KR102498313B1

KR102498313B1 - 절연성 방열복합재

Info

Publication number: KR102498313B1
Application number: KR1020170093568A
Authority: KR
Inventors: 서원채; 최승진
Original assignee: 주식회사 아모그린텍
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2037-07-24
Also published as: KR20190011072A

Abstract

절연성 방열복합재가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 방열복합재는 몸체인 고분자매트릭스 및 상기 고분자매트릭스에 분산된 절연성 방열필러를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 절연성 방열복합재는 우수한 방열성능을 발현하는 동시에 절연성능이 우수함에 따라서 일정 수준 이상의 절연파괴전압이 구비되어야 하는, 전자장치 내 발열원의 방열부재로써 매우 적합할 수 있다. 또한, 다양한 형상으로 성형이 가능함에 따라서 복잡한 구조의 지지부재나 하우징으로 용도전개가 용이하다. 나아가 기계적 강도가 향상된 절연성 방열복합재의 경우 외력이 일시적 또는 지속적으로 가해질 수 있는 부품이나 전자장치에 널리 응용될 수 있다.

Description

절연성 방열복합재{Electrically insulated heat radiation composite material}

본 발명은 절연성 방열복합재에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 경량성, 방열성 및 절연성을 갖는 절연성 방열복합재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

전자부품, 전등, 변환기 하우징 및 기타 원하지 않는 열을 발생시키는 장치에 축적된 열은 작동 수명을 단축하고, 작동 효율을 감소시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여 히트싱크(heat sink), 열 교환기와 같은 방열부재나 방열장치가 발열이 있는 장치에 함께 사용이 되고 있으며, 방열부재나 방열장치는 통상적으로 우수한 열 전도체인 금속이 주제로 사용되어 왔다. 그러나 상기 금속은 무게가 무겁고 생산 비용이 높은 문제가 있다.

이에 최근에는 사출 성형이나 압출 가능한 고분자 수지를 이용하여 제조되는 방열부재가 제안되고 있으며, 고분자 수지 자체의 재질적 특성으로 인한 경량성, 저렴한 단가 등의 이점으로 인하여 많은 연구가 계속되고 있다.

그러나 고분자수지를 이용하여 제조된 방열부재는 열전도성 필러를 통해 방열특성을 발현하는데, 통상적으로 방열성능이 우수한 열전도성 필러는 전기전도성도 함께 가지고 있어서 이로 구현된 방열부재가 전기전도성을 발현함에 따라서 절연성이 요구되는 전자장치에 사용이 매우 부적절한 문제가 있다.

공개특허공보 제10-2016-0031103호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명은 방열성능 및 절연성능을 동시에 발현함에 따라서 절연성이 요구되는 발열원의 지지체, 외부 하우징으로 응용이 가능한 절연성 방열복합재를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 외력을 지탱할 수 있는 인장강도, 굴곡탄성률 등 기계적 강도가 담보된 절연성 방열복합재를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 절연성 방열복합재를 통해 방열유닛, 방열하우징 또는 방열지지부재를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 몸체인 고분자매트릭스 및 상기 고분자매트릭스에 분산된 절연성 방열필러를 포함하는 절연성 복합재를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 고분자매트릭스는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머를 포함할 수 있다.

또한, 상기 절연성 방열필러는 상기 고분자매트릭스 100 중량부에 대하여 43 ~ 435 중량부로 구비될 수 있다.

또한, 상기 절연성 방열필러는 산화마그네슘, 탈크, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 실리콘카바이드 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 절연성 방열필러의 평균입경은 10㎚ ~ 600㎛일 수 있다.

또한, 절연성 복합재는 분산제, 산화방지제, 작업개선제, 커플링제, 안정제, 난연제, 안료, 충격개선제 및 강도보강제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 고분자매트릭스 외부면에는 보호코팅층이 더 구비될 수 있다.

또한, 본 발명은 몸체인 고분자매트릭스; 상기 고분자매트릭스 내부에 구비되는 금속코어층 및 상기 고분자매트릭스에 분산된 절연성 방열필러를 포함하는 절연성 복합재를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 금속코어층은 알루미늄, 마그네슘, 철, 티타늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속 또는 적어도 1종의 금속이 포함된 합금일 수 있다.

