CN110982263A - 导热尼龙材料及其制备方法和应用、散热器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料领域，具体而言，提供了一种导热尼龙材料及其制备方法和应用、散热器件。所述导热尼龙材料主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料66‑75份、碳纤维11‑20份和芳纶纤维11‑20份。该导热尼龙材料具有良好的导热性能，导热率达到2.5W/mK以上，并且密度和成本更低，机械性能和阻燃性能好，导热性能高，拉伸强度达到190MPa以上，弯曲强度达到250MPa以上，弯曲模量达到20000MPa以上，抗冲击强度达到25KJ/m2以上，阻燃等级达到V0级。

Description

导热尼龙材料及其制备方法和应用、散热器件
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种导热尼龙材料及其制备方法和应用、散热器件。
背景技术
随着科技的进步，微电子集成技术以及大功率电机正在不断发展，其对导热材料的要求越来越高，传统的金属和金属氧化物导热材料已经无法满足一些特殊场合对于材料绝缘和导热的双重要求。由于聚合物材料具有优良的电气绝缘性能、耐腐蚀性能、力学性能和易加工性能等，人们逐步用聚合物材料代替传统的电气绝缘材料，但大多数聚合物材料的热导率很低，无法直接用作导热材料，需要对其进行改进，使其成为导热绝缘材料。
按获得导热性的方式，聚合物导热绝缘材料可分为本体导热绝缘聚合物和填充导热绝缘聚合物。本体导热绝缘聚合物通过在高分子合成或加工过程中改变其分子结构和凝聚态，使其具有较高的规整性，从而提高其热导率。填充导热绝缘聚合物则是通过在高分子材料中加入导热绝缘填料来提高其热导率，由于导热高聚物的导热性能是导热填料所决定的，因此，导热填料的种类、形状、尺寸和加入的比例都对复合材料的导热性能有很大的影响。
现有的填充导热绝缘聚合物中通常采用氮化硼、氮化铝或金属粉末作为导热填料来增强其导热性，虽然可使聚合物具有一定的导热性能，但会增加产品密度且成本也较高。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种导热尼龙材料，该材料通过尼龙66、碳纤维和芳纶纤维的复配，具有良好的热导率，且产品密度和成本较低。
本发明的第二目的在于提供一种上述导热尼龙材料的制备方法。
本发明的第三目的在于提供一种上述导热尼龙材料的应用。
本发明的第四目的在于提供一种散热器件。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料66-75份、碳纤维11-20份和芳纶纤维11-20份。
作为进一步优选的技术方案，所述导热尼龙材料主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料67-75份、碳纤维13-20份和芳纶纤维13-20份；
优选地，所述导热尼龙材料主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料72-75份、碳纤维18-20份和芳纶纤维18-20份。
作为进一步优选的技术方案，尼龙66的熔程为252-260℃；
优选地，尼龙66的端氨基和端羧基的总含量为110-130Meq/Kg；
优选地，碳纤维包括碳纤维短切丝，优选为无胶碳纤维短切丝；
优选地，碳纤维的长度为2-5mm，和/或，碳纤维的含碳量高于95％；
优选地，芳纶纤维包括间位芳纶纤维和/或对位芳纶纤维，优选为对位芳纶纤维；
优选地，芳纶纤维包括采用异氰酸酯改性的对位芳纶纤维；
优选地，异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯或1,6-己二异氰酸酯中的至少一种。
作为进一步优选的技术方案，所述原料还包括阻燃剂、相容剂、抗氧剂、防玻纤外漏剂或增塑剂中的至少一种；
优选地，阻燃剂的重量份数为2-5份；
优选地，相容剂的重量份数为4-8份；
优选地，抗氧剂的重量份数为0.5-1份；
优选地，防玻纤外漏剂的重量份数为1-3份；
优选地，增塑剂的重量份数为0.2-0.4份。
作为进一步优选的技术方案，阻燃剂包括反应型阻燃剂；
优选地，反应型阻燃剂的溴含量高于58.5％，和/或，反应型阻燃剂的熔点高于180℃；
优选地，相容剂包括环状酸酐型相容剂；
优选地，环状酸酐型相容剂包括马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯和/或马来酸酐接枝EPDM；
优选地，抗氧剂包括酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯抗氧剂；
优选地，酚类抗氧剂包括酚类抗氧剂264和/或酚类抗氧剂245；
优选地，亚磷酸酯抗氧剂包括亚磷酸酯抗氧剂TNP和/或亚磷酸酯抗氧剂AT-626；
