CN105062072A - 一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法。聚苯硫醚复合材料按质量百分比由以下组分组成：聚苯硫醚：16～48.8％；聚苯醚：5～10％；大粒径导热填料：20～30％；中粒径导热填料：20～30％；小粒径导热填料：5～10％；偶联剂：0.5～1％；抗氧剂：0.1～0.5％；光稳定剂：0.1～0.5％；润滑剂：0.5～2％。本发明的聚苯硫醚复合材料在取得较高韧性的同时，可以获得良好的绝缘性能和导热性能。

Description

一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法

[技术领域]

本发明涉及高分子复合材料，尤其涉及一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法。

[背景技术]

作为“高效、环保、节能”的新一代绿色光源和照明技术，LED照明灯近年来在全球照明灯行业得到快速发展与广泛应用，然而LED照明灯的操作环境温度越高，使用寿命也越低。因此，LED照明灯的散热系统设计与应用对增加LED照明灯的发光效率和使用寿命起着到关重要的决定作用。随着新型LED灯具的不断开发，设计人员与生产制造商的不断探索与研究，共同一致认为导热塑料是一种合理的新型热界面材料选择。导热塑料具有优良的机械力学性能，如质轻、耐化学腐蚀性强、电绝缘性能优异、尺寸稳定性好、加工成型简便，同时导热系数较高等特点。

除了LED行业，在IT行业的电脑散热风扇、汽车行业的发动机周边的零部件、以及在航空航天领域中很多零件都是要求材料能够迅速地将热量散发出去，以达到延长零件的使用寿命。这些都是可以大量地使用导热塑料的。

聚苯硫醚是一种综合性能优异的特种工程塑料，其突出的特点是耐高温(长期工作温度可以达到200℃以上)、耐化学腐蚀性强、电绝缘性能优异、力学性能高、尺寸稳定性好、聚苯硫醚本身就可以达到UL94V0的阻燃等级、同时导热系数较其它塑料要高，所以用聚苯硫醚作为基材制作导热塑料非常具有优势。

导热材料主要作用是要将热量传递散发出去，但是在使用条件下也要具备一定的机械力学性能。中国专利申请CN200810025883.6制备的导热聚苯硫醚材料的导热系数最高仅为1.696W/m.K；中国专利申请CN104559145A公开了一种高韧性高导热高分子材料及其制备方法，其所述的高韧性导热高分子材料由于添加大量的增韧剂，使该材料具有较好的韧性，但其强度难以作为结构材料使用，同时其导热系数也是只能满足低瓦数的LED灯使用；中国专利申请CN101275014A公开了一种导电导热聚苯硫醚材料，由聚苯硫醚树脂、碳纤维、导电导热填充剂、纤维增强剂、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂、成核剂组成。其制备方法将聚苯硫醚树脂基体恒温干燥、加入碳纤维、导电导热填充剂和纤维增强剂搅混，再加入偶联剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂和成核剂混合，在双螺杆挤出造粒机内高温熔融塑化造粒。该申请采用碳纤维作为增强填料，而碳纤维是可以导电的，大量添加碳纤维，从而使材料变成了导电材料，而不是绝缘材料，这很大程度地限制它在电子电气、LED灯具、IT等行业的应用。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种高韧性、绝缘性能和导热性能好的聚苯硫醚复合材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种聚苯硫醚复合材料，按质量百分比由以下组分组成：

以上所述的聚苯硫醚复合材料，所述的聚苯硫醚为线型聚苯硫醚，所述的聚苯醚为熔融指数10-20g/10min的中粘聚苯醚。

以上所述的聚苯硫醚复合材料，所述的大粒径导热填料的粒径为45目-60目，为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的至少一种；所述的中粒径导热填料的粒径为270目-325目，为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的至少一种；所述的小粒径导热填料的粒径为1800目-2500目，为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的至少一种。

