CN104710611A - 导热mc尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于功能高分子材料领域，特别涉及导热MC尼龙复合材料及其制备方法。本发明是利用原位聚合反应的原理，通过将石墨与己内酰胺单体等进行原位聚合反应，制备得到导热MC尼龙复合材料。由于是原位聚合反应，石墨在MC尼龙基体中分散均匀，石墨与MC尼龙基体之间的界面相互作用力强，有利于热在界面处的传导，减小界面热阻，同时也利用应力在界面处的传递，从而使制备的导热MC尼龙复合材料的导热性能明显提高，并且较强的界面作用也显著提高了导热MC尼龙复合材料的力学性能与热稳定性。本发明制备的导热MC尼龙复合材料能满足热能利用与化工热交换等领域对高性能导热复合材料的需求。

Description

导热MC尼龙复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，特别涉及导热MC尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

导热高分子复合材料的研究与开发在20世纪90年代开始成为功能性复合材料的研究热点之一，受到各国科学家的关注，特别是日本将“开发可成型的导热性高分子材料”列为功能高分子研究的首要课题。

长期以来，普遍选择金属作为导热材料，而金属的抗腐蚀性差限制了其应用范围。近些年来，一些对材料导热性能有较高要求的领域，如换热工程、电磁屏蔽、电子信息、摩擦材料等，提出了以聚合物作导热基材，引起了研究者的注意。如果高分子材料具有热或电的传导能力，那么它们的应用领域会大幅度扩展。

目前，制造综合性能优异的导热材料通常有如下两条路径：（1）合成本征型导热聚合物；（2）在高分子基体中掺杂导热填料，制得导热高分子复合材料。本征型导热聚合物需采用独特的分子设计，制造成本较高，而且仅适合于某些特定高分子聚合物；而采用添加导热填料的方式来制得导热复合材料，方法简单易于实现，且价格低廉，适用的高分子种类多，性能完全可以满足一些特殊行业的需求。

MC尼龙是在碱性条件下，由己内酰胺单体经阴离子开环聚合而成，又称单体浇铸尼龙（Monomer casting nylon）。MC尼龙具有轻质、高强、耐磨、防腐及电绝缘等多种优良性能。但是，与其它高分子材料一样都是热的不良导体，热稳定性一般。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种导热MC尼龙复合材料。

本发明的目的之二是将己内酰胺单体与石墨等进行原位聚合反应，从而提供一种导热MC尼龙复合材料的制备方法。

本发明是利用原位聚合反应的原理，在碱性催化剂存在的条件下使己内酰胺单体在石墨表面进行原位聚合反应，制备得到导热MC尼龙复合材料。由于是原位聚合反应，石墨在MC尼龙基体中分散均匀，石墨与MC尼龙基体之间的界面相互作用力强，有利于热在界面处的传导，减小界面热阻，同时也利用应力在界面处的传递，从而使制备的导热MC尼龙复合材料的导热性能明显提高，并且较强的界面作用也显著提高了导热MC尼龙复合材料的力学性能与热稳定性。本发明制备的导热MC尼龙复合材料能满足热能利用与化工热交换等领域对高性能导热复合材料的需求。

本发明的导热MC尼龙复合材料是由以下重量份的原料经混合后进行原位熔融聚合反应得到，以己内酰胺单体的重量份为基准，其中：

所述的石墨的粒径为1～50微米。

所述的石墨选自鳞片石墨、膨胀石墨、隐晶质石墨和人工石墨中的一种或几种。

所述的碱性催化剂选自于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、乙醇钠和甲醇钠中的一种或几种。

所述的活化剂选自对苯2,4-二异氰酸酯（TDI）、己二异氰酸酯（HDI）、二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）、三苯甲烷三异氰酸酯（JQ-1胶）和碳酸二苯酯中的一种或几种。

