CN112608583A - 热固性复合材料、应用、led支架及其制备方法和led产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热固性复合材料、应用、LED支架及其制备方法和LED产品。按质量百分比计，上述热固性复合材料包括：热固性树脂60％～70％、二氧化钛15％～20％以及纳米添加剂10％～20％，纳米添加剂选自纳米氧化镁及纳米氧化铝中的至少一种。上述热固性复合材料中添加有二氧化钛和导热性好、相容性好的纳米添加剂，并通过调整各物质的配比，使得热固性复合材料具有较高的导热率和反射率，从而抗老化性能较好。
Description
技术领域
本发明涉及LED领域，特别是涉及一种热固性复合材料、应用、LED支架及其制备方法和LED产品。
背景技术
随着LED技术日趋成熟，对于LED支架的要求也越来越高，未来具有高亮度、高反射率、高光效、高导热、高韧性、高强度的支架将会受到更高的关注。
目前市场上LED支架所用的材料主要是：PPA(聚邻苯二甲酰胺)与PCT(聚对苯二甲酸环己撑二亚甲基树脂)等热塑性材料，但热塑性材料含有黄化成分，在一定的温度下材料会出现黄变现象，严重影响到产品的使用寿命。因此，逐渐出现了一种以EMC材料(Epoxymolding compound)为主的LED支架。EMC是一种热固性材料，具有较好的抗黄变作用，解决了传统LED支架易出现的黄变现象。但该热固性材料的导热率和反射率较差，难以满足人们对于LED支架高反射率和高导热性的要求，长时间使用容易造成LED支架的老化，影响LED支架的使用寿命。
发明内容
基于此，有必要提供一种导热性好且反射率高的热固性复合材料。
此外，还有必要提供一种热固性复合材料的应用、LED支架及LED支架的制备方法。
一种热固性复合材料，按质量百分比计，包括：热固性树脂60％～70％、二氧化钛15％～20％以及纳米添加剂10％～20％，所述纳米添加剂选自纳米氧化镁及纳米氧化铝中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述热固性树脂为有机硅树脂或环氧树脂。
在其中一个实施例中，所述纳米添加剂含有纳米氧化镁，且所述纳米氧化镁为晶须状或片状结构。
在其中一个实施例中，所述纳米添加剂含有纳米氧化镁，且所述纳米氧化镁的粒径为30nm～70nm，比表面积为92m2/g～95m2/g。
在其中一个实施例中，所述纳米添加剂含有纳米氧化铝，且所述纳米氧化铝为晶须状或片状结构。
在其中一个实施例中，所述纳米添加剂含有纳米氧化铝，且所述纳米氧化铝的粒径为30nm～70nm，比表面积为160m2/g～165m2/g。
在其中一个实施例中，所述二氧化钛的粒径为10nm～50nm。
在其中一个实施例中，按质量百分比计，所述热固性复合材料包括：热固性树脂65％、二氧化钛20％以及纳米添加剂15％。
上述的热固性复合材料在制备LED支架中的应用。
一种LED支架，包括金属基材及形成在所述金属基材上的热固性复合材料，所述热固性复合材料为上述的热固性复合材料。
一种LED支架的制备方法，包括如下步骤：将热固性复合材料在金属基材上加热固化成型，得到LED支架，所述热固性树脂为上述的热固性复合材料。
一种LED产品，包括上述的LED支架或由上述的LED支架的制备方法制备的LED支架和LED芯片。
上述热固性复合材料中添加有二氧化钛和纳米添加剂，二氧化钛能够提高热固性复合材料的反射率和亮度。纳米氧化镁和纳米氧化铝均具有较高的导热率、良好的相容性和分散性，应用到热固性复合材料中能够提高其导热性，且与其他物质混合后，能够很好的融合并分散均匀，使得混合后的复合材料相互间作用力强，每个导热链之间相互联结贯穿，最终形成良好的导热通道。另外纳米氧化镁和纳米氧化铝的折射率较高，能够与二氧化钛配合，进一步提高热固性复合材料的反射率。因此，通过调整各物质的配比，使得热固性复合材料具有较高的导热率和反射率，从而抗老化性能较好。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体实施方式对本发明进行更全面的描述。具体实施方式中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的热固性复合材料，按质量百分比计，包括：热固性树脂60％～70％、二氧化钛15％～20％以及纳米添加剂10％～20％，所述纳米添加剂选自纳米氧化镁及纳米氧化铝中的至少一种。
