專利名稱：：一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高分子材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種用于注射或擠出成型的高導(dǎo)熱塑性復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：由于金屬材料具有良好的導(dǎo)熱性能，傳統(tǒng)的換熱和散熱材料大多應(yīng)用金屬材料，但金屬材料易導(dǎo)電、重量高、機(jī)械加工復(fù)雜。隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域如電子信息、熱能工程中，要求材料具有輕便、容易加工、絕緣等特點(diǎn)，這些要求使技術(shù)材料難以勝任。高分子材料具有良好的加工性能，容易通過注射或擠出成型。但高分子材料大多是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)與金屬材料相比通常相差數(shù)百倍以上。一些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ω叻肿硬牧系膶?dǎo)熱性能提出了越來越高的要求，如CPU和LED的封裝和散熱、集成電路和多層線路板、功率器件的外殼，這些材料都要求導(dǎo)熱絕緣，使得導(dǎo)熱高分子材料特別是導(dǎo)熱塑性材料的研究受到廣泛關(guān)注。現(xiàn)有的研究表明，提高高分子材料導(dǎo)熱性能的途徑主要有合成高導(dǎo)熱系數(shù)的聚合物和通過高導(dǎo)熱無機(jī)物對(duì)聚合物進(jìn)行填充。前者如具有良好導(dǎo)熱性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡啶等，主要通過電子導(dǎo)熱機(jī)理來提高傳熱性能，但導(dǎo)熱系數(shù)通常仍低于1.0W/mK，其價(jià)格昂貴且與金屬導(dǎo)熱性能相差甚遠(yuǎn)。因此，制備高分子聚合物/無機(jī)物導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究和應(yīng)用更為廣泛。常用的導(dǎo)熱填料大體包括以下類型1)金屬粉末填料，如銅粉、鋁粉等，但在有絕緣要求時(shí)通常不使用；2)金屬氧化物，如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅等；3)金屬氮化物，如氮化鋁、氮化硼等；4)無機(jī)非金屬，如石墨、碳化硅等。另外，為了形成連續(xù)的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，碳纖維、玻璃纖維、晶須硅等材料也常常被選作填充組合。高分子聚合物/無機(jī)物導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，不僅取決于聚合物基體和導(dǎo)熱填料的種類、特性，而且與填料的形狀、粒徑、尺寸分布，填料與基體的界面結(jié)合特性密切相關(guān)。中國(guó)專利200510101700.0公開了一種注射成型的導(dǎo)熱絕緣塑料，提供一種以大顆粒導(dǎo)熱填料為主、采用不同粒徑組合的導(dǎo)熱填料通過注射成型制備導(dǎo)熱絕緣塑料，專利中敘述其導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到1.93.5W/m*K。但是，本發(fā)明人的研究表明將不同粒徑的填料與塑料基體一起混合，小粒徑的填料更容易附著在塑料粒子表面，造成大粒徑的填料與塑料粒子混合不均勻，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒后導(dǎo)熱填料致密度不高，也不容易形成連續(xù)的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。而且，無機(jī)填料的填充量通常高達(dá)70%，使得材料的注塑加工性能受到了嚴(yán)重影響。中國(guó)專利200710024620.9公開了一種導(dǎo)熱絕緣塑料及其制造方法，通過添加多種小粒徑無機(jī)填料的組合，提高電器設(shè)備裝置外殼的高散熱性能，專利中敘述其導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到618W/mK。中國(guó)專利200710076484.8公開了一種高導(dǎo)熱聚苯硫醚復(fù)合材料及其制備方法，采用導(dǎo)熱填料、玻纖等作為填充物，專利中敘述其導(dǎo)熱系數(shù)最高可達(dá)到13.5W/mK。但是，該專利中并未披露所使用導(dǎo)熱填料的粒徑，而本發(fā)明人的研究表明，對(duì)于包括聚苯硫醚在內(nèi)的多種塑料材料，采用填料的粒徑分布對(duì)于材料性能具有重要影響。此外，國(guó)外報(bào)道有聚苯硫醚高導(dǎo)熱塑料，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)25100W/mK，但未見披露其配方及制備方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種高導(dǎo)熱塑性復(fù)合材料及其制備方法，使得制備的材料具有良好的導(dǎo)熱性能和注塑加工性能。本發(fā)明提供一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其組成按質(zhì)量配比為(份)塑料材料100;50300微米大粒徑導(dǎo)熱±真料30100;1-10微米小粒徑導(dǎo)熱填料050;玻璃纖維、晶須硅或碳纖維1050;偶聯(lián)劑05;助齊[J08。其中，所述塑料材料是PPS、PP、PE、PS或ABS中的一種或幾種復(fù)合。其中，所述導(dǎo)熱填料是金屬氧化物、金屬氮化物、石墨、碳化硅中的一種或幾種復(fù)合。特別地，所述大粒徑導(dǎo)熱填料與小粒徑導(dǎo)熱填料是兩種不同物質(zhì)，可以獲得更好的導(dǎo)熱性能。