CN103788635A - 一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料及其制备方法，其中，所述阻燃型聚己内酰胺导热塑料，按照质量份计，包括：聚己内酰胺树脂100份；导热填料20~100份；阻燃剂20~60份；抗氧剂0.3~1.0份；润滑剂1~5份；抗滴落剂0.5~1.5份。本发明的阻燃型聚己内酰胺导热塑料具有优异的阻燃性能、较高的导热性能和良好的加工性能。

Description

一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及导热塑料领域，尤其涉及一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料及其制备方法。

背景技术

现有技术中，导热塑料由于具有密度小、耐腐蚀、设计自由度高、系统成本低等优点，在散热领域受到越来越多的关注，尤其是在精巧化、多功能化、发热量大的电子和电器设备上得到了越来越多的应用。

但是导热塑料在用于电子电器等带电的环境中时，漏电、短路、电弧、电火花等情况引发火灾危险的可能性极大，为了保证人们的生命财产安全，除了要求导热塑料具有优良的导热性能之外，还必须具有优异的阻燃性能。

但现有的导热塑料还无法做到同时具有优良的导热性能及阻燃性能，影响了其在电子电器设备中的推广应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料及其制备方法，在提高导热性能的同时增强其阻燃性能，使其在散热领域得到更加广泛的应用。

本发明的技术方案如下：

一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其中，按照质量份计，包括：

聚己内酰胺树脂    100份；

导热填料      20~100份；

阻燃剂        20~60份；

抗氧剂        0.3~1.0份；

润滑剂        1~5份；

抗滴落剂      0.5~1.5份。

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其中，所述导热填料为氧化铝、氮化铝、碳化硅及石墨中的一种或几种。

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其中，所述阻燃剂为红磷母粒与氢氧化镁复配的复合阻燃剂。

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其中，按质量比计，所述红磷母粒与氢氧化镁的复配比例为1:1~5。

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其中，所述抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098复配的抗氧剂。

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其中，按质量比计，所述抗氧剂168与抗氧剂1098的复配比例为1:1~3。

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其中，所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺或PETS。

一种如上所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法，其中，包括步骤：

S1、将配方比例的原料进行混合得到混合物料，将混合物料投入到螺杆挤出机中进行熔融共混以及挤出；

S2、然后对挤出物进行风冷拉条切粒得到阻燃型聚己内酰胺导热塑料。

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法，其中，所述阻燃剂为红磷母粒与氢氧化镁复配的复合阻燃剂，所述步骤S1具体包括：

S11、将配方比例的聚己内酰胺树脂、红磷母粒、抗氧剂、润滑剂和抗滴落剂进行混合得到共混物料A；将配方比例的导热填料和氢氧化镁进行混合得到共混物料B；

S12、将共混物料A加入到螺杆挤出机的主喂料系统中，将共混物料B投入到螺杆挤出机的侧喂料系统中，通过螺杆挤出机对共混物料A和共混物料B进行熔融共混以及挤出。

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法，其中，螺杆挤出机的挤出温度为240~270℃。

有益效果：本发明通过配方比例的聚己内酰胺树脂、导热填料、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、和抗滴落剂进行熔融共混及挤出，制备出阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其具有优异的阻燃性能、较高的导热性能和良好的加工性能。

附图说明

图1为本发明中制备阻燃型聚己内酰胺导热塑料的设备结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所提供的一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其按质量份计，包括：

聚己内酰胺树脂    100份；

导热填料      20~100份；

阻燃剂        20~60份；

抗氧剂        0.3~1.0份；

润滑剂        1~5份；

抗滴落剂      0.5~1.5份。

其中的聚己内酰胺树脂是一种综合性能优良的工程塑料，并且通过添加导热填料、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、抗滴落剂，提高了聚己内酰胺树脂的导热性能，同时也提高了其阻燃性能。

其中的导热填料为氧化铝、氮化铝、碳化硅及石墨中的一种或几种，添加导热填料有助于提高聚己内酰胺树脂的导热性能，其中较优选的是采用氧化铝作为导热填料，具体为煅烧α-Al₂O₃，煅烧α-Al₂O₃的颗粒直径为5~10μm（例如5μm、7μm或10μm），纯度大于99%。更优选的是，预先采用偶联剂对煅烧α-Al₂O₃进行表面处理，增强其表面相容性。另外，还可选用石墨作为导热填料，石墨优选采用高导热鳞片状石墨，其粒径优选为50~150μm（例如50μm、100μm或150μm）。

