專利名稱：一種led散熱器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED散熱器及其制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地，為一步注塑成型的聚酰胺6樹脂基導(dǎo)熱LED散熱器的制備。
背景技術(shù)：
LED光源作為一種新型照明光源，被稱為21世紀(jì)綠色照明的驕子，其具有體積小、耗電量低、使用壽命長、高亮度、低熱量、環(huán)保、堅(jiān)固耐用、多變幻等優(yōu)點(diǎn)；尤其是在景觀照明中，其低壓供電，可靠性高；可控性好，響應(yīng)時(shí)間快，可反復(fù)頻繁亮滅；柔性化好，可適應(yīng)各種幾何尺寸和不同空間大小的裝飾照明要求。但是LED在照明時(shí) 會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，這限制了 LED照明技術(shù)的發(fā)展。散熱器作為LED的一個(gè)重要組成部分，使內(nèi)部熱量更易向外部環(huán)境散發(fā)。目前最常見的LED散熱器是鋁合金材料擠壓或壓鑄成型，但因其比重大，后加工成本高且效率低等缺點(diǎn)，限制了其在大功率LED散熱器的應(yīng)用。而導(dǎo)熱熱塑性樹脂基復(fù)合材料相比鋁合金材料，其具有重量輕、成本低、易加工、可成型復(fù)雜形狀樣品、可循環(huán)利用等特點(diǎn)，成為目前LED導(dǎo)熱材料研究和應(yīng)用的一個(gè)重要方向。目前，采用導(dǎo)熱高分子材料制備LED散熱器時(shí)大多選用已聚合而成的高分子粒料或熱固性樹脂，通過注塑工藝或結(jié)合熱熔焊接的方法制備。熱固性樹脂不能循環(huán)利用，設(shè)計(jì)自由度不大；而熱塑性高分子，其粘度比較大，導(dǎo)熱填料的加入使樹脂體系的粘度更大，這樣不僅使導(dǎo)熱填料分布不均勻，而且導(dǎo)熱填料也不能大量的添加，導(dǎo)熱性能的提升受限。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種制備工藝簡便，且不受熱塑性高分子粘度限制、導(dǎo)熱性能良好的LED散熱器材料及其產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面，提供了一種LED散熱器的制備方法，包括步驟(a)提供一原料混合物，所述混合物含有ε _己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化劑、助催化齊U、潤滑劑以及偶聯(lián)劑；(b)對(duì)所述原料混合物中ε -己內(nèi)酰胺進(jìn)行聚合，形成含聚酰胺6的熔融混合物；(c)將所述的含聚酰胺6的熔融混合物注入制備LED散熱器的模具，從而注塑形成LED散熱器。在另一優(yōu)選例中，所述的原料混合物中各組分的重量份如下ε-己內(nèi)酰胺 80 120份，優(yōu)選90-110份；石墨粉50 200份，優(yōu)選60 150份；催化劑I 20份，優(yōu)選2 10份；助催化劑I 20份，優(yōu)選2 10份；潤滑劑O.1 10份，優(yōu)選O. 15 7. 5份；偶聯(lián)劑O.1 15份，優(yōu)選O. 3 10份。
在另一優(yōu)選例中，所述的原料混合物還包括選自下組的一種或多種組分抗氧劑、阻燃劑和分散劑；較佳地，所述的原料混合物中各組分的重量份如下抗氧劑O 15份，優(yōu)選O. 15 12. 5份；阻燃劑O 25份，優(yōu)選5 20份；分散劑O 5，優(yōu)選的O.1 3份。在另一優(yōu)選例中，所述方法具有一個(gè)或多個(gè)選自下組的特征所述的石墨粉的粒度分布D5tl為50 150 μ m ;所述的催化劑為內(nèi)酰胺單體的堿金屬鹽；所述的助催化劑包括六亞甲基-1，6- 二甲酰己內(nèi)酰胺、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、乙?