CN115572477B - 一种高导热尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改性塑料技术领域,公开了一种高导热尼龙复合材料及其制备方法。该高导热尼龙复合材料,包括如下重量份数的各原料组分:PA6 50~70、PA66 5~8、石墨类导热填料1~30、纤维类导热填料1~10、增韧剂3~10、增容剂5~8、偶联剂0.3~1、主抗氧剂0.1~0.5、辅抗氧剂0.1~0.5、润滑剂0.1~1;其中,所述石墨类导热填料和/或纤维类导热填料经所述偶联剂预处理、然后与至少部分所述PA6造粒制得母粒后,再与其余原料组分共混。本发明并不是简单地将导热填料和尼龙基材以及各类加工助剂进行熔融挤出造粒,也不仅仅通过添加导热填料来提高尼龙复合材料的导热性能,还通过石墨类导热填料与纤维类导热填料的复配及其预处理与粒径选择等多方面协同作用,制得导热性能与冲击性能兼具的复合材料。

Description

一种高导热尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性塑料技术领域,尤其涉及一种高导热尼龙复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙具有优良的耐磨性和自润滑性,机械强度较高,在电子电器、汽车、机械和通信等领域都有广泛的应用。很多电子设备的使用寿命和失效问题都和散热直接相关,而随着电子设备尺寸进一步减小、集成度提高,其对散热也提出了更高的要求。但尼龙材料自身是一种低导热材料,其导热系数只有0.2~0.3W/(m·K),这一定程度上限制了尼龙的应用,要满足一些电子产品更高端的需求,就需要优化尼龙材料在导热方面的性能。
现有技术中,加入导热性能优异的碳材料、氮化物或金属氧化物等导热填料,通过导热填料之间的相互作用,在体系中形成类似链状或网状的分布形态—导热网链,是提升塑胶材料导热性能比较行之有效的方式。现有技术还研究了导热填料粒径对复合材料导热性能的影响,并认为采用粒径较大的填料要比粒径较小的填料效果要好,这主要是因为:(1)填料粒径越大,其表面能也就越小,相对较低的表面能容易使填料分散均匀且不易发生团聚;(2)粒径越大,填料的比表面越小,这能够有效降低填料与填料以及填料与基体之间的界面散射,有助于复合材料热导率的提高。
为了提高导热性能,现有技术在复合材料配方中加入了较多粒径较大的导热填料,尽管如此,制备得到的复合材料的导热性能提升幅度有限,很难满足高端产品需求,还牺牲了复合材料的耐冲击性能。
由此,有必要对尼龙复合材料的配方和制备工艺进行改进。
发明内容
有鉴于此,本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足,提供一种高导热尼龙复合材料及其制备方法,解决尼龙材料中导热填料用量大,但导热性能改善不足、耐冲击性能差的问题。
为了解决上述存在的技术问题,本发明采用下述技术方案。
第一方面,一种高导热尼龙复合材料,包括如下重量份数的各原料组分:
其中,所述石墨类导热填料和/或纤维类导热填料经所述偶联剂预处理、然后与至少部分所述PA6造粒制得母粒后,再与其余原料组分共混。
本发明的高导热尼龙复合材料添加有石墨类导热填料与纤维类导热填料,形成由尼龙基材和导热填料组合成的多相体系。但本发明并不是简单地将导热填料和尼龙基材以及各类加工助剂进行熔融挤出造粒,因为导热填料是无机填料,与尼龙基材的相容性不好,而晶格振动传递能量时不可避免地要经过尼龙基材与导热填料之间的界面,尼龙基材与导热填料之间的界面结合力和相互作用较差导致界面处的声子散热较强,界面热阻阻碍了导热系数的提高,进而导致体系导热系数很难大幅度提高;而且相容性差也导致导热填料在尼龙基材中难以均匀分散,尤其添加量高了易发生团聚,进而难以形成高效的导热网链。因此只单纯通过共混和熔融造粒所制备的尼龙复合材料的导热性能提升幅度有限,很难满足高端产品需求。本发明也不仅仅通过添加导热填料来提高尼龙复合材料的导热性能,还通过石墨类导热填料与纤维类导热填料的复配及其预处理与粒径的非常规选择等多方面协同作用,不仅提高了尼龙复合材料的导热性能,而且减少了导热填料的用量,兼具优异的耐冲击性能,适应高端电子产品的应用需求。
