CN104387762A - 聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料及其制备方法。所述复合材料的各组分及其质量百分比含量为:PA,42~63%;PP,7~28%;相容剂,1~7%;抗氧剂,0.2~0.5%;润滑剂,0.2~0.5%;导热填料,30%。本发明利用极性的聚酰胺与非极性的聚丙烯来形成分散的两相,通过加入一定量的相容剂,使两相部分相容;同时,利用两相间的粘度差异使填料分布在两相界面之间或者分布在一相之内,使填料在聚合物合金体系中更容易形成导热通路;另外利用不同粒径的石墨填料在基体中形成更紧密的搭接,来有效提高其导热性能。本发明的复合材料,成本较低,热导率较高,尺寸稳定性较好,吸水率较低,并且具有优异的综合力学性能。

Description

聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料及其制备方法。
背景技术
聚酰胺由于分子内含有酰胺键,因此是一种极性聚合物,并且有较高的结晶度;聚丙烯只含有碳氢两种元素,分子内仅有碳碳单键和碳氢单键,是一种典型的低极性聚合物,其分子结构规整,结晶度较高。聚酰胺和聚丙烯由于极性差距大,二者通过简单的熔融共混,形成的是不相容体系,因此通常需要加入适当的相容剂,以改善相容性,提高其综合性能。
由于聚合物材料相比于金属材料在耐化学腐蚀、成型加工、绝缘性好以及质轻等方面的优势,可以替代金属材料在换热工程、 采暖工程、电子信息工程、LED灯等方面的实际应用,因而开发具有良好导热性能的新型高分子材料,成为目前导热材料的重要发展方向。尤其是近年来,对于节能环保的要求提高,LED灯的迅猛发展亟待一款综合性能优异的导热塑料来满足其要求。
实现聚合物导热的途径有两种:一是合成具有高热导率的本征导热型聚合物。如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物就具有良好导热性能,通过对材料进行掺杂, 可以通过电子导热机制实现导热;又如具有完整结晶性的高度结晶聚合物, 可以通过声子实现导热。二是用高导热无机物填充聚合物制备无机物/ 聚合物导热复合材料,如石墨、氮化铝填充高密度聚乙烯制备导热复合塑料。一般而言,本征型导热高分子制备工艺繁琐、难度大、成本高,目前应用较少;而填充型成型加工相对容易,成本低,热导率高,可进行工业化生产,是目前制备导热高分子的主要方法。然而目前大多数导热效果较好的塑料都是添加了较高比重的无机填充物,容易导致材料的力学性能下降严重,因此急需一种在较低填充下有较好的导热效果的材料。
针对填充型导热聚合物复合材料热导率低的情况,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合物基热导率的目的,但都很难做到热导率、力学性能、加工性能、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上的优异。
专利CN 1290594A聚酰胺/聚丙烯合金的制备方法中用一种不含有双键的聚烯烃弹性体接枝马来酸酐改善聚酰胺与聚丙烯的相容性,使两相完全相容,提高了合金的多项性能,但未涉及到部分相容体系及热导率的测定。
专利102850780A介绍了一种导热聚酰胺复合材料及其制备方法,利用导热碳化硅、导热氧化铝、导热石墨或导热氮化铝对聚酰胺进行复合填充,当导热碳化硅填充量为58.2%时,导热系数为1.1 W/m·K,填充比例达到70%以上,得到较高的导热系数,为4.1 W/m·K,但是其填充量大,造成力学性能的下降以及加工困难。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中的不足,提供一种低填充但具有较高导热系数的复合材料
本发明的目的之二在于提供该复合材料的制备方法。
为实现上述目的,本发明采用如下机理:本发明利用极性的聚酰胺与非极性的聚丙烯来形成分散的两相,通过加入一定量的相容剂,使两相部分相容;同时,利用两相间的粘度差异使导热填料分布在两相界面之间或者分布在一相之内,使填料在聚合物合金体系中更容易形成导热通路;另外利用不同粒径的石墨填料在基体中形成更紧密的搭接,来有效提高其导热性能。
根据上述机理,本发明采取的技术方案:
一种聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于该复合材料的组成及其质量百分比含量如下:
       聚酰胺                       42~63%;           聚丙烯                       7~28%;
       相容剂                       1~7%;               抗氧剂                       0.2~0.5%;
       润滑剂                       0.2~0.5%;         导热填料                   30%;
       以上各组分的质量百分比之和为100%。
上述聚酰胺为PA6或PA66。
上述PA熔体熔融指数为15.0~25.0 g/10min(235℃,2.16KG);所述 PP熔体熔融指数为2.0~50 g/10min(190℃,2.16KG)。
上述的相容剂为聚酰胺与聚丙烯的相容剂。例如采用聚氧乙烯聚氧丙烯三嵌段共聚物、SEBS接枝马来酸酐共聚物或聚丙烯接枝马来酸酐共聚物的一种或相互配合,但不仅限于上述三种相容剂。
上述的抗氧剂为常用抗氧剂。例如受阻酚类抗氧剂、亚磷酸脂类抗氧剂,或以上两种的任意复合体系,但不仅限于这两种抗氧剂。
上述的润滑剂为聚酰胺体系常用的润滑剂,例如以亚乙基双脂肪酸酰胺为基料制备的一种含有极性基团的BAB型共聚物(牌号TAF或MB-4)等,但不限于这种共聚物润滑剂。
上述的导热填料为两种或两种以上不同粒径的鳞片型石墨的混合体系。
上述鳞片型石墨的其粒径范围为100目~1000目。
 一种制备上述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料的方法,其特征在于该方法的具体步骤为:将所述各组分按质量配比放入高混机中混合均匀后出料,再通过挤出造粒,制得所需粒子。
上述的挤出机造粒的条件是:挤出温度为225~250℃,主机转速为35~40Hz。
与现有技术相比,本发明采用合适的PA/PP配比,采用适当量的相容剂使两相部分相容;为了进一步提高导热效果,本发明选用不同粒径的鳞片石墨配合使用。本发明在导热填料含量较低的情况下制备复合材料,成本较低,热导率较高,尺寸稳定性较好,吸水率较低,并且具有优异的综合力学性能。在鳞片石墨填充量为29%时,所述PA/PP合金导热复合材料的热导率可达2.25 W/m·K。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明,以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例1~11中包括的一种PA/ PP合金导热复合材料,其组分和含量如表1所示,其制备方法如下:
(l)将所述各组分按重量配比放入高混机中混合2~5分钟,出料;
(2)将混合好的原料放入螺杆机中挤出造粒,螺杆机的转速为35~40Hz,温度为225~250℃。
所述的尼龙为PA6、PA66中的一种。实施例1、3、5、7选择日本宇部PA6(1013B)、实施例4、6、8、9、10、11选择江苏瑞美福树脂有限公司PA6(MF800)。实施例1为不含PP的对照例。实施例2为不含PA6的对照例。
所述的PP可以为低粘度型也可以为高粘度型。实施例3-11选择韩国石油化工公司的PPHJ4045;实施例2选择中国石油化工上海高桥石化的PP250E。
所述的相容剂为嵌段型共聚物或接枝型共聚物。实施例1、2、3选择上海日之升CMG5001、实施例4-11选择上海日之升CMG9801(CMG5001和CMG9801均为聚丙烯接枝马来酸酐共聚物,)。
所述的抗氧剂,实施例1~11中均为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸脂类抗氧剂1:1复合体系。
所述的润滑剂,实施例1~11中均为以亚乙基双脂肪酸酰胺(EBS)为基料制备的一种含有极性基团的BAB型共聚物。
所述的鳞片石墨为140目(粒径为104微米)和1000目(粒径为12微米)两种。实施例1-8中,140目与1000目鳞片石墨的比例为3:2;实施例9中,140目与1000目鳞片石墨的比例为2:3;实施例10中,鳞片石墨全部为140目,实施例11中,鳞片石墨全部为1000目。
对实施例1~11所得的PA/PP合金导热复合材料试样进行性能测试,力学性能以国际标准(ISO)样条测试,导热测试以垂直于流向的方向测试,即材料的垂直热导率。结果记录在下表2中。
 