또한, 상기 고분자매트릭스 외부면에는 보호코팅층이 더 구비될 수 있으며, 이때 상기 보호코팅층은 절연성 방열코팅층일 수 있다.

또한, 상기 금속코어층은 일면이 노출되도록 고분자매트릭스에 구비되며, 상기 절연성 복합재는 상기 금속코어층의 노출된 일면을 포함하여 고분자매트릭스 외부면에 구비되는 보호코팅층을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 절연성 방열복합재를 포함하는 방열하우징을 제공한다.

또한, 본 발명은 절연성 방열복합재를 포함하는 방열지지부재를 제공한다.

본 발명에 의하면 절연성 방열복합재는 우수한 방열성능을 발현하는 동시에 절연성능이 우수함에 따라서 일정 수준 이상의 절연파괴전압이 구비되어야 하는, 전자장치 내 발열원의 방열부재로써 매우 적합할 수 있다. 또한, 다양한 형상으로 성형이 가능함에 따라서 복잡한 구조의 지지부재나 하우징으로 용도 전개가 용이하다. 나아가 기계적 강도가 향상된 절연성 방열복합재의 경우 외력이 일시적 또는 지속적으로 가해질 수 있는 부품이나 전자장치에 널리 응용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 절연성 방열복합재 단면도, 그리고
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 절연성 방열복합재 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 절연성 방열복합재(1000)는 고분자매트릭스(200), 상기 고분자매트릭스(200)에 분산된 방열필러(100)로 구현되며, 상기 고분자매트릭스(200)의 외부면에는 보호코팅층(400)이 더 구비될 수 있다.

먼저, 고분자매트릭스(200)에 대해 설명한다.

상기 고분자매트릭스(200)는 절연성 방열복합재(1000)의 몸체로써, 후술하는 방열필러(100)의 분산성을 저해하지 않고, 사출성형이 가능한 고분자화합물로 구현된 경우 그 제한은 없다. 이에 대한 바람직한 일예로, 상기 고분자매트릭스(200)는 공지된 열가소성 고분자화합물일 수 있다. 상기 열가소성 고분자화합물은 바람직하게는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다.

일예로, 상기 폴리아미드는 나일론6, 나일론66, 나일론11, 나일론610, 나일론12, 나일론46, 나일론9T(PA-9T), 키아나 및 아라미드 등 공지된 폴리아미드계 화합물일 수 있다.

일예로, 상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트 등 공지된 폴리에스테르계 화합물일 수 있다.

일예로, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아이소뷰틸렌, 에틸렌비닐알코올 등 공지된 폴리올레핀계 화합물일 수 있다.

상기 액정고분자는 용액 혹은 용해된 상태에서 액정성을 나타내는 고분자의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 공지된 종류일 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

다음으로, 상기 고분자매트릭스(200)에 분산된 절연성 방열필러(100)에 대해 설명한다.

상기 절연성 방열필러(100)는 그 재질에 있어서 절연성 및 방열성을 동시에 가지는 공지의 것이라면 제한 없이 선택할 수 있다. 일예로, 상기 절연성 방열필러(100)는 산화마그네슘, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 실리콘카바이드 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 절연성 방열필러(100)의 입경은 상술한 고분자매트릭스(200)의 부피/두께 등을 고려하여 달리 선택될 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 일예로, 상기 절연성 방열필러(100)는 평균입경이 10㎚ ~ 600㎛일 수 있다. 만일 평균입경이 600㎛를 초과하는 경우 분산성이 저하될 수 있고, 고분자매트릭스 표면으로 일부가 돌출될 수 있음에 따라서 표면품질이 저하될 수 있다. 또한, 만일 평균입경이 10 ㎚미만일 경우 제품단가의 상승 우려가 있고, 열저항이 증가함에 따라서 방열성능, 특히 공기 등 외부로의 방사성능 저하 우려가 있다. 또한, 표면에 묻어 나오는 절연성 방열필러의 양이 증가하여 방열성능 및 절연성이 저하될 수 있는 문제가 있다.

또한, 상기 절연성 방열필러(100)의 구조는 목적에 따라 달리 선택할 수 있어서 본 발명에서 이를 특별히 한정하지 않는다. 일예로, 상기 절연성 방열필러(100)는 다공질이거나 비다공질일 수 있다. 또는, 상기 절연성 방열필러(100)는 카본계, 금속 등의 공지된 전도성 방열필러를 코어로 하고, 절연성 성분이 상기 코어를 둘러싸는 코어쉘 타입의 필러일 수도 있다.

