CN101891926A - 聚苯乙烯导热复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚苯乙烯导热复合材料，还公开了这种聚苯乙烯导热复合材料的制备方法。用于解决现有的聚苯乙烯塑料导热性能差的技术问题。聚苯乙烯导热复合材料由聚苯乙烯树脂、β-SiCw/β-SiCp导热填料、偶联剂以及溶剂组成。所述聚苯乙烯导热复合材料的制备方法包括下述步骤：将所述偶联剂溶于所述溶剂中并搅拌均匀，加入所述β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料，混合均匀；溶剂挥发后，放入真空干燥箱烘干；取所述聚苯乙烯树脂，与前述混合料加入到开放式双辊炼胶(塑)机内混炼均匀后在小平板硫化机上模压成型。由于采用表面处理的β-SiCw/β-SiCp导热填料，聚苯乙烯复合材料的导热系数由现有技术的0.18W/mk提高到0.23～1.29W/mk。
Description
技术领域
本发明涉及一种导热复合材料，特别是一种聚苯乙烯导热复合材料。还涉及这种聚苯乙烯导热复合材料的制备方法。
背景技术
聚苯乙烯为通用塑料的第三大品种，是德国I.G法本公司于1930年首先实现工业化生产的，具有来源丰富、合成工艺简单、透明、成型性好、电绝缘性好、介电性能优良、易染色、低吸湿性和价格低廉等优点，在包装、电子、建筑、汽车家电、仪表、日用品和玩具等行业已得到广泛应用。然而，PS自身导热性能较差，导热系数仅为0.18W/mk，为了进一步拓展PS在电子元器件和集成电路等需要传热和散热场合的应用，改进PS的导热性能是技术关键。
国内外PS导热复合材料的研究相对较少。大多采用填充单一的高导热性金属或无机填料来制备聚苯乙烯导热复合材料。碳化硅(β-SiC)是一种共价键很强的化合物，具有较好的导热性、硬度和韧性，且抗磨、耐高温、耐热震、耐腐蚀和耐辐射，诸多优点使其成为了制备高导热聚苯乙烯复合材料的理想导热改性添加剂。
发明内容
为了克服现有的聚苯乙烯塑料导热性能差的不足，本发明提供一种聚苯乙烯导热复合材料。该方法采用高导热碳化硅晶须(β-SiCw)和β-碳化硅颗粒(β-SiCp)为导热填料，可以提高聚苯乙烯的导热性能。
本发明还提供这种聚苯乙烯导热复合材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种聚苯乙烯导热复合材料，其特点是由60～94％重量的聚苯乙烯树脂、10～200％重量的β-SiCw/β-SiCp导热填料、0.5～4％重量的偶联剂以及1～9％重量的溶剂制成。
所述导热填料β-SiCw/β-SiCp的质量比是3∶1。
所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、焦磷酸型钛酸酯、螯合型焦磷酸钛酸酯、配位型亚磷酸酯、单烷氧基钛酸酯、单烷氧基磷酸酯钛酸酯偶和单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯的任一种。
所述溶剂是丙酮、乙醇、异丙醇的任一种。
一种上述聚苯乙烯导热复合材料的制备方法，其特点是包括下述步骤：
(a)将0.5～4％重量的偶联剂溶于1～9％重量的溶剂中并搅拌均匀，加入10～200％重量烘干后的β-SiCw/β-SiCp混杂填料，用玻璃棒搅拌20～40min，再超声波处理30～50min，使之充分混合均匀；
(b)将经过步骤(a)混合的混合料边加热边搅拌至溶剂挥发后，放入真空干燥箱烘干，制得表面处理的β-SiCw/β-SiCp导热填料；
(c)取60～94％重量份的聚苯乙烯树脂，与经过步骤(a)、(b)处理的β-SiCw/β-SiCp导热填料加入到开放式双辊炼胶(塑)机内，于温度170～195℃混炼10～20分钟，获得PS导热改性料；
(d)将经过步骤(c)的PS导热改性料干燥后装入模具中，在小平板硫化机上模压成型制备聚苯乙烯导热复合材料，模压温度170～200℃，压力为10～30MPa。
本发明的有益结果是：由于采用表面处理的β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料，使得聚苯乙烯复合材料的导热性能得到提高，其导热系数由现有技术的0.18W/mk提高到0.23～1.29W/mk。
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
具体实施方式
实施例1，将0.5g牌号为NDZ-102的单烷氧基磷酸酯钛酸酯偶联剂溶于1g丙酮溶剂中并搅拌均匀，加入10gβ-SiCw/β-SiCp混杂导热填料，用玻璃棒搅拌20min，再用超声波处理30min，使之充分混合均匀。再边加热边搅拌至溶剂挥发，然后把混合物放入真空干燥箱烘干；取聚苯乙烯树脂60g，与经过前述偶联剂处理的β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料加入到开放式双辊炼胶(塑)机内，于温度175℃混炼10分钟，将混炼所得改性料干燥后装入模具中，在小平板硫化机上模压成型制备聚苯乙烯导热复合材料，模压温度为190℃，压力为20MPa。
经测试，所制聚苯乙烯导热复合材料的导热系数是0.23W/mk。
实施例2，将1g牌号为KH-570的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶于3g丙酮溶剂中并搅拌均匀，加入24gβ-SiCw/β-SiCp混杂导热填料，用玻璃棒搅拌25min，再用超声波处理35min，使之充分混合均匀。再边加热边搅拌至溶剂挥发，然后把混合物放入真空干燥箱烘干；取聚苯乙烯树脂65g，与经过前述偶联剂处理的β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料加入到开放式双辊炼胶(塑)机内，于温度180℃混炼12分钟，将混炼所得改性料干燥后装入模具中，在小平板硫化机上模压成型制备聚苯乙烯导热复合材料，模压温度为190℃，压力为20MPa。
