Led用導熱絕緣復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種LED用導熱絕緣復合材料及其制備方法，產品由基體樹脂、顆粒狀導熱填料、纖維狀導熱填料、有機硅烷類改性劑、抗氧劑組成。本發明采用經過前期改性的基體樹脂和不同種類、不同形態、不同粒徑的導熱絕緣填料，制備了具有良好綜合性能的高分子基復合材料，且成本較同行產品更低，可廣泛應用于LED燈殼散熱、電子產品封裝等領域。
【專利說明】
LED用導熱絕緣復合材料及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明設及一種L邸用導熱絕緣復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電子產品的高度集成化和電子組裝/封裝技術的快速發展，對材料的導熱性 能具有愈來愈高的要求，Lm)燈由于具有環保、高效、響應時間短、質量輕、體積小、使用壽命 長、色彩豐富等優良特點，近年來取得了迅速的發展，并成功應用于電子顯示、交通信號燈、 汽車照明、高效巧光粉和建筑裝飾照明等領域。在高頻率工作條件下，L抓電子產品工作熱 環境向高溫方向迅速移動，運導致電子元器件產生的熱量在短時間內增加、積累，要使電子 元器件在高溫條件下仍能保持高可靠性的正常工作，就必須提高其熱傳導能力，但目前具 有良好綜合性能的導熱復合材料的制備技術落后、產品價格較高，運成為阻礙導熱復合材 料發展的主要因素。
[0003] 對于目前市場上Lm)用導熱絕緣符合材料，國內研究學者也做了大量研究，但仍處 于實驗室研究階段，產品化材料的導熱性能較低，并且在力學性能等方面也較差，無法滿足 市場需求。
[0004] 所W，本發明提供一種LED用導熱絕緣復合材料及其制備方法，能有效提高Lm)散 熱材料的綜合性能、性價比和使用率。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于針對現有導熱絕緣復合材料綜合性能低、價格較高，W及制備 技術上的缺陷，提供一種具有較高熱導率，同時具有良好力學性能和絕緣性能的Lm)用導熱 絕緣復合材料及其制備方法。
[0006] 本發明的技術解決方案是：
[0007] -種L邸用導熱絕緣復合材料，其特征是：由下列質量百分比的組分組成： 基體樹脂 20%~80% 顆粒狀導熱填料 10%~70%
[000引纖維狀導熱填料 5%~300/0 有機種燒類改性劑 0.1 %~2% 抗氧劑 0.1%~2%。
[0009] 所述基體樹脂是由PA6、PA66、EP按質量比2~8:1:1復配組成。
[0010] 所述顆粒狀導熱填料為球形氧化侶、球形氧化儀、碳化娃或鱗片狀石墨;其中球形 氧化侶、球形氧化儀既可作為單一填料進行填充使用；也可選取兩者之中的任意一種與碳 化娃和鱗片狀石墨填料按任意比例復配使用。
[0011] 所述球形氧化侶和球形氧化儀兩種填料均為采用大、小兩種粒徑的同類填料復配 而成;其中，小粒徑球形氧化侶粒徑范圍為10~30皿，大粒徑球形氧化侶粒徑范圍為50~90 WH;小粒徑氧化儀粒徑范圍為5~20]im，大粒徑氧化儀粒徑范圍為30~60]im;大、小粒徑球形 氧化侶的質量分數之比為1~4:1;大、小粒徑氧化儀的質量分數之比為1~4:1。
[0012] 碳化娃粒徑范圍為1~20皿;鱗片狀石墨粒徑范圍為100~150皿。
[OOU] 所述纖維狀導熱填料為碳纖維，平均直徑6皿，長度3~6mm，長徑比500~1000。
[0014] 改性劑為丫-氨丙基=乙氧基硅烷、丫-縮水甘油酸氧丙基=甲氧基硅烷、丫 -(甲 基丙締酷氧)丙基=甲氧基硅烷、烷氧基聚硅氧烷中的一種或兩種。
[0015] 抗氧劑為四[e-(3,5-二叔下基-4-徑基苯基)丙酸]季戊四醇醋和s[2,4-二叔下 基苯基]亞憐酸醋中的至少一種。
[0016] -種L邸用導熱絕緣復合材料的制備方法，其特征是:包括W下步驟：
[0017] (1)將PA6、PA66、EP烘干，并按配比混合，得到基體樹脂，備用；
[0018] (2)按比例混合好所需要的顆粒狀導熱填料及纖維狀導熱填料，備用；
