CN109486130B - 一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法 - Google Patents
一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109486130B CN109486130B CN201811365919.5A CN201811365919A CN109486130B CN 109486130 B CN109486130 B CN 109486130B CN 201811365919 A CN201811365919 A CN 201811365919A CN 109486130 B CN109486130 B CN 109486130B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tetrapod
- zinc oxide
- carbon fiber
- heat
- grafted
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 202
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 124
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 113
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 110
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000009990 desizing Methods 0.000 claims abstract description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 27
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 21
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 18
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 12
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 6
- XTLNYNMNUCLWEZ-UHFFFAOYSA-N ethanol;propan-2-one Chemical group CCO.CC(C)=O XTLNYNMNUCLWEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 6
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 6
- 239000003517 fume Substances 0.000 claims description 6
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 4
- 238000011056 performance test Methods 0.000 claims description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 4
- 239000013522 chelant Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 44
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 21
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 4
- -1 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
- D06M11/44—Oxides or hydroxides of elements of Groups 2 or 12 of the Periodic Table; Zincates; Cadmates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
- C08K7/06—Elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/02—Ingredients treated with inorganic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
- C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/51—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with sulfur, selenium, tellurium, polonium or compounds thereof
- D06M11/55—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with sulfur, selenium, tellurium, polonium or compounds thereof with sulfur trioxide; with sulfuric acid or thiosulfuric acid or their salts
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/58—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with nitrogen or compounds thereof, e.g. with nitrides
- D06M11/64—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with nitrogen or compounds thereof, e.g. with nitrides with nitrogen oxides; with oxyacids of nitrogen or their salts
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M13/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
