CN106751580A - 一种led用电化学氧化碳纤维‑石墨烯填充高导热阻燃型塑料及其制备方法 - Google Patents

一种led用电化学氧化碳纤维‑石墨烯填充高导热阻燃型塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED用电化学氧化碳纤维‑石墨烯填充高导热阻燃型塑料，及其制备工艺，其特征在于，以氧化镁、氮化硼、PBT、EVA、玻璃纤维、107胶、二月桂酸二丁基锡、正硅酸乙酯、三聚氰胺氰尿酸盐、硼酸锌、次磷酸铝、竹炭、纳米SiO2、二羟基丁基氯化锡、氧化石墨烯、碳纤维、偶氮二甲酰胺、过氧化二异丙苯等为原料。本发明制备了KH550表面处理的导热硅橡胶；以二羟基丁基氯化锡为催化剂，用纳米SiO2对聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）进行增强增韧处理；利用次磷酸铝、三聚氰胺氰尿酸盐制备了复合阻燃剂；得到一种LED用电化学氧化碳纤维‑石墨烯填充高导热阻燃型塑料。

Description

一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料 及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料，及其制备工艺。
背景技术
LED作为一种优良的光电器件，具有体积小、寿命长、低碳环保、节能稳定等优点，预计在未来的几年内将成为新一代理想的通用照明光源。随着LED向高光强、高功率发展，其散热问题日渐突出，严重影响了LED的光输出特性和器的寿命，已成为大功率LED封装必需解决的关键问题。导热复合材料作为LED灯用外壳，具有质轻，易于加工成型，成本低等优点。
为了提高导热复合材料的导热性能及力学性能，以满足LED灯用外壳的使用要求。马洁玲在其硕士学位论文《LED灯用导热塑料的研究》中，以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为基体，以氧化镁和氮化硼为导热填料，加入乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和玻璃纤维对其进行增强增韧处理，使用双螺杆挤出机制备了导热复合材料，提高了导热复合材料的导热性能及力学性能，但存在导热性能不足，且不具备阻燃性能。
本发明以氧化镁、氮化硼为填料，以正硅酸乙酯为硫化剂，以二月桂酸二丁基锡为催化剂，制备了KH550表面处理的导热硅橡胶，提高了硅橡胶的导热性能；以二羟基丁基氯化锡为催化剂，用纳米SiO2对聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）进行增强增韧处理；次磷酸铝(AHP)磷含量高、阻燃效果好，三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）是一种典型的氮系无卤阻燃剂，无臭无味，分解温度高，低烟低毒，制备了复合阻燃剂；碳纤维是一种性能优异的新型增强材料，具有低密度、高比强和耐腐蚀等优点；以NH4HCO3溶液为电解质，对碳纤维进行连续化电化学氧化的表面处理；得到一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料及其制备工艺，依照该工艺制作的复合材料导热系数高、阻燃性能好，能更好的改善LED的散热。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
氧化镁5-8，氮化硼8-12，PBT 10-25，EVA 5-10，玻璃纤维4-10，107胶2-3，二月桂酸二丁基锡1-2，正硅酸乙酯1-2，三聚氰胺氰尿酸盐3-5，硼酸锌2-4，次磷酸铝2-3，竹炭1-2，纳米SiO2 2-3，二羟基丁基氯化锡1-2，氧化石墨烯2-5，碳纤维4-9，KH550 1-2，偶氮二甲酰胺1-2，过氧化二异丙苯1-3，乙醇、丙酮、NaOH溶液、蒸馏水、NH4HCO3溶液适量。
一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a.将KH550与乙醇混合，水浴加热到70-90℃，加入氧化镁和氮化硼，搅拌10-30min，取出静置1-2h，用吸管吸去上层溶液，于75-95℃烘干1-2h后，与107胶混合，再加入二月桂酸二丁基锡、正硅酸乙酯，搅拌1-2h；
b. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液，搅拌均匀，加入硼酸锌，升温65-95℃反应1-3h，得白色粘稠产物，抽滤、水洗3-5次，于115-165℃干燥1-3h；将次磷酸铝、竹炭在100-150℃烘干1-2h后，与前者混合，超细粉碎，得复合阻燃剂；
c. 将PBT加热到150-170℃，把纳米SiO2、b中所得物料加入其中，混合均匀，再加入二羟基丁基氯化锡，聚合反应1-2h后，移入冰水浴中并粉碎，将所得样品于105-130℃真空干燥2-4h；
