CN110938246A - 一种高导热、高机械强度的塑料 - Google Patents

一种高导热、高机械强度的塑料 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料领域，公开了一种高导热、高机械强度的塑料，包括聚合物、融合剂、导热添加剂、助剂、交联剂、偶联剂和酸；所述聚合物包含聚丙烯和聚乙烯；所述融合剂包含蒙脱土；所述助剂包含钛的化合物。本发明制得的塑料通过丙烯、聚乙烯、蒙脱土和二氧化钛的互相作用，使得塑料同时满足高导热性能和高机械强度要求；制备塑料过程中，通过不同组分的添加顺序和高速的搅拌，进一步提高塑料的导热性能和机械强度；塑料的导热系数大于1.60W/(m·K)，同时也具有高机械强度，例如弯曲强度超过65MPa，拉伸强度超过42MPa。

Description

一种高导热、高机械强度的塑料
技术领域
本发明属于材料领域，特别涉及一种高导热、高机械强度的塑料。
背景技术
塑料是一种高分子材料，由于具有良好的物理化学性能，例如阻燃性，导热性和耐候性，且制备成本相对低，因此，塑料的应用领域越来越广，例如将塑料应用在灯具中，以减少金属的使用，降低生产成本。
但是，现有技术中，塑料往往难以同时满足高的导热性能和高的机械强度，使得塑料的应用领域受到一定的限制。例如在LED领域和5G通信领域，需要同时具有高导热性能和高机械强度的塑料。
因此，提供一种同时具有高导热、高机械强度的塑料是十分有必要的。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高导热、高机械强度的塑料，所述塑料的导热系数大于1.60W/(m·K)，具有高导热的优点，同时所述塑料也具有高机械强度，例如弯曲强度超过65MPa，拉伸强度超过42MPa。
一种高导热和高机械强度的塑料，包括聚合物、融合剂、导热添加剂、助剂、交联剂、偶联剂和酸；所述聚合物包含聚丙烯和聚乙烯；所述融合剂包含蒙脱土；所述助剂包含钛的化合物。
优选的，一种高导热和高机械强度的塑料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002269516950000011
Figure BDA0002269516950000021
所述融合剂可使聚合物、导热添加剂、交联剂、偶联剂在制备过程中，更好的融合，进一步提高产品的导热性能和机械强度。
优选的，所述聚合物的用量为20-40份。
优选的，所述融合剂的用量为5-15份。
优选的，所述导热添加剂的用量为40-70份。
优选的，所述助剂的用量为3-5份。
优选的，所述交联剂的用量为0.5-2份。
优选的，所述偶联剂的用量为0.5-1份。
优选的，所述聚合物还包含聚酰胺和/或聚苯硫醚。
进一步优选的，聚酰胺和/或聚苯硫醚的加入总量为1-10份。
优选的，所述蒙脱土为纳米蒙脱土；进一步优选的，所述蒙脱土的大小为100-500nm。
优选的，所述导热添加剂选自氢氧化镁、氧化铝或氮化铝中的至少一种。
优选的，所述钛的化合物包括二氧化钛、三氧化二钛、钛酸钡；进一步优选的，所述钛的化合物为二氧化钛。
优选的，所述助剂还包含二氧化硅。
优选的，所述交联剂为环氧树脂(例如二酚基丙烷型环氧树脂、酚醛多环氧树脂、脂环族环氧树脂)；进一步优选的，所述环氧树脂的环氧值为0.40-0.60mol/100g。
优选的，所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的至少一种；进一步优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
优选的，所述酸为马来酸及其衍生物；所述马来酸的粒径大小为0.001-0.1mm。马来酸的衍生物，例如马来酸一甲基锡和马来酸二甲基锡。
一种高导热和高机械强度的塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，将聚合物、融合剂和助剂搅拌，混合均匀，制得混合物，备用；
(2)向步骤(1)制得的混合物中加入其余组分，搅拌，混合均匀，然后通过挤出机熔融，挤出，即制得所述的塑料。
优选的，步骤(1)中搅拌的速度为400-600转/分钟，搅拌的时间为10-30分钟。
