CN110804272B - 一种聚合物基导热塑料的制备方法和用途 - Google Patents

一种聚合物基导热塑料的制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚合物基导热塑料的制备方法和用途，该导热塑料制备时由聚合物粉体100份、导热粉体10‑50份、偶联剂0.1‑3份、0.1‑0.4份抗氧剂及水200‑1000份组成。本发明通过按比例将上述材料放入反应釜中加热到聚合物熔点以上5℃或软化点20℃以上。所述聚合物粉体、导热粉体、水等添加物一同在高压釜中加热后发聚合物不发泡为原则缓慢释压，得到导热粉体包覆的聚合物粉体。该导热粉体包覆的聚合物粉体再经模压机模压成、注塞式注射成型，可制相应导热制品，若导热粉体具有导电特性，材料制品具有导电特性。本发明方法充分利用聚合物熔融后粘性与无机粉隔离作用，能让无机粉体较好地吸附在聚合物粉体表面原理，且未被吸附粉体的水可循环使用，适合工业化生产。

Description

一种聚合物基导热塑料的制备方法和用途
技术领域
本发明涉及导热高分子材料技术领域，更具体的说，本发明涉及一种聚合物基导热塑料的制备方法和用途。
背景技术
复合型导热高分子材料是由合成树脂和各种导热填料及其它添加剂经合成、注射、模压或挤出成型等方法加工而成。因其既具有导热功能，同时又兼具有高分子材料的优越性，并且成本较低，在电子领域中得到了广泛的应用。常用的合成树脂有PP、PS、PC、ABS、PA、PBT、PET、PPO、PPS和高性能热塑性塑料合金等。其中，ABS树脂是应用非常广泛的一种工程塑料，是丙烯晴-丁二烯-苯乙烯的共聚物，ABS树脂兼具了三种单体聚合物的优点，不仅具有聚丙烯腈优良的耐化学性、耐热性、刚性、抗拉伸性能，具有聚丁二烯优良的抗冲击性能，还具有聚苯乙烯优良的加工流动性、光泽性等优点。但是，ABS在应用中需要兼具其他方面的性能，例如采用ABS作为聚合物基体制备导热塑料时，需要引入导热填料。导热填料包括金属纤维、金属片材、导热碳纤维、石墨烯、炭黑、碳纳米管、金属合金填料等。随着科学技术的现代化和电子工业的迅速发展，对这种新型材料的需求量将会越来越大。不可否认，功能型导热高分子材料已成为社会发展和人们日常生活中不可缺少的一部分，研究和开发新型的导热复合材料具有非常重要的意义，也具有非常广阔的应用前景。
目前工业化的导热塑料常采用无机类导热粒子通过一定填充改性方式添加于塑料中。如。以上这些方法达到同样效果，填料量添加量较大，材料力学性能不好。因此开发出一种无机导热粒子添加量少，导热性好的塑料方法与工艺是当前亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚合物/无机粉体导热塑料的适合工业化生产的制备方法和用途。
为了实现本发明的第一个目的，提供一种聚合物基导热塑料的制备方法，发明人通过大量试验研究，获得了如下技术方案：
一种聚合物基导热塑料的制备方法，其特征在于，所述导热塑料由如下重量份的各组分制备而成：
Figure BDA0002247009930000021
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述聚合物粉体、导热粉体、水、偶联剂、抗氧剂按所述重量份一同在高压釜中加热到聚合物熔点以上5℃或软化点20℃以上，使聚合物球形化，并使导热粉体在熔融聚合物表面吸附，具体的说是将上述材料置于高压釜中，开启搅拌器，并控制反应釜内温度控制在100～380℃内，恒温保压10～90min后将釜内压力缓慢放到常压，防止塑料发泡，即可获得包覆有导热粉体的聚合物粉体；
(2)将步骤(1)得到的包覆有导热粉体的聚合物粉体再经模压机模压成、注塞式注射成型，即可制相应聚合物基导热塑料；若导热粉体具有导电特性，则材料制品具有导电特性。
其中，所述重量份，可为本领域技术人员熟知的重量单位，比如克、千克、公斤、吨等。
所述的聚合物粉体指ABS(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)、PP(聚丙烯)、PPS(聚苯硫醚)等塑料制得的粒径为10～300目的聚合物粉体中的任意一种，这种粉体可直接从市场所上购买，也可以通过磨粉机制得。
所述导热粉体主要分为导热但不导电的有：六方氮化硼、氮化铝、碳化硅等；导热又导电的有：碳纳米管、石墨烯、银粉、铜粉、铝粉等中的任意一种或几种。其中导热但不导电的粉体材料可制备导热性能好但要求绝缘的产品，而导热又导电的粉体则可用于需要抗静电、电磁屏蔽等制品。
所述偶联剂指硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酸酯偶联剂，优选地为硅烷偶联剂，具体的说最优的是γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
本发明方法充分利用聚合物熔融后粘性与无机粉隔离作用，能让无机粉体较好地吸附在聚合物粉体表面原理，且未被吸附粉体的水可循环使用，特别适合工业化生产。
所述的模压机模压成、注塞式注射成型、推挤成型等方法是指目前市场上通用的相关设备。
本发明的再一目的在于提供一种导热制品，所述导热制品是利用上述所述包覆有导热粉体的聚合物粉体为原料制备而成的制品。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明涉及的一种聚合物/无机粉体导热塑料具有如下优点和进步：
(1)本发明利用高温下聚合物可以软化熔融，无机粉体会吸附于软化熔融的聚合物粉体表面，同时还可有效地阻止了聚合物在水中成团；
(2)本发明制备得到的聚合物/无机粉体导热塑料中由于粉体在其表面成型后容易形成网络，导热性能好，如PP/碳化硼塑料导热率可达1.7W/m·K导热制品，电阻率为6.7*1016Ω·cm，即导热不导电。
(3)将氮化硼换成石墨烯，成型可制得导热率可达1.5W/M·K导热制品，其体积电阻率为300Ω·cm，即导热也导电。
(4)本发明制备导热塑料，不需要溶剂，不产生境污染，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但是本发明的内容不仅仅局限于以下的实施例。
实施例1
(1)选200目ABS粉100g、六方氮化硼30g、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂0.2g、0.2g抗氧剂330与800g水加入到5升高压釜中，启动搅拌器，转速600转/分，以每分钟3℃开始升温到180℃，保温10分钟后，缓慢开启泄压阀，降釜压于常压，泄压速度为每分钟压力下降0.1MPa(但不限于此泄压速率，泄压速度ABS塑料不发泡为宜)，经干燥即可得负载5％六方氮化硼的ABS粒子。
(2)将步骤(1)所得到的爆破后的ABS/无机粉体包覆粒子再经模压机模压成、注塞式注射成型，可制得导热率可达1.4W/m·K导热制品，其体积电阻率为1.2*1013Ω·cm。
实施例2
将实施例1中ABS换成PP，并按实施例1中所述方法泄压，可得负载8.3％六方氮化硼的PP粒子。成型可制得导热率可达1.7W/m·K导热制品，其体积电阻率为6.7*1016Ω·cm。
实施例3
将实施例1中ABS换成PPS，以每分钟3℃开始升温到180℃改为以每分钟3℃开始升温到320℃，其它不变，然后如实施例1中所述方法泄压，可得负载4.5％六方氮化硼的PPS粒子。成型可制得导热率可达1.9W/m·K导热制品，其体积电阻率为2.6*1015Ω·cm。
实施例4
将实施例1中氮化硼换成碳纳米管，并按实施例1中所述方法泄压，可得负载2.3％碳纳米管的ABS粒子，成型可制得导热率可达2.1W/m·K导热制品，其体积电阻率为100Ω·cm。
实施例5
将实施例2中氮化硼换成碳纳米管，并按实施例1中所述方法泄压，可得负载2.8％碳纳米管的PP粒子，成型可得导热率可达2.0W/m·K的导热材料，其体积电阻率为120Ω·cm。
实施例6
将实施例3中氮化硼换成碳纳米管，并按实施例1中所述方法泄压，可得负载2.4％碳纳米管的PPS粒子，成型可制得导热率可达2.3W/M·K导热制品，其体积电阻率为80Ω·cm。
实施例7
将实施例1中氮化硼换成石墨烯，并按实施例1中所述方法泄压，可得负载3.2％石墨烯的ABS粒子，成型可制得导热率可达2.1W/M·K导热制品，其体积电阻率为320Ω·cm。
实施例8
将实施例2中氮化硼换成石墨烯，并按实施例1中所述方法泄压，可得负载3.5％石墨烯的PP粒子，成型可制得导热率可达1.5W/M·K导热制品，其体积电阻率为300Ω·cm。
实施例9
将实施例3中氮化硼换成石墨烯，并按实施例1中所述方法泄压，可得负载3.1％石墨烯的PPS粒子，成型可制得导热率可达2.2W/M·K导热制品，其体积电阻率为280Ω·cm。

