相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2014年12月24日提交的題為“導(dǎo)熱塑料組合物、用于制造導(dǎo)熱塑料的擠出裝置和方法”的u.s.專利申請?zhí)?4/582,437的優(yōu)先權(quán)，該申請為2013年3月14日提交的題為“導(dǎo)熱塑料組合物、用于制造導(dǎo)熱塑料的擠出裝置和方法”的u.s申請?zhí)?3/829,225的部分繼續(xù)申請，u.s申請?zhí)?3/829,225要求2012年9月19日提交的題為“導(dǎo)熱塑料組合物、用于制造導(dǎo)熱塑料的擠出裝置和方法”的u.s臨時(shí)專利申請?zhí)?1/702,787的權(quán)益，這些申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

本發(fā)明提供了導(dǎo)熱的塑料組合物、擠出機(jī)螺桿構(gòu)型和用于擠出導(dǎo)熱塑料組合物的方法。本發(fā)明提供了包含氮化硼填料的組合物。所述導(dǎo)熱塑料組合物和由其形成的制品在面內(nèi)(in-plane)和穿過平面(through-plane)方向上都可呈現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱性。

背景技術(shù)：

由于各種電子和光電子器件中面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這些器件的熱管理越來越受到關(guān)注。個人手持電子設(shè)備中繼續(xù)的趨勢是尺寸縮小和功能增加。功率密度和因此需要消散的熱密度明顯增加，這對于在這些設(shè)備中提供良好的熱管理提出了重大挑戰(zhàn)。類似地，在光電子器件，也稱為發(fā)光二極管(led)中，功率消耗和流明輸出不斷增加。熱管理問題在其他應(yīng)用中也是普遍存在的，如汽車中的電子組件、可充電電池系統(tǒng)和用于混合動力車輛的電力逆變器等。不足或無效的熱管理可對器件的性能和長期可靠性產(chǎn)生強(qiáng)烈和有害的影響。

目前，基于led的燈泡被用來代替舊燈泡，并設(shè)計(jì)成適合傳統(tǒng)的“愛迪生”插座。將led燈泡裝入愛迪生插座只會加劇熱管理難題，因?yàn)樯崾艿阶匀粚α鞯南拗啤Ｒ虼?，led燈泡需要精心設(shè)計(jì)的散熱器以有效且充分地消散廢熱。低效的熱管理導(dǎo)致led的更高的工作溫度，其由led的結(jié)溫(tj)表示。當(dāng)結(jié)溫從115℃增加到135℃時(shí)，led的壽命(定義為失去30％光輸出即達(dá)到b70所花費(fèi)的時(shí)間)可能從80,000小時(shí)降至20,000小時(shí)。

基于與用于其他電子設(shè)備的散熱器的相似性，鋁散熱器是led應(yīng)用的自然選擇。然而，使用鋁散熱器用于led燈泡有幾個挑戰(zhàn)。一個挑戰(zhàn)是將散熱器與愛迪生插座電絕緣。金屬散熱器和插座之間的任何電連接或泄漏在安裝過程中都會是極其危險(xiǎn)的。另一個挑戰(zhàn)是提供具有復(fù)雜形狀的散熱器，因?yàn)閴鸿T散熱片的形狀可能是困難的，并且可能需要昂貴的二次加工操作。鋁散熱器也可能相當(dāng)沉重，并且會顯著增加燈泡的重量，從而增加運(yùn)輸成本。最后，鋁散熱器將需要一個涂漆整理步驟來平滑表面光潔度并賦予消費(fèi)者所期望的顏色。

塑料可以是用于散熱器的鋁的有吸引力的替代品。塑料是電絕緣的，更適合通過注塑成型重量輕的復(fù)雜散熱器結(jié)構(gòu)，并且可以自由著色以滿足美學(xué)或標(biāo)記要求。塑料還提供集成若干部件的可能性，這可導(dǎo)致燈泡更簡單的整體組裝。然而，塑料具有非常差的熱導(dǎo)率-通常只有約0.2w/mk，這比典型的壓鑄鋁合金(約為200w/mk)低將近兩個數(shù)量級。因此，塑料通常不足以滿足熱管理挑戰(zhàn)。

填料通常添加到塑料中以制備獨(dú)特的復(fù)合材料。例如，加入增強(qiáng)填料如玻璃纖維以改善塑料的機(jī)械性能。類似地石墨、炭黑或其他碳形式，包括甚至碳納米管在內(nèi)，最近被添加到塑料中以制造導(dǎo)電的塑料基材料。石墨和金屬粉末有時(shí)也用于增強(qiáng)熱導(dǎo)率，但這通常導(dǎo)致增加的導(dǎo)電性，因?yàn)檫@些性質(zhì)通常是相伴的。然而，有些陶瓷材料如二氧化硅、氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼(六方或立方體形式)等存在與塑料一起制造導(dǎo)熱但電絕緣配制劑的機(jī)會，因?yàn)樗鼈兪橇己玫臒釋?dǎo)體和電絕緣體。

雖然已經(jīng)提出了氮化硼塑料復(fù)合材料，但氮化硼/塑料復(fù)合材料具有若干缺點(diǎn)。氮化硼是相對昂貴的材料，其成本比與其復(fù)合的并與鋁合金相比的塑料樹脂高5至40倍。從性能的觀點(diǎn)來看，氮化硼/塑料復(fù)合材料的面內(nèi)熱導(dǎo)率即使在氮化硼的高負(fù)載下，例如在25-60重量％(15-45體積％)以上，也僅為約2-10w/mk。氮化硼也非常惰性，并且不容易被樹脂濕潤。這導(dǎo)致填料和基質(zhì)之間的界面不完美和大的熱阻，有效地降低了所述復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，從而導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)所需熱導(dǎo)率所需的更高的bn負(fù)載。較高的填料負(fù)載使得這些復(fù)合材料的成本顯著提高，使得在熱管理應(yīng)用中具有較低的成本競爭力。填料和樹脂之間差的界面也導(dǎo)致所述復(fù)合材料的物理性能差。因此，必須解決潤濕問題以實(shí)現(xiàn)高的熱導(dǎo)率和最佳物理性能。

然而，重要的是要注意，即使導(dǎo)熱塑料的熱導(dǎo)率不如金屬鋁那樣高，對于led燈泡和其它對流限制應(yīng)用中的熱管理應(yīng)用來說也是足夠的。氮化硼/塑料復(fù)合材料的固有各向異性也會是一個問題，這可能限制了氮化硼/塑料復(fù)合材料在其中穿過平面的熱導(dǎo)率對應(yīng)用至關(guān)重要的一些應(yīng)用中的適用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個方面，本發(fā)明提供了導(dǎo)熱塑料組合物。所述組合物包含聚合物基質(zhì)和導(dǎo)熱填料。在一個實(shí)施方案中，所述組合物具有約5w/mk或更高的面內(nèi)熱導(dǎo)率。在一個實(shí)施方案中，所述組合物具有約1w/mk或更高的穿過平面的熱導(dǎo)率。在一個實(shí)施方案中，所述組合物具有約3.5:1或更低的面內(nèi)熱導(dǎo)率與穿過平面的電導(dǎo)率之比。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料是氮化硼。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼可以選自片狀氮化硼、氮化硼的附聚物或其組合。在另一個實(shí)施方案中，使用填料的組合來提供顯示出優(yōu)異導(dǎo)熱性的組合物。在又一個實(shí)施方案中，組合物包含功能化添加劑，其提供增加的熱導(dǎo)率并允許導(dǎo)熱填料的濃度最小化。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料是石墨。在一個實(shí)施方案中，所述石墨可以是剝離的或表面增強(qiáng)的。在另一個實(shí)施方案中，使用填料的組合來提供顯示出優(yōu)異導(dǎo)熱性的組合物。在又一個實(shí)施方案中，組合物包含功能化添加劑，其提供增加的熱導(dǎo)率并允許導(dǎo)熱填料的濃度最小化。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料是氮化硼、石墨或其組合。

在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種填料組合物，其包含氮化硼、金屬氧化物和硅烷的共混物。在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物是氮化硼、金屬氧化物、硅烷和玻璃纖維的共混物。在一個實(shí)施方案中，所述金屬氧化物是氧化鋅、氧化鎂、二氧化鈦、二氧化鋯或其兩種或更多種的組合。

在一個方面，本發(fā)明提供了一種填料組合物，其包含氮化硼、金屬氧化物和硅烷的共混物。

在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼在所述填料組合物中的存在量為約15重量％至約75重量％；所述金屬氧化物的存在量為約5重量％至約80重量％；和所述硅烷的存在量為約0.1重量％至約6重量％。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼在所述填料組合物中的存在量為約25重量％至約70重量％；所述金屬氧化物的存在量為約15重量％至約75重量％；和所述硅烷的存在量為約0.5重量％至約5重量％。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼在所述填料組合物中的存在量為約30重量％至約70重量％；所述金屬氧化物的存在量為約20重量％至約50重量％；和所述硅烷的存在量為約1重量％至約3.5重量％。

在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼選自氮化硼顆粒、氮化硼附聚物或其混合物。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼包含具有0.3微米至約200微米粒度的小片。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼包含具有約5微米至約500微米平均粒度的氮化硼附聚物。在一個實(shí)施方案中，所述組合物可包含包括但不限于納米管或納米片在內(nèi)的納米級的氮化硼材料。在一個實(shí)施方案中，所述金屬氧化物選自氧化鋅、氧化鎂、氧化鈹、二氧化鈦、氧化鋯或其兩種或更多種的組合。