经测试，所制聚苯乙烯导热复合材料的导热系数是0.31W/mk。
实施例3，将2g牌号为NDZ-201的焦磷酸型钛酸酯偶联剂溶于5g乙醇溶剂中并搅拌均匀，加入60g β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料，用玻璃棒搅拌30min，再用超声波处理40min，使之充分混合均匀。再边加热边搅拌至溶剂挥发，然后把混合物放入真空干燥箱烘干；取聚苯乙烯树脂75g，与经过前述偶联剂处理的β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料加入到开放式双辊炼胶(塑)机内，于温度185℃混炼15分钟，将混炼所得改性料干燥后装入模具中，在小平板硫化机上模压成型制备聚苯乙烯导热复合材料，模压温度为190℃，压力为20MPa。
经测试，所制聚苯乙烯导热复合材料的导热系数是0.48W/mk。
实施例4，将3g牌号为KH-560的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶于7g异丙醇溶剂中并搅拌均匀，加入120gβ-SiCw/β-SiCp混杂导热填料，用玻璃棒搅拌35min，再用超声波处理45min，使之充分混合均匀。再边加热边搅拌至溶剂挥发，然后把混合物放入真空干燥箱烘干；取聚苯乙烯树脂85g，与经过前述偶联剂处理的β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料加入到开放式双辊炼胶(塑)机内，于温度190℃混炼18分钟，将混炼所得改性料干燥后装入模具中，在小平板硫化机上模压成型制备聚苯乙烯导热复合材料，模压温度为190℃，压力为20MPa。
经测试，所制聚苯乙烯导热复合材料的导热系数是0.94W/mk。
实施例5，将4g牌号为NDZ-105的单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯偶联剂溶于9g异丙醇溶剂中并搅拌均匀，加入200gβ-SiCw/β-SiCp混杂导热填料，用玻璃棒搅拌40min，再用超声波处理50min，使之充分混合均匀。再边加热边搅拌至溶剂挥发后，把混合物放入真空干燥箱烘干；取聚苯乙烯树脂94g，与经过前述偶联剂处理的β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料加入到开放式双辊炼胶(塑)机内，于温度195℃混炼20分钟，将混炼所得改性料干燥后装入模具中，在小平板硫化机上模压成型制备聚苯乙烯导热复合材料，模压温度为190℃，压力为20MPa。
经测试，所制聚苯乙烯导热复合材料的导热系数是1.29W/mk。
另外，还分别用牌号为NDZ-101的单烷氧基钛酸酯偶联剂、牌号为NDZ-311的螯合型焦磷酸钛酸酯偶联剂、牌号为NDZ-401的配位型亚磷酸酯偶联剂以及牌号为KH-550的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂对β-SiCw/β-SiCp混杂导热填料进行处理，所制备聚苯乙烯导热复合材料均取得了满意的效果。
Claims (5)
1.一种聚苯乙烯导热复合材料，其特征在于由60～94％重量的聚苯乙烯树脂、10～200％重量的β-SiCw/β-SiCp导热填料、0.5～4％重量的偶联剂以及1～9％重量的溶剂制成。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯导热复合材料，其特征在于：所述导热填料β-SiCw/β-SiCp的质量比是3∶1。
3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯导热复合材料，其特征在于：所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、焦磷酸型钛酸酯、螯合型焦磷酸钛酸酯、配位型亚磷酸酯、单烷氧基钛酸酯、单烷氧基磷酸酯钛酸酯偶和单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯的任一种。
4.根据权利要求1所述的聚苯乙烯导热复合材料，其特征在于：所述溶剂是丙酮、乙醇、异丙醇的任一种。
5.一种权利要求1所述聚苯乙烯导热复合材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)将0.5～4％重量的偶联剂溶于1～9％重量的溶剂中并搅拌均匀，加入10～200％重量烘干后的β-SiCw/β-SiCp混杂填料，用玻璃棒搅拌20～40min，再超声波处理30～50min，使之充分混合均匀；
(b)将经过步骤(a)混合的混合料边加热边搅拌至溶剂挥发后，放入真空干燥箱烘干，制得表面处理的β-SiCw/β-SiCp导热填料；
(c)取60～94％重量份的聚苯乙烯树脂，与经过步骤(a)、(b)处理的β-SiCw/β-SiCp导热填料加入到开放式双辊炼胶(塑)机内，于温度170～195℃混炼10～20分钟，获得PS导热改性料；
(d)将经过步骤(c)的PS导热改性料干燥后装入模具中，在小平板硫化机上模压成型制备聚苯乙烯导热复合材料，模压温度170～200℃，压力为10～30MPa。
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