CN102304284A - 一种导热树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热树脂组合物，按重量百分比由以下组分组成：热塑性树脂20-60wt%，导热填料30-70wt%，导热助剂1-10wt%，其他添加剂0-30wt%。制备权所述导热树脂组合物的方法，具体步骤为：（1）按以下重量百分比称取物料，热塑性树脂20-60wt%、导热填料30-70wt%、导热助剂1-10wt%、其他添加剂0-20wt%；（2）将各种组分加到高速混合机中，混合均匀；（3）混合均匀的物料通过主喂料口加入挤出机中，补强性填料和部分导热填料通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒，得到导热树脂组合物。其优点为，导热助剂起到了“桥梁”作用，把单独分散在基体树脂中的导热填料颗粒粘接在一起，把孤立的导热单元连接成大的导热网络，使得填料组分间更容易形成导通网络，导热性能大大增加。

Description

一种导热树脂组合物及其制备方法

技术领域

 本发明涉及一种导热树脂组合物；本发明还涉及一种导热树脂组合物的制备方法。

背景技术

在电子技术领域，由于电子线路的集成度越来越高，热量的集聚导致器件温度升高从而导致工作稳定性降低。据统计，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温度升高50℃的寿命只有温度升高25℃寿命的1/6，因此，为保证电子元器件长时间高可靠性地正常工作，材料的散热能力就成为影响其使用寿命的重要限制因素。

传统的导热材料一般选用铝材或陶瓷类材料，虽然这两类材料散热能力好，但这些材料设计自由度小、易破裂、密度大，而且价格昂贵。因此发展出了导热塑料这一新型导热材料。用导热塑料作为导热材料，虽然在导热性能上比不上铝和陶瓷，但是通过产品设计也能够达到与铝或陶瓷同样的散热能力。同时用导热塑料作为导热材料更耐腐蚀、更柔韧、设计灵活性更高、重量更轻。

目前，利用导热组分对聚合物基体进行填充以制备具有高导热性能的聚合物复合材料已获得越来越多的关注，多采取提高导热组分填充量的方法以达到提高导热性能的目的。中国专利CN1775860A公开了一种“注塑成型的导热绝缘塑料”，该发明采用常见的而且流动性较好的热塑性塑料作为基体，质量份为100；而导热填料采用MgO、Al₂O₃、SiC等陶瓷材料，质量份为100-700，占导热复合材料的质量百分比为50-87.5wt%；专利公开号CN101280109A公开了一种“抗静电导热塑料”，该专利公开的方法为：在PPS树脂中加入硬度低的硫化锌得到PPS导热塑料，发明中导热填料的含量高达75wt%时，导热系数不到1.0W/mk，相对于添加量，导热系数提高较小。在现有技术中，还有采用不同粒径、种类和形状的导热填料进行复配以提高材料的导热性能。专利CN96109916为获得填料在基质中最大限度的堆砌系数，将三种粒径不同的Al₂O₃按一定的比例与基体树脂混合，最终产品中Al₂O₃的体积分数高达73%，导热系数为4.05 W/m·K。

专利US2005095901A1公开的导热材料由LCP、BN和碳纤维组成。单独添加50vol%BN或碳纤维制备的导热LCP的导热系数约为20W/m·k，当BN和碳纤维复配使用时，相同添加量的填料提高了LCP的导热系数，高达28W/m·k；专利CN 101878268A介绍了一种制备高导热性材料的方法，利用片状填料和粉状填料按一定比例进行复配，能够得到导热性能达到3W/m.K的导热材料。中国专利201010614843.2公开了一种绝缘导热聚酰胺复合材料及其制备方法，包括树脂材料、导热材料及填充剂。其优点在于可依靠改性填料的方式来增强其导热性能。

以上组合物的不足之处在于，导热填料与树脂配合不好从而导致聚合物力学性能不佳或抗老化性能下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进散热性能的导热树脂组合物及其制备方法，其主要方法是在现有技术的基础上，通过添加相关添加剂，利用其与导热填料产生的协同效应，并制备出具有改进导热性能的导热树脂组合物。