在一個實(shí)施方案中，所述硅烷選自烷基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、鹵代硅烷、巰基硅烷、硫代羧酸酯硅烷、封端巰基硅烷或其兩種或更多種的組合。在一個實(shí)施方案中，所述硅烷選自3-辛?；虼?1-丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基-乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或其兩種或更多種的組合。

在一個實(shí)施方案中，填料組合物還包含選自如下物質(zhì)的額外的填料組分：玻璃纖維、玻璃薄片，粘土，剝離粘土，碳酸鈣，滑石，云母，硅灰石，粘土，剝離粘土，銀，氧化鋁，氮化鋁，金屬硫化物例如硫化鋅，石墨，鋁、銅、青銅或黃銅或其兩種或多種的組合的金屬粉末或薄片，例如銅、鋁、氧化鋅、二氧化鈦、碳、石墨的金屬、陶瓷或碳形式的纖維或晶須，或其兩種或更多種的組合。在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物還包含一種或多種納米級填料，如碳納米管、石墨烯、氮化硼納米管、氮化硼納米片、氧化鋅納米管或其兩種或更多種的組合。在一個實(shí)施方案中，所述額外的填料組分的存在量為約0.1重量％至約30重量％。

在一個實(shí)施方案中，所述填料可以包含礦物質(zhì)，如滑石、云母、碳酸鈣、硅灰石或其兩種或更多種的組合。這些額外的填料可以用于導(dǎo)熱組合物中。此外，這些填料還可以為塑料樹脂提供一些增強(qiáng)。例如，硅灰石可以用作玻璃纖維的替代物以獲得更高的拉伸強(qiáng)度和彎曲或拉伸模量，并且可以使用滑石來改善塑料配制劑的熱變形溫度(hdt)。在一個實(shí)施方案中，所述額外的填料組分的存在量為約0.1重量％至約30重量％。

在一個實(shí)施方案中，填料組合物包含約2重量％至約20重量％的量的玻璃纖維或玻璃薄片。

在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物具有用d65光源和2度或10度觀察器在l*、a*、b*空間中測量的顏色，其中l(wèi)*值至少85，a*值在-1.5至1.5之間；和b*值在-3.0至3.0之間。在一個實(shí)施方案中，所述填料的顏色使得l*大于90，a*在-1.3和1.3之間，b*在-2.5和2.5之間。在一個實(shí)施方案中，所述填料的顏色使得l*大于92，a*在-1.0和1.0之間，b*在-2.0和2.0之間。

另一方面，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)熱組合物，其包含聚合物材料和分散在所述聚合物材料中的導(dǎo)熱填料組合物，其中所述導(dǎo)熱填料組合物包含氮化硼、金屬氧化物和硅烷的共混物，并且所述導(dǎo)熱組合物具有的面內(nèi)熱導(dǎo)率為約2w/mk或更高，穿過平面的熱導(dǎo)率為約0.9w/mk或更高，或二者兼有。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有3.5w/mk或更高的面內(nèi)熱導(dǎo)率。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有5w/mk或更高的面內(nèi)熱導(dǎo)率。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有的總的導(dǎo)熱填料濃度為所述組合物總重量的約58重量％或更低。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有的總的導(dǎo)熱填料含量為所述組合物的約40體積％(v/v)或更低。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有所述組合物的約41重量％或更少的氮化硼濃度；所述組合物的約37重量％或更少；所述組合物的約31重量％或更少；所述組合物的約25重量％或更少；所述組合物的甚至約23重量％或更少。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有的總的填料體積分?jǐn)?shù)為總的組合物的約45體積％或更低。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有至少10w/mk的面內(nèi)熱導(dǎo)率。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有20j/m或更大、25j/m或更大、30j/m或更大、甚至35j/m或更大的缺口懸臂梁式?jīng)_擊值。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有7000psi或更大、8000psi或更大、甚至9000psi或更大的拉伸強(qiáng)度值。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有0.8％或更大、1.0％或更大、甚至1.3％或更大的斷裂應(yīng)變值。

另一方面，本發(fā)明提供了來自所述導(dǎo)熱組合物的成型制品。在又一方面，本發(fā)明提供了一種熱管理組件，其包含由所述導(dǎo)熱組合物形成的成型制品。

本發(fā)明的組合物即使在昂貴的導(dǎo)熱填料如氮化硼相對較低的負(fù)荷下，也可以在面內(nèi)方向、穿過平面方向或兩者上表現(xiàn)出良好的熱導(dǎo)率。這允許以顯著降低的成本生產(chǎn)導(dǎo)熱組合物。本發(fā)明的組合物還顯示出良好的電阻率和介電強(qiáng)度。在一個實(shí)施方案中，體積電阻率為至少10¹²歐姆-厘米，表面電阻率至少為10¹²歐姆/平方。在一個實(shí)施方案中，介電強(qiáng)度為至少250v/mil(1mil＝0.001英寸)。在一個實(shí)施方案中，介電強(qiáng)度至少為750v/mil。

在另一方面，本發(fā)明提供了擠出導(dǎo)熱塑料組合物的方法。本發(fā)明在一個方面提供了一種系統(tǒng)和方法，其克服了與生產(chǎn)氮化硼/塑料組合物相關(guān)的問題。特別地，氮化硼可能難以與塑料復(fù)合，并且可能不能很好地分散在塑料基質(zhì)中。這可導(dǎo)致在擠出機(jī)的進(jìn)料喉中的材料回投并且通過未分散的氮化硼粉末的塊堵塞模頭出口。本發(fā)明提供了可以避免這些問題的擠出機(jī)螺桿構(gòu)型及其使用方法。本發(fā)明的擠出機(jī)螺桿構(gòu)型還可以使氮化硼附聚物加工成塑料組合物。常規(guī)的螺桿一般造成附聚物破裂或降解。使用本發(fā)明的擠出機(jī)螺桿，可以使用氮化硼附聚物作為填料，并提供具有各向同性行為(即，良好的面內(nèi)和穿過平面的電導(dǎo)率)的塑料組合物。

在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明包括通過包括鏟元件的螺桿將氮化硼顆粒引入擠出機(jī)螺桿。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了一種制造導(dǎo)熱組合物的方法，包括將聚合物材料引入擠出機(jī)中；將導(dǎo)熱填料引入擠出機(jī)中；形成包含所述聚合物材料和所述導(dǎo)熱填料的熔體共混物，其中所述擠出機(jī)包括用于將材料引入擠出機(jī)的入口和擠出機(jī)螺桿，所述擠出機(jī)螺桿包含在所述入口下游的捏合元件部分和在所述捏合元件下游的分式(fractional)混合元件部分。

一方面，本發(fā)明提供了一種制造導(dǎo)熱組合物的方法，包括將聚合物材料引入擠出機(jī)中；將導(dǎo)熱填料引入擠出機(jī)中；形成包含所述聚合物材料和所述導(dǎo)熱填料的熔體共混物；和擠出所述熔體以形成擠出物，其中所述擠出機(jī)包含用于將材料引入擠出機(jī)的入口和擠出機(jī)螺桿，所述擠出機(jī)螺桿包含位于入口下游的捏合元件部分和位于所述捏合元件下游的分式混合元件、螺桿混合元件、渦輪混合元件、攪拌器元件或其兩種或更多種的組合的部分。

另一方面，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)熱組合物，其包含聚合物材料和分散在所述聚合物材料中的導(dǎo)熱填料組合物，其中所述組合物具有的面內(nèi)熱導(dǎo)率為約2w/mk或更高，穿過平面的熱導(dǎo)率為約0.5w/mk或更高，或二者兼有。

在一個方面，本發(fā)明提供了一種填料組合物，其包含石墨和滑石的共混物。在一個實(shí)施方案中，所述石墨是剝離的或表面增強(qiáng)的。

在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物進(jìn)一步包含氮化硼。

在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物進(jìn)一步包含硅烷。在一個實(shí)施方案中，所述硅烷選自烷基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、鹵代硅烷、巰基硅烷、硫代羧酸酯硅烷、封端巰基硅烷或其兩種或更多種的組合。在一個實(shí)施方案中，所述硅烷選自3-辛?；虼?1-丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基-乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或其兩種或更多種的組合。在一個實(shí)施方案中，所述硅烷選自硫代羧酸酯硅烷、封端巰基硅烷或其組合。

在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物進(jìn)一步包含金屬氧化物。在一個實(shí)施方案中，所述金屬氧化物選自氧化鋅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鎂、氧化鈹、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔、氧化鉿或其兩種或更多種的組合。

在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物進(jìn)一步包含選自如下物質(zhì)的額外的填料組分：氮化硼，金屬氧化物，玻璃纖維，玻璃薄片，粘土，剝離粘土，碳酸鈣，云母，硅灰石，氧化鋁，氮化鋁，鋁、銅、青銅或黃銅或其兩種或多種的組合的金屬粉末或薄片，碳、石墨、鋁、銅、青銅、黃銅、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、氧化鋅或其兩種或更多種的組合的纖維或晶須，碳納米管，石墨烯，氮化硼納米管，氮化硼納米片，氧化鋅納米管，或其兩種或更多種的組合。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的適用于加工導(dǎo)熱塑料材料的擠出機(jī)的示意性側(cè)視圖；

圖2示出了可以在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的方法中使用的擠出機(jī)螺桿的一個實(shí)施方案；

圖3示出了可以在根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方案的方法中使用的擠出機(jī)螺桿的一個實(shí)施方案；

圖4示出了可以在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案的方法中使用的擠出機(jī)螺桿的一個實(shí)施方案；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的適用于加工導(dǎo)熱塑料材料的擠出機(jī)系統(tǒng)的示意性俯視圖；和

