CN103753726B - 一种制备导热复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备导热复合材料的方法，它以结晶型聚合物和导热填料为原料，按重量份配比为50～80：50～20配料；在加工过程中，聚合物熔体流经强剪切流场，填料在聚合物基体中的分散状态得到改善，能形成更多的“导热填料‑聚合物晶体‑导热填料”相互接触导热网络结构，也就能大幅度提高复合材料的导热系数。本发明在现有的传统挤出设备上增加双向拉伸混合器，操作简单，可连续性生产，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，具有广阔的工业化和市场前景。

Description

一种制备导热复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种制备导热复合材料的方法，属于功能复合材料技术领域。
背景技术
由于高分子材料是绝缘体，且热导率极低，在很大程度上限制了它在导热领域的应用。因此，开发出具有高导热且综合性能优异的高分子材料，进一步拓宽高分子材料在导热领域应用[周文英，齐暑华，涂春潮．塑料工业，2005，33(B5)：99-102]，具有重要意义。特别是近年来，高信息产业的蓬勃发展，如电器、微电子领域中广泛使用的高散热界面材料及封装材料，电磁屏蔽、电子信息领域广泛使用的功率管、集成块、热管、集成电路、覆铜基板等元器件，塑料在这些高端信息化产品配件上的应用将向着高功率化、高密度化、高集成化，散热快等方向发展，这为高导热高分子材料在新的领域的发展提供了更大的舞台。但是，在制备高分子材料/导热填料复合材料过程中为获得高导热系数的高分子材料，需要添加大量的导热填料，从而影响高分子材料的力学性能加工性能等。因此有必要研究在填料含量不变的条件下尽可能的提高导热系数，目前的主要做法是尽可能的减少高分子材料与填料之间的热阻，一方面提高聚合物的结晶性能，另一方面导热填料经过偶联剂处理，后者成为目前提高导热系数的主要手段。但是，在用偶联剂处理导热填料过程中需要大量溶剂，并且处理时间长、需要较高温度干燥，由此引起能耗较大。另外，国外已有人研究通过不同的加工方法提高导热系数[Agari Y, Xu G. J. Appl. Polym. Sci. 1991, 42, 1665-1669]，发现直接模压成型法所得到的制品导热系数最高，但力学性能差、生产效率低；采用熔融加工法的导热系数最低，但力学性能较好。
因此，现实的发展需要开发一种方法在导热填料含量不变的前提下提高导热系数并保持导热复合材料有良好的力学性能，且该方法的生产工艺又要简单、质量稳定、并适合大规模工业化生产。
发明内容
针对上述现有技术的不足和现实的发展需求，本发明的目的旨在提供一种制备导热复合材料的方法，该方法具备生产工艺简单、质量稳定、适宜大规模工业化生产的特点，其制备的导热复合材料具有较高导热系数和优异的力学性能。
本发明的基本原理是：鉴于导热填料的分散状态不同，对导热系数有巨大影响，所以在结晶型聚合物基体中，若能形成更多的“聚合物晶体-导热填料”相互接触导热网络结构，也就能大幅度提高复合材料的导热系数。为此，需要尽量减少导热填料的团聚现象，才能提高复合材料的导热系数。本发明从这点出发，在加工方法上致力于改善导热填料的分散状态，由此提高复合材料的导热系数。具体来讲，本发明是在加工过程中，让聚合物熔体分流并在双向拉伸应力场作用下双向拉伸形变，既改善使填料在聚合物基体中的分散状态，最终得到的导热复合材料的力学性能和导热性能得到同步提高。
本发明基于上述原理，实现上述发明目的所采用的技术方案是：本发明以结晶型聚合物为基体，包括如下步骤：
第一步，将结晶型聚合物、导热填料按重量份配比为50～80：50～20配料；
第二步，将上述导热填料进行干燥处理；
第三步，将干燥处理后的导热填料与结晶型聚合物一起投入高混机中预混合，得到导热填料与结晶型聚合物预混物；
第四步，将第三步得到的预混物投入到由挤出机(1-1)、连接器(1-2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)、造粒口模(1-4)、冷却装置(1-5)和造粒机(1-7)构成的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(1-1)中(参见图1)，其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器并在双向拉伸熔体混合器的不同水平延伸的楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后，从造粒口模(1-4)流出，再经过冷却装置(1-5)冷却、造粒机(1-7)切粒，即可得颗粒型导热复合材料。
上述第四步也可以是将第三步制得的预混物投入到由挤出机(2-1)、连接器(2-2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(2-3)和冷却装置(2-5)构成的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(2-1)中(参见图2)，其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器并在双向拉伸熔体混合器(2-3)的不同楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，再经过冷却装置(2-5)冷却，即可得片材型导热复合材料。
