CN102093691A

CN102093691A - 一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料

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Publication number: CN102093691A
Application number: CN2011100017916A
Authority: CN
Inventors: 黄柱联
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，包括热塑性或者热固性塑胶料，在热塑性或者热固性塑胶料中均匀混合有散热石墨粉体，散热石墨粉体的重量占比为20%-60%。由于在本发明的塑胶材料中添加了散热石墨粉体，该石墨粉体的颗粒在一定程度上有序排列，形成微通道碳管，每个散热通道由众多的微通道构成，产生烟囱效应，安装在热源表面时，散热性能良好，将这些石墨粉体混和在塑胶材料中，可以将该塑胶材料进行改性，使塑料具有良好的传热系数，并且可以屏蔽电磁波、阻挡二次辐射等效果。

Description

一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料

技术领域

本发明涉及一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料。

背景技术

随着科技的发展和人们的需求，电子产品的使用越来越多，对于新材料方面有多种多样的不同需求，比如，在应用上希望可以获得能够具有较好散热效果的塑料，从而实现重量轻、散热效果好、易加工的优点，然而，就目前的情况来说，现有的技术并不理想。

另一方面，对于各类型的电子产品，也希望可以获得有效防止电磁波影响的新型材料。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有散热、导热，并且能够屏蔽电磁波的混合有散热石墨粉体的塑胶材料。

本发明采取的技术方案是：

一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，包括热塑性或者热固性塑胶料，在热塑性或者热固性塑胶料中均匀混合有散热石墨粉体，散热石墨粉体的重量占比为20%-60%。

所述的热塑性或者热固性塑胶料包括有聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、尼龙（PA6、PA66）、聚酰亚胺（PI）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚酯（PET），聚苯硫醚（PPS）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）或者丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）。

所述散热石墨粉体是由包括石墨粉末的材料固化之后，所形成的石墨固化体打碎而形成的粉状颗粒，其粒度大小为100—2000目，固化体上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致，并布满固化体。

所述石墨固化体是包括质量百分含量为40~60%的石墨粉、37.6~59.4%的水溶性硅酸盐、0.3~1.2%的硅烷偶联剂、0.3~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀，在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

所述石墨固化体是包括质量百分含量为50~60%的石墨粉、37.6~49.2%的水溶性硅酸盐、0.9~1.2%的硅烷偶联剂、0.9~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀、在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

固化体由包括质量百分含量为25~59.5%的石墨粉、0.5~15%的金属粉末、37.6~59.4%的水溶性硅酸盐、0.3~1.2%的硅烷偶联剂、0.3~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀，在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

固化体由包括质量百分含量为42~54%的石墨粉、6~8%的金属粉末、37.6~49.2%的水溶性硅酸盐、0.9~1.2%的硅烷偶联剂、0.9~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀、在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

金属粉末优选为铜粉、银粉、锡粉、氮化铝或者氮化钛，或者上述两种或以上物质的组合。

优选，选用的石墨粉目数在200目以上。

所述石墨固化体的散热通道截面呈六边形。

本发明的有益效果是：由于在本发明的塑胶材料中添加了散热石墨粉体，该石墨粉体的颗粒在一定程度上有序排列，形成微通道碳管，每个散热通道由众多的微通道构成，产生烟囱效应，安装在热源表面时，散热性能良好，将这些石墨粉体混和在塑胶材料中，可以将该塑胶材料进行改性，使塑料具有良好的传热系数，并且可以屏蔽电磁波、阻挡二次辐射等效果。

具体实施方式

本发明的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，包括热塑性或者热固性塑胶料，在热塑性或者热固性塑胶料中均匀混合有散热石墨粉体，散热石墨粉体的重量占比为20%-60%，优选为占总重量的40%左右，余下的为塑胶原料。

其中，所述的热塑性或者热固性塑胶料包括有聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、尼龙（PA6、PA66）、聚酰亚胺（PI）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚酯（PET），聚苯硫醚（PPS）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）或者丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）。

上述塑胶材料的制得，具体可以是，在塑料造粒机中加入上述塑胶原料和散热石墨粉体，两种材料在造粒机中加热混合均匀，重新造粒即可得到新的塑胶材料，该塑胶材料具有极佳的散热效果，并且具有屏蔽电磁波、防止二次辐射的功能。散热石墨粉体是由包括石墨粉末的材料固化之后，所形成的石墨固化体打碎而形成的粉状颗粒，其粒度大小为100—2000目，优选为200-400目，固化体上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致，并布满固化体。

