CN102952388B - 高介电常数导热塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高介电常数导热塑料及其制备方法，导热塑料是由导热粉体、高介电粉体、偶联剂、热塑性树脂、增韧填充物、相容剂、玻璃纤维混合而成，其具有较高的介电常数，导热性能好，易于成型，且可根据需要方便加工成各种形状。制备方法是将一定比例的干燥过的导热粉体、高介电粉体和偶联剂在高速分散机中搅拌混合5～15分钟，然后加入一定比例的热塑性树脂、增韧填充物和相容剂，并搅拌混合5～15分钟，形成混合物，最后将述混合物和干燥过的玻璃纤维加入挤出机中造粒，注塑加工成所需要的产品形状。本发明的高介电常数导热塑料具有制备简单、易于实施等特点，可广泛用于各种天线接收装置外壳的制作。
Description
【技术领域】
本发明涉及导热材料，特别涉及一种用于天线接收装置外壳的高介电常数导热塑料及其制备方法。
【背景技术】
随着科技的发展，数码产品正朝轻、薄等方向发展，对于手机、GPS、电视、路由器等各种带有信号收发功能的数码产品而言，一方面要保证产品外观轻、薄，另一方面也要保证产品的信号接收性能。产品的信号接收性能在很大程度上与其内置的信号接收天线有关。在信号接收天线中，外部材料的介电常数对天线发射频率的吸收会影响天线的效能。目前天线接收装置外壳所用的主要的材质为陶瓷材料。随着IT设备的微型化，天线保护外壳的外形尺寸越来越小，并为满足整体设计而需要多样化的外观。然而，由于陶瓷材料本身所具有的特性，其不易成型较复杂的形状，且微型化方面亦存在很多的困难。另一方面，塑料虽具有易成型特性，但其具有较低的介电常数(一般在3以下)，对天线的频率有很大的影响，且塑料本身的导热系数很低(一般在0.2以下)，因此，如果以塑料作为天线接收装置的外壳材料必然会影响天线热量的散发，进而影响到天线的性能。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种介电常数高、散热良好、易成型、且可根据需要方便加工成各种形状的高介电常数导热塑料。
本发明的目的还在于提供该高介电常数导热塑料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种高介电常数导热塑料，其特征在于，该导热塑料是由按重量百分比计的下列组分复合而成：
其中高介电粉体质量百分比大于0，
所述热塑性树脂选自芳香类聚碳酸酯、ABS、聚丙烯、PA中的一种或几种的组合，该热塑性树脂的熔融指数需在7g/10min以上。
所述玻璃纤维为碱性玻璃纤维丝，其直径为1～30μm。
所述导热粉体为氧化铝、氮化硼中的至少一种，其粒径为2～40μm；所述高介电粉体为掺杂有0～10％(重量)氧化铝、氧化锌或二元稀土氧化物的氧化锆、钛酸钡中的至少一种，其粒径为0.1～20μm。通过对导热粉体、高介电粉体的粒径和形貌的选择，可以很好地保证导热塑料在导热的同时还具有良好的机械强度。
所述增韧填充物为壳核结构或嵌段结构的橡胶类增韧剂；所述偶联剂为含有环氧基、甲基丙烯酸基或氨基结构的硅烷类偶联剂；所述相容剂为接枝物含量在1％以上的含极性和非极性接枝聚合物及重均分子量在10000以下的低分子量聚合物中的至少一种。
所述导热粉体为具有片状或纤维状结构的氧化铝、氮化硼中的至少一种。
一种高介电常数导热塑料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、将所述比例的干燥过的导热粉体、高介电粉体和偶联剂在高速分散机中搅拌混合5～15分钟，然后按所述比例加入热塑性树脂、增韧填充物和相容剂，并搅拌混合5～15分钟，形成混合物；
