Led用导热绝缘复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种LED用导热绝缘复合材料及其制备方法，产品由基体树脂、颗粒状导热填料、纤维状导热填料、有机硅烷类改性剂、抗氧剂组成。本发明采用经过前期改性的基体树脂和不同种类、不同形态、不同粒径的导热绝缘填料，制备了具有良好综合性能的高分子基复合材料，且成本较同行产品更低，可广泛应用于LED灯壳散热、电子产品封装等领域。
【专利说明】
LED用导热绝缘复合材料及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明设及一种L邸用导热绝缘复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子产品的高度集成化和电子组装/封装技术的快速发展，对材料的导热性 能具有愈来愈高的要求，Lm)灯由于具有环保、高效、响应时间短、质量轻、体积小、使用寿命 长、色彩丰富等优良特点，近年来取得了迅速的发展，并成功应用于电子显示、交通信号灯、 汽车照明、高效巧光粉和建筑装饰照明等领域。在高频率工作条件下，L抓电子产品工作热 环境向高溫方向迅速移动，运导致电子元器件产生的热量在短时间内增加、积累，要使电子 元器件在高溫条件下仍能保持高可靠性的正常工作，就必须提高其热传导能力，但目前具 有良好综合性能的导热复合材料的制备技术落后、产品价格较高，运成为阻碍导热复合材 料发展的主要因素。
[0003] 对于目前市场上Lm)用导热绝缘符合材料，国内研究学者也做了大量研究，但仍处 于实验室研究阶段，产品化材料的导热性能较低，并且在力学性能等方面也较差，无法满足 市场需求。
[0004] 所W，本发明提供一种LED用导热绝缘复合材料及其制备方法，能有效提高Lm)散 热材料的综合性能、性价比和使用率。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有导热绝缘复合材料综合性能低、价格较高，W及制备 技术上的缺陷，提供一种具有较高热导率，同时具有良好力学性能和绝缘性能的Lm)用导热 绝缘复合材料及其制备方法。
[0006] 本发明的技术解决方案是：
[0007] -种L邸用导热绝缘复合材料，其特征是：由下列质量百分比的组分组成： 基体树脂 20%~80% 颗粒状导热填料 10%~70%
[000引纤维状导热填料 5%~300/0 有机種烧类改性剂 0.1 %~2% 抗氧剂 0.1%~2%。
[0009] 所述基体树脂是由PA6、PA66、EP按质量比2~8:1:1复配组成。
[0010] 所述颗粒状导热填料为球形氧化侣、球形氧化儀、碳化娃或鱗片状石墨;其中球形 氧化侣、球形氧化儀既可作为单一填料进行填充使用；也可选取两者之中的任意一种与碳 化娃和鱗片状石墨填料按任意比例复配使用。
[0011] 所述球形氧化侣和球形氧化儀两种填料均为采用大、小两种粒径的同类填料复配 而成;其中，小粒径球形氧化侣粒径范围为10~30皿，大粒径球形氧化侣粒径范围为50~90 WH;小粒径氧化儀粒径范围为5~20]im，大粒径氧化儀粒径范围为30~60]im;大、小粒径球形 氧化侣的质量分数之比为1~4:1;大、小粒径氧化儀的质量分数之比为1~4:1。
[0012] 碳化娃粒径范围为1~20皿;鱗片状石墨粒径范围为100~150皿。
[OOU] 所述纤维状导热填料为碳纤维，平均直径6皿，长度3~6mm，长径比500~1000。
[0014] 改性剂为丫-氨丙基=乙氧基硅烷、丫-缩水甘油酸氧丙基=甲氧基硅烷、丫 -(甲 基丙締酷氧)丙基=甲氧基硅烷、烷氧基聚硅氧烷中的一种或两种。
[0015] 抗氧剂为四[e-(3,5-二叔下基-4-径基苯基)丙酸]季戊四醇醋和s[2,4-二叔下 基苯基]亚憐酸醋中的至少一种。
[0016] -种L邸用导热绝缘复合材料的制备方法，其特征是:包括W下步骤：
[0017] (1)将PA6、PA66、EP烘干，并按配比混合，得到基体树脂，备用；
[0018] (2)按比例混合好所需要的颗粒状导热填料及纤维状导热填料，备用；
