一种掺杂金刚石氮化物共混pa散热材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及散热材料技术领域，尤其涉及一种掺杂金刚石氮化物共混PA散热材 料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 由于聚合物材料具有来源广泛、成本低廉、易加工成型等优势，使其得到广泛的应 用，但一般聚合物材料由于传热与绝缘性能不佳，限制了其在电子元器件散热、化工电工传 热和其它领域等应用。特别是越来越多的聚合物材料投入LED产品的生产，较低的导热性 能导致聚合物材料无法进一步应用于制作发热量较大的或大功率LED照明产品的散热器 套件。目前，提高聚合物材料的导热性能主要有以下两种方式：一是合成具有高导热系数的 本征聚合物，如聚乙炔、聚吡咯等，其导热机理同高分子材料导电机理一样是通过电子转移 来实现热量的传递；二是添加高导热无机填料进行填充无机物/对聚合物导热通过制备复 合材料。导热高聚物虽然具有良好的导热性能，但是受制于成本、生产工艺，难以实现规模 化，从而采用无机物填充来提高聚合物的导热系数。对于PA材料而言，有机氧化铝是常用 的导热填料，二者共混制得的氧化铝/PA复合材料的导热系数随氧化铝用量增加而提高。 但过高的氧化铝用量可导致PA材料的流动性、加工性、抗冲击性能下降，导致其LED照明产 品在生产领域中的实用价值下降。此外，当PA材料应用于生产LED照明产品的零部件时，在 强光、高温的影响下极其容易老化，发生变色、脆化、开裂等问题，其使用寿命将大幅下降。
[0003] 金刚石材料具有高热导和低膨胀系数（热导率：600-2200WAm·K);热膨胀系数： 0. 8X10-6/K，298K)。但是直接将其作为热沉材料，则成本高，脆性大，并且热膨胀系数与钨 也相差近4倍。这种高热导低膨胀材料可以应用在电子封装、LED发光二级管、1C芯片等领 域作为散热材料，从而提高散热效率及产品使用寿命。因此，发明一种传热高的导热率、低 膨胀系数与掺杂金刚石共混PA散热材料，具有重要的意义和广泛的应用领域。
【发明内容】
[0004] 基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种掺杂金刚石氮化物共混PA散 热材料及其制备方法，所得散热材料经介段性研究发明属于创新技术，替代传统金属铝作 为散热材料，通过纳米金刚石、氮化物及其它助剂优化，使材料具有极高的热导率并产生空 气对流高散热的效能，且高绝缘，高强度，热膨胀系数低，耐高低温老化不开裂不变色，使用 过程的熔体流动速率高、易于产业化生产和使用寿命长。
[0005] 本发明提出的一种掺杂金刚石氮化物共混PA散热材料，其原料按重量百分比包 括：
[0006]
[0007] 上述以上各组分之和为100%。
[0008] 优选地，PA为一种至少含支链结构PA6的高流动性尼龙组合物，所述高流动性尼 龙组合物为高流动性PA6与PA6、PA66、PA46、PA12、PA612、PA1212及芳香族PA的任意组 合，所述高流动性PA6为支化单元引发剂与己内酰胺通过水解聚合制备得到PA6。
[0009] 优选地，氮化物的原料按重量份包括：
[0010]
[0011] 优选地，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的任意组合。
[0012] 优选地，助剂的原料按重量份包括：
[0013]
[0014] 在制备过程中，先将硼酸钠溶于适量水中，制备成浓度为8-10%的水溶液，再将聚 合硫酸铝溶解在水溶液中，然后投入水杨酸镁、四针状氧化锌晶须，混合球磨l-2h，投入其 它剩余组分，混合搅拌分散2-3h后浓缩干燥，研磨成300-400目细粉，即得。
[0015] 优选地，阻燃剂为十溴二苯乙烷和/或三氧化二锑。
[0016] 本发明还提出的上述掺杂金刚石氮化物共混PA散热材料的制备方法，包括如下 步骤：
[0017] S1、将所有原料混合搅拌分散l_2h后，投入气流球磨机中球磨处理，使所得物料 的万孔筛余量< 0. 05% ;
[0018] S2、将S1得到的均混物加入高低温设备共混30-40min，其中温度为200-230°C;抽 真空，低混冷却共混并强制破碎，得到掺杂金刚石复合氮化物的导散热；