所述散热石墨粉体，可以是不含金属粉末的石墨粉体或者含金属粉末的石墨粉体。

其中，对于不含金属粉末的散热石墨粉体的实现方式是：

优选的，所述石墨固化体是包括质量百分含量为50~60%的石墨粉、37.6~49.2%的水溶性硅酸盐、0.9~1.2%的硅烷偶联剂、0.9~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀、在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

优选的，石墨粉目数在200目以上。

优选的，干燥过程的温度为10℃~60℃。

优选的，干燥过程的温度为20℃~40℃。

优选的，定向运动包括定向旋转、重力作用下的自流或其结合。

以下是上述石墨固化体的实现方式，各实施例中用到的石墨粉由青岛华泰润滑密封科技有限公司生产；硅酸锂由山东邦德化工有限责任公司生产；硅酸钠由宜兴市凯利达化学有限公司生产，硅酸钾由浙江省嘉善县助剂一厂生产。

实施例1

200目的石墨粉400g，硅酸锂380g、硅酸钾214g、硅烷偶联剂3g（道康宁公司Z-6011，氨丙基三乙氧基硅烷）、钛酸酯偶联剂3g（美国杜邦公司TYZOR AA-75，乙酰丙酮钛），上述原料加入400g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至圆柱形管道中，带动管道旋转至混合浆定形固化后，停止旋转，取出定形固化的石墨材料，在30℃下自然干燥后，得到成品。

实施例2

900目的石墨粉450g，硅酸锂540g、硅烷偶联剂4g(道康宁公司Z-6020，N-（β氨基乙烷）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、钛酸酯偶联剂6g（常州市吉耐助剂有限公司JN-AT，醇胺二亚乙基钛酸酯）上述原料加入370g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至正方形柱管道中，带动管道旋转至混合浆定形固化后，停止旋转，取出定形固化的石墨材料，在20℃下自然干燥后，得到成品。

实施例3

2000目的石墨粉500g，硅酸锂300g、硅酸钠180g、硅烷偶联剂9g(道康宁公司Z-6030，3-甲基丙烯酰氨基丙基-三甲氧基硅烷)、钛酸酯偶联剂11g（常州市吉耐助剂有限公司JN-198，异丙基烷基苯磺酰钛酸酯），上述原料加入500g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至六棱柱形管道中，带动管道旋转至混合浆定形固化后，停止旋转，取出定形固化的石墨材料，在30℃下自然干燥后，得到成品。

实施例4

3000目的石墨粉500g，硅酸钾200g、硅酸钠291g、硅烷偶联剂5g（道康宁公司Z-6032，乙烯基苯胺甲氨基硅烷）、钛酸酯偶联剂4g（常州市吉耐助剂有限公司JN-117，二（焦磷酸二辛酯）二亚乙基烷氧基钛），上述原料加入450g纯水中，混合均匀，在存在与管道垂直电场的条件下，电场强度200000V/m，让混合浆沿竖直圆形管道内壁自然流下，待其固化后取出，40℃自然干燥后，得到成品。

实施例5

4000目的石墨粉550g，硅酸钠430g、硅烷偶联剂12g（道康宁公司Z-6040，3-甘油氧丙基三甲氧基硅烷）、钛酸酯偶联剂8g（常州市吉耐助剂有限公司JN-36，醇胺型钛酸酯），上述原料加入500g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至倾斜管道中，在重力作用下自流，定形固化后，取出定形固化的石墨材料，在10℃下自然干燥后，得到成品。

实施例6

5000目的石墨粉550g，硅酸锂260g、硅酸钠174g、硅烷偶联剂6g（道康宁公司Z-6011，氨丙基三乙氧基硅烷）、钛酸酯偶联剂10g（常州市吉耐助剂有限公司JN-WT，二（焦磷酸二辛酯）羟乙酸钛），上述原料加入400g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至同心圆管道中，带动管道旋转至混合浆定形固化后，停止旋转，取出定形固化的石墨材料，在50℃下自然干燥后，得到成品，成品中石墨粉大致呈同心圆层分布。

