CN102702648B - 具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法，将PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增塑剂塑化完全得到PVC预混料，然后与多壁碳纳米管、氧化锌加入到haake密炼机中密炼混合，制备得到具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料。与现有技术相比，本发明采用的多壁碳纳米管和氧化锌具有协同吸波和导热的作用，在PVC含量为100份，碳纳米管的用量为5份，氧化锌的用量为10份时，PVC复合材料的导热系数达到0.366W/(mk)，最低反射率为-32.7dB，反射率低于-10dB的频率范围为3.12GHz。

Description

具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种PVC复合材料，尤其是涉及一种具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的备方法。
背景技术
随着电子设备的广泛使用。电磁辐射造成的环境污染及危害引起人们的高度关注。电磁干扰(EMI)不但危害人类的健康与安全，而且会使敏感设备误操作。造成严重后果。特别是在医疗、军事及航空领域电磁波泄露危害更大。
PVC材料用途极广，具有加工性能良好，制造成本低，耐腐蚀，绝缘等良好，导热系数低(0.13-0.17W/mk)等特点。
工程塑料应用2006年，第34卷，第2期报道了采用导电纤维和常规粉体吸收剂与PVC混合，在常规粉体的含量为70％，导电纤维含量为7％时，复合材料具有最优的吸收效果，最低反射损失接近-30dB，反射率小于-10dB的频宽为12GHz。但是填料的填充量较大，不利于材料的力学性能和加工性能。
Journal of Alloys and Compounds 509(2011)8398-8400报道了将铁钡氧体掺杂入PVC中，铁钡氧体与PVC之比为70/30，测试厚度为2.5mm时，在频率2-18GHz范围内，最低反射损失为-40dB。但是填料添加量大，严重影响了材料的加工和力学性能，而且材料也不具备导热性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有微波吸收特性的导热PVC复合材料及制备方法。采用haake密炼机，将多壁碳纳米管、氧化锌、PVC进行共混。氧化锌和多壁碳纳米管具有协同的导热和吸波作用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高速捏合机中依次加入100重量份PVC树脂、2-5重量份热稳定剂、0.5-2重量份润滑剂、0.1-4重量份加工助剂以及30-60重量份增塑剂，待物料塑化完全，出料，出料温度控制在80-100℃，得到PVC预混料；
(2)在haake密炼机中加入100重量份PVC预混料，3-8重量份多壁碳纳米管，5-30重量份氧化锌，密炼机温度为130-170℃，混合5-15min，即制备得到具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料。
所述的PVC树脂的聚合度为800-2000；所述的热稳定剂为有机锡类稳定剂或复合铅盐热稳定剂；所述的润滑剂为氧化聚乙烯或脂肪酸金属皂类润滑剂；所述的加工助剂为单硬酯酸甘油酯或丙烯酸酯类的高分子共聚物；所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。
所述的有机锡类稳定剂包括月桂酸有机锡、马来酸脂有机锡、硫醇有机锡、氧化烷基锡或有机锡TM-181；所述的复合铅盐热稳定剂包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅或二盐基硬脂酸铅；所述的脂肪酸金属皂类润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸铅；所述的丙烯酸酯类的高分子共聚物包括丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯；所述的邻苯二甲酸酯类增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正辛酯或邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯。
所述的多壁碳纳米管直径为5-100nm，长度为0.5-10μm。
所述的氧化锌的粒径为0.5-2μm。
与现有技术相比，本发明采用PVC、氧化锌、多壁碳纳米管为主要原料，在haake密炼机中混合，形成均匀的共混物，多壁碳纳米管和氧化锌具有协同吸波和导热的作用，氧化锌是一种具有良好表面电极化效应的介电材料，不仅对电磁波具有吸收能力，还能吸收可见光和红外线。碳纳米管具有优异的吸波性能，这是因为，碳链上的π电子都垂直于碳纳米管表面，微波电场使正负电荷沿着相反方向移动，在碳纳米管材料的表面形成电偶极子，这些偶极子和微波场相互作用引起晶格振动以发热的形式引起微波损失，同时电磁场的交叉极化使螺旋型手征碳纳米管对微波吸收增加。由于碳纳米管与氧化锌的界面作用，使得碳纳米管与氧化锌具有协同吸波的作用，因此所制得的PVC复合材料不仅具有高的导热性能，还具有微波吸收性能。在PVC用量为100份，碳纳米管的用量为5份，氧化锌的用量为10份时，PVC复合材料的导热系数达到0.366W/(mk)，最低反射率为-32.7dB，反射率低于-10dB的频率范围为3.12GHz。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施例和比较例所用材料如下：
聚氯乙烯(PVC)：聚合度为1300上海氯碱公司产品。
多壁碳纳米管(MWCNT)：NC7000，管径约为9.5nm，长度约为1.5μm。比利时Nanocyl公司产品。
氧化锌(ZnO)：粒径1μm左右。陆昌化工(昆山)有限公司产品。
实施例1-3
配方如表1所示。
比较例1-2
配方如表1所示。
在高速捏合机中依次加入100份PVC树脂、4.5份有机锡热稳定剂(TM-181)、1份氧化聚乙烯(OPE-629)、0.2份单硬酯酸甘油酯(APA)以及50份邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)，待物料塑化完全，出料。出料温度控制在90℃。得到PVC预混料
将PVC预混料，氧化锌，多壁碳纳米管加入haake密炼机中，密炼机温度为150℃，混合8min。得到一种具有微波吸收特性的的导热PVC复合材料。
用传输-反射法测试材料的复介电常数和复磁导率，并换算成一定厚度的微波吸收PVC复合材料的微波反射率。
复合材料的导热系数(λ，W/mK)通过热扩散系数(δ，mm2/s)，比热(Cp，J/gK)以及密度(ρ，g/cm3)计算所得。计算公式：λ＝δ×Cp×ρ。热扩散系数和比热采用激光导热仪(NETZSCH LFA 447)测得，密度采用排水法测得。
表1具有微波吸收特性的导热PVC复合材料实施例与比较例配方(重量份)
Figure BDA00001785194400041
表2比较例和实施例的测试性能结果(试样厚度为1.5mm)
Figure BDA00001785194400042
从表2可见，采用本发明制备的一种具有微波吸收特性的导热PVC复合材料。比较例1和比较例2中，复合材料的最低反射率为-0.11dB，几乎没有吸波性能。实施例2中，复合材料的导热系数达到0.344W/(mK)，最低反射率为-32.6dB，反射率低于-10dB的频率范围为3.12GHz。实施例3中，复合材料的导热系数达到0.366W/(mK)，最低反射率为-25.0dB，反射率低于-10dB的频率范围为2.93GHz。结果表明本次发明所制得的PVC复合材料不仅具有导热性能，还具有微波吸收性能，同时氧化锌和多壁碳纳米管具有协同导热和吸波的作用。
实施例4
一种具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高速捏合机中依次加入100重量份PVC树脂、2重量份热稳定剂、0.5重量份润滑剂、0.1重量份加工助剂以及30重量份增塑剂，待物料塑化完全，出料，出料温度控制在80℃，得到PVC预混料，其中，PVC树脂的聚合度为800；热稳定剂为马来酸脂有机锡；润滑剂为氧化聚乙烯；加工助剂为单硬酯酸甘油酯；增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯；
(2)在haake密炼机中加入100重量份PVC预混料，3重量份直径为5nm，长度为0.5μm的多壁碳纳米管，5重量份粒径为0.5μm的氧化锌，密炼机温度为130℃，混合15min，即制备得到具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料。
实施例5
一种具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高速捏合机中依次加入100重量份PVC树脂、5重量份热稳定剂、2重量份润滑剂、4重量份加工助剂以及60重量份增塑剂，待物料塑化完全，出料，出料温度控制在100℃，得到PVC预混料，其中，PVC树脂的聚合度为2000；热稳定剂为二盐基亚磷酸铅；润滑剂为硬脂酸钙；加工助剂为丙烯酸甲酯；增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯；
(2)在haake密炼机中加入100重量份PVC预混料，8重量份直径为100nm，长度为10μm的多壁碳纳米管，30重量份粒径为2μm的氧化锌，密炼机温度为170℃，混合5min，即制备得到具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料。

Claims (4)

1.一种具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）在高速捏合机中依次加入100重量份PVC树脂、2–5重量份热稳定剂、0.5–2重量份润滑剂、0.1–4重量份加工助剂以及30–60重量份增塑剂，待物料塑化完全，出料，出料温度控制在80–100℃，得到PVC预混料；
（2）在haake密炼机中加入100重量份PVC预混料，3-8重量份多壁碳纳米管，5-30重量份氧化锌，密炼机温度为130–170℃，混合5–15min，即制备得到具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料；
所述的多壁碳纳米管直径为5–100nm，长度为0.5–10μm。
2.根据权利要求1所述的一种具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的PVC树脂的聚合度为800-2000；所述的热稳定剂为有机锡类稳定剂或复合铅盐热稳定剂；所述的润滑剂为氧化聚乙烯或脂肪酸金属皂类润滑剂；所述的加工助剂为单硬酯酸甘油酯或丙烯酸酯类的高分子共聚物；所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。
3.根据权利要求2所述的一种具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的有机锡类稳定剂包括月桂酸有机锡、马来酸酯有机锡、硫醇有机锡或氧化烷基锡有机锡；所述的复合铅盐热稳定剂包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅或二盐基硬脂酸铅；所述的脂肪酸金属皂类润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸铅；所述的丙烯酸酯类的高分子共聚物包括丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯；所述的邻苯二甲酸酯类增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正辛酯或邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯。
4.根据权利要求1所述的一种具有微波吸收特性的导热聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的氧化锌的粒径为0.5-2μm。
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