CN103965535A - 一种具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，首先将树脂颗粒、加工助剂与导热填料在高速混合机中预混合，再利用SCS微纳米颗粒整形包覆系统将导热填料包覆在树脂颗粒上形成具有“核-壳”结构的复合颗粒，最后通过热压成形工艺制备具有有序空间网络结构的导热塑料。本发明是纳米或亚微米级导热粉体均匀包覆在树脂颗粒上，形成的球形复合颗粒能充分发挥传导相在复合颗粒的表面效应；复合颗粒可直接热压成型，经热压成型后导热填料颗粒在导热塑料基体内有序排列，形成有序的空间导热网络，在低填充量下充分发挥导热填料作用，实现了低填量高导热，提高了产品性能、简化了工艺流程、降低了成本并扩大了其使用范围。

Description

一种具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子复合材料深加工与应用领域，尤其涉及一种具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法。
背景技术：
导热塑料被广泛应用于电子、化工、电器、国防、机械制造等领域，可分为结构型和填充性。结构型导热塑料是高聚物本身或掺杂后能够导热；填充型导热塑料通过导热填料（金属粉末或纤维、碳纳米管、氧化铝、氮化硅、氮化铝等）的填充而具有导热性能。与填充型相比，结构型的导热塑料导热性能相对较低，成本较高。目前，90%的导热塑料都属于填充型。填充性导热塑料，因导热填料的大量填充，导致成本上升和材料力学性能的大幅下降，应用范围受到很大限制，如何在低填充量下制备出高性能的导热塑料是导热复合材料领域的一大难题。
影响导热塑料性能的主要因素有两个：填料的用量和填料的分散状况。填料用量越大，颗粒之间相互接触的几率越大，形成导热通路的可能性越大，导热性能就相应提高。导热填料在聚合物基体内的分散状况多为无序分散，有效接触较少，形成的导热网络没有取向性，多为无序导热网络，导致导热填料的作用不能充分发挥。
综上，若能改善填料在高分子复合材料基体内的分散状况，使颗粒在聚合物基体内有序排列，增加颗粒之间的有效接触，进而在聚合物基体形成有序的导热网络，就能在低填充量下充分发挥填料的导热性能，达到降低成本提高性能的目的。
发明内容：
为了弥补现有技术问题，本发明的目的是提供一种具有有序空间导热网络结构的导热塑料的制备方法，因导热填料的加入导致复合材料性能下降和成本提高的问题，本发明提供一种在低填料用量下，制备高性能导热塑料的方法。
本发明的技术方案如下：
具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：首先将树脂颗粒、加工助剂与导热填料在高速混合机中预混合，再利用SCS微纳米颗粒整形包覆系统将导热填料包覆在树脂颗粒上形成具有“核-壳”结构的复合颗粒，最后通过热压成形工艺制备具有有序空间网络结构的导热塑料。
所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的树脂颗粒为包括聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物和对苯二甲酸乙二醇酯的树脂颗粒。
所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的导热填料为包括石墨烯、纳米铜粉、碳纳米管和纳米氧化铝。
所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的导热填料的质量分数为2～25%。
所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的复合颗粒为利用SCS微纳米颗粒整形包覆系统，在2800～3200rpm的转速下处理8～12min将导热填料和加工助剂包覆在树脂颗粒表面而形成。
所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的复合颗粒在利用SCS微纳米颗粒整形包覆系统包覆前，用高速混合机进行预混合，预混合的时间3～8min。
所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的热压成型工艺是将复合颗粒在200～220℃、13～15Mpa的压力下热压成形20～45min后，制得具有有序空间导热网络结构的导热塑料。
所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的树脂颗粒、加工助剂与导热填料各成分重量份如下：树脂颗粒75～100份、加工助剂5～15份、导热填料2～25。
本发明的优点是：
1、纳米或亚微米级导热粉体均匀包覆在树脂颗粒上，形成的球形复合颗粒能充分发挥传导相在复合颗粒的表面效应；
2、经过包覆后实现了加工助剂在聚合物基体内的均匀分散，复合颗粒可直接热压成型，简化了工艺流程；
3、经热压成型后导热填料颗粒在导热塑料基体内有序排列，形成有序的空间导热网络，在低填充量下充分发挥导热填料作用，实现了低填量高导热，提高了产品性能、简化了工艺流程、降低了成本并扩大了其使用范围。
4、本发工艺生产的高性能导热塑料，其推广、应用具有极大的社会和经济效益。
具体实施方式：
实施例一：
首先将质量分数为5%的石墨烯、加工助剂与聚乙烯（PE）颗粒用高速混合机混合5min；然后将混合后的颗粒1200g投入SCS微纳米颗粒整形包覆系统，在3000rpm的转速下处理10min，出料5min。最后，将复合颗粒在210℃、14Mpa的压力下热压成形30min后，制得具有有序空间导热网络结构的导热塑料。
实施例二：
首先将质量分数为5%的纳米氧化铝、加工助剂与聚乙烯（PE）颗粒用高速混合机混合5min；然后将混合后的颗粒1200g投入SCS微纳米颗粒整形包覆系统，在3000rpm的转速下处理10min，出料5min。最后，将复合颗粒在210℃、14Mpa的压力下热压成形30min后，制得具有有序空间导热网络结构的导热塑料。
实施例三：
首先将质量分数为5%纳米铜粉、加工助剂与聚乙烯（PE）颗粒用高速混合机混合5min；然后将混合后的颗粒1200g投入SCS微纳米颗粒整形包覆系统，在3000rpm的转速下处理10min，出料5min。最后，将复合颗粒在210℃、14Mpa的压力下热压成形30min后，制得具有有序空间导热网络结构的导热塑料。
上述三种方法制得具有有序空间导热网络结构的导热塑料的导热性能如表.1所示：
表.1不同导热填料的制备导热塑料的导热系数表
从上述表中可以看出本发明在相同的条件下，通过添加相同质量分数的导热填料制造出来的具有有序空间导热网络结构的导热塑料的导热性能明显优于纯PE，在低填充量下充分发挥导热填料作用，实现了低填量高导热，提高了产品性能、简化了工艺流程、降低了成本并扩大了其使用范围。

Claims (8)

1.一种具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：首先将树脂颗粒、加工助剂与导热填料在高速混合机中预混合，再利用SCS微纳米颗粒整形包覆系统将导热填料包覆在树脂颗粒上形成具有“核-壳”结构的复合颗粒，最后通过热压成形工艺制备具有有序空间网络结构的导热塑料。
2.根据权利要求1所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的树脂颗粒为包括聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物和对苯二甲酸乙二醇酯的树脂颗粒。
3.根据权利要求1所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的导热填料为包括石墨烯、纳米铜粉、碳纳米管和纳米氧化铝。
4.根据权利要求1所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的导热填料的质量分数为2~25%。
5.根据权利要求1所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的复合颗粒为利用SCS微纳米颗粒整形包覆系统，在2800~3200rpm的转速下处理8~12min将导热填料和加工助剂包覆在树脂颗粒表面而形成。
6.根据权利要求1所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的复合颗粒在利用SCS微纳米颗粒整形包覆系统包覆前，用高速混合机进行预混合，预混合的时间3~8min。
7.根据权利要求1所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的热压成型工艺是将复合颗粒在200~220℃、13~15Mpa的压力下热压成形20~45min后，制得具有有序空间导热网络结构的导热塑料。
8.根据权利要求1所述的具有有序空间网络结构的导热塑料的制备方法，其特征在于：所述的树脂颗粒、加工助剂与导热填料各成分重量份如下：树脂颗粒75~100份、加工助剂5~15份、导热填料2~25。
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