[0019] (3)將有機硅烷類表面改性劑溶于乙醇-水溶液中，室溫條件下攬拌8~10分鐘，形 成均勻的混合溶液；
[0020] (4)將步驟(3)所得有機硅烷類改性劑溶液W噴霧形式噴灑在步驟(2)制得的顆粒 狀導熱填料及纖維狀導熱填料上，然后在高速混合機中攬拌1~1.5小時混合均勻，風干，或 直接在105 °C至120°C的溫度范圍內進行干燥，得到改性填料；
[0021] (5)將步驟(1)得到的基體樹脂、步驟(4)得到的改性填料、抗氧劑加入到高速混合 機中充分混合均勻，再加入到雙螺桿擠出機中烙融、擠出、造粒。
[0022] 所述步驟巧）中雙螺桿擠出機加工溫度為220~250°C，螺桿轉速60-9化/min，切粒 機轉速為350-450巧m。
[0023] 本發明與現有L邸用導熱絕緣高分子復合材料W及制備技術相比，具有W下優點：
[0024] (1)對于無機填料的改性，本發明主要采用功能性烷氧基聚硅氧烷與硅烷偶聯劑 混合使用，烷氧基官能團與無機填料或表面形成較為穩固的結合，改善無機填料的團聚現 象，賦予無機填料表面較好的疏水性，從而使填料得到更好的改善。
[0025] (2)基體樹脂WPA6為主，混入PA66和EP，運使得基體在具有良好的流動性的前提 下，也提高了基體的力學性能、耐高溫性和熱變形溫度，環氧樹脂化P)中有環氧基團，具有 較好的界面相容作用，它的加入能在PA6和PA66之間起增容作用，S者形成了性能互補的聚 合物體系。
[0026] (3)針對PA6與PA66、EP的混合體系，采用了大、小不同粒徑的球形氧化侶或球形氧 化儀同種導熱絕緣填料進行填充，能使填料在基體樹脂中具有更好的分散性，同時小粒徑 填料能很好地填補大粒徑填料的縫隙，W便于更好地形成導熱通路。
[0027] 下面結合實施例對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0028] 本發明實施例中，所用基體樹脂由PA6、PA66、EP混合組成;大粒徑氧化儀為球形氧 化儀，平均粒徑為60WH，小粒徑氧化儀為球形氧化儀，平均粒徑為lOwn;大粒徑氧化侶為球 形氧化侶，平均粒徑為70WH，小粒徑氧化侶為球形氧化侶，平均粒徑為20皿;石墨為鱗片狀 石墨，平均粒徑為120皿;碳化娃平均粒徑為10皿;碳纖維直徑6皿，長度3mm，長徑比為500; 道康寧11-100(烷氧基聚硅氧烷)和硅烷偶聯劑KH550( 丫-氨丙基二乙氧基硅烷）；抗氧劑為 抗氧劑1010(四[e-(3,5-二叔下基-4-徑基苯基)丙酸]季戊四醇醋)和抗氧劑168(s[2,4- 二叔下基苯基]亞憐酸醋）中的至少一種。
[0029] 實施例1~8
[0030] (1)按表1中的組分重量比稱取所需原料，干燥備用。
[0031] (2)將道康寧11-100(烷氧基聚硅氧烷)和硅烷偶聯劑KH550( 丫-氨丙基S乙氧基 硅烷)改性劑按1:1的比例混合于乙醇-水溶液中，使溶液中的兩種改性劑總量占填料總質 量的1%~2%，室溫條件下攬拌8~10分鐘，形成均勻的混合溶液；
[0032] (3)將步驟(2)所得改性劑溶液W噴霧形式噴灑在填料上，然后在高速混合機中攬 拌1~1.5小時混合均勻，在正常環境條件下進行風干，或直接在105°C至120°C的溫度范圍 內進行干燥，待用；
[0033] (4)將上述按比例混合好的原料用高速混料機混合3~5分鐘，混合均勻，得的料加 入到雙螺桿擠出機中，擠出、造粒，雙螺桿擠出機加工溫度220~250°C，螺桿轉速為60~ 9化/min，切粒機轉速為350~45化pm。
[0034] 對實施例1~8制備的復合材料進行性能測試，用TY8000系列材料試驗機測試樣品 拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量，用懸臂梁沖擊測試機測試樣品缺口沖擊初性，用激光導熱 儀測試樣品熱導率，采用高阻儀測試樣品電阻率。各性能指標如表2所示：
[0035] 表1連施例1~8原料配方
[0036]
表2實施例1~8各項性能指標
[〇ms1
