專利名稱：一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料及其制備方法和應用，屬于復合材料技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)的導熱材料通常為金屬材料，由于金屬的密度大、熔點高，使得導熱材料的加工能耗成本較高，不利于制品的輕量化。以聚合物為基體的導熱復合材料因具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、易加工等優(yōu)點而被人們所重視。現(xiàn)有技術中的聚合物基導熱材料是采用向聚合物基體中大量填充導熱填料制備而成的。導熱填料的填充量越大，對于提高導聚合物基導熱復合材料的導熱性能越有利，但對于導熱復合材料的力學性能卻是不利的。已有文獻報道用氮化硼填充高密度聚乙烯來制備聚乙烯導熱復合材料(BN/HDPE導熱塑料的熱導率，高分子材料科學與工程，2008，(24)2: 83-86)，也有專利CN101410447A介紹了一種以熱塑性聚酰胺為基體樹脂，通過填充導熱填料來制備導熱復合材料的方法。但是現(xiàn)有的導熱復合材料普遍存在如下問題:(I)采用通用塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯)為聚合物基體制備的導熱復合材料的耐熱性能較差，或在導熱填料填充量較高的情況下力學性能急劇變差；(2)采用工程塑料(如聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚酯工程塑料)為基體制備的導熱塑料雖然具有較高的耐熱性和機械性能，但聚合物基體的成本要遠高于通用塑料。總之，由于受到基體材料性能的限制，使得現(xiàn)有技術的導熱復合材料不能同時達到導熱性能、耐熱性能、力學性能和經(jīng)濟成本等各方面要求，難以真正取代金屬導熱材料，從而限制了導熱復合材料的廣泛應用。因而，亟需探索一種高經(jīng)濟性且具備優(yōu)良的導熱性能、耐熱性能和力學性能的聚合物基導熱復合材料，以真正取代金屬導熱材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的缺陷，提供一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料及其制備方法和應用，所述導熱復合材料具有優(yōu)異的導熱性能、耐熱性能和力學性能，同時生產(chǎn)成本低，具有很好的經(jīng)濟效益和廣闊的工業(yè)化應用前景。本發(fā)明是通過以下技術方案予以實現(xiàn)的。一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料， 所述復合材料由以下按質(zhì)量份計的組分組成:聚乙烯100份
石墨粉30 —120份
鋁纖維5 — 30份
乙烯基硅烷0.5-3份
過氧化物引發(fā)劑0.05-0.2份。上述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其中，所述的乙烯基硅烷的通式為:CH=CH(CH2)nSiX3 ；X為可水解基團。上述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其中，所述的乙烯基硅烷為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β -甲氧基乙氧基)硅烷、乙稀基二叔丁基娃燒、乙稀基二叔丁基過氧娃燒或乙稀基二乙酸氧基娃燒中的一種。上述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其中，所述的過氧化物引發(fā)劑為過氧化二異丙苯、雙叔丁基過氧化二異丙基苯、2，5- 二甲基-2，5- 二 (叔丁基過氧基)己燒或過氧化苯甲酰中的一種或兩種以上。上述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其中，所述的石墨粉的粒度為2000目。上述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其中，所述的鋁纖維的直徑為0.03mm,長度為0.6-0.8mm，長徑比為20-28。

上述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法，制備步驟如下:將聚乙烯、石墨粉、鋁纖維、乙烯基硅烷和過氧化物引發(fā)劑在高速混合機中進行攪拌混合，攪拌速度1500 - 2500r/min,攪拌時間5 — IOmin,然后經(jīng)過雙螺桿或單螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的擠出溫度區(qū)間為150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料。上述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的應用，將所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料注塑或擠出成型制成制品后，需要在60 - 100°C的熱水中浸泡8 - 24h，即通過熱水浸泡以實現(xiàn)硅烷接枝聚乙烯的水解交聯(lián)，從而提高制品的力學性能和耐熱性能。本發(fā)明所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料采用聚乙烯為基體樹脂，乙烯基硅烷為交聯(lián)劑，過氧化物為引發(fā)劑，石墨粉和鋁纖維為導熱填料，在復合材料的擠出過程中和擠出溫度條件下完成乙烯基硅烷在聚乙烯上的原位接枝反應，乙烯基硅烷由于分子中含有乙烯基結構可以在過氧化物類引發(fā)劑的作用下被接枝到聚乙烯分子鏈上，形成乙烯基硅烷接枝聚乙烯。通過將乙烯基硅烷接枝到聚乙烯基體中，使得聚乙烯基體具備了可熱水交聯(lián)的特性。由于通過交聯(lián)可提高材料的力學性能和耐熱性能，所以以本發(fā)明所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料制成的導熱制品具有優(yōu)良的力學性能和耐熱性能。基本原理如下:乙烯基硅烷接枝聚乙烯由于分子鏈中含有可水解基團，通過這些基團的水解交聯(lián)可以將聚乙烯分子鏈連接起來，形成交聯(lián)網(wǎng)絡狀結構，即形成交聯(lián)聚乙烯。由于在聚乙烯導熱復合材料中引入網(wǎng)絡狀的交聯(lián)結構，從而使得導熱復合材料的力學性能和耐熱性能均獲得很大提高。本發(fā)明所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料可以保證在具備較高力學性能的條件下實現(xiàn)導熱填料的高填充，因而具有優(yōu)良的導熱性能。本發(fā)明所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料解決了現(xiàn)有技術中導熱復合材料由于填充了大量的導熱填料而導致復合材料力學性能變差的問題，同時提高了現(xiàn)有技術中的聚乙烯導熱復合材料的耐高溫性能。所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料既具有較高的熱導率，又有較高的耐熱性能和良好的機械性能，同時聚乙烯作為導熱復合材料的實際聚合物基體，原料成本低廉，整個硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法簡單，工藝流程短，易于操作，設備投資成本低，因而具有很好的經(jīng)濟效益和廣闊的工業(yè)化應用前景。
