電絕緣且導熱的聚合物組合物的制作方法
【專利說明】電絕緣且導熱的聚合物組合物
【發明內容】
[0001] 已開發出提供日益增大的光輸出的電子裝置，如發光二極管化抓）dL抓的光輸出 越高，L抓的電需求越大，并且L抓的熱輸出越大。為了推進它們的效率和安全性，高功率電 子裝置如LED的熱量控制是關鍵性的。對作為電子裝置操作的LED尤其如此，必須使電擊的 可能性最小化。
[0002] 通過經由散熱器散熱，可進行Lm)的熱輸出控制。一些L邸外殼用作散熱器，通常使 用侶作為散熱器材料。然而，金屬外殼相對于由聚合物材料制得的外殼而言較重。由于侶是 導電的，因此為了防止電擊，必須設計L邸外殼，W使金屬部分與內部電子組件絕緣。
[0003] 由于Lm)的功率輸出增加，因此需要具有良好熱導率的電絕緣組合物W用于此類 裝置中，尤其是用于LED外殼中。
[0004] 下列參考文獻公開了電絕緣組合物。美國專利申請公布號2009/0152491公開了導 熱聚合物樹脂組合物，所述組合物包含聚合物、球形或顆粒狀導熱填料、和片狀導熱填料。 美國專利申請公布號2010/0219381公開了具有兩種填料的熱塑性聚合物，所述兩種填料均 是電絕緣且導熱的。美國專利申請公布號2012/0157600公開了模塑熱塑性制品，所述制品 包含一種或多種熱塑性聚合物、具有至少抓/mK熱導率的填料、炭黑粉末、和具有不超過5W/ mK熱導率的纖維填料。國際專利申請公布號W0 2011/106252公開了具有至少約3W/mK熱導 率并且具有導熱性液晶聚合物的組合物，所述組合物包含石墨、具有10微米至100微米范圍 內平均粒度的滑石粉、和具有3至20范圍內縱橫比的纖維填料。美國專利6620497公開了具 有氮化棚涂覆的碳薄片的電絕緣且導熱的聚合物組合物。
[0005] 本文描述的是聚合物組合物，當模塑時，所述組合物表現出最小熱導率與最小體 積電阻率(即電絕緣性)的獨特組合，使得由運些組合物制得的制品如電氣和電子裝置的外 殼或驅動器殼體可信賴地用作散熱器W將熱散發到環境大氣中，同時使操作時的電擊最小 化。
[0006] 為此，本文描述的是聚合物組合物，所述聚合物組合物包含：
[0007] (a) 20體積％至70體積％的至少一種聚合物；
[000引（b)10體積％至35體積％的至少一種涂覆碳顆粒；
[0009] (c)7重量％至35重量％的至少一種電絕緣無機片狀填料，所述電絕緣無機片狀填 料的最長尺寸上的最大長度為20微米；
[0010] (d)任選地，0.5體積％至25體積％的共聚醋彈性體；
[0011] 其中每種組分(a)至(d)的體積百分比基于所述聚合物組合物的總體積百分比計； 并且當模塑時，根據ASTM D-257在100伏下測量，運些聚合物組合物具有大于1Χ1〇ι4Ω .cm 的體積電阻率;并且當根據ASTM E-1461測量時，具有至少2. OW/mK的熱導率。
[0012] 所述至少一種聚合物選自熱塑性聚合物、熱固性聚合物、聚芳硫酸、芳族聚酷胺聚 合物、聚醋、聚酷胺、聚碳酸醋、聚締控、聚縮醒、W及運些的混合物。所述至少一種涂覆碳顆 粒選自涂覆石墨、涂覆碳纖維、涂覆玻璃碳、涂覆無定形碳、W及運些的混合物。所述至少一 種電絕緣無機片狀填料選自金屬氧化物、金屬碳酸鹽、碳酸鹽礦物、金屬氨氧化物、金屬氮 化物、金屬硫化物、憐酸鹽礦物、粘±礦物、娃酸鹽礦物、玻璃材料、w及運些的混合物。
