一種高熱擴(kuò)散系數(shù)高分子材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高分子材料及其制備方法，具體是一種高熱擴(kuò)散系數(shù)高分子材料 及其制備方法，屬于高分子材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] LED作為一種綠色光源，目前已得到了廣泛的應(yīng)用。在LED燈具加工制造領(lǐng)域，LED 燈外殼若散熱不良容易導(dǎo)致電源損壞、光衰加快、壽命減短等問題。LED燈具散熱外殼材料 的散熱性能始終是LED照明系統(tǒng)性能提升的重中之重。
[0003] 熱擴(kuò)散系數(shù)是反映溫度不均勻的物體中溫度均勻化速度的物理量，熱擴(kuò)散系數(shù)與 物體的導(dǎo)熱系數(shù)以及單位體積的物體溫度升高rc所需的熱量有關(guān)，熱擴(kuò)散系數(shù)越大，材料 中溫度變化傳播的越迅速。為了保證LED燈的使用壽命，LED散熱外殼用導(dǎo)熱復(fù)合材料要 求具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)、良好的力學(xué)性能及加工性能。傳統(tǒng)的燈具外殼散熱材料包括鋁材、 塑料和陶瓷三種，鋁材導(dǎo)熱好，但因?qū)щ娞匦云浒踩暂^差；塑料質(zhì)輕、易加工成型、價(jià)格低 廉且絕緣性能好，但導(dǎo)熱及膨脹系數(shù)卻比較低；陶瓷兼具前兩者的絕緣和散熱優(yōu)點(diǎn)，易碎、 加工成本高是其最大弊病。
[0004] 例如，CN201210331434. 0公開了一種LED燈具散熱材料，其成分包括鋁A1、銅Cu、 硅Si、鋅Zn以及其他金屬元素，各成分的重量百分比如下：鋁Al占76%?83%，銅Cu占 8%?12%，硅Si占3%?6%，鋅Zn不大于3. 5%，其他金屬元素不大于3% ;該材料主要是結(jié) 合鋁材輕便的特性進(jìn)行有效散熱，雖能克服機(jī)械加工煩瑣的工序而獲得良好的導(dǎo)熱散熱效 果，但鋁殼的主要生產(chǎn)方法是壓鑄或拉伸成型，無法進(jìn)行具有復(fù)雜形狀的燈具外殼的加工， 且鋁殼在生產(chǎn)中有電鍍的工序，產(chǎn)生的廢液中的金屬會(huì)對水源和土壤造成嚴(yán)重的污染。而 目前用于制備LED散熱外殼的樹脂(塑料)導(dǎo)熱系數(shù)偏低，只有0. 2-04w/m. k，完全不符合散 熱要求嚴(yán)格的環(huán)境。
[0005] 通過在塑料中添加高熱導(dǎo)率高電阻的功能填料，如滑石粉、氮化鋁、氮化硼、氧化 鎂和氧化鋁等，可望顯著提高聚合物的導(dǎo)熱性能，同時(shí)又能保持聚合物的絕緣性能，在一些 要求絕緣性的場合可以起到普通金屬導(dǎo)熱材料無法取代的作用。此外，通過提高塑料中導(dǎo) 熱填料含量可在一定程度上提高材料的導(dǎo)熱率，但目前應(yīng)用廣泛的顆粒狀和片狀導(dǎo)熱填 料，雖然能提高其導(dǎo)熱系數(shù)，但是熱擴(kuò)散系數(shù)普遍偏低，散熱效果偏差，無法滿足某些特定 環(huán)境的應(yīng)用，尤其是低溫環(huán)境中。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)已有導(dǎo)熱塑料的制備及其性能的相關(guān)報(bào)道，但鮮有涉及LED燈具散熱外 殼用高分子塑料材料的高熱擴(kuò)散系數(shù)改性技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高熱擴(kuò)散系數(shù)高分子材料及 其制備方法，該高熱擴(kuò)散系數(shù)高分子材料由基體樹脂、高熱擴(kuò)散導(dǎo)熱填料、碳纖維復(fù)合材 料、增韌劑、偶聯(lián)劑、抗氧劑和其它助劑制成，利用不同形狀的高熱擴(kuò)散系數(shù)導(dǎo)熱填料在加 工過程所形成的三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)正向協(xié)同的混雜效應(yīng)來使得高分子材料的導(dǎo)熱能力獲 得顯著增強(qiáng)，經(jīng)過表面改性的高熱擴(kuò)散系數(shù)導(dǎo)熱填料與樹脂基料的相容性得到提高，降低 了合成樹脂熔體的粘度，改善填料的分散度以提高加工性能，進(jìn)而使制品獲得良好的表面 質(zhì)量及機(jī)械性能；該高熱擴(kuò)散系數(shù)高分子材料還具有高導(dǎo)熱與韌性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種高熱擴(kuò)散系數(shù)高分子材料，由以下組分重量份數(shù)的 組分制成：基體樹脂20~65份、高熱擴(kuò)散導(dǎo)熱填料35~65份、碳纖維復(fù)合材料0. 1~5份、增 韌劑0. 1~10份、偶聯(lián)劑0. 1~2份、抗氧劑0. 1~2份、其它助劑0. 