CN104610714A - 一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料及其制备方法。该绝缘导热复合材料的组成含有20～50质量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、10～30质量份的聚碳酸酯、20～70质量份的导热填料、0～2份的酯交换反应抑制剂、0.5～2质量份的硅烷偶联剂及0～2质量份的润滑剂。本发明的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料具有良好的导热性能及力学性能，并且绝缘性能优异，可用于需要散热而有绝缘要求的LED散热灯座或其他电子电器产品外壳等部件。

Description

一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子功能复合材料技术领域，具体涉及一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料及其制备方法。

背景技术

随着工业技术的进步，各种电子电器产品层出不穷，因散热不足导致材料的老化甚至燃烧的问题日趋严重，因而对导热塑料的需求也越来越迫切。一些电子电器产品对聚合物材料的要求是不仅要有良好的散热功能与绝缘性能，同时还要求材料具有一定的力学强度，这对导热塑料的选材及复合技术提出了更高的要求。现有技术一般通过填充大量导热填料而提高其热导率，但这是以材料力学性能的损失为代价的；而添加一些热导率更高的金属或碳系填料，虽然可以部分降低填料的含量，却丧失了复合材料宝贵的绝缘性能。

从满足材料较高力学性能和耐热性的愿望出发，工程塑料比通用塑料具有更多的优势。从降低填料的含量角度出发，如果导热塑料的基体由可形成双连续相结构的共混物组成，使导热填料能够选择性地较多分布在其中的某一相聚合物中或者在两相的界面层中，使填料在较低填充量下形成网络结构，这对节约成本也十分有利。

基于上述考虑，本发明提供了一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯(PBT/PC)绝缘导热复合材料。其中基体材料为PBT/PC共混物，导热填料选用氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁及碳化硅等具有较高热导率而又有良好绝缘性能的填料。

PBT和PC在性能上互补，PBT/PC共混物不仅具有优良的耐溶剂性、耐磨性、尺寸稳定性和耐应力开裂性，而且热变形温度高、加工性能较好。此外，PBT和PC树脂的相容性较好，在一定条件下可形成双连续相结构，以此实现导热填料的选择性分布而提高了填料在单相聚合物中的有效浓度，使达到同等热导率的填料含量降低；加热成型过程中PBT和PC可发生一定程度的酯交换反应原位形成共聚物，这些共聚物充当了界面增容剂促进了两者的融合，使PBT/PC合金保持了较高的力学强度。

由于有序的晶体结构利于声子的传递，因此结晶聚合物比非晶聚合物的导热能力要高。PBT为结晶型热塑性树脂，结晶速率快，可在较低的温度下迅速结晶，这对提高复合材料的导热性能是有利的，而PC不具备结晶能力。因此，本发明一方面通过调整PBT/PC中两者的比例以及加工条件，使其尽可能形成双连续相结构；另一方面，通过添加酯交换反应抑制剂控制两相界面发生酯交换反应的程度，尽可能保持PBT的结晶度，使导热填料尽可能多地分布在PBT相中，提高了材料的热导率。

CN103289342A公开了一种高导热增强型PC/PBT合金，其中组分PC的含量远大于PBT的含量，未涉及本发明所提及的双连续相结构，也未使用酯交换反应抑制剂，并且使用了导电性填料碳纤维，使这种材料的绝缘性能无法保障。

CN102702695A公开了一种导热聚酰胺/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PA/PBT)合金，该材料以纳米MgO为导热填料，将组分PA6、导热填料、环氧树脂、E-MA-GMA、抗氧剂和润滑剂按照配方含量的一半先制备母粒，然后再与将PBT以及剩余助剂进行混合，玻璃纤维从双螺杆挤出机侧喂料加入，通过挤出造粒得到最终的导热复合材料。这种方法的原理及使用的导热填料与本发明有所不同，且较为繁复。

发明内容

本发明提供了一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料，同时还提供了一种操作程序简单、可实现工业化的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料的制备方法。

