CN102408717A

CN102408717A - 一种led的聚苯硫醚复合导热材料的制造方法

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Publication number: CN102408717A
Application number: CN2011102612507A
Authority: CN
Inventors: 宋大余; 宋小春; 苏心桐
Original assignee: SICHUAN S GRANT ELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN S GRANT ELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明公开了一种LED的聚苯硫醚复合导热材料的制造方法，采用如下的原料配方：40-60％wt聚苯硫醚树脂，1.5-0.5％wt热稳定剂亚磷酸壬三苯酯、8-6％wt纳米级导热金属纤维材料、12-7.5％wt无机填充材料、6-4％wt导热粉末材料、32.5-22％wt95％氧化铝陶瓷纤维。本发明方法制得的聚苯硫醚复合导热材料，具有一定导热性能和良好的机械强度，经过注射成形后可广泛用于电子电器、军工、航天航空、电子通信等需要导热性或电子屏蔽材料、尤其是作为LED导热材料，提高LED在高温的散热性能、延长LED的使用寿命。

Description

一种LED的聚苯硫醚复合导热材料的制造方法

所属技术领域

本发明属于高分子材料应用领域。

由于本发明的聚苯硫醚树脂(PPS)复合材料具有半导体范围的体积电阻率，在耐热性、耐候性、阻燃性、耐化学物质性、机械强度、韧性、低温可绕性方面都具有优异的特性，因此可适用于要求在导热性、防止带电性、电磁波密封性、低电阻方面的电器、电子元件、家用电器、音响设备等领域广泛应用。同时还可以用于化工机械、石油机械、军工、航天航空、电子通信等领域。

背景技术

支架、芯片以及散热材料是大功率LED散热工艺中的三大主要原材料。大功率LED的导热性能的好坏对LED灯具的稳定使用具有非常重要的影响。

导热材料主要作用是散热，特别是在高温下必须具有一定的机械力学性能。有两个方面的因素容易导致包封LED灯损坏，一是由于现有的技术限制，LED芯片80％的电能转换成热能，致使大功率LED在使用过程中发热非常厉害，光源使用温度很高，导热材料要求在100℃以上长期使用而绝缘性能不受到影响；二是大功率LED光源在焊接时瞬间温度高达260℃以上，短期高温不能对导热材料产生破坏，绝缘性能及机械强度不能有太大的衰减。

传统的包封塑料为普通尼龙增强改性材料，以尼龙为基体的改性复合材料在耐高温、耐老化、抗冲击、绝缘性能都相对不理想，在灯具制造过程中或在光源焊接过程中往往不容易承受达260℃短时高温，而导致老化绝缘性能减低，甚至灯具失效。

高性能聚苯硫醚(PPS)具有优异得耐化学药品性和高温下的热稳定性，并具有高阻燃性、耐辐射和良好的机械性能和电气性能。

中国专利号CN：1244887中介绍了一种加入导热石墨的聚苯硫醚(PPS)复合材料，该材料除了在其注射成形时体积电阻率控制范围好，和断裂伸长率在10％以上外，其应用范围相对较窄。

中国专利申请号200710012359.8中介绍一种导热导电的聚苯硫醚材料及其制作方法，其中添加的材料是碳纤维、玻璃纤维、金属粉末、炭黑粉末、以及无机填料等，其导热导电材料添加量为10-25％，实践中发现，虽然导热性能良好但抗冲击性能和工艺韧性不理想。

中国专利申请号200710076484.8中介绍一种高导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法，其中添加的材料还是碳纤维、玻璃纤维、金属粉末、炭黑粉末、以及无机填料等，其导热添加量为3-4％，实践中发现亦存在导热不理想的情况。

鉴于现有技术的以上缺点，本发明从新的思路出发，探讨利用聚苯硫醚树脂与金属和陶瓷纤维的相容性来制造出一种热变性稳定、拉申率优异，导热性能优异、高阻燃性、加工性能好作为LED的聚苯硫醚(PPS)复合导热材料的制造方法。

