CN101386710B - 绝缘树脂组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及绝缘树脂组合物及其应用。本发明提供一种树脂组合物,包含:(A)热塑性树脂;(B)数均粒径为0.5-5mm的颗粒材料,其可通过对数均纤维直径为1-50μm的主要具有氧化铝的纤维进行造粒获得;以及(C)由300K的电阻率为102Ωm或更小的材料组成的填料。可将该树脂组合物模塑制成具有电绝缘性的模塑制品。该模塑制品的电阻率在例如电气和电子部件的应用中具有足够的电绝缘性。

Description

绝缘树脂组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种绝缘树脂组合物,其能够提供具有优良导热性的能用于电绝缘的模塑制品。
背景技术
近年来,在电气和电子部件领域,部件内热量的产生已引起其微小化与技术进步方面的困难。当促进热量管理的装置不足以控制这种热量产生时,存在电气和电子部件的性能因热量累积而降低的顾虑。为了解决该难题并保证热产生的安全性,优选在电气和电子部件中使用的元件具有高导热性。
在需要高导热性能的部件中,至今主要使用金属材料,然而金属材料在减轻重量与适应部件微小化的成型性方面存在不足,因此它们已逐步被树脂材料所代替。
已有多种关于包括具有高导热性的填料的导热树脂组合物的研究。在模塑制品中使用纤维形式的导热填料(纤维导热填料),在制品中提供了导热通路,所述制品能够表现出优良的导热性能。例如,已提出具有导热填料的热塑性树脂的组合物,其中具有特定纤维长度的碳纤维成束(参见,公开号为(JP-A-)9-157403的日本未审专利([0023]-[0026]段),对应于US6,120,894);和具有高导热性能的含氮化铝纤维及无机粉末的热塑性树脂组合物(参见JP-A-8-283456(权利要求))。
然而,由上述提出的组合物获得的模塑制品并不总是符合实际应用的要求。例如,由JP-A-9-157403中公开的组合物获得的模塑制品,其中导热通路主要由碳纤维产生,因为碳纤维生成的导热通路显示出导电性,可能不适合用于电绝缘中的电气或电子部件。由JP-A-8-283456中公开的组合物获得的模塑制品在导热性能方面不足。
发明内容
在这种情况下,本发明一个目的是提供一种绝缘树脂组合物,其能够提供在电气和电子部件应用中具有优良导热性能和足够的电绝缘性能的模塑制品。
本发明的发明人进行了深入的研究以实现该目的,并完成了本发明。本发明提供了一种树脂组合物,其包括:
(A)热塑性树脂;
(B)数均粒径为0.5-5mm的颗粒材料,其可通过对数均纤维直径为1-50μm
的主要具有氧化铝的纤维进行造粒获得;和
(C)填料,由300K的电阻率为102Ωm或更小的材料组成。
此外,本发明提供可通过模塑上述树脂组合物获得的模塑制品。
本发明的树脂组合物为绝缘树脂组合物,其能够通过例如已知的模塑方法模塑成具有电绝缘性的模塑制品。所述模塑制品的电阻率典型地为1012Ωm或更大,因此所述模塑制品在诸如电气和电子部件的应用中具有足够的电绝缘性。
由本发明的绝缘树脂组合物,能够获得具有高导热性和非常优良电绝缘性的模塑制品,并能够用作具有这些优良性能的电气和电子部件。特别地,所述模塑制品适合用于涉及电气和电子部件的元件,并在工业上非常有用。
具体实施方式
本发明的树脂组合物包含:
(A)热塑性树脂;
(B)数均粒径为0.5-5mm的颗粒材料,其可以通过对数均纤维直径为1-50μm
的主要具有氧化铝的纤维进行造粒获得;和
(C)由300K的电阻率为102Ωm或更小的材料组成的填料。
在本发明中使用的组分(C)是由在300K测定时电阻率显示为102Ωm或更小的材料组成的填料。
该填料的优选实例包括由下列材料组成的填料,例如金属Au(3×10-8Ωm)、Ag(2×10-8Ωm)、Cu(2×10-8Ωm)等,碳化硅(1×10-6Ωm)和石墨(1×10-5Ωm),以及碳纤维(3×10-6Ωm)。特别地,优选使用由碳化硅组成的填料、由石墨组成的填料或碳纤维填料。在此,在上述各个括号中的值各自表示在300K测定的电阻率值。
由碳化硅组成的填料优选是数均粒径为0.1-30μm,优选0.5-20μm和更优选1-10μm的颗粒填料(碳化硅颗粒)。当粒径为0.1-30μm时,所得到的模塑制品的表面往往不会明显变差。因此,往往获得具有优良外观的模塑制品,并且导热性能的改善效果变得充分。此外,当粒径在该范围内时,还具有绝缘树脂的模塑性变得优良的益处。
碳化硅颗粒的例子包括OY系列(商品名:Yakushima Denko Co.,Ltd.制造)。
