用于led散熱器應(yīng)用的導(dǎo)熱聚酰胺組合物的制作方法
【專利摘要】導(dǎo)熱聚酰胺組合物由至少一種聚酰胺材料、至少一種導(dǎo)熱填料和至少一種包含EAA蠟的金屬離聚物的潤滑劑形成。合適的導(dǎo)熱填料包括氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅、碳化硅和它們的混合物。該組合物還可以包含阻燃劑、增強(qiáng)填料、穩(wěn)定劑、和/或調(diào)色劑。該組合物可以用作用于驅(qū)散在LED照明中由LED芯片產(chǎn)生的熱的散熱器。
【專利說明】用于LED散熱器應(yīng)用的導(dǎo)熱聚酰胺組合物

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地涉及聚酰胺領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及包含導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱聚酰胺 組合物。

【背景技術(shù)】
[0002] 散熱器被用于LED照明中以驅(qū)散由LED芯片所產(chǎn)生的熱。通常，導(dǎo)熱金屬，例如鋁， 已經(jīng)被用作散熱器。已經(jīng)開發(fā)了導(dǎo)熱塑料來替代鋁作為散熱器?？缮藤彽膶?dǎo)熱塑料包括并 入聚酰胺46 (PA46)、液晶聚合物（LCP)、聚鄰苯二甲酰胺（PPA)或聚對苯硫醚（PPS)中的氮 化硼或氮化鋁填料。
[0003] 與鋁相比，導(dǎo)熱塑料具有優(yōu)點(diǎn)，例如設(shè)計(jì)自由、生產(chǎn)周期短、電隔離、較低的密度和 美觀的優(yōu)點(diǎn)。然而，在可商購的導(dǎo)熱塑料中的聚合物和填料是昂貴的，其已經(jīng)阻礙了它們的 米用。
[0004]需要具有良好電氣阻隔和介電性能，良好的機(jī)械和加工性能和低成本的導(dǎo)熱塑 料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是一種聚酰胺組合物，包含至少一種聚酰胺材料，至少一 種導(dǎo)熱填料和至少一種潤滑劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一種潤滑劑包括金屬硬脂 酸鹽、乙烯丙烯酸（EAA)蠟、EAA蠟的金屬離聚物、或其組合。
[0006] 本發(fā)明的另一實(shí)施方案是一種導(dǎo)熱聚酰胺組合物，包含至少一種低分子量聚酰 胺_6材料，至少一種選自氫氧化鎂、氧化鎂、氧化鋁、氧化鋅、粉煤灰、氮化硼、石墨和碳化 硅的導(dǎo)熱填料，和至少一種包括金屬硬脂酸鹽和EAA蠟的金屬離聚物的潤滑劑。在一個(gè)更 具體的實(shí)施方案中，所述金屬離聚物選自EAA蠟的鋅和鈣離聚物。在一個(gè)更具體的實(shí)施方 案中，所述組合物進(jìn)一步包含一種或多種以下物質(zhì)：阻燃劑、增強(qiáng)填料、穩(wěn)定劑和調(diào)色劑。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案是一種導(dǎo)熱聚酰胺組合物，包含10wt% -50wt%的至 少一種聚酰胺材料；50wt% -80wt%的至少一種導(dǎo)熱填料；和0. 5wt% -5wt%的至少一種 潤滑劑。在一個(gè)更具體的實(shí)施方案中，基于組合物的總重量，所述至少一種導(dǎo)熱填料包含 45wt% -80wt%的第一導(dǎo)熱填料，選自氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鋁、碳化硅和粉煤灰；和最多 5wt%的第二導(dǎo)熱填料，選自氮化硼和石墨。
[0008] 在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了由前述組合物制備的散熱器部件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是說明形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的聚酰胺組合物的方法的流程圖。
[0010] 圖2是說明形成根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的LED散熱器的方法的流程圖。
[0011] 圖3A顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案制備的示例性LED散熱器的透視圖。
[0012] 圖3B顯示了在圖3A中說明的LED散熱器的橫截面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明涉及可用于各種各樣的應(yīng)用（包括用于LED散熱器的制造）的導(dǎo)熱聚酰胺 組合物。另外的用途包括其它注塑成型組件。在很多情況下，在本文中描述的聚酰胺組合 物提供了電隔離性、至少中等的導(dǎo)熱率和良好的可加工性。
