CN108239392A - 一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热pp/pa6复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热pp/pa6复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球型氮化铝‑膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，由包括以下重量份的原料制成：PA6树脂30‑70份，PP树脂10‑30份，膨胀石墨10‑20份，球型氮化铝5‑15份，相容剂5‑12份，抗氧剂0.2‑0.8份。本发明还公开了上述PP/PA6复合材料的制备方法。本发明的复合材料既具有PA6耐高温的特点又具备PP优异的加工性能，可替代铝材用于LED照明领域，也可以用于对机械性能以及导热性能要求高的其他工业领域，具有密度小、机械性能好、导热率高、成本低和应用范围广的优点。

Description

一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料及其 制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，特别涉及一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料及其制备方法。
背景技术
相比金属材料，聚合物材料具有耐化学腐蚀、成型加工、绝缘性好以及质轻等优势，可以替代金属材料在换热工程、取暖工程、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。
聚丙烯(PP)具有价格低、比重轻、耐腐蚀等特点，提高其导热能力，可以进一步拓展其在电子电气、工业及民用等领域的应用；然而涉及到具有一定导热或者散热功能的零件时，PP所具备的机械强度和耐温能力不能满足需求。CN105255184A公开了“一种LED用纳米氮化铝-膨胀石墨填充改性的PPS/PBT复合导热塑料及其制备方法”，通过在PBT和PPS塑料中加入氮化铝-膨胀石墨导热填料以提高复合材料的导热能力，但PBT和PPS塑料的成本高且应用范围相对较窄。
发明内容
本发明提供一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，在PP中混入PA6(尼龙6)，通过PA6的加入增加PP的强度、耐热性、耐腐蚀性以及导热性能，且PA因具有较强的极性，能有效浸润导热填料，此外，PP基体本身也作为分散相，能有效连接分散导热填料，协同组建导热网链，提高复合材料的力学性能以及导热性能。因此，本发明的PP/PA6基体在功能上具有协同作用，具有成本低，应用范围广等优点。
本发明还提供上述高导热PP/PA6复合材料的制备方法，在PP中混入PA6 (尼龙6)，通过PA6的加入增加PP的强度、耐热性、耐腐蚀性以及导热性能，且PA因具有较强的极性，能有效浸润导热填料，此外，PP基体本身也作为分散相，能有效连接分散导热填料，协同组建导热网链，提高复合材料的力学性能以及导热性能。因此，本发明的PP/PA6基体在功能上具有协同作用，具有成本低，应用范围广等优点。
本发明的技术方案如下：
一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，由包括以下重量份的原料制成：
优选为，所述的PA6熔体熔融指数为10-35g/10min(235℃，2.16KG)；所述的PP熔体熔融指数为2-40g/10min(190℃，2.16KG)。
优选为，所述的膨胀石墨为高温膨化后的天然石墨，其粒径范围为1250目～2500目；所述的球型氮化铝的粒径范围为100目～250目。
优选为，所述的膨胀石墨与所述的球型氮化铝的重量比为10∶1～1∶10。
优选为，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、SEBS接枝马来酸酐共聚物、聚氧乙烯聚氧丙稀三嵌段共聚物或硅烷偶联剂中的一种或者几种。
优选为，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种。
本发明还公开了一种上述的球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取所述重量份的PA6树脂、PP树脂、膨胀石墨、球型氮化铝、相容剂和抗氧剂，待用；
(2)将PA6树脂、膨胀石墨和球型氮化铝均添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出得到预混物一；将PP树脂、相容剂和抗氧剂添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出得到预混物二；