其中，所述玻璃纖維是無堿無捻長(zhǎng)玻纖或無堿短玻纖，所述碳纖維是碳纖維紡織品廢料。其中，所述偶聯(lián)劑是硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鈦鋁酸酯偶聯(lián)劑。其中，所述助劑是硬脂酸酰胺、硬脂酸鹽、氮化硼或二硫化鉬。本發(fā)明的優(yōu)選方案如下一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成按質(zhì)量配比為，塑料材料100份、50300微米大粒徑導(dǎo)熱填料5080份、110微米小粒徑導(dǎo)熱填料2040份、玻璃纖維2040份、偶聯(lián)劑0.12份、潤(rùn)滑劑0.12份。所述塑料材料是PS、ABS或PPS，大粒徑導(dǎo)熱填料是氧化鋁或氮化鋁，小粒徑導(dǎo)熱填料是氧化鎂或碳化硅。本發(fā)明提出的一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟1)在按質(zhì)量配比稱取的小粒徑導(dǎo)熱填料中加入其質(zhì)量的0.53%的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，處理溫度3080°C，處理時(shí)間510min;2)在按質(zhì)量配比稱取的大粒徑導(dǎo)熱填料中加入其質(zhì)量的0.53%的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，處理溫度3080°C，處理時(shí)間515min;3)在按質(zhì)量配比稱取的塑料材料，與處理好的大粒徑導(dǎo)熱填料、其它助劑一起投入高速混合器中混合15min;4)再向高速混合器中加入處理好的小粒徑導(dǎo)熱填料，混合23min;5)將上述混合好的原料投入到雙螺桿擠出機(jī)的加料斗，玻璃纖維加入到雙螺桿擠出機(jī)的玻纖口，經(jīng)熔融擠出造粒。本發(fā)明所提供的高導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法，成本較低，工藝簡(jiǎn)單，所制備的材料具有良好的導(dǎo)熱性能和加工性能，可以模壓、擠出或注射成型。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，各組分的重量份數(shù)用量如下塑料基體100份、50300微米大粒徑導(dǎo)熱填料30100份、110微米小粒徑導(dǎo)熱填料050份、玻璃纖維1050份、偶聯(lián)劑05份、助劑08份。其中，所述塑料材料是PPS、PP、PE、PS或ABS中的一種或幾種復(fù)合，所述導(dǎo)熱填料是金屬氧化物、金屬氮化物、石墨、碳化硅中的一種或幾種復(fù)合，所述玻璃纖維是無堿無捻長(zhǎng)玻纖或無堿短玻纖，所述偶聯(lián)劑是硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鈦鋁酸酯偶聯(lián)劑，所述助劑是硬脂酸酰胺、硬脂酸鹽、氮化硼或二硫化鉬。特別地，所述大粒徑導(dǎo)熱填料與小粒徑導(dǎo)熱填料是兩種不同物質(zhì)，可以獲得更好的導(dǎo)熱性能。實(shí)施例1:—種高導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成按質(zhì)量配比為PPS100份、200微米氧化鋁大粒徑導(dǎo)熱填料60份、2微米碳化硅小粒徑導(dǎo)熱填料25份、玻璃纖維25份、鋁酸酯偶聯(lián)劑0.5份、二硫化鉬潤(rùn)滑劑0.5份。其制備方法如下1)在按質(zhì)量配比稱取的200微米氧化鋁中加入偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，處理溫度3080。C，處理時(shí)間510min;2)在按質(zhì)量配比稱取的2微米碳化硅中加入偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，處理溫度308(TC，處理時(shí)間48min;3)在按質(zhì)量配比稱取的聚苯硫醚材料，與處理好的200微米氧化鋁、二硫化鉬潤(rùn)滑劑一起投入高速混合器中混合35min;4)再向高速混合器中加入處理好的2微米碳化硅，混合23min;5)將上述混合好的原料投入到雙螺桿擠出機(jī)的加料斗，按質(zhì)量配比的玻璃纖維加入到雙螺桿擠出機(jī)的玻纖口，經(jīng)熔融擠出造粒。擠出機(jī)設(shè)定溫度為25030(TC，停留時(shí)間為23min，壓力為100200MPa。實(shí)施例2:—種高導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成按質(zhì)量配比為PP100份、300微米氧化鎂80份、5微米氮化鋁30份、碳纖維20份、鋁酸酯偶聯(lián)劑0.5份、二硫化鉬潤(rùn)滑劑0.5份。其制備方法與實(shí)施例一相同。例3:—種高導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成按質(zhì)量配比為PP100份、200微米氧化鋁大粒徑導(dǎo)熱填料60份、5微米氧化鋁小粒徑導(dǎo)熱填料25份、玻璃纖維25份、偶聯(lián)劑0.5份、潤(rùn)滑劑0.5份。其制備方法與實(shí)施例一相同。例4:—種高導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成按質(zhì)量配比為PP100份、200微米氧化鋁大粒徑導(dǎo)熱填料60份、5微米氧化鋁小粒徑導(dǎo)熱填料25份、偶聯(lián)劑0.5份、潤(rùn)滑劑0.5份。其制備方法與實(shí)施例一相同。例5:—種高導(dǎo)熱復(fù)合材料的組成按質(zhì)量配比為PP100份、200微米氧化鋁大粒徑導(dǎo)熱填料60份、玻璃纖維25份、偶聯(lián)劑0.5份、潤(rùn)滑劑0.5份。其制備方法與實(shí)施例一相同。