一種環(huán)氧基團(tuán)改性石墨和導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)氧基團(tuán)改性石墨和采用該改性石墨制備的導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料包括以下組分及質(zhì)量份含量：尼龍25-50、雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨50-75、抗氧劑0.1-0.5。各組分經(jīng)高速混合機(jī)混合后，擠出造粒制得產(chǎn)品。本發(fā)明利用低分子量的雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物對(duì)導(dǎo)熱石墨粉體進(jìn)行表面改性，經(jīng)物理化學(xué)作用，使石墨表面接枝上具有反應(yīng)活性的環(huán)氧基團(tuán)；而且，石墨的堆積密度明顯增加，能在尼龍基體中實(shí)現(xiàn)高填充。石墨表面的環(huán)氧基團(tuán)在擠出過程中對(duì)尼龍有擴(kuò)鏈作用，既賦予尼龍良好的導(dǎo)熱性能，又提高了尼龍的力學(xué)性能。
【專利說明】一種環(huán)氧基團(tuán)改性石墨和導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料及其制備【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)氧基團(tuán)改性石墨和采用該改性石墨制備的導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料及其制備方法，屬于高分子材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]尼龍作為最常用的工程塑料，有著優(yōu)異的綜合性能，但導(dǎo)熱系數(shù)低，只有0.2-0.3W/mK，在LED照明、汽車、電子產(chǎn)品等應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)材料傳熱散熱性能有著更高的要求，而導(dǎo)熱系數(shù)低很大程度上限制了尼龍材料的使用。
[0003]石墨來源廣泛，價(jià)格低廉，是一種多功能無機(jī)填料，具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，將其填充到尼龍中，可以大幅提高尼龍的導(dǎo)熱性能。但是，為了進(jìn)一步提高尼龍的導(dǎo)熱性能，需要加大石墨的添加量，然而由于石墨堆積密度小，石墨含量增加會(huì)導(dǎo)致填充困難，難以在尼龍基體中很好地分散，會(huì)導(dǎo)致尼龍的機(jī)械性能大幅度下降。因此，提高石墨的堆積密度，增加石墨在尼龍基體中的填充量，提高尼龍材料導(dǎo)熱系數(shù)的同時(shí)能夠保持或者提高材料的強(qiáng)度，變得尤為重要。
[0004]專利CN102775767A所述的一種高導(dǎo)熱的尼龍復(fù)合材料，其綜合性能優(yōu)良，但是稀土元素釔在空氣中不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致尼龍復(fù)合材料力學(xué)性能下降，同時(shí)，稀土元素釔的處理?xiàng)l件需要很嚴(yán)格的條件，不利于大規(guī)模生產(chǎn)；專利CN102408710A中所述導(dǎo)熱填料處理方法是將尼龍溶解后加入導(dǎo)熱填料，混合均勻后經(jīng)烘干破碎清洗再烘干多道程序，不利于工業(yè)
化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)氧基團(tuán)改性石墨以及采用該改性石墨制備的導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，該導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料具有較好的機(jī)械性能以及較高的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0006]本發(fā)明的一種環(huán)氧基團(tuán)改性石墨，其為石墨與雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物1，6_己二醇二縮水甘油醚或1，4-丁二醇二縮水甘油醚或乙二醇二縮水甘油醚的組合；所述雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物的質(zhì)量為石墨質(zhì)量的8%-10%。
[0007]上述石墨平均粒徑在l_13Mm為佳。
[0008]本發(fā)明所述環(huán)氧基團(tuán)改性石墨的制備方法，其是在80_85°C下，將石墨和雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物高速混合處理30-50min制得雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨。
[0009]在高速混合處理前將所述石墨放于110_120°C烘箱內(nèi)干燥6_8h為宜。
[0010]本發(fā)明提供的導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，主要由以下質(zhì)量份的原料制成:
尼龍25-50份；
上述所述的環(huán)氧基團(tuán)改性石墨50-75份；
抗氧劑0.1-0.5份。
[0011 ] 所述尼龍優(yōu)選為PA6或PA66。
[0012]所述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑168按照質(zhì)量比1:1配合使用。[0013]本發(fā)明所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟:
(1)按以下組分及質(zhì)量份含量稱量原料，尼龍25-50份、環(huán)氧基團(tuán)改性石墨50-75份、抗氧劑0.1-0.5份；
(2)將稱量原料加到高速混合機(jī)混合3-5min；