本发明将石墨类导热填料作为主填料,优选形状和常规不会选择的较小粒径;填料粒径越小,填料的比表面越大,这增加了填料与填料以及填料与基体之间的界面散射,不利于复合材料热导率的提高;但粒径太大会严重影响复合材料的冲击性能。同时复配纤维状的碳纳米管、碳纤维、铝纤维或者极细钢纤,构建多重导热网络。此外,本发明还对导热填料进行有效的预处理,大幅度提升了导热填料和树脂的相容性,有效解决了界面传热困难的问题,同时将导热填料制备成母粒,解决了熔融挤出过程中的下料不均匀以及填料分散不均匀的问题,从而大幅度提高了体系的导热效果。此外,本发明还通过添加增容剂和偶联剂,提升导热填料和树脂界面强度并提升填料的分散均匀性,进而提升材料的ISO冲击强度和平面导热系数,从而制备出具有较好冲击性能的高导热的尼龙复合材料。在这些基础上制备出的高导热尼龙复合材料导热系数达到2W/m·K以上,ISO悬臂梁缺口冲击强度达10kJ/m2以上。
进一步地,本发明选用的尼龙基材为PA6与PA66的混合物,其中PA66占基材总质量的10%~30%,优选10%;即PA6与PA66的质量比为90:10~70:30,优选90:10。以PA6为主基材,其弹性好,冲击强度高,产品挤出过程中不断头,生产连续性好;加入PA66,适当提高其刚性,使得后续使用注塑成型过程中,可塑性强。
进一步地,石墨类导热填料为鳞片石墨、球形石墨、膨胀石墨中的至少一种;优选石墨类导热填料的粒径为1~30μm;更优选粒径在1~30μm的鳞片石墨,其可以在PA6/PA66体系中构建导热网络,提升体系导热性能。进一步优选粒径在3~8μm的鳞片石墨;粒径越小,填料的比表面越大,这增加了填料与填料以及填料与基体之间的界面散射,不利于复合材料热导率的提高;粒径太大会严重影响复合材料的冲击性能。
进一步地,纤维类导热填料为碳纳米管、碳纤维、铝纤维或极细钢纤;优选长度1~10μm碳纳米管或长度1~5mm碳纤维/铝纤维/极细钢纤,其加入后从形状上和石墨类导热填料形成互补,构建多重导热网络,在石墨类导热填料基础上进一步提升体系的导热性能。更优选为碳纳米管与碳纤维,在石墨、碳纤维的基础上加入碳纳米管可以在树脂中形成多重导热的逾渗网络,同时碳纳米管在石墨和碳纤维的间隙产生了架桥效应,比较有效地提升了体系的导热性能。此外,石墨以及碳纳米管或碳纤维或铝纤维或极细钢纤均制备母粒,这样就可避免材料挤出时将纤维折断,提高导热填料在聚合物基体中的分散。
进一步地,所述母粒中,石墨类导热填料与PA6的质量比为30:70~60:40,纤维类导热填料与PA6的质量比为30:70~60:40。
进一步地,增韧剂为三元乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶或氯化聚乙烯中的一种或多种,加入增韧剂可以弥补脆性导热填料带来的影响,提升体系的冲击强度。
进一步地,增容剂为POE接枝马来酸酐、EPDM接枝马来酸酐的至少一种,其用于提升导热填料和树脂的界面强度。
进一步地,偶联剂为KH550、KH560、KH792等硅烷偶联剂或TM200 s等钛酸酯偶联剂中的一种或多种,其用于提升导热填料和树脂的界面强度。
进一步地,主抗氧剂为1098、1010等受阻酚类抗氧剂,辅抗氧剂为608、168等亚磷酸酯类抗氧剂,抗氧剂可以防止PA6/PA66树脂在熔融加工过程中发生老化降解,保证材料的性能和外观。
进一步地,润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种,其可以降低PA6和PA66树脂在熔融共混过程中的熔体粘度,另外可以使材料在后续加工成型过程中脱模顺利。
