PTFE テープが熱を放散する必要がある場合 (たとえば、パワー部品をヒートシンクに接着する場合)、接着層は熱を伝達することとしっかりと保持することという 2 つのことを同時に行う必要があります。熱伝導性フィラー (アルミナ、窒化ホウ素など) を添加すると、熱伝導率は向上しますが、ほとんどの場合、接着力が低下します。
課題は、 粘着性をできるだけ失わずに、熱伝達を最大化することです。答えは、粒子サイズ、粒子形状、充填率という 3 つのフィラーパラメータにあります。
Aokai PTFE が開発した熱伝導性 PTFE テープ。 エレクトロニクスおよび産業用途向けのこの記事では、粒子サイズ、形態、および負荷がトレードオフにどのように影響するか、および最適なバランスを得るために配合する方法について説明します。
粒子サイズ – 細かい粒子と粗い粒子のトレードオフ
粒子サイズは、フィラーが熱伝導ネットワークをどの程度うまく形成するか、また接着剤が接着面をどの程度よく濡らすかを左右します。
1. 微粒子（ナノ～サブミクロン）
熱効果: 表面積が大きいと、粒子間の接触点が増加しますが、界面の熱抵抗 (フォノン散乱) も増加します。凝集が激しいと、導電率の向上が制限されます。
粘着効果： 微粒子が樹脂や粘着付与剤を多量に吸収し、粘着剤を硬化させます。初期タックが急激に低下します。流動性が低下し、低表面エネルギーの PTFE 基材上での濡れが低下します → 剥離強度が低下します。
評決: 単独で使用されることはほとんどありません。超微細フィラーはわずかな熱利得を与えますが、接着力を破壊します。
2. 粗大粒子（ミクロン～数十ミクロン）
熱効果: 接触点は少なくなりますが、個々の熱伝導経路は長くなります。接着剤の厚さ方向に沿って密に積層すると、良好な平面導電性が得られます。
接着効果: 表面積が小さいため、樹脂の吸着が少なく、接着剤の柔らかさが保たれます。ただし、粒子の厚さが接着層と同じかそれより厚い場合 (通常は 25 ～ 100 μm)、テープ表面が粗くなり、有効接着面積が減少し、応力集中点が生じます。
評決: 主要な導電性骨格として使用されますが、接着剤の厚さよりも小さいサイズにする必要があります。
3. 解決策 – 二峰性ブレンディング
粗い粒子と細かい粒子を特定の比率で混合します。細かい粒子が粗い粒子間の空隙を埋め、最密充填を実現します。フィラーの合計配合量が同じ場合、二峰性グレーディングにより粒子の接触点が増加します (導電性が向上します)。あるいは、 フィラーの合計を減らして目標の導電率に達し、より多くの連続樹脂相を残して接着力を維持します。
Aokai PTFE 推奨: 厚さ 50 μm の接着層の場合、20 ～ 30 μm の粗粒子と 1 ～ 5 μm の微粒子をブレンドしたものを使用します。この二峰性のアプローチが特性のバランスをとる鍵となります。
粒子の形態学 – 形状は非常に重要です
非球形フィラーはコーティングと乾燥中に整列し、面内 (Z 方向) の熱伝導率と接着性に影響を与えます。
1. 球状または準球状フィラー（球状アルミナなど）
熱効果: 等方性。粒子は厚さ方向に沿って堆積しやすく、面内の熱放散に優れています。
密着効果： 滑らかな表面で樹脂の流れを妨げません。低温の流れと表面の濡れを維持します。等しい荷重でのすべての形状の中で、球体は最高の接着力、特に初期粘着力を維持します。
バランスの利点: 全体的な互換性が最高です。接着力の損失を最小限に抑えながら、Z 軸の熱利得を最大化します。
2. 薄片状フィラー (窒化ホウ素、グラフェンなど)
熱効果: アスペクト比が高いため、優れた面内伝導性が得られますが、フレークは基板と平行に整列するため、面内での改善はほとんどなく、垂直熱伝達が必要な PTFE テープには不十分です。
粘着効果： フレークが隔膜のように作用し、プラスチックの流れを遮断し、初期粘着性を大幅にカットします。鋭利なエッジは応力集中を引き起こし、剥離強度を低下させます。
バランスの欠点: Z 方向の熱ニーズへの適合性が低く、固有の粘着性が著しく損なわれます。メインフィラーとしてはお勧めしません。