[0014] 在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)熱聚酰胺組合物包含低分子量聚酰胺-6材料和導(dǎo)熱填料。 在其它實(shí)施方案中，該組合物進(jìn)一步包含至少一種阻燃劑、至少一種潤滑劑、至少一種增強(qiáng) 填料、至少一種穩(wěn)定劑和至少一種調(diào)色劑的一種或多種。
[0015] 該組合物包含一種或多種聚酰胺樹脂。一個(gè)示例性的聚酰胺樹脂是低分子量聚酰 胺-6樹脂。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，所述低分子量聚酰胺-6樹脂根據(jù)ASTMD789的 測試方法具有小于約52甲酸粘度（"FAV"）的粘度，或在其它實(shí)施方案中，所述甲酸粘度可 以小于50FAV，小于45FAV，小于40FAV，小于35FAV或小于30FAV。在另一個(gè)示例性的實(shí)施 方案中，該低分子量聚酰胺-6樹脂具有約30FAV和約42FAV之間的粘度。其它示例性的聚 酰胺樹脂包括聚酰胺66、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺1010、聚酰胺46、聚酰胺56、聚酰胺 610、聚酰胺612、聚酰胺4T、聚酰胺6T、聚酰胺9T、聚酰胺10T、聚酰胺66/6共聚物。示例性 的樹脂包括Aegis?尼龍6樹脂，其包括Aegis?H35ZI樹脂和Aegis?H8202NLB樹脂， 可商購自HoneywellResinsandChemicals，Morristown，NJ。該組合物可以以基于組合 物的總重量低至 5wt. %、10wt· %、15wt. %、20wt· %、25wt. %，或高至 30wt. %、40wt· %、 45wt. %、50wt. %、60wt. %，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)的量包含至少 一種低分子量聚酰胺_6。
[0016] 該組合物可以包含一種或多種導(dǎo)熱填料，為組合物提供增大的導(dǎo)熱率。示例性的 導(dǎo)熱填料包括金屬氫氧化物（如氫氧化鎂）、金屬氧化物（如氧化鎂、氧化鋁和氧化鋅）、 粉煤灰、氮化硼、石墨、碳化硅和它們的混合物。示例性的導(dǎo)熱填料氫氧化鎂和氧化鎂提供 了低密度、低硬度和中等的導(dǎo)熱率。典型的氧化鎂包括具有大于〇.6g/ml的體密度（bulk density)的重氧化鎂和具有小于0.45g/ml的體密度的輕氧化鎂。示例性的導(dǎo)熱填料氮 化硼和石墨提供了低密度、低硬度和更高的導(dǎo)熱率。該組合物可以以基于組合物的總重量 低至30wt. %、40wt· %、50wt· %、55wt. %、60wt·%，或高至65wt. %、70wt· %、75wt.%、 80wt. %、85wt.%，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)的量包含至少一種導(dǎo)熱 填料。
[0017] 在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，該組合物可以以基于組合物的總重量低至70wt. %、 72wt. %、73wt. %、74wt. %、75wt. %、76wt. %,或高至 77wt. %、78wt. %、78.5wt· %、 80wt. %，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)的量包含至少一種導(dǎo)熱填料。以 相應(yīng)的體積百分?jǐn)?shù)計(jì)，前述組合物可以以基于組合物的總體積低至50. 5vol. %、51vol. %、 51·1νο1· %、52νο1· %、53νο1· %、54νο1· %、54·5νο1· %,或高至 55vol. %、56νο1· %、 57νο1. %、58νο1. %、59νο1. %、60νο1. %，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi) 的量包含至少一種導(dǎo)熱填料。
[0018] 在另一個(gè)具體的實(shí)施方案中，該組合物可以以基于組合物的總重量低至75wt. %、 77wt. %或高至78wt. %、78. 5wt. %，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)的量， 或以體積百分?jǐn)?shù)基于組合物的總體積低至51vol. %、51. 5vol. %、54. 5vol. %、57vol. %， 或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)包含至少一種導(dǎo)熱填料。
