CN102464883A - 一种导热树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导热树脂组合物，所述导热树脂组合物中含有100重量份的基体树脂、100-150重量份的导热填料和10-50重量份的含锡合金；所述基体树脂为尼龙或聚苯硫醚，导热填料为石墨和铝粉，含锡合金为Sn-Sb合金或Sn-Ag-Sb合金。本发明还提供了所述导热树脂组合物的制备方法。本发明的导热树脂组合物在保持成本较低的前提下，同时具有良好的机械性能和导热性能。

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及其制备方法。

背景技术

目前，工业中常用的散热器件主要以导热性能较好的金属材料为主，但金属材料一方面耐腐蚀性较差，且难以加工成复杂的形状，其应用领域受到较大限制。因此，高耐腐蚀、易加工成型的聚合物开始替代传统金属材料用作导热材料，但是聚合物的热导率较低，因此必须对聚合物中加入导热填料以提高其热导率，常用的导热填料主要有金属粉末、金属氧化物或氮化物。

例如CN1556837A中公开一种高导热树脂组合物及其制备方法，该树脂组合物由40vol%以上的基体树脂、10-55vol%的导热性填料和熔点低于500℃的低熔点合金；其中导热填料含有铜粉和石墨，低熔点合金选自使用Sn-Cu、Sn-Al、Sn-Zn、Sn-Pt、Sn-Mn、Sn-Mg、Sn-Ag、Sn-Au中的至少一种。但是，该树脂组合物中采用的低熔点合金会降低树脂组合物的机械性；同时，该树脂组合物的导热性较差。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的导热树脂组合物机械性能和导热性能较差的技术问题。

本发明提供了一种导热树脂组合物，所述导热树脂组合物中含有100重量份的基体树脂、100-150重量份的导热填料和10-50重量份的含锡合金；所述基体树脂为尼龙6、尼龙66或聚苯硫醚，导热填料为石墨和铝粉，含锡合金为Sn-Sb合金或Sn-Ag-Sb合金。

本发明还提供了所述导热树脂的制备方法，包括将含有基体树脂、导热填料和含锡合金的混合物按比例混合均匀，挤出、成型，得到所述导热树脂组合物；所述含锡合金的熔点高于挤出温度，低于成型温度。

本发明提供的导热树脂组合物，通过对基体树脂、导热填料、含锡合金的种类和含量通过适当选择，使得本发明的在保持成本较低的前提下同时具有良好的机械性能和导热性能。   

具体实施方式

本发明提供了一种导热树脂组合物，所述导热树脂组合物中含有100重量份的基体树脂、100-150重量份的导热填料和10-50重量份的含锡合金；所述基体树脂为尼龙6、尼龙66或聚苯硫醚，导热填料为石墨和铝粉，含锡合金为Sn-Sb合金或Sn-Ag-Sb合金。

本发明的发明人通过大量实验发现，采用本发明的尼龙6、尼龙66或聚苯硫醚作为基体树脂，石墨和铝粉的混合物用作导热填料，并通过采用Sn-Sb合金或Sn-Ag-Sb合金得到的本发明的导热树脂组合物，既具有良好的机械性能，又具有较高的导热性能。

本发明中，基体树脂采用尼龙6（PA6）、尼龙66（PA66）或聚苯硫醚（PPS）。尼龙6、尼龙66、聚苯硫醚均具有良好的流动性和耐热性，在基体树脂中填充入导热填料后仍具有较好的流动性和加工性能，因此能制备各种所需形状的导热树脂组合物。

本发明中，导热填料采用石墨和铝粉。石墨和铝粉，价格低廉，且导热性良好。其中，铝粉不会促进基体树脂的降解，保证本发明的导热树脂组合物的机械性。另外，铝粉质量密度较小，添加与铜粉相同的体积份数，其质量含量仍较低，不会降低导热树脂组合物中其他组分的质量含量。优选情况下，所述石墨为人造膨胀石墨或鳞片状石墨，铝粉为球状铝粉或片状铝粉。采用本发明优选的石墨和铝粉，能有效提高石墨和铝粉在基体树脂中的均匀分散；另一方面，人造膨胀石墨、鳞片状石墨具有更好的导热性能。以导热填料的总质量为基准，所述导热填料中石墨的含量为60-80wt%，铝粉的含量为20-40wt%。

本发明中，所述含锡合金采用Sn-Sb合金或Sn-Ag-Sb合金。锡(Sn)的熔点为232℃，锑(Sb)的熔点为631℃，银(Ag)的熔点为962℃。本发明中，采用含锡的Sn-Sb合金或Sn-Ag-Sb合金，合金的熔点为235-350℃。所述含锡合金分布于基体树脂中，用于连接均匀分散于基体树脂中的石墨和铝粉，在基体树脂内部形成良好的三维导热网络，从而保证本发明的导热树脂组合物的良好的导热效率。本发明的导热树脂组合物中含有含锡合金，在制备过程中，通过控制挤出温度低于含锡合金的熔点，而成型温度高于含锡合金的熔点，使得含锡合金与导热填料在基体树脂中均有分布，在基体树脂内部各个角落形成均匀分布的三维导热网络，保证导热树脂组合物的均匀热导率。

