CN104045977A

CN104045977A - 高韧性导热绝缘阻燃复合材料及其用途

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Publication number: CN104045977A
Application number: CN201410239673.2A
Authority: CN
Inventors: 徐贵平; 王夕
Original assignee: HEFU NEW MATERIAL TECHNOLOGY (WUXI) Co Ltd
Current assignee: HEFU NEW MATERIAL TECHNOLOGY (WUXI) Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2014-09-17

Abstract

本发明公开了一种高韧性导热绝缘阻燃复合材料，其组分及其质量百分含量分别为：热固性树脂 20％-60％；引发剂 0.1％-0.5％；内脱模剂 0.5％-1.5％；直径为300-600nm的表面经过处理的导热粉体 30％-70％；阻燃剂 10％-30％；增韧改性剂 1％-10％，所述增韧改性剂为带活性端基的高弹性液体反应体；前述热固性树脂选自环氧树脂、UP不饱和树脂、乙烯基树脂等；前述热固性树脂、引发剂、内脱模剂、导热粉体、阻燃剂和增韧改性剂通过预混机共混均匀，即制得高韧性导热绝缘阻燃复合材料。本发明还公开了高韧性导热绝缘阻燃复合材料的用途。

Description

高韧性导热绝缘阻燃复合材料及其用途

技术领域

本发明涉及一种高韧性导热绝缘阻燃复合材料；此外，本发明还涉及前述高韧性导热绝缘阻燃复合材料的特性及用途。

背景技术

中国专利CN101870801A于2012-07-11公开了一种无卤素阻燃高导热绝缘树脂组合物及一种散热金属基覆铜板，该组合物按重量份包括：无卤素环氧树脂10-45份、热塑性树脂和/或合成橡胶0-15份、固化剂0.1-5份、促进剂0.02-1份、抗氧剂0.5-1份和导热填料25-80份。该无卤素阻燃高导热绝缘树脂组合物中采用了高导热填料，而且此组合物固化后表现出良好的热导性、电绝缘性、焊接耐热性和高的粘合力。本发明还公开了一种采用上述无卤素阻燃高导热绝缘树脂组合物制备的散热金属基覆铜板，具有高的热导率、高的剥离强度并且即使经受急热和急冷的热循环也不会发生剥离和劣化问题、高耐击穿电压性，阻燃等级达到UL-94V0级，同时具有良好的耐热性和耐焊锡性等性能。

中国专利CN102558765A于2010-10-27高弹性环氧树脂主要包括环氧树脂和弹性固化剂,包含如下重量组分:环氧树脂420～480份；阻燃剂20～80份；乙二胺25～40份；促进剂8～47份；粘联和剂3～26份；稀释剂11～32份；耐温增韧剂0～17份。高弹性环氧树脂作为电子灌封料,因为其具有的弹性,以及防震、防潮,耐温、导热、阻燃,电绝缘等特点,可以保证电子产品的长期可靠性。高弹性环氧树脂既具有硅橡胶的优点,又能保持环氧树脂的特性,既降低了成本,又广泛开拓了应用范围,为电子行业增添了新型的灌注密封材料。

目前LED灯具市场竞争非常激烈，灯具厂家对LED散热器的外观要求也越来越高，越来越特殊，其中对磨砂面这种具有复杂表面的散热器的需求越来越强烈，中国专利CN102260413A公开的具有高导热高阻燃特性的高分子复合材料具有高导热、绝缘、阻燃、耐热、环保、高韧性、颜色浅、耐老化、易成型、重量轻等特点。

发明内容

针对现有技术的上述不足，根据本发明的实施例，希望提供一种具有导热、阻燃和电绝缘性能，又能满足人们对灯具安全和美观的需求，可以通过注塑方式加工复杂表面LED散热器，同时满足灯头扭力要求的高韧性导热绝缘阻燃复合材料；还希望提供该高韧性导热绝缘阻燃复合材料的用途。

根据实施例，本发明前述高韧性导热绝缘阻燃复合材料，其组分及其质量百分含量分别为：

热固性树脂 20％-60％；

引发剂 0.1％-0.5％；

内脱模剂 0.5％-1.5％；

直径为 300-600nm并且表面经过硅烷偶联剂处理的导热粉体30％-70％；

无机阻燃剂 10％-30％；

增韧改性剂 1％-10％；

前述热固性树脂选自环氧树脂、UP不饱和树脂和乙烯基树脂中的一种或几种；

前述引发剂为有机过氧化物TBPO、TBTB中的一种或两种组合；

前述内脱模剂选自硬脂酸锌和硬脂酸中的一种或两种；

前述导热粉体选自氧化铝、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的一种或几种；

无机阻燃剂选自氢氧化镁和氢氧化铝中的一种或两种；

前述增韧改性剂选自改性液体聚氨酯弹性体、液体丁腈橡胶和液体丙烯酸酯弹性体中的一种或几种；

前述热固性树脂、引发剂、内脱模剂、导热粉体、无机阻燃剂和增韧改性剂通过预混机共混均匀，即制得高韧性导热绝缘阻燃复合材料。

根据实施例，采用本发明所述的高韧性导热绝缘阻燃复合材料同时配以铝嵌件，通过注塑成型的方式，生产复杂表面的LED灯具散热器。

以乙烯基树脂为例，本发明前述高韧性导热绝缘阻燃复合材料的制备，包括以下步骤：

1、通过预混机共混表面经硅烷偶联剂处理过的导热粉体与树脂粉体及其他添加剂，具体过程为：乙烯基含量为 10％-60％，引发剂 0.1％-0.5％，内脱模剂 0.5％-1.5％,表面经过硅烷偶联剂处理的导热粉体含量为 30-70％，阻燃剂 10％-50％，增韧剂添加量为 1-10％，混匀后通过注塑设备进行注塑，采用该材料配以适当的铝嵌件，采用低温成型技术并调整加工工艺参数，用注塑成型方法生产出满足灯头扭力要求，具有磨砂面外观的LED灯具散热器。

随后的实施例将证明，本发明前述高韧性导热绝缘阻燃复合材料具有导热、阻燃和电绝缘多功能，一般压铸铝的导热系数为70W/m.k左右，而本发明前述高韧性导热绝缘阻燃复合材料的导热系数为1.0W/m.K以上，虽然导热塑料的热辐射系数高于压铸铝，单独采用导热塑料制作的LED散热器达不到压铸铝散热器的散热效果，因此，采用导热系数为200W/m.k左右的冲压铝嵌件与导热塑料互相结合，从而实现散热器的散热效果与压铸铝相当，同时实现散热器的整体绝缘，满足安规耐击穿4000V/mm以上的要求，并有效地降低散热器的重量和组装成本。

相对于现有技术，采用本发明前述高韧性导热绝缘阻燃复合材料制成的导热塑料散热器，其散热效果可以和相同形状压铸铝散热器媲美，而且散热器具有磨砂面，既丰富了LED灯具的外观，又提升了LED灯具的档次。其重量比相同形状压铸铝散热器低三分之一左右，而且不必另外增加绝缘处理，可以将螺纹口等与散热器一起成型，可以直接卡紧金属灯头，有效减少LED灯具生产厂家的组装工序及成本，为高功率LED发光装置的设计带来革命性的变化。

附图说明

图1为采用本发明对比例1的未添加导热粉体材料的散热器红外散热效果图。

图2为采用本发明实施例1的高韧性导热绝缘阻燃复合材料的散热器红外散热效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

对比例1

步骤一：按表1配方，将60份乙烯基树脂与1份硬脂酸锌，0.5份BPO过氧化物引发剂，5份氢氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂，33.5份表面经过硅烷偶联剂处理的氧化铝导热粉体，放置于搅拌机内混合均匀。共混时间20min。

步骤二：将步骤一混合好的材料进行注塑成型，注塑模具为E27接口的LED散热器。采用该材料配以适当的铝嵌件，采用低温成型技术并调整加工工艺参数，用注塑成型方法生产出满足客户要求的具有磨砂面外观的LED灯具散热器。注塑温度为150～170℃之间。压力60～120MPa。对固化后的样品进行相关性能测试。样品性能见表2和图1所示。

