[發明專利]一種石墨烯/氮化硼/金屬纖維/聚酰胺復配制備大功率LED燈專用導熱塑料的方法

在審

• 申請號: 201810526866.4
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN110540749A
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 張寧
• 申請（專利權）人: 常州輕工職業技術學院
• 主分類號: C08L77/06
• 分類號: C08L77/06;C08L87/00;C08K3/04;C08K3/38;C08K7/06;C09K5/14
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本發明公開了一種石墨烯/氮化硼/金屬纖維/聚酰胺復配制備大功率LED燈專用導熱塑料的方法，所述合金材料由如下按質量份數組成：所述合金材料由如下按質量份數組成：PA100份、石墨烯5?30份、氮化硼5?20份、超支化聚酰胺低聚物10?30份、金屬纖維5?25份。該方法制備的復合材料具有優異的導熱性能，導熱系數達到5?15.6 W/m·k，并且具有優良的機械性能與耐磨性能，拉伸強度高于65MPa，沖擊強度高于86KJ/m²，能夠滿足大功率LED燈專用導熱塑料的使用要求。

技術領域

本發明涉及高分子材料技術領域，特別是涉及一種石墨烯/氮化硼/金屬纖維/聚酰胺復配制備大功率LED燈專用導熱塑料的方法。

背景技術

隨著能源緊缺問題的日趨突出和環保壓力的日益加大，人們對既環保又節能的電子器件的需求愈來愈迫切。LED是一種可以將電能轉換成光能的電子器件，且由于其具有體積小、發光效率高、能耗低、使用壽命長、安全可靠、綠色環保等優點，可很好地滿足節能環保的技術要求，已經成為人們關注和研究的焦點。目前，單芯片LED器件的功率已經達到或超過5W，然而僅有15-20%的電能轉換為光能，剩余的電能被轉換為熱能散發到外界環境中而被浪費掉。如果熱量集中在尺寸很小的芯片內而不能有效散發出去，將導致芯片結溫升高，引起熱應力的非均勻分布，使芯片發光效率和熒光粉激射效率下降，而且導致LED器件的使用壽命也會隨結溫的升高而呈指數級衰減，因此散熱問題已經成為LED器件開發研制領域急需解決的技術問題，急需開發一種能夠滿足大功率LED燈使用要求的導熱塑料。

聚酰胺具有優良的物理與機械性能，堅韌、耐磨、耐化學穩定性好等優點，又具有優異的加工性能，是一種廣泛應用于汽車、電子、機械、儀器儀表等領域的工程塑料，但由于其導熱系數低，無法滿足高導熱領域的要求，限制了其應用發展。

石墨烯是目前世界上已知導熱性最佳的材料，導熱系數高達5300W/m·k ，且具備二維薄層結構，是一種理想的導熱填充材料。由于石墨烯片層在高分子樹脂基體中極易發生團聚，含量較低時，難以在高分子樹脂基體中構建導熱通路，因此為達到一定熱導率，必須進行較高含量填充，導致成本上升。

氮化硼是一種人工合成的非氧化物陶瓷材料，與碳單質具有相似的晶體結構，具有耐高溫、抗熱振、抗氧化、高熱導率、高電阻率、高介電性能、自潤滑、低密度、良好的加工性、耐化學腐蝕等優良的物理和化學特性，具有廣泛的應用前景，是近年來導熱材料研究的熱點之一。

金屬纖維（鋁纖維、鐵纖維、銅纖維），是一種新型導熱纖維，直徑4-24um，導熱系數高達1000W/m·k，韌性好且具有較高的拉伸強度，特殊的纖維狀結構極易形成縱向導熱鏈，與石墨烯并用時，石墨烯容易在其表面聚集而形成導熱通路，相同用量下，合金導熱系數明顯提高。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種石墨烯/氮化硼/金屬纖維/聚酰胺復配制備大功率LED燈專用導熱塑料的方法。該方法制備通過原位聚合法實現了石墨烯與氮化硼在聚酰胺體系中的均勻分散，制備的復合材料具有優異的導熱性能，導熱系數達到5-15.6 W/m·k，并且具有優良的機械性能與耐磨性能，拉伸強度高于65MPa，沖擊強度高于86KJ/m²，能夠滿足大功率LED燈專用導熱塑料的使用要求。

本發明所采用的技術方案是：一種石墨烯/氮化硼/金屬纖維/聚酰胺復配制備大功率LED燈專用導熱塑料的方法，所述合金材料由如下按質量份數組成：PA 100份、石墨烯5-30份、氮化硼 5-20份、多羥基超支化聚酰胺10-30份、金屬纖維5-25份。

優選地，所述PA包括PA66與PA46的混合物，PA66與PA46質量比范圍為1:1-1:3。

優選地，所述石墨烯厚度小于6.7nm，1-20層碳原子。

優選地，所述氮化硼厚度平均粒徑小于50nm，比表面積大于45m²/g。