CN104292817A - 连续纤维复合高导热塑料及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续纤维复合高导热塑料及其加工工艺，当连续纤维为非导热纤维，它按重量百分比包括下列组分：连续纤维20%～60%；表面处理剂0%～5%；塑料原料5%～30%；助剂0%～5%；导热填料20%～75%；耐冲击改性剂0%～15%；当连续纤维为导热纤维，它按重量百分比包括下列组分：连续纤维20%～70%；表面处理剂0%～5%；塑料原料10%～60%；助剂0%～5%；导热填料0%～50%；耐冲击改性剂0%～15%，加工工艺参见说明书。通过连续纤维生产设备，可以制备高强度，耐低温，耐冲击良好的连续纤维增强的高导热塑料共混物.其中含有较长的纤维，纤维的长度和颗粒的长度一致，其次通过导热纤维的加入可以使导热系数控制在2-120w/（m·k）乃至更高。

Description

连续纤维复合高导热塑料及其加工工艺

技术领域

本发明涉一种塑料，尤其是涉及一种连续纤维复合高导热塑料及其加工工艺。

背景技术

目前国内有通过添加一系列导热物质如碳纤维粉末、石墨、三氧化二铝、氮化硼、氮化铝、金属粉末等进入塑料中制取导热塑料共混物，导热系数（1～20w/m.k），但是由于达到较高的导热系数，大于10w/m.k，需要添加大量的导热粉末物质，添加的导热纤维及粉末直径远小于塑料颗粒的长度，造成材料本身机械性能变差，如拉伸强度，冲击强度，耐冲击性能，弯曲强度，耐低温性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种连续纤维复合高导热塑料及其加工工艺，通过自制的连续纤维生产设备，可以制备高强度、高耐冲击、耐低温、耐冲击良好的连续纤维增强的高导热塑料共混物.其中含有较长的纤维，纤维的长度和颗粒的长度一致，其次通过导热纤维的加入可以使导热系数控制在2～120w/（m·k）乃至更高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

连续纤维复合高导热塑料，其特征在于，当连续纤维为非导热纤维，它按重量百分比包括下列组分：连续纤维20%～60%；表面处理剂0%～5%；塑料原料5%～30%；助剂0%～5%；导热填料20%～75%；耐冲击改性剂0%～15%；

当连续纤维为导热纤维，它按重量百分比包括下列组分：连续纤维20%～70%；表面处理剂0%～5%；塑料原料10%～60%；助剂0%～5%；导热填料0%～50%；耐冲击改性剂0%～15%。

作为本发明，较为理想的是，所述表面处理剂为金属类酸酯处理剂、环氧树脂、聚氨酯树脂及低聚物、聚酯低聚物中的一种或者多种之间的组合。

作为本发明，较为理想的是，所述导热填料为导热系数大于10w/m.k的添加物或者为以下物质的混合物：

碳纤维粉末、石墨烯、石墨、导热性金属粉末或混合物，复合型金属粉末、导热性金属氧化物、氮化硼、氮化铝、碳化硅粉末、表面镀金属玻璃微珠、碳纳米管。

作为本发明，较为理想的是，所述塑料原料为聚丙烯、聚乙烯、ABS、聚乙烯、尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙12、尼龙1010、尼龙1212、尼龙11、尼龙46、尼龙6T、尼龙9T、尼龙PPA、尼龙4T、聚碳酸酯、PBT、PET、聚甲醛、TPU、PEEK、PAK、PEI、TPI、LCP、PES、PSU、PAR、PPSU、聚酯弹性体、TPV中的一种或者多种之间的组合物。

作为本发明，较为理想的是，所述耐冲击改性剂为乙丙橡胶接枝马来酸酐/GMA,POE接枝马来酸酐/GMA，EVA,EMA,EAA,粉末丁晴橡胶，苯乙烯类弹性体及接枝物，丙烯酸酯类耐冲击改性剂或聚氨酯类耐冲击改性剂。