以上所述的聚苯硫醚复合材料，所述偶联剂优选硅烷偶联剂和/或钛酸脂偶联剂。

以上所述的聚苯硫醚复合材料，所述润滑剂优选硬脂酸钙、硅酮、石蜡、聚乙烯蜡和硬脂酸锌中的至少一种。

以上所述的聚苯硫醚复合材料，所述抗氧化剂为1010、168、1076、1098、1790、425、2246和S9228中的至少一种。

以上所述的聚苯硫醚复合材料，所述光稳定剂优选944、770、THT4611、UV-6408、THT4802和UV-2908中的至少一种。

一种以上所述聚苯硫醚复合材料的制备方法，包括以下步骤：

801、按权利要求1的配方称取原料；

802、将聚苯硫醚和聚苯醚树脂烘干，按质量百分比，将水份控制在0.02％以下；

803、将烘好的聚苯硫醚和聚苯醚树脂与偶联剂先在混料机中搅拌混合；

804、加入大粒径的导热填料、中粒径的导热填料、小粒径导热填料、抗氧剂、光稳定剂和润滑剂在搅拌混合搅拌过程中要升温至110℃；

805、将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒。

以上所述的制备方法，双螺杆挤出机1区到10区的温度分别为：300℃、310℃、330℃、320℃、320℃、320℃、310℃、310℃、310℃和320℃。主机转速为400～550转/min，喂料机转速为800～1000转/min，真空度小于负0.06MPa。

本发明的聚苯硫醚复合材料在取得较高韧性的同时，可以获得良好的绝缘性能和导热性能。

[具体实施方式]

下面对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

本发明实施例的聚苯硫醚复合材料是一种高韧性绝缘导热聚苯硫醚复合材料。该复合材料由树脂基料、导热填料、偶联剂、抗氧剂、热稳定剂及润滑剂组成。具体质量百分比如下：

聚苯硫醚：16～48.8％

聚苯醚：5～10％

大粒径导热填料：20～30％

中粒径导热填料：20～30％

小粒径导热填料：5～10％

偶联剂：0.5～1％

抗氧剂：0.1～0.5％

光稳定剂：0.1～0.5％

润滑剂：0.5～2％

其中聚苯硫醚优选线型聚苯硫醚，具有优良的延展性、韧性，即使在高温度条件下也可以保持其高刚性和耐蠕变性；聚苯醚优选熔融指数在10-20g/10min的中粘聚苯醚。由于聚苯硫醚是高钢性的，跌落在地面上会发出清脆金属响声，所以聚苯硫醚是一种脆性的材料，其韧性是非常之差的。而聚苯醚的韧性相对于聚苯硫醚是要高的，聚苯醚的冲击强度为21KJ/M2，聚苯硫醚的冲击强度为4KJ/M2，而且聚苯醚有突出的电绝缘性和耐水性优异，尺寸稳定性好，其介电性能居塑料的首位。聚苯醚的机械力学性能和导热系数都要优于弹性体增韧剂，添加聚苯醚对机械力学性能和导热系数是没有减小，反而是增加的。

大粒径导热填料的粒径为45目-60目，优选氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝、氮化硅中的一种或者多种复配；中粒径导热填料的粒径为270目-325目，优选氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝、氮化硅其中的一种或者多种复配；小粒径导热填料的粒径为1800目-2500目，优选氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝、氮化硅中的一种或者多种复配。

偶联剂优选硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂中的一种或者多种复配；抗氧化剂优选1010、168、1076、1098、1790、425、2246、S9228等其中的一种或者多种复配；光稳定剂优选944、770、THT4611、UV-6408、THT4802、UV-2908其中的一种或者多种复配；润滑剂优选硬脂酸钙、硅酮、石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸锌中的一种或者多种复配。

上述高韧性绝缘导热聚苯硫醚复合材料的制造方法，包括如下工艺步骤：

第一步：按配方称取原料，用鼓风烘箱将聚苯硫醚和聚苯醚树脂用80℃烘12小时，按质量百分比，将水份控制在0.02％以下；

第二步：按比例将烘好的聚苯硫醚和聚苯醚树脂、偶联剂在高速混料机在搅拌1～2分钟；

第三步：按比例添加导热填料、抗氧剂、光稳定剂和润滑剂在高速混料机上先搅拌3～5分钟。高速混料机在搅拌过程中要升温，让低熔点的润滑剂熔融，使导热填料可以粘附在树脂上。

第四步：将充分混合好的材料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒。挤出机1区到10区的温度为：300℃、310℃、330℃、320℃、320℃、320℃、310℃、310℃、310℃和320℃。主机转速在400～550转/min，喂料转速在800～1000转/min，真空度小于负0.06NPa。