发明内容

一种LED的聚苯硫醚复合导热材料的制造方法，将重均分子量为3-5万，熔融指数为330-380g/10min的线性聚苯硫醚树脂40-60％wt，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.5-0.5％wt、纳米级导热金属纤维8-6％wt、无机填充材料12-7.5％wt、粒径为5-10nm的炭黑粉末6-4％wt、95％氧化铝陶瓷纤维32.5-22％wt制得导热性聚苯硫醚复合材料，其具体工艺流程包含如下步骤：

1)、聚苯硫醚树脂原料作氧化热交联处理，处理温度为240-260℃；氧化热交联2-4小时；

2)将经过β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷表面处理剂处理过后的所述无机填充材料和炭黑粉末加入(1)所得聚苯硫醚树脂中，加入热稳定剂磷酸壬三苯酯和，在高速搅拌机中充分混合均匀；其中无机填充材料为硫酸钙晶须、碳酸钙晶须和碳酸镁晶须其中之一或其两种或三种的混合物，晶须长为25-50μm；导热粉末材料为粒径为5-10nm的炭黑粉末；

3)将(2)所得聚苯硫醚树脂预混料与经过β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷表面处理剂处理过的95％氧化铝陶瓷纤维纳米级以及导热金属纤维材料输入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机混炼挤出成形、冷却、切粒形成作为LED的聚苯硫醚复合导热材料。

本发明中为了提高LED导热材料的导热率，一方面采用纳米级的金属纤维为增强材料，另一方面，除去可以作为保温材料的玻璃纤维，同时采用95％氧化铝纤维的目的也是提高LED导热材料的导热率，进一步降低LED芯片的发热温度，从而提高LED芯片的使用寿命，同时，加入的无机填充料也是使用的金属碳酸盐或硫酸盐晶须，提高了LED导热材料的导热率。

本发明中还可以使用的导热物质是石墨、铜、锡、铝、锌、碳化硅、氮化硅、碳纤维等导热物质，但是，由于这些物质受粉磨技术的影响，使其粉末粒径变得很不均匀，这样制造用于LED导热材料的聚苯硫醚复合材料，在进行进一步加工时，会使制品的表面变得粗糙，就会影响到制品的应用。

在本发明中所使用导热材料的粒径在10nm以下，目的是还可以提高聚苯硫醚复合材料的耐热性，同时提高其拉伸率，为了达到上述目的，以及提高聚苯硫醚复合材料的其他物理特性，还可以在其中添加晶体成核剂，脱模剂，润滑剂，紫外线防护剂，染色剂，甚至添加阻燃剂或塑料增韧剂等助剂。

附图说明：

图1为本发明工艺流程图。

图2为本发明实施例产品的性能表。

具体实施方式：

一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料的制造方法，重均分子量为5-8万，熔融指数为330-380g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后加入热稳定剂、经过表面处理的无机填充材料、导热粉末材料、在高速搅拌机中搅拌混合2-3h后，纳米级导热金属纤维或95％氧化铝陶瓷纤维也经过表面处理剂的处理后，在经过双螺杆挤出机蜜炼挤出切粒，制得LED导热材料的聚苯硫醚复合材料。

本发明中产品各项指标及所使用的检测方法是：

本发明中的各项指标均参照国际上聚苯硫醚产品性能指标要求：

其中拉伸强度和伸长率均按GB/T1040-1992执行，测试速度为10mm/min；曲褶强度按GB/T9341-1988执行，抗冲击强度按GB/T1843-1996执行，体积电阻率和表面电阻率按GB/T1410-1989执行。

本发明采用重均分子量为5-8万，熔融指数为330-380g/10min的线性聚苯硫醚树脂，常规热交联处理。本发明用图1所示工艺流程，具体实施完成：

以下是本发明中所添加材料的预处理

1、纳米级铜、铝、304不锈钢导热金属纤维材料的预处理

在通风的条件下，β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(A-168)表面处理剂溶于无水酒精形成含量为3％wt的溶液，在密闭的容器中，将纳米级导热金属纤维材料浸泡在含3％wt表面处理剂的无水酒精溶液中10min，然后取出置入恒温干燥箱中，并在通风良好的情况，在温度为160℃条件下干燥2h后待用。

