CN114989593A - 一种高导热性聚苯醚复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料领域，提出了一种高导热性聚苯醚复合材料及其制备方法，所述的高导热性聚苯醚复合材料，包括下述重量份的组分组成：聚苯醚20～40份、复合增韧剂5～15份、抗氧剂0.3～1份、复合填充物50～75份、偶联剂0.5～2份。通过上述技术方案，解决了现有技术中的聚苯醚材料熔融流动性差、导热系数低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体的，涉及一种高导热性聚苯醚复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯醚无毒、透明、相对密度小，具有优良的机械强度、耐应力松弛、抗蠕变性、耐热性、耐水性、耐水蒸汽性、尺寸稳定性。在很宽温度、频率范围内电性能好。主要缺点是熔融流动性差，加工成型困难。
近年来蓬勃发展的信息产业，对高分子材料的性能提出了新的要求，尤其为导热塑料的发展提供了发展空间，导热塑料在电脑高分子材料绝缘好，但作为导热材料，纯的高分子材料一般是不能胜任的，因为高分子材料大多是热的不良导体，其导热系数仅为0.2-0.3W/m·K。而导热材料在各领域的应用，对其导热系数都有其特定的要求。如机械方面的应用为1.3-2W/m·K，电子领域的应用为2-4W/m·K，所以要拓展其在导热领域的应用，必须对高分子材料进行改性。
发明内容
本发明提出一种高导热性聚苯醚复合材料及其制备方法，解决了聚苯醚材料熔融流动性差、导热系数低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高导热性聚苯醚复合材料，包括下述重量份的组分组成：聚苯醚20～40份、复合增韧剂5～15份、抗氧剂0.3～1份、复合填充物50～75份、偶联剂0.5～2份。
作为进一步的技术方案，所述聚苯醚的数均分子量为30000～40000，玻璃化转化温度为214～216℃。
作为进一步的技术方案，所述复合增韧剂包括下述重量份的组成：聚异丁烯10～20份、马来酸酐30～40份、SEBS 10～15份、POE 1～5份。
作为进一步的技术方案，所述增韧剂的制备方法包括以下步骤：将SEBS、POE、过氧化苯甲酰溶解在丙酮中后，高速混合均匀，再加入马来酸酐和聚异丁烯均匀，静置使丙酮充分挥发后造粒，得到复合增韧剂。
作为进一步的技术方案，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯抗氧剂复配体系。
作为进一步的技术方案，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚与亚磷酸三苯酯的混合物。
作为进一步的技术方案，所述复合填充物包括鳞片石墨，纳米碳化硅、碳纳米管、石墨烯中的一种或者几种。
作为进一步的技术方案，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
作为进一步的技术方案，所述复合填充物经甲基硅油2份、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯2份、硅烷偶联剂1份混合均匀，得到复合填充物。
一种高导热性聚苯醚复合材料的制备方法，包括以下步骤，将复合增韧剂、复合填充物、聚苯醚、抗氧化剂在挤出机中进行挤出造粒，制得高导热性聚苯醚复合材料。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明的高导热性聚苯醚复合材料采用高导热系数的导热介质的鳞片石墨，纳米碳化硅、碳纳米管，石墨烯进行复配，可以很好的填充接触面的间隙，将空气挤出接触面，获得较高的导热系数，优异的耐化学腐蚀性和较高的力学强度。同时，优化的制备步骤不会引起粉尘飘扬，复合材料中各配方组分分散性良好，具有良好的加工性。
2、本发明中通过甲基硅油、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯、硅烷偶联剂对复合填充物进行预处理，一方面甲基硅油、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯可以均匀分散在填充物中，减少摩擦，减少对机器的磨损；另一方面可使填充物得到活化，从而大幅度提高填充量，将空气挤出，达到既可以提高抗冲强度、抗张强度、改善综合加工性能，又可以提高导热系数的作用。
3、本发明通过SEBS、POE、聚异丁烯、马来酸酐等材料，制备成马来酸酐接枝的复合增韧剂，接枝后分子间作用力变大，促进填充物与聚苯醚的偶联，降低复合材料脆性，提高聚苯醚复合材料的拉伸强度和冲击强度，即使在低温下也具有很好的柔韧性，并且具有一定的抗老化效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
按表1中的重量份称取各组分原料备用，其中复合增韧剂由以下步骤制备：将SEBS12份、POE 4份、过氧化苯甲酰1份溶解于四倍体积的丙酮中，加入马来酸酐25份、聚异丁烯16份在高混机中高速混合均匀，静置使丙酮充分挥发后，经双螺杆造粒进行熔融反应挤出，得到复合增韧剂。