本发明的目的是提供一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料。

本发明的另一个目的是提供聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料的制备方法。

具体地说，本发明提供了一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料及其制备方法，主要是由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、双酚A型聚碳酸酯(PC)树脂、导热填料、酯交换反应抑制剂、硅烷偶联剂、润滑剂等组成。

本发明所提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料中，包括如下质量份数的组分：

在本发明所提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料中，其中所述的原料中，树脂基体由PBT与PC按一定质量份比例配制。

在本发明所提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料中，其中所述的导热填料为氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁及碳化硅中的一种或一种以上组合。

在本发明所提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料中，其中所述的酯交换反应抑制剂为亚磷酸三苯酯、十八烷基亚磷酸酯或季戊四醇二亚磷酸酯中的一种，优选为亚磷酸三苯酯。

在本发明所提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料中，其中所述的硅烷偶联剂可为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的一种，用量为导热填料质量份数的1～2wt％。

在本发明所提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料中，其中所述的润滑剂为液体石蜡或硬脂酸。

在本发明中所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料的制备方法，其特征在于下述步骤：

(1)将导热填料用硅烷偶联剂进行表面处理；

(2)将聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯分别进行干燥；

(3)将步骤(1)和步骤(2)所得物料与酯交换反应抑制剂、润滑剂进行充分混合；

(4)将步骤(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，挤出机挤出温度为180～260℃，螺杆转速为50～120rpm。

(5)将步骤(4)所得粒料通过注塑或热压成型制成不同用途的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料。

在本发明所提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料制备方法中，其配料依据是根据目标材料的导热性能和力学性能要求，若导热填料需求不止一种时，将导热填料按所需比例配成混合导热填料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：本发明所选用的PBT与PC两种树脂具有良好的相容性，可以通过酯交换反应原位形成共聚物充当其界面增容剂而使其力学性能提高；此外，通过调整PBT/PC中两者的比例以及加工条件，使基体形成双连续相结构，以此实现导热填料的选择性分散而提高了填料在单相聚合物中的有效浓度，从而开发出低填充含量、高导热系数的聚合物复合材料，解决传统填充型导热聚合物填充量过大所带来的力学性能下降、加工困难等问题；另一方面，通过酯交换反应抑制剂的使用控制两相界面发生酯交换反应的程度，尽可能保持PBT的结晶度，利于声子的传递，提高了材料整体的热导率。同时，本发明的方法具有工艺简单、生产成本低、易于大规模工业化生产等优点，且本发明所提供的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯导热复合材料的绝缘性能良好，实际应用范围广泛。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

下列实施例中所使用的导热填料均经过硅烷偶联剂进行表面处理，处理方法如下：将占导热填料质量份数0.5～2.0wt％的硅烷偶联剂加入适量的丙酮中先行溶解，然后再加入导热填料并充分搅拌4h，最后抽滤、烘干，得到表面改性的导热填料。下列实施例中所涉及聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯在加工前均在真空条件下于120℃烘干8h～12h。上述处理方法在以下实施例中不再分别具体说明。

实施例1：

将40份聚对苯二甲酸丁二醇酯、20份聚碳酸酯、40份氮化硼(经占氮化硼质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)及1份亚磷酸三苯酯在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为80～100rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例2：

将30份聚对苯二甲酸丁二醇酯、10份聚碳酸酯、60份氧化铝(经占氧化铝质量2.0wt％的硅烷偶联剂KH550表面处理)及1份硬脂酸在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为90～120rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例3：

将20份聚对苯二甲酸丁二醇酯、20份聚碳酸酯、25份氮化铝(经占氮化铝质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、35份氧化铝(经占氧化铝质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、1份亚磷酸三苯酯及1份液体石蜡在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为90～120rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例4：

将20份聚对苯二甲酸丁二醇酯、15份聚碳酸酯、40份氮化硼(经占氮化硼质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、25份氮化铝(经占氮化铝质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、0.5份季戊四醇二亚磷酸酯及2份硬脂酸在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为100～120rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例5：