d. 将碳纤维置于NH4HCO3溶液中，在电流密度为0.15mA/cm2、电解温度30-50℃下，电解90-150s，用循环蒸馏水清洗，再经90-110℃干燥上胶收丝；
e.将氧化石墨烯加入c中所得物料，超声振动2-3h，加入d中所得物料和丙酮，混合均匀，超声振荡1-2h；
f. 将a、e中所得物料及其他剩余原料放入高速搅拌机中搅拌1-2h，置于双螺杆挤出机中，在200-250℃熔融挤出，经空气冷却，造粒机造粒，再放入烘箱中75-95℃烘干4-8h，取出，经注塑机于235-255℃注塑成型，得到一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料。
本发明的反应机理如下：
（1）以氧化镁、氮化硼为填料，以正硅酸乙酯为硫化剂，以二月桂酸二丁基锡为催化剂，制备了KH550表面处理的导热硅橡胶，提高了硅橡胶的导热性能。
（2）次磷酸铝(AHP)具有磷含量高、阻燃效果好的优点，协效剂竹炭的加入能够促使AHP降解生成磷酸和焦磷酸，在固相中，磷酸和焦磷酸可以促进复合材料降解成炭，且降解后产生的致密炭层可以阻止氧和热传递到聚合物基体内部，有利于提高材料的阻燃性能；三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)是一种典型的氮系无卤阻燃剂，无臭无味，分解温度高，低烟低毒，采用硼酸锌对MCA进行控制，使硼酸锌分散沉积在MCA表面，对MCA进行包覆，分隔成较小的独立反应体系，使得反应体系的粘度始终保持在一个较低的水平。
（3）纳米SiO2具有比表面积大、无毒、耐高温等特点，是一种优良的增强材料；以二羟基丁基氯化锡为催化剂，采用纳米SiO2对聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）进行增强增韧处理。
（4）采用新型电化学表面处理设备，以NH4HCO3溶液为电解质，对碳纤维进行连续化电化学氧化的表面处理，电化学表面处理对碳纤维具有细晶化作用
和氧化刻蚀作用，提高了碳纤维表面粗糙度和表面含氧、含氮官能团，提高了复合材料的性能。
（5）氧化石墨烯具有高的径厚比，热还原后形成导热母粒在复合材料中形成导热通路，复合材料具有良好的力学性能、优异的导热性能，并且制备工艺简单、成本低廉。碳纤维是一种性能优异的新型增强材料，具有低密度、高比强和耐腐蚀等优点。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例
一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料，由下述重量份(g)的原料制得：
氧化镁8，氮化硼12，PBT 25，EVA 10，玻璃纤维10，107胶2，二月桂酸二丁基锡1，正硅酸乙酯1，三聚氰胺氰尿酸盐3，硼酸锌2，次磷酸铝2，竹炭2，纳米SiO2 3，二羟基丁基氯化锡1，氧化石墨烯5，碳纤维9，KH550 1，偶氮二甲酰胺2，过氧化二异丙苯3，乙醇、丙酮、NaOH溶液、蒸馏水、NH4HCO3溶液适量。
一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
a.将KH550与乙醇混合，水浴加热到80-90℃，加入氧化镁和氮化硼，搅拌30min，取出静置1h，用吸管吸去上层溶液，于85-95℃烘干1h后，与107胶混合，再加入二月桂酸二丁基锡、正硅酸乙酯，搅拌1h；
b. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液，搅拌均匀，加入硼酸锌，升温85-95℃反应1h，得白色粘稠产物，抽滤、水洗3次，于145-165℃干燥1h；将次磷酸铝、竹炭在140-150℃烘干1h后，与前者混合，超细粉碎，得复合阻燃剂；
c. 将PBT加热到150-160℃，把纳米SiO2、b中所得物料加入其中，混合均匀，再加入二羟基丁基氯化锡，聚合反应2h后，移入冰水浴中并粉碎，将所得样品于120-130℃真空干燥2h；
d. 将碳纤维置于NH4HCO3溶液中，在电流密度为0.15mA/cm2、电解温度40-50℃下，电解150s，用循环蒸馏水清洗，再经100-110℃干燥上胶收丝；
e. 将氧化石墨烯加入c中所得物料，超声振动2h，加入d中所得物料和丙酮，混合均匀，超声振荡1h；
f. 将a、e中所得物料及其他剩余原料放入高速搅拌机中搅拌1h，置于双螺杆挤出机中，在230-250℃熔融挤出，经空气冷却，造粒机造粒，再放入烘箱中85-95℃烘干4h，取出，经注塑机于245-255℃注塑成型，得到一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料。
上述实施例制备的一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料的性能检测结果如下所示：
导热系数为319.38W/m K，热膨胀系数为14.12×10-6·K-1(50-150℃)，拉伸强度为60.79MPa，弯曲强度为45.39MPa，冲击强度为4.04KJ/m2，断裂伸长率达14.39%。