[0019] S3、将S2得到的掺杂金刚石复合氮化物的导散热母料加入双螺杆挤出机进行 熔融，剪切，共混，压缩，混炼，抽真空，牵引，冷却，切粒得到掺杂金刚石氮化物共混PA 散热材料，其中所述双螺杆挤出机的料筒后部的温度为235-250 °C、料筒中部的温度为 260-280°C、料筒前部的温度为270-280°C、喷嘴温度为275-280°C;螺杆转速为200-350r/ min;喂料速度为10_25r/min。
[0020] 本发明通过球磨处理得到微粒状物料，高温共混后，真空低温共混破碎后得到母 料，通过熔融，剪切，共混，压缩，混炼，抽真空，牵引，冷却，切粒得到掺杂金刚石氮化物共混 PA散热材料，使金刚石、氮化物和PA混合后，提高了散热材料的高热导率，降低了膨胀系 数，延长了产品使用寿命。
[0021] 本发明制备技术中引入了高熔体流动性和大量活性端基的支链PA6,熔体流动性 优异、易于加工，有效地促进了导热材料在基体中的分散、提高了的浸渍性和相容性，使各 原料完全包覆分散在基体中，添加纳米金刚石级提高了散热材料的高热导率，降低了膨胀 系数，延长了产品使用寿命，少量的纳米二氧化钛提升了抗氧剂的抗氧化效果，使所制得的 散热材料表现出良好的抗老化性能，并降低了抗氧剂的用量，有利于控制生产成本进而大 规模地推广应用。本发明制备的散热材料具有优异的导热性能，导热系数达1. 〇-l〇W/m*k， 同时保持稳定的加工性能、机械性能，AC耐高压绝缘通过5000v以上，并表现出良好的抗紫 外线、抗氧化和防火性能。由于其优异的导散热性能，可用于军工和航天航空领域，能大大 发挥其用处，而其耐高压绝缘性能使其能在光电行业占有一席之地；又因为其还具有稳定 的加工性能、机械性能，能作为手机电脑等电子电器的零部件大大发挥用途。
[0022] 本发明替代传统金属铝作为散热材料，其比重较传统金属铝材轻一倍还多，成本 大大降低，通过加入纳米金刚石、氮化物及其它助剂优化，使材料具有极高的热导率并产生 空气对流高散热的效能，且高绝缘，高强度，热膨胀系数低，耐高低温老化，在使用时对抗漏 电安全系数更高，不开裂不变色，使用过程的熔体流动速率高，易于产业化生产和使用寿命 长。
[0023] 而传统铝材需要压铸拉伸成型，生产耗电高，压铸溶化温度在400-700°C，表面需 氧化阳极处理、修边抛光、工艺繁琐复杂：电性能属漏电、生产成本高、不宜制作精密部件 等。本发明的金刚石氮化物散热材料可以适用各类普通注塑机注塑成型，注塑成型温度 260-280°C，加工工艺方便，可制各种大大小小精密散热器件及产生化。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明提出的一种掺杂金刚石氮化物共混PA散热材料的制备工艺流程图。
【具体实施方式】
[0025] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0026] 如图1所示，图1是本发明提出的一种掺杂金刚石氮化物共混PA散热材料的制备 工艺流程图。
[0027] 参照图1，本发明提出的一种掺杂金刚石氮化物共混PA散热材料的制备方法，包 括如下步骤：
[0028] S1、将所有原料混合搅拌分散l_2h后，投入气流球磨机中球磨处理，使所得物料 的万孔筛余量< 0. 05% ;
[0029] S2、将S1得到的均混物加入高低温设备共混30-40min，其中温度为200-230°C;抽 真空，低混冷却共混并强制破碎，得到掺杂金刚石复合氮化物的导散热母料；
[0030] S3、将S2得到的掺杂金刚石复合氮化物的导散热母料加入双螺杆挤出机进行 熔融，剪切，共混，压缩，混炼，抽真空，牵引，冷却，切粒得到掺杂金刚石氮化物共混PA 散热材料，其中所述双螺杆挤出机的料筒后部的温度为235-250 °C、料筒中部的温度为 260-280°C、料筒前部的温度为270-280°C、喷嘴温度为275-280°C;螺杆转速为200-350r/ min;喂料速度为10_25r/min。
[0031] 实施例1
[0032] 本发明提出的一种掺杂金刚石氮化物共混PA散热材料，其原料按重量百分比包 括：
[0033]
[0035] 上述以上各组分之和为100% ;
[0036] 其中，PA为一种含支链结构PA6的高流动性尼龙组合物，所述高流动性尼龙组