圖6是用于處理塑料組合物的常規(guī)擠出機(jī)螺桿的示意圖。

所述附圖僅僅是本發(fā)明的可能實(shí)施方案的示例，并不意圖限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它方面考慮到以下描述進(jìn)一步進(jìn)行說明和理解。

具體實(shí)施方式

導(dǎo)熱塑料組合物

導(dǎo)熱塑料組合物包含聚合物基質(zhì)和導(dǎo)熱填料。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱塑料組合物包含聚合物基質(zhì)和氮化硼材料。在另一個實(shí)施方案中，所述組合物包含多種導(dǎo)熱填料。在又一個實(shí)施方案中，功能化添加劑與所述導(dǎo)熱填料一起使用。

聚合物基質(zhì)

所述聚合物基質(zhì)材料可包括按照特定目的或預(yù)期應(yīng)用所需的任何聚合物或樹脂材料。在一個實(shí)施方案中，所述聚合物/樹脂材料可以是熱塑性材料。在另一個實(shí)施方案中，所述聚合物/樹脂材料可以是熱固性材料。合適的聚合物材料的實(shí)例包括但不限于聚碳酸酯，丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)(c8h8c4h6c3h3n)，聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯合金(pc-abs)，聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)，聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚苯醚(ppo)，聚苯硫醚(pps)，聚苯醚，含聚苯乙烯的改性聚苯醚，液晶聚合物，聚苯乙烯，苯乙烯-丙烯腈共聚物，橡膠增強(qiáng)的聚苯乙烯，聚醚酮(peek)，丙烯酸樹脂如丙烯酸和甲基丙烯酸的烷基酯的聚合物和共聚物，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物，苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物，聚甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物，聚乙酸乙烯酯，聚砜，聚醚砜，聚醚酰亞胺，聚芳酯，聚酰胺酰亞胺，聚氯乙烯，氯乙烯-乙烯共聚物，氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，聚酰亞胺、聚酰胺，聚烯烴如聚乙烯、超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚丙烯，氯化聚乙烯，乙烯丙烯酸共聚物，聚酰胺，例如尼龍6、尼龍6,6等，苯醚樹脂，苯硫醚樹脂，聚甲醛，聚酯，聚氯乙烯，偏二氯乙烯/氯乙烯樹脂，和乙烯基芳族樹脂如聚苯乙烯，聚(乙烯基萘)，聚(乙烯基甲苯)，聚酰亞胺，聚芳醚醚酮，聚鄰苯二甲酰胺，聚醚醚酮，聚芳醚酮，及其兩種或更多種的組合。

聚合物基質(zhì)材料的選擇可以取決于使用所述導(dǎo)熱塑料的應(yīng)用的特定要求。例如，如抗沖擊性、拉伸強(qiáng)度、工作溫度、熱變形溫度、阻透特性等性能都受聚合物基體材料選擇的影響。

在有些實(shí)施方案中，所述聚合物基質(zhì)材料可以包括一種或多種聚酰胺熱塑性聚合物基質(zhì)。聚酰胺聚合物是在主鏈中含有酰胺鍵(-nhco-)且能夠在低于約300攝氏度的溫度下熱熔融的聚合物。合適的聚酰胺樹脂的具體實(shí)例包括但不限于聚己內(nèi)酰胺(尼龍6)、聚己二酰丁二胺(尼龍46)、聚己二酰己二胺(尼龍66)、聚癸二酰己二胺(尼龍610)、聚十二烷二酰己二胺(尼龍612)、聚己二酰十一烷二胺(尼龍116)、聚十一碳酰胺(尼龍11)、聚十二碳酰胺(尼龍12)、聚對苯二甲酰三甲基己二胺(尼龍tmht)、聚間苯二甲酰己二胺(尼龍61)、聚對苯二甲酰/間苯二甲酰己二胺(尼龍6t/61)、聚對苯二甲酰壬二胺(尼龍9t)、聚雙(4-氨基環(huán)己基)甲烷十二酰胺(尼龍pacm12)、聚雙(3-甲基-4-氨基環(huán)己基)甲烷十二酰胺(尼龍二甲基pacm12)、聚己二酰間苯二甲胺(尼龍mxd6)、聚十一亞甲基對苯二甲酰胺(尼龍11t)、聚六氫對苯二甲酰十一碳二胺(尼龍11t(h))及其共聚聚酰胺和混合聚酰胺。其中，對尼龍6、尼龍46、尼龍66、尼龍11、尼龍12、尼龍9t、尼龍mxd6及其共聚聚酰胺和混合聚酰胺在可用性、可操作性等方面是示例性的。

應(yīng)當(dāng)理解，除了導(dǎo)熱填料或硅烷添加劑之外，所述基礎(chǔ)聚合物樹脂可以進(jìn)行改性或提供有其它填料或添加劑，以改變其它性能如耐沖擊性、uv穩(wěn)定性、阻燃性等。

盡管就用于生產(chǎn)熱塑性材料的應(yīng)用來討論本發(fā)明的方面和實(shí)施方案，但是應(yīng)當(dāng)理解，本文所討論和描述的加工方法、導(dǎo)熱填料和硅烷添加劑可以容易地轉(zhuǎn)化為使用包括但不限于有機(jī)硅、環(huán)氧樹脂、丙烯酸類、酚醛樹脂(phenolics)、酚醛清漆等在內(nèi)的熱固性樹脂的應(yīng)用。

導(dǎo)熱填料

所述導(dǎo)熱塑料組合物包含導(dǎo)熱填料。應(yīng)當(dāng)理解，所述組合物可以包含多種導(dǎo)熱填料。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料可以按照特定目的或應(yīng)用的需要進(jìn)行選擇。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料選自氮化硼，二氧化硅，玻璃纖維，金屬氧化物如氧化鋅，氧化鎂、氧化鈹、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔等，碳酸鈣，滑石，云母，硅灰石，粘土，剝離粘土，氧化鋁，氮化鋁，石墨，金屬粉末，例如鋁、銅、青銅、黃銅等，或其兩種或更多種的組合。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料具有低的電導(dǎo)率或是電絕緣的。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱塑料組合物包含氮化硼。合適的氮化硼材料的實(shí)例包括氮化硼顆粒、氮化硼附聚物或其混合物。氮化硼顆粒通常顯示小片的形式。在一個實(shí)施方案中，氮化硼顆粒可以是粒度為0.3至約200微米，表面積為約0.25至約100m²/g的小片。在一個實(shí)施方案中，所述片狀氮化硼顆粒具有約0.5至150微米；約1至約100微米，約10至90微米；約20至75微米；甚至約40至60微米的粒度。在另一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱塑料組合物包含氮化硼附聚物。所述附聚物可具有約5至約500微米的平均粒度和約0.25至約50m²/g的表面積。在一個實(shí)施方案中，所述片狀氮化硼顆粒具有約10至400微米；約20至約300微米，約30至200微米；約40至150微米；甚至約50至100微米的粒度?？梢允褂胔oribala300粒度分布分析儀來測量粒度，其中待分析的顆粒(例如bn)以調(diào)節(jié)滿足所需透射率的量被引入。可以添加幾滴2％rhodapexco-436以改善粉末的分散，并且可以在3秒超聲處理之后使用激光衍射測量粒度。由測量得到的粒度分布可以基于體積繪制，d90表示第90百分位的分布。

在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼片狀填料具有至少20:1；至少30：1；至少40：1；至少50：1；甚至至少100：1的縱橫比(其定義為顆粒的最大尺寸與最小尺寸之比)。在另一個實(shí)施方案中，所述氮化硼附聚物填料的縱橫比不超過5:1、3:1或甚至2:1。合適的氮化硼材料包括由momentiveperformancematerials可得的片狀氮化硼和氮化硼附聚物。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼包含添加在組合物中的大部分導(dǎo)熱填料。在此如同說明書和權(quán)利要求中的其它地方，數(shù)值可結(jié)合形成新的或未公開的范圍。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物包含石墨。在一個實(shí)施方案中，所述石墨是剝離的或表面增強(qiáng)的。所述石墨的表面積等級可用作剝離程度的指標(biāo)。未剝離的石墨粉通常具有相對低的表面積。例如，來自asbury的a99石墨粉末等級沒有剝離，具有約8m²/g的表面積。相反，同樣來自asbury的等級3806是表面增強(qiáng)或剝離的等級，具有約23m²/g的表面積?；谑谋砻娣e和理論晶體密度或真實(shí)密度(通常為約2.20-2.25g/cc)和粒度，可以使用下面的方程式估計(jì)石墨薄片的縱橫比。

在上述方程式中，ρ是材料的真實(shí)或理論密度，sa是表面積。這些性能必須按照這些方程式所必需的適當(dāng)尺寸進(jìn)行選擇。

用于此計(jì)算的粒度可以通過各種合適的方法，如激光散射或激光衍射、沉降分析，各種成像方法如光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡進(jìn)行測量。使用這些方法中的任何一種通常將提供粒度的分布，其平均值或中值可用于計(jì)算所述薄片的平均縱橫比。在使用激光散射或激光衍射時(shí)，可以在計(jì)算中使用“d50”或在第50百分比處的尺寸。

上面所示的分析假定所述薄片是平滑的小片，平均粒度代表粉末中典型晶體或薄片的直徑。

a99石墨等級具有22微米的平均粒度，3806等級具有19微米的平均粒度?；谏鲜鲆玫谋砻娣e和上述縱橫比分析，可以估計(jì)這兩個等級的縱橫比分別為約200和500。