对比例2

步骤一：按表1配方，将28份UP不饱和树脂与1份硬脂酸锌，0.5份TBTB过氧化物引发剂，10份氢氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂，60份表面经过硅烷偶联剂处理的氧化铝导热粉体，0.5份增韧剂A放置于搅拌机内混合均匀。共混时间20min。

步骤二：将步骤一中混合好的材料通过注塑设备进行注塑，注塑产品为灯头尺寸为E27的散热器。采用该材料配以适当的铝嵌件，采用低温成型技术并调整加工工艺参数，用注塑成型方法生产出满足客户要求的具有磨砂面外观的LED灯具散热器。注塑温度为150～170℃之间。对固化后的样品进行相关性能测试。样品性能见表2。

对比例3

步骤一：按表1配方，将16.5份乙烯基树脂与1份硬脂酸锌，0.5份BPO过氧化物引发剂，10份氢氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂，60份表面经过硅烷偶联剂处理的氧化铝导热粉体，12份增韧剂A放置于搅拌机内混合均匀。共混时间20min。

对比例4

步骤一：按表1配方，将24.5份乙烯基树脂与0.5份TBTB过氧化物引发剂，5份氢氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂，65份表面经过硅烷偶联剂处理的氧化铝导热粉体，5份增韧剂A放置于搅拌机内混合均匀。共混时间20min。

实施例1

步骤一：按表1配方，将24份乙烯基树脂与0.5份BPO过氧化物引发剂，0.5份内脱模剂10份氢氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂，60份表面经过硅烷偶联剂处理的氧化铝导热粉体，5份增韧剂A放置于搅拌机内混合均匀。共混时间20min。

步骤二：将步骤一中混合好的材料通过注塑设备进行注塑，注塑产品为灯头尺寸为E27的散热器。采用该材料配以适当的铝嵌件，采用低温成型技术并调整加工工艺参数，用注塑成型方法生产出满足客户要求的具有磨砂面外观的LED灯具散热器。注塑温度为150～170℃之间。对固化后的样品进行相关性能测试。样品性能见表2和图2所示。

实施例2

步骤一：按表1配方，将25.5份UP不饱和树脂与0.5份TBTB过氧化物引发剂，1份内脱模剂30份氢氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂，20份表面经过硅烷偶联剂处理的氧化铝导热粉体，19份表面经过硅烷偶联剂处理的氮化硼导热粉体，4份增韧剂B放置于搅拌机内混合均匀。共混时间20min。

步骤二：与实施例1步骤二完全相同。样品性能见表2。

实施例3

步骤一：按表1配方，将44.5份乙烯基树脂与0.5份BPO过氧化物引发剂，1份内脱模剂，20份氢氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂，29份表面经过硅烷偶联剂处理的氮化硼导热粉体，5份增韧剂B放置于搅拌机内混合均匀。共混时间20min。

步骤二：与实施例1步骤二完全相同。样品性能见表2。

实施例4

步骤一：按表1配方，将41.5份丙烯酸树脂与0.5份TBTB过氧化物引发剂，1份内脱模剂，10份氢氧化铝或氢氧化镁等阻燃剂，40份表面经过硅烷偶联剂处理的氮化硼导热粉体，7份增韧剂B放置于搅拌机内混合均匀。共混时间20min。

步骤二：与实施例1步骤二完全相同。样品性能见表2。

表1.各对比例和实施例的组分配比

表2.各实施例的样品性能

从对比例1～3及实施例1～4的性能可看出：增韧剂的加入量在1-10％时，能较为明显的改善材料的韧性，提升产品的扭矩。随着增韧剂的添加量逐渐加大，见对比例3，材料的热强度降低，在注塑时，材料更易粘模。在增韧剂的加入量为3-8％时，材料的韧性很好，灯头扭力合格且不易粘模。

根据对比例4和实施例1～3可知：阻燃剂的加入能提升材料的阻燃性能，加入量10-30％，随着添加量的加大，阻燃性也增强。当阻燃剂添加量超过10％时，材料的阻燃等级达到了1.0mm V0以上；当阻燃剂加入量小于10％，材料的阻燃性无法满足客户要求的1.0mm V0。

