一種晶須增強導熱塑料材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種材料及其制備方法，具體是一種晶須增強導熱塑料材料及其制備 方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚己內(nèi)酰胺（PA6)，是一種具有機械強度高，韌性好、耐油、耐弱酸堿等優(yōu)良綜合性 能的工程塑料，廣泛應用于汽車零部件的制造領(lǐng)域。PA6的酰胺基團是極性基團，尼龍分子 鏈之間容易形成氫鍵，導致產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性差、吸濕性較強，使其應用受到了限制。同時PA6 的導熱導熱系數(shù)偏低，只有〇. 23w/m. k，不符合在散熱要求嚴格的使用環(huán)境。
[0003] 國內(nèi)外研究者對PA6進行了大量的研發(fā)和改性，發(fā)現(xiàn)填充共混能有效提高PA6工 程塑料的力學性能和尺寸穩(wěn)定性，并能降低材料的成本。近年來采用無機填料(硅灰石、玻 璃纖維、碳纖維、晶須、無機金屬鹽等）制備增強PA6復合材料的研究越來越受到關(guān)注，并將 其廣泛應用于軸承及支架、齒輪、凸輪、機械護罩及外殼等精密注射件。晶須由于具有長徑 比大，耐高溫、抗化學腐蝕、強度高，易表面處理之優(yōu)點，與PA6復合后使聚合物性能得到很 大的提高，且易制成形狀復雜、細小、精確度好、表面光潔度高的制品。
[0004] 同時，在電子封裝和計算機芯片方面，設(shè)備的幾何尺寸不斷減小，能量輸出卻不斷 增加，使得導熱絕緣材料的研究在這一領(lǐng)域變得越來越重要。通用塑料質(zhì)輕、易加工成型、 價格低廉且絕緣性能好，但是熱導率較低。通過在塑料中添加高熱導率高電阻的功能填料， 如滑石粉、氮化鋁、氮化硼、氧化鎂和氧化鋁等，可望顯著提高聚合物的導熱性能，同時又能 保持聚合物的絕緣性能。
[0005] 迄今為止，眾多專利已經(jīng)報導了導熱塑料的制備及其性能，但添加一定比例晶須 材料，并采用PA6樹脂為基體、高導熱填料，通過雙螺桿擠出機制備晶須增強導熱絕緣復合 材料情況在國內(nèi)卻極少。因此，本發(fā)明所開發(fā)的晶須增強導熱塑料意義重大，具有廣闊的應 用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種晶須增強導熱塑料及其制備 方法，該晶須增強導熱塑料由聚己內(nèi)酰胺、無機晶須、導熱絕緣填料、偶聯(lián)劑以及其他加工 助劑制成，通過預混合、擠出、冷卻、風干、切粒等工藝改變聚己內(nèi)酰胺的結(jié)晶速率，提高其 導熱系數(shù)的同時實現(xiàn)對其力學性能的改進和提高，解決現(xiàn)有導熱塑料導熱性能低、力學性 能較差的問題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種晶須增強導熱塑料，由以下組分重量份數(shù)的組分制 成：PA6樹脂25~65份、導熱絕緣填料15~65份、無機晶須5~20份、偶聯(lián)劑0. 1~2份、抗氧 劑0. 1~2份、加工助劑0. 1~15份；所述無機晶須為鈦酸鉀、硼酸鋁、氧化鋅、硫酸鎂、硫酸 鈣、碳酸鈣、碳化硅中的一種或兩種以上的混合物，偶聯(lián)劑為有機絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類 和鋁酸酯類偶聯(lián)劑中的一種，導熱絕緣填料為滑石粉、氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧 化鈣、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、導熱石墨、碳纖維、碳納米管中的一種或幾種進行復配，抗氧 劑為抗氧劑1010、抗氧劑1098、抗氧劑1076、抗氧劑3114、抗氧劑168、抗氧劑626、抗氧劑 627A中的一種或幾種；優(yōu)選相對粘度為2. 8(測試標準ASTM 1254403-D3-050)、半透明或不 透明乳白色粒子狀的PA6樹脂。
[0008] 優(yōu)選的，所述導熱絕緣填料為氮化鋁、氮化硼及氧化鋁按質(zhì)量比1:1~2:2~5進行 復配。
[0009] 進一步優(yōu)選的，所述導熱絕緣填料為氮化鋁、氮化硼及氧化鋁按質(zhì)量比1:1:3進 行復配。所述導熱絕緣填料還可以是氮化鋁、氮化硼及氧化鋁按質(zhì)量比1:2:4進行復配。 [0010] 優(yōu)選的，所述無機晶須為長徑比60~80的硫酸鈣晶須。
