CN105038076A - 高功率led基板的导热绝缘材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高功率LED基板的导热绝缘材料，按质量百分比计，该导热绝缘材料包括：导热系数大于10W/mk纳米级的无机导热粉末：30%-80%；接枝改性剂与聚烯烃类树脂的接枝共聚物：10%-60%；分散剂：0.25%-10%；所述纳米级的无机导热粉末接枝在接枝改性剂上，接枝改性剂接枝在聚烯烃类树脂的支链上；所述接枝改性剂为马来酸酐；所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等有机分散剂或硅烷偶联剂的一种或几种。将无机纳米导热粉末加入到树脂材料中使得树脂材料具有良好的导热性能，增加了树脂材料的刚度。
Description
技术领域
本发明属于材料化学技术领域，涉及一种高功率LED基板的导热绝缘材料及其制备方法。
背景技术
低功率的LED封装，普通的PCB板即可以满足需求，但是对于高功率LED来说，所输入能源只有20%转化成光，其余的都以热的形态消耗掉，若这些热能未能及时的排除外界，那么LED的寿命就会因此大打折扣。LED散热能力通常受到封装模式以及使用材质的导热性能所影响。
传统的炮弹型封装，以插件式运用，广泛运用在家电或是通讯产品的指示灯，常看到的颜色多为红、黄、绿色光，但因为大部分LED产生的热只能通过两根导线往组装的基板上导热，效果不理想。
平板型的封装方式，因为整体与基板贴合，整体导热面积增加，加上近年来基板材质已针对散热，做许多研发与改善，LED运用也就更为广泛。高功率的LED散热基板有：高热导系统的铝基板、铜基板以及陶瓷基板。
高导热系统铝基板/铜基板是将基板的上方和下方基材改为铝合金/纯铜，中间为绝缘导热层，铝基板/铜基板的导热系统和中间的绝缘导热层有很大的关系，中间的绝缘导热层的散热效果越好，则整个铝基板的导热系统也越高。
陶瓷基板是由陶瓷烧结而成的LED基板，具有散热性佳、耐高温、耐潮湿等优点，但是加工成本较高，同时具有陶瓷强度不高的缺点，为了解决陶瓷基板所存在的问题，人们开始寻求由容易加工、耐沖击性能好的高分子树脂材料来替代陶瓷，制成基板。
导热的高分子树脂材料是利用导热填料对高分子树脂材料进行均匀填充，以提高导热性能的材料。常用的导热填料有氧化铝、氧化镁、氧化辞、氮化铝、氮化硼、碳化硅等，这些导热填料填充在树脂材料中使得树脂材料具有高导热性，导热填料在树脂中的比重越大，树脂的导热效果越好，以往将微米级的导热填料添加到树脂中放在挤出机中挤出造粒，由于树脂中无机物的添加使得树脂的机械强度降低，抗弯曲抗扭折的性能差，防压抗震能力变差，于是人们开始研究将纳米级的无机填料添加到有机的树脂材料中去，但是由于纳米级的无机填料添加到有机的树脂材料中难以使纳米级的无机填料得到很好的分散，纳米级的无机填料容易团聚在一起，导致导热树脂材料的物理性能和导热性能都变差。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的问题，提出了一种高功率LED基板的导热绝缘材料及其制备方法。
本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种高功率LED基板的导热绝缘材料，其特征在于，按质量百分比计，该导热绝缘材料包括：
导热系数大于10W/mk纳米级的无机导热粉末：30%~80%；
接枝改性剂与聚烯烃类树脂的接枝共聚物：10%~60%；
分散剂：0.25%~10%。
所述纳米级的无机导热粉末接枝在接枝改性剂上，接枝改性剂接枝在聚烯烃类树脂的支链上。
所述接枝改性剂为马来酸酐或丙烯酸或油酸。
所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等有机分散剂或硅烷偶联剂的一种或几种。
所述无机导热粉末包括氧化铝、氧化镁、氧化辞、氮化铝、氮化硼、碳化娃中的一种或多种。
本发明还提供一种制备如上所述高功率LED基板的导热绝缘材料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)按质量份计，将30~80份纳米级的无机导热粉末加入3~20份接枝改性剂中，再加入0.1~10份分散剂，搅拌分散，使纳米级的无机导热粉末分散在接枝改性剂和分散剂的混合溶剂中形成乳液状的分散体；
(2)将上述步骤中制得的乳液状的分散体加入到超声喷雾干燥设备进行干燥制备复合材料；
(3)将上述步骤中制得的复合材料与7~40份聚烯烃类树脂一起加入到双螺杆挤出机中，并且同时加入0.1~2份引发剂引发在双螺杆挤出机中进行接枝共聚反应，挤出造粒从而制备出导热绝缘材料。
所述引发剂为过氧化物。
所述接枝改性剂为马来酸酐或丙烯酸或油酸。
所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等有机分散剂或硅烷偶联剂的一种或几种。
所述无机导热粉末包括氧化铝、氧化镁、氧化辞、氮化铝、氮化硼、碳化娃中的一种或多种。
本发明有益的技术效果在于：
将无机纳米导热粉末加入到树脂材料中使得树脂材料既能够具有良好的导热性能，又不会降低树脂材料的物理机械性能，同时还增加了树脂材料的刚度。
通过先将无机纳米导热粉末通过接枝剂接枝在聚烯烃类树脂上，从而避免了直接将无机纳米导热粉末加入到树脂材料中引起无机纳米导热粉末团聚的问题。
通过将包括无机纳米导热粉末、接枝剂、分散剂的乳液分散体采用超声喷雾干燥，再与聚烯烃类树脂在熔融状态下接枝，能够利用高温使接枝共聚的副产物挥发，从而能够使得接枝共聚反应充分，而且速率快，由于是干燥后的分散体与聚烯烃类树脂反应，从而不会产生无机纳米导热粉末团聚的问题。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种高功率LED基板的导热绝缘材料，该高功率LED基板的导热绝缘材料是通过如下步骤制备而成的：
(1)按质量份计，将30份平均粒径为10nm的氧化硅粉末加入3份接枝改性剂马来酸酐中，再加入0.1份分散剂为聚丙烯酰胺，搅拌10~15分钟，然后采用超声波分散20-30分钟，使纳米氧化硅粉末分散在马来酸酐和聚丙烯酰胺的混合溶剂中形成乳液状的分散体；
(2)将上述步骤（1)中制得的乳液状的分散体加入到超声喷雾干燥设备进行喷雾干燥制备出粉末状的包含有纳米氧化硅的复合材料；
(3)将上述步骤（2)中制得的粉末状的复合材料与7份聚丙烯树脂粉末一起从双螺杆挤出机的入料口中加入到温度设置为200°C~240°C的双螺杆挤出机中，并且同时从入料口中加入0.1份引发剂过氧化氢引发，聚丙烯树脂与复合材料在双螺杆挤出机中进行接枝共聚反应，反应后的产物被挤出机挤出造粒从而制备出导热绝缘材料。
制备出的绝缘导热材料，按质量百分比计，包括如下组份：
纳米氧化硅：75%；
马来酸酐与聚丙烯的接枝改性共聚物：24.75%；
聚丙烯酰胺：0.25%。
所述纳米氧化硅接枝在接枝改性剂马来酸酐上，马来酸酐接枝在聚丙烯树脂的支链上。
实施例2
本实施例另提供一种高功率LED基板的导热绝缘材料，该高功率LED基板的导热绝缘材料是通过如下步骤制备而成的：
(1)按盾量份计，将80份平均粒径为30nm的氣化铝粉末加入20份接枝改性剂油酸中，再加入10份分散剂为十二烷基硫酸钠，搅拌10~15分钟，然后采用超声波分散20-30分钟，使纳米氧化铝粉末分散在油酸和十二烷基硫酸钠的混合溶剂中形成乳液状的分散体；
(2)将上述步骤（1)中制得的乳液状的分散体加入到超声喷雾干燥设备进行喷雾干燥制备出粉末状的包含有纳米氧化硅的复合材料；
(3)将上述步骤（2)中制得的粉末状的复合材料与40份聚乙烯树脂粉末一起从双螺杆挤出机的入料口中加入到温度设置为200°C~240°C的双螺杆挤出机中，并且同时从入料口中加入2份引发剂过氧化氢引发，聚丙烯树脂与复合材料在双螺杆挤出机中进行接枝共聚反应，反应后的产物被挤出机挤出造粒从而制备出导热绝缘材料。
制备出的高功率LED基板的导热绝缘材料，按质量百分比计，包括如下组份：
纳米氧化铝：54%；
油酸与聚乙烯的接枝改性共聚物：39%；
十二烷基硫酸钠：7%。
所述纳米氧化铝接枝在接枝改性剂油酸上，油酸接枝在聚乙烯树脂的支链上。