在一個實(shí)施方案中，所述石墨的縱橫比為至少20；至少50；至少500或甚至高達(dá)5000。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物包含石墨和氮化硼。

本發(fā)明的組合物可顯示出優(yōu)異的穿過平面的組合物，而無需如美國專利號7,723,419要求添加額外的添加劑，例如膨脹的或碳纖維石墨。在一個實(shí)施方案中，所述組合物可以主要由氮化硼填料組成。在另一個實(shí)施方案中，所述組合物基本上不含膨脹石墨或其它碳基填料。

在一個實(shí)施方案中，所述填料具有材料理論密度的約35％或更小；材料理論密度的約33％或更小；材料理論密度的甚至約30％或更小的振實(shí)密度。在一個實(shí)施方案中，所述填料包含具有約0.3g/cc至約0.8g/cc；約0.4g/cc至約0.7g/cc；甚至0.45g/cc至0.7g/cc的粉末振實(shí)密度的氮化硼附聚物。在另一個實(shí)施方案中，所述填料包含具有0.2g/cc至0.7g/cc的粉末振實(shí)密度的氮化硼小片。在此如同說明書和權(quán)利要求中的其它地方，數(shù)值可結(jié)合形成新的或未公開的范圍。

在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含玻璃纖維、玻璃薄片、粘土、剝離粘土或其它高縱橫比纖維、棒或薄片中的一種或多種作為導(dǎo)熱填料組分。在一個實(shí)施方案中，所述玻璃纖維具有至少為20；至少30；至少40；至少50；甚至至少100的縱橫比。在一個實(shí)施方案中，所述玻璃薄片具有至少40；至少50；至少60的縱橫比。在此如同說明書和權(quán)利要求中的其它地方，數(shù)值可結(jié)合形成新的和未公開的范圍。

添加劑

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物包含功能化添加劑，例如硅烷添加劑。在一個實(shí)施方案中，所述硅烷添加劑選自烷基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、鹵代硅烷(例如氯代硅烷)、巰基硅烷、封端巰基硅烷、硫代羧酸酯硅烷或其兩種或更多種的組合。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物可包含約1至約5重量％的硅烷；約1.5至約4重量％；甚至約2.7至約3.7重量％的填料。

在一個實(shí)施方案中，硅烷可以由y-r¹-si(r²)n(r³)3-n表示，其中y表示r⁴r⁵n-、r⁷r⁸n-r⁶-nr⁴-或r¹¹r¹⁰n-r⁹-r⁷n-r⁶-nr⁴-；或y和r¹(y-r¹)共同表示乙烯基、烷基、苯基、3,4-環(huán)氧環(huán)己基、鹵素原子、巰基、異氰酸酯基、硫代羧酸酯基、任選地取代的縮水甘油基、環(huán)氧丙氧基，任選地取代的乙烯基、甲基丙烯酰氧基(ch2＝c(ch3)coo-)、丙烯酰氧基(ch2＝chcoo-)、脲基(nh2conh-)、任選地取代的甲基丙烯?；?、任選地取代的環(huán)氧基、任選地取代的鹵化鏻基團(tuán)、任選地取代的鹵化銨基團(tuán)或任選地取代的丙烯?；籸⁴、r⁵、r⁷、r⁸、r¹⁰和r¹¹獨(dú)立地表示氫原子或c1-6烷基；r⁶和r⁹獨(dú)立地表示c2-6亞烷基；r¹是單鍵、亞烷基或亞苯基；或r¹與y(y-r¹)共同表示乙烯基；每個r²獨(dú)立地表示烷基或苯基；每個r³獨(dú)立地表示羥基或烷氧基；且n是0-2的整數(shù))。

合適的乙烯基硅烷包括具有下式的那些：r¹²sir¹³ny(3-n)，其中r¹²是烯屬不飽和烴基、烴氧基、或(甲基)丙烯酰氧基烴基，r¹³是脂族飽和烴基，y獨(dú)立地是可水解的有機(jī)基團(tuán)，且n是0、1或2。在一個實(shí)施方案中，y為具有1至6個碳原子的烷基的烷氧基，如甲氧基、乙氧基、丙氧基和丁氧基。在一個實(shí)施方案中，r¹²可選自乙烯基、烯丙基、異戊二烯基、丁烯基、環(huán)己基或γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基；y可以選自甲氧基、乙氧基、甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基或烷基氨基或芳基氨基；和r¹³，如果存在，可以選自甲基、乙基、丙基、癸基或苯基。

在一個實(shí)施方案中，硅烷是式ch2＝chsi(oa)3(2)的化合物，其中a是具有1至8個碳原子的烴基，在一個實(shí)施方案中，為1至4個碳原子。

在一個實(shí)施方案中，硅烷選自辛酰硫代-1-丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基-乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷，或其兩種或更多種的組合。合適的硅烷的實(shí)例包括但不限于可從momentiveperformancematerials獲得并以商品名nxt出售的那些。nxt是硫代羧酸酯硅烷和更廣義種類的封端巰基硅烷的實(shí)例。合適的硅烷還包括美國專利號6,608,125、7,078,551、7,074,876和7,301,042中描述的那些。

所述硅烷添加劑可以在組合物的加工中的任何點(diǎn)加入。在一個實(shí)施方案中，所述硅烷添加劑可以在擠出工藝過程中在擠出工藝中的任何點(diǎn)原位加入。在另一個實(shí)施方案中，在引入擠出機(jī)或其它加工設(shè)備之前，將硅烷加入到填料或填料組合物中。

除了硅烷之外，可以加入各種其它種類的功能化添加劑以改善填料和樹脂基質(zhì)之間的界面。功能化添加劑的其它實(shí)例包括有機(jī)金屬化合物如鈦酸酯和鋯酸酯(kenrich的ken-react)、鋁酸酯、超分散劑(lubrizol的solsperse)、馬來酸化的低聚物如馬來酸化聚丁二烯樹脂或苯乙烯馬來酸酐共聚物(crayvalley)、脂肪酸或蠟及其衍生物，以及離子或非離子表面活性劑。這些功能化添加劑可以以填料的1重量％至約15重量％；或約3-12重量％；甚至填料的約5至10重量％使用。

在一個實(shí)施方案中，所述填料如氮化硼和金屬氧化物以及硅烷添加劑可以在混合進(jìn)樹脂組合物時(shí)作為單獨(dú)的組分加入?？梢园ㄔ谒鰧?dǎo)熱組合物中的每種組分的量在本文中進(jìn)一步描述。

填料組合物

在其它實(shí)施方案中，所述填料組分可以作為包含一種或多種各自填料組分的填料組合物的一部分加入。在一個方面，所述填料作為氮化硼、硅烷和任選的一種或多種其它填料的共混物提供。

在一個實(shí)施方案中，所述填料作為氮化硼材料和硅烷的共混物提供。所述氮化硼和硅烷可以是上述那些中任一種?？梢酝ㄟ^將硅烷與氮化硼材料混合用硅烷處理氮化硼。硅烷的濃度可以為氮化硼的約0.1重量％至約6重量％；約0.5重量％至約5重量％；約1重量％至約4重量％；甚至約2重量％至約3重量％。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料作為氮化硼、金屬氧化物、硅烷添加劑和任選的其它填料的共混物或復(fù)合物提供。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料組合物包含包含如下物質(zhì)的共混組合物：氮化硼，存在量為約20重量％至約70重量％；金屬氧化物，存在量為約5重量％至約75重量％；和硅烷添加劑，存在量為約0.1重量％至約6重量％。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料組合物包含包含如下物質(zhì)的共混組合物：氮化硼，存在量為約5重量％至約60重量％；金屬氧化物，存在量為約15重量％至約60重量％；和硅烷添加劑，存在量為約0.5重量％至約5重量％。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料組合物包含包含如下物質(zhì)的共混組合物：氮化硼，存在量為約30重量％至約50重量％；金屬氧化物，存在量為約20重量％至約50重量％；和硅烷添加劑，存在量為約1重量％至約3.5重量％。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料組合物包含包含如下物質(zhì)的共混組合物：氮化硼，存在量為約35重量％至約45重量％；金屬氧化物，存在量為約30重量％至約40重量％；和硅烷添加劑，存在量為約1.5重量％至約2.5重量％。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料包含包含如下物質(zhì)的共混組合物：氮化硼，存在量為約5重量％至約40重量％；金屬氧化物，存在量為約5重量％至約50重量％；和硅烷添加劑，存在量為約1重量％至約4重量％。在此如同說明書和權(quán)利要求中的其它地方，數(shù)值可結(jié)合形成新的和未公開的范圍。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料作為氮化硼和滑石的共混物提供。在另一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料作為氮化硼、滑石和硅烷的共混物提供。所述氮化硼、滑石和硅烷可以是本文所描述的那些中任一種。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料作為石墨和滑石的共混物提供。在另一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料作為石墨、滑石和硅烷的共混物提供。在一個實(shí)施方案中，所述填料可進(jìn)一步包含石墨粉末。所述石墨粉末可以是天然石墨薄片或合成石墨。所述石墨薄片也可以任選地剝離或表面增強(qiáng)。所述石墨、滑石和硅烷可以是本文所描述的那些中任一種。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料作為氮化硼和石墨的共混物提供。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料作為(a)氮化硼、石墨或其組合和(b)選自滑石、云母、碳酸鈣、硅灰石或其兩種或更多種的組合的礦物質(zhì)的共混物提供。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料進(jìn)一步包含(c)硅烷。所述氮化硼、石墨、礦物質(zhì)和硅烷可以是本文所描述的那些中任一種。

