CN107778851A - 一种导热尼龙复合材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导热尼龙复合材料，包括尼龙和导热填料，所述导热填料包括氢氧化铝、α‑Al2O3以及氢氧化镁，所述氢氧化铝的粒径为2～100nm，所述α‑Al2O3的粒径为2～100nm，所述氢氧化镁的粒径为1～100μm。本发明还公开了一种导热尼龙复合材料的制造方法，包括：将尼龙、导热填料、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂以及增白剂按配比混合，获得混合物料；将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融塑化，再将玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的模头并挤出，经冷却、切粒和干燥，得到导热尼龙复合材料。本发明提供的导热尼龙复合材料使用无机导热填料提高了尼龙的导热、阻燃以及耐磨性能，降低了材料成本、绿色环保。

Description

一种导热尼龙复合材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及尼龙材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种导热尼龙复合材料。本发明还涉及一种导热尼龙复合材料的制造方法。
背景技术
传统的塑料多数为绝热材料，随着科技的发展，导热塑料逐渐走进人们的生活并进入工业生产，导热塑料是一种合理的新型热界面材料，导热材料具有优良的机械力学性能，如质轻、耐化学腐蚀性强，电绝缘性能优异、尺寸稳定性好、加工成型简便、同时导热系数较高等特点。
LED行业的LED照明灯、IT行业的电脑散风扇、汽车行业的发动机周边的零部件以及航空航天领域中很多零件都是要求材料能够迅速的将热量散发出去，以达到延长零件的使用寿命，因此导热塑料广泛用于这些领域。
尼龙是一种常见的工程塑料，广泛应用于电子电气、家用电器、机电工业、汽车电器等领域。导热塑料替代铝材是塑料行业的一次大胆的飞跃，同时也是一个趋势。为了增强尼龙塑料的导热性，常规的做法是在尼龙中加入导热填料，例如，申请号为CN201310028780.6的中国发明专利申请《导热尼龙复合材料及其制备方法和应用》(授权公告号为CN103059565A)公开了一种导热尼龙复合材料，其具体在尼龙中加入了导热填料，其中导热填料具体为氮化硼、氮化铝、碳化硅、石墨粉、铜粉、铝粉、银粉、碳纳米管、碳纤维、α-氧化铝、氧化镁、氧化锌中的一种或几种。因添加了导热填料，使得尼龙材料的导热性能得到了一定提高。例如，申请号为201510566322.7的中国专利公开了一种导热尼龙复合材料及其制备方法，其通过在尼龙里面添加导热填料氢氧化镁A和氢氧化镁B，氢氧化镁A和氢氧化镁B具有不同的粒径，使尼龙兼具阻燃性和导热性。氢氧化镁即作为无机阻燃剂又作为导热材料，从而提高了尼龙的阻燃性能和导热性能，但是氢氧化镁的价格仍较贵，无形增加了尼龙复合材料的制造成本，同时存在着耐磨性能不高的问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供了一种导热尼龙复合材料，通过在尼龙中添加导热填料，大粒径的氢氧化镁颗粒形成导热网络，小粒径的纳米纤维状氢氧化铝填充在氢氧化镁之间，同时小粒径的纳米纤维状α-Al2O3填充在氢氧化镁之间，氢氧化镁、纳米纤维状氢氧化铝以及α-Al2O3的组合提高了尼龙的导热性能，同时提高了尼龙的阻燃性能，α-Al2O3提高了尼龙的耐磨性，省去了额外添加耐磨剂增加导热尼龙复合材料的制造成本，同时氢氧化铝和α-Al2O3的使用降低了氢氧化镁的使用量，降低了原材料成本。
本发明还有一个目的是提供了一种导热尼龙复合材料的制造方法，该制造方法简单，能够制备高导热性、高阻燃性以及高耐磨的导热尼龙复合材料。
为了实现上述目的，本发明提供了一种导热尼龙复合材料，包括尼龙和导热填料，所述导热填料包括氢氧化铝、α-Al2O3以及氢氧化镁，所述氢氧化铝的粒径为2～100nm，所述α-Al2O3的粒径为2～100nm，所述氢氧化镁的粒径为1～100μm。
优选的是，所述的导热尼龙复合材料，所述氢氧化铝与所述α-Al2O3均为纤维状，所述氢氧化铝的粒径为15～85nm，所述α-Al2O3的粒径为15～85nm，所述氢氧化镁的粒径为10～70μm。
优选的是，所述的导热尼龙复合材料，以重量计，所述氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝2:1:2。
优选的是，所述的导热尼龙复合材料，以重量计，所述氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝1:1:2。
优选的是，所述的导热尼龙复合材料，以重量计，所述氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝1:1:1。
优选的是，所述的导热尼龙复合材料，包括如下重量份数的组分：
尼龙20～50份、导热填料10～30份。
优选的是，所述的导热尼龙复合材料，还包括以下重量份数的组分：
玻璃纤维5～10份、偶联剂0.6～1.5份、抗氧剂0.3～0.8份、润滑剂0.5～1.8份，分散剂1～2份、增白剂0.01～0.1份；
其中，所述增白剂为钛白粉；所述偶联剂为硅烷类偶联剂；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或两种或三种；所述润滑剂为硅酮粉、EBS中的一种或者两种。
优选的是，所述的导热尼龙复合材料，包括以下重量份数的组分：
尼龙40份、导热填料25份、玻璃纤维7份、偶联剂1份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.2份，分散剂1.5份、增白剂0.05份。
本发明还公开了一种导热尼龙复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、将尼龙、导热填料、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂以及增白剂按配比混合，获得混合物料；
步骤二、将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融塑化，再将玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的模头并挤出，经冷却、切粒和干燥，得到导热尼龙复合材料。
优选的是，所述的导热尼龙复合材料的制造方法，所述双螺杆挤出机的温度设置为：一区：160～180℃；二区：180～190℃；三区：190～200℃；四区：200～220℃；五区：200～230℃；六区：210～230℃；七区：210～230℃；八区：220～240℃；九区：210～230℃；十区：210～230℃；十区温度即为双螺杆挤出机的模头温度。
其中，一区的温度优选为163℃、166℃、168℃、172℃、175℃、177℃、179℃；二区的温度优选：181℃、183℃、184℃、187℃、189℃；三区的温度优选：192℃、193℃、195℃、197℃、199℃；四区的温度优选：202℃、204℃、206℃、208℃、212℃、216℃、219℃；五区的温度优选为：207℃、209℃、212℃、223℃、227℃；六区的温度优选为：215℃、217℃、221℃、224℃、227℃；七区的温度优选为：215℃、217℃、222℃、225℃、228℃；八区的温度优选为：224℃、227℃、230℃、236℃；九区的温度优选为：216℃、219℃、224℃、226℃；十区的温度优选为215℃、216℃、218℃、222℃、223℃、225℃、227℃。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明提供的导热尼龙复合材料通过在尼龙中添加导热填料，大粒径的氢氧化镁颗粒形成导热网络，小粒径的纳米纤维状氢氧化铝填充在氢氧化镁之间，同时小粒径的纳米纤维状α-Al2O3填充在氢氧化镁之间，氢氧化镁、纳米纤维状氢氧化铝以及α-Al2O3的组合提高了尼龙的导热性能，同时提高了尼龙的阻燃性能，α-Al2O3提高了尼龙的耐磨性，省去了额外添加耐磨剂增加导热尼龙复合材料的制造成本，同时氢氧化铝和α-Al2O3的使用降低了氢氧化镁的使用量，降低了原材料成本。
2、本发明提供的导热尼龙复合材料的制造方法简单，该制造方法能够制备出高导热性、高阻燃性以及高耐磨的导热尼龙复合材料。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
该实施例公开了一种导热尼龙复合材料，包括以下重量份数的组分：
尼龙35份、导热填料20份、玻璃纤维8份、偶联剂1.2份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.4份，分散剂1.3份、增白剂0.06份；
其中，导热填料包括粒径为10nm的纤维状氢氧化铝、粒径为10nm的纤维状α-Al2O3和粒径为50μm的氢氧化镁，且重量计，氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝2:1:2；尼龙选自PA6；增白剂为钛白粉；偶联剂为KH-550；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076，质量比为1:1；润滑剂为硅酮粉。
本发明还公开了一种导热尼龙复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述配方，将尼龙、导热填料、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂以及增白剂按配比混合，获得混合物料；
步骤二、将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融塑化，再将玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的模头并挤出，经冷却、切粒和干燥，得到导热尼龙复合材料。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区：171℃；二区：183℃；三区：194℃；四区：212℃；五区：227℃；六区：229℃；七区：224℃；八区：221℃；九区：216℃；十区：214℃；十区温度即为双螺杆挤出机的模头温度。
实施例2
该实施例公开了一种导热尼龙复合材料，包括以下重量份数的组分：
尼龙28份、导热填料15份、玻璃纤维7份、偶联剂0.8份、抗氧剂0.7份、润滑剂0.8份，分散剂1.6份、增白剂0.08份；
其中，导热填料包括粒径为55nm的纤维状氢氧化铝、粒径为55nm的纤维状α-Al2O3和粒径为90μm的氢氧化镁，以重量计，氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝1:1:2；尼龙选自PA6；增白剂为钛白粉；偶联剂为KH-560；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂168，质量比为1:1:1；润滑剂为质量比为1:1的硅酮粉和EBS。
本发明还公开了一种导热尼龙复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述配方，将尼龙、导热填料、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂以及增白剂按配比混合，获得混合物料；
步骤二、将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融塑化，再将玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的模头并挤出，经冷却、切粒和干燥，得到导热尼龙复合材料。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区：169℃；二区：187℃；三区：196℃；四区：206℃；五区：216℃；六区：224℃；七区：229℃；八区：224℃；九区：218℃；十区：215℃；十区温度即为双螺杆挤出机的模头温度。
实施例3
该实施例公开了一种导热尼龙复合材料，包括以下重量份数的组分：
尼龙40份、导热填料25份、玻璃纤维7份、偶联剂1份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.2份，分散剂1.5份、增白剂0.05份；
其中，导热填料包括粒径为20nm的纤维状氢氧化铝、粒径为20nm的纤维状α-Al2O3以及粒径为60μm的氢氧化镁，以重量计，氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝1：1：1；尼龙选自PA6；增白剂为钛白粉；偶联剂为KH-550；抗氧剂为抗氧剂1010；润滑剂为硅酮粉。
本发明还公开了一种导热尼龙复合材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、按照上述配方，将尼龙、导热填料、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂以及增白剂按配比混合，获得混合物料；
步骤二、将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融塑化，再将玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的模头并挤出，经冷却、切粒和干燥，得到导热尼龙复合材料。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区：177℃；二区：186℃；三区：194℃；四区：212℃；五区：217℃；六区：219℃；七区：224℃；八区：236℃；九区：226℃；十区：214℃；十区温度即为双螺杆挤出机的模头温度。
为了验证本发明公开的导热尼龙复合材料的性能，本发明对实施例1、实施例2和实施例3制备的导热尼龙复合材料进行了性能测试，其测试结果详见表一：
表一各实施例制备的导热尼龙复合材料的性能
导热材料 导热系数(W/m.K) 阻燃性UL94(1.6mm) 硬度
实施例1 3.15 V0 90P
实施例2 3.86 V0 95P
实施例3 4.12 V0 100P
由表一可知，向尼龙中加入导热填料后，明显提高了尼龙的导热性能、阻燃性能和耐磨性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种导热尼龙复合材料，包括尼龙和导热填料，其特征在于，所述导热填料包括氢氧化铝、α-Al2O3以及氢氧化镁，所述氢氧化铝的粒径为2～100nm，所述α-Al2O3的粒径为2～100nm，所述氢氧化镁的粒径为1～100μm。
2.根据权利要求1所述的一种导热尼龙复合材料，其特征在于，所述氢氧化铝与所述α-Al2O3均为纤维状，所述氢氧化铝的粒径为15～85nm，所述α-Al2O3的粒径为15～85nm，所述氢氧化镁的粒径为10～70μm。
3.根据权利要求1所述的一种导热尼龙复合材料，其特征在于，以重量计，所述氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝2:1:2。
4.根据权利要求1所述的一种导热尼龙复合材料，其特征在于，以重量计，所述氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝1:1:2。
5.根据权利要求1所述的一种导热尼龙复合材料，其特征在于，以重量计，所述氢氧化铝：α-Al2O3：氢氧化镁＝1:1:1。
6.根据权利要求1所述的一种导热尼龙复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：
尼龙20～50份、导热填料10～30份。
7.根据权利要求6所述的一种导热尼龙复合材料，其特征在于，还包括以下重量份数的组分：
玻璃纤维5～10份、偶联剂0.6～1.5份、抗氧剂0.3～0.8份、润滑剂0.5～1.8份，分散剂1～2份、增白剂0.01～0.1份；
其中，所述增白剂为钛白粉；所述偶联剂为硅烷类偶联剂；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168中的一种或两种或三种；所述润滑剂为硅酮粉、EBS中的一种或者两种。
8.根据权利要求7所述的一种导热尼龙复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
尼龙40份、导热填料25份、玻璃纤维7份、偶联剂1份、抗氧剂0.5份、润滑剂1.2份，分散剂1.5份、增白剂0.05份。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的导热尼龙复合材料的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将尼龙、导热填料、偶联剂、抗氧剂、润滑剂、分散剂以及增白剂按配比混合，获得混合物料；
步骤二、将所述混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融塑化，再将玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的模头并挤出，经冷却、切粒和干燥，得到导热尼龙复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种导热尼龙复合材料的制造方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的温度设置为：一区：160～180℃；二区：180～190℃；三区：190～200℃；四区：200～220℃；五区：200～230℃；六区：210～230℃；七区：210～230℃；八区：220～240℃；九区：210～230℃；十区：210～230℃；十区温度即为双螺杆挤出机的模头温度。
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