[0019] (3)将有机硅烷类表面改性剂溶于乙醇-水溶液中，室溫条件下揽拌8~10分钟，形 成均匀的混合溶液；
[0020] (4)将步骤(3)所得有机硅烷类改性剂溶液W喷雾形式喷洒在步骤(2)制得的颗粒 状导热填料及纤维状导热填料上，然后在高速混合机中揽拌1~1.5小时混合均匀，风干，或 直接在105 °C至120°C的溫度范围内进行干燥，得到改性填料；
[0021] (5)将步骤(1)得到的基体树脂、步骤(4)得到的改性填料、抗氧剂加入到高速混合 机中充分混合均匀，再加入到双螺杆挤出机中烙融、挤出、造粒。
[0022] 所述步骤巧）中双螺杆挤出机加工溫度为220~250°C，螺杆转速60-9化/min，切粒 机转速为350-450巧m。
[0023] 本发明与现有L邸用导热绝缘高分子复合材料W及制备技术相比，具有W下优点：
[0024] (1)对于无机填料的改性，本发明主要采用功能性烷氧基聚硅氧烷与硅烷偶联剂 混合使用，烷氧基官能团与无机填料或表面形成较为稳固的结合，改善无机填料的团聚现 象，赋予无机填料表面较好的疏水性，从而使填料得到更好的改善。
[0025] (2)基体树脂WPA6为主，混入PA66和EP，运使得基体在具有良好的流动性的前提 下，也提高了基体的力学性能、耐高溫性和热变形溫度，环氧树脂化P)中有环氧基团，具有 较好的界面相容作用，它的加入能在PA6和PA66之间起增容作用，S者形成了性能互补的聚 合物体系。
[0026] (3)针对PA6与PA66、EP的混合体系，采用了大、小不同粒径的球形氧化侣或球形氧 化儀同种导热绝缘填料进行填充，能使填料在基体树脂中具有更好的分散性，同时小粒径 填料能很好地填补大粒径填料的缝隙，W便于更好地形成导热通路。
[0027] 下面结合实施例对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
[0028] 本发明实施例中，所用基体树脂由PA6、PA66、EP混合组成;大粒径氧化儀为球形氧 化儀，平均粒径为60WH，小粒径氧化儀为球形氧化儀，平均粒径为lOwn;大粒径氧化侣为球 形氧化侣，平均粒径为70WH，小粒径氧化侣为球形氧化侣，平均粒径为20皿;石墨为鱗片状 石墨，平均粒径为120皿;碳化娃平均粒径为10皿;碳纤维直径6皿，长度3mm，长径比为500; 道康宁11-100(烷氧基聚硅氧烷)和硅烷偶联剂KH550( 丫-氨丙基二乙氧基硅烷）；抗氧剂为 抗氧剂1010(四[e-(3,5-二叔下基-4-径基苯基)丙酸]季戊四醇醋)和抗氧剂168(s[2,4- 二叔下基苯基]亚憐酸醋）中的至少一种。
[0029] 实施例1~8
[0030] (1)按表1中的组分重量比称取所需原料，干燥备用。
[0031] (2)将道康宁11-100(烷氧基聚硅氧烷)和硅烷偶联剂KH550( 丫-氨丙基S乙氧基 硅烷)改性剂按1:1的比例混合于乙醇-水溶液中，使溶液中的两种改性剂总量占填料总质 量的1%~2%，室溫条件下揽拌8~10分钟，形成均匀的混合溶液；
[0032] (3)将步骤(2)所得改性剂溶液W喷雾形式喷洒在填料上，然后在高速混合机中揽 拌1~1.5小时混合均匀，在正常环境条件下进行风干，或直接在105°C至120°C的溫度范围 内进行干燥，待用；
[0033] (4)将上述按比例混合好的原料用高速混料机混合3~5分钟，混合均匀，得的料加 入到双螺杆挤出机中，挤出、造粒，双螺杆挤出机加工溫度220~250°C，螺杆转速为60~ 9化/min，切粒机转速为350~45化pm。
[0034] 对实施例1~8制备的复合材料进行性能测试，用TY8000系列材料试验机测试样品 拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量，用悬臂梁冲击测试机测试样品缺口冲击初性，用激光导热 仪测试样品热导率，采用高阻仪测试样品电阻率。各性能指标如表2所示：
[0035] 表1连施例1~8原料配方
[0036]
表2实施例1~8各项性能指标
[〇ms1
[0 12
