CN103589071A - 一种增强聚烯烃导热塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强聚烯烃导热塑料，由按各组分重量份数计量的共聚丙烯40~60份、增强剂5~15份、导热填料20~40份、增韧剂0~5份、润滑剂0.1~1份和其他助剂0.1~1份组成，共聚丙烯的熔融指数为25~40g/min、悬臂梁缺口冲击强度为100~200J/m。本发明选用的共聚丙烯具有良好的熔体流动速率，使得加工过程中更容易进行，且生产工艺简单；增强剂经过硅烷偶联剂表面改性处理，使得导热塑料具有良好的刚性、耐热、耐寒性能，同时也有效地降低了低聚烯烃的收缩率，增韧剂与增强剂协同作用，提高了导热塑料的韧性，保证导热塑料在外力下发生足量的形变，完成强力装配。

Description

一种增强聚烯烃导热塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及塑料领域，尤其涉及一种增强聚烯烃导热塑料，本发明还涉及该增强聚烯烃导热塑料的制备方法。

背景技术

导热塑料由于具有密度小、耐腐蚀、设计自由度高、系统成本低等优点，使其在有较高导热要求的场合，特别是电子电器行业受到越来越多的重视。聚烯烃材料是热塑料中的后起之秀，自工业化以来，发展速度一直居于各类塑料之首，广泛运用于汽车、器械、电子电器等行业。然而现有的聚烯烃塑料的流动性较差，给产品的加工过程增加了一定的难度；现有产品的刚性不好，热变形温度低，稍微施加一点外力，就会导致产品被折断，这样会大大的浪费原材料，不利于消费的使用；产品的导热性能不好，面对日益激烈的行业竞争，现有的导热塑料已经无法满足现代企业的需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种增强聚烯烃导热塑料，该种导热塑料具有流动性好、热变形温度高、刚性好和密度低的特点，适合注塑复杂形状的产品。

为了解决现有技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种增强聚烯烃导热塑料，由按各组分重量份数计量的共聚丙烯40~60份、增强剂5~15份、导热填料20~40份、增韧剂0~5份、润滑剂0.1~1份和其他助剂0.1~1份组成。

所述共聚丙烯的熔融指数为25~40g/min、悬臂梁缺口冲击强度为100~200J/m。

所述增强剂为采用硅烷偶联剂进行表面改性处理的且单丝直径为10~15μm的S-玻璃纤维与玻璃纤维粉和玻璃微珠中的任一种或两种的组合。

所述导热填料为采用硅烷偶联剂进行表面改性处理的且粒径D95为10μm-30μm的球形氧化镁、氧化铝和氮化铝中的任一种或几种的组合。

所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷中的任一种或几种的组合。

所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷和双（γ-三乙氧基硅丙基）-四硫化物中的至少一种。

所述增韧剂为β晶型成核剂和增韧剂POE中的任一种或两种的组合。

所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯PETS、润滑剂TAF和硅酮粉中的任一种或几种的组合。

所述其他助剂为抗氧化剂、光稳定剂和紫外线吸收剂的任一种或几种的组合。

本发明的另一目的在于提供一种增强聚烯烃导热塑料的制备方法，该制备方法的具体步骤如下：

（1）先按配方量称取共聚丙烯、增强剂、导电填料、增韧剂、润滑剂和其他助剂；

（2）将粉状增强剂和导热填料加入高速混合器中进行混合，期间均匀喷入经过8~10倍体积的无水乙醇稀释的硅烷偶联剂对增强剂和导热填料进行表面改性处理，其中，高速混合机的温度控制在95~110℃、转速控制在1700~1900r/min及混合时间控制在8~12min；

（3）将经表面改性处理后的填料、共聚丙烯、增韧剂、润滑剂和其他加入到密炼机中，在温度175~190℃的条件下密练5~8min；

（4）将密炼后物料、S-玻璃纤维加入双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的长径比为32：1，挤出温度控制在165~175℃之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

    本发明选用的共聚丙烯具有良好的熔体流动速率，使得加工过程中更容易进行，且生产工艺简单；增强剂经过硅烷偶联剂表面改性处理，使得导热塑料具有良好的刚性、耐热、耐寒性能，同时也有效地降低了低聚烯烃的收缩率，增韧剂与增强剂协同作用，提高了导热塑料的韧性，保证导热塑料在外力下发生足量的形变，完成强力装配。另外导热填料在制备过程中不会发生团聚，既能够均匀的分散，也能在一定程度上保持大粒径效应；导热填料不仅性能较好，而且廉价，可降低生产成本，有利于导热塑料的推广，且产品达到环保要求。本发明所使用的相关组分都是成熟的物料，便于大规模推广使用。

具体实施方式

本发明揭示了一种增强聚烯烃导热塑料，由按各组分重量份数计量的共聚丙烯40~60份、增强剂5~15份、导热填料20~40份、增韧剂0~5份、润滑剂0.1~1份和其他助剂0.1~1份组成。

所述共聚丙烯的熔融指数为25~40g/min、悬臂梁缺口冲击强度为100~200J/m。所提及的共聚丙烯又称PP嵌段共聚PE合金，由聚乙烯和聚丙烯反应生成的材料,具有较高的熔体流动速率，可以提高导热塑料的加工性能，同时，该条件下的共聚丙烯保证了材料的韧性，能在外力下发生足量的形变，完成强力装配。

所述增强剂为采用硅烷偶联剂进行表面改性处理的且单丝直径为10~15μm的S-玻璃纤维与玻璃纤维粉和玻璃微珠中的任一种或两种的组合。表面改性处理后的增强剂大幅度提高了材料的刚性、耐热、耐寒性能，也可有效地降低低聚烯烃材料的收缩率。所提及的S-玻璃纤维是一种特制的抗拉强度极高的硅酸铝－镁玻璃纤维。S-玻璃纤维与玻璃纤维粉或玻璃微珠组合使用时，可降低材料的浮纤现象和降低翘曲形变，增加导热塑料强度的同时，其添加量也相应地减少；单丝直径小的玻璃纤维可进一步提高导热塑料的刚度。

所述导热填料为采用硅烷偶联剂进行表面改性处理的且粒径D95为10 ~30μm的球形氧化镁、氧化铝和氮化铝中的任一种或几种的组合。导热填料在基体树脂中起到导热作用，所选的导热填料不仅性能较好，而且廉价，降低了生产成本，有利于导热塑料的推广，另外，导热填料的粒径D95控制在10~30μm之间，制备过程中导热填料不会发生团聚，既能够均匀的分散，也能在一定程度上保持大粒径效应。

所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷中的任一种或几种的组合。

所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷和双（γ-三乙氧基硅丙基）-四硫化物中的至少一种。

所述增韧剂为β晶型成核剂和增韧剂POE中的任一种或两种的组合。增韧剂POE具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，当耐高温性能被提高时，材料永久变形减少，拉升强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。β晶型成核剂能够诱导聚烯烃树脂以β晶型结晶，从而赋予制品良好的冲击强度、热变形温度和多孔率等优异特点。所述增韧剂与上述提及的增强剂可发生协同作用，进一步提高导热塑料的韧性，保证导热塑料在外力下发生足量的形变，完成强力装配。

所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯PETS、润滑剂TAF和硅酮粉中的任一种或几种的组合。该种润滑剂可促进玻璃纤维分散分布，降低产品的表面浮纤现象及粗糙度，进而提高产品的脱模性和光洁度。其中，润滑剂TAF的制备过程中以乙撑双脂肪酸酰胺EBS为基料，在催化剂的作用下，含有极性基团的反应性单体与乙撑双脂肪酸酰胺EBS共聚得到BAB型共聚物，该种共聚物保持了乙撑双脂肪酸酰胺EBS的润滑特性，也使得共聚物具有能与玻璃纤维、无机填料表面部分极性基团相结合的极性基团结构。

