CN112585210A - 树脂组合物和成型品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供不仅散热性优异而且成型性也优异的树脂组合物和成型品。一种树脂组合物,其是包含氟树脂和氮化硼粒子的树脂组合物,其特征在于,相对于上述树脂组合物,上述氟树脂为35~70质量%、上述氮化硼粒子为30~65质量%,上述树脂组合物的熔体流动速率为5.0g/10分钟以上。
Description
技术领域
本发明涉及树脂组合物和成型品。
背景技术
在电气电子设备、汽车等领域中,发热量随着高输出化而增大,为了使散热特性良好,正在寻求热传导性优异的散热部件。
专利文献1中研究了一种树脂组合物,其以特定的比例包含热熔融性氟树脂、以及由特定的粒子(A)和粒子(B)构成的氮化硼粒子。
专利文献2中公开了一种树脂组合物,其以特定的比例包含热塑性树脂、以及由球状氮化硼粒子和扁平状氮化硼粒子构成的氮化硼。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-98301号公报
专利文献2:日本特开2015-168783号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供不仅散热性优异、而且成型性也优异的树脂组合物和成型品。
用于解决课题的手段
本发明涉及一种树脂组合物,其是包含氟树脂和氮化硼粒子的树脂组合物,其特征在于,相对于上述树脂组合物,上述氟树脂为35~70质量%、上述氮化硼粒子为30~65质量%,上述树脂组合物的熔体流动速率为5.0g/10分钟以上。
上述氮化硼粒子中,粒径为24.6~29.4μm的粒子的比例(b)相对于粒径为14.6~20.6μm的粒子的比例(a)之比((b)/(a))优选为1.0以上。
上述氮化硼粒子中,粒径为14.6~20.6μm的粒子的比例(a)优选为5.0%以下。
上述氮化硼粒子中,粒径为24.6~29.4μm的粒子的比例(b)优选为10.0%以下。
上述氟树脂优选为能够熔融加工的氟树脂。
上述氟树脂优选为选自由四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物以及乙烯/四氟乙烯共聚物组成的组中的至少一种。
上述树脂组合物的热导率优选为1.5W/m·K以上。
上述树脂组合物的拉伸断裂应变优选为1.0%以上。
本发明还涉及一种成型品,其将上述树脂组合物进行注射成型而得到。
发明的效果
根据本发明,能够提供不仅散热性优异、而且成型性也优异的树脂组合物和成型品。
具体实施方式
以下对本发明进行具体说明。
本发明涉及一种树脂组合物,其是包含氟树脂和氮化硼粒子的树脂组合物,其特征在于,相对于上述树脂组合物,上述氟树脂为35~70质量%、上述氮化硼粒子为30~65质量%,上述树脂组合物的熔体流动速率为5.0g/10分钟以上。
以往,在为了提高散热性而在氟树脂中大量混配氮化硼等散热填料时,熔融粘度显著增高,成型、特别是注射成型变得困难,具有用途非常受限的问题。
本发明的树脂组合物通过具有上述特征,不仅散热性优异、而且成型性也优异。特别是能够进行注射成型,能够适用于多种用途中。
本发明的树脂组合物的韧性和耐热性也优异。
上述树脂组合物的熔体流动速率(MFR)为5.0g/10分钟以上。MFR处于上述范围内的树脂组合物的成型性优异。特别是具有能够进行注射成型的成型性。
上述树脂组合物的MFR优选为7.0g/10分钟以上、更优选为10.0g/10分钟以上。另外,优选为100g/10分钟以下、更优选为70g/10分钟以下、进一步优选为50g/10分钟以下。
上述树脂组合物的MFR是依据ASTMD-1238利用直径2.1mm、长度8mm的口模在负荷5kg、372℃下测定得到的值。
上述氟树脂优选为能够熔融加工的氟树脂。本说明书中,能够熔融加工是指能够使用挤出机和注射成型机等现有的加工设备将聚合物熔融并进行加工。
上述氟树脂的熔点优选为100~360℃、更优选为140~350℃、进一步优选为160~320℃。
本说明书中,熔点是使用差示扫描量热计[DSC]以10℃/分钟的速度升温时的熔解热曲线中的极大值所对应的温度。
上述氟树脂的熔体流动速率(MFR)优选为10g/10分钟以上、更优选为20g/10分钟以上,并且优选为200g/10分钟以下、更优选为100g/10分钟以下。
