一种高导热绝缘聚酯复合材料及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种注射成型的高导热绝缘聚酯材料配方及制备方法，导热系数大于0.78W/m·K。该材料由以下组分按重量分数组成：聚酯100份；高导热填料50～200份；金属氧化物50～200份；无碱玻纤0～30份；增韧剂0～20份；相容剂0～10份；偶联剂0.5～3份；活性多官能团化合物1～5份。本发明中制备方法的特点在于采用金属氧化物预包覆处理和加入活性多官能团化合物两种方法配合使用解决加工过程中聚酯降解问题，此外采用皮带输送空冷热切工艺，简化步骤，节省时间。
【专利说明】一种高导热绝缘聚酯复合材料及制备方法
一、【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LED灯用导热绝缘聚酯复合材料的制备工艺及配方，该材料的导热系数大于0.78ff/m.K，可注射成型，属于聚合物加工领域。
二、【背景技术】
[0002]LED灯具有环保性能好、使用寿命长、单色性好、响应速度快、发光效率高、能源消耗低等优点，已成为继白炽灯、荧光灯和HID灯之后的第四代新型光源。LED灯主要由灯罩、灯板、散热器、驱动电源、接口等组成。散热器的主要作用是将LED芯片工作过程中产生的热量不断地导出并散发到环境中，使芯片的温度保持在所要求的范围内，从而保证LED灯能够正常工作。目前导热塑料已开始逐步取代金属铝作为LED灯散热器，特别是由于导热塑料具有加工成型好，可设计度高、成本低、环保等优点，导热塑料基散热器将成为照明行业的一大发展趋势。
[0003]目前常用导热塑料基体包括环氧树脂、聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PD、尼龙66 (PA66)、尼龙6 (PA6)等，环氧树脂需要反应固化，制作周期长，加工成本高，不宜大量生产；聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)属于高温型工程塑料，加工温度高，流动性差，价格偏贵，在LED灯用塑料中很少使用，目前使用较多的是尼龙系列，包括尼龙6、尼龙66、尼龙46等,但是尼龙具有吸水率高,尺寸稳定性差而且价格也较贵等缺点。相比之下，聚酯材料具有吸水性低、电绝缘性号、来源广、价格便宜耐热温度与尼龙相当等优点，适用于LED灯用散热器材料领域。
[0004]聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸乙二醇酯和环己烷二甲醇酯共聚物(PETG)等，其优点除吸水性低、电绝缘性好、来源广、价格便宜外，还具有机械强度高，耐化学性突出，耐高、低温性能好，可在120°C温度范围内长期使用，可耐-70°C低`温等。但是由于聚酯的结晶速率快、缺口冲击性、韧性差等缺点，限制了其在一些领域的应用。随着近二十年来对聚酯结晶性能方面、增韧增强方面的改性研究，该工程塑料在综合性能已能满足要求，因此聚酯可以作为LED灯散热器基体材料使用。特别是由于其价格低廉，使聚酯具有很大的市场竞争力并在汽车、电子电气、通信、电器工业中拥有广阔的应用前景。
[0005]常温下聚酯能耐一般的酸碱和大多数有机溶剂，但熔融状态下耐碱性差，而目前广泛采用的金属氧化物导热填料，表面都会带有一定的羟基基团，加工过程中就会使聚酯降解，从而影响其力学性能，降解过程中产生的气体残留在制品内部，也会降低材料的导热性能。针对以上问题，本发明中采用两种方案配合起来解决聚酯的降解问题，一是将导热填料金属氧化物包覆处理，减少氧化物与聚酯的接触，从而减少降解；二是加入活性多官能团化合物，对聚酯的活性端基进行封端或扩链。
三、
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一在于针对聚酯易降解问题而制备一种LED灯用高导热绝缘聚酯材料，该材料的导热系数高于0.78ff/m ? K，可注射成型，具有加工性能好、电绝缘性好、尺寸稳定性好、价格便宜等特点。
[0007]本发明的目的之二采用两种方案配合起来解决聚酯加工降解问题:一、在配方中加入活性多官能团化合物，稳定或扩大聚酯分子量；二、两步法成型工艺，先对导热填料氧化物包覆处理制成母粒后再与PET混合造粒。
[0008]为了实现以上目的本发明采用了以下技术方案:一种高导热绝缘聚酯材料，所有原料按质量分数包括以下组份。
[0009]
聚酯100份高导热填料50~200份无碱玻纤0~80份增韧剂0-30 份相容剂0~30 份偶联剂0.5-3 份活性多官能团化合物I~5份
[0010]本发明的配方中的聚酯可以选PET、PBT、PETG等。
[0011]本发明的配方中采用单独或复配导热填料。高导热填料选用Si3N4、AlN、SiC、BN、 氧化招和氧化镁的其中一种或几种复配，粒径范围:2~20iim。
[0012]本发明的配方中采用无碱玻璃纤维，长度为50~100 iim。
[0013]本发明的配方中选用增韧剂作为氧化铝的母粒载体，为了提高增韧剂与PET的结合能力还需加入相容剂。增韧剂可以选用SBS、SEBS、HDPE其中一种或两种复配；增韧改性剂可选用 MAH-g-SEBS、GMA-g-SEBS、MAH-g-SEBS、MAH-g-EPDM、MAH-g-EVA、MAH-g-LLDPE 等。
[0014]本发明的配方中的偶联剂为市售产品，可以为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂等。
