一种导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于聚碳酸酯薄膜技术领域，涉及一种聚碳酸酯薄膜及其制备方法和应用，尤其涉及一种导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜及其制备方法和应用。


背景技术：

2.聚碳酸酯（pc）是一种优良的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击能力，耐蠕变和尺寸稳定性，且耐热、吸水率低、无毒、绝缘性能优良，是五大工程塑料中唯一具有很好透明性的产品。目前，聚碳酸酯薄膜及片材正广泛应用于汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器材、医疗保健等领域。随着其在各种电子/电气仪表板，台式计算机、手提电脑、视屏录像机、彩色电视机、复印机等的外壳和重要电子电气零部件以及汽车的仪表板、耐热电器壳体等领域的应用越来越广，鉴于微电子的高度集成化、器件的小型化，对聚碳酸酯薄膜及片材的导热散热性能、耐电气性能的要求越来越高，很多场合需要其导热系数（λ）达到1.0 w/m.k以上，耐击穿电压性能需达到更高的等级。
3.现有的聚碳酸酯的制备方法一般采用在聚碳酸酯中添加大量的三氧化二铝、氧化镁、碳化硅及bn等无机导热绝缘助剂，可以一定程度地获得导热性能，但这些助剂的加入导致聚碳酸酯严重降解，无法加工成薄膜或片材。
4.cn101418116a公开了一种导热聚碳酸酯组合物的制备方法，它包含有30
‑
70份(质量)导热无机填料al2o3，20
‑
60份(质量)的聚碳酸酯，5
‑
10份(质量)的abs树脂，0.3
‑
3份(质量)的接枝共聚物，0.1
‑
1.0份(质量)抗氧剂，0.5
‑
3份(质量)偶联剂。该发明的导热聚碳酸酯组合物具有较高的导热性能，以及良好的综合力学性能和加工性能。该发明采用氧化铝为导热剂，加入abs树脂等改善加工性能，但无法避免氧化铝导热助剂在挤出加工过程中导致的聚碳酸酯严重降解，无法实现制备薄膜级的产品。
5.cn105176041b公开了一种耐拉伸耐击穿的绝缘材料及其制备方法，所述的绝缘材料包括聚碳酸酯15
‑
40份、聚丁二酸丁二醇酯8
‑
20份、磺基丁二酸钠二辛酯4
‑
10份、玻璃纤维5
‑
10份、异戊橡胶6
‑
15份、丁苯橡胶5
‑
10份；所述的制备方法步骤为：一次密炼、二次密炼、再用开炼机进行开炼、再用压延机压延，冷却，得到耐拉伸耐击穿的绝缘材料。制备得到的绝缘材料的拉伸强度在50mpa以上，其击穿场强在38kv/mm以上。但是，该发明制得的绝缘材料导热性能有待进一步提高。
6.cn109762225a公开了一种高导热绝缘功能母料，所述高导热绝缘功能母料通过双螺杆混合、挤出、造粒步骤制备，由有机高分子塑料、抗氧剂、除酸剂、润滑剂和高导热无机纳米颗粒组成，按其重量份数计：有机高分子塑料为100份；抗氧剂占高分子塑料的0.1
‑
1.5份；除酸剂占高分子塑料的0.1
‑
1.0份；润滑剂占无机纳米颗粒的1
‑
40份；高导热无机纳米颗粒占高分子塑料的1
‑
40。所述高导热绝缘功能母料应用于锂离子电池隔膜或缓冲层的制备中。该发明中高导热绝缘功能母料采用的无机纳米材料具有较高的导热系数，采用共混制备方法简单易于工业化生产。制备的高导热绝缘母料的导热系数在1
‑
25w/(m.k)，高于现在市场上使用的导热材料。但是，该发明的材料的耐击穿电压性能和力学性能有待进一步
提高。
7.因此，开发一种不影响力学性能的前提下导热、耐电压击穿的绝缘聚碳酸酯薄膜及其制备方法很有必要。


技术实现要素：

8.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜及其制备方法和应用，制得的聚碳酸酯薄膜具有高的机械强度的同时，具有高的导热系数和耐击穿电压。
9.本发明的目的之一在于提供一种导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜，为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜，包括导热层以及设置在所述导热层上下两侧的耐击穿电压层；其中，按质量百分比计，所述导热层包含如下组分：pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
84
‑
93%纳米级氮化硼
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
5%纳米级氮化铝
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
5%助剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
6%；按质量百分比计，所述耐击穿电压层包含如下组分：pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
64
‑
89%纳米级云母粉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
20%纳米级二氧化硅
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
10%助剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
6%。
