热传导塑料的制作方法
【专利说明】热传导塑料
[0001] 本发明涉及热传导塑性材料。
[0002] 塑性材料是广泛应用于各种用途的材料。塑性材料具有良好的可塑性、良好的绝 缘性能和可接受的强度。
[0003] 塑性材料通常呈现低的热导率。塑性材料的典型热导率在约0. 2 - 0. 3W/mK的范 围。
[0004] 通常，使用其他材料填充塑性材料以改变它们的性能是已知的。数种材料适于这 一目的。例如，使用氮化硼以影响热导率，当用于填充塑性材料时，如此可增加热导率到多 于两倍。用于增加传导率的填充料加入量较大，因此除了机械性能、颜色、密度等外价格是 重要的因素。
[0005] 本发明的目的是提供填充料，以在塑性组合物中获得需要的性能。
[0006] 这个目的通过包含塑性材料和20 - 80wt %添加剂的热传导组合物得以实现，该 添加剂选自下组：岛状硅酸盐、金属硅、及其混合物。
[0007] 因此，如本发明所述，将塑性材料与添加剂混合，所述添加剂选自岛状硅酸盐或金 属硅或其混合物且含量为组合物重量的20 - 80%。按重量计30 - 80%是优选的。此外， 该组合物包含占剩余组合物大部分的塑性材料。塑性材料含量优选在15 - 70%内。除了 塑性材料，也可含有其他助剂，尤其是着色剂、抗冲改性剂等。
[0008] 在本发明的一个实施方式中，岛状娃酸盐为娃错酸盐（aluminosilicate)，尤其是 铝硅酸盐（alumosilicate)。特别优选的岛状硅酸盐为蓝晶石。
[0009] 术语"岛状硅酸盐"常指硅酸盐，其硅酸盐阴离子由孤立的SiO4四面体组成，即， SiO4四面体不通过Si-O-Si键相互连接。
[0010] 这类硅酸盐包括重要的岩石成形矿物石榴石和橄榄石组、锆石以及经济上或岩石 学上重要的铝硅酸盐红柱石、硅线石、蓝晶石和十字石和黄宝石。
[0011] SiO4多原子阴离子（SiO4Polyatomic anion)的简单结构致使岛状娃酸盐缺失明 显的各向异性性能。它们常常是立方的、四方的、三方的、六方的或斜方的，且大多数形成等 轴晶体。这类矿物大多数是硬的、折射率高和密度较高。
[0012] 适合的塑性材料包括弹性体、热塑性或热固性的聚合物，塑性材料尤其可选自下 组：聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、环氧树脂、及其混合物和共 聚物。
[0013] 共聚物包括变体，其中具有不同基本化学结构的预聚物或单体一起聚合。它们还 包括多于两种物质的混合物，也称为三元共聚物。
[0014] 在特别优选的实施方式中，使用添加剂的组合，例如不同的岛状硅酸盐、或岛状硅 酸盐和金属硅的混合物、或其他，例如多于两种的不同岛状硅酸盐可被混合，或几种岛状硅 酸盐可与金属硅混合。
[0015] 添加剂的适合的晶粒尺寸在约1 一 50 μπι的范围内（d50)。"(150"指按重量计50% 的晶粒的晶粒尺寸小于该值，且按重量计50%的晶粒尺寸大于该值。这样的晶粒尺寸特征 可通过激光衍射确定。至少2 μπι或至少5 μπι的d50晶粒尺寸是优选的。d50晶粒尺寸优 选地在40 μL?或30 μL?以下。在一些实施方式中，晶粒尺寸为2 - 20 μL?，在其他实施方式 中为 10 - 30 μ m，或 10 - 50 μ m。
[0016] 在优选的实施方式中，晶粒显示较窄的晶粒尺寸分布，以使d90/d50 < 3或< 2。
[0017] 本发明还涉及制备本发明的热传导组合物的方法，包括步骤：将塑性材料和20 - 80wt %，优选30 - 80wt %的至少一种添加剂混合，该添加剂选自下组：岛状娃酸盐、金属 硅、及其混合物。
[0018] 在本发明的一些实施方式中，本发明所用的填充料的份数为40wt %或更多， 50wt %或更多，60wt %或更多。
[0019] 本发明还涉及添加剂在改善塑性材料热导率中的用途，该添加剂选自下组：岛状 硅酸盐、金属硅、及其混合物。 实施例
[0020] 1.伸用的填充料
[0021]
[0022] TREFIL 283-400AST (夸兹沃克-Quarzwerke):硅灰石，d50 约 5 μ m
[0023] SILBOND 4000AST (夸兹沃克）：方石英，d50 约 5 μ m
[0024] TREMICA 1155-010AST(夸兹沃克）：白云母，d50 约 5 μπι
[0025] 使用氮化硼、TREFIL、SILBOND和TREMICA作为对比材料。
[0026] 2.填充的塑件材料的制各
[0027] 在热塑性材料的例子中，通过挤出机（Leistritz，ZSE 27MAXX)将填充料混合到 聚己内酰胺（PA6)中。从该化合物通过注塑成形（Demag, Ergotech 100/420-310)制备模 制件：
