CN108587166A - 高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料及其制备方法，该复合材料包括50‑80重量份的聚苯硫醚，5‑30重量分的碳纳米管母粒，5‑30重量分的碳纤维，0‑15重量分的导电陶瓷纤维；0.1‑2重量分的加工助剂。该复合材料的制备方法为：将重量比为80％的聚苯硫醚和重量比为20％的碳纳米管原料投入球磨机中研磨混合获得混合料，将混合料投入双螺杆挤出机中挤出造粒获得碳纳米管母粒；将碳纳米管母粒、聚苯硫醚、导电陶瓷纤维和加工助剂按比例在回转式混合机混合得到混合物；将混合物从双螺杆挤出机的主下料口投入，将碳纤维经振动式送料器从挤出机侧喂料口投入，进行熔融混合挤出造粒。本发明产品的导热性和抗静电性大大提高。

Description

高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料复合材料领域，具体涉及的是一种高强度导热抗静 电聚苯硫醚复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯硫醚(PPS)是美国Phillips Petroleum石油公司于1968年开发 成功的一种性能优越的新型特种工程塑料。近10年来，PPS已成为工程塑料 中发展最快的品种。PPS是由硫原子和亚苯基环以对位替换模式形成的聚合物。 其分子结构中含有高度稳定的化学键，使其对热降解和化学反应均具有很高 的分子稳定性。同时，该聚合物的分子结构也易于形成一个具有热稳定性的 晶体点阵，由于其分子结构所呈现的特点，PPS在燃烧中往往会形成炭质残渣， 使材料具有与生俱来的阻燃性能。热氧稳定性突出，最高连续使用温度可达 260℃，热分解温度可达522℃；
目前PPS是耐高温塑料中价格较低，综合性能优异的热塑性材料。由于 其出色的热稳定性现逐渐被用于LED照明、汽车、加热/冷却/制冷等领域， 用于替代有散热需要的金属零部件的材料，比如铝等。在聚苯硫醚导热导电 填料可以制备成导热、导电塑料复合材，实现部件在高温环境下使用过程中 的均匀散热，有效避免了灼热点，减少零部件因局部或全部产生高温而造成 的变形，由于具有导电性也可用于一些对材料导电性能要求较高的领域如电 器工程、电磁屏蔽、电子信息领域。
但是，纯PPS硬而脆，机械性能不高，所以在制备各种PPS复合材时一 般会考虑补强效果。无机导热填料如氧化铝、氧化锌、氧化铍、氮化硼、氮 化铝，导热性较好但本身属于绝缘材，因此不适于制备导热抗静电塑料，所 以一般会采用在塑料中添加导热、导电系数较高的碳系填料如炭黑、石墨烯、 碳纤维、碳纳米管来制备导热抗静电复合材。其中炭黑价格低廉，获取方便 但是对复合材的补强作用较差。石墨烯价格昂贵且相关产业还未成熟。碳纳 米管本身导热性、导电性、机械性能优异，缺点是自身颗粒容易团聚，在树 脂基体中不易分散，取向不易控制，因而补强效果也一般。目前在塑料复合 材上商用较广的为短切丙烯腈基碳纤维，其补强抗静电效果较好，但其导热 效果一般，制备高导热抗静电复合材效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料及其制 备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料，包括：
50-80重量份的聚苯硫醚，所述聚苯硫醚为注塑级聚苯硫醚，熔体流动速 率200-2500g/10min；
5-30重量分的碳纳米管母粒，所述碳纳米管母粒由80％重量比的聚苯硫 醚和20％重量比的碳纳米管原料进行研磨混合后造粒制成，所述碳纳米管原料 为多壁碳纳米管母粒，所述多壁碳纳米管直径为1.5-35nm；
5-30重量分的碳纤维，所述碳纤维为沥青基短切碳纤维，平均长度10μ m-2mm；
0-15重量分的导电陶瓷纤维；所述导电陶瓷纤维为大塚化学DENTALL WK-500系列；
0.1-2重量分的加工助剂，所述加工助剂为酯类硬脂酸、金属皂类、硬脂 酸钙、硬脂酸锌、季戊四醇硬脂酸酯和硅酮母粒中的一种或几种的混合物。
本发明还提供了一种高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料的制备方法， 包括以下步骤：
(1)碳纳米管母粒制备：将重量比为80％的聚苯硫醚和重量比为20％的 碳纳米管原料投入球磨机中研磨混合获得混合料，将混合料投入双螺杆挤出 机中挤出造粒获得碳纳米管母粒。
(2)将碳纳米管母粒、聚苯硫醚、导电陶瓷纤维和加工助剂按比例在回 转式混合机混合得到混合物；
(3)将混合物从双螺杆挤出机的主下料口投入，将碳纤维经振动式送料 器从挤出机侧喂料口投入，进行熔融混合挤出造粒。
进一步地，步骤(2)中使用的回转式混合机，回转速度60～120rpm，混 合时间5～10min；步骤(3)中的双螺杆挤出机吐出量100～300Kg/h，转速 200～400rpm，机筒各段温度310±20℃，机头温度320±10℃，真空段抽出压 力-0.08±0.02MPa。
与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：
1.先碳纳米管分散到聚苯硫醚基体中制备成碳纳米管母粒，然后将碳纳 米管母粒同碳纤维、导电陶瓷纤维、和聚苯硫醚树脂熔融共混挤出造粒，使 碳纳米管均匀分散，解决了碳纳米管团聚、不易分散、取向不易控制的问题；
2.采用碳纳米管同沥青基短切碳纤维和导电陶瓷纤维复合使用，使本发 明产品的导热性和抗静电性大大提高。
具体实施方式
本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理 解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料 比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书 中所详细描述的本发明。
实施例一
(1)碳纳米管母粒制备：将重量比为80％的聚苯硫醚和重量比为20％的 酸洗后的碳纳米管原料投入球磨机中研磨混合获得混合料，将混合料投入双 螺杆挤出机中挤出造粒获得碳纳米管母粒；
(2)将制备的碳纳米管母粒5份、70份聚苯硫醚、5份导电陶瓷纤维、 0.5份硬脂酸钙投入到回转速度为60rpm的回转式混合机混合5min后得到混 合物；
(3)将混合物从双螺杆挤出机的主下料口投入，将19.5份碳纤维经振 动式送料器从挤出机侧喂料口投入，在双螺杆挤出机内熔融混合挤出造粒， 双螺杆挤出机吐出量设置为200Kg/h，转速设置为300rpm，，机筒各段温度设 置为310℃，机头温度设置为330℃，真空段抽出压力-0.1MPa。
实施例二
(1)碳纳米管母粒制备：将重量比为80％的聚苯硫醚和重量比为20％的 酸洗后的碳纳米管原料投入球磨机中研磨混合获得混合料，将混合料投入双 螺杆挤出机中挤出造粒获得碳纳米管母粒；
(2)将制备的碳纳米管母粒20份、45份聚苯硫醚、5份导电陶瓷纤维、 0.5份硬脂酸钙投入到回转速度为60rpm的回转式混合机混合5min后得到混 合物；
(3)将混合物从双螺杆挤出机的主下料口投入，将29.5份碳纤维经振 动式送料器从挤出机侧喂料口投入，在双螺杆挤出机内熔融混合挤出造粒， 双螺杆挤出机吐出量设置为200Kg/h，转速设置为300rpm，，机筒各段温度设 置为310℃，机头温度设置为330℃，真空段抽出压力-0.1MPa。
实施例一、二中所制备的复合材料和对比例(含30％碳纤维的聚苯硫醚) 主要指标对比如下：
实施例一 实施例二 对比例
拉伸强度MPa 180 260 190
弯曲强度MPa 290 350 290
弯曲弹性模量GPa 19GPa 22GPa 20GPa
导热系数W/m.k 4.8 5.7 0.6
体积电阻率Ω.cm 130 90 2000
由对比指标可以看出，本发明制备的复合材，其导热性、抗静电(体积 电阻率)性都超过了对比例(含30％碳纤维的聚苯硫醚)。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意 在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者 设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包 括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (3)

