CN109370158A - 一种led灯杯用散热材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED灯杯用散热材料的制备方法，采用环氧树脂做为基体树脂，金属铝粉、碳纤维、不锈钢纤维和铝纤维中的一种，配以固化剂、增稠剂经混合后制备成可以注塑成型的热固性导热浆料，然后加入热固性注塑机中注塑成型，冷却后得到导热率较高的LED灯杯用的散热材料；本发明的技术方案具有导热系数高、绝缘性优异的优势，可以满足大功率LED灯杯的散热需要。

Description

一种LED灯杯用散热材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高导热复合材料的制备方法，尤其涉及一种LED灯杯用散热材料的制备方法。
背景技术
LED照明灯作为“节能、高效、环保”的新一代绿色照明技术，近年来在全球得到快速发展。目前，LED照明灯的推广应用主要在路灯、建筑照明、商业照明、家庭照明、隧道灯、城市景观灯以及汽车灯等领域，具有较大的发展市场。但是LED灯的散热性能影响着LED的芯片的寿命，所以解决LED灯散热问题是LED灯快速发展和推广的重要因素。
通常LED灯的散热灯杯采用压铸铝材制成的，铝材散热性高，但是导电性高，需要采用阳极氧化绝缘处理，而且冶炼铝材的过程中能耗高、污染严重，很多国家都在逐步取缔铝材。前两年市场上涌现一大批导热塑料用于制备LED的散热灯杯，一般材料尼龙6、尼龙66或者聚苯硫醚树脂作为基体，添加氧化铝、氮化硼、碳纤维或者铜粉、铝粉等金属粉末等制备导热塑料。但是导热塑料填充量有限，不能过高，否则容易导电，而且不能满足注塑成型的要求；一般导热塑料的导热系数只能做到1~5w/m·k。因此，单纯导热塑料仅能满足室内3到5W灯杯的生产，很多厂家后来采用导热塑料内部加铝嵌件的办法提高芯片的散热性。在路灯、景观灯等大功率的灯杯上面，依然不能取代铝材。
本发明采用环氧树脂作为基体，添加金属铝粉和纤维制备成导热浆料，采用热固性注塑成型的方法制备LED灯的散热外壳。本发明提供的方法既能保证较高的填充量，使填料在基体内部形成网状的散热网络，导热系数可达15~20w/m·k，无需内部再加铝嵌件即可满足芯片的传热要求；此外，环氧树脂分子量低，粘度低，可以将填料完全包覆，具有优良的绝缘效果。因此，本发明提供的方法既具有较高的导热性能，又具有优良的绝缘性能，可以满足大功率LED灯杯的散热要求。
发明内容
本发明的目的是采用环氧树脂可以高填充的优势解决导热塑料热传导性低的问题，提供一种制高导热、绝缘性优良、强度高LED灯杯散热材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
步骤1. 将偶联剂改性过的金属铝粉、纤维、热稳定剂一起混合均匀，然后加入到双组分的环氧树脂溶液中，保持固含量达到95%，加入增稠剂，调节粘度到200~300pa.s，室温下缓慢搅拌15分钟得到环氧基导热浆料；
步骤2. 将步骤1制得导热环氧基浆料加入热固型注塑机中，炮筒温度设定为30~40℃，保持模具温度为160~180℃，保温2分钟后开模、脱模取出样品，中间微开模具放气一次。
进一步，所述的散热材料由环氧树脂、金属铝粉填料、纤维、热稳定剂组成，各组分的重量份数如下：
双组份环氧树脂 100份，
金属铝粉 800~900份，
纤维 100~200份,
热稳定剂 1~5份。
进一步地，所述的环氧树脂是环氧树脂、固化剂和增稠剂的混合物，一般选用环氧值为0.25~0.5范围内的缩水甘油酯类环氧树脂，所述的固化剂是脂肪胺和酸酐中的一种；种环氧树脂和固化剂的用量质量比例是8:2~7:3；所述的增稠剂是聚酰胺类增稠剂ARKEMASL-6900，其用量环氧树脂量的1.0-5.0%
更进一步，所述的金属铝粉是近球形，粒径D50≤30μm，其中所述的纤维类是碳纤维、不锈钢纤维、铝纤维中的一种或多种组合，其中各种纤维的直径≤20μm，且长径比在100:1~500:1之间，上述的铝粉和纤维一起采用硅烷偶联剂在高速混合机中进行表面处理，偶联剂用量是两者质量的0.5%，处理温度是60~80℃，处理时间是10~15分钟；所述的热稳定剂是受阻酚类抗氧剂1135和液体亚磷酸脂抗氧剂TDD的混合物，混合质量比是1:1。
本发明技术最优方案为：一种LED灯杯用散热材料的组成是：环氧树脂/金属铝粉/纤维/热稳定剂的质量配比为50/900/100/5。
与现有技术相比，本发明具有如下益处：（1）本发明提供的方法制备的散热材料其导热系数远高于导热塑料；（2）本发明制备的散热材料可以直接用于制备大功率LED的散热外壳，内部无需再加铝嵌件；（3）本发明提供的方法制备的散热材料具有优良的绝缘性能，其耐电压强度可达5000V。
具体实施方式：
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
首先将900g的金属铝粉、100g的碳纤维加入高速混合机中，加入5g硅烷偶联剂后开动高速混合机进行表面处理10分钟，混合速度600~800rmp，控制温度在60~80℃；然后加入5克的热稳定剂受阻酚类抗氧剂1135和液体亚磷酸脂抗氧剂TDD的混合物，继续搅拌5分钟后取出加入到反应釜中；然后加入环氧树脂混合物，在50~60rmp的速度缓慢搅拌15分钟；环氧树脂用环氧值0.35的缩水甘油酯类环氧树脂/脂肪胺固化剂/聚酰胺增稠剂按照质量比8:1.8:0.2的比例混合均匀。
然后将上述制备好的导热环氧浆料加入热固型注塑机中，炮筒温度设定为30~40℃，保持模具温度为160~180℃，保温2分钟后开模、脱模取出样品，中间微开模具放气一次。取出后冷却，参照相关测试其导热性能、阻燃性能和绝缘性能。
上述制得的LED灯杯散热材料经切割制样，性能测试结果如下：热传导率为18.5W/m·k、阻燃性能达到V0级、耐击穿电压≥5000V。
实施例2
首先将900g的金属铝粉、100g的铝纤维加入高速混合机中，加入5g硅烷偶联剂后开动高速混合机进行表面处理10分钟，混合速度600~800rmp，控制温度在60~80℃；然后加入5克的热稳定剂受阻酚类抗氧剂1135和液体亚磷酸脂抗氧剂TDD的混合物，继续搅拌5分钟后取出加入到反应釜中；然后加入50克环氧树脂混合物，在50~60rmp的速度缓慢搅拌15分钟；环氧树脂用环氧值0.35的缩水甘油酯类环氧树脂/脂肪胺固化剂/聚酰胺增稠剂按照质量比8:1.8:0.2的比例混合均匀。
然后将上述制备好的导热环氧浆料加入热固型注塑机中，炮筒温度设定为30~40℃，保持模具温度为160~180℃，保温2分钟后开模、脱模取出样品，中间微开模具放气一次。取出后冷却，参照相关测试其导热性能、阻燃性能和绝缘性能。
上述制得的LED灯杯散热材料经切割制样，性能测试结果如下：热传导率为22.5W/m·k、阻燃性能达到V0级、耐击穿电压≥5000V。
实施例3
首先将900g的金属铝粉、100g的不锈钢纤维加入高速混合机中，加入5g硅烷偶联剂后开动高速混合机进行表面处理10分钟，混合速度600~800rmp，控制温度在60~80℃；然后加入5克的热稳定剂受阻酚类抗氧剂1135和液体亚磷酸脂抗氧剂TDD的混合物，混合比例1:1，继续搅拌5分钟后取出加入到反应釜中；然后加入50克环氧树脂混合物，在50~60rmp的速度缓慢搅拌15分钟；环氧树脂用环氧值0.35的缩水甘油酯类环氧树脂/脂肪胺固化剂/聚酰胺增稠剂按照质量比8:1.8:0.2的比例混合均匀。
然后将上述制备好的导热环氧浆料加入热固型注塑机中，炮筒温度设定为30~40℃，保持模具温度为160~180℃，保温2分钟后开模、脱模取出样品，中间微开模具放气一次。取出后冷却，参照相关测试其导热性能、阻燃性能和绝缘性能。
上述制得的LED灯杯散热材料经切割制样，性能测试结果如下：热传导率为20.5W/m·k、阻燃性能达到V0级、耐击穿电压≥5000V。