本发明的导热MC尼龙复合材料的制备方法：以己内酰胺单体的重量份为基准，将100重量份的己内酰胺单体和1～50重量份的石墨加入到容器内，在温度为110～120℃下抽真空，在真空状态下进行脱水，当真空计所示的体系的压强<400Pa时，解除真空，加入0.005～1重量份的碱性催化剂，继续抽真空，升温至130～140℃且真空计所显示的体系的压强<400Pa时，保温至反应完成（一般保温反应的时间为10～30分钟）后解除真空，加入0.01～2重量份的活化剂，然后迅速浇铸到已预热（温度一般为160～180℃）的模具中，保温（一般保温的时间为20～50分钟）后自然冷却，脱模，即得到导热MC尼龙复合材料。

本发明的导热MC尼龙复合材料中，经己内酰胺在石墨表面进行原位聚合而成，所得复合材料的界面作用力强，能有效传递热与应力，所制备的导热MC尼龙复合材料能广泛应用于热交换领域，拓展了MC尼龙材料的应用范围。

附图说明

图1.本发明的导热MC尼龙复合材料的制备工艺流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所述的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1

将400g的己内酰胺单体和4g粒径为1微米的鳞片石墨加入到500ml的三口瓶内，用加热套加热至110～120℃，待己内酰胺单体完全熔融后，在温度为110～120℃下抽真空，在真空状态下进行脱水，当有大气泡出现且真空计所示的体系的压强<400Pa时，解除真空，迅速加入0.02g的氢氧化钠，继续抽真空，进一步升温至130～140℃,至再次出现大气泡且真空计所显示的体系的压强<400Pa时，保温反应10～30分钟后解除真空，加入0.04g的对苯2,4-二异氰酸酯，快速摇动几下三口瓶，然后迅速浇铸到已预热到160℃的模具中，保温20分钟后自然冷却至室温，脱模，即得到石墨的质量含量为1%的导热MC尼龙复合材料。

将上述得到的导热MC尼龙复合材料在80℃的水浴中煮4小时，以除去未聚合的己内酰胺单体及低聚物，然后将其放置于烘箱中于100℃干燥8小时。将经上述处理并干燥后的导热MC尼龙复合材料取出并制成条状样品，在温度为20℃，湿度为50%的恒温恒湿箱里将导热MC尼龙复合材料的条状样品放置48小时后，进行导热性能、热稳定性能和力学性能测试，结果见表1。实施例2

基本与实施例1相同，只是将实施例1中的4g粒径为1微米的鳞片石墨换成40g粒径为8微米的鳞片石墨，0.02g的氢氧化钠换成0.04g的氢氧化钾，0.04g的对苯2,4-二异氰酸酯换成0.1g的己二异氰酸酯，160℃的模具换成170℃的模具，保温20分钟改成保温30分钟，其它条件不变，制得石墨的质量含量为10%的导热MC尼龙复合材料。将得到的导热MC尼龙复合材料进行性能测试，结果见表1。

实施例3

基本与实施例1相同，只是将实施例1中的4g粒径为1微米的鳞片石墨换成60g粒径为10微米的膨胀石墨，0.02g的氢氧化钠换成0.2g的氢氧化镁，0.04g的对苯2,4-二异氰酸酯换成0.2g的二苯甲烷二异氰酸酯，160℃的模具换成180℃的模具，保温20分钟改成保温50分钟，其它条件不变，制得石墨的质量含量为15%的导热MC尼龙复合材料。将得到的导热MC尼龙复合材料进行性能测试，结果见表1。

实施例4

基本与实施例1相同，只是将实施例1中的4g粒径为1微米的鳞片石墨换成80g粒径为25微米的鳞片石墨，0.02g的氢氧化钠换成0.6g的乙醇钠，0.04g的对苯2,4-二异氰酸酯换成2g的多亚甲基多苯基多异氰酸酯，其它条件不变，制得石墨的质量含量为20%的导热MC尼龙复合材料。将得到的导热MC尼龙复合材料进行性能测试，结果见表1。

实施例5

基本与实施例1相同，只是将实施例1中的4g粒径为1微米的鳞片石墨换成100g粒径为50微米的鳞片石墨，0.02g的氢氧化钠换成2g的甲醇钠，0.04g的对苯2,4-二异氰酸酯换成4g的三苯甲烷三异氰酸酯，其它条件不变，制得石墨的质量含量为25%的导热MC尼龙复合材料。将得到的导热MC尼龙复合材料进行性能测试，结果见表1。