按照GB/T3139-2005標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試PP、PPS和實(shí)施例15的導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果如表1所示。表1:導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果(單位W/mK)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>測(cè)試結(jié)果表明，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、采用不同種類的大粒徑與小粒徑導(dǎo)熱填料復(fù)配，并通過二步混合制備方法提高了塑料粒子與大小顆粒的均勻分布；2、通過玻纖或碳纖維提高了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性，特別是有效改善了現(xiàn)有導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱方向性；3、成本較低，工藝簡(jiǎn)單，所制備的材料具有良好的導(dǎo)熱性能和加工性能，可以模壓、擠出或注射成型。權(quán)利要求一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，其組成按質(zhì)量配比為(份)塑料材料100；50～300微米大粒徑導(dǎo)熱填料30～100；1～10微米小粒徑導(dǎo)熱填料0～50；玻璃纖維、晶須硅或碳纖維10～50；偶聯(lián)劑0～5；助劑0～8。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，其組成按質(zhì)量配比為塑料材料100份、50300微米大粒徑導(dǎo)熱填料5080份、110微米小粒徑導(dǎo)熱填料2040份、玻璃纖維2040份、偶聯(lián)劑0.12份、潤(rùn)滑劑0.12份。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述塑料材料是PPS、PP、PE、PS或ABS中的一種或幾種復(fù)合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述導(dǎo)熱填料是金屬氧化物、金屬氮化物、石墨、碳化硅中的一種或幾種復(fù)合。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述大粒徑導(dǎo)熱填料與小粒徑導(dǎo)熱填料是兩種不同物質(zhì)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述玻璃纖維是無堿無捻長(zhǎng)玻纖或無堿短玻纖。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述偶聯(lián)劑是硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或鈦鋁酸酯偶聯(lián)劑。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于，所述助劑是硬脂酸酰胺、硬脂酸鹽、氮化硼或二硫化鉬。9.一種如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括步驟1)在按質(zhì)量配比稱取的小粒徑導(dǎo)熱填料中加入其質(zhì)量的0.53%的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，處理溫度3080°C，處理時(shí)間510min;2)在按質(zhì)量配比稱取的大粒徑導(dǎo)熱填料中加入其質(zhì)量的0.53%的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，處理溫度3080°C，處理時(shí)間515min;3)在按質(zhì)量配比稱取的塑料材料，與處理好的大粒徑導(dǎo)熱填料、其它助劑一起投入高速混合器中混合15min;4)再向高速混合器中加入處理好的小粒徑導(dǎo)熱填料，混合23min;5)將上述混合好的原料投入到雙螺桿擠出機(jī)的加料斗，玻璃纖維加入到雙螺桿擠出機(jī)的玻纖口，經(jīng)熔融擠出造粒。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于注射或擠出成型的高導(dǎo)熱塑性復(fù)合材料，由塑料基體、大粒徑導(dǎo)熱填料、小粒徑導(dǎo)熱填料、玻璃纖維、偶聯(lián)劑和助劑制備而成。各組分的重量份數(shù)用量如下塑料基體100份、50～300微米大粒徑導(dǎo)熱填料30～100份、1～10微米小粒徑導(dǎo)熱填料0～50份、玻璃纖維或晶須硅10～50份、偶聯(lián)劑0～5份、助劑0～8份。所述的高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟先將小粒徑導(dǎo)熱填料、大粒徑導(dǎo)熱填料分別加入偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理備用，再將塑料基體材料與處理好的大粒徑導(dǎo)熱填料、其它助劑一起投入高速混合器中混合1～5min后，再向高速混合器中加入處理好的小粒徑導(dǎo)熱填料混合2～3min，然后將混合好的原料投入到雙螺桿擠出機(jī)的加料斗、玻璃纖維加入玻纖口，經(jīng)熔融擠出造粒。本發(fā)明所制備的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱性能和加工性能。文檔編號(hào)C08K9/06GK101775213SQ20101010469公開日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年2月1日優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日發(fā)明者黃曉峰申請(qǐng)人:黃曉峰