2、硫酸钙、碳酸钙、碳酸镁晶须无机填充材料的预处理

在通风的条件下，β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(A-168)表面处理剂溶于无水酒精形成含量为4％wt的溶液，在密闭的容器中，将无机填充材料浸泡在含4％wt表面处理剂的无水酒精溶液中40min，然后取出置入恒温干燥箱中，并在通风良好的情况，在温度为155℃条件下干燥2h后待用。

3、炭黑粉末材料的预处理

在通风的条件下，β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(A-168)表面处理剂溶于无水酒精形成含量为5％wt的溶液，在密闭的容器中，将炭黑粉末浸泡在含5％wt表面处理剂的无水酒精溶液中60min，然后取出置入恒温干燥箱中，并在通风良好的情况，在温度为150℃条件下干燥3h后待用。

4、95％氧化铝陶瓷纤维的材料的预处理

在通风的条件下，β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷(A-168)表面处理剂溶于无水酒精形成含量为3.5％wt的溶液，在密闭的容器中，将95％氧化铝陶瓷纤维材料浸泡在含3.5％wt表面处理剂的无水酒精溶液中30min，然后取出置入恒温干燥箱中，并在通风良好的情况，在温度为160℃条件下干燥2h后待用。

实施例1：

重均分子量为3万，熔融指数为380g/10min的线性聚苯硫醚树脂在为240℃；氧化热交联4小时后，聚苯硫醚树脂40kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.5kg、预处理好的硫酸钙晶须12kg、晶须长为50μm，6％w预处理好的粒径为10nm的炭黑粉末6kg的配方、加入搅拌机中高速搅拌3小时后，然后将预处理好的纳米级铜导热金属纤维材料8kg、纤维直径为1nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维32.5kg、纤维直径为25μm的长纤维输入双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

实施例2

重均分子量为5万，熔融指数为330g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂60kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯0.5kg、预处理好的碳酸钙晶须7.5kg、晶须长为25μm，预处理好的粒径为5nm的炭黑粉末4kg的配方、加入搅拌机中高速搅拌2.5小时后，然后将预处理好的纳米级铝导热金属纤维材料6kg、纤维直径为5nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维22kg、纤维直径为10μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

实施例3

重均分子量为4万，熔融指数为337g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂50kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.0kg、预处理好的碳酸镁晶须10kg、晶须长为30μm，预处理好的粒径为6nm的炭黑粉末的配方5kg、加入搅拌机中高速搅拌3小时后，然后将预处理好的纳米级304不锈钢导热金属纤维材料7kg、纤维直径为4nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维27kg、纤维直径为20μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

实施例4

重均分子量为5万，熔融指数为330g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂55kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯0.75kg、预处理好的硫酸钙晶须8.75kg、晶须长为35μm，预处理好的粒径为8nm的炭黑粉末4.5kg的配方、加入搅拌机中高速搅拌2小时后，然后将预处理好的纳米级铜导热金属纤维材料6.5kg、纤维直径为3nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维24.5kg、纤维直径为20μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

对比实施例1

重均分子量为3.8万，熔融指数为390g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂50kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.0kg、预处理好的硫酸钙晶须9kg、晶须长为50μm，预处理好的粒径为10nm的炭黑粉末5kg的配方、加入搅拌机中高速搅拌2.5小时后，然后将预处理好的玻璃纤维、纤维直径为1-5nm的长纤维输入双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

实施例5

重均分子量为4.5万，熔融指数为375g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂47kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.3kg、预处理好的碳酸镁晶须9.7kg、晶须长为30μm，预处理好的粒径为9nm的炭黑粉末6kg的配方、加入搅拌机中高速搅拌3小时后，然后将预处理好的纳米级铝导热金属纤维材料8kg、纤维直径为4nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维28kg、纤维直径为22μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

实施例6

重均分子量为4.2万，熔融指数为374g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂48kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.5kg、预处理好的碳酸钙晶须11.5kg、晶须长为45μm，预处理好的粒径为5-10nm的炭黑粉末5kg的配方、加入搅拌机中高速搅拌2.5小时后，然后将预处理好的纳米级304不锈钢导热金属纤维材料6kg、纤维直径为5nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维28kg、纤维直径为15μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