10.本发明中，中间的导热层，通过添加纳米氮化绷和纳米级氮化铝，以实现高导热系数；上下表层通过添加纳米级云母粉和纳米级二氧化硅相结合的方式以提高pc材料的耐击穿电压值，以实现高耐电压值，最终制得的导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜具有高的机械强度的同时，具有高的导热系数和耐击穿电压。
11.具体他，按质量百分比计，所述导热层包含如下组分：pc的质量百分比为84
‑
93%，例如为84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%或93%等。
12.纳米级氮化硼的质量百分比为1
‑
5%，例如为1%、2%、3%、4%或5%等。
13.纳米级氮化铝的质量百分比为1
‑
5%，例如为1%、2%、3%、4%或5%等。
14.助剂的质量百分比为5
‑
6%，例如为5%、5.1%、5.2%、5.3%、5.4%、5.5%、5.6%、5.7%、5.8%、5.9%或6%等。
15.按质量百分比计，所述耐击穿电压层包含如下组分：pc的质量百分比为64
‑
89%，例如为64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%或89%等。
16.纳米级云母粉的质量百分比为1
‑
20%，例如为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%或20%等。
17.纳米级二氧化硅的质量百分比为5
‑
10%，例如为5%、6%、7%、8%、9%或10%等。
18.助剂的质量百分比为5
‑
6%，例如为5%、5.1%、5.2%、5.3%、5.4%、5.5%、5.6%、5.7%、5.8%、5.9%或6%等。
19.所述导热层中，所述pc为低玻璃化温度的pc，玻璃化温度为100
‑
120℃，例如为100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、109℃、110℃、111℃、112℃、113℃、114℃、115℃、116℃、117℃、118℃、119℃或120℃等。
20.本发明中，所述纳米级氮化硼的粒径为1
‑
100nm，例如为1nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。
21.本发明中，所述纳米级氮化铝的粒径为1
‑
100nm，例如为1nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。
22.所述耐击穿电压层中，所述pc为高流动性pc，pc的熔融指数为15
‑
40g/10min，例如为15 g/10min、16 g/10min、17 g/10min、18 g/10min、19 g/10min、20 g/10min、21 g/10min、22 g/10min、23 g/10min、24 g/10min、25 g/10min、26 g/10min、27 g/10min、28 g/10min、29 g/10min、30 g/10min、31 g/10min、32 g/10min、33 g/10min、34 g/10min、35 g/10min、36 g/10min、37 g/10min、38 g/10min、39 g/10min或40 g/10min等。
23.本发明中，所述纳米级云母粉的粒径为1
‑
100nm，例如为1nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。
24.本发明中，所述纳米级二氧化硅的粒径为1
‑
100nm，例如为1nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm。
25.所述导热层中，按质量百分比计，所述助剂包含0.5%的抗氧剂、3%的分散剂和2%的润滑剂。
26.所述耐击穿电压层中，按质量百分比计，所述助剂包含0.5%的抗氧剂、3%的分散剂和2%的润滑剂。
27.本发明中，所述导热层中的抗氧剂和所述耐击穿电压层中的抗氧剂独立地选自受阻酚抗氧剂；所述受阻酚抗氧剂为四[β
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
[0028]
本发明中，所述导热层中的分散剂和所述耐击穿电压层中的分散剂独立地选自戊四醇硬脂酸酯类分散剂。
[0029]
本发明中，所述导热层中的润滑剂和所述耐击穿电压层中的润滑剂独立地选自硬脂酸及其盐类。
[0030]
本发明中，所述导热层的厚度为0.3
‑
5mm，例如为0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm或5 mm等。
[0031]
本发明中，上下表层考虑到不影响整体产品的导热性能，尽可能的薄型化，同时，上下表层的层厚可以相同厚度，也可以选用不同的厚度。所述导热层上下两侧的耐击穿电压层的厚度独立地为0.2
‑
3mm，例如为0.2 mm 、0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm、1 mm、2 mm或3 mm等。
[0032]
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜的制备方法，包括如下步骤：1）按配比，将pc、纳米级氮化硼、纳米级氮化铝和助剂混合，制备导热层材料；2）按配比，将pc、纳米级云母粉、纳米级二氧化硅和助剂混合，制备耐击穿电压层材料；
3）以步骤1）制得的导热层材料为中间层，以步骤2）制得的耐击穿电压层材料为上下表层，通过三层共挤，得到所述导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜。