[0013] 本文還描述了制備運些組合物的方法W及由運些組合物制得的制品。
【具體實施方式】
[0014] 定義和縮寫
[0015] W下定義和縮寫旨在用來解釋說明書中所討論的W及權利要求書中所引用的術 語的含義。
[0016] 如本文所用，術語"發光二極管"或"LED"是指一種裝置，該裝置包括至少一個發光 半導體二極管、能夠將二極管連接到電路的電連接、W及部分地包圍所述二極管的外殼。術 語"L邸外殼"或"外殼"是指結構元件，其允許二極管部分或完全插入其中，從而形成圍繞二 極管的部分或總體隔離。Lm)外殼可至少包括由聚合材料制得的一部分，所述聚合材料可為 本文所述的組合物。
[0017] 如本文所用，術語"聚合物'是指熱塑性聚合物、熱固性聚合物、芳族聚酷胺聚合 物、W及運些的混合物。
[0018] 如本文所用，術語"碳顆粒"是指含碳顆粒，所述顆粒為薄片和纖維形式，并且具有 約75重量％，優選大于85重量％，更優選大于95重量％碳的碳含量。可被涂覆的碳顆粒包括 碳粉、碳薄片、石墨粉、石墨薄片、碳纖維、玻璃碳、無定形碳、W及運些的混合物，并且可W 是天然存在的或合成的。
[0019] 涂覆前，薄片狀碳顆粒具有是其厚度的至少2.5倍的長度和寬度，W及小于約2的 長度與寬度比率。涂覆前，纖維狀碳顆粒具有0.5微米至50微米的直徑和3至15的縱橫比（即 長寬比）。
[0020] 如本文所用，術語"涂覆碳顆粒"是指其中至少一部分或整個碳顆粒外表面已用涂 覆材料涂覆的碳顆粒。
[0021] 如本文所用，術語"電絕緣無機片狀填料"是指無機的且片狀的并且電絕緣的填 料。片狀填料為薄片狀、扁平狀或盤狀，并且具有是其厚度的至少2.5倍的長度和寬度，W及 小于2的長度與寬度比率。
[0022] 如本文所用，術語"最長尺寸上的最大長度"是指電絕緣無機片狀填料任何可測方 向-長度、幅度、寬度、深度等--的最大可能量度。
[0023] 如本文所用，術語"共聚醋彈性體"是指為嵌段共聚物的彈性體聚合物，其包含a) 聚醋硬鏈段和b)聚醋柔性軟鏈段。
[0024] 如本文所用，術語"體積電阻率"是指材料的電絕緣容量或電阻率。根據ASTM D- 257在100伏r'10〇r ]下由電阻率計測定具有16mmX 16mmX 16mm尺寸的模塑試驗樣本的體 積電阻率。該電壓最接近地反映 L邸裝置運行時的電壓。體積電阻率W歐姆?厘米（Ω . cm) 為單位報告。
[0025] 如本文所用，術語"熱導率"是指材料傳導熱能的能力。如ASTM E-1461中所述，采 用激光閃光方法測定模塑試驗樣本平面方向的熱導率。熱導率W瓦每米開爾文(W/mK)為單 位報告。
[0026] 范圍
[0027] ^^另外指明，本文所述的任何范圍均明確地包括其端值。在闡述某個量時，作為 范圍的濃度或其它值或參數具體地講公開了由任何一對任何范圍上限和任何范圍下限所 形成的所有范圍，而無論此類限值對是否是本文所單獨公開的。本文所述的方法和制品不 限于在說明書中限定范圍時所公開的具體值。
[002引優選的變型
[0029] 本文在材料、方法、步驟、值和/或范圍等方面所公開的方法、組合物和制品的任何 變體，不論是否被識別為優選的變體，具體地旨在公開任何方法和制品，包括此類材料、方 法、步驟、值、范圍等的任何組合。為了給權利要求提供圖形和足夠的支持，任何此類公開的 組合具體地均旨在作為本文所述方法、組合物和制品的優選變體。
