CN104403311B - 尼龙导热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尼龙导热材料，其原料包括如下重量份材料：基材 36‑55%、导热材料30‑40%、抗氧剂0.1‑0.4%、流动助剂0.1‑1.0%、相容剂0.05‑0.3%、偶联剂1‑3%、阻燃剂8‑10%、增韧剂1‑10%；所述基材为尼龙6和尼龙66的混合物。一种尼龙导热材料的制备方法，将尼龙6烘干，控制水分，然后将尼龙6和尼龙66按比例混合均匀；将氮化铝和碳化硅按比例混合均匀后，烘干；将混合后的基材和导热材料，以及抗氧剂、流动助剂、相容剂、偶联剂、阻燃剂和增韧剂按比例放入高速混合机混合，然后采用螺杆挤出机挤出，造粒。其适用于工业连续化生产、挤出不断头、后续使用注塑性能好。

Description

尼龙导热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种尼龙导热材料及其制备方法。主要用于发热的电气元件领域。

背景技术

近些年来，随着工业生产和科学技术的发展，人们对导热材料提出了新的要求，希望其具有优良的综合性能，导热系数是导热塑料材料一种重要性能指标。

一般来说，纯塑料材料的导热系数远远不及金属、陶瓷材料，但是它的绝缘性能好。导热塑料不仅具有金属和陶瓷的热传递性能，同时还保留了普通塑料在设计、性能和成本方面的优点，具有散热均匀、重量轻、多种基础树脂的选择、成型加工方便、热膨胀系数低、成型收缩率低、工作温度低和提高设计自由度特点，广泛被用于各行各业中。

未经改性的普通塑料的热传导率或导热系数很低，一般为0.2-0.46 W/(m*K) 左右，而经过热传导改性的导热塑料可依据产品要求大大提高其热传导率或导热系数，一般为2-20W/(m*K)。导热塑料主要用于替代一些对制品尺寸有严格要求或对绝缘性和散热性同时要求的产品，如微型电子组件、光学组件、机械组件、医用组件、照明、汽车、加热、冷却、制冷、食品、体育用品等领域，也可用作垫圈、减震器、接触材料。目前，导热塑料最典型的应用是在照明领域，主要用于制作需要散热良好的LED节能灯的灯杯等，虽然LED节能灯所消耗的热量要比普通光源小得多，但因为LED节能灯结构紧凑、功能强大，如何有效散热仍然是一个重要的问题。

现有技术中有将尼龙66添加无机导热材料来作为导热塑料，其实验结果如下：

其采用石墨、碳纤维来增强体系的导热性能，但是，石墨、碳纤维的引进使得体系具有极强的导电性能，而电气元件的散热器件需要具有绝缘性能，故其不能用于制作电气元件的散热器件。

中国专利申请CN103613923A公开了一种高导热尼龙复合材料及其制备方法，其配方体系中使用到石墨、石墨烯，由于其具有极强的导电性能，不能应用于绝缘性能要求高的电气元件领域。

中国专利申请CN102408710A公开了一种高导热尼龙66复合材料，其基材全部采用尼龙66，硬度高，加入导热填料后，材料拉伸性能、弯曲性能变差，而其配方中仅加入偶联剂和抗氧剂，使得整个体系的加工性能差，在生产挤出过程中会产生断头现象，不能适用于工业化连续化生产。

发明内容

本发明的目的之一在于克服上述不足，提供一种适用于工业连续化生产、挤出不断头、后续使用注塑性能好的尼龙导热材料。

本发明的目的之二在于提供一种尼龙导热材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种尼龙导热材料，其原料包括如下重量份材料：

基材 36-55%

导热材料 30-40%

抗氧剂 0.1-0.4%

流动助剂 0.1-1.0%

相容剂 0.05-0.3%

偶联剂 1-3%

阻燃剂 8-10%

增韧剂 1-10%。

所述基材为尼龙6和尼龙66的混合物，其中尼龙66占基材总质量的10-40%，优选10%；

所述导热材料为氮化铝和碳化硅的混合物，其中氮化铝占导热材料总质量的60-70%；

所述偶联剂为铝酸酯偶联剂与硅烷偶联剂的混合物，其中铝酸酯偶联剂占偶联剂总质量的60-70%；

所述相容剂采用马来酸酐；

所述增韧剂为POE与MOE的混合物。

作为本发明的优选方案，原料包括由下列重量份材料构成：

基材 40-50%

导热材料 30-40%

抗氧剂 0.2%

流动助剂 0.3%

相容剂 0.1%

偶联剂 1-3%

阻燃剂 8-10%

增韧剂 6%。

一种尼龙导热材料的制备方法，将尼龙6烘干，控制水分在1000ppm（优选为500ppm）以内，然后将尼龙6和尼龙66按比例混合均匀；

将氮化铝和碳化硅按比例混合均匀后，烘干，水分控制在500ppm以内；

将混合后的基材和导热材料，以及抗氧剂 、流动助剂、相容剂 、偶联剂 、阻燃剂和增韧剂按比例放入高速混合机混合，然后采用螺杆挤出机挤出，造粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