作为本发明，较为理想的是，所述助剂为抗氧剂，光稳定剂，紫外光吸收剂，金属保护剂，润滑剂，表面光亮剂，脱模剂，加工助剂，热稳定剂，扩链剂,耐水解剂，激光成型有机金属络合物，塑料阻燃剂中的一种或者多种之间的组合物。

作为本发明，较为理想的是，所述导热纤维为碳化硅纤维、硼纤维、陶瓷纤维、石墨纤维、碳纤维、金属纤维或表面镀金属复合纤维；

所述非导热纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维。

连续纤维复合高导热塑料的加工工艺，包括如下步骤：

步骤一，导热填料、表面处理剂、塑料原料、助剂、耐冲击改性剂通过高速搅拌机按照比例进行表面处理混合，而得混合料；

步骤二，将混合料通过单螺杆挤出机或平行双螺杆挤出机加热熔融，输送进入纤维浸渍模具中；

步骤三，连续纤维经过浸渍模具，在其内与步骤二输送进的混合物进行浸渍相容；

步骤四，将步骤三处理所得物料经过牵引机牵引、冷却；

步骤五，将步骤四冷却后的纤维增强材料经切粒机切粒成品。

本发明具有如下有益效果：

（1）通过连续纤维生产设备，可以制备高强度，高耐冲击，耐低温，耐冲击良好的连续纤维增强的高导热塑料共混物.其中含有较长的纤维，纤维的长度和颗粒的长度一致，其次通过导热纤维的加入可以使导热系数控制在2-120w/（m·k）乃至更高。

（2）因为采用连续纤维增强，塑料颗粒中的纤维长度与颗粒长度一致，可以使得材料的机械性能有很大的提高。

（3）在保证高导热系数的情况下，同时添加材料的耐冲击改性剂，提高耐低温性能和耐冲击性能性能。

附图说明

图1为连续纤维复合高导热塑料的加工设备原理框图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本案所提供的连续纤维复合高导热塑料，所使用的连续纤维包括非导热纤维和导热纤维：

当连续纤维为非导热纤维，它按重量百分比包括下列组分：连续纤维20%～60%；表面处理剂0%～5%；塑料原料5%～30%；助剂0%～5%；导热填料20%～75%；耐冲击改性剂0%～15%。

当连续纤维为导热纤维，它按重量百分比包括下列组分：连续纤维20%～70%；表面处理剂0%～5%；塑料原料10%～60%；助剂0%～5%；导热填料0%～50%；耐冲击改性剂0%～15%。

本连续纤维复合高导热塑料使用表面处理剂，针对导热填料进行表面处理后，与不同塑料原料、助剂按照不同重量比经过螺杆挤出机进行共混混合、加热，通过混炼输送设备挤出，经过连续纤维浸渍模具与连续增强纤维混合、牵引、切粒造粒，制得高强度、耐冲击、高导热的塑料颗粒,粒子长度5-50毫米，颗粒中纤维的长度与颗粒长度一致。

连续纤维复合高导热塑料的加工设备框图参见图1，其包括依序安装的纤维架1、烘箱预热装置2、浸渍口模3、牵引装置4以及切粒装置5，在浸渍口模出安装有与其配合的挤出螺杆机6，其具有加热熔融组件。

本发明的表面处理剂为硅烷类偶联剂，钛酸酯，铝酸酯等金属类酸酯处理剂、环氧树脂、聚氨酯树脂及低聚物、聚酯低聚物中的一种或者多种之间的组合。

本发明的导热填料为导热系数大于10w/m.k的添加物或者为以下物质的混合物：碳纤维粉末、石墨烯、石墨、导热性金属粉末或混合物（如铜，铝，镍，钨，铁，银等），复合型金属粉末（银包铜，镍包铜等）、导热性金属氧化物（如氧化铝，氧化镁、氧化锌等）、氮化硼、氮化铝、碳化硅粉末、表面镀金属玻璃微珠、碳纳米管。

