包含瀝青碳纖維的聚酰胺復(fù)合物的制作方法
【專利摘要】公開了一種導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合物。該復(fù)合物包括聚酰胺基質(zhì)，以及瀝青基碳纖維、氮化硼和有機(jī)次膦酸酯阻燃劑分散在該基質(zhì)之中。該復(fù)合物可擠出或模塑成散熱制品。
【專利說明】包含瀝青碳纖維的聚酰胺復(fù)合物
[0001]優(yōu)先權(quán)要求
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年7月15日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)登記第61/508，118號(hào)(代理人案卷號(hào)1201111)的優(yōu)先權(quán)，該文通過參考結(jié)合于此。發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及導(dǎo)熱和阻燃的熱塑性聚合物復(fù)合物。
[0004]發(fā)明背景
[0005]現(xiàn)代社會(huì)任意通電產(chǎn)品的效率都是不理想的。因此，消耗能量時(shí)伴隨著熱量的產(chǎn)生。來自通電產(chǎn)品的散熱是常見的工業(yè)工程考慮因素。電子產(chǎn)品特別易于暴露于過量的熱量。個(gè)人電腦包括風(fēng)扇，通過對(duì)流散熱來使敏感的電子部分保持在或接近室溫。
[0006]導(dǎo)熱聚合物復(fù)合物也通過傳導(dǎo)來散熱。這些復(fù)合物成形為更常用金屬制成的零件，如用作散熱片、暖氣片等以及其它物體。通常使用氧化鋁(礬土)作為熱塑性聚合物基質(zhì)的添加劑，來用作散熱的載體。但礬土是一種特別有磨蝕作用的材料，這會(huì)損壞制造設(shè)備如復(fù)合擠出機(jī)的內(nèi)表面。
[0007]美國專利N0.7，902, 283巴貝(Barber)等公開了使用硫化鋅的導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合物。
[0008]發(fā)明概述
[0009]本領(lǐng)域所需的是一種導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合物，其具有熱導(dǎo)率、電學(xué)表面電阻率和阻燃性。
[0010]本發(fā)明通過為聚酰胺樹脂提供下述功能添加劑解決了這個(gè)問題:氮化物和浙青基碳纖維的組合作為熱學(xué)填料，以及非鹵化有機(jī)次膦酸酯(phosphinate)作為阻燃劑。
[0011]因此，本發(fā)明的一方面是一種導(dǎo)熱聚合物復(fù)合物，其包括聚酰胺、浙青基碳纖維、氮化硼、和非鹵化有機(jī)次膦酸酯，其中使用ASTM E1461標(biāo)準(zhǔn)測量時(shí)，該復(fù)合物的面內(nèi)熱導(dǎo)率大于8W/mK。
[0012]下面將探索本發(fā)明的特征。
[0013]發(fā)明實(shí)施方式
[0014]聚酰胺
[0015]任意聚酰胺都是用于本發(fā)明的復(fù)合物的備選者，不管是從石化還是從生物來源獲得的。
[0016]最常用的聚酰胺是聚酰胺6 (也稱為尼龍6 (nylon))。如下文的實(shí)施例所示，可使聚酰胺6樹脂變成導(dǎo)熱的，使用ASTM E1461標(biāo)準(zhǔn)測量的熱導(dǎo)率大于8W/mK。
[0017]適于用作本發(fā)明的復(fù)合物的基質(zhì)的其它備選聚酰胺(PA)的非限制性例子包括無定形和半結(jié)晶的聚酰胺、脂肪族和芳香族聚酰胺。除了 PA6以外，脂肪族聚酰胺的示例還包括:PA11;PA12;PA4,6;PA6,6;PA10, 10;PA12, 12;共聚酰胺；及其組合。芳香族聚酰胺的示例包括 PA6I;PA6T;PA9T; PAlOT ;PA6I/66;PA6T/66;PA6I/6T;共聚酰胺；及其組合。無須過多實(shí)驗(yàn)，基于對(duì)成本、制造技術(shù)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等的考慮，本領(lǐng)域技術(shù)人員可選擇聚酰胺基質(zhì)。
[0018]氮化硼
[0019]可用于復(fù)合物的一種潛在導(dǎo)熱填料是氮化硼，已有市售的立方氮化硼或六方氮化硼。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，六方氮化硼的熱導(dǎo)率比立方氮化硼的高，因此是優(yōu)選的。此外，六方氮化硼有助于得到高表面電阻率。
[0020]瀝青基碳纖維
[0021]本發(fā)明中使用了浙青基碳纖維。如下文的實(shí)施例所示，浙青基碳纖維優(yōu)于合成或膨脹形式的石墨。
[0022]浙青基碳纖維還優(yōu)于來自聚丙烯腈(PAN)的碳纖維，因?yàn)楸景l(fā)明的復(fù)合物的應(yīng)用要求電阻率，而不是電導(dǎo)率。浙青基碳纖維是因其電阻率而為人所知的。