在上述第四步中，经挤出机（1-1）或（2-1）、连接器（1-2）或（2-2）流出的聚合物熔体在单个或组合双向拉伸熔体混合器（1-3）或（2-3）的入料口处被分流，流入2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道并在楔形熔体流道末端发生叠合，聚合物熔体在流经楔形熔体流道时会发生拉伸倍率为2～10倍(比如楔形熔体流道为二个时是2倍，三个时是3倍，四个时是4倍，八个时是8倍)的形变，其相形态得到优化，且每经过双向拉伸熔体混合器一次相形态就优化一次(当混合器为组合双向拉伸熔体混合器时)，这样就可以通过熔融共混的方法进一步改善填料在聚合物基中的分散状态，实现导热复合材料的结构优化。再说明的是，双向拉伸熔体混合器的壳体内设有n个楔形熔体流道，n可在2～10之间取值，即：10≧n≧2，n既可取双数的2、4、6、8、10，又可取奇数的3、5、7、9；混合器可由单个双向拉伸熔体混合器构成，也可由两个或两个以上的双向拉伸熔体混合器线性联接构成；当混合器为组合双向拉伸熔体混合器时，它是由两个或两个以上的同类型(即：n值相同)和/或不同类型(即：n值不相同)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接而构成，且相邻双向拉伸熔体混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配，每一个混合器构成一个双向拉伸熔体混合单元。
上述第三步与第四步之间增设如下步骤，即：将第三步得到的导热填料与结晶型聚合物预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，干燥后得到聚合物与导热填料预混复合颗粒；再将所得到的聚合物与导热填料预混复合颗粒投入到第四步中的双向拉伸混合造粒一体化装置的挤出机(1-1)或（2-1）中。经过此步骤的处理，投入到挤出机(1-1)或（2-1）中的物料是聚合物与导热填料预混复合颗粒，而不再是导热填料与结晶型聚合物预混物，这样会提高第四步中的导热复合材料的加工性能。为此，在实际生产中，增加这一步骤为宜。
上述第一步中所述的结晶聚合物为尼龙-6、尼龙-66、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚中的一种。
上述第一步中所述的导热填料为炭黑、石墨、碳纳米管、氮化硼、碳化硅、氮化硅、氮化铝中的一种。
上述双螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为100～180 ℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃。
上述第四步所用的挤出机(1-1)的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器(1-2)，单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)，造粒口模(1-4)的温度分别为100～150 ℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃。或者，第四步所用的挤出机(2-1)的加料口、输送段、熔融段、均化段，连接器(2-2)，单个或组合双向拉伸熔体混合器(2-3)的温度分别为100～150 ℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1) 在填料添加量较高时，可以明显改善填料粒子的分散，提高导热系数，减少团聚体的存在，使复合材料形成更多的导热路径（通过：填料-聚合物晶体-填料的方式形成导热路径），这种方法不需要填料粒子的表面功能化，不需要大量溶剂处理，有利于环保。
(2)可以明显提高填充型复合材料的力学性能，通过组合双向拉伸熔体混合器中的强剪切力场，可以改善填料粒子的分散， 减少由团聚体的存在引起的缺陷，从而力学性能有所提高。
(3)该方法是一种连续生产过程，有利于生产效率的提高。工艺简单，不同批次之间的产品质量指标稳定，可大规模工业化生产，应用范围广，具有广阔的工业化和市场前景；实现了聚合物产品高性能化和功能化同一，提高了聚合物产品的附加价值，拓宽了聚合物产品的应用范围，在聚合物复合材料理论研究和应用开发等方面具有重要意义。
附图说明
下面结合附图进一步说明本发明。
图1是本发明使用的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置示意图
图2是本发明使用的双向拉伸熔体混合成型一体化（成片）装置示意图
图3是连接器沿熔体流动方向的剖面图
图4是连接器的出口端结构示意图
图5是1分2型（n=2）双向拉伸熔体混合器的入口端结构示意图
图6是1分2型（n=2）双向拉伸熔体混合器的出口端结构示意图