优选碳纤维包括沥青基碳纤维。所述碳纤维可以具有在300K的温度测定时为100W/mK或更高的热导率,优选具有120W/mK或更高的热导率,和更优选具有200W/mK或更高的热导率。所述碳纤维优选具有1-20μm的纤维直径,更优选具有5-15μm的纤维直径。
这种碳纤维的例子包括Dialead(Mitsubishi Plastic Inc.制造)和Granock(Nippon Graphite Fiber Corporation制造)。
所述石墨可以是天然石墨或者可以是人造石墨。优选天然石墨。由这种石墨组成的填料(石墨填料)的形状可以是鳞屑状(lepidic)或球状的。石墨填料优选具有30—300μm的数均粒径,更优选具有30—100μm的数均粒径。优选30—300μm的数均粒径,因为当该石墨填料被混合到热塑性树脂,特别是下面描述的液晶聚酯中时,所得到的树脂组合物的高热导率和模塑性的平衡非常优异。数均粒径可以使用激光—衍射颗粒尺寸分布测量方法容易地测定。基于通过激光—衍射颗粒尺寸分布方法获得的数均粒径,可以选择用于本发明的适合的石墨填料。
易于商业购得的石墨填料的例子包括鳞屑状石墨粉末或球化的石墨粉(两者均由Nippon Graphite Industries Co.,Ltd.制造)和鳞屑状石墨(NishimuraGraphite Inc,Ltd.制造)。
在这些例举的石墨中,优选使用鳞屑状石墨,因为所得到的树脂组合物具有优异的模塑性。由于比颗粒状石墨便宜,鳞屑状石墨在成本方面具有优势。
已知物质的热导率与电阻率成反比。当具有低电阻率的材料(低电阻率材料)如金属材料或碳纤维用作高导热填料时,所得到的模塑制品的电绝缘性有变差的趋势。因此,对于通常需要电绝缘的电气和电子部件,低电阻率材料的应用受到了限制。另一方面,本发明提供了能够制成模塑制品的树脂组合物,它在保持足够的电绝缘性的同时,利用由低电导率材料组成的填料的高导热性质。在本发明中,通过将由低电阻率材料组成的填料与下面描述的组分(B)组合使用,所得到的模塑制品具有电绝缘性与导热性以高水平相容的优势。
在本发明的树脂组合物中,由低电阻率材料组成的填料优选使用的浓度为:与所述填料之间彼此接触形成导电通路的浓度(穿流浓度(percolationconcentration))相同或低于该浓度,并且将组分(B)有效布置在由低电阻率材料组成的填料中。结果,由对主要具有氧化铝的纤维进行造粒获得的材料的组分(B)和低电阻率材料的组分(C)这两者构成了导热通路,从而在保持导热通路电绝缘的同时,表现出高导热性能。
此外,甚至当导热通路以由低电阻率材料组成的填料通过适合的电绝缘体而彼此相连的方式产生时,也可能有在由所述低电阻率材料组成的填料之间发生所谓的枝状介质击穿(tree dielectric breakdown)的顾虑,并且所得到的模塑制品的介电强度电压变得相当低。然而,令人惊讶的是,对于由本发明的绝缘树脂组合物得到的模塑制品,这种介质击穿得到了非常充分的抑制,并可以表现出其中可很容易地达到电气和电子部件所需介电强度电压(介电击穿电压:1kV/mm或更大)的优良效果。
如上所述,组分(C)的混入量进行适当选择以使其在所得模塑制品中为穿流浓度或更低,并且有必要基于组分(A)的种类对组分(C)的混入量进行优化,以将该混入量控制在渗滤浓度中或更低。作为基于组分(A)的组分(C)的优选混入量,基于100重量份组分(A)的热塑性树脂,组分(C)为优选1—50重量份,更优选1—40重量份,进一步优选5—40重量份。当组分(C)的混入量在上述范围内时,可充分保持电绝缘,并且可得到具有更高水平导热性的模塑制品。
本发明的树脂组合物包含数均粒径为0.5-5mm的颗粒材料(组分(B)),其可通过对主要具有氧化铝的且数均纤维直径为1-50μm的纤维进行造粒获得。
此处,术语“颗粒材料”中的颗粒性是指所述材料为颗粒状并具有1—2范围内的长宽比(其是材料的长轴长度与短轴长度之比)。“数均粒径”是通过扫描电子显微镜或光学显微镜以外部观察颗粒材料的方式对100或更多个颗粒材料的长轴和短轴进行测量后,计算所得值的算术平均值而获得的值。注意,纤维填料的数均纤维直径可以以通过图像处理装置对1000和更多个纤维测量进行照相和二值化(binarized)的方式得到。
所述颗粒材料,组分(B),是可通过对主要具有氧化铝的纤维(如氧化铝纤维)进行造粒获得材料。通过这种颗粒材料和组分(C)的协同作用,电绝缘和导热性能在高水平相容。
“主要具有氧化铝”的纤维是指优选包含约50重量%或更多的氧化铝,即三氧化二铝(Al2O3)的纤维。纤维中氧化铝的含量更优选为约70重量%或更多,最优选为约90重量%或更多。