b、将所述混合物和干燥过的所述比例的玻璃纤维加入挤出机中造粒，然后注塑加工成所需要的产品形状。
所述热塑性树脂选自芳香类聚碳酸酯、ABS、聚丙烯、PA中的一种或几种的组合；所述玻璃纤维为碱性玻璃纤维丝；所述导热粉体为氧化铝、氮化硼中的至少一种；所述高介电粉体为掺杂有0～10％(重量)氧化铝、氧化锌或二元稀土氧化物的氧化锆、钛酸钡中的至少一种；所述增韧填充物为壳核结构或嵌段结构的橡胶类增韧剂；所述偶联剂为含有环氧基、甲基丙烯酸基或氨基结构的硅烷类偶联剂；所述相容剂为接枝物含量在1％以上的含极性和非极性接枝聚合物及重均分子量在10000以下的低分子量聚合物中的至少一种。
为了保证组合物在加工过程中的流动性，步骤(a)中还可以添加本领域技术人员公知的各种润滑剂，例如PETS、EBS等耐高温润滑剂。
步骤(a)中，所述高速分散机的转速为1500～2500r/min。
本发明的高介电常数导热塑料由导热粉体、高介电粉体、偶联剂、热塑性树脂、增韧填充物、相容剂混合而成，并添加了玻璃纤维，使得形成的导热塑料介电常数高，导热性能好，且具有热塑性树脂易成型的特点。本发明的高介电常数导热塑料具有制备简单、易于实施等特点。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
实施例1
将400g粒径为10μm的片状氧化铝导热粉体(分子式为Al2O3，)、200g粒径为3μm的氮化硼导热粉体(分子式为BN)、50g粒径为1μm的掺杂有5％(重量)氧化铝的氧化锆高介电粉体、5gKBM-603硅烷偶联剂(其化学名为N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，分子式为C8H22O3N2Si)、2gEBS润滑剂(其化学名为乙撑双硬脂酰胺，分子式为C38H76N2O2)放入高速搅拌机中，高速搅拌机以2000r/min的转速搅拌10min，使其混合均匀。然后再往高速搅拌机中加入293g的聚碳酸酯热塑性树脂及50gSEBS(丁烯—苯乙烯嵌段聚合物)增韧填充物，搅拌机继续在2000r/min的转速搅拌10min，使加入物混合均匀。将搅拌后得到的混合物加入到双螺杆挤出机的主喂料口中，待双螺杆挤出机的温度达到220～260℃时，优选250℃，开启喂料系统，待物料从机头出料时，将50g直径为1μm玻璃纤维丝加入辅喂料口中，调整螺杆转速，从而生产出大小合适、外观达标的粒料。
经上述步骤生成的粒料，按照ASTM标准利用注塑机制作出介电常数测试样条及导热系数测试样条，用于测试粒料的介电常数及导热系数。利用注塑机制作测试样条时，根据混合所用的热塑性树脂材料的不同而采用不同温度进行注塑，本实施例中，所述热塑性树脂为聚碳酸酯，注塑机制作测试样条的温度为250～300℃，优选280℃。最后将制作而成的导热系数测试样条和介电常数测试样条分别用热导系数测试仪，如HotDisk测试仪及介电常数测试仪，如SBJDCS-A型测试仪进行测试。
经测试，样条的导热系数为3W/m·k，介电常数为9.8，拉伸强度为64Mpa，断裂伸长率为5％，冲击强度为4.8J/m2。
实施例2
将100g粒径为13μm的片状氧化铝导热粉体(分子式为Al2O3，)、100g粒径为13μm的纤维状氧化铝导热粉体、400g粒径为16μm的氮化硼导热粉体(分子式为BN)、50g粒径为0.4μm的掺杂有10％(重量)氧化钇(分子式为Y2O3)的钛酸钡(分子式为BaTiO3)高介电粉体、5gKBM-603硅烷偶联剂(其化学名为N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，分子式为C8H22O3N2Si)、2gEBS润滑剂(其化学名为乙撑双硬脂酰胺，分子式为C38H76N2O2)放入高速搅拌机中，高速搅拌机以2000r/min的转速搅拌10min，使其混合均匀。