本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料，及其制備工藝。
背景技術(shù)：
LED作為一種優(yōu)良的光電器件，具有體積小、壽命長(zhǎng)、低碳環(huán)保、節(jié)能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)計(jì)在未來(lái)的幾年內(nèi)將成為新一代理想的通用照明光源。隨著LED向高光強(qiáng)、高功率發(fā)展，其散熱問題日漸突出，嚴(yán)重影響了LED的光輸出特性和器的壽命，已成為大功率LED封裝必需解決的關(guān)鍵問題。導(dǎo)熱復(fù)合材料作為L(zhǎng)ED燈用外殼，具有質(zhì)輕，易于加工成型，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
為了提高導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能，以滿足LED燈用外殼的使用要求。馬潔玲在其碩士學(xué)位論文《LED燈用導(dǎo)熱塑料的研究》中，以聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)為基體，以氧化鎂和氮化硼為導(dǎo)熱填料，加入乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和玻璃纖維對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)增韌處理，使用雙螺桿擠出機(jī)制備了導(dǎo)熱復(fù)合材料，提高了導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能，但存在導(dǎo)熱性能不足，且不具備阻燃性能。
本發(fā)明以氧化鎂、氮化硼為填料，以正硅酸乙酯為硫化劑，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，制備了KH550表面處理的導(dǎo)熱硅橡膠，提高了硅橡膠的導(dǎo)熱性能；以二羥基丁基氯化錫為催化劑，用納米SiO2對(duì)聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）進(jìn)行增強(qiáng)增韌處理；次磷酸鋁(AHP)磷含量高、阻燃效果好，三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）是一種典型的氮系無(wú)鹵阻燃劑，無(wú)臭無(wú)味，分解溫度高，低煙低毒，制備了復(fù)合阻燃劑；碳纖維是一種性能優(yōu)異的新型增強(qiáng)材料，具有低密度、高比強(qiáng)和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)；利用銅材料的延展性，把銅填充在金剛石顆粒的空隙中，制成的復(fù)合材料熱導(dǎo)率高，復(fù)合材料的表面粗糙，增大了與空氣的接觸面積，增強(qiáng)對(duì)流熱輻射，有利于用做LED照明的散熱裝置；得到一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料及其制備工藝，依照該工藝制作的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)高、阻燃性能好，能更好的改善LED的散熱。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
氧化鎂7-10，氮化硼8-13，PBT 10-23，EVA 5-9，玻璃纖維4-7，107膠2-3，二月桂酸二丁基錫1-3，正硅酸乙酯2-3，三聚氰胺氰尿酸鹽3-5，硼酸鋅2-5，次磷酸鋁2-3，竹炭1-3，納米SiO2 2-5，二羥基丁基氯化錫1-2，氧化石墨烯2-6，碳纖維4-9，KH550 1-2，金剛石粉2-4，銅粉1-3，金屬鉻1-2，乙醇、丙酮、NaOH溶液、蒸餾水適量。
一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：
a. 將KH550與乙醇混合，水浴加熱到70-90℃，加入氧化鎂和氮化硼，攪拌10-30min，取出靜置1-2h，用吸管吸去上層溶液，于75-95℃烘干1-2h后，與107膠混合，再加入二月桂酸二丁基錫、正硅酸乙酯，攪拌1-2h；
b. 向三聚氰胺氰尿酸鹽中加NaOH溶液，攪拌均勻，加入硼酸鋅，升溫65-95℃反應(yīng)1-3h，得白色粘稠產(chǎn)物，抽濾、水洗3-5次，于115-165℃干燥1-3h；將次磷酸鋁、竹炭在100-150℃烘干1-2h后，與前者混合，超細(xì)粉碎，得復(fù)合阻燃劑；
c. 將PBT加熱到150-170℃，把納米SiO2、b中所得物料加入其中，混合均勻，再加入二羥基丁基氯化錫，聚合反應(yīng)1-2h后，移入冰水浴中并粉碎，將所得樣品于105-130℃真空干燥2-4h；
d. 將氧化石墨烯加入c中所得物料，超聲振動(dòng)2-3h，加入碳纖維和丙酮，混合均勻，超聲振蕩1-2h；
e. 把金剛石粉和銅粉混合，用磁控濺射的方法在其表面鍍覆金屬鉻，然后放入模具中，置于等離子體真空高壓燒結(jié)爐中，在10-30min升溫到1000-1100℃、壓強(qiáng)20-40MPa、燒結(jié)20-40min；燒結(jié)后在氬氣氛圍下于150-200MPa、1000-1050℃做熱等靜壓處理，保溫2-4h，得金剛石粉-銅粉復(fù)合材料；
