TW201428036A - 導熱性塑膠材料 - Google Patents
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Abstract
一種組合物，包含一塑膠材料以及20至80%(重量)之添加物，其係選自單矽酸鹽、金屬矽及其混合物。
Description
本發明關於一種導熱性塑膠材料。
塑膠材料是一種廣泛使用各種用途的材料，其特徵在具有良好的可塑性、良好的絕緣性能及可接受之強度。
塑膠材料通常具有低導熱性，一般而言，塑膠材料的導熱性係介於約0.2至0.3W/mK的範圍內。
理論上，可以利用填充其他材料的方式來改變塑膠材料的特性，目前有數種材料可以達到上述目的，舉例而言，氮化硼可以用來影響其導熱性，當在塑膠材料中充填氮化硼時，可以增加其導熱性達2倍以上。由於用來提供導熱性之充填物的添加量相對極高，所以其價格將是最重要的考量因素，而其他結構特性、顏色、密度等因素則為次要。
本發明之目的為提供充填物以達成預期特性之塑膠組合物。
為達上述目的，一種導熱性組合物包括一塑膠材料以及20至80%(重量)之添加物，其係選自單矽酸鹽、金屬矽及其混合物。
圖1至4顯示不同倍數之PA6與藍晶石樣品3(60%重量百分比)的顯微照相圖。
因此，在本發明中，一塑膠材料係混合有一添加物，其係選自單矽酸鹽、金屬矽或其混合物，且其含量為該組合物重量之20至80%，較佳為30至80%。此外，該組合物包含一塑膠材料，其係作為組合物之其
餘部分的主要成分，塑膠材料的含量較佳係介於15至70%。除了該塑膠材料之外，亦可以加入其他輔助物，特別是著色劑、抗衝改質劑(impact modifier)等。
在本發明一較佳實施例中，單矽酸鹽係為鋁矽酸鹽(aluminosilicates,especially alumosilicates)，較佳之單矽酸鹽為藍晶石。
其中，「單矽酸鹽」一詞係指矽酸鹽上的陰離子係由游離之SiO4四面體所構成，亦即，SiO4四面體不具有Si-O-Si之鏈結。
此矽酸鹽之部分包括重要的岩石成形礦物，如石榴石與橄欖石之群組、鋯石、及經濟價值或岩石學上重要的鋁矽酸鹽紅柱石、矽線石、藍晶石、及十字石與黃寶石。
SiO4聚合陰離子(SiO4 polyatomic anion)的簡單結構會導致單矽酸鹽之特性缺乏明顯的非等向性，其通常為立方體、四角形、三角形、六角形或正菱形，且其大部分形成等軸結晶(isometric crystal)，此部分之礦物通常為硬的，並具有高折射率及相對較高之密度。
適當的塑膠材料包括彈性體、熱塑性塑膠或熱固性高分子，特別是，塑膠材料可以選自聚醯胺(polyamide)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚碳酸鹽(polycarbonate)、聚酯(polyester)、聚胺酯(polyurethane)、環氧樹脂，及其混合物與共聚物。
共聚物包括不同變化，其前聚物或單體具有不同基本化學結構且可聚合，另外，共聚物亦包括兩種以上之物質的混合物，其亦可稱為三聚物(terpolymer)。
在一較佳實施例中，可以使用添加物組合，例如不同的單矽酸鹽，或是單矽酸鹽與金屬矽之混合物，或例如是混合兩種以上不同之單矽酸鹽，或是將數種不同之單矽酸鹽與金屬矽混合。
添加物的適當顆粒大小係介於約1至50μm(d50)，其中，d50表示此顆粒中50%的重量百分比的顆粒大小係小於此數值，而其50%的重量百分比的顆粒大小係大於此數值；此顆粒大小特性可以藉由雷射繞設法建立。較佳者，d50之顆粒大小係至少為2μm或至少5μm，且低於40或30μm。在部分實施例中，顆粒大小係介於2至20μm，在其他實施例中，顆粒大小係介於10至30μm，或介於10至50μm。
在一較佳實施例中，其顆粒具有相對較狹窄的顆粒大小分佈，其d90/d50為3或2。
本發明亦揭露一種製備一導熱組合物之製程，其包括下列步驟：在一塑膠材料中混合20至80%(重量)，較佳為30至80%(重量)之至少一添加物，其係選自單矽酸鹽、金屬矽及其混合物。
在本發明部分實施例中，依本發明所使用之充填物為40%(重量)以上、50%(重量)以上、或60%(重量)以上。
本發明更揭露一種添加物之用途，其利用添加物以改善一塑膠材料之導熱性，其中添加物係選自單矽酸鹽、金屬矽及其混合物。
實驗例
1、所使用之充填物
片狀改性金雲母(TREFIL 283-400 AST，Quarzwerke公司)：鈣矽石，其d50為約5μm。
矽酸乙酯(SILBOND 4000 AST，Quarzwerke公司)：方英石，其d50為約5μm。
矽烷化粗雲母(TREMICA 1155-010 AST，Quarzwerke公司)：白雲母，其d50為約5μm。
氮化硼(BN)、片狀改性金雲母(TREFIL)、矽酸乙酯(SILBOND)及矽烷化粗雲母(TREMICA)係作為對照材料。