[0011] 優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑為3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0012] 優(yōu)選的，所述抗氧劑為：主抗氧劑為抗氧劑1098,輔助抗氧劑為抗氧劑168。
[0013] 優(yōu)選的，所述的加工助劑包括紫外線吸收劑、抗靜電劑、抗滴落劑、潤滑劑、脫模 齊IJ、阻燃劑中的一種或幾種。
[0014] 本發(fā)明所述的晶須增強導熱塑料的制備方法包括以下具體步驟： (1) 利用偶聯(lián)劑對導熱絕緣填料及無機晶須進行表面處理，使導熱絕緣填料表面均勻 包覆一層偶聯(lián)劑，將經(jīng)表面處理的晶須及導熱絕緣填料裝入雙螺桿擠出機的側(cè)喂料系統(tǒng)； 所述表面處理方法為：將液體偶聯(lián)劑直接進行霧化或?qū)⒎垠w偶聯(lián)劑以無水溶劑稀釋并霧化 后，將導熱絕緣填料及無機晶須通入霧化室中，使導熱絕緣填料及無機晶須在霧化室內(nèi)停 留l~2min，使導熱絕緣填料微粒及無機晶須表面均勻覆蓋著偶聯(lián)劑； (2) 將PA6樹脂原料在80~120°C下鼓風干燥3~6小時； (3) 將干燥后的PA6樹脂、抗氧劑及其他加工助劑加入高速混合機中混合均勻，混合后 的物料裝入雙螺桿擠出機的主喂料系統(tǒng)； (4) 將步驟（3)獲得的樹脂混合物及經(jīng)過表面處理后的無機晶須和導熱絕緣填料分別 通過雙螺桿擠出機的王喂料系統(tǒng)和側(cè)喂料系統(tǒng)加入到擠出機中擠出造粒，通過控制王、側(cè) 喂料系統(tǒng)的喂料頻率控制絕緣導熱填料的含量，經(jīng)熔融、擠出、造粒、水冷、風干、切粒、干燥 得到晶須增強導熱塑料； 所述雙螺桿擠出機的加工工藝條件如下： ① 溫度為：一區(qū) 160~180°C，二區(qū) 170~220°C，三區(qū) 200~250°C，四區(qū) 200~250°C，五區(qū) 210~250°C，六區(qū) 190~250°C，機頭 200~240°C ; ② 螺桿轉(zhuǎn)速為：250~400轉(zhuǎn)/分； ③ 物料在料筒停留時間控制在2min以內(nèi)。
[0015] 本發(fā)明的相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下： (1) 所制備的材料注塑成型后，利用了晶須優(yōu)異的力學和物理性能，將其與各種基材進 行復合，不僅可以提高基體材料的強度、改善其韌性，而且可以改變其物理化學性能；通過 添加晶須，使得產(chǎn)品的彎曲強度等力學性能得到改善，復合材料韌性增強，沖擊強度提高； (2) 添加優(yōu)選的復配導熱絕緣填料，顯著提高導熱塑料產(chǎn)品的導熱性能，使其導熱性能 達到傳統(tǒng)PA樹脂的4-5倍，可滿足LED燈具領(lǐng)域?qū)崴芰系囊螅?(3) 晶須添加還可以使得使顆粒間發(fā)生橋接作用，使得由導熱填料構(gòu)成的導熱通路愈 加完善，從而能夠使復合材料的熱導率迅速提高，在填料聚集和導熱通路愈加完善。
【具體實施方式】
[0016] 下面通過實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，這些實施例僅用來說明本發(fā)明，并 不限制本發(fā)明的范圍。
[0017] 實施例1按照表1中的配方生產(chǎn)5種不同配方的產(chǎn)品（表1中1#~5#)，并與不添 加無機晶須的配方（6#)所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品進行比較。
[0018] 表1產(chǎn)品配方表(單位：重量份）
【主權(quán)項】
1. 一種晶須增強導熱塑料，其特征在于：由以下組分重量份數(shù)的組分制成：PA6樹脂 25~65份、導熱絕緣填料15~65份、無機晶須5~20份、偶聯(lián)劑0. 1~2份、抗氧劑0. 1~2份、 加工助劑〇. 1~15份； 所述無機晶須為鈦酸鉀、硼酸鋁、氧化鋅、硫酸鎂、硫酸鈣、碳酸鈣、碳化硅中的一種或 兩種以上的混合物，偶聯(lián)劑為有機絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類偶聯(lián)劑中的一種， 導熱絕緣填料為滑石粉、氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣、氮化鋁、氮化硼、碳化 硅、導熱石墨、碳纖維、碳納米管中的一種或幾種進行復配，抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑 1098、抗氧劑1076、抗氧劑3114、抗氧劑168、抗氧劑626、抗氧劑627A中的一種或幾種；所 述PA6樹脂相對粘度為2. 