所述其他助剂为抗氧化剂、光稳定剂和紫外线吸收剂的任一种或几种的组合。根据需要可添加其他助剂，该助剂的添加可提高导热塑料的耐光氧老化、抗热氧老化和吸收紫外线，延长导热塑料的使用寿命。

本发明还揭示一种增强聚烯烃导热塑料的制备方法，该制备方法的具体步骤如下：

（1）先按配方量称取共聚丙烯、增强剂、导电填料、增韧剂、润滑剂和其他助剂；

（2）将粉体增强剂和导热填料加入高速混合器中进行混合，期间均匀喷入经过8~10倍体积的无水乙醇稀释的硅烷偶联剂对增强剂和导热填料进行表面改性处理，其中，高速混合机的温度控制在95~110℃、转速控制在1700~1900r/min及混合时间控制在8~12min；

（3）将经表面改性处理后的填料、共聚丙烯、增韧剂、润滑剂和其他加入到密炼机中，在温度175~190℃的条件下密练5~8min；

（4）将密炼后物、S-玻璃纤维料加入双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的长径比为32：1，挤出温度控制在165~175℃之间。

本发明制备过程中选用长径比为32:1的同向双螺杆挤出机混炼造粒，长玻璃纤维经加热干燥器后进入双螺杆挤出机，较短的螺杆长度，可减少玻璃纤维在螺杆内收到剪切的过程，有效地保持了玻纤长度。

为了本领域技术人员更好的理解，以下通过具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例1

一种增强聚烯烃导热塑料的制备方法，该制备方法的具体步骤如下：

（1）先称取共聚丙烯40份、单丝直径为10μm的S-玻璃纤维4份、玻璃纤维粉1份、氧化镁20份、季戊四醇硬脂酸酯PETS 0.1份和其他助剂0.1份；

（2）将玻璃纤维粉和氧化镁加入高速混合器中进行混合，期间均匀喷入经过8倍体积的无水乙醇稀释的3-氨丙基三甲氧基硅烷对单丝直径为10μm的S-玻璃纤维、玻璃纤维粉和氧化镁进行表面改性处理，其中，高速混合机的温度控制在95℃、转速控制在1700r/min及混合时间控制在8min；

（3）将经表面改性处理后的填料、共聚丙烯、β晶型成核剂、季戊四醇硬脂酸酯PETS和其他助剂加入到密炼机中，在温度175℃的条件下密练5min；

（4）将密炼后物料与经过偶联剂处理的S-玻璃纤维经双螺杆挤出机挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的长径比为32：1，挤出温度控制在165℃之间。

实施例2

一种增强聚烯烃导热塑料的制备方法，该制备方法的具体步骤如下：

（1）先称取共聚丙烯60份、单丝直径为15μm的S-玻璃纤维10份、玻璃微珠5份、氧化铝40份、增韧剂POE 5份、润滑剂TAF 1份和其他助剂1份；

（2）将玻璃微珠和氧化铝加入高速混合器中进行混合，期间均匀喷入经过9倍体积的无水乙醇稀释的乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷对单丝直径为15μm的S-玻璃纤维、玻璃微珠和氧化铝进行表面改性处理，其中，高速混合机的温度控制在110℃、转速控制在1900r/min及混合时间控制在12min；

（3）将经表面改性处理后的填料、共聚丙烯、增韧剂POE、润滑剂TAF和其他助剂加入到密炼机中，在温度190℃的条件下密练8min；

（4）将密炼后物料、单丝直径为15μm的S-玻璃纤维加入双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的长径比为32：1，挤出温度控制在175℃之间。

实施例3

一种增强聚烯烃导热塑料的制备方法，该制备方法的具体步骤如下：

（1）先称取共聚丙烯50份、单丝直径为12μm的S-玻璃纤维5份、玻璃纤维粉2份、玻璃微珠3份、氮化铝30份、β晶型成核剂2份、硅酮粉0.5份和其他助剂0.5份；

（2）将玻璃纤维粉、玻璃微珠和氮化铝加入高速混合器中进行混合，期间均匀喷入经过10倍体积的无水乙醇稀释的甲基丙烯酰氧基硅烷和双（γ-三乙氧基硅丙基）-四硫化物对单丝直径为10μm的S-玻璃纤维、玻璃纤维粉、玻璃微珠和氮化铝进行表面改性处理，其中，高速混合机的温度控制在100℃、转速控制在1800r/min及混合时间控制在10min；

（3）将经表面改性处理后的填料、共聚丙烯、β晶型成核剂、硅酮粉和其他助剂加入到密炼机中，在温度180℃的条件下密练6min；

（4）将密炼后物料、单丝直径为12μm的S-玻璃纤维加入双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的长径比为32：1，挤出温度控制在170℃之间。

实施例4

一种增强聚烯烃导热塑料的制备方法，该制备方法的具体步骤如下：

（1）先称取共聚丙烯55份、单丝直径为13μm的S-玻璃纤维8份、玻璃纤维粉4份、氧化镁15份、氧化铝20份、β晶型成核剂1份、增韧剂POE 2份、润滑剂TAF 0.4份、硅酮粉0.3份和其他助剂0.8份；

（2）将玻璃纤维粉、氧化铝和氧化镁加入高速混合器中进行混合，期间均匀喷入经过10倍的无水乙醇稀释的乙烯基硅烷和N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷对单丝直径为10μm的S-玻璃纤维、玻璃纤维粉、氧化铝和氧化镁进行表面改性处理，其中，高速混合机的温度控制在105℃、转速控制在1800r/min及混合时间控制在11min；

（3）将经表面改性处理后的填料、共聚丙烯、β晶型成核剂、增韧剂POE、润滑剂TAF、硅酮粉和其他助剂加入到密炼机中，在温度185℃的条件下密练7min；

（4）将密炼后物料、单丝直径为13μm的S-玻璃纤维、加入双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的长径比为32：1，挤出温度控制在175℃之间。

对比例1

本对比例与实施例2对比，不将粉体增强剂和导热填料进行表面改性处理，且不先与共聚丙烯、增韧剂和润滑剂经过密练，直接双螺杆挤出机挤出造粒。

对比例2

本对比例与实施例2对比，将粉体增强剂及导热填料进行表面改性处理，但不先与共聚丙烯、增韧剂和润滑剂经过密炼，直接双螺杆挤出机挤出造粒。

对比例3

本对比例与实施例2对比，不将粉体增强剂及导热填料进行表面改性处理，但先与共聚丙烯、增韧剂和润滑剂经过密炼，然后经双螺杆挤出机挤出造粒。

对实施例1~4和对比例1~3所得的增强聚烯烃导热塑料性能进行测试，采用CG110E卧式注射机注射成型标准试样，成型工艺条件：加料口的注射温度为150/180/185/190℃(喷嘴)，注射压力为50MPa，保压时间为10s，冷却时间为15s，样条的测试方法如下：

（1）熔融指数：按照ASTM D-1238标准进行测试。

（2）密度：按照 ASTM D-792标准进行测试。

    （2）拉伸强度和断裂伸长率：按照ASTM D-638标准进行测试。

（3）弯曲强度和弯曲摸量按照：ASTM D-790标准进行测试。

（4）悬臂梁缺口冲击性能按照：ASTM D-256标准进行测试。

（5）导热系数能按照：ASTM E-1461标准进行测试。

（6）成型收缩率：按照GB/T15585-1995标准进行测试。

表1   实施例1~4的性能测试结果如下：

性能	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					熔融指数(190，2.16kg)g/10min	15.2	13.3	14.5	12.6
密度g/cm3	1.16	1.20	1.18	1.21
					导热系数W/(m·K)	1.2	1.2	1.4	1.3
拉伸强度MPa	45	43	46	49
					弯曲强度MPa	55	57	65	88
弯曲摸量MPa	2800	2850	2800	2900
					悬臂梁缺口冲击强度J/m	53	60	58	65
成型收缩率%	1.13	1.10	1.07	1.01

由表1所示结果可知，本发明所得的导热塑料具有良好的刚性、耐热、耐寒性能，同时产品成型收缩率低、密度低、机械性能优良，适合注塑复杂形状的产品。

表2  实施例2与对比例1~3的性能测试结果如下：

性能	实施例2	对比例1	对比例2	对比例3
					熔融指数(190，2.16kg)g/10min	12.3	10.7	11.3	11.5
密度g/cm3	1.25	1.25	1.25	1.25
					导热系数W/(m·K)	1.2	1.05	1.1	1.17
拉伸强度MPa	40	36	40	38
					弯曲强度MPa	57	55	58	53
弯曲摸量MPa	2850	2700	2900	2650
					悬臂梁缺口冲击强度J/m	55	46	57	49
成型收缩率%	1.13	1.12	1.11	1.12

由表2所示的结果可知，粉体增强剂和导热填料是否经过表面处理或密炼，对产品成型收缩率及密度几乎没有影响；但是却对产品的刚性、导热率有影响，经过表面改性处理后所得的产品，其导热率有所提高。

上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增强聚烯烃导热塑料，由按各组分重量份数计量的共聚丙烯40~60份、增强剂5~15份、导热填料20~40份、增韧剂0~5份、润滑剂0.1~1份和其他助剂0.1~1份组成。

2.根据权利要求1所述的增强聚烯烃导热塑料，其特征在于：所述共聚丙烯的熔融指数为25~40g/min、悬臂梁缺口冲击强度为100~200J/m。

3.根据权利要求2所述的增强聚烯烃导热塑料，其特征在于：所述增强剂为采用硅烷偶联剂进行表面改性处理的且单丝直径为10~15μm的S-玻璃纤维与玻璃纤维粉和玻璃微珠中的任一种或两种的组合。

4.根据权利要求2所述的增强聚烯烃导热塑料，其特征在于：所述导热填料为采用硅烷偶联剂进行表面改性处理的且粒径D95为10μm~30μm的球形氧化镁、氧化铝和氮化铝中的任一种或几种的组合。

5.根据权利要求3或4所述的增强聚烯烃导热塑料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷中的任一种或几种的组合。

6.根据权利要求5所述的增强聚烯烃导热塑料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷和双（γ-三乙氧基硅丙基）-四硫化物中的至少一种。

7.根据权利要求2所述的增强聚烯烃导热塑料，其特征在于：所述增韧剂为β晶型成核剂和增韧剂POE中的任一种或两种的组合。

8.根据权利要求2所述的增强聚烯烃导热塑料，其特征在于：所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯PETS、润滑剂TAF和硅酮粉中的任一种或几种的组合。

9.根据权利要求2所述的增强聚烯烃导热塑料，其特征在于：所述其他助剂为抗氧化剂、光稳定剂和紫外线吸收剂的任一种或几种的组合。

10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的增强聚烯烃导热塑料的制备方法，其步骤如下：

（1）先按配方量称取共聚丙烯、增强剂、导电填料、增韧剂、润滑剂和其他助剂；

（2）将粉体增强剂和导热填料加入高速混合器中进行混合，期间均匀喷入经过8~10倍体积的无水乙醇稀释的硅烷偶联剂对增强剂和导热填料进行表面改性处理，其中，高速混合机的温度控制在95~110℃、转速控制在1700~1900r/min及混合时间控制在8~12min；

（3）将经表面改性处理后的填料、共聚丙烯、增韧剂、润滑剂和其他加入到密炼机中，在温度175~190℃的条件下密练5~8min；

（4）将密炼后物料、S-玻璃纤维加入双螺杆挤出机中挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的长径比为32：1，挤出温度控制在165~175℃之间。