CN102311644B - 一种硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料及其制备工艺 - Google Patents
一种硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料及其制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料及其制备工艺，该复合材料由以下重量份数的原料制成：聚苯硫醚35～50份，硫酸钙晶须10～20份，导热填料30～40份，偶联剂2～5份，抗氧剂10100.2～0.5份，润滑剂0.5～1.5份。其制备方法是，先对导热填料及硫酸钙晶须进行预处理；将经预处理的导热填料和聚苯硫醚、抗氧剂1010、润滑剂加入到高速混合机中，混合5-15min；再加入改性硫酸钙晶须混合4－6分钟；再将所得混合物挤出造粒；将所得粒料注塑成型得成品。本发明之硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料，绝缘导热性好，热物理性能优异，特别适于应用在电子产品及武器装备、电机通讯、电气设备及仪器中。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚苯硫醚复合材料及其制备工艺，尤其是涉及一种硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料及其制备工艺。
背景技术
工业生产和科学技术发展对导热材料提出了更高的要求，除导热性外，还要求材料具有优良的综合性能，如质轻、易加工成型、热疲劳性能优异、电绝缘性及化学稳定性良好等。传统导热材料如金属和金属氧化物及其他非金属材料已无法满足一些特殊场合如电磁屏蔽、电子信息热工测量技术领域广泛使用的功率管、集成块、热管、集成电路、覆铜板的的导热绝缘使用要求，也无法作为武器装备、航空航天电子设备、电机通讯、电气设备、仪器所需的导热绝缘材料使用。随着电子技术和组装技术高速发展，可靠性、散热性等综合性能优异的导热绝缘高分子材料逐渐替代传统高分子材料，作为热界面和封装材料，迅速将发热元件热量传递给散热设备，保障电子设备正常运行。
聚苯硫醚（PPS）改性后短期热变形温度高达270℃，长期连续使用温度为200～240℃，是热塑性塑料中热稳定性最好的树脂之一；PPS在200℃以下不溶于任何已知的溶剂；PPS树脂具有高强度、高刚性的特点，并且在高温条件下刚性降低很小，具有出色的耐疲劳性能和抗蠕变性能。
现有的技术提高了PPS的导热性能，但是降低了PPS的热物理性能，限制了PPS的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有导热材料的不足，提供一种绝缘导热性好，热物理性能优异的硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料及其制备工艺。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：
本发明之硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料由以下重量份数的原料制成：聚苯硫醚（PPS）35～50份，直径为10～20μm的硫酸钙晶须10～20份，直径10-300μm的导热填料30～40份，偶联剂2～5份，抗氧剂1010 0.2～0.5 份，润滑剂0.5～1.5 份；
所述导热填料为氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅中的一种或几种的混合物；
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种；
所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或两种的混合物。
优选的重量配比为：聚苯硫醚（PPS）43.5份，直径为10～20μm的硫酸钙晶须15份，直径10-300μm的导热填料35份，偶联剂5份，抗氧剂1010 0.5份，润滑剂1份。
本发明之硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）对导热填料进行预处理：将直径10-300μm的导热填料30～40重量份加入到高速混合机中，加入偶联剂1～3重量份，混合5-15min(优选10min)；
（2）对硫酸钙晶须进行预处理：将直径为10～20μm的硫酸钙晶须10～20重量份、偶联剂1～2重量份，加入到高速混合机中混合5-15min(优选10min)，得改性硫酸钙晶须；
（3）将经步骤（1）预处理的导热填料和聚苯硫醚35～50重量份、抗氧剂1010 0.2～0.5重量份、润滑剂0.5～1.5重量份加入到高速混合机中，混合5-15min(优选10min)；
（4）将改性硫酸钙晶须加入到高速混合机中，混合4-6分钟（优选5分钟），得导热填料和聚苯硫醚、抗氧剂1010、润滑剂与改性硫酸钙晶须的混合物；
（5）将步骤（4）所得混合物在同向平行双螺杆挤出机进行挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度270-280℃(优选275℃)，二区温度280-290℃(优选285℃)，三区温度290-300℃(优选295℃)，四区温度300-310℃(优选305℃)，五区温度320-330℃(优选325℃)，六区温度320-330℃(优选330℃)，七区温度310-320℃(优选315℃)，熔体温度310-320℃(优选320℃)，机头温度300-310℃(优选310℃)，停留时间3-5min(优选4min)，压力3-6MPa(优选4MPa)；
（6）将步骤（5）所得粒料在同向平行双螺杆注塑机中注塑成型，注塑工艺参数如下：射嘴温度315-325℃(优选320℃)，一段温度320-330℃(优选330℃)，二段温度310-320℃(优选310℃)，注射压力90-110MPa(优选100 MPa)。
硫酸钙晶须，又称石膏晶须，是一种硫酸钙的纤维状单晶体。研究表明，本发明使用之改性硫酸钙晶须具有均匀的横截面，完整的内部结构，这一特征赋予其接近晶体理论值-原子间价键的强度。由于其具有极高的强度，细微的尺寸，易与聚苯硫醚界面粘合，提高与基体的相容性和界面黏结力，当受外力强迫取向时，聚苯硫醚中的残余应力能很好地传递给硫酸钙晶须，从而提高复合材料的耐冲击强度，同时改善聚苯硫醚复合材料的热物理性能；硫酸钙晶须为无机物，在基质中分散均匀，不易团聚，使复合材料性能稳定。
本发明之硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料，制备工艺简单，成本低；绝缘导热性好，热物理性能优异，特别适于应用在电子产品中，如电磁屏蔽产品、电子信息热工测量技术领域广泛使用的功率管、集成块、热管、集成电路、覆铜板，也适于作为武器装备、航空航天电子设备、电机通讯、电气设备及仪器所需的导热绝缘材料使用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料由以下重量份数的原料制成：聚苯硫醚（PPS）48.5份，直径为10～20μm的硫酸钙晶须10份，直径10-300μm的导热填料氧化镁35份，硅烷偶联剂5份，抗氧剂1010 0.5份，润滑剂硬脂酸钙1份。
制备方法：
（1）对导热填料氧化镁进行预处理：将直径10-300μm的导热填料氧化镁35重量份加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂3重量份，混合10min；
（2）对硫酸钙晶须进行预处理：将直径为10～20μm的硫酸钙晶须10重量份、硅烷偶联剂2重量份，加入到高速混合机中混合10min，得改性硫酸钙晶须；
（3）将经步骤（1）预处理的导热填料氧化镁和聚苯硫醚48.5重量份、抗氧剂1010 0.5 重量份、润滑剂硬脂酸钙1 重量份加入到高速混合机中，混合10min；
（4）将改性硫酸钙晶须加入到高速混合机中，混合5分钟，得导热填料氧化镁和聚苯硫醚、抗氧剂1010、润滑剂硬脂酸钙与改性硫酸钙晶须的混合物；
（5）将步骤（4）所得混合物在同向平行双螺杆挤出机中进行挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度275℃，二区温度285℃，三区温度295℃，四区温度305℃，五区温度325℃，六区温度330℃，七区温度315℃，熔体温度320℃，机头温度310℃，停留时间4min，压力4MPa；
（6）将步骤（5）所得粒料在同向平行双螺杆注塑机中注塑成型，注塑工艺参数如下：射嘴温度320℃，一段温度330℃，二段温度310℃，注射压力100 MPa。
本实施例制备的产品性能检测标准及结果列于表1。
实施例2
本实施例硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料由以下重量份数的原料制成：聚苯硫醚（PPS）43.5份，直径为10～20μm的硫酸钙晶须15份，直径10-300μm的导热填料氧化铝35份，钛酸酯偶联剂5份，抗氧剂1010 0.5份，润滑剂硬脂酸锌1份。
制备方法：
（1）对导热填料氧化铝进行预处理：将直径10-300μm的导热填料氧化铝35重量份加入到高速混合机中，然后加入钛酸酯偶联剂3重量份，混合10min；
（2）对硫酸钙晶须进行预处理：将直径为10～20μm的硫酸钙晶须15重量份、钛酸酯偶联剂2重量份，加入到高速混合机中混合10min，得改性硫酸钙晶须；
（3）将经步骤（1）预处理的导热填料氧化铝和聚苯硫醚43.5重量份、抗氧剂1010 0.5重量份、润滑剂硬脂酸锌1 重量份加入到高速混合机中，混合10min；
（4）将改性硫酸钙晶须加入到高速混合机中，混合5分钟，得导热填料氧化铝和聚苯硫醚、抗氧剂1010、润滑剂硬脂酸锌与改性硫酸钙晶须的混合物；
（5）将步骤（4）所得混合物在同向平行双螺杆挤出机进行挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度275℃，二区温度285℃，三区温度295℃，四区温度305℃，五区温度325℃，六区温度330℃，七区温度315℃，熔体温度320℃，机头温度310℃，停留时间4min，压力4MPa；
（6）将步骤（5）所得粒料在同向平行双螺杆注塑机中注塑成型，注塑工艺参数如下：射嘴温度320℃，一段温度330℃，二段温度310℃，注射压力100 MPa。
本实施例制备的产品性能检测标准及结果列于表1。
实施例3
本实施例硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料由以下重量份数的原料制成：聚苯硫醚（PPS）38.5份，直径为10～20μm的硫酸钙晶须20份，直径10-300μm的导热填料氮化铝35份，铝酸酯偶联剂5份，抗氧剂1010 0.5份，润滑剂硬脂酸钙1份。
制备方法：
（1）对导热填料氮化铝进行预处理：将直径10-300μm的导热填料氮化铝35重量份加入到高速混合机中，然后加入铝酸酯偶联剂3重量份，混合10min；
（2）对硫酸钙晶须进行预处理：将直径为10～20μm的硫酸钙晶须20重量份、铝酸酯偶联剂2重量份，加入到高速混合机中混合10min，得改性硫酸钙晶须；
（3）将经步骤（1）预处理的导热填料氮化铝和聚苯硫醚38.5重量份、抗氧剂1010 0.5重量份、润滑剂硬脂酸钙1重量份加入到高速混合机中，混合10min；
（4）将改性硫酸钙晶须加入到高速混合机中，混合5分钟，得导热填料氮化铝和聚苯硫醚、抗氧剂、加工助剂与改性硫酸钙晶须的混合物；
（5）将步骤（4）所得混合物在同向平行双螺杆挤出机进行挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度275℃，二区温度285℃，三区温度295℃，四区温度305℃，五区温度325℃，六区温度330℃，七区温度315℃，熔体温度320℃，机头温度310℃，停留时间4min，压力4MPa；
（6）将步骤（5）所得粒料在同向平行双螺杆注塑机中注塑成型，注塑工艺参数如下：射嘴温度320℃，一段温度330℃，二段温度310℃，注射压力100 MPa。
本实施例制备的产品性能检测方法标准及检测结果列于表1。
Claims (3)
1.一种硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料的制备工艺，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：聚苯硫醚35～50份，直径为10～20μm的硫酸钙晶须10～20份，直径10-300μm的导热填料30～40份，偶联剂2～5份，抗氧剂1010 0.2～0.5份，润滑剂0.5～1.5份；
所述导热填料为氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅中的一种或几种的混合物；
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种；
所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或两种的混合物；
制备工艺包括以下步骤：
（1）对导热填料进行预处理：将直径10-300μm的导热填料30～40重量份加入到高速混合机中，加入偶联剂1～3重量份，混合5-15min；
（2）对硫酸钙晶须进行预处理：将直径为10～20μm的硫酸钙晶须10～20重量份、偶联剂1～2重量份，加入到高速混合机中混合5-15min，得改性硫酸钙晶须；
（3）将经步骤（1）预处理的导热填料和聚苯硫醚35～50重量份、抗氧剂1010 0.2～0.5重量份、润滑剂0.5～1.5 重量份加入到高速混合机中，混合5-15min；
（4）将改性硫酸钙晶须加入到高速混合机中，混合4-6分钟，得导热填料和聚苯硫醚、抗氧剂1010、润滑剂与改性硫酸钙晶须的混合物；
（5）将步骤（4）所得混合物在同向平行双螺杆挤出机进行挤出，造粒，工艺参数如下：一区温度270-280℃，二区温度280-290℃，三区温度290-300℃，四区温度300-310℃，五区温度320-330℃，六区温度320-330℃，七区温度310-320℃，熔体温度310-320℃，机头温度300-310℃，停留时间3-5min，压力3-6MPa；
（6）将步骤（5）所得粒料在同向平行双螺杆注塑机中注塑成型，注塑工艺参数如下：射嘴温度315-325℃，一段温度320-330℃，二段温度310-320℃，注射压力90-110MPa。
2.根据权利要求1所述的硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料的制备工艺，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：聚苯硫醚43.5份，直径为10～20μm的硫酸钙晶须15份，直径10-300μm的导热填料35份，偶联剂5份，抗氧剂1010 0.5 份，润滑剂1 份。
3.根据权利要求1所述的硫酸钙晶须改性聚苯硫醚复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
所述步骤（1），将直径10-300μm的导热填料30～40重量份加入到高速混合机中，加入偶联剂1～3重量份，混合10min；
所述步骤（2），将直径为10～20μm的硫酸钙晶须10～20重量份、偶联剂1～2重量份，加入到高速混合机中混合10min，得改性硫酸钙晶须；
所述步骤（3），将经步骤（1）预处理的导热填料和聚苯硫醚35～50重量份、抗氧剂1010 0.2～0.5重量份、润滑剂0.5～1.5 重量份加入到高速混合机中，混合10min；
所述步骤（4），将改性硫酸钙晶须加入到高速混合机中，混合5分钟，得导热填料和聚苯硫醚、抗氧剂、润滑剂1010与改性硫酸钙晶须的混合物；
所述步骤（5），挤出造粒工艺参数如下：一区温度275℃，二区温度285℃，三区温度295℃，四区温度305℃，五区温度325℃，六区温度330℃，七区温度315℃，熔体温度320℃，机头温度310℃，停留时间4min，压力4MPa；
所述步骤（6），注塑工艺参数如下：射嘴温度320℃，一段温度330℃，二段温度310℃，注射压力100 MPa。
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