專利名稱：一種導熱納米材料及制備方法與應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導熱材料，特別是涉及含有埃洛石納米管與聚酰胺66的導熱納米材料，該材料是原位混雜復合材料。
背景技術(shù)：
聚酰胺優(yōu)異的綜合性能，使得其在電子、電器等領(lǐng)域的應用范圍越來越廣泛。隨著現(xiàn)代電子組裝技術(shù)的迅速發(fā)展、組裝密度迅速提高，要求元器件在工作過程中產(chǎn)生的大量熱量必須能夠及時散發(fā)和傳導出去，否則就會影響到系統(tǒng)工作的正常性和元件尺寸的穩(wěn)定性，因而對材料的導熱性能提出了更高的要求。但由于塑料材料的導熱性能普遍不好，即使導熱性最好的高密度聚乙烯其熱導率也僅為0. 44ff/(m. K)，因此提高聚酰胺復合材料的導熱性能具有實際的意義。導熱性優(yōu)異的材料必須具備兩個條件基體內(nèi)導熱網(wǎng)鏈的形成及熱流方向與導熱網(wǎng)鏈的取向一致。目前工業(yè)上制備導熱塑料的主要方法是向聚合物基體中填充高導熱組分來制備高分子基復合導熱材料。通過高含量的填料之間的接觸和相互作用，在體系中形成類似鏈狀和網(wǎng)狀的分布形態(tài)——導熱網(wǎng)鏈，從而提高復合材料的熱導率。常用的無機填料為石墨、陶瓷、碳纖維、炭黑、Al203、Mg0、AlN、BN等。但是，為了使高分子復合材料在導熱的同時具有絕緣性，往往不加石墨、炭黑、等電導率高的填料；而A1N、BN分別由于其成本較較高、加工性能不好等因素從而不適合工業(yè)生產(chǎn)制造低成本、高性能的導熱絕緣塑料；更重要的是，大量無機填料的加入，怎樣在提高復合材料熱導率的同時，盡量保持基體樹脂的其他優(yōu)異性能成為導熱絕緣復合材料研究的重要方向。肖波等(肖波，劉述梅，陳俊，PA66/TLCP/埃洛石納米管三元復合材料的結(jié)構(gòu)與性能[J].工程塑料應用，37 (4)，10 14)將液晶及埃洛石納米管與聚酰胺66復合，改善了復合材料的力學綜合性能，但此工藝中的埃洛石納米管易團聚，埃洛石含量僅為5wt%，使得復合材料力學性能的提高有限，且所制備的復合材料不具備導熱性能；另一方面，10襯％的液晶含量沒有從根本達到降低生產(chǎn)成本的目的。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對塑料材料的導熱性能普遍不好，提供一種能同時改善聚合物基體力學性能及導熱性能的新型納米級無機填料及其制備方法。埃洛石(HNTs)作為天然的硅酸鹽礦物，主要由硅氧四面體和鋁氧八面體組成。經(jīng) XRD測試可知埃洛石中Al2O3的含量高達40. 414%，而Al2O3為高導熱材料，理論上有助于提升復合材料的導熱性能；另一方面，HNTs與基體有較好的相容性，它在促進TLCP成纖的同時自身能在體系中較好的分散，故高含量HNTs的加入有望同時達到提高復合材料力學性能及導熱性能的目的；再者，HNTs納米管及TLCP在基體中所形成的微纖有利于促進導熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致，有效地強化傳熱從而提高材料的熱導率。本發(fā)明將通過制備納米級無機填料與熱致性液晶并用于尼龍中，制備出兼具導熱性能和優(yōu)異的力學綜合性能的原位混雜復合材料，不僅豐富了聚酰胺的改性手段，而且大大降低成本、加速了原位復合技術(shù)工業(yè)化的步伐，有效解決液晶高昂的價格，難實現(xiàn)工業(yè)化的問題。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種導熱納米復合材料，以質(zhì)量百分比計，該復合材料的原料組成為
聚酰胺 6651.5-91%
硅酮樹脂1-1.5%
熱致性液晶Vectra A 9502-8%
納米級埃洛石粉末5-40%
乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐 1 -7%所述納米級埃洛石粉末通過如下方法制備將天然埃洛石中所含褐色部分去除， 在80°C 100°C下熱風干燥10 15小時后粉碎；取粉碎后的埃洛石粉末、蒸餾水及粉狀六偏磷酸鈉以質(zhì)量比1 10 0. 002 0. 01配制成混合液；在常溫下攪拌22 28小時后再靜置70 76小時；取靜置分層后的澄清溶液在80°C 100°C下熱風干燥18 24小時至埃洛石成塊狀；將塊狀埃洛石粉碎，并過100 200目篩，得到納米級的純凈埃洛石粉末。