CN105694441A - 一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料及制备方法和应用 - Google Patents

一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料及其制备方法和应用，绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的原料按重量百分比包括：聚酰胺40-55％、碳化硅10-20％、氧化锆3-5％、氢氧化镁2-5％、氢氧化硼3-5％、玻璃微粉4-10％、六方氮化硼6-10％、硅酸钠1-5％、硅酸锂3-10％、三氧化二硅2-8％、四氧化硅1-5％、硅酮2-10％、助剂1-3％、阻燃剂2-8％；上述各组分之和为100％。本发明用于微电子元器件、LED及光电封装、高低压电器、空调冷冻设备、手机电脑、化工、电气、风力发电、互联网通信设备、军工、汽车火车、等导散热领域。

Description

一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及散热材料技术领域，尤其涉及一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料及其制备方法。
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，使其得到广泛的应用，但一般聚合物材料由于传热与绝缘性能不佳，限制了其在电子元器件散热、化工电工传热、光电封装行业、航天航空、风力发电和其它领域等的应用。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或大功率LED照明产品的散热器套件。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；二是添加高导热无机填料进行填充制备复合材料。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，从而采用无机物填充来提高聚合物的导热系数是目前常用的方式。
聚酰胺(Polyamide，简称PA)俗称尼龙，是分子链上含有重复酰胺基团-(NHCO)-的一类热塑性树脂总称，由于其具有优良的热稳定性、绝缘性和物理机械性能，广泛应用于汽车工业、机械仪表、电子机械等行业。随着社会的发展，人们对材料的性能提出的越来越高的要求，现有的聚酰胺材料其导热、散热性和阻燃性已不能满足社会的要求，需要进行改性。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料及其制备方法和应用，所得散热材料具有极高的热导率，且高绝缘，高强度，热膨胀系数低，耐高低温老化不开裂不变色，综合性能好，使用寿命长。
本发明提出的一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺40-55％、碳化硅10-20％、氧化锆3-5％、氢氧化镁2-5％、氢氧化硼3-5％、玻璃微粉4-10％、六方氮化硼6-10％、硅酸钠1-5％、硅酸锂3-10％、三氧化二硅2-8％、四氧化硅1-5％、硅酮2-10％、助剂1-3％、阻燃剂2-8％；上述各组分之和为100％。
优选地，其原料按重量百分比包括：聚酰胺42％、碳化硅15％、氧化锆5％、氢氧化镁3％、氢氧化硼4％、玻璃微粉7％、六方氮化硼9％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅3％、四氧化硅1％、硅酮4％、助剂1％、阻燃剂2％。
优选地，所述聚酰胺的粘度≥3.8Pa.s。
优选地，所述助剂为热稳定剂和抗氧剂。
优选地，所述抗氧剂为抗氧剂168；所述热稳定剂为热稳定剂1010。
优选地，所述阻燃剂为硼酸锌、十溴二苯乙烷、微胶囊化红磷、氢氧化铝、磷酸二甲酯中的一种或者多种的混合物。
本发明还提出了一种所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配比将各原料混合分散3-5h得到混合物；
S2、将混合物加入高低温设备共混40-60min得到散热母料，其中共混温度为180-250℃；
S3、将散热母料加入双螺杆挤出机进行熔融、剪切、共混、压缩、混炼、抽真空、牵引、冷却、切粒得到绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其中所述双螺杆挤出机的料筒后部的温度为220-240℃、料筒中部的温度为250-270℃、料筒前部的温度为265-270℃、喷嘴温度为280-290℃；螺杆转速为200-300r/min；喂料器转速为150-200r/min。
本发明还提出了一种所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的应用，所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料用于制作微电子元器件、高低压电器、空调冷冻设备、手机、电脑、风力发电器、互联网通信设备中的一种。
本发明中，以高绝缘耐高低温聚酰胺为基材，选用多种填料掺杂共混，使各填料的性能协同促进，得到的导散热材料耐高压性好，热变形温度高，耐高低温性能优异，能用于微电子元器件、LED及光电封装、高低压电器、空调冷冻设备、手机电脑、化工、电气、风力发电、互联网通信设备、军工、汽车火车、等导散热领域。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺40％、碳化硅15％、氧化锆5％、氢氧化镁5％、氢氧化硼3％、玻璃微粉10％、六方氮化硼6％、硅酸钠5％、硅酸锂3％、三氧化二硅2％、四氧化硅1％、硅酮2％、助剂1％、阻燃剂2％；
