CN114806130A - 一种导热阻燃pc复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚合物改性和加工技术领域，特别是一种导热阻燃PC复合材料及其制备方法，由下列重量百分比的原料组成：9‑48%PC颗粒树脂、8‑10%共聚PC颗粒树脂、3‑5%相容剂、15‑30%复合导热母粒、10‑20%玻璃纤维、10‑15%复合阻燃剂、5‑8%增韧剂、0.2‑0.8%抗氧剂、0.6‑1.2%润滑剂、0.2‑1.0%其它添加剂。本发明制备的复合材料填料分散更加均匀，更容易形成导热网络结构，制备的复合材料导热系数更高，具有良好的力学性能同时兼顾优秀的阻燃和导热能力。

Description

一种导热阻燃PC复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚合物改性和加工技术领域，特别是一种导热阻燃PC复合材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对智能手机的依赖性增加，无线充电方式摆脱了传统充电的束缚，同时由于快充技术的突破伴随着零件功耗增加，对相应的材料的散热能力和充电安全也提出更高要求。但现有用于无线充电器外壳基本都是普通阻燃PC工程塑料，没有很好的散热效果。现有一些手机厂商是在塑料外壳中心固定有散热片，同时还粘贴几块导热垫，帮助发热器件散热。

例如，专利号为CN109004770的中国发明专利一种高效散热的无线充电器，在充电器外壳表面覆有散热涂层，散热涂层能将充电器内部热量传递到外部环境中，解决散热问题；又如专利号为CN109880536的中国发明专利一种应用于无线充电的复合散热材料及其制备方法，提到片状结构的复合散热材料，其包括熔融混合在一起的相变材料和导热凝胶，这种复合散热材料利用相变材料在相变过程中从环境中放热或者吸热从而释放或者储存热量，以及石墨和导热凝胶的导热能力将无线充电在使用过程中产生的热量导出；上述方法都没有真正涉及到无线充外壳材料的内部热量传输能力。

石墨烯作为一种先进碳材料，具有优异的力学特性、电子效应和热性能。石墨烯强度高，韧性好，理论杨氏模量达1.0TPa，固有拉伸强度为130GPa；石墨烯在室温下载流子迁移率约为15000cm²/V·s，是硅材料的10倍；石墨烯导热系数高达5300W/m·k，是银、铜10倍和铝的20倍以上。石墨烯优异的特性，使其成为导热复合材料理想填料的重要选择。本发明使用石墨烯与传统石墨复配的协同效应，提升材料导热效果。

木质素作为一种广泛存在、可再生的重要资源，在制备可降解、可再生的高分子复合材料方面有重要发展前景，木质素的阻燃性和抗老化性能已经被很多文献报道，但单纯使用木质素时阻燃效果有限，很难达到UL-94V0级的要求。本发明使用改性后的木质素和添加量较低含量的磺酸盐类阻燃剂复配来解决。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种优异的力学性能的导热阻燃PC复合材料及其制备方法来解决上述问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种导热阻燃PC复合材料，由下列重量百分比的原料组成：

作为本发明进一步的方案，所述PC颗粒树脂为双酚A型聚碳酸酯，熔体流动速率为10-25g/10min；所述共聚PC颗粒树脂为含有硅氧烷结构的聚碳酸酯，熔体流动速率为10-25g/10min；所述相容剂为ABS-g-MAH或PS-g-MAH中的一种或两种混合物。

作为本发明进一步的方案，所述复合导热母粒为导热碳材料与PC粉料熔融共混制备而成，其中导热碳材料的含量为70wt％。

作为本发明进一步的方案，所述导热碳材料为表面处理的鳞片石墨和石墨烯材料的混合物，其中表面处理剂为钛酸酯偶联剂，鳞片石墨颗粒尺寸为80-100微米，石墨烯材料的颗粒尺寸为5-20微米，石墨与石墨烯的质量比为4:1。