从表2的测试结果可W看到，本发明实施例所制备的复合材料具有良好的导热性 和绝缘性，同时具有优良的力学性能，发明具有良好的应用前景。此外，本发明所使用的填 料都是市场最常见填料，运就为该系列的导热绝缘复合材料的制备大大降低了难度，为LED 产业和电子产品的发展提供了便利。 2 本发明并不局限于W上具体实施例，该领域技术人员在本发明范围内所做的修 改、替换和改进都应在保护范围内。
【主权项】
1. 一种LED用导热绝缘复合材料，其特征是：由下列质量百分比的组分组成： 基体树脂 20%~80% 颗粒状导热填料 10%~70% 纤维状导热填料 5%~30% 有机硅烷类改性剂 0.1%~2% 抗氧剂 0.1%~2%。2. 根据权利要求1所述的LED用导热绝缘复合材料，其特征是:所述基体树脂是由PA6、 PA66、EP按质量比2~8:1:1复配组成。3. 根据权利要求1所述的LED用导热绝缘复合材料，其特征是:所述颗粒状导热填料为 球形氧化铝、球形氧化镁、碳化硅或鳞片状石墨；其中球形氧化铝、球形氧化镁既可作为单 一填料进行填充使用;也可选取两者之中的任意一种与碳化硅和鳞片状石墨填料按任意比 例复配使用。4. 根据权利要求3所述的LED用导热绝缘复合材料，其特征是:所述球形氧化铝和球形 氧化镁两种填料均为采用大、小两种粒径的同类填料复配而成;其中，小粒径球形氧化铝粒 径范围为10~30μηι，大粒径球形氧化错粒径范围为50~90μηι ;小粒径氧化镁粒径范围为5~ 20μηι，大粒径氧化镁粒径范围为30~60μηι;大、小粒径球形氧化铝的质量分数之比为1~4: 1;大、小粒径氧化镁的质量分数之比为1~4:1。5. 根据权利要求3所述的LED用导热绝缘复合材料，其特征是:碳化硅粒径范围为1~20 μπι;鳞片状石墨粒径范围为100~150μηι。6. 根据权利要求1所述的LED用导热绝缘复合材料，其特征是:所述纤维状导热填料为 碳纤维，平均直径6μπι，长度3~6臟，长径比500~1000。7. 根据权利要求1所述的LED用导热绝缘复合材料，其特征是:改性剂为γ-氨丙基三乙 氧基硅烷、γ -缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ -(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、烷 氧基聚硅氧烷中的一种或两种。8. 根据权利要求1所述的LED用导热绝缘复合材料，其特征是:抗氧剂为四[β-(3,5-二 叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2，4_二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种。9. 一种权利要求1所述的LED用导热绝缘复合材料的制备方法，其特征是:包括以下步 骤： (1) 将PA6、PA66、EP烘干，并按配比混合，得到基体树脂，备用； (2) 按比例混合好所需要的颗粒状导热填料及纤维状导热填料，备用； (3) 将有机硅烷类表面改性剂溶于乙醇-水溶液中，室温条件下搅拌8~10分钟，形成均 匀的混合溶液； (4) 将步骤(3)所得有机硅烷类改性剂溶液以喷雾形式喷洒在步骤(2)制得的颗粒状导 热填料及纤维状导热填料上，然后在高速混合机中搅拌1~1.5小时混合均匀，风干，或直接 在105 °C至120 °C的温度范围内进行干燥，得到改性填料； (5) 将步骤（1)得到的基体树脂、步骤(4)得到的改性填料、抗氧剂加入到高速混合机中 充分混合均匀，再加入到双螺杆挤出机中熔融、挤出、造粒。10. 根据权利要求9所述的LED用导热绝缘复合材料的制备方法，其特征是：所述步骤 (5)中双螺杆挤出机加工温度为220~250°C，螺杆转速60-90r/min，切粒机转速为350- 450rpm〇
【文档编号】C08L77/06GK105924952SQ201610321521
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】徐建林, 周坤豪, 陈勇, 王程程, 文琛
【申请人】南通市东方塑胶有限公司