(3)將經(jīng)步驟(2)混合后的原料加入到雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)溫度為195-265°C，螺桿轉(zhuǎn)速200-350rpm，經(jīng)擠出、牽引、造粒制得產(chǎn)品。
[0014]步驟(2)在高速混合前，將尼龍?jiān)?00-105°C于真空干燥箱烘7_8h為佳。
[0015]本發(fā)明使用雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物對(duì)石墨進(jìn)行表面改性，其一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)與石墨表面發(fā)生物理化學(xué)作用，使得石墨表面接枝上具有反應(yīng)活性的環(huán)氧基團(tuán)，在擠出過程生產(chǎn)過程中，雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨表面的環(huán)氧基團(tuán)可以和尼龍分子鏈端氨基或者羧基發(fā)生反應(yīng)，能夠?qū)⒛猃埛肿渔溸B接起來，對(duì)尼龍起到一定程度的擴(kuò)鏈作用，使尼龍的力學(xué)性能得以提升，其復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度大于50MPa ;另外雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨的表面由親水性變?yōu)榱耸杷裕瑯O大地提高了石墨與基體的相容性，使得石墨能夠很好地分散在尼龍基體中；經(jīng)雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物對(duì)石墨進(jìn)行表面改性后，石墨的堆積密度大幅度增加，這極大的提高了石墨在尼龍基體中的填充量，從而使尼龍材料的導(dǎo)熱系數(shù)極大提高，導(dǎo)熱系數(shù)2.3ff/mK以上。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下述實(shí)施例是對(duì)于本
【發(fā)明內(nèi)容】
的進(jìn)一步說明以作為對(duì)本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的闡釋，但本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以且應(yīng)當(dāng)知曉任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡單變化或替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
[0017]實(shí)施例1
稱取平均粒徑2.5Mm石墨1000g于110-120°C下，在烘箱內(nèi)干燥6-8h后取出加入高速混合機(jī)，在80-85°C下，加入80g雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物1，6_己二醇二縮水甘油醚，混合處理45-50min后制得雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨。
[0018]將尼龍6在100_105°C于真空干燥箱烘7_8h，取30份已干燥尼龍6、70份上述所得雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨、0.2份抗氧劑(抗氧劑1010和抗氧劑168按照質(zhì)量比1:1配合使用，下同)加入高速混合機(jī)混合3-5min，取出后加入擠出機(jī)，經(jīng)擠出造粒制得產(chǎn)品。擠出溫度195-245°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速260rmp。產(chǎn)品注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條后測試性能如下:導(dǎo)熱系數(shù)
3.4ff/mK,拉伸強(qiáng)度 50.8MPa。
[0019]實(shí)施例2
稱取平均粒徑5Mm石墨1000g于110-120°C下，在烘箱內(nèi)干燥6_8h后取出加入高速混合機(jī)，在80-85°C下，加入100g雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物1，4-丁二醇二縮水甘油醚，混合處理45-50min后制得雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨。
[0020]將尼龍66在100-105°C于真空干燥箱烘7_8h，取40份已干燥尼龍66、上述雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨60份、0.2份抗氧劑加入高速混合機(jī)混合3-5min,取出后加入擠出機(jī)，經(jīng)擠出造粒制得產(chǎn)品。擠出溫度235-265 °C，主機(jī)轉(zhuǎn)速245rmp。產(chǎn)品注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條測試性能如下:導(dǎo)熱系數(shù)2.9ff/ mK,拉伸強(qiáng)度80.0MPa0
[0021]實(shí)施例3稱取平均粒徑IOMm石墨1000g于110-120°C下，在烘箱內(nèi)干燥6-8h后取出加入高速混合機(jī)，在80-85°C下，加入100g雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物1，6-己二醇二縮水甘油醚，混合處理45-50min后制得雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨。
[0022]將尼龍66在100-105°C于真空干燥箱烘7_8h，取50份已干燥尼龍66、上述雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨50份、0.3份抗氧劑加入高速混合機(jī)混合3-5min,取出后加入擠出機(jī)，經(jīng)擠出造粒制得產(chǎn)品。擠出溫度235-260°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速250rmp。產(chǎn)品注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條測試性能如下:導(dǎo)熱系數(shù)2.4ff/mK,拉伸強(qiáng)度87.7MPa。