实施例1

聚苯硫醚复合材料，按重量的百分比包括以下成份：

聚苯硫醚26份，聚苯醚10份，大粒径导热填料30份，中粒径导热填料20份，小粒径导热填料10份，偶联剂1份，抗氧剂0.5份，光稳定剂0.5份，润滑剂2份。

聚苯硫醚是线型聚苯硫醚，优选日本油墨PPSFZ-2100；聚苯醚优选日本三菱PPOPX100F；大粒径导热填料优选50目氧化镁；中粒径导热填料优选300目氧化钙；小粒径导热填料优选2000目氮化硅；偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，优选美国KenrichPetrochemicalsInc.KR-38S；光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯类的抗UV光稳定剂，优选氰特UV-2908；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯两种混合，优选巴斯夫1010和168复配。润滑剂为聚乙烯蜡，优选霍尼韦尔的567蜡。

实施例1复合物材料的制备方法：

第一步：按上述配方称取原料，用鼓风烘箱将聚苯硫醚和聚苯醚树脂用80℃烘12小时，按质量百分比，将水份控制在0.02％以下；

第二步：按比例将烘好的聚苯硫醚和聚苯醚树脂、偶联剂在高速混料机在搅拌1～2分钟；

第三步：按比例添加导热填料、抗氧剂、光稳定剂和润滑剂在高速混料机上先搅拌3～5分钟。高速混料机在搅拌过程中要升温110℃)，让低熔点的润滑剂熔融，使导热填料可以粘附在树脂上。

第四步：将充分混合好的材料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒。挤出机1区到10区的温度为：300℃、310℃、330℃、320℃、320℃、320℃、310℃、310℃、310℃和320℃。主机转速在400～550转/min，喂料转速在800～1000转/min，真空度小于负0.06MPa。

实施例2

聚苯硫醚复合材料，按重量的百分比包括以下成份：

聚苯硫醚16份，聚苯醚10份，大粒径导热填料30份，中粒径导热填料30份，小粒径导热填料10份，偶联剂1份，抗氧剂0.5份，光稳定剂0.5份，润滑剂2份。

聚苯硫醚是线型聚苯硫醚，优选日本油墨PPSFZ-2100；聚苯醚优选日本三菱PPOPX100F；大粒径导热填料优选50目氧化镁；中粒径导热填料优选300目氧化钙；小粒径导热填料优选2000目氮化硅；偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，优选美国KenrichPetrochemicalsInc.KR-38S；光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯类的抗UV光稳定剂，优选氰特UV-2908；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯两种混合，优选巴斯夫1010和168复配。润滑剂为聚乙烯蜡，优选霍尼韦尔的567蜡。

制备方法同实施例1。

实施例3

聚苯硫醚复合材料，按重量的百分比包括以下成份：

聚苯硫醚41份，聚苯醚10份，大粒径导热填料20份，中粒径导热填料20份，小粒径导热填料5份，偶联剂1份，抗氧剂0.5份，光稳定剂0.5份，润滑剂2份。

聚苯硫醚是线型聚苯硫醚，优选日本油墨PPSFZ-2100；聚苯醚优选日本三菱PPOPX100F；大粒径导热填料优选50目氧化镁；中粒径导热填料优选300目氧化钙；小粒径导热填料优选2000目氮化硅；偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，优选美国KenrichPetrochemicalsInc.KR-38S；光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯类的抗UV光稳定剂，优选氰特UV-2908；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯两种混合，优选巴斯夫1010和168复配。润滑剂为聚乙烯蜡，优选霍尼韦尔的567蜡。

制备方法同实施例1。

实施例4

聚苯硫醚复合材料，按重量的百分比包括以下成份：

聚苯硫醚48.8份，聚苯醚5份，大粒径导热填料20份，中粒径导热填料20份，小粒径导热填料5份，偶联剂0.5份，抗氧剂0.1份，光稳定剂0.1份，润滑剂0.5份。

聚苯硫醚是线型聚苯硫醚，优选日本油墨PPSFZ-2100；聚苯醚优选日本三菱PPOPX100F；大粒径导热填料优选50目氧化镁；中粒径导热填料优选300目氧化钙；小粒径导热填料优选2000目氮化硅；偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，优选美国KenrichPetrochemicalsInc.KR-38S；光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯类的抗UV光稳定剂，优选氰特UV-2908；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯两种混合，优选巴斯夫1010和168复配。润滑剂为聚乙烯蜡，优选霍尼韦尔的567蜡。

制备方法同实施例1。

对比例1

聚苯硫醚复合材料，按重量的百分比包括以下成份：

聚苯硫醚36份，大粒径导热填料30份，中粒径导热填料20份，小粒径导热填料10份，偶联剂1份，抗氧剂0.5份，光稳定剂0.5份，润滑剂2份。

聚苯硫醚是线型聚苯硫醚，优选日本油墨PPSFZ-2100；大粒径导热填料优选50目氧化镁；中粒径导热填料优选300目氧化钙；小粒径导热填料优选2000目氮化硅；偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，优选美国KenrichPetrochemicalsInc.KR-38S；光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯类的抗UV光稳定剂，优选氰特UV-2908；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯两种混合，优选巴斯夫1010和168复配。润滑剂为聚乙烯蜡，优选霍尼韦尔的567蜡。

制备方法参考实施例1。

对比例2

聚苯硫醚复合材料，按重量的百分比包括以下成份：

聚苯硫醚48.8份，聚苯醚7.2份，中粒径导热填料30份，小粒径导热填料10份，偶联剂1份，抗氧剂0.5份，光稳定剂0.5份，润滑剂2份。

聚苯硫醚是线型聚苯硫醚，优选日本油墨PPSFZ-2100；聚苯醚优选日本三菱PPOPX100F；中粒径导热填料优选300目氧化钙；小粒径导热填料优选2000目氮化硅；偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，优选美国KenrichPetrochemicalsInc.KR-38S；光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯类的抗UV光稳定剂，优选氰特UV-2908；抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯两种混合，优选巴斯夫1010和168复配。润滑剂为聚乙烯蜡，优选霍尼韦尔的567蜡。

制备方法参考实施例1。

按照以上的实施例和对比例，注塑相关的测试样条进行检测，具体数值如下：

表1：实施例1-4和对比例1-2的组分和性能列表

性能测试标准：力学性能测试按照标准测试方法和条件进行测试，如拉伸强度采用GB/T1040标准测试，弯曲强度采用GB/T9341标准测试，悬臂梁缺口冲击强度采用GB/T1843标准测试，导热系数采用ASTMD5470-12标准测试，表面电阻率采用ASTMD25793标准测试，是否架桥是在生产过程中目测材料下料过程是否顺畅。

从以上的测试数据来看，实施例1到4的悬臂梁缺口冲击强度最低值是实施例4，测试值有6.0KJ/m²，而对比例最高的悬臂梁缺口冲击强度测试值只有5.0KJ/m²，实施例在韧性方面是要好于对比例的；导热系数在实施例中实施例3是最低的，只有13.5W/m.K，而对比例最高的导热系数是12W/m.K，因此实施例的导热系数也是全面优于对比例。在本发明中，韧性(即悬臂梁缺口冲击强度)和导热系数这两个关键指标都是可以得到大幅度的提高。

以上实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种聚苯硫醚复合材料，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：

2.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述的聚苯硫醚为线型聚苯硫醚，所述的聚苯醚为熔融指数10-20g/10min的中粘聚苯醚。

3.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述的大粒径导热填料的粒径为45目-60目，为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的至少一种；所述的中粒径导热填料的粒径为270目-325目，为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的至少一种；所述的小粒径导热填料的粒径为1800目-2500目，为氧化镁、氧化锌、氧化铝、氧化钙、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述偶联剂优选硅烷偶联剂或钛酸脂偶联剂。

5.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述润滑剂优选硬脂酸钙、硅酮、石蜡、聚乙烯蜡和硬脂酸锌中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为1010、168、1076、1098、1790、425、2246和S9228中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料，其特征在于，所述光稳定剂优选944、770、THT4611、UV-6408、THT4802和UV-2908中的至少一种。

8.一种权利要求1所述的聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

801、按权利要求1的配方称取原料；

802、将聚苯硫醚和聚苯醚树脂烘干，按质量百分比，将水份控制在0.02％以下；

803、将烘好的聚苯硫醚和聚苯醚树脂与偶联剂先在混料机中搅拌混合；

804、加入大粒径的导热填料、中粒径的导热填料、小粒径导热填料、抗氧剂、光稳定剂和润滑剂在搅拌混合搅拌过程中要升温至110℃；

805、将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行挤出造粒。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，双螺杆挤出机1区到10区的温度分别为：300℃、310℃、330℃、320℃、320℃、320℃、310℃、310℃、310℃和320℃。主机转速为400～550转/min，喂料机转速为800～1000转/min，真空度小于负0.06MPa。