第二方面,一种如上所述高导热尼龙复合材料的制备方法,包括如下步骤:
S1.用偶联剂对石墨类导热填料和/或纤维类导热填料进行表面偶联剂预处理,得表面偶联剂预后的导热填料;
S2.将部分PA6作载体与步骤S1所得表面偶联剂预后的导热填料熔融共混造粒,得导热填料母粒;
S3.将步骤S2所得导热填料母粒与高导热尼龙复合材料中的余下组分按配比预混,得预混料;
S4.将步骤S3所得预混料熔融共混造粒,得高导热尼龙复合材料。
进一步地,步骤S1包括:
a.将偶联剂与水水解,得偶联剂水解液;
b.将步骤a所得偶联剂水解液与乙醇混合,得偶联剂稀释液;
c.将步骤b所得偶联剂稀释液喷洒到石墨类导热填料和/或纤维类导热填料中,加热混合,干燥,得表面偶联剂预后的导热填料。
优选地,步骤a中,偶联剂与水的体积比为1:3~1:5,水解在50~70℃水浴加热、50~150rpm搅拌转速下进行。
优选地,步骤b中,偶联剂水解液与乙醇的体积比为5:95~15:85。
优选地,步骤c中,偶联剂稀释液按偶联剂与导热填料(石墨类导热填料/纤维类导热填料)的质量比0.3~1%分三次喷洒,加热混合的温度为80~100℃,干燥温度为50~70℃。
优选地,步骤S1包括:
a.将偶联剂与水按体积比1:3~1:5加入玻璃烧瓶中,将玻璃烧瓶固定在带水浴加热的磁力搅拌装置上,水浴加热至50~70℃,搅拌1~3h,搅拌转速为50~150rpm,得偶联剂水解液;
b.将步骤a所得偶联剂水解液与乙醇按体积比5:95~15:85混合,搅拌均匀,静置20~40min,得偶联剂稀释液;
c.将石墨类导热填料和/或纤维类导热填料加入到高速混合机中,80~100℃预热10~20min,将步骤b所得偶联剂稀释液按偶联剂与导热填料(石墨类导热填料和/或纤维类导热填料)的质量比0.3~1%分三次喷洒到高混机中的导热填料上,并加热混合10~30min,使得偶联剂均匀地分散到导热填料表面,收集至烘料盘中,置入真空干燥箱,50~70℃干燥1~5h,得所述预后导热填料。
进一步地,步骤S2中,在200~240℃、200~400rpm下熔融共混造粒。
进一步地,步骤S3中,先1000~1500rpm高速预混,再300~600rpm低速预混。
进一步地,步骤S4中,在200~240℃、200~400rpm下熔融共混造粒。
进一步地,所述高导热尼龙复合材料的制备方法,包括如下步骤:
S1.用偶联剂对石墨类导热填料和/或纤维类导热填料进行表面偶联剂预处理,得预后导热填料;
S2.将高导热尼龙复合材料中的部分PA6作载体,与步骤S1所得预后导热填料按质量比30:70~60:40在搅拌机中共混,搅拌机转速300~1500rpm,共混后通过挤出机熔融共混造粒,挤出机主机转速200~400rpm,各区温度控制在200~240℃,得导热填料母粒;
S3.将步骤S2所得导热填料母粒与高导热尼龙复合材料中的余下组分按配比加入共混机,首先在1000~1500rpm速度下进行高速搅拌1~3分钟,然后在300~600rpm速度下进行低速搅拌1~3分钟,最后在300~600rpm速度下出料,得预混料;
S4.将步骤S3所得预混料通过挤出机进行熔融共混造粒,挤出机主机转速200~400rpm,各区温度控制在200~240℃,得所述高导热尼龙复合材料。
此外,本发明提供的高导热尼龙复合材料对后续的成型加工方法没有特别地限定,可以采用常规的成型工艺,例如注塑成型等。
本发明与现有技术相比较有如下有益效果:
1、本发明高导热尼龙复合材料,将石墨作为主填料,通过优选形状和粒径,并复配纤维状的碳纳米管、碳纤维、铝纤维或者极细钢纤,尤其是同时复配碳纳米管和碳纤维,从而在树脂体系中有效构建了多重导热导电的网络,从而制备出了高导热尼龙材料;
2、本发明对石墨类导热填料和纤维类导热填料进行了有效的表面预处理,方法简单,易操作,并制备成导热母粒,从而解决无机填料和尼龙树脂界面相容性的问题,同时也解决了堆积密度较低的石墨、碳纤维、碳纳米管、铝纤维以及极细钢纤在挤出加工过程下料不均,在树脂体系分散不均的问题,可避免材料挤出时将纤维折断,提高导热填料在聚合物基体中的分散,从而制备出了高导热尼龙复合材料;
