CN109354758B - 一种柔性导热材料、柔性导热型材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

提供了柔性导热材料、柔性导热型材及其制备方法。所述柔性导热材料可以包括主体树脂、导热填料、增强树脂和助剂材料，所述助剂材料包括增强填料、分散剂、润滑剂、抗氧剂和偶联剂，其中，基于柔性导热材料的总重量，主体树脂的含量为20wt％至50wt％，导热填料的含量为30wt％至65wt％，增强树脂的含量为2wt％至10wt％，增强填料的含量为3wt％至8wt％，分散剂的含量为0.5wt％至2.0wt％，润滑剂的含量为5wt％至15wt％，抗氧剂的含量为0.1wt％至0.5wt％，偶联剂的含量为1wt％至2wt％。

Description

一种柔性导热材料、柔性导热型材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种柔性导热材料、柔性导热型材及其制备方法。

背景技术

在化工、电力领域中，管道、罐体和换热设备伴热一般采用外伴热管(带)伴热系统或夹套管伴热系统。外伴热管对物料管传热主要依靠空气对流和辐射传热的方式，传热效率低，热损耗较大。采用夹套管伴热时虽然传热效率较高，热损耗低，但安装和检修难度较大，人工成本高。在现有的外伴热系统安装工艺中，可以在伴热管与物料管或换热设备之间的接触处填充导热胶泥，以使外伴热管(带)与物料管或热交换设备紧密接触，增大接触面积，用热传导代替对流传热和热辐射的传热方式，提高传热效率。导热胶泥是一种泥状导热材料，分为无机型和有机型两类。无机型导热胶泥不防水，施工时需要手工涂抹，施工后需要留出固化时间，固化后传热一致性受到施工质量的影响。无机型导热胶泥固化后坚硬、线膨胀系数小，在管道经历高温工况或频繁温降时易导致导热胶泥发生开裂、脱落，从而降低整体伴热效果。有机型导热胶泥具有防水性，施工时需要手工涂抹，人工成本高，传热一致性受到施工质量影响，使用温度低于无机型导热胶泥。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种柔性导热材料、由该柔性导热材料制备的柔性导热型材及其制备方法。柔性导热材料及由该柔性导热材料制备的柔性导热型材在常温下保持柔性，在实现防水、高导热性能的同时可以在管道上快速安装，节省人工成本，保证施工一致性，减少人工施工质量对传热效果的影响。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种柔性导热材料，所述柔性导热材料可以包括主体树脂、导热填料、增强树脂和助剂材料，所述助剂材料包括增强填料、分散剂、润滑剂、抗氧剂和偶联剂，其中，基于柔性导热材料的总重量，主体树脂的含量可以为大约20wt％至大约50wt％，导热填料的含量可以为大约30wt％至大约65wt％，增强树脂的含量可以为大约2wt％至大约10wt％，增强填料的含量可以为大约3wt％至大约8wt％，分散剂的含量可以为大约0.5wt％至大约2.0wt％，润滑剂的含量可以为大约5wt％至大约15wt％，抗氧剂的含量可以为大约0.1wt％至大约0.5wt％，偶联剂的含量可以为大约1wt％至大约2wt％。

根据本发明的示例性实施例，主体树脂可以为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。

根据本发明的示例性实施例，在乙烯-辛烯共聚物中，乙烯-辛烯共聚物的比重可以为0.85-0.87g/cm³。

根据本发明的示例性实施例，在乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯酯的含量可以大于等于乙烯-醋酸乙烯共聚物的总重量的大约32wt％。

根据本发明的示例性实施例，导热填料可以为纤维状高导热碳粉、石墨、氮化铝和碳化硅中的至少一种，增强树脂可以为高密度聚乙烯树脂。

根据本发明的示例性实施例，增强填料可以为碳纤维、硅灰石和球形氧化铝中的至少一种，分散剂可以为硬脂酸镁、硬脂酸锌和乙烯基双硬脂酰胺中的至少一种，润滑剂可以为液体石蜡和有机硅氧烷中的至少一种，抗氧剂可以为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种，偶联剂可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯中的至少一种。