[0019] 該組合物可以包含第一導(dǎo)熱填料和第二導(dǎo)熱填料。該組合物可以包含至少一種 第一導(dǎo)熱填料，其選自氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鋁、碳化硅、粉煤灰和它們的混合物，其量基 于組合物的總重量低至 45wt. %、50wt· %、60wt· %，或高至 70wt. %、75wt. %、80wt· %， 或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。該組合物可以包含至少一種第二導(dǎo)熱填 料，選自氮化硼、石墨和它們的混合物，其量基于組合物的總重量低至〇.Iwt. %、0.5wt. %、 lwt. %、2wt. %,或高至 3wt. %、5wt. %、7wt. %、8wt. %、IOwt. %,或在前述值中任意一對 之間限定的任何范圍內(nèi)。
[0020] 高荷量的填料可能導(dǎo)致極其高的熔融粘度，削弱該組合物的加工性能。所述組 合物可以包含至少一種潤滑劑以提供更好的加工性能。示例性的潤滑劑包括金屬硬脂酸 鹽、馬來酸酐接枝聚丙烯（MAPP)蠟、乙烯丙烯酸（EAA)蠟、EAA蠟的金屬離聚物、和它們的 混合物。所述組合物可以包含至少一種潤滑劑，其量基于組合物的總重量低至〇.5wt. %、 lwt. %、3wt. %，或高至5wt. %、6wt. ^Awt^^lOwt. %，或在前述值中任意一對之間限定 的任何范圍內(nèi)。
[0021] 典型的潤滑劑是金屬硬脂酸鹽和EAA蠟的金屬離聚物的組合。示例性的金屬硬脂 酸鹽包括硬脂酸鈉、硬脂酸鈣和硬脂酸鋅、示例性的EAA蠟的金屬離聚物包括EAA蠟的鋅 離聚物，例如AC-295,和EAA錯(cuò)的I丐離聚物，例如AC-201，二者可由HoneywellSpecialty Products獲得。所述組合物可以包含金屬硬脂酸鹽,其量基于組合物的總重量為Owt. %、 0· 5wt. %、lwt. %、I. 5wt. %、2wt. %,或高至 2. 5wt. %、3wt. %、5wt. %、IOwt. %,或在前述 值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。所述組合物可以包含EAA蠟的金屬離聚物，其量為 Owt. %、0.5wt· %、lwt. %、1.5界1:· %、2wt. %,或高至 2.5wt. %、3wt. %、5wt. %、10wt· %, 或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。
[0022] 所述組合物可以包含至少一種阻燃劑，例如非鹵素阻燃劑。示例性的非鹵素阻燃 劑包括無機(jī)阻燃劑，例如氫氧化鎂和硼酸鋅，和有機(jī)阻燃劑，例如三聚氰胺多磷酸鹽和有機(jī) 亞膦酸鹽，和它們的混合物。示例性的阻燃劑包括ClariantExolit0P1312和1314,可 由ClariantInternationalLtd，Switzerland獲得，和CibaMelapur200_70,可由BASF SE,Ludwigshafen，Germany獲得。典型的阻燃劑為氫氧化鎂，其在加工過程中擁有高的 熱穩(wěn)定性。所述組合物可以包含至少一種阻燃劑，其量基于組合物的總重量低至〇wt. %、 0·lwt. %、lwt. %、5wt. %、10wt· %、15wt. %,或高至 20wt. %、25wt. %、30wt· %、35wt. %、 40wt. %、45wt. %、50wt. %，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。
[0023] 在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述組合物可以包含無機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑。所述 組合物可以包含無機(jī)阻燃劑，其量基于組合物的總重量低至〇wt. %、0.Iwt. %、0.5wt. %、 lwt. %、2wt. %、5wt. %、10wt· %,或高至 15wt. %、20wt· %、25wt. %、30wt· %、35wt. %、 40wt. %，或在前述值中任意一對之間限定任何的范圍內(nèi)，和有機(jī)阻燃劑，其量基于組合 物的總重量低至 〇wt. %、0.1wt· %、0.5wt· %、lwt. %、2wt. %，或高至 5wt. %、8wt. %、 9wt. %、10wt. %或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。
[0024] 所述組合物可以包含一種或多種增強(qiáng)填料。增強(qiáng)填料被用于提高機(jī)械性能。示例 性的增強(qiáng)填料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玻璃薄片（glassflakes)、四針狀氧化鋅 晶須、硼酸鎂晶須、硫酸鎂晶須、碳納米管、納米碳纖維、鈣硅石、滑石粉和粘土。所述組合物 可以包含一種或多種增強(qiáng)填料，其量基于組合物的總重量低至Owt. %、lwt. %、5wt. %，或 高至IOwt. %、15wt. ^JOwt^JSwt. %，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。
[0025] 所述組合物可以包含一種或多種穩(wěn)定劑，包括抗氧化劑和熱穩(wěn)定劑。示例性的抗 氧化劑包括Irganox?和Irgafos?系列抗氧化劑，包括Irganox?1098和Irgafos?168 抗氧化劑，可由BASFSE,Ludwigshafen，Germany獲得。示例性的熱穩(wěn)定劑包括碘化銅、碘 化鉀、溴化鉀、碘化鈉、氯化鉀、其它銅鹵化物和其它金屬鹵化物。所述組合物可以包含至少 一種熱穩(wěn)定劑，其量基于組合物的總重量低至Owt. %、0.05wt· %、0·lwt. %、0.2wt· %，或 高至0. 5wt. %、lwt. %、1.5wt. %、2wt. %，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。
[0026] 所述組合物可以包含一種或多種調(diào)色劑以對組合物著色。示例性的調(diào)色劑包括 作為白色調(diào)色劑的二氧化鈦和作為黑色調(diào)色劑的炭黑。所述組合物可以包含一種或多種 調(diào)色劑，其量基于組合物的總重量低至〇wt. %、0.05wt·KXlwt.K^wt. %，或高至 0. 5wt. %、lwt. %、1. 5wt. %、2wt. %，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施方案中，基于組合物的總重量，所述組合物包含約10_50wt. %的低 分子量聚酰胺-6，0_60wt. %的導(dǎo)熱填料，0-50wt. %的阻燃劑，0. 5-5wt. %的潤滑劑， 0.I-Iwt. %的穩(wěn)定劑，5-20wt. %的增強(qiáng)填料和0.I-Iwt. %的調(diào)色劑。在一個(gè)更具體的實(shí) 施方案中，基于組合物的總重量，所述0_50wt%的阻燃劑包含O-IOwt. %的有機(jī)阻燃劑和 0-40wt%的無機(jī)阻燃劑。
[0028] 所述組合物可以具有I. 3W/m*K或更大的層間（through-plane)熱導(dǎo)率。在其它實(shí) 施方案中，熱導(dǎo)率可以低至 〇. 7W/m*K、0. 8,W/m*K、lW/m*K、l. 3W/m*K、l. 5W/m*K，高至I. 8W/ m*K、2W/m*K、2. 3W/m*K、2. 5W/m*K或更高，或在前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)。
[0029] 所述組合物可以是電絕緣的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述組合物具有至少4kV/mm，至 少5kV/mm,至少kV/mm，至少10kV/mm，至少15kV/mm,至少20kV/mm,或在前述值中任意一對 之間限定的任何范圍內(nèi)的介電強(qiáng)度。
[0030] 所述組合物可以提供優(yōu)異的擠出和加工性能。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述組合物可 以在低至 230°C、240°C、250°C、260°C、265°C，高至 270°C、275°C、280°C、285°C、290°C，或在 前述值中任意一對之間限定的任何范圍內(nèi)的溫度下加工。示例性的加工步驟是擠出，例如 通過與27mm雙螺桿擠出機(jī)一起使用的五孔模的2mm直徑的圓孔擠出。在示例性的實(shí)施方 案中，當(dāng)與27_雙螺桿擠出機(jī)一起使用時(shí)，組合物可以連續(xù)和平穩(wěn)地?cái)D出而不阻塞五孔模 的2mm直徑的圓孔。
[0031] 圖1是說明形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的聚酰胺組合物的示例性方法100的流程 圖。如在框102中所示，導(dǎo)熱填料和其它添加劑在高速混合器中混合。在框104中，將呈樹 脂碎片（resinchips)形式的聚酰胺樹脂進(jìn)料到雙螺桿擠出機(jī)的喉部。在框106中，將來自 框102的混合的添加劑進(jìn)料到聚酰胺樹脂的熔體中。雙螺桿擠出機(jī)將添加劑并入熔體中， 形成如在框108中所示的導(dǎo)熱組合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，方法100的擠出溫度被保持在 聚酰胺樹脂的熔點(diǎn)之上并且在樹脂和添加劑的降解溫度之下。典型的溫度范圍是約230°C 至約280°C。雖然圖1使用了雙螺桿擠出機(jī)，但其它合適的混合方法，包括雙螺桿混合器、單 螺桿擠出機(jī)或混合器、Brabender混合器、乳輥、捏合機(jī)和軋機(jī)（mill)也可以用于形成本發(fā) 明公開的組合物。
