CN108148361B - 一种导热pbt材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热PBT材料及其制备方法和应用，导热PBT材料的原料包括PBT和氮化铝，PBT和氮化铝的投料质量比为1︰0.50‑1.25，以质量分数计，原料还包括分别占原料的质量分数为2‑5%的偶联剂、1‑3%的分散剂和3‑10%的增韧剂，其中，增韧剂为烯烃类树脂与乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物按质量比1：0.5~2构成的组合；制备方法：导热PBT材料通过将干燥后的PBT与配方中剩余原料的混合料混合、熔融而制成；应用：在LED节能灯中的应用；本发明在具有较优异的导热性能的同时还能够具有较优异的拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等性能，取得了各方面性能均衡的效果。

Description

一种导热PBT材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于材料技术领域，应用于照明领域，例如LED节能灯的灯杯、灯座等，具体涉及一种导热PBT材料及其制备方法和应用。

背景技术

近些年来蓬勃发展的电子信息产业，对高分子材料的性能提出了新的要求，尤其为导热塑料的发展提供了广阔的空间。据报道，2006美国对导热高分子材料的市场需求达到9.2亿美元，而且未来每年的增速在6.5％左右，这将意味着导热材料的产品市场十分广阔。

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是有对苯二甲酸(TPA)和1.4-丁二醇(BDO)经过酯化及缩聚制得的一种高分子聚合物。为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，自润滑、低摩擦系数，耐候性，吸水率低，在潮湿的环境中仍保持各种物性(包括电性能)，点绝缘性，但体积电阻、介质损耗大，被广泛应用于通讯、电子电器、汽车、工程机械等行业。但是未经改性的PBT塑料的热传导率或导热系数很低，一般为0.2-0.3W/(m*K)左右，为了提高PBT的导热系数，一般是通过添加石墨/炭黑、碳纤维、金属粉末等手段进行改性处理，尽管有较好的导热效果，但同时会引起体系的体积电阻率明显下降，或力学性能仍较为欠缺，从而限制了产品的使用范围，所以高导热系数、高体积电阻率、力学性能优异且散热均匀的导热塑料PBT是必然的发展趋势。

针对上述现象，目前现有技术中作了一些改进，例如中国发明专利CN104788919B公开了一种导热绝缘阻燃性能增强的PBT塑料及其制备方法，包括PBT 34.5-40.5％、阻燃剂8.5％、纳米氧化铝15％、纳米氧化镁15％、氮化铝单晶1％、相容剂5％、抗氧剂0.5％、润滑剂0.4％、玻璃纤维20％，所述纳米氧化铝的粒径为1-5nm；所述纳米氧化镁的粒径为1-5nm；所述阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑；其中十溴二苯乙烷8％，三氧化二锑0.5％。此专利虽然在力学性能方面取得了较好的效果，但是散热效果却不理想，仅在2W/(m*K)左右，且加入玻璃纤维使得混合材料在加工过程中流动速度下降，造成一定的加工难度。

又如中国发明专利CN103772922A公开了一种阻燃绝缘导热聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料及制备方法，包括PBT25-37份、导热填料55-67份、抗氧剂0.3-0.4份、偶联剂0.5-0.7份、液体助剂0.5-0.7份、增韧剂2.0-5.0份、润滑剂0.5-0.7份、阻燃剂3.0-6.0份、阻燃协效剂1.0-2.0份；制备方法包括以下步骤：(1)将0.5～0.7份偶联剂与0.5～0.7份液体助剂混合后，加入到干燥的55～67份导热填料中，在高混机中搅拌30分钟，100℃下干燥3h后备用；(2)将干燥的25～37份PBT、0.3～0.4份抗氧剂、0.5～0.7份润滑剂、2.0～5.0份增韧剂、3.0～6.0份阻燃剂、1.0～2.0份阻燃协效剂和步骤(1)所得物，放入高速混合机中，搅拌15分钟后，放入挤出机中挤出造粒。此专利虽然在一定程度上实现了较好的力学性能，但是其导热系数仅为1-2W/(m*K)。

又如中国发明专利CN105237967B公开了一种用于LED灯座的PBT导热、耐热材料及其制备方法，所述材料由树脂基体、增强体系、导热体系、润滑体系、抗氧体系组成；树脂基体为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；增强体系为玻璃纤维；润滑体系为TAF润滑剂、硬脂酸钙；抗氧体系为抗氧剂1010；还含有乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)；该材料由下列重量份配比的组分制成：PBT 100份、GF 5-25份、硬脂酸钙0.5份、AlN 5-30份、TAF润滑剂0.5-2份、E-MA-GMA 5-25份、抗氧剂0.2份。此专利虽然实现了较好的导热效果，但是在力学性能诸如拉伸强度、抗冲击性能方面却不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种改进的导热PBT材料，使其能够在具有较优异的导热性能的同时还能够具有较优异的拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度等性能，取得各方面性能均衡的效果。

本发明还提供了导热PBT材料的制备方法。

本发明同时还提供了导热PBT材料在LED节能灯中的应用。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种导热PBT材料，所述导热PBT材料的原料包括PBT和氮化铝，所述PBT和所述氮化铝的投料质量比为1︰0.50-1.25，以质量分数计，所述原料还包括分别占所述原料的质量分数为2-5％的偶联剂、1-3％的分散剂和3-10％的增韧剂，其中，所述增韧剂为烯烃类树脂与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物按质量比1：0.5～2构成的组合；所述导热PBT材料通过将干燥后的PBT与配方中剩余原料的混合料混合、熔融而制成。

根据本发明的一些优选方面，所述PBT占所述原料的质量分数为40-60％。

根据本发明的一些优选方面，所述氮化铝占所述原料的质量分数为30-50％。

根据本发明的一些具体优选的方面，所述偶联剂为硅烷偶联剂。可以选用扬州万禾化工公司的硅烷偶联剂A-172、硅烷偶联剂KH-560等。

根据本发明的一些具体优选的方面，所述分散剂为蜡晶分散剂。所述蜡晶分散剂按照现有技术中的常规方法自制或者商购获得。优选地，将蜡晶分散剂与偶联剂、增韧剂混合使用时使得体系能够很好地接枝和/或交联相容，增强体系的加工性能，成型结晶更好。

根据本发明的一些优选方面，所述原料还包括占所述原料的质量分数为1-3％的润滑剂。

根据本发明的一些具体优选的方面，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺和/或乙撑双油酸酰胺。

根据本发明的一些具体优选的方面，所述原料还包括占所述原料的质量分数为0.5-1％的双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的导热PBT材料的制备方法，所述制备方法包括：

(1)、将配方量的所述PBT干燥至其含水率低于100ppm备用；

(2)、将除所述PBT以外的配方量的剩余所述原料混匀，得混合料，然后将步骤(1)干燥后的所述PBT与所述混合料混合、熔融，挤出成型，即得所述导热PBT材料。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的导热PBT材料在LED节能灯中的应用。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明改进的导热PBT材料，通过限定PBT和氮化铝的加入量之比，结合分散剂、偶联剂和特定增韧剂的协同作用，使得PBT材料和氮化铝具有极其优异的相容性，避免了现有技术中加入氮化铝后产生的体系难加工、难充分熔融结晶的一些列问题，使得本发明的导热PBT材料在能够取得导热性能较优异的情况下还能兼顾较好的力学性能诸如拉伸强度、弯曲强度等，还具有较佳的电绝缘性能、热稳定性以及电气性能等，而且密度低，使其尤其适用于LED节能灯的生产。

本发明导热PBT材料还满足了较高的环保要求(例如欧洲的ROHS和WEEE)，不含有其他添加物和/或填充物，适于注塑生产，且制备简单，成本较低。

具体实施方式

现有技术中为了增加材料的导热性能，一般是通过添加石墨/炭黑、碳纤维、金属粉末等手段进行改性处理，也有通过加入氮化铝来改善导热性能，但是在这些改性处理中，导热材料的综合性能却不理想，例如，在提升导热性能的同时材料的力学性能不能满足较高标准的需求，或者，在提升导热材料的力学性能时材料的导热性能又比较欠缺，因此，本发明的目的在于提供一种各方面综合性能优异的导热PBT材料，通过限定氮化铝与PBT的投料质量比，在结合分散剂、偶联剂与复合增韧剂的协同作用，较好的实现了PBT和氮化铝两者性能的结合，且在生产过程中无需另加额外的填充物即可实现良好的力学性能，制备熔融过程难度降低，从而使得本发明的导热PBT材料在取得导热性能较优异的情况下还能兼顾较好的力学性能诸如拉伸强度、弯曲强度等，而且还具有较佳的电绝缘性能、热稳定性以及电气性能等，密度低，使其尤其适用于LED节能灯的生产。

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而成。扬州万禾化工公司的硅烷偶联剂A-172、硅烷偶联剂KH-560；所述增韧剂为烯烃类树脂(例如聚乙烯)与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(乙酸乙烯的含量为30％)按质量比1：1构成的组合。所述分散剂为蜡晶分散剂。

