CN102650354A - 高强度高导热性铝塑复合管材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高导热性铝塑复合管材，它是由导热塑料内层、铝材芯层、导热塑料外层依次复合而成，其中，导热塑料内层的厚度为0.1-1毫米，铝材芯层的厚度为0.1-0.5毫米；导热塑料外层的厚度为0.1-1毫米；本发明的铝塑复合管材具有强度高、热传导系数高的特点；爆破强度能够大于6MPa，热传导系数大于1.5W/m·oC，而纯导热塑料管材的爆破强度只有4-5MPa，热传导系数约为0.4-1.0W/m·oC；本发明得到的铝塑复合管材非常适合散热器、热交换器的制备。

Description

高强度高导热性铝塑复合管材
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种高强度铝塑复合导热塑料。
背景技术
金属管材具有优良的力学性能和导热性能，在散热器、热交换器等领域获得了广泛的应用。但是，金属管材具有容易腐蚀，连接工艺比较复杂、容易出现泄漏等问题，因此限制了金属在散热器、热交换器等领域的应用。
导热塑料管材由聚合物、导热填料以及各种助剂经混合、造粒、挤出成型而成。不仅具有高的导热系数，能满足或基本满足散热器、热交换器等产品使用要求，而且成本低，加工方便的优点，而且可以通过焊接的方式连接，比较简便，宜于推广。
但是，目前的导热塑料导热性较低，热传导系数一般小于1.0w/m. ℃。由于导热系数与导热填料的含量基本呈正比关系，随着导热填料含量的增加而增加。因此，如果需要提高导热塑料的导热系数，则需要很高的导热填料，在导热塑料内部产生较多缺陷，所以导热塑料的力学性能会受到极大的影响，表现为拉伸强度降低，韧性变差，断裂伸长率降低尤为显著。所以简单地通过增加导热填料的比例来提高热传导系数的方法是不具有可行性的。
另一方面，铝塑复合管是由以聚乙烯（PE）、交联聚乙烯（PEX）或者PP-R为内外层，中间芯层为一层焊接铝管，并在铝管的内外表面涂覆胶粘剂与塑料层粘接，通过一次成型或两次成型复合工艺成型的管材。铝塑复合管结合了塑料和金属的长处，具有机械性能好、热膨胀系数低、耐蠕变、耐热、耐压性能好；特别是采用交联聚乙烯的铝塑复合管，耐温较高，可以长期在95℃温度下使用等。但是，目前的铝塑复合管均采用纯度比较高的聚乙烯或者PPR为其塑料组成，具有导热系数低的特点，无法满足导热管材的要求。
中国专利（201010001190.0）报道了用一种利用金属铝制备散热器片外壳，再用注塑机在其腔内注入专用导热塑料合金形成全塑内壁，最后使用塑料热熔的方式连接成组的塑铝复合散热器。但是这种方法不能以连续的方式生产管状散热器或者热交换器。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种高强度高导热性铝塑复合管材，可以满足高性能散热器、热交换器等产品的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高强度高导热性铝塑复合管材，它是由导热塑料内层、铝材芯层、导热塑料外层依次复合而成，其中，导热塑料内层的厚度为0.1-1毫米，铝材芯层的厚度为0.1-0.5毫米；导热塑料外层的厚度为0.1-1毫米；
进一步地，所述导热塑料内层和导热塑料外层均由导热塑料挤压形成，所述导热塑料是由聚合物、导热填料、增韧剂、增容剂、偶联剂和润滑剂按照100：50-300：1-10：1-100：1-5；1-10的重量配比混合、造粒而成。
进一步地，所述聚合物由聚乙烯、硅烷接枝聚乙烯、均聚聚丙烯、无规共聚丙烯（PP-R）、嵌段共聚丙烯（PP-B）中的一种或者一种以上混合组成。
进一步地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
进一步地，所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
进一步地，所述导热填料由鳞片石墨、膨胀石墨、胶体石墨、三氧化二铝、氮化铝、铜、铝、不锈钢纤维或者粉末中的一种或者一种以上混合组成。
进一步地，所述偶联剂由钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂中的一种或者一种以上混合组成。
进一步地，所述润滑剂由白油、聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的一种或者一种以上混合组成。
本发明的有益效果是，本发明的铝塑复合管材具有强度高、热传导系数高的特点。爆破强度能够大于6MPa，热传导系数大于1.5W/m·oC，而纯导热塑料管材的爆破强度只有4-5MPa，热传导系数约为0.4-1.0W/m·oC。本发明得到的铝塑复合管材非常适合散热器、热交换器的制备。
附图说明
图1是本发明高强度高导热性铝塑复合管材的一种结构示意图；
图2是本发明高强度高导热性铝塑复合管材的另一种结构示意图；
图中，导热塑料内层1、铝材芯层2、导热塑料外层3。
具体实施方式
本发明高强度高导热性铝塑复合管材是由导热塑料内层1、铝材芯层2、导热塑料外层3通过三层复合而成，导热塑料内层的厚度为0.1-1毫米，铝材芯层2的厚度为0.1-0.5毫米；导热塑料外层3的厚度为0.1-1毫米；
本发明中，高强度高导热性铝塑复合管材通过以下方法制备得到：用挤出机挤出导热塑料内层1，然后将无孔或者打孔的铝带开卷并缠绕在导热塑料内层1的表面，并将铝带焊接成整体，形成铝材芯层2，最后将塑料挤出并包覆在铝材芯层2表面，形成导热塑料外层3。
本发明中，导热塑料内层1和导热塑料外层3均由导热塑料经挤出机挤压形成，所说的导热塑料是由聚合物、导热填料、增韧剂、增容剂、偶联剂和润滑剂按照100：50-300：1-10：1-100：1-5；1-10的重量配比混合、造粒而成。
其中，聚合物由聚乙烯、硅烷接枝聚乙烯、均聚聚丙烯、无规共聚丙烯（PP-R）、嵌段共聚丙烯（PP-B）中的一种或者一种以上混合组成；增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯；导热填料由鳞片石墨、膨胀石墨、胶体石墨、三氧化二铝、氮化铝、铜、铝、不锈钢纤维或者粉末中的一种或者一种以上混合组成；偶联剂是钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂中的一种或者一种以上混合组成；润滑剂是白油、聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的一种或者一种以上混合组成。
下面根据实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
实施例1
按重量计，将聚乙烯95份，聚乙烯接枝马来酸酐5份，，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1份，导热填料鳞片石墨200份，钛酸酯偶联剂5份，聚乙烯蜡10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.1毫米；外层导热塑料为0.6毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为6.1MPa，热传导系数为2.5W/m·oC。
实施例2
按重量计，将聚乙烯100份，聚乙烯接枝马来酸酐10份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物10份，导热填料鳞片石墨100份，铝酸酯偶联剂5份，聚乙烯蜡10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将打孔的铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.2毫米，铝材层为0.2毫米；外层导热塑料为0.5毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为7.2 MPa，热传导系数为1.92 W/m·oC。
实施例3
按重量计，将均聚聚丙烯（挤出级）100份，乙烯-辛烯共聚物5份，马来酸酐接枝聚丙烯30份，导热填料膨胀石墨50份，钛酸酯偶联剂2份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.2毫米；外层导热塑料为0.5毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为6.1 MPa，热传导系数为1.52 W/m·oC。
实施例4
按重量计，将硅烷接枝聚乙烯100份，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，导热填料膨胀石墨200份，钛酸酯偶联剂5份，白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将厚度为0.25毫米打孔的铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，外层导热塑料为0.25毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为7.2 MPa，热传导系数为1.90 W/m·oC。
实施例5
按重量计，将100份PPR，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，导热填料膨胀石墨200份，钛酸酯偶联剂5份，白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.25毫米；外层导热塑料为0.25毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为7.2 MPa，热传导系数为1.80 W/m·oC。
实施例6
按重量计，将100份PP-R，10份乙烯-辛烯共聚物，100份马来酸酐接枝聚乙烯，100份胶体石墨，100份鳞片石墨和100份三氧化二铝，5份钛酸酯偶联剂以及10份白油用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.2毫米，铝材层为0.25毫米；外层导热塑料为0.25毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为7.2 MPa，热传导系数为1.98 W/m·oC。
实施例7
按重量计，将100份PP-B，10份乙烯-辛烯共聚物，100份马来酸酐接枝聚乙烯，200份三氧化二铝，5份钛酸酯偶联剂以及10份白油用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.5毫米；外层导热塑料为0.2毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为10.2 MPa，热传导系数为2.80 W/m·oC。
实施例8
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，氮化铝200份，膨胀石墨100份，钛酸酯偶联剂5份，白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.2毫米；外层导热塑料为0.5毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为9.2 MPa，热传导系数为1.64 W/m·oC。
实施例9
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，铜粉300份，钛酸酯偶联剂5份，白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.25毫米；外层导热塑料为1毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为6.2 MPa，热传导系数为2.20 W/m·oC。
实施例10
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，铝粉200份，钛酸酯偶联剂5份，白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为1毫米，铝材层为0.2毫米；外层导热塑料为1毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为6.9 MPa，热传导系数为1.5 W/m·oC。
实施例11
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，不锈钢纤维100份，钛酸酯偶联剂5份，白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.5毫米，铝材层为0.2毫米；外层导热塑料为0.2毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为8.2 MPa，热传导系数为1.52 W/m·oC。
实施例12
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，鳞片石墨150份，钛酸酯偶联剂5份，白油5份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.20毫米；外层导热塑料为0.5毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为7.0 MPa，热传导系数为1.63 W/m·oC。
实施例13
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，不锈钢粉300份，钛酸酯偶联剂5份，白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.20毫米；外层导热塑料为0.5毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为6.2 MPa，热传导系数为1.51 W/m·oC。
实施例14
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份，马来酸酐接枝聚乙烯100份，不锈钢纤维200份，钛酸酯偶联剂5份，硬脂酸钙10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒；
用挤出机挤出内层导热塑料层，然后将铝塑复合管用铝带开卷并缠绕在内层塑料表面，并将铝带焊接成整体，最后将外层塑料挤出并包覆在铝材层表面；
内层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝材层为0.5毫米；外层导热塑料为0.2毫米；
该铝塑复合管的爆破强度为8.3 MPa，热传导系数为2.28 W/m·oC。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高强度高导热性铝塑复合管材，其特征在于，它是由导热塑料内层1、铝材芯层2、导热塑料外层3里到外依次复合而成，其中，导热塑料内层1的厚度为0.1-1毫米，铝材芯层的2厚度为0.1-0.5毫米；导热塑料外层3的厚度为0.1-1毫米。
2.根据权利要求1所述高强度高导热性铝塑复合管材，其特征在于，所述导热塑料内层1和导热塑料外层3均由导热塑料挤压形成，所述导热塑料是由聚合物、导热填料、增韧剂、增容剂、偶联剂和润滑剂按照100：50-300：1-10：1-100：1-5；1-10的重量配比混合、造粒而成。
3.根据权利要求1所述高强度高导热性铝塑复合管材，其特征在于，所述聚合物由聚乙烯、硅烷接枝聚乙烯、均聚聚丙烯、无规共聚丙烯（PP-R）、嵌段共聚丙烯（PP-B）中的一种或者一种以上混合组成。
4.根据权利要求1所述高强度高导热性铝塑复合管材，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
5.根据权利要求1所述高强度高导热性铝塑复合管材，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
6.根据权利要求1所述高强度高导热性铝塑复合管材，其特征在于，所述导热填料由鳞片石墨、膨胀石墨、胶体石墨、三氧化二铝、氮化铝、铜、铝、不锈钢纤维或者粉末中的一种或者一种以上混合组成。
7.根据权利要求1所述高强度高导热性铝塑复合管材，其特征在于，所述偶联剂由钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂中的一种或者一种以上混合组成。
8.根据权利要求1所述高强度高导热性铝塑复合管材，其特征在于，所述润滑剂由白油、聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的一种或者一种以上混合组成。
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