所述主要具有氧化铝的纤维除氧化铝外可另外具有一种或多种组分比如氧化硅(SiO2)。
对用于颗粒材料的氧化铝纤维的数均纤维直径没有限制,可以在1—50μm的范围内,优选1—30μm,更优选1—20μm。当所述数均纤维直径在1—50μm的范围内时,获得所述颗粒材料的粒化加工性能良好,并具有纤维本身在造粒过程几乎不切断的优势(a fiber itself is hardly cut in granulation process)。当使用直径过小的氧化铝纤维的颗粒材料作为组分(B)时,导热性能的改善效果倾向于变差。
对氧化铝纤维的纤维长度没有限制。本发明可使用市售氧化铝纤维,所述市售氧化铝可具有100μm—100mm,优选100μm—80mm,更优选150μm—60mm的纤维长度。当纤维长度在100μm—100mm范围内时,本发明所得到的树脂组合物的模塑性倾向于更为优良,并且高热导率(其是本发明的一个目标)得到更好的改善。
市售氧化铝纤维的实例包括Altex(Sumitomo Chemical.,CO.,Ltd.制造)、Denka Alcen(Denki Kagaku Kogyou K.K.制造)、Maftec散纤维(MitsubishiPlastic Inc.制造)和Saffil氧化铝纤维(Saffil Japan Ltd.制造)。
优选氧化铝纤维是堆积密度为0.2—1g/cm3的纤维,其可按照JapaneseIndustrial Standards(JIS)K5101-12进行测定。当使用这种纤维时,除颗粒材料更容易制备外,存在由本发明得到的树脂组合物制得的模塑制品的导热性得以更好的改善的优点。所述堆积密度更优选为0.2—0.5g/cm3,更优选0.2—0.4g/cm3,最优选0.2—0.35g/cm3。虽然存在具有这种堆积密度的氧化铝纤维变成絮状的问题,但在本发明树脂组合物制备时在下述的造粒步骤中其可以变成颗粒材料,导致具有较好的可操作性。
通过对氧化铝纤维进行造粒,可获得组分(B)的颗粒材料。造粒方法的实例包括已知方法,如搅拌造粒、振动造粒和磨碎造粒。其中优选搅拌造粒。应用于所述搅拌造粒的搅拌机的实例包括转筒、Nauta混合机、螺带式混合机和Henschel混合机。其中,从短时间处理的角度考虑,优选Henschel混合机。
如上所述,所述颗粒材料的数均粒径在0.5mm—5mm的范围内,优选1mm一2mm,更优选1mm—1.5mm。当数均粒径为0.5mm或更大时,加工性、特别是在制备所得树脂组合物中的加工性变得优良。当数均粒径为5mm或更小时,在通过熔融树脂组合物获得模塑制品过程中颗粒材料在熔融树脂中的分散性变得优良,上述两种情况均产生良好的模塑性。为了获得具有这种数均粒径的颗粒材料,处理条件根据搅拌机而不同,并且典型地,它们可通过搅拌速度和搅拌时间进行控制,并可通过初步试验获得最大条件。此外,经这种造粒后,可通过分级操作通过除去小颗粒和粗颗粒获得数均粒径为0.5—5mm的颗粒材料。分级操作的实例包括:使用Dorco筛分器、虹吸筛分器、耙式分级机、螺旋分级机或类似设备进行的分级操作,作为湿分级操作;和使用离心分级机、惯性分级、筛网或等等的分级操作,作为干分级操作。
所述搅拌造粒可通过已知的方法进行,其实例包括使用上述搅拌机用于粉末造粒的方法,其中将氧化氧化铝纤维混入适合的溶剂中、之后进行搅拌和干燥的方法,和通过搅拌机或类似设备进行搅拌同时喷洒适合溶剂、接着进行干燥的方法。此外,其可以是通过搅拌机或类似设备进行搅拌同时将合适的溶剂喷洒在氧化铝纤维聚集体上,接着进行干燥的方法。在该方法中,可使用例如水、有机溶剂或其混合物的溶剂。优选,水或其中水为主要组分的水/有机溶剂混合物作为溶剂是合适的。在这些溶剂中,更优选水。
在本发明的搅拌造粒中,在所述溶剂中可包含会聚剂(converging agent)。
对会聚剂没有特别限制,可使用各种会聚剂。会聚剂的实例包括硅烷基和钛酸酯基偶联剂。
硅烷基偶联剂实例包括例如γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、2-苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷,并且这些可单独使用,或也可两种或更多种混合使用。
