熱傳導塑料的制作方法
【專利說明】熱傳導塑料
[0001] 本發(fā)明涉及熱傳導塑性材料。
[0002] 塑性材料是廣泛應(yīng)用于各種用途的材料。塑性材料具有良好的可塑性、良好的絕 緣性能和可接受的強度。
[0003] 塑性材料通常呈現(xiàn)低的熱導率。塑性材料的典型熱導率在約0. 2 - 0. 3W/mK的范 圍。
[0004] 通常，使用其他材料填充塑性材料以改變它們的性能是已知的。數(shù)種材料適于這 一目的。例如，使用氮化硼以影響熱導率，當用于填充塑性材料時，如此可增加熱導率到多 于兩倍。用于增加傳導率的填充料加入量較大，因此除了機械性能、顏色、密度等外價格是 重要的因素。
[0005] 本發(fā)明的目的是提供填充料，以在塑性組合物中獲得需要的性能。
[0006] 這個目的通過包含塑性材料和20 - 80wt %添加劑的熱傳導組合物得以實現(xiàn)，該 添加劑選自下組：島狀硅酸鹽、金屬硅、及其混合物。
[0007] 因此，如本發(fā)明所述，將塑性材料與添加劑混合，所述添加劑選自島狀硅酸鹽或金 屬硅或其混合物且含量為組合物重量的20 - 80%。按重量計30 - 80%是優(yōu)選的。此外， 該組合物包含占剩余組合物大部分的塑性材料。塑性材料含量優(yōu)選在15 - 70%內(nèi)。除了 塑性材料，也可含有其他助劑，尤其是著色劑、抗沖改性劑等。
[0008] 在本發(fā)明的一個實施方式中，島狀娃酸鹽為娃錯酸鹽（aluminosilicate)，尤其是 鋁硅酸鹽（alumosilicate)。特別優(yōu)選的島狀硅酸鹽為藍晶石。
[0009] 術(shù)語"島狀硅酸鹽"常指硅酸鹽，其硅酸鹽陰離子由孤立的SiO4四面體組成，即， SiO4四面體不通過Si-O-Si鍵相互連接。
[0010] 這類硅酸鹽包括重要的巖石成形礦物石榴石和橄欖石組、鋯石以及經(jīng)濟上或巖石 學上重要的鋁硅酸鹽紅柱石、硅線石、藍晶石和十字石和黃寶石。
[0011] SiO4多原子陰離子（SiO4Polyatomic anion)的簡單結(jié)構(gòu)致使島狀娃酸鹽缺失明 顯的各向異性性能。它們常常是立方的、四方的、三方的、六方的或斜方的，且大多數(shù)形成等 軸晶體。這類礦物大多數(shù)是硬的、折射率高和密度較高。
[0012] 適合的塑性材料包括彈性體、熱塑性或熱固性的聚合物，塑性材料尤其可選自下 組：聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、及其混合物和共 聚物。
[0013] 共聚物包括變體，其中具有不同基本化學結(jié)構(gòu)的預(yù)聚物或單體一起聚合。它們還 包括多于兩種物質(zhì)的混合物，也稱為三元共聚物。
[0014] 在特別優(yōu)選的實施方式中，使用添加劑的組合，例如不同的島狀硅酸鹽、或島狀硅 酸鹽和金屬硅的混合物、或其他，例如多于兩種的不同島狀硅酸鹽可被混合，或幾種島狀硅 酸鹽可與金屬硅混合。
[0015] 添加劑的適合的晶粒尺寸在約1 一 50 μπι的范圍內(nèi)（d50)。"(150"指按重量計50% 的晶粒的晶粒尺寸小于該值，且按重量計50%的晶粒尺寸大于該值。這樣的晶粒尺寸特征 可通過激光衍射確定。至少2 μπι或至少5 μπι的d50晶粒尺寸是優(yōu)選的。d50晶粒尺寸優(yōu) 選地在40 μL?或30 μL?以下。在一些實施方式中，晶粒尺寸為2 - 20 μL?，在其他實施方式 中為 10 - 30 μ m，或 10 - 50 μ m。
[0016] 在優(yōu)選的實施方式中，晶粒顯示較窄的晶粒尺寸分布，以使d90/d50 < 3或< 2。
[0017] 本發(fā)明還涉及制備本發(fā)明的熱傳導組合物的方法，包括步驟：將塑性材料和20 - 80wt %，優(yōu)選30 - 80wt %的至少一種添加劑混合，該添加劑選自下組：島狀娃酸鹽、金屬 硅、及其混合物。
[0018] 在本發(fā)明的一些實施方式中，本發(fā)明所用的填充料的份數(shù)為40wt %或更多， 50wt %或更多，60wt %或更多。
[0019] 本發(fā)明還涉及添加劑在改善塑性材料熱導率中的用途，該添加劑選自下組：島狀 硅酸鹽、金屬硅、及其混合物。 實施例
[0020] 1.伸用的填充料
[0021]
[0022] TREFIL 283-400AST (夸茲沃克-Quarzwerke):硅灰石，d50 約 5 μ m
[0023] SILBOND 4000AST (夸茲沃克）：方石英，d50 約 5 μ m
[0024] TREMICA 1155-010AST(夸茲沃克）：白云母，d50 約 5 μπι
[0025] 使用氮化硼、TREFIL、SILBOND和TREMICA作為對比材料。
[0026] 2.填充的塑件材料的制各
[0027] 在熱塑性材料的例子中，通過擠出機（Leistritz，ZSE 27MAXX)將填充料混合到 聚己內(nèi)酰胺（PA6)中。從該化合物通過注塑成形（Demag, Ergotech 100/420-310)制備模 制件：