优选的，步骤(2)中搅拌的速度为200-400转/分钟，搅拌的时间为10-30分钟。
步骤(1)和步骤(2)的高速搅拌有利于各组分的融合，对最终制得的塑料的导热性能和机械性能的改善有积极作用。
优选的，步骤(2)挤出之后还包括冷却，干燥和切粒过程，所述冷却，干燥和切粒过程为本领域常规过程。
优选的，步骤(2)中所述挤出机为双螺杆挤出机。
优选的，步骤(2)中挤出机熔融的温度分为五段，第一段160-180℃，第二段180-210℃，第三段210-220℃，第四段220-230℃，第五段230-240℃，熔融温度的分段对制得的塑料的机械强度有提高作用。
本发明制得的塑料应用于半导体领域。
所述半导体领域包括5G领域、网络通讯领域、显示屏、照明等领域。
本发明制得的塑料透明，可用于对透明性要求高的领域，例如照明用的灯(LED、OLED灯)。
一种照明装置，包含本发明制得的塑料(例如用本发明制得的塑料封装灯芯，隔绝空气和水分，以延长灯的使用寿命，由于塑料透明，灯的出光率也高)。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述塑料通过丙烯、聚乙烯、蒙脱土和二氧化钛的互相作用，使得最终制得的塑料同时满足高导热性能和高机械强度要求；
(2)本发明制备塑料过程中，通过不同组分的添加顺序和高速的搅拌，进一步提高塑料的导热性能和机械强度；
(3)本发明制得的塑料的导热系数大于1.60W/(m·K)，具有高导热的优点，同时也具有高机械强度，例如弯曲强度超过65MPa，拉伸强度超过42MPa。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
实施例1
一种高导热和高机械强度的塑料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002269516950000041
聚合物包含聚丙烯7份和聚乙烯8份。
导热添加剂为氢氧化镁15份、氧化铝15份。
环氧树脂的环氧值为0.40-0.50mol/100g。
所述偶联剂选自钛酸酯偶联剂1份和硅烷偶联剂1份。
一种高导热和高机械强度的塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，将聚合物、蒙脱土和二氧化钛搅拌，搅拌的速度为500转/分钟，搅拌的时间为15分钟，混合均匀，制得混合物，备用；
(2)向步骤(1)制得的混合物中加入导热添加剂、环氧树脂、偶联剂和马来酸，搅拌，搅拌的速度为400转/分钟，搅拌的时间为10分钟，混合均匀，然后通过双螺杆挤出机熔融，挤出，即制得塑料。
实施例2
一种高导热和高机械强度的塑料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002269516950000042
聚合物包含聚丙烯8份、聚乙烯12份、聚酰胺8份和聚苯硫醚2份。
助剂为二氧化钛2份，二氧化硅2份。
脂环族环氧树脂的环氧值为0.50-0.60mol/100g。
一种高导热和高机械强度的塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，将聚合物、蒙脱土和助剂搅拌，搅拌的速度为600转/分钟，搅拌的时间为10分钟，混合均匀，制得混合物，备用；
(2)向步骤(1)制得的混合物中加入其余组分，搅拌，搅拌的速度为300转/分钟，搅拌的时间为25分钟，混合均匀，然后通过双螺杆挤出机熔融，挤出，冷却，干燥和切粒，即制得所述的塑料。
步骤(2)中双螺杆挤出机熔融的温度分为五段，第一段160-180℃，第二段180-210℃，第三段210-220℃，第四段220-230℃，第五段230-240℃，熔融温度的分段对制得的塑料的机械强度有提高作用。
实施例3
一种高导热和高机械强度的塑料，按重量份数计，包括以下组分：
Figure BDA0002269516950000051
聚合物包含聚丙烯18份、聚乙烯15份、聚酰胺7份。
纳米蒙脱土的大小为100-200nm。
导热添加剂为氢氧化镁25份、氧化铝20份和氮化铝20份。
交联剂为二酚基丙烷型环氧树脂，环氧值为0.50-0.55mol/100g。
酸为马来酸5份和马来酸一甲基锡3份。