1.一种高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料，其特征在于包括：
50-80重量份的聚苯硫醚，所述聚苯硫醚为注塑级聚苯硫醚，熔体流动速率200-2500g/10min；
5-30重量分的碳纳米管母粒，所述碳纳米管母粒由80％重量比的聚苯硫醚和20％重量比的碳纳米管原料进行研磨混合后造粒制成，所述碳纳米管原料为多壁碳纳米管母粒，所述多壁碳纳米管直径为1.5-35nm；
5-30重量分的碳纤维，所述碳纤维为沥青基短切碳纤维，平均长度10μm-2mm；
0-15重量分的导电陶瓷纤维；所述导电陶瓷纤维为大塚化学DENTALL WK-500系列；
0.1-2重量分的加工助剂，所述加工助剂为酯类硬脂酸、金属皂类、硬脂酸钙、硬脂酸锌、季戊四醇硬脂酸酯和硅酮母粒中的一种或几种的混合物。
2.一种权利要求1中的高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)碳纳米管母粒制备：将重量比为80％的聚苯硫醚和重量比为20％的碳纳米管原料投入球磨机中研磨混合获得混合料，将混合料投入双螺杆挤出机中挤出造粒获得碳纳米管母粒；
(2)将碳纳米管母粒、聚苯硫醚、导电陶瓷纤维和加工助剂按比例在回转式混合机混合得到混合物；
(3)将混合物从双螺杆挤出机的主下料口投入，将碳纤维经振动式送料器从挤出机侧喂料口投入，进行熔融混合挤出造粒。
3.根据权利要求2中的高强度导热抗静电聚苯硫醚复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中使用的回转式混合机，回转速度60～120rpm，混合时间5～10min；
步骤(3)中的双螺杆挤出机吐出量100～300Kg/h，转速200～400rpm，机筒各段温度310±20℃，机头温度320±10℃，真空段抽出压力-0.08±0.02MPa。
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