CN104292631A - 一种导热耐磨聚丙烯树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种导热耐磨聚丙烯树脂及其制备方法,该聚丙烯树脂包括如下组分:聚丙烯树脂、无机纳米粒子、石墨、玻璃纤维、滑石粉、偶联剂、润滑剂、抗氧化剂、相容剂;所述无机纳米粒子为SiO2,CaCO3及蒙脱土中的一种或多种。制备方法:将充分干燥的聚丙烯树脂与偶联剂、润滑剂、抗氧化剂、相容剂按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子、石墨、玻璃纤维依次送入双螺杆挤出机;双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,即得。本发明提供的导热耐磨聚丙烯树脂同时具备导热性能好,摩擦系数低,耐磨损,同时还具有优良的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合材料及其制备方法,具体涉及一种导热耐磨聚丙烯树脂及其制备方法。
背景技术
聚丙烯树脂(Polypropylene,简称PP)是一种可由丙烯聚合而制得的热塑性树脂,其具有加工性能好、韧性高、耐汽油和耐化学药品性好等优点,而且质轻、价廉,因而其应用广泛,如可用于生产汽车内外饰件和家用电器零部件等制品。但是,纯聚丙烯树脂在导热性方面较为不足,导热率只有0.12W/m·K,无法更好地满足制品的需求。
针对聚丙烯树脂导热性能的不足,国内外学者做了大量的研究,现在常用的方法是添加导热填料以达到提高聚丙烯性能的目的,但都很难做到导热率、力学性能、电绝缘性能和耐磨性能都很优异,多数只能做到其中一个或两个性能优异。
中国专利CN 102146180 B公开了一种高导热耐刮伤电力电缆用改性聚丙烯套管,由重量份的基本物料组成,聚丙烯树脂100份、导热助剂5~15份、硅烷偶联剂0.25~0.5份、滑石粉5~20份、抗冲改性剂2~4份、抗氧剂0.2~0.7份。该技术方案中能够提高导热系数至导热系数0.6~1.2W/m·K,滑动摩擦系数为0.23~0.28,但是拉伸强度则较低,不利于工业应用。
中国专利CN 102311578 B公开了一种应用于水媒采暖用散热器的高分子复合导热材料及其制备方法,由原料混合后反应制得,所述的原料按重量份计包括以下成分:石墨粉45~55份,聚丙烯45~60份,抗氧剂1.5~7份,POE1~5份,碳纤维2~10份,偶联剂2~6份,防霉剂0.3~0.6份,硬脂酸钡0.5~1份。该技术方案能够提高导热系数至导热系数1.63W/m·K,但是填充改性所用的耐热助剂石墨粉的填充量较大,同样不利于所得改性聚丙烯树脂的生产加工和应用。
发明内容
鉴于上述信息,本发明的目的在于提供一种导热率高、力学性能优异、耐磨性好的导热耐磨聚丙烯树脂及其制备方法。
本发明的技术方案如下:
一种导热耐磨聚丙烯树脂,按重量份数计,由以下组分组成:由以下组分组成:聚丙烯树脂100份,无机纳米粒子2~13份,石墨2~8份,玻璃纤维2~6份,滑石粉1~5份,偶联剂1~5份,润滑剂0.5~1.5份,抗氧化剂0.2~0.8份,相容剂1~3份;
所述无机纳米粒子为SiO2,CaCO3及蒙脱土中的一种或多种。
所述石墨为膨胀石墨或鳞片石墨,粒径为在50~200μm。
所述偶联剂是硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂中的至少一种。
所述润滑剂是油酸酰胺或芥酸酰胺。
所述抗氧化剂是抗氧剂164、抗氧剂1010和抗氧剂1076按质量比1:1.6:0.7复配的混合物。
所述相容剂是CMG9805,使得体系中各组分分散均匀,不易聚集。
一种导热耐磨聚丙烯树脂的制备方法,包括如下步骤:
(1)、将充分干燥的聚丙烯树脂与偶联剂、润滑剂、抗氧化剂、相容剂按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子、石墨、玻璃纤维依次送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。
步骤(1)中,聚丙烯树脂的干燥在烘箱中进行,烘箱设定的温度为140℃,干燥2小时。
步骤(2)中,挤出机的温度设定为230~270℃,挤出机转速为30~100r/min。
一方面,无机纳米粒子,如SiO2,CaCO3及蒙脱土在摩擦过程中会凸出聚丙烯树脂表面,保护周围基体不受磨削,另一方面,无机纳米粒子还具有良好的导热性能,提高了聚丙烯树脂的导热性。石墨和玻璃纤维的空间立体结构,提高了聚丙烯树脂的力学性能,形成较好的机械强度、刚度、韧度、机械减震性。
本发明的有益效果为:
