[发明专利]一种高分子导热复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导热绝缘材料技术领域，尤其涉及一种高分子导热复合材料及其制备方法。

背景技术

随着温室气体排放引起全球气温变暖，人们增强了节能环保意识。新型节能电致发光二极管(LED)的使用备受国际社会的关注。由于LED具有体积小、发光效率高、能耗低、亮度高、环保等优点，各国政府加大对LED研发的资金资助和相应政策支持。与传统光源一样，LED在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在P-N结附近辐射出来的光还需经过芯片本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有30-40％的输入电能被转化为光能，其余60-70％的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。而芯片温度的升高，则会增强非辐射复合，进一步降低发光效率。此外，在现有的LED芯片封装工艺中，荧光粉紧贴蓝光芯片，由于芯片自身工作时会散发出大量的热量，荧光粉的无辐射跃迁增加，荧光粉发光效率下降，且随时间的变化衰减加剧。为了解决LED灯具的散热问题，考虑到材料成本及加工工艺，目前LED灯具的散热器(壳体)普遍采用压铸铝作为散热材料(少量采用低温共烧陶瓷散热材料)。

众所周知，金属材料具有非常好的导热性能，但是金属存在如下潜在的缺点：金属属于电的良导体，在许多场合基于安全考虑，希望使用电绝缘的材料；另外金属材料成型工艺复杂，采用铝材料的散热鳍片必须经过表面抛光、磨平加工、钻洞、阳极处理的程序；金属材料密度相对较大，通常大于2.4g/cm³，从而增加了产品重量；相对于聚合物材料，易受腐蚀。

在本发明中，我们提出一种高分子导热复合材料，用以取代传统的铝制或低温共烧陶瓷(LTCC)制LED室内照明产品的散热器，可以有效减轻散热器的重量。另外高分子导热复合材料成型工艺简单，成型周期可以大大缩短，可以有效降低生产成本。

发明内容

本发明目的是，提出一种高分子导热复合材料，尤其应用于LED室内照明灯具散热器(壳体)领域，能够将热量尽快地从电源和LED芯片上散出去。本发明的高分子导热复合材料以较低的成本来实现较高的导热性能，同时在满足导热需求的范围内，还可以通过调整各种填料的比例来调整材料的力学性能，满足加工流动性的需要。选用的材料导热系数大于2.1W/m.℃,可用以取代传统的铝制或低温共烧陶瓷(LTCC)制LED室内照明产品的散热器，有效减轻散热器的重量。

本发明的技术方案是，一种高分子导热复合材料，包含固态导热填料和高分子聚合物基体；固态导热填料包括四种尺寸梯次分布，并具有相异形状和尺寸的固态导热填料；其中第一种填料具有如下特征：尺寸30-60μm；长宽比较大(10:1以上)；外形呈纤维状或者片状；填充量的重量份为20～50；其中第二种填料具有如下特征：尺寸约约20-50μm；长宽比较低(5:1以下)；外形呈枝蔓状或者球状；填充量的重量份为30～55；其中第三种填料具有如下特征：尺寸约5-20μm；长宽比较大(10:1以上)；外形呈纤维状或者片状；填充量的重量份为5～15；其中第四种填料具有如下特征：尺寸约2μm～500nm，其外形为纤维状或扁平状；填充量的重量份为5～15，高分子聚合物基体占高分子导热复合材料重量的20-70％，其它材料为固态导热填料。上述四种导热填料对应于固态导热填料1、2、3、4。

进一步，高分子基体材料选用环氧树脂，PPS、ABS、PP、PC、PA46或PA66等通用塑料和有机硅橡胶，三乙丙橡胶，丁晴橡胶等材料；高分子基体材料占整个复合材料重量的20-50％。

进一步，固态导热填料组分包括氧化铝粉、氮化铝粉、SiC粉、氮化硼粉、鳞片状石墨粉体、纳米石墨、铜粉、铝粉、锌粉等；固态导热填料的总重量占整个复合材料重量的50～80％。