專利名稱：一種石墨基材led導(dǎo)熱材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大功率LED散熱用復(fù)合材料制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大功率LED固態(tài)照明是繼白熾燈發(fā)明以來，最重要的照明革命。半導(dǎo)體LED材料能將電能直接轉(zhuǎn)化為光能，具有與傳統(tǒng)照明光源最大的不同，發(fā)光效率高，能耗僅為普通白熾燈八分之一；壽命長；無頻閃、無紅外和紫外輻射以及不含汞元素等，是典型的節(jié)能、綠色環(huán)保照明。
隨著技術(shù)進(jìn)步及市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，單顆大功率LED的功率密度及發(fā)光效率在不斷提高，對大功率LED散熱材料及工藝也提出了更高的要求。支架、芯片以及散熱材料是大功率LED散熱工藝中的三大主要原材料。大功率LED的導(dǎo)熱性能的好壞對LED燈具的穩(wěn)定使用具有非常重要的影響。導(dǎo)熱材料主要作用是散熱，特別是在高溫下必須具有一定的機(jī)械力學(xué)性能。有兩個方面的因素容易導(dǎo)致包封LED燈損壞，一是由于現(xiàn)有的技術(shù)限制，LED芯片80%的電能轉(zhuǎn)換成熱能，致使大功率LED在使用過程中發(fā)熱非常厲害，光源使用溫度很高，導(dǎo)熱材料要求在100°C以上長期使用而絕緣性能不受到影響；二是大功率LED光源在焊接時瞬間溫度高達(dá)260°C以上，短期高溫不能對導(dǎo)熱材料產(chǎn)生破壞，絕緣性能及機(jī)械強(qiáng)度不能有太大的衰減。傳統(tǒng)的包封塑料為普通尼龍增強(qiáng)改性材料，以尼龍為基體的改性復(fù)合材料在耐高溫、耐老化、抗沖擊、絕緣性能都相對不理想，在燈具制造過程中或在光源焊接過程中往往不容易承受達(dá)260°C短時高溫，而導(dǎo)致老化絕緣性能減低，甚至燈具失效。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明從新的思路出發(fā)，在提高LED材料的導(dǎo)熱性能的同時，利用石墨為基材來制造出一種熱變性穩(wěn)定、拉申率優(yōu)異，導(dǎo)熱性能優(yōu)異、加工性能好作為LED導(dǎo)熱材料。

發(fā)明內(nèi)容
一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料的制造方法,在20-25% wt的粒徑為5_10nm的粉末石墨基材中加入15-10% wt纖維長度長為0. 5-2mm聚芳酰胺槳柏、35-30% wt熱塑性樹脂材料，與30-35% wt的玻璃纖維經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出成形冷卻、切粒成形，制得以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料，包含以下步驟I)將石墨、聚芳酰胺槳柏經(jīng)過P -(3，4_環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷表面處理劑處理過后，加入熱塑性樹脂在高速攪拌機(jī)中充分混合均勻成預(yù)混料待用；2)將⑴所得熱塑性樹脂預(yù)混料與經(jīng)過￠-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷表面處理劑處理過的增強(qiáng)纖維，輸入雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出成形、冷卻、切粒形成以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。采用發(fā)明本發(fā)明方法制得的產(chǎn)品滿足大功率LED的散熱溫度求，在100°C以上長期使用而不受到導(dǎo)熱的影響；聚酯的長期使用溫度在130°C，高溫尼龍的長期使用溫度在160°C，而支鏈型聚苯硫醚的長期使用溫度為190°C，以上幾種材料均能達(dá)到這個要求，為此本發(fā)明根據(jù)這幾種工程塑料的特性，加工成不同地域或環(huán)境靜所需要的LED導(dǎo)熱材料，滿足市場和應(yīng)用的要求。本發(fā)明中還可以使用的導(dǎo)熱物質(zhì)是銅、錫、鋁、鋅、碳化硅、氮化硅、碳纖維等導(dǎo)熱物質(zhì)，但是，由于這些物質(zhì)受粉磨技術(shù)的影響，使其粉末粒徑變得很不均勻，這樣制造用于LED導(dǎo)熱材料在進(jìn)一步加工時，會使制品的表面變得粗糙，就會影響到制品的應(yīng)用。本發(fā)明中使用耐熱性能很好的芳綸1313或1414型聚芳酰胺漿柏，其目的是提高聚酯樹脂和高溫尼龍的強(qiáng)度，其耐熱溫度相對于支鏈型聚苯硫醚來說要低，同時還期中作為阻燃劑，因為芳綸1313或1414型聚芳酰胺的阻燃性能非常優(yōu)異，雖然不像其他阻燃劑那 樣改變聚酯或高溫尼龍的分子結(jié)構(gòu)，但是，由于芳綸1313或1414型聚芳酰胺漿柏的纖維長度很短，完全可以通過雙螺桿擠出機(jī)的蜜煉，使芳綸1313型或1414型聚芳酰胺與聚酯和高溫尼龍以及支鏈聚苯硫醚樹脂充分混合，這樣一方面達(dá)到提高強(qiáng)度的目的，另一方面提高導(dǎo)熱材料的散熱性能，同時延長LED的使用壽命。在本發(fā)明中所使用導(dǎo)熱材料的粒徑在IOnm以下，目的是還可以提高LED導(dǎo)熱材料的耐熱性，同時提高其拉伸率，為了達(dá)到上述目的，以及提高LED導(dǎo)熱材料的其他物理特性，還可以在其中添加晶體成核劑，脫模劑，潤滑劑，紫外線防護(hù)劑，染色劑，甚至添加阻燃劑或塑料增韌劑等助劑。


