CN105504707A

CN105504707A - 一种导热增韧阻燃增强的pbt塑料及其制备方法

Info

Publication number: CN105504707A
Application number: CN201610098700.8A
Authority: CN
Inventors: 何建龙
Original assignee: Jiangsu Meiaonew Material Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Meiaonew Material Co Ltd
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: CN105504707B

Abstract

本发明涉及一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料及其制备方法，它由下述组分按重量百分比组成：PBT树脂40~65%；玻璃纤维15~30%；导热填料4~9%；阻燃剂10~15%；抗氧化剂0.1~0.3%；增韧剂1~8%；润滑剂0.2~1%；相容剂1~7%；所述导热填料由氧化石墨烯、碳纳米管和氮化铝混合而成。使PBT塑料不仅具有超高的导热系数、优异的机械性能，更有利于有效导热网络的形成，还改善了PBT树脂与其它组分的相容性，有效平衡了高填充量与材料的机械性能，使材料具有优良的导热性、阻燃性的同时具有优良的力学性能，拓宽了材料的应用范围。

Description

一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及一种PBT塑料，具体涉及一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料及其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutyleneterephthalate，简称PBT)是由对苯二甲酸与1,4丁二醇的缩聚而成的乳白色半透明、结晶型热塑性聚酯树脂。最早由美国Celanese公司于1970年进行工业开发，目前已成为发展最快的工程塑料之一。PBT具有优良的耐热性、耐摩擦磨损性、耐化学药品性以及尺寸稳定性好、成型加工性好等特点，被广泛应用于电子电气、汽车工业以及家用电器等领域。

现代电子技术主要是微电子技术，微电子技术为现代科技、军事、国民经济及人们的日常工作和生活开创了前所未有的发展基础和条件。微电子技术的关键是电子封装技术，封装技术是指在保证绝缘可靠性的前提下提高传输速度、功率和散热能力，增加输入/输出端口数，减小器件尺寸，降低生产成本。因此电子封装正向着高集成度、高密度、芯片的大功率化、高频和布线细微化方向发展。这使得在有限的体积内会产生更多的热量，如果热量不能及时导出，积累过多，会造成集成电路和芯片温度升高，影响其工作，甚至烧毁电子元器件。电子封装技术的快速发展要求封装材料具有优良的导热性。早期应用于电子封装的材料多为无机导热绝缘材料，如金属氧化物、氮化物陶瓷及其它非金属材料，由于材料自身的局限性，如价格昂贵、难以加工成型等，已无法满足现代电子封装技术的发展要求。聚合物材料由于自身密度小并且具有优良的电气绝缘性、介电性能、成型加工性，已广泛应用于封装领域，并逐步取代传统陶瓷封装材料。

但是聚合物材料都是热的不良导体，导热系数一般都低于0.5Wm^-1K^-1(如PBT的导热系数约为0.22Wm^-1K^-1)，因此制备具有优良综合性能的高导热聚合物材料正成为封装材料领域的关键问题。目前市场开发的导热PBT主要是采用金属氧化物进行共混改性，但金属氧化物的导热系数较低，并且添加量非常大，使得PBT的性能降低严重，限制了其应用。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料，它由下述组分按重量百分比组成：

所述导热填料由氧化石墨烯、碳纳米管和氮化铝混合而成。

本发明中氧化石墨烯、碳纳米管和氮化铝的质量比优选为1～10：1～10：0.2～5。

本发明中PBT树脂的数均分子量优选为60000～100000

本发明中阻燃剂优选为硼酸盐与金属氢氧化物的复配阻燃剂，其质量比为1：1～1.5，更进一步地优选为1:1。

本发明中增韧剂优选为POE-g-GMA，EBA-g-GMA、AX8900中的一种或多种组成的混合物。

本发明中抗氧化剂优选为抗氧剂1076与抗氧剂168复配而成，其质量比为1：1～1.5，更进一步地优选为1:1。

本发明中，所述润滑剂优选为聚乙烯蜡、脂肪酸皂、脂肪酰胺中的一种或多种组成的混合物，而相容剂优选为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯、脂肪酸皂、脂肪酰胺中的一种或多种组成的混合物。