实施例7

重均分子量为4万，熔融指数为361g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂44kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.5kg、预处理好的硫酸钙晶须12kg、晶须长为50μm，预处理好的粒径为10nm的炭黑粉末6kg的配方、加入搅拌机中高速搅拌3小时后，然后将预处理好的纳米级铜导热金属纤维材料、纤维直径为2nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维28.5kg、纤维直径为15μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

实施例8

重均分子量为4.6万，熔融指数为345g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂47kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.0kg、预处理好的碳酸钙晶须11kg、晶须长为30μm，预处理好的粒径为9nm的炭黑粉末的配方、加入搅拌机中高速搅拌2小时后，然后将预处理好的纳米级铝导热金属纤维材料、纤维直径为2nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维29kg、纤维直径为25μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

实施例9

重均分子量为5万，熔融指数为330g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂53kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.0kg、预处理好的碳酸镁晶须、晶须长为50μm，预处理好的粒径为10nm的炭黑粉末的配方、加入搅拌机中高速搅拌3小时后，然后将预处理好的纳米级304不锈钢导热金属纤维材料、纤维直径为1nm的长纤维，预处理好的95％氧化铝陶瓷纤维27kg、纤维直径为25μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

对比实施例2

重均分子量为4.3万，熔融指数为371g/10min的线性聚苯硫醚树脂经过氧化热交联后，采用聚苯硫醚树脂56kg，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯0.5kg、预处理好的碳酸镁晶须8.5kg、晶须长为45μm，预处理好的粒径为5-10nm的炭黑粉末5.5kg的配方、加入搅拌机中高速搅拌3小时后，然后将29.5kg预处理好的玄武岩纤维，纤维直径为25μm的长纤维双螺杆挤出机，最后经过同向双螺杆挤出机混炼挤出，冷却、切粒、包装，就制得一种作为LED导热材料的聚苯硫醚复合材料

以上各实施例得到产品的性能如图2所示。

在实验中可验证，在加入不同的增强材料时，虽然抗冲击强度相对有所提高，但是，韧性却降低不少。本发明聚苯硫醚复合材料，具有一定导热性能和良好的机械强度，经过注射成形后可广泛用于电子电器、军工、航天航空、电子通信等需要良好的机械性能和阻燃性能，并对导热性有一定要求的使用领域，例如在极端工作条件的电子屏蔽材料和散热材料领域。

Claims

1.一种LED的聚苯硫醚复合导热材料的制造方法，将重均分子量为3-5万，熔融指数为330-380g/10min的线性聚苯硫醚树脂40-60％wt，热稳定剂亚磷酸壬三苯酯1.5-0.5％wt、纳米级导热金属纤维8-6％wt、无机填充材料12-7.5％wt、粒径为5-10nm的炭黑粉末6-4％wt、95％氧化铝陶瓷纤维32.5-22％wt制得导热性聚苯硫醚复合材料，其具体工艺流程包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述之一种LED的聚苯硫醚复合导热材料的制造方法，其特征在于所述无机填充材料为硫酸钙晶须、碳酸钙晶须和碳酸镁晶须其中之一或其两种或三种的混合物，晶须长为25-50μm。

3.根据权利要求1所述之一种LED的聚苯硫醚复合导热材料的制造方法，其特征在于所述氧化铝陶瓷纤维、无机填充材料、导热粉末材料、纳米级导热金属纤维材料的表面进行预处理，其处理工艺流程和条件是：在通风的条件下，β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷表面处理剂溶于无水酒精形成含量为3-5％wt的溶液，在密闭的容器中，将这些材料浸泡在所述表面处理剂的无水酒精溶液中10-60min，然后取出置入恒温干燥箱中，并在通风良好的情况，在温度为150-160℃条件下干燥2-3h后待用。

4.根据权利要求1所述之一种LED的聚苯硫醚复合导热材料的制造方法，其特征在于，所使用无捻状的纳米级导热金属为铜纤维、铝纤维和304不锈钢纤维，纤维直径为1-5nm的长纤维、95％氧化铝陶瓷纤维直径为10-25μm的长纤维。