1~15份；采用如下步驟 制備： (1) 將高熱擴(kuò)散導(dǎo)熱填料放入高速攪拌機(jī)進(jìn)行高速混合，同時(shí)加入其質(zhì)量1~2%的白礦 油； (2) 配制水-無水乙醇溶液，該溶液中水的質(zhì)量百分比為5~10% ;將偶聯(lián)劑溶于制得的 水-無水乙醇溶液中，配成偶聯(lián)劑濃度為1〇~25 wt%的偶聯(lián)劑-水-醇溶液； (3) 采用噴霧方法，將偶聯(lián)劑水-醇溶液加入到步驟（1)制備的導(dǎo)熱填料中，偶聯(lián) 劑-水-醇溶液噴霧加入的同時(shí)對導(dǎo)熱填料進(jìn)行攪拌； (4) 偶聯(lián)劑-水-醇溶液加入完畢，將導(dǎo)熱填料繼續(xù)攪拌10~20 min，然后將導(dǎo)熱填料 在80~120 °C條件下干燥3~5 h，使導(dǎo)熱絕緣填料表面均勻包覆一層偶聯(lián)劑； (5) 將樹脂基料在80~120°C下鼓風(fēng)干燥3~6小時(shí)后，將干燥后的樹脂基料、抗氧劑、增 韌劑及其他加工助劑加入高速混合機(jī)中混合均勻； (6) 將步驟（5)混合后的物料裝入擠出機(jī)的主喂料系統(tǒng)，將步驟（4)獲得的混合物料裝 入側(cè)喂料系統(tǒng)，通過控制主、側(cè)喂料系統(tǒng)的喂料頻率控制絕緣導(dǎo)熱填料的含量，經(jīng)熔融、擠 出、造粒、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥即可制得一種高熱擴(kuò)散系數(shù)高分子材料；其中，所述基體樹 脂為聚己內(nèi)酰胺、聚己二酰己二胺、工業(yè)化液晶聚合物、聚苯硫醚、聚對苯二甲酸乙二酯、聚 對苯二甲酸丁二酯、聚醚醚酮、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯中的一種或幾種；所 述高熱擴(kuò)散導(dǎo)熱填料為滑石粉、球形氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣、六方氮化鋁、 立方氮化硼、碳化硅中、碳納米管、導(dǎo)熱石墨烯的一種或幾種進(jìn)行復(fù)配；所述偶聯(lián)劑為有機(jī) 絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類偶聯(lián)劑中一種。
[0009] 優(yōu)選的基體樹脂為相對粘度為2. 8 (測試標(biāo)準(zhǔn)ASTM 1254403-D3-050)、半透明或 不透明乳白色粒子狀的聚己內(nèi)酰胺。
[0010] 優(yōu)選的，所述高熱擴(kuò)散導(dǎo)熱填料為球六方氮化硼、導(dǎo)熱石墨烯、碳納米管、球形氧 化錯(cuò)按質(zhì)量比2~5:1:1~2:12~18進(jìn)行復(fù)配。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述高熱擴(kuò)散導(dǎo)熱填料為六方氮化硼、導(dǎo)熱石墨烯、碳納米管、球 形氧化錯(cuò)按質(zhì)量比：4:1:1:15進(jìn)行復(fù)配。
[0012] 所述碳纖維復(fù)合材料為有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成、經(jīng)碳化及石墨化處理 而得到的微晶石墨材料。
[0013] 優(yōu)選的，所述碳纖維復(fù)合材料為直徑6-8um的短切碳纖維。
[0014] 所述增韌劑為乙烯-辛烯共聚物（POE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)、馬來酸酐 接枝POE(POE-g-MAH)、以聚苯乙烯為末端段且以聚丁二烯加氫得到的乙烯-丁烯共聚物為 中間彈性嵌段的線性三嵌共聚物（SEBS)、馬來酸酐接枝SEBS (SEBS-g-MAH)中的一種或幾 種。
[0015] 優(yōu)選的，所述增韌劑為馬來酸酐接技率是0. 8%的馬來酸酐接枝SEBS。
[0016] 優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑為3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0017] 所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1098、抗氧劑1076、抗氧劑3114、抗氧劑168、 抗氧劑626、抗氧劑627A中的一種或幾種。
[0018] 優(yōu)選的，所述雙螺桿擠出機(jī)的加工工藝條件如下：①溫度：一區(qū)160~180°C，二 區(qū) 170~220°C，三區(qū) 200~250°C，四區(qū) 200~250°C，五區(qū) 210~250°C，六區(qū) 190~250°C，機(jī)頭 200~240°C ;②螺桿轉(zhuǎn)速：250~400轉(zhuǎn)/分；③物料在料筒停留時(shí)間控制在2min以內(nèi)。
[0019] 本發(fā)明所述加工助劑為紫外線吸收劑、抗靜電劑、抗滴落劑、潤滑劑、