- D06M13/50—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with organometallic compounds; with organic compounds containing boron, silicon, selenium or tellurium atoms
- D06M13/503—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with organometallic compounds; with organic compounds containing boron, silicon, selenium or tellurium atoms without bond between a carbon atom and a metal or a boron, silicon, selenium or tellurium atom
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
- D06M2101/40—Fibres of carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其包括如下步骤：碳纤维脱浆及活化处理、四针状氧化锌晶须活化处理、碳纤维接枝四针状氧化锌晶须导热材料的制备。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、采用碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须制备出一种新型导热粉，利用四针状氧化锌晶须接枝在碳纤维表面形成特殊“树杈状”结构，让碳纤维表面不同方向都长出“触角”，不仅克服传统的碳纤维材料具有一定方向性而导致材料不同方向导热系数不一致等缺点，而且各个“触角”之间可以进行接触，搭建导热通道，从而形成完整的导热网络，提高材料的导热性能；2、相较于传统的填充型导热材料，具有添加量少，导热性能好，对材料物理机械性能破坏性小等优点；3、制备的原材料来源丰富，制备工艺简单，容易产业化生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，属于导热材料技术领域。
背景技术
导热材料作为一种新型的工业材料，在国民经济领域中，特别是电子电器领域中逐渐得到广泛应用，传统的导热材料是采用导热填料对高分子基体材料进行均匀填充，利用导热填料在高分子基材中形成有效的导热通道，以提高其导热性能，但要想形成有效的导热通道，往往意味着导热填料要在基材中进行大量填充，这不仅提高了材料的生产成本，而且过高的填料量必然导致材料物理机械性能的下降，如中国发明专利CN104610714B公开了一种聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯绝缘导热复合材料及其制备方法，该材料以氧化铝、氮化硼、氮化铝、氧化镁及碳化硅中的一种或一种以上组合作为导热填料，材料导热系数可达到1-2W/m·k，但由于导热填料添加量基本超过50％以上，因此对材料物理机械性能及加工性能影响较大。
碳纤维(CF)是一种质轻、强度高、具有较高热导率和电导率的纤维，将CF加入聚合物中，能够在一定范围内提高聚合物力学性能的同时，还能够提高聚合物的导热和导电性能，是一种理想的导热填料。但是，CF具有一定的方向性，不同方向的热导率可能不一样。
四针状氧化锌晶须作为一种具有四针状特殊晶型结构的无机材料，具有良好的导热性能，导热率为25.23W/m·k，同时由于这种特殊的晶型结构，晶须之间容易相互接触形成导热通道，提高符合材料导热性能。
李光吉、童奇勇等人于2010年6月在中国塑料第24卷第6期《聚丙烯/四针状氧化锌晶须/氧化镁导热绝缘复合材料的制备与性能研究》一文中提到以聚丙烯材料为基材，以氧化镁和四针状氧化锌晶须作为导热填料制备导热材料，材料导热系数为0.7563W/m·k，较纯聚丙烯导热系数提高210％，但采用碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须制备导热粉未见相关报道。
因此，本发明采用碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须制备出一种新型导热粉，利用四针状氧化锌晶须接枝在碳纤维表面形成特殊“树杈状”结构，让碳纤维表面不同方向都长出“触角”，不仅克服传统的碳纤维材料具有一定方向性而导致材料不同方向导热系数不一致等缺点，而且各个“触角”之间可以进行接触，搭建导热通道，从而形成完整的导热网络，提高材料的导热性能。具有添加量少，导热性能好，而且能最大限度的保留材料原有的物理力学性能，拓宽材料应用领域。
发明内容
针对现有的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，为上述问题提供一种安全、可靠的解决方案。
本发明是通过以下技术方案实现的：
1、一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2、一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于：
1)取一定重量的有机溶剂加入索氏抽提器中，加入碳纤维在80℃恒温下反复洗涤回流24h进行脱浆处理，抽提结束后用去离子水清洗5次，于100℃下真空烘干制得脱浆碳纤维。
2)在通风橱中，将所述脱浆碳纤维用强酸于60～80℃下温度条件下反应3h。用蒸馏水洗涤至中性，真空烘干制得酸化碳纤维。
3)配制偶联剂A乙醇溶液，然后将适量所述酸化碳纤维浸入到所配置的溶液中，氮气保护下回流反应2-3h，乙醇洗涤3-5次，真空烘干制得活化碳纤维。
4)将四针状氧化锌晶须在偶联剂B的甲醇中，于氮气气氛下60℃进行反应，去离子水洗涤至中性，真空烘干制得活化四针状氧化锌晶须；
5)称取一定重量活化四针状氧化锌晶须分散在丙酮中，在60℃温度下磁力搅拌2h至分散均匀，加入一定量的活化碳纤维，升温至80℃回流反应24h后，去离子水震荡冲洗至中性，真空烘干制得碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉。
作为优选方案，所述碳纤维为短切纤维，长度不大于2mm，单丝直径不大于10μm。
作为优选方案，所述氧化锌晶须为四针状单晶结构，针状体长度不小于10μm，针状体根部直径不小于0.5μm。
作为优选方案，所述有机溶剂为乙醇丙酮混合溶液，乙醇丙酮重量比为1-5:1。
