CN102532897A - 一种绝缘导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种绝缘导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法。本发明的复合材料包括以下组分和重量份：聚苯硫醚20～40份，导热填料40～60份，增韧剂5～10份，玻璃纤维5～10份，偶联剂0.5～4份，抗氧剂0.3～1份，加工助剂0.5～2份。本发明的复合材料由以下方法制备得到：将40～60份导热填料和0.5～4份偶联剂加入到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；将上面得到的混合物和20～40份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入5～15份增韧剂、0.3～1份抗氧剂和0.5～2份加工助剂混合均匀；将所得混合物由挤出机的加料斗加入，5～15份玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒。本发明的聚苯硫醚复合材料具有优良导热性能的同时，保持有良好的力学性能和加工性能。

Description

一种绝缘导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种绝缘导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法。

背景技术

随着工业生产和科学技术的迅速发展，人们对导热材料提出了更新、更高的要求，除导热性外，希望材料具有优良的综合性能，如质轻、易工艺化、力学性能优异、耐化学腐蚀及优良的电绝缘性能等，而且由于现代信息产业的快速发展，对于电子设备向超薄、轻便、数字化、多功能化、网络化方向发展寄予很高的期望。高分子材料由于具有质轻、耐化学腐蚀、易加工成型、电绝缘性能优异、力学及抗疲劳性能优良等优异的特点，开始向这些领域渗透，并逐步在这个领域发挥着重要的角色。特别是近年来，高信息产业的蓬勃发展，如电器、微电子领域中广泛使用的高散热界面材料及封装材料，电磁屏蔽、电子信息领域广泛使用的功率管、集成块、热管、集成电路、覆铜基板等元器件，高分子材料在这些高端信息化产品配件上的应用将向着高功率化、高密度化、高集成化，散热快等方向发展，这为绝缘导热高分子复合材料的发展提供了更大的舞台。

聚苯硫醚(PPS)是20世纪60年代由美国PhillipsPetroleum Company首先开发的一种综合性能良好的耐高温热塑性工程塑料。聚苯硫醚熔点为286℃左右，玻璃化转变温度为110℃，结晶度55～65％，空气中熟分解起始温度高达450℃，具有优异的性能。PPS树脂改性后短期热变形温度高达260℃，长期连续使用温度为200～240℃，是热塑性塑料中热稳定程度最高的树脂之一；PPS在200℃以下不溶于任何已知的溶剂，被认为是一种仅次于聚四氟乙烯的良好的耐化学腐蚀材料；PPS树脂具有高强度、高刚性，并且在高温条件下刚性降低很小，具有出色的耐疲劳性能和抗蠕变性能；能与许多金属和非金属材料很好地粘结，还能与许多高分子材料共混；可用一般热塑性塑料加工方法加工，如注射、挤出和压制等方法成型加工；作为耐高温结构材料和耐高温绝缘材料等使用，也可作为石油化学化工材料的耐热防腐涂层以及橡胶、塑料加工工业和食品工业的不沾性涂层。目前，它是耐高温塑料中价格最低，综合性能优异的热塑性材料，是具有良好发展潜力与竞争能力的新品种。

中国发明专利CN 101717579A公开了填充型导热绝缘聚苯硫醚与聚酰胺共混合金及其制备方法，分别以钠米级导热系数42W/(m·K)的Al₂0₃改性制备的导热母料、微米级导热系数48W/(m·K)的MgO改性制备的导热母料和微米级导热系数180W/(m·K)的SiC改性制备的导热母料填充而制备出的聚苯硫醚/聚酰胺共混合金，均具有优异的力学性能和加工性能，但导热系数提高幅度小，其对应导热系数分别为0.795W/(m·K)、1112W/(m·K)、1.426W/(m·K)。

发明内容

为了解决材料导热系数低的问题，本发明的目的是提供一种绝缘导热聚苯硫醚复合材料，该材料具有优良的导热性能、良好的力学性能及加工性能。

本发明的另一个目的是提供一种上述绝缘导热聚苯硫醚复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种绝缘导热聚苯硫醚复合材料，该复合材料包括以下组分和重量份：

