熱伝導グリースに発生するオイルブリードは、必ずしもシリコーン基油だけが原因ではありません。

基油の粘度と揮発性は安定性に影響しますが、フィラーの粒度分布、充填量、表面処理、増粘ネットワーク、基油とフィラーの相溶性も同じように重要です。

正しい対応は、すぐに高粘度のシリコーンオイルへ変更することではありません。まず、オイルブリードが保管中、施工中、または熱サイクル後のどの段階で発生しているのかを確認する必要があります。

1. 3種類の不具合を区別する

保管中のオイルブリード

熱伝導グリースを容器内で保管した後、表面に目に見える油層が形成されます。

この場合は、次の項目を確認します。

• 基油の粘度

• 基油とフィラーの配合比

• 増粘ネットワーク

• フィラーの沈降

• 保管温度と保管期間

熱サイクル後の乾燥

加熱と冷却を繰り返した後、熱伝導グリースが濡れ性を失い、乾燥、ひび割れ、界面接触の悪化などが発生します。

主な原因として、次の要素が考えられます。

• 基油の揮発

• 基油の移行

• ポンプアウト現象

• フィラーネットワークの変化

• 圧力や熱膨張の差

施工後の分離

混合、ディスペンス、塗布後に局所的な分離が発生する場合は、次の項目を確認します。

• フィラーの表面状態

• 分散工程

• 混合時間

• せん断条件

• 基油とフィラーの相溶性

• ディスペンス装置と吐出圧力

この3つの不具合は原因が異なります。ヒュームドシリカを増やす、またはシリコーンオイルの粘度を高くするだけでは、すべての問題を解決できません。

2. どのような使用条件を確認すべきか？

オイルブリードや分離を診断する前に、少なくとも次の条件を確認する必要があります。

1. 連続使用温度と短時間の最高温度

2. 熱サイクルの条件

3. 継続的な圧力、振動、せん断の有無

4. 基油の種類、粘度、揮発性の要求

5. 熱伝導フィラーの種類、粒度分布、充填率

6. オイルブリードが発生する時間、温度、位置

7. 熱伝導率、ディスペンス性、接合部厚さの要求

使用条件が不明確な状態で、材料を直接変更することは推奨されません。

3. 基油をどのように評価すべきか？

シリコーンオイルの粘度を高くすると、油の移動やフィラーの沈降を遅らせられる可能性があります。

一方、粘度が高くなりすぎると、混合、ディスペンス、塗り広げが難しくなる場合があります。

過度に高い粘度は、次の問題を引き起こす可能性があります。

• ディスペンス圧力の上昇

• 施工速度の低下

• 薄い接合層を形成しにくい

• フィラーの分散不良

• 界面熱抵抗の増加

高温用途では、室温における粘度だけでなく、実際の使用温度における揮発性と粘度変化も確認する必要があります。

メチルシリコーンオイルは、多くの一般的な熱伝導グリースに使用できます。より高い温度や特殊な安定性が要求される場合は、フェニルシリコーンオイルなどの基油も検討できます。

ただし、相溶性と性能は実際の使用条件で検証する必要があります。

4. ヒュームドシリカは多いほど安定するのか？

いいえ。

ヒュームドシリカは、チキソトロピーを調整し、増粘ネットワークを形成することで、フィラーの沈降や油分離を抑制します。

しかし、添加量が多すぎると、次の問題が発生する可能性があります。

• 系全体の粘度が高くなりすぎる

• 混合や分散が難しくなる

• ディスペンス性が低下する

• 塗り広げにくくなる

• 熱伝導フィラーの充填量が制限される

• 接合部厚さが増加する

• 熱伝導性能が低下する

ヒュームドシリカの比表面積、表面処理、構造、分散状態は、最終性能に影響します。添加量だけで安定性を判断することはできません。

配合では、次の性能をバランスよく調整する必要があります。

チキソトロピー安定性、加工性、熱伝導フィラーの充填量、界面熱抵抗

5. なぜフィラー系が重要なのか？

熱伝導フィラーの粒径、形状、粒度分布、表面処理は、次の性能に同時に影響します。

• 熱伝導経路の形成

• 最大充填率

• 基油とフィラーの相溶性

• 流動性とディスペンス性

• 保管安定性

• 熱サイクル安定性

• 界面熱抵抗

単一の粒径を使用しても、必ずしも最も高い充填密度が得られるとは限りません。

大粒子、中粒子、小粒子を適切に組み合わせると、小さな粒子が大きな粒子の間を埋めるため、空隙を減らして充填効率を高めることができます。

ただし、粒度分布が適切でない場合は、次の問題が発生します。

• 微粒子による過剰な吸油

• フィラーの凝集

• 粘度の急激な上昇

• 基油とフィラーの相溶性低下

• 保管中の沈降または油分離

フィラーの表面処理も重要です。

適切に表面処理されたフィラーは、通常、シリコーンマトリックスとの相溶性と分散性が向上します。表面処理が不十分、または系に適合しない場合は、凝集、オイルブリード、熱サイクル後のフィラーネットワーク破壊につながる可能性があります。

