CN110194881A - 一种高导热聚醚醚酮树脂及其成型品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导热树脂技术领域，具体涉及一种高导热聚醚醚酮树脂，包括以下重量份数配比的原料：聚醚醚酮100重量份；聚苯硫醚40～70重量份；碳纤维25～35重量份；硫酸盐5～20重量份，所述聚醚醚酮在400℃、1000/s下的粘度不大于100Pa·s。通过发明制备的高导热聚醚醚酮树脂的导热系数明显提高，同时具有较为平衡的拉伸强度和冲击强度，可用于生产导热电路板、热交换材料、导热绝缘板、耐磨轴承和石油化工等导热相关的材料，满足工程领域中苛刻条件下的要求，通过本发明的材料及其制备的成型品，具有高导热性，在使用过程中可以将周围的热量导出，从而降低环境、设备的温度，提高设备的使用寿命。

Description

一种高导热聚醚醚酮树脂及其成型品

技术领域

本发明涉及导热树脂技术领域，具体为一种高导热聚醚醚酮树脂及其成型品。

背景技术

近年来，传统的导热材料已经难以满足人们在使用上的需求，随着特种工程材料的飞速发展，高导热工程材料的研究倍受瞩目。聚醚醚酮(PEEK)树脂是聚芳醚酮(PAEK)中最典型的材料，它是近年来综合性能优良的一种耐高温、耐化学试剂和刚韧性优异的热塑性工程塑料，逐渐被应用于航空航天、汽车、能源等领域。但单一组分的聚醚醚酮在热性能和抗静电性能方面表现不佳，从而限制了其在电子电器、换热工程、化学工程等高科技领域中的广泛应用。因此，通过选择合适的材料进行共混改性从而开发一种高导热聚醚醚酮树脂，是目前亟待解决的问题。

中国发明型专利申请公开说明书CN106243620B中公开了一种聚醚醚酮导热复合材料及其制备方法和用途，在聚醚醚酮中添加不同导热性能的填料制备复合材料，虽然导热性能明显提高，但其冲击强度等力学性能因为小分子填料的添加明显降低，在一定程度上限制了其应用。

综上所述，现有技术中，很难生产出一种力学性能优异且高导热的聚醚醚酮树脂，故而提出一种高导热聚醚醚酮树脂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高导热聚醚醚酮树脂，具备较为平衡的拉伸强度和冲击强度以及高导热性能等优点，解决了背景技术中提出的问题。

为实现上述较为平衡的拉伸强度和冲击强度以及高导热性能目的，本发明提供如下技术方案：一种高导热聚醚醚酮树脂，包括以下重量份数配比的原料：

聚醚醚酮100重量份；

聚苯硫醚40～70重量份

碳纤维25～35重量份；

硫酸盐5～20重量份。

优选的，所述聚醚醚酮在400℃、1000/s下的粘度不大于100Pa·s。

优选的，所述聚苯硫醚在316℃、5kg下的熔融指数为350～600g/10min。

优选的，所述碳纤维是碳纤维粉末纤维，且纤维长度为100～200μm。

优选的，所述硫酸盐是硫酸钠、硫酸镁、硫酸铝、硫酸钾、硫酸钙和硫酸钡中的一种或多种。

优选的，所述硫酸盐中含有第一硫酸盐和第二硫酸盐，所述第一硫酸盐的平均粒径为30～90nm，所述第二硫酸盐的平均粒径为100～300nm。

优选的，包括以下重量份数配比的原料：所述的第一硫酸盐和第二硫酸盐的重量比为1:3～1:10。

优选的，所述的第一硫酸盐是硫酸镁，所述的第二硫酸盐是硫酸钡。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种高导热聚醚醚酮树脂，包括以下步骤：

