一種LED燈用金屬纖維‑尼龍導熱複合材料及其製備方法與流程

2023-09-22 19:34:00

本發明涉及一種尼龍導熱材料及其製備方法，具體涉及一種LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料。

背景技術：

一般來說，純塑料材料的導熱係數遠遠不及金屬、陶瓷材料，但是它的絕緣性能好。導熱塑料不僅具有金屬和陶瓷的熱傳遞性能，同時還保留了普通塑料在設計、性能和成本方面的優點，具有散熱均勻、重量輕、多種基礎樹脂的選擇、成型加工方便、熱膨脹係數低、成型收縮率低、工作溫度低和提高設計自由度特點，廣泛被用於各行各業中。

目前，導熱塑料最典型的應用是在照明領域，主要用於製作需要散熱良好的LED節能燈的燈杯等，雖然LED節能燈所消耗的熱量要比普通光源小得多，但因為LED節能燈結構緊湊、功能強大，如何有效散熱仍然是一個重要的問題。

中國專利申請CN102408710A公開了一種高導熱尼龍66複合材料，其基材全部採用尼龍66，硬度高，加入導熱填料後，材料拉伸性能、彎曲性能變差，而其配方中僅加入偶聯劑和抗氧劑，使得整個體系的加工性能差，在生產擠出過程中會產生斷頭現象，不能適用於工業化連續化生產。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料及其製備方法。

本發明通過如下技術方案實現上述目的的：

一種LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料，其特徵在於，所述的導熱複合材料由下列重量份的原料製成：尼龍6 200份、95%氧化鋁陶瓷纖維10-15份、納米級導熱金屬纖維15-20份、碳纖維20-30份、丙酮50-60份、60-70%硝酸80-100份、矽烷偶聯劑A-171 3-4份份、1-3%醋酸水溶液70-80份、1,6-己二異氰酸酯15-20份、（甲基）丙烯酸羥丙酯20-25份、催化劑0.4-1份、酞菁2-3份、阻聚劑0.4-2份、四氫呋喃150-170份、甲苯80-100份、去離子水適量。

一種LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料，其特徵在於，所述的導熱複合材料由如下步驟製得：

（1）碳纖維的表面改性

將碳纖維置於丙酮溶液中浸泡10-12h，過濾，去離子水洗滌2-3次，100-120℃鼓風乾燥機中乾燥3-4h；用60-70%硝酸回流氧化碳纖維5-7h，過濾，去離子水洗滌至PH為6-7，於100-120℃鼓風乾燥機中乾燥至恆重；將硝酸氧化的碳纖維置於1-3%醋酸水溶液中，加入矽烷偶聯劑A-171，超聲2-3h，得到表面改性的碳纖維。

（2）高聚物包覆金屬纖維的製備

將氧化鋁陶瓷纖維、納米級導熱金屬纖維、酞菁超聲分散在四氫呋喃和甲苯中，再加入1,6-己二異氰酸酯、催化劑、阻聚劑混合均勻；在30-40℃下，緩慢滴加（甲基）丙烯酸羥丙酯；升高溫度至50-60℃，反應5-8h，得到高聚物包覆金屬纖維；

（3）尼龍導熱複合材料的製備

將尼龍6置於80-85℃的鼓風乾燥機中乾燥8-10h，與表面改性的碳纖維、高聚物包覆金屬纖維一起加入高混機中高速攪拌40-50min，待混合均勻後將其加入雙螺杆擠出機中熔融擠出，拉條冷卻造粒。

一種LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料，其特徵在於，所述催化劑可以選自二月桂酸二丁基錫、馬來酸二丁基錫、馬來酸單丁酯二丁基錫、辛酸亞錫中的一種或多種復配。

一種LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料，其特徵在於，所述阻聚劑可以選自對羥基苯甲醚，對苯二酚，2,6-二叔丁基對甲酚中的一種或多種復配。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明在表面張力低、壓縮性高、氣體滲透性高、使用壽命長、無乾裂硬化、導熱效果良好的尼龍6中，導入導熱、力學、化學穩定等性能優異的碳纖維、納米級導熱金屬纖維和95%氧化鋁陶瓷纖維等填充材料；對碳纖維進行表面改性，酞菁與金屬纖維絡合，再用高聚物包覆氧化鋁陶瓷纖維和金屬纖維，增加了碳纖維、氧化鋁陶瓷纖維、金屬纖維和尼龍6的相容性，有利於碳纖維、氧化鋁陶瓷纖維、金屬纖維在尼龍6中的分散；製備的導熱複合材料老化性能優良，性能穩定，耐熱性好、導熱性良好，特別適用於LED燈具中。

具體實施方式

本實施例的LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料，由下列重量份的原料製成：尼龍6 200份、95%氧化鋁陶瓷纖維15份、納米級導熱金屬纖維20份、碳纖維20份、丙酮60份、60%硝酸100份、矽烷偶聯劑A-171 4份份、3%醋酸水溶液80份、1,6-己二異氰酸酯20份、（甲基）丙烯酸羥丙酯25份、催化劑0.8份、酞菁3份、阻聚劑1份、四氫呋喃170份、甲苯100份、去離子水適量。

本實施例的LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料，由如下步驟製得：

（1）碳纖維的表面改性

將碳纖維置於丙酮溶液中浸泡12h，過濾，去離子水洗滌3次，100℃鼓風乾燥機中乾燥4h；用60%硝酸回流氧化碳纖維5h，過濾，去離子水洗滌至PH為6，於100℃鼓風乾燥機中乾燥至恆重；將硝酸氧化的碳纖維置於3%醋酸水溶液中，加入矽烷偶聯劑A-171，超聲2h，得到表面改性的碳纖維。

（2）高聚物包覆金屬纖維的製備

將氧化鋁陶瓷纖維、納米級導熱金屬纖維、酞菁超聲分散在四氫呋喃和甲苯中，再加入1,6-己二異氰酸酯、催化劑、阻聚劑混合均勻；在40℃下，緩慢滴加（甲基）丙烯酸羥丙酯；升高溫度至60℃，反應8h，得到高聚物包覆金屬纖維；

（3）尼龍導熱複合材料的製備

將尼龍6置於85℃的鼓風乾燥機中乾燥10h，與表面改性的碳纖維、高聚物包覆金屬纖維一起加入高混機中高速攪拌50min，待混合均勻後將其加入雙螺杆擠出機中熔融擠出，拉條冷卻造粒。

經測試，本發明的LED燈用金屬纖維-尼龍導熱複合材料導熱係數大於3W/（m*K），吸水率（23℃，24h）小於0.10%，拉伸強度大於40MPa，彎曲強度大於60MPa。