CN105985631A

CN105985631A - 一种led灯用导热复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105985631A
Application number: CN201510052382.7A
Authority: CN
Inventors: 苑会林; 马洁玲
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-10-05

Abstract

本发明涉及一种LED灯用导热复合材料配方及制备方法。该材料按重量份数包括以下组分：基体100份；导热填料50～200份；纤维0～30份；扩链剂1～10份；偶联剂0.5～4份；增韧剂0～30份。本发明的特点在于加入了活性多官能团化合物，解决了高聚物降解的问题。本发明制备方法的特点在于基体和填料从加料口加入，纤维从排气口加入，经双螺杆挤出机熔融挤出，皮带冷却节约时间。所制备的复合材料具有良好的导热性能和力学性能。

Description

一种LED灯用导热复合材料及其制备方法

一、技术领域

本发明属于聚合物加工领域，涉及一种LED灯用导热复合材料的配方及其制备方法。

二、背景技术

LED具有体积小、寿命长、耗电量低、发光效率高、节能环保等优点，可以有效的替代传统光源，成为新一代光源的具有竞争力的产品。但是在LED工作过程中，输入的电能大部分转换为热能，只有15％～20％的电能被转化为光能，导致了散热问题的逐渐凸显。LED在工作时会产生大量的热能集聚于芯片处，导致LED的光输出效率降低以及使用寿命缩短等问题。

目前广泛使用的散热器材料主要是金属，如铝、铜等，主要是因为其具有较高的导热率。但是，金属成型困难、密度大，在恶劣环境中易发生腐蚀和结垢。近年来，随着人们对导热复合材料的研究，其导热性能不断提高，导热塑料开始逐步取代金属应用于LED灯领域。导热塑料不仅具有很好的抗腐蚀和抗结垢能力，而且具有质量轻、成型容易、便于批量生产等优点，既满足LED的散热需求，而且还降低运输、安装的成本。

导热塑料可以制作LED部件如外壳、散热器、反射器、插件和其它部件等。近年来，多家公司研究了多种导热塑料，大多是选用工程塑料和通用塑料为基体材料，如PA、PPS、PET、PBT、ABS、PP等。通常塑料的热导率只有0.2W/(m·K)左右，在塑料中加入导热填料，其热导率可达到1W/(m·K)～20W/(m·K)左右，是传统塑料热导率的5～100倍

PBT是一种性能优良的热塑性聚酯塑料，具有良好的耐热性、耐药品性、电绝缘性、吸水性小、光泽良好等性能。以PBT为基体，为了提高材料的精度、延长其使用寿命，应尽量提高材料的导热性能。尼龙是强极性的结晶聚合物，具有良好的拉伸强度、弯曲强度、耐磨、耐腐蚀性能，有自润滑的作用，加工流动性良好，适合于高填充等优点，被广泛的应用于填充型导热复合材料的基体材料，包括PA6、PA66、PA1010等。

PET、PBT和PA等高聚物，在加工过程中由于发生水解作用而产生降解，导致材料力学性能降低。在之前的研究中，由于高聚物的这些缺点，严重限制了PBT的应用。针对高聚物的这一缺点，本发明中在配方中加入活性多官能团化合物。其含有多种活性官能团，在复合材料的加工过程中可以与基体材料的端基发生反应，降低分子链的降解，提高材料的分子量，增加熔体粘度，提高复合材料的力学性能。

三、发明内容

本发明的目的是解决PBT等树脂在加工过程中的降解问题，加入了活性多官能团化合物，并提供了一种LED灯用的导热性能与加工性能优异的复合材料。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案：一种LED灯用导热复合材料，原料按重量分数包括以下组分。