然后再往高速搅拌机中加入283g的聚丙烯热塑性树脂(其分子式为(C3H6)n)及40gPP-g-Ma(其化学名为马来酸酐接枝改性聚丙烯)相容剂，使搅拌机在1500r/min的转速搅拌5min，将加入物混合均匀形成混合物。将搅拌后得到的混合物加入到双螺杆挤出机的主喂料口中，待双螺杆挤出机的温度达到160～210℃时，优选180℃，开启喂料系统，待物料从机头出料时，将50g直径为5μm玻璃纤维丝加入辅喂料口中，调整螺杆转速，从而生产出大小合适、外观达标的粒料。
经上述步骤生成的粒料，按照ASTM标准利用注塑机制作出介电常数测试样条及导热系数测试样条，用于测试粒料的介电常数及导热系数。利用注塑机制作测试样条时，根据混合所用的热塑性树脂材料的不同而采用不同温度进行注塑，本实施例中，所述热塑性树脂为聚丙烯，注塑机制作测试样条的温度为180～230℃，优选200℃。最后将制作而成的导热系数测试样条和介电常数测试样条分别用热导系数测试仪，如HotDisk测试仪及介电常数测试仪，如SBJDCS-A型测试仪进行测试。
经测试，样条的导热系数为4.5W/m·k，介电常数为11.2，拉伸强度为32Mpa，断裂伸长率为10.8％，冲击强度为7.3J/m2。
实施例3
将400g粒径为13μm的片状氧化铝导热粉体(分子式为Al2O3，)、100g粒径为13μm的纤维状氧化铝导热粉体、150g粒径为16μm的氮化硼导热粉体(分子式为BN)、30g粒径为4μm的钛酸钡高介电粉体(分子式为BaTiO3)、5gKH550硅烷偶联剂(其化学名为r-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂，分子式为NH2(CH2)3Si(OCH3)3)、2gEBS润滑剂(其化学名为乙撑双硬脂酰胺，分子式为C38H76N2O2)放入高速搅拌机中，高速搅拌机以1500r/min的转速搅拌10min，使其混合均匀。然后再往高速搅拌机中加入200g的PA6(其化学名为聚酰胺6)热塑性树脂，使搅拌机在2000r/min的转速搅拌10min，将加入物混合均匀形成混合物。将搅拌后得到的混合物加入到双螺杆挤出机的主喂料口中，待双螺杆挤出机的温度达到245℃时，开启喂料系统并调整螺杆转速，从而生产出大小合适、外观达标的粒料。
经上述步骤生成的粒料，按照ASTM标准利用注塑机制作出介电常数测试样条及导热系数测试样条，用于测试粒料的介电常数及导热系数。利用注塑机制作测试样条时，根据混合所用的热塑性树脂材料的不同而采用不同温度进行注塑，本实施例中，所述热塑性树脂为PA6，注塑机制作测试样条的温度为260～300℃，优选300℃。最后将制作而成的导热系数测试样条和介电常数测试样条分别用热导系数测试仪，如HotDisk测试仪及介电常数测试仪，如SBJDCS-A型测试仪进行测试。
经测试，样条的导热系数为4.2W/m·k，介电常数为10.1，拉伸强度为53.3Mpa，断裂伸长率为5.7％，冲击强度为5.6J/m2。
实施例4
将300g粒径为13μm的片状氧化铝导热粉体(分子式为Al2O3，)、100g粒径为40μm的纤维状氧化铝导热粉体(分子式为Al2O3)、200g粒径为16μm的氮化硼导热粉体(分子式为BN)、40g粒径为1μm的掺杂有10％(重量)氧化锌的氧化锆(分子式为ZrO2)高介电粉体、5gKH550硅烷偶联剂(其化学名为r-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂，分子式为NH2(CH2)3Si(OCH3)3)、2gEBS润滑剂(其化学名为乙撑双硬脂酰胺，分子式为C38H76N2O2)放入高速搅拌机中，高速搅拌机以2000r/min的转速搅拌10min，使其混合均匀。然后再往高速搅拌机中加入200g的聚碳酸酯热塑性树脂，使搅拌机继续在2000r/min的转速搅拌10min，使加入物混合均匀。将搅拌后得到的混合物加入到双螺杆挤出机的主喂料口中，待双螺杆挤出机的温度达到245℃时，开启喂料系统，并调整螺杆转速，从而生产出大小合适、外观达标的粒料。