钛酸酯基偶联剂的实例包括例如异丙基三异硬脂酰基钛酸酯、异丙基三辛酰基钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯、异丙基三二甲基丙烯酰基基异硬脂酰基钛酸酯、异丙基三(N,N-二氨基乙基)钛酸酯、异丙基三月桂基苯磺酰基钛酸酯、异丙基异硬脂酰基二丙烯酰基钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酯)钛酸酯、异丙基三枯基苯基钛酸酯、四异丙基双(二辛基磷酸酯)钛酸酯、四辛基双(二月桂基磷酸酯)钛酸酯、四(2,2-二烯丙氧基甲基-1-丁基)双(双十三癸基)磷酸酯钛酸酯、双(二辛基焦磷酸酯)氧基醋酸酯钛酸酯、双(二辛基焦磷酸酯)亚乙基钛酸酯(bis(dioctylpyrophosphate)ethylene titanate),并且这些可单独,或两种或更多种混合使用。此外,硅烷基偶联剂可与钛酸酯基偶联剂混合使用。
基于氧化铝纤维总量为100重量份,偶联剂的含量可为5重量份或更低,优选2重量份或更低。在本发明的颗粒材料中,可能几乎观察不到会聚剂比如偶联剂对导热性能的改善,而当偶联剂的量过大时,由于从所得树脂组合物获得的模塑制品的热导率和机械性能倾向于降低,而不优选。不过,从这种颗粒材料增加与将要混合的树脂的亲和力,并且改善所得到的树脂组合物模塑过程中的进料性能的角度出发,可使用经少量的偶联剂处理的由纤维填料得到的颗粒材料。
尽管由此获得了组分(B)的颗粒材料,但是在将组分(B)用于本发明的树脂组合物中之前,可通过分级操作对组分(B)进行调节,以具有本发明中优选的数均粒径。
组分(B)的混入量,与组分(C)结合使用,可以设定在显示出高水平高导热性和电绝缘性的范围内。基于100重量份热塑性树脂,组分(A),组分(B)优选使用范围是10—400重量份,更优选10—300重量份。当组分(C)的混入量在10—400重量份范围内时,电绝缘性和导热性可在高水平相容。
用于本发明的组分(A)的热塑性树脂,可以是能在200—450℃的模塑温度(熔融温度)塑模、并可用作电绝缘材料的树脂。作为组分(A)的热塑性树脂的实例包括聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、卤代乙烯基树脂、聚缩醛、饱和聚酯、聚碳酸酯、聚芳砜、聚芳基酮(polyarylketone)、聚亚苯基醚、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚砜(polyphenylene sulfide sulfone)、聚烯丙酸酯(polyallylate)、芳族聚酰胺、液晶聚酯和含氟树脂。所述热塑性树脂可单独使用,或可以作为由两种或更多种所述热塑性对脂构成的聚合物合金使用。
在所述热塑性树脂中,优选树脂是液晶聚酯、聚醚砜、聚烯丙酸酯、聚苯硫醚、聚酰胺4/6或聚酰胺6T,它们在耐热性方面特别优良。在这些聚合物中,特别优选聚苯硫醚和液晶聚酯,此外,从良好的薄壁模塑性角度出发,更优选液晶聚酯。具有良好薄壁模塑性的液晶聚酯特别适合于制备用于具有复杂形状的电气和电子部件中的元件。
下面更详细地描述作为合适的热塑性树脂的聚苯硫醚和液晶聚酯。
典型地,聚苯硫醚是主要包括下式(10)所示的结构单元的树脂。对于用于制备这种聚苯硫醚的方法,方法的实例包括例如在美国专利2513188和日本已审专利公开44—27671中公开的卤代芳族化合物与碱硫化物(alkali sulfide)的反应,美国专利3274165中公开的在碱催化剂、铜盐或类似物共同存在下苯硫酚的缩合反应,或日本已审专利公开46—27255中公开的在路易斯酸存在下芳族化合物与氯化硫的缩合反应。此外,可使用市售易得的聚苯硫醚(例如,Dainippon Ink and Chemicals Inc.的聚苯硫醚)。
Figure G2008101686268D00081
用于本发明的液晶聚酯是可被称为热致液晶聚合物的聚酯,其在450℃或更低的温度下形成表现出光学各向异性的熔体。
所述液晶聚酯可具有280℃或更高的流动起始温度。注意,所述流动起始温度是在100kg/cm2负荷下以4℃/min的升温速率进行加热,并且同时被挤出喷嘴时,液晶聚酯的加热的熔体的熔体粘度为48000泊时的温度。
液晶聚酯的实例包括:
(1)经聚合芳族羟基羧酸、芳族二羧酸和芳族二醇的组合而获得的那些,
(2)经聚合不同种类的芳族羟基羧酸而获得的那些,
(3)经聚合芳族二羧酸和芳族二醇获得的那些,和
(4)通过使结晶聚酯比如聚对苯二甲酸乙二醇酯与芳族羟基羧酸反应获得的那些。
通过使用它们的酯形成衍生物代替这些芳族羟基羧酸、芳族二羧酸或芳族二醇,使液晶聚酯的制备变得容易,这是优选的。
当使用分子内具有羧基的芳族羟基羧酸和芳族二羧酸时,酯形成衍生物的实例包括通过将羧酸基团转换成高反应性基团比如酰卤基团(acid halogen group)和酸酐获得的那些,和与醇和乙二醇的酯(其将通过酯交换反应形成聚酯)。当使用分子内含有酚羟基的芳族羟基羧酸和芳族二醇时,酯形成衍生物的实例包括酚羟基与低级羧酸的的酯(其将通过酯交换反应形成聚酯)。