作为本发明进一步的方案，玻璃纤维是无碱连续玻纤或短切玻纤；复合阻燃剂是改性木质素和磺酸盐类阻燃剂的混合物。

作为本发明进一步的方案，所述改性木质素为木浆木质素，所述木浆木质素按照以下步骤进行改性处理：

S1，在碱性条件下，木质素与甲醛反应进行羟甲基化改性，得到羟基化木质素；

S2，将咪唑与三乙胺加入溶剂DMF中，80℃条件下滴定加入三氯氧磷恒温反应6-8小时制备中间体；

S3，将羟基化木质素与中间体于95℃条件下反应12小时制备改性木质素；其中改性后的木质素分子结构中分别引入6-10％氮、磷阻燃元素。

作为本发明进一步的方案，所述磺酸盐类阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾或全氟丁基磺酸钾中的一种或两种混合物。

作为本发明进一步的方案，所述增韧剂为MBS、POE-g-MAH、EMA-GMA的一种或几种的混合物；抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂为1010、3114和DSTP中的一种或几种；所述的辅抗氧剂为168和618中的一种或两种。

作为本发明进一步的方案，所述润滑剂为PETS、硅酮粉或者硅酮母粒中的一种或几种；其它添加剂为色粉添加剂或者光稳定剂。

一种导热阻燃PC复合材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，复合导热母粒制备：将PC粉料和表面处理改性后的导热碳材料，经过熔融挤出造粒制备待用；

步骤二，将玻璃纤维以外的各原料组分在高速混合器中混合5-10分钟；

步骤三，将所述步骤二混合后的物料加入双螺杆挤出机中主喂料口，同时将玻璃纤维加入玻纤口中，经熔融挤出后冷却造粒，其中挤出温度为240-255℃，螺杆转速300-500转/min。

由于本发明采用如上技术方案，本发明具有的优点和积极效果是：

1、先将导热填料与PC粉料制备成复合导热母粒，然后再与其他组分进行熔融共混制备导热阻燃PC复合材料；采用二步法制备的复合材料填料分散更加均匀，更容易形成导热网络结构，制备的复合材料导热系数更高；

2、本发明使用高导热的石墨烯，其与导热石墨材料复配后利用不同粒径尺寸的协同效应，提升材料导热效果；

3、本发明使用含有氮、磷阻燃元素接枝的改性木质素替代传统的磷酸酯类阻燃剂，同时使用磺酸盐阻燃剂与共聚PC中的硅氧烷结构形成协同阻燃作用；

4、本发明制备的PC复合材料具有良好的力学性能同时兼顾优秀的阻燃和导热能力。

具体实施方式

在实施例及对比例复合材料配方中，所述的PC颗粒树脂为LG公司生产的1201-22；PC粉料为上述颗粒物理研磨成200目的粉末；所用的共聚PC颗粒树脂为sabic公司的EXL1413T；所用的鳞片石墨为青岛伟杰石墨公司生产的WJ-ZD99；所用的石墨烯为四川德阳烯碳科技的HE-01；两种碳材料经过钛酸酯偶联剂表面处理；所用的改性木质素为自制；所用的磺酸盐阻燃剂为3M公司的FR2025；所用的玻璃纤维为泰山玻纤生产的无碱连续玻纤T635B；所用的相容剂为ABS-g-MAH，其接枝率为0.8-1.5％；所用的增韧剂为EMA-GMA，使用阿科玛公司生产的AX8900，抗氧剂为BASF公司生产的1010和168，两者质量比为1:1；此外还包括润滑剂PETS和光稳定剂UV234。

将PC粉料和表面处理改性后的导热填料，经过熔融挤出造粒制成复合导热母粒。

将玻璃纤维以外的各原料组分在高速混合器中混合5-10分钟；将混合均匀的原料加入双螺杆挤出机中主喂料口，同时将玻璃纤维加入玻纤口中，经熔融挤出后冷却造粒，制备成导热阻燃PC复合材料。