经上述步骤生成的粒料，按照ASTM标准利用注塑机制作出介电常数测试样条及导热系数测试样条，用于测试粒料的介电常数及导热系数。利用注塑机制作测试样条时，根据混合所用的热塑性树脂材料的不同而采用不同温度进行注塑，本实施例中，所述热塑性树脂为聚碳酸酯，注塑机制作测试样条的温度为250～300℃，优选270℃。最后将制作而成的导热系数测试样条和介电常数测试样条分别用热导系数测试仪，如HotDisk测试仪及介电常数测试仪，如SBJDCS-A型测试仪进行测试。
经测试，样条的导热系数为4.3W/m·k，介电常数为7.7，拉伸强度为60.3Mpa，断裂伸长率为4.8％，冲击强度为5.1J/m2。
实施例5
将400g粒径为13μm的片状氧化铝导热粉体(分子式为Al2O3)、100g粒径为20μm的纤维状氧化铝导热粉体(分子式为Al2O3)、150g粒径为16μm的氮化硼导热粉体(分子式为BN)、5gKH550硅烷偶联剂(其化学名为r-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂，分子式为NH2(CH2)3Si(OCH3)3)、2gEBS润滑剂(其化学名为乙撑双硬脂酰胺，分子式为C38H76N2O2)放入高速搅拌机中，高速搅拌机以2000r/min的转速搅拌10min，使其混合均匀。然后再往高速搅拌机中加入200g的PA6(其化学名为聚酰胺6)热塑性树脂，使搅拌机继续在2000r/min的转速搅拌10min，使加入物混合均匀。将搅拌后得到的混合物加入到双螺杆挤出机的主喂料口中，待双螺杆挤出机的温度达到245℃时，开启喂料系统，并调整螺杆转速，从而生产出大小合适、外观达标的粒料。
经上述步骤生成的粒料，按照ASTM标准利用注塑机制作出介电常数测试样条及导热系数测试样条，用于测试粒料的介电常数及导热系数。利用注塑机制作测试样条时，根据混合所用的热塑性树脂材料的不同而采用不同温度进行注塑，本实施例中，所述热塑性树脂为PA6，注塑机制作测试样条的温度为300℃。最后将制作而成的导热系数测试样条和介电常数测试样条分别用热导系数测试仪，如HotDisk测试仪及介电常数测试仪，如SBJDCS-A型测试仪进行测试。
经测试，样条的导热系数为3.4W/m·k，介电常数为5.5，拉伸强度为50.6Mpa，断裂伸长率为4.2％，冲击强度为4.6J/m2。
实施例6
将300g粒径为2μm的片状氧化铝导热粉体(分子式为Al2O3，)、200g粒径为20μm的掺杂有5％(重量)氧化铈(分子式为CeO2)的氧化锆高介电粉体(分子式为ZrO2)、50gKBM-603硅烷偶联剂(其化学名为N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，分子式为C8H22O3N2Si)、50gEBS润滑剂(其化学名为乙撑双硬脂酰胺，分子式为C38H76N2O2)放入高速搅拌机中，高速搅拌机以2000r/min的转速搅拌10min，使其混合均匀。然后再往高速搅拌机中加入593g的聚碳酸酯热塑性树脂及100gSEBS(丁烯—苯乙烯嵌段聚合物)增韧填充物，搅拌机继续在2000r/min的转速搅拌10min，使加入物混合均匀。将搅拌后得到的混合物加入到双螺杆挤出机的主喂料口中，待双螺杆挤出机的温度达到220～260℃时，优选250℃开启喂料系统，待物料从机头出料时，将100g直径为30μm玻璃纤维丝加入辅喂料口中，调整螺杆转速，从而生产出大小合适、外观达标的粒料。