一种导热树脂组合物，按重量百分比包括如下组分：

热塑性树脂                         20-60wt%

导热填料                           30-70 wt%

导热助剂                           1-10 wt%

其他添加剂                         0-30 wt%。

所述的热塑性树脂为聚苯硫醚（PPS）、液晶聚合物（LCP）、聚酰胺（如PA10T、PA6T/66、PA6T/6I、PA9T、PA46、PA6、PA66、PA6/66）、聚酯（如PBT、PET、PC）、苯乙烯类聚合物（如ABS、PS）和聚烯烃（如PP、PE）中的一种或几种，但不仅限于这些热塑性树脂。

所述的导热填料为氧化铝（Al₂O₃）、氮化铝（AlN）、氧化镁（MgO）、氮化硼（BN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、硫化锌（ZnS）、氢氧化镁（Mg（OH）₂）、氢氧化铝（Al（OH）₃）、氟化钙（CaF₂）中的一种或几种，但不仅限于这些导热填料。

所述的导热助剂为磷酸铝、磷酸氢铝、磷酸二氢铝、磷酸二氢镁中的一种或几种，但不仅限于这些磷酸金属盐；所述的其他添加剂包括补强填料、阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、抗氧剂等中的一种或几种；所述的补强填料包括玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维、金属纤维、滑石粉、二氧化硅、云母等中的一种或多种，但不仅限于这些补强性填料；所述的阻燃剂包括溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯和溴化聚苯醚树脂、次膦酸盐中的一种，但不仅限于这些阻燃剂；所述的阻燃协效剂包括三氧化锑、硼酸锌、锡酸锌、氧化锌、锑酸钠、勃姆石、聚四氟乙烯中的一种或几种，但不仅限于这些阻燃协效剂；所述的润滑剂包括褐煤酸衍生物、高分子蜡类、低分子液晶聚合物、硬脂酸金属皂盐、硬脂酸酰胺、硅酮类化合物中的一种或几种，但不仅限于这些润滑剂；所述的抗氧剂包括受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类、硫代二丙酸酯类或硫醇类中的一种或几种，但不仅限于这些抗氧剂。

 

一种导热树脂组合物，其制备方法为：

（1）按以下重量百分比称取物料，热塑性树脂20-60wt%、导热填料30-70 wt%、导热助剂1-10 wt%、其他添加剂0-30wt%；

（2）将热塑性树脂、部分导热填料、导热助剂、阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀；

（3）将混合均匀的物料通过主喂料口加入挤出机中，补强填料和部分导热填料通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒，得到导热树脂组合物。

本发明所述导热树脂组合物与现有技术相比，具有如下优点：

导热助剂在组合物中起到了“桥梁”的作用，把单独分散在基体树脂中的导热填料颗粒粘接在一起，孤立的导热单元连接成大的导热网络，使得填料组分间更容易形成导通网络，导热性能大大增加；其好处在于，一方面在导热填料添加量相同时，本发明能获得更高的导热率；另一方面，要获得一定的导热率，本发明所需添加的导热填料更少。

 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不能将实施例中所涉及的方法和技术参数作为对本发明的限制。本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1

所述导热树脂组合物按重量百分比计，由以下组分组成：聚苯硫醚32wt%，氧化铝50wt%，磷酸二氢铝2wt%，碳纤维15wt%，硬脂酸锌0.5wt%，抗氧剂0.5wt%。

按上述配方称取物料，将聚苯硫醚、部分氧化铝、磷酸二氢铝、硬脂酸锌和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀后通过主喂料口加入挤出机中，另一部分氧化铝和碳纤维通过侧喂料口加入挤出机中，在280℃左右挤出造粒，得到导热树脂组合物。

所述导热树脂组合物制得的导热绝缘塑料的各项测试结果见表1。

 