또한, 상기 절연성 방열필러(100)의 경우 젖음성 등을 향상시켜 고분자매트릭스와 형성한 계면 접합특성의 향상을 위하여, 표면이 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기, 카르복실기 등의 관능기로 개질된 것일 수 있다. 이때, 상기 관능기는 직접 필러의 표면에 결합되어 있을 수 있고, 또는 탄소수 1 ~ 20개의 치환 또는 비치환의 지방족 탄화수소나 탄소수 6 ~ 14개의 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소를 매개로 필러에 간접적으로 결합되어 있을 수 있다.

상기 절연성 방열필러(100)는 상술한 고분자매트릭스 100 중량부에 대하여 43 ~ 435 중량부로 포함될 수 있다. 만일 절연성 방열필러가 고분자매트릭스 100 중량부에 대하여 43 중량부 미만으로 포함되는 경우 목적하는 수준의 방열성능을 발현하지 못할 수 있다. 또한, 만일 절연성 방열필러가 435 중량부를 초과할 경우 구현된 절연성 방열복합재의 기계적 강도가 저하되어 물리적 충격에 쉽게 깨지거나 부스러질 수 있다. 또한, 고분자매트릭스(200) 표면에 돌출된 절연성 방열필러(100)의 양이 많아짐에 따라서 표면거칠기가 증가하여 방열복합재의 표면품질이 저하될 수 있다. 더불어 절연성 방열필러가 더 구비되더라도 방열성능의 향상정도는 미미할 수 있다.

한편, 절연성 방열복합재(1000)는 고분자매트릭스(200)의 외부면에 보호코팅층(400)을 더 구비할 수 있다. 상기 보호코팅층(400)은 고분자매트릭스의 표면부에 위치한 절연성 방열필러(100)의 이탈을 방지하고, 표면에 가해는 물리적 자극으로 인한 스크래치 등을 방지하며, 재질에 따라서 방열복합재의 절연성을 더욱 향상시켜 더 큰 표면저항이나 절연파괴전압, 절연파괴강도가 요구되는 전자장치 등의 적용처에 용이하게 적용될 수 있다.

상기 보호코팅층(400)은 공지된 열경화성 고분자화합물 또는 열가소성 고분자화합물로 구현될 수 있다. 상기 열경화성 고분자화합물은 에폭시계, 우레탄계, 에스테르계 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있다. 또한, 상기 열가소성 고분자화합물은 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리케톤, 액정고분자, 폴리올레핀, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리이미드로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물, 또는 2종 이상의 혼합물 또는 코폴리머일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 보호코팅층(400)은 두께가 0.1 ~ 1000㎛일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 목적에 따라 변경하여 구현할 수 있다.

한편, 상기 보호코팅층(400)은 절연성 방열필러(100)를 통해 전도되는 열의 공기 중 방사를 방해 할 수 있다. 이에 보다 향상된 방열, 특히 외부 공기 중으로 열의 방사특성을 향상시키기 위하여 상기 보호코팅층(400)은 절연성 방열필러를 더 구비한 방열코팅층일 수 있다. 상기 절연성 방열필러는 공지된 절연성 방열필러의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 상술한 고분자매트릭스(200)에 분산된 절연성 방열필러(100)와 설명이 동일하므로 이하 구체적인 설명은 생략한다.

또한, 보호코팅층(400)에 더 구비될 수 있는 절연성 방열필러의 입경은 보호코팅층(400)의 두께를 고려하여 적절히 변경될 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

또한, 상기 보호코팅층(400)에 더 구비될 수 있는 절연성 방열필러의 종류는 고분자매트릭스(200)에 분산된 절연성 방열필러(100)와 동일하거나 상이할 수 있다.

또한, 상기 보호코팅층(400)에 더 구비될 수 있는 방열필러의 함량은 보호코팅층을 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대해 1 ~ 50 중량부로 구비될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 상기 절연성 방열복합재(1000)는 열안정제 및 광안정제 등의 안정제, 가소제, 강도개선제, 충격개선제, 산화방지제, 분산제, 작업개선제, 커플링제, UV흡수제, 대전방지제, 난연제 등 기타 첨가제를 더 구비할 수 있다.