优选地，抗氧剂包括酚类抗氧剂264和亚磷酸酯抗氧剂TNP，酚类抗氧剂264和亚磷酸酯抗氧剂TNP的重量比优选为1：(0.5-1.5)；
优选地，防玻纤外露剂包括TAF；
优选地，TAF包括TAF-A；
优选地，增塑剂包括苯二甲酸酯类增塑剂；
优选地，苯二甲酸酯类增塑剂包括对苯二甲酸二辛酯。
第二方面，本发明提供了一种上述导热尼龙材料的制备方法，包括：将各原料混合后造粒，得到所述导热尼龙材料。
作为进一步优选的技术方案，所述方法包括：
(a)将相容剂或增塑剂中的至少一种与尼龙66混合，得第一预混料；
(b)将阻燃剂、抗氧剂或防玻纤外漏剂中的至少两种混合，得第二预混料；
(c)将第一预混料和第二预混料混合，得共混物；
(d)将共混物与碳纤维和芳纶纤维经造粒，得到所述导热尼龙材料；
优选地，造粒包括挤出造粒；
优选地，挤出造粒时挤出机的温度为250-290℃；
优选地，各区间温度分别为：机头：270-280℃，七段：280-290℃，六段：275-285℃，五段：270-280℃，四段：265-275℃，三段：260-270℃，二段：255-265℃，一段：250-260℃；
优选地，挤出造粒采用双螺杆挤出机进行；
优选地，双螺杆挤出机中螺杆的长径比为36-40；
优选地，双螺杆挤出机的螺杆转速为450-650r/min；
优选地，共混物喂入双螺杆挤出机的主喂料机筒，碳纤维喂入双螺杆挤出机的侧喂料机筒，芳纶纤维喂入双螺杆挤出机的玻纤口。
作为进一步优选的技术方案，在步骤(a)之前还包括将尼龙66、碳纤维、阻燃剂或相容剂进行干燥的步骤；
优选地，尼龙66或碳纤维的干燥温度为115-125℃，和/或，尼龙66或碳纤维的干燥时间为3-5h；
优选地，阻燃剂或相容剂的干燥温度为85-95℃，和/或，阻燃剂或相容剂的干燥时间为2-4h。
第三方面，本发明提供了一种上述导热尼龙材料或采用上述制备方法得到的导热尼龙材料在制备散热器件中的应用。
第四方面，本发明提供了一种散热器件，包括上述导热尼龙材料或采用上述制备方法得到的导热尼龙材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的导热尼龙材料主要采用特定含量的尼龙66、碳纤维和芳纶纤维制备而成，尼龙66作为主体原料能保证尼龙材料的机械性能，碳纤维和芳纶纤维具有很好的导热性，碳纤维的导热性最高可达到700W/mK，芳纶纤维的导热性最高可达到200W/mK，三者配合能有效提高尼龙材料的导热性能，使材料的整体导热率达到2.5W/mK以上。并且，碳纤维和芳纶纤维相对于现有的氮化硼、氮化铝或金属粉末来说，其密度和成本更低，因而能有效降低导热尼龙材料的密度和成本。
另外，碳纤维还能够进一步提高尼龙材料的刚性，芳纶纤维能提高尼龙材料的刚性、韧性和抗冲击性能，从而使导热尼龙材料的拉伸强度达到190MPa以上，弯曲强度达到250MPa以上，弯曲模量达到20000MPa以上，抗冲击强度达到25KJ/m2以上，综合力学性能比纯尼龙66的至少提高了3.5倍。
此外，碳纤维和芳纶纤维均是自阻燃材料，从而能提高导热尼龙材料的阻燃性能，使其阻燃等级达到V0级。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
根据本发明的一个方面，在至少一个实施例中提供了一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料66-75份、碳纤维11-20份和芳纶纤维11-20份。
上述导热尼龙材料主要采用特定含量的尼龙66、碳纤维和芳纶纤维制备而成，尼龙66作为主体原料能保证尼龙材料的机械性能，碳纤维和芳纶纤维具有很好的导热性，碳纤维的导热性最高可达到700W/mK，芳纶纤维的导热性最高可达到200W/mK，三者配合能有效提高尼龙材料的导热性能，使材料的整体导热率达到2.5W/mK以上。并且，碳纤维和芳纶纤维相对于现有的氮化硼、氮化铝或金属粉末来说，其密度和成本更低，因而能有效降低导热尼龙材料的密度和成本。
另外，碳纤维还能够进一步提高尼龙材料的刚性，芳纶纤维能提高尼龙材料的刚性、韧性和抗冲击性能，从而使导热尼龙材料的拉伸强度达到190MPa以上，弯曲强度达到250MPa以上，弯曲模量达到20000MPa以上，抗冲击强度达到25KJ/m2以上，综合力学性能比纯尼龙66的至少提高了3.5倍。
此外，碳纤维和芳纶纤维均是自阻燃材料，从而能提高导热尼龙材料的阻燃性能，使其阻燃等级达到V0级。
上述“芳纶纤维”是芳香族聚合物纤维，是以对苯二胺和对苯二甲酰为原料，在有机溶剂中进行低温缩聚，得到的高性能、高结晶度的树脂。
本发明中，按重量份数计，尼龙66的含量典型但非限制性的为66、67、68、69、70、71、72、73、74或75份；碳纤维的含量典型但非限制性的为11、12、13、14、15、16、17、18、19或20份；芳纶纤维的含量典型但非限制性的为11、12、13、14、15、16、17、18、19或20份。