[0023]實(shí)施例4
稱取平均粒徑IOMm石墨1000g于110-120°C下，在烘箱內(nèi)干燥6-8h后取出加入高速混合機(jī)，在80-85°C下，加入100g雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物乙二醇二縮水甘油醚，混合處理45-50min后制得雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨。
[0024]將尼龍6在100_105°C于真空干燥箱烘7_8h，取50份已干燥尼龍6、上述雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨50份、0.2份抗氧劑加入高速混合機(jī)混合3-5min，取出后加入擠出機(jī)，經(jīng)擠出造粒制得產(chǎn)品。擠出溫度195-250°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速275rmp。產(chǎn)品注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條測試性能如下:導(dǎo)熱系數(shù)2.3W/mK，拉伸強(qiáng)度67.5MPa。
[0025]實(shí)施例5
稱取平均粒徑8Mm石墨1000g于110-120°C下，在烘箱內(nèi)干燥6-8h后取出加入高速混合機(jī)，在80-85°C下，加入SOg雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物1，6_己二醇二縮水甘油醚，混合處理45-50min后制得雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨。
[0026]將尼龍6在100_`105°C于真空干燥箱烘7_8h，取45份已干燥尼龍6、上述雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨55份、0.2份抗氧劑加入高速混合機(jī)混合3-5min，取出后加入擠出機(jī)，經(jīng)擠出造粒制得產(chǎn)品。擠出溫度195-250°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速275rmp。產(chǎn)品注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條測試性能如下:導(dǎo)熱系數(shù)2.4ff/mK,拉伸強(qiáng)度65.0MPa0
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)氧基團(tuán)改性石墨，其為石墨與雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物1，6_己二醇二縮水甘油醚或1，4-丁二醇二縮水甘油醚或乙二醇二縮水甘油醚的組合；所述雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物的質(zhì)量為石墨質(zhì)量的8%-10%。
2.如權(quán)利要求1所述環(huán)氧基團(tuán)改性石墨，其特征在于，所述石墨平均粒徑為l_13Mffl。
3.權(quán)利要求1所述環(huán)氧基團(tuán)改性石墨的制備方法，其特征在于，在80-85°C下，將石墨和雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物高速混合處理30-50min制得雙官能團(tuán)環(huán)氧化合物改性石墨。
4.如權(quán)利要求3所述環(huán)氧基團(tuán)改性石墨的制備方法，其特征在于，高速混合處理前將所述石墨放于110-120°C烘箱內(nèi)干燥6-8h。
5.基于權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述環(huán)氧基團(tuán)改性石墨的導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，主要由以下質(zhì)量份的原料制成:尼龍25-50份； 環(huán)氧基團(tuán)改性石墨50-75份； 抗氧劑0.1-0.5份。
6.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述 如權(quán)利要求5所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述尼龍為PA6或PA66。
7.如權(quán)利要求5 所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述抗氧劑為抗氧劑1010和抗氧劑168按照質(zhì)量比1:1配合使用。
8.權(quán)利要求5所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括下述步驟: (1)按以下組分及質(zhì)量份含量稱量原料，尼龍25-50份、環(huán)氧基團(tuán)改性石墨50-75份、抗氧劑0.1-0.5份； (2)將稱量原料加到高速混合機(jī)混合3-5min； (3)將經(jīng)步驟(2)混合后的原料加入到雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)溫度為195-265°C，螺桿轉(zhuǎn)速200-350rpm，經(jīng)擠出、牽引、造粒制得產(chǎn)品。
9.如權(quán)利要求8所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)在高速混合前，將尼龍?jiān)?00-105°C于真空干燥箱烘7-8h。
【文檔編號(hào)】C08K9/04GK103819895SQ201410088216
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】周正發(fā), 郝喜東, 徐衛(wèi)兵, 任鳳梅, 馬海紅 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)