聚苯醚的玻璃化转化温度为215℃；填充物为纳米级，碳含量在99％以上；硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
按下列步骤制备高导热性聚苯醚复合材料：
S1、将鳞片石墨，纳米碳化硅、碳纳米管，石墨烯投进高混机中进行低速混合，再加入甲基硅油2份、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯2份、1份乙烯基三乙氧基硅烷再次混合，得到复合填充物。
S2、将复合增韧剂、复合填充物、聚苯醚、抗氧剂在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得高导热性聚苯醚复合材料。
测定高导热性聚苯醚复合材料的导热系数、力学强度。
实施例2
按表1中的重量份称取各组分原料备用，其中复合增韧剂由以下步骤制备：将SEBS10份、POE 5份、过氧化苯甲酰1份溶解于四倍体积的丙酮中，加入马来酸酐30份、聚异丁烯20份在高混机中高速混合均匀，静置使丙酮充分挥发后，经双螺杆造粒进行熔融反应挤出，得到复合增韧剂。
聚苯醚的玻璃化转化温度为215℃；填充物为纳米级，碳含量在99％以上；硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
按下列步骤制备高导热性聚苯醚复合材料：
S1、将鳞片石墨，纳米碳化硅、碳纳米管，石墨烯投进高混机中进行低速混合，再加入甲基硅油2份、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯2份、乙烯基三乙氧基硅烷1份再次混合，得到复合填充物。
S2、将复合增韧剂、复合填充物、聚苯醚、抗氧剂在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得高导热性聚苯醚复合材料。
测定高导热性聚苯醚复合材料的导热系数、力学强度。
实施例3
按表1中的重量份称取各组分原料备用，其中复合增韧剂由以下步骤制备：将SEBS15份、POE 1份、过氧化苯甲酰1份溶解于四倍体积的丙酮中，加入马来酸酐30份、聚异丁烯20份在高混机中高速混合均匀，静置使丙酮充分挥发后，经双螺杆造粒进行熔融反应挤出，得到复合增韧剂。
聚苯醚的玻璃化转化温度为215℃；填充物为纳米级，碳含量在99％以上；硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
按下列步骤制备高导热性聚苯醚复合材料：
S1、将鳞片石墨，纳米碳化硅、碳纳米管，石墨烯投进高混机中进行低速混合，再加入甲基硅油2份、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯2份、乙烯基三乙氧基硅烷1份再次混合，得到复合填充物。
S2、将复合增韧剂、复合填充物、聚苯醚、抗氧剂在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得高导热性聚苯醚复合材料。
测定高导热性聚苯醚复合材料的导热系数、力学强度。
实施例4
按表1中的重量份称取各组分原料备用，其中复合增韧剂由以下步骤制备：将SEBS15份、POE 1份、过氧化苯甲酰1份溶解于四倍体积的丙酮中，加入马来酸酐30份、聚异丁烯20份在高混机中高速混合均匀，静置使丙酮充分挥发后，经双螺杆造粒进行熔融反应挤出，得到复合增韧剂。
聚苯醚的玻璃化转化温度为215℃；填充物为纳米级，碳含量在99％以上；硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
按下列步骤制备高导热性聚苯醚复合材料：
S1、将鳞片石墨，纳米碳化硅、碳纳米管，石墨烯投进高混机中进行低速混合，再加入甲基硅油2份、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯2份、乙烯基三乙氧基硅烷1份再次混合，得到复合填充物。
S2、将复合增韧剂、复合填充物、聚苯醚、抗氧剂在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得高导热性聚苯醚复合材料。
测定高导热性聚苯醚复合材料的导热系数、力学强度。
实施例5
按表1中的重量份称取各组分原料备用，其中复合增韧剂由以下步骤制备：将SEBS15份、POE 1份、过氧化苯甲酰1份溶解于四倍体积的丙酮中，加入马来酸酐30份、聚异丁烯20份在高混机中高速混合均匀，静置使丙酮充分挥发后，经双螺杆造粒进行熔融反应挤出，得到复合增韧剂。
聚苯醚的玻璃化转化温度为215℃；填充物为纳米级，碳含量在99％以上；硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
按下列步骤制备高导热性聚苯醚复合材料：
S1、将鳞片石墨，纳米碳化硅、碳纳米管，石墨烯投进高混机中进行低速混合，再加入甲基硅油2份、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯2份、乙烯基三乙氧基硅烷1份再次混合，得到复合填充物。
S2、将复合增韧剂、复合填充物、聚苯醚、抗氧剂在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，制得高导热性聚苯醚复合材料。
