CN102604371B - 一种高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料，是一种高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料及其制备方法，重量百分比组分：聚酰胺：40%～95%，改性普通石墨：5%～35%，改性膨胀石墨：1%～10%，改性片状无机填料：1%～10%，润滑剂：1%～5%，抗氧剂：0.1%～1%，以上各组分之和为100%；制备方法：将改性普通石墨、改性膨胀石墨和改性片状填料加入共混机中，50℃～90℃下共混5min～10min，得到改性导热填料；将聚酰胺、改性导热填料、抗氧剂和润滑剂按配比加入共混机中，共混5～10min；将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，在230～260℃下熔融挤出造粒。本发明的复合材料具有良好的绝缘导热性能和较好的综合力学性能。

Description

一种高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体的说是一种高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料及其制备方法。

背景技术

在电子技术领域，随着电子线路的集成程度越来越高，热量的聚集也越来越多。热量的聚集导致电子器件温度升高，工作稳定性降低。在航天领域,由于缺少空气的热传导作用，必须考虑电子器件的导热问题。在新兴产业LED领域，LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性。目前LED散热器大都是铝材，由于铝材的导电性、高密度、加工成型困难等缺点导致其应用越来越窄。基于以上领域对材料导热性的需求，拥有加工和成本优势的导热塑料将会吸引越来越多的关注。

目前获得导热塑料的方法是通过向树脂中添加导热填料，导热填料可以是金属粉，金属氧化物，氮化物，碳基材料等等。获得绝缘导热材料，通常是加入氮化物或者填充高含量的金属氧化物等，氮化物价格非常昂贵，成本花费较高；而填充高含量的无机填料则带来了加工困难，同时所获得的复合材料的导热系数也不太高，这两种方法都有比较明显的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料及其制备方法，使材料在具有良好的绝缘导热性和较好的综合力学性能。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料，按重量百分比由以下组分组成：聚酰胺：40%～95%，改性普通石墨：5%～35%，改性膨胀石墨：1%～10%，改性片状无机填料：1%～10%，润滑剂：1%～5%，抗氧剂：0.1%～1%，以上各组分之和为100%；

改性普通石墨的制备：将普通石墨与偶联剂加入共混机中，在50～90℃下共混5～10min，得到改性普通石墨，偶联剂加入量为普通石墨重量的0.5%～5%；

改性膨胀石墨的制备：将膨胀石墨与偶联剂加入共混机中，在50～90℃下共混5～10min，得到改性膨胀石墨，偶联剂加入量为膨胀石墨重量的0.5%～5%；

改性片状无机填料的制备：将片状无机填料与偶联剂加入共混机中，在50～90℃下共混5～10min，得到改性片状无机填料，偶联剂加入量为片状无机填料重量的0.5%～5%。

高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

㈠改性导热填料制备：将改性普通石墨、改性膨胀石墨和改性片状填料加入共混机中，50℃～90℃下共混5min～10min，得到改性导热填料，备用；

㈡预混合：将聚酰胺、步骤㈠制得的改性导热填料、抗氧剂和润滑剂按以上所述配比加入共混机中，共混5min～10min；

㈢造粒：将步骤㈡混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，在230℃～260℃下熔融挤出造粒。

本发明选择价格相对低廉的石墨作为导热剂，石墨的导热系数跟氮化物相比较低，要达到理想的导热效果则需要较高的填充量，但是当石墨填充量较高时，石墨容易发生团聚，不但复合材料的导热达不到预期效果，其力学性能也急剧下降，同时石墨含量高了以后，复合材料的绝缘性能也会下降，在一些对材料绝缘性要求很高的场合中，不能满足要求。膨胀石墨具有较高的热导率，但是由于它的蓬松结构，导致填充时很难分散，因此并未广泛应用。本发明在不影响材料加工性能的情况下，添加少量膨胀石墨以提高复合材料的热导率。另外，本发明采用石墨和片状无机填料复配的方法制备绝缘导热聚酰胺复合材料，片状无机填料加入至聚酰胺基体中能有效防止石墨发生团聚，使石墨在聚酰胺基体中的分散更为均匀，提高了导热效率，在相同导热系数的要求下，石墨的填充量就降低了，产品的力学性能和绝缘性能也因此提高了。同时加入无机填料还能降低绝缘导热聚酰胺复合材料的生产成本。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料，聚酰胺是耐热聚酰胺、PA6或P66中一种或几种混合物。

前述的高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料，普通石墨的粒径为0.05μm～20μm，含碳量为99%以上。

前述的高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料，膨胀石墨表面积大于等于120m²/g。

前述的高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料，片状改性无机填料是高岭土、云母或滑石的一种或几种混合物，径厚比大于等于40倍，粒径大于400目。

前述的高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料，润滑剂为硬脂酸盐、硬脂酸酰胺、低分子聚合物或石蜡的一种或几种混合物。

前述的高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料，抗氧剂为酚类或亚磷酸酯类的一种或几种混合物。

前述的高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。

具体实施方式

实施例1

一种种绝缘导热聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组成：

PA6：82%，改性普通石墨：10%，改性膨胀石墨：5%，改性云母：2%，石蜡：1%；抗氧剂：1010（0.1%），168（0.15%），抗氧剂的加入量为PA6、改性普通石墨、改性膨胀石墨和、改性云母和石蜡总和的0.1%和0.15%。普通石墨：粒径为5μm，含碳量为99%以上；膨胀石墨表面积250m²/g；云母径厚比50倍，粒径800目。

改性普通石墨的制备：将普通石墨与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在50℃下共混10min，得到改性普通石墨，钛酸酯偶联剂加入量为普通石墨重量的0.5%；

改性膨胀石墨的制备：将膨胀石墨与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在50℃下共混10min，得到改性膨胀石墨，钛酸酯偶联剂加入量为膨胀石墨重量的0.5%；

改性云母的制备：将云母与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在50℃下共混10min，得到改性云母，钛酸酯偶联剂加入量为改性云母重量的0.5%。

高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

㈠改性导热填料制备：将改性普通石墨、改性膨胀石墨和改性云母加入共混机中，50℃下共混10min，得到改性导热填料，备用；

㈡预混合：将聚酰胺、步骤㈠制得的改性导热填料、抗氧剂和润滑剂按以上所述配比加入共混机中，共混5min；

㈢造粒：将步骤㈡混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，在230℃下熔融挤出造粒。

该实施例绝缘导热聚酰胺复合材料各项参数测试结果见表1。

实施例2

一种种绝缘导热聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组成：

PA6：79%，改性普通石墨：15%，改性膨胀石墨：10%，改性滑石：5%，石蜡：1%；抗氧剂：1010（0.1%），168（0.15%），抗氧剂的加入量为PA6、改性普通石墨、改性膨胀石墨、改性滑石和石蜡总和的0.1%和0.15%。普通石墨粒径为5μm，含碳量为99%以上；膨胀石墨表面积250m²/g；滑石径厚比50倍，粒径800目。

改性普通石墨的制备：将普通石墨与硅烷偶联剂加入共混机中，在60℃下共混8min，得到改性普通石墨，硅烷偶联剂加入量为普通石墨重量的2.5%；

改性膨胀石墨的制备：将膨胀石墨与硅烷偶联剂加入共混机中，在60℃下共混8min，得到改性膨胀石墨，硅烷偶联剂加入量为膨胀石墨重量的2.5%；

改性滑石的制备：将滑石与硅烷偶联剂加入共混机中，在60℃下共混8min，得到改性滑石，硅烷偶联剂加入量为滑石重量的2.5%。

高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

㈠改性导热填料制备：将改性普通石墨、改性膨胀石墨和改性滑石加入共混机中，60℃下共混8min，得到改性导热填料，备用；

㈡预混合：将聚酰胺、步骤㈠制得的改性导热填料、抗氧剂和润滑剂按以上所述配比加入共混机中，共混7min；

㈢造粒：将步骤㈡混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，在235℃下熔融挤出造粒。

该实施例绝缘导热聚酰胺复合材料各项参数测试结果见表1。

实施例3

一种种绝缘导热聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组成：

PA6：60%，改性普通石墨：20%，改性膨胀石墨：7%，改性高岭土：8%，石蜡：5%；抗氧剂：1010（0.15%），168（0.25%），抗氧剂的加入量为PA6、改性普通石墨、改性膨胀石墨、改性滑石和石蜡总和的0.15%和0.25%。普通石墨粒径为5μm，含碳量为99%以上；膨胀石墨表面积250m²/g；高岭土径厚比50倍，粒径800目。

改性普通石墨的制备：将普通石墨与铝酸酯偶联剂加入共混机中，在70℃下共混7min，得到改性普通石墨，铝酸酯偶联剂加入量为普通石墨重量的3.5%；

改性膨胀石墨的制备：将膨胀石墨与铝酸酯偶联剂加入共混机中，在70℃下共混7min，得到改性膨胀石墨，铝酸酯偶联剂加入量为膨胀石墨重量的3.5%；

改性高岭土的制备：将高岭土与铝酸酯偶联剂加入共混机中，在70℃下共混7min，得到高岭土，铝酸酯偶联剂加入量为片状无机填料重量的3.5%。

高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

㈠改性导热填料制备：将改性普通石墨、改性膨胀石墨和高岭土加入共混机中，75℃下共混7min，得到改性导热填料，备用；

㈡预混合：将聚酰胺、步骤㈠制得的改性导热填料、抗氧剂和润滑剂按以上所述配比加入共混机中，共混7min；

㈢造粒：将步骤㈡混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，在250℃下熔融挤出造粒。

该实施例绝缘导热聚酰胺复合材料各项参数测试结果见表1。

实施例4

一种种绝缘导热聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组成：

PA6：60%，改性普通石墨：25%，改性膨胀石墨：5%，改性云母：7%，硬脂酸盐：3%；抗氧剂：1010（0.15%），168（0.85%），抗氧剂的加入量为PA6、改性普通石墨、改性膨胀石墨、改性滑石和石蜡总和的0.15%和0.85%。普通石墨粒径为0.05μm，含碳量为99%以上；膨胀石墨表面积120m²/g；云母径厚比60倍，粒径500目。

改性普通石墨的制备：将普通石墨与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在80℃下共混6min，得到改性普通石墨，钛酸酯偶联剂加入量为普通石墨重量的4.5%；

改性膨胀石墨的制备：将膨胀石墨与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在80℃下共混6min，得到改性膨胀石墨，钛酸酯偶联剂加入量为膨胀石墨重量的4.5%；

改性云母的制备：将云母与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在80℃下共混6min，得到改性云母，钛酸酯偶联剂加入量为云母重量的4.5%。

高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

㈠改性导热填料制备：将改性普通石墨、改性膨胀石墨和改性云母加入共混机中，80℃下共混6min，得到改性导热填料，备用；

㈡预混合：将聚酰胺、步骤㈠制得的改性导热填料、抗氧剂和润滑剂按以上所述配比加入共混机中，共混6min；

㈢造粒：将步骤㈡混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，在250℃下熔融挤出造粒。

该实施例绝缘导热聚酰胺复合材料各项参数测试结果见表1。

实施例5

一种种绝缘导热聚酰胺复合材料，按重量百分比计，包括以下组成：

PA6：53%，改性普通石墨：30%，改性膨胀石墨：5%，改性云母：10%，

石蜡：1%；抗氧剂：1010（0.1%），168（0.15%），抗氧剂的加入量为PA6、改性普通石墨、改性膨胀石墨、改性滑石和石蜡总和的0.1%和0.15%。普通石墨粒径为20μm，含碳量为99%以上；膨胀石墨表面积300m²/g；云母径厚比50倍，粒径450目。

改性普通石墨的制备：将普通石墨与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在90℃下共混5min，得到改性普通石墨，钛酸酯偶联剂加入量为普通石墨重量的5%；

改性膨胀石墨的制备：将膨胀石墨与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在90℃下共混5min，得到改性膨胀石墨，钛酸酯偶联剂加入量为膨胀石墨重量的5%；

改性云母的制备：将云母与钛酸酯偶联剂加入共混机中，在90℃下共混5min，得到改性云母，钛酸酯偶联剂加入量为云母重量的5%。

高性价比绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

㈠改性导热填料制备：将改性普通石墨、改性膨胀石墨和改性云母加入共混机中，90℃下共混5min，得到改性导热填料，备用；

㈡预混合：将聚酰胺、步骤㈠制得的改性导热填料、抗氧剂和润滑剂按以上所述配比加入共混机中，共混10min；

㈢造粒：将步骤㈡混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，在260℃下熔融挤出造粒。

以上实施例绝缘导热聚酰胺复合材料各项参数测试结果见表1：

表1

。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种绝缘导热聚酰胺复合材料，按重量百分比由以下组分组成：

聚酰胺           40%～95%

改性普通石墨      5%～35%

改性膨胀石墨      1%～10%

改性片状无机填料  1%～10%

润滑剂            1%～5%

抗氧剂          0.1%～1%，

以上各组分之和为100%；

其特征在于：

改性普通石墨的制备：将普通石墨与偶联剂加入共混机中，在50～90℃下共混5～10min，得到改性普通石墨，所述偶联剂加入量为普通石墨重量的0.5%～5%；

改性膨胀石墨的制备：将膨胀石墨与偶联剂加入共混机中，在50～90℃下共混5～10min，得到改性膨胀石墨，所述偶联剂加入量为膨胀石墨重量的0.5%～5%；

改性片状无机填料的制备：将片状无机填料与偶联剂加入共混机中，在50～90℃下共混5～10min，得到改性片状无机填料，所述偶联剂加入量为片状无机填料重量的0.5%～5%；

所述片状无机填料是高岭土、云母或滑石的一种或几种混合物，径厚比大于等于40倍，粒径大于400目。

2.如权利要求1所述的绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述聚酰胺是PA6或P66。

3.如权利要求1所述的绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述普通石墨的粒径为0.05μm～20μm，含碳量为99%以上。

4.如权利要求1所述的绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述膨胀石墨表面积大于等于120m²/g。

5.如权利要求1所述的绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸盐、硬脂酸酰胺、低分子聚合物或石蜡的一种或几种混合物。

6.如权利要求1所述的绝缘导热聚酰胺复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为酚类或亚磷酸酯类的一种或几种混合物。

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

8.权利要求1所述绝缘导热聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：

㈠改性导热填料制备：将改性普通石墨、改性膨胀石墨和改性片状填料加入共混机中，50℃～90℃下共混5min～10min，得到改性导热填料，备用；

㈡预混合：将聚酰胺、步骤㈠制得的改性导热填料、抗氧剂和润滑剂按权利要求1所述配比加入共混机中，共混5min～10min；

㈢造粒：将步骤㈡混合均匀的物料加入双螺杆挤出机主喂料料斗中，在230℃～260℃下熔融挤出造粒。