根据本发明的示例性实施例还提供了一种柔性导热型材，所述柔性导热型材可以是柔性导热材料按照预设模具尺寸进行挤出成型或压制成型而得到的。

根据本发明的示例性实施例还提供了一种制备柔性导热型材的方法，所述方法包括：将主体树脂、增强树脂、分散剂、润滑剂和抗氧剂加入到高速捏合机或密炼机中，以充分地进行第一混合；使用偶联剂对导热填料进行处理，并将增强填料和处理过的导热填料加入到高速捏合机或密炼机中，以充分地进行第二混合，以获得均匀的柔性导热型材基料；以及将混合均匀的柔性导热型材基料按照预设模具尺寸进行挤出成型或压制成型，其中，基于柔性导热材料的总重量，主体树脂的含量可以为大约20wt％至大约50wt％，导热填料的含量可以为大约30wt％至大约65wt％，增强树脂的含量可以为大约2wt％至大约10wt％，增强填料的含量可以为大约3wt％至大约8wt％，分散剂的含量可以为大约0.5wt％至大约2.0wt％，润滑剂的含量可以为大约5wt％至大约15wt％，抗氧剂的含量可以为大约0.1wt％至大约0.5wt％，偶联剂的含量可以为大约1wt％至大约2wt％。

根据本发明的示例性实施例，第一混合的温度可以为大约130℃至大约140℃，第二混合的温度可以为大约145℃至大约160℃。

根据本发明的示例性实施例的柔性导热材料具有优异的防水性能，对管道无腐蚀且适用于潮湿工况环境中；在实现高导热性能的同时具有常温下保持柔性的特性；可以在外伴热管道系统上快速安装，尤其适用于罐体盘管等弯曲管道上，并且易于现场铺设，能有效节约工期，同时高分子材料在允许的温度范围内具有黏弹性和良好的热膨胀性能，能够实现与管道紧密贴合。

具体实施方式

以下将详细地描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其它技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定与其应用的各种修改。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种柔性导热材料，所述柔性导热材料可以包括主体树脂、导热填料、增强树脂和助剂材料，所述助剂材料包括增强填料、分散剂、润滑剂、抗氧剂和偶联剂。

根据本发明的示例性实施例，基于柔性导热材料的总重量，主体树脂的含量可以为大约20wt％至大约50wt％，优选地，可以为大约25wt％至大约35wt％、或者大约40wt％至大约45wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，主体树脂可以为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种。根据本发明的示例性实施例，在乙烯-辛烯共聚物中，乙烯-辛烯共聚物的比重可以为0.85-0.87g/cm³。在乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯酯的含量可以大于等于乙烯-醋酸乙烯共聚物总重量的大约32wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，增强树脂可以为高密度聚乙烯树脂。基于柔性导热材料的总重量，增强树脂的含量可以为大约2wt％至大约10wt％，优选地，可以为大约3wt％至大约7wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

在此情况下，主体树脂为热塑性弹性体，常温下具有橡胶般的弹性，并且在高温下具有可塑化成型性能。主体树脂在熔融后可以与润滑剂充分混合，并且可以提高无机物填充性，因此不需要添加其它溶剂。

根据本发明的示例性实施例，导热填料可以是用来增大导热系数的填料。根据本发明的示例性实施例的导热填料可以为纤维状高导热碳粉、石墨、氮化铝和碳化硅中的至少一种。基于柔性导热材料的总重量，导热填料的含量可以为大约30wt％至大约65wt％，优选地，可以为大约35wt％至大约45wt％、或者大约50wt％至大约60wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，柔性导热材料还可以包括助剂材料，所述助剂材料可以包括例如增强填料、分散剂、润滑剂、抗氧剂和偶联剂，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，增强填料可以增加导热性能，同时可以提高高温下柔性导热型材的形状和尺寸的稳定性，从而避免在高温下发生高温塌陷或流动变形。增强填料可以为有助于提高导热的碳纤维、硅灰石和球形氧化铝中的至少一种。所述碳纤维优选地为高导热短切碳纤维。基于柔性导热材料的总重量，增强填料的含量可以为大约3wt％至大约8wt％，优选地，可以为大约4wt％至大约7wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，分散剂可以为硬脂酸镁、硬脂酸锌和乙烯基双硬脂酰胺中的至少一种。基于柔性导热材料的总重量，分散剂的含量可以为大约0.5wt％至大约2.0wt％，优选地，可以为大约0.8wt％至大约1.5wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，润滑剂可以为液体石蜡和有机硅氧烷中的至少一种。基于柔性导热材料的总重量，润滑剂的含量可以为大约5wt％至大约15wt％，优选地，可以为大约7wt％至大约12wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，抗氧剂可以为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧剂1076)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)中的至少一种。基于柔性导热材料的总重量，抗氧剂的含量可以为大约0.1wt％至大约0.5wt％，优选地，可以为大约0.2wt％至大约0.4wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，偶联剂可以为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯中的至少一种。基于柔性导热材料的总重量，偶联剂的含量可以为大约1wt％至大约2wt％，优选地，可以为大约1.2wt％至大约1.5wt％，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，一种柔性导热型材可以是柔性导热材料经双螺杆挤出机按照预设模具尺寸进行挤出成型或压制成型而得到的，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，一种制备柔性导热型材的方法包括：将主体树脂、增强树脂、分散剂、润滑剂和抗氧剂加入到高速捏合机或密炼机中，以充分地进行第一混合，第一混合的温度可以为大约为130℃至大约140℃，优选地，可以为135℃；使用偶联剂对导热填料进行处理，并将增强填料和处理过的导热填料加入到高速捏合机或密炼机中，以充分地进行第二混合，第二混合的温度可以为大约145℃至大约160℃，优选地，可以为150℃，以获得均匀的柔性导热型材基料；以及将混合均匀的柔性导热型材基料按照预设模具尺寸进行挤出成型或压制成型，但是本发明的示例性实施例不限于此。

根据本发明的示例性实施例，经偶联剂处理的导热填料可以与增强填料在柔性导热材料中分散并形成导热通路，从而提高材料的导热性能。

在下文中将结合实施例详细地描述本发明。

实施例1

柔性导热材料的原料组成及重量百分比：

主体树脂50wt％乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物的混合物，其中，乙烯-辛烯共聚物与乙烯-醋酸乙烯共聚物的重量比为2:3，乙烯-辛烯共聚物的比重为0.87g/cm³，醋酸乙烯酯的含量为乙烯-醋酸乙烯共聚物总重量的32wt％。

柔性导热型材制备方法：

在135℃的温度下将主体树脂、增强树脂、分散剂、润滑剂、抗氧剂一次性加入到高速捏合机中进行充分熔融混合均匀，其中，基于柔性导热材料的总重量，主体树脂的含量为50wt％，增强树脂的含量为4wt％，分散剂的含量为1wt％，润滑剂的含量为8wt％，抗氧剂的含量为0.5wt％；使用含量为1wt％的偶联剂对含量为32.5wt％的导热填料进行处理，升高高速捏合机温度至150℃的温度，将含量为3wt％的增强填料与处理后的导热填料分三次加入到高速捏合机中进行充分混合，以充分混合均匀；将上述充分混合均匀的柔性导热型材基料取出放入预制的钢制模具中，使用平板硫化机压制成型，冷却后自动脱模得到预制尺寸的柔性导热型材。

实施例2

除了按表1中示出的实施例2的含量添加各组分之外，分别以与实施例1的方式基本相同的方式来制备根据实施例2的柔性导热型材。

实施例3

除了按表1中示出的实施例3的含量添加各组分，乙烯-辛烯共聚物与乙烯-醋酸乙烯共聚物的重量比为1:4，并且醋酸乙烯酯的含量为乙烯-醋酸乙烯共聚物总重量的50wt％之外，分别以与实施例1的方式基本相同的方式来制备根据实施例3的柔性导热型材。

实施例4

除了按表1中示出的实施例4的含量添加各组分之外，分别以与实施例3的方式基本相同的方式来制备根据实施例4的柔性导热型材。

对比例1

除了按表1中示出的对比例1的含量添加各组分之外，分别以与实施例1的方式基本相同的方式来制备根据对比例1的柔性导热型材。

表1

测试根据实施例1至实施例4以及对比例1的柔性导热型材的最高耐受温度(最高耐受温度指柔性导热型材在压制成型后可以维持形状和/或尺寸的稳定性以避免在高温下发生高温塌陷或流动变形时的最高温度)和导热系数性能的步骤如下：

将实施例1至实施例4以及对比例1的柔性导热型材切割成相同的尺寸并标号后放入到烘箱中，从120℃开始逐步升温，温度每升高5℃时，在此温度下保持1h，重复此步骤，直至观察到烘箱内的柔性导热型材开始发生塌陷和/或流动变形的情况，此时的温度即为柔性导热型材的最高耐受温度。将实施例1至实施例4以及对比例1的柔性导热材料在预制模具中压制成薄片，用LFA 467导热仪进行导热系数测定，其结果示出在表2中。