[0033]
本发明的目的之三在于提供一种目的之一所述的导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜的应用，将所述导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜用于工控散热片或工业灯底座的制备。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜，具有高的机械强度的同时，具有高的导热系数和耐击穿电压，具体的，拉伸强度为63
‑
65mpa，断裂伸长率为82
‑
95%，导热系数为1.1
‑
1.8w/m.k，耐电压值为36
‑
43kv/mm。
附图说明
[0035]
图1为本发明导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜的结构示意图；1
‑
导热层；2
‑
耐击穿电压层。
具体实施方式
[0036]
下面结合附图1，并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0037]
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
[0038]
如图1所示，本发明的导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜，包括导热层1以及设置在所述导热层1上下两侧的耐击穿电压层2。
[0039]
实施例1本实施例的导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜，包括导热层以及设置在导热层上下两侧的耐击穿电压层，上下两侧的耐击穿电压层采用同种材料；其中，按质量百分比计，耐击穿电压层包含如下组分：pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
88.5%纳米级云母粉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1%纳米级二氧化硅
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5%抗氧剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5%分散剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3%润滑剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2%。
[0040]
其中，耐击穿电压层中，pc为h
‑
3000（tg:150℃，熔融指数：40g/10min），纳米级云母粉的粒径为50
‑
80nm，纳米级二氧化硅的粒径为50
‑
80nm，抗氧剂为氰特抗氧剂2777，分散剂为美国龙沙的pets，润滑剂为科莱恩的wax
‑
e，两层耐击穿电压的厚度均为0.2mm。
[0041]
其中，按质量百分比计，导热层包含如下组分：pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
92.5%纳米级氮化硼
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5%纳米级氮化铝
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5%抗氧剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5%分散剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3%
润滑剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2%；其中，导热层中，pc为ac2887（台湾化学纤维股份有限公司，tg:120℃，熔融指数：10g/10min），纳米级氮化硼的粒径为50
‑
80nm，纳米级氮化铝的粒径为50
‑
80nm，抗氧剂为氰特抗氧剂2777，分散剂为美国龙沙的pets，润滑剂为科莱恩的wax
‑
e，导热层的厚度为0.8mm。
[0042]
实施例2
‑
10实施例2
‑
10与实施例1的区别在于，上下表层耐击穿电压层的各组分用量不同，上下表层耐击穿电压层的各组分的种类与实施例1的相同，中间层导热层的各组分种类与用量与实施例1的相同，具体组成如表1所示。
[0043]
对比例1本对比例与实施例4的区别之处在于，上下表层中的pc为普通pc（三菱：s
‑
1000r，tg：150℃，熔融指数：7.5g/10min），其他的与实施例4的均相同。
[0044]
对比例2
‑
8对比例2
‑
8与实施例1的区别之处在于，上下表层耐击穿电压层的各组分用量不同，上下表层耐击穿电压层的各组分的种类与实施例1的相同，中间层导热层的各组分种类与用量与实施例1的相同，具体组成如表1所示。实施例11本实施例的导热耐电压击穿绝缘聚碳酸酯薄膜，包括导热层以及设置在导热层上下两侧的耐击穿电压层，上下两侧的耐击穿电压层采用同种材料；其中，按质量百分比计，导热层包含如下组分：
pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
88.5%纳米级氮化硼