在一個實(shí)施方案中，所述滑石可以具有至少20的縱橫比。所選擇的滑石等級可以是微晶級或宏晶級。mistron400c是微晶級，而luzenac等級是宏晶級，如制造商表征的。根據(jù)制造商的估計(jì)，微晶滑石等級具有較低的縱橫比，通常為約10至20。luzenac8230估計(jì)約為25的縱橫比，而luzenachart84的縱橫比估計(jì)約為150。

在一個實(shí)施方案中，氮化硼、石墨或其組合可以以高達(dá)40重量％，高達(dá)約50重量％，高達(dá)約60重量％，高達(dá)約70重量％，高達(dá)約80重量％，高達(dá)約85重量％，高達(dá)約90重量％，高達(dá)約95重量％，高達(dá)約98重量％，甚至高達(dá)約99重量％的量提供。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼或石墨可以以約5重量％至約40重量％；約5重量％至約50重量％；約5重量％至約60重量％；約5重量％至約70重量％；約5重量％至約80重量％；約5重量％至約85重量％；約5重量％至約90重量％；約5重量％至約95重量％；或約5重量％至約95重量％的量提供。

在一個實(shí)施方案中，滑石可以以高達(dá)約60重量％，高達(dá)約70重量％；高達(dá)約80重量％，高達(dá)約85重量％，高達(dá)約90重量％，甚至高達(dá)約95重量％的量提供。在一個實(shí)施方案中，所述滑石可以以約5重量％至約60重量％；約5重量％至約65重量％；約5重量％至約70重量％；約5重量％至約75重量％；約5重量％至約80重量％；約5重量％至約85重量％；約5重量％至約90重量％；約5重量％至約95重量％的量提供。

在一個實(shí)施方案中，可以通過將硅烷與氮化硼材料混合用硅烷處理氮化硼。硅烷的濃度可以為氮化硼的約0.1重量％至約6重量％；約0.5重量％至約5重量％；約1重量％至約4重量％；甚至約2重量％至約3重量％。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料進(jìn)一步包含硅灰石。在一個實(shí)施方案中，所述硅灰石可以以高達(dá)約30重量％或約60重量％的量提供。在一個實(shí)施方案中，硅灰石可以以約0至約60重量％，約0.1重量％至約60重量％；約1重量％至約60重量％；約2重量％至約60重量％；和約5重量％至約60重量％的量提供。在一個實(shí)施方案中，硅灰石可以以約0至約30重量％，約0.1重量％至約30重量％；約1重量％至約30重量％；約2重量％至約30重量％；和約5重量％至約30重量％的量提供。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱填料進(jìn)一步包含選自如下物質(zhì)的額外的填料組分：玻璃纖維，玻璃薄片，粘土，剝離粘土，碳酸鈣，云母，硅灰石，粘土，剝離粘土，氧化鋁，氮化鋁，鋁、銅、青銅或黃銅或其兩種或多種的組合的金屬粉末或薄片，碳、石墨、鋁、銅、青銅、黃銅、碳化硅、氮化硅、氮化鋁、氧化鋁、氧化鋅或其兩種或更多種的組合的纖維或晶須，碳納米管，石墨烯，氮化硼納米管，氮化硼納米片，氧化鋅納米管，或其兩種或更多種的組合。

在一個實(shí)施方案中，所述額外的填料組分可以以高達(dá)約30重量％或約60重量％的量提供。在一個實(shí)施方案中，硅灰石可以以約0至約60重量％，約0.1重量％至約60重量％；約1重量％至約60重量％；約2重量％至約60重量％；和約5重量％至約60重量％的量提供。在一個實(shí)施方案中，硅灰石可以以約0至約30重量％，約0.1重量％至約30重量％；約1重量％至約30重量％；約2重量％至約30重量％；和約5重量％至約30重量％的量提供。

共混的填料組合物可以任選地包括其它填料組分，包括但不限于玻璃纖維，玻璃薄片，粘土，剝離粘土或其它高縱橫比的纖維、棒或薄片，碳酸鈣，氧化鋅，氧化釔，氧化鎂，二氧化鈦，碳酸鈣，滑石，云母，硅灰石，氧化鋁，氮化鋁，石墨，金屬例如鋁、銅、青銅、黃銅等的粉末，碳、石墨、碳化硅、氮化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鋅的纖維或晶須，納米級纖維如碳納米管、石墨烯、氮化硼納米管、氮化硼納米片、氧化鋅納米管等，或其兩種或更多種的組合。所述額外的填料組分在共混的填料中可以以約0至約30重量％，約0.1重量％至約30重量％，約1重量％至約25重量％，約5重量％至約20重量％，甚至約10至約15重量％的量存在。

在一個實(shí)施方案中，所述共混的填料組合物包含氮化硼、金屬氧化物、硅烷添加劑和玻璃纖維或玻璃薄片。如本文所用，“玻璃纖維”也可以指并將包括玻璃薄片。

所述復(fù)合物或共混的填料組合物可以通過混合填料組合物中的各種組分的任何合適的方法來制備。在一個實(shí)施方案中，將氮化硼、金屬氧化物和任選的額外的填料在共混器中混合在一起，并將硅烷添加劑引入所述共混器中。所述復(fù)合物或共混的填料組合物可以是各組分材料基本均勻的混合物或共混物。例如，這些共混物可以在v-共混器中進(jìn)行，其中條件是將液體引入所述共混器中。可以選擇各種類型的增強(qiáng)棒用于v-共混器以最佳地混合各種填料。所述共混器可以作為簡單的滾筒操作，而不需要在整個或部分共混循環(huán)中操作增強(qiáng)棒來保持易碎填料如氮化硼附聚物、陶瓷或玻璃纖維等的完整性。其它合適的實(shí)例可以是帶式共混器、槳式共混器、滾筒機(jī)等。

氮化硼和硅烷(和任選的其它填料，例如金屬氧化物)的共混物可以在引入樹脂組合物中之前進(jìn)行處理以將硅烷共價(jià)結(jié)合到填料上。這可以通過使氮化硼與硅烷的共混物經(jīng)受水解硅烷并使水解的硅烷與填料表面反應(yīng)的條件來實(shí)現(xiàn)。在一個實(shí)施方案中，處理所述共混的填料可以通過將材料暴露于濕氣和熱來進(jìn)行。雖然不受任何具體理論的束縛，但是熱處理包含氮化硼和硅烷的共混物的填料可以使硅烷在填料上縮合，并使硅烷與填料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和結(jié)合。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在在樹脂組合物中使用前熱處理所述共混的填料組合物可以提高所述組合物的熱導(dǎo)率。雖然在能夠?qū)⒐柰榕c填料結(jié)合的樹脂組合物的加工過程中，所述共混的填料可以暴露于溫度，但是未與填料結(jié)合的硅烷材料在高的加工溫度下可能會蒸發(fā)。

在一個實(shí)施方案中，氮化硼和硅烷的共混物可以通過在對流烘箱中在50℃加熱72小時(shí)來進(jìn)行處理。在另一個實(shí)施方案中，包含氮化硼、金屬氧化物和任選的玻璃纖維和硅烷的填料共混物可在60℃下熱處理4小時(shí)。在一個實(shí)施方案中，在80℃下熱處理2小時(shí)。在一個實(shí)施方案中，熱處理在受控的水分條件下進(jìn)行。在一個實(shí)施方案中，熱處理在50℃和50％相對濕度下進(jìn)行24小時(shí)。

所述填料組合物可以具有按照用于特定目的或預(yù)期應(yīng)用所需的顏色。在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物外觀為白色的。如本文所用，當(dāng)具有使用d65光源和2度或10度觀察器在l*、a*、b*空間中測量的顏色時(shí)，所述填料組合物被認(rèn)為是“白色”的，其中l(wèi)*大于90，a*在-1.3至1.3之間，和b*在-2.5至2.5之間。在一個實(shí)施方案中，所述填料的顏色使得l*大于92，a*在-1.0至1.0之間，b*在-2.0至2.0之間。取決于最終的樹脂產(chǎn)品的應(yīng)用，可以提供其它顏色。在一個實(shí)施方案中，所述填料組合物具有至少85的l*值，a*值在-1.5至1.5之間，和b*值在-3.0至3.0之間。顏色可以通過任何合適的方法測量。在一個實(shí)施方案中，顏色用minolta分光光度計(jì)模型cm2002進(jìn)行測量。將粉末放置在足夠大的干凈的石英燒杯中以覆蓋源和檢測器并放置在儀器上用于測量。儀器使用標(biāo)準(zhǔn)的d65光源，并用2°或10°觀察器進(jìn)行測量。

