一種熔融共混制備聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熔融共混制備聚酰胺6基導(dǎo)熱塑料的方法，包括如下步驟：第一步，用含有極性基團(tuán)的彈性體做載體，將偶聯(lián)劑處理導(dǎo)熱無機(jī)填料粒子、抗氧劑、紫外光穩(wěn)定劑等一起用雙螺桿擠出機(jī)制備多功能母料；第二步，將聚酰胺6、熱致性液晶聚合物與第一步制備好的母粒一起利用雙螺桿擠出機(jī)制備導(dǎo)熱復(fù)合材料。本發(fā)明制得的聚酰胺6基復(fù)合材料，具有良好的導(dǎo)熱性、成型加工性和機(jī)械性能，適于注塑成型，可廣泛應(yīng)用于電子電器、手機(jī)外殼及LED燈具制品，提高產(chǎn)品在高溫時(shí)的散熱性能，延長使用壽命。
【專利說明】一種熔融共混制備聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有較高熱傳導(dǎo)率的聚合物基復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種適用于可以注塑成型的具有導(dǎo)熱高分子/無機(jī)復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，電子元器件和電子設(shè)備已向“薄、輕、小”的方向發(fā)展，電路密度和負(fù)載量迅速增加，會(huì)引起電子元件的局部溫度急劇升高而減少壽命。傳統(tǒng)的電子元器件散熱主體、輻射散熱板等主要由金屬材料、陶、陶瓷材料加工困難,質(zhì)量重,不利于電子電器向“薄、輕、小”的方向發(fā)展。因此具有導(dǎo)熱性、質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高的工程塑料是新型電子電器元件的理想材料。
[0003]高分子材料因結(jié)晶度低而導(dǎo)熱性較差，不能滿足電子元器件高散熱性的要求，因此需要對(duì)其熱傳導(dǎo)性進(jìn)行提高改性。通常提高塑料導(dǎo)熱性的方法主要是利用高導(dǎo)熱的氧化鋁、氮化硼、碳纖維或者銅粉、鋁粉等金屬粉末等，在較高的填充量(一般在SOwt%左右)下來提高其導(dǎo)熱性，然而，這同時(shí)也降低了高分子本身優(yōu)異的成型加工生和較韌的力學(xué)特性。
[0004]現(xiàn)有的技術(shù)大多是采用簡單的熔融共混制備高填充量的導(dǎo)熱塑料，因?yàn)樘盍虾蜆渲w因體積的差異而難以混合均勻，對(duì)成型加工和力學(xué)性能影響較大，而且導(dǎo)熱性提高也有限制。本發(fā)明申請(qǐng)者采用在樹脂基體中加入適當(dāng)?shù)囊壕Ь酆衔?，來獲得高熱傳導(dǎo)性的同時(shí)，保持優(yōu)異的加工性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是通過熔融共混的方法解決高分子材料熱傳導(dǎo)性低的問題，提供一種制高導(dǎo)熱、力學(xué)性能和加工性能優(yōu)良的聚酰胺基導(dǎo)熱工程塑料的制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種熔融共混制備聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料的方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1.利用極性基團(tuán)接枝改性過的彈性體做載體，將偶聯(lián)劑改性過的納米導(dǎo)熱填料、抗氧劑和抗紫外光穩(wěn)定劑一起在雙螺桿擠出機(jī)中制成多功能母粒，保持?jǐn)D出溫度為120°C?140°C，擠出造粒；
[0008]步驟2.將步驟I制得的多功能母粒、聚酰胺6和熱致性液晶聚合物混合均勻，一起真空80°C烘干4小時(shí)，然后加入到雙螺桿擠出機(jī)中，保持?jǐn)D出溫度為220°C?270°C，擠出造粒。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟I中，所述的載體樹脂可以是馬來酸酐接枝的三元乙丙橡膠(EPDM-g-MAH)、馬來酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)中的一種；所述導(dǎo)熱填料是納米級(jí)的氧化鋁、氮化硅、鋁粉、碳纖維中的一種或多種混合物，其中粉料粒徑小于lOOnm，纖維直徑小于30nm，且長徑比為50:1?100:1 ;所述抗氧劑是抗氧劑1010、抗氧劑168的一種或混合物；所述的抗紫外光穩(wěn)定劑是UV-531、TINUVIN 770中的一種或者混合物，