圖I為本發(fā)明工藝流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例產(chǎn)品的性能表。
具體實(shí)施例方式一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料的制造方法，在石墨基材中加入增強(qiáng)纖維、填充材料(聚芳酰胺漿柏)、熱塑性樹脂材料，經(jīng)過表面處理的填充材料、石墨基材、在高速攪拌機(jī)中與熱塑性樹脂材料攪拌混合2-3h后，玻璃纖維也經(jīng)過表面處理劑的處理后，在經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)蜜煉擠出切粒，制得LED導(dǎo)熱材料。本發(fā)明中敘述中各物料除特別指出的外均為工業(yè)純，各項性能指標(biāo)及所使用的檢測方法是本發(fā)明中的各項指標(biāo)均參照國際上聚苯硫醚產(chǎn)品性能指標(biāo)要求其中拉伸強(qiáng)度和伸長率均按GB/T1040-1992執(zhí)行，測試速度為10mm/min ；曲褶強(qiáng)度按GB/T9341-1988執(zhí)行，抗沖擊強(qiáng)度按GB/T1843-1996執(zhí)行，體積電阻率和表面電阻率按GB/T1410-1989執(zhí)行。以下是本發(fā)明中所添加材料的預(yù)處理I、玻璃纖維材料的預(yù)處理在通風(fēng)的條件下，P -(3，4_環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷(A-168)表面處理劑溶于無水酒精形成含量為3 % wt的溶液，在密閉的容器中，將玻璃纖維材料浸泡在含2 % wt表面處理劑的無水酒精溶液中30min，然后取出置入恒溫干燥箱中，并在通風(fēng)良好的情況，在溫度為130°C條件下干燥2h后待用。
2、聚芳酰胺填充材料的預(yù)處理
在通風(fēng)的條件下，P -(3，4_環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷(A-168)表面處理劑溶于無水酒精形成含量為1% wt的溶液，在密閉的容器中，將填充材料浸泡在含1% Wt表面處理劑的無水酒精溶液中40min，然后取出置入恒溫干燥箱中，并在通風(fēng)良好的情況，在溫度為140°C條件下干燥2h后待用。3、石墨粉末基材的預(yù)處理在通風(fēng)的條件下，P -(3，4_環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷(A-168)表面處理劑溶于無水酒精形成含量為5% wt的溶液，在密閉的容器中，將石墨粉末浸泡在含I. 5% wt表面處理劑的無水酒精溶液中35min，然后取出置入恒溫干燥箱中，并在通風(fēng)良好的情況，在溫度為120°C條件下干燥3h后待用。4、支鏈度15% mo I的聚苯硫醚樹脂的合成支鏈度15% mo I的聚苯硫醚樹脂是在合成聚苯硫醚樹脂的過程中,先在計算好的硫化鈉(以mol計)的NMP溶劑體系中加入85% mo I的對二氯苯，在220°C時反應(yīng)2h后，然后加入10% mol的三氯苯、3% mol的四氯苯、I. 5% mol的五氯苯、0. 5% mol的六氯苯，且分10次加入，每次加入量為所蓋加入量的1/10，每次間隔時間30min ;然后，按照聚苯硫醚正常的合成工藝完成支鏈型聚苯硫醚樹脂的合成，然后將合成好的支鏈型聚苯硫醚樹脂經(jīng)過過濾、反復(fù)洗滌、干燥等工藝工序，就這樣合成的聚苯硫醚樹脂的重均分子量為20-30萬左右，樹脂的熔融指數(shù)在30-50g/10min。實(shí)施例I :采用重均分子量為20萬熔融指數(shù)為50g/10min支鏈型聚苯硫醚樹脂熱塑性材料35kg、預(yù)處理好的芳綸1414型聚芳酰胺漿柏10kg、漿柏纖維長為0. 5mm，預(yù)處理好的粒徑為5nm的石墨粉末20kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后,然后將30% wt預(yù)處理好的玻璃纖維材料30kg纖維直徑為10 ii m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī),最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例2采用重均分子量為30萬熔融指數(shù)為30g/10min的支鏈型聚苯硫醚樹脂熱塑性材料30kg、預(yù)處理好的芳綸1313型聚芳酰胺漿柏10kg、漿柏纖維長為2. Omm,預(yù)處理好的粒徑為IOnm的石墨粉末25kg、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后,然后將預(yù)處理好的玻璃纖維材料35kg、纖維直徑為25 y m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例3采用重均分子量為25萬熔融指數(shù)為38g/10min的支鏈型聚苯硫醚樹脂熱塑性材料32kg、預(yù)處理好的芳綸1414型聚芳酰胺漿柏12kg、漿柏纖維長為I. 0mm，預(yù)處理好的粒徑為6nm的石墨粉末22kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將預(yù)處理好的纖維直徑為15 ii m的長纖維玻璃纖維材料34kg輸入雙螺桿擠出機(jī),最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例4采用重均分子量為28萬熔融指數(shù)為33g/10min的支鏈型聚苯硫醚樹脂熱塑性材料31kg、預(yù)處理好的芳綸1313型聚芳酰胺漿柏14kg、漿柏纖維長為I. 