图7是1分2型（n=2）双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向的剖面图
图8是1分4型（n=4）双向拉伸熔体混合器的入口端结构示意图
图9是1分4型（n=4）双向拉伸熔体混合器的出口端结构示意图
图10是1分4型（n=4）双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向的剖面图
图11是1分8型（n=8）双向拉伸熔体混合器的入口端结构示意图
图12是1分8型（n=8）双向拉伸熔体混合器的出口端结构示意图
图13是1分8型（n=8）双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向的剖面图
图14是造粒口模的入口端结构示意图
图15是造粒口模的出口端结构示意图
图16是造粒口模沿熔体流动方向的剖面图
上述附图中的图示标号的标识对象为：图1～4中：1-1、2-1为挤出机；1-2、2-2为连接器；1-3、2-3为组合双向拉伸熔体混合器；1-4为造粒口模；1-5、2-5为冷却装置；1-6、2-6为制品；1-7为造粒机；1-8为收卷机；3-1壳体；4-1为连接器流道出口端。
图5～7中：5-1、5-2为矩形入口；5-3为纵隔；6-1、6-3为矩形出口； 6-2为横隔；7-1、7-2为楔形熔体流道；5-4为壳体。
图8～10中：8-1、8-2、8-3、8-4为矩形入口；8-5为纵隔；9-1、9-2、9-3、9-4为矩形出口；9-5为横隔；10-1、10-2、10-3、10-4为楔形熔体流道；8-6、为壳体。
图11～13中：11-1、11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、11-7、11-8为矩形入口；11-9为纵隔；12-1、12-2、12-3、12-4、12-5、12-6、12-7、12-8为矩形出口；12-9为横隔；13-1、13-2、13-3、13-4、13-5、13-6、13-7、13-8为楔形熔体流道；11-10为壳体。
图14～16中：14-1、14-2、14-3为造粒口模流道入口端；15-1、15-2、15-3为造粒口模流道出口端；16-1、16-2、16-3为造粒口模流道。
具体实施方法：
以下通过实施例对本发明进行进一步的具体描述。在以下各实施例中，各组分的用量均为质量用量。有必要在此指出，下面实施例只是对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明进行一些非本质的改进和调整。
实施例 1
一种聚乙烯基导热复合材料的原料包括以下组分及重量份含量：
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将导热填料氮化硼置于100 ℃烘箱干燥6小时；
第三步，将第二步得到的干燥氮化硼和高密度聚乙烯一起置于高混机中预混合5 分钟，其转速为100转/分钟，得到导热填料和高密度聚乙烯预混物；
然后，再将得到的导热填料和高密度聚乙烯预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得高密度聚乙烯与氮化硼预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中100 ℃干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为100 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃；
第四步，将干燥好的高密度聚乙烯与氮化硼预混复合颗粒投入到图1所示由单螺杆挤出机1-1、连接器1-2、单个或组合双向拉伸熔体混合器1-3、造粒口模1-4、冷却装置1-5和造粒机1-7构成的双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置的单螺杆挤出机1中。在此说明一下双向拉伸熔体混合成型一体化（造粒）装置的结构：图1中，其冷却装置采用水槽结构，挤出机出口端与连接器入口端相连、连接器出口端与组合双向拉伸熔体混合器入口端相连、组合双向拉伸熔体混合器出口端与造粒口模入口端相连、造粒口模出口端经水槽与造粒机相联；其中，挤出机出口端、连接器入口端和出口端、双向拉伸熔体混合器入口端和出口端、造粒口模入口端均为平面，使用螺钉即可连接；挤出1-1的螺杆直径为65mm，长径比为28:1；连接器出口端、双向拉伸熔体混合器入口端和出口端、造粒口模入口端均为矩形结构，其宽度平行于高分子熔体流动方向，厚度垂直于高分子熔体流动方向，其宽度和厚度分别为100mm和5mm；连接器1-2采用图3和图4结构，其连接器流道出口端4-1呈长方形(见图4)。图1中的单个或组合双向拉伸熔体混合器1-3可采用单个双向拉伸熔体混合器构成，也可采用2～20个首尾线性相连的双向拉伸熔体混合器组成。本实施例的组合双向拉伸熔体混合器为八级组合双向拉伸熔体混合器，具体采用8个首尾线性相连的1分2型(即：楔形熔体流道的个数n=2)双向拉伸熔体混合单元组成，每个双向拉伸熔体混合单元内设有两个不同水平伸延的楔形熔体流道7-1、7-2，两条楔形熔体流道均沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸(见图7)，两个楔形熔体流道的前端入口端5-1、5-2在双向拉伸熔体混合器入口端处为左右排列(见图5)，两个楔形熔体流道的末端出口端6-1、6-2在双向拉伸熔体混合器出口端处为上下并合(见图6)；每个楔形熔体流道的前端和末端为矩形结构，末端宽度为前端长度的两倍，末端厚度为前端厚度的二分之一；造粒口模1-4可设有3～10个口模流道(见图16所示)，口模流道的入口端为长方形孔(见图14)，而出口端为圆形孔并呈一字型排列(见图15)，圆形孔直径为3mm。