聚苯硫醚            20～40份，

导热填料            40～60份，

增韧剂              5～10份，

玻璃纤维            5～10份，

偶联剂              0.5～4份，

抗氧剂              0.3～1份，

加工助剂            0.5～2份。

所述的聚苯硫醚为高分子量线性树脂，分子量大于300000。

所述的导热填料是由导热粉末颗粒和1～15份长径比10∶1～100∶1导热剂组合而成；其中导热粉末颗粒选自氧化镁(MgO)粉末颗粒、氧化铝(Al₂O₃)粉末颗粒、氧化锌(ZnO)粉末颗粒、碳化硅(SiC)粉末颗粒或氮化铝(AlN)粉末颗粒中的一种或几种的混合物；长径比10∶1～100∶1导热剂选自氧化镁晶须、碳化硅晶须、氧化锌晶须或高导热碳纤维中的一种或几种的混合物。

所述的增韧剂选自聚烯烃弹性体(POE)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)或乙烯丙烯酸酯弹性体中的一种或几种的混合物。

所述的玻璃纤维为无碱无捻玻璃纤维。

所述的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物。

所述的抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂412S、抗氧剂ST-3615(上海石化西尼尔化工科技有限公司)或抗氧剂ST-3611(上海石化西尼尔化工科技有限公司)中的一种或几种的混合物。

所述的加工助剂选自硬脂酸钙、脂肪酸或硅酮粉中的一种或几种的混合物。

本发明还提供了一种上述绝缘导热聚苯硫醚复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将40～60重量份导热填料和0.5～4重量份偶联剂加入到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；

(2)将步骤(1)得到的混合物和20～40重量份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入5～15重量份增韧剂、0.3～1重量份抗氧剂和0.5～2重量份加工助剂混合均匀；

(3)将步骤(2)所得混合物由挤出机的加料斗加入，5～15重量份玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒。

本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明通过晶须和玻璃纤维的添加，提高了聚苯硫醚复合材料导热网络的连续性。

(2)本发明制得的绝缘导热聚苯硫醚复合材料，具有优良的导热性能的同时，保持有良好的力学性能和加工性能。

(3)本发明提供的绝缘导热聚苯硫醚复合材料的制备工艺简单。

具体实施方式

以下结合所示实施例对本发明作进一步的说明。

性能测试：

拉伸强度和断裂伸长率按ISO 527-1，2标准进行检验；弯曲强度和弯曲模量按ISO 178标准进行检验；缺口冲击强度和无缺口冲击强度按ISO 179-1，2标准进行检验；热变形温度按ISO75-1，2标准进行检测；导热系数按ASTM E1461标准进行检验；体积电阻率按ASTM D257标准进行检测。

实施例1

组分和重量份如下：

聚苯硫醚                        20份

MgO粉                           50份

MgO晶须                         10份

POE弹性体                       10份

无碱无捻玻璃纤维                10份

硅烷偶联剂                      1份

抗氧剂ST-3611                   0.5份

硅酮粉                          1份

将50份MgO粉、10份MgO晶须和1份硅烷偶联剂到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；然后将20份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入10份POE弹性体、0.5份抗氧剂ST-3611、1份硅酮粉混合均匀；所得混合物由挤出机的加料斗加入，而10份无碱无捻玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒，制得绝缘导热聚苯硫醚复合材料。

实施例2

组分和重量份如下：

聚苯硫醚                        30份

MgO粉                           40份

MgO晶须                         10份

POE弹性体                       10份

无碱无捻玻璃纤维                10份

钛酸酯偶联剂                    1份

抗氧剂ST-3611                   0.5份

硅酮粉                          1份

将40份MgO粉、10份MgO晶须和1份钛酸酯偶联剂到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；然后将30份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入10份POE弹性体、0.5份抗氧剂ST-3611、1份硅酮粉混合均匀；所得混合物由挤出机的加料斗加入，而10份无碱无捻玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒，制得绝缘导热聚苯硫醚复合材料。

实施例3

组分和重量份如下：

聚苯硫醚                    40份

MgO粉                       30份

MgO晶须                     10份

POE弹性体                   10份

无碱无捻玻璃纤维            10份

硅烷偶联剂                  1份

抗氧剂ST-36110.             0.5份

硅酮粉                      1份

将30份MgO粉、10份MgO晶须和1份硅烷偶联剂到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；然后将40份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入10份POE弹性体、0.5份抗氧剂ST-3611、1份硅酮粉混合均匀；所得混合物由挤出机的加料斗加入，而10份无碱无捻玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒，制得绝缘导热聚苯硫醚复合材料。