[0010]進(jìn)一步，所述步驟I中的各種物料載體樹脂/導(dǎo)熱填料/抗氧劑/抗紫外光穩(wěn)定劑的質(zhì)量比為10?40: 400?700: 0.5?1.5: I?5。
[0011]更進(jìn)一步，所述的步驟2中的液晶聚合物的熔點(diǎn)在260°C左右，其用量為聚酰胺樹脂質(zhì)量的10%?15%。
[0012]本發(fā)明技術(shù)最優(yōu)方案為:一種熔融共混方法制備的聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成，聚酰胺6:液晶聚合物:導(dǎo)熱填料:載體樹脂:抗氧劑:抗紫外光穩(wěn)定劑的質(zhì)量配比為100: 15: 600: 40: 1.5: 1，其中導(dǎo)熱填料的粒徑均小于lOOnm，纖維直徑小于30nm，且長徑比為50:1?100:1 ;導(dǎo)熱填料用偶聯(lián)劑是鈦酸酯NDZ-311，其用量為納米無機(jī)粒子質(zhì)量的1%。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下益處:熱致性液晶聚合物可以改善聚酰胺6的流動(dòng)加工性；同時(shí)，液晶在聚酰胺6基體樹脂中形成微纖，有利于形成完整的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)，此外還起到異相成核的作用，提高聚酰胺6樹脂本征導(dǎo)熱性，有利于提高復(fù)合材料熱傳導(dǎo)性能。此外，本發(fā)明將各種助劑制成多功能母粒也有益于提高助劑在聚合物基體中的分散性，可以改善聚酰胺6基復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)性和力學(xué)性能。因?yàn)楸景l(fā)明制得的復(fù)合材料導(dǎo)熱性能和力學(xué)等綜合性能優(yōu)良。
【具體實(shí)施方式】:
[0014]以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此:
[0015]實(shí)施例1
[0016]首先將導(dǎo)熱填料400g用0.5%的偶聯(lián)劑NDZ-311在高速攪拌機(jī)中進(jìn)行表面處理；然后把質(zhì)量比為10: 400: 0.5: I的載體樹脂/導(dǎo)熱填料/抗氧劑/抗紫外光穩(wěn)定劑一起用雙螺桿擠出機(jī)造粒制得多功能母粒，擠出機(jī)料筒溫度控制在120°C?140°C ;最后把制得的多功能母粒與IOOg的聚酰胺6和IOg的熱致性液晶聚合物混合均勻，一起真空80°C烘干4小時(shí)，利用雙螺桿擠出機(jī)擠出制備聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料，料筒溫度控制在210°C?280°C，保持真空裝置開啟。
[0017]上述制得的導(dǎo)熱復(fù)合材料經(jīng)注塑制樣，性能測試結(jié)果如下:熱傳導(dǎo)率為6.5W/m.k，拉伸強(qiáng)度61.5MPa，彎曲強(qiáng)度73.7MPa，缺口沖擊強(qiáng)度14.6KJ/m2，結(jié)晶度為35%，熔融指數(shù)為135g/10min。
[0018]實(shí)施例2
[0019]首先將導(dǎo)熱填料400g用I %的偶聯(lián)劑NDZ-311在高速攪拌機(jī)中進(jìn)行表面處理；然后把質(zhì)量比為40: 400: 0.5: I的載體樹脂/導(dǎo)熱填料/抗氧劑/抗紫外光穩(wěn)定劑一起用雙螺桿擠出機(jī)造粒制得多功能母粒，擠出機(jī)料筒溫度控制在120°C?140°C ;最后把制得的多功能母粒與IOOg的聚酰胺6和IOg的熱致性液晶聚合物混合均勻，一起真空80°C烘干4小時(shí)，利用雙螺桿擠出機(jī)擠出制備聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料，料筒溫度控制在210?280°C，保持真空裝置開啟。