性能评价方式及实行标准：

将上述方法制备的导热阻燃PC复合材料粒子，在90-100℃的鼓风烘箱中干燥2-3小时，然后再在注射成型机上制备标准样条。

拉伸性能测试：按照ISO 527标准进行，测试速度5mm/min。

弯曲性能测试：按照ISO 178标准进行，测试速度2mm/min。

缺口冲击强度测试：按照ISO 179标准进行，测试条件23℃。

阻燃性能测试：按照UL-94标准进行，样条尺寸为127*13*1.6mm。

导热性能测试：采用瞬态热线法，按照GB/T 10294标准进行，样板尺寸为40*30*2mm。

表1为实施例1～5和对比例1～3材料配方表(重量％)

表2为实施例1～5和对比例1～3测试数据对比

由表1～2可知，从实施例1～5可以看出，PC复合材料保持了很好的力学性能，同时兼顾优秀的导热性能和阻燃性；实施例2和对比例1～3可以看出，采用二步法制备的复合材料填料分散更加均匀，更容易形成导热网络结构，制备的复合材料导热系数更高；使用高导热的石墨烯与导热石墨材料复配后利用不同粒径尺寸的协同效应，提升材料导热效果；单独使用改性木质素阻燃效果有限，同时使用磺酸盐阻燃剂与共聚PC中的硅氧烷结构形成协同阻燃作用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：由下列重量百分比的原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：所述PC颗粒树脂为双酚A型聚碳酸酯，熔体流动速率为10-25g/10min；所述共聚PC颗粒树脂为含有硅氧烷结构的聚碳酸酯，熔体流动速率为10-25g/10min；所述相容剂为ABS-g-MAH或PS-g-MAH中的一种或两种混合物。

3.根据权利要求1所述的一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：所述复合导热母粒为导热碳材料与PC粉料熔融共混制备而成，其中导热碳材料的含量为70wt％。

4.根据权利要求3所述的一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：所述导热碳材料为表面处理的鳞片石墨和石墨烯材料的混合物，其中表面处理剂为钛酸酯偶联剂，鳞片石墨颗粒尺寸为80-100微米，石墨烯材料的颗粒尺寸为5-20微米，石墨与石墨烯的质量比为4:1。

5.根据权利要求1所述的一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：玻璃纤维是无碱连续玻纤或短切玻纤；复合阻燃剂是改性木质素和磺酸盐类阻燃剂的混合物。

6.根据权利要求5所述的一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：所述改性木质素为木浆木质素，所述木浆木质素按照以下步骤进行改性处理：

S1，在碱性条件下，木质素与甲醛反应进行羟甲基化改性，得到羟基化木质素；

S2，将咪唑与三乙胺加入溶剂DMF中，80℃条件下滴定加入三氯氧磷恒温反应6-8小时制备中间体；

S3，将羟基化木质素与中间体于95℃条件下反应12小时制备改性木质素；

其中改性后的木质素分子结构中分别引入6-10％氮、磷阻燃元素。

7.根据权利要求5所述的一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：所述磺酸盐类阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾或全氟丁基磺酸钾中的一种或两种混合物。

8.根据权利要求1所述的一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：所述增韧剂为MBS、POE-g-MAH、EMA-GMA的一种或几种的混合物；抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，其中主抗氧剂为1010、3114和DSTP中的一种或几种；所述的辅抗氧剂为168和618中的一种或两种。

9.根据权利要求1所述的一种导热阻燃PC复合材料，其特征是：所述润滑剂为PETS、硅酮粉或者硅酮母粒中的一种或几种；其它添加剂为色粉添加剂或者光稳定剂。

10.一种导热阻燃PC复合材料的制备方法，其特征是：具体步骤如下：

步骤一，复合导热母粒制备：将PC粉料和表面处理改性后的导热碳材料，经过熔融挤出造粒制备待用；

步骤二，将玻璃纤维以外的各原料组分在高速混合器中混合5-10分钟；

步骤三，将所述步骤二混合后的物料加入双螺杆挤出机中主喂料口，同时将玻璃纤维加入玻纤口中，经熔融挤出后冷却造粒，其中挤出温度为240-255℃，螺杆转速300-500转/min。