Claims (6)

1.一种聚合物基导热塑料的制备方法，其特征在于，所述导热塑料由如下重量份的各组分制备而成：
Figure FDA0003698714760000011
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述聚合物粉体、导热粉体、水、偶联剂、抗氧剂按所述重量份一同置于高压釜中，开启搅拌器，并控制反应釜内温度在100～380℃内，加热到聚合物熔点以上5℃或软化点20℃以上，使聚合物球形化，恒温保压10～90min后将釜内压力缓慢放到常压，防止塑料发泡，并使导热粉体在熔融聚合物表面吸附，即可获得包覆有导热粉体的聚合物粉体；
(2)将步骤(1)得到的包覆有导热粉体的聚合物粉体再经模压机模压成型、注塞式注射成型，即可制得相应聚合物基导热塑料；若导热粉体具有导电特性，则材料制品具有导电特性。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物基导热塑料的制备方法，其特征在于，所述的聚合物粉体指ABS(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)、PP(聚丙烯)、PPS(聚苯硫醚)制得的粒径为10～300目的聚合物粉体中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种聚合物基导热塑料的制备方法，其特征在于，所述导热粉体为导热但不导电的六方氮化硼、氮化铝、碳化硅；或者导热又导电的：碳纳米管、石墨烯、银粉、铜粉、铝粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种聚合物基导热塑料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂指硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
5.根据权利要求4所述的一种聚合物基导热塑料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂是γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
6.一种聚合物基导热塑料制品，其特征在于，所述导热塑料制品是以权利要求1～5任意一项方法制备的导热塑料为原料制备而成。
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