(3)将所述的预混物一和所述的预混物二加到双螺杆挤出机中，熔融挤出即得所述的高导热PP/PA6复合材料。
优选为，步骤(3)中双螺杆挤出机的螺杆转速为350r/min，温度为200℃-240℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
一、本发明的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，通过在廉价、加工性能优异的PP材料中加入PA6，PA6的加入增加PP的强度、耐热性、耐腐蚀性以及导热性能，且PA因具有较强的极性，能有效浸润导热填料，此外，PP基体本身也作为分散相，能有效连接分散导热填料，协同组建导热网链，提高复合材料的力学性能以及导热性能；
二、本发明的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，在PP/PA6中加入不同粒径范围的球型氮化铝和膨胀石墨，粒径大的膨胀石墨构建主体的导热网络，粒径小的球型氮化铝可进一步优化膨胀石墨之间的联系，有利于导热性能的提高，从而通过导热填料的粒径和重量比例来控制PP/PA6复合材料的导热性能；
三、本发明的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，在PP/PA6中加入相容剂，以促进PP/PA6相容，既具有PA6耐高温的特点又具备PP优异的加工性能，可以替代铝材用于LED照明领域，也可以用于对机械性能以及导热性能要求高的其他工业领域，成本低、应用范围广。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，由包括以下重量份的原料制成：
所述的PA6熔体熔融指数为10-35g/10min(235℃，2.16KG)；所述PP熔体熔融指数为2-40g/10min(190℃，2.16KG)。
所述的膨胀石墨为高温膨化后的天然石墨，其粒径范围为1250目～2500目；所述球型氮化铝的粒径范围为100目～250目；所述的膨胀石墨与所述球型氮化铝的重量比为10∶1～1∶10。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、SEBS接枝马来酸酐共聚物、聚氧乙烯聚氧丙稀三嵌段共聚物或硅烷偶联剂中的一种或者几种。
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种。
本发明还公开了一种上述的球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取所述重量份的PA6树脂、PP树脂、膨胀石墨、球型氮化铝、相容剂和抗氧剂，待用；
(2)将PA6树脂、膨胀石墨和球型氮化铝均添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出得到预混物一；将PP树脂、相容剂和抗氧剂添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出得到预混物二；
(3)将所述的预混物一和所述的预混物二加到双螺杆挤出机中，熔融挤出即得所述的高导热PP/PA6复合材料；螺杆转速为350r/min，温度为200℃-240℃。
PP材料因具有成本低、质轻、易于加工成型等优点而得到广泛的应用，然而由于其导热性能差，在一些会产热、发热和聚热等领域限制了其使用。本发明通过在PP材料中加入PA6，以改善PP的性能，如机械强度、耐热和导热性，同时PA6能有效浸润导热填料，与PP材料协同组建导热网链，提高复合材料的力学性能和导热性能；进一步的，本发明对导热填料也做出了特定的选择，包括对导热填料的种类、粒径和重量比，通过种类、粒径大小及重量比来控制复合材料的导热性能，具体地：在PP/PA6中加入不同粒径范围的球型氮化铝和膨胀石墨，粒径大的膨胀石墨构建主体的导热网络，粒径小的球型氮化铝可进一步优化膨胀石墨之间的联系，有利于导热性能的提高，从而通过导热填料的粒径和重量比例来控制PP/PA6复合材料的导热性能。
为了更好阐述本发明的技术方案，以下通过若干个具体实施例以体现本发明的技术特征，且通过将实施例中制得PP/PA6复合材料进行相关的性能测试，以说明本发明的PP/PA6复合材料实现了本发明所提及的发明目的。
以下实施例均按照以下步骤操作：将PA6树脂、PP树脂、膨胀石墨、球型氮化铝、相容剂以及抗氧剂按上述比例使用双螺杆挤出机进行熔融共混和挤出造粒，其中挤出机按照表1工艺进行操作，其螺杆转速为350r/min，温度为200℃-240℃；
表1
实施例1
本实施例的高导热PP/PA6复合材料，由包括以下重量份的原料制成：
其中，导热填料包括膨胀石墨15份以及球型氮化铝10份，其粒径分别为1250目和250目；相容剂为3份马来酸酐接枝聚丙烯和2份SEBS接枝马来酸酐共聚物的共混物；抗氧剂为0.3份抗氧剂1010和0.5份抗氧剂168的共混物。
