一種制備高韌導熱功能復合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備高韌導熱功能復合材料的方法。該方法是利用核殼結(jié)構(gòu)增韌的基本原理，將導熱填料設(shè)計為核，彈性體設(shè)計為殼，實現(xiàn)高填充的同時，充分發(fā)揮彈性體的增韌作用。具體實施方法是將導熱填料、彈性體相容劑、加工助劑首先制備成導熱復合材料母粒，然后再與一定比例的工程塑料熔融共混。使用本發(fā)明方法制備的高韌導熱功能復合材料具有高韌、較高導熱系數(shù)和良好的加工流動性等功能，能應(yīng)用于擠出、注射等成型加工，應(yīng)用前景良好，其生產(chǎn)工藝簡單，操作控制方便，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，具有廣闊的工業(yè)化和市場前景。
【專利說明】一種制備高韌導熱功能復合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備高韌導熱功能復合材料的方法，屬于功能復合材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電子器件傾向于輕型化和運算高速化。但是，由此帶來熱量難以驅(qū)散，容易影響電子器件的壽命，以至于使整機癱瘓。為解決這個問題，通?？梢酝饧由崞?，通常散熱器是金屬制造，有時會帶來噪音，并且制造困難，成本相對偏高。為找到一種替代材料，近年來聚合物基導熱復合材料越來越受到人們的重視。但是相對于金屬材料而言聚合物材料的導熱系數(shù)相對較低(小于0.5 W/mK)難以滿足散熱需求。為提高聚合物材料的導熱系數(shù)，一方面通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計使聚合物導熱系數(shù)提高，但是這種方法通常需要特殊設(shè)備、工藝復雜、工藝條件控制嚴格，因此通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)聚合物導熱系數(shù)提高的方法工業(yè)化較為困難。另一方面，通常會選擇聚合物材料與導熱填料的復合，使得復合材料同時具有聚合物的易加工、韌性好的優(yōu)點和導熱填料導熱的優(yōu)點。但是為提高聚合物材料的導熱系數(shù)，導熱填料的添加量通常為基體質(zhì)量30%以上，由此對聚合物材料的性能損傷嚴重，例如沖擊強度急劇下降，流動性差，復合材料制品表面光潔度差。盡可能提高導熱系數(shù)的同時，保持復合材料有優(yōu)異的力學性能、良好的流動性、加工性能，已經(jīng)成為制約著導熱復合材料的發(fā)展的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述導熱功能復合材料現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明的目的旨在提供一種制備高韌性導熱系數(shù)的功能復合材料的方法，其功能復合材料能在較高導熱填料填充情況下，既具有較好的導熱性能，又保持良`好的韌性和加工性能。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)原理是，利用“核-殼”結(jié)構(gòu)增韌的基本原理，通過對材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實現(xiàn)在導熱填料較高填充量情況下，復合材料仍然具有較高的導熱系數(shù)，同時保持良好的韌性和加工性能(即能夠最大程度地保持著聚合物材料的良好韌性和加工性能)。具體講，將導熱填料包覆在彈性體相容劑的內(nèi)部使相容劑為“殼”，導熱填料為“核”，然后將這種具有“核-殼”結(jié)構(gòu)的導熱復合母粒顆粒與工程塑料熔融共混。這種結(jié)構(gòu)可充分發(fā)揮彈性體相容劑的增韌作用，同時又能實現(xiàn)工程塑料的高填充；在制作導熱復合母粒顆粒過程中再通過加入加工助劑來調(diào)節(jié)高韌導熱復合材料的流動性和表面光潔度。
[0005]本發(fā)明基于上述技術(shù)原理，實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明制備高韌導熱功能復合材料的方法，它以工程塑料為基體，其特征在于該方法是包括以下步驟:
(O導熱填料經(jīng)過高溫煅燒，冷卻至室溫之后，再用硅烷偶聯(lián)劑處理并干燥；
(2)將第(I)步中偶聯(lián)劑處理并干燥后的導熱填料與彈性體相容劑、加工助劑按重量比為200?250:100:4?12.5的比例置于高混機中預混，再經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、造粒并干燥，得到干燥的導熱彈性體母粒；其中，選用的導熱填料與彈性體相容劑的比例在200?250:100的主要原因是盡可能的實現(xiàn)導熱填料的高填充，同時要滿足導熱填料與彈性體相容劑混合到一起有良好加工性能；添加加工助劑的目的是改善導熱填料與彈性體相容劑混合到一起后的加工性能。
[0006](3)將工程塑料顆粒進行干燥處理，得到干燥的工程塑料顆粒；
(4)將第(3)步得到干燥的工程塑料顆粒與第(2)中得到的干燥導熱彈性體母粒按重量比為7?6:3?4的比例置于高混機中預混，再經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、造粒，即可得到高韌導熱功能復合材料顆粒。其中，干燥的工程塑料顆粒與干燥導熱彈性體母粒的重量比選擇為7?6:3?4之間的目的是保證高韌導熱復合材料既有較高的導熱系數(shù)又有良好的力學性能。
[0007]上述方法的第(I)步中選用的導熱填料可以為石墨、炭黑，銅、銀、金、鋁、鎳、碳化硅、碳化硼、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉻、碳化鎢、氮化硅、氮化硼、氮化鋁、氧化鈹、氧化鋁和氧化鋅中的一種或幾種。
[0008]上述方法第(2)步中選用的彈性體相容劑為乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐(POE-g-MAH)、氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐(SEBS-g-MAH)中的一種。加入彈性體相容劑的目的是一方面增強導熱填料與基體之間的相互作用，另一方面是形成具有“殼”包覆導熱填料，充分發(fā)揮彈性體相容劑的增韌作用。
[0009]上述方法第(2)步中選用的加工助劑為硅油類潤滑劑、季戊四醇類潤滑劑中的一種。選用潤滑劑的目的是一方面改善導熱彈性體母粒的加工性能，另一方面改善高韌導熱復合材料的表面光潔度。
[0010]上述方法第(2)步中，雙螺桿擠出機的加料口、輸送段、熔融段、均化段、口模的溫度分別為 100 ?18(TC、180 ?250O、200 ?250 °C>200 ?250O、200 ?250 O。
[0011]上述方法第(2)步.中的導熱彈性體母粒的干燥時間為2?3小時，干燥溫度為80 ?100 V。
[0012]上述方法中的工程塑料可以選用聚碳酸酯、尼龍_6、尼龍-66、聚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物和聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種或幾種。
[0013]上述方法第(3)步中的工程塑料的干燥時間為2?3小時，干燥溫度為80?100O。
[0014]上述方法第⑷步中，雙螺桿擠出機的加料口、輸送段、熔融段、均化段、口模的溫度分別為 200 ?230 O、250 ?320 O、250 ?320 O、250 ?320 O、250 ?320 O。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，將導熱填料與彈性體相容劑設(shè)計為“核-殼”結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)工程塑料的高填充，同時充分發(fā)揮了彈性體相容劑的增韌作用。然后將“核-殼”結(jié)構(gòu)的導熱復合材料母粒與工程塑料熔融共混，得到高韌導熱復合材料，克服了傳統(tǒng)導熱填料與工程塑料直接復合得到的導熱復合材料韌性差的缺點，同時通過彈性體相容劑的加入也克服了導熱填料與基體之間的相互作用弱的缺點。在制備導熱復合母粒過程中可以加入加工助劑，可以改善高韌導熱復合材料的加工性能，同時也可以提高制品的表面光潔度。通過本發(fā)明方法得到的導熱復合材料具有高韌性、較高的導熱系數(shù)的功能復合材料，可以直接用于擠出和注塑成型。
[0016]具體講，本發(fā)明采用將材料設(shè)計為“核-殼”結(jié)構(gòu)，制備得到的高韌復合材料純工程塑料導熱系數(shù)從0.15-0.5 W/mK提高到0.99 W/mK以上(導熱系數(shù)采用H0TDISK測試)，拉伸強度可達28 MPa以上，缺口沖擊強度可達30 KJ/m2以上，同時可滿足擠出和注射成型對聚合物加工流變性能的要求。
[0017]本發(fā)明提供的高韌導熱復合材料，實現(xiàn)了提高聚合物材料導熱系數(shù)的同時，既具有較高的導熱系統(tǒng)，又保持良好的聚合物材料的韌性和加工性能，提高了聚合物產(chǎn)品的附加價值，拓寬了聚合物產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，在聚合物復合材料理論研究和應(yīng)用開發(fā)等方面具有重要意義。同時，生產(chǎn)工藝簡單、操作控制方便、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、應(yīng)用范圍廣，具有廣闊的工業(yè)化和市場前景。
[0018]具體實施方法:
以下通過實施例對本發(fā)明進行進一步的具體描述。在以下各實施例中，各組分的用量均為質(zhì)量用量。有必要在此指出，下面實施例只是對本發(fā)明的進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述本
【發(fā)明內(nèi)容】
對本發(fā)明進行一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。
[0019]實施例1
本實施例制備高韌導熱復合材料的方法，選用聚碳酸酯為基體，氮化硼為導熱填料，包括以下步驟:
(1)氮化硼經(jīng)過800V高溫煅燒處理，冷卻至室溫之后，再用硅烷偶聯(lián)劑處理，然后在60。(!'鼓風烘箱內(nèi)干燥6小時；
(2)將第(I)步中偶聯(lián)劑處理并干燥后的氮化硼與氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐、硅油 類潤滑劑以重量比為250:100:4的比例置于高混機中預混，再經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、造粒制備出具有“核-殼”結(jié)構(gòu)的導熱彈性體母粒，然后在將導熱彈性體母粒置于鼓風烘箱中80 °C干燥2小時得到干燥的導熱彈性體母粒。其中，加工時雙螺桿擠出機的加料口、輸送段、熔融段、均化段、口模的溫度依次為100 V、250 V、250°C>250°C>250°C ；
(3)將聚碳酸酯顆粒置于鼓風烘箱中100°C干燥3小時，得到干燥的聚碳酸酯顆粒；
(4)將第(3)步干燥的聚碳酸酯顆粒與第(2)中得到的干燥導熱彈性體母粒以重量比6: 4的比例置于高混機中預混，然后再經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、造粒得到高韌導熱功能復合材料顆粒。其中，雙螺桿擠出機的加料口、輸送段、熔融段、均化段、口模的溫度依次為 200 0C >250 0C >250 0C >250 0C >250 0C ο
[0020]本實施例制備的高韌導熱復合材料，導熱系數(shù)為0.99 W/mK，缺口沖擊強度為36KJ/m2，拉伸強度為40 MPa，所得到的導熱復合材料具有良好的成型加工性能。
[0021]將上述的彈性體相容劑更換為乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐，也具有相似的技術(shù)效果。
[0022]對比例I
為比較通過實施例1得到的高韌導熱功能復合材料的性能差異，在各組分含量基本一致(在計算過程中由于小數(shù)點 保留情況有細微差異，導致配方含量也有細微差異，但是和實施例I的含量非常接近)、加工工藝條件不變的條件下用下述制備了導熱功能復合材料。[0023]對比實施例中的各組分含量與實施例1中的含量一致。
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種制備高韌導熱功能復合材料的方法，它以工程塑料為基體，其特征在于該方法是包括以下步驟: (1)導熱填料經(jīng)過高溫煅燒，冷卻至室溫之后，再用硅烷偶聯(lián)劑處理并干燥； (2)將第(I)步中偶聯(lián)劑處理并干燥后的導熱填料與彈性體相容劑、加工助劑按重量比為200?250:100:4?12.5的比例置于高混機中預混，再經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、造粒并干燥，得到干燥的導熱彈性體母粒； (3)將工程塑料顆粒進行干燥處理，得到干燥的工程塑料顆粒； (4)將第(3)步得到干燥的工程塑料顆粒與第(2)中得到的干燥導熱彈性體母粒按重量比為7?6::3?4的比例置于高混機中預混，再經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出、造粒，即可得到高韌導熱功能復合材料顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高韌導熱功能復合材料的方法，其特征在于第(I)步中所述的導熱填料為石墨、炭黑，銅、銀、金、鋁、鎳、碳化硅、碳化硼、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉻、碳化鎢、氮化硅、氮化硼、氮化鋁、氧化鈹、氧化鋁和氧化鋅中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高韌導熱功能復合材料的方法，其特征在于第(2)步中所述的彈性體相容劑為乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐、氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高韌導熱功能復合材料的方法，其特征在于第(2)步中所述的加工助劑為硅油類潤滑劑、季戊四醇類潤滑劑中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高韌導熱功能復合材料的方法，其特征在于在所述第(2)步中，雙螺桿擠出機的 加料口、輸送段、熔融段、均化段、口模的溫度分別為100?180°C、180 ?250°C、200 ?250 、200 ?250°C、200 ?250 O。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備高韌導熱功能復合材料的方法，其特征在于第(2)步中的導熱彈性體母粒的干燥時間為2?3小時，干燥溫度為80?100 °C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高韌導熱功能復合材料的方法，其特征在于所述工程塑料為聚碳酸酯、尼龍_6、尼龍-66、聚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物和聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高韌導熱功能復合材料的方法，其特征在于第(3)步中的工程塑料的干燥時間為2?3小時，干燥溫度為80?100 °C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高韌導熱功能復合材料的方法，其特征在于在所述第(4)步中，雙螺桿擠出機的加料口、輸送段、熔融段、均化段、口模的溫度分別為200?230°C、250 ?320 °C、250 ?320 °C、250 ?320 °C、250 ?320 。
【文檔編號】C08K9/10GK103435998SQ201310408996
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】吳宏, 張先龍, 郭少云 申請人:四川大學