在一种优选的实施方式中，所述导热尼龙材料主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料67-75份、碳纤维13-20份和芳纶纤维13-20份。
优选地，所述导热尼龙材料主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料72-75份、碳纤维18-20份和芳纶纤维18-20份。
通过进一步优选各原料的含量，使各原料的配合更加科学，进一步提高导热纤维的导热性能和机械性能。
在一种优选的实施方式中，尼龙66的熔程为252-260℃。上述熔程典型但非限制性的为252、253、254、255、256、257、258、259或260℃。
优选地，尼龙66的端氨基和端羧基的总含量为110-130Meq/Kg。上述“端氨基”是指-NH2；上述“端羧基”是指-COOH。上述含量典型但非限制性的为110、112、114、116、118、120、122、124、126、128或130Meq/Kg。端氨基和端羧基的总含量间接反映尼龙的粘性，粘性越高性能越好，作为纤维增强尼龙，但当粘性过高时，尼龙与纤维结合后，由于流动性较低，性能增幅不大，故尼龙66的端氨基和端羧基的总含量为110-130Meq/Kg时，材料性价比较高。
在一种优选的实施方式中，碳纤维包括碳纤维短切丝，优选为无胶碳纤维短切丝。“无胶碳纤维短切丝”是指不含胶的碳纤维短切丝。短切碳纤维是由碳纤维长丝经过短切机械切制而成，较长丝而言，短纤维在工业使用中具有分散均匀、轻质、高强、高模、耐腐蚀、导电、导热、屏蔽性能好和吸波性高等优点。
优选地，碳纤维的长度为2-5mm，和/或，碳纤维的含碳量高于95％。
在一种优选的实施方式中，芳纶纤维包括间位芳纶纤维和/或对位芳纶纤维，优选为对位芳纶纤维。“间位芳纶纤维”又称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。“对位芳纶纤维”又称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，其具有更高的强度、韧性和绝缘性能，能进一步提高导热尼龙材料的机械强度、韧性和绝缘性能。
优选地，芳纶纤维包括采用异氰酸酯改性的对位芳纶纤维。采用异氰酸酯改性的对位芳纶纤维强度和模量均有提高，且纤维表面更加粗糙，极性基团增加，对尼龙66的增强效果更好。
需要说明的是，上述“采用异氰酸酯改性的对位芳纶纤维”可外购现有的，也可采用现有的改性工艺自行制备得到。
优选地，异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯或1,6-己二异氰酸酯中的至少一种。异氰酸酯包括但不限于二苯基甲烷二异氰酸酯，2,4-甲苯二异氰酸酯，1,6-己二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯和2,4-甲苯二异氰酸酯的组合，2,4-甲苯二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的组合，二苯基甲烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的组合，或二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的组合等。当采用以上特定的异氰酸酯时，对于对位芳纶纤维的改性效果更好。
在一种优选的实施方式中，所述原料还包括阻燃剂、相容剂、抗氧剂、防玻纤外漏剂或增塑剂中的至少一种。所述原料还包括阻燃剂，相容剂，抗氧剂，防玻纤外漏剂，增塑剂，阻燃剂和相容剂，抗氧剂和防玻纤外漏剂，抗氧剂、防玻纤外漏剂和增塑剂，或阻燃剂、相容剂、抗氧剂、防玻纤外漏剂和增塑剂。通过增加以上原料中的至少一种，能使导热尼龙材料的阻燃性、各原料的相容性、抗氧性、防止纤维外漏或塑性中的至少一种性能得到进一步提升。
优选地，阻燃剂的重量份数为2-5份。阻燃剂的重量份数典型但非限制性的为2、2.5、3、3.5、4、4.5或5份。
优选地，相容剂的重量份数为4-8份。相容剂的重量份数典型但非限制性的为4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5或8份。
优选地，抗氧剂的重量份数为0.5-1份。抗氧剂的重量份数典型但非限制性的为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1份。
优选地，防玻纤外漏剂的重量份数为1-3份。防玻纤外漏剂的重量份数典型但非限制性的为1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.6、2.8或3份。
优选地，增塑剂的重量份数为0.2-0.4份。增塑剂的重量份数典型但非限制性的为0.2、0.3或0.4份。