本发明的又一目的在于提供一种上述导热增韧阻燃增强的PBT塑料的制备方法，它包括以下步骤：(1)将配方量的导热填料和阻燃剂加入高速混料机中，以200～500转/分钟的速度混合5～10分钟，再加入配方量的抗氧化剂和增韧剂继续混合5～10分钟，再加入配方量的润滑剂与相容剂继续混合5～10min得第一混合物料；(2)将配方量的PBT树脂投入干燥塔中，在100～150℃干燥2～3小时，随后将其投入双螺杆挤出机内，再向双螺杆挤出机内加入所述第一混合物料和配方量的玻璃纤维，共混后挤出、冷却、切粒和计量包装即可。

优化地，所述双螺杆挤出机的各段温度为：240℃、240℃、205℃、185℃、185℃、180℃、180℃、225℃，其转速为350～400转/分钟。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明导热增韧阻燃增强的PBT塑料，一方面选择由氧化石墨烯、碳纳米管以及氮化铝混合而成的导热填料，使其不仅具有超高的导热系数、优异的机械性能，更有利于有效导热网络的形成，可以实现导热填料的少量添加而大幅度提高材料导热系数并且保持PBT材料良好的力学性能的目的；另一方面添加了增韧剂、相容剂，改善了PBT树脂与其它组分的相容性，有效平衡了高填充量与材料的机械性能，使材料具有优良的导热性、阻燃性的同时具有优良的力学性能，拓宽了材料的应用范围。

本发明导热增韧阻燃增强的PBT塑料的制备方法，通过控制物料的加料顺序，能够有效改善PBT塑料中各组分的分散均匀性，从而最终改善PBT塑料的性能。

具体实施方式

本发明导热增韧阻燃增强的PBT塑料，它由下述组分按重量百分比组成：PBT树脂40～65％；玻璃纤维15～30％；导热填料4～9％；阻燃剂10～15％；抗氧化剂0.1～0.3％；增韧剂1～8％；润滑剂0.2～1％；相容剂1～7％；所述导热填料由氧化石墨烯、碳纳米管和氮化铝混合而成。二维结构的氧化石墨烯导热系数在5000Wm^-1K^-1左右，一维结构的碳纳米管导热率为3500Wm^-1K^-1，三维结构的微米级氮化铝导热系数为300Wm^-1K^-1，这些填料的导热系数比传统使用的金属氧化物导热填料的导热系数高一到两个数量级；更重要是碳纳米管和氧化石墨烯在氮化铝中起到导热桥梁的作用，更有利于有效导热网络的形成，只需少量添加即可大幅度提高材料导热系数并且保持PBT材料良好的力学性能。另外，在配方中添加增韧剂、相容剂，改善了PBT树脂与其它组分的相容性，有效平衡了高填充量与材料的机械性能，使材料具有优良的导热性、阻燃性的同时具有优良的力学性能，拓宽了材料的应用范围。氧化石墨烯、碳纳米管和氮化铝的质量比优选为1～10：1～10：0.2～5，平衡成本的同时进一步改善PBT塑料的性能。

PBT树脂选用常规的即可，例如珠海中福5022、江苏何氏701、sabicPBT357、PBT等，数均分子量优选为60000～100000，以有利于与其它组分的混合均匀。阻燃剂优选为硼酸盐与金属氢氧化物的复配阻燃剂，硼酸盐与金属氢氧化物能够产生协同阻燃效应，提高阻燃性能，避免了传统聚磷酸盐阻燃剂耐水性差、热稳定性不高的缺点，并且实现了无卤、无磷绿色环保生产，它们的质量比为1：1～1.5，具体优选为1:1，如硼酸钙与氢氧化铝按质量比1:1复配。增韧剂优选为POE-g-GMA，EBA-g-GMA、AX8900中的一种或多种组成的混合物，如AX8900和POE-g-GMA按1:1复配、BA-g-GMA和AX8900按1:1复配以及POE-g-GMA、EBA-g-GMA与AX8900按1:1:1复配等。抗氧化剂优选为不同抗氧剂的复配，如由抗氧剂1076与抗氧剂168复配而成，其质量比为1：1～1.5，具体优选为1:1。润滑剂选用常规的那些即可，如聚乙烯蜡、脂肪酸皂、脂肪酰胺中的一种或多种组成的混合物；相容剂选用常规的那些即可，如苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯(SAG)、脂肪酸皂、脂肪酰胺中的一种或多种组成的混合物。

