[发明专利]导热塑料组合物、挤出装置和用于制备导热塑料的方法有效

专利信息
申请号: 201380060468.3 申请日: 2013-09-19
公开(公告)号: CN104981503B 公开(公告)日: 2017-11-07
发明(设计)人: 向北;阿南德·穆鲁加亚;钱德拉谢卡尔·拉曼 申请(专利权)人: 莫门蒂夫性能材料股份有限公司
主分类号: C08J3/20 分类号: C08J3/20;C08K3/38
代理公司: 北京品源专利代理有限公司11332 代理人: 巩克栋,杨生平
地址: 美国*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 导热 塑料 组合 挤出 装置 用于 制备 方法
【说明书】:

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年9月19号提交的题为“Thermally Conductive Plastic Composition,Extrusion Apparatus And Methods For Making Thermally Conductive Plastics”美国临时专利申请第61/702,787号和2013年3月14号提交的题为“Thermally Conductive Plastic Composition,Extrusion Apparatus And Methods For Making Thermally Conductive Plastics”美国专利申请第13/829,225号的权益,在此它们各自通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明提供导热塑料组合物、挤出机螺杆构型和用于挤出热塑性组合物的方法。本发明提供含氮化硼填充材料的组合物。所述导热塑料组合物和由此形成的制品可在面内(in-plane)和面间(through plane)的方向均显示出优异的热导率。

背景技术

多种电子和光电子设备的热管理日益引起注意,由于在这样的设备中面临的严峻挑战。在个人手持电子设备中继续存在缩小尺寸和增加功能的趋势。功率密度和因此需要消散的热密度已显著增加,这提出了在这些设备中提供良好热管理的重大挑战。相似地,在光电子设备中,也叫做发光二极管(LEDs)中,功率消耗和流明输出是不断增加的。热管理问题也广泛存在于其它应用中,例如汽车中的电子元件,用于混合动力车的可充电电池系统和功率逆变器等。不充分或无效的热管理可对设备的性能和长期可靠性产生强而不利的影响。

目前基于LED的灯泡被用来取代较旧的灯泡,并被设计以适应传统的“Edison”套接口。仅将LED灯泡装配入Edison套接口加剧了所述热管理挑战,因为热消散受限于自然对流。因此LED灯泡需要良好设计的散热片以有效且充分地消散余热。无效的热管理导致较高的LEDs的运行温度,这通过LED的结点温度(Tj)指示。当结点温度从115℃增加至135℃时,LED的寿命(定义为损失30%光输出即达到B70所消耗的时间)可潜在地从80,000h下降至20,000h。

基于与用于其他电子设备的散热片的相似之处,铝散热片是LED应用的自然选择。然而,铝散热片用于LED灯泡具有数个挑战。一个挑战是散热片与Edison套接口的电绝缘。在安装过程中金属散热片和所述套接口间的任何电连通或泄漏可能是非常危险的。另一个挑战是提供具有复杂形状的散热片,因为压铸热翅(heat fin)的形状可能是困难的且可能需要昂贵的二次机械加工操作。铝散热片也可能是相当重的且可显著增加灯泡的重量,并因此增加灯泡的运输成本。最后,铝散热片将需要最后的涂漆步骤以平滑表面光洁度并赋予消费者需要的颜色。

对于散热片,塑料可为相对于铝的一个有吸引力的替代选择。塑料为电绝缘的,通过注射成型更适合于复杂的散热器结构,重量轻,并可被自由着色以满足美学或品牌需求。塑料也提供集成数个部件的可能性,这可导致灯泡更简单的整体装配。然而,塑料具有非常差的热导率-通常只有约0.2W/mK,这比通常的压铸铝合金(约200W/mK)的热导率低几乎两个数量级。因此,塑料通常不足以满足热管理挑战。

通常将填料添加至塑料中以形成独特的复合材料。例如,添加增强材料例如玻璃纤维以改善塑料的机械性能。相似地,近来将石墨、炭黑或其它碳形式,甚至包括碳纳米管添加至塑料中以形成导电的塑料基材料。有时也使用石墨和金属粉末以增强热导率,但这通常也导致增加的电导率,因为这些性质通常是伴随的。然而,一些陶瓷材料,例如二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硼(六方形或立方形式)等具有与塑料形成导热的但电绝缘的构型的机会,因为它们是良好的热导体和电绝缘体。

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