所述芳族羟基羧酸、芳族二羧酸或芳族二醇可在芳环上带有卤原子如氯原子和氟原子、烷基如甲基和乙基、以及芳基如苯基,只要它们的酯形成性能没有受到太大影响。
本发明液晶聚酯的结构单元的实例包括:
芳族羟基羧酸衍生的结构单元:
上述结构单元可带有卤原子、烷基或芳基作为取代基。
芳族二羧酸衍生的结构单元:
上述结构单元可带有卤原子、烷基或芳基作为取代基。
芳族二醇衍生的结构单元:
Figure G2008101686268D00111
上述结构单元可带有卤原子、烷基或芳基作为取代基。
构成液晶聚酯的结构单元(选自上述单元)的组合的实例包括下面的组合(a)—(h)。
(a):(A1)、(B1)和(C1)的组合或(A1)、(B1)、(B2)和(C1)的组合,
(b):(A2)、(B3)和(C2)的组合或(A2)、(B1)、(B3)和(C2)的组合,
(c):(A1)和(A2)的组合,
(d):通过用(A2)部分或全部代替结构单元组合(a)中的(A1)得到的组合,
(e):通过用(B3)部分或全部代替结构单元组合(a)中的(B1)得到的组合,
(f):通过用(C3)部分或全部代替结构单元组合(a)中的(C1)得到的组合,
(g):通过用(A1)部分或全部代替结构单元组合(b)中的(A2)得到的组合,
(h):通过将(B1)和(C2)加入结构单元组合(c)中得到的组合。
从耐热性、机械性能和加工性能之间平衡的角度出发,特别优选的液晶聚酯基于液晶聚酯的全部结构单元具有数量为至少30摩尔%的(A1)所示结构单元。
对应于(a)和(b)的组合的液晶聚酯分别公开于,例如公开号为47—47870,和公开号为63—3888的日本已审专利中,并可通过公开于例如公开号为2002—146003的日本未审专利中的方法制备。例如,液晶聚酯可通过包含如下步骤的方法制备:对单体(芳族羟基羧酸、芳族二羧酸、芳族二醇或它们的酯形成衍生物)进行熔融聚合以生成具有相对低分子量的芳族液晶聚酯(此后简称为“预聚物”);接着,将该预聚物制成粉末,并加热该粉末以进行固相聚合。如果进行该固相聚合,则发生进一步聚合,从而可获得具有高分子量的液晶聚酯。此外,通过熔融聚合与固相聚合组合制备液晶聚酯的方法可改善所得到的液晶聚酯的流动起始温度。特别地,通过合适地优化固相聚合的聚合条件,可容易地制备具有期望流动起始温度的液晶聚酯。
从表现液晶性(liquid crystallinity)的角度出发,用于本发明的液晶聚酯优选是这样的液晶聚酯,其中基于液晶聚酯全部结构单元,衍生自对羟基苯甲酸的结构单元与衍生自2-羟基-6-萘甲酸的结构单元总数为30-80摩尔%;基于液晶聚酯全部结构单元,衍生自氢醌的结构单元与衍生自4,4’-二羟基联苯的结构单元总数为10-35摩尔%;以及基于液晶聚酯全部结构单元,衍生自对苯二甲酸的结构单元、衍生自间苯二甲酸的结构单元和衍生自2,6-萘二甲酸的结构单元总数为10-35摩尔%。
本发明的树脂组合物包含组分(A)、(B)和(C)。利用该组合物,可获得具有电绝缘性和高导热性的模塑制品。本发明的树脂组合物可进一步包含(D)氧化铝微粒(组分(D))作为导热填料。含有所述氧化铝微粒的树脂组合物在改善导热性方面更优异。此外,当液晶聚酯被采纳作为组分(A)的热塑性树脂时,存在所得到的模塑制品在其导热性方面表现为各向异性的情况。通过包含组分(D)作为导热填料,可适当降低在导热性方面表现出这种各向异性。
用作组分(D)的氧化铝微粒优选是由α-氧化铝构成的微粒,氧化铝(Al2O3)含量为96重量%或更高并且数均粒径为0.1-100μm。从导热性角度出发,氧化铝含量越高越有利,优选99重量%或更高,更优选99.5重量%或更高。此外,当数均粒径在上述范围内时,模塑性优良的原因与组分(B)相同,该数均粒径更优选0.1-70μm,进一步优选0.1-50μm,特别优选0.1-20μm。此处,数均粒径是通过使用扫描电子显微镜对粉状微粒进行照像、并从照片中选择50—100个粒子进行图象分析获得的平均值。此外,当测定累计颗粒尺寸分布时,氧化铝微粒优选具有以D90/D10表示为7或更小的窄颗粒尺寸分布,其中微粒侧10%累计颗粒直径和90%累计颗粒直径分别定义为D10和D90。D10和D90例如通过使用Mastersizer(Malvern Instruments Ltd.制造)的激光衍射颗粒尺寸分布测量方法进行测量。
只要氧化铝微粒满足上述氧化铝含量和上述数均粒径,就对其形状没有特别限制。不过,优选球形、准球形或多面体形状。此外,在氧化铝微粒的长轴长度为L(μm),短轴长度为S(μm)的情况下,优选L/S比为1.0—3.0。
