CN103554907A

CN103554907A - 一种导热塑料

Info

Publication number: CN103554907A
Application number: CN201310549090.5A
Authority: CN
Inventors: 吴玉辉
Original assignee: HAINING HONGHUI ENERGY SAVING LIGHTING Co Ltd
Current assignee: HAINING HONGHUI ENERGY SAVING LIGHTING Co Ltd
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明涉及一种导热塑料，其配方以质量份计，包括尼龙6655~65份、钢纤维10~18份、无卤聚磷氮化合物18~22份、硅油1~3份、硅酮粉1~3份和抗氧剂10980.5~2份，或者包括尼龙6658~68份、铝纤维7~15份、无卤聚磷氮化合物18~22份、硅油1~3份、硅酮粉1~3份和抗氧剂10980.5~2份。导热系数达到5~15W/m·K，阻燃性能达到V-0级、绝缘性能通过欧盟安规测试（≥3750V），机械性能优于尼龙66制品，且生产成本适中，适用于LED灯散热系统以取代铝制外壳，也可用于其他电子电器产品中。

Description

一种导热塑料

技术领域

本发明属于新材料技术领域，特别是涉及一种导热塑料。

背景技术

随着电子电器工业技术迅猛发展，电子设备不断将更强大的功能集成到更小组件中，而工作频率急剧增加，设备的热量迅速积累，温度控制已经成为设计中至关重要的挑战之一，即在架构紧缩，操作空间越来越小的情况下，如何有效地带走更大单位功率所产生的更多热量，保证整个设备正常稳定的运转成了问题的关键所在。

由于塑料在设计自由度高、易成型加工、质量轻和成本低等方面的优点，人们迫切希望更多地将塑料应用到电子电器工业中。但大多数塑料的导热系数很小，影响它们的应用，特别是在一些需要良好导热性能的场合。一些常见塑料的导热系数如表1所示。为适应电子电器工业的需要，近年来研究人员对塑料的导热性进行了大量的研究，针对不同的应用，成功开发了导电性导热塑料界面材料、导热膏、导热双面胶带、导热相变材料、导热电绝缘塑料等。提高塑料导热性的途径一是合成材料本身就是具有较高导热性的树脂基体，如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等，但此类材料价格昂贵并且性能上缺乏稳定性。二是采用具有高导热填料填充塑料来实现，通常采用的填料有金属粉末填料如铜粉、铝粉、金粉和银粉等，金属氧化物填料如氧化铝、氧化铋、氧化铍、氧化镁和氧化锌等，无机非金属填料如石墨、碳化硅、玻璃微珠、炭纤和陶瓷等，这种方法得到的导热塑料具有成本低、易加工、应用广的特点，但由于填料的加入，使材料的机械性能下降。

表1 塑料的导热系数

材料

PE

PVC

PS

PMMA

PA66

PP

PET

ABS

PPS

Epoxy

W/m·K

0.33

0.13~0.17

0.08

0.17~0.25

0.24

0.2

0.22~0.25

0.15

0.3

0.75

林晓丹等通过聚苯硫醚(PPS)与大颗粒氧化镁(40，325目)混合经双螺杆挤出机挤出造粒制备了导热绝缘塑料，研究了导热性能与氧化镁填充量的关系。实验发现：热扩散系数和热导率随氧化镁的填充量的增加而增加；最高热导率达到3.4W/m·K，可注射成型，且具有较好的机械性能。

LED作为一代新型的光源，其出光效率及寿命与芯片的工作温度具有直接的关系，散热问题历来是关注的焦点。无论LED芯片封装还是灯具设计应用，往往需要通过导热材料来释放LED所产生的热量，用于散热的成本也占据了系统成本约20%～30%的比重，寻求高性价比的散热解决方案也一直成为追求的目标。同时，随着LED照明应用迅猛发展，并走向大众消费者，灯具产品的自动化规模生产、成本控制、安全性、轻量化等要求也日益提高。导热塑料理所当然地成为设计者选择的目标。导热塑料的市场需求量逐年增加，但目前大部分导热塑料主要以填料填充方式为主，导热性能不高，机械性能有所下降，或者导热性能尚可但稳定性不好，价格偏高等问题仍然困扰着LED照明开发制造企业。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提出了一种导热塑料，其导热性能好，导热系数达到5~15 W/m·K，而且具有良好的阻燃性能、绝缘性能和机械性能。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是，一种导热塑料，其组份包括热塑性树脂、金属纤维、无卤阻燃剂、分散剂、润滑剂和抗氧剂。