[0028] 多用途測試樣品（ISO 3167類型A)
[0029] 80mm X 80mm X 2mm 的板
[0030] 從該板加工測量熱傳導率需要的測試樣品。為在擠出方向（Z方向）的橫 向作測量，通過從板的中心位置旋轉(zhuǎn)來制備d = 12. 7mm的圓盤。為了確定注射方向 (X方向）的熱傳導率，必須碾出各具有12. 7mm長和2mm寬的6個桿，接著在專用的 測量用樣品支架中將它們夾在一起，旋轉(zhuǎn)90°。對于熱固性聚合物，通過真空混合機 (PC-Laborsysteme, Labotop)將填充料慘入環(huán)氧樹脂（Huntsman, Araldite CY 184, Aradur HY 1235,促進劑DY 062)中。將模塑組合物模制為250mmX250mmX 250mm尺寸的板，并熱 固化。從這些部件鋸出尺寸為約20mmX20mmX2mm的測試樣品。
[0031] 3.泖丨試
[0032] 測量如此制備的測試樣品的機械性能和熱傳導率。
[0033] 在PA6 (LFA 447 M7/?〇/7辦/7 V Netzsch)中得到如下的熱傳導值：
[0034]
[0035] 在如下混合物中，僅測量各填充料含量的熱傳導率：
[0036]
[0038] 數(shù)據(jù)顯示高的填充料含量和較粗糙的填充料（更高的d50值）產(chǎn)生更好的熱傳導 率，其顯著地優(yōu)于對比材料的熱傳導率。與方石英相比，本發(fā)明的島狀硅酸鹽明顯更軟（更 低的莫氏硬度），其導致在所使用的設(shè)備，例如如混配機中的磨損明顯降低。
[0039] 如下為在PA6(萬能拉伸試驗機Zwick/Roell Z 202 ;擺錘沖擊試驗機Zwick/ Roell HIT 25P)中含藍晶石樣品的機械數(shù)據(jù)：
[0040]
[0043] 盡管有高的填充料含量，但本發(fā)明的材料顯示良好的機械性能。填充料越細（d50 越小），機械性能越好。
[0044]
[0045] 本發(fā)明填充的塑性材料顯示優(yōu)異的熱變形溫度。
[0046] 63wt%藍晶石和37wt%環(huán)氧樹脂的熱固混合物具有如下特性：
[0047]
[0048] ) * 使用 NanoFlash 測量
[0049] 相比之下，未填充的熱固性材料（100%環(huán)氧樹脂）僅具有0. 2W/mK的熱傳導率。
[0050] SEM 分析
[0051] 通過掃描電子顯微鏡（Joel JSM 7600F)檢測該材料。
[0052] 圖1-4顯示不同放大倍數(shù)的PA6和藍晶石樣品3 (60wt% )的顯微照片。
[0053] 盡管在材料內(nèi)部未獲得任何鍵合，仍然發(fā)現(xiàn)該材料呈現(xiàn)出良好的熱導性能。
【主權(quán)項】
1. 一種包含塑性材料和20 - 80wt%的添加劑的組合物，該添加劑選自下組：島狀硅酸 鹽、金屬娃、及其混合物。2. 如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述島狀硅酸鹽為硅鋁酸鹽，尤其是鋁硅 酸鹽。3. 如權(quán)利要求1或2所述的組合物，其特征在于，所述島狀硅酸鹽為藍晶石。4. 如權(quán)利要求1-3任一所述的組合物，其特征在于，所述塑性材料為彈性體、熱塑性或 熱固性的聚合物。5. 如權(quán)利要求1-4任一所述的組合物，其特征在于，所述塑性材料選自下組：聚酰胺、 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、及其混合物和共聚物。6. 如權(quán)利要求1-5任一所述的組合物，其特征在于，幾種添加劑是以組合使用的。7. 如權(quán)利要求1-6任一所述的組合物，其特征在于，添加劑的晶粒尺寸（d50)是在1 一 50ym范圍內(nèi)。8. 如權(quán)利要求1-7任一所述的組合物，其特征在于，所述添加劑是硅烷化的。9. 制備如權(quán)利要求1-8任一所述的組合物的方法，包括步驟：混合塑性材料和20 - 80wt%的至少一種添加劑，該添加劑選自下組：島狀硅酸鹽、金屬硅、及其混合物。10. 添加劑在改善塑性材料熱導率中的用途，該添加劑選自下組：島狀硅酸鹽、金屬 硅、及其混合物。
【專利摘要】公開了包含塑料和20－80wt％的添加劑的組合物，該添加劑選自下組：正硅酸鹽、金屬硅、及其混合物。
【IPC分類】C08K3/34, C08K3/00, C08K3/36
【公開號】CN104937020
【申請?zhí)枴緾N201380066294
【發(fā)明人】D·克魯伯, M·克拉瓦, T·希爾格斯, R·西路威特
【申請人】夸茲沃克公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2013年12月18日
【公告號】CA2893795A1, EP2935432A1, US20150307764, WO2014095984A1