所述氧化铝微粒可以是市售的氧化铝微粒。市售的氧化铝微粒实例包括Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造的Sumikorandom。此外,商品如Showa DenkoK.K.制造的氧化铝微粒或Nippon Light Metal Co.,Ltd.制造的氧化铝微粒可用作组分(D)。
除组分(A)—(C)之外本发明的树脂组合物还包含组分(D)时,基于100重量份组分(A),组分(D)优选用量为5-250重量份,更优选10-200重量份,最优选20-150重量份。
当组分(D)用量为5-250重量份时,具有以下优点:导热性的改善效果相当优良,而且对模塑性无显著的破坏。
如上所述,本发明的树脂组合物包括组分(B)和(C)或组分(B)、(C)和(D),以及组分(A),并且提供了表现出高导热性能的模塑制品。
可通过各种已知的方法制备模塑制品。这些方法的实例包括挤出模塑、注塑、加压模塑和吹塑(inflation molding)。
此外,在不破坏本发明想要达到的效果的范围内,在本发明的树脂组合物中可添加使用一种或多种常规添加剂,包括填料如玻璃纤维、含氟树脂、脱模剂如金属皂、着色剂如染料和颜料、抗氧化剂、热稳定剂、UV吸收剂、抗静电剂、表面活性剂等等。此外,可添加使用一种或多种具有外部润滑效果的物质,如高级脂肪酸、高级脂肪酸酯、高级脂肪酸金属盐和基于碳氟化合物的表面活性剂。
对本发明的绝缘树脂组合物的制备方法没有特别限制,其实例包括这样的方法,其中使用Henschel混合机、滚筒或类似设备对组分(A)—(C)或组分(A)—(D)的组合进行混合,然后用挤出机进行熔融捏合。此外,实例包括这样的方法,其中在由挤出机进行的熔融捏合中,从第一加料口喂入组分(A),在利用Henschel混合机、滚筒或类似设备将其他组分混入后,将它们从组分从侧加料口喂入,并进行熔融捏合。
这样得到的树脂组合物根据目标部件的形状可选择合适的模塑方法,特别优选注塑法。对于由注塑法获得到的模塑制品,可以获得具有复杂形状的模塑制品比如薄壁部件。
由上述方式获得的模塑制品可以是其在300K的电阻率为1012Ωm或更高,在1mm厚度时介电击穿电压为2kV/mm或更高的模塑制品。这种模塑制品具有高水平的导热性,虽然使用了表示为组分(C)的低电阻填料,但其作为电气和电子部件显示出优良的电绝缘性和足够的介电击穿电压,因此它在与这些部件相关的应用中非常有用。
另外,由本发明的绝缘树脂组合物获得尺寸为64mm×64mm×3mm厚的模塑制品之后,基于ASTMD257测量模塑制品的电阻率。
此外,由本发明的绝缘树脂组合物获得尺寸为64mm×64mm×1mm厚的模塑制品之后,利用在JIS C2110中描述的短时间击穿测试测量模塑制品的介电击穿电压。
对于本发明树脂组合物制成的模塑制品的优选应用,可列举如下应用。
对于本发明绝缘树脂组合物制成的模塑制品的应用,其适于包括以下的应用:电气和电子装置的外壳,和电气设备如发电机、发动机、变压器、交流发电机、调压器、整流器、反相器、继电器、电接头、开关、断路器、闸刀开关、电极棒(pole rod)、电气部件壳、插座和继电器箱的部件。此外,其适合用于在运行中产生热的电子部件,典型的是传感器、LED灯、灯座、灯光反射器、灯箱、连接器、小尺寸开关、线圈轴(coil bobbin)、冷凝器、振荡器、各种端子板、变压器、插头、印刷电路板、小尺寸发动机、磁头基极(magnetic head base)、电源模块、硬盘驱动部件(硬盘驱动轮毂(hard desk drive hub)、致动器、硬盘基板等)、DVD部件(光碟头等)和与计算机相关的部件。
此外,它可被用于半导体元件、线圈等、光学设备如照相机用光学部件、产生高摩擦热的部件如滚柱轴承、汽车和交通工具相关部件的辐射元件(radiatingmembers)、和电子元件绝缘板的封装树脂。
已经如此描述了本发明,很明显本发明可以以很多的方式变化。这些变化将被认为是在本发明的精神和范围内,而且所有这些对本领域技术人员而言显而易见的变型都将包含在后面权利要求的范围内。
2007年9月12日提交的申请号为2007-236374为日本专利申请,和2008年5月8日提交的申请号为2008-122025的日本专利申请的全部公开内容,包括说明书、权利要求和摘要,通过参考全部引入本文。
实施例
本发明通过下面的实施例进行更详细地说明,其不应解释为对本发明范围的限制。
下列物质被用作组分(C)。
碳化硅1:OY-3,Yakushima Denko Co.,Ltd制造。