从对比例1来看：添加35％以下的氧化铝对材料的导热性几乎无明显影响。但是在添加量达到60％时，见对比例2，材料的导热系数能提升到1.07w/(m·k)，说明相同导热填料的加入量越高，导热复合材料的导热性越好；20％的氧化铝与19％的高导热系数的氮化硼搭配加入，材料的导热系数能达到1.45w/(m·k)，见实施例2，实施例4，加入40％的氮化硼，材料的导热系数提升至1.84w/(m·k)，说明导热填料的导热系数越高，导热填料加入量相同时，导热复合材料的导热性越好，材料的导热系数的提高可以明显改善散热器的散热效果，见图1和图2。图1为采用对比例1的材料注塑成型的G60散热器进行功率为7W的红外散热效果图。图2为采用实施例1的材料注塑成型的G60散热器进行功率为7W的红外散热效果图。图1中，对比例1的材料导热系数为0.37w/(m·k)，灯脚平均温度为70.9℃。图2中，实施例1的材料导热系数为1.19w/(m·k)，灯脚平均温度为60.0℃，比图1的灯脚平均温度低了约10℃。但导热填料加入量太多，会导致材料的机械强度下降，而无法使用，综合考虑导热填料的最佳加入量为40-70％。

Claims

1.一种高韧性导热绝缘阻燃复合材料，其特征在于，其组分及其质量百分含量分别为：

热固性树脂 20％-60％；

引发剂 0.1％-0.5％；

内脱模剂 0.5％-1.5％；

直径为300-600nm 并且表面经过硅烷偶联剂处理的导热粉体30％-70％；

无机阻燃剂 10％-30％；

增韧改性剂 1％-10％；

前述引发剂为有机过氧化物TBPO和TBTB中的一种或两种组合；

前述内脱模剂选自硬脂酸锌和硬脂酸中的一种或两种；

无机阻燃剂选自氢氧化镁和氢氧化铝中的一种或两种；

2.如权利要求1所述的高韧性导热绝缘阻燃复合材料，其特征在于，其组分及其质量百分含量分别为：

热固性树脂 24.5％-44.5％；

引发剂 0.1％-0.5％；

内脱模剂 0.5％-1.5％；

导热粉体 40％-70％；

无机阻燃剂 10％-30％；

增韧改性剂 3％-8％。

3.如权利要求1所述的高韧性导热绝缘阻燃复合材料，其特征在于，其组分及其质量百分含量分别为：乙烯基树脂 24％；引发剂 0.5％；内脱模剂 0.5％；导热粉体 60％；无机阻燃剂 10％；增韧改性剂 5％。

4.如权利要求1所述的高韧性导热绝缘阻燃复合材料，其特征在于，其组分及其质量百分含量分别为：UP不饱和树脂 25.5％；TBTB过氧化物引发剂 0.5％；内脱模剂 1％；氧化铝导热粉体 20％；氮化硼导热粉体氮化硼导热粉体 19％；无机阻燃剂 30％；增韧改性剂4％。

5.如权利要求1所述的高韧性导热绝缘阻燃复合材料，其特征在于，其组分及其质量百分含量分别为：乙烯基树脂 44.5％；BPO过氧化物引发剂 0.5％；内脱模剂 1％；导热粉体 29％；无机阻燃剂 20％；增韧改性剂 5％。

6.如权利要求1所述的高韧性导热绝缘阻燃复合材料，其特征在于，其组分及其质量百分含量分别为：丙烯酸树脂 41.5％；TBTB过氧化物引发剂 0.5％；内脱模剂 1％；导热粉体 40％；无机阻燃剂 10％；增韧改性剂 7％。

7.如权利要求1-6中任一项所述的高韧性导热绝缘阻燃复合材料用于制备LED灯具散热器。

8.如权利要求7所述的用途，其特征在于，通过注塑成型的方式，采用权利要求1-6中任一项所述的高韧性导热绝缘阻燃复合材料，同时配以铝嵌件生产LED灯具散热器。