Claims (4)

1.一种LED灯杯用散热材料的制备方法，其特征是包括如下步骤：
步骤1. 将偶联剂改性过的金属铝粉、纤维、热稳定剂一起混合均匀，然后加入到双组分的环氧树脂溶液中，保持固含量达到95%，加入增稠剂，调节粘度到200~300pa.s，室温下缓慢搅拌15分钟得到环氧基导热浆料；
步骤2. 将步骤1制得导热环氧基浆料加热热固型注塑机中，炮筒温度设定为30~40℃，保持模具温度为160~180℃，保温2分钟后开模、脱模取出样品，中间微开模具放气一次。
2.如权利要求1所述的环氧树脂是环氧树脂、固化剂和增稠剂的混合物，一般选用环氧值为0.25~0.5范围内的缩水甘油酯类环氧树脂，所述的固化剂是脂肪胺和酸酐中的一种；其中环氧树脂和固化剂的用量质量比例是8:2~7:3；所述的增稠剂是聚酰胺类增稠剂ARKEMASL-6900，其用量环氧树脂量的1.0-5.0%。
3.如权利要求1所述的金属铝粉是近球形，粒径D50≤30μm，其中所述的纤维类是碳纤维、不锈钢纤维、铝纤维中的一种或多种组合，其中各种纤维的直径不大于20μm，且长径比在100:1~500:1之间，上述的铝粉和纤维一起采用硅烷偶联剂在高速混合机中进行表面处理，偶联剂用量是两者质量的0.5%，处理温度是60~80℃，处理时间是10~15分钟；所述的热稳定剂是受阻酚类抗氧剂1135和液体亚磷酸脂抗氧剂TDD的混合物，混合质量比是1:1。
4.如权利要求1所述一种LED灯杯用散热材料的制备方法，其特征在于所述的散热材料由环氧树脂、金属铝粉填料、纤维、热稳定剂组成，各组分的重量份数如下：
双组份环氧树脂 100份，
金属铝粉 800~900份，
纤维 100~200份,
热稳定剂 1~5份。
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