所述導熱納米復合材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件(1)納米級埃洛石粉末的制備將天然埃洛石中所含褐色部分去除，在80°C 100°C下熱風干燥10 15小時后粉碎；取粉碎后的埃洛石粉末、蒸餾水及粉狀六偏磷酸鈉以質(zhì)量比1 10 0.002 0.01 配制成混合液；在常溫下攪拌22 28小時后再靜置70 76小時；取靜置分層后的澄清溶液在80°C 100°C下熱風干燥18 24小時至埃洛石成塊狀；將塊狀埃洛石粉碎，并過 100 200目篩，得到納米級的純凈埃洛石粉末；(2)導熱納米復合材料的制備將復合材料的原料真空干燥后，混合均勻、擠出、 造粒、注塑，制得導熱納米復合材料。為進一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，所述的復合材料的原料真空干燥是指聚酰胺66和熱致性液晶Vectra A 950 (TLCP)原料在100°C 110°C下真空干燥10 12小時；納米級埃洛石粉末在90°C 10(TC下真空干燥8 10小時；乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐(EPDM-g-MAH)和硅酮樹脂(GM100)均在70°C 80°C下真空干燥8 10小時。擠出機料筒口溫度為250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為290°C 280°C ；噴嘴溫度為275°C 280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為 180 200r/min ；喂料速度為 15 20r/min。將所造粒于真空干燥箱中在100°C 110°C下干燥10 12h后并在封閉條件下冷
卻至室溫。注塑所用的注塑機料筒口溫度為250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;模具溫度為80°C 100°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為100 120r/min ；注射背壓為60 80Mpa。相對于現(xiàn)有混雜復合技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果(1)本發(fā)明將埃洛石粉末納米化，并在擠出前采用“真空共混干燥”的方法來防止埃洛石粉末團聚，以促進納米效應的形成；輔以適量的相容劑提高埃洛石與基體之間的相容性，使復合材料相對于現(xiàn)有混雜復合技術(shù)具有更優(yōu)異的性能。以埃洛石含量同為20wt% 的樣品對比其拉伸強度、彎曲強度及彎曲模量分別提高了 15.6%、65.9%、66.7%;熱變形溫度提高了 16 °C。(2)本發(fā)明通過潤滑劑的加入，將埃洛石含量提高至40%，首次實現(xiàn)復合材料的力學性能及導熱性能同時得到提高，復合材料熱導率提高至0. 45ff/(m. K)，優(yōu)于導熱性能最好的高分子材料高密度聚乙烯0. 44ff/(m. K)。(3)本發(fā)明通過提高埃洛石的含量，大大降低成本、打破了液晶高昂價格的局限、 加速了原位復合技術(shù)工業(yè)化的步伐，同時為改善尼龍制品的尺寸穩(wěn)定性提供了新的研究方向。


圖1是實施例2中不同含量HNTs的復合材料的拉伸強度及彎曲強度曲線。圖2是實施例2中不同含量HNTs的復合材料的拉伸模量及彎曲模量曲線。圖3是實施例4、5中不同EPDM-g-MAH含量的復合材料的沖擊強度曲線。圖4是實施例6、7、8中不同HNTs含量的復合材料的拉伸強度曲線。圖5是實施例6、7、8中不同HNTs含量的復合材料的彎曲強度及彎曲模量曲線。圖6是實施例6、7、8中不同HNTs含量的復合材料的熱變形溫度曲線。圖7是實施例6、7、8中不同HNTs含量的復合材料的導熱系數(shù)曲線。圖8是實施例6、7、8中不同HNTs含量的復合材料的儲能模量曲線。圖9是實施例6中4wt%液晶含量時的復合材料的淬斷斷面SEM照片。圖10是實施例8中30wt% HNTs含量的復合材料的淬斷斷面SEM照片。具體的實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但是本發(fā)明的實施例并不限于此。實施例1將天然埃洛石中所含褐色部分去除，在90°C下熱風干燥10小時后粉碎；取粉碎后的埃洛石粉末、蒸餾水及粉狀六偏磷酸鈉以質(zhì)量比1 10 0. 002配制成溶液；在常溫下攪拌24小時后再靜置72小時；取靜置分層后的澄清溶液在90°C下熱風干燥24小時至埃洛石成塊狀；將塊狀埃洛石粉碎，并過200目篩，得到納米級的純凈埃洛石粉末；納米級埃洛石粉末具有管狀結(jié)構(gòu)，可稱之為埃洛石納米管(HNTs)，HNTs富含高導熱組分三氧化二鋁 (Al2O3)，三氧化二鋁質(zhì)量含量高達40. 4%。將聚酰胺66和Vectra A 950 (TLCP)原料在110°C下真空干燥10小時；上述制得的埃洛石納米管(HNTs)在100°C下真空干燥8小時；將干燥后的原料按以下質(zhì)量比配比制備共混物PA66 TLCP HNTS 分別為 93. 5 4 2. 5 ；91 4 5 ；86 4 10 ； 81 4 15;共混物總重均為550克，混合均勻后再在100°C下真空干燥4小時，并在封閉
