填充型导热绝缘聚苯硫醚与聚酰胺共混合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了填充型导热绝缘聚苯硫醚与聚酰胺共混合金及其制备方法。该共混合金原料由聚苯硫醚、聚酰胺、无机导热填料、表面改性剂和加工助剂组成；聚酰胺和聚苯硫醚形成双连续相结构，无机导热填料分布在聚酰胺相中，并形成连续的导热网络。制备方法分三步：第一步，使用表面改性剂对无机导热填料进行表面改性处理；第二步，将无机导热填料、聚酰胺和加工助剂通过高速混合机混合，然后使用双螺杆挤出机挤出得到导热母粒；第三步，将导热母粒、聚苯硫醚和加工助剂二次挤出造粒。本发明专利技术所制备的复合材料具有优异的导热性、电绝缘性、力学性能和加工性能，在相同无机导热填料填充量的条件下，与未形成连续相的共混合金相比，导热系数明显提高。

Filled heat conductive insulating polyphenylene sulfide and polyamide blended alloy and preparation method thereof

The invention discloses a filling type heat conductive insulating polyphenylene sulfide and polyamide blending alloy and a preparation method thereof. The blend raw material consists of polyphenyl thioether, polyamide, inorganic thermal conductive fillers, surface modification agent and process agent; polyamide polyphenylene sulfide and bicontinuous phase structure, inorganic filler distribution in polyamide phase, and the formation of a continuous thermal network. The preparation method is divided into three steps: the first step, the use of surface modification of inorganic filler surface modification; the second step, the inorganic filler, polyamide and processing additives through high speed mixing, and then using a twin screw extruder thermal masterbatch extruder; the third step, the conducting master batch, PPS two times compounding and processing aids. The prepared composite material has excellent insulation, electrical conductivity, mechanical properties and processability, filling quantity in the same conditions compared with the inorganic filler, not forming a continuous blending alloy phase, thermal conductivity increased significantly.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚苯硫醚(PPS)/聚酰胺共混合金，具体涉及用于传热和散热的(高导热/易散热)，可注塑成型的导热绝缘聚苯硫醚/聚酰胺共混合金及其制备方法。
技术介绍
在电子
，随着电子电器产业的迅猛发展，对绝缘材料的要求越来越高。除 良好的导热性能外，希望材料具有优良的综合性能，如质轻、易加工成型、抗冲击、耐化学腐 蚀、热疲劳性能优异、优良电绝缘性能等。例如，半导体管陶瓷基片与铜座的粘合、管心的保 护、管壳的密封、热敏电阻器的导热绝缘等需要不同工艺性能的导热绝缘材料。此外，导热 绝缘材料还可广泛应用于航空、航天领域某些需要高散热和导热部分。如在航空管制中，对 所使用的电子工程设备中作为电源采用的大功率晶体管来讲，晶体管产生的大量热量能否 及时迅速的散发，对晶体管以及整个设备的性能和寿命都有很重要的影响。据报道，结点温 度在30(TC时，晶体管只能使用半个月；结点温度降至20(TC时，寿命可延长到一年；结点温 度为15(TC时寿命为10年。由此可见，采用有效散热措施是一个重要而又迫切需要解决的 问题。导热绝缘高分子复合材料作为散热中一个重要组成部分，将广泛用于其他任何需要 导热绝缘的场合。和导电高分子相比，导热高分子材料的研究历史很短，国外研究大约起源 于20世纪80年代，国内从20世纪末才开始有相关的研究报道。通常，对于需要绝缘散热 的器件多是通过高导热陶瓷承担，如氮化铝、氮化硼等。但是由于陶瓷产品的加工难度高， 易破裂，人们开始追求更容易加工、耐冲击的塑料来制备导热材料。因此，开发具有高导热 绝缘的高分子材料已经成为最热门的领域。 聚苯硫醚(PPS)改性后短期热变形温度高达260°C ，长期连续使用温度为200 240°C，是热塑性塑料中热稳定程度最高的树脂之一 ；PPS在200°C以下不溶于任何已知的 溶剂，被认为是一种仅次于聚四氟乙烯的良好耐化学腐蚀材料；PPS树脂具有高强度、高刚 性，并且在高温条件下刚性降低很小，具有出色的耐疲劳性能和抗蠕变性能。但是，聚苯硫 醚本身导热性能不好，其导热系数约为0. 2W/(m K)，在保持聚苯硫醚原有优良综合性能的 基础上提高其导热性能，对扩展其应用领域意义重大。通过在聚苯硫醚中填充三氧化二铝 1203)、氧化镁(MgO)、氮化铝(A1N)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)等无机导热绝缘助剂可以 一定程度地获得导热性能，但这些助剂的加入会导致聚苯硫醚严重降解，直接混入，用量超 过50质量份，加工很难正常进行。中国专利技术专利CN 101113240A公开了在IOO份的聚苯硫 醚中，加入50份的氧化镁、50份的玻纤制得了导热系数为0. 85W/(m *K)的导热绝缘聚苯硫 醚。但相对纯玻纤增强聚苯硫醚，力学性能下降明显，拉伸强度下降20%，缺口冲击强度下 降30%。中国专利技术专利CN101225231A公开了一种导热绝缘聚苯硫醚的制备方法，该专利采 用微米氧化镁、微米氧化铝等导热填料作为导热助剂，并加入改性聚苯乙烯、玻纤等一次共 混挤出。当无机填料用量60%时，导热系数为1. 98W/ (m K)，但是过多的无机填料造成聚 合物体系加工粘度增大，不利于聚合物的加工，对机器磨损严重。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服普通均相体系的缺点，提供一种具有较高的导热 性能、优异的力学性能和加工性的填充型导热绝缘聚苯硫醚/聚酰胺共混合金及其制备方 法。 本专利技术采用二步挤出方法，使聚苯硫醚与聚酰胺形成双连续相结构，导热填料集 中分布在聚酰胺相中并形成导热网络。该聚苯硫醚/聚酰胺共混合金与传统填料填充导热 聚苯硫醚相比，具有较高的导热性能、优异的力学性能和加工性能。 本专利技术的目的通过如下技术实现 —种填充型导热绝缘聚苯硫醚/聚酰胺共混合金，由聚苯硫醚、聚酰胺、无机导热填料、表面改性剂和加工助剂组成；聚酰胺和聚苯硫醚形成双连续相结构，无机导热填料分布在聚酰胺相中，并形成连续的导热网络；以质量份数计，各组分用量如下 聚苯硫醚 30 35份 聚酰胺 30 35份 导热填料 30 40份 偶联剂 1 3份 加工助剂 0. 3 0. 6份 所述聚酰胺为PA6或PA66 ; 所述无机导热填料为氧化物、氮化物和碳化物无机导热填料中的一种，粒径为 50nm 2 ii m ; 所述加工助剂为高温抗氧剂和高温润滑剂；高温抗氧剂包括主抗氧剂 IRGAN0X3052FF，辅助抗氧剂IRGANOX P-EPQ。高温润滑剂包括PTES和硬脂酸钙。 所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。 为进一步实现本专利技术目的，所述的氧化物为氧化铝或氧化镁；所述的氮化物为氮 化铝或氮化硅；所述的碳化物为碳化硅。