其中，所述聚酰胺的粘度≥3.8Pa.s；
实施例2
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺55％、碳化硅10％、氧化锆3％、氢氧化镁2％、氢氧化硼5％、玻璃微粉4％、六方氮化硼6％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅2％、四氧化硅4％、硅酮2％、抗氧剂1680.3％、热稳定剂10100.7％、硼酸锌2％。
实施例3
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺50％、碳化硅13％、氧化锆4％、氢氧化镁2％、氢氧化硼3％、玻璃微粉4％、六方氮化硼6％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅2％、四氧化硅5％、硅酮2％、助剂1％、微胶囊化红磷2％、氢氧化铝2％。
实施例4
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺41％、碳化硅10％、氧化锆4％、氢氧化镁4％、氢氧化硼3％、玻璃微粉10％、六方氮化硼6％、硅酸钠1％、硅酸锂10％、三氧化二硅2％、四氧化硅1％、硅酮2％、助剂3％、硼酸锌0.3％、十溴二苯乙烷0.7％、微胶囊化红磷1％、氢氧化铝0.5％、磷酸二甲酯0.5％。
实施例5
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺42％、碳化硅17％、氧化锆3％、氢氧化镁5％、氢氧化硼3％、玻璃微粉4％、六方氮化硼10％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅2％、四氧化硅1％、硅酮2％、助剂1％、阻燃剂6％。
实施例6
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺46％、碳化硅12％、氧化锆4％、氢氧化镁5％、氢氧化硼3％、玻璃微粉10％、六方氮化硼6％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅2％、四氧化硅1％、硅酮2％、助剂3％、阻燃剂2％。
实施例7
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺45％、碳化硅15％、氧化锆3％、氢氧化镁2％、氢氧化硼5％、玻璃微粉4％、六方氮化硼8％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅8％、四氧化硅1％、硅酮2％、助剂1％、阻燃剂3％。
本发明提出的所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配比将各原料混合分散3h得到混合物；
S2、将混合物加入高低温设备共混40min得到散热母料，其中共混温度为250℃；
S3、将散热母料加入双螺杆挤出机进行熔融、剪切、共混、压缩、混炼、抽真空、牵引、冷却、切粒得到绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其中所述双螺杆挤出机的料筒后部的温度为220℃、料筒中部的温度为250℃、料筒前部的温度为265℃、喷嘴温度为280℃；螺杆转速为300r/min；喂料器转速为150r/min。
实施例8
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺40％、碳化硅14％、氧化锆3％、氢氧化镁5％、氢氧化硼3％、玻璃微粉10％、六方氮化硼6％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅2％、四氧化硅5％、硅酮2％、助剂1％、阻燃剂5％。
本发明提出的所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配比将各原料混合分散5h得到混合物；
S2、将混合物加入高低温设备共混60min得到散热母料，其中共混温度为180℃；
S3、将散热母料加入双螺杆挤出机进行熔融、剪切、共混、压缩、混炼、抽真空、牵引、冷却、切粒得到绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其中所述双螺杆挤出机的料筒后部的温度为240℃、料筒中部的温度为270℃、料筒前部的温度为270℃、喷嘴温度为290℃；螺杆转速为200r/min；喂料器转速为200r/min。
实施例9
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺53％、碳化硅11％、氧化锆5％、氢氧化镁4％、氢氧化硼3％、玻璃微粉5％、六方氮化硼7％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅2％、四氧化硅1％、硅酮2％、助剂1％、阻燃剂2％。
本发明提出的所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配比将各原料混合分散4h得到混合物；
S2、将混合物加入高低温设备共混55min得到散热母料，其中共混温度为189℃；
S3、将散热母料加入双螺杆挤出机进行熔融、剪切、共混、压缩、混炼、抽真空、牵引、冷却、切粒得到绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其中所述双螺杆挤出机的料筒后部的温度为235℃、料筒中部的温度为256℃、料筒前部的温度为268℃、喷嘴温度为287℃；螺杆转速为280r/min；喂料器转速为165r/min。
实施例10
一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其原料按重量百分比包括：聚酰胺42％、碳化硅15％、氧化锆5％、氢氧化镁3％、氢氧化硼4％、玻璃微粉7％、六方氮化硼9％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅3％、四氧化硅1％、硅酮4％、助剂1％、阻燃剂2％。
本发明提出的所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配比将各原料混合分散3.8h得到混合物；
S2、将混合物加入高低温设备共混48min得到散热母料，其中共混温度为240℃；
S3、将散热母料加入双螺杆挤出机进行熔融、剪切、共混、压缩、混炼、抽真空、牵引、冷却、切粒得到绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其中所述双螺杆挤出机的料筒后部的温度为230℃、料筒中部的温度为267℃、料筒前部的温度为266℃、喷嘴温度为293℃；螺杆转速为220r/min；喂料器转速为185r/min。
对本发明实施例1-10所得绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料进行
检测，其检测结果如下所示：
将实施例1-10得到的绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料进行检测
与传统金属铝进行对比，其热学及电学性能的对比结果如下：
对比项目 实施例10 传统金属铝
导热系数 5-15W/(m·K) 150-230W/(m·K)
散热系数 1600-1800W/(m·K) 200W/(m·K)
抗漏电CTI 550V，通过 抗漏电CTI未通过
绝缘系数 4000-7000V，通过 绝缘系数未通过
以上所述声明：上述具体实施方式仅为本发明创新的所有实施例及所运用技术机理和原理，在本发明所公开的保护技术范围内容中，涉及任何熟悉本技术内容领域范围和技术人员在本发明显示技术机理和原理的；根据本发明内容的技术方案及其发明构思所容易想到的加以等同变化替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其特征在于，其原料按重量百分比包括：
聚酰胺40-55％、碳化硅10-20％、氧化锆3-5％、氢氧化镁2-5％、氢氧化硼3-5％、玻璃微粉4-10％、六方氮化硼6-10％、硅酸钠1-5％、硅酸锂3-10％、三氧化二硅2-8％、四氧化硅1-5％、硅酮2-10％、助剂1-3％、阻燃剂2-8％；上述各组分之和为100％。
2.根据权利要求1所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其特征在于，其原料按重量百分比包括：聚酰胺42％、碳化硅15％、氧化锆5％、氢氧化镁3％、氢氧化硼4％、玻璃微粉7％、六方氮化硼9％、硅酸钠1％、硅酸锂3％、三氧化二硅3％、四氧化硅1％、硅酮4％、助剂1％、阻燃剂2％。
3.根据权利要求1所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其特征在于，所述聚酰胺的粘度≥3.8Pa.s。
4.根据权利要求1所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其特征在于，所述助剂为热稳定剂和抗氧剂。
5.根据权利要求4所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂168；所述热稳定剂为热稳定剂1010。
6.根据权利要求1所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其特征在于，所述阻燃剂为硼酸锌、十溴二苯乙烷、微胶囊化红磷、氢氧化铝、磷酸二甲酯中的一种或者多种的混合物。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按配比将各原料混合分散3-5h得到混合物；
S2、将混合物加入高低温设备共混40-60min得到散热母料，其中共混温度为180-250℃；
S3、将散热母料加入双螺杆挤出机进行熔融、剪切、共混、压缩、混炼、抽真空、牵引、冷却、切粒得到绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料，其中所述双螺杆挤出机的料筒后部的温度为220-240℃、料筒中部的温度为250-270℃、料筒前部的温度为265-270℃、喷嘴温度为280-290℃；螺杆转速为200-300r/min；喂料器转速为150-200r/min。
8.一种如权利要求1-6中任一项所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料的应用，其特征在于，所述绝缘耐高低温聚酰胺导散热材料用于制作微电子元器件、高低压电器、空调冷冻设备、手机、电脑、风力发电器、互联网通信设备中的一种。
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