碳纤维1:Dialead K223HG,Mitsubishi Plastic Inc制造。
石墨1:CB-150,Nippon Graphite Fiber Corporation制造。
下列物质用作组分(D)。
氧化铝微粒1:Advanced氧化铝AA-18,Sumitomo Chemical Co.,Ltd制造,数均粒径为18μm,氧化铝含量为99.6重量%
氧化铝微粒2:Advanced氧化铝AA-1.5,Sumitomo Chemical Co.,Ltd制造,数均粒径为1.5μm,氧化铝含量为99.6重量%
氧化铝微粒3:Low-soda氧化铝ALM-41,Sumitomo Chemical Co.,Ltd制造,数均粒径为1.5μm,氧化铝含量为99.9重量%
氧化铝微粒4:Advanced氧化铝AA-03,Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造,数均粒径为0.3μm,氧化铝含量为99.6重量%
制备实施例1
[颗粒材料1的制备方法]
将氧化铝纤维(DenkiKagaku Kogyo K.K.制造的Denka Alcen,氧化铝含量100重量%,数均纤维直径3.2μm,堆积密度0.28g/cm3)加入Henschel混合机(Super混合机G100,Kawata MGF Co.,Ltd制造)中,并且搅拌和造粒以获得颗粒材料1。颗粒材料1的数均颗粒直径经光学显微镜测定为1.0mm。
制备实施例2
[液晶聚酯的制备]
在配备有搅拌装置、扭矩计量器、氮气导入管、温度计和回流冷凝器的反应器中,加入994.5g(7.2摩尔)对羟基苯甲酸,446.9g(2.4摩尔)4,4’-二羟基联苯、299.0g(1.8摩尔)对苯二甲酸、99.7g(0.6摩尔)间苯二甲酸和1347.6g(13.2摩尔)乙酸酐,反应器内部用氮气充分置换,之后在氮气流下用30分钟升温到150℃,保持在该温度下回流1小时。
之后,用2小时50分钟升温到320℃,同时蒸馏掉蒸馏出的副产品乙酸和未反应的乙酸酐,从而在观察到扭矩增加的时间点(该时间点被定义为完成反应的时间点),得到预聚物。
将得到的预聚物冷却到室温,用粗磨机研磨,然后在氮气氛下用1小时从室温升到250℃,进一步用5小时从250℃升到285℃,并于285℃保温3小时以进行固体聚合。所得到的液晶聚酯的流动起始温度为327℃。如此获得的液晶聚酯表示为LCPl。
实施例1—7和对比例1—4:
将制备实施例1得到的颗粒材料1,制备实施例2得到的液晶聚酯,选自氧化铝微粒1—4的一种微粒,碳化硅1、碳纤维1或石墨1,利用同向的双螺杆挤出机(PCM-30,Ikegai Iron Works,Ltd.制造)按照表1所示的组成于340℃下捏合并造粒。所得到的粒料在350℃的机筒温度和130℃的模具温度下利用注射成形机(PS40E5ASE型,Nissei Plastic Industrial Co.,Ltd.制造)注塑,以获得模塑制品1:126mm×12mm×6mm,模塑制品2:64mm×64mm×3mm厚,和模塑制品3:64mm×64mm×1mm厚。垂直于得到的模塑制品1的长轴方向(MD)切割出厚度为1mm的板材,以制备用于评价导热率的试样。利用该试样,通过使用激光闪光法(laser flash method)的热常数测定装置(TC-7000,Ulvac-Riko Inc.制造)测定热扩散系数。比热用DSC(DSC7,PINLMER Japan Co.,Ltd.制造)测定,比重用自动比重测量装置(ASG-320K,Kanto-measure Co,Ltd.制造)测定。导热率由热扩散系数与比重相乘得到。
在300K的电阻率利用模塑制品2基于ASTMD257测定。介电击穿电压利用模塑制品3以JIS C2110中描述的短时间击穿试验进行测定。
结果列于表1中。
Figure G2008101686268D00181
清楚显示,对于实施例1—7的绝缘树脂组合物,所得到的模塑制品在MD方向具有5W/mK或更高的导热率,显示出导热性非常优良。此外,电绝缘均为1012Ωm或更大,并作为用于电气和电子部件中的绝缘元件显示出足够的电阻,并且介电击穿电压均为2kV/mm或更高,这是非常优良的。
在对比例1和2的树脂组合物中,其中使用碳化硅填料或碳纤维,所得到的模塑制品的导热率不足,在具有大混合量的碳纤维或石墨的对比例3、4中,所得到的模塑制品的电阻率变得很小,电绝缘性不足。
实施例8