上述氟树脂的MFR为如下得到的值:依据ASTM D1238,使用熔体流动指数测定仪,在根据含氟聚合物的种类确定的测定温度(例如,后述的PFA、FEP的情况下为372℃、ETFE的情况下为297℃)、负荷(例如,PFA、FEP和ETFE的情况下为5kg)下,求出每10分钟从内径2mm、长度8mm的喷嘴中流出的聚合物的质量(g/10分钟),将其作为MFR。
作为上述氟树脂,可以举出四氟乙烯[TFE]/全氟(烷基乙烯基醚)[PAVE]共聚物[PFA]、TFE/六氟丙烯[HFP]共聚物[FEP]、乙烯[Et]/TFE共聚物[ETFE]、Et/TFE/HFP共聚物[EFEP]、聚三氟氯乙烯[PCTFE]、三氟氯乙烯[CTFE]/TFE共聚物、Et/CTFE共聚物、聚氟乙烯[PVF]、聚偏二氟乙烯[PVDF]等。
作为上述氟树脂,其中优选为选自由PFA、FEP和ETFE组成的组中的至少一种,更优选为选自由PFA和FEP组成的组中的至少一种,进一步优选为PFA。
上述氟树脂还优选为全氟树脂。
作为PFA没有特别限定,优选TFE单元与PAVE单元的摩尔比(TFE单元/PAVE单元)为70/30以上且小于99/1的共聚物。更优选的摩尔比为70/30以上98.9/1.1以下,进一步优选的摩尔比为80/20以上98.9/1.1以下。TFE单元若过少,则机械物性趋于降低;若过多,则熔点变得过高,成型性趋于降低。上述PFA还优选为来自能够与TFE和PAVE共聚的单体的单体单元为0.1~10摩尔%、TFE单元和PAVE单元合计为90~99.9摩尔%的共聚物。作为能够与TFE和PAVE共聚的单体,可以举出HFP、CZ3Z4=CZ5(CF2)nZ6(式中,Z3、Z4和Z5相同或不同,表示氢原子或氟原子,Z6表示氢原子、氟原子或氯原子,n表示2~10的整数)所表示的乙烯基单体以及CF2=CF-OCH2-Rf7(式中,Rf7表示碳原子数1~5的全氟烷基)所表示的烷基全氟乙烯基醚衍生物等。
上述PFA优选为180℃~小于324℃、更优选为230~320℃、进一步优选为280~320℃。
作为FEP没有特别限定,优选TFE单元与HFP单元的摩尔比(TFE单元/HFP单元)为70/30以上且小于99/1的共聚物。更优选的摩尔比为70/30以上98.9/1.1以下,进一步优选的摩尔比为80/20以上98.9/1.1以下。TFE单元若过少,则机械物性趋于降低;若过多,则熔点变得过高,成型性趋于降低。上述FEP还优选为来自能够与TFE和HFP共聚的单体的单体单元为0.1~10摩尔%、TFE单元和HFP单元合计为90~99.9摩尔%的共聚物。作为能够与TFE和HFP共聚的单体,可以举出PAVE、烷基全氟乙烯基醚衍生物等。
上述FEP的熔点低于上述PTFE的熔点,优选为150℃~小于324℃,更优选为200~320℃,进一步优选为240~320℃。
作为ETFE,优选TFE单元与乙烯单元的摩尔比(TFE单元/乙烯单元)为20/80以上90/10以下的共聚物。更优选的摩尔比为37/63以上85/15以下、进一步优选的摩尔比为38/62以上80/20以下。ETFE可以为由TFE、乙烯以及能够与TFE和乙烯共聚的单体形成的共聚物。作为能够共聚的单体,可以举出下式
CH2=CX5Rf3、CF2=CFRf3、CF2=CFORf3、CH2=C(Rf3)2
(式中,X5表示氢原子或氟原子,Rf3表示可以包含醚键的氟代烷基)所表示的单体,其中优选CF2=CFRf3、CF2=CFORf3和CH2=CX5Rf3所表示的含氟乙烯基单体,更优选HFP、CF2=CF-ORf4(式中,Rf4表示碳原子数1~5的全氟烷基)所表示的全氟(烷基乙烯基醚)、以及Rf3为碳原子数1~8的氟代烷基的CH2=CX5Rf3所表示的含氟乙烯基单体。另外,作为能够与TFE和乙烯共聚的单体,可以为衣康酸、衣康酸酐等脂肪族不饱和羧酸。能够与TFE和乙烯共聚的单体相对于含氟聚合物优选为0.1~10摩尔%、更优选为0.1~5摩尔%、特别优选为0.2~4摩尔%。
上述ETFE优选为140℃~小于324℃、更优选为160~320℃、进一步优选为195~320℃。
上述的共聚物的各单体单元的含量可以通过根据单体的种类将NMR、FT-IR、元素分析、荧光X射线分析适宜地组合而计算出。
上述氟树脂的含量相对于上述树脂组合物为35~70质量%。上述含量优选为45质量%以上、更优选为48质量%以上、进一步优选为50质量%以上,并且优选为65质量%以下、更优选为62质量%以下。
上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子优选为六方晶氮化硼(hBN)的粒子。
上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子的50%粒径(D50)优选为3.0μm以下、更优选为2.8μm以下。上述50%粒径还优选为2.0μm以上、更优选为2.2μm以上。
通过将上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子的50%粒径控制在上述范围内,能够使上述树脂组合物的MFR处于上述范围内,使上述树脂组合物的注射成型性优异。另外,由于比较大的粒子的比例减少,因此能够使应力分散,能够提高上述树脂组合物的拉伸断裂应变,能够提高韧性。
上述50%粒径可以由使用激光衍射式粒径分布测定装置测定的粒度分布而求出。
本说明书中,氮化硼粒子的粒度分布使用激光衍射式粒径分布测定装置(Sympatec GmbH公司制造、RODOS T4.1)在下述条件下测定得到。
(测定条件)
测定范围:R1(0.18~35μm)
分散压力:3bar
样品量:1g
上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子的90%粒径(D90)优选为9.0μm以下、更优选为8.0μm以下、进一步优选为7.0μm以下。上述90%粒径还优选为3.0μm以上、更优选为4.0μm以上、进一步优选为5.0μm以上。
由此,能够以更高水平兼顾上述树脂组合物的散热性和成型性。
上述90%粒径可以由使用激光衍射式粒径分布测定装置测定的粒度分布而求出。
上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子中,粒径为14.6~20.6μm的粒子的比例(a)优选为5.0%以下、更优选为4.0%以下、进一步优选为3.0%以下、进而更优选为2.0%以下、特别优选为1.0%以下。上述比例(a)还可以为0.01%以上。
由此,能够更高水平地兼顾上述树脂组合物的散热性和成型性。
上述比例(a)可以由使用激光衍射式粒径分布测定装置测定的粒度分布而求出。
上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子中,粒径为24.6~29.4μm的粒子的比例(b)优选为10.0%以下、更优选为5.0%以下、进一步优选为2.0%以下、特别优选为1.5%以下。上述比例(b)还可以为0.1%以上。
由此,能够更高水平地兼顾上述树脂组合物的散热性和成型性。
上述比例(b)可以由使用激光衍射式粒径分布测定装置测定的粒度分布而求出。
上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子中,粒径为24.6~29.4μm的粒子的比例(b)相对于粒径为14.6~20.6μm的粒子的比例(a)之比((b)/(a))优选为1.0以上、更优选为1.1以上。上述比还优选为20.0以下、更优选为10.0以下、进一步优选为5.0以下。
通过将上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子的比(b)/(a)控制在上述范围内,能够使上述树脂组合物的MFR处于上述范围内,使上述树脂组合物的注射成型性优异。另外,由于某种程度地存在有助于热传导性的粒径24.6~29.4μm的比较大的粒子,因此能够提高上述树脂组合物的热导率,能够提高散热性。
上述比可以基于由使用激光衍射式粒径分布测定装置测定的粒度分布求出的比例(a)和(b)而计算出。
上述树脂组合物所包含的氮化硼粒子优选实质上不包含粒径为35.0μm以上的粒子,更优选实质上不包含粒径为30.0μm以上的粒子。
由此,能够更高水平地兼顾上述树脂组合物的散热性和成型性。
上述氮化硼粒子实质上不包含上述粒径范围的粒子是指,在使用激光衍射式粒径分布测定装置测定的粒度分布中,上述粒径范围的粒子的比例为0.1%以下。
在上述树脂组合物中的上述氮化硼粒子的粒度分布处于上述各范围内的情况下,上述氮化硼粒子可以在树脂组合物中致密地存在,可以抑制熔融粘度的增大。另外,由于存在某种程度的较大的氮化硼粒子,因此表现出优异的热传导性。其结果,成为散热性优异、且维持了流动性(成型性优异)的树脂组合物。
本说明书中,上述树脂组合物中的上述氮化硼粒子的粒度分布可以为对于将上述树脂组合物灰化后的残渣的氮化硼粒子进行测定而得到的值。
上述氮化硼粒子的含量相对于上述树脂组合物为30~65质量%。上述含量优选为35质量%以上、更优选为38质量%以上,并且优选为60质量%以下、更优选为55质量%以下。
本发明的树脂组合物即使在如上述那样包含比较大量的氮化硼粒子时成型性也优异。