2、已充填之塑膠材料的製備
在熱塑性材料的例子中，利用一擠壓機(Leistritz公司，型號為ZSE 27 MAXX)將充填物混入聚己內醯胺(PA6)中，利用此化合物，並以射出成形(Demag公司，型號為Ergotech 100/420-310)方式製備成模部分：
多功能測試樣品(ISO 3167 type A)
尺寸為80mm * 80mm * 2mm之片狀物。
用來測量導熱性之測試樣品可從上述片狀物加工而得，為了擠壓方向(Z方向)之橫向測量，可以從片狀物之中心位置轉動以製備直徑為12.7mm(d=12.7mm)之盤狀物；為了判斷射出方向(X方向)之導熱性，必須壓出6根柱狀物，其長度為12.7mm且其寬度為2mm，然後利用一特殊之樣品夾具將該等柱狀物一起夾住，並旋轉90度，以近行測量。另外，對熱固性高分子材料而言，可利用真空攪拌機(PC-Laborsysteme,Labotop)將充填物混合於環氧樹脂(Huntsman,Araldite CY 184,Aradur HY 1235,accelerator DY 062)中，然後將成模組合物形成片狀物，其尺寸為250mm x 250mm x 250mm，並進行熱固化，接著，切割出尺寸為約20mm x 20mm x 2mm之測試樣品。
3、測量
接著，測量上述製備之測試樣品之機械特性與導熱性。
針對PA6(LFA447 NanoFlash ®,Netzsch)之導熱性數值可測量如下：
針對下列混合物，僅測量其各別充填物含量之導熱性：
上述數據顯示，高充填物含量及較粗糙之充填物(較高之d50值)可以得到較好之導熱性，其係明顯優於其他對照材料。當與方英石(cristobalite)比較時，本發明之單矽酸鹽明顯比較軟(較低之莫氏硬度值)，因此可以明顯減少裝載其之設備的磨損。
以下顯示含藍晶石樣品之PA6的機械數據(通用之張力測試機器(Zwick/Roell Z 202)，鐘錘衝擊試驗機(Zwick/Roell HIT 25P))：
不管充填物含量多高，本發明之材料具有良好的機械性質，亦即越精細的填充物(d50值越小)，其機械性質越佳。
本發明之充填之塑膠材料具有優良的熱變形溫度。
一種熱固性混合物，含有63%(重量)之藍晶石與37%(重
量)之環氧樹脂，具有下列特性：
)*利用NanoFlash之儀器測量。
相較之下，未充填之熱固性材料(即100%之環氧樹脂)的導熱性僅為0.2W/mK。
掃瞄式電子顯微鏡(SEM)分析
利用掃瞄式電子顯微鏡(Joel JSM 7600F)檢測上述材料，圖1至4顯示不同倍數之PA6與藍晶石樣品3(60%重量百分比)的顯微照相圖。
承上所述，雖然上述材料為達成材料間的連結，但其仍然可以擁有良好的導熱性。
Claims (10)
- 一種組合物，包含一塑膠材料以及20至80%(重量)之添加物，其係選自單矽酸鹽、金屬矽及其混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該單矽酸鹽係為鋁矽酸鹽(aluminosilicates,especially alumosilicates)。
- 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該單矽酸鹽係為藍晶石。
- 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該塑膠材料係為彈性體、熱塑性塑膠或熱固性高分子。
- 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該塑膠材料係選自聚醯胺(polyamide)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚碳酸鹽(polycarbonate)、聚酯(polyester)、聚胺酯(polyurethane)、環氧樹脂，及其混合物與共聚物。
- 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其係具有數種添加物之組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該添加物之顆粒大小(d50)係介於1至50μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之組合物，其中該添加物係經過矽烷化。
- 一種製備如申請專利範圍第1項至第8項所述之組合物之製程，包括下列步驟：在一塑膠材料中混合20至80%(重量)之至少一添加物，其係選自單矽酸鹽、金屬矽及其混合物。
- 一種添加物之用途，其利用一添加物以改善塑膠材料之導熱性，其中該添加物係選自單矽酸鹽、金屬矽及其混合物。
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