一種用于制備led燈基座和散熱器的相變導熱材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種相變導熱材料，尤其涉及一種用于制備LED燈基座和散熱器的相 變導熱材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] LED作為一種新型光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、啟動速度快、能控制發(fā)光光譜和 禁止帶幅的大小而使彩度更高等傳統(tǒng)光源無可比擬的優(yōu)勢，并逐步替代白熾燈、熒光燈、節(jié) 能燈等傳統(tǒng)光源而進入包括家庭照明在內的各個領域。然而，隨著LED向高光強、高功率方 向發(fā)展，大功率LED燈的散熱問題日漸突出，成為阻礙LED照明發(fā)展的瓶頸。LED散熱設計 包括高導熱材料的選擇與開發(fā)、散熱面積的提高和最短散熱路徑的設計。在LED燈具里面， 受限于LED燈具外形尺寸的要求，散熱面積無法增大，散熱形式無法最優(yōu)，因此在LED燈設 計時均是通過設計熱傳導結構以熱傳導的方式將熱傳導到LED封裝的基座上，再由該基座 傳導至散熱裝置進行散熱。
[0003] 高導熱材料的研宄開發(fā)是當前的主要研宄方向，目前LED散熱采用的材料主要是 具有高導熱系數的金屬如鋁制和銅質基材、陶瓷，這些材料散熱效果較好，但也存在一些問 題，比如：金屬材料密度較大、絕緣性差、熱膨脹系數大、抗環(huán)境腐蝕性弱；陶瓷材料雖然絕 緣性好、熱和化學穩(wěn)定性高，但是密度大、加工性差，制造成本較高。此外，上述的材料與外 殼以及電子元器件（有機硅芯片）的熱膨脹系數不同，兩者接觸面之間受應力而易引起裂 縫，該裂縫會形成通，大大降低導熱面積，同時還引起基板與外殼相對對應接觸面的氧化， 進而降低導熱效率。高分子材料具有質輕、電絕緣、化學穩(wěn)定性好、加工成型性能優(yōu)異等優(yōu) 點，但是其導熱系數較低，提高導熱系數是其應用于LED散熱領域需要解決的首要問題。
[0004] 相變材料在其本身發(fā)生相變的過程中，可以吸收環(huán)境的熱量并在需要時向環(huán)境放 出熱量從而達到控制周圍環(huán)境溫度的目的。物質相變過程是一個等溫或近似等溫過程，在 這個過程中伴隨有能量的吸收或釋放，其中相變儲熱是利用相變材料在其相變過程中，從 環(huán)境吸收或釋放熱量，達到儲能或放能的目的。將相變材料應用于LED燈具基座和散熱器 的制造，能夠顯著提高散熱效果，使得LED燈具具有較好的性能。傳統(tǒng)的相變材料在熔融時 發(fā)生固-液態(tài)轉化，必須使用專門的容器封裝，不僅增加成本，而且降低傳熱效率，應用受 到限制。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的第一個技術問題是針對現有技術而提供一種具有高散熱性能 的用于制備LED燈基座和散熱器的相變導熱材料。
[0006] 本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是針對現有技術而提供一種上述相變導熱材 料的制備方法。
[0007] 本發(fā)明解決第一個技術問題所采用的技術方案為：一種用于制備LED燈基座和散 熱器的相變導熱材料，其特征在于，該相變導熱材料由組分A、組分B和組分C以質量比1~ 1.5:0. 5~0.8:0. 1~0.2組成；按重量份數計，所述組分A由以下原料組成：聚間苯二甲 酸乙二醇酯40~70份，聚對苯二甲酸丁二醇酯20~30份，甲基丙烯酰氧基硅烷10~25 份，乙烯-醋酸乙烯共聚物10~20份，N，N-二甲基苯胺1~2份；所述組分B由以下原料 組成：環(huán)氧樹脂100份，活性稀釋劑10~20份，聚乙二醇120~250份，碳化硅晶須110~ 170份；所述組分C由為改性多元胺固化劑，該改性多元胺固化劑的活潑氫當量與環(huán)氧當量 比為1. 1~1. 2:1。
[0008] 上述方案中，聚間苯二甲酸乙二醇酯具有良好的力學性能、耐磨性和耐化學性，乙 二醇類聚酯和聚乙二醇有很好的相容性，而苯甲酸聚酯本身具有很好的綜合性能，如：良好 的抗拉強度以及優(yōu)異的耐熱性能等。
[0009] 聚對苯甲酸丁二醇醋（PBT)屬于聚醋系列，由1，4-pbt丁二醇（1，4-Butylene glycol)與對苯二甲酸（PTA)或者對苯二甲酸酯（DMT)聚縮合而成，并經由混煉程序制成的 乳白色半透明到不透明、結晶型熱塑性聚酯樹脂。
[0010] 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)是無毒、無味、耐油脂、酸堿腐蝕，具有較高的彈性和 韌性，低溫性能優(yōu)異，還具有增容劑的作用，與PBT、聚間苯二甲酸乙二醇酯具有很好的相容 性，EVA的加入使得反應接枝率大大提高，使得體系的機械性能大大提升。
[0011] 甲基丙烯酰氧基硅烷是指同時含有兩種不同化學性質基團的有機硅化合物，在加 熱的條件下甲基丙烯酰氧基硅烷中不飽鍵（-c=C-和-C= 0-)會與EVA中的不飽和鍵進 行接枝反應，提高他們之間的相容性，而且甲基丙烯酰氧基硅烷中的硅烷會使整個體系具 有更為優(yōu)異的耐溫穩(wěn)定性。
[0012] 進一步，所述聚乙二醇由PEG-6000、PEG-8000 與PEG-10000 組成，且該PEG-6000、 PEG-8000與PEG-10000的質量比為0. 5~1:0. 8~1. 2:1，相對分子質量較低的PEG6000 可以做潤滑劑和稠度調節(jié)劑，在反應中作為熱熔粘合劑來增加快速潤濕的能力，PEG8000添 加到環(huán)氧樹脂中，可以增加制品的潤滑性和塑性，減少在加工過程中的動力消耗，延長制品 的使用壽命，而PEG10000的熔點較高，粘度較高，作為基質起到調節(jié)熔點的作用，選用這三 種聚乙二醇，能調節(jié)相變溫度范圍，防止熱滯后現象。
[0013] 本發(fā)明解決第二個技術問題所采用的技術方案為：該用于制備LED燈基座和散熱 器的相變導熱材料的制備方法，其包括以下步驟：
[0014] (1)所述組分A的制備：按上述質量份數，將聚間苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲 酸丁二醇酯、甲基丙烯酰氧基硅烷和乙烯-醋酸乙烯共聚物放入高速混合機中，室溫下攪 拌4~6min，得混合物a;
[0015] 將上述混合物a加熱到80~90°C，然后按上述質量份數加入N，N-二甲基苯胺， 繼續(xù)攪拌10~30min,得混合物b;
[0016] 將混合物b加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混、擠出、冷卻、造粒、雙螺桿擠出機 的共混擠出溫度為：一區(qū)170~180°C，二區(qū)180~190°C，三區(qū)190~200°C，四區(qū)200~ 210°C，五區(qū)210~220°C，機頭溫度210~230°C，螺桿轉速為180~220r/min，所得粒子即 為組分A;
[0017] (2)所述組分B的制備：按上述質量份數，將聚乙二醇和活性稀釋劑加入到反應釜 中，攪拌至聚乙二醇完全溶解，再加入環(huán)氧樹脂，攪拌至體系分散均勻，最后加入碳化硅晶 須，攪拌至分散均勻，得組分B;
[0018] (3)按質量比，將上述制備的所述組分A、組分B與組分C混合均勻，真空脫氣，導 入涂有脫模劑的模具中，接著將該模具移入70~90°C烘箱中固化成型，冷卻，脫模，即得所 述的相變導熱材料。
[0019] 與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明中組分A作為定形相變導熱材料的 骨架支撐材料，使得制得的成品尺寸穩(wěn)定，耐熱耐腐蝕性強且機械性能優(yōu)異；采用復配的 聚乙二醇作為相變材料，相變潛熱大，相變溫度范圍寬，熱滯后效應地，無相分離現象；采 用碳化硅晶須作為導熱材料，其纖維狀結構在環(huán)氧樹脂基體中相互搭接，有利于導熱網絡 的形成，不僅能提高熱導率，還能對環(huán)氧樹脂基體起到增強增韌作用。綜上使得采用該相 變材料制備的LED燈基座和散熱器制備工藝簡單、機械性能高、尺寸穩(wěn)定、熱導率高以及散 熱效果好。進一步，由該相變導熱材料制備的LED燈基座和散熱器的熱膨脹系數（5. 8~ 6. 3X10-6m/mK20°C)與半導體芯片（有機硅）的熱膨脹系數（4. 6X10-6m/mK20°C)接 近，使得裝備有該LED燈基座和散熱器的LED燈在正常工作中不會因為溫度的變化而導致 晶片的彎曲，從而使得該LED燈整體結構穩(wěn)固，延長其使用壽命。
【具體實施方式】
[0020] 以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，下述各實施例中所用的原料如下：
[0021] 環(huán)氧樹脂為E51，由南亞環(huán)氧樹脂公司生產，牌號NPEL-128,環(huán)氧當量184~190g/ eq，粘度（25°C) 12000 ~15000cP;
[0022] 活性稀釋劑為AGE，上海樹脂廠有限公司生產，環(huán)氧當量290g/eq，粘度（25°C) 5~ 30cP；
[0023]聚乙二醇為PEG-6000、PEG-8000 和PEG-10000，PEG-6000 熔點 53 ~58°C，平均分 子量5500~7500,PEG-8000熔點58~62°C，平均分子量7500~8500,PEG-10000熔點 59~63°C，平均分子量8600~10500,均為美國陶氏化學公司生產；
[0024] 碳化硅晶須為徐州捷創(chuàng)新材料科技有限公司生產，粒度0. 05~2. 5ym，長徑比 彡20 ;
[0025] 改性多元胺固化劑是593固化劑，主要成分是二亞乙基三胺與丁基縮水甘油醚的 加成物，巴陵石化生產，粘度（25°C)90~150cP，胺值500~600mgK0H/g。
[0026] 實施例1 :
[0027] (1)組分A的制備：按表1中的配方，將相應質量份數的聚間苯二甲酸乙二醇酯、 聚對苯二甲酸丁二醇酯、甲基丙烯酰氧基硅烷和乙烯-醋酸乙烯共聚物放入高速混合機 中，室溫下攪拌4min，得混合物a;
[0028] 將上述混合物a加熱到80°C，然后按上述質量份數加入N，N_二甲基苯胺，繼續(xù)攪 拌lOmin,得混合物b;
[0029] 將混合物b加入雙螺桿擠出機中進行熔融共混、擠出、冷卻、造粒、雙螺桿擠出機 的共混擠出溫度為：一區(qū)170°C，二區(qū)180°C，三區(qū)190°C，四區(qū)200°C，五區(qū)210°C，機頭溫度 210°C，螺桿轉速為180r/