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고열전도성 수지재료의 설계와 특성

전문가 제언: ○ 최근 전기·전자를 비롯한 여러 분야에서 플라스틱 제품은 널리 사용되어 생산성 향상, 경량화, 박육화 및 소형화에 많은 기여를 하고 있다. 소형화 추구에서 발열 문제가 커지고 금속부품 대체에 한계를 주어 열전도성 향상 대책이 필요하게 되었다.

○ 도전성 충전재 사용의 복합플라스틱의 열전도는 속도가 매우 빠른 자유전자에 의한 전자전도이므로 금속보다는 떨어지지만 높은 열전도도를 가질 수 있다. 그러나 절연성 충전재를 사용하는 복합플라스틱은 phonon전도에 의해 열전도가 이루어지므로 열전도성이 낮다. 따라서 높은 열전도성 복합플라스틱재료를 얻기 위해서는 열전도성이 우수하고 입자경과 표면상태 등이 적합한 충전재의 선택과 배합량 및 배합공정의 개선 등 깊은 연구가 필요하다.

○ 일본의 엔지니어링 플라스틱 전문 제조사인 Polyplastics사는 본문에서 도전성 카본계 충전재를 사용한 35W/m·K 급의 고열전도성 복합플라스틱 재료인 액정고분자 LCP와 알루미나 등의 절연성 고열전도성 충전재를 사용하고 액정고분자 등의 배합과 특수 배합공정의 2W/m·K 급의 열전도성 PPS을 개발하고, 열전도성 향상의 기본원리를 소개하였다. 금속의 열전도성은 100W/m·K 수준이다.

○ 이들 개발품의 응용은 자동차나 전기·전자 부품분야에서 발열부품의 케이스, DVD 드라이브 부품 등에서 활발하게 적용이 검토 중이다. 열전도성이 낮은 그러나 절연성의 2W/m·K 급의 열전도성을 갖는 PPS 은 발열이 적은 소형화 부품에서 충분한 수요를 가질 것이다.

○ 열전도도가 핵심 관점이 되는 한 예로 가교 폴리에틸렌 절연 전력케이블이 있다. 절연 두께가 최대 25mm 정도이어서 절연체의 열전도성이 방열능력 즉 전류용량을 좌우한다. 절연체의 열전도성이 조금이라도 향상되면 송전용량을 높일 수 있을 것이다. 충전재는 불순물 개념이고, 고분자 중에서 LCP와 PTFE와 더불어 최고의 열전도도를 갖는 PE 절연체의 열전도도를 더 향상시키는 길은 없을까 하고 의문을 가져본다.

저자: Takayuki Miyashita
자료유형: 학술정보