f. 將a、d、e中所得物料及其他剩余原料放入高速攪拌機(jī)中攪拌1-2h，置于雙螺桿擠出機(jī)中，在200-250℃熔融擠出，經(jīng)空氣冷卻，造粒機(jī)造粒，再放入烘箱中75-95℃烘干4-8h，取出，經(jīng)注塑機(jī)于235-255℃注塑成型，得到一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料。
本發(fā)明的反應(yīng)機(jī)理如下：
（1）以氧化鎂、氮化硼為填料，以正硅酸乙酯為硫化劑，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，制備了KH550表面處理的導(dǎo)熱硅橡膠，提高了硅橡膠的導(dǎo)熱性能。
（2）次磷酸鋁(AHP)具有磷含量高、阻燃效果好的優(yōu)點(diǎn)，協(xié)效劑竹炭的加入能夠促使AHP降解生成磷酸和焦磷酸，在固相中，磷酸和焦磷酸可以促進(jìn)復(fù)合材料降解成炭，且降解后產(chǎn)生的致密炭層可以阻止氧和熱傳遞到聚合物基體內(nèi)部，有利于提高材料的阻燃性能；三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)是一種典型的氮系無(wú)鹵阻燃劑，無(wú)臭無(wú)味，分解溫度高，低煙低毒，采用硼酸鋅對(duì)MCA進(jìn)行控制，使硼酸鋅分散沉積在MCA表面，對(duì)MCA進(jìn)行包覆，分隔成較小的獨(dú)立反應(yīng)體系，使得反應(yīng)體系的粘度始終保持在一個(gè)較低的水平。
（3）納米SiO2具有比表面積大、無(wú)毒、耐高溫等特點(diǎn)，是一種優(yōu)良的增強(qiáng)材料；以二羥基丁基氯化錫為催化劑，采用納米SiO2對(duì)聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）進(jìn)行增強(qiáng)增韌處理。
（4）氧化石墨烯具有高的徑厚比，熱還原后形成導(dǎo)熱母粒在復(fù)合材料中形成導(dǎo)熱通路，復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，并且制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。碳纖維是一種性能優(yōu)異的新型增強(qiáng)材料，具有低密度、高比強(qiáng)和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。
（5）利用銅材料的延展性，把銅填充在金剛石顆粒的空隙中，制成的復(fù)合材料熱導(dǎo)率高，復(fù)合材料的表面粗糙，增大了與空氣的接觸面積，增強(qiáng)對(duì)流熱輻射，有利于用做LED照明的散熱裝置。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例
一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料，由下述重量份(g)的原料制得：
氧化鎂10，氮化硼13，PBT 123，EVA 9，玻璃纖維7，107膠2，二月桂酸二丁基錫1，正硅酸乙酯2，三聚氰胺氰尿酸鹽3，硼酸鋅2，次磷酸鋁3，竹炭1，納米SiO2 5，二羥基丁基氯化錫1，氧化石墨烯6，碳纖維9，KH550 1，金剛石粉4，銅粉3，金屬鉻2，乙醇、丙酮、NaOH溶液、蒸餾水適量。
一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行：
a. 將KH550與乙醇混合，水浴加熱到80-90℃，加入氧化鎂和氮化硼，攪拌30min，取出靜置1h，用吸管吸去上層溶液，于85-95℃烘干1h后，與107膠混合，再加入二月桂酸二丁基錫、正硅酸乙酯，攪拌1h；
b. 向三聚氰胺氰尿酸鹽中加NaOH溶液，攪拌均勻，加入硼酸鋅，升溫85-95℃反應(yīng)1h，得白色粘稠產(chǎn)物，抽濾、水洗3次，于145-165℃干燥1h；將次磷酸鋁、竹炭在140-150℃烘干1h后，與前者混合，超細(xì)粉碎，得復(fù)合阻燃劑；
c. 將PBT加熱到150-160℃，把納米SiO2、b中所得物料加入其中，混合均勻，再加入二羥基丁基氯化錫，聚合反應(yīng)2h后，移入冰水浴中并粉碎，將所得樣品于120-130℃真空干燥2h；
d. 將氧化石墨烯加入c中所得物料，超聲振動(dòng)2h，加入碳纖維和丙酮，混合均勻，超聲振蕩1h；
e. 把金剛石粉和銅粉混合，用磁控濺射的方法在其表面鍍覆金屬鉻，然后放入模具中，置于等離子體真空高壓燒結(jié)爐中，在120min升溫到1000-1100℃、壓強(qiáng)30-40MPa、燒結(jié)30-40min；燒結(jié)后在氬氣氛圍下于150-200MPa、1000-1050℃做熱等靜壓處理，保溫2h，得金剛石粉-銅粉復(fù)合材料；
f. 將a、d、e中所得物料及其他剩余原料放入高速攪拌機(jī)中攪拌1h，置于雙螺桿擠出機(jī)中，在230-250℃熔融擠出，經(jīng)空氣冷卻，造粒機(jī)造粒，再放入烘箱中85-95℃烘干4h，取出，經(jīng)注塑機(jī)于245-255℃注塑成型，得到一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料。
上述實(shí)施例制備的一種LED用碳纖維-石墨烯填充的金剛石粉-銅粉復(fù)合的高導(dǎo)熱阻燃型塑料的性能檢測(cè)結(jié)果如下所示：
導(dǎo)熱系數(shù)為315.63W/m K，熱膨脹系數(shù)為14.21×10-6·K-1(50-150℃)，拉伸強(qiáng)度為60.72MPa，彎曲強(qiáng)度為45.94MPa，沖擊強(qiáng)度為3.39KJ/m2，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)13.95%。