实施例2

所述导热树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚苯硫醚30wt%，氧化铝50wt%，磷酸二氢铝4wt%，碳纤维15wt%，硬脂酸锌0.5wt%，抗氧剂0.5wt%。

按上述配方称取物料，将聚苯硫醚、部分氧化铝、磷酸二氢铝、硬脂酸锌和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀后通过主喂料口加入挤出机中，部分氧化铝和碳纤维通过侧喂料口加入挤出机中，在280℃左右挤出造粒，得到导热树脂组合物。

该实施例所提供的导热绝缘塑料的各项参数测试结果见表1。

 

实施例3

所述导热树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚苯硫醚30wt%，氧化铝50wt%，磷酸二氢铝2wt%，磷酸铝2wt%，碳纤维15wt%，硬脂酸锌0.5wt%，抗氧剂0.5wt%。

按上述配方称取物料，将聚苯硫醚、部分氧化铝、磷酸二氢铝、磷酸铝、硬脂酸锌和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀后通过主喂料口加入挤出机中，部分氧化铝和碳纤维通过侧喂料口加入挤出机中，在280℃左右挤出造粒，得到导热树脂组合物。

该实施例所提供的导热绝缘塑料的各项参数测试结果见表1。

 

实施例4

所述导热树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚酰胺PA10T 26wt%，氧化铝30wt%，氮化铝15wt%，磷酸二氢铝4wt%，玻璃纤维12wt%，二乙基次膦酸铝0wt%，锡酸锌2wt%，硬脂酸酰胺0.5wt%，抗氧剂0.5wt%。

按上述配方称取物料，将耐高温聚酰胺、氮化铝、磷酸二氢铝、二次磷酸铝、锡酸锌、硬脂酸酰胺和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀后通过主喂料口加入挤出机中，氧化铝和玻璃纤维通过侧喂料口加入挤出机中，在310℃左右挤出造粒，得到导热树脂组合物。

该实施例所提供的导热绝缘塑料的各项参数测试结果见表1。

 

对比例1

树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚苯硫醚34wt%，氧化铝50wt%，碳纤维15wt%，硬脂酸锌0.5wt%，抗氧剂0.5wt%。

按上述配方称取物料，将聚苯硫醚、部分氧化铝、硬脂酸锌和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀后通过主喂料口加入挤出机中，部分氧化铝和碳纤维通过侧喂料口加入挤出机中，在280℃左右挤出造粒，得到导热树脂组合物。

该对比例所提供的导热绝缘塑料的各项参数测试结果见表1。

 

对比例2

树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚苯硫醚24wt%，氧化铝60wt%，碳纤维15wt%，硬脂酸锌0.5wt%，抗氧剂0.5wt%。

按上述配方称取物料，将聚苯硫醚、部分氧化铝、硬脂酸锌和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀后通过主喂料口加入挤出机中，部分氧化铝和碳纤维通过侧喂料口加入挤出机中，在280℃左右挤出造粒，得到导热树脂组合物。

该对比例所提供的导热绝缘塑料的各项参数测试结果见表1。

 

对比例3

树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚酰胺PA10T30wt%，氧化铝30wt%，氮化铝15wt%，玻璃纤维12wt%，二乙基次膦酸铝10wt%，锡酸锌2wt%，硬脂酸酰胺0.5wt%，抗氧剂0.5wt%。

按上述配方称取物料，将耐高温聚酰胺、氮化铝、二次磷酸铝、锡酸锌、硬脂酸酰胺和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀后通过主喂料口加入挤出机中，氧化铝和玻璃纤维通过侧喂料口加入挤出机中，在310℃左右挤出造粒，得到导热树脂组合物。

该对比例所提供的导热绝缘塑料的各项参数测试结果见表1。

 

实施例5

树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：PET20wt%，氢氧化铝70wt%，磷酸二氢镁2wt%，磷酸铝2wt%，碳纤维5wt%，氧化锌0.5wt%，亚磷酸酯类抗氧剂0.5wt%。

其制备方法同实施例1。

 

