专利名称：一种用于降低led结温的新型材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高传递和高散走热量特性的无机物用于LED散热的技术领域，其基于以具有闻传递和闻散走热量特性的无机物为主引入有机闻分子材料，通过特殊工艺制备而成具有高传递和高散走热量特性和成本低廉的复合材料或零件。
背景技术：
塑料具抗冲击、抗老化、抗紫外线、耐候、加工成型方便廉价等特性广泛用于节能灯、低功率LED灯等电子电器的外壳、灯杯材料，但用于大功率LED灯的外壳、灯杯时，因其导热率低在自然散热的条件下无法满足大功率的LED灯散热要求。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，是世上最薄却也是最坚硬的奈米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2. 3%的光，导热系数高达3000W/m -K以上，高于金刚石，常温下电子迁移率超过15000cm2/V s，又比奈米碳管或硅晶体高。石墨材料,兼具导热强、散热快且成本低的优点,其400W/m. k 1500w/m. k的热导
系数在自然界散热材料系中仅次于最好的金钢石-1500ff/m. k 2500w/m. k,比金、银、
铜、铝等金属物体具有更高的传递和散走热量优势。所以类似以上这些的无机粉体或其纤维——碳类如石墨、石墨烯、碳纳米管，碳化物类如碳化硅，金属氧化或氮化物类如氧化铝、陶瓷粉、氧化锌、氮化硼、氮化铝，金属粉末类如银粉、铜粉、铝粉等等，具有解决LED环保照明所存在的散热问题的能力，并且绝大多数具有低价格、低密度、高传递和高散走热量特性的特点，但其加工复杂、机械强度差，限制其作为大功率LED灯外壳材料的使用。综合上述两段“塑料”和“无机粉体或其纤维”的论述，两种材料的复合，不但具备优越的导热性，而且还赋予其低成本和设计灵活的注塑加工性，同时机械强度也得到提高以满足作为LED灯外壳材料的使用要求。本发明为了克服上述缺陷，进行了有益的改进。
发明内容
本发明区别现有的在高分子树脂的基础上添加导热粉，从而改进导热性的局限，其目的在于以高传递和高散走热量特性的无机粉体或其纤维为基础，加入高分子树脂及其功能助剂经过特殊制备工艺获得堪比金属铝、铜的新型材料，提供一种用于降低LED结温的新型材料。为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种用于降低LED结温的新型材料，其特征在于其包含以下重量比的组分50% 90%的一种或复合两种以上具有高传递和高散走热量特性的无机物组分A ;5% 48%的一种或复合两种以上的塑料组分B ;2% 20%的功能助剂组分C。
一种用于降低LED结温的新型材料的制备工艺，其特征在于其包含如下工作步骤 (1)主材料加热干燥；
(2)有机与无机物分别混合后按比例分前后次序计量加入或全混合密炼塑化粘结后加
A ；
(3)螺杆挤出机塑化分散均匀；
(4)多孔模头挤出成条；
(5)模头热切粒或拉条冷却切粒；
(6)注塑成型。本发明的有益效果1，高传递和高散走热量特性的无机粉体或其纤维为基础，加入高分子树脂及其功能助剂经过特殊制备工艺获得替代金属铝、铜的导热新型材料，提供一种可以替代金属铝、铜用于LED散热的技术方案；2，高传递和高散走热量特性的无机物(除石墨烯、碳纳米管外)按不同目数的进行复配，特别是目数大的比例在40%以上作为主导热通道，其他目数较小或更小的按饱和比例加入填补主导热通道的间隙，形成大面积连续性的导热管路，大大提高传递和高散走热量能力；3，碳类、碳化物类或金属粉末类新型材料组合物可以获得高传递和高散走热量特性及高导电性；金属氧化物和氮化物类新型材料组合物，可以获得高传递和高散走热量特性及高压电绝缘特性；碳类新型材料组合物加入金属氧化物或氮化物类，可以获得高传递和高散走热量特性及低压的电绝缘特性；碳化物类新型材料组合物加入金属氧化物和氮化物，可以获得高传递和高散走热量特性及高压电绝缘特性，为LED的各种实际应用提供多种合适的选择方案；4，偶联剂或相容剂的科学性应用，不仅改善传递和散走热量无机物与塑料的相容链接，不但提高“新型材料”的机械强度和加工性，而且使高传递和高散走热量无机物的加入比例做到最大化从而提高“新型材料”传递和散走热量能力；5，阻燃剂的应用使部分本身不具备阻燃性的“新型材料”，获得阻燃性以满足UL电子电气的相关要求；6，采用“先烘后炼或计量分段加入、再挤出热切、最后成型灯杯”的方法，既保证了产品的质量又保证生产的顺畅和产量的提高；7，“新型材料”做成灯杯具有低重量、低成本，符合环保再生利用、设计生产灵活。
