CN111607211A - 一种高散热pc复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高散热PC复合材料及其制备方法，高散热PC复合材料，由包括如下重量份数的原料混合而成：PC基材75‑93份，改性玻璃纤维3‑12份，分散剂2‑5份，增韧剂4‑7份，抗氧化剂0.3‑0.5份，阻燃剂0.2‑0.5份，所述改性玻璃纤维为表面包覆有石墨烯和偶联剂的玻璃纤维；本发明制备的PC复合材料力学性能好，导热系数高。高散热PC复合材料的制备方法包括备料、出混、复混、成型，其中复混操作使得制备的PC复合材料质地均匀，散热性能稳定。

Description

一种高散热PC复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及PC复合材料的技术领域，具体涉及一种高散热PC复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯(PC)作为五大工程塑料之一，其性能优异，不仅有较高的抗冲击性能，而且，还有较好的阻燃性和尺寸稳定性，并且其无色无臭，应用范围十分广泛，从日用生活品的饮水机桶到高端电子产品手机、电脑等电子电器领域，处处可以看到它的身影。

聚碳酸酯(PC)也存有一些缺陷，如加工性能较差，易应力开裂、缺口冲击等，这些缺点大大限制聚碳酸酯的应用。为了解决这一问题，人们开始于着力于向聚碳酸酯中添加增强组分，以制备综合性能更优的PC复合材料。玻璃纤维就是一种常用的PC复合材料增强组分，其添加于聚碳酸酯中能够显著改善聚碳酸酯的加工性能及力学性能，制备出易于加工、断裂拉伸性能优良的PC复合材料。

公开号为CN103408909A的中国发明公开了一种耐电压耐电弧耐老化高性能玻纤增强PC复合材料及其制备方法和应用，其原料配方由如下重量份的各组分组成：PC71-93份，玻纤5-15份，抗氧剂K21为0.2-1份，抗氧剂UV234为0.1-1份，增韧剂TLE-205H为0.5-1份，绝缘剂PTFE为1-10份。该发明制备的耐电压耐电弧耐老化高性能玻纤增强PC复合材料具有高抗冲、耐磨、耐高电压、耐电弧等优良的绝缘的性能，尤其表现出良好的耐老化性能。

上述发明制得的PC复合材料耐老化性好，具有一定的实用性。但是，由于玻璃纤维自身的导热系数小，其添加于聚碳酸酯中也降低了成品PC复合材料的散热性能，使得PC复合材料不能很好的应用于电表壳体等对散热性要求较高的领域，减小了PC复合材料的应用范围。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高散热PC复合材料，其具有散热性好的优点。

本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：

一种高散热PC复合材料，其由包括如下重量份数的原料混合而成：

所述改性玻璃纤维为表面包覆有石墨烯和偶联剂的玻璃纤维。

通过采用上述技术方案，本发明配方中含有改性玻璃纤维，改性玻璃纤维为外表包覆有石墨烯和偶联剂的玻璃纤维。石墨烯导热系数高，其包覆于玻璃纤维的表面，能够辅助玻璃纤维进行热量的传导，使得制备的改性玻璃纤维具有较高的导热系数；偶联剂是改性分散剂的一种，其包覆于玻璃纤维的外表面，提高了改性玻璃纤维于本发明配方体系中的分散能力，使其自身更易均匀分散于本发明配方体系中，提高了PC复合材料的散热性能。

作为优选，所述高散热PC复合材料，由包括如下重量份数的原料混合而成：PC基材85-90份，改性玻璃纤维3-8份，分散剂2-3份，增韧剂5-6份，抗氧化剂0.3-0.5份，阻燃剂0.3-0.5份。

通过采用上述技术方案，本发明的各组分含量作进一步优化，使得制备的PC复合材料具有更优的综合性能。

作为优选，所述PC基材为PC8345、PC9415(Z)、PC9125、PC9425中的任意一种。

通过采用上述技术方案，PC基材是本发明配方的基料，选用PC8345、PC9415(Z)、PC9125、PC9425这些加工型性能好的聚碳酸酯，能够使制备的成品具有更优越的可加工性。

