CN105273372A - 一种高分子导散热共混复合材料及自动化制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子导散热共混复合材料，其是由以下质量份的原料组成：35~75份的基体树脂、0~10份的增韧剂、20~50份的导热填料、0.2~1.0份的抗氧剂1010、0.2~1.0份的亚磷酸酯类抗氧剂168、0.5~1.5份的粉体表面活化处理剂、0.5~1.5份的润滑剂。高分子导散热共混复合材料的自动化制备方法，包括步骤：1）先用粉体表面活化处理剂在高速搅拌机中对导热填料进行表面处理20min；2）然后通过自动输送装置进入另一台高速搅拌机，与其它原料混合均匀；3）将上步得到的混合物自动输送到密炼机中密炼捏合15min；4）得到的混合物直接进入双螺杆挤出机挤出造粒即可。本发明制备的导散热材料具有较高的力学性能和导热性能，实现了自动化、连续化生产，节省了大量的人力，大大缩短了生产周期和降低了生产成本，可广泛应用于LED照明、电子电器、汽车等需要良好导散热性能的领域。

Description

一种高分子导散热共混复合材料及自动化制备方法

技术领域

本发明涉及一种高分子导散热共混复合材料及自动化制备方法。

背景技术

近年来，高分子导热复合材料由于具有密度比金属和陶瓷小、产品设计自由度高、易加工成型等一系列优异特性，在LED照明、电子散热器等领域的应用日益广泛。这类材料主要是将氧化铝等导热粉体与高分子树脂基体共混制得，利用导热粉体在高分子树脂基体中形成导热网络而达到散热的效果。其制备方法主要有一步法和两步法两种：一是将导热粉体与树脂原料及其它成分混合后，经双螺杆挤出机直接挤出造粒；二是先将导热粉体与部分树脂基体经密炼机密炼、冷却破碎后，再经双螺杆挤出机挤出造粒。对于第一种方法，由于导热粉体的填充量较高，在挤出造粒的过程中极易造成下料困难，使得生产的连续性受到严重影响，且易导致导热填料在基体树脂中分散不均，不能形成有效的导热网络，使得材料的导热性能得不到有效提高。而第二种方法，考虑到了第一种方法的缺陷，先将导热粉体与部分树脂进行密炼，相当于进行了一次导热粉体的预分散，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒的二次分散作用，使得导热粉体在树脂基体中的分散均匀性得到有效提高，导热性能更佳，但由于中间增加了密炼和冷却破碎的工序，属于间歇性生产，不仅大大增加了人力成本，更延长了生产周期，导致加工成本大幅增加。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高分子导散热共混复合材料及自动化制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种高分子导散热共混复合材料，其是由以下质量份的原料组成：35~75份的基体树脂、0~10份的增韧剂、20~50份的导热填料、0.2~1.0份的抗氧剂1010、0.2~1.0份的亚磷酸酯类抗氧剂168、0.5~1.5份的粉体表面活化处理剂、0.5~1.5份的润滑剂。

所述的基体树脂为聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、尼龙（PA）、聚苯醚（PPS）、液晶聚合物（LCP）、聚乳酸（PLA）中的任意一种。

所述的增韧剂为PP-g-MAH、POE-g-MAH、EPDM-g-MAH、MBS-g-MAH、EVA-g-MAH、SBS-g-MAH、SEBS-g-MAH、EPR-g-MAH、PP-g-GMA、POE-g-GMA、EPDM-g-GMA、MBS-g-GMA、EVA-g-GMA、SBS-g-GMA、SEBS-g-GMA、EPR-g-GMA中的至少一种。

所述的导热填料为氧化铝、氧化镁、碳化硅、氮化铝、氧化锌、氮化硅、氮化硼、石墨、碳纤维、石墨烯、铝粉、铜粉中的至少两种形成的复配物。

所述的粉体表面活化处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的至少一种；优选的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，进一步优选的，所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-580、KH-590、KH-602、KH-402、KH-552、KH-792、A-151、A-171、A-172中的至少一种。

所述的润滑剂为EBS、TAF、PETS、PE蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺中的至少一种。

所述的一种高分子导散热共混复合材料的自动化制备方法，包括步骤：

1）先用粉体表面活化处理剂在高速搅拌机中对导热填料进行表面处理20min；

2）然后通过自动输送装置进入另一台高速搅拌机，与其它原料混合均匀；

3）将上步得到的混合物自动输送到密炼机中密炼捏合15min；

4）得到的混合物直接进入双螺杆挤出机挤出造粒即可。

所述的一种高分子导散热共混复合材料的自动化制备方法，相对于背景技术中提到的高分子导热复合材料的传统制备方法，优势和创新比较如下：

1）传统的一步法制备方法，主要是将导热粉体与树脂原料及其它成分混合后，经双螺杆挤出机直接挤出造粒，该方法虽然实现了复合材料的自动化生产，但由于导热粉体的填充量较高，在挤出造粒的过程中极易出现的下料困难，主要表现为物料在下料口发生架桥现象，另外由于导热粉体的密度比树脂大，物料极易在料斗中发生分层，即更多密度大的导热粉体和少量树脂先进入双螺杆挤出机中，由于树脂量相对较少，不足以包裹大量的导热粉体，导致部分导热粉体聚集在进料口而不能连续送入到挤出机中，造成挤出机后段供料不足，进而发生断条，使得生产的连续性受到严重影响，同时由于各组分密度的不同导致的物料分层，易造成导热填料在基体树脂中分散不均，后果是不仅不能形成有效的导热网络，而且会严重影响最终产品的质量稳定性。