[0020]上述制得的導(dǎo)熱復(fù)合材料經(jīng)注塑制樣，性能測試結(jié)果如下:熱傳導(dǎo)率為5.7W/m.k，拉伸強(qiáng)度56.3MPa，彎曲強(qiáng)度64.7MPa，缺口沖擊強(qiáng)度19.5KJ/m2，結(jié)晶度為31%，熔融指數(shù)為 128g/10min。
[0021]實(shí)施例3
[0022]首先將導(dǎo)熱填料700g用1.5%的鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-311在高速攪拌機(jī)中進(jìn)行表面處理；然后把質(zhì)量比為10: 700: I: 3的載體樹脂/導(dǎo)熱填料/抗氧劑/抗紫外光穩(wěn)定劑一起用雙螺桿擠出機(jī)造粒制得多功能母粒，擠出機(jī)料筒溫度控制在120°C?140°C ；最后把制得的多功能母粒與IOOg的聚酰胺6和IOg的熱致性液晶聚合物混合均勻，一起真空80°C烘干4小時(shí)，利用雙螺桿擠出機(jī)擠出制備聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料，料筒溫度控制在210?280°C，保持真空裝置開啟。
[0023]上述制得的導(dǎo)熱復(fù)合材料經(jīng)注塑制樣，性能測試結(jié)果如下:熱傳導(dǎo)率為9.5W/m.k，拉伸強(qiáng)度69.4MPa，彎曲強(qiáng)度64.7MPa，缺口沖擊強(qiáng)度10.8KJ/m2，結(jié)晶度為37%，熔融指數(shù)為 119g/10min。
[0024]實(shí)施例4
[0025]首先將導(dǎo)熱填料700g用1.5%的偶聯(lián)劑NDZ-311在高速攪拌機(jī)中進(jìn)行表面處理；然后把質(zhì)量比為40: 700: I: 3的載體樹脂/導(dǎo)熱填料/抗氧劑/抗紫外光穩(wěn)定劑一起用雙螺桿擠出機(jī)造粒制得多功能母粒，擠出機(jī)料筒溫度控制在120°C?140°C ;最后把制得的多功能母粒與IOOg的聚酰胺6和IOg的熱致性液晶聚合物混合均勻，一起真空80°C烘干4小時(shí)，利用雙螺桿擠出機(jī)擠出制備聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料，料筒溫度控制在210?280°C，保持真空裝置開啟。
[0026]上述制得的導(dǎo)熱復(fù)合材料經(jīng)注塑制樣，性能測試結(jié)果如下:熱傳導(dǎo)率為9.0W/m.k，拉伸強(qiáng)度67.2MPa，彎曲強(qiáng)度66.8MPa，缺口沖擊強(qiáng)度13.5KJ/m2，結(jié)晶度為36%，熔融指數(shù)為 126g/10min。
[0027]實(shí)施例5
[0028]首先將導(dǎo)熱填料700g用1.5%的偶聯(lián)劑冊(cè)2-311在高速攪拌機(jī)中進(jìn)行表面處理；然后把質(zhì)量比為10: 700: I: 3的載體樹脂/導(dǎo)熱填料/抗氧劑/抗紫外光穩(wěn)定劑一起用雙螺桿擠出機(jī)造粒制得多功能母粒，擠出機(jī)料筒溫度控制在120°C?140°C ;最后把制得的多功能母粒與IOOg的聚酰胺6和15g的熱致性液晶聚合物混合均勻，一起真空80°C烘干4小時(shí)，利用雙螺桿擠出機(jī)擠出制備聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料，料筒溫度控制在210?280°C，保持真空裝置開啟。
[0029]上述制得的導(dǎo)熱復(fù)合材料經(jīng)注塑制樣，性能測試結(jié)果如下:熱傳導(dǎo)率為12.5W/m.k，拉伸強(qiáng)度73.7MPa，彎曲強(qiáng)度69.6MPa，缺口沖擊強(qiáng)度9.8KJ/m2，結(jié)晶度為42%，熔融指數(shù)為 134g/10min。
【權(quán)利要求】
1.一種熔融共混的方法制備聚酰胺6基導(dǎo)熱復(fù)合材料的方法，其特征是包括如下步驟: 步驟1.利用含極性基團(tuán)的彈性體做載體，將偶聯(lián)劑改性過的納米導(dǎo)熱填料、抗氧劑和抗紫外光穩(wěn)定劑一起在雙螺桿擠出機(jī)中制成多功能母粒，保持?jǐn)D出機(jī)溫度為120°C~140。。； 步驟2.將步驟I制得的多功能母粒、聚酰胺6和熱致性液晶聚合物混合均勻，一起真空80°C烘干4小時(shí)，然后加入到雙螺桿擠出機(jī)中造粒，保持?jǐn)D出溫度為220°C~280°C。