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1%纳米级氮化铝
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5%抗氧剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5%分散剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3%润滑剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2%；其中，导热层中，pc为ac2887（台湾化学纤维股份有限公司，tg:120℃，熔融指数：10g/10min），纳米级氮化硼的粒径为60
‑
80nm，纳米级氮化铝的粒径为60
‑
80nm，抗氧剂为氰特抗氧剂2777，分散剂为美国龙沙的pets，润滑剂为科莱恩的wax
‑
e，导热层的厚度为0.8mm。
[0045]
按质量百分比计，耐击穿电压层包含如下组分：pc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
74.5%纳米级云母粉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
15%纳米级二氧化硅
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5%抗氧剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.5%分散剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3%润滑剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2%。
[0046]
其中，耐击穿电压层中，pc为h
‑
3000（tg:150℃，熔融指数：40g/10min），纳米级云母粉的粒径为50
‑
80nm，纳米级二氧化硅的粒径为50
‑
80nm，抗氧剂为氰特抗氧剂2777，分散剂为美国龙沙的pets，润滑剂为科莱恩的wax
‑
e，两层耐击穿电压的厚度均为0.2mm。
[0047]
实施例12
‑
19实施例12
‑
19与实施例11的区别在于，中间层导热层的各组分用量不同，中间层导热层的各组分的种类与实施例11的相同，上下表层耐击穿电压层的各组分种类与用量与实施例11的相同，具体组成如表2所示。
[0048]
对比例9本对比例与实施例13的区别之处在于，中间层中的pc为普通pc（三菱：s
‑
1000r，tg：150℃，熔融指数：7.5g/10min），其他的与实施例13的均相同。
[0049]
对比例10
‑
16对比例10
‑
16与实施例13的区别之处在于，中间层导热层的各组分用量不同，中间层导热层的各组分的种类与实施例13的相同，上下表层耐击穿电压层的各组分种类与用量与实施例13的相同，具体组成如表2所示。
将实施例1
‑
19、对比例1
‑
16制得的聚碳酸酯薄膜进行性能检测，实验结果如表3所示。
[0050]
其中，耐电压值的测试方法参照iec60243
‑1‑
1998的标准进行，导热系数的测试方法参照gb10295的标准进行，拉伸强度的测试方法参照gb/t 1040.3
‑
2006的标准进行，断裂伸长率的测试参照gb/t 1040.3
‑
2006的标准进行。
由表3可以看出，本发明的聚碳酸酯薄膜具有良好的力学性能的基础上，具有优异的耐电压值和高的导热系数。具体的，拉伸强度为63
‑
65mpa，断裂伸长率为82
‑
95%，导热系
数为1.1
‑
1.8 w /m.k，耐电压值为36
‑
43kv/mm。
[0051]
对比例1的表层采用普通pc，会使材料的断裂伸长率损失很大，不利于机械性能的保持。
[0052]
对比例2纳米级二氧化硅的用量太少，会使表层材料的耐电压性能无法提升。
[0053]
对比例3纳米级云母粉与纳米二氧化硅添加量过大，虽然耐电压性超出35kv，但材料的断裂伸长率损失非常严重，一是增加了材料的成本，二是影响了严重影响了材料的机械性能。
[0054]
对比例4纳米级云母粉的含量高，直接影响产品的断裂伸长率。
[0055]
对比例5纳米级云母粉添加量不足，耐电压值无法达到指标要求。
[0056]
对比例6、7类似，单独添加单一的纳米级成分，耐电压值无法达到35kv/mm的要求，或材料的断裂伸长率受到损失。
[0057]
对比例8纳米级的材料替换为纳米级碳酸钙，无法提升材料的耐电压值。
[0058]
对比例9、10采用任何一种pc料，不添加纳米氮化硼与纳米级氮化铝，材料的导热系相同，无提高。
[0059]
对比例11、12、13添加过量的纳米粉体或添加量不足的，一是增加了成本，二是影响了材料的机械性能或导热率不达标。
[0060]
对比例14、15在单一组分或另一组分添加量不足的情况下，材料的导热率无法达到需要的数值。
[0061]
对比例16纳米级的材料替换为纳米级碳酸钙，无法提升材料的导热系数。
[0062]
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
[0063]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0064]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0065]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。