[0 12
從表2的測試結果可W看到，本發明實施例所制備的復合材料具有良好的導熱性 和絕緣性，同時具有優良的力學性能，發明具有良好的應用前景。此外，本發明所使用的填 料都是市場最常見填料，運就為該系列的導熱絕緣復合材料的制備大大降低了難度，為LED 產業和電子產品的發展提供了便利。 2 本發明并不局限于W上具體實施例，該領域技術人員在本發明范圍內所做的修 改、替換和改進都應在保護范圍內。
【主權項】
1. 一種LED用導熱絕緣復合材料，其特征是：由下列質量百分比的組分組成： 基體樹脂 20%~80% 顆粒狀導熱填料 10%~70% 纖維狀導熱填料 5%~30% 有機硅烷類改性劑 0.1%~2% 抗氧劑 0.1%~2%。2. 根據權利要求1所述的LED用導熱絕緣復合材料，其特征是:所述基體樹脂是由PA6、 PA66、EP按質量比2~8:1:1復配組成。3. 根據權利要求1所述的LED用導熱絕緣復合材料，其特征是:所述顆粒狀導熱填料為 球形氧化鋁、球形氧化鎂、碳化硅或鱗片狀石墨；其中球形氧化鋁、球形氧化鎂既可作為單 一填料進行填充使用;也可選取兩者之中的任意一種與碳化硅和鱗片狀石墨填料按任意比 例復配使用。4. 根據權利要求3所述的LED用導熱絕緣復合材料，其特征是:所述球形氧化鋁和球形 氧化鎂兩種填料均為采用大、小兩種粒徑的同類填料復配而成;其中，小粒徑球形氧化鋁粒 徑范圍為10~30μηι，大粒徑球形氧化錯粒徑范圍為50~90μηι ;小粒徑氧化鎂粒徑范圍為5~ 20μηι，大粒徑氧化鎂粒徑范圍為30~60μηι;大、小粒徑球形氧化鋁的質量分數之比為1~4: 1;大、小粒徑氧化鎂的質量分數之比為1~4:1。5. 根據權利要求3所述的LED用導熱絕緣復合材料，其特征是:碳化硅粒徑范圍為1~20 μπι;鱗片狀石墨粒徑范圍為100~150μηι。6. 根據權利要求1所述的LED用導熱絕緣復合材料，其特征是:所述纖維狀導熱填料為 碳纖維，平均直徑6μπι，長度3~6臟，長徑比500~1000。7. 根據權利要求1所述的LED用導熱絕緣復合材料，其特征是:改性劑為γ-氨丙基三乙 氧基硅烷、γ -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ -(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、烷 氧基聚硅氧烷中的一種或兩種。8. 根據權利要求1所述的LED用導熱絕緣復合材料，其特征是:抗氧劑為四[β-(3,5-二 叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4_二叔丁基苯基]亞磷酸酯中的至少一種。9. 一種權利要求1所述的LED用導熱絕緣復合材料的制備方法，其特征是:包括以下步 驟： (1) 將PA6、PA66、EP烘干，并按配比混合，得到基體樹脂，備用； (2) 按比例混合好所需要的顆粒狀導熱填料及纖維狀導熱填料，備用； (3) 將有機硅烷類表面改性劑溶于乙醇-水溶液中，室溫條件下攪拌8~10分鐘，形成均 勻的混合溶液； (4) 將步驟(3)所得有機硅烷類改性劑溶液以噴霧形式噴灑在步驟(2)制得的顆粒狀導 熱填料及纖維狀導熱填料上，然后在高速混合機中攪拌1~1.5小時混合均勻，風干，或直接 在105 °C至120 °C的溫度范圍內進行干燥，得到改性填料； (5) 將步驟（1)得到的基體樹脂、步驟(4)得到的改性填料、抗氧劑加入到高速混合機中 充分混合均勻，再加入到雙螺桿擠出機中熔融、擠出、造粒。10. 根據權利要求9所述的LED用導熱絕緣復合材料的制備方法，其特征是：所述步驟 (5)中雙螺桿擠出機加工溫度為220~250°C，螺桿轉速60-90r/min，切粒機轉速為350- 450rpm〇
【文檔編號】C08L77/06GK105924952SQ201610321521
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】徐建林, 周坤豪, 陳勇, 王程程, 文琛
【申請人】南通市東方塑膠有限公司