Led用导热绝缘阻燃尼龙合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料领域,尤其是一种LED用导热绝缘阻燃尼龙合金及其制备方法。 本发明适于制作LED绝缘散热系统的模制组合物。
【背景技术】
[0002] 发光二极管,又称LED,是一种能发光的半导体电子元件。LED最早在1962年出现, 早期只能发出低光度的红光,之后发展出其他单色光的版本。时至今日,LED能发出的光已 遍及可见光、红外线及紫外线。目前,LED已被广泛应用于显示器、电视机采光装饰和照明 等领域。
[0003] 在LED结构中,散热材料的设计和使用对于LED的光效性和使用寿命至关重要。通 常LED输入功率中约有15%~20%的能量转变成光,余下的电能均转变成热。若LED发光 所产生的热能不能及时从模块中导出,而聚集在芯片内,会使芯片温度升高,将影响LED的 发光效率和使用寿命。理论研究和实验测试表明,高效的散热解决技术与合理方案是LED 照明灯的一个关键点。LED照明灯外壳所使用的热界面材料必须具有较高的散热能力,有效 耗散LED照明灯所产生的高热量,并保持较低的结温。
[0004] 降低LED工作过程温度的一个有效方法是使用散热材料作外壳,通过采用散热材 料将LED内部热量导出,降低内部温度,提高LED的使用稳定性和寿命。传统的散热材料通 常为铝材,铝具有导热性好、热传输速率高等优点,但其存在比重大、电绝缘性差、加工成型 过程不节能不环保,生产效率低,生产成本高,设计自由度低,不易生产成复杂形状的散热 制件等缺点。塑料虽然可以克服以上的缺点,但导热性是难点。
[0005] 为此,本发明提供一种LED用导热绝缘阻燃尼龙合金及其制备方法,其能有效克 服铝材作为散热材料所存在的缺点,且具有较好的导热性。
【发明内容】
[0006] 目前,现有的高导热塑料通常采用碳或石墨填料进行填充,这些种类的塑料具有 高导热性,但其同时具有导电性。而LED所采用的导热材料需要具有较好的绝缘性,因此, 现有采用碳或石墨填料进行填充的高导热塑料不能用于LED行业。
[0007] 本发明的发明目的在于:针对采用塑料作为LED绝缘材料,其导热性较差,而现有 采用碳或石墨填料进行填充的高导热塑料的绝缘性能较差的问题,提供一种LED用导热绝 缘阻燃尼龙合金及其制备方法。本发明的尼龙合金具有较好的导热、绝缘、阻燃性能,有效 解决了现有材料存在的问题,具有较好的应用前景。
[0008] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0009]LED用导热绝缘阻燃尼龙合金,由如下重量百分比的组分组成:
[0010]
[0011] 所述第一尼龙树脂为PA6,或第一尼龙树脂由PA6和PA66按质量比I. 5~20:1组 成;
[0012] 所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸脂类抗氧剂按质量比2:2. 5~4复配而 成。
[0013] 所述氧化镁为球形氧化镁、氧化镁晶须中的一种或多种。
[0014] 所述球形氧化镁的粒径D50为5-100um。
[0015] 所述氧化镁晶须的长径比为10~104:1。
[0016] 所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸脂类抗氧剂按质量比2:3复配而成。
[0017] 所述阻燃剂选自磷系阻燃剂或溴系阻燃剂。
[0018] 所述磷系阻燃剂为磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、磷杂环化合物、聚合物磷(膦) 酸酯、红磷、聚磷酸胺、磷胺中的一种或多种;所述溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴化环氧树 月旨、溴化聚苯乙烯中的一种或多种。
[0019] 所述润滑剂选自聚四氟乙烯、硅酮、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺或季戊四醇硬脂 酸酯中的一种或几种;所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯或苯乙烯马来酸酐共聚物。
[0020] 前述LED用导热绝缘阻燃尼龙合金的制备方法,包括如下步骤:
[0021] (1)按合金配比称取各组分,备用;
[0022] (2)将硅烷偶联剂(KH560)溶于乙醇溶液中,使溶液中的硅烷偶联剂的质量分数 为0. 5-1. 0 %,再向溶液中加入氧化镁,搅拌均匀,晾干后,在120~160 °C下烘干,即得改性 氧化镁;
[0023] (3)将步骤2的改性氧化镁、第一尼龙树脂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、相容剂加 入到高速混合机中,充分混合均匀,再将混合均匀的物料在挤压机上挤出,挤出温度为 190-260 °C,挤出后的物料经牵引、冷却、切粒,即可。
[0024] 所述步骤3中,将混合均匀的物料在挤压机上挤出,温度设置如下:一区: 190-2KTC,二区:220-240°C,三区:230-250°C,四区:230-250°C,五区:240-260°C,六区: 230-250°C,七区:230-250°C,八区:235-255°C,九区:220-240°C,机头:240-260°C。
[0025] 所述步骤3中,将混合均匀的物料在挤压机上挤出,温度设置如下:一区:200°C, 二区:230 °C,三区:240 °C,四区:240 °C,五区:250 °C,六区:240 °C,七区:240 °C,八区: 245°C,九区:230°C,机头:250°C。
[0026] 所述挤压机为双螺杆挤出机,其长径比为40:1。
[0027] 针对前述问题,本发明提供一种LED用导热绝缘阻燃尼龙合金及其制备方法,该 合金是一种具有良好导热、绝缘、耐老化、阻燃性能的高分子材料,其能够替代金属,用于 LED灯散热器的生产。本发明的尼龙合金由如下重量百分比的组分组成:5-80%的第一尼 龙树脂,5-75%的氧化镁,1-30%的阻燃剂,0. 1-1. 5%的抗氧剂,0. 1-3%的润滑剂,1-15% 的相容剂。
[0028] 该合金中,第一尼龙树脂采用PA6(即尼龙6)或PA6和PA66按质量比1.5~20:1 组成。尼龙是一种由二元胺和二元酸缩聚或者己内酰胺开环聚合而成的、韧性角状半透明 或者乳白色结晶性的树脂。本发明中,尼龙6具有较好的流动性,因而采用其作为导热绝缘 填充的主要基体树脂。
[0029] 目前,现有的高导热塑料通常采用碳或石墨填料进行填充,但是这些材料在具备 高导热性的同时,还具有导电性,因而不能在需要电绝缘的LED行业使用。本发明中,采用 氧化镁作为导热填料。由于尼龙本身具有极低的导热系数(〇.3W/m*K),本发明采用第一尼 龙树脂与氧化镁相配合,从而有效提高尼龙合金的导热系数,同时使该合金具有较好的绝 缘性能。进一步,氧化镁为球形氧化镁、氧化镁晶须中的一种或多种。无机晶须中的氧化镁 晶须具有优异的耐热性、绝缘性、热导性(热传导率为氧化铝的3倍)、热稳性和补强增韧 性,用于本发明在能保证合金导热性能的前提下,使合金同时具有较好的绝缘性能。
[0030] 同时,本发明的合金中还含有阻燃剂,该阻燃剂选自磷系阻燃剂或溴系阻燃剂;磷 系阻燃剂为磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、磷杂环化合物、聚合物磷(膦)酸酯、红磷、聚磷酸 胺、磷胺中的一种或多种;溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷、溴化环氧树脂、溴化聚苯乙烯中的 一种或多种。通过阻燃剂的添加,使本发明具有较好的阻燃性能,和较高的安全性能。
[0031] 另外,本发明还含有抗氧剂,抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸脂类抗氧剂按质 量比2:2. 5~4复配而成;其中,受阻酚类抗氧剂主要用于合成的抗氧化,亚磷酸脂类抗氧 剂用于使用的抗氧化,通过两者的相互配合,能够使尼龙合金具有较好的抗氧化性能。
[0032] 本发明中还含有润滑剂、相容剂,通过两者的相互配合,能有效改善尼龙合金的相 容性、分散性,使其具有较好的力学性能和表面质量。润滑剂选自聚四氟乙烯(PTFE)、硅酮、 芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)或季戊四醇硬脂酸酯(PETS)中的一种或几种;相容剂 为马来酸酐接枝聚丙烯(M-PP)或苯乙烯马来酸酐共聚物(SM)。
[0033] 综上,本发明的第一尼龙树脂以PA6为主,使得该尼龙合金具有较好的流动性,通 过PA6与PA66的配合,显著提高尼龙合金的热变形温度;通过采用氧化镁作为导热填料,使 所制备的尼龙合金具有较高的绝缘导热率;通过添加环保阻燃剂,使本发明的尼龙复合材 料在I. 6mm达到UL94V-0阻燃等级;通过相容剂、润滑剂的使用,有效改善本发明的相容性、 分散性,使尼龙合金具有较好的力学性能和外观质量。
[0034] 本发明具有较好的导热、绝缘、阻燃性能,能够用作LED绝缘材料,具有巨大的商 业价值,值得大规模推广和应用。
【具体实施方式】
[0035] 本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥 的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。