仅采用尼龙6，后续在注塑成型过程中可塑性差，而仅采用尼龙66，刚性强，生产连续性差；本发明基材采用尼龙6和尼龙66的混合物，利用尼龙6弹性好、冲击强度高的特点，使得产品挤出过程中不断头，生产连续性好，同时加入尼龙66，适当提高其刚性，使得后续使用注塑成型过程中，可塑性强。

氮化铝导热系数最高，导热性能最好，但是氮化铝硬度高，采用尼龙6和尼龙66的混合物挤出过程中温度较高（270℃左右），在高温挤出过程中，氮化铝会对金属螺杆造成损伤，导致产品机械性能下降，影响加工性能。采用碳化硅与之配合，减少螺杆损伤，且热稳定性好，使得注塑后的产品使用过程中不易变色。

由于导热材料为粉末状，其与各材料的相容性不好，且导热材料的加入会使得产品的拉伸性能、弯曲性能和抗冲击性能变差，本申请采用铝酸酯偶联剂与硅烷偶联剂的混配偶联剂，辅以马来酸酐相容剂和增韧剂，使得材料性能达到最佳状态。

具体实施方式

实施例1

一种尼龙导热材料，其原料重量份百分比：

36%尼龙6、4%尼龙66、24%氮化铝、16%碳化硅、0.2%抗氧剂、0.7%流动助剂、0.1%马来酸酐、1.2%铝酸酯偶联剂、0.8%硅烷偶联剂、8%阻燃剂、4%POE增韧剂、5%MOE-800增韧剂；

其制备方法：将尼龙6烘干，控制水分在500ppm以内，然后将尼龙6和尼龙66按比例混合均匀；

将氮化铝和碳化硅按比例混合均匀后，烘干，水分控制在500ppm以内；

将混合后的基材（尼龙6和尼龙66）和导热材料（氮化铝和碳化硅），以及抗氧剂 、流动助剂、相容剂 、偶联剂（铝酸酯偶联剂与硅烷偶联剂） 、阻燃剂和增韧剂（POE与MOE-800）按比例放入高速混合机混合，然后采用螺杆挤出机挤出，造粒。

挤出造粒过程中，连续流程，无断头现象，螺杆无损伤。

制得的粒子用于后期注塑成型，注塑性能好。

实施例2-5：

实施例2至5与实施例1的不同仅在于材料配比变化，详见表1。

表1：

实施例2-5挤出造粒过程中，连续流程，无断头现象，螺杆无损伤。

制得的粒子用于后期注塑成型，注塑性能好。

将实施例4材料试制的产品用于检测，其结果见表2。

表2：

对比例1：

对比例1与实施例4的区别仅在于，所述基材全部选用PA-6（尼龙6），冲击强度不达标，且后续注塑过程中，注塑成型性能差，次品率高。

对比例2：

对比例2与实施例4的区别仅在于，所述基材全部选用PA-66（尼龙66），生产挤出过程中断头现象时常发生，生产连续性差。

对比例3：

对比例3与实施例4的区别仅在于，导热材料全部选用氮化铝，在高温挤出过程中，氮化铝会对金属螺杆造成损伤，导致产品机械性能下降，影响加工性能。

对比例4：

对比例4与实施例4的区别仅在于，导热材料全部选用碳化硅，导热系数达不到要求。

对比例5：

对比例5与实施例4的区别仅在于，不使用增韧剂，拉伸性能、弯曲性能、冲击性能达不到要求。

对比例6：

对比例6与实施例4的区别仅在于，不使用相容剂，拉伸性能、弯曲性能、冲击性能达不到要求。

对比例7：

对比例7与实施例4的区别仅在于，偶联剂全部铝酸酯偶联剂，材料中碳化硅的相容性变差，材料性能不均匀，热稳定性不均匀。

对比例7：

对比例8与实施例4的区别仅在于，偶联剂全部硅烷偶联剂，材料中氮化铝的相容性变差，材料性能不均匀，导热系数检测不稳定。

Claims (5)