作为优选方案，所述强酸混合溶液包括浓硝酸与浓硫酸按照重量比1-3:1进行混合。
作为优选方案，所述的偶联剂A为螯合型钛酸酯偶联剂，进一步，螯合型钛酸酯偶联剂为螯合型烷醇胺钛酸酯偶联剂，选自南京新淮科技有限公司的XH-318，螯合型钛酸酯偶联剂乙醇溶液中螯合型钛酸酯偶联剂的质量分数为5～15％。
作为优选方案，所述的偶联剂B为配位型钛酸酯偶联剂，进一步，配位型钛酸酯偶联剂为四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，选自南京品宁偶联剂有限公司的DN-401，配位型钛酸酯偶联剂甲醇溶液中配位型钛酸酯偶联剂的质量分数为5～15％。
作为优选方案，步骤5)中活化碳纤维和活化四针状氧化锌晶须的质量比为(1～5)：(5～8)。
本发明还提供了上述碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉在制备PBT导热材料中的应用，包括以下步骤：
1)将碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉于PBT树脂按照重量比3:7加入高速混合机中，升温至80～100℃，转速300～500r/min，高速搅拌1～1.5小时后，出料备用；
2)将步骤1)制得的混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为150～180℃，二区温度为200～230℃，三区温度为220～250℃，四区温度为230～250℃，五区温度为230～250℃，模头温度为220～200℃，喂料速度为100～150r/min，螺杆转速为100～300r/min；
3)将步骤2)制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型、性能测试。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、采用碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须制备出一种新型导热粉，利用四针状氧化锌晶须接枝在碳纤维表面形成特殊“树杈状”结构，让碳纤维表面不同方向都长出“触角”，不仅克服传统的碳纤维材料具有一定方向性而导致材料不同方向导热系数不一致等缺点，而且各个“触角”之间可以进行接触，搭建导热通道，从而形成完整的导热网络，提高材料的导热性能。
2、相较于传统的填充型导热材料，具有添加量少，导热性能好，对材料物理机械性能破坏性小等优点；
3、制备的原材料来源丰富，制备工艺简单，容易产业化生产等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1制备的碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的电镜扫描图，放大倍数为100倍。
图2为本发明实施例1制备的碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的电镜扫描图，放大倍数为2000倍。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
1)取30g乙醇丙酮混合溶液(乙醇丙酮重量比为1:1)加入索氏抽提器中，加入1g碳纤维在80℃恒温下反复洗涤回流24h进行脱浆处理，抽提结束后用去离子水清洗5次，于100℃下真空烘干制得脱浆碳纤维。
2)在通风橱中，将所述脱浆碳纤维0.5g用15g浓硝酸浓硫酸混合液(浓硝酸与浓硫酸重量比为1:1)进行混合于60℃下温度条件下反应3h。用蒸馏水洗涤至中性，真空烘干制得酸化碳纤维。
3)配制50g5％的螯合型烷醇胺钛酸酯偶联剂XH-318乙醇溶液，然后将5g所述酸化碳纤维浸入到所配置的溶液中，氮气保护下回流反应2h，乙醇洗涤5次，真空烘干制得活化碳纤维。
4)将2g四针状氧化锌晶须加入20g5％四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯DN-401甲醇溶液，于氮气气氛下60℃进行反应，去离子水洗涤至中性，真空烘干制得活化四针状氧化锌晶须；
5)称取2g活化四针状氧化锌晶须分散在50mL丙酮中，在60℃温度下磁力搅拌2h至分散均匀，加入5g活化碳纤维，活化碳纤维和活化四针状氧化锌晶须的质量比为2：5。升温至80℃回流反应24h后，去离子水震荡冲洗至中性，真空烘干制得碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉，将制得碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉经放大100倍和2000倍电镜扫描如图1和图2所示，从图1可看出，四针状氧化锌晶须无序的分布在碳纤维表面，形成“树杈状”结构。同时从图2可以看出，接枝在碳纤维表面的四针状氧化锌晶须针状体向不同的方向延伸，让碳纤维表面不同方向都长出“触角”，有利于搭建导热通道，从而形成完整的导热网络，提高材料的导热性能。进一步说明四针状氧化锌晶须有效的接枝到碳纤维表面并较好的提高了材料的导热性能。
将上述制备的碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉在PBT导热材料中的应用，包括以下步骤：
1)将碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉于PBT树脂按照重量比3:7加入高速混合机中，升温至80～100℃，转速300～500r/min，高速搅拌1～1.5小时后，出料备用；
2)将步骤1)制得的混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为150～180℃，二区温度为200～230℃，三区温度为220～250℃，四区温度为230～250℃，五区温度为230～250℃，模头温度为220～200℃，喂料速度为100～150r/min，螺杆转速为100～300r/min；
3)将步骤2)制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型、性能测试，结果如表1所示。
实施例2
1)取30g的乙醇丙酮混合溶液(乙醇丙酮重量比为2:1)加入索氏抽提器中，加入1g碳纤维在80℃恒温下反复洗涤回流24h进行脱浆处理，抽提结束后用去离子水清洗5次，于100℃下真空烘干制得脱浆碳纤维。
2)在通风橱中，将所述脱浆碳纤维0.5g用15g浓硝酸浓硫酸混合液(浓硝酸与浓硫酸重量比为2:1)进行混合于70℃下温度条件下反应3h。用蒸馏水洗涤至中性，真空烘干制得酸化碳纤维。