对于含金属粉末的散热石墨粉体的实现方式是：

石墨固化体由包括质量百分含量为25~59.5%的石墨粉、0.5~15%的金属粉末、37.6~59.4%的水溶性硅酸盐、0.3~1.2%的硅烷偶联剂、0.3~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀，在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

具体优选地，固化体由包括质量百分含量为42~54%的石墨粉、6~8%的金属粉末、37.6~49.2%的水溶性硅酸盐、0.9~1.2%的硅烷偶联剂、0.9~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀、在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

进一步，选用的石墨粉目数在200目以上。

进一步，选用的金属粉末目数在100目以上。优选，金属粉末目数为1500~2500目。

进一步，其干燥过程的温度为10℃~60℃，优选为20℃~40℃。

另外，所述金属粉末优选为铜粉、银粉、锡粉、氮化铝或者氮化钛，或者上述两种或以上物质的组合。

其中，所述定向运动包括定向旋转、重力作用下的自流或其结合。定向外力包括重力、电场力、电磁场力或其结合。

进一步，所有散热通道的截面呈六边形。

以下各实施例中用到的石墨粉由青岛华泰润滑密封科技有限公司生产；硅酸锂由山东邦德化工有限责任公司生产；硅酸钠由宜兴市凯利达化学有限公司生产，硅酸钾由浙江省嘉善县助剂一厂生产；以及一般厂家所生产的金属粉末，所述金属粉末优选为铜粉、银粉、锡粉、氮化铝或者氮化钛，或者上述两种或以上物质的组合。

实施例7

200目的石墨粉250g，100目的铜粉150 g，硅酸锂380g、硅酸钾214g、硅烷偶联剂3g（道康宁公司Z-6011，氨丙基三乙氧基硅烷）、钛酸酯偶联剂3g（美国杜邦公司TYZOR AA-75，乙酰丙酮钛），上述原料加入400g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至圆柱形管道中，带动管道旋转至混合浆定形固化后，停止旋转，取出定形固化的石墨材料，在30℃下自然干燥后，得到成品，固化体成品上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致，截面呈六边形，并布满固化体。

实施例8

900目的石墨粉400g，900目的铜粉50 g，硅酸锂540g、硅烷偶联剂4g(道康宁公司Z-6020，N-（β氨基乙烷）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、钛酸酯偶联剂6g（常州市吉耐助剂有限公司JN-AT，醇胺二亚乙基钛酸酯）上述原料加入370g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至正方形柱管道中，带动管道旋转至混合浆定形固化后，停止旋转，取出定形固化的石墨材料，在20℃下自然干燥后，得到成品，成品中的石墨粉大致呈“回”字形分布，并且固化体成品上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致，截面呈六边形，并布满固化体。

实施例9

2000目的石墨粉420g，2000目的锡粉40g，2000目的铜粉40g，硅酸锂300g、硅酸钠180g、硅烷偶联剂9g(道康宁公司Z-6030，3-甲基丙烯酰氨基丙基-三甲氧基硅烷)、钛酸酯偶联剂11g（常州市吉耐助剂有限公司JN-198，异丙基烷基苯磺酰钛酸酯），上述原料加入500g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至六棱柱形管道中，带动管道旋转至混合浆定形固化后，停止旋转，取出定形固化的石墨材料，在30℃下自然干燥后，得到成品，成品中石墨粉大致呈同心六棱层分布，固化体成品上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致，截面呈六边形，并布满固化体。

实施例10

3000目的石墨粉450g，2500目的铜粉50g，硅酸钾200g、硅酸钠291g、硅烷偶联剂5g（道康宁公司Z-6032，乙烯基苯胺甲氨基硅烷）、钛酸酯偶联剂4g（常州市吉耐助剂有限公司JN-117，二（焦磷酸二辛酯）二亚乙基烷氧基钛），上述原料加入450g纯水中，混合均匀，在存在与管道垂直电场的条件下，电场强度200000V/m，让混合浆沿竖直圆形管道内壁自然流下，待其固化后取出，40℃自然干燥后，得到成品，成品中的石墨粉大致呈锥形分布，固化体成品上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致，截面呈六边形，并布满固化体。

实施例11

4000目的石墨粉500g，4000目的锡粉50g，硅酸钠430g、硅烷偶联剂12g（道康宁公司Z-6040，3-甘油氧丙基三甲氧基硅烷）、钛酸酯偶联剂8g（常州市吉耐助剂有限公司JN-36，醇胺型钛酸酯），上述原料加入500g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至倾斜管道中，在重力作用下自流，定形固化后，取出定形固化的石墨材料，在10℃下自然干燥后，得到成品，成品中石墨粉大致“L”形分布，固化体成品上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致，截面呈六边形，并布满固化体。

实施例12

5000目的石墨粉545g，5000目的银粉5g，硅酸锂260g、硅酸钠174g、硅烷偶联剂6g（道康宁公司Z-6011，氨丙基三乙氧基硅烷）、钛酸酯偶联剂10g（常州市吉耐助剂有限公司JN-WT，二（焦磷酸二辛酯）羟乙酸钛），上述原料加入400g纯水中，混合均匀，将混合浆转移至同心圆管道中，带动管道旋转至混合浆定形固化后，停止旋转，取出定形固化的石墨材料，在50℃下自然干燥后，得到成品，成品中石墨粉大致呈同心圆层分布，固化体成品上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致截面呈六边形，并布满固化体。

通过改变加入石墨混合浆的量及其定形固化件的大小，可以轻易的获得各种尺寸的石墨固体，进而加工成各种尺寸的散热件，特别适用于大散热件的制作。

电磁力作用效果同电场力的作用效果类似，也是引起石墨颗粒的极化，使石墨颗粒在一定程度上定向排列，但是电场力和电磁场力的排列作用效果没有定向运动好，尤其是没有旋转运动的效果好。石墨颗粒目数高，有利于散热性能的提高。

产品干燥时的温度不一定要恒温，只需要在10~60℃之间保持相对稳定即可，各实施例中在固定温度下干燥，只是为了更容易获得可重复的实验数据。

为了获得更好的取向性，可以改变纯水的量和定向运动和/或定向力的作用时间或作用力的大小。

Claims

1.一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，其特征在于：包括热塑性或者热固性塑胶料，在热塑性或者热固性塑胶料中均匀混合有散热石墨粉体，散热石墨粉体的重量占比为20%-60%。

2.根据权利要求1所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，其特征在于：所述的热塑性或者热固性塑胶料包括有聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、尼龙（PA6、PA66）、聚酰亚胺（PI）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚酯（PET），聚苯硫醚（PPS）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）或者丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）。

3.根据权利要求1所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，其特征在于：所述散热石墨粉体是由包括石墨粉末的材料固化之后，所形成的石墨固化体打碎而形成的粉状颗粒，其粒度大小为100—2000目，固化体上形成有贯连固化体两端的散热通道，每个散热通道由众多的微通道构成，所有散热通道的方向一致，并布满固化体。

4.根据权利要求3所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，其特征在于：所述石墨固化体是包括质量百分含量为40~60%的石墨粉、37.6~59.4%的水溶性硅酸盐、0.3~1.2%的硅烷偶联剂、0.3~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀，在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

5.根据权利要求4所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，其特征在于：所述石墨固化体是包括质量百分含量为50~60%的石墨粉、37.6~49.2%的水溶性硅酸盐、0.9~1.2%的硅烷偶联剂、0.9~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀、在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

6.根据权利要求3所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，特征在于固化体由包括质量百分含量为25~59.5%的石墨粉、0.5~15%的金属粉末、37.6~59.4%的水溶性硅酸盐、0.3~1.2%的硅烷偶联剂、0.3~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀，在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

7.根据权利要求6所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，特征在于固化体由包括质量百分含量为42~54%的石墨粉、6~8%的金属粉末、37.6~49.2%的水溶性硅酸盐、0.9~1.2%的硅烷偶联剂、0.9~1.2%的钛酸酯偶联剂，加入纯水混合均匀、在存在定向运动和/或在定向外力条件下定向定形固化后干燥而成。

8.根据权利要求6或者7所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，特征在于金属粉末优选为铜粉、银粉、锡粉、氮化铝或者氮化钛，或者上述两种或以上物质的组合。

9.根据权利要求4、5、6或者7所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，特征在于选用的石墨粉目数在200目以上。

10.根据权利要求3所述的一种混合有散热石墨粉体的塑胶材料，特征在于：所述石墨固化体的散热通道截面呈六边形。