经大量试验总结发现，当阻燃剂、相容剂、抗氧剂、防玻纤外漏剂或增塑剂的重量份数在以上范围内时，对于提高导热尼龙材料相应性能的效果更好，含量过高或过低均会使其与其余原料的配合效果变差，进而无法达到更优异的效果。
应当理解的是，以上“重量份数”的基准与尼龙66、碳纤维和芳纶纤维的基准是相同的。
在一种优选的实施方式中，阻燃剂包括反应型阻燃剂。反应型阻燃剂对材料的机械性能影响较小，不会导致材料机械性能的下降，且阻燃性能持久。
优选地，反应型阻燃剂的溴含量高于58.5％，和/或，反应型阻燃剂的熔点高于180℃。
优选地，相容剂包括环状酸酐型相容剂。环状酸酐型相容剂以马来酸酐接枝到聚烯烃上的马来酸酐相容剂为主，接枝率一般为0.8-1.0％。环状酸酐型相容剂来源较为广泛，成本较低，能对尼龙66等原料起到良好的相容作用。
优选地，环状酸酐型相容剂包括马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯和/或马来酸酐接枝EPDM。“马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯”是指将马来酸酐接枝到线性低密度聚乙烯上的相容剂。该相容剂不仅能改善材料界面相容性，还能起到增韧和提高流动性的效果。EPDM：Ethylene Propylene Diene Monomer，三元乙丙橡胶。
优选地，抗氧剂包括酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯抗氧剂。
优选地，酚类抗氧剂包括酚类抗氧剂264和/或酚类抗氧剂245。
优选地，亚磷酸酯抗氧剂包括亚磷酸酯抗氧剂TNP和/或亚磷酸酯抗氧剂AT-626。TNP：tris(nonylphenyl)phosphite，三(壬苯基)亚磷酸盐。AT-626：双(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。
优选地，抗氧剂包括酚类抗氧剂264和亚磷酸酯抗氧剂TNP，酚类抗氧剂264和亚磷酸酯抗氧剂TNP的重量比优选为1：(0.5-1.5)。上述重量比典型但非限制性的为1：0.5、1：1或1：1.5。当抗氧剂选用以上两种特定的抗氧剂时，抗氧效果更好。
优选地，防玻纤外露剂包括TAF。TAF：改性乙撑双脂肪酸酰胺。
优选地，TAF包括TAF-A。TAF-A具有更好的耐温性，与其余原料的相容性也更好，且能有效防止纤维外漏，提高制品表面光亮度，提高熔融指数，改善流动性，减少螺杆扭矩，降低机械磨损，降低制品加工温度，并且还具有一定的阻燃性。
优选地，增塑剂包括苯二甲酸酯类增塑剂。苯二甲酸酯类增塑剂包括邻苯二甲酸酯类增塑剂和对苯二甲酸酯类增塑剂。
优选地，苯二甲酸酯类增塑剂包括对苯二甲酸二辛酯。对苯二甲酸二辛酯的绝缘性能好，且与其余原料具有良好的相容性，并能提高制品硬度和可变形性。
根据本发明的另一个方面，在至少一个实施例中提供了一种上述导热尼龙材料的制备方法，包括：将各原料混合后造粒，得到所述导热尼龙材料。
该方法工艺简单，适合大批量生产，所得导热尼龙材料具有良好的导热性，密度和成本更低，且具有优良的机械性能和阻燃性能，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和抗冲击强度均较高。
在一种优选的实施方式中，所述方法包括：
(a)将相容剂或增塑剂中的至少一种与尼龙66混合，得第一预混料；
(b)将阻燃剂、抗氧剂或防玻纤外漏剂中的至少两种混合，得第二预混料；
(c)将第一预混料和第二预混料混合，得共混物；
(d)将共混物与碳纤维和芳纶纤维经造粒，得到所述导热尼龙材料。
本优选实施方式分步将各原料混合后造粒，有利于加快各原料的混合效率，使各原料更容易混合均匀，例如增塑剂和尼龙66混合能使增塑剂充分附着在尼龙66表面，这就能提高第一预混料与后续助剂(如阻燃剂、抗氧剂或防玻纤外漏剂)和的混合效率，防止粉体助剂与增塑剂同时加入导致粉体起团，搅拌不均。
优选地，造粒包括挤出造粒。挤出造粒的自动化水平高，产品质量稳定，生产效率高，环保性好。
优选地，挤出造粒时挤出机的温度为250-290℃。上述温度典型但非限制性的为250、255、260、265、270、275、280、285或290℃。
优选地，各区间温度分别为：机头：270-280℃，七段：280-290℃，六段：275-285℃，五段：270-280℃，四段：265-275℃，三段：260-270℃，二段：255-265℃，一段：250-260℃。各区间的温度需要严格控制，当各区间温度分别在以上范围内时，挤出效果更好，产品质量更高。
机头温度例如可以为270、272、274、276、278或280℃，七段温度例如可以为275、276、278、280、282、284或285℃，五段温度例如可以为270、272、274、276、278或280℃，四段温度例如可以为265、266、268、270、272、274或275℃，三段温度例如可以为260、262、264、266、268或270℃，二段温度例如可以为255、256、258、260、262、264或265℃，一段温度例如可以为250、252、254、256、258或260℃。