3)配制40g7％的螯合型烷醇胺钛酸酯偶联剂XH-318乙醇溶液，然后将4g所述酸化碳纤维浸入到所配置的溶液中，氮气保护下回流反应3h，乙醇洗涤4次，真空烘干制得活化碳纤维。
4)将3g四针状氧化锌晶须加入30g8％四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯DN-401甲醇溶液，于氮气气氛下60℃进行反应，去离子水洗涤至中性，真空烘干制得活化四针状氧化锌晶须；
5)称取3g活化四针状氧化锌晶须分散在50mL丙酮中，在60℃温度下磁力搅拌2h至分散均匀，加入6g活化碳纤维，活化碳纤维和活化四针状氧化锌晶须的质量比为3：6。升温至80℃回流反应24h后，去离子水震荡冲洗至中性，真空烘干制得碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉。
将上述制备的碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉在PBT导热材料中的应用，包括以下步骤：
1)将碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉于PBT树脂按照重量比3:7加入高速混合机中，升温至80～100℃，转速300～500r/min，高速搅拌1～1.5小时后，出料备用；
2)将步骤1)制得的混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为150～180℃，二区温度为200～230℃，三区温度为220～250℃，四区温度为230～250℃，五区温度为230～250℃，模头温度为220～200℃，喂料速度为100～150r/min，螺杆转速为100～300r/min；
3)将步骤2)制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型、性能测试，结果如表1所示。
实施例3
1)取30g的乙醇丙酮混合溶液(乙醇丙酮重量比为3:1)加入索氏抽提器中，加入1g碳纤维在80℃恒温下反复洗涤回流24h进行脱浆处理，抽提结束后用去离子水清洗5次，于100℃下真空烘干制得脱浆碳纤维。
2)在通风橱中，将所述脱浆碳纤维0.5g用15g浓硝酸浓硫酸混合液(浓硝酸与浓硫酸重量比为3:1)进行混合于80℃下温度条件下反应2h。用蒸馏水洗涤至中性，真空烘干制得酸化碳纤维。
3)配制50g10％的螯合型烷醇胺钛酸酯偶联剂XH-318乙醇溶液，然后将4g所述酸化碳纤维浸入到所配置的溶液中，氮气保护下回流反应2h，乙醇洗涤5次，真空烘干制得活化碳纤维。
4)将4g四针状氧化锌晶须加入30g10％四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯DN-401甲醇溶液，于氮气气氛下60℃进行反应，去离子水洗涤至中性，真空烘干制得活化四针状氧化锌晶须；
5)称取4g活化四针状氧化锌晶须分散在50mL丙酮中，在60℃温度下磁力搅拌2h至分散均匀，加入7g活化碳纤维，活化碳纤维和活化四针状氧化锌晶须的质量比为4：7。升温至80℃回流反应24h后，去离子水震荡冲洗至中性，真空烘干制得碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉。
将上述制备的碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉在PBT导热材料中的应用，包括以下步骤：
1)将碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉于PBT树脂按照重量比3:7加入高速混合机中，升温至80～100℃，转速300～500r/min，高速搅拌1～1.5小时后，出料备用；
2)将步骤1)制得的混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为150～180℃，二区温度为200～230℃，三区温度为220～250℃，四区温度为230～250℃，五区温度为230～250℃，模头温度为220～200℃，喂料速度为100～150r/min，螺杆转速为100～300r/min；
3)将步骤2)制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型、性能测试，结果如表1所示。
实施例4
1)取30g的乙醇丙酮混合溶液(乙醇丙酮重量比为4:1)加入索氏抽提器中，加入1g碳纤维在80℃恒温下反复洗涤回流24h进行脱浆处理，抽提结束后用去离子水清洗5次，于100℃下真空烘干制得脱浆碳纤维。
2)在通风橱中，将所述0.5g脱浆碳纤维用15g浓硝酸浓硫酸混合液(浓硝酸与浓硫酸重量比为1:1)进行混合于80℃下温度条件下反应3h。用蒸馏水洗涤至中性，真空烘干制得酸化碳纤维。
3)配制30g15％的螯合型烷醇胺钛酸酯偶联剂XH-318乙醇溶液，然后将5g所述酸化碳纤维浸入到所配置的溶液中，氮气保护下回流反应3h，乙醇洗涤4次，真空烘干制得活化碳纤维。
4)将5g四针状氧化锌晶须加入30g15％四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯DN-401甲醇溶液，于氮气气氛下60℃进行反应，去离子水洗涤至中性，真空烘干制得活化四针状氧化锌晶须；
5)称取5g活化四针状氧化锌晶须分散在50mL丙酮中，在60℃温度下磁力搅拌2h至分散均匀，加入8g活化碳纤维，活化碳纤维和活化四针状氧化锌晶须的质量比为5：8。升温至80℃回流反应24h后，去离子水震荡冲洗至中性，真空烘干碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉。
将上述制备的碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉在PBT导热材料中的应用，包括以下步骤：
1)将碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉于PBT树脂按照重量比3:7加入高速混合机中，升温至80～100℃，转速300～500r/min，高速搅拌1～1.5小时后，出料备用；
2)将步骤1)制得的混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为150～180℃，二区温度为200～230℃，三区温度为220～250℃，四区温度为230～250℃，五区温度为230～250℃，模头温度为220～200℃，喂料速度为100～150r/min，螺杆转速为100～300r/min；