实施例1与实施例2分别是单纯PA或单纯PP加入相同配比和相同含量的导热填料的对照组,结果发现两者热导率都比实施例4中的热导率低,这说明实施例4通过形成两相结构达到了提高热导率的效果。
本发明通过选择PA和PP不相容的两种聚合物,配以相容剂形成具有一定相容性的两相结构、添加不同粒径的鳞片石墨作为导热填料制备PA/PP合金导热复合材料,经实施例检验证明,该复合材料热导率较高、综合力学性能好,并且具有良好的加工性能,具有很好的市场前景。
需要加以说明的是,本发明并不局限于上述特定实施例的原料、配比及其加工方法,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改而并不影响本发明的实质内容。 

Claims (11)

1.一种聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于该复合材料的组成及其质量百分比含量如下:
       聚酰胺                       42~63%;           聚丙烯                       7~28%;
       相容剂                       1~7%;               抗氧剂                       0.2~0.5%;
       润滑剂                       0.2~0.5%;         导热填料                   30%;
       以上各组分的质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于所述聚酰胺为PA6或PA66。
3.根据权利要求2所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于所述PA熔体熔融指数为15.0~25.0 g/10min(235℃,2.16KG);所述 PP熔体熔融指数为2.0~50 g/10min(190℃,2.16KG)。
4.根据权利要求1所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于所述的相容剂为聚酰胺与聚丙烯的常用相容剂;例如聚氧乙烯聚氧丙烯三嵌段共聚物、SEBS接枝马来酸酐共聚物或聚丙烯接枝马来酸酐共聚物,但不仅限于这三种相容剂。
5.根据权利要求1所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于所述的抗氧剂为常用抗氧剂;例如受阻酚类抗氧剂、亚磷酸脂类抗氧剂,但不仅限于这两种抗氧剂。
6.根据权利要求1所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于所述的润滑剂为聚酰胺体系常用润滑剂;例如以亚乙基双脂肪酸酰胺为基料制备的一种含有极性基团的BAB型共聚物(TAF或MB-4),但不仅限于这种共聚物润滑剂。
7.根据权利要求1所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于所述的润滑剂为: TAF或MB-4。
8.根据权利要求1所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于所述的导热填料为两种或两种以上不同粒径的鳞片型石墨的混合体系。
9.根据权利要求8所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料,其特征在于所述鳞片型石墨的其粒径范围为100目~1000目。
10.一种制备根据权利要求1-9所述的聚酰胺/聚丙烯合金导热复合材料的方法,其特征在于该方法的具体步骤为:将所述各组分按质量配比放入高混机中混合均匀后出料,再通过挤出造粒,制得所需粒子。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于挤出机造粒的条件是:挤出温度为225~250℃,主机转速为35~40Hz。
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