将20份聚对苯二甲酸丁二醇酯、10份聚碳酸酯、35份氧化镁(经占氧化镁质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、35份碳化硅(经占碳化硅质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、0.5份亚磷酸三苯酯及2份硬脂酸在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为90～120rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例6：

将30份聚对苯二甲酸丁二醇酯、20份聚碳酸酯、25份氮化铝(经占氮化铝质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、25份碳化硅(经占碳化硅质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)及1.5份硬脂酸在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为50～120rpm。所得粒料通过注塑成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例7：

将30份聚对苯二甲酸丁二醇酯、25份聚碳酸酯、25份碳化硅(经占碳化硅质量0.5wt％的硅烷偶联剂KH570表面处理)、20份氮化硼(经占氮化硼质量0.5wt％的硅烷偶联剂KH570表面处理)、1份亚磷酸三苯酯及2份硬脂酸在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为50～120rpm。所得粒料通过注塑成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例8：

将30份聚对苯二甲酸丁二醇酯、30份聚碳酸酯、20份氧化镁(经占氧化镁质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、20份氮化铝(经占氮化铝质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、2份十八烷基亚磷酸酯及2份硬脂酸在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为100～120rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例9：

将50份聚对苯二甲酸丁二醇酯、10份聚碳酸酯、40份氮化铝(经占氮化铝质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)及1份液体石蜡在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为90～120rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

实施例10：

将25份聚对苯二甲酸丁二醇酯、25份聚碳酸酯、50份碳化硅(经占碳化硅质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)、2份亚磷酸三苯酯及2份硬脂酸在混合器中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为80～110rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

对比例1：

将100份对苯二甲酸丁二醇酯烘干后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为80～100rpm。所得粒料通过热压成型制得纯PBT样品，其性能如表1所示。

对比例2：

将100份聚碳酸酯烘干后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为90～120rpm。所得粒料通过热压成型制得纯PC样品，其性能如表1所示。

对比例3：

将50份聚对苯二甲酸丁二醇酯、50份氧化铝(经占氧化铝质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)及2份硬脂酸在高速混合机中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为90～120rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

对比例4：

将50份聚碳酸酯、50份氧化铝(经占氧化铝质量1.5wt％的硅烷偶联剂KH560表面处理)及2份硬脂酸在混合器中混合均匀，后加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，双螺杆挤出温度为180～260℃，螺杆转速为90～120rpm。所得粒料通过热压成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。

表1本发明实施例和对比例性能表

虽然本发明通过前面的说明和实施例描述了相当多的细节，但是这些细节仅用于说明的目的。本领域技术人员可以获得任何变形和改进而并不背离根据所附权利要求描述的本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料，其特征在于，其组成包含如下质量分的组分：

。

2.根据权利要求1所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料，其特征在于：树脂基体由PBT与PC按一定质量份配比配制。

3.根据权利要求1所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料，其特征在于：所述的导热填料为氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁及碳化硅中的一种或一种以上组合。

4.根据权利要求1所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料，其特征在于：所述的酯交换反应抑制剂为亚磷酸三苯酯、十八烷基亚磷酸酯或季戊四醇二亚磷酸酯中的一种，优选为亚磷酸三苯酯。

5.根据权利要求1所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂可为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)或γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的一种，用量为导热填料质量份数的1～2wt％。

6.根据权利要求1所述的导热聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的润滑剂可为液体石蜡或硬脂酸。

7.根据权利要求1所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料，其特征在于，其制备方法主要包括以下步骤：

(1)将导热填料用硅烷偶联剂进行表面处理；

(2)将聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯分别进行干燥；

(3)将步骤(1)和步骤(2)所得物料与酯交换反应抑制剂、润滑剂进行充分混合；

(4)将步骤(3)所得混合物料加入双螺杆挤出机中均匀塑化并挤出、造粒，挤出机挤出温度为180～260℃，螺杆转速为50～120rpm。

5)将步骤(4)所得粒料通过注塑或热压成型制成不同用途的聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料。