3)将步骤2)制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型、性能测试，结果如表1所示。
对比例1
本对比例涉及导热粉在PBT导热材料中的应用，与实施例不同之处在于，采用单一的碳纤维替代碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉制备PBT导热材料，测试结果如表1所示。
对比例2
本对比例涉及导热粉在PBT导热材料中的应用，与实施例不同之处在于，采用单一的四针状氧化锌晶须替代碳纤维接枝四针状氧化锌晶须作为导热粉制备PBT导热材料，测试结果如表1所示。
对比例3
本对比例涉及导热粉在PBT导热材料中的应用，与实施例不同之处在于，采用普通球状氧化锌替代碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉制备PBT导热材料，测试结果如表1所示。
性能检测及结果评价
将上述实施例1-4和对比例1-3制备PBT导热材料进行性能检测，导热系数按照GB/T3399-1982进行测试，断裂伸长率按照国标GB/T1040-2006进行测试，测试结果如表1所示。
表1实施例1-4和对比例1-3的测试结果
由表1性能测试结果可见：
(1)本发明通过接枝技术发明一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉，同时添加到PBT树脂中制备导热PBT材料，不仅有效提高材料的导热性能，而且对材料的物理机械性能破坏最小；
(2)在对比例1-3中，对比例1--3分别采用单一的碳纤维、单一的四针状氧化锌晶须、普通球状氧化锌替代碳纤维接枝四针状氧化锌晶须作为导热粉分别制备导热PBT材料。对比例1-3材料综合性能明显劣于实施例1-4，实施例1综合性能最优；
(3)从制得碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉经放大100倍和2000倍电镜扫描如图1和图2可看出，四针状氧化锌晶须无序的分布在碳纤维表面，形成“树杈状”结构。同时接枝在碳纤维表面的四针状氧化锌晶须针状体向不同的方向延伸，让碳纤维表面不同方向都长出“触角”，有利于搭建导热通道，从而形成完整的导热网络，提高材料的导热性能。进一步说明四针状氧化锌晶须有效的接枝到碳纤维表面并较好的提高了材料的导热性能，这与材料的导热性能测试结果相符。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于：
1)取一定重量的有机溶剂加入索氏抽提器中，加入碳纤维在80℃恒温下反复洗涤回流24h进行脱浆处理，抽提结束后用去离子水清洗5次，于100℃下真空烘干制得脱浆碳纤维；
2)在通风橱中，将所述脱浆碳纤维用强酸于60～80℃下温度条件下反应3h，用蒸馏水洗涤至中性，真空烘干制得酸化碳纤维；
3)配制偶联剂A乙醇溶液，然后将适量所述酸化碳纤维浸入到所配置的溶液中，氮气保护下回流反应2-3h，乙醇洗涤3-5次，真空烘干制得活化碳纤维，其中偶联剂A为南京新淮科技有限公司的XH-318螯合型烷醇胺钛酸酯偶联剂；
4)将四针状氧化锌晶须在偶联剂B的甲醇中，于氮气气氛下60℃进行反应，去离子水洗涤至中性，真空烘干制得活化四针状氧化锌晶须，其中偶联剂B为南京品宁偶联剂有限公司的DN-401四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯偶联剂；
5)称取一定重量活化四针状氧化锌晶须分散在丙酮中，在60℃温度下磁力搅拌2h至分散均匀，加入一定量的活化碳纤维，升温至80℃回流反应24h后，去离子水震荡冲洗至中性，真空烘干制得碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于，所述碳纤维为短切纤维，长度不大于2mm，单丝直径不大于10μm。
3.如权利要求1所述的一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于，所述氧化锌晶须为四针状单晶结构，针状体长度不小于10μm，针状体根部直径不小于0.5μm。
4.如权利要求1所述的一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇丙酮混合溶液，乙醇丙酮重量比为(1～5):1。
5.如权利要求1所述的一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于，所述强酸混合溶液包括浓硝酸与浓硫酸按照重量比(1～3):1进行混合。
6.如权利要求1所述的一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于，所述的螯合型钛酸酯偶联剂乙醇溶液中螯合型钛酸酯偶联剂的质量分数为5～15％。
7.如权利要求1所述的一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于，所述的配位型钛酸酯偶联剂甲醇溶液中配位型钛酸酯偶联剂的质量分数为5～15％。
8.如权利要求1所述的一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法，其特征在于，步骤5)中活化碳纤维和活化四针状氧化锌晶须的质量比为(1～5)：(5～8)。
9.权利要求1所述的碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉在制备PBT导热材料中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
1)将碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉于PBT树脂按照重量比3:7加入高速混合机中，升温至80～100℃，转速300～500r/min，高速搅拌1～1.5小时后，出料备用；
2)将步骤1)制得的混合料通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，双螺杆挤出加工工艺如下：设定双螺杆挤出机的一区温度为150～180℃，二区温度为200～230℃，三区温度为220～250℃，四区温度为230～250℃，五区温度为230～250℃，模头温度为220～200℃，喂料速度为100～150r/min，螺杆转速为100～300r/min；