表2

参照表1和表2，如对比例1中所示，当主体树脂的含量过多(例如，超过50wt％)且导热填料含量过少(例如，低于30wt％)时，柔性导热型材的最高耐受温度只有135℃，导热系数较低。如实施例1至实施例4中所示，当柔性导热型材中的各组分的含量在上述范围内时，其最高耐受温度可以高达185℃，同时导热性能也得到了极大的改善。

在实际应用中，上述柔性导热型材可以根据实际需要通过各种成型工艺(例如螺杆挤出成型、模具压制成型等)制备为各种形状，以便直接快速地安装在外伴热管道系统上，尤其适用于罐体盘管等弯曲管道上，但是本发明的实施例不限于此。

综上所述，根据本发明的实施例的柔性导热材料具有优异的防水性能，对管道无腐蚀且适用于潮湿工况环境中；在实现高导热性能的同时具有常温下保持柔性的特性；可以在外伴热管道系统上快速安装，尤其适用于罐体盘管等弯曲管道上，并且易于现场铺设，能有效节约工期，同时高分子材料在允许的温度范围内具有黏弹性和良好的热膨胀性能，能够实现与管道紧密贴合。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离有权利要求极其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式上和细节上的各种变化。

Claims (8)

1.一种管道、罐体和换热设备用的柔性导热材料，所述柔性导热材料包括主体树脂、导热填料、增强树脂和助剂材料，所述助剂材料包括增强填料、分散剂、润滑剂、抗氧剂和偶联剂，

其中，基于柔性导热材料的总重量，主体树脂的含量为20wt％至50wt％，导热填料的含量为30wt％至60wt％，增强树脂的含量为2wt％至10wt％，增强填料的含量为3wt％至8wt％，分散剂的含量为0.5wt％至2.0wt％，润滑剂的含量为5wt％至15wt％，抗氧剂的含量为0.1wt％至0.5wt％，偶联剂的含量为1wt％至2wt％，

其中，分散剂为硬脂酸镁、硬脂酸锌和乙烯基双硬脂酰胺中的至少一种，

其中，润滑剂为液体石蜡和有机硅氧烷中的至少一种，

其中，主体树脂为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种，

其中，导热填料为纤维状高导热碳粉、石墨、氮化铝和碳化硅中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的柔性导热材料，其中，在乙烯-辛烯共聚物中，乙烯-辛烯共聚物的比重为0.85-0.87g/cm³。

3.根据权利要求1所述的柔性导热材料，其中，在乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯酯的含量大于等于乙烯-醋酸乙烯共聚物的总重量的32wt％。

4.根据权利要求1所述的柔性导热材料，其中，增强树脂为高密度聚乙烯树脂。

5.根据权利要求1所述的柔性导热材料，其中，

增强填料为碳纤维、硅灰石和球形氧化铝中的至少一种，

抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的至少一种，

偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯中的至少一种。

6.一种管道、罐体和换热设备用的柔性导热型材，所述柔性导热型材是根据权利要求1至5中的任意一项所述的柔性导热材料按照预设模具尺寸进行挤出成型或压制成型而得到的。

7.一种制备管道、罐体和换热设备用的柔性导热型材的方法，所述方法包括：

将主体树脂、增强树脂、分散剂、润滑剂和抗氧剂加入到高速捏合机或密炼机中，以充分地进行第一混合；

使用偶联剂对导热填料进行处理，并将增强填料和处理过的导热填料加入到高速捏合机或密炼机中，以充分地进行第二混合，以获得均匀的柔性导热型材基料；以及

将混合均匀的柔性导热型材基料按照预设模具尺寸进行挤出成型或压制成型，

其中，基于柔性导热材料的总重量，主体树脂的含量为20wt％至50wt％，导热填料的含量为30wt％至60wt％，增强树脂的含量为2wt％至10wt％，增强填料的含量为3wt％至8wt％，分散剂的含量为0.5wt％至2.0wt％，润滑剂的含量为5wt％至15wt％，抗氧剂的含量为0.1wt％至0.5wt％，偶联剂的含量为1wt％至2wt％，

其中，分散剂为硬脂酸镁、硬脂酸锌和乙烯基双硬脂酰胺中的至少一种，

其中，润滑剂为液体石蜡和有机硅氧烷中的至少一种，

其中，主体树脂为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种，

其中，导热填料为纤维状高导热碳粉、石墨、氮化铝和碳化硅中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，第一混合的温度为130℃至140℃，第二混合的温度为145℃至160℃。