[0028] 多用途测试样品（ISO 3167类型A)
[0029] 80mm X 80mm X 2mm 的板
[0030] 从该板加工测量热传导率需要的测试样品。为在挤出方向（Z方向）的横 向作测量，通过从板的中心位置旋转来制备d = 12. 7mm的圆盘。为了确定注射方向 (X方向）的热传导率，必须碾出各具有12. 7mm长和2mm宽的6个杆，接着在专用的 测量用样品支架中将它们夹在一起，旋转90°。对于热固性聚合物，通过真空混合机 (PC-Laborsysteme, Labotop)将填充料惨入环氧树脂（Huntsman, Araldite CY 184, Aradur HY 1235,促进剂DY 062)中。将模塑组合物模制为250mmX250mmX 250mm尺寸的板，并热 固化。从这些部件锯出尺寸为约20mmX20mmX2mm的测试样品。
[0031] 3.泖丨试
[0032] 测量如此制备的测试样品的机械性能和热传导率。
[0033] 在PA6 (LFA 447 M7/?〇/7办/7 V Netzsch)中得到如下的热传导值：
[0034]
[0035] 在如下混合物中，仅测量各填充料含量的热传导率：
[0036]
[0038] 数据显示高的填充料含量和较粗糙的填充料（更高的d50值）产生更好的热传导 率，其显著地优于对比材料的热传导率。与方石英相比，本发明的岛状硅酸盐明显更软（更 低的莫氏硬度），其导致在所使用的设备，例如如混配机中的磨损明显降低。
[0039] 如下为在PA6(万能拉伸试验机Zwick/Roell Z 202 ;摆锤冲击试验机Zwick/ Roell HIT 25P)中含蓝晶石样品的机械数据：
[0040]
[0043] 尽管有高的填充料含量，但本发明的材料显示良好的机械性能。填充料越细（d50 越小），机械性能越好。
[0044]
[0045] 本发明填充的塑性材料显示优异的热变形温度。
[0046] 63wt%蓝晶石和37wt%环氧树脂的热固混合物具有如下特性：
[0047]
[0048] ) * 使用 NanoFlash 测量
[0049] 相比之下，未填充的热固性材料（100%环氧树脂）仅具有0. 2W/mK的热传导率。
[0050] SEM 分析
[0051] 通过扫描电子显微镜（Joel JSM 7600F)检测该材料。
[0052] 图1-4显示不同放大倍数的PA6和蓝晶石样品3 (60wt% )的显微照片。
[0053] 尽管在材料内部未获得任何键合，仍然发现该材料呈现出良好的热导性能。
【主权项】
1. 一种包含塑性材料和20 - 80wt%的添加剂的组合物，该添加剂选自下组：岛状硅酸 盐、金属娃、及其混合物。2. 如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述岛状硅酸盐为硅铝酸盐，尤其是铝硅 酸盐。3. 如权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述岛状硅酸盐为蓝晶石。4. 如权利要求1-3任一所述的组合物，其特征在于，所述塑性材料为弹性体、热塑性或 热固性的聚合物。5. 如权利要求1-4任一所述的组合物，其特征在于，所述塑性材料选自下组：聚酰胺、 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、环氧树脂、及其混合物和共聚物。6. 如权利要求1-5任一所述的组合物，其特征在于，几种添加剂是以组合使用的。7. 如权利要求1-6任一所述的组合物，其特征在于，添加剂的晶粒尺寸（d50)是在1 一 50ym范围内。8. 如权利要求1-7任一所述的组合物，其特征在于，所述添加剂是硅烷化的。9. 制备如权利要求1-8任一所述的组合物的方法，包括步骤：混合塑性材料和20 - 80wt%的至少一种添加剂，该添加剂选自下组：岛状硅酸盐、金属硅、及其混合物。10. 添加剂在改善塑性材料热导率中的用途，该添加剂选自下组：岛状硅酸盐、金属 硅、及其混合物。
【专利摘要】公开了包含塑料和20－80wt％的添加剂的组合物，该添加剂选自下组：正硅酸盐、金属硅、及其混合物。
【IPC分类】C08K3/34, C08K3/00, C08K3/36
【公开号】CN104937020
【申请号】CN201380066294
【发明人】D·克鲁伯, M·克拉瓦, T·希尔格斯, R·西路威特
【申请人】夸兹沃克公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2013年12月18日
【公告号】CA2893795A1, EP2935432A1, US20150307764, WO2014095984A1