3、本发明通过选择合适的增容剂及偶联剂,从而有效提升了体系的冲击强度,弥补了无机导热填料带来的冲击强度下降的影响;
4、本发明选用的尼龙基材为尼龙6与尼龙66的混合物,其中尼龙66占基材总质量的10%~30%,优选10%,尼龙6弹性好,冲击强度高,产品挤出过程中不断头,生产连续性好,加入尼龙66,适当提高其刚性,是的后续使用注塑成型过程中,可塑性强;
5、本发明高导热尼龙复合材料,相对于BN、AlN等氮化物导热填料,原料的成分相对便宜,实测综合性能优异,可用于各类有高散热和导电要求的电子电器、家电等领域,增加各类产品的附加值,市场前景好。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种高导热尼龙复合材料,其包括以下重量份数的原料:54.7份PA6、6份PA66、5份3mm碳纤维母粒、20份5μm鳞片石墨母粒、8份增韧剂、5份增容剂、0.8份
偶联剂KH550、0.1份主抗氧剂1098、0.1份辅抗氧剂608、0.3份润滑剂TR044W。
该高导热尼龙复合材料的制备方法包括如下步骤:
S1.导热填料预处理
分别将导热填料(3mm碳纤维和5μm鳞片石墨)进行表面偶联剂预处理,具体如下:
a.将偶联剂KH550与水按体积比1:3~1:5加入玻璃烧瓶中,将烧瓶固定在带水浴加热的磁力搅拌装置上,水浴加热至50~70℃,搅拌1~3h,搅拌转速为50~150rpm,制得偶联剂水解液;
b.将步骤a制得的偶联剂水解液与乙醇按5:95~15:85混合,搅拌均匀,静置20~40min,制得偶联剂稀释液;
c.将导热填料加入到高速混合机中,温度设置为80~100℃,预热10~20min,将步骤b制得的偶联剂稀释液按偶联剂与导热填料的体积比为0.3~1%分三次喷洒到高混机中的导热填料上,并加热混合10~30min,使得偶联剂均匀的分散到了填料表面;收集至烘料盘中,置入真空干燥箱,50~70℃干燥1~5h,即得预后导热填料。
S2.制备导热填料母粒
将各种步骤S1制得的预后导热填料分别和PA6以50:50的比例进行共混,搅拌机转速300rpm,制得预混物加入挤出机进行熔融共混造粒,挤出机主机转速200rpm,各区温度控制在210~240℃,喂料量为10HZ,制得各种导热填料母粒。
S3.制备预混料
按照高导热尼龙材料的原料的配比,将PA6、PA66、步骤S2制得的导热填料母粒、增韧剂、增容剂、1098、608和TR044W依次称量加入共混机中,共混机在3000rpm转速下高速搅拌3分钟,然后在800rpm转速下低速搅拌5分钟,最后在600rpm转速下出料,制得预混料;
S4.制备高导热尼龙复合材料
将步骤S3制得的预混料通过挤出机进行熔融共混,挤出机各区温度分别为120℃、200℃、230℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、230℃,主机转速300rpm,喂料量15HZ。
实施例2
本实施例提供一种高导热尼龙复合材料,其包括以下重量份数的原料:54.7份PA6、6份PA66、3份3mm碳纤维母粒、2份6μm碳纳米管母粒、20份5μm鳞片石墨母粒、8份增韧剂、5份增容剂、0.8份偶联剂KH550、0.1份主抗氧剂1098、0.1份辅抗氧剂608、0.3份润滑剂TR044W。该高导热尼龙复合材料与实施例1的区别在于:采用3mm碳纤维母粒与6μm碳纳米管母粒按照3:2进行复配,其他条件与实施例1相同,挤出加工工艺和实施例1相近。
实施例3
本实施例提供一种高导热尼龙复合材料,其包括以下重量份数的原料:54.7份PA6、6份PA66、5份4mm铝纤维母粒、20份5μm鳞片石墨母粒、8份增韧剂、5份增容剂、0.8份偶联剂KH550、0.1份主抗氧剂1098、0.1份辅抗氧剂608、0.3份润滑剂TR044W。该高导热尼龙复合材料与实施例1的区别在于:采用4mm铝纤维母粒替代实施例1中3mm碳纤维母粒,其他条件与实施例1相同,挤出加工工艺和实施例1相近。