具体实施例方式本发明的配方技术方案一种用于降低LED结温的新型材料，其特征在于其包含以下重量比的组分50% 90%的一种或复合两种以上具有高传递和高散走热量特性的无机物组分A ;5% 48 %的一种或复合两种以上的塑料组分B ;2 % 20 %的功能助剂组分C。进一步的说，所述组分A包含碳类，碳化物类，金属氧化或氮化物类，金属粉末类的粉体或纤维的一种或两种以上组合物。进一步的说，所述碳类为石墨、石墨烯、碳纳米管，所述碳化物类为碳化硅，所述金属氧化或氮化物类为氧化铝、陶瓷粉、氧化锌、氮化硼、氮化铝，所述金属粉末类如银粉、铜粉、招粉。进一步的说，所述组分A还包含以下重量比的组分40% 60%的一种或复合两种以上目数为50 300的具有高传递和高散走热量特性的无机物；10% 50%的一种或复合两种以上目数为300 1250的具有高传递和高散走热量特性的无机物；10% 30%的一种或复合两种以上大于等于目数为1250的具有闻传递和闻散走热量特性的无机物。进一步的说，所述组分B包含聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、耐热聚酰胺、LCP。进一步的说，所述组分C包含偶联剂或相容剂、阻燃剂、稳定剂、润滑剂。进一步的说，所述偶联剂或相容剂包含硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、低粘环状聚酯树脂CBT类、马来酸酐接枝物、GMA缩水甘油醚接枝物中一种或复合两种以上；所述阻燃剂包含溴系阻燃剂、锑系协效阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂中一种或复合两种以上；所述稳定剂包含抗氧1010、抗氧168、抗氧H161、抗氧SEED中一种或复合两种以上；所述润滑剂包含蜡类、硬脂酸酯类中一种或复合两种以上；本发明一个实施方式所述碳类如石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纤维，特别是石墨和碳纤维含量在50%至80%，不但获得极高导热导电性和低膨胀系数而且灼热丝燃烧指数(GffFI)明显提升，有助于机械性能的改进和提升；本发明一个实施方式所述碳化物类如碳化硅和金属粉末类如银粉、铜粉、铝粉。，含量在50wt%以上，不但获得较高导热和低膨胀系数而且具备一定低电压绝缘性，有助于其在大多LED上的使用；本发明一个实施方式所述金属氧化物或氮化物类如氧化铝、陶瓷粉、氧化锌、氮化硼、氮化铝，含量在50wt%至90wt%，不但获得高导性和低膨胀系数而且具有高绝缘性，同时颜色上可以做成浅色甚至本白，有助于其在LED更加灵活地使用；另外本发明还研究发现基于碳类新型材料组合物加入金属氧化物或氮化物类，两者总含量在60wt%至80wt%，可以保证高传递和高散走热量特性性的同时获得低压的电绝缘特性；基于碳化物类新型材料组合物加入金属氧化物或氮化物类，两者总含量在75wt%以上，可以保证较高传递和高散走热量特性性的同时获得较高压的电绝缘性(具体见“具体实施方式
”案例)；本发明实施过程(除石墨烯、碳纳米管外)有一大特点高传递和高散走热量的无机物按不同目数的进行复配，特别是目数大的比例在40wt%以上作为主导热通道，其他较小或更小的无机物按饱和比例加入填补主导热通道的间隙，从而形成大面积连续性的传递和散走热量的管路，最大化提高传递和散走热量能力，具体实施为进一步，组分A)由40wt% 6(^七％的一种或复合两种以上目数为50 300的具有闻传递和闻散走热量特性的无机物、IOwt % 50wt %的一种或复合两种以上目数为300 1250的具有高传递和高散走热量特性的无机物和IOwt% 30被％的一种或复合两种以上大于等于目数为1250的具有高传递和高散走热量特性的无机物制成。进一步，组分B)为5wt% 48wt%的塑料组成，塑料包含聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、高温尼龙、LCP，其作用粘结传无机物，获得良好的加工成型特性以满足低成本的注塑、灌注等加工方式，并提高韧度、强度以满足作为LED部件的机械强度；
进一步，包含总质量的I. 5% 15%的偶联剂或相容剂，其作用在于改善无机物与塑料的相容链接，不但提高“新型材料”的机械强度和加工性，而且使高传递和高散走热量无机物的加入比例做到最大化从而提高“新型材料”传递和散走热量能力，特征为硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、低粘环状聚酯树脂CBT类、马来酸酐接枝物、GMA缩水甘油醚接枝物等等中一种或复合两种以上；进一步，根据“新型材料”本身的阻燃状况不包含或包含阻燃剂，如包括其特征为溴系阻燃剂、锑系协效阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂等中一种或复合两种以上；进一步，根据“新型材料”中无机物和塑料的加工特性不包含或包含起到稳定或润滑作用的助剂等等。