螺杆元件组合分为3段，即I段、Ⅱ段和Ⅲ段。I段：主要是熔融塑化段(一段至三段区间)，螺杆开始部位对应主加料口，这里的螺纹元件螺距大、螺槽深，螺槽容积最大，以容纳自计量加料器加入的低表观密度的物料，继而采用螺槽容积逐渐变小的螺纹元件(变距)将物料进行混合(I段温度最低，最低温度保证物料很好的融合)。Ⅱ段：玻纤加人口处的螺纹元件应部分充满物料，以便玻纤加入到熔融树脂中，减少机筒和螺杆的磨损(四段区间)。针对该组合玻纤填充量要求输送元件采用不同导程的螺纹；通过一组正向捏合块及反向捏合块对玻纤行相对的剪切、混合，使其被基体树脂充分润湿并获得分散，使玻纤均匀。Ⅲ段：主要功能在于排气，并进一步混合，最后定压、定量、定温地将物料挤出(五段至七段区间)。这一段开始对应螺槽容积量大的螺纹元件，以利于表面更新；紧接的是螺距逐渐变小的正向螺纹输送元件，该元件使物料逐渐充满螺槽，建立压力；最后由等距等深的正向输送螺纹元件将物料输送至口模(机头区间)，机头温区相较于六段七段温度低，有利于料条很好的牵引。
优选地，挤出造粒采用双螺杆挤出机进行。双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的，具有良好的加料性能、混炼塑化性能、排气性能、挤出稳定性等特点。
优选地，双螺杆挤出机中螺杆的长径比为36-40。上述长径比例如可以为36、37、38、39或40。该长径比是指螺杆的有效长度和螺杆外径之比。当长径比在以上范围内时，对于各原料的剪切作用较强，物料的分散作用和塑化作用更好。
优选地，双螺杆挤出机的螺杆转速为450-650r/min。上述转速例如可以为450、470、480、500、520、540、550、560、580、600、620、630或650r/min。当螺杆转速在上述范围内时，不但能保证各原料混合均匀，还能加快出料速度，提高生产效率。
优选地，共混物喂入双螺杆挤出机的主喂料机筒，碳纤维喂入双螺杆挤出机的侧喂料机筒，芳纶纤维喂入双螺杆挤出机的玻纤口。
可选地，双螺杆挤出机主机转速为500-600r/min，主喂料机筒转速控制在300-400r/min，侧喂料机筒转速控制在20-30r/min。主机转速是指挤出机的螺杆转速，在本文中，一方面主机转速控制在500-600r/min在挤出机合理使用范围内(量程小于900r/min)，转速过低，则负荷较大、产量低，转速过高，则各物料相容不均、设备损坏大；另一方面用于控制芳纶纤维的含量，转速大则芳纶纤维含量高。主喂料机筒转速用于控制尼龙等颗粒料的含量。侧喂料机筒转速用于控制碳纤维的含量。
应当理解的是，挤出造粒包括熔融挤出、冷却牵引、切粒和干燥的步骤。
可选地，步骤(a)、步骤(b)和步骤(c)中的混合方式包括搅拌，可采用高速搅拌锅搅拌2-5min。
在一种优选的实施方式中，在步骤(a)之前还包括将尼龙66、碳纤维、阻燃剂或相容剂进行干燥的步骤。通过干燥将上述原料中的水分去除，以有利于后续造粒工艺的进行。
优选地，尼龙66或碳纤维的干燥温度为115-125℃，和/或，尼龙66或碳纤维的干燥时间为3-5h。上述干燥温度例如可以为115、117、119、120、122、124或125℃，上述干燥时间例如可以为3、3.5、4、4.5或5h。
优选地，阻燃剂或相容剂的干燥温度为85-95℃，和/或，阻燃剂或相容剂的干燥时间为2-4h。上述干燥温度例如可以为85、86、88、90、92、94或95℃，上述干燥时间例如可以为2、2.5、3、3.5或4h。
当尼龙66、碳纤维、阻燃剂或相容剂的干燥温度或干燥时间在以上范围内时，能够实现原料的快速干燥，同时避免损伤原料。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述导热尼龙材料在制备散热器件中的应用。将上述导热尼龙材料应用于制备散热器件中，能有效提高散热器件的导热散热性能、机械性能和阻燃性能，提高其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和抗冲击强度，降低其密度和成本。
根据本发明的另一方面，提供了一种散热器件，包括上述导热尼龙材料。该散热器件包括上述导热尼龙材料，因而至少具有导热散热性能、机械性能和阻燃性能好，拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和抗冲击强度高，密度和成本低的优点。
上述散热器件包括但不限于电子领域用散热器件和/或医疗领域用散热器件，例如ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)散热器、通讯设备散热器、功率变换设备散热器或存储模块散热器等。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例和对比例中另有说明的除外，以下实施例和对比例中所涉及到的原料如下：