实施例3
本实施例另提供一种高功率LED基板的导热绝缘材料，该高功率LED基板的导热绝缘材料是通过如下步骤制备而成的：
(1)按质量份计，将30份平均粒径为50nm的氧化镁粉末加入20份接枝改性剂丙烯酸中，再加入10份分散剂为脂肪酸聚乙二醇酯，搅拌10~15分钟，然后采用超声波分散20~30分钟，使纳米氧化镁粉末分散在丙烯酸和脂肪酸聚乙二醇酯的混合溶剂中形成乳液状的分散体；
(2)将上述步骤（1)中制得的乳液状的分散体加入到超声喷雾干燥设备进行喷雾干燥制备出粉末状的包含有纳米氧化镁的复合材料；
(3)将上述步骤（2)中制得的粉末状的复合材料与40份聚1-丁烯树脂粉末一起从双螺杆挤出机的入料口中加入到温度设置为200°C~240°C的双螺杆挤出机中，并且同时从入料口中加入1份引发剂过氧化氢引发，聚丙烯树脂与复合材料在双螺杆挤出机中进行接枝共聚反应，反应后的产物被挤出机挤出造粒从而制备出导热绝缘材料。
制备出的高功率LED基板的导热绝缘材料，按质量百分比计，包括如下组份：
纳米氧化镁：30%；
丙烯酸与聚1-丁烯的接枝改性共聚物：60%；
脂肪酸聚乙二醇酯：10%。
所述纳米氧化镁接枝在接枝改性剂丙烯酸上，丙烯酸接枝在聚1-丁烯树脂的支链上。
实施例4
本实施例提供一种高功率LED基板的导热绝缘材料，该高功率LED基板的导热绝缘材料是通过如下步骤制备而成的：
(1)按质量份计，将80份平均粒径为50nm的氮化硅粉末加入3份接枝改性剂丙烯酸中，再加入10份分散剂为硅烷偶联剂，搅拌10~15分钟，然后采用超声波分散20-30分钟，使纳米氮化硅粉末分散在丙烯酸和硅烷偶联剂的混合溶剂中形成乳液状的分散体；
(2)将上述步骤（1)中制得的乳液状的分散体加入到超声喷雾干燥设备进行喷雾干燥制备出粉末状的包含有纳米氧化硅的复合材料；
(3)将上述步骤（2)中制得的粉末状的复合材料与7份聚1-戊烯树脂粉末一起从双螺杆挤出机的入料口中加入到温度设置为200°C~240°C的双螺杆挤出机中，并且同时从入料口中加入0.5份引发剂过氧化氢引发，聚丙烯树脂与复合材料在双螺杆挤出机中进行接枝共聚反应，反应后的产物被挤出机挤出造粒从而制备出导热绝缘材料。
制备出的高功率LED基板的导热绝缘材料，按质量百分比计，包括如下组份：
纳米氮化硅：80%；
丙烯酸与聚1-戊烯的接技改性共聚物：10%；
硅烷偶联剂：10%；
所述纳米氮化硅接枝在接枝改性剂丙烯酸上，丙烯酸接枝在聚1-戊烯树脂的支链上，所述纳米氮化硅均匀分散在散热塑料中。
总之，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种高功率LED基板的导热绝缘材料，其特征在于，按质量百分比计，该导热绝缘材料包括：
导热系数大于10W/mk纳米级的无机导热粉末：30%-80%；
接枝改性剂与聚烯烃类树脂的接枝共聚物：10%-60%；
分散剂：0.25%-10%；
所述纳米级的无机导热粉末接枝在接枝改性剂上，接枝改性剂接枝在聚烯烃类树脂的支链上；
所述接枝改性剂为丙烯酸；
所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等有机分散剂或硅烷偶联剂的一种或几种。
2.—种制备如权利要求1所述高功率LED基板的导热绝缘材料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)按质量份计，将30-80份纳米级的无机导热粉末加入3-20份接枝改性剂中，再加入0.25-10份分散剂，搅拌分散，使纳米级的无机导热粉末分散在接枝改性剂和分散剂的混合溶剂中形成乳液状的分散体；
(2)将上述步骤中制得的乳液状的分散体加入到超声喷雾干燥设备进行干燥制备复合材料；
(3)将上述步骤中制得的复合材料与7-40份聚烯烃类树脂一起加入到双螺杆挤出机中，并且同时加入0.1-2份引发剂引发在双螺杆挤出机中进行接枝共聚反应，挤出造粒从而制备出导热绝缘材料。
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