相对于现有的改性聚丙烯树脂,本发明提供的导热耐磨聚丙烯树脂同时具备导热性能好,摩擦系数低,耐磨损,同时还具有优良的力学性能。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本发明,但不以任何方式限制本发明。
在以下实施例中,所述石墨为膨胀石墨或鳞片石墨,粒径为在50~200μm。
所述偶联剂是硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂中的至少一种。
所述润滑剂是油酸酰胺或芥酸酰胺。
所述抗氧化剂是抗氧剂164、抗氧剂1010和抗氧剂1076按质量比1:1.6:0.7复配的混合物。
所述相容剂是CMG9805。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
实施例1
(1)、将在烘箱中140℃条件下干燥2小时的聚丙烯树脂100份与偶联剂1份、润滑剂0.5份、抗氧化剂0.2份、相容剂1份按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子2份、石墨2份、玻璃纤维2份依次送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。双螺杆挤出机各温区的温度见表1。
表1 双螺杆挤出机各温区的温度
DIE区 | 10区 | 9区 | 8~6区 | 5区 | 4~3区 | 2区 |
230(℃) | 240(℃) | 262(℃) | 270(℃) | 270(℃) | 250(℃) | 230(℃) |
实施例2
(1)、将在烘箱中140℃条件下干燥2小时的聚丙烯树脂100份与偶联剂2份、润滑剂0.7份、抗氧化剂0.3份、相容剂2份按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子4份、石墨3份、玻璃纤维3份依次送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。双螺杆挤出机各温区的温度见表2。
表2 双螺杆挤出机各温区的温度
DIE区 | 10区 | 9区 | 8~6区 | 5区 | 4~3区 | 2区 |
240(℃) | 230(℃) | 262(℃) | 260(℃) | 250(℃) | 260(℃) | 250(℃) |
实施例3
(1)、将在烘箱中140℃条件下干燥2小时的聚丙烯树脂100份与偶联剂3份、润滑剂0.9份、抗氧化剂0.5份、相容剂2份按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子6份、石墨5份、玻璃纤维4份依次送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。双螺杆挤出机各温区的温度见表4。
表3 双螺杆挤出机各温区的温度
DIE区 | 10区 | 9区 | 8~6区 | 5区 | 4~3区 | 2区 |
230(℃) | 254(℃) | 260(℃) | 270(℃) | 240(℃) | 250(℃) | 260(℃) |
实施例4
(1)、将在烘箱中140℃条件下干燥2小时的聚丙烯树脂100份与偶联剂4份、润滑剂1.3份、抗氧化剂0.7份、相容剂2份按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子9份、石墨7份、玻璃纤维5份依次送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。双螺杆挤出机各温区的温度见表4。
表4 双螺杆挤出机各温区的温度
DIE区 | 10区 | 9区 | 8~6区 | 5区 | 4~3区 | 2区 |
242(℃) | 240(℃) | 264(℃) | 250(℃) | 260(℃) | 270(℃) | 240(℃) |
实施例5
(1)、将在烘箱中140℃条件下干燥2小时的聚丙烯树脂100份与偶联剂5份、润滑剂1.5份、抗氧化剂0.8份、相容剂3份按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子13份、石墨8份、玻璃纤维6份依次送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。双螺杆挤出机各温区的温度见表5。
表5 双螺杆挤出机各温区的温度
DIE区 | 10区 | 9区 | 8~6区 | 5区 | 4~3区 | 2区 |
245(℃) | 256(℃) | 268(℃) | 240(℃) | 270(℃) | 260(℃) | 255(℃) |
对比例1
(1)、将在烘箱中140℃条件下干燥2小时的聚丙烯树脂100份与偶联剂3份、润滑剂0.9份、抗氧化剂0.5份、相容剂2份按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子6份送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。双螺杆挤出机各温区的温度见表6。
