Led用導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，尤其是一種LED用導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍合金及其制備方法。 本發(fā)明適于制作LED絕緣散熱系統(tǒng)的模制組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光二極管，又稱LED，是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。LED最早在1962年出現(xiàn)， 早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本。時(shí)至今日，LED能發(fā)出的光已 遍及可見(jiàn)光、紅外線及紫外線。目前，LED已被廣泛應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明 等領(lǐng)域。
[0003] 在LED結(jié)構(gòu)中，散熱材料的設(shè)計(jì)和使用對(duì)于LED的光效性和使用壽命至關(guān)重要。通 常LED輸入功率中約有15%~20%的能量轉(zhuǎn)變成光，余下的電能均轉(zhuǎn)變成熱。若LED發(fā)光 所產(chǎn)生的熱能不能及時(shí)從模塊中導(dǎo)出，而聚集在芯片內(nèi)，會(huì)使芯片溫度升高，將影響LED的 發(fā)光效率和使用壽命。理論研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，高效的散熱解決技術(shù)與合理方案是LED 照明燈的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。LED照明燈外殼所使用的熱界面材料必須具有較高的散熱能力，有效 耗散LED照明燈所產(chǎn)生的高熱量，并保持較低的結(jié)溫。
[0004] 降低LED工作過(guò)程溫度的一個(gè)有效方法是使用散熱材料作外殼，通過(guò)采用散熱材 料將LED內(nèi)部熱量導(dǎo)出，降低內(nèi)部溫度，提高LED的使用穩(wěn)定性和壽命。傳統(tǒng)的散熱材料通 常為鋁材，鋁具有導(dǎo)熱性好、熱傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)，但其存在比重大、電絕緣性差、加工成型 過(guò)程不節(jié)能不環(huán)保，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，設(shè)計(jì)自由度低，不易生產(chǎn)成復(fù)雜形狀的散熱 制件等缺點(diǎn)。塑料雖然可以克服以上的缺點(diǎn)，但導(dǎo)熱性是難點(diǎn)。
[0005] 為此，本發(fā)明提供一種LED用導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍合金及其制備方法，其能有效克 服鋁材作為散熱材料所存在的缺點(diǎn)，且具有較好的導(dǎo)熱性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 目前，現(xiàn)有的高導(dǎo)熱塑料通常采用碳或石墨填料進(jìn)行填充，這些種類的塑料具有 高導(dǎo)熱性，但其同時(shí)具有導(dǎo)電性。而LED所采用的導(dǎo)熱材料需要具有較好的絕緣性，因此， 現(xiàn)有采用碳或石墨填料進(jìn)行填充的高導(dǎo)熱塑料不能用于LED行業(yè)。
