一种高韧性高导热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，具体是一种高韧性高导热高分子材料 及其制备方法，属于高分子材料改性、散热材料制备领域。
【背景技术】
[0002] 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。但目前用于制备LED散热外壳的树脂导热系数偏低，只 有0. 2-04w/m. k，完全不符合散热要求严格的环境。LED散热不良容易导致电源损坏、光衰 加快、寿命减短等问题。
[0003] 传统的三种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；塑料绝缘性好，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] 通常塑料质轻、易加工成型、价格低廉且绝缘性能好，但是热导率较低。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。
[0005] 制备高导热率复合材料的方法是尽可能提高导热填料含量。目前应用广泛的颗粒 状和片状导热填料，虽然提高含量，会大幅降低复合材料的力学性能，无法满足某些特定环 境的应用，尤其低温使用环境。目前，市场上使用的LED灯具绝大部分为塑料包裹铝嵌件或 压铸铝形式，由于两种材料存在的线性膨胀系数差异巨大，在做冷热冲击试验时，塑料会出 现开裂现象，影响导热塑料的在LED照明灯具上的规模化使用。
[0006] 此外，在加工一些具有特殊形状或在加工过程形变程度较大的产品，对作为加工 材料的高分子材料的韧性要求严格，现有的导热塑料无法满足在电子、汽车、LED灯具领域 对该类型高分子材料的加工性能要求。
[0007] 现有已经报导了导热塑料的制备及其性能，但涉及增韧改性技术较少。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种高韧性高导热高分子材料及 其制备方法，该由树脂基料、碳纤维复合材料、导热填料、增韧剂、偶联剂以及其他加工助剂 制成，结合双螺杆挤出机通过预混合、挤出、冷却、风干、切粒等工艺，使获得的高分子材料 在提高导热性能的同时具有优异的力学性能，尤其是其韧性得到了增强，满足在电子、汽 车、LED灯具领域对该种高分子材料的加工性能要求，更利于应用在一些具有特殊形状或在 加工过程形变程度较大、对材料韧性要求严格的产品的生产。
[0009] 本发明的技术方案如下：一种高韧性高导热高分子材料，由以下组分重量份数的 组分制成：树脂基料30~65份、碳纤维复合材料3~5份、导热填料8~60份、增韧剂0. 5~10 份、偶联剂〇. 1~5份、抗氧剂0. 1~4份、加工助剂0. 1~10份；所述碳纤维复合材料为片状 石墨微晶等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；所述树脂基料为聚己内酰胺、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 的一种或几种的复配；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。
[0010] 优选的，所述碳纤维复合材料为长度6-8um的短切碳纤维或微晶石墨。
[0011] 所述导热填料包括晶须状导热填料与颗粒状导热填料，所述晶须状导热填料与颗 粒状导热填料按照质量比1:1~3复配。
[0012] 优选的，所述导热填料为滑石粉、氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钙、氮化 铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种进行复配。
[0013] 进一步优选的，所述氧化铝为球形氧化铝，主要成分为煅烧a -Al2O3，颗粒粒径为 5~10 μ??，纯度大于98%。
[0014] 优选的，所述树脂基料为相对粘度为2. 8的半透明或不透明乳白色粒子状的聚己 内酰胺。
[0015] 所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物（Ρ0Ε)、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)、马来酸酐 接枝的Ρ0Ε、以聚苯乙烯为末端段，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)、马来酸酐接枝的SEBS中的一种或几种。
[0016] 优选的，所述增韧剂为马来酸酐接技率0. 8%的马来酸酐接枝的SEBS。
[0017] 优选的，所述硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0018] 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。
[0019] 所述的其它加工助剂包括紫外线吸收剂、抗静电剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、阻 燃剂中的一种或几种。
[0020] 本发明所述的高韧性高导热高分子材料的制备方法，包括以下具体步骤： (1) 利用偶联剂对导热填料及碳纤维复合材料进行表面处理；所述偶联剂对导热填料 进行表面处理的方式是：将液体偶联剂直接进行雾化或将粉体偶联剂以无水溶剂稀释后雾 化，然后将导热填料及碳纤维复合材料通入雾化室中，使得导热填料被偶联剂雾化后的液 滴包裹； (2) 将树脂基料在80~120°C时鼓风干3~6小时； (3) 将干燥后的树脂基料、抗氧剂、增韧剂及其他助剂加入高速混合机中混合5~20min， 混合后的物料装入挤出机的王喂料系统； (4) 将步骤（1)经过表面处理的导热填料和碳纤维复合材料加入双螺杆挤出机的侧 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，得到高韧性高导热高分子材料导热塑料； 所述双螺杆挤出机的加工工艺条件如下： ① 温度为：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 螺杆转速为：250~400转/分 ③ 物料在料筒停留时间控制在2min以内。
[0021] 本发明相对于现有技术的有益效果如下： (1) 通过不同形状导热填料配合使用，以纤维状、导热率高的碳纤维辅助球