导热和导电尼龙混配物制造技术

本发明专利技术公开一种尼龙混配物，其具有良好的穿透平面的热传导率和改善的物理强度。该化合物包括尼龙、石墨和长玻璃纤维的组合。所述混配物的穿透平面的热传导率为约1W/m.K至约4W/m.K，如本文所述的C‑Therm试验所测。该尼龙混配物还是导电的，优选表面电阻率为约1x103欧姆/平方至约1x105欧姆/平方，如IEC 60093所测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权要求本申请要求于2014年6月19日提交的美国临时专利申请登记号62/014,624(代理机构案卷号12014007)以及于2014年6月23日提交的美国临时专利申请登记号62/015,692(代理机构案卷号12014010)的优先权，其通过参考结合于此。专利
本专利技术涉及具有改善的物理性质的导热和导电尼龙混配物。专利技术背景当今社会的任何通电的产品均不是完全高效的。因此，能量的消耗伴随着热的散发。通电产品的热散逸是常见的工业工程问题。电子产品特别容易受到过量的热的影响。个人电脑包含风扇，通过对流使灵敏电子部件保持在室温或室温附近。还存在导热聚合物配混物通过传导来散热。这些配混物成形为部件以用作散热片、暖气片等以及其它更为传统的金属制品。石墨通常用作热塑性聚合物基质的添加剂以作为散热载体。但石墨使混配物的物理性质退化，包括减低混配物的物理强度。
技术实现思路
因此，本领域需要一种聚酰胺混配物，其具有较高的热导率和提高的冲击强度。理想地，所述混配物也是导电的。本专利技术通过使用长玻璃纤维与石墨解决了该问题。因此，本专利技术的一个方面是导热尼龙混配物，包括聚酰胺树脂、长玻璃纤维、石墨、任选的硬脂酸钙，和任选的热稳定剂。本专利技术的混配物当模塑成4mm厚的制品时，其穿透平面(through-plane)的热导率约为1W/m.K–约4W/m.K，通过内部测试方法部分所述的C-Therm测试测量。此外，模塑的混配物的穿透平面的热导率高于其中长玻璃纤维替换为短玻璃纤维的混配物。此外，当该混配物模塑成制品时，其表面电阻率低于约1x105欧姆/平方，如IEC60093所测。本专利技术的另一个方面是一种导电的尼龙混配物，其包括聚酰胺树脂、长玻璃纤维、石墨、任选的硬脂酸钙，和任选的热稳定剂，其中混配物中石墨的重量百分数的为35或更低。当该混配物模塑成4mm厚的制品时，其穿透平面的热导率为约1W/m.K至约4W/m.K，如C-Therm试验所测。此外，当该混配物模塑成制品时，其表面电阻率低于约1x105欧姆/平方，如IEC60093所测。此外，模塑的该混配物的表面电阻率比其中长玻璃纤维替换为短玻璃纤维的混配物更导电。本专利技术的另一方面是制造导热尼龙混配物的方法，所述方法包括步骤(a)收集包括聚酰胺树脂、长玻璃纤维和石墨的成分，(b)熔融混合该聚酰胺树脂和该石墨以形成聚合物熔体，(c)拉挤成型所述长玻璃纤维通过所述聚合物熔体以形成混配物，和(d)将该混配物造粒形成纤维增强粒料，其中所述长玻璃纤维的长度基本上是所述粒料的长度。本专利技术的特征将在下文中探究。专利技术实施方式尼龙聚合物基质任何聚酰胺或聚酰胺掺混物(还称为“尼龙”)都是用于本专利技术的配混物的备选者，不管是从石化还是从生物来源获得的。合适的聚酰胺包括无定形和半结晶的聚酰胺、脂肪族聚酰胺和芳族聚酰胺。