；簝?nèi)酰胺；所述的潤滑劑包括乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸、硬脂酸鋇、油酸酰胺或其組合；所述的偶聯(lián)劑包括Y -氨丙基三乙氧基硅烷、雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯；所述的抗氧劑包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、三[2. 4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)、1，1，3_三(5-叔丁基-4-羥基-2-甲基苯基)-丁烷或其組合；所述的阻燃劑包括十溴聯(lián)苯醚、十溴聯(lián)苯乙烷、三聚氰胺、氰脲酸鹽(MCA)、三氧化二鋪、硼酸鋅或其組合；所述的分散劑包括氧化聚乙烯聚合物(如均聚物)、氯化聚乙烯(CPE)；在另一優(yōu)選例中，所述的內(nèi)酰胺單體堿金屬鹽包括己內(nèi)酰胺溴化鎂、己內(nèi)酰胺鈉；所述的原料混合物的含水量< 2wt%，優(yōu)選地為0_lwt%。在另一優(yōu)選例中，通過以下一種或多種方法控制原料混合物的含水量i)將ε -己內(nèi)酰胺、催化劑、助催化劑進(jìn)行干燥，干燥溫度為30 80°C，優(yōu)選40 60°C，干燥時(shí)間為12 50小時(shí)，優(yōu)選18 36小時(shí)；ii)將所述的石墨粉進(jìn)行干燥，干燥溫度為80 150°C，優(yōu)選100 120°C，干燥時(shí)間為4 30小時(shí)，優(yōu)選8 20小時(shí)；在另一優(yōu)選例中，所述的干燥方法為真空干燥法。在另一優(yōu)選例中，所述的原料混合物含有重量份如下的以下組分ε -己內(nèi)酰胺 90-110份；石墨粉60 150份；催化劑2 10份；助催化劑2 10份；潤滑劑O. 15 7. 5份偶聯(lián)劑O. 3 10份抗氧劑O. 15 12. 5份阻燃劑5 20份；分散劑O.1 3份。
在另一優(yōu)選例中，步驟(a)中，將ε -己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化劑、助催化劑、潤滑劑以及偶聯(lián)劑通過第一喂料機(jī)加入反應(yīng)注塑機(jī)中，從而形成所述原料混合物；和/或所述方法還包括通過第二喂料機(jī)加入以下任選一種或多種成分抗氧劑、阻燃劑、分散劑，從而形成所述原料混合物，其中第一喂料機(jī)和第二喂料機(jī)可以相同或不同。在另一優(yōu)選例中，在步驟(b)中，還包括對(duì)所述原料混合物進(jìn)行熔融和混煉，然后進(jìn)行聚合；較佳地，所述熔融的溫度為60 200°C，優(yōu)選90 130°C ;和/或
所述混煉的溫度為60 200°C，優(yōu)選90 130°C ;和/或所述聚合的溫度為100 280°C，優(yōu)選140 220°C。在另一優(yōu)選例中，所述的步驟(a)、(b)和(C)在反應(yīng)注塑機(jī)中進(jìn)行；在另一優(yōu)選例中，所述反應(yīng)注塑機(jī)的喂料機(jī)設(shè)定預(yù)熱溫度為50 70°C，預(yù)熱時(shí)間為3 15min ;和/或所述反應(yīng)注塑機(jī)設(shè)有熔融段，所述熔融溫度為60 200°C，優(yōu)選90 130°C ;和/或所述反應(yīng)注塑機(jī)設(shè)有混煉段，所述混煉溫度為60 200°C，優(yōu)選90 130°C ;和/或所述反應(yīng)注塑機(jī)設(shè)有聚合段，所述聚合溫度為100 280°C，優(yōu)選140 220°C ;和/或所述反應(yīng)注塑機(jī)設(shè)有注塑噴嘴，所述的注塑噴嘴的溫度為250 290°C，注塑流速為5 80g/s,壓力為δΟ 100kg。在另一優(yōu)選例中，所述的制備LED散熱器的模具中還放置有襯件或鋁嵌件。在另一優(yōu)選例中，所述的模具溫度設(shè)定為100 250°C，優(yōu)選120 220°C。在另一優(yōu)選例中，在步驟(b)和(C)之間還包括對(duì)所述熔融混合物進(jìn)行排氣處理，從而去除未聚合的ε-己內(nèi)酰胺和易揮發(fā)物。在另一優(yōu)選例中，所述排氣處理的溫度為200 300°C，優(yōu)選220 250°C。