5mm，預(yù)處理好的粒徑為5-10nm的石墨粉末23kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后,然后將32% wt預(yù)處理好的玻璃纖維材料32kg纖維直徑為20 ii m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī),最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。對比實(shí)施例I采用重均分子量為30萬熔融指數(shù)為30g/10min的30% wt交聯(lián)型聚苯硫醚樹脂熱塑性材料30kg，15% wt預(yù)處理好的芳綸1414型聚芳酰胺漿柏15kg、漿柏纖維長為5mm，20% w預(yù)處理好的粒徑為510nm的炭黑粉末20kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將35% wt預(yù)處理好的玻璃纖維材料35kg、纖維直徑為25 ii m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，也制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。 實(shí)施例5采用聚酯(PET)樹脂熱塑性材料35kg、預(yù)處理好的芳綸1313型聚芳酰胺漿柏15kg,衆(zhòng)柏纖維長為I. 5mm ;預(yù)處理好的粒徑為8nm的石墨粉末20kg、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將預(yù)處理好的玻璃纖維材料30kg纖維直徑為10 y m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例6采用聚酯(PET)樹脂熱塑性材料30kg、預(yù)處理好的芳綸1414型聚芳酰胺漿柏IOkg,衆(zhòng)柏纖維長為2. Omm ;預(yù)處理好的粒徑為IOnm的石墨粉末25kg的配方加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將35 % wt預(yù)處理好的玻璃纖維材料35kg、纖維直徑為25 ii m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例7采用聚酯(PET)樹脂熱塑性材料32kg、預(yù)處理好的芳綸1313型聚芳酰胺漿柏12kg、衆(zhòng)柏纖維長為0. 5mm,預(yù)處理好的粒徑為5nm的石墨粉末22kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將預(yù)處理好的玻璃纖維材料34kg、纖維直徑為15 y m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例8采用聚酯(PET)樹脂熱塑性材料34kg、預(yù)處理好的芳綸1313型聚芳酰胺漿柏11kg、衆(zhòng)柏纖維長為2. Omm,預(yù)處理好的粒徑為7nm的石墨粉末24kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將預(yù)處理好的玻璃纖維材料3lkg、纖維直徑為20 y m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。對比實(shí)施例2采用聚酯(PET)樹脂熱塑性材料33kg、預(yù)處理好的芳綸1414型聚芳酰胺漿柏12kg、漿柏纖維長為3. 0mm，預(yù)處理好的粒徑為6nm的炭黑粉末20kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將預(yù)處理好的玻璃纖維材料35kg纖維直徑為25 y m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例9采用高溫尼龍(PA6)樹脂熱塑性材料35kg、預(yù)處理好的芳綸1414型聚芳酰胺漿柏15kg、衆(zhòng)柏纖維長為0. Im,預(yù)處理好的粒徑為IOnm的石墨粉末20kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將30% wt預(yù)處理好的玻璃纖維材料30kg、纖維直徑為25 ii m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例10采用高溫尼龍(PA6)樹脂熱塑性材料30kg，預(yù)處理好的芳綸1313型聚芳酰胺漿柏10kg、衆(zhòng)柏纖維長為I. 5mm,預(yù)處理好的粒徑為5nm的石墨粉末25kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將預(yù)處理好的玻璃纖維材料35kg、纖維直徑為10 y m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例11采用高溫尼龍(PA6)樹脂熱塑性材料33kg，預(yù)處理好的芳綸1313型聚芳酰胺漿柏11kg、衆(zhòng)柏纖維長為2. Omm,預(yù)處理好的粒徑為9nm的石墨粉末23kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將預(yù)處理好的玻璃纖維材料33kg、纖維直徑為15 y m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。