CN104877339A - 复合散热材料的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合散热材料的制备方法，包括如下步骤：将所有原料混合搅拌分散1-2h后，投入球磨机中球磨处理，使所得物料的万孔筛余量≤0.05%；得到的均混物通过螺杆挤出机熔融挤出，经牵引、冷却、切粒，即得。本发明的制备技术中引入了高熔体流动性和大量活性端基的支链PA6，熔体流动性优异、易于加工,有效地促进了导热材料在基体中的分散、提高了防火剂的浸渍性和相容性，使各原料完全包覆分散在基体中，添加纳米金刚石级高了散热材料的高热导率、降低了膨胀系数，延长了产品使用寿命，特别适用于生产LED照明产品的灯罩、支座、基板、低压电器罩体和构件、电子封装、IC芯片以及大功率机电设备构件等零部件。

Description

复合散热材料的制备方法及其应用
技术领域
    本发明涉及一种散热材料，具体是复合散热材料的制备方法及其应用。
背景技术
由于聚合物材料具有来源广泛、成本低廉、易加工成型等优势，使得其得到广泛的 应用，但一般聚合物材料均为热的绝缘体，限制了其在电子包装、化工传热等领域的应用。特别是越来越多的聚合物材料投入 LED 产品的生产，较低的导热性能导致聚合物材料无法 进一步应用于制作发热量较大的 LED 照明产品的零部件。目前，提高聚合物材料的导热性能主要有以下两种方式：一是合成具有高导热系数的本征聚合物，如聚乙炔、聚吡咯等， 其导热机理同高分子材料导电机理一样是通过电子转移来实现热量的传递 ；二是通过添加高导热无机填料对聚合物进行填充制备无机物/聚合物导热复合材料。导热高聚物虽然具有良好的导热性能，但是受制于成本、生产工艺，难以实现规模化，而以无机物填充来提高聚合物的导热系数是一种行之有效的方法。对于 PA（尼龙） 材料而言，氧化铝是常用的无机导热剂，二者制得的氧化铝 /PA 复合材料的导热系数随氧化铝用量增加而提高。但过高的氧化铝用量可导致 PA 材料的流动性、加工性、抗冲击性能下降，导致其在 LED 照明产品生产领域中的实用价值下降。此外，当 PA 材料应用于生产 LED 照明产品的零部件时，在强光、高温的影响下极其容易老化，发生变色、脆化、开裂等问题，其使用寿命将大幅下降。
金刚石材料具有高热导和低膨胀系数（热导率：600-2200W/(m· K)；热膨胀系数： 0. 8×10-6/K，298K）。但是直接将其作为热沉材料，则成本高，脆性大，并且热膨胀系数与钨也相差近4倍。这种高热导低膨胀材料可以应用在电子封装、LED 发光二级管、 IC芯片等领域作为散热材料，从而提高散热效率及产品使用寿命。因此，发明一种制备高热导率、低膨胀系数的掺杂金刚石共混PA散热材料，其具有重要的意义和广泛的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供复合散热材料的制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
复合散热材料的制备方法，包括如下步骤：
(1) 将所有原料混合搅拌分散1-2h后，投入球磨机中球磨处理，使所得物料的万孔筛余量≤0.05%，其中原料按下述重量份制成：PA 50-80份，纳米金刚石2-6，氮化物10-30，抗氧剂0.5-1，助剂 4-6，防火剂1 2-5 ，防火剂2 1-3；
(2) 将步骤 1 得到的均混物通过螺杆挤出机熔融挤出，经牵引、冷却、切粒，即得。
 其中所述挤出机的料筒后部的温度为235℃-250℃、料筒中部的温度为260℃ -280℃、料筒前部的温度为270℃-280℃、喷嘴温度为275℃-280℃；螺杆转速为200-350r/min；喂料速度为10-25r/min。
优选地，步骤1中所述PA为一种至少含支链结构PA6 的高流动性尼龙组合物，为高流动性PA6与PA6， PA66，PA46，PA12，PA 612，PA 1212 和芳香族PA的任意组合，所述高流动性PA6 为支化单元引发剂与己内酰胺通过水解聚合制备得到PA6。
优选地，步骤1中所述氮化物由以下重量份的原料制成：陶瓷粉20-25、陶瓷纤维粉12-15、氮化铝 14-20、铝粉10-22、三氧化二铝5、氧化铝/碳纳米管复合材料0.5-7，纳米二氧化钛 10、氧化锌 5、钼酸钠2。
优选地，所述氧化铝/碳纳米管复合材料是将碳纳米管置于浓硫酸和浓硝酸的混合酸中加热后，烘干并分散到去离子水中，与聚乙烯醇和硝酸铝溶液一同加热，获得沉淀物后将沉淀物在氮气气氛下煅烧后获得的产品。
优选地，步骤1中所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的任意组合。
优选地，步骤1中所述的助剂由以下重量份的原料制成：聚合硫酸铝4-5、钠砂1-3、 聚酰亚胺 4-5、银包铜粉 8-10、氧化镁 12-14、硬脂酸锌 1-3、固含量45% 的氟碳乳液 2-3、水杨酸镁 4-5、硼酸钠 1-2、四针状氧化锌晶须 12-15， 制备方法为：先将硼酸钠溶于适量水中，制备成浓度为 8-10% 的水溶液，再将聚合硫酸铝溶解在水溶液中，然后投入水杨酸镁、 四针状氧化锌晶须，混合球磨 1-2h，投入其它剩余成分溶液中，混合搅拌分散 2-3h 后浓缩干燥，研磨成 300-400目细粉，即得。
优选地，步骤1中所述防火剂1为十溴二苯乙烷；所述防火剂2为三氧化二锑。
优选地，所述的复合散热材料的制备方法制备的散热材料的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
    本发明的制备技术中引入了高熔体流动性和大量活性端基的支链PA6，熔体流动性优异、易于加工,有效地促进了导热材料在基体中的分散、提高了防火剂的浸渍性和相容性， 使各原料完全包覆分散在基体中，添加纳米金刚石级高了散热材料的高热导率、降低了膨胀系数，延长了产品使用寿命，少量的纳米二氧化钛和氧化铝/碳纳米管复合材料提升了抗氧剂的抗氧化效果，使所制得的散热材料表现出良好的抗老化性能，并降低了抗氧剂的用量，有利于控制生产成本进而大规模地推广应用。
本发明制备的散热材料具有优异的导热性能，同时保持稳定的加工性能、机械性能，并表现出良好的抗紫外线、抗氧化和防火性能，特别适用于生产 LED 照明产品的灯罩、支座、基板、低压电器罩体和构件、电子封装、IC芯片以及大功率机电设备构件等零部件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明复合散热材料的制备方法，其原料由下述重量份的原料制成：PA 50-80份，纳米金刚石2-6，氮化物10-30，抗氧剂0.5-1，助剂 4-6，防火剂1 2-5 ，防火剂2 1-3。
所述PA为一种至少含支链结构PA6 的高流动性尼龙组合物， 为高流动性PA6与PA6， PA66，PA46，PA12，PA 612，PA 1212 和芳香族PA的任意组合。所述高流动性PA6 为支化单元引发剂与己内酰胺通过水解聚合制备得到PA6。
所述氮化物由以下重量份的原料制成：陶瓷粉20-25、陶瓷纤维粉12-15、氮化铝 14-20、铝粉10-22、三氧化二铝5、氧化铝/碳纳米管复合材料0.5-7，纳米二氧化钛 10、氧化锌 5、钼酸钠2。
所述氧化铝/碳纳米管复合材料是将碳纳米管置于浓硫酸和浓硝酸的混合酸中加热后，烘干并分散到去离子水中，与聚乙烯醇和硝酸铝溶液一同加热，获得沉淀物后将沉淀物在氮气气氛下煅烧后获得的产品。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的任意组合。
所述的助剂由以下重量份的原料制成：聚合硫酸铝4-5、钠砂1-3、 聚酰亚胺 4-5、银包铜粉 8-10、氧化镁 12-14、硬脂酸锌 1-3、固含量45% 的氟碳乳液 2-3、水杨酸镁 4-5、硼酸钠 1-2、四针状氧化锌晶须 12-15， 制备方法为：先将硼酸钠溶于适量水中，制备成浓度为 8-10% 的水溶液，再将聚合硫酸铝溶解在水溶液中，然后投入水杨酸镁、 四针状氧化锌晶须，混合球磨 1-2h，投入其它剩余成分溶液中，混合搅拌分散 2-3h 后浓缩干燥，研磨成 300-400目细粉，即得。
所述防火剂1为十溴二苯乙烷；所述防火剂2为三氧化二锑。
复合散热材料的制备方法，包括如下步骤：
(1) 将所有成分混合搅拌分散1-2h后，投入球磨机中球磨处理，使所得物料的万孔筛余量≤0.05%；
(2) 将步骤 (1) 得到的均混物通过螺杆挤出机熔融挤出，经牵引、冷却、切粒，即得。
    其中所述挤出机的料筒后部的温度为 235℃-250℃、料筒中部的温度为260℃ -280℃、 料筒前部的温度为270℃-280℃、喷嘴温度为 275℃ -280℃；螺杆转速为200-350r/min；喂料速度为10-25r/min。

Claims (8)

1.复合散热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
    (1) 将所有原料混合搅拌分散1-2h后，投入球磨机中球磨处理，使所得物料的万孔筛余量≤0.05%，其中原料按下述重量份制成：PA 50-80份，纳米金刚石2-6，氮化物10-30，抗氧剂0.5-1，助剂 4-6，防火剂1 2-5 ，防火剂2 1-3；
    (2) 将步骤 1 得到的均混物通过螺杆挤出机熔融挤出，经牵引、冷却、切粒，即得；
    其中所述挤出机的料筒后部的温度为235℃-250℃、料筒中部的温度为260℃ -280℃、 料筒前部的温度为270℃-280℃、喷嘴温度为 275℃-280℃；螺杆转速为200-350r/min；喂料速度为10-25r/min。
2.根据权利要求1所述的复合散热材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述PA为一种至少含支链结构PA6 的高流动性尼龙组合物，为高流动性PA6与PA6， PA66，PA46，PA12，PA 612，PA 1212 和芳香族PA的任意组合，所述高流动性PA6 为支化单元引发剂与己内酰胺通过水解聚合制备得到PA6。
3.根据权利要求1所述的复合散热材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述氮化物由以下重量份的原料制成：陶瓷粉20-25、陶瓷纤维粉12-15、氮化铝 14-20、铝粉10-22、三氧化二铝5、氧化铝/碳纳米管复合材料0.5-7，纳米二氧化钛 10、氧化锌 5、钼酸钠2。
4.根据权利要求3所述的复合散热材料的制备方法，其特征在于，所述氧化铝/碳纳米管复合材料是将碳纳米管置于浓硫酸和浓硝酸的混合酸中加热后，烘干并分散到去离子水中，与聚乙烯醇和硝酸铝溶液一同加热，获得沉淀物后将沉淀物在氮气气氛下煅烧后获得的产品。
5.根据权利要求1所述的复合散热材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的任意组合。
6.根据权利要求1所述的复合散热材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的助剂由以下重量份的原料制成：聚合硫酸铝4-5、钠砂1-3、 聚酰亚胺 4-5、银包铜粉 8-10、氧化镁 12-14、硬脂酸锌 1-3、固含量45% 的氟碳乳液 2-3、水杨酸镁 4-5、硼酸钠 1-2、四针状氧化锌晶须 12-15， 制备方法为：先将硼酸钠溶于适量水中，制备成浓度为 8-10% 的水溶液，再将聚合硫酸铝溶解在水溶液中，然后投入水杨酸镁、 四针状氧化锌晶须，混合球磨 1-2h，投入其它剩余成分溶液中，混合搅拌分散 2-3h 后浓缩干燥，研磨成 300-400目细粉，即得。
7.根据权利要求1所述的复合散热材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述防火剂1为十溴二苯乙烷；所述防火剂2为三氧化二锑。
8.根据权利要求1所述的复合散热材料的制备方法制备的散热材料的应用。
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