导热绝缘聚苯硫醚/聚酰胺共混合金的制备方法，包括如下步骤和工艺条件 (1)采用湿法改性对无机导热填料进行表面预处理将导热填料、表面改性剂混 入惰性溶剂中并超声分散，加热回流6 12h后抽提并干燥； (2)将步骤(1)的导热填料和聚酰胺加入到高速混合机中，并加入高温抗氧剂和 润滑剂混合均匀；通过双螺杆挤出机挤出造粒，制得导热母料；挤出温度170°C 275°C ; (3)将步骤(2)导热母料和聚苯硫醚以及高温抗氧剂和润滑剂混合均匀，二次挤 出造粒得共混合金。挤出温度265°C 282°C。 本专利技术采用无机导热绝缘填料改进聚苯硫醚/聚酰胺合金导热性能，将其先与聚 酰胺共混挤出制得导热母料，然后再与聚苯硫醚共混，由于聚苯硫醚和聚酰胺不相容或者 仅部分相容，在体系中形成聚苯硫醚连续相和聚酰胺连续相共存的双连续相结构，而导热 绝缘助剂粒子则由于表面改性后与聚酰胺先共混，在热力学和动力学因素的驱动下，主要 分布于聚酰胺相中，并在该相形成导热通道，在使整个体系导热系数增加的同时，导热填料 用量下降。 本专利技术所提供的导热绝缘聚苯硫醚/聚酰胺共混合金及制备方法与传统制备方 法相比，具有如下优点 (1)相同导热填料用量时，聚苯硫醚/聚酰胺共混合金的导热率上升30%以上。 (2)聚苯硫醚/聚酰胺共混合金的拉伸强度和弯曲强度几乎不受导热填料的影 响，缺口冲击强度提高20%以上。这一变化有利于延长加工机械的寿命，降低产品成本，减 小无机导热填料含量过大对共混合金力学性能的负面影响，制备得到综合性能优异的导热 绝缘聚苯硫醚/聚酰胺共混合金。附图说明 图1是实施例1的缺口冲击强度测试样条冲击断面扫描电镜图(3um)。 图2是实施例1的缺口冲击强度测试样条冲击断面扫描电镜图(500nm)。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术，下面结合具体实施例来对本专利技术作进一步说明，但本专利技术所要求保护的范围并不局限于实施例所记载的范围。 实施例1 : 将300g平均粒径为70nm、导热系数为42W/ (m *K)的纳米A1203， 20g经水解预处理 的硅烷偶联剂KH560和1L石油醚混合后超声分散30min (40kHz)，加热回流12h后乙醇抽提 12h。 8(TC真空干燥24h ;将干燥好的改性八1203、35(^ PA66、3g抗氧剂(3052FF/P-EPQ)和 3g润滑剂(PTES)经高速混合机分散混合后，通过双螺杆挤出机挤出得到导热母粒，其中加 料段17(TC、熔融段27(TC、均化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种填充型导热绝缘聚苯硫醚／聚酰胺共混合金，其特征在于该共混合金原料由聚苯硫醚、聚酰胺、无机导热填料、表面改性剂和加工助剂组成；聚酰胺和聚苯硫醚形成双连续相结构，无机导热填料分布在聚酰胺相中，并形成连续的导热网络；以质量份数计，各组分用量如下：　　聚苯硫醚　３０～３５份　　聚酰胺　３０～３５份　　导热填料　３０～４０份　　偶联剂　１～３份　　加工助剂　０．３～０．６份　　所述聚酰胺为ＰＡ６或ＰＡ６６；　　所述无机导热填料为氧化物、氮化物和碳化物无机导热填料中的一种，粒径为５０ｎｍ～２μｍ；　　所述加工助剂为高温抗氧剂和高温润滑剂；　　所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂。

【技术特征摘要】
一种填充型导热绝缘聚苯硫醚/聚酰胺共混合金，其特征在于该共混合金原料由聚苯硫醚、聚酰胺、无机导热填料、表面改性剂和加工助剂组成；聚酰胺和聚苯硫醚形成双连续相结构，无机导热填料分布在聚酰胺相中，并形成连续的导热网络；以质量份数计，各组分用量如下聚苯硫醚30～35份聚酰胺 30～35份导热填料30～40份偶联剂 1～3份加工助剂0.3～0.6份所述聚酰胺为PA6或PA66；所述无机导热填料为氧化物、氮化物和碳化物无机导热填料中的一种，粒径为50nm～2μm；所述加工助剂为高温抗氧剂和高温润滑剂；所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂。2. 根据权利要求1所述的填充型导热绝缘聚苯硫醚/聚酰胺共混合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建青，程晓乐，殷陶，刘述梅，刘运春，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]