專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，具體的說(shuō)是一種高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在電子技術(shù)領(lǐng)域，隨著電子線路的集成程度越來(lái)越高，熱量的聚集也越來(lái)越多。熱量的聚集導(dǎo)致電子器件溫度升高，工作穩(wěn)定性降低。在航天領(lǐng)域，由于缺少空氣的熱傳導(dǎo)作用，必須考慮電子器件的導(dǎo)熱問(wèn)題。在新興產(chǎn)業(yè)LED領(lǐng)域，LED發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱能若無(wú)法導(dǎo)出，將會(huì)使LED結(jié)面溫度過(guò)高，進(jìn)而影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率、穩(wěn)定性。目前LED散熱器大都是鋁材，由于鋁材的導(dǎo)電性、高密度、加工成型困難等缺點(diǎn)導(dǎo)致其應(yīng)用越來(lái)越窄。 基于以上領(lǐng)域?qū)Σ牧蠈?dǎo)熱性的需求，擁有加工和成本優(yōu)勢(shì)的導(dǎo)熱塑料將會(huì)吸引越來(lái)越多的關(guān)注。目前獲得導(dǎo)熱塑料的方法是通過(guò)向樹(shù)脂中添加導(dǎo)熱填料，導(dǎo)熱填料可以是金屬粉，金屬氧化物，氮化物，碳基材料等等。獲得絕緣導(dǎo)熱材料，通常是加入氮化物或者填充高含量的金屬氧化物等，氮化物價(jià)格非常昂貴，成本花費(fèi)較高；而填充高含量的無(wú)機(jī)填料則帶來(lái)了加工困難，同時(shí)所獲得的復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)也不太高，這兩種方法都有比較明顯的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法，使材料在具有良好的絕緣導(dǎo)熱性和較好的綜合力學(xué)性能。本發(fā)明解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是
一種高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，按重量百分比由以下組分組成聚酰胺 40% 95%，改性普通石墨5% 35%，改性膨脹石墨1% 10%，改性片狀無(wú)機(jī)填料1% 10%，潤(rùn)滑劑1% 5%，抗氧劑0. 1% 1%，以上各組分之和為100% ；
改性普通石墨的制備將普通石墨與偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50 90°C下共混5 lOmin，得到改性普通石墨，偶聯(lián)劑加入量為普通石墨重量的O. 5% 5% ；
改性膨脹石墨的制備將膨脹石墨與偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50 90°C下共混5 lOmin，得到改性膨脹石墨，偶聯(lián)劑加入量為膨脹石墨重量的O. 5% 5% ；
改性片狀無(wú)機(jī)填料的制備將片狀無(wú)機(jī)填料與偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50 90°C下共混5 lOmin，得到改性片狀無(wú)機(jī)填料，偶聯(lián)劑加入量為片狀無(wú)機(jī)填料重量的O. 5% 5%。高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
(-)改性導(dǎo)熱填料制備將改性普通石墨、改性膨脹石墨和改性片狀填料加入共混機(jī)中， 5(TC 9(TC下共混5min IOmin,得到改性導(dǎo)熱填料,備用；
(二)預(yù)混合將聚酰胺、步驟(-)制得的改性導(dǎo)熱填料、抗氧劑和潤(rùn)滑劑按以上所述配比加
3入共混機(jī)中，共混5min IOmin ；
㈢造粒將步驟㈡混合均勻的物料加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，在230°C 260°C 下熔融擠出造粒。本發(fā)明選擇價(jià)格相對(duì)低廉的石墨作為導(dǎo)熱劑，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)跟氮化物相比較低，要達(dá)到理想的導(dǎo)熱效果則需要較高的填充量，但是當(dāng)石墨填充量較高時(shí)，石墨容易發(fā)生團(tuán)聚，不但復(fù)合材料的導(dǎo)熱達(dá)不到預(yù)期效果，其力學(xué)性能也急劇下降，同時(shí)石墨含量高了以后，復(fù)合材料的絕緣性能也會(huì)下降，在一些對(duì)材料絕緣性要求很高的場(chǎng)合中，不能滿足要求。膨脹石墨具有較高的熱導(dǎo)率，但是由于它的蓬松結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致填充時(shí)很難分散，因此并未廣泛應(yīng)用。本發(fā)明在不影響材料加工性能的情況下，添加少量膨脹石墨以提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。另外，本發(fā)明采用石墨和片狀無(wú)機(jī)填料復(fù)配的方法制備絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料， 片狀無(wú)機(jī)填料加入至聚酰胺基體中能有效防止石墨發(fā)生團(tuán)聚，使石墨在聚酰胺基體中的分散更為均勻，提高了導(dǎo)熱效率，在相同導(dǎo)熱系數(shù)的要求下，石墨的填充量就降低了，產(chǎn)品的力學(xué)性能和絕緣性能也因此提高了。同時(shí)加入無(wú)機(jī)填料還能降低絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料的生產(chǎn)成本。本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是
前述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，聚酰胺是耐熱聚酰胺、PA6或P66中一種或幾種混合物。前述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，普通石墨的粒徑為O. 05 μ m 20 μ m， 含碳量為99%以上。前述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，膨脹石墨表面積大于等于120m2/g。前述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，片狀改性無(wú)機(jī)填料是高嶺土、云母或滑石的一種或幾種混合物，徑厚比大于等于40倍，粒徑大于400目。前述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，潤(rùn)滑劑為硬脂酸鹽、硬脂酸酰胺、低分子聚合物或石蠟的一種或幾種混合物。前述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，抗氧劑為酚類(lèi)或亞磷酸酯類(lèi)的一種或幾種混合物。前述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種種絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，按重量百分比計(jì)，包括以下組成
PA6 82%,改性普通石墨10%,改性膨脹石墨5%，改性云母2%，石蠟1% ;抗氧劑 1010 (O. 1%)，168 (O. 15%)，抗氧劑的加入量為PA6、改性普通石墨、改性膨脹石墨和、改性云母和石蠟總和的O. 1%和O. 15%。普通石墨粒徑為5 μ m，含碳量為99%以上；膨脹石墨表面積250m2/g ;云母徑厚比50倍，粒徑800目。改性普通石墨的制備將普通石墨與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50°C下共混 lOmin，得到改性普通石墨，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為普通石墨重量的O. 5% ；
改性膨脹石墨的制備將膨脹石墨與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50°C下共混lOmin，得到改性膨脹石墨，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為膨脹石墨重量的O. 5% ；
改性云母的制備將云母與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50°C下共混lOmin，得到改性云母，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為改性云母重量的O. 5%。高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
㈠改性導(dǎo)熱填料制備將改性普通石墨、改性膨脹石墨和改性云母加入共混機(jī)中，50°C 下共混lOmin，得到改性導(dǎo)熱填料，備用；
(二)預(yù)混合將聚酰胺、步驟(-)制得的改性導(dǎo)熱填料、抗氧劑和潤(rùn)滑劑按以上所述配比加入共混機(jī)中，共混5min ；
㈢造粒將步驟㈡混合均勻的物料加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，在230°C下熔融擠出造粒。該實(shí)施例絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I。實(shí)施例2
一種種絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，按重量百分比計(jì)，包括以下組成
PA6 79%,改性普通石墨15%,改性膨脹石墨10%,改性滑石5%，石蠟1% ;抗氧劑 1010 (O. 1%)，168 (O. 15%)，抗氧劑的加入量為PA6、改性普通石墨、改性膨脹石墨、改性滑石和石蠟總和的O. 1%和O. 15%。普通石墨粒徑為5 μ m，含碳量為99%以上；膨脹石墨表面積 250m2/g ;滑石徑厚比50倍，粒徑800目。改性普通石墨的制備將普通石墨與硅烷偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在60°C下共混 8min，得到改性普通石墨，硅烷偶聯(lián)劑加入量為普通石墨重量的2. 5% ；
改性膨脹石墨的制備將膨脹石墨與硅烷偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在60°C下共混8min， 得到改性膨脹石墨，硅烷偶聯(lián)劑加入量為膨脹石墨重量的2. 5% ；
改性滑石的制備將滑石與硅烷偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在60°C下共混8min，得到改性滑石，硅烷偶聯(lián)劑加入量為滑石重量的2. 5%。高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
㈠改性導(dǎo)熱填料制備將改性普通石墨、改性膨脹石墨和改性滑石加入共混機(jī)中，600C 下共混8min，得到改性導(dǎo)熱填料，備用；
(二)預(yù)混合將聚酰胺、步驟(-)制得的改性導(dǎo)熱填料、抗氧劑和潤(rùn)滑劑按以上所述配比加入共混機(jī)中，共混7min ；
㈢造粒將步驟㈡混合均勻的物料加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，在235°C下熔融擠出造粒。該實(shí)施例絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I。實(shí)施例3