基体：100份

导热填料：50～200份

纤维：0～30份

扩链剂：1～10份

偶联剂：0.5～4份

抗氧剂：0.2～5份；

增韧剂：0～30份

本发明配方中基体为聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚丙烯中的一种。

本发明配方中导热填料为氧化镁、氧化铝、氮化硼、碳化硅、石墨和碳纳米管中的一种或两种。

本发明配方中纤维为无碱玻璃纤维、碳纤维中的一种，长度为50～100μm。

本发明配方中加入活性多官能团化合物、包括SAG008、BAF4370S、TMPTA或PETA等。扩链剂提高了材料的力学性能和加工性能。PET、PBT和PA等高分子缩聚物，在加工过程中由于水解作用产生降解，导致材料性能变差。活性多官能团化合物含有环氧基活性基团，在加工过程中与基体材料的端基起反应，提高分子量，增加熔体粘度，提高机械强度。

本发明配方中偶联剂为硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂中的一种。

本发明配方中抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂164、抗氧剂168、或抗氧剂264中的一种

本发明配方中增韧剂选用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐、线性低密聚乙烯接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐等。

本发明采用双螺杆熔融挤出的方法制备，具体步骤如下：

步骤一、将基体材料放入鼓风干燥箱中120℃烘干7～8h，导热填料在鼓风干燥箱中120℃烘干4～5h。

步骤二、导热填料经偶联剂处理与基体材料、增韧剂加入高混机中高速搅拌30min，待混合均匀后将其加入双螺杆挤出机中熔融挤出得到复合材料，若配方中含有纤维时，纤维从排气孔加入得到复合材料。

四、具体的实施方式

下面以实施例对本发明做进一步说明

实施例1

取PA6，100份；Al₂O₃100份；无碱玻璃纤维20份；SEBS5份；EPDM-MAH10份；硅烷偶联剂KH550，2份；PETA，2份；抗氧剂168，0.5份。本实验采用一步法制备。将用偶联剂处理好的Al₂O₃及烘干好的各原料按上述比例混合均匀，双螺杆在260℃下熔融挤出造粒，注塑成型。经测试制品热导率1.15W/mk，拉伸强度55MPa，弯曲强度61MPa，缺口冲击强度7KJ/m²。

实施例2

取PBT100份；BN100份；硅烷偶联剂KH550，2份；SAG008，4份；抗氧剂168，0.5份。本实验采用一步法制备。将用偶联剂处理好的BN及烘干好的各原料按上述比例混合均匀，双螺杆在240℃下熔融挤出造粒，注塑成型。经测试制品热导率0.7W/mk，拉伸强度30MPa，弯曲强度69MPa，缺口冲击强度2.5KJ/m²。

实施例3

取PET100份；普通氧化镁80份；高纯氧化镁80份；SEBS5份；EPDM-MAH10份；硅烷偶联剂KH550，2份；BAF4370S，1份；抗氧剂168，0.5份。将用偶联剂处理好的普通氧化镁及烘干好的PET、SEBS和EPDM-MAH混合均匀，双螺杆在260℃下熔融挤出造粒。然后将母粒与其他的组分混合均匀，用双螺杆在260℃下熔融挤出二次造粒，注塑成型。经测试制品热导率1.2W/mk，拉伸强度22MPa，缺口冲击强度2.2KJ/m²。

Claims

1.一种LED灯用导热复合材料，其特征在于：原料按重量分数包括以下组分：基体100份；导热填料50～200份；纤维0～30份；扩链剂1～10份；偶联剂0.5～4份；抗氧剂0.2～5份；增韧剂0～30份。

2.根据权利要求1所述的导热复合材料，其特征在于：基体为聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚丙烯中的一种；导热填料为氧化镁、氧化铝、氮化硼、碳化硅、石墨和碳纳米管中的一种或两种；纤维为碳纤维、玻璃纤维中的一种。

3.根据权利要求1所述的导热复合材料，其特征在于，扩链剂为活性多官能团化合物，用量为1～10份。

4.根据权利要求1所述的导热复合材料，其特征在于，增韧剂选用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐、线性低密聚乙烯接枝马来酸酐、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐等，用量为0～30份。

5.根据权利要求1所述的导热复合材料，其特征在于，偶联剂为硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂中的一种，用量为0.5～4份。

6.根据权利要求1所述的导热复合材料制备工艺，其特征在于使用双螺杆挤出机采用一步或两步法制备复合材料。