2.如權(quán)利要求1所述的聚酰胺6基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟I中的載體樹脂用量為聚酰胺基體樹脂用量的10%~40%，所述的載體樹脂可以是馬來酸酐接枝的三元乙丙橡膠(EPDM-g-MAH)、馬來酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的聚酰胺6基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的步驟I中所用的導(dǎo)熱填料是氧化鋁、鋁粉、碳纖維等中的兩種或多種混合，在高速攪拌機(jī)中用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。所述的導(dǎo)熱填料的粒徑均小于lOOnm，其中碳纖維的直徑小于30nm，且長徑比在50:1~100:1之間；所述的導(dǎo)熱填料的用量為聚酰胺樹脂用量的400%~700% ;所述的偶聯(lián)劑是鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-311，用量為導(dǎo)熱填料總質(zhì)量的0.5%~1.5%。
4.如權(quán)利要求1所述的聚酰胺6基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的步驟I中的抗氧劑其用量為聚酰胺樹脂用量的0.5%~1.5%，所述的抗氧劑可以是四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯基)(抗氧劑168)中的一種或者兩種混合物。
5.如權(quán)利要求1所述`的聚酰胺6基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的步驟I中的抗紫外光穩(wěn)定劑的用量為聚酰胺樹脂用量的1%~5%，抗紫外光穩(wěn)定劑是2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)，雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(TINUVIN770)中的一種或兩種混合物。
6.如權(quán)利要求1所述的聚酰胺6基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的步驟2中的液晶聚合物是熔點(diǎn)在260°C左右，主鏈型熱致性液晶聚合物，優(yōu)選為聚(4-羥基苯甲酸/2-羥基-6-萘甲酸)樹脂(TLCP Vectra A950)。
7.如權(quán)利要求1所述的聚酰胺6基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的復(fù)合材料由聚酰胺6、熱致性液晶聚合物、導(dǎo)熱填料、載體樹脂、抗氧劑、抗紫外光穩(wěn)定劑組成，各組分的重量份數(shù)如下:
聚酰胺6100份， 熱致性液晶聚合物 10~15份’ 導(dǎo)熱填料400~700份， 載體樹脂10~40份。 抗氧劑0.5~1.5份 抗紫外光穩(wěn)定劑I~5份
8.如權(quán)利要求1所述的聚酰胺6基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下:(1)按照1%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)用鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-311在高速攪拌機(jī)中對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行處理；按照權(quán)利要求7中所述的配方，將載體樹脂、導(dǎo)熱填料、抗氧劑和抗紫外光穩(wěn)定劑一起用雙螺桿擠出機(jī)造粒，控制擠出機(jī)溫度在120°C~140°C ； (2)最后將聚酰胺6、熱致性液晶聚合物和多功能母粒混合均勻，一起真空80°C烘干4小時(shí)，一起加入雙螺桿擠出機(jī)中擠`出造粒即可，控制擠出機(jī)溫度在210°C~280°C。
【文檔編號(hào)】C08L51/06GK103862589SQ201210562507
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】董玉欣, 王鑫, 蔡偉, 王勇杰, 喬梁, 車聲雷, 姜力強(qiáng), 鄭精武 申請(qǐng)人:杭州千石科技有限公司