專利名稱：導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子/無機納米復(fù)合材料的領(lǐng)域，特別涉及能夠形成兩相結(jié)構(gòu)的兩種聚合物的共混物作為基體，添加無機納米導(dǎo)熱填料制備的導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多地對高分子材料提出了功能性要求。高分子材料由于具有高電阻系數(shù)，優(yōu)良的加工性，質(zhì)輕和低價格而被經(jīng)常作為與電有關(guān)的輔助材料來使用。 目前由于器件功能集成化和高速化，電能輸送的遠(yuǎn)距離，單位時間和體積產(chǎn)生的熱量越來越多，熱量的有效排出已經(jīng)成為一個亟待解決的問題，原來低熱導(dǎo)率的高分子材料已經(jīng)不能滿足實際的需要。因此需要提高聚合物的熱導(dǎo)率以適應(yīng)科技的發(fā)展對高分子材料的導(dǎo)熱要求。向高分子材料中填充導(dǎo)熱無機填料制備填充型導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料是目前導(dǎo)熱高分子材料的主要研究方向。復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與填料的體積填充分?jǐn)?shù)有密切關(guān)系，當(dāng)填充量比較低時，導(dǎo)熱填料孤立地分布于高分子基體中，此時復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨填料體積填充分?jǐn)?shù)的增加提高不明顯；當(dāng)導(dǎo)熱填料增加到一定的體積分?jǐn)?shù)時，導(dǎo)熱填料間開始相互接觸，形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，此時復(fù)合材料的熱導(dǎo)率開始迅速增加，這時體積分?jǐn)?shù)被稱為導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱逾滲值；當(dāng)填料的體積分?jǐn)?shù)大于逾滲值時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨填料體積填充分?jǐn)?shù)的增加而急劇上升，此時復(fù)合材料的熱導(dǎo)率得到明顯的改善。據(jù)以上分析使導(dǎo)熱復(fù)合材料的熱導(dǎo)率明顯提高，填料的體積填充分?jǐn)?shù)必須高于逾滲值，但由于無機填料的大量填充，復(fù)合材料的力學(xué)性能下降明顯。Luo使用SiC填充環(huán)氧樹脂，當(dāng)SiC的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50%時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為0.7152W/m.K，但是沖擊強度和彎曲強度下降非常明顯 (Luo YJ ；Dang J ；Qi HY ；LiHR Polymer-Plastics Technology and Engineering 2009， 48，877)。Xu使用AlN晶須和顆?；旌咸畛渚鬯姆蚁?dāng)填充量為60vol%時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為11.51W/m. K，拉伸強度卻從52MPa下降到30MPa(Xu YS ；Chung DDL ；Mroz C Composites Part a-Applied Science and Manufacturing 2001，32，1749)。 13] ! 導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，提高或者保持聚合物優(yōu)異的力學(xué)性能對于導(dǎo)熱復(fù)合材料的實際應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種熱導(dǎo)率高，力學(xué)性能優(yōu)異的導(dǎo)熱復(fù)合材料。本發(fā)明的目的之二是提供一種導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法。聚乙烯(PE)和聚乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)在混合時，由于極性的不同形成相互貫穿的兩相共連續(xù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用PE和EVA的共混物作為導(dǎo)熱復(fù)合材料的基體，導(dǎo)熱無機填料納米氧化鋁添加到PE和EVA的共混物中以后，納米氧化鋁根據(jù)聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的極性和粘度的不同，選擇富集在粘度較低，極性與其相近的聚乙烯-醋酸乙烯酯相中。納米氧化鋁的選擇性分布使納米氧化鋁能夠在較低的體積填充分?jǐn)?shù)時相互接觸形成
3導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，因此在較低納米氧化鋁的填充分?jǐn)?shù)時具有更高的熱導(dǎo)率；納米氧化鋁的加入不僅提高了復(fù)合材料熱導(dǎo)率，還使得復(fù)合材料的力學(xué)性能明顯提高。本發(fā)明的導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成為聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40% 88% (優(yōu)選質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 49% )；導(dǎo)熱填料納米氧化鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% 58% (優(yōu)選質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為49% )；抗氧劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5% ；潤濕劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1. 5% ；其中聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為1 1。所述的抗氧劑是四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。所述的潤濕劑是液體石蠟。本發(fā)明的導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法為將占導(dǎo)熱復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 40% 88%的聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯(兩種聚合物的質(zhì)量比為1 1)，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1. 5%的潤濕劑以及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5%的抗氧劑在混合機中攪拌混合均勻；然后向上述的混合物中加入占導(dǎo)熱復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% 58%的納米氧化鋁，在混合機中攪拌混合均勻；將混合均勻的原料經(jīng)過螺桿擠出機熔融擠出、冷卻、牽引和切粒，得到所述的導(dǎo)熱復(fù)合材料。所述的螺桿擠出機是雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機。
具體實施例方式實施例1稱取220g聚乙烯(PE)，220g聚乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)，加入7. 5g潤濕劑，2. 5g 的抗氧劑在混合機中混合均勻；向其中加入50g的納米氧化鋁，在混合機中攪拌混合均勻。 將混合均勻物料經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融擠出、冷卻、牽引、切粒制備得到導(dǎo)熱復(fù)合材料(樣品1) O以單獨使用PE作為基體復(fù)合材料的作為熱導(dǎo)率對照。稱取440g PE，加入7.5g潤濕劑，2. 5g的抗氧劑在混合機中混合均勻；向其中加入50g的納米氧化鋁，在混合機中攪拌混合均勻。將混合均勻物料經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融擠出、冷卻、牽引、切粒制備得到導(dǎo)熱復(fù)合材料(樣品2)。以未加入納米氧化鋁的PE和EVA的共混物作為力學(xué)性能對照。稱取245gPE，245g EVA，加入7. 5g潤濕劑，2. 5g的抗氧劑在混合機中混合均勻；將混合均勻物料經(jīng)過雙螺桿擠出機熔融擠出、冷卻、牽引、切粒制備得到PE和EVA的共混物(樣品3)。導(dǎo)熱性能測試采用美國EKO公司制造的HC-110型熱導(dǎo)率儀；沖擊強度測試采用深圳市銘宇儀器設(shè)備有限公司MY-8211懸臂梁沖擊試驗機，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D256 ；拉伸強度測試采用美國INSTR0N公司制造的3365萬能材料試驗機，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為 ASTM D638。制備得到復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和力學(xué)性能數(shù)值見表1 表 1
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征是，所述的導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成為 聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40% 88% ； 納米氧化鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% 58% ；抗氧劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5% ； 潤濕劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1. 5% ；其中聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為1 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征是所述的聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為49% ；納米氧化鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為49% ；抗氧劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 0. 5% ；潤濕劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1. 5% ；其中聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為1 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征是所述的抗氧劑是四[β-(3， 5- 二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述的潤濕劑是液體石蠟。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1 3任意一項所述的導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征是 將占導(dǎo)熱復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40% 88%的聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1. 5%的潤濕劑以及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0. 5%的抗氧劑在混合機中攪拌混合均勻；然后向上述的混合物中加入占導(dǎo)熱復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10% 58%的納米氧化鋁，在混合機中攪拌混合均勻；將混合均勻的原料經(jīng)過螺桿擠出機熔融擠出、冷卻、牽引和切粒，得到所述的導(dǎo)熱復(fù)合材料；其中聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為1 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征是所述的抗氧劑是四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述的潤濕劑是液體石蠟。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子/無機納米復(fù)合材料的領(lǐng)域，特別涉及能夠形成兩相結(jié)構(gòu)的兩種聚合物的共混物作為基體，添加無機納米導(dǎo)熱填料制備的導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法。將占導(dǎo)熱復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為40％～88％的聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.5％的潤濕劑以及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5％的抗氧劑在混合機中攪拌混合均勻；然后向上述的混合物中加入占導(dǎo)熱復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10％～58％的納米氧化鋁，在混合機中攪拌混合均勻；將混合均勻的原料經(jīng)過螺桿擠出機熔融擠出、冷卻、牽引和切粒，得到所述的導(dǎo)熱復(fù)合材料；其中聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為1∶1。本發(fā)明的材料具有低填充、高熱導(dǎo)率和良好的力學(xué)性能。
文檔編號C08L31/04GK102311567SQ20101022825
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者張帥, 張靜坤, 曹欣宇, 馬永梅 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所