CN102311578A - 高分子复合导热材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于水媒采暖用散热器的高分子复合导热材料及其制备方法,其目的在于解决现有水媒采暖用散热器的材料存在的问题。本发明的高分子复合导热塑料由原料混合后反应制得,所述的原料按重量份计包括以下成分:石墨粉45~55份,聚丙烯45~60份,抗氧剂1.5~7份,POE1~5份,碳纤维2~10份,偶联剂2~6份,防霉剂0.3~0.6份,硬脂酸钡0.5~1份。本发明的材料制得的散热器耐腐蚀、重量轻、造价低、抗压强度高、不会发霉变质、热稳定性及润滑性能好、高效耐用。
Description
技术领域
本发明涉及导热材料生产技术领域,特别涉及一种应用于水媒采暖用散热器的高分子复合导热材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前水媒采暖用的散热器大多是采用铁、钢或铝等金属材料制成,存在能耗大、造价高、易腐蚀、笨重、使用寿命短的缺陷。
钢制水媒采暖用散热器被腐蚀的原因为:氧化腐蚀及各种氧浓度差腐蚀:如缝隙腐蚀、水线腐蚀、点腐蚀、垢下腐蚀均是钢制散热器腐蚀穿孔漏水的主要原因。从锈蚀产物的成分及结合水质分析表明,供暖水质差(如较高的含氧量,金属离子及酸根特别是氯离子的存在是钢制散热器腐蚀的主要外因。碱性腐蚀是铝制水媒采暖用散热器腐蚀的主要原因:电化学腐蚀、即当两种不同的金属接触在一起的时候,总是电极电位低的一种先被腐蚀从而保护了电极电位高的另一种金属不被腐蚀。铜铝复合散热器产主的腐蚀即为电化学腐蚀。
近年来也有用塑料制成的水媒采暖用散热器的报道,人们正在积极研究采用各种新型材料替代来弥补以上的不足,比如用改性聚丙烯、聚乙烯材料制备散热器,但均因散热性能及工作压力不能达到水媒采暖用散热器的使用环境的要求而未能实际使用。
公告号为CN100478386C的发明专利,公开了一种矿物基复合材料,该材料由1500~3000目石墨粉、聚丙烯、碳纤维、偶联剂和抗氧剂经过高速搅拌及造粒工序制成。该材料的不足是抗压强度低,加工成散热器后在较高水压下易于破裂,在使用过程中由于环境条件的不同会受到微生物的侵蚀而发霉变质,导致使用寿命减少;而且该材料热稳定性及润滑性也不佳,这影响了散热器的效用。同时该材料在造粒时没有经过密炼,而是混合搅拌,制得的材料密度低,也使得该材料无法承受较高水压。
发明内容
本发明的目的之一在于解决现有技术存在的上述问题,提供一种应用于水媒采暖用散热器的高分子复合导热材料,该材料制得的散热器耐腐蚀、重量轻、造价低、抗压强度高、不会发霉变质、热稳定性及润滑性能好、高效耐用。
本发明的另一目的在于提供一种高分子复合导热材料的制备方法,该制备方法中加入了密炼步骤,增加了材料的密度,进一步提高了抗压性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种高分子复合导热材料,所述的高分子复合导热塑料由原料混合后反应制得,所述的原料按重量份计包括以下成分:石墨粉45~55份,聚丙烯45~60份,抗氧剂1.5~7份, POE 1~5份,碳纤维2~10份,偶联剂2~6份,防霉剂0.3~0.6份,硬脂酸钡0.5~1份,PP相溶剂1.5~3.5份。
本发明的配方中加入了POE作为接枝物,增加了本发明的韧性,从而提高了本发明的抗压强度,工作压力由原来的0.6~0.8Mpa/cm2提高到0.8~1.0Mpa/cm2。POE(聚烯烃弹性体)是由辛烯和聚烯烃树脂组成的、连续相与分散相呈现两相分离的聚合物掺混物。基本特性:(1)POE具有热塑性弹性体的一般物性,如成型性、废料再利用和硫化胶性能等。(2)价格低,并且相对密度小,因而体积价格低廉。(3)耐热性、耐寒性优异,使用范围宽广。(4)耐候性、耐老化性良好。(5)耐油性、耐压缩永久变形和耐磨耗等不太好。
本发明配方中使用的防霉剂为塑料防霉剂,为市售产品(生产厂家如三博生化),研究表明,对高分子材料侵害最重要的是真菌,即霉菌,防霉剂的添加保证本发明不会发霉变质,延长了使用寿命。
本发明的配方中加入硬脂酸钡,增加了本发明材料的热稳定性及润滑性,使得散热气高效耐用。热稳定性的增加,散热器的导热性能稳定,这样导热效率高,润滑性的增加,水垢不易附着,清理维护方便,成本低。
本发明的偶联剂为市售产品,可选用钛酸酯偶朕剂(南京曙光化工)、铝酸酯偶联剂(重庆嘉世泰化工)、铝酸锆偶联剂(重庆嘉世泰化工)等。
PP相溶剂,市售,起到降低相界面张力、提高相间互容性与粘结力的作用。
作为优选,所述的原料中还包括线性低密度聚乙烯,线性低密度聚乙烯为4~6份。线性低密度聚乙烯除具有一般聚烯烃树脂的性能外,其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性优越,在本发明的配方中增加线性低密度聚乙烯进一步增加了本发明的抗压强度以及热稳定性。线性低密度聚乙烯,型号7042,市售。
作为优选,所述的抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168组成,按占原料的重量份计,抗氧剂1010为0.5~3份,抗氧剂168为1~4份。抗氧剂1010、抗氧剂168均为市售产品,生产厂:瑞士汽吧精化。抗氧剂168是辅助抗氧剂。
作为优选,所述的原料中,石墨粉细度为1000~2500目,聚丙烯为45~55份。
作为优选,所述的原料中,石墨粉细度为1500~2500目,聚丙烯为50~60份。作为优选,所述的POE为2~4份,碳纤维为2~5份,偶联剂为4~6份。
石墨粉细度与对本发明材料的拉伸强度和冲击强度有影响,碳纤维起增强剂的作用,碳纤维强度高,导热性能好,耐腐蚀性能优良。
本发明在上述众多组合中,具有两种最佳组合,使得本发明的材料有较佳性能。
第一种组合:1000~2500目石墨粉50份,聚丙烯45~55份,抗氧剂1010 0.5~3份,抗氧剂168 1~4份,POE 1~5份,防霉剂0.3~0.6份,碳纤维2~10份,偶联剂2~6份,硬脂酸钡0.5~1份,PP相溶剂1.5~3.5份。
第二种组合:1500~2500目石墨粉55份,聚丙烯50~60份,线性低密度聚乙烯4~6份,抗氧剂1010 0.5~3份,抗氧剂168 1~4份,POE 2~4份,防霉剂0.3~0.6份,偶联剂4~6份,碳纤维2~5份,硬脂酸钡0.5~1份,PP相溶剂1.5~3.5份。
一种高分子复合导热材料的制备方法,所述的制备方法为:将原料均匀混合后倒入密炼机中密炼8~15分钟,密炼温度为160~190℃,然后输入双螺杆挤出机造粒得成品。加入了密炼步骤,增加了材料的密度,进一步提高了抗压性能。
本发明还提供上述的高分子复合导热材料在水媒采暖用散热器制造中的应用。
本发明的有益效果是:1、重量轻、造价低、节能环保;导热性能好、耐热性和耐腐蚀性能好;可塑性强、使用寿命长;2、加入POE,抗压强度高;3、加入防霉剂,不会发霉变质,环境适应能力强; 4、加入硬脂酸钡,热稳定性及润滑性能好,表面不易结垢,高效耐用。
具体实施方式
下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1:称取原料:1000目石墨粉45kg,聚丙烯(韩国晓星)55kg:由型号R200P的PP 35kg和型号HB240P的PP 20kg组成,抗氧剂1010 0.5kg,抗氧剂168 1kg,POE 5kg,塑料防霉剂0.6kg,碳纤维10kg,钛酸酯偶联剂6kg,硬脂酸钡1kg,PP相溶剂3.5kg。将称量好的原料均匀混合后倒入密炼机中密炼8分钟,密炼温度为160℃,然后输入双螺杆挤出机造粒得成品。
实施例2:称取原料:2000目石墨粉50 kg,聚丙烯(韩国晓星)50 kg:由型号R200P的PP 35kg和型号HB240P的PP 15kg组成,抗氧剂1010 2 kg,抗氧剂168 2 kg,POE 3 kg,塑料防霉剂0.5 kg,碳纤维6 kg,钛酸酯偶联剂4 kg,硬脂酸钡0.7 kg,PP相溶剂2kg。将称量好的原料均匀混合后倒入密炼机中密炼10分钟,密炼温度为180℃,然后输入双螺杆挤出机造粒得成品。
实施例3:称取原料:2500目石墨粉55 kg,聚丙烯(韩国晓星,型号R200P)45 kg,抗氧剂1010 3 kg,抗氧剂168 4 kg,POE 1 kg,塑料防霉剂0.3 kg,碳纤维2 kg,铝酸酯偶联剂2 kg,硬脂酸钡0.5 kg,PP相溶剂1.5kg。将称量好的原料均匀混合后倒入密炼机中密炼15分钟,密炼温度为190℃,然后输入双螺杆挤出机造粒得成品。
实施例4:称取原料:1500目石墨粉50 kg,聚丙烯60 kg,线性低密度聚乙烯6 kg,抗氧剂1010 3 kg,抗氧剂168 4 kg,POE 4 kg,防霉剂0.6 kg,钛酸酯偶联剂6 kg,碳纤维5 kg,硬脂酸钡1 kg,PP相溶剂3.5kg。将称量好的原料均匀混合后倒入密炼机中密炼15分钟,密炼温度为190℃,然后输入双螺杆挤出机造粒得成品。
实施例5:称取原料:2000目石墨粉55 kg,聚丙烯55 kg,线性低密度聚乙烯5 kg,抗氧剂1010 1.5 kg,抗氧剂168 2 kg,POE 3 kg,防霉剂0.4 kg,钛酸酯偶联剂5 kg,碳纤维3 kg,硬脂酸钡0.7 kg ,PP相溶剂2.5kg。将称量好的原料均匀混合后倒入密炼机中密炼10分钟,密炼温度为180℃,然后输入双螺杆挤出机造粒得成品。
实施例6:称取原料:2500目石墨粉55 kg,聚丙烯50 kg,线性低密度聚乙烯4 kg,抗氧剂1010 0.5 kg,抗氧剂168 1 kg,POE 2 kg,防霉剂0.3 kg,铝酸锆偶联剂4 kg,碳纤维2 kg,硬脂酸钡0.5 kg ,PP相溶剂1.5kg。将称量好的原料均匀混合后倒入密炼机中密炼8分钟,密炼温度为160℃,然后输入双螺杆挤出机造粒得成品。
本发明的材料经国家化学建筑材料测试中心的检测结果见表1。
本发明的材料制成散热器后抗压测试数据见表2。
本发明的材料制成散热器与现有散热器的性能对比见表3,表3中的中心距指散热器一侧的上部出口中心和该侧的下部出口中心之间的距离。
以上所述的实施例只是本发明较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (8)
1. 一种高分子复合导热材料,所述的高分子复合导热材料由原料混合后反应制得,其特征在于:所述的原料按重量份计包括以下成分:石墨粉45~55份,聚丙烯45~60份,抗氧剂1.5~7份, POE 1~5份,碳纤维2~10份,偶联剂2~6份,防霉剂0.3~0.6份,硬脂酸钡0.5~1份,PP相溶剂1.5~3.5份。
2. 根据权利要求1所述的高分子复合导热材料,其特征在于:所述的原料中还包括线性低密度聚乙烯,线性低密度聚乙烯为4~6份。
3. 根据权利要求1或2所述的高分子复合导热材料,其特征在于:所述的抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168组成,按占原料的重量份计,抗氧剂1010为0.5~3份,抗氧剂168为1~4份。
4. 根据权利要求1或2所述的高分子复合导热材料,其特征在于:所述的原料中,石墨粉细度为1000~2500目,聚丙烯为45~55份。
5. 根据权利要求1或2所述的高分子复合导热材料,其特征在于:所述的原料中,石墨粉细度为1500~2500目,聚丙烯为50~60份。
6. 根据权利要求5所述的高分子复合导热材料,其特征在于:所述的POE为2~4份,碳纤维为2~5份,偶联剂为4~6份。
7. 一种如权利要求1或2所述的高分子复合导热材料的制备方法,其特征在于:所述的制备方法为:将原料均匀混合后倒入密炼机中密炼8~15分钟,密炼温度为160~190℃,然后输入双螺杆挤出机造粒得成品。
8. 一种如权利要求1或2所述的高分子复合导热材料在水媒采暖用散热器制造中的应用。
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