其中，阻燃剂优选为红磷母粒与氢氧化镁复配的复合阻燃剂，其中的氢氧化镁具有阻燃、抑烟的作用，与红磷母粒复配使用可提高聚己内酰胺树脂的阻燃性能。另外，氢氧化镁还具有优良的导热性能，其配合前述的导热填料的使用，可有效提高聚己内酰胺树脂的导热性能。其中的红磷母粒中红磷的含量优选为50~80%（例如50%、60%或80%），氢氧化镁的颗粒粒径为1~5μm（例如1μm、3μm或5μm），纯度大于99%，也可以预先采用偶联剂对氢氧化镁进行表面处理。

在本发明中，红磷母粒与氢氧化镁的复配比例为1:1~5，其复配比例是按照质量比计，此复配比例下的阻燃剂其阻燃效果好，并且能够显著提高导热性能。其中，较佳的复配比例为1:2或1:1。

其中的抗氧剂，其可防止聚己内酰胺树脂加工过程的热氧化降解，使其成型加工顺利进行，本发明中的抗氧剂优选采用抗氧剂168和抗氧剂1098复配的抗氧剂，其复配比例优选为1:1~3（按质量比计），该比例下的抗氧剂具有较高的抗氧化能力，与树脂的相容性好，不析出，且在加工过程中不挥发、不分解。其中，较佳的复配比例为1:1或1:2。

本发明中的润滑剂可采用乙烯基双硬脂酰胺或PETS，其中的润滑剂乙烯基双硬脂酰胺不但具有很好的外部润滑作用，而且具有很好的内部润滑作用，可提高塑料成型加工中熔体的流动性和塑料制品的脱模性，从而提高了塑料加工的产量，降低了能耗，而且使制品获得了极高的表面光洁性、平滑性。另外，抗滴落剂可采用改性聚四氟乙烯粉末，例如采用表面改性、填充改性、共混改性、化学改性或者结构改性等方式来进行改性，以填充改性为例，可以填充无机类、金属类或有机高聚物类填料以改善和克服纯PTFE（聚四氟乙烯）的缺陷，在保持原有优点的基础上，利用复合效应改善PTFE的性能，此部分改性内容属于现有技术，故不在本文赘述。

本发明还提供一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法，其包括步骤：

S1、将配方比例的原料进行混合得到混合物料，将混合物料投入到螺杆挤出机中进行熔融共混以及挤出；

S2、然后对挤出物进行风冷拉条切粒得到阻燃型聚己内酰胺导热塑料。

本发明是将配方比例的混合物料投入到螺杆挤出机中进行熔融共混以及挤出，然后进行风冷拉条切粒得到产品。

其中，所述阻燃剂为红磷母粒与氢氧化镁复配的复合阻燃剂，所述步骤S1具体可细化为以下步骤：

S11、将配方比例的聚己内酰胺树脂、红磷母粒、抗氧剂、润滑剂和抗滴落剂进行混合得到共混物料A；将配方比例的导热填料和氢氧化镁进行混合得到共混物料B；

S12、将共混物料A加入到螺杆挤出机的主喂料系统中，将共混物料B投入到螺杆挤出机的侧喂料系统中，通过螺杆挤出机对共混物料A和共混物料B进行熔融共混以及挤出。

即先混合第一部分物料，包括：聚己内酰胺树脂、红磷母粒、抗氧剂、润滑剂和抗滴落剂，同时混合第二部分物料，包括：导热填料和氢氧化镁；其中，将称量好的第一部分物料加入到低速搅拌机中进行预混，得到共混物料A，将称量好的第二部分物料加入到低速搅拌机中进行预混，得到共混物料B。本发明具体是利用具有多个喂料系统的双螺杆挤出机对物料进行熔融共混，具体的，将共混物料A投入到双螺杆挤出机的主喂料系统中，将共混物料B投入到双螺杆挤出机的侧喂料系统中，调节主喂料系统和侧喂料系统的喂料频率将共混物料A和共混物料B加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混和挤出，然后对挤出物进行风冷拉条切粒。

本发明是通过风冷拉条切粒系统进行挤出加工时的拉条切粒，即在输送带上下两侧均设置多个风扇，对输送带上的产品进行冷却，这样就解决了高填料含量填充树脂挤出成型时易断条的问题，适于工业化推广。

具体的设备结构如图1所示，其包括一双螺杆挤出机100，在所述双螺杆挤出机100上设置有用于添加预混物料A（即共混物料A）的主喂料系统110和用于添加预混物料B（即共混物料B）的侧喂料系统120，在双螺杆挤出机100侧边设置有输送带200，在输送带200上下两侧分布有若干风扇210，输送带200另一端设置有切粒机300，整个输送带200、风扇210和切粒机300构成风冷拉条切粒系统。本发明的制备方法就是采用上述设备来实现。

进一步，螺杆挤出机（即双螺杆挤出机）的挤出温度设置为240~270℃，例如设置为240℃、250℃、260℃或270℃，其能使阻燃型聚己内酰胺导热塑料较好加工成型，螺杆挤出机（即双螺杆挤出机）的螺杆转速可设置为25~35Hz，例如25Hz、30Hz或者35Hz，以获得较好的混合效果。