したがって、熱伝導グリースの安定性は、基油の粘度、粒度分布、表面処理、増粘ネットワークによって総合的に決まります。

6. 推奨するトラブルシューティング手順

ステップ1：オイルブリードの発生条件を記録する

次の情報を記録します。

• オイルブリードが発生するまでの保管期間

• 室温保管または高温保管

• 表面、底部、局所のどこに発生しているか

• 輸送中の振動の有無

• ディスペンス後または熱サイクル後に発生するか

ステップ2：基油を確認する

次の項目を確認します。

• 初期粘度

• 高温での粘度変化

• 揮発分

• 分子量分布

• フィラーへの濡れ性

• 熱サイクル後の移行

ステップ3：フィラー系を確認する

次の状態がないか確認します。

• フィラーの沈降

• 凝集

• 不適切な粒度分布

• 不十分な表面処理

• 異なるフィラー間の相溶性不良

• 混合後の局所的な乾燥部または油分の多い部分

ステップ4：基油とフィラーの比率、増粘ネットワークを調整する

単純にヒュームドシリカを増量するのではなく、次の項目を総合的に評価します。

• 基油の配合量

• 熱伝導フィラーの充填率

• ヒュームドシリカの添加量

• 分散工程

• 原料の投入順序

• 真空脱泡条件

• 最終的なディスペンス粘度

ステップ5：性能試験を再実施する

配合を調整した後は、次の性能を再確認します。

• 室温保管安定性

• 高温保管安定性

• 熱サイクル耐久性

• ポンプアウト耐性

• ディスペンス性

• 塗り広げ性

• 熱伝導率

• 界面熱抵抗

• 長期圧縮安定性

7. IOTAが提供できる材料

有機シリコーンの総合ソリューションを提供する**Iota Silicone Oil Anhui Co., Ltd.**は、次の材料の初期選定をサポートできます。

• メチルシリコーン基油

• フェニルシリコーンオイル

• 各種粘度のシリコーンオイル

• 低揮発性シリコーンオイル

• ヒュームドシリカ

• 表面処理シリカ

• 機能性シリコーン添加剤

ただし、熱伝導グリースの最終配合は、顧客が実際に使用する熱伝導フィラー、加工設備、施工条件を用いて検証する必要があります。

配合と使用条件が明確でない段階で、特定の基油やフィラーを直接指定することは推奨されません。

8. よくある質問

熱伝導グリースのオイルブリードは、シリコーンオイルの粘度が低すぎることが原因ですか？

必ずしもそうではありません。

フィラーの沈降、不適切な油とフィラーの比率、不十分な表面処理、不安定な増粘ネットワーク、熱サイクルもオイルブリードの原因になります。

高粘度シリコーンオイルに変更すれば、分離を解決できますか？

油の移動やフィラーの沈降を遅らせられる可能性はあります。

ただし、混合、ディスペンス、塗り広げが難しくなる可能性があり、配合全体の診断に代わるものではありません。

熱サイクル後に熱伝導グリースが乾燥するのはなぜですか？

基油の揮発、移行、ポンプアウト、フィラーネットワークの変化などが考えられます。

温度、圧力、振動、サイクル回数を総合的に評価する必要があります。

ヒュームドシリカを増やせば、安定性は向上しますか？

必ずしも向上しません。

過剰に添加すると系が高粘度になりすぎ、混合、ディスペンス、塗り広げ、熱伝導フィラーの高充填化に悪影響を与える可能性があります。

チキソトロピーと加工性のバランスが必要です。

熱伝導率が基準を満たせば、長期安定性も問題ありませんか？

いいえ。

次の項目も検証する必要があります。

• オイルブリード

• 熱サイクル

• ポンプアウト

• ディスペンス性

• 接合部厚さ

• 界面熱抵抗の変化

• 長期圧縮安定性

オイルブリードの診断には、どのような情報が必要ですか？

少なくとも次の情報が必要です。

• 連続使用温度と短時間の最高温度

• 熱サイクル条件

• 基油の種類と粘度

• 熱伝導フィラーの種類と粒度分布

• 基油とフィラーの配合比

• 施工方法

• オイルブリードが発生する時間と位置

熱伝導グリースのオイルブリードや分離は、単一の材料だけで発生するケースは多くありません。まず不具合が発生する段階を特定し、その後、基油、フィラー系、増粘ネットワーク、加工条件を順番に確認することが重要です。