导热电绝缘颗粒和组合物制造技术

本发明专利技术提供了导热颗粒，其包括(a)通过将多个导热芯颗粒和有机粘结剂压缩剪切混合制备的复合芯，以及(b)包覆复合芯的至少一部分的绝缘材料，其中导热颗粒的体积电阻率的范围为至少1×104Ω·cm至1×1010Ω·cm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年10月4日提交且当前未决的日本专利申请No.2013-209304的权益。
技术实现思路
本文描述了还可电绝缘的导热颗粒、包含这些颗粒的树脂组合物、以及制备它们的方法。近年来，电子设备如LED模块和手持设备不仅变得越来越小型化和集成化，而且功率也更大，这要求更大的热耗散以及这些设备中部件的电绝缘。因此，寻求具有优异的电绝缘性的导热颗粒来作为用于电子设备的材料的构件。国际申请公布No.WO2011/027757公开了陶瓷包覆的碳粒，其是导热的，并且通过将碳粒浆液添加到陶瓷颗粒浆液中形成，由此使陶瓷颗粒粘附到碳粒上。美国专利No.5,246,897公开了通过机械撞击方法形成的带涂层的石墨颗粒，其中使用高速气体流使石墨颗粒和涂层颗粒发生碰撞。美国专利No.7,588,826公开了在相互作用的功能性试剂的存在下，通过机械融合所形成的带涂层的石墨颗粒。本文描述了导热颗粒，其包括复合芯和至少部分地包覆复合芯的绝缘材料，其中复合芯包含经由机械融合加工通过有机粘结剂粘结在一起的导热芯颗粒，并且导热颗粒的体积电阻率的范围为至少1×104Ω·cm至1×1010Ω·cm。本文还描述了树脂组合物，其包括热塑性树脂、热固性树脂、芳族聚酰胺树脂、橡胶、或这些的混合物，并且按体积计为这些颗粒的10％至70％。本文还描述了制备这些颗粒的方法。附图说明图1是权利要求中所述的导热颗粒的横截面图。图2是测量导热颗粒体积电阻率的设备的示意图。图3是包含权利要求中所述的导热颗粒的模塑产品的顶视图照片。图4是包含权利要求中所述的导热颗粒的模塑产品的横截面照片。具体实施方式以下定义和缩写用于阐释说明书所讨论的以及权利要求中所述的术语的含义。定义如本文所用，术语“体积电阻率”是指材料的电阻率并且决定材料的电绝缘能力。通过将碳粒样品置于两个带有端子的电极之间的透明圆柱体(cylinder)中测定体积电阻率。在本文示例中，通过端子施加500V的电压以测定本文所述颗粒的电阻率。如本文所用，术语颗粒的“纵横比”是指颗粒的最大长度除以其宽度(即其最大厚度)的比率。如本文所用，术语“复合芯”是指通过机械融合方法粘结至有机粘结剂的导热芯颗粒。如本文所用，术语“导热”或“热导率”(通常表示为k、λ或κ)是指材料传导或传递热的性质。相比于穿过热导率较低的材料，穿过热导率较高的材料发生热传递的速度更高。热导率高的对应材料广泛用于散热片应用并且热导率低的材料用作隔热系统。热导率通常测量为热传导，其是指当其相对面的温度(按一开氏计)不同时，单位时间内通过特定面积和厚度的板的热量。对于具有热导率k、面积A和厚度L的板，计算的电导系数是kA/L，以W/m·K测定并且相当于：W/℃。如本文所用，术语“热扩散率”是指在恒定压力下制品的热导率除以制品的密度和比热容，并且相对于其存储热量的能力而量度制品传导热能的能力。其具有的SI单位为m2/s。热扩散率通常表示为α。公式为：其中k为热导率(W/(m·K))；ρ为密度(kg/m3)；并且cp为比热容(J/(kg·K))。缩写如本文所用，“％”是指百分比。如本文所用，“wt％”是指重量百分比。如本文所用，“vol％”是指体积百分比。如本文所用，“hrs”是指小时；“m”是指分钟；“s”是指秒。如本文所用，“g”是指克。如本文所用，“μm”是指微米。如本文所用，“nm”是指纳米。如本文所用，“rpm”是指每分钟转数。如本文所用，“mm”是指毫米。如本文所用，“cm”是指厘米。如本文所用，“ml”是指毫升。如本文所用，“V”是指伏特。如本文所用，“Ω·cm”是指欧姆·厘米。如本文所用，“W”是指瓦特。如本文所用，“m”是指米。如本文所用，“K”是指开氏。如本文所用，“mPa·s”是指毫帕斯卡秒。范围除非另行指出，否则本文列出的任何范围明确地包括其端值。列举为量、浓度或其它值或参数的范围具体公开了由任何一对的任何上限和任何下限范围形成的所有范围，而不考虑本文是否单独公开了这些对。本文所述的方法和制品不限于说明书中按限定范围公开的具体值。优选的变体本文公开了关于本文所述的方法、组合物和制品的材料、方法、步骤、值和/或范围等的任何变体——无论是否鉴定为优选的变体，其特别旨在公开包括此类材料、方法、步骤、值、范围等的任何组合的任何过程和制品。