0.50	0.30
비교예 2	42.20	16.00	40.00	1.00	0.50	0.30
비교예 3	51.20	10.00	35.00	3.00	0.50	0.30
비교예 4	45.20	16.00	35.00	3.00	0.50	0.30
비교예 5	50.20	13.00	35.00	1.00	0.50	0.30
비교예 6	46.20	13.00	35.00	5.00	0.50	0.30
비교예 7	46.20	13.00	40.00	0.00	0.50	0.30
비교예 8	41.20	13.00	40.00	5.00	0.50	0.30
비교예 9	53.20	13.00	30.00	3.00	0.50	0.30
비교예 10	38.20	13.00	45.00	3.00	0.50	0.30
비교예 11	35.20	13.00	50.00	1.00	0.50	0.30
비교예 12	41.20	13.00	45.00	0.00	0.50	0.30

실험예 1. 복합소재의 특성

본원발명에 따른 실시예 1~4 및 비교예 1~12에서 제조된 복합소재의 기계적 물성을 평가하기 위하여 하기와 같이 실험을 실시하였다.

실시예 1~4 및 비교예 1~12에서 제조된 복합소재를 90℃의 온도 하에서 4시간 동안 열풍건조기에서 건조한 뒤 285℃의 온도로 사출하여 펠렛을 제조한 후, 이를 150t의 압력으로 가압하여 시편을 제조하였다.

시편을 온도 23℃, 상대습도 50%의 조건 하에서 48시간 방치한 후, 하기 표 3에 기재된 장치 및 측정 조건 하에서 밀도, 인장강도, 열전도도, 용융지수 및 성형성을 각각 측정하였다.

표 3은 복합소재의 기계적 물성 측정을 위한 장치 및 조건을 기재한 표이다.

구분	장치	조건
밀도(g/㎠)	ASTM D792	-
인장강도 (kgf/㎠)	ASTM D638	5mm/min
비열(J/(gㆍK)	ASTM E1952	-
열확산계수 (㎟/s)	ASTM E1461	In-plane방향
용융지수(g/10min)	ASTM D1238	275℃/10kg
성형성	사출제품의 미성형 여부로 평가함
열전도도(W/Mk)	열전도도(k)=열확산도(a)x비열(Cp)x밀도(p)

표 4는 밀도, 인장강도, 열전도도, 용융지수 및 성형성을 측정한 결과를 나타낸 표이다.

그 결과, 표 4를 참고하면, 실시예 1~4는 밀도 1.6g/㎠이하, 인장강도 1200kgf/㎠이상, 용융지수 5g/10min이상, 열전도도 15W/mK이상 및 성형성 양호 등의 모든 조건을 만족하는 바, 실시예 1~4의 물성이 전반적으로 우수함을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 실시예 1~4는 비교예 1~12에 비해 사출 성형성, 열전도도 및 기계적 물성이 매우 우수함을 알 수 있었다.

구분	밀도	인장강도	열전도도	용융지수	성형성
실시예 1	1.512	1284.0	15.60	9.8	양호
실시예 2	1.530	1214.0	17.70	5.8	양호
실시예 3	1.494	1267.0	15.20	7.6	양호
실시예 4	1.562	1205.0	18.20	7.8	양호
비교예 1	1.499	1189.0	15.60	11.6	양호
비교예 2	1.530	1392.0	15.70	4.6	불량
비교예 3	1.470	1173.0	15.20	9.9	양호
비교예 4	1.522	1325.0	15.40	4.5	불량
비교예 5	1.469	1348.0	12.70	11.9	양호
비교예 6	1.505	1182.0	17.60	3.8	불량
비교예 7	1.503	1311.0	13.20	11.9	양호
비교예 8	1.542	1121.0	20.10	1.9	불량
비교예 9	1.449	1322.0	13.10	9.2	양호
비교예 10	1.578	1131.0	21.50	3.2	불량
비교예 11	1.615	1118.0	20.40	4.8	불량
비교예 12	1.554	1241.0	14.60	8.8	양호

실험예 2. 복합소재의 열 특성

본원발명의 열 특성을 확인하기 위하여, 실험예 1에서 제조된 실시예 1의 시편 및 폴리카프로락탐(이하, 'PA6'라 함)을 이용하여 하기와 같이 실험을 실시하였다.

그 결과, 도1을 참조하면, 실시예 1은 온도 편차가 15.6으로 PA6 대비 온도 편차가 적음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본원발명의 실시예 1은 열원으로부터 멀어지는 방향으로의 열전달이 잘 이루어져 수평 열 확산도가 우수함을 알 수 있었다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims

폴리아미드 40.2~48.2중량%;
흑연 35~45중량%;
탄소섬유 12~14중량%; 및
아미노기로 기능화된 그래핀 나노 플레이트 1~3중량%;를 포함하는 고방열 복합수지.
삭제
제1항에 있어서,
상기 폴리아미드의 중량 평균 분자량은 10000~200000g/mol인 고방열 복합수지.
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유는 코어; 및
상기 코어 표면의 적어도 일 영역에 형성되는 코팅층;을 포함하고,
상기 코어는 피치, 레이온, 폴리아크릴로니트릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 코팅층은 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 고방열 복합수지.
제1항에 있어서,
상기 탄소섬유의 길이는 5~7mm인 고방열 복합수지.
제1항에 있어서,
상기 흑연의 평균입경은 18~24um인 고방열 복합수지.
제1항에 있어서,
상기 고방열 복합수지는 첨가제를 더 포함하고,
상기 첨가제는 총 중량%에 대하여, 0.4~1.2중량%인 고방열 복합수지.
제7항에 있어서,
상기 첨가제는 산화방지제, 윤활제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 산화방지제는 총 중량%에 대하여, 0.3~0.7중량%이고,
상기 윤활제는 총 중량%에 대하여, 0.1~0.5중량%인 고방열 복합수지.
제1항에 있어서,
상기 고방열 복합수지의 밀도는 1.6g/㎠이하이고, 인장강도는 1200kgf/㎠이상 이며, 열전도도는 15W/mK이상이고, 용융지수는 5g/10min인 고방열 복합수지.