本发明中，含锡合金的熔点较低，成型时熔融状态均匀分布于基体树脂中，连接导热填料形成均匀分布的导热路径，因此可有效降低含锡合金以及导热填料的含量，而保证基体树脂的含量较大，从而保证导热树脂组合物的机械性能。所述导热树脂组合物中，以100重量份的基体树脂为基准，导热填料的含量为100-150重量份，含锡合金的含量为10-50重量份。优选情况下，以100重量份的基体树脂为基准，导热填料的含量为120-140重量份，含锡合金的含量为20-40重量份。

本发明中，为提高导热树脂组合物的流动性，使导热填料和含锡合金在基体树脂中均匀分布，所述导热树脂组合物中还可含有润滑剂。以100重量份的基体树脂为基准，润滑剂的含量为0.1-3重量份，优选为0.5-2重量份。所述润滑剂为本领域技术人员常用的各种润滑剂，例如可以为聚乙烯蜡。本发明中，所述润滑剂可直接采用商购产品，例如可以采用三井化学株式会社的HW1105A。

作为本发明的一种优选实施方式，所述导热树脂组合物中还含有马来酸酐改性树脂。所述马来酸酐改性树脂中含有活性马来酸酐基团，能有效连接基体树脂与导热填料，从而减少导热树脂组合物中基体树脂与导热填料之间的微量气泡，提高本发明的导热树脂组合物的热导率。以100重量份的基体树脂为基准，马来酸酐改性树脂的含量为5-20重量份，优选为5-10重量份。所述马来酸酐改性树脂可采用马来酸酐改性PA6，也可直接采用商购产品，例如可以采用Arkema公司的LOTADER 4210。

本发明还提供了所述导热树脂组合物的制备方法，包括将含有基体树脂、导热填料和含锡合金的混合物按比例混合均匀，挤出、成型，得到所述导热树脂组合物；所述含锡合金的熔点高于挤出温度，低于成型温度。所述混合均匀可通过高速混合机中完成，共挤出可以通过双螺杆挤出机完成，成型可通过注塑机完成。

作为本领域技术人员的公知常识，挤出温度、成型温度根据基体树脂不同而不同。例如，本发明中，基体树脂为尼龙6树脂时，挤出温度为230-250℃；基体树脂为尼龙66时，挤出温度为270-285℃；基体树脂为聚苯硫醚时，挤出温度为285-295℃。基体树脂为尼龙6树脂时，成型温度为260-270℃；基体树脂为尼龙66时，成型温度为295-305℃；基体树脂为聚苯硫醚时，成型温度为305-315℃。

本发明的发明人发现，通过对含锡合金进行适当选择，使含锡合金的熔点位于挤出温度和成型温度之间，能有效提高树脂组合物的机械性能和导热性能。发明人认为，挤出温度低于含锡合金熔点，因此挤出时含锡合金在基体树脂中以粉末状存在，通过双螺杆挤出机的双螺杆强剪切作用，含锡合金充分分散于导热填料中；成型温度高于含锡合金熔点温度，因此成型时含锡合金开始熔融，且此时含锡合金的粘度与树脂相差很小，会均匀分散于基体树脂中；含锡合金继续熔融，通过与导热填料接触、熔敷使导热填料之间连通，从而在基体树脂中形成三维的导热路径。

作为本发明的优选实施方式，所述混合物中还含有润滑剂和/或马来酸酐改性树脂。所述润滑剂可直接采用三井化学株式会社的 HW1105A。马来酸酐改性树脂可采用马来酸酐基团改性PA6或者Arkema公司的LOTADER 4210。

以下结合实施例对本发明作进一步说明。实施例及对比例中采用的原来均通过商购得到。

实施例1

将100重量份PA6、120重量份人造膨胀石墨、15重量份片状铝粉、10重量份熔点为260℃的Sn-Sb合金、5重量份马来酸酐改性PA6和0.3重量份润滑剂HW1105A加入到高速混合机中，混合均匀；转入双螺杆挤出机（南京新时代XSD-75型）挤出造粒，螺杆转速为250r/min，喂料速度为50r/min，245℃下挤出、切粒，然后在265℃下采用注塑机进行成型加工，得到本实施例的导热树脂组合物，记为S1。

实施例2

采用与实施例1相同的方法制备导热树脂组合物S2，不同之处在于：

将100重量份PPS、100重量份鳞片状石墨、25重量份片状铝粉、15重量份熔点为305℃的Sn-Ag-Sb合金、10重量份Lotader 4210和0.3重量份润滑剂HW1105A加入到高速混合机混合均匀；挤出温度为290℃；成型温度为310℃℃。    