상기 강도개선제는 절연성 방열복합재의 강도를 개선할 수 있는 공지된 성분의 경우 제한없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 탄소섬유, 유리섬유, 유리구슬, 산화지르코늄, 울라스토나이트, 깁사이트, 베마이트, 마그네슘 알루미네이트, 돌로마인트, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 운모, 탈크, 탄화규소, 고령토, 황산칼슘, 황산바륨, 이산화규소, 수산화암모늄, 수산화마그네슘 및 수산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 강도개선제로 포함할 수 있다. 상기 강도개선제는 방열필러 100 중량부에 대해 0.5 ~ 200 중량부로 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 일예로, 상기 강도개선제가 유리섬유가 사용되는 경우 유리섬유의 직경은 2 ~ 8㎜일 수 있다.

또한, 상기 충격개선제는 고분자매트릭스의 유연성, 응력 완화성을 향상시켜 충격강도, 인장강도, 굴곡강도, 치수안정성 등의 내충격성을 개선할 수 있는 공지된 성분의 경우 제한 없이 사용할 수 있으며, 열가소성 수지 및/또는 고무계 수지일 수 있다. 상기 열가소성 수지는 일예로 폴리카프로락톤-폴리아민 공중합체일 수 있다. 또한, 상기 고무계 수지는 천연고무 또는 합성고무일 수 있다. 상기 합성고무는 스티렌 부타디엔고무(styrene butadien rubber, SBR), 부타디엔고무(butadiene rubber, BR), 클로로프렌 고무(chloroprene rubber, CR), 이소프렌 고무(isoprene rubber, IR), 이소부텐 이소프렌 고무(isobutene isoprene rubber, IIR), 니트릴고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR), 에틸렌프로필렌고무(ethylene propylene rubber, EPR), 에틸렌프로필렌다이엔 모노머 고무(ethylene propylene diene monomer rubber), 아크릴고무(acrylic rubber), 실리콘고무, 불소고무 및 우레탄고무(urethane rubber)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 상기 폴리카프로락톤-폴리아민 공중합체와 같은 충격개선제의 경우 절연성 방열필러의 분산성, 고분자매트릭스와의 혼화성을 더 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 충격개선제는 코어/쉘 구조의 탄성입자일 수 있다. 일예로 상기 코어를 알릴계 수지를 사용할 수 있고, 쉘 부분은 열가소성 고분자화합물과의 상용성, 결합력을 증가시킬 수 있도록 반응할 수 있는 관능기를 구비한 고분자 수지일 수 있다.

또한, 상기 충격개선제는 방열필러 100 중량부에 대해 0.5 ~ 200 중량부로 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 산화방지제는 압출, 사출 시 전단에 의한 고분자매트릭스를 형성하는 고분자 화합물, 일예로 열가소성 고분자 화합물의 주쇄가 끊어지는 것을 방지하며, 열변색에 대한 방지 등을 위해 구비된다. 상기 산화방지제는 공지된 산화방지제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 트리스(노닐 페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 비스(2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트, 디스테아릴 펜타에리트리톨 디포스파이트 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 유기포스파이트; 알킬화된 모노페놀 또는 폴리페놀; 테트라키스[메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트)] 메탄, 또는 그밖에 유사한 것과 같은 것으로서, 디엔을 갖는 폴리페놀의 알킬화된 반응 생산물; 파라-크레졸 또는 디사이클로펜타디엔의 부틸화된 반응 생산물; 알킬화된 하이드로퀴논; 수산화된 티오디페닐 에테르; 알킬리덴-비스페놀; 벤질 화합물; 모노하이드릭 또는 폴리하이드릭 알코올과 베타-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피온산의 에스테르; 옥타데실-3-(3,5-디-터트-부틸-l-4-하이드록시페닐)프로피오네이트; 펜타에리스리틸-테트라키스 [3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트; 벤젠프로파노익 에시드와 3-(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시-5-메틸-,2,4,8,10-테트라옥사스피로[5,5]운데칸-3,9-디일비스(2,2-디메틸-2,1-2,1-에탄디일)의 에스테르(Benzenepropanoic acid, 3-(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-5-methyl-, 2,4,8,10-tetraoxaspiro[5.5]undecane-3,9-diylbis(2,2-dimethyl-2,1-ethanediyl) ester); 모노하이드릭 또는 폴리하이드릭 알코올과 베타-(5-터트-부틸-4-하이드록시-3-메틸페닐)-프로피온산의 에스테르; 디스테아릴티오프로피오네이트, 디라우릴티오프로피오네이트, 디트리데실티오프로피오네이트, 네오펜탄테트라일 3-(도데실티오)프로피오네이트(Neopentanetetrayl 3-(dodecylthio)propionate) 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 티오알킬 또는 티오아릴 화합물의 에스테르; 베타-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오닉산의 아미드 또는 그 밖에 유사한 것들, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 산화방지제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.5 중량부로 구비될 수 있다.

또한, 상기 열안정제는 공지된 열안정제의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나 이에 대한 비제한적이 예로써, 트리페닐 포스파이트, 트리스-(2,6-디메틸페닐)포스파이트, 트리스-(믹스드 모노-앤드 디노닐페닐)포스파이트(tris-(mixed mono-and di-nonylphenyl)phosphate), 비스(2,6-디-터-부틸-4-메틸페닐)펜타에리쓰톨-디포스페이트(Bis(2,6-di-ter-butyl-4-methylphenyl)pentaerythritol-diphosphite) 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 유기 포스파이트; 디메틸벤젠 포스포네이트 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 포스포네이트, 트리메틸 포스페이트, 또는 그 밖에 유사한 것과 같은 포스페이트, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 열 안정제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.5 중량부 포함될 수 있다.

또한, 상기 광안정제는 공지된 광안정제의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나 이에 대한 비제한적이 예로써, 2-(2-하이드록시-5-메틸페닐)벤조트리아졸, 2-(2-하이드록시-5-터트-옥틸페닐)-벤조트리아졸 및 2-하이드록시-4-n-옥톡시 벤조페논 또는 그 밖에 유사한 것들과 같은 벤조트리아졸 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 광 안정제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.0 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 가소제는 공지된 가소제의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나 이에 대한 비제한적이 예로써, 디옥틸-4,5-에폭시-헥사하이드로프탈레이트, 트리스-(옥톡시카르보닐에틸)이소시아누레이트, 트리스테아린, 에폭시화된 콩기름(soybean oil) 또는 그 밖의 유사한 것들과 같은 프탈산 에스테르 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 가소제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3.0 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 분산제는 절연성 방열필러의 분산성을 향상시킬 수 있는 공지의 분산제인 경우 제한 없이 사용할 수 있고, 이에 대한 일예로써, 관능기로 알콕시 및 알킬기를 갖는 실록산일 수 있다. 상기 분산제는 첨가되는 절연성 방열필러의 종류와 함량에 따라 함량을 달리할 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으나, 일예로 상기 분산제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3.0 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 대전방지제는, 공지된 대전방지제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 글리세롤 모노스테아레이트(monostearate), 소디움 스테아릴 설포네이트, 소디움 도데실벤젠설포네이트, 폴레에테르 블록 아미드, 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 이들은 예를 들어, 상표명 이르가스탯(Irgastat)의 BASF; 상표명 PEBAX의 알케마(Arkema); 및 상표명 펠레스탯(Pelestat)의 산요 케미컬 인더스트리즈(Sanyo Chemical industries) 로부터 상업적으로 얻을 수 있다. 상기 대전방지제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1.0 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 작업개선제는 공지된 작업개선제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 금속 스테아레이트, 스테아릴 스테아레이트, 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트, 밀납(beeswax), 몬탄 왁스(montan wax), 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스 또는 그 밖에 유사한 것들 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 작업개선제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1.0 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 UV 흡수제는, 공지된 UV 흡수제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 하이드록시벤조페논; 하이드록시벤조트리아졸; 하이드록시벤조트리아진; 시아노아크릴레이트; 옥사닐라이드(oxanilides); 벤족사지논(benzoxazinones); 2-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-(1,1,3,3,-테트라메틸부틸)-페놀; 2-하이드록시-4-n-옥틸옥시벤조페논; 2-[4,6-비스(2,4-디메틸페닐)-1,3,5-트리아진-2-일]-5-(옥틸옥시)-페놀; 2,2'-(1,4-페닐렌)비스(4H-3,1-벤족사진-4-원); 1,3-비스[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시]-2,2-비스[[(2-시아노-3, 3-비페닐아크릴로일)옥시]메틸]프로판; 2,2'-(1,4-페닐렌) 비스(4H-3,1-벤족사진-4-원); 1,3-비스[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시]-2,2-비스[[(2-시아노-3,3-디페닐아크릴로일)옥시]메틸]프로판; 입경이 100㎚미만인 산화 티타늄, 산화 세륨 및 산화 아연과 같은 나노-크기 무기 물질; 또는 그 밖에 유사한 것들, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 상기 UV 흡수제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 3.0 중량부 포함될 수 있다.

또한, 상기 커플링제는 공지된 커플링제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 이에 대한 일 예로써, 실란계 커플링제 및/또는 말레산 그래프트된 폴리프로필렌일 수 있다. 상기 커플링제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10.0 중량부 포함될 수 있다.

또한, 상기 난연제는 예를 들어, 할로겐화된 난연제, BC58 및 BC52와 같은 유사 테트라브로모 비스페놀 A 올리고머(like tretabromo bisphenol A oligomers), 브롬화된 폴리스티렌 또는 폴리(디브로모-스티렌), 브롬화된 에폭시, 데카브로모디페닐렌옥사이드, 펜타브롬펜질 아크릴레이트 모노머, 펜타브로모벤질 아크릴레이트 폴리머, 에틸렌-비스(테트라브로모프탈이미드, 비스(펜타브로모벤질)에탄, Mg(OH)₂ 및 Al(OH)₃ 와 같은 금속 하이드록사이드, 멜라민 시아누레이트, 레드 포스포러스(red phosphorus)와 같은 포스퍼 기반 FR 시스템, 멜라민 폴리포스페이트, 포스페이트 에스테르, 금속 포스피네이트, 암모니움 폴리포스페이트, 팽창 가능한 그래파이트, 소디움 또는 포타슘 퍼플루오로부탄 설페이트, 소디움 또는 포타슘 퍼플루오로옥탄 설페이트, 소디움 또는 포타슘 디페닐설폰설포네이트 및 소디움- 또는 포타슘-2,4,6,-트리클로로벤조네이트 및 N-(p-톨릴설포닐)-p-톨루엔설피미드 포타늄 염, N-(N'-벤질아미노카르보닐) 설파닐이미드 포타슘 염, 또는 이들의 혼합물 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 난연제는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 50 중량부 포함될 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 방열복합재(1000)는 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물 및 절연성 방열필러를 포함하고, 기타 첨가제를 더 구비한 조성물을 통상의 방법을 통해 교반한 후 용매로 용해 또는 용융하여 사출, 압축 등 공지된 성형방법을 거친 뒤, 건조 및/또는 냉각 등의 고화과정을 거쳐 절연성 방열복합재로 구현될 수 있다. 구체적 제조방법의 경우 고분자매트릭스를 형성하는 고분자화합물의 구체적 종류에 따라서 방법과 방법에 따른 조건이 달리 설계될 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.

한편, 본 발명은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이 기계적 강도가 보다 향상된 절연성 방열복합재(1001,1002)를 구현하기 위하여, 절연성 방열필러(101,102)가 구비된 고분자매트릭스(201,202)내 금속코어층(300,301)을 구비한다.

상기 절연성 방열필러(101,102) 및 고분자매트릭스(201,202)에 대한 설명은 도 1에 대한 설명에서의 절연성 방열필러(100)와 고분자매트릭스(200)에 대한 설명과 동일하므로 구체적 설명은 생략한다.

상기 금속코어층(300,301)은 절연성 방열복합재(1001,1002)에 기계적 강도를 담보시키면서 소정의 방열성능을 발현한다. 상기 금속코어층(300,301)은 고분자매트릭스(201,202)와 상용성이 좋고, 고분자매트릭스(201,202)와 금속코어층(300) 간 계면이 이격되지 않으면서도 얇은 두께에도 기계적 강도가 우수하고, 사출성형 될 수 있을 정도의 내열성을 갖춤과 동시에 소정의 열전도도를 갖는 금속재질인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 금속코어층(300)은 알루미늄, 마그네슘, 철, 티타늄 및 구리로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속 또는 적어도 1종의 금속이 포함된 합금일 수 있다.