[0032] 圖2是說明形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的LED散熱器的方法110的流程圖。如在框 112中所示，將導(dǎo)熱組合物提供至注塑成型機(jī)中。在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)圖1的方法100 制備導(dǎo)熱組合物。在示例性的實(shí)施方案中，所述組合物以粒料的形式提供。在框114中，注 射成型機(jī)將導(dǎo)熱組合物注射到模具中，形成所述散熱器組件。在框116中，將形成的散熱器 組件由注射成型機(jī)中取出。
[0033] 圖3A和3B是散熱器組件120的示意圖。散熱器組件120示例性地包括由上述聚 酰胺組合物形成的塑料部分122。雖然在與LED球泡燈一起使用中闡明，但由上述聚酰胺組 合物形成的散熱器還可以與LED筒燈、LED多重反射罩（MR)燈、LED拋物面鋁反射罩（PAR) 燈、LED天花板燈、LED面板燈或LED日光燈使用。如所示出的，散熱器組件120包括多個(gè)翹 片124以散去來自位于鋁襯套128之后的LED組件126的熱。在另一個(gè)實(shí)施方案中（未示 出），塑料部分122直接與LED組件126相接觸。
[0034] 實(shí)施例
[0035] 本發(fā)明更具體地描述在以下實(shí)施例中，它們僅旨在解釋說明，因?yàn)閷τ诒绢I(lǐng)域技 術(shù)人員來說在本發(fā)明的范圍內(nèi)有多種修改和變型將是顯而易見的。除非另有說明，在以下 實(shí)施例中報(bào)道的所有份數(shù)、百分?jǐn)?shù)和比率都是基于重量的，在實(shí)施例中所使用的所有反應(yīng) 物都由下述化學(xué)品供應(yīng)商獲得或是可獲得的，或可以通過常規(guī)技術(shù)合成。
[0036] 為了實(shí)現(xiàn)高的熱導(dǎo)率，復(fù)合材料要求高荷量的這些導(dǎo)熱填料，例如高達(dá)約75wt%。 高荷量的填料導(dǎo)致極其高的熔體粘度并會(huì)削弱加工性能。評價(jià)了不同的潤滑劑對于75wt% 碳化硅荷量的組合物的加工性能的表現(xiàn)。結(jié)果提供在下表1中。
[0037] 在表1中列出的組分以重量百分?jǐn)?shù)表示。
[0038] 表1 :對比實(shí)施例1-6和實(shí)施例1-2的配方
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 聚酰胺組合物，基于組合物的總重量包含： 10wt. % -50wt. %的至少一種聚酰胺材料； 50wt. % _80wt. %的至少一種導(dǎo)熱填料；和 0. 5wt. % -5wt. %的至少一種潤滑劑，所述至少一種潤滑劑包含EAA蠟的金屬離聚物。
2. 權(quán)利要求1的聚酰胺組合物，其中所述至少一種潤滑劑進(jìn)一步包含： 金屬硬脂酸鹽；且 其中所述EAA蠟的金屬離聚物選自EAA蠟的鋅離聚物和EAA蠟的鈣離聚物。
3. 權(quán)利要求1的聚酰胺組合物，其中所述至少一種聚酰胺材料是低分子量的聚酰胺_6 樹脂。
4. 權(quán)利要求1的聚酰胺組合物，其中所述至少一種導(dǎo)熱填料基于組合物的總重量占所 述聚酰胺組合物的7〇wt% -80wt%。
5. 權(quán)利要求1的聚酰胺組合物，其中所述至少一種導(dǎo)熱填料選自氫氧化鎂、氧化鎂、氧 化鋁、氧化鋅、粉煤灰、氮化硼、石墨、碳化硅、和它們的組合。
6. 權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的聚酰胺組合物，其中所述至少一種導(dǎo)熱填料包含： 45wt. % -80wt. %的第一導(dǎo)熱填料，其選自氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鋁、碳化硅、粉煤灰 和它們的混合物；和 0. lwt. % -5wt. %的第二導(dǎo)熱填料，其選自氮化硼、石墨和它們的混合物。
7. 權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的聚酰胺組合物，基于組合物的總重量進(jìn)一步包含：lwt. % -50wt. %的至少一種非齒素阻燃劑。
8. 權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的聚酰胺組合物，其中，基于組合物的總重量，所述至少一種非 鹵素阻燃劑包含： 0. lwt. % -10wt. %的有機(jī)阻燃劑；和 0. lwt. % -40wt. %的無機(jī)阻燃劑。
9. 權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的聚酰胺組合物，基于組合物的總重量，進(jìn)一步包含： 5wt. % _20wt. %的至少一種增強(qiáng)填料。
10. 散熱器部件，至少部分由權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的聚酰胺組合物制備。
【文檔編號】C09K5/14GK104341772SQ201310356834
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】彭樹文, J·黃, H·張, J·魏 申請人:霍尼韋爾國際公司