[发明专利]导热性聚合物组合物

说明书

本发明涉及导热性聚合物组合物，更具体地涉及具有电绝缘性能的导热性聚合物组合物。

导热性聚合物组合物用于需要良好热管理性能的应用，例如在电气和电子组件中的散热器和结构元件、灯、发动机和其他含热源的产品。所述应用需要耗散来自热源的热量和良好的热管理系统，使发动机或电气和电子元件良好地工作。热还能够损坏材料性能。长时间加热使聚合物降解。热膨胀和收缩导致翘曲、变形以及甚至部分失效。降低温度浮动减轻这些问题。减少热量有助于提高寿命，而且材料保持越冷，材料的性能保持越好。

导热性聚合物组合物通常包含有机聚合物和分散于其中的导热性填料。能够承受高温的热塑性聚合物用于许多这样的热管理应用，例如聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚芳酯、聚醚醚酮和聚醚酰亚胺。

为了实现高的导热性，一般需要高填充量的导热性填料。这在聚合物组合物的加工中，会导致问题。

此外，采用具有高导热性且具有高导电性的导热性填料来实现高的导热性。如果使用较大量的这样的组分以实现组合物和其制成的部件的甚至更高的导热性，则所得的部件也变得导电。如果导热性聚合物组合物必须是电绝缘体，则导电性填料的使用必将受到限制或完全排除且被电绝缘的填料替代，电绝缘的填料因为固有热导率较低，经常通过甚至更大量来实现相同或可比的组合物导热性水平。

专利申请WO-A-2008/079438描述了导热性和电阻性聚合物组合物，其包含有机聚合物和导热性填料。导热性填料由氮化硼和石墨的混合物组成。石墨具有高的热导率，但也是导电的。氮化硼是非常优选的导热性填料，因为其具有相对高的固有热导率且是电绝缘的。然而，它是一种相当昂贵的材料。为了实现具有良好热性能并组合了电绝缘性能的组合物，在US2008/0153959中组合物的总填料含量还是非常高，其中几个具有相对大量氮化硼的填料，其很贵和/或对流动性能不利。

因此需要找到另外的导热性聚合物组合物，其具有改善的热管理性能和/或在热管理、加工、电绝缘、机械性能和流动方面具有改善的性能平衡。

本文公开了导热性聚合物组合物，其除有机聚合物和导热性填料外，还包含碳黑。有机聚合物为选自由聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚芳酯、聚醚醚酮和聚醚酰亚胺及其混合物和/或共聚物组成的组的热塑性聚合物。作为导热性填料，组合物包含，相对于组合物的总重量，15-40wt.％氮化硼。相对于组合物的总重量，碳黑的量在0.01-10wt.％范围内。

在如本发明所述的聚合物组合物中，碳黑的存在的效果为，与含氮化硼但无碳黑的相应导热性组合物相比更好的热管理性能，而同时本发明的组合物具有良好的加工和流动性能。此外，在如本发明所述的导热性聚合物组合物中的碳黑限制了对大量导热性填料的需要，从而提供具有更好的电绝缘性能的导热性聚合物组合物。

令人惊奇地，导热性聚合物组合物在升高的温度下的热管理应用中的热管理性能和加工时的流动性能方面表现出更好的总体性能平衡。碳黑的存在实现了这样的结果，尽管事实上在室温下聚合物组合物的导热性几乎没有改善且(如果有的话)在一些情况下甚至会在一定程度上恶化。此外，观察到的效果是显著的，并且鉴于实现该效果所需要的碳黑量少，特别是当与为了提高导热性而通常需要的大量导热性填料相比时，观察到的效果出人意料地大。

在典型的实例中，相比于仅含相同量氮化硼的相应聚合物组合物的效果，包含氮化硼和碳黑的聚合物组合物表现出约两倍大的温度降低。与之相比，仅含相同量碳黑的相应聚合物组合物与上述两种组合物相比，其效果是微不足道的。

上述专利申请WO-A-2008/079438描述了一个对比例，其中含聚酰胺(一种有机聚合物)、45wt.％的氮化硼(一种导热性填料)和10.3wt.％碳黑。在WO-A-2008/079438中提到，在其他组分之中，碳黑未展现出增强的导热性。碳黑的使用实际上降低了导热性。此外，组合物太粘，而不能测定熔融流动指数。在WO-A-2008/079438中没有指明碳黑能够在导热性聚合物组合物中对热管理有如本发明所述观察到的这种积极效果。

除非本文另有指明或与正文明显矛盾，在本文中描述本发明(特别是权利要求书上下文)使用的术语“一种”、“一个”和“所述”以及类似提法应当解释为既包括单数又包括复数。

在本公开中以最小数值或最大数值或两者来定义的范围，例如20-90重量百分比(wt.％)，所述范围包含规定值且具有正文所指示的含义，例如它包括与特定值的测量相关的偏差程度。本文中公开的所有范围包含端点，且端点是彼此独立地组合的。