具體實施例方式以下通過具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。本發(fā)明中所使用的雙螺桿擠出機，型號AK-36，南京科亞公司生產(chǎn)；高速混合機，型號SHR-10A，江蘇白熊機械有限公司生產(chǎn)。本發(fā)明中使用下述儀器測試樣品的性能，按GB/T 1040-2006標準在RG1-5型電子萬能試驗機(深圳市瑞格爾儀器有限公司生產(chǎn))上進行拉伸性能測試，試樣尺寸為140mmX 10_X 4mm，測試速度為 50mm/min ;按 GB/T 1634-1979 標準在 XRW-300 型熱變形溫度測定儀(承德試驗機有限公司生產(chǎn))上進行熱變形溫度測試；按GB/T 11205-1989標準在DRM-2型導熱儀(西安航天材料公司生產(chǎn))上測試導熱率。說明:表I中所附實施例1-6和對比例1-3的試驗數(shù)據(jù)，為將實施例和對比例所制得的各導熱復合材料注塑成測試用的樣條后，在80°C的熱水中浸泡20h，然后進行性能測試得到的數(shù)據(jù)。對比例4的試驗數(shù)據(jù)為將所制得的導熱復合材料注塑成測試用的樣條后，不經(jīng)過熱水浸泡測試得到的數(shù)據(jù)。實施例1一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法，制備步驟如下:將100份的聚乙烯、30份的石墨粉、5 份的鋁纖維、0.5份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.05份的過氧化二異丙苯在高速混合機中進行攪拌混合，攪拌速度1500r/min,攪拌時間5min,然后經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的擠出溫度區(qū)間為150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料。一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的應用，將所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料注塑或擠出成型制成制品后，在60 - 100°C的熱水中浸泡8 - 24h。實施例2一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法，制備步驟如下:將100份的聚乙烯、50份的石墨粉、10份的鋁纖維、0.8份的乙烯基三氯硅烷和0.08份的雙叔丁基過氧化二異丙基苯在高速混合機中進行攪拌混合，攪拌速度1800r/min,攪拌時間8min,然后經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的擠出溫度區(qū)間為150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料。一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的應用，將所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料注塑或擠出成型制成制品后，在60 - 100°C的熱水中浸泡8 - 24h。實施例3一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法，制備步驟如下:將100份的聚乙烯、80份的石墨粉、15份的鋁纖維、1.5份的乙烯基三乙氧基硅烷和0.12份的2，5- 二甲基-2，5- 二 (叔丁基過氧基)己燒在高速混合機中進行攪拌混合，攪拌速度2000r/min,攪拌時間lOmin，然后經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的擠出溫度區(qū)間為150 — 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料。一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的應用，將所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料注塑或擠出成型制成制品后，在60 - 100°C的熱水中浸泡8 - 24h。實施例4一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法，制備步驟如下:將100份的聚乙烯、100份的石墨粉、20份的鋁纖維、2份的乙烯基三(β -甲氧基乙氧基)硅烷和0.15份的過氧化苯甲酰在高速混合機中進行攪拌混合，攪拌速度1500r/min,攪拌時間5min,然后經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的擠出溫度區(qū)間為150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料。一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的應用，將所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料注塑或擠出成型制成制品后，在60 - 100°C的熱水中浸泡8 - 24h。