本发明的塑料原料可以使用热塑性塑料塑料品种，诸如聚丙烯、聚乙烯、ABS、聚乙烯、尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙12、尼龙1010、尼龙1212、尼龙11、尼龙46、尼龙6T、尼龙9T、尼龙PPA、尼龙4T、聚碳酸酯、PBT、PET、聚甲醛、TPU、PEEK、PAK、PEI、TPI、LCP、PES、PSU、PAR、PPSU、聚酯弹性体、TPV中的一种或者多种之间的组合物。

本发明的耐冲击改性剂为乙丙橡胶接枝马来酸酐/GMA,POE接枝马来酸酐/GMA，EVA,EMA,EAA,粉末丁晴橡胶，苯乙烯类弹性体及接枝物（SEBS-MA,SBS-MA,SBS,SEBS，ABS胶粉等），丙烯酸酯类耐冲击改性剂或聚氨酯类耐冲击改性剂。

所述助剂为抗氧剂，光稳定剂，紫外光吸收剂，金属保护剂，润滑剂，表面光亮剂，脱模剂，加工助剂，热稳定剂，扩链剂,耐水解剂，激光成型有机金属络合物，塑料阻燃剂中的一种或者多种之间的组合物。

所述导热纤维为碳化硅纤维、硼纤维、陶瓷纤维、石墨纤维、碳纤维（聚丙烯晴基，沥青基）、金属纤维（不锈钢纤维，铜纤维，铝纤维，镍纤维）或表面镀金属复合纤维（如，表面镀铜，表面镀银，表面镀金，表面镀镍，表面镀铝等的玻璃纤维，碳纤维，矿物纤维等）。

所述非导热纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维。

连续纤维复合高导热塑料的加工工艺，包括如下步骤：

步骤一，导热填料、表面处理剂、塑料原料、助剂、耐冲击改性剂通过高速搅拌机按照比例进行表面处理混合，而得混合料；

步骤二，将混合料通过单螺杆挤出机或平行双螺杆挤出机加热熔融，输送进入纤维浸渍模具中；

步骤三，连续纤维经过浸渍模具，在其内与步骤二输送进的混合物进行浸渍相容；

步骤四，将步骤三处理所得物料经过牵引机牵引、冷却；

步骤五，将步骤四冷却后的纤维增强材料经切粒机切粒成品。

以下实施例中，各组分的质量百分比之和为100%。

实施例1

本案连续纤维为非导热纤维：

25%的玻璃纤维、1%的表面处理剂、30%的尼龙6、1%的助剂、30%的氮化硼、13%的耐冲击改性剂所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数2.5w/m.k。

实施例2

本案连续纤维为非导热纤维：

50%的玻璃纤维、0.5%的表面处理剂、20%的PPS、1.5%的助剂、25%的氮化铝、3%的耐冲击改性剂所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数3w/m.k。

实施例3

本案连续纤维为非导热纤维：

60%的玄武岩纤维、25%的PEEK、15%的导热石墨所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数5w/m.k。

实施例4

本案连续纤维为非导热纤维：

20%的玻璃纤维、3%的表面处理剂、30%的PP、0.2%的助剂、46.8%的氧化铝所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数2w/m.k。

实施例5

本案连续纤维为非导热纤维：

20%的玻璃纤维、4.5%的表面处理剂、20%的PP、0.5%的助剂、55%的氮化硼所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数15w/m.k。

实施例6

本案连续纤维为非导热纤维：

25%的玄武岩纤维、2%的表面处理剂、5%的PA1212、65%的铜粉、10%的碳纤维粉末所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数25w/m.k。

实施例7

本案连续纤维为导热纤维：

50%的石墨纤维、3%的表面处理剂、30%的尼龙12、2%的助剂、15%的镀银玻璃微珠所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数50w/m.k。

实施例8

本案连续纤维为导热纤维：

70%的不锈钢纤维、2%的表面处理剂、15%的PPS、10%的导热石墨、3%的耐冲击改性剂所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数100w/m.k。

