一种高热扩散系数高分子材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高分子材料及其制备方法，具体是一种高热扩散系数高分子材料 及其制备方法，属于高分子材料及其制备技术领域。
【背景技术】
[0002] LED作为一种绿色光源，目前已得到了广泛的应用。在LED灯具加工制造领域，LED 灯外壳若散热不良容易导致电源损坏、光衰加快、寿命减短等问题。LED灯具散热外壳材料 的散热性能始终是LED照明系统性能提升的重中之重。
[0003] 热扩散系数是反映温度不均匀的物体中温度均匀化速度的物理量，热扩散系数与 物体的导热系数以及单位体积的物体温度升高rc所需的热量有关，热扩散系数越大，材料 中温度变化传播的越迅速。为了保证LED灯的使用寿命，LED散热外壳用导热复合材料要 求具有较高的导热系数、良好的力学性能及加工性能。传统的灯具外壳散热材料包括铝材、 塑料和陶瓷三种，铝材导热好，但因导电特性其安全性较差；塑料质轻、易加工成型、价格低 廉且绝缘性能好，但导热及膨胀系数却比较低；陶瓷兼具前两者的绝缘和散热优点，易碎、 加工成本高是其最大弊病。
[0004] 例如，CN201210331434. 0公开了一种LED灯具散热材料，其成分包括铝A1、铜Cu、 硅Si、锌Zn以及其他金属元素，各成分的重量百分比如下：铝Al占76%?83%，铜Cu占 8%?12%，硅Si占3%?6%，锌Zn不大于3. 5%，其他金属元素不大于3% ;该材料主要是结 合铝材轻便的特性进行有效散热，虽能克服机械加工烦琐的工序而获得良好的导热散热效 果，但铝壳的主要生产方法是压铸或拉伸成型，无法进行具有复杂形状的灯具外壳的加工， 且铝壳在生产中有电镀的工序，产生的废液中的金属会对水源和土壤造成严重的污染。而 目前用于制备LED散热外壳的树脂(塑料)导热系数偏低，只有0. 2-04w/m. k，完全不符合散 热要求严格的环境。
[0005] 通过在塑料中添加高热导率高电阻的功能填料，如滑石粉、氮化铝、氮化硼、氧化 镁和氧化铝等，可望显著提高聚合物的导热性能，同时又能保持聚合物的绝缘性能，在一些 要求绝缘性的场合可以起到普通金属导热材料无法取代的作用。此外，通过提高塑料中导 热填料含量可在一定程度上提高材料的导热率，但目前应用广泛的颗粒状和片状导热填 料，虽然能提高其导热系数，但是热扩散系数普遍偏低，散热效果偏差，无法满足某些特定 环境的应用，尤其是低温环境中。
[0006] 现有技术已有导热塑料的制备及其性能的相关报道，但鲜有涉及LED灯具散热外 壳用高分子塑料材料的高热扩散系数改性技术。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种高热扩散系数高分子材料及 其制备方法，该高热扩散系数高分子材料由基体树脂、高热扩散导热填料、碳纤维复合材 料、增韧剂、偶联剂、抗氧剂和其它助剂制成，利用不同形状的高热扩散系数导热填料在加 工过程所形成的三维导热网络出现正向协同的混杂效应来使得高分子材料的导热能力获 得显著增强，经过表面改性的高热扩散系数导热填料与树脂基料的相容性得到提高，降低 了合成树脂熔体的粘度，改善填料的分散度以提高加工性能，进而使制品获得良好的表面 质量及机械性能；该高热扩散系数高分子材料还具有高导热与韧性高的优点。
[0008] 本发明的技术方案如下：一种高热扩散系数高分子材料，由以下组分重量份数的 组分制成：基体树脂20~65份、高热扩散导热填料35~65份、碳纤维复合材料0. 1~5份、增 韧剂0. 1~10份、偶联剂0. 1~2份、抗氧剂0. 1~2份、其它助剂0. 1~15份；采用如下步骤 制备： (1) 将高热扩散导热填料放入高速搅拌机进行高速混合，同时加入其质量1~2%的白矿 油； (2) 配制水-无水乙醇溶液，该溶液中水的质量百分比为5~10% ;将偶联剂溶于制得的 水-无水乙醇溶液中，配成偶联剂浓度为1〇~25 wt%的偶联剂-水-醇溶液； (3) 采用喷雾方法，将偶联剂水-醇溶液加入到步骤（1)制备的导热填料中，偶联 剂-水-醇溶液喷雾加入的同时对导热填料进行搅拌； (4) 偶联剂-水-醇溶液加入完毕，将导热填料继续搅拌10~20 min，然后将导热填料 在80~120 °C条件下干燥3~5 h，使导热绝缘填料表面均匀包覆一层偶联剂； (5) 将树脂基料在80~120°C下鼓风干燥3~6小时后，将干燥后的树脂基料、抗氧剂、增 韧剂及其他加工助剂加入高速混合机中混合均匀； (6) 将步骤（5)混合后的物料装入挤出机的主喂料系统，将步骤（4)获得的混合物料装 入侧喂料系统，通过控制主、侧喂料系统的喂料频率控制绝缘导热填料的含量，经熔融、挤 出、造粒、水冷、风干、切粒、干燥即可制得一种高热扩散系数高分子材料；其中，所述基体树 脂为聚己内酰胺、聚己二酰己二胺、工业化液晶聚合物、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚 对苯二甲酸丁二酯、聚醚醚酮、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯中的一种或几种；所 述高热扩散导热填料为滑石粉、球形氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钙、六方氮化铝、 立方氮化硼、碳化硅中、碳纳米管、导热石墨烯的一种或几种进行复配；所述偶联剂为有机 络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类偶联剂中一种。
[0009] 优选的基体树脂为相对粘度为2. 8 (测试标准ASTM 1254403-D3-050)、半透明或 不透明乳白色粒子状的聚己内酰胺。
[0010] 优选的，所述高热扩散导热填料为球六方氮化硼、导热石墨烯、碳纳米管、球形氧 化错按质量比2~5:1:1~2:12~18进行复配。
[0011] 进一步优选的，所述高热扩散导热填料为六方氮化硼、导热石墨烯、碳纳米管、球 形氧化错按质量比：4:1:1:15进行复配。
[0012] 所述碳纤维复合材料为有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成、经碳化及石墨化处理 而得到的微晶石墨材料。
[0013] 优选的，所述碳纤维复合材料为直径6-8um的短切碳纤维。
[0014] 所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物（POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)、马来酸酐 接枝POE(POE-g-MAH)、以聚苯乙烯为末端段且以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为 中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物（SEBS)、马来酸酐接枝SEBS (SEBS-g-MAH)中的一种或几 种。
[0015] 优选的，所述增韧剂为马来酸酐接技率是0. 8%的马来酸酐接枝SEBS。
[0016] 优选的，所述偶联剂为3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0017] 所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076、抗氧剂3114、抗氧剂168、 抗氧剂626、抗氧剂627A中的一种或几种。
[0018] 优选的，所述双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：①温度：一区160~180°C，二 区 170~220°C，三区 200~250°C，四区 200~250°C，五区 210~250°C，六区 190~250°C，机头 200~240°C ;②螺杆转速：250~400转/分；③物料在料筒停留时间控制在2min以内。
[0019] 本发明所述加工助剂为紫外线吸收剂、抗静电剂、抗滴落剂、润滑剂、