8、半透明或不透明乳白色粒子狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強導熱塑料，其特征在于：所述導熱絕緣填料為氮化 鋁、氮化硼及氧化鋁按質(zhì)量比1:1~2:2~5進行復配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的晶須增強導熱塑料，其特征在于：所述導熱絕緣填料為 氮化鋁、氮化硼及氧化鋁按質(zhì)量比1:1:3進行復配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強導熱塑料，其特征在于：所述導熱絕緣填料為氮化 鋁、氮化硼及氧化鋁按質(zhì)量比1:2:4進行復配。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強導熱塑料，其特征在于：所述無機晶須為長徑比 60~80的硫酸鈣晶須。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強導熱塑料，其特征在于：所述偶聯(lián)劑為3-縮水甘油 醚氧丙基三甲氧基硅烷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強導熱塑料，其特征在于：所述抗氧劑為：主抗氧劑為 抗氧劑1098,輔助抗氧劑為抗氧劑168。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶須增強導熱塑料，其特征在于：所述的加工助劑包括紫外 線吸收劑、抗靜電劑、抗滴落劑、潤滑劑、脫模劑、阻燃劑中的一種或幾種。
9. 一種權(quán)利要求1所述的晶須增強導熱塑料的制備方法，其特征在于：包括以下具體 步驟： (1) 利用偶聯(lián)劑對導熱絕緣填料及無機晶須進行表面處理，使導熱絕緣填料表面均勻 包覆一層偶聯(lián)劑，將經(jīng)表面處理的晶須及導熱絕緣填料裝入雙螺桿擠出機的側(cè)喂料系統(tǒng)； 所述表面處理方法為：將液體偶聯(lián)劑直接進行霧化或?qū)⒎垠w偶聯(lián)劑以無水溶劑稀釋并霧化 后，將導熱絕緣填料及無機晶須通入霧化室中，使導熱絕緣填料及無機晶須在霧化室內(nèi)停 留l~2min，使導熱絕緣填料微粒及無機晶須表面均勻覆蓋著偶聯(lián)劑； (2) 將PA6樹脂原料在80~120°C下鼓風干燥3~6小時； (3) 將干燥后的PA6樹脂、抗氧劑及其他加工助劑加入高速混合機中混合均勻，混合后 的物料裝入雙螺桿擠出機的主喂料系統(tǒng)； (4) 將步驟（3)獲得的樹脂混合物及經(jīng)過表面處理后的無機晶須和導熱絕緣填料分別 通過雙螺桿擠出機的王喂料系統(tǒng)和側(cè)喂料系統(tǒng)加入到擠出機中擠出造粒，通過控制王、側(cè) 喂料系統(tǒng)的喂料頻率控制絕緣導熱填料的含量，經(jīng)熔融、擠出、造粒、水冷、風干、切粒、干燥 得到晶須增強導熱塑料； 所述雙螺桿擠出機的加工工藝條件如下： (1)溫度為：一區(qū) 160~180°C，二區(qū) 170~220°C，三區(qū) 200~250°C，四區(qū) 200~250°C，五區(qū) 210~250°C，六區(qū) 190~250°C，機頭 200~240°C ; (2) 螺桿轉(zhuǎn)速為：250~400轉(zhuǎn)/分； (3) 物料在料筒停留時間控制在2min以內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶須增強導熱塑料，該晶須增強導熱塑料是由聚己內(nèi)酰胺、無機晶須、導熱絕緣填料、偶聯(lián)劑以及其他加工助劑制成，結(jié)合預混合、擠出、冷卻、風干、切粒等工藝，基于聚己內(nèi)酰胺樹脂的機械強度高，韌性好等特點，通過改變聚己內(nèi)酰胺的結(jié)晶速率，提高其導熱系數(shù)的同時實現(xiàn)對其力學性能的改進和提高，解決現(xiàn)有導熱塑料導熱性能低、力學性能較差的問題。本發(fā)明的晶須增強導熱塑料可廣泛應用于LED燈具領(lǐng)域。
【IPC分類】B29C47-92, C08K7-08, C08K5-526, C08L77-02, C08K5-134, C08K3-22, C08K3-28, C08K13-06, C08K3-38, C08K9-06
【公開號】CN104559146
【申請?zhí)枴緾N201410775127
【發(fā)明人】楊永佳, 張彥兵, 楊小義
【申請人】惠州力王佐信科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月16日