S1，在聚苯硫醚的熔融温度以上，将聚苯硫醚、硫酸盐以及一部分碳纤维共混，得到第一共混物；

S2，在聚醚醚酮的熔融温度以上，将第一共混物、聚醚醚酮以及剩余的碳纤维共混。

其中，步骤S1中使用的碳纤维占碳纤维总重量的50～80％，且步骤S1中共混过程的剪切速率高于步骤S2中共混过程的共混剪切速率。

本发明进一步提供上述高导热聚醚醚酮树脂制备的成型品，所述的成型品以上述高导热聚醚醚酮树脂为原料，通过挤出、模压、注塑、流延、溶液浇注等方法制备。

与现有技术相比，本发明提供了一种高导热聚醚醚酮树脂，具备以下有益效果：

该高导热聚醚醚酮树脂，通过发明制备的高导热聚醚醚酮树脂的导热系数明显提高，同时具有较为平衡的拉伸强度和冲击强度，可用于生产导热电路板、热交换材料、导热绝缘板、耐磨轴承和石油化工等导热相关的材料，能满足工程领域中苛刻条件下的要求，通过本发明的材料及其制备的成型品，具有高导热性，在使用过程中可以将周围的热量导出，从而降低环境、设备的温度，提高设备的使用寿命。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种高导热聚醚醚酮树脂，包括以下重量份数配比的原料：

聚醚醚酮100重量份；

聚苯硫醚40～70重量份

碳纤维25～35重量份；

硫酸盐5～20重量份。

进一步的，所述聚醚醚酮在400℃、1000/s下的粘度不大于100Pa·s，聚醚醚酮是分子主链中含有如下分子式结构单元的线型芳香族高分子化合物，是一种结晶性热塑性塑料，具有约143℃的玻璃化温度、约343℃的熔点，长期使用温度可达260℃。

本发明中聚醚醚酮作为高导热材料的基体树脂，对于材料的综合性能起到重要的影响，聚醚醚酮的粘度是其重要性能指标，粘度太高，不利于碳纤维在其中的均匀分布。

进一步的，所述聚苯硫醚在316℃、5kg下的熔融指数为350～600g/10min，聚苯硫醚(PPS)，如下分子式，是一种特种工程塑料，有优异的理化性能，具有机械强度高、耐高温、高阻燃、耐化学药品性能强、抗辐射、硬度高、热稳定性好、电性能优良等特点。

本发明中通过聚苯硫醚的加入，可进一步提高高导热共混材料的力学性能，同时改善碳纤维在聚醚醚酮中的分布。通过实验发现，在聚醚醚酮/聚苯硫醚共混体系中，绝大部分的碳纤维分散在聚醚醚酮相中，具有选择性分散现象，相对于单一的聚醚醚酮体系，聚醚醚酮/聚苯硫醚共混体系中的碳纤维更容易形成网络结构，从而提高导热性。

过多的聚苯硫醚会降低共混材料的耐热性，而过少的聚苯硫醚不利于上述选择性分散现象的产生，以聚醚醚酮为100重量份计，优选聚苯硫醚为50～60重量份。

聚苯硫醚的熔融指数与上述选择性分散现象有关，过低或过高的熔融指数都不利于碳纤维优先分布在聚醚醚酮相中。

进一步的，所述碳纤维是碳纤维粉末纤维，且纤维长度为100～200μm，碳纤维是由聚丙烯腈、沥青、酚醛和黏胶等原料经过纺丝、氧化、碳化和上浆制成，包含有碳纤维丝、碳纤维束、短切碳纤维、碳纤维粉末等各种形式产品，本发明中选择碳纤维粉末纤维作为提供高导热性的材料，碳纤维粉末更易分散，同时对塑料的传导性能、摩擦磨损性能，力学性能等起到良好的作用，碳纤维太长，会影响其在聚醚醚酮中的分散效果，碳纤维太短，影响桥接作用，不利于导热网络的形成。

进一步的，所述硫酸盐是硫酸钠、硫酸镁、硫酸铝、硫酸钾、硫酸钙和硫酸钡中的一种或多种，硫酸盐是指含有硫酸根的无机盐，也指这些无机盐的水合物，通过实验发现，聚醚醚酮/聚苯硫醚共混体系中加入硫酸盐，有助于更多的碳纤维分散在聚醚醚酮相中，从而提高导热性。

