CN111635574B - 一种pp/pe/bn/epdm导热绝缘材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料中的导热绝缘材料领域，涉及PP/PE共连续结构和导热绝缘材料，特别涉及一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料及其制备方法。BN、EPDM干燥后进行熔融共混挤出造粒，得到预制BN/EPDM共混物，PP、PE干燥后与预制BN/EPDM共混物进行熔融共混挤出造粒、干燥和注塑，得到PP/PE/BN/EPDM导热绝缘复合材料。实验结果表明，本申请提供母料共混法下，添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料的热导率比不添加BN的PP/PE/EPDM复合材料的热导率提高了56.3%；在添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料中，母料共混法比直接共混法的热导率提高了36.9％。本发明的制备方法可将大大提高复合材料的导热性，具有较高市场价值。

Description

一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料中的导热绝缘材料领域，涉及PP/PE共连续结构和导热绝缘材料，特别涉及一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料及其制备方法。
背景技术
在微观结构控制的导热绝缘材料中，如果在少数相含量较低的情况下可以形成连续相，填料有效连接且填料均布在少数相，那么相同热导率下所需要的导热填料含量越低，制成的低填充量高导热材料有着质轻、耐腐蚀、绝缘且导热性能优异等特点，可以应用于太阳能电池、LED灯外壳、集成电路、CPU处理器等新兴材料。
填充型聚合物材料的导热性能同时取决于填料的分布形式和基体—填料的界面热阻。少量填料作为分散相时，填料相互离散，无法串联形成通路，复合材料的导热性能较难提升。只有当填料充足，能够相互搭接形成导热网络后，若填料填充量继续增加，导热网络相互贯穿，体系导热性能将发生突跃。由于导热填料远大于基体树脂的热导率，声子会在二者的界面处发生散射现象。界面处存在结合不良、孔隙和缺陷等，将会加重散射现象，从而增大两相界面的热阻。
根据导热机理可知，想提高复合材料的导热率，在形成共连续结构的基础上，复合材料如果能够控制填料在相界面处的分布，并且填料可以有效连接，则可以使用较少的导热填料来达到较高的热导率，制成的低含量高导热材料有着质轻、耐腐蚀、绝缘且导热性能优异等特点。
发明内容
本发明为了解决低填充含量导热填料下低导热率的弊端，提供了一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料，是由以下重量份的原料制成的，
EPDM(乙丙橡胶)10份，
BN(氮化硼)0～10份、且不为0，
HDPE(高密度聚乙烯)50份，
PP(聚丙烯)50份。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述PP熔融指数为2.9g/10min。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述HDPE熔融指数为20g/10min。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述BN的粒径小于等于10微米。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述EPDM中的丙烯含量为29.5wt％，乙烯含量为70％。
本发明进一步提供了一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，采用的是上述原料，包括以下步骤：所述BN、EPDM干燥后进行熔融共混挤出造粒，通过母料共混法得到预制BN/EPDM共混物，PP、PE干燥后与预制BN/EPDM共混物进行熔融共混挤出造粒、干燥和注塑，得到PP/PE/BN/EPDM导热绝缘复合材料。
通过上述共混顺序，采用橡胶弹性体EPDM包裹导热填料BN，由PP、PE和母料共混法预制的BN/EPDM共混物进行熔融共混，由高密度聚乙烯和聚丙烯共混物的相容剂EPDM在相界面处的作用机理，实现导热填料BN在相界面处的定位，进而由导热填料BN在相界面处相互接触形成微观结构的导热通路，提高复合材料的导热性。在本发明横纵，所述复合材料的共连续结构是由高密度聚乙烯和聚丙烯在相同比例共混得到的。
作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，所述熔融共混挤出造粒是在微型双螺杆挤出机中运行的，从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。所述双螺杆挤出机的螺杆转速为80r/min。
作为本发明制备方法技术方案的进一步改进，所述注塑是在微型注塑机中运行的，微型注塑机模具温度为60℃，料筒温度为190℃，注塑压力分别为0.3MPa、0.6MPa，注塑时间分别为3s、40s。
本发明的PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料，在EPDM中添加了BN，PE塑料市场价为8300元/吨，PP市场价为8500元/吨；所述EPDM市场价为20-30元/千克，BN市场价为1599元/千克，制备得到了导热性能良好的PP/PE/BN/EPDM导热绝缘复合材料。实验结果表明，本申请提供的母料共混法下添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料热导率比不添加BN的PP/PE/EPDM复合材料热导率提高了56.3％；在添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料中，母料共混法比直接共混法的热导率提高了36.9％。本发明的制备方法可将大大提高复合材料的导热性，具有较高市场价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为母料共混法添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料的扫描电子显微镜图，其中刻蚀相为EPDM和BN，白色线条为BN在PP/PE相界面处所形成的导热通路。
图2为直接共混法添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料的扫描电子显微镜图，白色线条为EPDM刻蚀相形成的通路。
由图1和图2对比可以看出：在添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料中，母料共混法比直接共混法更易使复合材料形成导热通路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料，是由以下重量份的原料制成的，EPDM(乙丙橡胶)10份，BN(氮化硼)0～10份、且不为0，HDPE(高密度聚乙烯)50份，PP(聚丙烯)50份。
本发明所提供的PP牌号为T30S，生产商为中国石油天然气股份有限公司，熔融指数为2.9g/10min。
本发明所提供的一个实施例中，HDPE牌号为2911，生产商为中国石油天然气股份有限公司，熔融指数为20g/10min。
本发明所提供的一个实施例中，EPDM牌号为3745P，购自山东优索化工科技有限公司，生产商为陶氏化学公司，丙烯含量为29.5wt％，乙烯含量为70％。
本发明所提供的一个实施例中，BN牌号为10043-11-5，生产商为上海阿拉丁生化科技有限公司，粒径小于等于10微米。
本发明为了实现导热填料BN在相界面处的定位，提供了一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，采用的是上述原料，包括以下步骤：所述BN、EPDM干燥后进行熔融共混挤出造粒，通过母料共混法得到预制BN/EPDM共混物，PP、PE干燥后与预制BN/EPDM共混物进行熔融共混挤出造粒、干燥和注塑，得到PP/PE/BN/EPDM导热绝缘复合材料。
具体的，所述熔融共混挤出造粒是在微型双螺杆挤出机中运行的，从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。所述微型双螺杆挤出机的螺杆转速为80r/min。
进一步的，所述注塑是在微型注塑机中运行的，微型注塑机模具温度为60℃，料筒温度为190℃，注塑压力分别为0.3MPa、0.6MPa，注塑时间分别为3s、40s。
另外，在本发明的实施例中，微型双螺杆挤出机由武汉瑞鸣实验仪器有限公司，型号：JSZS-10B，微型注塑机由武汉瑞鸣实验仪器有限公司，型号：SZS-20。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1
通过母料共混法，将BN称取10g、EPDM称取10g，在真空干燥箱干燥6小时，温度为80℃。BN与EPDM采用微型挤出机挤出共混造粒。微型挤出机从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。主机转速为80r/min。干燥处理后，在造粒机里造粒。HDPE称取50g、PP称取50g、预制BN/EPDM共混物20g，在真空干燥箱干燥6小时，温度为80℃。微型挤出机从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。主机转速为80r/min。微型注塑机模具温度为60℃，料筒温度为190℃，注塑压力分别为0.3MPa、0.6MPa，注塑时间分别为3s、40s。
实施例2
通过母料共混法，将BN称取7g、EPDM称取10g，在真空干燥箱干燥6小时，温度为80℃。BN与EPDM采用微型挤出机挤出共混造粒。微型挤出机从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。主机转速为80r/min。干燥处理后，在造粒机里造粒。HDPE称取50g、PP称取50g、预制BN/EPDM共混物17g，在真空干燥箱干燥6小时，温度为80℃。微型挤出机从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。主机转速为80r/min。微型注塑机模具温度为60℃，料筒温度为190℃，注塑压力分别为0.3MPa、0.6MPa，注塑时间分别为3s、40s。
在本实施例中，使用的HDPE、PP、BN和EPDM原材料与实施例1中的相同。
实施例3
通过母料共混法，将BN称取5g、EPDM称取10g，在真空干燥箱干燥6小时，温度为80℃。BN与EPDM采用微型挤出机挤出共混造粒。微型挤出机从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。主机转速为80r/min。干燥处理后，在造粒机里造粒。HDPE称取50g、PP称取50g、预制BN/EPDM共混物15g，在真空干燥箱干燥6小时，温度为80℃。微型挤出机从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。主机转速为80r/min。微型注塑机模具温度为60℃，料筒温度为190℃，注塑压力分别为0.3MPa、0.6MPa，注塑时间分别为3s、40s。
在本实施例中，使用的HDPE、PP、BN和EPDM原材料与实施例1中的相同。
对比例1
通过直接共混法，将EPDM称取10g，HDPE称取50g、PP称取50g，在真空干燥箱干燥6小时，温度为80℃。EPDM、HDPE、PP采用微型挤出机直接共混挤出。微型挤出机从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。主机转速为80r/min。微型注塑机模具温度为60℃，料筒温度为190℃，注塑压力分别为0.3MPa、0.6MPa，注塑时间分别为3s、40s。
在本实施例中，使用的HDPE、PP和EPDM原材料与实施例1中的相同。
对比例2
通过直接共混法，将BN称取10g、EPDM称取10g、HDPE称取50g、PP称取50g，在真空干燥箱干燥6小时，温度为80℃。HDPE、PP、BN、EPDM采用微型挤出机直接共混挤出。微型挤出机从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃。主机转速为80r/min。微型注塑机模具温度为60℃，料筒温度为190℃，注塑压力分别为0.3MPa、0.6MPa，注塑时间分别为3s、40s。
在本对比例中，使用的HDPE、PP、BN和EPDM原材料与实施例1中的相同。
检测结果：
分别检测了实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2制得的PP/PE/BN/EPDM复合材料的热导率。其中，采用导热系数测试仪测量复合材料导热系数，导热试样是用平板硫化机热压成型且经裁剪规格为20×20×2mm的板片，测试温度为25℃。取三个实验数据平均值为该样品的导热系数值，测试结果如表1所示。所用母料共混法添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料(实施例1)的微观结构进行测试，测试结果如图1所示。所用直接共混法添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料(对比例2)的微观结构进行测试，测试结果如图2所示。
通过表1可以看出，由实施例1至实施例3可以得出：本发明提供的EPDM包裹BN在相界面处定位的方法，随着BN质量份数的增加，PP/PE/BN/EPDM复合材料的热导率显著增加。由对比例1可以得出：在不添加导热填料BN的情况下，PP/PE/EPDM复合材料的热导率仅0.2511。由对比例2可以得出：在直接共混法下，添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料的热导率仅0.2865。
表1：PP/PE/BN/EPDM复合材料实施例的导热性能检测结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
导热系数/(W/m·k) 0.3925 0.3128 0.2677 0.2511 0.2865
由上表以及附图1可知，采用本发明所提供的母料共混法，采用橡胶弹性体EPDM包裹导热填料BN，由PP、PE和预制的BN/EPDM共混物进行熔融共混，由高密度聚乙烯和聚丙烯共混物的相容剂EPDM在相界面处的作用机理，实现导热填料BN在相界面处的定位，进而由导热填料BN在相界面处相互接触形成微观结构的导热通路，进而能够提高复合材料的导热性。
由上表以及附图2可知，与其相比较的对比例2，其采用直接共混法，无法实现导热填料BN在相界面处的定位，相对于本发明的实施例1，其导热系数较低，导热性较差。
实验结果表明，本申请提供的母料共混法下，添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料的热导率比不添加BN的PP/PE/EPDM复合材料的热导率提高了56.3％；在添加10份BN的PP/PE/BN/EPDM复合材料中，母料共混法比直接共混法的热导率提高了36.9％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：BN、EPDM干燥后进行熔融共混挤出造粒，通过母料共混法得到预制BN/EPDM共混物，PP、PE干燥后与预制BN/EPDM共混物进行熔融共混挤出造粒、干燥和注塑，得到PP/PE/BN/EPDM导热绝缘复合材料；所述PP/PE/BN/EPDM导热绝缘复合材料是由以下重量份的原料制成的，
EPDM 10份，
BN 5~10份，
HDPE 50份，
PP 50份。
2.根据权利要求1所述的一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述PP的熔融指数为2.9g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述HDPE的熔融指数为20g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述BN的粒径小于等于10微米。
5.根据权利要求1所述的一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述EPDM中的丙烯含量为29.5wt%，乙烯含量为70%。
6.根据权利要求1所述的一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述熔融共混挤出造粒是在微型双螺杆挤出机中运行的，从一段到机头各段温度分别为180℃、190℃、200℃、190℃，所述微型双螺杆挤出机的螺杆转速为 80 r/min。
7.根据权利要求1所述的一种PP/PE/BN/EPDM导热绝缘材料的制备方法，其特征在于，所述注塑是在微型注塑机中运行的，微型注塑机模具温度为60℃，料筒温度为190℃，注塑压力分别为0.3MPa、0.6MPa，注塑时间分别为3s、40s。
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