1.一种尼龙导热材料，其特征在于，所述尼龙导热材料原料重量份百分比：

36%尼龙6、4%尼龙66、24%氮化铝、16%碳化硅、0.2%抗氧剂、0.7%流动助剂、0.1%马来酸酐、1.2%铝酸酯偶联剂、0.8%硅烷偶联剂、8%阻燃剂、4%POE增韧剂、5%MOE-800增韧剂；

其制备方法：将尼龙6烘干，控制水分在500ppm以内，然后将尼龙6和尼龙66按比例混合均匀；

将氮化铝和碳化硅按比例混合均匀后，烘干，水分控制在500ppm以内；

将混合后的基材和导热材料氮化铝和碳化硅，以及抗氧剂、流动助剂、相容剂、铝酸酯偶联剂与硅烷偶联剂、阻燃剂和增韧剂按比例放入高速混合机混合，然后采用螺杆挤出机挤出，造粒。

2.一种尼龙导热材料，其特征在于，所述尼龙导热材料原料重量份百分比：

44%尼龙6、11%尼龙66、23%氮化铝、11%碳化硅、0.1%抗氧剂、0.3%流动助剂、0.1%马来酸酐、1%铝酸酯偶联剂、0.5%硅烷偶联剂、8%阻燃剂、0.5%POE增韧剂、0.5%MOE-800增韧剂；

其制备方法：将尼龙6烘干，控制水分在500ppm以内，然后将尼龙6和尼龙66按比例混合均匀；

将氮化铝和碳化硅按比例混合均匀后，烘干，水分控制在500ppm以内；

将混合后的基材和导热材料氮化铝和碳化硅，以及抗氧剂、流动助剂、相容剂、铝酸酯偶联剂与硅烷偶联剂、阻燃剂和增韧剂按比例放入高速混合机混合，然后采用螺杆挤出机挤出，造粒。

3.一种尼龙导热材料，其特征在于，所述尼龙导热材料原料重量份百分比：

31%尼龙6、5%尼龙66、25%氮化铝、15%碳化硅、0.2%抗氧剂、1%流动助剂、0.3%马来酸酐、2%铝酸酯偶联剂、1%硅烷偶联剂、10%阻燃剂、5.5%POE增韧剂、4%MOE-800增韧剂；

其制备方法：将尼龙6烘干，控制水分在500ppm以内，然后将尼龙6和尼龙66按比例混合均匀；

将氮化铝和碳化硅按比例混合均匀后，烘干，水分控制在500ppm以内；

将混合后的基材和导热材料氮化铝和碳化硅，以及抗氧剂、流动助剂、相容剂、铝酸酯偶联剂与硅烷偶联剂、阻燃剂和增韧剂按比例放入高速混合机混合，然后采用螺杆挤出机挤出，造粒。

4.一种尼龙导热材料，其特征在于，所述尼龙导热材料原料重量份百分比：

35%尼龙6、15%尼龙66、20%氮化铝、12%碳化硅、0.2%抗氧剂、0.6%流动助剂、0.2%马来酸酐、1.3%铝酸酯偶联剂、0.7%硅烷偶联剂、9%阻燃剂、3%POE增韧剂、3%MOE-800增韧剂；

其制备方法：将尼龙6烘干，控制水分在500ppm以内，然后将尼龙6和尼龙66按比例混合均匀；

将氮化铝和碳化硅按比例混合均匀后，烘干，水分控制在500ppm以内；

将混合后的基材和导热材料氮化铝和碳化硅，以及抗氧剂、流动助剂、相容剂、铝酸酯偶联剂与硅烷偶联剂、阻燃剂和增韧剂按比例放入高速混合机混合，然后采用螺杆挤出机挤出，造粒。

5.一种尼龙导热材料，其特征在于，所述尼龙导热材料原料重量份百分比：

40%尼龙6、10%尼龙66、22%氮化铝、10%碳化硅、0.2%抗氧剂、0.6%流动助剂、0.2%马来酸酐、1.4%铝酸酯偶联剂、0.6%硅烷偶联剂、9%阻燃剂、4%POE增韧剂、2%MOE-800增韧剂；

其制备方法：将尼龙6烘干，控制水分在500ppm以内，然后将尼龙6和尼龙66按比例混合均匀；

将氮化铝和碳化硅按比例混合均匀后，烘干，水分控制在500ppm以内；

将混合后的基材和导热材料氮化铝和碳化硅，以及抗氧剂、流动助剂、相容剂、铝酸酯偶联剂与硅烷偶联剂、阻燃剂和增韧剂按比例放入高速混合机混合，然后采用螺杆挤出机挤出，造粒。