作为优选，所述改性玻璃纤维通过如下步骤制备得到：

(1)称取未处理的玻璃纤维，放入无水乙醇中超声处理；

(2)将上述玻璃纤维过滤，用去离子水洗涤后烘干；

(3)向完成上述操作的玻璃纤维中倒入石墨烯溶液，搅拌并超声处理后，清洗烘干，制得单包玻纤；

(4)将单包玻纤加热，并向其中添加偶联剂，添加过程中持续搅拌保持温度恒定，最后烘干得到改性玻璃纤维。

通过采用上述技术方案，能够制备外壁依次包覆有石墨烯和偶联剂的改性玻璃纤维，该改性玻璃纤维添加于本发明中，能够更好的于体系中分散，使得成品PC复合材料质地均匀。同时，石墨烯自身的导热系数高，其包覆于玻璃纤维的表面，辅助玻璃纤维进行热的传导，使得制备的PC复合材料具有优良的散热能力。

作为优选，上述操作还包括将制得的改性玻璃纤维120℃下加热处理。

通过采用上述技术方案，120℃加热能够使偶联剂更加稳定的包覆于玻璃纤维表面。

作为优选，所述玻璃纤维的长度为8-13mm。

通过采用上述技术方案，玻璃纤维作为增强材料，其长度过短则增强性能较差，长度过长则分散性低，通过控制其于长度处于8-13mm，能够在保证其增强效用的同时，保证其分散性。

本发明的第二个目的是提供一种上述的高散热PC复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)备料：按重量份称取各原料，备用；

(2)初混：将PC基料和分散剂混合均匀后，向其中添加增韧剂、抗氧化剂和阻燃剂，混合均匀后加入改性玻璃纤维，熔融共混制得复合基料；

(3)复混：将复合基料熔融处理5-10min，备用；

(4)成型：将完成上述操作的复合基料挤出成型，得到PC复合材料。

作为优选，所述步骤(3)的操作次数为1-3次。

通过采用上述技术方案，本发明PC复合材料的制备过程包括备料、出混、复混、成型，其中，复混操作使得制备的PC复合材料质地均匀，散热性能稳定。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明中含有改性玻璃纤维，改性玻璃纤维外表包覆有石墨烯和偶联剂，分散性好，导热系数高，其均匀分散于本发明配方体系中，提高了PC复合材料的散热性能；

(2)本发明PC复合材料的制备过程包括备料、出混、复混、成型，制备的PC复合材料质地均匀，散热性能稳定。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。

制备例原料：玻璃纤维为泰山玻璃纤维有限公司生产，石墨烯溶液为石墨烯溶液(NJPEGrs)，偶联剂为硅氧烷偶联剂KH-570，无水乙醇，去离子水。

制备例1

改性玻璃纤维通过如下步骤制备得到：

(1)裁剪玻璃纤维的长度为8mm，向其中倒入无水乙醇，控制无水乙醇的量没过玻璃纤维1.5cm，超声处理2h；

(2)将完成超声清洗的玻璃纤维滤出，并于流动的去离子水下冲洗后烘干备用；

(3)向完成上述操作的玻璃纤维中倒入浓度为0.2mg/ml石墨烯溶液，控制石墨烯溶液的量没过玻璃纤维，搅拌并超声处理1h后，清洗烘干得到单包玻纤；

(4)将单包玻纤加热至95℃，并向其中添加偶联剂，添加过程中持续搅拌并保持温度恒定，添加完成后继续搅拌0.5h，烘干得到双包玻纤；

(5)将双包玻纤120℃下加热10min后，得到改性玻璃纤维。

制备例2

制备例2与制备例1的制备过程相同，区别在于其中添加的玻璃纤维长度为10mm。

制备例3

制备例3与制备例1的制备过程相同，区别在于其中添加的玻璃纤维长度为13mm。

实施例原料；PC基材选用PC8345、PC9415(Z)、PC9125、PC9425，分散剂选用KJ-A120，增韧剂选用AX-8900，抗氧化剂选用168抗氧剂，阻燃剂选用FR-2025。

实施例1

一种高散热PC复合材料，具体组分见表1中所示，其制备操作具体为：

1)按重量份称取各原料，备用；

2)将PC基料和分散剂添加至单螺杆挤出机中，混合均匀后，向其中依次添加增韧剂、抗氧化剂和阻燃剂，混合5min后加入制备例1中制得的改性玻璃纤维，熔融共混5min，挤出制得复合基料，备用；

3)将复合基料添加至挤出机中二次共混，处理5min后，挤出备用；

4)将完成上述操作的复合基料挤出成型，得到PC复合材料。

实施例2

实施例2与实施例1的各组分含量相同，区别在于步骤(3)操作的共混时间为8min，具体见表1中所示。

实施例3

实施例3与实施例1的各组分含量相同，区别在于步骤(3)操作的共混时间为10min，具体见表1中所示。

实施例4

实施例4与实施例1的各组分含量相同，区别在于步骤(3)操作进行了两次，具体见表1中所示。

实施例5

实施例5与实施例1的各组分含量相同，区别在于步骤(3)操作进行了三次，具体见表1中所示。

实施例6

实施例6与实施例1的制备过程相同，区别在于其中添加的改性玻璃纤维为制备例2中制得的，具体见表1中所示。

实施例7

实施例7与实施例1的制备过程相同，区别在于其中添加的改性玻璃纤维为制备例3中制得的，具体见表1中所示。

实施例8

实施例8与实施例6的制备工艺相同，区别在于各组分含量不同，具体见表1中所示。

实施例9

实施例9与实施例6的制备工艺相同，区别在于各组分含量不同，具体见表1中所示。

实施例10

实施例10与实施例6的制备工艺相同，区别在于各组分含量不同，具体见表1中所示。

实施例11

实施例11与实施例6的制备工艺相同，区别在于各组分含量不同，具体见表1中所示。

实施例12

实施例12与实施例11的制备工艺相同，区别在于其中添加的PC基材为PC9415(Z)。

实施例13

实施例13与实施例11的制备工艺相同，区别在于其中添加的PC基材为PC9125。

实施例14

实施例14与实施例11的制备工艺相同，区别在于其中添加的PC基材为PC9425。

表1实施例1-14中PC复合材料的原料组成及用量

对比例1

对比例1与实施例2的各组分含量，区别在于制备过程不同，具体操作如下：

1)按重量份称取各原料，备用；

2)将PC基料和分散剂添加至单螺杆挤出机中，混合均匀后，向其中依次添加增韧剂、抗氧化剂和阻燃剂，混合5min后加入制备例1中制得的改性玻璃纤维，熔融共混5min，挤出制得复合基料，备用；

4)将完成上述操作的复合基料挤出成型，得到PC复合材料。

对比例2

对比例2与实施例8的各组分含量相同，区别在于其中添加的玻璃纤维未经改性处理。

对比例3

公开号为CN103408909A的中国发明专利中实施例3中制备的PC复合材料。

性能检测试验

对实施例1-14和对比例1-3中制备得到的PC复合材料的综合性能进行测试，测试结果如表2所示。

表2实施例1-14和对比例1-3的综合测试结果

由表2的检测结果表明，相较于现有技术本发明制备的PC复合材料具有更优的综合性能，主要表现在力学性能和热传导性能。

上述具体实施例仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种高散热PC复合材料，其特征在于，其由包括如下重量份数的原料混合而成：

PC基材 75-93份

改性玻璃纤维 3-12份

分散剂 2-5份

增韧剂 4-7份

抗氧化剂 0.3-0.5份

阻燃剂 0.2-0.5份

所述改性玻璃纤维为表面包覆有石墨烯和偶联剂的玻璃纤维。

2.根据权利要求1所述的一种高散热PC复合材料，其特征在于，其由包括如下重量份数的原料混合而成：PC基材85-90份，改性玻璃纤维3-8份，分散剂2-3份，增韧剂5-6份，抗氧化剂0.3-0.5份，阻燃剂0.3-0.5份。

3.根据权利要求1所述的一种高散热PC复合材料，其特征在于：所述PC基材为PC 8345、PC 9415（Z）、PC 9125、PC 9425中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种高散热PC复合材料，其特征在于：所述改性玻璃纤维通过如下步骤制备得到：

（1）称取未处理的玻璃纤维，放入无水乙醇中超声处理；

（2）将上述玻璃纤维过滤，用去离子水洗涤后烘干；

向完成上述操作的玻璃纤维中倒入石墨烯溶液，搅拌并超声处理后，清洗烘干，制得单包玻纤；

将单包玻纤加热，并向其中添加偶联剂，添加过程中持续搅拌保持温度恒定，最后烘干得到改性玻璃纤维。

5.根据权利要求4所述的一种高散热PC复合材料，其特征在于：上述操作还包括将制得的改性玻璃纤维120℃下加热处理。

6.根据权利要求4所述的一种高散热PC复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维的长度为8-13mm。

7.一种权利要求1-6任一项所述的高散热PC复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）备料：按重量份称取各原料，备用；

（2）初混：将PC基料和分散剂混合均匀后，向其中添加增韧剂、抗氧化剂和阻燃剂，混合均匀后加入改性玻璃纤维，熔融共混制得复合基料；

（3）复混：将复合基料熔融处理5-10min，备用；

（4）成型：将完成上述操作的复合基料挤出成型，得到PC复合材料。

8.根据权利要求7所述的高散热PC复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）的操作次数为1-3次。