또한, 상기 금속코어층(300,301)은 전면이 고분자매트릭스(201)로 둘러싸이도록 구비되거나(도 2 참조), 금속코어층(301)의 하부면이 노출되도록 고분자매트릭스(202)내 구비될 수 있으며(도 3 참조), 금속코어층(300,301)의 적어도 3면이 고분자매트릭스(201,202)에 접하는 경우 금속코어층(300,301)의 고분자매트릭스(200) 내 구체적 위치는 본 발명에서 한정하지 않는다.

또한, 상기 금속코어층(300,301)의 두께는 절연성 방열복합재(1001,1002,) 전체두께에 대하여 두께가 0.5 ~ 90%일 수 있다. 만일 금속코어층(300,301)의 두께가 절연성 방열복합재(1000,1001) 전체두께에 대하여 0.5 %미만일 경우 목적하는 수준의 기계적 강도를 담보하기 어려울 수 있으며, 만일 90%를 초과할 경우 목적하는 수준의 방열성능, 특히 방사특성을 발현하기 어렵고, 복잡한 형상으로의 성형성도 저하될 수 있다. 더불어 두꺼워진 금속코어층은 절연성 방열복합재의 체적저항을 크게 증가시킴으로써 절연성이 현저히 감소해 절연성이 요구되는 전자장치나 부품에 사용이 어려워질 수 있는 우려가 있다.

또한, 상기 금속코어층(300,301)은 소정의 종횡비를 갖는 봉형, 소정의 넓이를 갖는 판상 형태이거나 사각 또는 원형 등 소정의 형상을 갖는 테두리 와이어 또는 바 내측에 복수개의 와이어 또는 바가 소정의 간격으로 이격되어, 평행구조, 격자구조, 허니컴 구조 및 이들이 상호 조합된 다양한 구조를 갖는 형상일 수 있다.

한편, 상기 절연성 방열복합재(1001,1002)는 고분자 매트릭스(201,202)의 외부면에 구비된 보호코팅층(401,402)을 더 구비할 수 있고, 상기 보호코팅층(401,402)은 방사특성의 향상을 위해 절연성 방열코팅층일 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 도 1의 보호코팅층(400)에 대한 설명에 갈음한다.

한편, 도 3과 같이 금속코어층(301)의 일면이 노출된 경우 상기 보호코팅층(401)은 상기 금속코어층(301)의 노출된 일면을 포함해서 고분자매트릭스(202)의 외부면에 구비될 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100,101,102: 절연성 방열필러 200,201,202: 고분자매트릭스
300,301: 금속코어층 1000,1001,1002: 절연성 방열복합재

Claims

몸체인 고분자매트릭스;
상기 고분자매트릭스에 분산되고, 상기 고분자매트릭스 100 중량부에 대하여 43 ~ 435 중량부로 구비되며, 산화마그네슘, 탈크, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 실리콘카바이드 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하고, 표면이 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기 및 카르복실기 중 어느 하나 이상의 관능기로 개질된 평균입경이 10㎚ ~ 600㎛의 절연성 방열필러; 및
상기 절연성 방열필러 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 200 중량부로 포함되고, 폴리카프로락톤-폴리아민 공중합체인 충격개선제;를 포함하는 절연성 방열복합재.
몸체인 고분자매트릭스;
전면이 상기 고분자매트릭스 내부에 위치하거나 어느 일면을 제외한 나머지 면이 고분자매트릭스 내부에 위치하도록 구비된 금속코어층;
상기 고분자매트릭스에 분산되고, 상기 고분자매트릭스 100 중량부에 대하여 43 ~ 435 중량부로 구비되며, 산화마그네슘, 탈크, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 실리콘카바이드 및 산화망간으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하고, 표면이 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기 및 카르복실기 중 어느 하나 이상의 관능기로 개질된 평균입경이 10㎚ ~ 600㎛의 절연성 방열필러; 및
상기 절연성 방열필러 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 200 중량부로 포함되고, 폴리카프로락톤-폴리아민 공중합체인 충격개선제;를 포함하는 절연성 방열복합재.
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제1항 또는 제2항에 있어서,
외부면에 절연성 방열코팅층이 더 구비되는 절연성 방열복합재.
제1항 또는 제2항에 따른 절연성 방열복합재를 포함하는 방열하우징.
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