2）传统的两步法制备方法，考虑到一步法存在的技术缺陷，第一步是先将导热粉体与部分树脂基体经密炼机密炼、冷却破碎，第二步再经双螺杆挤出机挤出造粒。第一步的密炼过程相当于进行了一次导热粉体的预分散，第二步通过双螺杆挤出机挤出造粒的二次分散作用，使得导热粉体在树脂基体中的分散均匀性得到有效提高，导热性能更佳，但由于中间增加了密炼和冷却破碎的工序，属于间歇性生产，不仅大大增加了人力成本，更延长了生产周期，导致加工成本大幅增加。

3）本发明的高分子导散热共混复合材料的自动化制备方法，充分考虑了一步法和二步法存在的技术不足，在导热粉体表面处理工序和物料混合处理工序后均增加了自动输送装置和储料罐，即在导热粉体经过表面处理后，通过自动输送装置进入储料罐；之后储料罐中的物料经自动输送装置，进入第二台高速搅拌机中，与其它物料成分进行混合处理，混合均匀的物料经自动输送装置进入另一台储料罐；之后物料从储料罐中经自动输送装置进入密炼机中进行密炼，物料经密炼之后，直接进入双螺杆挤出机料斗中并挤出造粒，全程实现自动化生产。该方法在充分利用了传统两步法的预分散和二次分散的优势，不仅实现了导热粉体在树脂基体中的均匀分散和导热性能的有效提升，更为重要的是克服了传统两步法间歇性生产的弊端，实现了自动化、连续化生产。

本发明的有益效果是：本发明制备的复合材料具有较高的力学性能和导热性能，本发明的复合材料的自动化制备方法实现了高分子导散热复合材料的自动化、连续化生产，节省了大量的人力，大大缩短了生产周期和降低了生产成本。

具体实施方式

一种高分子导散热共混复合材料，其是由以下质量份的原料组成：35~75份的基体树脂、0~10份的增韧剂、20~50份的导热填料、0.2~1.0份的抗氧剂1010、0.2~1.0份的亚磷酸酯类抗氧剂168、0.5~1.5份的粉体表面活化处理剂、0.5~1.5份的润滑剂。

所述的基体树脂为聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、尼龙（PA）、聚苯醚（PPS）、液晶聚合物（LCP）、聚乳酸（PLA）中的任意一种。

所述的增韧剂为PP-g-MAH、POE-g-MAH、EPDM-g-MAH、MBS-g-MAH、EVA-g-MAH、SBS-g-MAH、SEBS-g-MAH、EPR-g-MAH、PP-g-GMA、POE-g-GMA、EPDM-g-GMA、MBS-g-GMA、EVA-g-GMA、SBS-g-GMA、SEBS-g-GMA、EPR-g-GMA中的至少一种。

所述的导热填料为氧化铝、氧化镁、碳化硅、氮化铝、氧化锌、氮化硅、氮化硼、石墨、碳纤维、石墨烯、铝粉、铜粉中的至少两种形成的复配物。

所述的粉体表面活化处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的至少一种；优选的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，进一步优选的，所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-580、KH-590、KH-602、KH-402、KH-552、KH-792、A-151、A-171、A-172中的至少一种。

所述的润滑剂为EBS、TAF、PETS、PE蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺中的至少一种。

高分子导散热共混复合材料的自动化制备方法，包括步骤：

1）先用粉体表面活化处理剂在高速搅拌机中对导热填料进行表面处理20min；

2）然后通过自动输送装置进入另一台高速搅拌机，与其它原料混合均匀；

3）将上步得到的混合物自动输送到密炼机中密炼捏合15min；

4）得到的混合物直接进入双螺杆挤出机挤出造粒即可。

下面结合具体实施例对本发明的配方和自动化制备方法做进一步的说明：

实施例1：

首先将40份的氧化铝、5份的氮化铝加入高速搅拌机中，然后加入0.6份的硅烷偶联剂KH-550，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有53.1份PBT树脂、0.4份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、0.5份TAF润滑剂和5份SBS-g-MAH增韧剂的密炼机中，在240℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

本实施例中的原料均以质量份计算，投料总质量份为100份，下同。

实施例2：

首先将40份的氧化铝、6份的氮化铝和2.5份的氮化硼加入高速搅拌机中，然后加入0.7份的硅烷偶联剂KH-550，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有40.2份PA6树脂、0.4份抗氧剂1010、0.6份抗氧剂168、0.2份PETS润滑剂、0.4份PE蜡和9份EPDM-g-MAH增韧剂的密炼机中，在220℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