过多的硫酸盐会降低共混材料的力学性能，而过少的硫酸盐不利于碳纤维优先分布在聚醚醚酮相中，以聚醚醚酮为100重量份计，优选硫酸盐为5～20重量份，为了使得更多的碳纤维分散在聚醚醚酮相中，并提高共混物的力学性能。

进一步的，所述硫酸盐中含有第一硫酸盐和第二硫酸盐，所述第一硫酸盐的平均粒径为30～90nm，所述第二硫酸盐的平均粒径为100～300nm。

进一步的，包括以下重量份数配比的原料：所述的第一硫酸盐和第二硫酸盐的重量比为1:3～1:10。

进一步的，所述的第一硫酸盐是硫酸镁，所述的第二硫酸盐是硫酸钡，通过实验发现，如果所述的硫酸盐中，不含有第一硫酸盐，则共混材料的力学性能会降低；如果所述的硫酸盐中，不含有第二硫酸盐，则不利于提高导热性。进一步的，所述的第一硫酸盐和第二硫酸盐的重量比为1:3～1:10。

进一步的，包括以下步骤：

S1，在聚苯硫醚的熔融温度以上，将聚苯硫醚、硫酸盐以及一部分碳纤维共混，得到第一共混物；

S2，在聚醚醚酮的熔融温度以上，将第一共混物、聚醚醚酮以及剩余的碳纤维共混。

其中，S1中使用的碳纤维占碳纤维总重量的50～80％，且S1中共混过程的剪切速率高于S2中共混过程的共混剪切速率,S1中硫酸盐的加入使得共混需要高的剪切速率，同时高的剪切速率有利于碳纤维的均匀分散,S2的剪切速率低于S1中共混过程的剪切速率有助于维持S1得到的碳纤维分散状态。

进一步的，所述聚醚醚酮树脂为成型品。

本发明实施例及对比例所涉及的参数及其测定方法如下：

粘度：使用一台毛细管流变仪测定，氮气气氛，温度为400℃、剪切速率为1000/s。

熔融指数：使用一台熔融指数仪按ISO1133测定，氮气气氛，温度为316℃、质量为5kg。

导热系数：利用YBF-3型导热系数测定仪稳态平板法测定材料在120℃时的导热系数。样品是直径为13cm，厚度为5mm的圆片。

拉伸强度：按照GB/T 1040-1992标准进行测试，速度为10mm/min。

冲击强度：按GB 1943-2007标准进行缺口冲击强度测试，缺口厚度为2mm。

实施例和对比例中使用的原料如下：

【聚醚醚酮】

A1：英国威格斯公司产PEEK90G，400℃、1000/s下的粘度为90Pa·s。

A2：英国威格斯公司产PEEK150G，400℃、1000/s下的粘度为130Pa·s。

【聚苯硫醚】

B1：浙江新和成股份有限公司产，316℃、5kg下的熔融指数为450g/10min。

B2：浙江新和成股份有限公司产，316℃、5kg下的熔融指数为250g/10min。

B3：浙江新和成股份有限公司产，316℃、5kg下的熔融指数为750g/10min。

【碳纤维】

C1：MLD-300，日本东丽株式会社产碳纤维粉末纤维，纤维长度为130μm。

C2：MLD-30，日本东丽株式会社产碳纤维粉末纤维，纤维长度为30μm。

【硫酸盐】

D1：佛山安亿纳米材料有限公司产AY-L100F型硫酸钡，平均粒径60nm。

D2：佛山安亿纳米材料有限公司产AY-F200型硫酸钡，平均粒径200nm。

D3：河北镁神科技股份有限公司产纳米硫酸镁，平均粒径50nm。

实施例1～15

通过以下方法制备高导热聚醚醚酮材料：将聚苯硫醚、硫酸盐以及60％的碳纤维在350℃下按照表1所示的成分和配比进行共混，剪切速率保持在150～250s^-1，得到第一共混物；然后在400℃下，将第一共混物、聚醚醚酮以及剩余40％的碳纤维按照表1所示的成分和配比进行共混，剪切速率保持在80～140s^-1，制得高导热聚醚醚酮材料。然后在350℃下模压成拉伸、冲击测试所需的样品，进行各种性能测试，结果列于表2。