作为一种优选，所述的热塑性树脂为尼龙66，所述的金属纤维为钢纤维，所述的无卤阻燃剂为无卤聚磷氮化合物，所述的分散剂为硅油，所述的润滑剂为硅酮粉，所述的抗氧剂为抗氧剂1098；其配方以质量份计，包括尼龙66 55~65份、钢纤维10~18份、无卤聚磷氮化合物18~22份、硅油1~3份、硅酮粉1~3份和抗氧剂1098 0.5~2份。

作为一种优选，所述的热塑性树脂为尼龙66，所述的金属纤维为铝纤维，所述的无卤阻燃剂为无卤聚磷氮化合物，所述的分散剂为硅油，所述的润滑剂为硅酮粉，所述的抗氧剂为抗氧剂1098；其配方以质量份计，包括尼龙66 58~68份、铝纤维7~15份、无卤聚磷氮化合物18~22份、硅油1~3份、硅酮粉1~3份和抗氧剂1098 0.5~2份。

作为进一步的优选，其配方以质量份计，包括尼龙66 65份、钢纤维10份、无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、硅酮粉2份和抗氧剂1098 1份。

作为进一步的优选，其配方以质量份计，包括尼龙66 68份、铝纤维7份、无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、硅酮粉2份和抗氧剂1098 1份。

本发明导热塑料，主要由热塑性树脂、金属纤维、无卤阻燃剂、分散剂、润滑剂和抗氧剂组成，也可以适量添加上述组份以外的物质，如配方中还可以包括尼龙增韧剂。各组份经螺杆挤出机混合、造粒而得成品。

在本发明中，所述金属纤维选用钢纤维或者铝纤维，钢纤维采用超细不锈钢切断纤维，其平均截面积为15μm²，长度为2mm，铝纤维的平均截面积为15μm²，长度为2mm；所述阻燃剂选用无卤阻燃剂，如无卤聚磷氮化合物、聚磷酸铵等；所述分散剂选用硅油或N,N’-乙撑双硬脂酰胺，而所述的硅油则选用甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油等均可；所述抗氧剂除选用抗氧剂1098，其它同类型抗氧剂也可以使用；尼龙增韧剂可选用ESC-C2330增韧剂或JS-A158增韧剂，其用量以质量份计为0.5~2份。

本发明导热塑料导热系数达到5~15 W/m·K，阻燃性能达到V-0级、绝缘性能通过欧盟安规测试（≥3750V），机械性能优于尼龙66制品，且生产成本适中，其适用于LED灯散热系统以取代铝制外壳，也可用于其他电子电器产品中。申请人发现，本发明产品的导热系数与钢纤维或者铝纤维的用量呈正相关。上述优选方案，以质量份计，包括尼龙66 65份、钢纤维10份、无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、硅酮粉2份和抗氧剂1098 1份；或者，以质量份计，包括尼龙66 68份、铝纤维7份、无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、硅酮粉2份和抗氧剂1098 1份；产品导热系数≥5 W/m·K，满足了LED灯散热系统取代铝制外壳的应用。上述优选方案是通过对导热性能、阻燃性能、绝缘性能和机械性能以及生产成本各方面综合评价确定的。

本发明产品的成功研发，为电子电器工业提供了性能良好的导热塑料，尤其是为LED照明产品规模化生产带来良好的机遇，其不仅导热性能好，而且阻燃性能、绝缘性能和机械性能良好，与金属材料相比，它所具有的质量轻、环保——生产过程无需电镀、设计自由度高、加工方便效率高、绝缘性高以及制造成本低等优点，在LED灯制造过程中将得到充分体现。

具体实施方式

实施例1：

配方1：以质量份计，尼龙66 65份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维10份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、P2015硅酮粉2份和抗氧剂1098 1份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，导热系数分别为5.1 W/m·K、5.3 W/m·K、5.2W/m·K、5.0 W/m·K和5.2 W/m·K。

实施例2：

配方2：以质量份计，尼龙66 58份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维15份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物22份、硅油1.3份、P2015硅酮粉2.5份和抗氧剂1098 1.2份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为8W/m·K。

实施例3：

配方3：以质量份计，尼龙66 65份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维12份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物18份、硅油3份、P2015硅酮粉1.2份和抗氧剂1098 0.8份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为6.1W/m·K。