本發(fā)明的第二方面，提供了一種原料混合物或原料組合，所述混合物含有或所述組合包括以下組分ε -己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化劑、助催化劑、潤滑劑以及偶聯(lián)劑；并且各組分的重量份如下ε -己內(nèi)酰胺 80 120份，優(yōu)選90-110份；石墨粉50 200份,優(yōu)選60 150份；催化劑I 20份,優(yōu)選2 10份；助催化劑 I 20份，優(yōu)選2 10份；潤滑劑O.1 10份，優(yōu)選O. 15 7. 5份；偶聯(lián)劑O.1 15份，優(yōu)選O. 3 10份；所述的混合物含有或所述組合還包括選自下組的一種或多種組分抗氧劑、阻燃劑和分散劑；各組分的重量份如下抗氧劑O 15份，優(yōu)選O. 15 12. 5份；阻燃劑O 25份，優(yōu)選5 20份；分散劑O 5份，優(yōu)選O.1 3份。
本發(fā)明的第三方面，提供了一種LED散熱器，所述LED散熱器是用本發(fā)明第一方面所述的方法制備的，或是通過本發(fā)明第二方面所述的原料混合物或原料組合通過反應(yīng)注塑法制備的。在另一優(yōu)選例中，所述的LED散熱器是尼龍6樹脂基導(dǎo)熱LED散熱器，其組成如下ε -己內(nèi)酰胺 80 120份，優(yōu)選90-110份；石墨粉50 200份，優(yōu)選60 150份；催化劑I 20份，優(yōu)選2 10份；助催化劑I 20份，優(yōu)選2 10份；潤滑劑O.1 10份，優(yōu)選O. 15 7. 5份；偶聯(lián)劑O.1 15份，優(yōu)選O. 3 10份；任選的抗氧劑 O 15份，優(yōu)選O. 15 12. 5份；任選的阻燃劑 O 25份，優(yōu)選5 20份；任選的分散劑 O 5份，優(yōu)選的O.1 3份。在另一優(yōu)選例中，所述LED散熱器還具有襯件或鋁嵌件。在另一優(yōu)選例中，所述制備LED散熱器的尼龍6樹脂基導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱率在室溫(250C )下為 3-6ff/m · K。本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于本發(fā)明第一方面所述方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括反應(yīng)注塑機(jī)和用于制備LED散熱器的模具，其中所述反應(yīng)注塑機(jī)包括喂料機(jī)、熔融段、混煉段、聚合段、和注塑噴嘴；其中所述喂料機(jī)用于將ε -己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化劑、助催化劑、潤滑劑以及偶聯(lián)劑供入反應(yīng)注塑機(jī)，從而形成一原料混合物；所述的熔融段用于熔融所述原料混合物；所述的混煉段用于熔融和混煉所述原料混合物；所述的聚合段用于使所述原料混合物中ε -己內(nèi)酰胺進(jìn)行聚合，形成含聚酰胺6的熔融混合物；所述的注塑噴嘴用于將所述熔融混合物注入所述制備LED散熱器的模具，從而制得LED散熱器。在另一優(yōu)選例中，所述喂料機(jī)設(shè)定預(yù)熱溫度為50 70°C，預(yù)熱時(shí)間為3 15min ；和/或所述反應(yīng)注塑機(jī)設(shè)有熔融段，所述熔融溫度為60 200°C，優(yōu)選90 130°C ;和/或所述反應(yīng)注塑機(jī)設(shè)有混煉段，所述混煉溫度為60 200°C，優(yōu)選90 130°C ;和/或所述反應(yīng)注塑機(jī)設(shè)有聚合段，所述聚合溫度為100 280°C，優(yōu)選140 220°C ;和/或所述反應(yīng)注塑機(jī)設(shè)有注塑噴嘴，所述的注塑噴嘴的溫度為250 290°C，注塑流速為5 80g/s,壓力為δΟ 100kg。應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過廣泛而深入的研究，首次通過一步注塑成型的方法制備聚酰胺6為材料的LED散熱器，并發(fā)現(xiàn)改良配方后能夠使石墨在聚酰胺6基體中分散均勻，能一步反應(yīng)注塑成型制得LED散熱器。本發(fā)明省去了材料制粒、安裝內(nèi)嵌件的二次處理步驟，并且所制備的聚酰胺6導(dǎo)熱材料散熱性能優(yōu)異，導(dǎo)熱填料分布均勻，適用于工業(yè)大批量、高效生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上,完成了本發(fā)明。原料混合物可用于本發(fā)明的原料混合物含有以下組分1. ε-己內(nèi)酰胺可用于本發(fā)明的ε -己內(nèi)酰胺沒有特殊限制，可以為任何市售可得的、能夠制備聚酰胺6的單體，分子式為C6H11NO,其結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.一種LED散熱器的制備方法，其特征在于，包括步驟 (a)提供一原料混合物，所述混合物含有己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化劑、助催化劑、潤滑劑以及偶聯(lián)劑； (b)對(duì)所述原料混合物中ε-己內(nèi)酰胺進(jìn)行聚合，形成含聚酰胺6的熔融混合物； (c)將所述的含聚酰胺6的熔融混合物注入制備LED散熱器的模具，從而注塑形成LED散熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原料混合物中各組分的重量份如下 ε_(tái)己內(nèi)酰胺 80 120份，優(yōu)選90-110份； 石墨粉50 200份，優(yōu)選60 150份； 催化劑I 20份，優(yōu)選2 10份； 助催化劑 I 20份，優(yōu)選2 10份； 潤滑劑O.1 10份，優(yōu)選O. 15 7. 5份； 偶聯(lián)劑O.1 15份，優(yōu)選O. 3 10份。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原料混合物還包括選自下組的一種或多種組分抗氧劑、阻燃劑和分散劑； 較佳地，所述的原料混合物中各組分的重量份如下 抗氧劑O 15份，優(yōu)選O. 15 12. 5份； 阻燃劑O 25份，優(yōu)選5 20份； 分散劑O 5，優(yōu)選的O.1 3份。
4.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述方法具有一個(gè)或多個(gè)選自下組的特征 所述的石墨粉的粒度分布D5tl為50 150 μ m ; 所述的催化劑為內(nèi)酰胺單體的堿金屬鹽； 所述的助催化劑包括六亞甲基-1，6- 二甲酰己內(nèi)酰胺、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、乙?；簝?nèi)酰胺； 所述的潤滑劑包括乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸、硬脂酸鋇、油酸酰胺或其組合； 所述的偶聯(lián)劑包括Y-氨丙基三乙氧基硅烷、雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯；所述的抗氧劑包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、三[2. 4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)、1，1，3-三(5-叔丁基-4-羥基-2-甲基苯基)-丁烷或其組合； 所述的阻燃劑包括十溴聯(lián)苯醚、十溴聯(lián)苯乙烷、三聚氰胺、氰脲酸鹽(MCA)、三氧化二鋪、硼酸鋅或其組合； 所述的分散劑包括氧化聚乙烯聚合物(如均聚物)、氯化聚乙烯(CPE); 所述的原料混合物的含水量< 2wt%，優(yōu)選地為0-lwt%。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中，將己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化齊U、助催化劑、潤滑劑以及偶聯(lián)劑通過第一喂料機(jī)加入反應(yīng)注塑機(jī)中，從而形成所述原料混合物；和/或 所述方法還包括通過第二喂料機(jī)加入以下任選一種或多種成分抗氧劑、阻燃劑、分散齊U，從而形成所述原料混合物，其中第一喂料機(jī)和第二喂料機(jī)可以相同或不同。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，還包括對(duì)所述原料混合物進(jìn)行熔融和混煉，然后進(jìn)行聚合； 較佳地，所述熔融的溫度為60 200°C，優(yōu)選90 130°C ;和/或 所述混煉的溫度為60 200°C，優(yōu)選90 130°C ;和/或 所述聚合的溫度為100 280°C，優(yōu)選140 220°C。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟(a)、(b)和(C)在反應(yīng)注塑機(jī)中進(jìn)行。
8.一種原料混合物或原料組合，其特征在于，所述混合物含有或所述組合包括以下組分ε -己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化劑、助催化劑、潤滑劑以及偶聯(lián)劑；并且各組分的重量份如下 ε_(tái)己內(nèi)酰胺 80 120份，優(yōu)選90-110份； 石墨粉50 200份，優(yōu)選60 150份； 催化劑I 20份，優(yōu)選2 10份； 助催化劑 I 20份，優(yōu)選2 10份； 潤滑劑O.1 10份，優(yōu)選O. 15 7. 5份； 偶聯(lián)劑O.1 15份，優(yōu)選O. 3 10份； 所述的混合物含有或所述組合還包括將選自下組的一種或多種組分抗氧劑、阻燃劑和分散劑；各組分的重量份如下 抗氧劑O 15份，優(yōu)選O. 15 12. 5份； 阻燃劑O 25份，優(yōu)選5 20份； 分散劑O 5份，優(yōu)選O.1 3份。
9.一種LED散熱器，其特征在于，所述LED散熱器是用權(quán)利要求1_7中任一所述的方法制備的，或是通過權(quán)利要求8所述的原料混合物或原料組合通過反應(yīng)注塑法制備的。
10.一種用于權(quán)利要求1所述方法的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括反應(yīng)注塑機(jī)和用于制備LED散熱器的模具，其中所述反應(yīng)注塑機(jī)包括喂料機(jī)、熔融段、混煉段、聚合段、和注塑噴嘴； 其中所述喂料機(jī)用于將ε -己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化劑、助催化劑、潤滑劑以及偶聯(lián)劑供入反應(yīng)注塑機(jī)，從而形成一原料混合物； 所述的熔融段用于熔融所述原料混合物； 所述的混煉段用于熔融和混煉所述原料混合物； 所述的聚合段用于使所述原料混合物中ε -己內(nèi)酰胺進(jìn)行聚合，形成含聚酰胺6的熔融混合物； 所述的注塑噴嘴用于將所述熔融混合物注入所述制備LED散熱器的模具，從而制得LED散熱器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED散熱器的制備方法，包括步驟(a)提供一原料混合物，所述混合物含有ε-己內(nèi)酰胺、石墨粉、催化劑、助催化劑、潤滑劑以及偶聯(lián)劑；(b)對(duì)所述原料混合物中ε-己內(nèi)酰胺進(jìn)行聚合，形成含聚酰胺6的熔融混合物；和(c)將所述的含聚酰胺6的熔融混合物注入制備LED散熱器的模具，從而注塑形成LED散熱器。本發(fā)明由單體出發(fā)，經(jīng)過反應(yīng)注塑一步成型LED散熱器，節(jié)省了材料制備過程，生產(chǎn)效率高，能耗小，所制備的LED散熱器散熱性能優(yōu)異。
文檔編號(hào)C08L77/02GK103013102SQ20121053583
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者李建廣, 范欣愉, 顏春, 祝穎丹, 張笑晴, 李紅周 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所