一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料及其製備方法與流程

2023-04-29 14:54:31 3

本發明涉及複合材料領域，具體涉及一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料，及其製備工藝。

背景技術：

固態照明用白光LED的使用越來越廣泛，但是，由於LED所處的環境溫度和節點到環境的熱阻對其發光效率、使用壽命具有重要影響，因此大功率LED

的高效穩定散熱問題成為影響其推廣應用的重要障礙。

巨虹宗在碩士學位論文《環氧複合材料粘結層對LED結溫的影響》一文中，採用摻雜微米氧化鋁及碳化硼的方法對環氧樹脂的導熱性能和粘接性能進行改進，製備了高導熱的環氧樹脂複合材料。為了提高粒子在環氧樹脂中的分散性，減少固化後的氣泡數，對填料進行乾燥處理：將B4C、Al2O3粉末放入乾燥箱中在100℃下乾燥，加入KH-550、無水乙醇，超聲分散，磁力攪拌，然後於80℃的烘箱中烘乾。環氧樹脂複合材料的製備：向雙酚A型環氧樹脂E-51中加入乾燥處理後的微粒，放入80℃烘箱中，加入胺類固化劑，攪拌，加入消泡劑真空脫泡，然後放入模具於80℃的乾燥箱中固化。但是存在導熱性能不足。

本發明製備的環氧樹脂複合材料用於大功率LED中的某一粘接層。以B4C粉末、Al2O3為填料，以正矽酸乙酯為硫化劑，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，製備了KH550表面處理的導熱矽橡膠，提高了矽橡膠的導熱性能；用乙二胺對氧化石墨烯進行氨基改性，成功接入氨基，能夠顯著提高環氧樹脂的熱學和力學性能；用聚甲基三乙氧基矽烷(PTS)通過化學改性的方法，製備了有機矽改性環氧樹脂，PTS的水解物主要是與環氧樹脂中的羥基發生反應，將有機矽成功引入環氧樹脂；採用強氧化劑濃硝酸對多壁碳納米管進行修飾，在其表面接枝官能團，改善其在聚合物中的分散性，以甲基六氫苯酐為固化劑，以乳化矽油為消泡劑，通過超聲分散製備了碳納米管增強環氧樹脂基複合材料，力學性能優異；本發明用聚苯胺改性膨脹蛭石粉製備了防腐填料，結合了聚苯胺的陽極保護作用和膨脹蛭石粉的屏蔽作用，為環氧樹脂複合材料提供了良好的耐腐蝕防護；得到一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料及其製備工藝，依照該工藝製作的複合材料導熱係數高，能更好的改善LED的散熱，防腐性能好、屏蔽作用強。

本發明所要解決的技術問題採用以下的技術方案來實現：

雙酚A型環氧樹脂E-51 22-27，B4C粉末7-14，Al2O34-7，107膠4-6，二

月桂酸二丁基錫2-3，正矽酸乙酯4-7，氧化石墨烯6-10，乙二胺3-5，PTS 5-8，多壁碳納米管7-11，膨脹蛭石粉3-5，苯胺1-2，過硫酸銨4-6，甲基六氫苯酐4-7，乳化矽油2-3，KH550、乙醇、蒸餾水、DMF、鹽酸溶液適量。

一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料的製備方法，其特徵在於，按以下步驟進行：

a. 將Al2O3、B4C粉末放入乾燥箱中在90-110℃下乾燥2-3h，降至室溫，加入KH550、乙醇，超聲分散1-2h，過濾，70-90℃真空乾燥，研磨、過100-200目篩，將所得粉料與107膠、1-2份二月桂酸二丁基錫、正矽酸乙酯混合，攪拌1-2h；

b. 向氧化石墨烯中1:2-4加入DMF，再與乙二胺混合，超聲處理1-2h，在110-130℃反應4-8h，過濾、醇洗水洗3-5次，70-90℃烘乾，加入雙酚A型環氧樹脂E-51攪拌均勻，於140-160℃真空箱中加熱2-3h，冷卻、密封保存；

c. 將b中所得物料與PTS混合，升溫至75-95℃攪拌均勻，1:2-5滴加剩餘份二月桂酸二丁基錫和蒸餾水，恆溫反應3-5h，加入多壁碳納米管，超聲振蕩攪拌1-2h；

d. 向膨脹蛭石粉中1:30-40加入鹽酸溶液，滴加苯胺，超聲振蕩2-3h後，於25-35℃恆溫磁力攪拌下加入過硫酸銨，反應3-5h，抽濾，水洗3-5次，於60-80℃真空乾燥2-4h，研磨；

e. 將a、c、d所得物料混合，加入甲基六氫苯酐，超聲分散處理1-2h，加入乳化矽油於60-80℃真空脫泡1-2h，澆注到模具中，於80-150℃的乾燥箱中固化2-5h，自然冷卻，得到一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料。

本發明的反應機理如下：

（1）以Al2O3、B4C粉末為填料，以正矽酸乙酯為硫化劑，以二月桂酸二丁基錫為催化劑，製備了KH550表面處理的導熱矽橡膠，提高了矽橡膠的導熱性能。

（2）氧化石墨烯具有高的徑厚比，熱還原後形成導熱母粒在複合材料中形成導熱通路，用乙二胺對氧化石墨烯進行氨基改性，成功接入氨基，能夠顯著提高環氧樹脂的熱學和力學性能。

（3）用聚甲基三乙氧基矽烷(PTS)通過化學改性的方法，製備了有機矽改性環氧樹脂，PTS的水解物主要是與環氧樹脂中的羥基發生反應，將有機矽成功引入環氧樹脂，化學改性環氧樹脂產物具有優良的拉伸強度及斷裂伸長率、熱穩定性。

（4）本發明用聚苯胺改性膨脹蛭石粉製備了防腐填料，結合了聚苯胺的陽極保護作用和膨脹蛭石粉的屏蔽作用，為環氧樹脂複合材料提供了良好的耐腐蝕防護。

（5）以甲基六氫苯酐為固化劑，以乳化矽油為消泡劑，通過超聲分散製備了碳納米管增強環氧樹脂基複合材料，力學性能、導熱性能優異。

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。

實施例

一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料，由下述重量份(g)的原料製得：

雙酚A型環氧樹脂E-51 27，B4C粉末14，Al2O37，107膠6，二月桂酸二

丁基錫3，正矽酸乙酯7，氧化石墨烯10，乙二胺5，PTS 8，多壁碳納米管11，膨脹蛭石粉5，苯胺2，過硫酸銨6，甲基六氫苯酐7，乳化矽油3，KH550、乙醇、蒸餾水、DMF、鹽酸溶液適量。

一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料的製備方法，其特徵在於，按以下步驟進行：

a. 將Al2O3、B4C粉末放入乾燥箱中在100-110℃下乾燥2h，降至室溫，加入KH550、乙醇，超聲分散1h，過濾，70-80℃真空乾燥，研磨、過200目篩，將所得粉料與107膠、1-2份二月桂酸二丁基錫、正矽酸乙酯混合，攪拌2h；

b. 向氧化石墨烯中1:3加入DMF，再與乙二胺混合，超聲處理1h，在110-120℃反應6h，過濾、醇洗水洗3次，70-80℃烘乾，加入雙酚A型環氧樹脂E-51攪拌均勻，於140-150℃真空箱中加熱3h，冷卻、密封保存；

c. 將b中所得物料與PTS混合，升溫至75-85℃攪拌均勻，1:3滴加剩餘份二月桂酸二丁基錫和蒸餾水，恆溫反應4h，加入多壁碳納米管，超聲振蕩攪拌1-2h；

d. 向膨脹蛭石粉中1:30加入鹽酸溶液，滴加苯胺，超聲振蕩2h後，於25-35℃恆溫磁力攪拌下加入過硫酸銨，反應3h，抽濾，水洗3次，於60-70℃真空乾燥3h，研磨；

e. 將a、c、d所得物料混合，加入甲基六氫苯酐，超聲分散處理1h，加入乳化矽油於70-80℃真空脫泡1h，澆注到模具中，於110-130℃的乾燥箱中固化3h，自然冷卻，得到一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料。

上述實施例製備的一種LED粘結層用膨脹蛭石粉改性的防腐型環氧樹脂複合材料的性能檢測結果如下所示：

熱導率≥5.4 W/m·K，拉伸強度≥75.9MPa，彎曲強度≥139.8MPa，彎曲模量≥4.5GPa，斷裂伸長率≥21.9%。