将聚苯硫醚PPS1(T-3G,Dainippon Ink and Chemicals Inc.制造)、制备实施例1得到的颗粒材料1、碳纤维1和氧化铝颗粒2利用同向双螺杆挤出机(PCM-30,Ikegai Iron Works,Ltd制造)按照表2所示的组成于300℃下捏合并造粒。所得到的粒料在350℃的机筒温度和130℃的模具温度下利用注射成形机(PS40E5ASE型,Nissei Plastic Industrial Co.,Ltd.制造)注塑,以获得模塑制品1:126mm×12mm×6mm,模塑制品2:64mm×64mm×3mm厚,和模塑制品3:64mm×64mm×1mm厚。垂直于得到的模塑制品1的长轴方向(MD)切割出厚度为1mm的板材,以制备用于评价导热率的试样。利用该试样,通过使用激光闪光法的热常数测定装置(TC-7000,Ulvac-Riko Inc.制造)测定热扩散系数。比热用DSC(DSC7,PERKINELMER Japan Co.,Ltd.制造)测定,比重用自动比重测量装置(ASG-320K,Kanto-measure Co,Ltd.制造)测定。导热率由热扩散系数与比重相乘得到。
在300K的电阻率利用模塑制品2基于ASTMD257测定。介电击穿电压利用模塑制品3以JIS C2110中描述的短时间击穿试验进行测定。
结果列于表2中。
表2
 
实施例8
PPS1(重量份) 100
颗粒材料1(重量份) 190
碳纤维1(重量份) 17
氧化铝微粒2(重量份) 27
导热率(MD)(W/mK) 6.2
电阻率(Ωm) 1.0×1013
介电击穿电压(kV/mm) 2.0
清楚显示,对于实施例8的其中聚苯硫醚用作组分(A)的绝缘树脂组合物,所得到的模塑制品具有5W/mK或更高的导热率,显示出导热性非常优良,并且还具有良好的电阻率和介电击穿电压结果。

Claims (14)

1.一种树脂组合物,包含:
(A)热塑性树脂;
(B)数均粒径为0.5-5mm的颗粒材料,其通过对数均纤维直径为1-50μm的包含50重量%或更多的氧化铝的纤维进行造粒获得;和
(C)由300K的电阻率为102Ωm或更小的材料组成的填料。
2.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中基于100重量份组分(A),组合物中包含的组分(C)的量为1-50重量份。
3.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中组分(C)是选自由碳化硅组成的填料、由石墨组成的填料或碳纤维填料的填料。
4.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中组分(B)是通过对堆积密度为0.2-1g/cm3的包含50重量%或更多的氧化铝的纤维造粒得到的颗粒材料。
5.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中组分(B)是通过对包含50重量%或更多的氧化铝的纤维在搅拌的同时造粒得到的颗粒材料。
6.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中基于100重量份组分(A),组合物中包含组分(B)的量为10-400重量份。
7.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中组分(A)包含聚苯硫醚。
8.根据权利要求1所述的树脂组合物,其中组分(A)包含液晶聚酯。
9.根据权利要求8所述的树脂组合物,其中液晶聚酯为具有280℃或更高的流动起始温度的液晶聚酯。
10.根据权利要求8或9所述的树脂组合物,其中液晶聚酯为如下的液晶聚酯,其中:
基于液晶聚酯的全部结构单元,衍生自对羟基苯甲酸的结构单元与衍生自2-羟基-6-萘甲酸的结构单元总数为30-80摩尔%;
基于液晶聚酯的全部结构单元,衍生自氢醌的结构单元与衍生自4,4’-二羟基联苯的结构单元总数为10-35摩尔%;和
基于液晶聚酯的全部结构单元,衍生自对苯二甲酸的结构单元、衍生自间苯二甲酸的结构单元和衍生自2,6-萘二甲酸的结构单元总数为10-35摩尔%。
11.根据权利要求1所述的树脂组合物,进一步包含(D)数均粒径为0.1-100μm的氧化铝微粒。
12.根据权利要求11所述的树脂组合物,其中,基于100重量份组分(A),包含的组分(D)的量为5-250重量份。
13.通过模塑根据权利要求1的组合物得到的模塑制品。
14.根据权利要求13所述的模塑制品,其中该模塑制品为300K的电阻率为1012Ωm或更高、并且1mm厚度时介电击穿电压为2kV/mm或更高的制品。
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