实施例4

组分和重量份如下：

聚苯硫醚                    30份

Al₂O₃粉                     40份

ZnO晶须                     15份

MBS                         5份

无碱无捻玻璃纤维            10份

硅烷偶联剂                  1份

抗氧剂ST-3615               0.5份

硅酮粉                      1份

将40份Al₂O₃粉、15份ZnO晶须和1份硅烷偶联剂到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；然后将30份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入5份MBS、0.5份抗氧剂ST-3615、1份硅酮粉混合均匀；所得混合物由挤出机的加料斗加入，而10份无碱无捻玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒，制得绝缘导热聚苯硫醚复合材料。

实施例5

组分和重量份如下：

聚苯硫醚                    30份

SiC粉                       50份

SiC晶须                     10份

乙烯丙烯酸酯弹性体               5份

无碱无捻玻璃纤维                 5份

钛酸酯偶联剂                     1份

抗氧剂1010                       0.3份

抗氧剂1680                       0.2份

硅酮粉                           1份

将50份SiC粉、10份SiC晶须和1份钛酸酯偶联剂到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；然后将30份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入5份乙烯丙烯酸酯弹性体、0.3份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、1份硅酮粉混合均匀；所得混合物由挤出机的加料斗加入，而5份无碱无捻玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒，制得绝缘导热聚苯硫醚复合材料。

实施例6

组分和重量份如下：

聚苯硫醚                         30份

AlN粉                            50份

高导热碳纤维                     15份

POE弹性体                        5份

无碱无捻玻璃纤维                 5份

硅烷偶联剂                       1份

抗氧剂ST-3611                    0.5份

硅酮粉                           1份

将45份AlN粉、15份高导热碳纤维和1份硅烷偶联剂到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；然后将30份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入5份POE弹性体、0.5份抗氧剂ST-3611、1份硅酮粉混合均匀；所得混合物由挤出机的加料斗加入，而5份无碱无捻玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒，制得绝缘导热聚苯硫醚复合材料。

实施例1～6和对比商业化产品

D5110的材料性能见表1：

由表1可以看出，采用本发明所提出的技术方案制备的导热聚苯硫醚复合材料均具有良好的导热性能和力学性能。随着导热填料质量分数的增加，复合材料导热系数也随之增加，不同的导热粉末颗粒和晶须组合制备的导热聚苯硫醚复合材料导热性能有较大差异，可根据需要进行灵活设计。导热系数在1～10W/(m·K)范围内的热塑性塑料即可达到某些使用金属部件的场合的导热要求。本发明提供的工艺中，晶须或高导热碳纤维的加入对复合材料绝缘性能影响小，可达到一般使用场合的绝缘要求。

以上对本发明所提供的一种绝缘导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对苯发明的原理及实践方式进行了阐述，已上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

表1

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚苯硫醚复合材料，其特征在于：该复合材料包括以下组分和重量份，

聚苯硫醚                  20～40份，

导热填料                  40～60份，

增韧剂                    5～10份，

玻璃纤维                  5～10份，

偶联剂                    0.5～4份，

抗氧剂                    0.3～1份，

加工助剂                  0.5～2份。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的聚苯硫醚为高分子量线性树脂，分子量大于300000。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的导热填料是由导热粉末颗粒和1～15份长径比10∶1～100∶1导热剂组合而成。

4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于：所述的导热粉末颗粒选自氧化镁粉末颗粒、氧化铝粉末颗粒、氧化锌粉末颗粒、碳化硅粉末颗粒或氮化铝粉末颗粒中的一种或几种的混合物；长径比10∶1～100∶1导热剂选自氧化镁晶须、碳化硅晶须、氧化锌晶须或高导热碳纤维中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的增韧剂选自聚烯烃弹性体、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物或乙烯丙烯酸酯弹性体中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为无碱无捻玻璃纤维。

7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种的混合物。

8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂412S、抗氧剂ST-3615或抗氧剂ST-3611中的一种或几种的混合物。

9.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的加工助剂选自硬脂酸钙、脂肪酸或硅酮粉中的一种或几种的混合物。

10.权利要求1至9任一所述的复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，

(1)将40～60重量份导热填料和0.5～4重量份偶联剂加入到高速混合机中，80～120℃下搅拌10～45min；

(2)将步骤(1)得到的混合物和20～40重量份的聚苯硫醚加入到高速混合机中，并加入5～15重量份增韧剂、0.3～1重量份抗氧剂和0.5～2重量份加工助剂混合均匀；

(3)将步骤(2)所得混合物由挤出机的加料斗加入，5～15重量份玻璃纤维由玻璃纤维口加入，经熔融挤出，造粒。