高密度聚乙烯与氮化硼预混复合颗粒投入到图l所示的单螺杆挤出机1-1并经过挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段之后，流动的聚合物熔体被挤入连接器1-2，并在单个或是组合双向拉伸熔体混合器1-3的进料口处被分割为两股，分别进入两个不同的楔形流道，再在楔形流道末端发生叠合；高分子熔体在流经楔形流道时会发生拉伸倍率为2倍的双向拉伸形变，其分散和取向状态得到优化，且每经过双向拉伸混合单元一次分散和取向状态就优化一次，这样就可以通过熔融共混的方法进一步改善填料在聚合物基中的分散状态并构建复合材料的结构形状，实现导热性能和力学性能同步提升；聚合物熔体再流经造粒口模4后收敛为条状熔体，经水槽1-5冷却，最后进入造粒机1-7内切粒，切粒后在鼓风烘箱内干燥, 即可得到干燥的颗粒型导热复合材料，即：高密度聚乙烯/氮化硼(HDPE/BN) 导热复合材料。其中,单螺杆挤出机1-1的加料口、输送段、熔融段、均化段、连接器、组合双向拉伸熔体混合器、造粒口模的温度分别为100 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃、180℃。
在上述第四步中，如果未采用双向拉伸熔体混合器时HDPE/BN复合材料的导热系数和拉伸强度分别为0.99 W/mK、23.9 MPa。但是，由于本实施例采用了由8个双向拉伸混合单元组成的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的HDPE/BN复合材料的导热系数和拉伸强度分别为1.21W/mK、25.9 MPa。可见，HDPE/BN复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后导热系数，拉伸强度得到显著提高；同时实现了导热功能增强和力学性能的提升，使得HDPE/BN复合材料功能化和高性能化得到统一。
根据需要，本实施例的组合双向拉伸熔体混合器可选用不同数量的同类型或不同类型双向拉伸混合单元线性连接形成多级组合或多级混合组合双向拉伸熔体混合器，从而设计和定构高分子基共混物或复合材料的形态结构，制备性能可控的材料，实现结构、形态和性能的智能化调控。第三步中，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。另外，第四步也可以采用如下方法得到片状导热复合材料：将第三步制得的预混物投入到由挤出机2-1、连接器2-2、单个或组合双向拉伸熔体混合器2-3、冷却装置2-5构成的双向拉伸混合成型一体化装置的挤出机2-1中(见图2)，其中双向拉伸熔体混合器的体壳内设有2～10不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器并在双向拉伸熔体混合器2-3的不同楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，再经过冷却装置(具体采用三辊冷却机)2-5冷却、收卷机2-8收卷，即可得片材型导热复合材料。
值得一提的是，在实施例1采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸混合单元的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形流道，n可在2～10之间取值,即10≧n≧2；比如当n=4时，构成1分4型双向拉伸熔体混合器(见图8-10)；当n=8时，构成1分8型双向拉伸熔体混合器(见图11-13)；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(比如: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构,此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 2
一种聚乙烯基导热复合材料的原料包括以下组分及重量份含量：
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，首先将导热填料氮化硼置于100 ℃烘箱干燥6小时；
第三步，将第二步得到的干燥氮化硼和高密度聚乙烯一起置于高混机中预混合5 分钟，其转速为100转/分钟，得到导热填料和高密度聚乙烯预混物；
