[发明专利]一种PA6复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种PA6复合材料及其制备方法。 

背景技术

发光二极管发展至今，因其体积小、寿命长、显色丰富和突出的节能环保特性等诸多优点在显示、交通、电器及照明等领域得到日益广泛的应用，是我国节能减排、清洁生产和可持续发展的关键技术之一。最近的市场调研结果为：预计2015年LED照明将占有30%的通用照明市场，行业产值预期达到5000亿元，我国LED行业已初具规模并具有良好的发展势头。 

通常高功率LED输入功率中有15%～20%的能量转变成光，余下80%～85%的电能均转变成热能，如果不能将热量及时散逸出去，则会导致芯片温度升高和应力分布不均匀。当温度超过一定值时，器件的失效率将呈指数规律攀升，在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应减少1％左右。当器件从环境温度上升到120℃时，亮度下降多达35％。当LED的结点温度超过器件能承受的最高温度时，LED的光输出特性将会永久性地衰减。多个LED密集排列组成白光照明系统时，产生的热量更多，热量的耗散问题更严重，需采用高导热材料作散热器外壳。现有功率型LED照明一般采用传统铝合金散热外壳，具有导热性能好，热传输效率高等优点，也有质量大、电绝缘性和抗腐蚀性差、加工工序复杂、生产效率低、表面电镀污染等缺点。在现代生活的各个领域，高分子复合材料产品以其质量轻、电绝缘、耐腐蚀、易加工、生产效率高、无需喷涂处理等独特优势正在逐步取代金属材料。因此用导热高分子复合材料取代传统铝合金，用作LED照明散热器外壳符合环境保护和可持续发展要求。 

作为LED散热器外壳，除了要求材料具有高的导热率外，还要求高分子复合材料相对铝合金具有良好的成本优势，对双螺杆挤出机、注塑机和成型模具无明显磨损，良好的韧性以能通过1.2米的跌落测试和-40℃--25℃、80℃-100℃下500个小时的冷热冲击测试，95%以上的白度以满足消费者的审美要求，良好的电绝缘性以消除消费者触电隐患，优异的无卤阻燃性能以避免LED电子零部件在短路、电流过载等情况下引起火灾危险和毒气危险。 

当前市售导热高分子复合材料的生产商以沙特基础工业公司SABIC和荷兰DSM公司为主，两家公司的导热高分子复合材料的售价在100-300元/公斤之间，异常昂贵。赋予高分子材料导热性经济而有效的方法是添加导热填料。通常要得到满意的导热率，需要添加的填料质量百分比高达40%-60%。这对材料的力学性能、加工性能、外观等产生很大的负面影响，特别是会导致材料韧性变差、对生产设备的磨损严重、熔体粘度超高并在螺杆的剪切作用产生大量内生热而使材料容易出现热分解变色。 

发明专利CN 102408710 B采用尼龙66、氮化硼、碳化硅、氮化铝、氧化铝等原料制备了高导热尼龙66复合材料，其使用的原料尼龙66相对于尼龙6较贵，氮化硼、氮化铝每公斤价格在几百元-几千元之间，成本高昂。碳化硅和氧化铝的莫氏硬度均在9以上，对生产设备会产生严重磨损。 

发明专利CN 102775767 B采用尼龙6、石墨粉、铝纤维等制备了高导热的尼龙复合材料，由于使用了石墨粉和铝纤维，材料不具有电绝缘性。 

发明专利CN 103602060 A采用尼龙6、纤维状导热填料、绝缘导热粉、导热耐磨粉等制备了导热耐磨绝缘尼龙6复合材料，由于未使用阻燃剂，材料不具有阻燃性。另外，其导热耐磨粉为膨胀石墨或鳞片石墨，得到的材料的颜色只能是黑色。 

发明专利CN 103613923 A采用尼龙树脂、氧化镁、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氮化硅、多壁碳纳米管、天然石墨片、石墨烯颗粒制备了高导热尼龙复合材料，其使用的填料氮化铝、氮化硼、氮化硅、多壁碳纳米管、石墨烯颗粒每公斤价格在几百元-几千元之间，成本高昂，氧化镁的莫氏硬度在5以上，氧化铝的莫氏硬度在9以上，对生产设备会产生严重磨损，且碳基导热填料只能使材料颜色为黑色或者深灰色。 

发明专利CN 103483809 A采用尼龙树脂、导热填料氧化镁、氮化镁、球形氧化铝、类球形氧化铝、氮化铝、氮化硼、沥青纤维、埃洛石、碳纳米管、石墨、碳化硅、勃姆石等、无卤阻燃剂三聚氰胺- 聚磷酸盐（MP）、三聚氰胺- 多聚磷酸盐（MP）、三聚氰胺- 聚焦磷酸盐、烷基次磷酸盐、烷基偏磷酸盐、烷基亚磷酸盐、聚磷酸铵（APP）、氢氧化铝、氢氧化镁、膨胀型石墨、七水硫酸镁和氧化钼等制备了高流动性聚酰胺基无卤阻燃导热复合材料，但未提到材料的断裂伸长率、白度、体积电阻和填料的莫氏硬度等在实际生产中异常重要的技术指标和实现方法，也未提到磷酸酯类无卤阻燃剂的使用及其作用。