实施例9

本案连续纤维为导热纤维：

30%的碳纤维、1%的表面处理剂、45%的ABS、0.5%的助剂、20%的氮化铝、3.5%的ABS胶粉所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数20w/m.k

实施例10

本案连续纤维为导热纤维：

40%的表面镀银玻璃纤维、0.5%的表面处理剂、50%的聚碳酸酯、9.5%的碳纳米管所加工出来的连续纤维复合高导热塑料，其导热系数10w/m.k。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.连续纤维复合高导热塑料，其特征在于，当连续纤维为非导热纤维，它按重量百分比包括下列组分：连续纤维20%～60%；表面处理剂0%～5%；塑料原料5%～30%；助剂0%～5%；导热填料20%～75%；耐冲击改性剂0%～15%；

当连续纤维为导热纤维，它按重量百分比包括下列组分：连续纤维20%～70%；表面处理剂0%～5%；塑料原料10%～60%；助剂0%～5%；导热填料0%～50%；耐冲击改性剂0%～15%。

2.根据权利要求1所述的连续纤维复合高导热塑料，其特征在于，所述表面处理剂为金属类酸酯处理剂、环氧树脂、聚氨酯树脂及低聚物、聚酯低聚物中的一种或者多种之间的组合。

3.根据权利要求1所述的连续纤维复合高导热塑料，其特征在于，所述导热填料为导热系数大于10w/m.k的添加物或者为以下物质的混合物：

碳纤维粉末、石墨烯、石墨、导热性金属粉末或混合物，复合型金属粉末、导热性金属氧化物、氮化硼、氮化铝、碳化硅粉末、表面镀金属玻璃微珠、碳纳米管。

4.根据权利要求1所述的连续纤维复合高导热塑料，其特征在于，所述塑料原料为聚丙烯、聚乙烯、ABS、聚乙烯、尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙12、尼龙1010、尼龙1212、尼龙11、尼龙46、尼龙6T、尼龙9T、尼龙PPA、尼龙4T、聚碳酸酯、PBT、PET、聚甲醛、TPU、PEEK、PAK、PEI、TPI、LCP、PES、PSU、PAR、PPSU、聚酯弹性体、TPV中的一种或者多种之间的组合物。

5.根据权利要求1所述的连续纤维复合高导热塑料，其特征在于，所述耐冲击改性剂为乙丙橡胶接枝马来酸酐/GMA,POE接枝马来酸酐/GMA，EVA,EMA,EAA,粉末丁晴橡胶，苯乙烯类弹性体及接枝物，丙烯酸酯类耐冲击改性剂或聚氨酯类耐冲击改性剂。

6.根据权利要求1所述的连续纤维复合高导热塑料，其特征在于，所述助剂为抗氧剂，光稳定剂，紫外光吸收剂，金属保护剂，润滑剂，表面光亮剂，

脱模剂，加工助剂，热稳定剂，扩链剂,耐水解剂，激光成型有机金属络合物，

塑料阻燃剂中的一种或者多种之间的组合物。

7.根据权利要求1所述的连续纤维复合高导热塑料，其特征在于，所述导热纤维为碳化硅纤维、硼纤维、陶瓷纤维、石墨纤维、碳纤维、金属纤维或表面镀金属复合纤维；

所述非导热纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维。

8.如权利要求1～7任一所述连续纤维复合高导热塑料的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，导热填料、表面处理剂、塑料原料、助剂、耐冲击改性剂通过高速搅拌机按照比例进行表面处理混合，而得混合料；

步骤二，将混合料通过单螺杆挤出机或平行双螺杆挤出机加热熔融，输送进入纤维浸渍模具中；

步骤三，连续纤维经过浸渍模具，在其内与步骤二输送进的混合物进行浸渍相容；

步骤四，将步骤三处理所得物料经过牵引机牵引、冷却；

步骤五，将步骤四冷却后的纤维增强材料经切粒机切粒成品。