然后，再将得到的导热填料和高密度聚乙烯预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得高密度聚乙烯与氮化硼预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中100 ℃干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为100 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃；
第四步，将干燥好的高密度聚乙烯与氮化硼预混复合颗粒投入到图l所示的单螺杆挤出机1-1并经过挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段之后，流动的聚合物熔体被挤入连接器1-2，并在单个或是组合双向拉伸熔体混合器1-3的进料口处被分割为两股，分别进入两个不同的楔形流道，再在楔形流道末端发生叠合；高分子熔体在流经楔形流道时会发生拉伸倍率为2倍的双向拉伸形变，其分散和取向状态得到优化，且每经过双向拉伸混合单元一次分散和取向状态就优化一次，这样就可以通过熔融共混的方法进一步改善填料在聚合物基中的分散状态并构建复合材料的结构形状，实现导热性能和力学性能同步提升；聚合物熔体再流经造粒口模4后收敛为条状熔体，经水槽1-5冷却，最后进入造粒机1-7内切粒，切粒后在鼓风烘箱内干燥, 即可得到干燥的颗粒型导热复合材料，即：高密度聚乙烯/氮化硼(HDPE/BN) 导热复合材料。其中,单螺杆挤出机1-1的加料口、输送段、熔融段、均化段、连接器、组合双向拉伸熔体混合器、造粒口模的温度分别为100 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃、180 ℃、180℃。
在上述第四步中，如果未用组合双向拉伸熔体混合器时HDPE/BN复合材料的导热系数和拉伸强度分别为0.79 W/mK、26.1 MPa。但是，由于本实施例采用了由8个1分2型双向拉伸混合单元组成的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的HDPE/BN复合材料的导热系数和拉伸强度分别为0.86 W/mK、28.2 MPa。可见，HDPE/BN复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器中受到强剪切力场作用后导热系数，拉伸强度得到显著提高。
另外，值得指出的是第四步也可以采用如下方法得到片状导热复合材料：将第三步制得的预混物投入到由挤出机2-1、连接器2-2、单个或组合双向拉伸熔体混合器2-3、冷却装置2-5构成的双向拉伸混合成型一体化装置的挤出机2-1中(见图2)，其中双向拉伸熔体混合器的体壳内设有2～10不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器并在双向拉伸熔体混合器2-3的不同楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，再经过(即三辊冷却机)三辊冷却机2-5冷却、收卷机2-8收卷，即可得片材型导热复合材料。
值得一提的是，在实施例2采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸混合单元的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形流道，n可在2～10之间取值,即10≧n≧2；比如当n=4时，构成1分4型双向拉伸熔体混合器(见图8-10)；当n=8时，构成1分8型双向拉伸熔体混合器(见图11-13)；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(比如: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构,此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。
实施例 3
一种尼龙-6基导热复合材料的原料包括以下组分及重量份含量：
第一步，首先按上述组分备料；
第二步，将导热填料氮化硼置于100 ℃烘箱干燥6小时；将尼龙-6置于鼓风烘箱中100 ℃干燥3小时；
第三步，将上述得到的干燥氮化硼和干燥尼龙-6一起置于高混机中预混合5 分钟，其转速为100转/分钟，得到导热填料和尼龙-6预混物；
然后，再将得到的导热填料和尼龙-6预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒后得尼龙-6与氮化硼预混复合颗粒，将预混复合颗粒在鼓风烘箱中100 ℃干燥3小时。双螺杆挤出机加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为100 ℃、240 ℃、240℃、240 ℃、240 ℃；
第四步，将干燥好的尼龙-6与氮化硼预混复合颗粒投入到图1所示的双向拉伸混合造粒一体化装置的单螺杆挤出机1-1中，本实施例3采用的多极双向拉伸熔体混合成型一体化装置与实施例1相同；经过挤出机熔融塑化得到的聚合物熔体流经连接器、组合双向拉伸熔体混合器、造粒口模之后，再经水槽冷却、切粒机切粒，切粒后在鼓风烘箱内干燥后得到干燥的颗粒型聚合物/导热填料复合材料，即尼龙-6/氮化硼（PA6/BN）导热复合材料。其中，单螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段、连接器、组合双向拉伸熔体混合器、造粒口模的温度分别为100 ℃、240℃、240 ℃、240 ℃、240 ℃、240 ℃、240 ℃。