導(dǎo)熱樹脂組合物

所述導(dǎo)熱塑料組合物可包含約20至約80重量％的聚合物基質(zhì)，約30至約70重量％的聚合物基質(zhì)，約35至約65重量％的聚合物基質(zhì)，甚至約為約42-約58重量％的聚合物基質(zhì)，和約20至約80重量％的導(dǎo)熱填料，約25至約65重量％的導(dǎo)熱填料，約30至約58重量％的導(dǎo)熱填料，甚至約35至約55重量％的導(dǎo)熱填料。在一個實(shí)施方案中，導(dǎo)熱填料的總濃度為約60重量％或更少；約55重量％或更少；甚至約50重量％或更少。組合物中聚合物基質(zhì)的體積百分?jǐn)?shù)(v/v)可以在20％至約90％，30％至約80％，40％至約70％，甚至35％至約65％的范圍內(nèi)；并且導(dǎo)熱填料的體積可以在10％至約80％，15％至約65％，20％至約50％，甚至25％至約45％的范圍內(nèi)。穿過平面的熱導(dǎo)率使用利用基于所述組合物的理論比熱容(cp)值的激光閃光法(astme1461)在遠(yuǎn)離模塑澆口方向的astm標(biāo)準(zhǔn)狗骨(dog-bone)的標(biāo)簽部分的中心進(jìn)行測量。面內(nèi)熱導(dǎo)率通過構(gòu)造來自與所述穿過平面測量方法相同位置的層壓樣品進(jìn)行測量，其中所述層壓樣品構(gòu)造成可以在流動方向上或垂直于流動方向上測量狗骨樣品的平面中的熱導(dǎo)率。分別根據(jù)astm標(biāo)準(zhǔn)d638和d256，在instronutm上測量拉伸性能和在tmi沖擊試驗(yàn)機(jī)上測量沖擊強(qiáng)度。對于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，配混在brabenderplasticorder分批混合器中進(jìn)行。將所述配混的樣品壓縮模塑為<0.4mm，使用特殊樣品保持器和面內(nèi)掩模(netzschinstruments)，使用改進(jìn)的激光閃光法測量面內(nèi)熱導(dǎo)率。對于給定的組合物，測量面內(nèi)熱導(dǎo)率的兩種方法都產(chǎn)生相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。

在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含約20重量％至約60重量％，約25重量％至約50重量％，甚至約30重量％至約42重量％的量的氮化硼。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物包含約30至約40重量％的氮化硼。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼填料包含氮化硼附聚物。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼填料包含氮化硼小片。在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含26.2重量％的片狀bn、13.4重量％的氧化鋅和15.4重量％的玻璃纖維，余量為樹脂。在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含20重量％的bn和30重量％的玻璃纖維。在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含24重量％的bn和30重量％的玻璃纖維。在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含35重量％的bn和20重量％的玻璃纖維。在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含31.2重量％的bn、19.4重量％的zno和2.3重量％的gf。在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含20重量％的bn和50重量％的zno。在此如同說明書和權(quán)利要求中的其它地方，數(shù)值可結(jié)合形成新的和未公開的范圍。

在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱塑料組合物包含氮化硼、金屬氧化物如氧化鋅等、硅烷、氧化鎂和任選的玻璃纖維或玻璃薄片作為導(dǎo)熱填料。在一個實(shí)施方案中，所述組合物包含約30至約40重量％的氮化硼、約5至約20重量％的金屬氧化物氧化鋅、約0.1重量％至約5重量％的硅烷和0至約10重量％的玻璃纖維或玻璃薄片。所述導(dǎo)熱塑料組合物中的填料組分例如氮化硼、金屬氧化物、硅烷、玻璃纖維等的量是指最終塑料組合物的量，不考慮填料組分是單獨(dú)添加或作為共混的填料組合物的一部分添加。

所述導(dǎo)熱組合物可表現(xiàn)出優(yōu)異的熱導(dǎo)率。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物的面內(nèi)熱導(dǎo)率為約2w/mk或更大；約3.5w/mk或更大；約5w/mk或更大；甚至約10w/mk或更大。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物包含氮化硼附聚物并且具有約0.8w/mk或更大，約0.9w/mk或更大，約1.0w/mk或更大，1.3w/mk或更大，甚至約1.5w/mk或更大的穿過平面的熱導(dǎo)率。在一個實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱組合物具有的面內(nèi)熱導(dǎo)率與穿過平面的熱導(dǎo)率之比為約3.5:1或更低；約3.25:1或更低；約3:1或更低；甚至約2.5:1或更低。

所述組合物的密度可以按照特定目的或預(yù)期用途的需要進(jìn)行調(diào)整。在一個實(shí)施方案中，所述組合物具有約1.7g/cm³或更小的密度。

擠出機(jī)螺桿和擠出導(dǎo)熱塑料的方法

導(dǎo)熱組合物和由這些組合物形成的制品可以使用混合、共混和配混技術(shù)例如擠出配混法制備。塑料材料的擠出配混通常采用擠出機(jī)螺桿來共混聚合物組合物并將材料輸送到模頭。螺桿可以包括但不限于單螺桿或雙螺桿。雙螺桿可以包含同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿、反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿、同向旋轉(zhuǎn)相互嚙合的雙螺桿等。在一個實(shí)施例中，所述擠出配混法可以使用雙螺桿配混擠出機(jī)。

圖1是適合根據(jù)本發(fā)明的方面使用的擠出機(jī)系統(tǒng)100的示意圖。擠出機(jī)100包括限定空腔112的殼體110，在其中將聚合材料和填料引入、配混或共混到熔體中并進(jìn)行輸送。所述擠出機(jī)包括位于入口或進(jìn)料喉部122上方的料斗120。所述聚合物材料通常通過料斗120引入擠出機(jī)。如本文進(jìn)一步詳細(xì)討論的，包括氮化硼的填料可以通過料斗120引入擠出機(jī)。所述擠出機(jī)包括用于輸送和共混所述聚合材料的螺桿130。本文進(jìn)一步更詳細(xì)描述螺桿各方面。擠出機(jī)可以包括其他組件，包括通風(fēng)口如大氣通風(fēng)口140和真空通風(fēng)口150，以釋放在加工過程中擠出機(jī)腔中積聚的壓力，或者在將材料引入模具或模頭如線模頭或異型體中之前重新加壓該系統(tǒng)。擠出機(jī)還可包括根據(jù)需要以在料斗120的下游位置將材料引入擠出機(jī)中的其它進(jìn)口或側(cè)進(jìn)料器。螺桿將聚合材料通過擠出機(jī)輸送到出口160，在此所述聚合材料離開擠出機(jī)并被引入模腔170以形成所需形狀的塑料制品。在一個實(shí)施方案中，所述配混的塑料通過線模頭離開擠出機(jī)，以形成例如直徑約1mm至約5mm的連續(xù)線，然后將其進(jìn)料到造粒機(jī)中以形成小球。在二次操作中，如注射模塑或壓縮模塑，所述小球可以形成為最終期望的形狀。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用簡單地包含輸送元件和捏合元件的常規(guī)通用螺桿構(gòu)造將氮化硼配混到塑料組合物中導(dǎo)致氮化硼填料在聚合物基質(zhì)中分散不足，在進(jìn)料喉處的材料回投、沖擊和模頭出口堵塞，特別是在較高的填料負(fù)荷下。

在一個實(shí)施方案中，用于配混包含氮化硼的導(dǎo)熱塑料組合物的螺桿構(gòu)型在將氮化硼顆粒引入擠出機(jī)的位置包含鏟元件。在一個實(shí)施方案中，所述氮化硼填料可以與聚合物材料一起引入擠出機(jī)中，并且所述擠出機(jī)螺桿配置成使其包含鄰近入口或在入口附近的鏟元件(例如，在圖1的擠出機(jī)的料斗120和進(jìn)料喉122附近)。在一個實(shí)施方案中，所述擠出機(jī)可以包含側(cè)進(jìn)料器，在側(cè)進(jìn)料器中具有單獨(dú)螺桿，用于將材料輸送到主擠出機(jī)主體中。在一個實(shí)施方案中，所述側(cè)進(jìn)料器螺桿包含用于將氮化硼材料輸送到主擠出機(jī)中的聚合物混合物中的鏟元件。在另一個實(shí)施方案中，螺桿構(gòu)型還包含一對分式葉片混合元件(fme)、攪拌器元件、螺桿混合元件、渦輪混合元件或其兩種或更多種的組合，以便于將填料分散到聚合物混合物中。在一個實(shí)施方案中，所述螺桿包含一對或多對正向和反向fme。在另一個實(shí)施方案中，所述螺桿包含攪拌器元件。合適的螺桿元件由steeramerica可得。

圖2示出了用于配混包含氮化硼填料的導(dǎo)熱塑料組合物的螺桿構(gòu)型的一個實(shí)施方案。在圖2中，氮化硼填料通過入口122引入擠出機(jī)中。螺桿200包含在入口122處或附近位置處的鏟元件210，并且鏟元件部分在入口的下游延伸。所述螺桿包含在鏟元件的下游的輸送元件212部分，以沿?cái)D出機(jī)輸送材料。提供捏合元件214部分以熔融和捏合塑料材料。所述螺桿進(jìn)一步包含分式葉片混合元件216部分。如圖2所示，分式葉片混合元件216包括具有正向分式混合元件的部分216a和包含反向分式混合元件的部分216b。當(dāng)捏合元件214適合于熔融塑料時(shí)，捏合部分可能不能充分地將填料分散到整個聚合物熔體中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分式混合元件216有助于幫助氮化硼顆粒在聚合物熔體中的分散。圖2中的螺桿進(jìn)一步包括鄰近fme216的中性捏合塊218部分。所述中性捏合塊可進(jìn)一步促進(jìn)分散并且可以增加熔體在fme塊處的停留時(shí)間，以確保材料的良好分散。

在一個實(shí)施例中，螺桿的捏合元件部分可以是螺桿元件的長度的約10％至約20％；螺桿長度的約12％至約18％；甚至螺桿長度的約13％至約16％。

圖3-5示出了在處理導(dǎo)熱塑料組合物中使用的擠出機(jī)系統(tǒng)的其它實(shí)施方案。如圖3所示，所述系統(tǒng)包括螺桿構(gòu)型300。所述系統(tǒng)和螺桿構(gòu)型適合于制造其中填料在與將聚合物材料引入擠出機(jī)的位置分開的位置和下游引入的材料的方法。如圖3所示，螺桿300包含位于入口122下游的捏合元件312部分和位于捏合元件下游的分式混合元件316部分。分式混合元件部分包含具有正向分式混合元件的部分316a和反向分式混合元件的部分316b。螺桿300包含螺桿混合元件318和與分式混合元件316相鄰和下游的渦輪混合元件320。所述擠出機(jī)系統(tǒng)包含用于將導(dǎo)熱填料引入擠出機(jī)的側(cè)進(jìn)料器180(圖5)。