聚酰胺(PA)的非限制性示例是用作本专利技术配混物的基质的备选物，包括尼龙11；尼龙12；尼龙4,6；尼龙10,10；尼龙12,12；共聚酰胺；以及它们的组合。芳族聚酰胺的示例包括：尼龙6；尼龙6,6；尼龙6I；尼龙6T；尼龙9T；尼龙10T；尼龙6I/66；尼龙6T/66；尼龙6I/6T；共聚酰胺；以及它们的组合。优选的聚酰胺是尼龙6和尼龙6,6(也分别称为聚酰胺6和聚酰胺6,6)。无须过多实验，基于对成本、制造技术、物理性质、化学性质等的考虑，本领域技术人员可选择聚酰胺基质。优选的聚酰胺树脂基质以约1:1至约4:1的重量比具有聚酰胺6,6和聚酰胺6。长玻璃纤维玻璃纤维是公知和有用的填料，因为它们可以提供对聚合物混配物的物理增强以提高冲击强度。在本专利技术中，已经发现长玻璃纤维还用于增加热导率。另外，已发现长玻璃纤维增加电导率。该结果与直觉相悖，因为玻璃是电绝缘的。本文所述长玻璃纤维是连续玻璃纤丝的集合，其组装成玻璃粗纱被连续(unbroken)引入到设备如拉挤设备，在加工过程中通过从粗纱的纤丝扩展与聚合物树脂基质关联以成为聚合物混配物。在处理期间，长玻璃纤维的最小断裂会产生包含纤维的聚合物混配物，该纤维的平均长度基本上为粒料长度。粒料可以任意长度切割，优选为约6mm至约25mm。因此，在本专利技术中，聚合物混配物中长玻璃纤维的平均长度优选为约6mm至约25mm。长玻璃纤维可从多个制造商购置，包括PPG公司的长纤维热塑牌玻璃粗纱和JohnsManville公司的LFTPlus牌玻璃粗纱。石墨矿物石墨为晶体形式的碳。在标准条件下，石墨是最稳定形式的碳。石墨可以导电，但是也常常用作热导体，因为其平面形态和长、宽、深的高纵横比。因此，其在许多电子应用和热应用中有用。优选石墨具有约95％至约995％碳含量，粉末形式，中值粒径为约70μm至约315μm。石墨可从多个供应商购置，包括Edelgraphit有限公司、超级石墨(SuperiorGraphite)公司、凯泽堡石墨矿(GrafitbergbauKaiserberg)公司、青岛海达石墨公司(QingdaoHaidaGraphiteCo.)和黑龙江奥宇石墨基团(HeilongjiangAoyuGraphiteGroup)。任选金属皂金属皂是具有不同价态的金属的长链脂肪酸的混配物。在工业中使用的主要的金属皂基于钙、锌、镁和铝。这些金属皂用作酸清除剂，以及内外润滑剂和脱模剂。它们改善了流变性，在挤压过程中减少摩擦，并优化最终产品的表面质量。优选的用于本专利技术的金属皂是硬脂酸钙，例如从有限公司的CeasitTM。任选添加剂本专利技术的配混物可包括常规塑料添加剂，其用量足以使配混物获得所需的加工性质或性能。添加剂的量不应造成浪费或对配混物的加工或性能有害。热塑性配混领域的技术人员无需过多的实验，仅须参考一些文献，例如来自“塑料设计库”(PlasticsDesignLibrary)(elsevier.com)的“塑料添加剂数据库”(PlasticsAdditivesDatabase)(2004)，就能够选择许多不同类型的添加剂加入本专利技术的配混物中。任选添加剂的非限制性示例包括：粘合促进剂；杀生物剂；抗菌剂；杀真菌剂；防霉剂；抗雾化剂；抗静电剂；粘合剂、起泡剂；发泡剂；分散剂；填料；增链剂；防火剂；阻燃剂；烟雾抑制剂；抗冲改性剂；引发剂；润滑剂；云母；颜料、着色剂和染料；增塑剂；加工助剂；脱模剂；硅烷、钛酸盐和锆酸盐；滑爽剂；抗粘连剂；稳定剂；硬脂酸酯；紫外线吸收剂；粘度调节剂；蜡；以及它们的组合。