经上述步骤生成的粒料，按照ASTM标准利用注塑机制作出介电常数测试样条及导热系数测试样条，用于测试粒料的介电常数及导热系数。利用注塑机制作测试样条时，根据混合所用的热塑性树脂材料的不同而采用不同温度进行注塑，本实施例中，所述热塑性树脂为聚碳酸酯，注塑机制作测试样条的温度为250～300℃，优选280℃。最后将制作而成的导热系数测试样条和介电常数测试样条分别用热导系数测试仪，如HotDisk测试仪及介电常数测试仪，如SBJDCS-A型测试仪进行测试。
经测试，样条的导热系数为3.7W/m·k，介电常数为6，拉伸强度为53.2Mpa，断裂伸长率为10％，冲击强度为5J/m2。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种高介电常数导热塑料，其特征在于，该导热塑料是由按重量百分比计的下列组分复合而成：
其中高介电粉体质量百分比大于0，
其中，所述导热粉体为氧化铝、氮化硼中的至少一种，其粒径为2～40μm；所述高介电粉体为掺杂有0～10％(重量)氧化铝、氧化锌或二元稀土氧化物的氧化锆、钛酸钡中的至少一种，其粒径为0.4～20μm；所述增韧填充物为壳核结构或嵌段结构的橡胶类增韧剂；所述偶联剂为含有环氧基、甲基丙烯酸基或氨基结构的硅烷类偶联剂；所述相容剂为接枝物含量在1％以上的含极性和非极性接枝聚合物及重均分子量在10000以下的低分子量聚合物中的至少一种。
2.如权利要求1所述的高介电常数导热塑料，其特征在于，所述热塑性树脂选自芳香类聚碳酸酯、ABS、聚丙烯、PA中的一种或几种的组合，该热塑性树脂的熔融指数需在7g/10min以上。
3.如权利要求1所述的高介电常数导热塑料，其特征在于，所述玻璃纤维为碱性玻璃纤维丝，其直径为1～30μm。
4.如权利要求1所述的高介电常数导热塑料组合物，其特征在于，所述导热粉体为具有片状或纤维状结构的氧化铝、氮化硼中的至少一种。
5.如权利要求1所述的高介电常数导热塑料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、将所述比例的干燥过的导热粉体、高介电粉体、偶联剂和润滑剂在高速分散机中搅拌混合5～15分钟，然后按所述比例加入热塑性树脂、增韧填充物和相容剂，并搅拌混合5～15分钟，形成混合物；
b、将所述混合物和干燥过的所述比例的玻璃纤维加入挤出机中造粒，然后注塑加工成所需要的产品形状。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热塑性树脂选自芳香类聚碳酸酯、ABS、聚丙烯、PA中的一种或几种的组合；所述玻璃纤维为碱性玻璃纤维丝；所述导热粉体为氧化铝、氮化硼中的至少一种；所述高介电粉体为掺杂有0～10％(重量)氧化铝、氧化锌或二元稀土氧化物的氧化锆、钛酸钡中的至少一种；所述增韧填充物为壳核结构或嵌段结构的橡胶类增韧剂；所述偶联剂为含有环氧基、甲基丙烯酸基或氨基结构的硅烷类偶联剂；所述相容剂为接枝物含量在1％以上的含极性和非极性接枝聚合物及重均分子量在10000以下的低分子量聚合物中的至少一种，所述润滑剂为PETS、EBS高温润滑剂中的至少一种。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述高速分散机的转速为1500～2500r/min。
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