出于提供照片和足以支持权利要求的目的，任何此类公开的组合特别旨在为本文所述的方法、组合物和制品的优选变体。一般性概括本文描述了导热颗粒，其中一个如图1所示的单元10，该单元包括复合芯，其由与有机粘结剂12粘结在一起的芯颗粒11构成；以及绝缘材料13，其至少部分地包覆复合芯。本文还描述了树脂组合物，其包含本文所述的导热颗粒和热塑性树脂、热固性树脂、芳族聚酰胺树脂、橡胶、或这些的混合物。本文还描述了用绝缘材料至少部分地包覆复合芯的方法，其中：复合芯包含多个芯颗粒和将芯颗粒粘结在一起的有机粘结剂，所述芯颗粒是导热的并且选自：金属颗粒、陶瓷颗粒、基于碳的颗粒、以及这些的混合物，所述绝缘材料选自：绢云母、勃姆石、滑石、以及这些的混合物，并且当在500V外加电压下于具有10mm直径和3.0mm高度的所述导热颗粒的圆柱体上测量时，所述导热颗粒表现出体积电阻率，其范围为至少1×104Ω·cm至1×1010Ω·cm。导热颗粒使用压缩剪切混合方法使多个芯颗粒与有机粘结剂粘结得到了复合芯，该复合芯可被制备成具有期望的粒度和形状。对于每100体积份的芯颗粒，有机粘结剂的体积的范围为1至30体积份、优选2至26体积份、并且更优选4至22体积份。用绝缘层部分地或完全包覆复合芯，其厚度的范围为0.1至10μm，并且优选0.5至6μm。对于每100体积份的复合芯，绝缘材料的体积的范围为3至48份、优选5至35份，并且更优选10至32份。绝缘材料的此类体积浓度和绝缘涂层的厚度赋予导热颗粒权利要求中所述的足够的热导率和期望的体积电阻率。本文所述导热颗粒的平均粒度的范围为0.5至300μm，优选20至250μm，并且更优选90至190μm。可经由扫描电镜(SEM)通过测量其最长的轴14来确定平均粒度。本文所述导热颗粒的纵横比的范围为1至100，优选2至50，更优选3至35，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
导热颗粒，包括：复合芯；和绝缘层，其中：所述复合芯包含多个芯颗粒和将所述芯颗粒粘结在一起的有机粘结剂，所述芯颗粒是导热的并且选自：金属颗粒、陶瓷颗粒、基于碳的颗粒、以及这些的混合物；所述绝缘材料包覆所述复合芯的至少一部分，并且当在500V外加电压下于具有10mm直径和3.0mm高度的所述导热颗粒的圆柱体上测量时，所述导热颗粒表现出体积电阻率，其范围为至少1×104Ω·cm至1×1010Ω·cm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.04 JP 2013-2093041.导热颗粒，包括：
复合芯；和
绝缘层，
其中：
所述复合芯包含多个芯颗粒和将所述芯颗粒粘结在一起的有机粘
结剂，
所述芯颗粒是导热的并且选自：金属颗粒、陶瓷颗粒、基于碳的
颗粒、以及这些的混合物；
所述绝缘材料包覆所述复合芯的至少一部分，并且
当在500V外加电压下于具有10mm直径和3.0mm高度的所述导
热颗粒的圆柱体上测量时，所述导热颗粒表现出体积电阻率，其范围
为至少1×104Ω·cm至1×1010Ω·cm。
2.根据权利要求1所述的导热颗粒，其中所述芯颗粒为基于碳的颗粒。
3.根据权利要求1所述的导热颗粒，其中所述基于碳的颗粒是石墨。
4.根据权利要求1或2所述的导热颗粒，其中：
所述芯颗粒是比率为3∶2至99∶1的天然存在的石墨与片状的基于碳
的颗粒，并且
所述片状的基于碳的颗粒具有的平均厚度小于所述天然存在的石
墨的平均厚度。
5.根据权利要求1或2所述的导热颗粒，其中：
所述芯颗粒为100体积份，
所述有机粘结剂的范围为所述芯颗粒的体积的3至25体积份，并
且所述绝缘材料的范围为所述芯颗粒的4至48体积份。
6.根据权利要求5所述的导热颗粒，其中：
所述芯颗粒是比率为3∶2至99∶1的天然存在的石墨与片状的基于碳
的颗粒，并且
所述片状的基于碳的颗粒具有的平均厚度小于所述天然存在的石
墨的平均厚度。
7.根据权利要求1或2所述的导热颗粒，其中：
所述有机粘结剂是热固性树脂。
8.根据权利要求6所述的导热颗粒，其中：
所述有机粘结剂是热固性树脂。
9.根据权利要求1或2所述的导热颗粒，其中：
所述导热颗粒的平均粒度的范围为0.5μm至300μm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：Y萨加，T希拉哈拉，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US