实施例3：

首先将40份的氧化镁、7份的氧化锌和3份的氮化硼加入高速搅拌机中，然后加入1.0份的硅烷偶联剂A-151，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有37份PLA树脂、0.5份抗氧剂1010、0.5份抗氧剂168、0.4份PETS润滑剂、0.6份硅酮粉和10份EPDM-g-GMA增韧剂的密炼机中，在180℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

实施例4：

首先将15份的氮化铝和5份的铝粉加入高速搅拌机中，然后加入0.5份的硅烷偶联剂A-151，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有72.4份ABS树脂、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、0.5份EBS润滑剂和6份MBS-g-GMA增韧剂的密炼机中，在190℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

实施例5：

首先将18份的铜粉和2份的石墨烯加入高速搅拌机中，然后加入0.5份的硅烷偶联剂A-172，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有68.2份PS树脂、0.4份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、0.5份芥酸酰胺润滑剂和10份SBS-g-GMA增韧剂的密炼机中，在170℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

实施例6：

首先将30份的氧化铝、6份的石墨和1.5份的碳纤维加入高速搅拌机中，然后加入0.6份的硅烷偶联剂KH-590，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有60.4份LCP树脂、0.5份抗氧剂1010、0.5份抗氧剂168和0.5份PETS润滑剂的密炼机中，在295℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

实施例7：

首先将30份的氧化镁、8份的碳化硅和2份的碳纤维加入高速搅拌机中，然后加入0.9份的硅烷偶联剂KH-792，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有50份PET树脂、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、0.5份PETS润滑剂和8份MBS-g-GMA的密炼机中，在245℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

实施例8：

首先将20份的石墨、1.5份的碳纤维和4份的氮化硼加入高速搅拌机中，然后加入0.6份的硅烷偶联剂KH-552，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有62份PPS树脂、0.5份抗氧剂1010、1.0份抗氧剂168、0.5份PETS润滑剂和10份SEBS-g-GMA的密炼机中，在275℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

实施例9：

首先将15份的石墨、3份的碳纤维和2份的石墨烯加入高速搅拌机中，然后加入0.5份的硅烷偶联剂KH-402，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有73.4份PC树脂、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、0.5份芥酸酰胺润滑剂和5份SBS-g-GMA的密炼机中，在265℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

实施例10：

首先将35份的氧化铝、10份的氧化锌和5份的氮化硼加入高速搅拌机中，然后加入1.5份的硅烷偶联剂KH-550，经高速搅拌对导热粉体进行表面处理20min，得到的预处理粉体经自动输送装置送到装有35.8份PP树脂、0.4份抗氧剂1010、0.8份抗氧剂168、1.0份的PE蜡、0.5份EBS润滑剂和10份POE-g-MAH的密炼机中，在205℃下进行密炼捏合15min，之后将得到的混合物自动输送到双螺杆挤出机中挤出造粒。

对实施例1~10获得产品进行拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度和导热系数检测，相关数据分别列于表11。

表11：实施例1~10中制备产品的性能数据表

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Claims (8)

1.一种高分子导散热共混复合材料，其特征在于：其是由以下质量份的原料组成：35~75份的基体树脂、0~10份的增韧剂、20~50份的导热填料、0.2~1.0份的抗氧剂1010、0.2~1.0份的亚磷酸酯类抗氧剂168、0.5~1.0份的粉体表面活化处理剂、0.2~1.0份的润滑剂。

2.根据权利要求1所述的一种高分子导散热共混复合材料，其特征在于：所述的基体树脂为聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、尼龙（PA）、聚苯醚（PPS）、液晶聚合物（LCP）、聚乳酸（PLA）中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种高分子导散热共混复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为PP-g-MAH、POE-g-MAH、EPDM-g-MAH、MBS-g-MAH、EVA-g-MAH、SBS-g-MAH、SEBS-g-MAH、EPR-g-MAH、PP-g-GMA、POE-g-GMA、EPDM-g-GMA、MBS-g-GMA、EVA-g-GMA、SBS-g-GMA、SEBS-g-GMA、EPR-g-GMA中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种高分子导散热共混复合材料，其特征在于：所述的导热填料为氧化铝、氧化镁、碳化硅、氮化铝、氧化锌、氮化硅、氮化硼、石墨、碳纤维、石墨烯、铝粉、铜粉中的至少两种形成的复配物。

5.根据权利要求1所述的一种高分子导散热共混复合材料，其特征在于：所述的粉体表面活化处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的一种高分子导散热共混复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、KH-580、KH-590、KH-602、KH-402、KH-552、KH-792、A-151、A-171、A-172中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种高分子导散热共混复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为EBS、TAF、PETS、PE蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺中的至少一种。

8.权利要求1所述的一种高分子导散热共混复合材料的自动化制备方法，其特征在于：包括步骤：

先用粉体表面活化处理剂在高速搅拌机中对导热填料进行表面处理20min；

然后通过自动输送装置进入另一台高速搅拌机，与其它原料混合均匀；

将上步得到的混合物自动输送到密炼机中密炼捏合15min；

得到的混合物直接进入双螺杆挤出机挤出造粒即可。