尼龙66：PA66-EPR27L；尼龙6：尼龙601；碳纤维：T1000GB；芳纶纤维：XGPAF1500B(杜邦公司凯芙拉1500D对位芳纶纤维)；阻燃剂：十溴二苯醚；相容剂：LLDPE-G-MAH-E588(马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯的一种)；抗氧剂：重量比为1：1的抗氧剂264和抗氧剂TNP；防玻纤外露剂：TAF-A；增塑剂：对苯二甲酸二辛酯。
实施例1
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料66份、碳纤维11份和芳纶纤维11份。
实施例2
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料75份、碳纤维20份和芳纶纤维20份。
实施例3
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料70份、碳纤维15份和芳纶纤维15份。
实施例2中各原料的含量均在本发明进一步优选范围内。
实施例1-3中，碳纤维的长度为10mm，含碳量为96％；芳纶纤维为间位芳纶纤维1313。
实施例4-6
一种导热尼龙材料，与实施例3不同的是，实施例4-6中碳纤维为无胶碳纤维短切丝，长度分别为2、4和5mm，其余均与实施例3相同。
实施例4-6中，碳纤维的长度和含碳量均在本发明优选范围内。
实施例7
一种导热尼龙材料，与实施例6不同的是，实施例7中芳纶纤维分别为对位芳纶纤维XGPAF1500B。
实施例7中，芳纶纤维均为优选的芳纶纤维。
实施例8
一种导热尼龙材料，与实施例7不同的是，实施例8的原料中还包括相容剂4份。
实施例9
一种导热尼龙材料，与实施例7不同的是，实施例9的原料中还包括防玻纤外漏剂1份。
实施例10
一种导热尼龙材料，与实施例7不同的是，实施例10的原料中还包括增塑剂0.4份。
实施例11
一种导热尼龙材料，与实施例7不同的是，实施例11的原料中还包括阻燃剂4份；相容剂6份；抗氧剂0.7份；防玻纤外漏剂1-3份；增塑剂0.2-0.4份。
以上各实施例的导热尼龙材料的制备方法，包括：(a)将尼龙66、碳纤维、阻燃剂和相容剂进行干燥；
尼龙66和碳纤维的干燥温度为120℃，尼龙66和碳纤维的干燥时间为4h；
阻燃剂和相容剂的干燥温度为90℃，阻燃剂和相容剂的干燥时间为3h；
(b)将尼龙66、相容剂和增塑剂混合，得第一预混料；
(b)将阻燃剂、抗氧剂和防玻纤外漏剂混合，得第二预混料；
(c)将第一预混料和第二预混料混合，得共混物；
(d)将共混物喂入双螺杆挤出机的主喂料机筒，碳纤维喂入双螺杆挤出机的侧喂料机筒，芳纶纤维喂入双螺杆挤出机的玻纤口，进行挤出造粒，得到所述导热尼龙材料；
其中，挤出造粒时挤出机的温度为280℃；
各区间温度分别为：机头：275℃，七段：285℃，六段：280℃，五段：275℃，四段：270℃，三段：265℃，二段：260℃，一段：255℃；
双螺杆挤出机中螺杆的长径比为36；
双螺杆挤出机的螺杆转速为550r/min。
实施例12
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料64份、碳纤维20份、芳纶纤维15份、阻燃剂3份、相容剂8份、抗氧剂0.7份、防玻纤外露剂3份和增塑剂0.3份。
其制备方法包括：首先将尼龙66和相容剂倒入高速搅拌锅中，再加入增塑剂搅拌2min，使增塑剂充分粘附在颗粒料表面，得到第一预混料；将阻燃剂、防玻纤外露剂和抗氧剂混合搅拌2min，得到第二预混料；把第一预混料与第二预混料混合搅拌5min得到共混物，将共混物喂入双螺杆挤出机主喂料机筒；将碳纤维喂入双螺杆挤出机侧喂料机筒；调整好主机转速、主喂料转速和侧喂料转速，再把芳纶纤维通过玻纤口加入，通过熔融挤出，经冷却牵引、切粒机切粒、进入加热均化仓均化干燥得到所述导热尼龙材料，本实施例中熔融挤出工艺参数如表1所示。
表1
一段温度 二段温度 三段温度 四段温度 五段温度 六段温度
255℃ 260℃ 265℃ 270℃ 275℃ 280℃
七段温度 机头温度 主机转速 侧喂料转速 主喂料转速
285℃ 275℃ 550r/min 30r/min 320r/min
实施例13
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料70份、碳纤维15份、芳纶纤维15份、阻燃剂4份、相容剂7份、抗氧剂1份、防玻纤外露剂2份和增塑剂0.4份。其制备方法中的熔融挤出工艺参数如表2所示。其余均与实施例12相同。
表2
一段温度 二段温度 三段温度 四段温度 五段温度 六段温度
260℃ 265℃ 270℃ 275℃ 280℃ 285℃
七段温度 机头温度 主机转速 侧喂料转速 主喂料转速
290℃ 280℃ 580r/min 25r/min 350r/min
实施例14
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料66份、碳纤维15份、芳纶纤维15份、阻燃剂4份、相容剂6份、抗氧剂0.5份、防玻纤外露剂2份和增塑剂0.3份。其制备方法中的熔融挤出工艺参数如表3所示。其余均与实施例12相同。
表3
一段温度 二段温度 三段温度 四段温度 五段温度 六段温度
250℃ 260℃ 265℃ 270℃ 275℃ 280℃
七段温度 机头温度 主机转速 侧喂料转速 主喂料转速
285℃ 275℃ 600r/min 30r/min 300r/min
实施例15
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料75份、碳纤维20份、芳纶纤维11份、阻燃剂2份、相容剂8份、抗氧剂0.7份、防玻纤外露剂3份和增塑剂0.2份。其制备方法中的熔融挤出工艺参数如表4。其余均与实施例12相同。
表4
Figure BDA0002335518850000181
Figure BDA0002335518850000191
实施例16
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料70份、碳纤维11份、芳纶纤维20份、阻燃剂5份、相容剂4份、抗氧剂0.8份、防玻纤外露剂1份和增塑剂0.3份。其制备方法中的熔融挤出工艺参数如表5所示。其余均与实施例12相同。
表5
一段温度 二段温度 三段温度 四段温度 五段温度 六段温度
255℃ 260℃ 265℃ 270℃ 275℃ 280℃
七段温度 机头温度 主机转速 侧喂料转速 主喂料转速
285℃ 280℃ 500r/min 20r/min 400r/min
实施例17
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料70份、碳纤维12份、芳纶纤维18份、阻燃剂3份、相容剂6份、抗氧剂0.7份、防玻纤外露剂2份和增塑剂0.4份。其制备方法中的熔融挤出工艺参数如表6所示。其余均与实施例12相同。
表6
一段温度 二段温度 三段温度 四段温度 五段温度 六段温度
255℃ 260℃ 265℃ 270℃ 275℃ 280℃
七段温度 机头温度 主机转速 侧喂料转速 主喂料转速
285℃ 280℃ 580r/min 21r/min 390r/min
对比例1
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙6材料66份、碳纤维11份和间位芳纶纤维1313 11份。
本对比例中将尼龙66替换为了尼龙6。
对比例2
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙6材料70份、碳纤维10份和间位芳纶纤维1313 10份。
本对比例中将尼龙66替换为了尼龙6，并且碳纤维和间位芳纶纤维1313的含量不在本发明所提供的范围内。
对比例3
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料60份、碳纤维10份和间位芳纶纤维1313 10份。
本对比例中各原料的含量均不在本发明所提供的范围内。
对比例4
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料66份和间位芳纶纤维1313 11份。
本对比例中不含碳纤维。
对比例5
一种导热尼龙材料，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66 66份和碳纤维11份。
本对比例中不含芳纶纤维。
各对比例中导热尼龙材料的制备方法均与实施例1的相同。
性能测试
对以上各实施例和各对比例制备的导热尼龙材料进行性能测试，结果见表7-表10。相关性能指标的测试标准为：拉伸强度按GB/T 1040进行；弯曲强度按GB/T 9341进行；弯曲模量按GB/T 9341进行；悬臂梁缺口冲击强度按GB/T 1843进行；填料含量按800℃/1h灼烧核算烧失量；导热系数按ASTM E1530进行。
表7
Figure BDA0002335518850000211
表8
Figure BDA0002335518850000212
Figure BDA0002335518850000221
表9
Figure BDA0002335518850000222
Figure BDA0002335518850000231
表10
Figure BDA0002335518850000232