实施例4
本实施例提供一种高导热尼龙复合材料,其包括以下重量份数的原料:54.7份PA6、6份PA66、5份3mm极细钢纤母粒、20份5μm鳞片石墨母粒、8份增韧剂、5份增容剂、0.8份偶联剂KH550、0.1份主抗氧剂1098、0.1份辅抗氧剂608、0.3份润滑剂TR044W。该高导热尼龙复合材料与实施例1的区别在于:采用3mm极细钢纤母粒替代实施例1中3mm碳纤维母粒,其他条件与实施例1相同,挤出加工工艺和实施例1相近。
实施例5
本实施例提供一种高导热尼龙复合材料,其包括以下重量份数的原料:50份PA6、5份PA66、1份3mm碳纤维母粒、1份5μm鳞片石墨母粒、3份增韧剂、5份增容剂、0.3份偶联剂KH550、0.1份主抗氧剂1098、0.1份辅抗氧剂608、0.1份润滑剂TR044W。挤出加工工艺和实施例1相近。
实施例6
本实施例提供一种高导热尼龙复合材料,其包括以下重量份数的原料:70份PA6、8份PA66、10份3mm碳纤维母粒、30份5μm鳞片石墨母粒、10份增韧剂、8份增容剂、1份偶联剂KH550、0.5份主抗氧剂1098、0.5份辅抗氧剂608、1份润滑剂TR044W。挤出加工工艺和实施例1相近。
对比例1
与实施例2相比,本对比例未将6μm碳纳米管和5μm鳞片石墨导电填料制备成母粒,挤出加工工艺和实施例1相近。
对比例2
与实施例2相比,本对比例中导电填料仅采用3mm长碳纤维与10μm鳞片石墨母粒复配,挤出加工工艺和实施例1相近。
对比例3
与实施例2相比,本对比例未加增容剂,挤出加工工艺和实施例1相近。
对比例4
与实施例2相比,本对比例中导热填料未经过偶联剂预处理,体系中未加入偶联剂,直接制备母粒,挤出加工工艺和实施例1相近。
实施例1~4以及对比例1~4的配方如下表所示。
对实施例1~4和对比例1~4制备得到的尼龙复合材料进行取样检测,检测结果如下表所示。
首先,通过实施例1与实施例2对比可以看到,碳纳米管对复合材料的导热有直接的影响,这是因为在石墨、碳纤维的基础上加入碳纳米管可以在树脂中形成多重导热的逾渗网络,同时碳纳米管在石墨和碳纤维的间隙产生了架桥效应,所以比较有效地提升了体系的导热性能。从对比例1与实施例2的对比可知,将导热填料进行表面处理和制备成母粒再添加,对应体系导热系数比直接将导热填料共混添加提升了一倍还多,这说明提升导热填料和树脂界面强度并保证填料分散均匀,能够明显提升导热系数。通过对比例2与实施例2对比可以看到,导热填料的粒径大,材料的导热性能会有提高,但粒径大会严重影响复合材料的冲击性能,这是由于粒径越小,填料的比表面越大,这增加了填料与填料以及填料与基体之间的界面散射,不利于复合材料热导率的提高。通过对比例3与实施例2的对比可以看到,不加增容剂,体系的ISO冲击强度和平面导热系数均有所下降,这是因为增容剂可以提升导热填料和树脂界面强度并提升填料的分散均匀性,进而提升材料的ISO冲击强度和平面导热系数。通过对比例4与实施例2的对比可以看到,不加偶联剂,体系的ISO冲击强度和平面导热系数均有所下降,其效果与增容剂相似,这是因为偶联也可以提升导热填料和树脂界面强度并提升填料的分散均匀性,在本发明中,偶联剂与增容剂协同作用,提升导热填料和树脂界面强度并提升填料的分散均匀性,进而提升材料的ISO冲击强度和平面导热系数。
由此可见,本发明以石墨类导热填料为主填料,并优选不在常规教导范围内的粒径,与纤维类导热填料,尤其是碳纤维和碳纳米管复配,构建多重导热的逾渗网络,同时通过预处理大幅度提升了导热填料和树脂的相容性,有效解决了界面传热困难的问题,以预制母粒的形式添加解决了熔融挤出过程中的下料不均匀以及填料分散不均匀的问题,从而在相同导热填料含量的基础上大幅度提高了体系的导热效果。与现有的导热尼龙复合材料相比,本发明的导热填料总用量更少,但获得复合材料的导热性更高,兼具优良冲击性能。