[0023]陽燃劑
[0024]聚合物復(fù)合物受益于包括阻燃功能添加劑。工業(yè)中優(yōu)選的使用非鹵化阻燃劑。任意無鹵阻燃劑都是用于該復(fù)合物的備選者，但如下文的實(shí)施例所示，選擇有機(jī)次膦酸酯作為阻燃劑不會(huì)減損該復(fù)合物的性能性質(zhì)，尤其是表面電阻率和熱導(dǎo)率。
[0025]可選的其它添加劑
[0026]本發(fā)明的復(fù)合物可包括常規(guī)塑料添加劑，其用量足以使復(fù)合物獲得所需的加工性質(zhì)或使用性能。添加劑的量不應(yīng)造成浪費(fèi)或?qū)?fù)合物的加工或性能有害。熱塑性配混領(lǐng)域的技術(shù)人員無需過多的實(shí)驗(yàn)，僅須參考一些文獻(xiàn)，例如來自“塑料設(shè)計(jì)庫”(PlasticsDesign Library) (www.williamandrew.com)的“塑料添加齊l|數(shù)據(jù)庫’’(Plastics AdditivesDatabase) (2004)，就能夠選擇許多不同類型的添加劑加入本發(fā)明的復(fù)合物中。
[0027]可選的添加劑的非限制性例子包括:粘合促進(jìn)劑；殺生物劑(抗菌劑、殺真菌劑和防霉劑)、抗霧化劑；抗靜電劑；粘合劑、起泡劑和發(fā)泡劑；分散劑；填料和增量劑，如玻璃纖維；煙霧抑制劑；抗沖改性劑；引發(fā)劑；潤滑劑；云母；顏料、著色劑和染料；增塑劑，如核/殼抗沖改性劑；加工助劑；脫模劑；硅烷、鈦酸鹽/酯(titanates)和鋯酸鹽/酯(zirconates);滑爽劑和防粘連劑；穩(wěn)定劑；硬脂酸鹽/酯(stearates);紫外光吸收劑；粘度調(diào)節(jié)劑；蠟；催化劑失活劑及其組合。
[0028]成分
[0029]表1顯示了上述成分的可接受的、所需的和優(yōu)選的數(shù)量，可選的成分無須全部存在。所述復(fù)合物可包括這些成分，主要包括這些成分，或只包括這些成分。所有數(shù)量都表示為整個(gè)復(fù)合物的重量百分?jǐn)?shù)。表1
成分范圍
(重量百分?jǐn)?shù))___
__可接受的所需的優(yōu)選的
[0030]聚酰胺基質(zhì)__20 — 4525 - 4027 - 37
氮化硼__15 - 4520 - 4025 - 35
瀝青基碳纖維__10 - 3015 - 2.518 — 2.2
非鹵化阻燃劑__10 - 3515 - 2515 - 20
可選的其它添加劑 I O - 20I 0.2-15I 0.2 - 10
[0031]加工
[0032]本發(fā)明中復(fù)合物的制備并不復(fù)雜。本發(fā)明的復(fù)合物可以間歇或連續(xù)操作的方式制得。
[0033]以連續(xù)工藝進(jìn)行的混合通常發(fā)生在溫度升至足以熔化聚合物基質(zhì)的單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)、連續(xù)混合器或其它裝置中，在擠出機(jī)的頭部或者擠出機(jī)的下游添加其他成分。擠出機(jī)速度范圍可以為約50-約500轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)，優(yōu)選的為約100-約300rpm。通常，將從擠出機(jī)中輸出的產(chǎn)物制成粒狀，供以后擠出或模塑成聚合物制品。
[0034]以間歇工藝進(jìn)行的混合操作通常在班伯里(Banbury)混合器中進(jìn)行，該混合器能在足以使聚合物基體熔化的溫度下操作，以便加入固體成分添加劑。混合速度為60-1000rpm。此外，將從混合器中輸出的產(chǎn)物切碎為更小的尺寸，供以后擠出或模塑成聚合物制品。
[0035]隨后的擠出或模塑技術(shù)是熱塑性聚合物工程領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。不需要過多的實(shí)驗(yàn)，僅僅需要參考諸如《擠出，權(quán)威加工指南和手冊》(Extrusion, The DefinitiveProcessing Guide and Handbook);《模塑部件收縮和翅曲手冊》(Handbook of Molded PartShrinkage and Warpage);《專業(yè)模塑技術(shù)》(Specialized Molding Techniques);《旋轉(zhuǎn)模塑技術(shù)》(Rotational Molding Technology)和《模具、工具和模頭修補(bǔ)焊接手冊》(Handbookof Mold, Tool and Die Repair Welding)(均由塑料設(shè)計(jì)庫出版(www.williamandrew.com))之類的參考文獻(xiàn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員就能使用本發(fā)明的復(fù)合物制得具有任何想得到的形狀和外觀的制品。
[0036]本發(fā)明的實(shí)用性
[0037]本發(fā)明的復(fù)合物可非常有效的散熱，使得它們適于擠出或模塑的制品，該制品設(shè)計(jì)成與加熱的物體接觸并從該物體傳導(dǎo)熱量遠(yuǎn)離該物體，或者也與加熱的物體接觸并將熱量傳導(dǎo)至需要熱量的第二物體。不管哪種方式，本發(fā)明的復(fù)合物可從把熱量從源頭傳輸?shù)竭h(yuǎn)處，以分布到遠(yuǎn)離該物體的位置(住宅房中的暖氣片)或耗散到遠(yuǎn)離該物體的位置(散熱片)。
[0038]需要管理和耗散熱量的工業(yè)之一是照明工業(yè)，特別是不用燈絲電燈泡而通過發(fā)光二極管(LED)提供的照明。LED的性能對(duì)溫度的存在非常敏感，就像在發(fā)光的LED附近或臨近處有電子一樣。因此，優(yōu)選的模塑制品是LED燈罩。
[0039]聚合物基質(zhì)的物理性質(zhì)決定了該復(fù)合物適用于特別的聚合物加工目的；使用氮化硼和浙青基碳纖維的組合賦予了本來沒有或只有一點(diǎn)點(diǎn)熱導(dǎo)率的聚合物基質(zhì)導(dǎo)熱性。
[0040]實(shí)施例提供了用于評(píng)估的數(shù)據(jù)。
實(shí)施例
[0041 ] 表2顯示了用于實(shí)施例1和2和比較例A和B的成分。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)熱聚合物復(fù)合物，其包括: (a)聚酰胺， (b)浙青基碳纖維， (C)氮化硼，以及 (d)非鹵化有機(jī)次膦酸酯， 其中，使用ASTM E1461標(biāo)準(zhǔn)測量時(shí)，該復(fù)合物的面內(nèi)熱導(dǎo)率大于8W/mK。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合物，其特征在于，所述聚酰胺是聚酰胺6。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的復(fù)合物，其特征在于，所述氮化硼是六方氮化硼。
4.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的復(fù)合物，其特征在于，所述復(fù)合物還包含選自下組的添加劑:粘合促進(jìn)劑；殺生物劑；抗霧化劑；抗靜電劑；粘合劑、起泡劑和發(fā)泡劑；分散劑；填料和增量劑；煙霧抑制劑；抗沖改性劑；引發(fā)劑；潤滑劑；云母；顏料、著色劑和染料；增塑劑；加工助劑；脫模劑；硅烷、鈦酸鹽/酯和鋯酸鹽/酯；滑爽劑和抗粘連劑；穩(wěn)定劑；硬脂酸鹽/酯；紫外光吸收劑；粘度調(diào)節(jié)劑；蠟；催化劑失活劑，以及它們的組合。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合物，其特征在于，所述復(fù)合物以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括以下數(shù)量的成分:

6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合物，其特征在于，所述復(fù)合物以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括以下數(shù)量的成分:

7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合物，其特征在于，所述復(fù)合物以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)包括以下數(shù)量的成分:

8.—種模塑制品，其由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的復(fù)合物制成。
9.一種擠出制品，其由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的復(fù)合物制成。
10.一種使用如權(quán)利要求1所述復(fù)合物的方法，其特征在于，將所述復(fù)合物擠出或模塑成制品，該制品設(shè)計(jì)成與加熱的物體接觸并從該物體傳導(dǎo)熱量遠(yuǎn)離該物體，或者也與加熱的物體接觸并將熱量傳導(dǎo)至需要熱量的第二物體。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述復(fù)合物的聚酰胺是聚酰胺6。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述復(fù)合物的氮化硼是六方氮化硼。
【文檔編號(hào)】C08K7/02GK103687910SQ201280034891
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月15日
【發(fā)明者】陳海燕, C·L·J·李, L·C·馮 申請(qǐng)人:普立萬公司