[發明專利]一種具有單層填料結構的導熱塑料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910805113.1
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110408177B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 楊偉;馮昌平;白露;柯凱;包睿瑩;劉正英;楊鳴波
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K5/18;C08K7/18;C08L77/02;C08K3/04;C08L81/02;C08K3/38;C09K5/14
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明屬于高分子復合材料技術領域，具體涉及一種具有單層填料結構和高導熱系數的導熱塑料及其制備方法和應用。本發明提供一種導熱塑料，所述導熱塑料包括塑料基體和球形導熱填料，所述導熱塑料的微觀結構呈現：所述導熱塑料的厚度方向上只存在單層的規整排列的球形導熱填料，且球形導熱填料之間緊密排列，從而在導熱塑料的厚度方向上形成了導熱通路。本發明所得導熱塑料在其厚度方向上只存在規整排列的單層球型導熱填料，且球型顆粒之間緊密排列，單層導熱填料在導熱塑料的厚度方向上充當導熱通路，避免了填料/填料接觸熱阻的存在，同時最大程度的減少了填料/聚合物接觸熱阻。

技術領域

本發明屬于高分子復合材料技術領域，具體涉及一種具有單層填料結構和高導熱系數的導熱塑料及其制備方法和應用。

背景技術

受化學腐蝕和成形加工等因素的影響，傳統的導熱材料在實際傳熱應用場合中存在一定的局限，綜合性能已經不能滿足工業生產和科學技術需求。與傳統的散熱材料金屬相比，導熱塑料具有如下特色及優勢：(1)質量輕，密度約為傳統金屬的4/1-1/2；(2)加工方便；(3)耐腐蝕性好；(4)可設計較為復雜的組件，提高設計自由度。工業應用的導熱塑料主要包括金屬，碳材料和無機導熱絕緣填料填充的導熱復合材料。導熱塑料廣泛應用于航空，航天，武器裝備，電子封裝，LED，交通運輸以及通信設備等領域。

但現有技術制備的導熱塑料存在導熱性能差的問題，導熱填料在塑料基體中無序分布，不能夠形成有效的導熱通路。專利CN109206853A提到一種導熱環氧樹脂復合材料，在環氧樹脂中添加氧化鋁的基礎上再添加碳納米管來提高復合材料的導熱系數，但導熱系數最高值只有1.53W/mK。專利CN108314893A提到一種LED用導熱塑料，利用石墨與碳纖維復配的方式來提高導熱系數，復合材料導熱系數最高為2.68W/mK。專利CN109608664A提到了一種具有氧化鋁骨架結構的環氧復合材料，在復合材料中存在連續的導熱通道，導熱系數最高值為6.2W/mK。填料/填料，填料/聚合物之間較大的熱阻和不連續的導熱通路是阻礙導熱復合材料導熱系數提高的關鍵因素。

發明內容

針對上述缺陷，本發明的目的是提供一種質輕和高導熱的導熱塑料，所得導熱塑料在其厚度方向上只存在規整排列的單層球型導熱填料，且球型顆粒之間緊密排列，單層導熱填料在導熱塑料的厚度方向上充當導熱通路，避免了填料/填料接觸熱阻的存在，同時最大程度的減少了填料/聚合物接觸熱阻。

本發明的技術方案：

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種導熱塑料，所述導熱塑料包括塑料基體和球形導熱填料，所述導熱塑料的微觀結構呈現：所述導熱塑料的厚度方向上只存在單層的規整排列的球形導熱填料，且球形導熱填料之間緊密排列，從而在導熱塑料的厚度方向上形成了導熱通路。

進一步，上述導熱塑料中，導熱塑料的厚度為所述球形導熱填料直徑的100％～150％。

進一步，上述導熱塑料中，所述塑料基體和球形導熱填料的體積比滿足：球形導熱填料40～54體積份數，塑料基體36～60體積份數。

優選的，所述塑料基體和球形導熱填料的體積比滿足：球形導熱填料50～54體積份數，塑料基體36～50體積份數。

進一步，所述球形導熱填料包括但不限于Al₂O₃、氧化鎂、金屬鋁、金屬銅或金屬銀中的任一種；優選為Al₂O₃。

進一步，上述導熱塑料中，所述球形導熱填料具有較窄的粒徑分布，即具有相同直徑填料的個數占填料總個數的比例≥95％。

進一步，上述導熱塑料中，所述塑料基體為聚丙烯、聚乙烯、環氧樹脂、尼龍、聚苯硫醚、聚酰亞胺或聚對亞苯基對苯二甲酰胺中的一種。

進一步，上述導熱塑料中，還包括1～10體積份數的補強劑。本發明中，根據實際需求可增加適當含量的其他助劑，如補強劑、抗氧劑等。