通过上述步骤，得到本实施例的导热树脂组合物S2。

实施例3

采用与实施例1相同的方法制备导热树脂组合物S3，不同之处在于：

将100重量份PA66、120重量份鳞片状石墨、30重量份片状铝粉、50重量份熔点为290℃的Sn-Ag-Sb合金、20重量份马来酸酐改性PA6和2重量份润滑剂HW1105A加入到高速混合机混合均匀；挤出温度为280℃；成型温度为300℃。   

通过上述步骤，得到本实施例的导热树脂组合物S3。

实施例4

采用与实施例1相同的方法制备导热树脂组合物S4，不同之处在于：

将100重量份PA66、80重量份鳞片状石墨、20重量份球状铝粉、20重量份熔点为290℃的Sn-Ag-Sb合金、10重量份LOTADER 4210和1重量份润滑剂HW1105A加入到高速混合机混合均匀；挤出温度为280℃；成型温度为300℃。   

通过上述步骤，得到本实施例的导热树脂组合物S4。

对比例1

采用与实施例1相同的方法制备导热树脂组合物DS1，不同之处在于：

将100重量份PPS、140重量份铜-石墨复合粉末（平均粒径62微米，铜与石墨质量比为1：1）、10重量份熔点为300℃的Sn-Cu合金加入到高速混合机混合均匀。   

通过上述步骤，得到本实施例的导热树脂组合物DS1。

性能测试：

1、机械性能测试：

采用ASTM D638公开的方法测试各导热树脂组合物S1-S4和DS1的拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率。测试结果如表1所示。   

2、导热性能测试：

采用湖南湘潭仪器仪表有限公司生产的DRL-II型导热系数测试仪测试各导热树脂组合物S1-S4和DS1的层内导热系数和层间导热系数。测试结果如表1所示。   

表1

性能	S1	S2	S3	S4	DS1
						拉伸强度(MPa)	53	52	55	50	45
拉伸模量(MPa)	9300	9100	9500	9000	8500
						缺口冲击强度(J/m)	25	35	40	38	20
层内导热系数W/(m·k)	11.5	10.6	12.3	9.5	8
						层间导热系数W/(m·k)	1.5	1.3	1.8	1.2	1.0

从上表1的测试结果可以看出，实施例1-4制备的导热树脂组合物S1-S4的机械性能和导热性能明显优于对比例的导热树脂组合物。

从S1-S4与DS1的测试结果比较可以看出，采用本发明的优选实施方式，即含有马来酸酐改性树脂和润滑剂时，导热树脂组合物的机械性能和导热性能更好。

Claims (10)

1.一种导热树脂组合物，其特征在于，所述导热树脂组合物中含有100重量份的基体树脂、100-150重量份的导热填料和10-50重量份的含锡合金；所述基体树脂为尼龙6、尼龙66或聚苯硫醚，导热填料为石墨和铝粉，含锡合金为Sn-Sb合金或Sn-Ag-Sb合金。

2.根据权利要求1所述的导热树脂组合物，其特征在于，以导热填料的总质量为基准，所述导热填料中石墨的含量为60-80wt%，铝粉的含量为20-40wt%。

3.根据权利要求1或2所述的导热树脂组合物，其特征在于，所述石墨为人造膨胀石墨或鳞片状石墨，所述铝粉为球状铝粉或片状铝粉。

4.根据权利要求1所述的导热树脂组合物，其特征在于，所述含锡合金的熔点为235-350℃。

5.根据权利要求1所述的导热树脂组合物，其特征在于，以100重量份的基体树脂为基准，所述导热树脂组合物中还含有0.1-3重量份的润滑剂；所述润滑剂为聚乙烯蜡。

6.根据权利要求1所述的导热树脂组合物，其特征在于，以100重量份的基体树脂为基准，所述导热树脂组合物中还含有5-20重量份的马来酸酐改性树脂。

7.权利要求1所述的导热树脂组合物的制备方法，包括将含有基体树脂、导热填料和含锡合金的混合物按比例混合均匀，挤出、成型，得到所述导热树脂组合物；所述含锡合金的熔点高于挤出温度，低于成型温度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基体树脂为尼龙6树脂，挤出温度为230-250℃；基体树脂为尼龙66，挤出温度为270-285℃；基体树脂为聚苯硫醚，挤出温度为285-295℃。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基体树脂为尼龙6树脂，成型温度为260-270℃；基体树脂为尼龙66，成型温度为295-305℃；基体树脂为聚苯硫醚，成型温度为305-315℃。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述混合物中还含有润滑剂和/或马来酸酐改性树脂；所述润滑剂为聚乙烯蜡。