實施例5一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法，制備步驟如下:將100份的聚乙烯、120份的石墨粉、25份的鋁纖維、2.5份的乙烯基三叔丁基硅烷和0.12份的過氧化二異丙苯、0.06份的雙叔丁基過 氧化二異丙基苯在高速混合機中進行攪拌混合，攪拌速度1800r/min,攪拌時間8min，然后經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的擠出溫度區(qū)間為150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料。一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的應用，將所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料注塑或擠出成型制成制品后，在60 - 100°C的熱水中浸泡8 - 24h。實施例6一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法，制備步驟如下:將100份的聚乙烯、60份的石墨粉、30份的鋁纖維、3份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.2份的過氧化二異丙苯在高速混合機中進行攪拌混合，攪拌速度2000r/min,攪拌時間IOmin,然后經(jīng)過雙螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的擠出溫度區(qū)間為150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料。一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的應用，將所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料注塑或擠出成型制成制品后，在60 - 100°C的熱水中浸泡8 - 24h。對比例I取純的聚乙烯通過雙螺桿擠出機擠出造粒。對比例2原料為100份的聚乙烯，100份的石墨粉和30份的鋁纖維，制備工藝同實施例1。對比例3原料為100份的聚乙烯，100份的石墨粉、30份的鋁纖維和0.2份的過氧化二異丙苯，制備工藝同實施例1。對比例4原料為100份的聚乙烯，30份的石墨粉，30份的鋁纖維，0.5份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.05份的過氧化二異丙苯，制備工藝同實施例1，但在將導熱復合材料注塑成測試用的樣條后，不經(jīng)過熱水浸泡直接測試樣條性能。表I實施例1-6和對比例1-4的性能測試數(shù)據(jù)
權利要求
1.一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其特征在于，所述復合材料由以下按質(zhì)量份計的組分組成: 聚乙烯100份 石墨粉30 — 120份 鋁纖維5 — 30份乙烯基硅烷0.5 — 3份 過氧化物引發(fā)劑0.05 — 0.2份。
2.如權利要求1所述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其特征在于，所述的乙烯基硅烷的通式為=CH=CH(CH2)nSiX3 ；X為可水解基團。
3.如權利要求2所述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其特征在于，所述的乙烯基硅烷為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三叔丁基硅烷、乙烯基三叔丁基過氧硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷中的一種。
4.如權利要求1所述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其特征在于，所述的過氧化物引發(fā)劑為過氧化二異丙苯、雙叔丁基過氧化二異丙基苯、2，5- 二甲基-2，5- 二(叔丁基過氧基)己烷或過氧化苯甲酰中的一種或兩種以上。
5.如權利要求1所述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其特征在于，所述的石墨粉的粒度為2000目。
6.如權利要求1所述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料，其特征在于，所述的鋁纖維的直徑為0.03mm,長度為0.6-0.8mm,長徑比為20-28。
7.如權利要求1所述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法，其特征在于，制備步驟如下:將聚乙烯、石墨粉、鋁纖維、乙烯基硅烷和過氧化物引發(fā)劑在高速混合機中進行攪拌混合，攪拌速度1500 - 2500r/min，攪拌時間5 — lOmin，然后經(jīng)過雙螺桿或單螺桿擠出機擠出造粒，擠出機的擠出溫度區(qū)間為150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料。
8.如權利要求1所述的一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的應用，其特征在于，將所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料注塑或擠出成型制成制品后，需要在60 - 100°C的熱水中浸泡8 - 24h，即通過熱水浸泡以實現(xiàn)硅烷接枝聚乙烯的水解交聯(lián)，從而提高制品的力學性能和耐熱性能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料及其制備方法和應用，所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料解決了現(xiàn)有技術中導熱復合材料由于填充了大量的導熱填料而導致復合材料力學性能變差的問題，同時提高了現(xiàn)有技術中的聚乙烯導熱復合材料的耐高溫性能。本發(fā)明所述硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料既具有較高的熱導率，又有較高的耐熱性能和良好的機械性能，同時聚乙烯作為導熱復合材料的實際聚合物基體，原料成本低廉，整個硅烷接枝聚乙烯導熱復合材料的制備方法簡單，工藝流程短，易于操作，設備投資成本低，因而具有很好的經(jīng)濟效益和廣闊的工業(yè)化應用前景。
文檔編號C08K13/04GK103205044SQ20131010391
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權日2013年3月27日
發(fā)明者吳曉金, 張濤, 翁偉明, 陳加波 申請人:江蘇金聚合金材料有限公司