[发明专利]包含核‑壳型填料的导热电绝缘性组合物

说明书

技术领域

本发明涉及具导热电绝缘性的组合物及由所述组合物制得的模制品。

背景技术

热塑性聚合物作为性能优良的工程聚合物，具有突出的尺寸稳定性、耐溶剂性、耐高温性、耐冲击性和优良的电绝缘性，故而广泛地应用于电气设备、电子设备、储能设备、包装和建筑等领域。鉴于微电子的高度集成化、器件的小型化，对于由热塑性聚合物所制得的手提电脑、电视机、LED灯、仪表盘等的部件和外壳的导热性能的要求也逐渐提高。例如，为防止水汽和灰尘进入，电子元器件多半被密集填塞在封闭的空间里，使其通风性受限，工作时产生的热量也无法及时地散发出去，从而严重影响其工作效率和寿命。近年来，由热塑性聚合物制得的部件或外壳的平均导热系数要求已经提高至约1W/mK或更高，由于热塑性聚合物本身的导热性不好(其平均导热系数仅为约0.3W/mK)，在保持其原有优良的综合性能的基础上，若是能提高其导热性能，并且能保持甚至提高其电绝缘性(即介电强度至少大于2.5kV/mm)的技术方案对于拓展其应用具重大意义。

人们已经使用了各种填料来改善热塑性聚合物的导热性，例如，金属粒子如铝或铜和石墨等高导热性填料可以显著地提高热塑性聚合物的导热性。然而这类高导热性填料同时亦会破坏其电绝缘性，例如添加10重量％的这类高导热性填料即可使该热塑性组合物从电绝缘体成为电导体。另外，添加金属氧化物如氧化铝或氧化镁等中低度导热但较低导电性的填料到约60重量％时，也可以提高所述聚合物如聚酰胺或聚酯的平均导热系数至1.5W/mK，也不会影响其电绝缘性。然而，因金属氧化物本身的碱性，过高的添加量容易引起所述聚合物的降解，而出现机械性能下降以及加工困难等问题。添加高纯度的陶瓷材料如碳化硅或氮化硼等可以显著地提高热塑性聚合物的导热性，但是此类陶瓷材料的制备工艺很复杂，导致其成本高昂。为了降低成本，此类陶瓷材料在聚合物中的添加量因此不能太高。为了使热塑性聚合物满足对其导热性、电绝缘性的要求和制造成本的考量，需要寻求一种兼具高导热性和高电绝缘性，并且制造成本低的新填料。

美国专利申请说明书US20120313032A1公开了一种核-壳型导热填料，其核体为较低导热率的金属、陶瓷或塑料粒子，而其壳体为较高导热率的粒子所形成的包覆层。

德国专利申请说明书DE102010005020A1公开了一种导热性组合物，其包含聚合物、共聚物和其混合物以及至少一种导热率大于40W/mK的填料，所述填料可以具核-壳型结构。所述填料的核体为金属材料如铜或银，而其壳体为陶瓷材料如碳化硅、碳化硼、二硼化钛、硼酸钙、二硼化锆和/或其混合物。

德国专利申请说明书DE10201005042109A1公开了一种在金属粒子外面包覆一电绝缘层的方法。其中所述电绝缘层可以是通过表面氧化处理金属粒子，使其表面上形成的金属氧化物壳；或是用等离子法气相沉积有机硅在金属粒子表面而形成的塑料壳。所制得的核-壳型结构的填料据称可用于提高聚合物的电绝缘性和导热性。

以上文献，无论单独的或以组合形式，均未公开本发明。

本发明的申请人发现向热塑性聚合物中添加以金属粒子作为核及氮化硼作为壳的核-壳型填料，不但降低了氮化硼的用量及成本，与添加不具有核-壳型结构但等量填料组分(a)的金属粒子和组分(b)的氮化硼的对比组合物相比，在保持其导热性的同时，得到了意想不到的电绝缘性的显著改进。

发明内容

本发明提供具导热电绝缘性的组合物，其包含：

(i)约30重量％至约70重量％的热塑性聚合物，和

(ii)约30重量％至约70重量％的核-壳型填料，

其中

所述重量％是基于所述组合物的总重量；

所述热塑性聚合物是聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、或其共混物；和

所述核-壳型填料包含：

(a)约70体积％至约97体积％的选自于铝、铜、金和银的金属粒子；和

(b)约3体积％至约30体积％的氮化硼；

其中，所述体积％是基于所述核-壳型填料的总体积；并且所述氮化硼是作为壳，包覆在作为核的所述金属粒子的表面，以形成具有核-壳结构的填料。

在一个实施方案中，在所述核-壳型填料中，所述金属粒子的平均粒径为约10μm至约300μm，所述氮化硼的平均粒径为约20nm至约500nm，并且所述金属粒子和所述氮化硼的平均粒径的比至少为20。

本发明的组合物，与含有不具有核-壳型结构但等量填料组分(a)和(b)的对比组合物相比，其具有至少提高50％的介电强度和降低不多过4％，或3％，或2％的平均导热系数。