在上述第四步中，如果未用组合双向拉伸熔体混合器时尼龙-6/BN复合材料的导热系数和拉伸强度分别为1.08 W/mK、38.6 MPa。但是，由于本实施例采用了由8个1分2型双向拉伸混合单元组成的组合双向拉伸熔体混合器，其得到的PA6/BN复合材料的导热系数和拉伸强度分别为1.18W/mK、42.3 MPa。可见，PA6/BN复合材料的熔体在组合双向拉伸熔体混合器口模中受到强剪切力场作用后导热系数，拉伸强度得到显著提高。
另外，值得指出的是第四步也可以采用如下方法得到片状导热复合材料：将第三步制得的预混物投入到由挤出机2-1、连接器2-2、单个或组合双向拉伸熔体混合器2-3、冷却装置2-5构成的双向拉伸混合成型一体化装置的挤出机2-1中(见图2)，其中双向拉伸熔体混合器的体壳内设有2～10不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器并在双向拉伸熔体混合器2-3的不同楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，再经过冷却装置(即三辊冷却机)2-5冷却、收卷机2-8收卷，即可得片材型导热复合材料。
值得一提的是，在实施例3采用的双向拉伸熔体混合成型一体化装置中：第一，每个双向拉伸混合单元的壳体内可设置n个不同水平伸延的楔形流道，n可在2～10之间取值,即10≧n≧2；比如当n=4时，构成1分4型双向拉伸熔体混合器(见图8-10)；当n=8时，构成1分8型双向拉伸熔体混合器(见图11-13)；其中，熔体流道的入口为矩形，呈水平排列；各流道沿熔体流动方向逐渐变宽变薄，同时朝不同的水平高度延伸，其出口处为矩形并呈垂直排列；各流道的出口宽度等于或接近等于入口宽度的n倍，出口厚度等于或接近等于入口厚度的1/n。第二，混合器可选用一个双向拉伸熔体混合器构成。第三，混合器也可选用两个或两个以上(比如: 2～20个)的双向拉伸熔体混合器沿熔体流动方向线性联接，以形成多级组合(即：n相同时)或多级混合组合(即：n有不一致时)双向拉伸熔体混合器，相邻流道入口之间的纵隔呈薄型结构，出口之间的横隔呈薄型结构,此时只要求相邻混合器之间的整体入口尺寸和整体出口尺寸相匹配即可。第四，单螺杆挤出机1-1也可采用双螺杆挤出机结构。

Claims (2)

1.一种制备导热复合材料的方法，以结晶型聚合物为基体，其特征在于该方法包括如下步骤：
第一步，将结晶型聚合物、氮化硼按重量配比为50～80：50～20配料；
第二步，将上述氮化硼进行干燥处理；
第三步，将干燥处理后的氮化硼与结晶型聚合物一起投入高混机中预混合,得到氮化硼与结晶型聚合物预混物；
第四步，将第三步得到的预混物投入双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，干燥后得到导热复合材料预混复合颗粒，双螺杆挤出机的加料口、输送段、熔融段、均化段、口模的温度分别为100～180℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃,再将所得到的预混复合颗粒投入到由挤出机(1-1)、连接器(1-2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)、造粒口模(1-4)、冷却装置(1-5)和造粒机(1-7)构成的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(1-1)中，其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道，挤出机(1-1)的加料口、输送段、熔融段、均化段、连接器(1-2)、单个或组合双向拉伸混合器(1-3)、造粒口模(1-4)的温度分别为100～150℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃、180～320℃，聚合物熔体流经连接器(1-2)并在单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)的不同水平延伸的楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后，从造粒口模(1-4)流出，再经过冷却装置(1-5)冷却、造粒机(1-7)切粒，即可得颗粒型导热复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备导热复合材料的方法，其特征在于第一步中所述的结晶型聚合物为尼龙-6、尼龙-66、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚中的一种。
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