一種種絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，按重量百分比計(jì)，包括以下組成
PA6 60%,改性普通石墨20%,改性膨脹石墨7%，改性高嶺土 8%，石蠟5% ;抗氧劑 1010 (O. 15%)，168 (O. 25%)，抗氧劑的加入量為PA6、改性普通石墨、改性膨脹石墨、改性滑石和石蠟總和的O. 15%和O. 25%。普通石墨粒徑為5 μ m，含碳量為99%以上；膨脹石墨表面積250m2/g ;高嶺土徑厚比50倍，粒徑800目。改性普通石墨的制備將普通石墨與鋁酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在70°C下共混 7min，得到改性普通石墨，鋁酸酯偶聯(lián)劑加入量為普通石墨重量的3. 5% ；改性膨脹石墨的制備將膨脹石墨與鋁酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在70°C下共混 7min，得到改性膨脹石墨，鋁酸酯偶聯(lián)劑加入量為膨脹石墨重量的3. 5% ；
改性高嶺土的制備將高嶺土與鋁酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在70°C下共混7min，得到高嶺土，鋁酸酯偶聯(lián)劑加入量為片狀無(wú)機(jī)填料重量的3. 5%。高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
㈠改性導(dǎo)熱填料制備將改性普通石墨、改性膨脹石墨和高嶺土加入共混機(jī)中，75°C下共混7min，得到改性導(dǎo)熱填料，備用；
(二)預(yù)混合將聚酰胺、步驟(-)制得的改性導(dǎo)熱填料、抗氧劑和潤(rùn)滑劑按以上所述配比加入共混機(jī)中，共混7min ；
㈢造粒將步驟㈡混合均勻的物料加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，在250°C下熔融擠出造粒。該實(shí)施例絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I。實(shí)施例4
一種種絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，按重量百分比計(jì)，包括以下組成
PA6 60%,改性普通石墨25%,改性膨脹石墨5%，改性云母7%，硬脂酸鹽3% ;抗氧劑1010 (O. 15%)，168 (O. 85%)，抗氧劑的加入量為PA6、改性普通石墨、改性膨脹石墨、改性滑石和石蠟總和的O. 15%和O. 85%。普通石墨粒徑為O. 05 μ m,含碳量為99%以上；膨脹石墨表面積120m2/g ;云母徑厚比60倍,粒徑500目。改性普通石墨的制備將普通石墨與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在80°C下共混 6min，得到改性普通石墨，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為普通石墨重量的4. 5% ；
改性膨脹石墨的制備將膨脹石墨與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在80°C下共混 6min，得到改性膨脹石墨，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為膨脹石墨重量的4. 5% ；
改性云母的制備將云母與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在80°C下共混6min，得到改性云母，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為云母重量的4. 5%。高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
㈠改性導(dǎo)熱填料制備將改性普通石墨、改性膨脹石墨和改性云母加入共混機(jī)中，80°C 下共混6min，得到改性導(dǎo)熱填料，備用；
(二)預(yù)混合將聚酰胺、步驟(-)制得的改性導(dǎo)熱填料、抗氧劑和潤(rùn)滑劑按以上所述配比加入共混機(jī)中，共混6min ；
㈢造粒將步驟㈡混合均勻的物料加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，在250°C下熔融擠出造粒。該實(shí)施例絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I。實(shí)施例5
一種種絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，按重量百分比計(jì)，包括以下組成
PA6 :53%，改性普通石墨30%，改性膨脹石墨5%，改性云母10%，
石蠟1% ;抗氧劑1010(0. 1%)，168(0. 15%)，抗氧劑的加入量為PA6、改性普通石墨、改性膨脹石墨、改性滑石和石蠟總和的O. 1%和O. 15%。普通石墨粒徑為20 μ m，含碳量為99% 以上；膨脹石墨表面積300m2/g ;云母徑厚比50倍，粒徑450目。改性普通石墨的制備將普通石墨與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在90°C下共混5min，得到改性普通石墨，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為普通石墨重量的5% ；
改性膨脹石墨的制備將膨脹石墨與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在90°C下共混 5min，得到改性膨脹石墨，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為膨脹石墨重量的5% ；
改性云母的制備將云母與鈦酸酯偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在90°C下共混5min，得到改性云母，鈦酸酯偶聯(lián)劑加入量為云母重量的5%。高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
㈠改性導(dǎo)熱填料制備將改性普通石墨、改性膨脹石墨和改性云母加入共混機(jī)中，90°C 下共混5min，得到改性導(dǎo)熱填料，備用；
(二)預(yù)混合將聚酰胺、步驟(-)制得的改性導(dǎo)熱填料、抗氧劑和潤(rùn)滑劑按以上所述配比加入共混機(jī)中，共混IOmin ；
㈢造粒將步驟㈡混合均勻的物料加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，在260°C下熔融擠出造粒。以上實(shí)施例絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料各項(xiàng)參數(shù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I :
表I
權(quán)利要求
1.一種高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于按重量百分比由以下組分組成聚酰胺40% 95%改性普通石墨5% 35%改性膨脹石墨1% 10%改性片狀無(wú)機(jī)填料1% 10%潤(rùn)滑劑1% 5%抗氧劑O. 1% 1%，以上各組分之和為100% ；改性普通石墨的制備將普通石墨與偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50 90°C下共混5 lOmin，得到改性普通石墨，所述偶聯(lián)劑加入量為普通石墨重量的O. 5% 5% ；改性膨脹石墨的制備將膨脹石墨與偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50 90°C下共混5 lOmin，得到改性膨脹石墨，所述偶聯(lián)劑加入量為膨脹石墨重量的O. 5% 5% ；改性片狀無(wú)機(jī)填料的制備將片狀無(wú)機(jī)填料與偶聯(lián)劑加入共混機(jī)中，在50 90°C下共混5 lOmin，得到改性片狀無(wú)機(jī)填料，所述偶聯(lián)劑加入量為片狀無(wú)機(jī)填料重量的O. 5% 5%。
2.如權(quán)利要求I所述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于所述聚酰胺是耐熱聚酰胺、PA6或P66中一種或幾種混合物。
3.如權(quán)利要求I所述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于所述普通石墨的粒徑為O. 05 μ m 20 μ m，含碳量為99%以上。
4.如權(quán)利要求I所述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于所述膨脹石墨表面積大于等于120m2/g。
5.如權(quán)利要求I所述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于所述片狀改性無(wú)機(jī)填料是高嶺土、云母或滑石的一種或幾種混合物，徑厚比大于等于40倍，粒徑大于 400 目。
6.如權(quán)利要求I所述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸鹽、硬脂酸酰胺、低分子聚合物或石蠟的一種或幾種混合物。
7.如權(quán)利要求I所述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于所述抗氧劑為酚類(lèi)或亞磷酸酯類(lèi)的一種或幾種混合物。
8.如權(quán)利要求I所述的高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑。
9.權(quán)利要求I所述高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(-)改性導(dǎo)熱填料制備將改性普通石墨、改性膨脹石墨和改性片狀填料加入共混機(jī)中， 5(TC 9(TC下共混5min IOmin,得到改性導(dǎo)熱填料,備用；(二)預(yù)混合將聚酰胺、步驟(-)制得的改性導(dǎo)熱填料、抗氧劑和潤(rùn)滑劑按權(quán)利要求I所述配比加入共混機(jī)中，共混5min IOmin ；㈢造粒將步驟㈡混合均勻的物料加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，在230°C 260°C 下熔融擠出造粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，是一種高性?xún)r(jià)比絕緣導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料及其制備方法，重量百分比組分聚酰胺40%～95%，改性普通石墨5%～35%，改性膨脹石墨1%～10%，改性片狀無(wú)機(jī)填料1%～10%，潤(rùn)滑劑1%～5%，抗氧劑0.1%～1%，以上各組分之和為100%；制備方法將改性普通石墨、改性膨脹石墨和改性片狀填料加入共混機(jī)中，50℃～90℃下共混5min～10min，得到改性導(dǎo)熱填料；將聚酰胺、改性導(dǎo)熱填料、抗氧劑和潤(rùn)滑劑按配比加入共混機(jī)中，共混5～10min；將混合均勻的物料加入雙螺桿擠出機(jī)主喂料料斗中，在230～260℃下熔融擠出造粒。本發(fā)明的復(fù)合材料具有良好的絕緣導(dǎo)熱性能和較好的綜合力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C08K3/34GK102604371SQ201210035529
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者吳建國(guó), 李云巖, 薛建峰 申請(qǐng)人:南京聚隆科技股份有限公司