CN102070899A - 一种绝缘导热聚酰胺复合材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘导热聚酰胺复合材料，由聚酰胺（PA）树脂、聚苯硫醚（PPS）树脂、导热填料、玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、加工助剂制备而成。各组分重量份数用量如下：PA树脂60~90份、PPS树脂10～40份、片状导热填料30～100份、晶须状导热填料10～80份，纳米导热填料1～10份，玻璃纤维10～20份、偶联剂1～3份、抗氧剂0.2～0.5份、加工助剂0.5～2份。用该配方制备的聚酰胺复合材料具有较高的导热性能和热物理机械性能。

Description

一种绝缘导热聚酰胺复合材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚酰胺（PA）复合材料，具体涉及用于传热和散热的（高导热/易散热），可注塑成型的绝缘导热聚酰胺复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰胺(PA)俗称尼龙，PA具有良好的机械性能、 耐热性、耐磨损性、耐化学性、阻燃性和自润滑性，容易加工、摩擦系数低，特别适宜于玻璃纤维和其他材料填充增强改性等。广泛应用于汽车、电子电器、包装、机械、日用消费品等众多领域。但是PA和其他塑料一样，与金属的主要区别在于它的低导热性能，限制了它不能在某些领域代替金属。随着工业生产和科学技术的发展，一些对材料导热性能要求较高的领域如换热工程、电磁屏蔽、电子信息等领域，对导热材料提出了更高的要求，希望材料具有优良的综合性能。

目前用高导热的填料对PA进行填充提高导热，导热填料主要包括：金属氧化物如BeO,MgO, Al₂O₃,CaO,NiO；金属氮化物如AlN，BN等；碳化物如SiC，B4C3等。它们有较高的导热系数，而且更重要的是同金属粉相比有更优异的电绝缘性，但是导热填料的填充量很大，造成加工困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有导热材料填充量大、难加工的缺点，利用市场上容易获得的不同形状的导热填料，在填料量较低的情况下，让填料间形成接触和相互作用，体系内形成导热网链，导热性大幅提高。

本发明的目的是这样实现的：一种绝缘导热聚酰胺复合材料，由聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂、导热填料、玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、加工助剂组成；以重量份数计，各组分用量如下：

聚酰胺树脂                          60~90份

聚苯硫醚树脂                       10～40份

片状导热填料                       30～100份

晶须状导热填料                    10～80份

纳米导热填料                       1～10份

玻璃纤维                             10～20份

偶联剂                                1～3份

抗氧剂                              0.2～0.5份

加工助剂                            0.5～2份。

优选地，一种绝缘导热聚酰胺复合材料，由聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂、导热填料、玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、加工助剂组成；以重量份数计，各组分用量如下：

聚酰胺树脂                         70~80份

聚苯硫醚树脂                      20～30份

片状导热填料                      40～80份

晶须状导热填料                  10～30份

纳米导热填料                       1～3份

玻璃纤维                             10～15份

偶联剂                                1～3份

抗氧剂                                0.3～0.5份

加工助剂                             1～2份。

 其中，所述的片状导热填料为粒径5.0~25.0微米，厚度0.2~0.4微米的氧化铝或铝粉；

所述的晶须状导热填料为粒径0.3~3.0微米，长度5~100微米的氧化铝，氧化镁或氧化锌；

所述的纳米导热填料为粒径30~100nm的氧化铝，氧化镁、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或多种的混合物；

所述的玻璃纤维为E型或S型的玻璃纤维； 

所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂；

所述的抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类中的一种或几种的混合物；所述的酚类为1076，亚磷酸酯类为TNP或168。

所述的加工助剂为PETS、硅酮粉中的一种或几种的混合物

本发明一种绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：

步骤一  对导热填料进行预处理，按上述配方量将片状导热填料、晶须状导热填料和纳米导热填料加入到高速混合机中，然后加入偶联剂，混合均匀；备用；

步骤二  对玻璃纤维进行预处理，按上述配方量将玻璃纤维，偶联剂加入到高速混合机中混合均匀；备用；

步骤三  将步骤一导热填料和聚酰胺树脂加入到高速混合机中；并加入聚苯硫醚树脂、抗氧剂、加工助剂，混合均匀；

步骤四   将步骤三混合好的物料放入双螺杆机中，同时加入步骤二预处理好的玻璃纤维；进行挤出造粒；

步骤五   把造好的粒料进行注塑成型并控制模具的成型温度，制得绝缘导热聚酰胺复合材料。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）利用片状导热填料、晶须导热填料的不同形状，增加填料间的相互接触和相互作用，在填料含量较低的情况下，获得较高导热系数。

（2）引入纳米导热填料，提高填料的堆砌度，提高导热性。

（3）引入PPS树脂，提高了材料的耐高温性和尺寸稳定性，降低了PA的吸水性。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术特点，下面结合实施例对本发明作进一步地描述，需要说明的是，实施例并不是对本发明保护范围的限制。

 实施例一

以下重量份的原料配方  

聚酰胺（PA66）                    80份

聚苯硫醚（PPS）                   20份

片状Al₂O₃                          40份

晶须Al₂O₃                           20份

纳米AlN                              2份

玻璃纤维                             10份

硅烷偶联剂                          1.5份

抗氧剂                                0.5份

加工助剂                             1.0份

对玻璃纤维用硅烷偶联剂进行预处理。在高速混合机中加入片状和晶须状Al₂O₃、纳米AlN，加入硅烷偶联剂接着高速混合均匀，然后加入PA66、PPS、抗氧剂、加工助剂进行混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在280℃左右挤出造粒，同时加入预处理好的玻璃纤维，得到绝缘导热聚酰胺复合材料，注射压力为10MPa，注射时间为30秒，模具温度为100℃。制样进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表1所示：

 表1 

                                                 

 实施例二

以下重量份的原料配方

聚酰胺（PA66）                    70份

聚苯硫醚（PPS）                   30份

片状Al粉                            40份

晶须Al₂O₃                           20份

纳米AlN                             2.5份

玻璃纤维                            15份

硅烷偶联剂                         2.0份

抗氧剂                               0.5份

加工助剂                            1.5份

对玻璃纤维用硅烷偶联剂进行预处理。在高速混合机中加入片状Al粉、晶须状Al₂O₃和纳米AlN，加入硅烷偶联剂接着高速混合均匀，然后加入PA66、PPS、抗氧剂、加工助剂进行混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在280℃左右挤出造粒，同时加入预处理好的玻璃纤维，得到绝缘导热聚酰胺复合材料，注射压力为10MPa，注射时间为30秒，模具温度为100℃。制样进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表2所示：

表2

实施例三

以下重量份的原料配方

聚酰胺（PA66）                    60份

聚苯硫醚（PPS）                   40份

片状Al₂O₃                           60份

晶须MgO                            10份

纳米AlN                             1.0份

玻璃纤维                             10份

硅烷偶联剂                          1.5份

抗氧剂                                0.5份

加工助剂                             1.0份

对玻璃纤维用硅烷偶联剂进行预处理。在高速混合机中加入片状Al₂O₃、晶须状MgO、纳米AlN，加入硅烷偶联剂接着高速混合均匀，然后加入PA66、PPS、抗氧剂、加工助剂进行混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在280℃左右挤出造粒，同时加入预处理好的玻璃纤维，得到绝缘导热聚酰胺复合材料，注射压力为10MPa，注射时间为30秒，模具温度为100℃。制样进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表3所示：

表3

实施例四

以下重量份的原料配方

聚酰胺（PA66）                    60份

聚苯硫醚（PPS）                   40份

片状Al粉                            50份

晶须ZnO                             20份

纳米AlN                             1.5份

玻璃纤维                             15份

硅烷偶联剂                          2份

抗氧剂                                0.5份

加工助剂                             1份

对玻璃纤维用硅烷偶联剂进行预处理。在高速混合机中加入片状Al粉、晶须状ZnO、纳米AlN，加入硅烷偶联剂接着高速混合均匀，然后加入PA66、PPS、抗氧剂、加工助剂进行混合均匀后，加入到双螺杆挤出机中，在280℃左右挤出造粒，同时加入预处理好的玻璃纤维，得到绝缘导热聚酰胺复合材料，注射压力为10MPa，注射时间为30秒，模具温度为100℃。制样进行性能测试。样品的力学性能按照以下标准测试，结果如表4所示：

  表4

。

Claims (10)

1.一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：该复合材料由聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂、导热填料、玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、加工助剂组成；以重量份数计，各组分用量如下：

聚酰胺树脂                         60~90份

聚苯硫醚树脂                     10～40份

片状导热填料                     30～100份

晶须状导热填料                 10～80份

纳米导热填料                      1～10份

玻璃纤维                            10～20份

偶联剂                                1～3份

抗氧剂                               0.2～0.5份

加工助剂                            0.5～2份。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：该复合材料由聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂、导热填料、玻璃纤维、偶联剂、抗氧剂、加工助剂组成；以重量份数计，各组分用量如下：

聚酰胺树脂                           70~80份

聚苯硫醚树脂                       20～30份

片状导热填料                       40～80份

晶须状导热填料                   10～30份

纳米导热填料                       1～3份

玻璃纤维                              10～15份

偶联剂                                 1～3份

抗氧剂                                 0.3～0.5份

加工助剂                             1～2份。

3.根据权利要求1所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的片状导热填料为粒径5.0~25.0微米，厚度0.2~0.4微米的氧化铝或铝粉。

4.根据权利要求1所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的晶须状导热填料为粒径0.3~3.0微米，长度5~100微米的氧化铝，氧化镁或氧化锌。

5.根据权利要求1所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的纳米导热填料为粒径30~100nm的氧化铝，氧化镁、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为E型或S型的玻璃纤维。

7.根据权利要求1所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。

8.根据权利要求1所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类中的一种或几种的混合物；所述的酚类为1076，亚磷酸酯类为TNP或168。

9.根据权利要求1所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：加工助剂为PETS、硅酮粉中的一种或几种的混合物。

10.权利要求1—8所述的一种绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤和工艺条件：

步骤一  对导热填料进行预处理，按上述配方量，将片状导热填料、晶须状导热填料和纳米导热填料加入到高速混合机中，然后加入偶联剂，混合均匀；备用；

步骤二  对玻璃纤维进行预处理，按上述配方量将玻璃纤维，偶联剂加入到高速混合机中混合均匀；备用；

步骤三  将步骤一的导热填料和聚酰胺树脂加入到高速混合机中；并加入聚苯硫醚树脂、抗氧剂、加工助剂，混合均匀；

步骤四   将步骤三混合好的物料放入双螺杆机中，同时加入步骤二预处理好的玻璃纤维；进行挤出造粒；

步骤五   把造好的粒料进行注塑成型并控制模具的成型温度，制得绝缘导热聚酰胺复合材料。