成分表1显示了可用于本专利技术的各组分的可接受的、所需的和优选的范围，都表示为整个复合物的重量百分数(重量％)。该配混物可包含这些成分，基本上由这些成分组成，或者由这些成分组成。任何所述范围之间的数值也设想作为一个范围的端值，从而所有可能的组合均在表1所示的可能范围中，以作为本专利技术所用的备选配混物。加工具有连续长度的材料(例如纤维、纤丝、线缆、绳、线或电线)可以通过拉挤成型引入热塑性树脂。在该过程中，聚合物熔体基质通常是使用传统的挤压方法制备，其中成分在挤出机的进料喉引入，并通过螺杆旋转推动通过多个加热区的熔融混合腔室，从而将它们彻底混合。然后，聚合物熔体从熔融混合室流到位于下游的浸渍箱，其中所述聚合物熔体涂覆被拉伸通过浸渍箱的纤维材料。纤维材料通常沿一个轴拉出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热尼龙混配物，其包含：a.聚酰胺树脂，b.长玻璃纤维，c.石墨，d.任选地，金属皂，和e.任选地，热稳定剂，其中，当该混配物模塑成4mm厚的制品时，其穿透平面的热导率为约1W/m.K至约4W/m.K，如C‑Therm试验所测；其中，当该混配物模塑成4mm厚的制品时，其穿透平面的热导率高于其中长玻璃纤维替换为短玻璃纤维的混配物；和其中，当该混配物模塑成制品时，其表面电阻率低于约1x 105欧姆/平方，如IEC 60093所测。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.19 US 62/014,624;2014.06.23 US 62/015,6921.一种导热尼龙混配物，其包含：a.聚酰胺树脂，b.长玻璃纤维，c.石墨，d.任选地，金属皂，和e.任选地，热稳定剂，其中，当该混配物模塑成4mm厚的制品时，其穿透平面的热导率为约1W/m.K至约4W/m.K，如C-Therm试验所测；其中，当该混配物模塑成4mm厚的制品时，其穿透平面的热导率高于其中长玻璃纤维替换为短玻璃纤维的混配物；和其中，当该混配物模塑成制品时，其表面电阻率低于约1x105欧姆/平方，如IEC60093所测。2.一种导电尼龙混配物，包含a.聚酰胺树脂，b.长玻璃纤维，c.石墨，d.任选地，金属皂，和e.任选地，热稳定剂，其中，当该混配物模塑成制品时，其穿透平面的热导率为约1W/m.K至约4W/m.K，如C-Therm试验所测；其中，当该混配物模塑成制品时，其表面电阻率低于约1x105欧姆/平方，如IEC60093所测；其中，该混配物的表面电阻率比其中长玻璃纤维替换为短玻璃纤维的混配物更导电；和其中，混配物中石墨的重量百分比为35或更低。3.如权利要求1或2所述的混配物，其特征在于，所述混配物还包括：f.选自下组的添加剂：粘合促进剂；杀生物剂；抗菌剂；杀真菌剂；防霉剂；抗雾化剂；抗静电剂；粘合剂、起泡剂；发泡剂；分散剂；填料；增链剂；防火剂；阻燃剂；烟雾抑制剂；抗冲改性剂；引发剂；润滑剂；云母；颜料、着色剂和染料；增塑剂；加工助剂；脱模剂；硅烷、钛酸盐和锆酸盐；滑爽剂；抗粘连剂；稳定剂；硬脂酸酯；紫外线吸收剂；粘度调节剂；蜡；以及它们的组合。4.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·莫勒，C·埃尔巴斯吉拉尔，M·梅载勒斯，
申请(专利权)人：普立万公司，
类型：发明
国别省市：美国;US