专利名称：一种导热模塑组合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及功能高分子材料技术领域，具体地说，涉及一种导热模塑组合物及其制备方法。
背景技术：
随着微电子集成技术和组装技术高速发展，组装密度迅速提高，电子元件，逻辑电路体积成千上万倍地缩小，电子仪器日益轻薄小型化，而工作频率急剧增加，半导体热环境向高温方向迅速变化。此时电子设备所产生的热量迅速积累，在使用环境温度下要使电子元器件仍能高可靠性高效率地正常工作，及时散热能力成为影响其使用寿命的重要限制因素。传统的陶瓷或金属散热材料虽然具有良好的散热效果，但是其固有的几大缺陷严重限 制了它们的发展，主要包括密度大，成型困难，结构设计受限等。高可靠性高散热性的综合性能优异的导热高分子复合材料很好的弥补了传统散热材料的缺陷，作为热界面和封装材料，正在逐渐替代陶瓷和金属，成为散热领域的首选。在现有技术中，制备聚合物基导热材料的思路大部分是在聚合物基体中采用添加高含量导热填料的方法。这种方法虽然可以获得导热性能不错的材料，但是高填充量往往带来一些严重问题，如材料的力学性能明显下降，尤其是韧性；材料密度太大，影响其应用；制件表面比较粗糙，不美观；另外高填充体系对于加工设备的加料和分散要求也比较高，力口工相对困难。如专利CN1318508C中所述在100份PPS中加入400份20 u m氧化镁和300份5 y m氧化铝制备导热PPS，材料的导热填料填充量高达87. 5wt%，材料导热率也只有I. 967ff/mK,且缺口冲击强度只有3. 3KJ/m2，非缺口冲击强度也只有5. 9 KJ/m2。专利CN 101568599B中所述，在PPS中加入50wt%_70wt%的石墨来制备导热PPS材料。导热填料含量也高达50wt% 70wt%，专利中只是指明了材料的导热性能在5W/mK 25W/mK，但是对于同样很重要的性能指标如韧性等未有涉及。专利CN102079864A中所述，在PA66中加入导热绝缘填料和导热晶须来制备导热绝缘PA66，导热填料总含量高达55wt% 85wt%。所得材料的冲击强度在25J/m 30J/m，材料韧性比较差。专利CN101568577A中所述，在PP/PA基体中加入石墨和氮化硼来制备导热合金材料，石墨和氮化硼的总质量分数高达71wt%，材料的导热系数在2. 2ff/mK 4. Off/mK,专利中只关注了流动性，对于材料韧性未有提及。本发明在现有技术基础上，通过特定的导热填料复配组合及特定的制备方法制得了力学性能优异并且导热性能优良的导热材料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种导热性能优异且力学性能优良的导热模塑组合物及其制备方法，该方法制备的导热塑料具有优异的导热性能和良好的力学性能。为实现以上目的，本发明采用如下技术方案
一种导热模塑组合物，由以下重量百分数的组分组成
塑料基体20 60%
导热填料A15 40%
导热填料B10 30%
导热填料CI 5%
增强组分5 15% 表面改性剂0. 05 0. 5%
其他添加剂0 2 %。所述的塑料基体为聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、聚酰胺(如PA10T、PA6T/66、PA6T/6I、PA9T、PA46、PA6、PA66、PA6/66、PAl2、PA6/12)、聚酯(如 PBT、PET、PC)、苯乙烯类聚合物(如ABS、PS )和聚烯烃(如PP、PE )中的一种或一种以上的混合物，但不仅限于这些塑料基体；
所述的导热填料A为微观片状结构，包括片状结构的石墨、氧化铝(A1203)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(A1N)、氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)等中的一种或几种，但不仅限于这些导热填料。平均粒径在10 ii m 200 V- m,优选15 y m 150 u m,更优选20 y m IOOum0径厚比在10 100，优选10-80，更优选10-50。所述的导热填料B为微观球状、椭球状结构，包括氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(A1N)、氮化硼(BN)等球状或椭球状填料中的一种，但不仅限于这些导热填料，其平均粒径在I U m 20 ii m,优选2 ii m 15 y m,更优选3 y m 10 y m。