[0007] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)采用塑料作為L(zhǎng)ED絕緣材料，其導(dǎo)熱性較差，而現(xiàn)有 采用碳或石墨填料進(jìn)行填充的高導(dǎo)熱塑料的絕緣性能較差的問(wèn)題，提供一種LED用導(dǎo)熱絕 緣阻燃尼龍合金及其制備方法。本發(fā)明的尼龍合金具有較好的導(dǎo)熱、絕緣、阻燃性能，有效 解決了現(xiàn)有材料存在的問(wèn)題，具有較好的應(yīng)用前景。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009]LED用導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍合金，由如下重量百分比的組分組成：
[0010]
[0011] 所述第一尼龍樹(shù)脂為PA6,或第一尼龍樹(shù)脂由PA6和PA66按質(zhì)量比I. 5~20:1組 成；
[0012] 所述抗氧劑由受阻酚類抗氧劑和亞磷酸脂類抗氧劑按質(zhì)量比2:2. 5~4復(fù)配而 成。
[0013] 所述氧化鎂為球形氧化鎂、氧化鎂晶須中的一種或多種。
[0014] 所述球形氧化鎂的粒徑D50為5-100um。
[0015] 所述氧化鎂晶須的長(zhǎng)徑比為10~104:1。
[0016] 所述抗氧劑由受阻酚類抗氧劑和亞磷酸脂類抗氧劑按質(zhì)量比2:3復(fù)配而成。
[0017] 所述阻燃劑選自磷系阻燃劑或溴系阻燃劑。
[0018] 所述磷系阻燃劑為磷酸酯、亞磷酸酯、有機(jī)磷鹽、磷雜環(huán)化合物、聚合物磷（膦） 酸酯、紅磷、聚磷酸胺、磷胺中的一種或多種；所述溴系阻燃劑為十溴二苯乙烷、溴化環(huán)氧樹(shù) 月旨、溴化聚苯乙烯中的一種或多種。
[0019] 所述潤(rùn)滑劑選自聚四氟乙烯、硅酮、芥酸酰胺、乙撐雙硬脂酸酰胺或季戊四醇硬脂 酸酯中的一種或幾種；所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯或苯乙烯馬來(lái)酸酐共聚物。
[0020] 前述LED用導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍合金的制備方法，包括如下步驟：
[0021] (1)按合金配比稱取各組分，備用；
[0022] (2)將硅烷偶聯(lián)劑（KH560)溶于乙醇溶液中，使溶液中的硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為0. 5-1. 0 %，再向溶液中加入氧化鎂，攪拌均勻，晾干后，在120~160 °C下烘干，即得改性 氧化鎂；
[0023] (3)將步驟2的改性氧化鎂、第一尼龍樹(shù)脂、阻燃劑、抗氧劑、潤(rùn)滑劑、相容劑加 入到高速混合機(jī)中，充分混合均勻，再將混合均勻的物料在擠壓機(jī)上擠出，擠出溫度為 190-260 °C，擠出后的物料經(jīng)牽引、冷卻、切粒，即可。
[0024] 所述步驟3中，將混合均勻的物料在擠壓機(jī)上擠出，溫度設(shè)置如下：一區(qū)： 190-2KTC，二區(qū)：220-240°C，三區(qū)：230-250°C，四區(qū)：230-250°C，五區(qū)：240-260°C，六區(qū)： 230-250°C，七區(qū)：230-250°C，八區(qū)：235-255°C，九區(qū)：220-240°C，機(jī)頭：240-260°C。
[0025] 所述步驟3中，將混合均勻的物料在擠壓機(jī)上擠出，溫度設(shè)置如下：一區(qū)：200°C， 二區(qū)：230 °C，三區(qū)：240 °C，四區(qū)：240 °C，五區(qū)：250 °C，六區(qū)：240 °C，七區(qū)：240 °C，八區(qū)： 245°C，九區(qū)：230°C，機(jī)頭：250°C。
[0026] 所述擠壓機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，其長(zhǎng)徑比為40:1。
[0027] 針對(duì)前述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種LED用導(dǎo)熱絕緣阻燃尼龍合金及其制備方法，該 合金是一種具有良好導(dǎo)熱、絕緣、耐老化、阻燃性能的高分子材料，其能夠替代金屬，用于 LED燈散熱器的生產(chǎn)。本發(fā)明的尼龍合金由如下重量百分比的組分組成：5-80%的第一尼 龍樹(shù)脂，5-75%的氧化鎂，1-30%的阻燃劑，0. 1-1. 5%的抗氧劑，0. 1-3%的潤(rùn)滑劑，1-15% 的相容劑。