Claims (2)

1.一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料，其特征在于，由下述重量份的原料制得：
氧化镁5-8，氮化硼8-12，PBT 10-25，EVA 5-10，玻璃纤维4-10，107胶2-3，二月桂酸二丁基锡1-2，正硅酸乙酯1-2，三聚氰胺氰尿酸盐3-5，硼酸锌2-4，次磷酸铝2-3，竹炭1-2，纳米SiO2 2-3，二羟基丁基氯化锡1-2，氧化石墨烯2-5，碳纤维4-9，KH550 1-2，偶氮二甲酰胺1-2，过氧化二异丙苯1-3，乙醇、丙酮、NaOH溶液、蒸馏水、NH4HCO3溶液适量。
2.根据权利要求1所述的一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
将KH550与乙醇混合，水浴加热到70-90℃，加入氧化镁和氮化硼，搅拌10-30min，取出静置1-2h，用吸管吸去上层溶液，于75-95℃烘干1-2h后，与107胶混合，再加入二月桂酸二丁基锡、正硅酸乙酯，搅拌1-2h；
b. 向三聚氰胺氰尿酸盐中加NaOH溶液，搅拌均匀，加入硼酸锌，升温65-95℃反应1-3h，得白色粘稠产物，抽滤、水洗3-5次，于115-165℃干燥1-3h；将次磷酸铝、竹炭在100-150℃烘干1-2h后，与前者混合，超细粉碎，得复合阻燃剂；
c. 将PBT加热到150-170℃，把纳米SiO2、b中所得物料加入其中，混合均匀，再加入二羟基丁基氯化锡，聚合反应1-2h后，移入冰水浴中并粉碎，将所得样品于105-130℃真空干燥2-4h；
d. 将碳纤维置于NH4HCO3溶液中，在电流密度为0.15mA/cm2、电解温度30-50℃下，电解90-150s，用循环蒸馏水清洗，再经90-110℃干燥上胶收丝；
e.将氧化石墨烯加入c中所得物料，超声振动2-3h，加入d中所得物料和丙酮，混合均匀，超声振荡1-2h；
f. 将a、e中所得物料及其他剩余原料放入高速搅拌机中搅拌1-2h，置于双螺杆挤出机中，在200-250℃熔融挤出，经空气冷却，造粒机造粒，再放入烘箱中75-95℃烘干4-8h，取出，经注塑机于235-255℃注塑成型，得到一种LED用电化学氧化碳纤维-石墨烯填充高导热阻燃型塑料。
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