實(shí)施例12采用高溫尼龍(PA6)樹脂熱塑性材料34kg，預(yù)處理好的芳綸1414型聚芳酰胺漿柏14kg、衆(zhòng)柏纖維長為I. 5mm,預(yù)處理好的粒徑為7nm的石墨粉末20kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將預(yù)處理好的玻璃纖維材料32kg、纖維直徑為20 y m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。對比實(shí)施例3采用高溫尼龍(PA6)樹脂熱塑性材料30kg，預(yù)處理好的芳綸1313型聚芳酰胺漿柏15kg、漿柏纖維長為4. Omm預(yù)處理好的粒徑為7nm的炭黑粉末20kg的配方、加入攪拌機(jī)中高速攪拌3小時后，然后將35% wt預(yù)處理好的玻璃纖維材料35kg、纖維直徑為20 ii m的長纖維輸入雙螺桿擠出機(jī)，最后經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出，冷卻、切粒、包裝，就制得一種以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。以上各實(shí)施例得到產(chǎn)品的性能如圖2所示。在實(shí)驗中可驗證，在加入不同的增強(qiáng)材料時，雖然抗沖擊強(qiáng)度相對有所提高，但是，韌性卻降低不少。本發(fā)明以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料，具有的導(dǎo)熱性能和機(jī)械強(qiáng)度均良好，經(jīng)過注射成形后可廣泛用作大功率LED的導(dǎo)熱材料。在對比實(shí)例中采用炭黑來作為導(dǎo)熱基材，由于石墨和炭黑中雜質(zhì)含量的不同，其導(dǎo)熱系數(shù)也不同。
權(quán)利要求
1.一種石墨基材LED導(dǎo)熱材料的制造方法，在20-25% wt的粒徑為5_10nm的粉末石墨基材中加入15-10% wt纖維長度長為0. 5-2mm聚芳酰胺槳柏、35-30% wt熱塑性樹脂材料，與30-35% wt的玻璃纖維經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出成形冷卻、切粒成形，制得以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料，包含以下步驟 1)將石墨、聚芳酰胺槳柏經(jīng)過￠-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷表面處理劑處理過后，加入熱塑性樹脂在高速攪拌機(jī)中充分混合均勻成預(yù)混料待用； 2)將(I)所得熱塑性樹脂預(yù)混料與經(jīng)過￠-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷表面處理劑處理過的增強(qiáng)纖維，輸入雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出成形、冷卻、切粒形成以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述之一種石墨基材LED導(dǎo)熱材料的制造方法，其特征在于，所述聚芳酰胺槳柏為芳綸1313型或芳綸1414之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述之一種石墨基材LED導(dǎo)熱材料的制造方法，其特征在于，所述熱塑性樹脂為聚酯、高溫尼龍、支聯(lián)度為15% mol的聚苯硫醚樹脂之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述之一種石墨基材LED導(dǎo)熱材料的制造方法，其特征在于玻璃纖維、聚芳酰胺槳柏、石墨基材的表面進(jìn)行預(yù)處理，其處理工藝流程和條件，是在通風(fēng)的條件下，￠-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷表面處理劑溶于無水酒精形成含量為1-2%wt的溶液，在密閉的容器中，將這些材料浸泡30-40min，然后取出置入恒溫干燥箱中，并在通風(fēng)良好的情況，升溫度干燥后待用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述之一種石墨基材LED導(dǎo)熱材料的制造方法，其特征在于所述玻璃纖維為直徑為10-25 u m的無捻玻璃長纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石墨基材LED導(dǎo)熱材料的制造方法，在20-25％wt的粒徑為5-10nm的粉末石墨基材中加入15-10％wt纖維長度長為0.5-2mm聚芳酰胺槳粕、35-30％wt熱塑性樹脂材料，與30-35％wt的玻璃纖維經(jīng)過同向雙螺桿擠出機(jī)混煉擠出成形冷卻、切粒成形，制得以石墨為基材的LED導(dǎo)熱材料。本發(fā)明所得LED導(dǎo)熱材料，具有一定導(dǎo)熱性能和良好的機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)過注射成形后可廣泛用于電子電器、軍工、航天航空、電子通信等需要導(dǎo)熱性或電子屏蔽材料、尤其是作為LED導(dǎo)熱材料，提高LED在高溫的散熱性能、延長LED的使用壽命。
文檔編號C08L67/00GK102634171SQ20121011843
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者宋大余, 宋小春, 蘇心桐 申請人:四川瑞安特電子技術(shù)有限公司