通过聚合物/氮化硼复合物的热塑性加工所制备的组成部件、用于制备此类组成部件的聚合物/氮化硼复合物，用于制备此类组成部件的方法及其用途技术

本发明专利技术涉及用于制备组成部件的方法，所述组成部件在其至少一部分上具有最多3毫米的壁厚，所述方法包括借助注塑模具在注塑机中使用聚合物/氮化硼复合物进行注塑的方法步骤，其中所述聚合物/氮化硼复合物包含可热塑性加工的聚合物材料和导热填料，其中所述填料包含片晶状六方氮化硼颗粒，并且其中注塑期间的注入速率为最多200mm/s。本发明专利技术还涉及使用此类方法制备的组成部件以及用于制备此类组成部件的聚合物/氮化硼复合物。本发明专利技术还涉及这种组成部件用于待冷却的组成部件和组件的散热的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及通过使用具有高贯通面热导率的片晶状六方氮化硼颗粒的聚合物复合物的热塑性加工所制备的组成部件、用于制备此类组成部件的聚合物/氮化硼复合物、用于制备此类组成部件的方法以及此类组成部件用于散热的用途。可热塑性加工的塑料用于多种应用中。为此，通常通过与附加组分配混来对基体聚合物的性质进行改性，从而为每种应用定制基体聚合物的性质。例如有机、矿物、陶瓷、玻璃和金属填料可用作用于与聚合物基体配混的附加组分。填料可例如以块状、球状、片晶状或纤维颗粒存在，或以具有不规则形态的颗粒存在。附加组分可用于例如对机械性能或电气性能、热膨胀系数、或密度进行改性，或提高热导率。在配混期间形成了由聚合物和附加组分组成的混合的材料，该混合的材料通常以颗粒剂的形式积聚，并且在成形工艺中进一步加工。优选地通过注塑进行成形以形成组成部件。为了制备混合的导热聚合物基材料，将导热填料引入常常仅弱导热的热塑性基体中。六方氮化硼为具有片晶状颗粒形态的高度导热填料，其可用于制备导热聚合物/氮化硼混合材料(聚合物/氮化硼复合物)。当将可热塑性加工的聚合物与填料配混时，一般使用挤出机。例如，使用双螺杆挤出机，其中螺杆承担除传输材料之外的另外功能。根据每种应用，不同实施例可在挤出机中的不同区中使用传送元件、混合元件、剪切元件诸如例如捏合块以及回流元件。混合元件和剪切元件确保了聚合物熔体与填料的良好混合和匀化。可经由主料斗，也可经由侧进料器，将填料与聚合物一起供应。如果填料对剪切敏感，则经由侧进料器加入填料是特别重要的。将聚合物颗粒剂经由主进料器投入挤出机的进料区中，随后在高压和强剪切下熔融。将剪切敏感的填料经由侧进料器加入已熔融的聚合物。例如在最低可能的剪切下在配混过程的较晚时间点处将玻璃纤维加入侧进料器中，所述玻璃纤维可用作用于机械加固的填料。可已经在附加侧进料期间或在主进料期间的较早时间点处，经由附加侧进料器将对剪切不太敏感的填料与聚合物一起加入。对剪切不太敏感的填料或必须充分均质化的填料诸如颜料，在挤出机中保持更久，并且从加入填料的位置，穿过挤出机中的所有下游匀化和剪切区域。根据所选的配混参数诸如例如螺杆转速和温度，剪切敏感的填料可发生降解或部分降解。在玻璃纤维的情况下，降解意味着玻璃纤维的粉碎，以及与之相关的由玻璃纤维化合物组成的注塑部件的机械性能的下降。在挤出机的端部处，复合物作为料条形式的聚合物熔体穿过喷嘴离开挤出机。在料条冷却并硬化之后，制粒机产生复合物颗粒剂，该复合物颗粒剂预期用于在模制过程中进一步加工。用于未填充聚合物颗粒剂且也用于由聚合物和填料组成的复合物颗粒剂的一种可能成形工艺是注塑。将聚合物颗粒剂或复合物颗粒剂在注塑机中再熔融并且在高压下填充到模具中。在此处，聚合物熔体或复合物熔体硬化，并且可喷射出注塑组成部件。在注塑中，对于成形而言有较大设计自由度，并且可对可承担多种功能的复合组成部件进行注塑。通过使用填料，聚合物适于它们将实现的每种应用和功能。将玻璃纤维用于复合物中使得有可能制备机械上高应力塑性组成部件。所完成的注塑部件的拉伸强度在其中当模制聚合物熔体时模具被填充的方向上是最高的。在注塑过程中，玻璃纤维变得强烈取向。由于该取向，材料性能(例如，机械性能)在注塑组成部件中为各向异性的。已表明，在导热聚合物/氮化硼复合物的制备及其加工成组成部件中，许多影响因素对热导率结果具有显著影响。这些影响因素包括所使用的配混、成形、样品几何结构、样品抽取和测量方法。在配混期间，例如，可使用共捏合机(Buss捏合机)、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。可经由机器设计和/或工艺参数来对剧烈或轻柔配混进行调整。为了对相对较剧烈的配混进行调整，可以使用分散元件和剪切元件(诸如例如捏合块)这两者；为了对较轻柔的配混进行调整，可以一同省去例如捏合块。较高螺杆转速导致复合物和复合物中的填料的相对较强剪切，而较低螺杆转速导致复合物和复合物中的填料的相对较弱剪切。当将聚合物与氮化硼粉末例如与喷雾干燥的氮化硼粉末配混以形成聚合物/氮化硼复合物时，已表明，当将30体积％的氮化硼加入聚酰胺(PA 6)时，利用填料的强混合和剪切以及良好分散而进行的剧烈配混导致复合物的相对良好机械性能，而热导率相对较低。相反地，利用低剪切和较差分散进行的轻柔配混导致复合物具有相对较好的热导率和较差的机械性能。后续的成形也影响热导率结果。如果利用剧烈配混而制备的聚合物/氮化硼复合物的样品是通过热压制备的，则贯通面热导率比通过注塑由相同聚合物/氮化硼复合物制备的拉伸测试棒高40％。热压样品的贯通面热导率值比在2mm薄注塑板上测得的贯通面热导率值高至多100％。如果厚度为2mm的薄板是利用通过轻柔配混制备的聚合物/氮化硼复合物通过注塑而制备的，则贯通面热导率比由通过剧烈配混制备的复合物注塑而成的2mm板的贯通面热导率高至多15％。此外样品几何结构也影响热导率结果。在厚度为4mm的注塑拉伸棒上测量的贯通面热导率比在2mm厚的注塑板上测量的贯通面热导率高至多50％。在注塑中，样品抽取的类型也影响热导率结果。已表明，例如，在2mm薄板的剧烈配混和注塑中，热导率可在靠近铸口处、在样品的中间处和在远离铸口处差异明显。例如，高填充复合物中的热导率可偏差了多达20％，这具体取决于样品抽取的位置。在拉伸测试棒的剧烈配混和注塑中，在靠近铸口且紧接第一样品肩部之后所取出的样品的热导率可与远离铸口且在第二样品肩部之前所取出的样品偏差了多达10％。最后，测量方法也影响贯通面热导率结果。如果使用热圆盘方法在4mm厚注塑板上测量贯通面热导率，则各向同性填料中的测量结果比使用激光闪光方法在2mm薄注塑板上的测量高大约15-20％，而使用热圆盘方法在片晶状填料中测得至多50％的较高热导率。出于这些原因，如果复合物的制备、复合物颗粒剂的成形、样品抽取及热导率测量在相同条件下进行，则可仅直接地比较由热导率测量所得的结果。作为初级颗粒而非作为初级颗粒的团聚体而存在的六方氮化硼粉末颗粒具有各向异性的热导率。结晶良好的氮化硼粉末具有片晶状颗粒形态。氮化硼片晶通常具有>10的纵横比，即，片晶直径与片晶厚度的比率。与片晶的面内热导率相比，贯通片晶的热导率较低。如果复合物是由热塑性聚合物和呈片晶状初级氮化硼颗粒形式的氮化硼粉末而制备的，则初级氮化硼颗粒主要以细分散形式存在。如果对这种复合物进行注塑，则大多数片晶状初级氮化硼颗粒(特别是薄壁组成部件中)使其自身以与注塑模具的表面成平行面且与组成部件的表面成平行面的方式排列。由于在注塑组成部件中的、在靠近模具壁的区域与远离模具壁的区域之间的剪切速率而发生片晶状初级氮化硼颗粒的这种排列。片晶状初级氮化硼颗粒在注塑组成部件中的这种排列导致性能(特别是热导率)的各向异性。在聚合物复合物的流动方向上壁厚≤3或≤2mm的薄壁组成部件中的(面内)的热导率一般高超过四倍，而贯通组成部件壁(贯通面)的热导率至多高七倍，并且在≥30体积％的填料加载量下更大。热塑性注塑组成部件的热导率的各向异性在许多应用中是缺点。例如，在低贯通面热导率下，贯通外壳壁的散热同样较低。在使用注塑外壳的应用中，该性能是不利的，这是由于可能出现热量在外壳壁中的快速分布，但不可能出现贯通外壳壁的散本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备组成部件的方法，所述组成部件在其至少一部分上具有最多3mm的壁厚，所述方法包括借助注塑模具在注塑机中使用聚合物/氮化硼复合物进行注塑的方法步骤，其中所述聚合物/氮化硼复合物包含可热塑性加工的聚合物材料和导热填料，其中所述填料包含片晶状六方氮化硼颗粒，并且其中注塑期间的注入速率为最多200mm/s。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.14 EP 13188410.81.用于制备组成部件的方法，所述组成部件在其至少一部分上具有最多3mm的壁厚，所述方法包括借助注塑模具在注塑机中使用聚合物/氮化硼复合物进行注塑的方法步骤，其中所述聚合物/氮化硼复合物包含可热塑性加工的聚合物材料和导热填料，其中所述填料包含片晶状六方氮化硼颗粒，并且其中注塑期间的注入速率为最多200mm/s。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述注入速率≤175mm/s，优选地≤150mm/s。3.根据权利要求2所述的制备方法，其中所述注入速率≤125mm/s，优选地≤100mm/s，更优选地≤80mm/s，特别优选地≤70mm/s。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其中所述聚合物/氮化硼复合物不含玻璃纤维，并且其中所述复合物熔体在所述注塑机中的熔体温度比不含导热填料的所述聚合物材料的熔融温度高至少10℃且最多60℃，并且其中根据DIN EN ISO 75-1/-2在0.45Mpa下测量，所述注塑模具的模具温度比不含导热填料的所述聚合物材料的热变形温度低至少30℃且最多120℃，并且其中所述组成部件的贯通面热导率为至少1W/m*K且小于2.5W/m*K，并且其中热导率是根据DIN EN ISO 22007-4在厚度为2mm的圆盘形注塑样品上测量的。5.根据权利要求4所述的制备方法，其中所述复合物熔体在所述注塑机中的熔体温度比不含导热填料的所述聚合物材料的熔融温度高至少20℃且最多50℃，优选地至少30℃且最多40℃，并且/或者其中根据DIN EN ISO 75-1/-2在0.45Mpa下测量，所述注塑模具的模具温度比不含导热填料的所述聚合物材料的热变形温度低至少60℃且最多100℃，优选地至少90℃且最多100℃。6.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其中所述聚合物/氮化硼复合物不含玻璃纤维，并且其中所述复合物熔体在所述注塑机中的熔体温度比不含导热填料的所述聚合物材料的熔融温度高至少10℃且最多60℃，并且其中根据DIN EN ISO 75-1/-2在0.45Mpa下测量，所述注塑模具的模具温度比不含导热填料的所述聚合物材料的热变形温度低至少5℃且最多70℃，并且其中所述组成部件的贯通面热导率为至少2.5W/m*K，并且其中热导率是根据DIN EN ISO 22007-4在厚度为2mm的圆盘形注塑样品上测量的。7.根据权利要求6所述的制备方法，其中所述复合物熔体在所述注塑机中的熔体温度比不含导热填料的所述聚合物材料的熔融温度高至少20℃且最多50℃，优选地至少20℃且最多40℃，特别优选地至少20℃且最多35℃，并且/或者其中根据DIN EN ISO 75-1/-2在0.45Mpa下测量，所述注塑模具的模具温度比不含导热填料的所述聚合物材料的热变形温度低至少10℃且最多50℃，优选地至少10℃且最多40℃。8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中所述聚合物/氮化硼复合物含有玻璃纤维，并且其中注塑期间的注入速率为至少50mm/s，优选地至少70mm/s，并且其中所述复合物熔体在所述注塑机中的熔体温度比不含导热填料的所述聚合物材料的熔融温度高至少10℃且最多60℃，并且其中根据DIN EN ISO 75-1/-2在0.45Mpa下测量，所述注塑模具的模具温度比不含导热填料的所述聚合物材料的热变形温度低至少5℃且最多40℃。9.根据权利要求8所述的制备方法，其中所述复合物熔体在所述注塑机中的熔体温度比不含导热填料的所述聚合物材料的熔融温度高至少20℃且最多55℃，优选地至少30℃且最多55℃，并且/或者其中根据DIN EN ISO 75-1/-2在0.45Mpa下测量，所述注塑模具的模具温度比不含导热填料的所述聚合物材料的热变形温度低至少10℃且最多30℃，优选地至少10℃且最多25℃。10.能够通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法而获得的组成部件，所述组成部件在其至少一部分上具有最多3mm的壁厚。11.组成部件，所述组成部件在其至少一部分上具有最多3mm的壁厚，其中所述组成部件通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里希纳·乌贝尔，罗伯特·舍德尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US