本发明的树脂组合物可以根据需要包含其他成分。作为上述其他成分没有特别限定,可以使用钛酸钾等晶须、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、陶瓷纤维、钛酸钾纤维、芳族聚酰胺纤维、其他高强度纤维等纤维状的增强材料;滑石、云母、粘土、碳粉末、石墨、玻璃珠等无机填充材料;着色剂;阻燃剂等通常使用的无机或有机填充材料;硅油、二硫化钼等润滑剂;颜料;炭黑等导电剂;橡胶等耐冲击性提高剂;硬脂酸镁等滑剂;苯并三唑化合物等紫外线吸收剂;其他添加剂;等等。
这些添加剂可以在不损害本申请的效果的范围内进行混配。
本发明的树脂组合物例如可以通过将上述氟树脂、上述氮化硼粒子以及必要时的其他成分进行混合而制造。上述混合可以使用单螺杆和双螺杆挤出机等来进行。
从能更高水平地兼顾散热性和成型性的方面出发,上述树脂组合物优选通过熔融混炼而得到。
在通过熔融混炼得到上述树脂组合物的情况下,作为原料氮化硼粒子,优选使用氮化硼的凝集体粒子。通过将这样的原料氮化硼粒子与上述氟树脂一起进行熔融混炼,能够容易地将所得到的树脂组合物的MFR控制在上述范围中。另外,能够容易地将所得到的树脂组合物中的氮化硼粒子的粒度分布控制在上述的优选范围。
上述凝集体粒子是氮化硼的一次粒子凝集而成的。
上述原料氮化硼粒子的长宽比(长径/短径)优选为1.0~3.0、更优选为1.0~2.5。
上述长宽比可以由通过扫描型电子显微镜(SEM)测定的长径和短径计算出,采用对30个样品测定出的长宽比的平均值。
作为上述原料氮化硼粒子的具体例,可以举出昭和电工株式会社制造的UHP-G1H、Momentive公司制造的CF600、水岛合金铁公司制造的FS-3等。
上述熔融混炼的温度优选比上述氟树脂的熔点高,更优选为比上述氟树脂的熔点高5℃以上的温度。
上述树脂组合物为粉末、颗粒、粒料等形态均可,从容易供至注射成型的方面出发,优选为粒料。
本发明的树脂组合物的热导率优选为1.5W/m·K以上、优选为2.0W/m·K以上、进一步优选为2.5W/m·K以上、特别优选为3.0W/m·K以上。热导率处于上述范围内时,上述树脂组合物的散热性更为优异。
上述热导率可以根据由下述方法测定的热扩散率、比热容和密度的积而计算出。
(热扩散率)
装置:AiPhase公司制造ai phase mobile1
测定温度:25℃
样品:通过模压成型得到的0.5mmt板
以N=3测定,采用其平均值。
※样品的模压成型条件
装置:井元制作所公司制造的热压机IMC-11FA
成型温度:360℃
压力:10MPa
加压时间:2分钟
(比热容)
依据JIS K 7123进行测定,采用25℃的值。
(密度)
依据JIS Z8807进行测定。
本发明的树脂组合物优选可以通过使用15t注射成型机(住友重机械工业公司制造、M26/15B)在料筒温度380℃、模具温度200℃进行注射成型而得到依据ASTM D790的试验片。这样的树脂组合物的注射成型性更为优异。
本发明的树脂组合物的拉伸断裂应变优选为1.0%以上、更优选为1.1%以上。拉伸断裂应变处于上述范围内时,上述树脂组合物的韧性更为优异。
上述拉伸断裂应变可以通过依据ASTM D 638使用V型试验片进行拉伸试验而进行测定。
通过将本发明的树脂组合物进行成型可以得到成型品。将上述树脂组合物进行成型的方法没有特别限定,可以举出注射成型法、挤出成型法、压塑成型法、吹塑成型法、膜成型法、电线被覆成型法等。本发明的树脂组合物的流动性优异,因此能够通过注射成型法适宜地成型。
将本发明的树脂组合物进行注射成型而得到的成型品是本发明的适宜方式之一。
作为上述成型品的形状没有特别限定,例如可以制成片状;膜状;条状;管状等各种形状。
本发明的树脂组合物的散热性优异、进而成型性也优异,因此在电气电子设备、汽车、LED等要求散热性的领域中能够成型为各种各样的形状加以利用。另外还能够在电线的被覆材料、电动机部件、电动机绝缘体、LED灯座、锂离子电池部件中加以利用。
实施例
接着举出实施例更详细地说明本发明,但本发明并不仅限于这些实施例。
实施例和比较例的各物性通过下述方法进行测定。
MFR
依据ASTM D1238,使用熔体流动指数测定仪,在根据含氟聚合物的种类确定的测定温度(例如,PFA、FEP的情况下为372℃、ETFE的情况下为297℃)、负荷(例如,PFA、FEP和ETFE的情况下为5kg)下,求出每10分钟从内径2mm、长度8mm的喷嘴流出的聚合物的质量(g/10分钟),将其作为MFR。
热导率
根据由下述方法测定的热扩散率、比热容和密度的积而计算出。
(热扩散率)
装置:AiPhase公司制造ai phase mobile1
测定温度:25℃
样品:通过模压成型得到的0.5mmt板
以N=3测定,采用其平均值。
※样品的模压成型条件
装置:井元制作所公司制造的热压机IMC-11FA
成型温度:360℃
压力:10MPa
加压时间:2分钟
(比热容)
依据JIS K 7123进行测定,采用25℃的值。
(密度)
依据JIS Z 8807进行测定。
拉伸断裂应变
通过依据ASTMD 638使用V型试验片进行拉伸试验而进行测定。
注射成型性
通过依据ASTMD790的试验片是否能够成型而进行判定。注射成型中,使用住友重机械工业公司的15t注射成型机M26/15B,在料筒温度380℃、模具温度200℃下进行注射成型。
将上述试验片能够成型的情况记为〇、不能成型的情况记为×。
树脂组合物中的氮化硼粒子的粒度分布
将树脂组合物的粒料5g装入镍制造的坩埚中,利用电马弗炉(ADVANTEC公司制造、FUW222PA)在600℃过加热2小时,烧掉树脂,得到灰分残渣。
对于所得到的残渣,使用激光衍射式粒径分布测定装置(Sympatec GmbH公司制造、RODOST4.1)在下述条件下进行测定。
(测定条件)
测定范围:R1(0.18~35μm)
分散压力:3bar
样品量:1g
实施例和比较例中,使用下述原料。
(氟树脂)
PFA1:四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)共聚物、MFR=72g/10分钟
PFA2:四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)共聚物、MFR=28g/10分钟
FEP:四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、MFR=40g/10分钟
(氮化硼)
BN1:昭和电工株式会社制造的UHP-G1H、凝集氮化硼粒子、平均粒径50μm
BN2:Momentive公司制造的PTX60、凝集氮化硼粒子、平均粒径55~65μm
BN3:Denka公司制造的MGP、鳞片状氮化硼粒子、平均粒径10μm
实施例1
将氟树脂(PFA1)60质量份和氮化硼(BN1)40质量份熔融混炼,制作树脂组合物。熔融混炼使用双螺杆挤出机(Technovel公司制造MFU20TW),在380℃实施。从侧加料器供给氮化硼。使用所得到的树脂组合物进行评价。将结果示于表1。
实施例2~6和比较例1~2
除了如表1所示变更氟树脂和氮化硼的种类和量以外,与实施例1同样地制作树脂组合物,进行评价。将结果示于表1。
Claims (9)
1.一种树脂组合物,其是包含氟树脂和氮化硼粒子的树脂组合物,其特征在于,
相对于所述树脂组合物,所述氟树脂为35质量%~70质量%,所述氮化硼粒子为30质量%~65质量%,
所述树脂组合物的熔体流动速率为5.0g/10分钟以上。
2.如权利要求1所述的树脂组合物,其中,所述氮化硼粒子中,粒径为24.6μm~29.4μm的粒子的比例(b)相对于粒径为14.6μm~20.6μm的粒子的比例(a)之比(b)/(a)为1.0以上。
3.如权利要求1或2所述的树脂组合物,其中,所述氮化硼粒子中,粒径为14.6μm~20.6μm的粒子的比例(a)为5.0%以下。
4.如权利要求1、2或3所述的树脂组合物,其中,所述氮化硼粒子中,粒径为24.6μm~29.4μm的粒子的比例(b)为10.0%以下。
5.如权利要求1、2、3或4所述的树脂组合物,其中,所述氟树脂为能够熔融加工的氟树脂。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的树脂组合物,其中,所述氟树脂为选自由四氟乙烯/全氟(烷基乙烯基醚)共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物以及乙烯/四氟乙烯共聚物组成的组中的至少一种。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的树脂组合物,其热导率为1.5W/m·K以上。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的树脂组合物,其拉伸断裂应变为1.0%以上。
9.一种成型品,其将权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的树脂组合物进行注射成型而得到。
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