CN103665868A - 一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物及其制备方法。该组合物由聚苯硫醚、功能填料、尼龙树脂、阻燃剂、增韧剂、成核剂、抗氧剂、润滑剂、相容剂、偶联剂制备而成。该组合物实现了在增韧聚苯硫醚的同时，还要保留其刚性，并赋予其无卤阻燃的特性，进而达到导热绝缘的目的。从而解决了现有聚苯硫醚组合物的增韧、无卤阻燃及导热绝缘性能不能满足要求的难题。本组合物的研制成功，可广泛应用于电子电气、电子封装及汽车配件等加工领域，其性能指标满足市场对原材料的高品质需求。

Description

一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及工程改性塑料，尤其涉及一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物及其制备方法。

背景技术

大量用在电气/电子/或汽车电子部件的轻量化、小型化、环保化以及安全化成为制造业开发产品的目标，因此，对原材料的耐腐蚀、耐应力开裂、耐高温、耐潮湿、耐漏电、耐变形等性能提出更高的要求，要求原材料具有良好的介电性、绝缘性和阻燃的能力。 

在LED照明行业, LED灯的灯罩一直采用铝合金或者电镀铝或者铜材料，该材料具有散热快和阻燃的优势。但是，在其散热快的同时，金属却又是电的优良导体。这种导热又导电以及不耐腐蚀的金属特性，当遇到水、雾，或者漏电、短路的情况下，便带来了不安全因素，就金属本身而言，这种特性无法消除。

目前，导热绝缘材料一般采用聚苯硫醚组合物，聚苯硫醚不吸水，可以在潮湿高温环境下使用，本身又自阻燃并且绝缘，是最佳的金属替代品。虽然聚苯硫醚具有绝缘性以及具有耐腐蚀性、质量轻和加工方便等优点，但是有个不可回避的事实，即其韧性很差，虽然玻纤和填料增强后会改善很多，但是，为了达到既绝缘又导热，还要无卤阻燃，就必定要添加大量的功能填料，这样就大大降低了聚苯硫醚组合物的力学性能，尤其是韧性，并且加工困难。如果为了提高力学性能和减少加工困难度，就要降低功能填料的添加量，但要以降低导热率为代价。为了提高聚苯硫醚的韧性,一般需要添加弹性体，而添加弹性体后，其拉伸强度、弯曲强度和热变形温度都会有下降，而且其自身的阻燃性也会恶化。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题，本发明提供一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物及其制备方法。本组合物及制备方法力求在增韧聚苯硫醚的同时，还要保留其刚性，并赋予其无卤阻燃的特性，进而达到导热绝缘的目的。

本发明采取的技术方案是：一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的组合物含有以下按重量百分比的组分：

聚苯硫醚    8 -60%

功能填料    30-55%

尼龙树脂    0.5-5%

阻燃剂      5-15%

增韧剂      2-12% 

成核剂      0.1-3% 

抗氧剂      0.1-1% 

润滑剂      0.1-5% 

相容剂      0.1-3% 

偶联剂      0.1-3%。 

本发明所述的聚苯硫醚为线型聚苯硫醚、交联型聚苯硫醚中的一种或两种。

本发明所述的功能填料为氧化铝纤维、碳化硅纤维、陶瓷纤维、石膏纤维、陶瓷粉、水滑石、氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化锌、碳化硅、氮化铝、氮化硼、硅灰石、云母中的一种。

本发明所述的尼龙树脂为尼龙6,6（例ERP27）、尼龙6(例M2800)、尼龙HTN(例RTP4400)、尼龙4,6 (TW341)、尼龙6T(例AE4200)、尼龙9T(例N1002A)、尼龙PPA（例RTP4000）、尼龙11(例BMV)、尼龙12(例L25 W20 X)中的一种或几种。