容器中冷卻至室溫。復合材料的原料按配比混合均勻后再在90°C 100°C下真空干燥4 5小時，以促進埃洛石表面的羥基與聚酰胺66相互作用，防止埃洛石粉末在下料時團聚。為防止埃洛石吸水，所述的復合材料的原料須在真空條件下冷卻至室溫，作為擠出試樣用。
將準備好的共混物擠出、造粒擠出機料筒口溫度為250°C、輸送段溫度為260°C、 壓縮段溫度為280°C、計量段溫度為290°C ；噴嘴溫度為280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min ；喂料速度為20r/min ；擠出絲經(jīng)水冷后切粒。將所造粒(通過擠出機擠出后的絲經(jīng)切粒機切粒即為造粒)在100°C下于真空干燥箱中干燥IOh后注塑注塑機料筒口溫度為250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為290°C 295°C ；噴嘴溫度為295°C 3000C ；螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min ；注射背壓為SOMpa ；模溫80°C。保壓時間為8s，脫模后得到標準測試樣條。實施例2將天然埃洛石中所含褐色部分去除，在90°C下熱風干燥10小時后粉碎；取粉碎后的埃洛石粉末、蒸餾水及粉狀六偏磷酸鈉以質(zhì)量比1 10 0.5%配制成溶液；在常溫下攪拌24小時后再靜置72小時；取靜置分層后的澄清溶液在90°C下熱風干燥24小時至埃洛石成塊狀；將塊狀埃洛石粉碎，并過200目篩，得到納米級的純凈埃洛石粉末；將聚酰胺66和Vectra A 950原料在110°C下真空干燥10小時；自制的埃洛石納米管(HNTs)在100°C下真空干燥8小時；將干燥后的原料按以下配比(質(zhì)量比)制備共混物PA66/TLCP/HNTS 分別為 93. 5 4 2. 5 ;91 4 5 ；86 4 10 ；81 4 15 ；共混物總重均為550克，混合均勻后再在100°C下真空干燥4小時，并在封閉容器中冷卻至室將準備好的共混物擠出、造粒擠出機料筒口溫度為250°C、輸送段溫度為260°C、 壓縮段溫度為280°C、計量段溫度為290°C ；噴嘴溫度為280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min ；喂料速度為20r/min ；擠出絲經(jīng)水冷后切粒。將所造粒在100°C下于真空干燥箱中干燥IOh后注塑注塑機料筒口溫度為 250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為 290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min ；注射背壓為80Mpa ；模溫 80°C。保壓時間為8s，脫模后得到標準測試樣條。實施例3將天然埃洛石中所含褐色部分去除，在90°C下熱風干燥10小時后粉碎；取粉碎后的埃洛石粉末、蒸餾水及粉狀六偏磷酸鈉以質(zhì)量比1 10 1.0%配制成溶液；在常溫下攪拌24小時后再靜置72小時；取靜置分層后的澄清溶液在90°C下熱風干燥24小時至埃洛石成塊狀；將塊狀埃洛石粉碎，并過200目篩，得到納米級的純凈埃洛石粉末；將聚酰胺66和Vectra A 950原料在110°C下真空干燥10小時；自制的埃洛石納米管(HNTs)在100°C下真空干燥8小時；將干燥后的原料按以下配比(質(zhì)量比)制備共混物PA66/TLCP/H NTS 分別為 93. 5 4 2. 5 ;91 4 5 ;86 4 10 ;81 4 15 ；共混物總重均為550克，混合均勻后再在100°C下真空干燥4小時，并在封閉容器中冷卻至室將準備好的共混物擠出、造粒擠出機料筒口溫度為250°C、輸送段溫度為260°C、 壓縮段溫度為280°C、計量段溫度為290°C ；噴嘴溫度為280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min ；喂料速度為20r/min ；擠出絲經(jīng)水冷后切粒。將所造粒在100°C下于真空干燥箱中干燥IOh后注塑注塑機料筒口溫度為250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為 290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min ；注射背壓為80Mpa ；模溫 80°C。保壓時間為8s，脫模后得到標準測試樣條。實施例4采用實施例2中埃洛石的制備方法，將埃洛石提純、粉碎備用。將聚酰胺66和Vectra A 950 (TLCP)原料在110°C下真空干燥10小時；自制的埃洛石納米管(HNTs)在100°C下真空干燥8小時；乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐(EPDM-g-MAH)在70°C下真空干燥8小時；將干燥后的原料按以下配比(質(zhì)量比)制備共混物PA66/TLCP/HNTS/EPDM-g-MAH 分別為 80 4 15 1 ；78 4 15 3 ；共混物總重均為550克，混合均勻后再在100°C下真空干燥4小時，并在封閉容器中冷卻至室溫。將準備好的共混物擠出、造粒擠出機料筒口溫度為250°C、輸送段溫度為260°C、 壓縮段溫度為280°C、計量段溫度為290°C ；噴嘴溫度為280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min ；喂料速度為20r/min ；擠出絲經(jīng)水冷后切粒。將所造粒在100°C下于真空干燥箱中干燥IOh后注塑注塑機料筒口溫度為 250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為 290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min ；注射背壓為80Mpa ；模溫 80°C。保壓時間為8s，脫模后得到標準測試樣條。實施例5采用實施例2中埃洛石的制備方法，將埃洛石提純、粉碎備用。將聚酰胺66和Vectra A 950 (TLCP)原料在110°C下真空干燥10小時；自制的埃洛石納米管(HNTs)在100°C下真空干燥8小時；乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐(EPDM-g-MAH)在70°C下真空干燥8小時；將干燥后的原料按以下配比(質(zhì)量比)制備共混物PA66/TLCP/HNTS/EPDM-g-MAH 分別為 76 4 15 5 ；74 4 15 7 ；共混物總重均為550克，混合均勻后再在100°C下真空干燥4小時，并在封閉容器中冷卻至室溫。將準備好的共混物擠出、造粒擠出機料筒口溫度為250°C、輸送段溫度為260°C、 壓縮段溫度為280°C、計量段溫度為290°C ；噴嘴溫度為280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min ；喂料速度為20r/min ；擠出絲經(jīng)水冷后切粒。將所造粒在100°C下于真空干燥箱中干燥IOh后注塑注塑機料筒口溫度為 250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為 290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min ；注射背壓為80Mpa ；模溫 80°C。保壓時間為8s，脫模后得到標準測試樣條。實施例6采用實施例2中埃洛石的制備方法，將埃洛石提純、粉碎備用。將聚酰胺66和Vectra A 950 (TLCP)原料在110°C下真空干燥10小時；自制的埃洛石納米管(HNTs)在100°C下真空干燥8小時；乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐(EPDM-g-MAH)在70°C下真空干燥8小時；將干燥后的原料按以下配比(質(zhì)量比)制備共混物PA66/TLCP/EPDM-g-MAH/HNTS 分別為 100 O O O ；83 4 3 10 ；共混物總重均為550克，混合均勻后再在100°C下真空干燥4小時，并在封閉容器中冷卻至室溫。將準備好的共混物擠出、造粒擠出機料筒口溫度為250°C、輸送段溫度為260°C、壓縮段溫度為280°C、計量段溫度為290°C ；噴嘴溫度為280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min ；喂料速度為20r/min ；擠出絲經(jīng)水冷后切粒。將所造粒在100°C下于真空干燥箱中干燥IOh后注塑注塑機料筒口溫度為 250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為 290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min ；注射背壓為80Mpa ；模溫 80°C。保壓時間為8s，脫模后得到標準測試樣條。實施例7采用實施例2中埃洛石的制備方法，將埃洛石提純、粉碎備用。將聚酰胺66和Vectra A 950 (TLCP)原料在110°C下真空干燥10小時；自制的埃洛石納米管(HNTs)在100°C下真空干燥8小時；乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐(EPDM-g-MAH)在70°C下真空干燥8小時；將干燥后的原料按以下配比(質(zhì)量比)制備共混物PA66/TLCP/EPDM-g-MAH/HNTS 分別為 73 4 3 20 ;63 4 3 30。共混物總重均為550克，混合均勻后再在100°C下真空干燥4小時，并在封閉容器中冷卻至室溫。將準備好的共混物擠出、造粒擠出機料筒口溫度為250°C、輸送段溫度為260°C、 壓縮段溫度為280°C、計量段溫度為290°C ；噴嘴溫度為280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min ；喂料速度為20r/min ；擠出絲經(jīng)水冷后切粒。將所造粒在100°C下于真空干燥箱中干燥IOh后注塑注塑機料筒口溫度為 250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為 290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min ；注射背壓為80Mpa ；模溫 80°C。保壓時間為8s，脫模后得到標準測試樣條。實施例8采用實施例2中埃洛石的制備方法，將埃洛石提純、粉碎備用。將PA66和TLCP原料在110°C下真空干燥10小時；自制的埃洛石納米管(HNTs) 在IOCTC下真空干燥8小時；乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐(EPDM-g-MAH) 和硅酮樹脂(GMlOO)均在70°C下真空干燥8小時；將干燥后的原料按以下配比(質(zhì)量比)制備共混物PA66/TLCP/EPDM-g-MAH/HNTS/GM100 分另丨」為 53 4 3 40 O ； 51.5 4 3 40 1.5。共混物總重均為550克，混合均勻后再在100°C下真空干燥4 小時，并在封閉容器中冷卻至室溫。將準備好的共混物擠出、造粒擠出機料筒口溫度為250°C、輸送段溫度為260°C、 壓縮段溫度為280°C、計量段溫度為290°C ；噴嘴溫度為280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為200r/min ；喂料速度為20r/min ；擠出絲經(jīng)水冷后切粒。將所造粒在100°C下于真空干燥箱中干燥IOh后注塑注塑機料筒口溫度為 250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為 290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;螺桿轉(zhuǎn)速為lOOr/min ；注射背壓為80Mpa ；模具溫度為80°C。保壓時間為8s，脫模后得到標準測試樣條。測試方法沖擊性能測試按照GB/T 1843-1996執(zhí)行，采用德國Zwick材料試驗機公司制造的 B5113. 300型懸臂梁沖擊試驗機對共混物進行懸臂梁缺口沖擊實驗。拉伸性能測試按照GB/T 1040-2006執(zhí)行，在德國Zwick/Roell公司的ZwickZOlO型拉伸試驗機上進行拉伸實驗，拉伸速度為50mm/min。彎曲性能測試按照GB/T 9341-2000執(zhí)行，在美國Instron公司制造的5500-R型萬能材料試驗機進行彎曲實驗采用德國Netzsch 242C型動態(tài)力學分析儀測量試樣的動態(tài)力學性能(DMA)。 選擇三點彎曲模式，溫度范圍30°C 150°C，升溫速度；TC /min，頻率1Hz，試樣尺寸為 64X12. 6X4mm。采用意大利西斯特(CEAST)HDT型分析儀測量試樣的熱變形溫度。測量時選擇三點彎曲模式，試樣尺寸80 X 10 X 4mm，跨度64mm，彎曲應力1. 80Mpa，升溫速率120°C /h。熱導率采用激光導熱儀測試，測試溫度為30°C。首先用注塑機將共混后所造母粒注成直徑為12. 7mm、厚度為2mm的導熱測試用標準樣，為防止反光，測試前用液態(tài)的炭黑將樣品兩面染成黑色，熱導率(λ)的計算公式為λ = ρ Cpa式中P _樣品密度；Cp_比熱容；a_熱擴散率；將液氮中淬斷的擠出樣條，經(jīng)噴金處理60s后用LE01530VP型掃描電子顯微鏡觀察斷面表面形貌，加速電壓為10KV。圖1和圖2是實施例2中不同含量HNTs的復合材料的力學性能測試曲線。與相同埃洛石含量的現(xiàn)有技術(shù)相比(肖波，劉述梅，趙建青等.PA66/TLCP/埃洛石納米管三元復合材料的結(jié)構(gòu)與性能，工程塑料應用，2009，37 (4) :10 14)，導熱復合材料的拉伸強度、彎曲強度及彎曲模量分別提升了 6 %、39. 8 %、15. 8 %。圖3實施例4、5中不同含量相容劑的復合材料的沖擊性能測試曲線。相容劑的加入使得導熱復合材料的沖擊性能相對現(xiàn)有技術(shù)提高了 52. 6%。圖4、5是實施例6、7、8中不同含量的HNTs的復合材料的力學性能測試曲線。與相同埃洛石含量的現(xiàn)有技術(shù)(肖波，劉述梅，趙建青等.PA66/TLCP/埃洛石納米管三元復合材料的結(jié)構(gòu)與性能，工程塑料應用，2009，37 (4) :10 14)對比其拉伸強度、彎曲強度及彎曲模量分別提高了 15.6%,65.9%,66.7%0 HNTs對PA66基體表現(xiàn)出如此優(yōu)異的補強效果， 一方面是因為其表面的羥基能與PA66的酰胺基之間形成氫鍵，強化兩者之間的相互作用； 另一方面是因為埃洛石納米管能在基體中均勻分布，其較大長徑比的特性使其在基體中起到傳遞載荷的作用，從而增加復合材料的強度和模量。圖6是實施例6、7、8中不同含量的HNTs的復合材料的熱變形溫度曲線。當HNTs 的含量同為20襯％時(肖波，劉述梅，趙建青等.PA66/TLCP/埃洛石納米管三元復合材料的結(jié)構(gòu)與性能，工程塑料應用，2009，37(4) :10 14)，導熱復合材料的熱變形溫度提高了 16°C。并最終將復合材料的熱變形溫度提高至154°C，極大地優(yōu)化了復合材料的耐熱性能。 復合材料熱變形溫度的提高，一方面是由于埃洛石自身含有一定量的羥基，其與酰胺基之間的相互作用限制了 PA66鏈的運動，使復合材料在受熱及壓力作用時不易發(fā)生形變；另一方面，埃洛石作為納米級的管狀材料，具有較大的長徑比，管狀的HNTs能在PA66基體中起到傳遞載荷和應力橋梁的作用，增加復合材料的強度和模量的同時提高其熱變形溫度。圖7是實施例6、7、8中不同含量的HNTs的復合材料的導熱系數(shù)曲線。當埃洛石的質(zhì)量含量為40%時，復合材料的熱導率高達0. 445ff/(m. K)，優(yōu)于導熱性能最好的高分子材料高密度聚乙烯0. 44ff/(m. K)。一方面是因為隨著埃洛石含量的增加，使得埃洛石之間的接觸和相互作用的機會增大，形成了類似于鏈狀或網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而構(gòu)成體系內(nèi)部的導熱網(wǎng)鏈，尤其是在加入納米級的填料時，由于表面積大，這種趨勢更為明顯；另一方面， HNTs納米管在促進TLCP在基體中形成微纖的同時自身能沿剪切力方向較好的取向，當導熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致，能更有效地強化傳熱。雙重作用使得復合材料的熱導率得到極大的提高。圖8是實施例6、7、8中不同含量的HNTs的復合材料的儲能模量曲線，顯示了 PA 與HNTs之間良好的協(xié)同效應。圖9是實施例6、7、8中不同含量的HNTs的復合材料的淬斷斷面SEM照片，可以清晰的見到TLCP所形成的直徑為IOOnm左右的納米級微纖，此為導熱復合材料力學性能及導熱性能上升的原因之一。圖10中可以清晰地見到HNTs在基體內(nèi)部所構(gòu)成的導熱網(wǎng)絡，此為復合材料導熱系數(shù)急劇上升的根本原因。HNTs能在PA66基體中較好的分散且并未出現(xiàn)明顯的團聚，主要歸功于它的結(jié)構(gòu)及組成=HNTs管狀的幾何尺寸使得它相比一般球形粒子更容易分散、取向；HNTs的外部含有一定數(shù)目的羥基，但遠低于能促進HNTs團聚的濃度，結(jié)構(gòu)單元之間以氫鍵或范得華力等次價鍵的形式結(jié)合，雙重因素使得HNTs相比一般的納米材料更容易分散。從而通過簡單的成型加工工藝，HNTs就能在PA66基體中良好地分散并與之有較強的界面結(jié)合，這也是HNTs作為一種新型增強材料所具有的潛在優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種導熱納米復合材料，其特征在于，以質(zhì)量百分比計，該復合材料的原料組成為聚酰胺 6651.5-91%硅酮樹脂1-1.5%熱致性液晶Vectra A 9502-8%納米級埃洛石粉末5-40%乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐 1 -7%所述納米級埃洛石粉末通過如下方法制備將天然埃洛石中所含褐色部分去除，在 80°C 100°C下熱風干燥10 15小時后粉碎；取粉碎后的埃洛石粉末、蒸餾水及粉狀六偏磷酸鈉以質(zhì)量比1 10 0. 002 0. 01配制成混合液；在常溫下攪拌22 28小時后再靜置70 76小時；取靜置分層后的澄清溶液在80°C 100°C下熱風干燥18 24小時至埃洛石成塊狀；將塊狀埃洛石粉碎，并過100 200目篩，得到納米級的純凈埃洛石粉末。
2.權(quán)利要求1所述導熱納米復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟和工藝條件(1)納米級埃洛石粉末的制備將天然埃洛石中所含褐色部分去除，在80°C 100°C下熱風干燥10 15小時后粉碎； 取粉碎后的埃洛石粉末、蒸餾水及粉狀六偏磷酸鈉以質(zhì)量比1 10 0.002 0.01配制成混合液；在常溫下攪拌22 28小時后再靜置70 76小時；取靜置分層后的澄清溶液在80°C 100°C下熱風干燥18 24小時至埃洛石成塊狀；將塊狀埃洛石粉碎，并過100 200目篩，得到納米級的純凈埃洛石粉末；(2)導熱納米復合材料的制備將復合材料的原料真空干燥后，混合均勻、擠出、造粒、 注塑，制得導熱納米復合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導熱納米復合材料的制備方法，其特征在于所述的復合材料的原料真空干燥是指聚酰胺66和熱致性液晶Vectra A 950原料在100°C 110°C下真空干燥10 12小時；納米級埃洛石粉末在90°C 100°C下真空干燥8 10小時；乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐和硅酮樹脂均在70°C 80°C下真空干燥8 10小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導熱納米復合材料的制備方法，其特征在于擠出機料筒口溫度為250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為290°C 280°C ；噴嘴溫度為275°C 280°C ；螺桿轉(zhuǎn)速為180 200r/min ；喂料速度為 15 20r/mino
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導熱納米復合材料的制備方法，其特征在于將造粒于真空干燥箱中在100°C 110°C下干燥10 12h后并在封閉條件下冷卻至室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導熱納米復合材料的制備方法，其特征在于注塑所用的注塑機料筒口溫度為250°C 260°C、輸送段溫度為260°C 270°C、壓縮段溫度為270°C 290°C、計量段溫度為290°C 295°C;噴嘴溫度為295°C 300°C;模具溫度為80°C 100°C; 螺桿轉(zhuǎn)速為100 120r/min ；注射背壓為60 80Mpa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導熱納米材料及制備方法與應用。以質(zhì)量百分比計，該復合材料的原料組成為51.5-91％聚酰胺66、1-1.5％硅酮樹脂、2-8％熱致性液晶Vectra A 950、5-40％納米級埃洛石粉末和1-7％乙烯-丙烯非共軛二烯彈性體接枝馬來酸酐。將天然埃洛石熱風干燥后粉碎；取粉碎后的埃洛石粉末、蒸餾水及粉狀六偏磷酸鈉配制成混合液，靜置，靜置分層后的澄清溶液熱風干燥、粉碎，過篩，得到納米級的純凈埃洛石粉末。埃洛石粉末納米化，輔以適量的相容劑提高埃洛石與基體之間的相容性，使復合材料相對于現(xiàn)有混雜復合技術(shù)具有更優(yōu)異的性能，其拉伸強度、彎曲強度及彎曲模量都有顯著提高。
文檔編號C08K9/02GK102219994SQ20111013484
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者寧平, 甘典松 申請人:華南理工大學