实施例6

树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚乙烯30wt%，碳化硅60wt%，磷酸二氢镁1wt%，磷酸二氢铝1wt%，碳纤维1wt%，聚四氟乙烯0.4wt%，硫代二丙酸酯类抗氧剂0.6wt%。

其制备方法同实施例1。

 

实施例7

树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚乙烯24wt%，PA6/66 10wt%,氧化硼30wt%，磷酸二氢镁2wt%，磷酸二氢铝4wt%，碳纤维12wt%，聚四氟乙烯6wt%，硫代二丙酸酯类抗氧剂12wt%。

其制备方法同实施例1。

 

实施例8

树脂组合物按重量分数计，由以下组分组成：聚丙烯60wt%，氧化锌30wt%，磷酸二氢镁4wt%，磷酸二氢铝6wt%。

其制备方法同实施例1。

 

表1  各实施例及对比例参数测试结果

指标	测试标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3
									拉伸强度MPa	ISO 527/2	98.3	100.2	103.4	89.0	95.4	107.8	84.5
弯曲强度MPa	ISO 178	166.1	169.4	173.8	146.2	165.7	182.9	139.6
									弯曲模量MPa	ISO 178	16621	16920	16435	11236	16214	18853	10608
缺口冲击强度MPa	ISO 180	4.1	3.8	4.5	3.6	4.2	3.5	3.2
									导热系数W/m.K	ISO 8301	2.61	2.95	3.09	4.47	1.94	2.68	3.63

力学性能采用INSTRON 万能实验测试机测试，导热系数测试，采用Hot-disk TPS1500型导热仪测量。

由表1结果可以看出，添加导热助剂后得到的导热树脂组合物，其拉伸强度、弯曲模量、却空冲击强度均较对比例有较大提高，而且其平均导热系数也大大增加，因而其不但具有改进的导热性能，而且保持了良好的力学性能。

Claims (11)

1.一种导热树脂组合物，其特征在于，按重量百分比包括如下组分：

热塑性树脂                         20-60wt%

导热填料                           30-70 wt%

导热助剂                           1-10 wt%

其他添加剂                         0-30 wt%。

2.根据权利要求1所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述的热塑性树脂为聚苯硫醚、液晶聚合物、聚酰胺、聚酯、苯乙烯类聚合物或聚烯烃中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述的导热填料为氧化铝、氮化铝、氧化镁、氮化硼、碳化硅、氧化锌、硫化锌、氢氧化镁、氢氧化铝或氟化钙中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述的导热助剂为磷酸铝、磷酸氢铝、磷酸二氢铝、磷酸二氢镁中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述的其他添加剂包括补强填料、阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂或抗氧剂中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述补强填料包括玻璃纤维、碳纤维、矿物纤维、金属纤维、滑石粉、二氧化硅、云母等中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述阻燃剂包括溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯和溴化聚苯醚树脂、次膦酸盐中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述阻燃协效剂包括三氧化锑、硼酸锌、锡酸锌、氧化锌、锑酸钠、勃姆石、聚四氟乙烯中的一种或几种。

9.根据权利要求5所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述润滑剂包括褐煤酸衍生物、高分子蜡类、低分子液晶聚合物、硬脂酸金属皂盐、硬脂酸酰胺、硅酮类化合物中的一种或几种。

10.根据权利要求5所述的一种导热树脂组合物，其特征在于，所述的抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂或硫醇类抗氧剂中的一种或几种。

11.制备权利要求1-10所述导热树脂组合物的方法，具体步骤为：

（1）按以下重量百分比称取物料，热塑性树脂20-60wt%、导热填料30-70 wt%、导热助剂1-10 wt%、其他添加剂0-20wt%；

（2）将热塑性树脂、部分导热填料、导热助剂、阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂和抗氧剂加到高速混合机中，混合均匀；

（3）混合均匀的物料通过主喂料口加入挤出机中，补强性填料和部分导热填料通过侧喂料口加入挤出机中，挤出造粒，得到导热树脂组合物。