CN111995845A - 一种导热绝缘pbt/pbat复合材料及其制成的灯座体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料及其制成的灯座体，组分按质量分数百分比计由PBT40%‑60%、PBAT10%‑30%、导热填料5%‑20%、碳酸钙5%‑20%、偶联剂0.2%‑2%、酯交换反应促进剂0.2%‑2%、润滑剂0.2%‑2%组成。本发明的导热绝缘PBT/PBAT复合材料在低含量导热填料填充时具有良好的导热性能，同时兼具优异的力学性能和电绝缘性能，可应用于有绝缘要求的LED散热材料或其他电子电器产品外壳等。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料及其制成的灯座体。
背景技术
5G时代的到来改变了各行各业的生产方式，推动着医疗教育、智能制造、交通物流等产业的转型和数字经济的发展。随着各类灯具的高功率化，灯具在使用过程中会发热，产生高温，影响其使用。高分子材料具有质量轻、耐腐蚀、易加工、良好的电绝缘性等特点，在未来导热材料领域将迎来大规模应用。
聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是五大工程塑料之一，综合性能优良，价格相对低廉，具有良好的成型加工性，在电子电器、机械设备、精密仪器、汽车工业等领域具有广泛的应用。但是纯PBT的导热系数很低，只有0.2-0.3W/（m·K），使其在需要热传递领域的应用受到了极大的限制，如电子电器、精密仪器等领域。为了提高PBT的导热系数，一般通过填充大量导热填料（如氧化铝、氮化硼、碳化硅、氮化铝等）或高导热填料（金属、碳系填料等）对其导热系数进行改性。虽然改善了材料的导热性能，但是降低了材料的力学性能和体积电阻率。
中国发明专利CN108148361B公开了一种导热PBT材料及其制备方法和应用，包括PBT和氮化铝的投料质量比为1:0.50-1.25、占原料的质量分数为2-5%的偶联剂、1-3%的分散剂、1-3%的润滑剂和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%，所述的分散剂为蜡晶，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，所述的润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺和/或乙撑双油酸酰胺。此专利虽然实现了较好的导热效果，但是在抗冲击性能方面却不理想。
中国发明专利CN107474499A公开了一种导热阻燃PET/PBT复合材料及由其制成的灯座体，包括PET 30-40%、PBT 5-10%、壳核型活性炭插层石墨烯0.5-2%、玻璃纤维15-30%、导热剂15-30%、润滑剂0.3-0.8%、增韧剂7-10%、协效阻燃剂2-3%、阻燃剂7-10%、加工助剂0.3-1%，其中壳核型活性炭插层石墨烯以活性炭插层石墨烯为核层，包覆连接所述核层的交联结构聚合体为壳层，各结构层所包含的组分和质量份数如下：石墨烯10-50%、活性炭10-45%、交联结构聚合体5-47%。此专利中的壳核型活性炭插层石墨烯虽然大幅度提升了石墨烯在聚合物基体或聚合单体中的分散性能，但是工艺繁复，且材料导热系数仅为1-2 W/（m·K）。
因此，为了解决上述不足，本发明由此而生。
发明内容
因此，针对上述的问题，本发明提出一种导热绝缘的PBT/PBAT复合材料，使其在低含量导热填料填充时具有优异的导热性能、力学性能和电绝缘性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，组分按质量分数百分比计由PBT40%-60%、PBAT10%-30%、导热填料5%-20%、碳酸钙5%-20%、偶联剂0.2%-2%、酯交换反应促进剂0.2%-2%、润滑剂0.2%-2%组成。
进一步改进的是：所述的导热填料为膨胀石墨、石墨烯微片、石墨烯的一种或多种以任意混合比组成。
进一步改进的是：所述的碳酸钙粒径为0.1-5μm。
进一步改进的是：所述的碳酸钙表面经过偶联剂改性。
进一步改进的是：所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
进一步改进的是：所述的酯交换反应促进剂为单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、三丁基氯化锡的任意一种。
进一步改进的是：所述的润滑剂为白油或硬脂酸。
一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料的制备方法，其制备方法主要包括以下步骤：
(1) 分别将PBT和PBAT进行干燥；
(2) 将碳酸钙用硅烷偶联剂进行表面改性；
(3) 将步骤（1）和步骤（2）所得物料和导热填料、酯交换反应促进剂、润滑剂进行充分混合；
(4) 将步骤（3）所得混合物料加入双螺杆挤出机均匀塑化、挤出、造粒。
(5) 将步骤（4）所得粒料经过模压或注塑成型制成不同用途的导热绝缘PBT/PBAT复合材料。
一种灯座，所述灯座本体采用上述导热绝缘PBT/PBAT复合材料制得。
本发明的优点和有益效果在于：
（1）本发明开发出低填充含量、高导热系数的聚合物复合材料，解决传统填充型导热聚合物填充量过大带来的力学性能下降、加工困难等问题。
（2）在体系中引入了碳酸钙，碳酸钙在体系中有三个优点：1、有助于导热填料在基体中均匀分散，促使构成导热通道，从而赋予材料优异的导热性能；2、碳酸钙颗粒分散在导热填料之间起到绝缘阻隔作用，破坏导热填料之间的导电网络结构，赋予材料良好的电绝缘性；3、碳酸钙的引入，会提高材料的拉伸强度和冲击强度，赋予材料良好的力学性能。
（3）本发明所选用的PBT和PBAT两种树脂具有良好的相容性，可以通过酯交换反应原位形成共聚物充当二者界面增容剂而使其力学性能提高，同时PBAT的引入可以改善复合材料的冲击性能。
（4）本发明的工艺简单、生产成本低，易于大规模工业化生产。
（5）PBAT具有优良的延展性和断裂伸长率，良好的耐热性和冲击性能，以及优良的生物降解性，PBAT与PBT进行共混改性后，PBT/PBAT兼具二者的优点。此外，在加热成型过程中，PBT和PBAT发生一定程度的酯交换反应原位生成共聚物，这些共聚物充当了界面增容剂，使材料保持较好的力学性能。同时，PBAT会提高材料的韧性。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，组分按质量分数百分比计为：PBT45%、PBAT25%、石墨烯16%、碳酸钙10%、 γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）1%、单丁基氧化锡1.5%、硬脂酸1.5%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）加工前分别将PBT、PBAT在真空条件下于100℃烘干10h；
（2）将碳酸钙用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）进行表面改性；
（3）将PBT、PBAT、石墨烯、碳酸钙、单丁基氧化锡、硬脂酸在高速混合机中混合均匀；
（4）将步骤（3）所得的混合物料加入双螺杆挤出机均匀塑化、挤出、造粒，双螺杆挤出温度为195、210、225、238、240、238、235 ℃，螺杆转速为85 rpm/min；
（5）将步骤（4）所得粒料通过注塑成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。
实施例2：
一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，组分按质量分数百分比计为：PBT47%、PBAT20%、石墨烯15%、碳酸钙15%、 γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）1%、二丁基氧化锡1%、白油1%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）加工前分别将PBT、PBAT在真空条件下于100℃烘干10h；
（2）将碳酸钙用 γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）进行表面改性；
（3）将PBT、PBAT、石墨烯、碳酸钙、二丁基氧化锡、白油在高速混合机中混合均匀；
（4）将步骤（3）所得的混合物料加入双螺杆挤出机均匀塑化、挤出、造粒，双螺杆挤出温度为195、210、225、238、240、238、235 ℃，螺杆转速为85 rpm/min；
（5）将步骤（4）所得粒料通过注塑成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。
实施例3：
一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，组分按质量分数百分比计为：PBT55% 、PBAT15%、石墨烯微片15%、碳酸钙12%、 γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）1.5%、三丁基氯化锡0.5%、硬脂酸1%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）加工前分别将PBT、PBAT在真空条件下于100℃烘干10h；
（2）将碳酸钙用 γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）进行表面改性；
（3）将 PBT、 PBAT、石墨烯微片、碳酸钙、三丁基氯化锡、硬脂酸在高速混合机中混合均匀；
（4）将步骤（3）所得的混合物料加入双螺杆挤出机均匀塑化、挤出、造粒，双螺杆挤出温度为195、210、225、238、240、238、235 ℃，螺杆转速为85 rpm/min；
（5）将步骤（4）所得粒料通过注塑成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。
实施例4：
一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，组分按质量分数百分比计为：PBT40%、PBAT30%、石墨烯微片10%、碳酸钙18%、 γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）0.5%、三丁基氯化锡1%、硬脂酸0.5%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）加工前分别将PBT、PBAT在真空条件下于100℃烘干10h；
（2）将碳酸钙用γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）进行表面改性；
（3）将PBT、PBAT、石墨烯微片、碳酸钙、三丁基氯化锡、硬脂酸在高速混合机中混合均匀；
（4）将步骤（3）所得的混合物料加入双螺杆挤出机均匀塑化、挤出、造粒，双螺杆挤出温度为195、210、225、238、240、238、235 ℃，螺杆转速为85 rpm/min；
（5）将步骤（4）所得粒料通过注塑成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。
实施例5：
一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，组分按质量分数百分比计为：PBT45%、PBAT27%、膨胀石墨15%、碳酸钙10%、 γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）1%、单丁基氧化锡1%、白油1%。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）加工前分别将PBT、PBAT在真空条件下于100℃烘干10h；
（2）将碳酸钙用1% γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）进行表面改性；
（3）将PBT、 PBAT、膨胀石墨、碳酸钙、单丁基氧化锡、白油在高速混合机中混合均匀；
（4）将步骤（3）所得的混合物料加入双螺杆挤出机均匀塑化、挤出、造粒，双螺杆挤出温度为195、210、225、238、240、238、235 ℃，螺杆转速为85 rpm/min；
（5）将步骤（4）所得粒料通过注塑成型制得绝缘导热复合材料，其性能如表1所示。
实施例6：
本实施例提供一种采用实施例1-实施例5的导热绝缘PBT/PBAT复合材料制得的灯座体。该灯座体采用实施例1-实施例5的导热绝缘PBT/PBAT复合材料，按照现有技术中制备灯座体的注射成型工艺获得本实施例的灯座体。
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，其特征在于：组分按质量分数百分比计由PBT40%-60%、PBAT10%-30%、导热填料5%-20%、碳酸钙5%-20%、偶联剂0.2%-2%、酯交换反应促进剂0.2%-2%、润滑剂0.2%-2%组成。
2.根据权利要求1所述的一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，其特征在于：所述的导热填料为膨胀石墨、石墨烯微片、石墨烯的一种或多种以任意混合比组成。
3.根据权利要求1所述的一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，其特征在于：所述的碳酸钙粒径为0.1-5μm。
4.根据权利要求1所述的一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，其特征在于：所述的碳酸钙表面经过偶联剂改性。
5.根据权利要求1所述的一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述的一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，其特征在于：所述的酯交换反应促进剂为单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、三丁基氯化锡的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为白油或硬脂酸。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种导热绝缘PBT/PBAT复合材料的制备方法，其特征在于：其制备方法主要包括以下步骤：
(1) 分别将PBT和PBAT进行干燥；
(2) 将碳酸钙用硅烷偶联剂进行表面改性；
(3) 将步骤（1）和步骤（2）所得物料和导热填料、酯交换反应促进剂、润滑剂进行充分混合；
(4) 将步骤（3）所得混合物料加入双螺杆挤出机均匀塑化、挤出、造粒。
(5) 将步骤（4）所得粒料经过模压或注塑成型制成不同用途的导热绝缘PBT/PBAT复合材料。
9.一种灯座，其特征在于：所述灯座本体采用上述权利要求1-8中任一所述的导热绝缘PBT/PBAT复合材料制得。
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