实施例1

本实施例提供一种导热PBT材料，其原料包括：

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)40份、氮化铝(AlN)46份、硅烷偶联剂KH-5604.5份、蜡晶分散剂2份、增韧剂6份、双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯0.5份、乙撑双硬脂酸酰胺1份。

其制备方法包括：

(1)、按配方量将相应的PBT投入指定的干燥塔内，干燥温度120℃，干燥时间约为2小时，测试PBT，待含水率达到100ppm以内即可；

(2)、按配方量将氮化铝、双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、硅烷偶联剂KH-560、蜡晶分散剂、增韧剂、乙撑双硬脂酸酰胺分别加入高速混料机内，先进行慢速转动(15转/分钟)，等慢速混合进行5分钟后，马上转换到高速档上，此时转速达到每分钟300转，快速混合进行5分钟后，停止高速运转，然后转换到低速档上，便于出料，最后把混合均匀后的物料注入到重量加料器中；

(3)、开启双螺杆挤出机的主机控制开关，设置挤出机各段温度，即260℃、250℃、230℃、210℃、200℃、200℃、210℃、225℃，等温度上升到设定温度后保温1小时，然后开启主机螺杆，设置转速为280转/分钟，然后开启全部重量加料器，按照工艺配方参数进行生产，挤出；

其中，开启全部重量加料器后，在向所述双螺杆挤出机中加料方式具体为：将步骤(1)干燥后的PBT通过所述双螺杆挤出机的第一段筒体加入，将步骤(2)混匀的混合料通过所述双螺杆挤出机的第四段筒体加入；

(4)、将步骤(3)挤出的料条经过长水槽(水温45℃±10℃)冷却后进入切粒机；

(5)、将冷却后的料条经过切粒机切成4×3mm左右的粒子；

(6)、包装(每包25kg±0.1kg)。

实施例2

本实施例提供一种导热PBT材料，其原料包括：

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)42份、氮化铝(AlN)45份、硅烷偶联剂KH-5603份、蜡晶分散剂3份、增韧剂5份、双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯0.5份、乙撑双硬脂酸酰胺1.5份。

其制备方法基本同实施例1。

实施例3

本实施例提供一种导热PBT材料，其原料包括：

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)46份、氮化铝(AlN)40份、硅烷偶联剂A-1723.5份、蜡晶分散剂1份、增韧剂8份、双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯0.5份、乙撑双硬脂酸酰胺1份。

其制备方法基本同实施例1。

实施例4

本实施例提供一种导热PBT材料，其原料包括：

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)48份、氮化铝(AlN)40份、硅烷偶联剂A-1725份、蜡晶分散剂1.5份、增韧剂4份、双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯0.5份、乙撑双油酸酰胺1份。

其制备方法基本同实施例1。

对比例1

基本同实施例1，其区别仅在于所述PBT和所述氮化铝的投料质量比为1︰1.3。

对比例2

基本同实施例1，其区别仅在于不加分散剂。

对比例3

基本同实施例1，其区别仅在于选用市售的单一增韧剂。

性能测试

将实施例1-4以及对比例1-3所制得的导热PBT材料进行如下性能测试，具体结果参见表一：

表一

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 (7)

1.一种导热PBT材料，所述导热PBT材料的原料包括PBT和氮化铝，其特征在于，所述PBT和所述氮化铝的投料质量比为1︰0.50-1.25，以质量分数计，所述原料还包括分别占所述原料的质量分数为2-5%的偶联剂、1-3%的分散剂和3-10%的增韧剂，其中，所述增韧剂为烯烃类树脂与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物按质量比1：0.5~2构成的组合；所述导热PBT材料通过将干燥后的PBT与配方中剩余原料的混合料混合、熔融而制成；所述PBT占所述原料的质量分数为40-60%，所述氮化铝占所述原料的质量分数为30-50%，所述分散剂为蜡晶分散剂。

2.根据权利要求1所述的导热PBT材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

3.根据权利要求1所述的导热PBT材料，其特征在于，所述原料还包括占所述原料的质量分数为1-3%的润滑剂。

4.根据权利要求3所述的导热PBT材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺和/或乙撑双油酸酰胺。

5.根据权利要求1所述的导热PBT材料，其特征在于，所述原料还包括占所述原料的质量分数为0.5-1%的双（2.4-二叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯。

6.一种权利要求1-5中任一项所述的导热PBT材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

（1）、将配方量的所述PBT干燥至其含水率低于100ppm备用；

（2）、将除所述PBT以外的配方量的剩余所述原料混匀，得混合料，然后将步骤（1）干燥后的所述PBT与所述混合料混合、熔融，挤出成型，即得所述导热PBT材料。

7.一种权利要求1-5中任一项所述的导热PBT材料在LED节能灯中的应用。