[0030] 一般情況
[0031] 本文描述的是聚合物組合物，當模塑時，所述聚合物組合物表現出體積電阻率形 式的一定電阻率W及最低的熱導率。運些組合物包含：
[0032] a) 20體積％至70體積％的至少一種聚合物；
[0033] b) 10體積％至35體積％的至少一種涂覆碳顆粒；
[0034] c)7體積％至35體積％的至少一種電絕緣無機片狀填料，所述電絕緣無機片狀填 料的最長尺寸上的最大長度為20微米；
[0035] d)任選地，0.5重量％至25重量％的共聚醋彈性體；
[0036] 其中：每種組分(a)至（d)的體積百分比基于所述聚合物組合物的總體積百分比 計；并且當模塑時，根據ASTM D-257在100伏下測量，運些聚合物組合物具有大于lXl〇i4Ω - cm的體積電阻率，并且當根據ASTM E-1461測量時，具有至少2.0W/mK的熱導率。
[0037] 所述至少一種聚合物優選選自熱塑性聚合物、熱固性聚合物、聚芳硫酸、芳族聚酷 胺聚合物、聚醋、聚酷胺、聚碳酸醋、聚締控、聚縮醒、W及運些的混合物。所述至少一種涂覆 碳顆粒選自涂覆石墨、涂覆碳纖維、涂覆玻璃碳、涂覆無定形碳、W及運些的混合物。所述至 少一種電絕緣無機片狀填料選自金屬氧化物、金屬碳酸鹽、碳酸鹽礦物、金屬氨氧化物、金 屬氮化物、金屬硫化物、憐酸鹽礦物、粘±礦物、娃酸鹽礦物、玻璃材料、W及運些的混合物。
[0038] 當模塑時，運些聚合物組合物由于加入了具有特定形狀和尺寸的所述填料W及所 述涂覆碳顆粒，因此獲得所述體積電阻率和所述熱導率的組合特性。根據ASTM D-257,在 100伏["100V"]下使用電阻率計對具有16mmX 16mmX 16mm尺寸的本文所述模塑聚合物組合 物試驗樣本測定體積電阻率，在100伏下是因為該電壓最類似于LED裝置運行時的電壓。
[0039] 聚合物(a)
[0040] 用于聚合物組合物中的聚合物包括熱塑性聚合物、熱固性聚合物、芳族聚酷胺聚 合物、W及運些的混合物。熱塑性聚合物的非限制性示例包括聚碳酸醋、聚締控如聚乙締和 聚丙締、聚縮醒、聚酷胺、聚醋、聚諷、聚芳硫酸、液晶聚合物如芳族聚醋、聚苯酸、聚芳醋、聚 酸酸酬(P邸K)、聚酸酬酬(陽KK)、間規立構聚苯乙締、熱塑性硫化橡膠(TPV)、W及運些的混 合物。優選的熱塑性聚合物包括聚碳酸醋、聚締控、聚芳硫酸、聚縮醒、聚酷胺、和聚醋，最優 選聚醋。
[0041] 熱固性聚合物的非限制性示例包括環氧化物、聚氨醋、硫化橡膠、酪醒樹脂、不飽 和熱固性聚醋樹脂、和聚酷亞胺樹脂。
[0042] 當熱塑性聚合物為聚醋時，所述聚醋選自衍生自一種或多種二簇酸和一種或多種 具有二個或更多個碳原子的二醇的聚醋、共聚醋熱塑性彈性體、W及運些的混合物。二簇酸 的示例包括對苯二甲酸、間苯二甲酸、和2,6-糞二甲酸中的一種或多種。可使用至多20摩 爾％的脂族二簇酸來形成聚醋，所述脂族二簇酸包括癸二酸、己二酸、壬二酸、十二燒二酸、 或1,4-環己燒二甲酸。二醇組分選自HO(CH2)nOH;l ,4-環己燒二甲醇；H0(CH2CH20) mC肥C肥OH;和冊(CH2CH2C肥C肥0)zC肥C肥C肥CH20H中的一種或多種，其中η為3至10的整數， m平均為1