本发明所述的阻燃剂为无卤阻燃剂，无卤阻燃剂选择磷系阻燃剂为机亚磷酸盐（例OP1230）或氮系阻燃剂为三聚氰胺聚磷酸盐(例Melapur200)中的一种或两种。

本发明所述的增韧剂为聚烯烃弹性体类(例AX8900：乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)、聚脂弹性体类（例P150B：含有聚对苯二甲酸丁二醇酯硬段和脂肪族聚酯或聚醚软段的线型嵌段共聚物）、尼龙弹性体类(例ELY2702：嵌段聚醚酰胺弹性体)中的一种。

本发明所述的成核剂为蒙脱石土、氧化锌、硫酸镁、二氧化硅中的一种。

本发明所述的抗氧剂为受阻酚类（1098,1010）及亚磷酸酯类（168）中的一种或两种。

本发明所述的润滑剂为硅酮粉、聚四氟乙烯粉、甲基硅油中的一种。

本发明所述的相容剂是酚氧树脂。

本发明所述的偶联剂为硅烷类，选择γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(KH1101)中的一种或两种。

本发明的无卤阻燃导热绝缘树脂组合物的制备方法包括以下制备步骤： 

步骤一：按重量百分比先将聚苯硫醚、相容剂、成核剂在混合机中搅拌均匀，干然后送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤二：将经步骤一得到的混合物送入混合机中，再按重量百分比依次加入增韧剂、抗氧剂、润滑剂、尼龙树脂，搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤三：将偶联剂用乙醇按重量比1：5稀释，在超声波处理器中震荡30-80分钟，温度控制在30-50℃,将乙醇烘干后,得到混合物；

步骤四：按重量百分比将经步骤三得到的混合物与功能填料送入混合机中，搅拌均匀后，然后按重量百分比加入阻燃剂，再加入经步骤二得到的混合物，搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中，在280-320℃温度下挤出造粒，干燥后包装。

本发明的特点及有益效果是：本组合物实现了在增韧聚苯硫醚的同时，还要保留其刚性，并赋予其无卤阻燃的特性，进而达到导热绝缘的目的。从而解决了现有聚苯硫醚组合物的增韧、无卤阻燃及导热绝缘性能不能满足要求的难题。本组合物的研制成功，可广泛应用于电子电气、电子封装及汽车配件等加工领域，其性能指标满足市场对原材料的高品质需求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明：

本发明采用的聚苯硫醚分为线性和交联型两种。其中线型聚苯硫醚韧性好于交联型，但原子链结构决定了其韧性仍然不足。交联型聚苯硫醚是将低分子量聚苯硫醚在其熔点下（285℃）经过热氧化交联而成，其拉伸和弯曲强度好于线性。

本发明采用的偶联剂用于功能填料的表面活化处理。采用成核剂主要目的是提高聚苯硫醚树脂的机械性能，并且填充了功能填料在聚苯硫醚中分散的间隙，更重要的是将功能填料链接成网，达到更好的导热绝缘性能。

本发明采用的尼龙树脂主要目的是提高其成型材料的热焊接能力，并且在加工时可以降低聚苯硫醚组合物的粘度，减少加工难度。虽然尼龙树脂和聚苯硫醚的溶解度参数相近，但两者仍属于不相容体系，融合会产生分层现象。纳米填料和酚氧树脂的添加可以增加聚苯硫醚组合物各组分之间的相容性和分散性,并且能达到更好的力学性能。

本发明采用的阻燃剂为无卤阻燃剂，其主要目的是弥补增韧剂或尼龙树脂的加入所造成的阻燃性的恶化。

本发明采用的相容剂是酚氧树脂，其主要目的是保证聚苯硫醚组合物与电子封装所采用的环氧树脂可以紧密粘合，并且可以提高增韧剂在聚苯硫醚中的分散，从而确保聚苯硫醚韧性的提高。

    在本发明的制备方法中可采用南京柯瑞隆 CRDL-65风冷拉条双螺杆挤出机，长径比为40。

实施例1：组合物含有以下按重量百分比的组分：

40.1%   线型聚苯硫醚（四川得阳化学有限公司）

15%     交联型聚苯硫醚（四川省华拓科技有限公司）

32.5%   氮化铝      

1%      尼龙6,6（ERP27）      

4%      磷系阻燃剂有机亚磷酸盐（OP1230）

2%      氮系阻燃剂三聚氰胺聚磷酸盐（Melapur 200）              

3%      聚烯烃弹性体类增韧剂（AX8900）

0.5%    氧化锌   

0.2%    受阻酚类抗氧剂（1010）

0.2%    亚磷酸酯类抗氧剂（168）

0.5%    聚四氟乙烯粉    

0.5%    酚氧树脂   

0.5%   γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(KH1101)。 

实施例1的制备步骤如下： 

步骤一：按重量百分比先将线型聚苯硫醚、交联型聚苯硫醚、酚氧树脂，氧化锌在混合机中搅拌均匀，然后送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤二：将经步骤一得到的混合物送入混合机中，再按重量百分比依次加入聚烯烃弹性体类增韧剂（AX8900）、受阻酚类抗氧剂（1010）、亚磷酸酯类抗氧剂（168）、聚四氟乙烯粉、尼龙6,6（ERP27），搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤三：将γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(KH1101)用乙醇按重量比1：5稀释，在超声波处理器中震荡50分钟，温度控制在40℃,将乙醇烘干后,得到混合物；

步骤四：按重量百分比将经步骤三得到的混合物与氮化铝送入混合机中，搅拌均匀后，然后按重量百分比加入磷系阻燃剂有机亚磷酸盐（OP1230）、 氮系阻燃剂三聚氰胺聚磷酸盐（Melapur 200），再加入经步骤二得到的混合物，搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中，在310℃温度下挤出造粒，干燥后包装。

实施例2：组合物含有以下按重量百分比的组分：

33%   线型聚苯硫醚（四川得阳化学有限公司）

43%   氧化镁

2.4%  尼龙11（BMV）

9%    磷系阻燃剂有机亚磷酸盐 (OP1230)

7%    尼龙弹性体类增韧剂(ELY2702) 

1%    蒙脱石土

0.3%   受阻酚类抗氧剂(1098)

0.3%   亚磷酸酯类抗氧剂(168)

2%   甲基硅油

1%   酚氧树脂

1%   γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)。

实施例2的制备步骤如下： 

步骤一：按重量百分比先将线型聚苯硫醚、酚氧树脂、蒙脱石土在混合机中搅拌均匀，然后送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤二：将经步骤一得到的混合物送入混合机中，再按重量百分比依次加入尼龙弹性体类增韧剂(ELY2702)、受阻酚类抗氧剂（1098）、亚磷酸酯类抗氧剂（168）、甲基硅油、尼龙11（BMV），搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤三：将γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)用乙醇按重量比1：5稀释，在超声波处理器中震荡50分钟，温度控制在40℃,将乙醇烘干后,得到混合物；

步骤四：按重量百分比将经步骤三得到的混合物与氧化镁送入混合机中，搅拌均匀后，然后按重量百分比加入磷系阻燃剂有机亚磷酸盐（OP1230），再加入经步骤二得到的混合物，搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中，在310℃温度下挤出造粒，干燥后包装。

实施例3：组合物含有以下按重量百分比的组分：

9%    交联型聚苯硫醚（四川省华拓科技有限公司）

50%   碳化硅

2.7%  尼龙PPA（RTP 4000） 

2%    尼龙HTN (RTP 4400) 

13%   氮系阻燃剂三聚氰胺聚磷酸盐(Melapur 200）

11%   聚脂弹性体类增韧剂（P150B）

2.5%  二氧化硅

0.4%  受阻酚类抗氧剂（1098）

0.4%  亚磷酸酯类抗氧剂（168）

4%    硅酮粉

2.5%  酚氧树脂

1.25%  γ-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)

1.25%  γ-氨基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(KH1101)。

实施例3的制备步骤如下： 

步骤一：按重量百分比先将交联型聚苯硫醚、酚氧树脂，二氧化硅在混合机中搅拌均匀，然后送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤二：将经步骤一得到的混合物送入混合机中，再按重量百分比依次加入聚脂弹性体类增韧剂（P150B）、受阻酚类抗氧剂（1098）、亚磷酸酯类抗氧剂（168）、硅酮粉、尼龙PPA（RTP 4000）、尼龙HTN (RTP 4400)，搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤三：将γ-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)和γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(KH1101)用乙醇按重量比1：5稀释，在超声波处理器中震荡50分钟，温度控制在40℃，将乙醇烘干后，得到混合物；

步骤四：按重量百分比将经步骤三得到的混合物与碳化硅送入混合机中，搅拌均匀后，然后按重量百分比加入磷系阻燃剂有机亚磷酸盐（OP1230）、 氮系阻燃剂三聚氰胺聚磷酸盐（Melapur 200），再加入经步骤二得到的混合物，搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中，在310℃温度下挤出造粒，干燥后包装。

以上实施例经检测的性能指标见下表：

从以上检测结果可以看出，随着功能填料品种的不同，聚苯硫醚组合物的导热系数的区别也很明显，其中，氧化镁的导热系数较低，碳化硅和氮化铝较高。而且由于酚氧树脂的添加，使得在增韧的同时，其它机械性能并没有减少。最后，3个实施例均达到UL94-VO级防火。

综上所述，本发明成功地解决了聚苯硫醚在增韧、无卤阻燃、导热绝缘性能上不能满足要求的难题，并指明了应用方向。

Claims (12)

1.一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的组合物含有以下按重量百分比的组分：

聚苯硫醚    8 -60%

功能填料    30-55%

尼龙树脂    0.5-5%

阻燃剂      5-15%

增韧剂      2-12% 

成核剂      0.1-3% 

抗氧剂      0.1-1% 

润滑剂      0.1-5% 

相容剂      0.1-3% 

偶联剂      0.1-3%。

2.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的聚苯硫醚为线型聚苯硫醚、交联型聚苯硫醚中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的功能填料为氧化铝纤维、碳化硅纤维、陶瓷纤维、石膏纤维、陶瓷粉、水滑石、氧化镁、氧化铝、氧化钙、氧化锌、碳化硅、氮化铝、氮化硼、硅灰石、云母中的一种。

4.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的尼龙树脂为尼龙6,6、尼龙6、尼龙HTN、尼龙4,6、尼龙6T、尼龙9T、尼龙PPA、尼龙11、尼龙12中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的阻燃剂为无卤阻燃剂，无卤阻燃剂选择磷系阻燃剂为机亚磷酸盐或氮系阻燃剂为三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或两种。

6.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的增韧剂为聚烯烃弹性体类、聚脂弹性体类、尼龙弹性体类中的一种。

7.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的成核剂为蒙脱石土、氧化锌、硫酸镁、二氧化硅中的一种。

8.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类及亚磷酸酯类中的一种或两种。

9.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的润滑剂为硅酮粉、聚四氟乙烯粉、甲基硅油中的一种。

10.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的相容剂是酚氧树脂。

11.如权利要求1所述的一种无卤阻燃导热绝缘树脂组合物，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷类，选择γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。

12.一种如权利要求1所述的无卤阻燃导热绝缘树脂组合物的制备方法，其特征在于，该方法包括以下制备步骤： 

步骤一：按重量百分比先将聚苯硫醚、相容剂、成核剂在混合机中搅拌均匀，干然后送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤二：将经步骤一得到的混合物送入混合机中，再按重量百分比依次加入增韧剂、抗氧剂、润滑剂、尼龙树脂，搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中挤出，得到混合物；

步骤三：将偶联剂用乙醇按重量比1：5稀释，在超声波处理器中震荡30-80分钟，温度控制在30-50℃,将乙醇烘干后,得到混合物；

步骤四：按重量百分比将经步骤三得到的混合物与功能填料送入混合机中，搅拌均匀后，然后按重量百分比加入阻燃剂，再加入经步骤二得到的混合物，搅拌均匀后，送入风冷拉条双螺杆挤出机中，在280-320℃温度下挤出造粒，干燥后包装。