此外,本发明高导热尼龙复合材料配方中,除了上述实施例具体选用的原料组分,石墨类导热填料还可以选自鳞片石墨、球形石墨、膨胀石墨等填料,增韧剂可以选自POE接枝马来酸酐、EPDM接枝马来酸酐等,偶联剂还可以选自KH560、KH792等硅烷偶联剂或TM200s等钛酸酯偶联剂,主抗氧剂还可以选自1010等受阻酚类抗氧剂,辅抗氧剂还可以选自168等亚磷酸酯类抗氧剂,润滑剂可以选自聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺等。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高导热尼龙复合材料,其特征在于,由如下重量份数的各原料组分组成:
PA6 50~70
PA66 5~8
石墨类导热填料1~30
纤维类导热填料1~10
增韧剂3~10
增容剂5~8
偶联剂0.3~1
主抗氧剂0.1~0.5
辅抗氧剂0.1~0.5
润滑剂0.1~1
其中,所述石墨类导热填料和/或纤维类导热填料经所述偶联剂预处理、然后与至少部分所述PA6造粒制得母粒后,再与其余原料组分共混;所述母粒中,所述石墨类导热填料与PA6的质量比和/或所述纤维类导热填料与PA6的质量比为30:70~60:40;所述石墨类导热填料为粒径1~5μm的鳞片石墨,所述纤维类导热填料为长度1~10μm的碳纳米管和/或长度1~5mm的碳纤维/铝纤维/极细钢纤。
2.根据权利要求1所述的高导热尼龙复合材料,其特征在于,所述PA6与PA66的质量比为90:10~70:30。
3.根据权利要求2所述的高导热尼龙复合材料,其特征在于,所述PA6与PA66的质量比为90:10。
4.根据权利要求1所述的高导热尼龙复合材料,其特征在于,
所述增韧剂为三元乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶或氯化聚乙烯中的一种或多种;和/或
所述增容剂为POE接枝马来酸酐、EPDM接枝马来酸酐的至少一种;和/或
所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中一种或多种;和/或
所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂;和/或
所述辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂;和/或
所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺或接枝乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。
5.一种如权利要求1~4任一项所述高导热尼龙复合材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.用偶联剂对石墨类导热填料和/或纤维类导热填料进行表面偶联剂预处理,得预后导热填料;
S2.将高导热尼龙复合材料中的部分PA6作载体,与步骤S1所得预后导热填料熔融共混造粒,得导热填料母粒;
S3.将步骤S2所得导热填料母粒与高导热尼龙复合材料中的余下组分按配比预混,得预混料;
S4.将步骤S3所得预混料熔融共混造粒,得所述高导热尼龙复合材料。
6.根据权利要求5所述高导热尼龙复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
a.将偶联剂与水水解,得偶联剂水解液;
b.将步骤a所得偶联剂水解液与乙醇混合,得偶联剂稀释液;
c.将步骤b所得偶联剂稀释液喷洒到石墨类导热填料和/或纤维类导热填料中,加热混合,干燥,得所述表面偶联剂预后的导热填料。
7.根据权利要求6所述高导热尼龙复合材料的制备方法,其特征在于,
步骤a中,所述偶联剂与水的体积比为1:3~1:5,和/或所述水解在50~70℃水浴加热、50~150rpm搅拌转速下进行;和/或
步骤b中,所述偶联剂水解液与乙醇的体积比为5:95~15:85;和/或
步骤c中,所述偶联剂稀释液按偶联剂与石墨类导热填料/纤维类导热填料的质量比0.3~1wt%分三次喷洒,和/或加热混合的温度为80~100℃,和/或干燥温度为50~70℃。
8.根据权利要求5所述高导热尼龙复合材料的制备方法,其特征在于,
步骤S2中,在200~240℃、200~400rpm下熔融共混造粒;和/或
步骤S3中,先1000~1500rpm高速预混,再300~600rpm低速预混;和/或
步骤S4中,在200~240℃、200~400rpm下熔融共混造粒。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117362998A (zh) * 2023-11-08 2024-01-09 广东百桑高分子材料科技有限公司 一种导热高分子材料及其制备方法
CN118109045B (zh) * 2024-02-29 2024-08-02 广东中成特殊材料有限公司 一种高导热尼龙复合材料及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103756321A (zh) * 2014-01-03 2014-04-30 中山市点石塑胶有限公司 高导热高分子复合材料及其制备方法
KR20160067335A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 주식회사 엘지화학 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물
CN107189428A (zh) * 2017-07-12 2017-09-22 长沙五犇新材料科技有限公司 石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料及制备方法和应用
CN109369930A (zh) * 2018-10-22 2019-02-22 厦门大学 一种石墨增强的热塑型导热塑料的制备方法
CN110358294A (zh) * 2019-08-21 2019-10-22 长沙五犇新材料科技有限公司 一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用
CN112708270A (zh) * 2021-02-01 2021-04-27 杭州本松新材料技术股份有限公司 一种高导热尼龙基复合材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103756321A (zh) * 2014-01-03 2014-04-30 中山市点石塑胶有限公司 高导热高分子复合材料及其制备方法
KR20160067335A (ko) * 2014-12-04 2016-06-14 주식회사 엘지화학 전자파 차폐 및 방열 복합재 조성물
CN107189428A (zh) * 2017-07-12 2017-09-22 长沙五犇新材料科技有限公司 石墨烯/碳纤维增强尼龙复合耐磨材料及制备方法和应用
CN109369930A (zh) * 2018-10-22 2019-02-22 厦门大学 一种石墨增强的热塑型导热塑料的制备方法
CN110358294A (zh) * 2019-08-21 2019-10-22 长沙五犇新材料科技有限公司 一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用
CN112708270A (zh) * 2021-02-01 2021-04-27 杭州本松新材料技术股份有限公司 一种高导热尼龙基复合材料及其制备方法

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