实施例1的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将已称取的PA6树脂、膨胀石墨和球型氮化铝均添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出得到预混物一；和将已称取的PP树脂、相容剂和抗氧剂添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出得到预混物二；
(2)将所述的预混物一和所述的预混物二加到双螺杆挤出机中，熔融挤出即得所述的高导热PP/PA6复合材料；螺杆转速为350r/min，温度如表一所示。
实施例2
本实施例的高导热PP/PA6复合材料，由包括以下重量份的原料制成：
其中，导热填料包括膨胀石墨5份以及球型氮化铝20份，其粒径分别为1250目和250目；相容剂为3份马来酸酐接枝聚丙烯和2份SEBS接枝马来酸酐共聚物的共混物；抗氧剂为0.3份抗氧剂1010和0.5份抗氧剂168的共混物。
实施例3
本实施例的高导热PP/PA6复合材料，由包括以下重量份的原料制成：
其中导热填料包括膨胀石墨15份以及球型氮化铝15份，其粒径分别为250目以及1250目；相容剂为3份马来酸酐接枝聚丙烯和2份SEBS接枝马来酸酐共聚物的共混物；抗氧剂为0.3份抗氧剂1010和0.5份抗氧剂168的共混物。
实施例4
本实施例的高导热PP/PA6复合材料，由包括以下重量份的原料制成：
其中导热填料包括膨胀石墨5份以及球型氮化铝25份，其粒径分别为1250目以及250目；相容剂为3份马来酸酐接枝聚丙烯和2份SEBS接枝马来酸酐共聚物的共混物；抗氧剂为0.3份抗氧剂1010和0.5份抗氧剂168的共混物。
实施例5
本实施例的高导热PP/PA6复合材料，由包括以下重量份的原料制成：
其中导热填料包括鳞片型石墨25份以及球型氧化铝5份，其粒径分别为1250目以及250目；相容剂为3份马来酸酐接枝聚丙烯和2份SEBS接枝马来酸酐共聚物的共混物；抗氧剂为0.3份抗氧剂1010和0.5份抗氧剂168的共混物。
对实例1-5所得PP/PA6导热复合材料试样进行性能测试，其中力学性能按照ISO样条测试，导热测试仪垂直于流向方向测试，结果记录于表2中。
表2
从表2可以看出，通过导热填料不同比例与尺寸的配合，可以制备出导热系数为2.1W/m·K的PP/PA6复合材料，该复合材料综合力学性能好，具有很好的市场前景。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：
2.根据权利要求1所述的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，其特征在于，所述的PA6熔体熔融指数为10-35g/10min；所述的PP熔体熔融指数为2-40g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，其特征在于，所述的膨胀石墨为高温膨化后的天然石墨，其粒径范围为1250目～2500目；所述的球型氮化铝的粒径范围为100目～250目。
4.根据权利要求1所述的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，其特征在于，所述的膨胀石墨与所述的球型氮化铝的重量比为10∶1～1∶10。
5.根据权利要求1所述的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、SEBS接枝马来酸酐共聚物、聚氧乙烯聚氧丙稀三嵌段共聚物或硅烷偶联剂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或两种。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别称取所述重量份的PA6树脂、PP树脂、膨胀石墨、球型氮化铝、相容剂和抗氧剂，待用；
(2)将PA6树脂、膨胀石墨和球型氮化铝添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出得到预混物一；将PP树脂、相容剂和抗氧剂添加到双螺杆挤出机中，熔融挤出得到预混物二；
(3)将所述的预混物一和所述的预混物二加到双螺杆挤出机中，熔融挤出即得所述的高导热PP/PA6复合材料。
8.根据权利要求7所述的球型氮化铝-膨胀石墨增强高导热PP/PA6复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中双螺杆挤出机的螺杆转速为350r/min，温度为200℃-240℃。
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