エポキシ樹脂/アルミナ熱伝導性複合材料の混合および分散
エポキシ樹脂は、優れた接着性、機械的特性、電気絶縁性、化学的安定性、成形の容易さ、良好な応力伝達能力および低コストという利点を持ちます。そのため、航空宇宙や電子分野など幅広い分野で広く使用されています。一方、電子部品が小型化、集積化、多機能化の方向へと徐々に発展する中、電子部品材料に対する熱伝導率へのさらなる高い要求が求められるようになっています。
アルミナ（Al₂O₃）、窒化ケイ素（Si₃N₄）、窒化アルミニウム（AlN）、炭化ケイ素（SiC）などのフィラーは高い熱伝導率を有しており、これらをエポキシ樹脂に充填・改質することで、優れた絶縁性能を備えたエポキシ樹脂複合材料を得ることができます。また、熱伝導性フィラーであるアルミナの表面改質には、チタン酸系カップリング剤NDZ-201およびシラン系カップリング剤KH-560が用いられ、注型法によりEP/Al₂O₃熱伝導性複合材料が調製されました。さらに、アルミナの添加量およびカップリング剤処理が複合材料の機械的特性と熱伝導率に与える影響についても検討されています。加えて、EP/Al₂O₃複合材料の熱伝導率計算モデルについても議論を行い、EP/Al₂O₃複合材料の熱伝導率向上に向けた基礎的な理論的基盤を提供します。
実験：
1. 主要材料
エポキシ樹脂E-51、エチル-4-メチルイミダゾール、ジメチルベンジルアミン、アルミナ熱伝導率32W/(m·K)、チタン酸塩カップリング剤（NDZ-201）、シランカップリング剤（KH-560）；アセトン。
2. EP/Al₂O₃熱複合材料の製造
カップに規定の比率で一定量を加え、ZYEプラネタリーミキサーで混合および脱泡を行ってください。
研磨後の微細度は、ZYE 三ローラー式ミル ZYTR-80E を用いた場合、5 マイクロメートル以下です。
3. 結論
EP/Al₂O₃複合材料の熱伝導率は、Al₂O₃の添加量が増加するにつれて向上します。Al₂O₃の質量分率が50%の場合、複合材料の熱伝導率は0.68 W/(m·K)に達します。一方、複合材料の曲げ強度および衝撃強度は、Al₂O₃の添加量の増加に伴い最初は上昇し、その後低下します。Al₂O₃の質量分率が5%のとき、複合材料の機械的特性が最も良好です。さらに、表面改質処理を行うことで、材料の熱伝導性と機械的特性が向上しました。
粘度が高すぎるため、従来の混合方法では均一に混ぜることが難しく、気泡の除去も容易ではありません。また、アルミナは硬度が非常に高いことから、従来の研削方法では金属が微細な破片となり、材料への汚染を引き起こす可能性があります。一方、非干渉型のプラネタリーミキサーは、上述の問題を非常に効果的に解決でき、材料を均一に混合するとともに真空脱泡を行うことができます。さらに、3ロールミルによる研磨・分散処理を施すことにより、熱伝導率が向上し、その安定性も大幅に改善されます。
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