3. 繊維状または不規則なフィラー
熱効果: アスペクト比が高いと、低負荷でも導電性ネットワークを構築できます。
接着効果: 接着剤の粘度を大幅に増加させ、機械的な連動により PSA を硬化させ、粘着性を破壊します。鋭利なエッジは接着剤と PTFE の界面を損傷します。
評決: メインフィラーとして使用されることはほとんどありません。補助架橋材料として少量添加するだけです。
フィラーの充填 – パーコレーションのスイートスポットを見つける
フィラーの充填量が増加すると、熱伝導率は最初はゆっくりと上昇し、その後 パーコレーション閾値で急激に上昇し、その後横ばいになります。ただし、粘着力は継続的に低下します。
1. 低負荷 (<30 vol%)
フィラーは、連続した樹脂マトリックス内の孤立した島です。熱伝導率はほとんど向上しません。粘着力は純粋な PSA に近いままです。粘着性を維持するための安全ゾーンですが、熱利得は無視できます。
2. 中～高負荷 (30～60 vol%) – 重要なウィンドウ
粒子は接触し始め、導電経路を形成します。熱伝導率は指数関数的に上昇します。一方、連続樹脂マトリックスは断片化します。接着剤が脆くなる。初期タックや剥離強度が急激に低下します。
これが最適化ゾーンです。 目標は、 パーコレーション閾値の下限 、つまり熱仕様を満たすのに十分な高さ、許容可能な接着力を得るために連続樹脂相を保持するのに十分な低さで操作することです。
3. 超高充填 (>60 vol%)
粒子が高密度に充填されると、さらなる熱増加 (プラトー) が遅くなります。樹脂はすべての隙間を埋めることはできません。空隙が形成されます。接着剤は乾燥して脆くなり、粘着性がほとんどなくなります。テープは壊れやすい感熱フィルムになります。財産のバランスが完全に失われます。
PTFE テープ (シリコーン PSA) に関する特別な注意事項: シリコーンはアクリルよりも凝集エネルギーが低く、フィラーとの適合性が劣ります。より低い最大充填量を許容します。過剰充填は接着剤粉砕の原因となります。
Aokai PTFE の実験データ: シリコーン PSA 中の球状アルミナの場合、浸透閾値はおよそ 35 ～ 45 vol% です。二峰性分布により、約 40 ～ 45 vol% で最適なバランスが達成されます。 55 vol% を超えると、接着力はほとんどの用途で許容できなくなります。
PTFE 高温粘着テープで安定した熱伝導と粘着力のバランスを実現するには:
球状の粗粒子 (20 ～ 30 μm) を主要な導電性骨格として使用します。これらの粒子は、最小限の接着損失で面内導電性を提供します。
微粒子 (1 ～ 5 μm) を追加して二峰性分布を作成します。空隙を埋め、必要なフィラーの総量を減らし、樹脂マトリックスを維持します。
フィラーの総充填量をパーコレーション閾値の中下位範囲に維持します (シリコーン PSA 中の球状アルミナの場合は約 40 ～ 45 vol%)。
フレーク状または繊維状のフィラーは5 wt% 未満に制限してください。これらのフィラーはタックを損ない、面通過の利点はほとんどありません。 、必要な場合でも
その結果、 実際に貼り付けて持続する熱伝導性 PSA テープが完成しました。
Aokai PTFE は 、この二峰性球状フィラー戦略を使用して熱伝導性 PTFE テープを製造しています。お客様の用途に合わせて熱伝導率と接着レベルを調整できます。
最終的なポイント
PTFE 粘着テープの熱伝導率の向上は常に粘着力との戦いです。最良の妥協点は、 球状粒子 + 二峰性サイズ分布 + パーコレーション直後の負荷から得られます。用途が特に面内導電性を必要とし、低粘着性を許容できる場合を除き、フレークや繊維は避けてください。
放熱を伴う高性能の接着には、熱伝導性 PTFE テープが実績のあるソリューションです。にお問い合わせください。 Aokai PTFE お客様の熱および剥離要件に適合する配合については、
提供される技術コンテンツ 江蘇青開新材料技術有限公司
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