[0015]本发明的配方中加入了活性多官能团化合物，提高了材料的力学性能及加工性能。由于PET熔体强度低，加工过程中较难成型成粗条，而活性多官能团化合物结构中含有活性环氧基团，环氧基在双螺杆挤出加工过程中与PET的端基起反应，与PET的水解反应起到平衡作用，达到了稳定分子量或扩大分子量的作用，提高了熔体强度，提高了力学性能， 保证了材料所需的强度。
[0016]本发明针对不同导热填料特点采用不同的制备方法，配方中有金属氧化物时采用两步法制备，无金属氧化物时采用一步法制备，加工前的准备工作均相同。具体步骤如下:
[0017]步骤一、偶联剂处理单独或复配导热填料，在高搅机中搅拌填料，干燥水分，然后均匀洒入偶联剂的醇溶液，混合30分钟，然后放入烘箱120°C烘4~5h ;聚酯在120°C烘 4 ~8h0
[0018]步骤二、偶联剂处理过的氧化物填料与增韧剂、相容剂混合均匀，然后通过双螺杆加工得到填料质量含量75~80%的包覆母粒。非氧化物填料可直接进行步骤三操作。
[0019]步骤三、将包覆母粒与聚酯原料混合均匀，或将所有组分混合均匀加入双螺杆造粒，若配方中含无碱玻纤，同时加入玻纤，得到导热复合材料。[0020]本发明制备工艺中均采用皮带输送，空冷热切的方法造粒。该方法省去了水冷后再干燥的步骤，简化了操作，节省了生产能耗。
四、具体的实施方式
[0021]下面通过实施例对本发明进行进一步描述。
[0022]实施例一:取PET100份；BN150份；无碱玻纤20份；SBS5份；GMA-g_SEBS10份；硅烷偶联剂A172，2份；活性多官能团化合物SAG008，2份。本实例采用一步法加工。将偶联剂处理好的BN及烘干完毕的各种原料按上述配方混合均匀，双螺杆270°C挤出造粒。然后280°C注射得到制品。制品导热系数1.42ff/m.Κ(垂直方向)，体积电阻率2.75Χ1014Ω -cm,表面电阻率3.84Χ1016Ω.cm，拉伸强度:41MPa ;缺口冲击强度:7.5KJ/m2。
[0023]实施例二:取PBT100份；氧化铝100份；无碱玻纤20份；PP10份；SEBS_GMA5份；A172，2份；SAG008，2份。本实例采用二步法加工。首先将偶联剂处理过的氧化铝与HDPE、SEBS-GMA混合均匀，190°C双螺杆挤出造粒。接着将其与其他组分混合均匀进行二次造粒。造粒温度，注射温度同实施例一。制品导热系数0.9W/m K，体积电阻率1.34Ε14Ω._，表面电阻率3.21Ε16Ω/αιι2，拉伸强度:28MPa ;缺口冲击强度:5.2KJ/m2。
[0024]实施例三:取PBT100份；BN40份；氧化铝60份；SBS10份；GMA_g_SEBS5份；硅烷偶联剂A1722份；活性多官能团化合物SAG0082份。本实例采用二步法加工。首先将BN、氧化铝用偶联剂处理，然后与SBS、GMA-g-SEBS混合均匀，160°C双螺杆挤出造粒。然后将其与其他组分混合均匀进行二次造粒。造粒温度，注射温度同实施例2。制品导热系数1.15W/m.K，体积电阻率4.30 X IO14 Ω.cm，表面电阻率5.74X IO16 Ω/cm2，拉伸强度:35MPa ;缺口冲击强度:6.3KJ/m2。
[0025]实施例四:取PETG100份；氧化铝1500目60份；氧化铝800目40份；SBS10份；SEBS-GMA5份；A172，2份；SAG008，2份。首先将偶联剂处理过两种不同粒径的氧化铝与SBS、SEBS-GMA混合均匀，160°C双螺杆挤出造粒。然后将其与其他组分混合均匀进行二次造粒。造粒温度，2200C。注射温度230°C，制品导热系数0.98ff/m.K，体积电阻率3.24Χ1014Ω.cm，表面电阻率 5.76X 1016/cm2，拉伸强度:25MPa ;缺口冲击强度:5.0KJ/m2。
【权利要求】
1.一种高导热绝缘聚酯材料，该材料要求导热系数大于0.78ff/m ? K，所述的聚酯导热是由原料混合后反应制得，其特征在于:所述的原料按重量份计包括以下组分:聚酯100 份；高导热填料50~200份；金属氧化物50~200份；无碱玻纤0~30份；增韧剂0~20 份；增韧改性剂0~10份；偶联剂0.5~3份；扩链剂I~5份。
2.根据权利要求1所述的高导热绝缘聚酯材料，其特征在于:基体选用注塑级PET、 PBT、PETG等；高导热填料选用Si3N4、AlN、SiC、BN、氧化铝和氧化镁的其中一种或两种以上配合使用，粒径范围:2~5iim，用量50~200份。
3.根据权利要求1所述的高导热绝缘聚酯材料，其特征在于，增韧剂选用SBS、SEBS、 HDPE其中一种或两种复配，用量为0~20份；增韧改性剂可选用MAH-g-SEBS、GMA-g-SEBS、 MAH-g-SEBS、MAH-g-EPDM、MAH-g-EVA、MAH-g-LLDPE 等，用量为 0 ~10 份。若氧化铝作为导热填料时增韧剂作为包覆基体。
4.根据权利要求1所述的高导热绝缘聚酯材料，其特征在于使用活性多官能团化合物扩链，加入量为I~5份。
5.根据权利要求1所述的高导热绝缘聚酯材料制备工艺，其特征在于配方中有氧化铝填料时采用两步法制备，即先将氧化铝包覆，然后再与PET混合挤出造粒。`
【文档编号】C08L67/02GK103509316SQ201210200362
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月18日 优先权日:2012年6月18日
【发明者】苑会林, 严从立 申请人:北京化工大学