表6 双螺杆挤出机各温区的温度
DIE区 | 10区 | 9区 | 8~6区 | 5区 | 4~3区 | 2区 |
230(℃) | 254(℃) | 260(℃) | 270(℃) | 240(℃) | 250(℃) | 260(℃) |
对比例2
(1)、将在烘箱中140℃条件下干燥2小时的聚丙烯树脂100份与偶联剂3份、润滑剂0.9份、抗氧化剂0.5份、相容剂2份按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将石墨5份、玻璃纤维4份依次送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。双螺杆挤出机各温区的温度见表7。
表7 双螺杆挤出机各温区的温度
DIE区 | 10区 | 9区 | 8~6区 | 5区 | 4~3区 | 2区 |
230(℃) | 254(℃) | 260(℃) | 270(℃) | 240(℃) | 250(℃) | 260(℃) |
实施例1~5及对比例1~2得到的改性聚苯硫醚树脂的物理性能见下表8。
表8 实施例1~5及对比例1~2得到的改性聚苯硫醚树脂的物理性能
拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) | 摩擦系数 | 热导率 | |
测试方法 | ASTM-D638 | ASTM-D790 | / | ASTM-E1461 |
实施例1 | 96.3 | 180.9 | 0.19 | 5.863 |
实施例2 | 123.6 | 185.6 | 0.16 | 6.058 |
实施例3 | 145.1 | 196.3 | 0.12 | 6.689 |
实施例4 | 126.4 | 186.2 | 0.15 | 6.235 |
实施例5 | 108.6 | 179.1 | 0.17 | 5.968 |
对比例1 | 80.9 | 160.5 | 0.21 | 5.152 |
对比例2 | 90.5 | 150.1 | 0.23 | 3.159 |
由表8可知,本发明的导热耐磨聚丙烯树脂相对于对比例1、2来说,具有更加优良的导热性能和力学性能,且耐磨性更高。
Claims (9)
1.一种导热耐磨聚丙烯树脂,其特征在于,按重量份数计,由以下组分组成:聚丙烯树脂100份,无机纳米粒子2~13份,石墨2~8份,玻璃纤维2~6份,滑石粉1~5份,偶联剂1~5份,润滑剂0.5~1.5份,抗氧化剂0.2~0.8份,相容剂1~3份;
所述无机纳米粒子为SiO2,CaCO3及蒙脱土中的一种或多种。
2. 根据权利要求1所述的一种导热耐磨聚丙烯树脂,其特征在于,所述石墨为膨胀石墨或鳞片石墨,粒径为在50~200μm。
3. 根据权利要求1所述的一种导热耐磨聚丙烯树脂,其特征在于,所述偶联剂是硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂中的至少一种。
4. 根据权利要求1所述的一种导热耐磨聚丙烯树脂,其特征在于,所述润滑剂是油酸酰胺或芥酸酰胺。
5. 根据权利要求1所述的一种导热耐磨聚丙烯树脂,其特征在于,所述抗氧化剂是抗氧剂164、抗氧剂1010和抗氧剂1076按质量比1:1.6:0.7复配的混合物。
6. 根据权利要求1所述的一种导热耐磨聚丙烯树脂,其特征在于,所述相容剂是CMG9805。
7. 基于权利要求1~6任一项所述的一种导热耐磨聚丙烯树脂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)、将充分干燥的聚丙烯树脂与偶联剂、润滑剂、抗氧化剂、相容剂按重量配比在高速搅拌机中混合均匀;
(2)、经计量喂料器将上述混合物送入双螺杆挤出机,再经由计量喂料器将无机纳米粒子、石墨、玻璃纤维依次送入双螺杆挤出机;
(3)、双螺杆挤出样条经水冷、风干、切粒,得到导热耐磨聚丙烯树脂复合材料的粒料。
8. 根据权利要求7所述的一种导热耐磨聚丙烯树脂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,聚丙烯树脂的干燥在烘箱中进行,烘箱设定的温度为140℃,干燥2小时。
9. 根据权利要求7所述的一种导热耐磨聚丙烯树脂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,挤出机的温度设定为230~270℃,挤出机转速为30~100r/min。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150121 |