[发明专利]用于LED灯具的高导热性复合材料、导热填料及生产设备

说明书

[技术领域]

本发明涉及导热性复合材料、导热填料及生产设备，具体涉及用于LED灯具的高导热性复合材料、导热填料及生产设备。

[背景技术]

随着国家把环保节能作为国家的意志来实施，鼓励市民使用大功率LED灯取代传统的照明灯具（诸如：白炽灯、卤素灯、荧光灯等等），为充分利用现有的照明基础设施，新型LED灯具应运而生；当前随着越来越多的新型LED灯具的开发，设计人员与制造商正在探寻一种替代材料，这种材料与传统金属相比，能够带来更大的设计自由度且重量更轻，尤其是在LED灯罩方面。

塑料是一种合理的选择，然而这对其性能的要求更高，对LED来说，由于散热是一个关键性的问题，因此LED灯罩所适用的塑料必须具有更高的散热能力，有效耗散LED灯所产生的热量，并保持较低的LED结点温度，若热量不能及时耗散，将会影响LED灯的功效和使用寿命；此外此类导热塑料还应该具有高强度的机械性能，并符合IEC和UL安全标准的阻燃性要求。

从目前国内公开的专利文献来看，国内对导热塑料的研究大多只关注通过简单的基础树脂组合和优选合适的导热填料进行共混合金来获得较高的导热系数（热传导率），诸如：国内专利CN101717579B介绍了“聚苯硫醚和聚酰胺以及导热填料组合进行共混合金，可以制成导热性优异的复合材料”，但文献中没有系统阐述为何聚苯硫醚和聚酰胺组合会提高组合物的导热系数（热传导率）？国内专利CN102174254A介绍了“高导热绝缘工程塑料及其制备方法”，笼统地组合了各种各样的组分和配比，根本没有系统地论述各种组分和配比及其制备方法的合理性和科学性；国内专利CN102618029A介绍了“一种高抗冲击聚己内酰胺导热绝缘塑料及其制备方法”，用了较大篇幅介绍了对导热填料的表面处理和设备的多喂料系统，却没有详细阐述此制备方法和配比组分的合理性所依托的理论依据。综上所述，究其原因在于国内对导热塑料的导热机理研究还不够深入，大多数文献只是停留在对原有文献中的组分配比和制备方法做出简单的调整或改进上，导致目前国内的导热塑料的开发和应用严重滞后，特别是在LED灯具上替代金属铝制灯罩，国内制造的导热塑料几乎是空白，严重依赖国外为数不多的3-4家知名跨国公司。

目前，国内外公认的导热塑料的最高热传导率为25W/mK左右，大大低于金属的100W/mk的热传导率。热塑性塑料是热不良导体，其典型的热传导率仅为λ=0.25W/mK，这与热传导率高达200W/mK的优良热导材料--金属和陶瓷形成了强烈对照。

[发明内容]

为了解决现有技术中的上述不足和缺陷，本发明提供一种用于LED灯具的高导热性复合材料、导热填料及生产设备。

为实现上述目的，首先发明一种改性导热填料，其特征在于表面偶联剂溶液：无机导热填料按质量份数比0.3～0.9∶100～300混合，所述的表面偶联剂在溶液中的浓度为10～25wt.%，所述溶液的溶剂为水-丙酮溶液，水：丙酮质量比为5～10:90～95，所述的无机导热填料的长径比在15～100。

所述的无机导热填料为氧化物、氮化物或碳化物中的一种或多种。

所述的氧化物为氧化铝或氧化镁；所述的氮化物为氮化铝或氮化硅；所述的碳化物为碳化硅。

所述的无机填料为纯度99.98%的碳化硅，粒径为0.2μm，长径比L/D=46，热传导率为270w/mk。

所述的表面偶联剂为硅系偶联剂或钛系偶联剂。

上述改性导热填料的制备方法由以下步骤组成：

1）配制水-丙酮溶液，水：丙酮质量配比为5～10:90～95；

2）将表面偶联剂溶于水-丙酮溶液中，配制成钛系偶联剂浓度为10～25wt.％的偶联剂-水-丙酮溶液；

3）利用具有加温功能的高速搅拌机，采用喷雾方法，将偶联剂-水-丙酮溶液加入到导热填料中，按照钛系偶联剂与导热填料质量份数比为0.3～0.9：100～300混合。具体步骤：将配制好的偶联剂-水-丙酮溶液均分5～10次喷雾添加，每次喷雾添加后将导热填料高速搅伴10～20min，搅拌机的搅拌速度1200～2000转/分，搅拌温度为80～120℃，从而得到改性导热填料。

用上述的改性导热填料，进一步发明一种用于LED灯具的高导热性复合材料，由占总重量59.5～64.5%的脂肪族聚酰胺、35～40%上述的改性导热填料以及0.5%的润滑剂组成，该复合材料的热传导率λ在10～12W/mk之间。

该复合材料的热传导率λ优选为11.2～11.7W/mk。