实施例4：

配方4：以质量份计，尼龙66 60份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维16份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物18.5份、硅油2.5份、P2015硅酮粉1份和抗氧剂1098 2份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为9.8W/m·K。

实施例5：

配方5：以质量份计，尼龙66 58份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维17份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物20份、硅油1份、P2015硅酮粉3份和抗氧剂1098 1份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为12.2W/m·K。

实施例6：

配方6：以质量份计，尼龙66 62份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维14份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物19份、硅油2.2份、P2015硅酮粉2.3份和抗氧剂1098 0.5份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为7.5W/m·K。

实施例7：

配方7：以质量份计，尼龙66 55份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维18份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物20份、硅油2.5份、P2015硅酮粉2.5份和抗氧剂1098 2份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为15W/m·K。

实施例8：

配方8：以质量份计，尼龙66 60份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维14份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、P2015硅酮粉1.5份、抗氧剂1098 1.5份和JS-A158增韧剂1份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为8W/m·K。

实施例9：

配方9：以质量份计，尼龙66 68份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维7份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、P2015硅酮粉2份和抗氧剂1098 1份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，导热系数分别为5.2W/m·K、5.1W/m·K、5.3W/m·K、5.2 W/m·K和5.0 W/m·K。

实施例10：

配方10：以质量份计，尼龙66 61份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维12份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物22份、硅油1.3份、P2015硅酮粉2.5份和抗氧剂1098 1.2份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为8.1W/m·K。

实施例11：

配方11：以质量份计，尼龙66 68份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维9份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物18份、硅油3份、P2015硅酮粉1.2份和抗氧剂1098 0.8份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为6.2W/m·K。

实施例12：

配方12：以质量份计，尼龙66 63份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维13份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物18.5份、硅油2.5份、P2015硅酮粉1份和抗氧剂1098 2份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为10.3W/m·K。

实施例13：

配方13：以质量份计，尼龙66 61份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维14份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物20份、硅油1份、P2015硅酮粉3份和抗氧剂1098 1份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为12.2W/m·K。

实施例14：

配方14：以质量份计，尼龙66 65份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维11份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物19份、硅油2.2份、P2015硅酮粉2.3份和抗氧剂1098 0.5份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为7.6W/m·K。

实施例15：

配方15：以质量份计，尼龙66 58份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维15份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物20份、硅油2.5份、P2015硅酮粉2.5份和抗氧剂1098 2份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为15W/m·K。

实施例16：

配方16：以质量份计，尼龙66 63份、平均截面积为15μm²长度为2mm的超细不锈钢切断纤维11份、韩国产MSC-25无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、P2015硅酮粉1.5份、抗氧剂1098 1.5份和JS-A158增韧剂1份。按此配方各组份经螺杆挤出机混合并造粒，取样品5个，经测试，平均导热系数为8.4W/m·K。

Claims

1.一种导热塑料，其特征在于，组份包括热塑性树脂、金属纤维、无卤阻燃剂、分散剂、润滑剂和抗氧剂。

2.根据权利要求1所述的一种导热塑料，其特征在于，所述的热塑性树脂为尼龙66，所述的金属纤维为钢纤维，所述的无卤阻燃剂为无卤聚磷氮化合物，所述的分散剂为硅油，所述的润滑剂为硅酮粉，所述的抗氧剂为抗氧剂1098；其配方以质量份计，包括尼龙66 55~65份、钢纤维10~18份、无卤聚磷氮化合物18~22份、硅油1~3份、硅酮粉1~3份和抗氧剂1098 0.5~2份。

3.根据权利要求1所述的一种导热塑料，其特征在于，所述的热塑性树脂为尼龙66，所述的金属纤维为铝纤维，所述的无卤阻燃剂为无卤聚磷氮化合物，所述的分散剂为硅油，所述的润滑剂为硅酮粉，所述的抗氧剂为抗氧剂1098；其配方以质量份计，包括尼龙66 58~68份、铝纤维7~15份、无卤聚磷氮化合物18~22份、硅油1~3份、硅酮粉1~3份和抗氧剂1098 0.5~2份。

4.根据权利要求2所述的一种导热塑料，其特征在于，其配方以质量份计，包括尼龙66 65份、钢纤维10份、无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、硅酮粉2份和抗氧剂1098 1份。

5.根据权利要求3所述的一种导热塑料，其特征在于，其配方以质量份计，包括尼龙66 68份、铝纤维7份、无卤聚磷氮化合物20份、硅油2份、硅酮粉2份和抗氧剂1098 1份。