测定高导热性聚苯醚复合材料的导热系数、力学强度。
表1实施例1～5高导热性聚苯醚复合材料各组分重量份
实施例1～5，高混机高速转速为1000rmp，低速转速为800rmp，混合温度为40℃，混合时间10min；复合填充物采用侧向强制喂料方式，双螺杆挤出机各区的温度按表2进行设置，主机频率为40Hz，主机转速为350r/min，进料速度为35Kg/h。
表2实施例1～5双螺杆挤出机各区温度
| 一区 | 二区 | 三区 | 四区 | 五区 | 六区 | 七区 | 八区 | 九区 | 机头区 |
| 100℃ | 240℃ | 250℃ | 260℃ | 260℃ | 260℃ | 260℃ | 240℃ | 260℃ | 270℃ |
对比例1
与实施例5相比，N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯用等量的甲基硅油代替，其他与实施例5相同。测定高导热性聚苯醚复合材料测定的导热系数、力学强度。
对比例2
与实施例5相比，N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯改为4份，其他与实施例5相同。测定高导热性聚苯醚复合材料测定的导热系数、力学强度。
导热系数参照GB/T3399、拉伸强度参照ISO527、弯曲强度参照ISO178、简支梁缺口冲击强度参照ISO179。
表3实施例1～5与对比例的测试结果
从表3可以看出，本发明的高导热聚苯醚复合材料具有非常优异的导热性能。并且具有良好的力学性能，是一种综合性能优良，性价比高的聚苯醚基材的导热复合材料。
与实施例5相比，对比例1将N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯用等量的甲基硅油代替，对比例2将N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯改为4份，得到的高导热性聚苯醚复合材料的导热系数、力学强度均小于实施例5。说明只添加N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯，或只添加甲基硅油得到的高导热性聚苯醚复合材料性能较差，而将N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯与甲基硅油复配与乙烯基三乙氧基硅烷共同对填充物进行预处理，一方面可以均匀分散在填充物中，减少摩擦，减少对机器的磨损；另一方面可使填充物得到活化，从而大幅度提高填充量，将空气挤出，达到既可以提高抗冲强度，抗张强度，改善综合加工性能，又可以提高导热系数的作用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，包括下述重量份的组分组成：聚苯醚20～40份、复合增韧剂5～15份、抗氧剂0.3～1份、复合填充物50～75份、偶联剂0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，所述聚苯醚的数均分子量为30000～40000，玻璃化转化温度为214～216℃。
3.根据权利要求1所述的高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，所述复合增韧剂包括下述重量份的组成：聚异丁烯10～20份、马来酸酐30～40份、SEBS 10～15份、POE 1～5份。
4.根据权利要求3所述的高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，所述增韧剂的制备方法包括以下步骤：将SEBS、POE、过氧化苯甲酰溶解在丙酮中后，高速混合均匀，再加入马来酸酐和聚异丁烯搅拌均匀，静置使丙酮充分挥发后造粒，得到复合增韧剂。
5.根据权利要求1所述的高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯抗氧剂复配体系。
6.根据权利要求5所述的高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚与亚磷酸三苯酯的混合物。
7.根据权利要求1所述的高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，所述复合填充物包括鳞片石墨，纳米碳化硅、碳纳米管、石墨烯中的一种或者几种。
8.根据权利要求1所述的高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，所述的偶联剂为硅烷偶联剂。
9.根据权利要求7所述的高导热性聚苯醚复合材料，其特征在于，所述复合填充物经甲基硅油2份、N-(3-三乙氧基硅烷基丙基)氨基甲酸薄荷酯2份、硅烷偶联剂1份混合均匀，得到复合填充物。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的高导热性聚苯醚复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，将复合增韧剂、复合填充物、聚苯醚、抗氧化剂在挤出机中进行挤出造粒，制得高导热性聚苯醚复合材料。
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