[0028] 該合金中，第一尼龍樹(shù)脂采用PA6(即尼龍6)或PA6和PA66按質(zhì)量比1.5~20:1 組成。尼龍是一種由二元胺和二元酸縮聚或者己內(nèi)酰胺開(kāi)環(huán)聚合而成的、韌性角狀半透明 或者乳白色結(jié)晶性的樹(shù)脂。本發(fā)明中，尼龍6具有較好的流動(dòng)性，因而采用其作為導(dǎo)熱絕緣 填充的主要基體樹(shù)脂。
[0029] 目前，現(xiàn)有的高導(dǎo)熱塑料通常采用碳或石墨填料進(jìn)行填充，但是這些材料在具備 高導(dǎo)熱性的同時(shí)，還具有導(dǎo)電性，因而不能在需要電絕緣的LED行業(yè)使用。本發(fā)明中，采用 氧化鎂作為導(dǎo)熱填料。由于尼龍本身具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)（〇.3W/m*K)，本發(fā)明采用第一尼 龍樹(shù)脂與氧化鎂相配合，從而有效提高尼龍合金的導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)使該合金具有較好的絕 緣性能。進(jìn)一步，氧化鎂為球形氧化鎂、氧化鎂晶須中的一種或多種。無(wú)機(jī)晶須中的氧化鎂 晶須具有優(yōu)異的耐熱性、絕緣性、熱導(dǎo)性（熱傳導(dǎo)率為氧化鋁的3倍）、熱穩(wěn)性和補(bǔ)強(qiáng)增韌 性，用于本發(fā)明在能保證合金導(dǎo)熱性能的前提下，使合金同時(shí)具有較好的絕緣性能。
[0030] 同時(shí)，本發(fā)明的合金中還含有阻燃劑，該阻燃劑選自磷系阻燃劑或溴系阻燃劑；磷 系阻燃劑為磷酸酯、亞磷酸酯、有機(jī)磷鹽、磷雜環(huán)化合物、聚合物磷（膦）酸酯、紅磷、聚磷酸 胺、磷胺中的一種或多種；溴系阻燃劑為十溴二苯乙烷、溴化環(huán)氧樹(shù)脂、溴化聚苯乙烯中的 一種或多種。通過(guò)阻燃劑的添加，使本發(fā)明具有較好的阻燃性能，和較高的安全性能。
[0031] 另外，本發(fā)明還含有抗氧劑，抗氧劑由受阻酚類抗氧劑和亞磷酸脂類抗氧劑按質(zhì) 量比2:2. 5~4復(fù)配而成；其中，受阻酚類抗氧劑主要用于合成的抗氧化，亞磷酸脂類抗氧 劑用于使用的抗氧化，通過(guò)兩者的相互配合，能夠使尼龍合金具有較好的抗氧化性能。
[0032] 本發(fā)明中還含有潤(rùn)滑劑、相容劑，通過(guò)兩者的相互配合，能有效改善尼龍合金的相 容性、分散性，使其具有較好的力學(xué)性能和表面質(zhì)量。潤(rùn)滑劑選自聚四氟乙烯（PTFE)、硅酮、 芥酸酰胺、乙撐雙硬脂酸酰胺（EBS)或季戊四醇硬脂酸酯（PETS)中的一種或幾種；相容劑 為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯（M-PP)或苯乙烯馬來(lái)酸酐共聚物（SM)。
[0033] 綜上，本發(fā)明的第一尼龍樹(shù)脂以PA6為主，使得該尼龍合金具有較好的流動(dòng)性，通 過(guò)PA6與PA66的配合，顯著提高尼龍合金的熱變形溫度；通過(guò)采用氧化鎂作為導(dǎo)熱填料，使 所制備的尼龍合金具有較高的絕緣導(dǎo)熱率；通過(guò)添加環(huán)保阻燃劑，使本發(fā)明的尼龍復(fù)合材 料在I. 6mm達(dá)到UL94V-0阻燃等級(jí)；通過(guò)相容劑、潤(rùn)滑劑的使用，有效改善本發(fā)明的相容性、 分散性，使尼龍合金具有較好的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量。
[0034] 本發(fā)明具有較好的導(dǎo)熱、絕緣、阻燃性能，能夠用作LED絕緣材料，具有巨大的商 業(yè)價(jià)值，值得大規(guī)模推廣和應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。