一种高导热和高机械强度的塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，将聚合物、纳米蒙脱土和二氧化钛搅拌，搅拌的速度为450转/分钟，搅拌的时间为30分钟，混合均匀，制得混合物，备用；
(2)向步骤(1)制得的混合物中加入其余组分，搅拌，搅拌的速度为350转/分钟，搅拌的时间为25分钟，混合均匀，然后通过双螺杆挤出机熔融，挤出，即制得所述的塑料。
步骤(2)中挤出机熔融的温度分为五段，第一段160-180℃，第二段180-210℃，第三段210-220℃，第四段220-230℃，第五段230-240℃，熔融温度的分段对制得的塑料的机械强度有提高作用。
实施例4
实施例4与实施例2的区别仅在于，实施例4中聚合物不包含聚酰胺。
实施例5
实施例5与实施例2的区别仅在于，实施例5中蒙脱土为纳米蒙脱土，纳米蒙脱土的大小为300-350nm。
实施例6
实施例6与实施例5的区别仅在于，实施例6中聚合物包含聚丙烯15份、聚乙烯15份。
对比例1
与实施例2相比，对比例1不含蒙脱土，其余与实施例2相同。
对比例2
与实施例2相比，对比例2不含二氧化钛，其余与实施例2相同。
对比例3
与实施例2相比，对比例3不含聚乙烯，其余与实施例2相同。
对比例4
与实施例2相比，对比例4将所有组分直接混合，在100转/分钟的搅拌速度下搅拌，其余与实施例2相同。
产品效果测试
将实施例1-6和对比例1-4制得的塑料，测试塑料的机械性能参数(在23℃下测试)和导热系数，结果如表1所示(其中色度用Lab衡量，L表示亮度，a表示红绿程度，b表示黄蓝程度，a、b越接近0，表示塑料越接近无色)。
表1：
Figure BDA0002269516950000071
从表1可以看出，本发明制得的塑料的机械强度和导热系数都高于对比例制得的塑料的机械强度和导热系数。另外，从实施例2与对比例1-4的结果可以看出，本发明塑料中需要同时含有聚乙烯，二氧化钛和蒙脱土。另外，将对比例3中不含聚乙烯改为不含聚丙烯，检测结果与对比例3的检测结果类似，因此，本发明塑料中需要同时含有聚乙烯和聚丙烯。
将实施例2制得的塑料用于制备显示屏，显示屏具有良好的机械强度，可延长显示屏的使用寿命。
实施例7
一种LED灯，包含灯芯和隔绝空气和水，起保护灯芯作用的部件，且隔绝空气和水的部件用实施例2制得的塑料制备，LED灯的出光良好，同时满足LED灯的导热和抗摔的要求，提高了LED灯的使用寿命。

Claims (10)

1.一种塑料，其特征在于，包括聚合物、融合剂、导热添加剂、助剂、交联剂、偶联剂和酸；所述聚合物包含聚丙烯和聚乙烯；所述融合剂包含蒙脱土；所述助剂包含钛的化合物。
2.根据权利要求1所述的塑料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
Figure FDA0002269516940000011
3.根据权利要求1所述的塑料，其特征在于，所述蒙脱土为纳米蒙脱土。
4.根据权利要求1所述的塑料，其特征在于，所述助剂还包含二氧化硅。
5.一种权利要求1-4中任一项所述的塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，将聚合物、融合剂和助剂搅拌，制得混合物，备用；
(2)向步骤(1)制得的混合物中加入其余组分，搅拌，然后熔融，挤出，即制得所述塑料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中搅拌的速度为400-600转/分钟。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中搅拌的速度为200-400转/分钟。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中熔融的温度分为五段，第一段160-180℃，第二段180-210℃，第三段210-220℃，第四段220-230℃，第五段230-240℃。
9.权利要求1-4中任一项所述的塑料在半导体领域的应用。
10.一种照明装置，其特征在于，包含权利要求1-4中任一项所述的塑料。
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