下面将结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

本发明提供一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料，按其重量百分数包括以下组分：PBT树脂50％(1731-BK1066、美国GE)、玻璃纤维20％(2400TEX、山东红君)、导热填料7％(江苏国能，GN2435)、阻燃剂10％(硼酸钙(SL981、三菱)与氢氧化铝(TX3514、山东泰星生产厂家)按质量比1：1复配)、抗氧化剂0.3％(抗氧剂1076与抗氧剂168按质量比1:1复配)、增韧剂8％(POE-g-GMA，DY654、四川东梅)、润滑剂0.2％(聚乙烯蜡，9871-L山东菏泽)和相容剂4.5％(ZT-6510、江苏中太)。其中，导热填料由氧化石墨烯(TA-9871、江苏泰安)、碳纳米管(SAG，YT-8001、江苏亿华)及微米级氮化铝(ZL-901、浙江中林)按质量比1:1:2混合而成。

上述导热增韧阻燃增强的PBT塑料的制备方法：

(1)将配方量的导热填料和阻燃剂加入高速混料机中，以300转/分钟的转速高速混合10min，加入配方量的抗氧化剂和增韧剂继续混合10分钟，再加入配方量的润滑剂与相容剂继续混合10min得第一混合物料；

(2)将配方量的PBT树脂投入干燥塔中，在120℃干燥3小时，随后将其投入双螺杆挤出机的第一筒体内，将第一混合物料(步骤1中的产物)和配方量的玻璃纤维由计量喂料机从双螺杆挤出机的第四筒体加入，双螺杆挤出机的各段温度为：240℃、240℃、205℃、185℃、185℃、180℃、180℃、225℃，其转速为360转/分钟；物料通过双螺杆挤出机挤出共混后挤出、冷却、切粒和计量包装，经检验合格后入库、出厂。

实施例2

本实施例提供一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其原料配方与实施例1中的一致，不同的是其制备方法采用常规的方法，具体为：

(1)将配方量的导热填料、阻燃剂、抗氧化剂、增韧剂、润滑剂和相容剂加入高速混料机中，以300转/分钟的转速高速混合20min，混合均匀后待用；

(2)按配比将PBT树脂投入干燥塔中，在120℃干燥3小时，随后将其投入双螺杆挤出机的第一筒体内，将步骤(1)得到的物料和玻璃纤维由计量喂料机从双螺杆挤出机第四筒体加入，双螺杆挤出机的各段温度为：240℃、240℃、205℃、185℃、185℃、180℃、180℃、225℃，其转速为360转/分钟；物料通过双螺杆挤出机挤出共混后挤出、冷却、切粒和计量包装，经检验合格后入库、出厂；最终制得的PBT塑料热变形温度(1.82MPa)为232℃，导热系数为7Wm^-1K^-1。

实施例3

本实施例提供一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其原料配方与实施例1中的不同，具体为：PBT树脂55％、玻璃纤维20％、导热填料6％、阻燃剂12％、抗氧化剂0.2％、增韧剂2％、润滑剂0.8％和相容剂4％。其中，导热填料由氧化石墨烯、碳纳米管及微米级氮化铝按质量比1:1:2.5混合而成，增韧剂选用丙烯酸丁酯接枝甲酯丙烯酸缩水甘油酯(EBA-g-GMA，GN-5500、江苏国能)，最终制得的PBT塑料热变形温度(1.82MPa)为230℃，导热系数为5Wm^-1K^-1。