所述的导热填料C为微观球状，包括氧化铝(A1203)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(A1N)、氮化硼(BN)等球状填料中的一种，但不仅限于这些导热填料，其平均粒径在IOnm IOOnm,优选 15nm 80nm,更优选 20nm 50nm。所述的导热填料A与导热填料B的重量比控制在5:1 1:1范围内，优选4:1 1:1。导热填料C含量为导热填料B含量的lwt% 10wt%,优选lwt% 5wt%。大粒径的片状导热填料A在树脂基体中主要起导热网络骨架作用，由于粒径和径厚比很大，它在树脂基体中的最大体积添加分数(maximum volume fraction, Omax)较低，因此在较少含量下就可起到基本的网络骨架作用。较小粒径的导热填料B外表面由于粘附了一层纳米填料C，且其表面经过了化学偶联处理，导热填料A的片状结构表面也经过了表面偶联处理，由于表面处理剂的极性吸引作用，较小粒径的导热填料B在体系中倾向分布于导热填料A的片状结构之间，而且导热填料B的表层粘附的纳米填料层具有较大的比表面积，其表面经过偶联处理后对其周围的同样经过偶联处理的片状结构的导热填料A具有比较强烈的化学吸引作用，从而减小了片状导热填料A与球状或椭球状导热填料B之间的空间距离，形成了连续致密的导热网链。另外，由于表面化学作用，在树脂基体中所述的导热填料A，导热填料B和导热填料C基本分布在连续致密的导热网链上，孤立分布在基体中未形成导热网链的导热填料很少，因此相对于普通均匀分布的导热体系，为了达到相同的导热性能，该体系所需的导热填料总含量明显降低。纳米导热填料C均匀分布在微米导热填料B的外表面，不但可起到良好的导热效果，纳米粒子的增韧作用对提高整个体系的韧性也有正面作用。另外由于总的填料含量降低整个体系的力学性能相对于传统的高填充体系也有明显提高。所述的增强组分为短切玻璃纤维、碳纤维、硅灰石纤维、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、云母、钛酸钾晶须等中的一种或多种，但不仅限于这些增强填料。优选短切玻璃纤维、碳纤维和硅灰石纤维，更优选短切玻璃纤维和碳纤维。所述的表面改性剂为芳香族磺酸盐、芳香族磺酰胺、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂等中的一种或几种，但不仅限于这些表面改性剂；
所述的其他添加剂包括润滑剂、抗氧剂等中的一种或几种。所述的抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂或硫醇类抗氧剂中的一种或几种，但不仅限于这些抗氧剂。所述的润滑剂包括褐煤酸衍生物、高分子蜡类、低分子液晶聚合物、硬脂酸金属皂盐、硬脂酸酰胺、硅酮类化合物中的一种或几种，但不仅限于这些润滑剂。 上述导热模塑组合物的制备方法包括如下步骤
(1)将导热填料B加入到混合机中，接着加入表面改性剂混合均匀，然后再加入导热填料C继续混合均匀，使导热填料C均匀粘附于导热填料B的外层表面，得混合物I ;
(2)将所述导热填料A加入到高速混合机中，接着加入表面改性剂混合均匀，得混合物
II ；
(3)塑料基体和其他添加剂混匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，上述步骤中所得的混合物I和混合物II从主喂料口加入或从挤出机的下游侧喂口进入；
(4)将所述的增强组分从挤出机的下游另一侧喂口单独加入；
(5)经双螺杆挤出机熔融共混后挤出，经过水冷、切粒、过筛、装包工序，制备得到导热模塑组合物。本发明与现有技术相比具有如下优点
本发明通过特定形状和粒径规格的微米级大粒径片状导热填料，微米级小粒径球状或椭球状导热填料和纳米级小粒径球状导热填料三者复配使用，同时通过特殊的制备方法来控制这些导热填料混合物在树脂基体中的分布状态，从而形成高效的导热网络，材料的导热性能非常优异。另外，加入的纳米导热填料均匀分布在微米级小粒径球状或椭球状导热填料的外薄层表面，不但可起到良好的导热效果，纳米粒子的增韧作用对提高整个体系的韧性也有正面作用。另外由于总的填料含量降低整个体系的力学性能相对于传统的高填充体系也有明显提闻。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明。表I. I导热聚酰胺PAlOT配方组成