实施例16

按照实施例1的成分和配比将聚醚醚酮、聚苯硫醚、碳纤维、以及硫酸镁和硫酸钡在400℃下进行共混，剪切速率保持在150～250s^-1。然后在350℃下模压成拉伸、冲击测试所需的样品，进行各种性能测试，结果列于表2。

实施例17

按照实施例1的成分和配比将聚醚醚酮、40％碳纤维在400℃进行共混，剪切速率保持在150～250s^-1，得到第一共混物；然后在350℃下，将第一共混物、聚苯硫醚以及剩余的60％碳纤维按照实施例1的成分和配比进行共混，剪切速率保持在80～140s^-1，高导热聚醚醚酮材料。然后在350℃下模压成拉伸、冲击测试所需的样品，进行各种性能测试，结果列于表2。

对比例

将A1聚醚醚酮在400℃通过模压成型，制得样品。将样品裁切成所需形状后，进行各种性能测试，结果列于表2。

表1：

表2：

由表1和表2可知，通过本发明所述的方法制备的聚醚醚酮树脂具有高导热性以及良好的力学性能。

本发明的有益效果是：通过发明制备的高导热聚醚醚酮树脂的导热系数明显提高，同时具有较为平衡的拉伸强度和冲击强度，可用于生产导热电路板、热交换材料、导热绝缘板、耐磨轴承和石油化工等导热相关的材料，能满足工程领域中苛刻条件下的要求，通过本发明的材料及其制备的成型品，具有高导热性，在使用过程中可以将周围的热量导出，从而降低环境、设备的温度，提高设备的使用寿命。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高导热聚醚醚酮树脂，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：

聚醚醚酮100重量份；

聚苯硫醚40～70重量份

碳纤维25～35重量份；

硫酸盐5～20重量份。

2.根据权利要求1所述的一种高导热聚醚醚酮树脂，其特征在于，所述聚醚醚酮在400℃、1000/s下的粘度不大于100Pa·s。

3.根据权利要求1所述的一种高导热聚醚醚酮树脂，其特征在于，所述聚苯硫醚在316℃、5kg下的熔融指数为350～600g/10min。

4.根据权利要求1所述的一种高导热聚醚醚酮树脂，其特征在于，所述碳纤维是碳纤维粉末纤维，且纤维长度为100～200μm。

5.根据权利要求1所述的一种高导热聚醚醚酮树脂，其特征在于，所述硫酸盐是硫酸钠、硫酸镁、硫酸铝、硫酸钾、硫酸钙和硫酸钡中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的一种高导热聚醚醚酮树脂，其特征在于，所述硫酸盐中含有第一硫酸盐和第二硫酸盐，所述第一硫酸盐的平均粒径为30～90nm，所述第二硫酸盐的平均粒径为100～300nm。

7.根据权利要求6所述的一种高导热聚醚醚酮树脂，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：所述的第一硫酸盐和第二硫酸盐的重量比为1:3～1:10。

8.根据权利要求6所述的一种高导热聚醚醚酮树脂，其特征在于，所述的第一硫酸盐是硫酸镁，所述的第二硫酸盐是硫酸钡。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高导热聚醚醚酮树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在聚苯硫醚的熔融温度以上，将聚苯硫醚、硫酸盐以及一部分碳纤维共混，得到第一共混物；

S2，在聚醚醚酮的熔融温度以上，将第一共混物、聚醚醚酮以及剩余的碳纤维共混；

其中，步骤S1中使用的碳纤维占碳纤维总重量的50～80％，且步骤S1共混过程的剪切速率高于步骤S2共混过程的共混剪切速率。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种高导热聚醚醚酮树脂的成型品。