其中，热固性树脂为有机硅树脂或环氧树脂。在其中一个实施例中，热固性树脂的质量百分比为60％、62％、65％、68％或70％。进一步地，热固性树脂的质量百分比为62％～68％。更进一步地，热固性树脂的质量百分比为65％。
传统的LED支架主要为热塑性支架，采用PPA与PCT等热塑性材料，这类材料都有黄化成分，在一定温度下材料会出现黄化以及材料老化等问题，严重影响LED支架的使用。而热固性树脂具有良好的抗黄变作用，解决了传统热塑性支架的问题。
二氧化钛的质量百分比为15％、16％、17％、18％、19％或20％。进一步地，二氧化钛的质量百分比为17％～20％，更进一步地，二氧化钛的质量百分比为20％。在其中一个实施例中，二氧化钛的粒径为10nm～50nm。上述粒径的二氧化钛分散性和较好，应用在热固性复合材料中能够与其他物质混合均匀。TiO2材料具有高稳定性、高透明性、高活性和高分散性，其分子结构使之具有高亮度和遮盖性，其折射率可以达到2.55。二氧化钛的添加量控制在15％～20％，在该配比范围内，既能提高热固性复合材料的白度，也能提高其反射率，使其具有良好的抗老化性能。
在其中一个实施例中，纳米添加剂为纳米氧化镁。纳米氧化镁是一种高活性、高分散性的材料，其粒径小，比表面积高，分布均匀，并且具有高结晶度、高熔点、高电阻率、高折射率、高韧性、低热膨胀系数等优点。将纳米氧化镁添加进热固性复合材料中，至少具有如下优点：
(1)纳米氧化镁具有高的导热率28w/m.k，可以大大提高复合材料的导热特性，在LED支架长时间使用的情况下，发光芯片的部分热量被导入吸收，能降低热量对发光芯片的损害，提高LED支架的使用寿命。另外，纳米氧化镁粉的熔点较高，添加进材料使之具有高的耐热性，以及材料本身具有低热膨胀系数。在LED支架长时间使用的情况下，材料在长时间高温中不易变形、老化现象，从而提高LED支架的使用寿命以及抗老化能力。
(2)纳米氧化镁粉是高活性和高分散性的材料，将其与原料混合后，混合材料之间能很好的融合，并且混合后氧化镁粉分散均匀，使得混合后的复合材料相互间作用力强，这对于提高导热率非常有利，每个导热链之间相互联结贯穿，最终形成良好的导热通道。
(3)纳米氧化镁具有较高的折射率(1.70)，混合后能够大幅提高材料的反射率。
(4)纳米氧化镁粉具有较高的韧性，将其与原料混合，可以提高复合材料的韧性，提高其强度。
进一步地，纳米氧化镁为晶须状或片状结构。在其中一个实施例中，晶须状纳米氧化镁的厚度为0.5μm～2μm，长度为20μm～60μm。晶须状纳米氧化镁微观形态呈纤维状，比表面积大、熔点较高(约为2850℃)、强度大、弹性模量高、耐热性好、导热性高且稳定性好，具有良好的抗高温氧化性能，而且和其他晶须相比，制备氧化镁晶须的原料低廉，成本较低。因此，将其应用在热固性复合材料中能够提高热固性复合材料的导热性。片状氧化镁的比表面积较大，表面效应明显。实验证明，采用晶须状或片状纳米氧化镁，较其他结构的氧化镁如球状氧化镁，具有高的比表面积和较大的长径比，使得导热填料更易形成导热网络，从而更有利于提高基体的热导率，使得材料的导热性能更高。
具体地，纳米氧化镁的粒径为30nm～70nm。纳米氧化镁的比表面积为92m2/g～95m2/g。在其中一个实施例中，纳米氧化镁的粒径为30nm、40nm、50nm、60nm或70nm。
在另一个实施例中，纳米添加剂为纳米氧化铝。纳米氧化铝是一种高活性、高分散性的材料，其粒径小，比表面积高，并且具有高熔点、高电阻率、高折射率、高韧性、高强度、高导热率等优点。将纳米氧化铝加入到热固性复合材料中，至少具有如下优点：
(1)纳米氧化铝粉是高活性、高分散性的材料，将其与原料混合后，混合材料之间能很好的融合，并且混合后纳米氧化铝粉分散均匀，使得混合后的复合材料相互间作用力强，这对于提高导热率非常有利，每个导热链之间相互联结贯穿，最终形成良好的导热通道。且纳米氧化铝具有高的导热率，可以大大提高复合材料的导热特性，在LED支架长时间使用的情况下，发光芯片的部分热量被导入吸收，能降低热量对发光芯片的损害，提高ED支架的使用寿命。
(2)纳米氧化铝粉熔点较高，约在2050℃，添加进材料中使之具有高的耐热性，以及材料本身具有低热膨胀系数。在LED支架长时间使用的情况下，材料在长时间高温中不易变形、老化现象，将提高LED支架的使用寿命以及抗老化能力。
(3)纳米氧化铝粉具有较高的折射率(1.75)，混合后能够大幅提高热固性复合材料的反射率。
(4)纳米氧化铝粉具有高韧性、高强度，将其与原料混合，可以提高复合材料的韧性及强度。
进一步地，纳米氧化铝为晶须状或片状结构。在其中一个实施例中，晶须状纳米氧化镁的厚度为0.5μm～2μm，长度为20μm～60μm。作为填料，片状氧化铝相互连接成桥，整体形成桥状网络，更有利于提高复合材料的导热率，且片状氧化铝还具有显著的屏蔽效应与反射光线的能力，能够提高复合材料的反射率。实验证明，采用晶须状或片状纳米氧化铝，较其他结构的氧化铝如球状氧化铝，具有高的比表面积和较大的长径比，使得导热填料更易形成导热网络，从而更有利于提高基体的热导率，使得材料的导热性能更高。纳米氧化铝的粒径为30nm～70nm。纳米氧化铝的比表面积为160m2/g～165m2/g。在其中一个实施例中，纳米氧化铝的粒径为30nm、40nm、50nm、60nm或70nm。
在又一个实施例中，纳米添加剂为纳米氧化镁和纳米氧化铝的混合物。将纳米氧化镁和纳米氧化铝添加进热固性复合材料中，至少具有如下优点：
(1)纳米氧化镁和纳米氧化铝都具有良好的相容性和分散性，两者混合后形成的混合填充料能很好的融合在一起，将其与原料混合后，混合材料之间能很好的融合，并且混合后的填充料分散均匀，使得混合后的复合材料相互间作用力强，这对于提高导热率非常有利，每个导热链之间相互联结贯穿，最终形成良好的导热通道。且纳米氧化铝和纳米氧化镁都具有高的导热率，可以大大提高复合材料的导热特性，在LED支架长时间使用的情况下，发光芯片的部分热量被导入吸收，能降低热量对发光芯片的损害，提高LED支架的使用寿命。
(2)纳米氧化镁和纳米氧化铝都具有很高的熔点，混合后的复合材料具有高的耐热性，以及材料本身具有低热膨胀系数。在LED支架长时间使用的情况下，材料在长时间高温中不易变形、老化现象，将提高LED支架的使用寿命以及抗老化能力。
(3)纳米氧化镁和纳米氧化铝都具有较高的折射率，混合后加入热固性复合材料中能够大幅提高其反射率。
(4)纳米氧化镁和纳米氧化铝均有较高的韧性，可以大大提高新材料的韧性及强度。
纳米添加剂为纳米氧化镁和纳米氧化铝的混合物时，纳米氧化镁和纳米氧化铝可以以任意比例混合，例如，纳米氧化镁和纳米氧化铝以质量比为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2或9∶1的比例混合。
进一步地，热固性复合材料由质量比百分比为60％～70％的热固性树脂、质量比百分比为15％～20％的二氧化钛以及质量比百分比为10％～20％的纳米添加剂组成。更进一步地，热固性复合材料由质量比百分比为65％的热固性树脂、质量比百分比为20％的二氧化钛以及质量比百分比为15％的纳米添加剂组成。
上述热固性复合材料至少具有如下优点：
(1)上述热固性复合材料中添加有二氧化钛和纳米添加剂，二氧化钛能够提高热固性复合材料的反射率和亮度。纳米氧化镁和纳米氧化铝均具有较高的导热率、良好的相容性和分散性，应用到热固性复合材料中能够提高其导热性，且与其他物质混合后，能够很好的融合并分散均匀，使得混合后的复合材料相互间作用力强，每个导热链之间相互联结贯穿，最终形成良好的导热通道。另外纳米氧化镁和纳米氧化铝的折射率较高，能够与二氧化钛配合，进一步提高热固性复合材料的反射率。因此，通过调整各物质的配比，使得热固性复合材料具有较高的导热率和反射率，从而抗老化性能较好。
(2)上述热固性复合材料中各原料能够充分混合，具有较高的强度和韧性。
(3)上述热固性材料具有高亮度、高反射率、高导热性、高强度等优点，抗老化性能好，能够应用于LED支架中。
一实施方式的LED支架，包括：金属基材及形成在金属基材上的热固性复合材料，该热固性复合材料为上述实施方式的热固性复合材料，在此不再赘述。上述LED支架具有较高亮度、高反射率、高导热性、高强度等优点，抗老化性能好，使用寿命高，长时间使用不会出现黄化等现象。
一实施方式的LED支架的制备方法，包括如下步骤：将热固性复合材料在金属基材上加热固化成型，得到LED支架。具体地，该热固性复合材料为上述实施方式的热固性复合材料。可以理解，LED支架的制备方法的具体步骤可以为本领域常用的方法例如，在其中一个实施例中，LED支架的制备过程具体如下：将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；对模具的型腔抽真空，然后将液态的热固性复合材料注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
一实施方式的LED产品，包括上述实施方式的LED支架和LED芯片。上述LED产品具有较高亮度、高反射率、高导热性、高强度等优点，抗老化性能好，使用寿命高，长时间使用不会出现黄化等现象。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例的热固性复合材料的组成如下：质量百分比为65％的环氧树脂、质量百分比为20％的二氧化钛以及质量百分比为15％的纳米氧化镁。其中，纳米氧化镁为片状结构，平均粒径为50nm，比表面积为92m2/g。
本实施例的LED支架的制备过程具体如下：
将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；
对模具的型腔抽真空，然后将液态的环氧树脂、二氧化钛和纳米氧化镁注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
实施例2
本实施例的热固性复合材料的组成如下：质量百分比为65％的有机硅树脂、质量百分比为20％的二氧化钛以及质量百分比为15％的纳米氧化镁。其中，纳米氧化镁为晶须状结构，平均粒径为50nm，比表面积为92m2/g。
本实施例的LED支架的制备过程具体如下：
将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；
对模具的型腔抽真空，然后将液态的有机硅树脂、二氧化钛和纳米氧化镁注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
实施例3
本实施例的热固性复合材料的组成如下：质量百分比为65％的环氧树脂、质量百分比为20％的二氧化钛以及质量百分比为15％的纳米氧化铝。其中，纳米氧化铝为片状结构，平均粒径为30nm，比表面积为160m2/g。
本实施例的LED支架的制备过程具体如下：
将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；
对模具的型腔抽真空，然后将液态的环氧树脂、二氧化钛和纳米氧化铝注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
实施例4
本实施例的热固性复合材料的组成如下：质量百分比为65％的有机硅树脂、质量百分比为20％的二氧化钛以及质量百分比为15％的纳米氧化铝。其中，纳米氧化铝为晶须状结构，平均粒径为30nm，比表面积为160m2/g。
本实施例的LED支架的制备过程具体如下：
将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；
对模具的型腔抽真空，然后将液态的有机硅树脂、二氧化钛和纳米氧化铝注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
实施例5
本实施例的热固性复合材料的组成如下：质量百分比为65％的环氧树脂、质量百分比为20％的二氧化钛、质量百分比为7.5％的纳米氧化镁及质量百分比为7.5％的纳米氧化铝。其中，纳米氧化镁为片状结构，平均粒径为50nm，比表面积为92m2/g；纳米氧化铝为片状结构，平均粒径为50nm，比表面积为160m2/g。
本实施例的LED支架的制备过程具体如下：
将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；
对模具的型腔抽真空，然后将液态的环氧树脂、二氧化钛、纳米氧化镁和纳米氧化铝注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
实施例6
本实施例的热固性复合材料的组成如下：质量百分比为65％的有机硅树脂、质量百分比为20％的二氧化钛、质量百分比为7.5％的纳米氧化镁及质量百分比为7.5％的纳米氧化铝。其中，纳米氧化镁为晶须状结构，平均粒径为50nm，比表面积为92m2/g；纳米氧化铝为晶须状结构，平均粒径为50nm，比表面积为160m2/g。
本实施例的LED支架的制备过程具体如下：
将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；
对模具的型腔抽真空，然后将液态的有机硅树脂、二氧化钛、纳米氧化镁和纳米氧化铝注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
对比例1
对比例1的热固性复合材料为环氧树脂。
对比例1的LED支架的制备过程具体如下：
将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；
对模具的型腔抽真空，然后将液态的环氧树脂注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
对比例2
对比例2的热固性复合材料为有机硅树脂。
对比例2的LED支架的制备过程具体如下：
将金属基材放入模具的型腔中，对模具进行合模和锁膜操作；
对模具的型腔抽真空，然后将液态的有机硅树脂注入模具的型腔中，并且加热成型，以使热固性复合材料以预定形状固化在金属基材上，得到LED支架。
对上述实施例1～实施例6和对比例1～对比例2所制备得到的LED支架的导热率、反射率进行测试，得到如下表1所示的实验数据。其中，采用Nanoflash导热仪测试LED支架的导热率。采用岛津的UV-3600设备测试LED支架在450nm下的反射率。
表1实施例和对比例的LED支架的导热率和反射率的实验数据
| 导热率/W.M<sup>-1</sup>K<sup>-1</sup> | 反射率/％ | |
| 实施例1 | 0.78 | 91 |
| 实施例2 | 0.95 | 95 |
| 实施例3 | 0.72 | 91 |
| 实施例4 | 0.85 | 95 |
| 实施例5 | 0.74 | 91 |
| 实施例6 | 0.90 | 95 |
| 对比例1 | 0.2 | 55 |
| 对比例2 | 0.35 | 63 |
从上述实验结果中可以看出，实施例1～实施例6的热固性复合材料在有机硅树脂或者环氧树脂中添加固定添加TiO2后，再添加一定量的纳米氧化镁和/或纳米氧化铝，能够使得热固性复合材料应用在LED支架后，提高LED支架的导热率和反射率，进而提高LED支架的使用寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种热固性复合材料，其特征在于，按质量百分比计，包括：热固性树脂60％～70％、二氧化钛15％～20％以及纳米添加剂10％～20％，所述纳米添加剂选自纳米氧化镁及纳米氧化铝中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的热固性复合材料，其特征在于，所述热固性树脂为有机硅树脂或环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的热固性复合材料，其特征在于，所述纳米添加剂含有纳米氧化镁，且所述纳米氧化镁为晶须状或片状结构。
4.根据权利要求1～3任一项所述的热固性复合材料，其特征在于，所述纳米添加剂含有纳米氧化镁，且所述纳米氧化镁的粒径为30nm～70nm，比表面积为92m2/g～95m2/g。
5.根据权利要求1所述的热固性复合材料，其特征在于，所述纳米添加剂含有纳米氧化铝，且所述纳米氧化铝为晶须状或片状结构。
6.根据权利要求1、2或5所述的热固性复合材料，其特征在于，所述纳米添加剂含有纳米氧化铝，且所述纳米氧化铝的粒径为30nm～70nm，比表面积为160m2/g～165m2/g。
7.根据权利要求1～3及5任一项所述的热固性复合材料，其特征在于，所述二氧化钛的粒径为10nm～50nm。
8.根据权利要求1～3及5任一项所述的热固性复合材料，其特征在于，按质量百分比计，所述热固性复合材料包括：热固性树脂65％、二氧化钛20％以及纳米添加剂15％。
9.权利要求1～8任一项所述的热固性复合材料在制备LED支架中的应用。
10.一种LED支架，其特征在于，包括金属基材及形成在所述金属基材上的热固性复合材料，所述热固性复合材料为权利要求1～8任一项所述的热固性复合材料。
11.一种LED支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将热固性复合材料在金属基材上加热固化成型，得到LED支架，所述热固性树脂为权利要求1～8任一项所述的热固性复合材料。
12.一种LED产品，其特征在于，包括权利要求10所述的LED支架或由权利要求11所述的LED支架的制备方法制备的LED支架和LED芯片。
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