权利要求
1.一种导热模塑组合物，其特征包括以下重量百分数的组分 塑料基体20 60% 导热填料A15 40% 导热填料B10 30% 导热填料CI 5% 增强组分5 15% 根据权利要求I所述的导热模塑组合物，其特征在于所述的塑料基体为聚苯硫醚、液晶聚合物、聚酰胺、聚酯、苯乙烯类聚合物和聚烯烃中的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求I所述的导热模塑组合物，其特征在于所述的导热填料A为石墨、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种；导热填料A的平均粒径在IOiim 200iim，径厚比在10 100。
3.根据权利要求I所述的导热模塑组合物，其特征在于所述的导热填料B为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化招、氮化硼中的一种，平均粒径在I U m 20 ii m。
4.根据权利要求I所述的导热模塑组合物，其特征在于所述的导热填料C为氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化招、氮化硼中的一种，导热填料C的平均粒径在IOnm lOOnm。
5.根据权利要求I所述的导热模塑组合物，其特征在于所述的增强组分为短切玻璃纤维、碳纤维、硅灰石纤维、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、云母、钛酸钾晶须中的一种或多种。
6.根据权利要求I所述的导热模塑组合物，其特征还包括0.05 0. 5%表面改性剂，所述的表面改性剂为芳香族磺酸盐、芳香族磺酰胺、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。
7.根据权利要求I所述的导热模塑组合物，其特征还包括其他添加剂0 2%。
8.所述的其他添加剂为润滑剂或抗氧剂；所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂或硫醇类抗氧剂中的一种或几种；所述的润滑剂为褐煤酸衍生物、高分子蜡类、低分子液晶聚合物、硬脂酸金属皂盐、硬脂酸酰胺、硅酮类化合物中的一种或几种。
9.权利要求I所述导热模塑组合物的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)将导热填料B加入到混合机中，接着加入表面改性剂混合均匀，然后再加入导热填料C继续混合均匀，使导热填料C均匀粘附于导热填料B的外层表面，得混合物I ; (2)将所述导热填料A加入到高速混合机中，接着加入表面改性剂混合均匀，得混合物II; (3)塑料基体和其他添加剂混匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，上述步骤中所得的混合物I和混合物II从主喂料口加入或从挤出机的下游侧喂口进入； (4)将所述的增强组分从挤出机的下游另一侧喂口单独加入； (5)经双螺杆挤出机熔融共混后挤出，经过水冷、切粒、过筛、装包工序，制备得到导热模塑组合物。
全文摘要
本发明公开了一种导热模塑组合物及其制备方法。由以下重量份原料组成导热填料A 15～40%，导热填料B 10～30%，导热填料C 1～5%，增强组分5～15%，表面改性剂 0.05～0.5%，其他添加剂0～2%。制备方法为将导热填料B加入到混合机中，加入表面改性剂混合，然后再加入导热填料C继续混合，得混合物Ⅰ；将所述导热填料A加入到高速混合机中，加入表面改性剂混合，得混合物Ⅱ；塑料基体和其他添加剂混匀后从双螺杆挤出机的主喂料口加入，混合物Ⅰ和混合物Ⅱ从主喂料口加入或从挤出机的下游侧喂口进入；增强组分从挤出机的下游另一侧喂口单独加入；双螺杆挤出机制备得到导热模塑组合物。所得模塑组合物具有优异的导热性能和良好的力学性能。
文档编号C08L69/00GK102719099SQ20121018795
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者叶南飚, 吴博, 姜苏俊, 宁方林, 易庆锋, 蒋智强, 麦杰鸿 申请人:上海金发科技发展有限公司, 金发科技股份有限公司