本发明制作工艺技术方案是一种用于降低LED结温的新型材料的制备工艺，其特征在于其包含如下工作步骤(I)主材料加热干燥；(2)有机与无机物分别混合后按比例分前后次序计量加入或全混合密炼塑化粘结后加入；(3)螺杆挤出机塑化分散均匀；(4)多孔模头挤出成条；(5)模头热切粒或拉条冷却切粒；(6)注塑成型。I、将组分A在干燥机90 160度干燥2 8小时，组分B在干燥机90 120度干燥2 8小时一保证材料水分被烘干降低加工时水解而性能下降；2、将按上述本发明的配方技术方案配好的物料进行密炼等预加工5 30分钟以使初步粘接后进入螺杆挤出机进一步塑化分散均匀，或组分A、组分BC分别混合后先由组分BC按比例计量进入螺杆挤出机塑化后再将组分A按比例计量进入螺杆挤出机进一步塑化分散均匀；以上步骤的缘由本发明以高传递和高散走热量特性无机粉体或纤维为主，没塑化粘接就混合进入螺杆挤出机，会造成组分分层无法均匀分散，会造成表面硬度高、摩擦系数大的传递和散走热量无机物生磨塑料，前者散热管路分布不均无法形成饱和大面积连续性的导热管路，后者高分子树脂的降解从而导致混合新型材料性能的下降，传递和散走热量无机物被磨碎、排列杂乱无章形成不了好的主导热通道从而影响其导热性；3、加工好“新型材料”由多孔模头挤出成条，进行模头热切或拉条冷却切粒；以上步骤的缘由本发明以传递和散走热量无机物作为主体，随其比例的增大混合新型材料的粘性会下降无法做到拉条冷却，切粒时而采用热切从而保证生产的顺畅和产量的提升；4、将“新型材料”进行注塑前处理后，注塑成型合要求的灯杯或测试制件。以下是本发明的二 i^一个
具体实施例方式实施例一
权利要求
1.一种用于降低LED结温的新型材料，其特征在于其包含以下重量比的组分50% 90%的一种或复合两种以上具有高传递和高散走热量特性的无机物组分A ； 5% 48%的一种或复合两种以上的塑料组分B ;2 0Z0 20%的功能助剂组分C。
2.根据权利要求I所述的新型材料，其特征在于所述组分A包含碳类，碳化物类，金属氧化或氮化物类，金属粉末类的粉体或纤维的一种或两种以上组合物。
3.根据权利要求2所述的新型材料，其特征在于所述碳类为石墨、石墨烯、碳纳米管， 所述碳化物类为碳化硅，所述金属氧化或氮化物类为氧化铝、陶瓷粉、氧化锌、氮化硼、氮化铝，所述金属粉末类为银粉、铜粉、铝粉。
4.根据权利要求1-3所述的新型材料，其特征在于所述组分A还包含以下重量比的组分40% 60%的一种或复合两种以上目数为50 300的具有高传递和高散走热量特性的无机物；10% 50%的一种或复合两种以上目数为300 1250的具有高传递和高散走热量特性的无机物；10% 30%的一种或复合两种以上大于等于目数为1250的具有闻传递和闻散走热量特性的无机物。
5.根据权利要求I所述的新型材料，其特征在于所述组分B包含聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、耐热聚酰胺、LCP。
6.根据权利要求I所述的新型材料，其特征在于所述组分C包含偶联剂或相容剂、阻燃剂、稳定剂、润滑剂。
7.根据权利要求6所述的新型材料，其特征在于所述偶联剂或相容剂包含硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、低粘环状聚酯树脂CBT类、马来酸酐接枝物、GMA缩水甘油醚接枝物中一种或复合两种以上；所述阻燃剂包含溴系阻燃剂、锑系协效阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂中一种或复合两种以上；所述稳定剂包含抗氧1010、抗氧168、抗氧H161、抗氧SEED中一种或复合两种以上； 所述润滑剂包含蜡类、硬脂酸酯类中一种或复合两种以上。
8.—种如权利要求1-8所述的新型材料的制备工艺，其特征在于其包含如下工作步骤(1)主材料加热干燥；(2)有机与无机物分别混合后按比例分前后次序计量加入或全混合密炼塑化粘结后加A ；(3)螺杆挤出机塑化分散均匀；(4)多孔模头挤出成条；(5)模头热切粒或拉条冷却切粒；(6)注塑成型。
全文摘要
本发明涉及高传递和高散走热量特性的无机物用于LED散热的技术领域，技术方案为一种用于降低LED结温的新型材料包含以下重量比的组分50％～90％的一种或复合两种以上具有高传递和高散走热量特性的无机物组分A；5％～48％的一种或复合两种以上的塑料组分B；2％～20％的功能助剂组分C。一种用于降低LED结温的新型材料的制备工艺包含如下工作步骤(1)主材料加热干燥；(2)有机与无机物分别混合后按比例分前后次序计量加入或全混合密炼塑化粘结后加入；(3)螺杆挤出机塑化分散均匀；(4)多孔模头挤出成条；(5)模头热切粒或拉条冷却切粒；(6)注塑成型。
文档编号C08K3/08GK102617927SQ20121003682
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者许永信 申请人:许永信