圖4示出了用于本發(fā)明各方面的螺桿構(gòu)型的另一實(shí)施方案。螺桿350包括輸送元件352、356和358與捏合元件356。圖4中的螺桿包括攪拌器元件360，而不是在圖3的螺桿300中包括的分式混合元件。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，攪拌器元件可以提供填料與聚合物材料的良好混合，使得填料在聚合物基質(zhì)內(nèi)良好分散，而不降解氮化硼附聚物。螺桿350進(jìn)一步包括螺桿混合元件362和渦輪元件364。

應(yīng)當(dāng)理解，合適的螺桿不限于圖2-4的實(shí)施方案，并且可以切換各種螺桿元件。例如，在一個實(shí)施方案中，可以提供類似于圖2的螺桿，但是分式混合元件可以用攪拌器元件代替。此外，在這些構(gòu)型中使用的鏟元件可以具有單個葉片或者可以是雙葉片的。fme可以由其他等效元件替代，使該元件的峰值剪切最小化并提供跨越該元件的相對均勻的剪切。fme可以有四個葉片，但可能有三個葉片，或五個或更多葉片。當(dāng)加工片狀氮化硼等級(其中不關(guān)心團(tuán)聚體分解)時(shí)，可通過在fme的上游或下游加入分式捏合塊(fkb)進(jìn)一步改善分散。還可以通過添加多個fme或多組fme、sme和tme來改進(jìn)分散。

如圖5所示，側(cè)進(jìn)料器位于料斗120和入口122的下游以及捏合元件312的下游。所述側(cè)進(jìn)料器包含用于將材料引入擠出機(jī)殼體112的進(jìn)料口184。側(cè)進(jìn)料器可包括用于通過進(jìn)料口184將填料輸送到擠出機(jī)中的螺桿元件182。側(cè)進(jìn)料器螺桿182包含用于將導(dǎo)熱填料輸送到主擠出機(jī)主體中的鏟元件。(我們?yōu)g覽下面的圖5-180和182嗎？)

在一個實(shí)施方案中，使用例如圖3-5所示的擠出機(jī)系統(tǒng)用于加工包含氮化硼附聚物的組合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使氮化硼附聚物經(jīng)歷用于熔融和捏合聚合物的捏合元件會導(dǎo)致附聚物分解，這會降低或破壞這些材料的各向同性行為。在某些應(yīng)用中，可能期望模塑品在面內(nèi)和在穿過平面的方向上均表現(xiàn)出良好的熱導(dǎo)率。圖3和圖4的擠出機(jī)系統(tǒng)允許通過捏合元件的作用形成聚合物熔體。然后可以將氮化硼附聚物引入并分散到聚合物熔體中，而無需經(jīng)受在捏合部分中形成熔體所需的力。這允許氮化硼附聚物作為附聚物保持，以提供具有良好的面內(nèi)和穿過平面的熱導(dǎo)率的組合物。

擠出機(jī)螺桿的速度可以按照特定目的或預(yù)期用途的需要進(jìn)行選擇。螺桿速度可用于控制材料通過擠出機(jī)輸送的速度、塑料和填料經(jīng)受的剪切速率和剪切應(yīng)力的程度，并可影響材料的混合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使用根據(jù)本發(fā)明的各方面和實(shí)施方案的螺桿構(gòu)型加工氮化硼附聚物，即使在高的螺桿速度下也可獲得具有高的穿過平面的熱導(dǎo)率的塑料組合物。在實(shí)施方案中，40mm的雙螺桿擠出機(jī)上的螺桿速度可為約100rpm至約1,000rpm；約150rpm至約800rpm；約200rpm至約600rpm；甚至約300rpm至約500rpm。在一個實(shí)施方案中，螺桿速度為約100rpm至約500rpm。在另一個實(shí)施方案中，螺桿速度為約100rpm至約450rpm。在又一個實(shí)施方案中，螺桿速度為約100rpm、約150rpm、約400rpm、約500rpm、甚至約800rpm。基于螺桿邊緣處的尖端速度，螺桿速度可以根據(jù)其它擠出機(jī)尺寸調(diào)整。在此如同說明書和權(quán)利要求中的其它地方，范圍可結(jié)合形成新的和未公開的范圍。當(dāng)使用片狀氮化硼等級時(shí)，上述實(shí)施方案還能夠?qū)崿F(xiàn)良好的分散性和高的面內(nèi)熱導(dǎo)率。在具有多種導(dǎo)熱或增強(qiáng)填料的配制劑中，上述實(shí)施方案可保持易碎填料如陶瓷或玻璃纖維的形狀。

除了上述擠出螺桿構(gòu)型的細(xì)節(jié)之外，擠出機(jī)的其它特性可在用于商業(yè)上可行的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)必需的最終產(chǎn)品性能或加工生產(chǎn)能力方面發(fā)揮作用。兩個這樣的關(guān)鍵因素是直徑比和筒體與螺桿之間的公差。稱為do/di的直徑比是螺桿的外徑與內(nèi)徑之比，決定了擠出機(jī)中可用于處理材料的自由體積。直徑比越高，擠出機(jī)中可用的自由體積越多，這意味著來自設(shè)備的更高的產(chǎn)量。高產(chǎn)量使加工成本最小化，這對于制造具有成本效益的商業(yè)產(chǎn)品是重要的。螺桿對筒體的公差決定了在擠出機(jī)中經(jīng)受高剪切環(huán)境的材料分?jǐn)?shù)。公差越緊密(越小)，在過程中經(jīng)受高剪切的材料分?jǐn)?shù)越低。

在一個實(shí)施方案中，擠出在steeromega系列40mm擠出機(jī)中進(jìn)行。omega系列具有的do/di比為1.71，明顯高于工業(yè)中常用的1.49或1.55比率。與具有1.49或1.55的比率的相似尺寸的設(shè)備相比，1.71的比率使加工速度更快，產(chǎn)量更高。omega系列的螺桿和筒體之間還具有非常緊密的公差。在40mm的筒體上，螺桿外徑為39.7mm，這表示在筒體和螺桿之間的每一側(cè)上間隙為0.15mm，比通常使用的0.3-0.5mm公差顯著更緊密。這種緊密的公差確保了材料中只有可忽略的部分(如果有的話)經(jīng)受擠出機(jī)中最高的剪切速率區(qū)域，其為螺桿和筒體之間的間隙。

擠出工藝的溫度可以基于被加工的聚合物材料和填料進(jìn)行選擇。

制品

所述熱塑性組合物和制備這種組合物的方法可以用于形成可用于各種應(yīng)用的模塑制品。所述制品可以按照特定目的或預(yù)期用途的需要成型為各種形式。在一個實(shí)施方案中，所述制品可以形成用于各種應(yīng)用中熱管理的散熱器結(jié)構(gòu)的一部分，所述多個應(yīng)用包括照明組件、電池系統(tǒng)、傳感器和電子部件、便攜式電子設(shè)備如智能電話、mp3播放器、移動電話、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等。

雖然已經(jīng)關(guān)于詳細(xì)描述和各種實(shí)施方案描述了本發(fā)明技術(shù)的各方面，但是參考以下實(shí)施例可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的其它方面。這些實(shí)施例僅用于進(jìn)一步說明本發(fā)明可能的實(shí)施方案的目的，并不意圖限制本發(fā)明或所附權(quán)利要求書的范圍。

實(shí)施例

塑料組合物，包含momentivebn粉末等級和塑料材料如聚碳酸酯(pc-sabiclexanhf1110)或尼龍(pa6-chemlon212或212h，pa66-chemlon100，來自teknorapex)，在位于俄亥俄州uniontown的steeramerica應(yīng)用開發(fā)中心steer擠出機(jī)上，在具有l(wèi)/d約為40-50的20mm和40mm的雙螺桿擠出機(jī)上進(jìn)行配混。樣品在vandorn55-ton注射模塑設(shè)備上注射模塑，制成astm標(biāo)準(zhǔn)的狗骨(1/8”厚)以測試熱導(dǎo)率和拉伸性能，并制成棒以評估材料的沖擊強(qiáng)度。

包含熱塑性樹脂和各種導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱組合物在雙螺桿擠出機(jī)(直徑為20mm或40mm)中配混，并在1英寸/秒下使用搭接澆口注射模塑astm標(biāo)準(zhǔn)狗骨。穿過平面的熱導(dǎo)率使用利用基于所述組合物的理論比熱容(cp)值的激光閃光法(astme1461)在遠(yuǎn)離模塑澆口方向的astm標(biāo)準(zhǔn)狗骨的標(biāo)簽部分的中心進(jìn)行測量。面內(nèi)熱導(dǎo)率通過構(gòu)造來自與所述穿過平面測量方法相同位置的層壓樣品進(jìn)行測量，其中所述層壓樣品構(gòu)造成可以在流動方向上或垂直于流動方向上測量狗骨樣品的平面中的熱導(dǎo)率。分別根據(jù)astm標(biāo)準(zhǔn)d638和d256，在instronutm上測量拉伸性能和在tmi沖擊試驗(yàn)機(jī)上測量沖擊強(qiáng)度。對于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，配混在brabenderplasticorder分批混合器中進(jìn)行。將所述配混的樣品壓縮模塑為<0.4mm，使用特殊樣品保持器和面內(nèi)掩模(netzschinstruments)，使用改進(jìn)的激光閃光法測量面內(nèi)熱導(dǎo)率。