实施例6

基本与实施例1相同，只是将实施例1中的4g粒径为1微米的鳞片石墨换成120g粒径为15微米的隐晶质石墨，催化剂0.02g氢氧化钠换成4g氢氧化钠，0.04g的对苯2,4-二异氰酸酯换成4g的碳酸二苯酯，其它条件不变，制得石墨的质量含量为30%的导热MC尼龙复合材料。将得到的导热MC尼龙复合材料进行性能测试，结果见表1。

实施例7

基本与实施例1相同，只是将实施例1中的4g粒径为1微米的鳞片石墨换成200g粒径为2微米的人工石墨，催化剂0.02g氢氧化钠换成4g氢氧化钾，活化剂0.04g的对苯2,4-二异氰酸酯换成8g的二苯甲烷二异氰酸酯，其它条件不变，制得石墨的质量含量为50%的导热MC尼龙复合材料。将得到的导热MC尼龙复合材料进行性能测试，结果见表1。

对比例1

将400g己内酰胺单体加入到500ml的三口瓶内，用加热套加热至110～120℃，待己内酰胺单体完全熔融后，在温度为110～120℃下抽真空，在真空状态下进行脱水，当有大气泡出现且真空计所示的体系的压强<400Pa时，解除真空，迅速加入0.6g的氢氧化钠，继续抽真空，进一步升温至130～140℃，至再次出现大气泡且真空计所显示的体系的压强<400Pa时，保温反应10～15分钟后解除真空，加入1.3g的对苯2,4-二异氰酸酯，快速摇动几下三口瓶，然后迅速浇铸到已预热到170℃的模具中，保温20～30分钟后自然冷却至室温，脱模，即得MC尼龙材料。

将上述得到的MC尼龙材料在80℃的水浴中煮4小时，以除去未聚合的己内酰胺单体及低聚物，然后将其放置于烘箱中于100℃干燥8小时。将经上述处理并干燥后的MC尼龙材料取出并制成条状样品，在温度为20℃，湿度为50%的恒温恒湿箱里将MC尼龙复合材料的条状样品放置48小时后，进行导热性能、热稳定性能和力学性能测试，结果见表1。

表1

Claims (8)

1.一种导热MC尼龙复合材料，其特征是：所述的导热MC尼龙复合材料是由以下重量份的原料经混合后进行原位熔融聚合反应得到，以己内酰胺单体的重量份为基准，其中：

所述的活化剂选自对苯2,4-二异氰酸酯、己二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、三苯甲烷三异氰酸酯和碳酸二苯酯中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的导热MC尼龙复合材料，其特征是：所述的石墨的粒径为1～50微米。

3.根据权利要求1或2所述的导热MC尼龙复合材料，其特征是：所述的石墨选自鳞片石墨、膨胀石墨、隐晶质石墨和人工石墨中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的导热MC尼龙复合材料，其特征是：所述的碱性催化剂选自于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、乙醇钠和甲醇钠中的一种或几种。

5.一种权利要求1～4任意一项所述的导热MC尼龙复合材料的制备方法，其特征是：以己内酰胺单体的重量份为基准，将100重量份的己内酰胺单体和1～50重量份的石墨加入到容器内，在温度为110～120℃下抽真空，在真空状态下进行脱水，当真空计所示的体系的压强<400Pa时，解除真空，加入0.005～1重量份的碱性催化剂，继续抽真空，升温至130～140℃且真空计所显示的体系的压强<400Pa时，保温至反应完成后解除真空，加入0.01～2重量份的活化剂，然后浇铸到已预热的模具中，保温后自然冷却，脱模，得到导热MC尼龙复合材料；

所述的活化剂选自对苯2,4-二异氰酸酯、己二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、三苯甲烷三异氰酸酯和碳酸二苯酯中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述的保温至反应完成的保温反应的时间为10～30分钟。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述的已预热的模具的温度为160～180℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述的保温后自然冷却，其保温的时间为20～50分钟。