CN103408835A - 一种玻纤增强传热导热pp复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻纤增强传热导热PP复合材料，其原料配方由如下重量份的各组分组成：PP、玻纤、石墨、氧化铝、硅烷偶联剂、抗氧剂、PP接枝、聚酰胺蜡、硅酸锂、硅酸钠；本发明的一种玻纤增强PP复合材料具有良好的散热效果和高抗冲、耐磨的性能，尤其适用于LED灯外壳、大功率照明设备壳体、电机外壳、发动机外罩制造中的应用。

Description

一种玻纤增强传热导热PP复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及玻纤增强PP复合材料领域，具体涉及一种玻纤增强传热导热PP复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯（PP）是是一种高密度、无侧链、高结晶的线性聚合物，相对于普通的塑料材料，抗冲击性能较高，同时具有耐热、耐腐蚀等优点。由于其通常还具有较强的绝缘性能，故被广泛用于生产制造仪表、电气设备。

玻璃纤维（GF）具有拉伸强度高、弹性系数高、吸收冲击能量大、耐化学性佳、吸水性小、耐热性好、加工性佳、价格低廉等特性，属典型的优良产品，主要用作电绝缘材料、工业过滤材料、防腐、防潮、隔热、隔音、减震材料。还可作为多种工业制品的增强材料。

玻璃纤维增强PP复合材料作为一种具有前沿技术特点的优良产品，其拥有强度高、耐化学性优异等显著优点，对于该产品的开发研究具有重要的市场价值，对促进国民经济的发展起到重要作用。但现有的玻纤增强PP复合材料传热导热性能较差，用这些材料制备大型照明设备外壳、发动机外罩等产品时，容易因散热性能较差而损毁设备。现有的解决办法是向玻纤增强PP复合材料添加具有散热功能的填充料，但所得产品的传热导热效果依旧不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种具有良好传热导热性能的玻纤增强PP复合材料。

本发明的另一目的是提供一种可大规模推广、提高上述玻纤增强PP复合材料性能的制备方法。

本发明的另一目的是提供一种上述玻纤增强PP复合材料的应用。

本发明的第一个目的通过以下方式实现：

一种玻纤增强传热导热PP复合材料，其原料配方由如下重量份的各组分组成：

PP 13-55份；

增强填料2-15份；

传热导热填料1 30-40份；

传热导热填料2 1-5份；

硅烷偶联剂 0.5-1份；

抗氧剂0.5-1份；

PP接枝1-2份；

聚酰胺蜡5-10份；

硅酸锂1-5份；

硅酸钠1-8份；

上述抗氧剂为东莞市铨盛化工有限公司所产的ESC-740A；上述传热导热填料1为石墨；上述传热导热填料2为氧化铝；上述增强填料为玻纤。

 

上述原料中，PP应选用任一种市售的PP，玻纤可选用任一种玻璃纤维原料。

上述原料中，石墨是市售的石墨颗粒，粒径为500-1000nm，是一种优秀的导热材料，能够提升热量在材料内部的传导速率。

上述氧化铝可选用市售的氧化铝产品，其作用是提高本发明玻纤增强PP复合材料的传热导热效率。由于氧化铝具有较高的刚性，通常被用作散热助剂添加到陶瓷刚性中。

上述硅烷偶联剂硅烷偶联剂是由硅氯仿（HSiCl3）和带有反应性基团的不饱和烯烃在铂氯酸催化下加成，再经醇解而得。其作用是促进本发明中的石墨、氧化铝等无机助剂与PP等有机成分粘结、混合，可采用任一种市售产品实现。

上述抗氧剂为东莞市铨盛化工有限公司所产的ESC-740A，能够有效延缓产品的老化进程，延长产品寿命。

上述PP接枝为市售产品，能够有效地提升本发明玻纤增强PP复合材料的韧性，以弥补因添加玻纤、石墨、氧化铝等助剂导致的产品机械性能下降。

上述聚酰胺蜡可采用任一种市售产品实现。聚酰胺蜡是一种高效的润滑剂，能够有效地促进各组分间充分混合，使所制得的产品质地均匀、性能稳定。

上述硅酸锂和硅酸钠均可采用任一种硅酸钾和硅酸钠实现。硅酸锂和硅酸钠均起到润滑剂的作用，能够与所述聚酰胺蜡协效进一步促进各原料组分间的混合。

发明人在研究中发现，材料的散热效果主要受其内部结构间的导热效率和导热效率控制。使用石墨以及氧化铝作为填充剂则能够大幅提升玻纤增强PP复合材料的传热导热性能。同时发明人还对二者的用量进行筛选，获得最优用量，二者协效使本发明的玻纤增强PP复合材料获得优异的散热效果。同时，石墨与氧化铝与玻纤以及PP间具有良好的混融性能，在所述硅烷偶联剂的作用下，可形成稳定、均匀的产品。

上述一种玻纤增强传热导热PP复合材料的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将PP、玻纤、石墨、氧化铝、硅烷偶联剂 、抗氧剂、PP接枝、聚酰胺蜡、硅酸锂、硅酸钠装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在170-200℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述玻纤增强传热导热PP复合材料。

所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30-50分钟。所述搅拌机的转速为500-1000转/分。

提高搅拌机的转速可使各原料组分混合更充分从而获得质地均匀的产品。但对于某些原料来说，过慢的搅拌速度难以使其充分混合，过高的搅拌转速容易导致其自身结构的裂解。上述搅拌机的转速是发明人根据本发明各种原料组分的物性而优选的，在此范围内，既能保证原料的各组分能够混合均匀，又能有效防止原料发生裂解而失效。所述反复搅拌是指交替改变搅拌机的搅拌方向，如此便能够在不增加转速的情况下进一步促进各原料组分的混合。本发明的熔炼温度是根据各类原料的性质选定的，在该温度范围内，各类原料均可熔化彻底而得以充分混融，不因温度过低而熔融混炼不彻底，且不易因温度过高而裂解、变质。原料只有得到充分混融结合，才能协同作用获得本发明所追求的优质性能。

所述双螺旋挤出机的转速为250-600转/分。

所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为60-75℃。

由于产品的性质不同，其冷却水温也各不一致。一般来说，升高水槽内的水温能够缩减粒料间的空隙使其不易碎裂，但过高的水温将导致粒料粘结，影响产品品质及外观。因此在本发明中，设计人根据双螺旋挤出机的转速、熔体的性质设计出上述的水槽水温范围，在该温度范围内生产出的本发明产品粒料间隙适中、不易粘结，具有良好的加工性能。

所述切粒机的转速为500-800转/分。

本发明设计人在研究实践中发现，切粒机转速过高会使粒料体积过小在后续的拉条工序中容易断裂，而切粒机转速过慢时则会是粒料肥大，影响最终粒料美观的同时还会加大粒料应用中的加工难度。而每一种成分的粒料均有其适宜的粒料大小，对于本发明而言，500-800转/分的切粒机的转速能够最大程度地提升本发明产品的外观及加工性能。

对产品的各项测试表明，本发明的一种玻纤增强PP复合材料具有良好的散热效果和高抗冲、耐磨的性能，尤其适用于LED灯外壳、大功率照明设备壳体、电机外壳、发动机外罩制造中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明特别向玻纤增强PP复合材料添加了石墨和氧化铝，二者协效使最终制得的玻纤增强PP复合材料表现出良好的散热效果，可使玻纤增强PP复合材料获得良好的传热导热性能；同时石墨与氧化铝能够通过硅烷偶联剂与PP和玻纤稳定粘结，形成稳定、均匀的混合物。

2.本发明选用了聚酰胺蜡、硅酸锂、硅酸钠作为粘合剂，并优化了三者的添加量，能够有效促进性质相差较大的各原料组分充分混合，使所制得的产品质地均匀，性能稳定。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

本实施例提供一种玻纤增强传热导热PP复合材料，其原料配方由如下重量份的各组分组成：

PP 34.4份；

玻纤7份；

石墨36份；

氧化铝3份；

硅烷偶联剂 0.8份；

抗氧剂0.5份；

PP接枝1.3份；

聚酰胺蜡6份；

硅酸锂2份；

硅酸钠5份；

上述抗氧剂为东莞市铨盛化工有限公司所产的ESC-740A。

上述原料中均可采用市售产品实现。

上述一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其具体包括如下步骤：上述原料比例将PP、玻纤、石墨、氧化铝、硅烷偶联剂 、抗氧剂、PP接枝、聚酰胺蜡、硅酸锂、硅酸钠装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在180℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述玻纤增强传热导热PP复合材料。

所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为40分钟。所述搅拌机的转速为680转/分。

所述双螺旋挤出机的转速为400转/分。

所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为65℃。

所述切粒机的转速为650转/分。

将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表1所示：

表1 实施例1的性能测试结果

由上表可见，本实施例所提供的玻纤增强传热导热PP复合材料具有良好的散热性能和较高的抗冲击强度。

实施例2

本实施例提供一种玻纤增强传热导热PP复合材料，其原料配方由如下重量份的各组分组成：

PP 42.5份；

玻纤2份；

石墨40份；

氧化铝1份；

硅烷偶联剂1份；

抗氧剂0.5份；

PP接枝2份；

聚酰胺蜡5份；

硅酸锂5份；

硅酸钠1份；

上述抗氧剂为东莞市铨盛化工有限公司所产的ESC-740A。

上述原料中均可采用市售产品实现。

上述一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其具体包括如下步骤：上述原料比例将PP、玻纤、石墨、氧化铝、硅烷偶联剂 、抗氧剂、PP接枝、聚酰胺蜡、硅酸锂、硅酸钠装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在170℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述玻纤增强传热导热PP复合材料。

所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30分钟。所述搅拌机的转速为1000转/分。

所述双螺旋挤出机的转速为400转/分。

所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为65℃。

所述切粒机的转速为500转/分。

将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表2所示：

表2 实施例2的性能测试结果

由上表可见，本实施例所提供的玻纤增强传热导热PP复合材料具有良好的散热性能和较高的抗冲击强度。

实施例3

本实施例提供一种玻纤增强传热导热PP复合材料，其原料配方由如下重量份的各组分组成：

PP 28.5份；

玻纤15份；

石墨30份；

氧化铝5份；

硅烷偶联剂 0.5份；

抗氧剂1份；

PP接枝1份；

聚酰胺蜡10份；

硅酸锂1份；

硅酸钠8份；

上述抗氧剂为东莞市铨盛化工有限公司所产的ESC-740A。

上述原料中均可采用市售产品实现。

上述一种高性能抗静电玻纤增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其具体包括如下步骤：上述原料比例将PP、玻纤、石墨、氧化铝、硅烷偶联剂 、抗氧剂、PP接枝、聚酰胺蜡、硅酸锂、硅酸钠装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在200℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述玻纤增强传热导热PP复合材料。

所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为50分钟。所述搅拌机的转速为500转/分。

所述双螺旋挤出机的转速为400转/分。

所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为65℃。

所述切粒机的转速为800转/分。

将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表3所示：

表3 实施例3的性能测试结果

由上表可见，本实施例所提供的玻纤增强传热导热PP复合材料具有良好的散热性能和较高的抗冲击强度。

表4 实施例1-3散热性能表

以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种玻纤增强传热导热PP复合材料，其原料配方由如下重量份的各组分组成：

PP 13-55份；

增强填料2-15份；

传热导热填料1 30-40份；

传热导热填料2 1-5份；

硅烷偶联剂 0.5-1份；

抗氧剂0.5-1份；

PP接枝1-2份；

聚酰胺蜡5-10份；

硅酸锂1-5份；

硅酸钠1-8份；

上述抗氧剂为东莞市铨盛化工有限公司所产的ESC-740A；上述传热导热填料1为石墨；上述传热导热填料2为氧化铝；上述增强填料为玻纤。

2.一种权利要求1所述一种玻纤增强传热导热PP复合材料的制备方法，其具体包括如下步骤：按照权利要求1所述的比例将PP、玻纤、石墨、氧化铝、硅烷偶联剂 、抗氧剂、PP接枝、聚酰胺蜡、硅酸锂、硅酸钠装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在170-200℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述玻纤增强传热导热PP复合材料。

3.根据权利要求2所述的玻纤增强传热导热PP复合材料的制备方法，其特征在于：所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30-50分钟。

4.根据权利要求2所述的玻纤增强传热导热PP复合材料的制备方法，其特征在于：所述搅拌机的转速为500-1000转/分。

5.根据权利要求2所述的玻纤增强传热导热PP复合材料的制备方法，其特征在于：所述双螺旋挤出机的转速为250-600转/分。

6.根据权利要求2所述的玻纤增强传热导热PP复合材料的制备方法，其特征在于：所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为60-75℃。

7.根据权利要求2所述的玻纤增强传热导热PP复合材料的制备方法，其特征在于：所述切粒机的转速为500-800转/分。

8.权利要求1所述的玻纤增强传热导热PP复合材料在LED灯外壳、大功率照明设备壳体、电机外壳、发动机外罩制造中的应用。