注射模塑的狗骨樣品使用圖2-4和6的擠出機(jī)螺桿制備。圖2-4的螺桿構(gòu)型示出了本發(fā)明的實(shí)施方案并已經(jīng)進(jìn)行描述。圖6的螺桿配置400表示用于擠出塑料材料的常規(guī)螺桿構(gòu)型，并且包括多個輸送元件410和捏合塊部分420以提供聚合物熔體。使用圖2和圖5的螺桿制備的樣品在入口122處引入聚合物材料和氮化硼填料。在圖3和4中的184處用于將填料引入擠出機(jī)的側(cè)進(jìn)料器包括包含鏟元件的螺桿。在這些實(shí)施例中，圖2-4的螺桿構(gòu)型分別被稱為構(gòu)型1、2和3，并且圖6的螺桿構(gòu)型是標(biāo)識為c1的比較螺桿。使用螺桿c1制備比較例1-5(比較例1-5)。實(shí)施例1-17是說明根據(jù)本發(fā)明的方面和實(shí)施方案的非限制性實(shí)施方案的實(shí)施例。

實(shí)施例1-3

使用表1所示的螺桿構(gòu)型和條件制備包含氮化硼附聚物的導(dǎo)熱聚碳酸酯組合物。

表1

如表1所示，使用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的各方面的螺桿構(gòu)型產(chǎn)生比用常規(guī)螺桿生產(chǎn)的那些具有顯著更高的穿過平面的熱導(dǎo)率的組合物。如表1所示，使用根據(jù)本技術(shù)的各方面的螺桿，任何地方穿過平面的熱導(dǎo)率均從約17％增至約36％。d90數(shù)據(jù)顯示，使用根據(jù)本技術(shù)各方面的擠出機(jī)螺桿允許更大保留附聚物尺寸，這可有助于組合物中更大的穿過平面的熱導(dǎo)率。

實(shí)施例4-6

根據(jù)表2所示的組合物制備包含尼龍樹脂和氮化硼填料的導(dǎo)熱組合物。

表2

如表2所示，使用根據(jù)本發(fā)明各方面的擠出機(jī)螺桿提供了具有更高的穿過平面的熱導(dǎo)率的組合物。

還評估了各種組合物的面內(nèi)熱導(dǎo)率。表3示出了比較例3-5和實(shí)施例3-5的面內(nèi)熱導(dǎo)率、穿過平面的熱導(dǎo)率、面內(nèi)熱導(dǎo)率與穿過平面的熱導(dǎo)率之比。

表3

如表3所示，使用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)各方面的擠出機(jī)螺桿形成的組合物表現(xiàn)出與使用常規(guī)擠出機(jī)螺桿制備的那些相當(dāng)?shù)拿鎯?nèi)熱導(dǎo)率，但具有較高的穿過平面的熱導(dǎo)率和較低的面內(nèi)與穿過平面的熱導(dǎo)率之比。

實(shí)施例7-16

制備下表4中的實(shí)施例7-16，使用brabenderplasti-corder分批混合器將其配混成尼龍5樹脂。將配混的樣品壓縮模塑為薄膜(約0.3mm厚)，并用使用面內(nèi)樣品掩模(netzschinstruments)的改進(jìn)的激光閃光法測量面內(nèi)熱導(dǎo)率。

表4

如表4所示，在顯著更低的bn含量下可以實(shí)現(xiàn)5.0w/mk的熱導(dǎo)率。鑒于bn的價(jià)格是玻璃纖維或氧化鋅的近30倍，bn含量從約50重量％降低到約31重量％代表導(dǎo)熱組合物的成本降低近40％。實(shí)施例7-13的組合物可以以比對比例6低約20％至約55％的成本制備。

實(shí)施例17-20

實(shí)施例17-20示出了具有和不具有乙烯基硅烷添加劑的導(dǎo)熱組合物。塑料組合物由具有氮化硼填料的聚碳酸酯樹脂形成。使用如圖3所示的螺桿構(gòu)型的雙螺桿擠出機(jī)配混所述組合物。氮化硼濃度和硅烷添加劑濃度示于表5中。

表5

表5中的數(shù)據(jù)顯示，硅烷添加劑用僅43重量％pt100能夠使熱導(dǎo)率等于50重量％pt100，代表bn負(fù)載減少14％。在43-44重量％下的粘度也明顯低于預(yù)期且與40重量％純pt100相當(dāng)。

實(shí)施例21-24

除了提供具有高熱導(dǎo)率的組合物之外，本發(fā)明的方法還提供了具有優(yōu)異機(jī)械性能的組合物。在實(shí)施例21-24中，使用圖3所示的螺桿將氮化硼配混到pa6樹脂中，其中nxt硅烷以3重量％(如果指示)的填料組合物負(fù)載并如前所述注射模塑。表6說明了組合物的各種性能。

表6

cf600和hcpl氮化硼粉末等級彼此相似，且表6示出了加入硅烷和使用玻璃纖維可顯著改善組合物的機(jī)械性能，包括例如組合物的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。

實(shí)施例25-26

通過將hcpl氮化硼、氧化鋅、二氧化鈦和硅烷加入到尼龍樹脂中并在brabenderplasti-corder混合碗中進(jìn)行混合來制備實(shí)施例25-26。表7顯示了樹脂的熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)。

表7

實(shí)施例27-35

實(shí)施例1-24通過在混合或配混時(shí)將填料組分和硅烷單獨(dú)加到樹脂組合物中來制備。

實(shí)施例25-33使用包含氮化硼、氧化鋅或二氧化鈦、任選的玻璃纖維、和硅烷的共混的填料組合物。氮化硼為cf600氮化硼，不同之處在于實(shí)施例26和29其中氮化硼為pt110。硅烷是nxt。通過將氮化硼、氧化鋅、任選的玻璃纖維和硅烷使用具有液體分配增強(qiáng)棒的v-混合器共混以共混所述填料組分和硅烷來制備填料組合物。然后將共混的填料加入到樹脂組合物中并模塑。實(shí)施例25-30的模塑樹脂通過使用brabenderplasti-corder分批混合器制備。將配混的樣品壓縮模塑為薄膜(約0.3mm厚)，并用使用采用面內(nèi)樣品掩模(netzschinstruments)的改進(jìn)的激光閃光法測量面內(nèi)熱導(dǎo)率。使用采用根據(jù)圖3的螺桿構(gòu)型的雙螺桿擠出機(jī)將實(shí)施例31-33進(jìn)行配混，然后注射模塑。表8示出了組合物的性能。

表8

實(shí)施例36-64

將用硅烷處理的氮化硼填料加入聚碳酸酯樹脂、尼龍樹脂或聚丙烯樹脂中的一種中，并使用brabenderplasti-corder混合碗混合。氮化硼為hcpl級。氮化硼以組合物的40重量％負(fù)載，并改變硅烷濃度。表9-11顯示了所述組合物的熱導(dǎo)率。

表9：聚碳酸酯中負(fù)載的氮化硼

表10:尼龍6中負(fù)載的氮化硼

表11:聚丙烯中負(fù)載的氮化硼

實(shí)施例65-70

共混的填料組合物用氮化硼、氧化鋅、任選的玻璃纖維和硅烷制備。硅烷是nxt。制備共混的填料并將其引入尼龍6樹脂中。引入到樹脂中的填料在共混填料進(jìn)行或不進(jìn)行在先熱處理的情況下引入。在引入到樹脂中之前進(jìn)行熱處理的填料組合物在對流烘箱中在50℃下熱處理72小時(shí)。表12顯示了所述組合物的熱導(dǎo)率。將表12中的組合物用brabenderplasti-corder配混。

表12

如表中所示，在使用之前熱處理共混的填料組合物可以提高樹脂組合物的熱導(dǎo)率。

對于下面所示的實(shí)施例，滑石和碳酸鈣(caco3)材料從imerys獲得；石墨從asburycarbons得到，硅灰石從nycominerals(s&bgroup)獲得。來自momentiveperformancematerials的cf600氮化硼用于以下所有實(shí)驗(yàn)。

實(shí)施例71-87

包含bn、石墨、滑石、碳酸鈣(caco3)和硅灰石的各種組合物如下面所討論。在實(shí)施例71-82中，使用nxt硅烷，但是實(shí)施例83-87中不使用硅烷。實(shí)施例71-85中使用的塑料樹脂為尼龍6，實(shí)施例86和87中使用聚碳酸酯樹脂。

下面的實(shí)施例71-87使用brabenderplasti-corder分批混合器在265℃下對尼龍6組合物，在280℃下對聚碳酸酯組合物以60rpm配混10分鐘。將配混的樣品壓縮模塑為薄膜(約0.3mm厚)，并用使用采用面內(nèi)樣品保持器和掩模(netzschinstruments)的改進(jìn)的激光閃光法測量面內(nèi)熱導(dǎo)率。對于少數(shù)實(shí)施例，也使用hotdisk法、使用平板測量模式測量面內(nèi)熱導(dǎo)率。

表13

表14

表15

表16

表17

上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施方案并且，明顯地，在閱讀和理解此說明書的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行其它的變化與改變。本發(fā)明和任何權(quán)利要求意在包括所有的變化和改變，只要它們在所述權(quán)利要求書或其等價(jià)物的范圍內(nèi)。