3)将步骤2)制备的粒料经热风干燥机于90℃干燥6小时，经注塑成型、性能测试。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811365919.5A CN109486130B (zh) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | 一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811365919.5A CN109486130B (zh) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | 一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109486130A CN109486130A (zh) | 2019-03-19 |
| CN109486130B true CN109486130B (zh) | 2020-11-03 |
Family
ID=65695069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811365919.5A Active CN109486130B (zh) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | 一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109486130B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112679802B (zh) * | 2019-10-17 | 2023-05-16 | 三峡大学 | 一种导电填料、导电橡胶及其制备方法和应用 |
| CN111778718A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-16 | 河北工业大学 | 一种纳米金刚石修饰碳纤维的制备方法 |
| CN112358686B (zh) * | 2020-11-13 | 2023-05-16 | 福建和盛塑业有限公司 | 一种含有三维网状结构导热材料的mpp专用料及其电力电缆护套管的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102786721A (zh) * | 2012-08-06 | 2012-11-21 | 湖南博翔新材料有限公司 | 一种高强高导热绝缘材料 |
| CN107163511A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-09-15 | 杭州福斯特应用材料股份有限公司 | 一种散热型太阳能电池背板材料及制备方法 |
-
2018
- 2018-11-16 CN CN201811365919.5A patent/CN109486130B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102786721A (zh) * | 2012-08-06 | 2012-11-21 | 湖南博翔新材料有限公司 | 一种高强高导热绝缘材料 |
| CN107163511A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-09-15 | 杭州福斯特应用材料股份有限公司 | 一种散热型太阳能电池背板材料及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109486130A (zh) | 2019-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109486130B (zh) | 一种碳纤维表面接枝四针状氧化锌晶须导热粉的制备方法 | |
| CN105399959B (zh) | 一种基于聚磷腈微球的酚醛树脂模塑料添加剂及其制备方法 | |
| CN104861297A (zh) | 一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料及制备方法 | |
| CN107877893B (zh) | 一种电磁屏蔽pp薄膜的制备方法 | |
| CN110734641B (zh) | 一种三维导热针刺毡聚酰胺复合材料及其制备方法 | |
| CN107032792B (zh) | 一种高强高密石墨材料及其制备方法 | |
| CN102585358A (zh) | 一种天然纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法 | |
| CN104277455A (zh) | 一种导热绝缘材料的制备方法 | |
| CN112759790B (zh) | 一种氮化硼纳米片@碳化硅纳米线异质填料及制备方法和环氧树脂导热复合材料及制备方法 | |
| CN105200351A (zh) | 一种压力浸渗工艺 | |
| CN102504414A (zh) | 一种改性硼酸镁晶须/pp复合材料的制备方法 | |
| CN109456593A (zh) | 一种pa6基导热复合材料及其制备方法 | |
| CN105017765A (zh) | 一种碱式硫酸镁晶须/pa610t复合材料及其制备方法 | |
| CN102659095A (zh) | 一种高导热高强度石墨的制备方法 | |
| CN109722022A (zh) | 一种新型挤出、吹塑级玻纤增强尼龙材料及其制备方法 | |
| CN103819895A (zh) | 一种环氧基团改性石墨和导热尼龙复合材料及其制备 | |
| CN112426979A (zh) | 废旧纺织品金属纳米粒子复合碳纤维气凝胶及其制备方法 | |
| TWI534311B (zh) | Aluminum nitride fiber and its preparation method, and high thermal conductivity composite material | |
| CN115521635B (zh) | 一种双隔离网络结构导热屏蔽复合材料及其制备方法 | |
| CN102978731B (zh) | 一种聚乙烯醇缩醛导电纤维的制造方法 | |
| CN109385054A (zh) | 一种增韧导热塑料的制备方法 | |
| CN101481479B (zh) | 一种聚丙烯改性材料及其生产方法 | |
| CN104974423A (zh) | 一种硅藻土/聚丙烯复合材料及其制备方法 | |
| CN113088057B (zh) | 一种增强增韧的聚乳酸共混材料及其制备方法 | |
| CN104672772A (zh) | 一种导电优良的碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |