导热聚合物复合材料制造技术

本公开内容涉及聚合物复合材料，并且具体而言涉及导热聚合物复合材料。聚合物复合材料可包括约20wt.％至约80wt.％的基础聚合物树脂；约1wt.％至约70wt.％的导热填料材料，其包括在颗粒表面具有多个电负性官能团的导热颗粒，并且具有至少2W/m*K的导热率；约0.01wt.％至约20wt.％的两亲性增容剂，其包括亲水性组分和疏水链组分；和任选地，约0wt.％至50wt.％的添加剂。与具有0.00wt.％的两亲性增容剂的对照组合物相比，复合材料具有(i)增加的机械强度，如通过悬臂梁式冲击试验所测量，和(ii)增加的导热率，如通过穿过面或面内试验所测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导热聚合物复合材料相关申请本申请要求2015年6月29日提交的美国专利申请号62/185,817的优先权和益处，为了任何和所有目的，其整体通过引用并入本文。
本公开内容涉及导热聚合物复合材料，其包括聚合物树脂、导热填料和增容剂。
技术介绍
导热聚合物复合材料的商业用途正在增加，并且日益认识到提高这些复合材料的性能，以及将这些复合材料应用于新的工业和技术，迄今为止这些新的工业和技术不能使用聚合物复合材料来代替典型的工业-标准材料，因为复合材料无法满足某些机械性能特征。用于散热的导热聚合物组合物在许多应用中是感兴趣的，诸如例如，微电子设备，比如半导体、微处理器、电阻器、电路板和集成电路元件。导热聚合物组合物也用于制造发动机部件、照明器材、光盘头、医学设备和与例如阻燃剂领域中的许多产品结合使用的组件。尽管现有技术中已经广泛描述了导热聚合物复合材料，但是这些组合物可能不具有被恰当利用的必要机械特性。目前用于导热聚合物复合材料的组合物和制造工艺可能遭受优化导热率同时保持一定水平的机械性能的竞争的需要。例如，在某些导热复合材料中，导热填料的高质量负载将被添加至聚合物树脂，以便优化所得复合材料的导热率。然而，这种掺混的复合材料可能遭受材料之间差的整合和差的粘合，这可能不利地影响所得复合材料的机械特性。因此，本领域需要可提供提高的导热率同时保持或增加复合材料总体机械特性和性能的聚合物复合材料。
技术实现思路
本公开内容涉及聚合物复合材料，并且更具体地涉及导热聚合物复合材料，包括基础聚合物树脂、导热填料材料比如导热颗粒、增容剂，和任选地，添加剂。当与不包含(0.00wt.％)增容剂的对照组合物相比时，根据本公开内容的导热聚合物复合材料具有增加的机械强度，和增加的导热率，机械强度如通过悬臂梁式冲击试验所测量，导热率如通过穿过面(through-plane)和面内(in-plane)试验所测量。根据一个实施方式，聚合物复合材料包括约20wt.％至约80wt.％的基础聚合物树脂；约1wt.％至约70wt.％的导热填料材料，比如导热颗粒，其在颗粒表面具有多个电负性官能团，并且具有至少2W/m*K的导热率；约0.01wt.％至约20wt.％的具有疏水性组分和亲水性组分的两亲性增容剂；和任选地，约0wt.％至50wt.％的添加剂；其中所有组分的组合重量百分数值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分数值基于组合物的总重量。根据一个实施方式，增容剂的添加减少了聚合物复合材料中的相界，该相界一方面由于导热颗粒的整合，和另一方面由于基础聚合物树脂的整合而产生。根据另一个实施方式，增容剂具有两亲性结构，其使得导热颗粒和基础聚合物树脂的否则会部分或完全不可混溶的混合物通过减少各自组分之间的表面张力相互作用，这对于公开的导热复合材料可产生更稳定的形态，并且结果可增加公开的导热聚合物复合材料的机械性能。根据进一步的实施方式，公开了制造的制品，该制品由导热聚合物复合材料形成。在优选的实施方式中，制品是模制品。具体实施方式在该文件中，除非另外指出，术语“所述(the)”、“一个(a/an)”用于包括一个或多于一个，并且术语“或”用于指非排他性的“或”。另外，应当理解，本文采用的词组或术语，并且不以其他方式限定，仅用于描述而不是限制的目的。此外，在该文件中引用的所有出版物、专利和专利文件通过引用以其整体被并入本文，如同通过引用被单独地并入。还认识到，为清楚起见，本文在单独实施方式的上下文中描述的本专利技术的某些特征也可以在单个实施方式中组合提供。相反地，为简洁起见，在单个实施方式的上下文中描述的本专利技术的各种特征也可以单独地或以任意子组合提供。当值的范围被表达时，另一个实施方式包括从一个具体值和/或至另一个具体值。类似地，当值被表达为近似值时，通过使用先行词“约”，应当理解，具体的值形成另一个实施方式。连接数量使用的修饰语“约”包含陈述值并且具有通过上下文所指示的含义(例如，其包括基于用于获得数据的仪器或方法与具体数量的测定相关的误差程度)。本文公开的所有范围包含端点，并且端点彼此可以独立地组合。进一步地，参考范围中陈述的值包括该范围中的每个和每一个值。例如，如果公开的范围具有第一端点10和第二端点15，那么也公开了11、12、13和14。如本文所使用，除非具体地相反陈述，术语组分的“重量百分数”和“wt.％”——其可以互换地使用——基于包括该组分的配方或组合物的总重量。例如，如果认为在组合物或制品中的具体元素或组分为按重量计8％，应理解，该百分数是相对于按重量计100％的总的组成百分数。如本文所使用，“芳族聚合物”包括具有包含芳族环的至少一个重复基础单元的聚合物。本文描述的芳族聚合物可包括取代的或未取代的环、单环或多环重复单元，并且可包括同素环以及杂环。如本文所使用，“电负性官能性”和其衍生物包括具有导致电荷分离的电子不相等共用或分布的分子、离子(单原子和多原子二者)、官能团和其他化学部分。应理解，术语“电负性官能性”旨在包括带负电的官能性，以及带正电的官能性，使得例如铵离子(NH4+)和羧酸离子(COO-)将同样地被认为具有“电负性官能性”，如该术语在本文旨在使用的。应理解，在该公开内容内，其中利用具体引用公开了组合物和/或材料的组合、化合物、子集、相互作用、基团等，可能没有明确地公开各种单个的和共同的组合中的每个和这些组合物的排列，具体地考虑每一个，如同其在本文被描述。因此，如果公开了一类基础聚合物树脂A、B和C，以及公开了一类导热颗粒D、E和F以及组合A-D的实例，那么即使每个没有被单独叙述，每个被单独地和共同地考虑。因此，在该实例中，组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F中的每个被具体地考虑，并且应该被认为由A、B和C；和D、E和F；和组合A-D的实例的公开内容被公开。同样地，还具体地考虑和公开了这些的任意子集或组合。因此，例如，A-E、B-F和C-E的子组被具体地考虑，并且应该被认为由A、B和C；D、E和F；和组合A-D的实例的公开内容被公开。该概念应用至本公开内容的所有方面，包括但不限于，组合物以及制造和使用公开的组合物的方法中的步骤。因此，如果可以进行多个另外的步骤，应理解，这些另外的步骤中的每个可以用公开的方法的任意具体实施方式或实施方式的组合进行，并且每个这种组合被具体地考虑并且应该被认为被公开。应理解，在该公开内容内，其中引用“对照组合物”与根据本公开内容描述的组合物相比，两种组合物之间的区别(化学性质或物理性质)将关于该特征被具体叙述。例如，如果本公开内容的描述的实施方式叙述了包含组分A、B和C的组合物，其中叙述的组分合起来等于组合物的100重量百分数(wt.％)，并且对照组合物具体地叙述了不存在或缺少组分C，应理解，对照组合物中剩余的组分A和B将合起来等于对照组合物的100wt.％，除非明确地相反陈述。根据本公开内容描述了聚合物复合材料；在示例性实施方式中，聚合物复合材料是导热聚合物复合材料。聚合物复合材料包括基础聚合物树脂、导热颗粒的导热填料材料、增容剂和任选地添加剂。根据本公开内容的导热聚合物复合材料，当与不包含(0.00wt.％)增容剂的对照组合物相比时，具有增加的机械强度，和增加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热聚合物复合材料，其包括：(a)约20wt.％至约80wt.％的基础聚合物树脂；(b)约1wt.％至约70wt.％的导热填料材料，其包括在颗粒表面具有多个电负性官能团的导热颗粒，并且具有至少2W/m*K的导热率；(c)约0.01wt.％至约20wt.％的两亲性增容剂，其包括亲水性组分和疏水链组分；并且任选地，(d)约0wt.％至50wt.％的添加剂；其中所有组分的组合重量百分数值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分数值基于组合物的总重量；其中，与具有0.00wt.％的两亲性增容剂的对照组合物相比，所述复合材料具有(i)增加的机械强度，如通过悬臂梁式冲击试验所测量，和(ii)增加的导热率，如通过穿过面或面内试验所测量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.29 US 62/185,8171.一种导热聚合物复合材料，其包括：(a)约20wt.％至约80wt.％的基础聚合物树脂；(b)约1wt.％至约70wt.％的导热填料材料，其包括在颗粒表面具有多个电负性官能团的导热颗粒，并且具有至少2W/m*K的导热率；(c)约0.01wt.％至约20wt.％的两亲性增容剂，其包括亲水性组分和疏水链组分；并且任选地，(d)约0wt.％至50wt.％的添加剂；其中所有组分的组合重量百分数值不超过约100wt.％，并且其中所有重量百分数值基于组合物的总重量；其中，与具有0.00wt.％的两亲性增容剂的对照组合物相比，所述复合材料具有(i)增加的机械强度，如通过悬臂梁式冲击试验所测量，和(ii)增加的导热率，如通过穿过面或面内试验所测量。2.根据权利要求1所述的导热聚合物复合材料，其中所述基础聚合物树脂包括聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚丙烯酸酯、芳族聚合物、聚氨基甲酸酯、热固性树脂、或任意前述的共聚物或混合物。3.根据权利要求2所述的导热聚合物复合材料，其中所述基础聚合物树脂包括聚酰胺、芳族聚合物、聚碳酸酯、热固性树脂、或任意前述的共聚物或混合物。4.根据权利要求3所述的导热聚合物复合材料，其中所述基础聚合物树脂包括尼龙6、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚芳醚酮、液晶聚合物、聚苯醚、聚苯硫醚、热固性树脂、或任意前述的共聚物或混合物。5.根据前述权利要求中任一项所述的导热聚合物复合材料，其中所述电负性官能团包括羟基、氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、钛酸盐、氮化物、磷化物、硫化物、碳化物、或任意前述的组合或混合物。6.根据前述权利要求中任一项所述的导热聚合物复合材料，其中所述导热颗粒包括金属盐、金属氧化物、金属氢氧化物、或任意前述的混合物。7.根据前述权利要求中任一项所述的导热聚合物复合材料，其中所述导热颗粒具有在约100nm至约1000μm的范围中的沿着长轴的平均横截面长度。8.根据前述权利要求中任一项所述的导热聚合物复合材料，其中所述导热颗粒具有在约1至约500的范围中的平均纵横比。9.根据前述权利要求中任一项所述的导热聚合物复合材料，其中所述导热颗粒具有在2W/m*K至10W/m*K的范围中的平均导热率。10.根据权利要求1-8中任一项所述的导热聚合物复合材料，其中所述导热颗粒具有在10W/m*K至50W/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚琴，国明成，H·唐，S·秦，S·钱，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL