CN111944296A - 一种纳米陶瓷/pc复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种纳米陶瓷/PC复合材料及其制备方法。所述复合材料是在PC材料已有的优异性能基础上，结合经表面改性剂改性的纳米陶瓷材料，和其他助剂共同作用下，经密炼、破碎、造粒等步骤，得到最终产品。本发明采用表面改性剂对纳米陶瓷进行改性，降低了陶瓷粉的团聚现象，提高陶瓷的均匀分散性；将改性的纳米陶瓷应用在PC材料中得到纳米陶瓷/PC复合材料，明显提高PC材料的导热性、绝缘性和其他力学性能，拓宽了PC材料的应用领域，同时本发明所述复合材料的生产工艺简单，操作过程简便，产品质优价廉，使用安全环保，具有较高的工业价值和市场竞争力。

Description

一种纳米陶瓷/PC复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种纳米陶瓷/PC复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC材料)是一种综合性能优良的热塑性树脂，作为重要的工程塑料之一，不仅具有优异的电绝缘性、耐热性、稳定性，而且还具有自熄、阻燃、无毒、可着色等优点，并且质量轻、强度高，是航天航空、电子电器等领域的重要材料，并且遍布生活中的各个角落。然而，聚碳酸酯的耐磨性较差、导热性能不佳，热导率仅为0.192W/m.k，限制了其进一步的应用。
随着社会的发展，陶瓷材料在很多领域中占有重要的地位，并且受到市场的认可。陶瓷材料是用一种利用天然物质或人工合成物质经过成型和高温烧结而制成的一类无机非金属材料，因其具有质量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗老化、不变形等优良特性，在多领域具有广泛应用。例如，碳化硅陶瓷材料具有高温强度大、高温抗氧化性强、耐磨损性能好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，其热导率为83.6127W/m.k，碳化硼陶瓷材料具有硬度高、密度小、熔点高、高温强度高、化学稳定性好、极好的热电性能等特点，其热导率为17W/m.k氧化锆陶瓷的熔点和沸点高，硬度大，在常温下具有非常优秀的绝缘性能，而在高温下具有良好的导电性能，其热导率为22W/m.k。而现今还没有将陶瓷材料应用在PC材料中提高PC材料导热性能的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术问题的不足，提供一种纳米陶瓷/PC复合材料及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明的目的之一是提供一种纳米陶瓷/PC复合材料，所述复合材料由以下重量份的原料组成：
Figure BDA0002593377810000011
Figure BDA0002593377810000021
其中，改性陶瓷是经表面改性剂改性的纳米陶瓷。
优选的，所述复合材料由以下重量份的原料组成：
PC树脂 100份
改性陶瓷 30-40份。
优选的，所述改性陶瓷按重量份计，是由100份纳米陶瓷和1-3份表面改性剂制备而成。
优选的，所述纳米陶瓷为50-900nm的碳化硅、碳化硼或氧化锆的一种或多种。
优选的，所述表面改性剂为硅烷偶联剂，包括KH550、KH560。
优选的，所述增塑剂为马来酸酐或硬脂酸。
优选的，所述炭黑为中色素炭黑，包括三菱MA11。
本发明的另一目的是提供上述纳米陶瓷/PC复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性陶瓷：称取配方量的纳米陶瓷和表面改性剂，乙醇作为溶剂，球磨1-2h，干燥，粉碎过筛；
(2)密炼：称取配方量的各原料放入密炼机中进行密炼，得到分散均匀的混合料；
(3)破碎：将步骤(2)的混合料放入破碎机进行破碎，得到8-12mm的破碎料；
(4)造粒：将步骤(3)的破碎料加入造粒机进行造粒，得到纳米陶瓷/PC复合材料。
优选的，所述步骤(1)中干燥温度为95-120℃，干燥时间为4-6h；更优选的干燥温度为100℃，干燥时间为5h。
优选的，所述步骤(2)中密炼温度为240-260℃，密炼时间为0.5-1h，更优选的密炼温度为250℃，密炼时间为1h。
优选的，所述步骤(4)中造粒温度为235-250℃，主机转速为27-29r/mim，喂料速度为12-14r/mim，更优选的造粒温度为240℃，主机转速为28r/mim，喂料速度为13r/mim。
本发明与现有技术相比，其有益效果主要体现在：本发明提供一种米陶瓷/PC复合材料及其制备方法，所述复合材料是在PC材料已有的优异性能基础上，结合经表面改性剂改性的纳米陶瓷材料，和其他助剂共同作用下，经密炼、破碎、造粒等步骤，得到最终产品。本发明采用表面改性剂对纳米陶瓷进行改性，降低了陶瓷粉的团聚现象，提高陶瓷的均匀分散性；将改性的纳米陶瓷应用在PC材料中得到纳米陶瓷/PC复合材料，明显提高PC材料的导热性、绝缘性和其他力学性能，拓宽了PC材料的应用领域，同时本发明所述复合材料的生产工艺简单，操作过程简便，产品质优价廉，使用安全环保，具有较高的工业价值和市场竞争力。
附图说明
图1是实施例1的复合材料实物图；
图2是实施例2的复合材料实物图；
图3是实施例2的复合材料断面电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1：
一种纳米陶瓷/PC复合材料，所述复合材料由以下重量份的原料组成：
PC树脂 100份
改性陶瓷 40份
其中，改性陶瓷由100份500nm的纳米碳化硅和3份硅烷偶联剂KH560制备而成。
一种上述复合材料的制备方法，所述方法是将配方量的纳米陶瓷和表面改性剂加入乙醇溶剂中，以磨球大小3mm和6mm、球料比2:1、转速300Hz的球磨条件进行球磨2h，100℃干燥5h，粉碎过60目筛得到改性陶瓷，然后将配方量的各原料放入密炼机中250℃下密炼1h，得到分散均匀的混合料后放入破碎机进行破碎，得到10mm的破碎料，将破碎料加入造粒机在240℃下进行造粒，主机转速为28r/min，喂料速度为13r/min，得到纳米陶瓷/PC复合材料。复合材料实物图见图1。
实施例2：
一种纳米陶瓷/PC复合材料，所述复合材料由以下重量份的原料组成：
Figure BDA0002593377810000041
其中，改性陶瓷由100份900nm的纳米碳化硼和1份硅烷偶联剂KH560制备而成。
一种上述复合材料的制备方法，所述方法是将配方量的纳米陶瓷和表面改性剂加入乙醇溶剂中，相同球磨条件球磨1h，95℃干燥6h，粉碎过60目筛得到改性陶瓷，然后将配方量的各原料放入密炼机中240℃下密炼1h，得到分散均匀的混合料后放入破碎机进行破碎，得到12mm的破碎料，将破碎料加入造粒机在235℃下进行造粒，主机转速为27r/min，喂料速度为12r/min，得到纳米陶瓷/PC复合材料。复合材料的实物图见图2，断面电镜图见图3，由图可知改性陶瓷粉均分的分散在PC基体中，没有团聚现象，且结合相关性能检测数据可知，改性陶瓷粉的添加有效的提高了PC材料的各项性能。
实施例3：
一种纳米陶瓷/PC复合材料，所述复合材料由以下重量份的原料组成：
PC树脂 100份
改性陶瓷 30份
马来酸酐 2份
其中，改性陶瓷由100份50nm的纳米氧化锆和3份硅烷偶联剂KH550制备而成。
一种上述复合材料的制备方法，所述方法是将配方量的纳米陶瓷和表面改性剂加入乙醇溶剂中，相同球磨条件球磨2h，120℃干燥4h，粉碎过80目筛得到改性陶瓷，然后将配方量的各原料放入密炼机中260℃下密炼0.5h，得到分散均匀的混合料后放入破碎机进行破碎，得到8mm的破碎料，将破碎料加入造粒机在250℃下进行造粒，主机转速为29r/min，喂料速度为14r/min，得到纳米陶瓷/PC复合材料。
试验例1：
对实施例1和实施例2制备得到的纳米陶瓷/PC复合材料和现有的PC材料(沙特沙伯基础厂家的LEXANTM EXL1414聚碳酸酯)进行性能检测，检测结果见表1：
表1实施例1和实施例2制备的复合材料和现有PC材料性能对比
Figure BDA0002593377810000051
由表中数据可知，经过纳米陶瓷改性的PC复合材料，导热性能得到明显提升，实施例1的热导率提高至原来的270％，绝缘性增加了47％，实施例2的热导率提高至原来的233％，绝缘性增加了63％，其他力学性能也相应增加。
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种纳米陶瓷/PC复合材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：
Figure FDA0002593377800000011
其中，改性陶瓷是经表面改性剂改性的纳米陶瓷。
2.根据权利要求1所述一种纳米陶瓷/PC复合材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：
PC树脂 100份
改性陶瓷 30-40份。
3.根据权利要求1所述一种纳米陶瓷/PC复合材料，其特征在于，所述改性陶瓷按重量份计，是由100份纳米陶瓷和1-3份表面改性剂制备而成。
4.根据权利要求3所述一种纳米陶瓷/PC复合材料，其特征在于，所述纳米陶瓷为50-900nm的碳化硅、碳化硼或氧化锆的一种或多种；所述表面改性剂为硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1所述一种纳米陶瓷/PC复合材料，其特征在于，所述增塑剂为马来酸酐或硬脂酸；所述炭黑为中色素炭黑。
6.一种权利要求1-5任一一种纳米陶瓷/PC复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备改性陶瓷：称取配方量的纳米陶瓷和表面改性剂，乙醇作为溶剂，球磨1-2h，干燥，粉碎过筛；
(2)密炼：称取配方量的各原料放入密炼机中进行密炼，得到分散均匀的混合料；
(3)破碎：将步骤(2)的混合料放入破碎机进行破碎，得到8-12mm的破碎料；
(4)造粒：将步骤(3)的破碎料加入造粒机进行造粒，得到纳米陶瓷/PC复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种纳米陶瓷/PC复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中干燥温度为95-120℃，干燥时间为4-6h。
8.根据权利要求6所述的一种纳米陶瓷/PC复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中密炼温度为240-260℃，密炼时间为0.5-1h。
9.根据权利要求6所述的一种纳米陶瓷/PC复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中造粒温度为235-250℃，主机转速为27-29r/mim，喂料速度为12-14r/mim。
10.根据权利要求6所述的一种纳米陶瓷/PC复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中干燥温度为100℃，干燥时间为5h；所述步骤(2)中密炼温度为250℃，密炼时间为1h；所述步骤(4)中造粒温度为240℃，主机转速为28r/mim，喂料速度为13r/mim。
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