下面提供若干具体实施例来对本发明进行具体说明。

实施例1

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，按质量份计，包括以下组份：100份聚己内酰胺树脂，50份氧化铝（所述氧化铝为煅烧α-Al₂O₃，其颗粒粒径为5μm，纯度大于99%），20份红磷母粒（所述红磷母粒的红磷含量为60%），40份氢氧化镁（所述氢氧化镁颗粒粒径为5μm，纯度大于99%），0.1份抗氧剂168，0.2份抗氧剂1098，1.0份润滑剂PETS，1.0份抗滴落剂；该阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法如下：

（1）物料预混

称取2000 g聚己内酰胺树脂、400 g红磷母粒、2 g抗氧剂168、4 g抗氧剂1098、20 g润滑剂PETS和20 g抗滴落剂，将称量好的物料加入到低速搅拌机中进行预混，得到共混物料A1；称取800 g氢氧化镁和1000 g氧化铝，并将其放入低速搅拌机中混合均匀，得到共混物料B1；

（2）熔融共混挤出造粒

将预混得到的物料A1加入到双螺杆挤出机的主喂料系统内，物料B1加入到侧喂料系统内，调节主、侧喂料系统的喂料频率将物料A1和物料B1加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，然后利用风冷拉条切粒系统拉条切粒，即得到阻燃型聚己内酰胺导热塑料颗粒。挤出机的挤出加工温度为250℃，挤出机的螺杆转速为25 Hz。根据后续产品的具体要求利用塑料注射成型机将上述阻燃型聚己内酰胺导热塑料颗粒注塑成型为标准测试样条。

实施例2

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，按质量份计，包括以下组份：100份聚己内酰胺，40份石墨（所述石墨为高导热鳞片状石墨，其颗粒粒径为150μm），20份红磷母粒（所述红磷母粒的红磷含量为80%），20份氢氧化镁（所述氢氧化镁颗粒粒径为5μm，纯度大于99%），0.1份抗氧剂168，0.2份抗氧剂1098，2.0份乙烯基双硬脂酰胺润滑剂，1.0份抗滴落剂；该阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法如下：

（1）物料预混：

称取2000 g聚己内酰胺树脂、400 g红磷母粒、2 g抗氧剂168、4 g抗氧剂1098、40 g乙烯基双硬脂酰胺润滑剂和20 g抗滴落剂，将称量好的物料加入到低速搅拌机中进行预混，得到共混物料A2；称取400 g氢氧化镁和800 g石墨，并将其放入低速搅拌机中混合均匀，得到共混物料B2；

（2）熔融共混挤出造粒：

将预混得到的物料A2加入到双螺杆挤出机的主喂料系统内，物料B2加入到侧喂料系统内，调节主、侧喂料系统的喂料频率将物料A2和物料B2加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，然后利用风冷拉条切粒系统拉条切粒，即得到阻燃型聚己内酰胺导热塑料颗粒。挤出机的挤出加工温度为260℃，挤出机的螺杆转速为30 Hz。根据后续产品的具体要求利用塑料注射成型机将上述阻燃型聚己内酰胺导热塑料颗粒注塑成型为标准测试样条。

实施例3

所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，按质量份计，包括以下组份：100份聚己内酰胺，40份氧化铝（所述氧化铝为煅烧α-Al₂O₃，其颗粒粒径为10μm，纯度大于99%），20份石墨（所述石墨为高导热鳞片状石墨，其颗粒粒径为50μm），15份红磷母粒（所述红磷母粒的红磷含量为60%），45份氢氧化镁（所述氢氧化镁颗粒粒径为1μm，纯度大于99%），0.2份抗氧剂168，0.4份抗氧剂1098，3.0份乙烯基双硬脂酰胺润滑剂，1.5份抗滴落剂；该阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法如下：

（1）物料预混

称取2000 g聚己内酰胺树脂、300 g红磷母粒、4 g抗氧剂168、8 g抗氧剂1098、60 g乙烯基双硬脂酰胺润滑剂和30 g抗滴落剂，将称量好的物料加入到低速搅拌机中进行预混，得到共混物料A3；称取800 g氧化铝、900 g氢氧化镁和400 g石墨，并将其放入低速搅拌机中混合均匀，得到共混物料B3；

（2）熔融共混挤出造粒

将预混得到的物料A3加入到双螺杆挤出机的主喂料系统内，物料B3加入到侧喂料系统内，调节主、侧喂料系统的喂料频率将物料A3和物料B3加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，然后利用风冷拉条切粒系统拉条切粒，即得到阻燃型聚己内酰胺导热塑料颗粒。挤出机的挤出加工温度为270℃，挤出机的螺杆转速为35 Hz。根据后续产品的具体要求利用塑料注射成型机将上述阻燃型聚己内酰胺导热塑料颗粒注塑成型为标准测试样条。

上述各实施例制备的阻燃型聚己内酰胺导热塑料的阻燃性能参照UL94，利用水平/垂直燃烧试验仪测试；导热系数利用瞬态热线法，采用西安夏溪电子科技有限公司的TC3010型导热系数测量仪测量；拉伸性能和弯曲性能分别参照GB/T 1040-92和GB/T 9341-2000，利用电子万能试验机进行测试；试样缺口冲击强度利用数显式简支梁冲击试验机，参照GB/T 1043标准进行测试。各项性能测试数据列于表1中。

表1

性能	实施例1	实施例2	实施例3
				导热系数（W/m·K）	0.75	2.20	1.50
阻燃性（UL941.6 mm）	V0	V0	V0
				拉伸强度（MPa）	65	60	65
弹性模量（GPa）	4.0	10.5	9.5
				弯曲强度（MPa）	105	100	110
弯曲模量（GPa）	3.5	11.5	5.5
				缺口冲击强度（kJ/m2）	4.1	3.0	3.5
密度（g/cm3）	1.65	1.39	1.52

从上表可知，本发明中采用红磷母粒与氢氧化镁复配做阻燃剂，制备的聚己内酰胺导热塑料阻燃性能均可达到UL 941.6 mm V0级别，导热系数均在0.75 W/m·K及以上，并且本发明中的阻燃型聚己内酰胺导热塑料具有较高的拉伸强度和弯曲强度。

另外，本发明的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其配方也不限于上述实施例，其还可以是：聚己内酰胺树脂100份；导热填料20份；阻燃剂20份；抗氧剂1.0份；润滑剂5份；抗滴落剂1.5份；或者聚己内酰胺树脂100份；导热填料100份；阻燃剂60份；抗氧剂0.5份；润滑剂3份；抗滴落剂0.5份；或者聚己内酰胺树脂100份；导热填料80份；阻燃剂50份；抗氧剂0.8份；润滑剂2份；抗滴落剂1份，均可制备出上述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，且阻燃性能、导热性能、加工性能优良。

综上所述，本发明中采用的氢氧化镁具有阻燃、抑烟的作用，与红磷母粒复配使用可以使聚己内酰胺具有优异的阻燃性能，此外氢氧化镁导热性能优良，再配合其他高导热填料的添加，可以有效提高聚己内酰胺的导热性能。本发明中采用风冷拉条切粒系统进行挤出加工时的拉条切粒，解决了高填料含量填充树脂挤出成型时易断条的问题，适于工业化推广。所制备的聚己内酰胺导热塑料具有优异的阻燃性能、优良的导热性能以及良好的加工性能。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其特征在于，按照质量份计，包括：

聚己内酰胺树脂    100份；

导热填料      20~100份；

阻燃剂        20~60份；

抗氧剂        0.3~1.0份；

润滑剂        1~5份；

抗滴落剂      0.5~1.5份。

2.根据权利要求1所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其特征在于，所述导热填料为氧化铝、氮化铝、碳化硅及石墨中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其特征在于，所述阻燃剂为红磷母粒与氢氧化镁复配的复合阻燃剂。

4.根据权利要求3所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其特征在于，按质量比计，所述红磷母粒与氢氧化镁的复配比例为1:1~5。

5.根据权利要求1所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098复配的抗氧剂。

6.根据权利要求5所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其特征在于，按质量比计，所述抗氧剂168与抗氧剂1098的复配比例为1:1~3。

7.根据权利要求1所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料，其特征在于，所述润滑剂为乙烯基双硬脂酰胺或PETS。

8.一种如权利要求1所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、将配方比例的原料进行混合得到混合物料，将混合物料投入到螺杆挤出机中进行熔融共混以及挤出；

S2、然后对挤出物进行风冷拉条切粒得到阻燃型聚己内酰胺导热塑料。

9.根据权利要求8所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂为红磷母粒与氢氧化镁复配的复合阻燃剂，所述步骤S1具体包括：

S11、将配方比例的聚己内酰胺树脂、红磷母粒、抗氧剂、润滑剂和抗滴落剂进行混合得到共混物料A；将配方比例的导热填料和氢氧化镁进行混合得到共混物料B；

S12、将共混物料A加入到螺杆挤出机的主喂料系统中，将共混物料B投入到螺杆挤出机的侧喂料系统中，通过螺杆挤出机对共混物料A和共混物料B进行熔融共混以及挤出。

10.根据权利要求8所述的阻燃型聚己内酰胺导热塑料的制备方法，其特征在于，螺杆挤出机的挤出温度为240~270℃。

Images