注：表7-表10中纤维含量是指碳纤维和芳纶纤维占导热尼龙材料的质量百分含量。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种导热尼龙材料，其特征在于，主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料66-75份、碳纤维11-20份和芳纶纤维11-20份。
2.根据权利要求1所述的导热尼龙材料，其特征在于，所述导热尼龙材料主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料67-75份、碳纤维13-20份和芳纶纤维13-20份；
优选地，所述导热尼龙材料主要采用以下重量份数的原料制备而成：尼龙66材料72-75份、碳纤维18-20份和芳纶纤维18-20份。
3.根据权利要求1所述的导热尼龙材料，其特征在于，尼龙66的熔程为252-260℃；
优选地，尼龙66的端氨基和端羧基的总含量为110-130Meq/Kg；
优选地，碳纤维包括碳纤维短切丝，优选为无胶碳纤维短切丝；
优选地，碳纤维的长度为2-5mm，和/或，碳纤维的含碳量高于95％；
优选地，芳纶纤维包括间位芳纶纤维和/或对位芳纶纤维，优选为对位芳纶纤维；
优选地，芳纶纤维包括采用异氰酸酯改性的对位芳纶纤维；
优选地，异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯或1,6-己二异氰酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的导热尼龙材料，其特征在于，所述原料还包括阻燃剂、相容剂、抗氧剂、防玻纤外漏剂或增塑剂中的至少一种；
优选地，阻燃剂的重量份数为2-5份；
优选地，相容剂的重量份数为4-8份；
优选地，抗氧剂的重量份数为0.5-1份；
优选地，防玻纤外漏剂的重量份数为1-3份；
优选地，增塑剂的重量份数为0.2-0.4份。
5.根据权利要求4所述的导热尼龙材料，其特征在于，阻燃剂包括反应型阻燃剂；
优选地，反应型阻燃剂的溴含量高于58.5％，和/或，反应型阻燃剂的熔点高于180℃；
优选地，相容剂包括环状酸酐型相容剂；
优选地，环状酸酐型相容剂包括马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯和/或马来酸酐接枝EPDM；
优选地，抗氧剂包括酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯抗氧剂；
优选地，酚类抗氧剂包括酚类抗氧剂264和/或酚类抗氧剂245；
优选地，亚磷酸酯抗氧剂包括亚磷酸酯抗氧剂TNP和/或亚磷酸酯抗氧剂AT-626；
优选地，抗氧剂包括酚类抗氧剂264和亚磷酸酯抗氧剂TNP，酚类抗氧剂264和亚磷酸酯抗氧剂TNP的重量比优选为1：(0.5-1.5)；
优选地，防玻纤外露剂包括TAF；
优选地，TAF包括TAF-A；
优选地，增塑剂包括苯二甲酸酯类增塑剂；
优选地，苯二甲酸酯类增塑剂包括对苯二甲酸二辛酯。
6.权利要求1-5任一项所述的导热尼龙材料的制备方法，其特征在于，包括：将各原料混合后造粒，得到所述导热尼龙材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(a)将相容剂或增塑剂中的至少一种与尼龙66混合，得第一预混料；
(b)将阻燃剂、抗氧剂或防玻纤外漏剂中的至少两种混合，得第二预混料；
(c)将第一预混料和第二预混料混合，得共混物；
(d)将共混物与碳纤维和芳纶纤维经造粒，得到所述导热尼龙材料；
优选地，造粒包括挤出造粒；
优选地，挤出造粒时挤出机的温度为250-290℃；
优选地，各区间温度分别为：机头：270-280℃，七段：280-290℃，六段：275-285℃，五段：270-280℃，四段：265-275℃，三段：260-270℃，二段：255-265℃，一段：250-260℃；
优选地，挤出造粒采用双螺杆挤出机进行；
优选地，双螺杆挤出机中螺杆的长径比为36-40；
优选地，双螺杆挤出机的螺杆转速为450-650r/min；
优选地，共混物喂入双螺杆挤出机的主喂料机筒，碳纤维喂入双螺杆挤出机的侧喂料机筒，芳纶纤维喂入双螺杆挤出机的玻纤口。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤(a)之前还包括将尼龙66、碳纤维、阻燃剂或相容剂进行干燥的步骤；
优选地，尼龙66或碳纤维的干燥温度为115-125℃，和/或，尼龙66或碳纤维的干燥时间为3-5h；
优选地，阻燃剂或相容剂的干燥温度为85-95℃，和/或，阻燃剂或相容剂的干燥时间为2-4h。
9.权利要求1-5任一项所述的导热尼龙材料或采用权利要求6-8任一项所述的制备方法得到的导热尼龙材料在制备散热器件中的应用。
10.一种散热器件，包括权利要求1-5任一项所述的导热尼龙材料或采用权利要求6-8任一项所述的制备方法得到的导热尼龙材料。
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