实施例4-7

实施例4-7分别提供一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料，它们的原料与实施例1中的不同，具体如表1所示；其中，实施例4的增韧剂选用AX8900；实施例5的增韧剂选用POE-g-GMA与AX8900按1:1复配；实施例6的增韧剂选用EBA-g-GMA与AX8900按1:1复配；实施例7的增韧剂选用POE-g-GMA、EBA-g-GMA与AX8900按1:1:1复配。

表1实施例4-7中导热增韧阻燃增强的PBT塑料的原料配方

对比例1至3

对比例1至对比例3分别提供一种PBT塑料，它们的原料与实施例1中的基本相同，不同的是其导热填料为单组份的，分别为氧化石墨烯、碳纳米管、氮化铝。

	实施例1	对比例1	对比例2	对比例3
					密度(g/cm³)	1.6	1.6	1.6	1.6
吸水率(％)	0.040	0.040	0.040	0.040
					拉伸强度(MPa)	132	125	123	128
弯曲强度(MPa)	218	209	208	211
					悬臂梁缺口冲击强度(J/m)	96.5	88.9	90.1	91.5
热变形温度(1.82MPa)℃	235	213	218	215
					玻纤含量(％)	32.0	32.0	32.0	32.0
阻燃性(垂直)	V-0	V-0	V-0	V-0
					导热系数(Wm^-1K^-1)	10	0.22	0.23	0.35
介电强度(KV/mm)	21.7	21.8	21.9	22
					介电常数(1MHz)	3.8	3.8	3.9	3.85 -->
介电损耗(1MHz)	1.0×10^-2	1.0×10^-2	1.0×10^-2	1.0×10^-2

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其特征在于，它由下述组分按重量百分比组成：

PBT树脂40~65%；

玻璃纤维15~30%；

导热填料4~9%；

阻燃剂10~15%；

抗氧化剂0.1~0.3%；

增韧剂1~8%；

润滑剂0.2~1%；

相容剂1~7%；

所述导热填料由氧化石墨烯、碳纳米管和氮化铝混合而成。

2.根据权利要求1所述的导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其特征在于：所述氧化石墨烯、碳纳米管和氮化铝的质量比为1~10：1~10：0.2~5。

3.根据权利要求1所述的导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其特征在于：所述PBT树脂的数均分子量为60000~100000。

4.根据权利要求1所述的导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其特征在于：所述阻燃剂为硼酸盐与金属氢氧化物的复配阻燃剂，其质量比为1：1~1.5。

5.根据权利要求1所述的导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其特征在于：所述增韧剂为POE-g-GMA，EBA-g-GMA、AX8900中的一种或多种组成的混合物。

6.根据权利要求1所述的导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其特征在于：所述抗氧化剂为抗氧剂1076与抗氧剂168复配而成，其质量比为1：1~1.5。

7.根据权利要求1所述的导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其特征在于：所述润滑剂为聚乙烯蜡、脂肪酸皂和脂肪酰胺中的一种或多种组成的混合物。

8.根据权利要求1所述的导热增韧阻燃增强的PBT塑料，其特征在于：所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯、脂肪酸皂和脂肪酰胺中的一种或多种组成的混合物。

9.一种权利要求1至8中任一所述导热增韧阻燃增强的PBT塑料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（1）将配方量的导热填料和阻燃剂加入混料机中，以200~500转/分钟的速度混合5~10分钟，再加入配方量的抗氧化剂和增韧剂继续混合5~10分钟，再加入配方量的润滑剂与相容剂继续混合5~10min得第一混合物料；

（2）将配方量的PBT树脂投入干燥塔中，在100~150℃干燥2~3小时，随后将其投入双螺杆挤出机内，再向双螺杆挤出机内加入所述第一混合物料和配方量的玻璃纤维，共混后挤出、冷却、切粒和计量包装即可。

10.根据权利要求9所述导热增韧阻燃增强的PBT塑料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的各段温度为：240℃、240℃、205℃、185℃、185℃、180℃、180℃、225℃，其转速为350~400转/分钟。