一種高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料化工合成領(lǐng)域，涉及一種具有高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法。該方法包括如下步驟：1、將樹(shù)脂基體材料、固化劑、無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料球磨、細(xì)化得到納米顆粒均勻混合的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒；2、將酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒加入到開(kāi)煉機(jī)中進(jìn)行開(kāi)煉，得到初步固化的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒；3、將酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒在熱壓成型模具中，進(jìn)行熱壓成型，即制備出高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料。本發(fā)明的方法制備的具有高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料具有較高的導(dǎo)熱率、優(yōu)良的力學(xué)強(qiáng)度和可加工性能；其次，本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易行，不含揮發(fā)性溶劑，環(huán)保無(wú)污染，生產(chǎn)成本低廉。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料化工合成領(lǐng)域，涉及一種具有高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料具有機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電器設(shè)備的主體、散熱板等元件，但金屬材料具有密度大、加工能耗高、環(huán)境污染、價(jià)格昂貴等不足之處，在許多應(yīng)用領(lǐng)域逐漸被塑料所代替，尤其是電子電器領(lǐng)域中要求絕緣、散熱的環(huán)境。近年來(lái)，電子元器件和電子設(shè)備逐漸向“薄、輕、小”等方向發(fā)展，開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能的工程塑料代替金屬材料已成為必然發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子元件中的電流密度和負(fù)載量的不斷增加，電器產(chǎn)品在使用過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量必須及時(shí)擴(kuò)散到外界環(huán)境中，否則會(huì)因局部過(guò)熱而損壞電子元件，降低使用壽命，甚至引發(fā)火災(zāi)。因此，在開(kāi)發(fā)導(dǎo)熱工程塑料過(guò)程中，必須要注意提高其熱傳導(dǎo)性能，一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到或超過(guò)3W/m ? K的塑料才能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，提高塑料導(dǎo)熱性能的方法主要是利用高導(dǎo)熱的無(wú)機(jī)材料，如氮化硼、碳化硅、氮化鋁、氧化鎂或者鐵、銅、鋁等金屬粉末，采用熔融共混方法對(duì)聚合物進(jìn)行填充改性，這種方法往往需要較高的填充量(一般在80wt%左右)才能在聚合物內(nèi)部形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，從而達(dá)到較好的導(dǎo)熱性能。但是，較高的無(wú)機(jī)材料填充量對(duì)聚合物塑料的成型加工能力和力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。林曉丹等(CN1775860A)公開(kāi)了一種通過(guò)添加導(dǎo)熱填料注塑成型制備的導(dǎo)熱絕緣塑料，其導(dǎo)熱率可達(dá)3.5ff/m ? K，但是由于填料比例過(guò)大，降低了材料的力學(xué)強(qiáng)度。董玉欣等(CN102936410A)報(bào)道了一種通過(guò)水熱合成方法制備的聚酰胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料，其導(dǎo)熱率高達(dá)14.`7ff/m ?!(，其無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料比約為40wt%，該材料同時(shí)還具有良好的拉伸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。不足之處是制備工藝較為復(fù)雜，制備周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)原料價(jià)格昂貴，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]通過(guò)在聚合物中添加無(wú)機(jī)導(dǎo)熱材料來(lái)改善塑料的導(dǎo)熱性能，其主要原因在于無(wú)機(jī)材料容易在塑料中形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。但是，受無(wú)機(jī)材料的粒徑尺寸、不規(guī)則外形等因素的影響，容易在塑料內(nèi)部形成缺陷或者應(yīng)力集中點(diǎn)，進(jìn)而降低塑料的力學(xué)性能。納米顆粒的無(wú)機(jī)材料具有很多常規(guī)材料所不具備的特點(diǎn)，如“小尺寸效應(yīng)”、“表面效應(yīng)”、“量子效應(yīng)”等，被廣泛應(yīng)用于聚合物塑料的改性中，并得到了很好的實(shí)際應(yīng)用效果。在材料的制備過(guò)程中，例如熔融共混方法制備聚合物/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料，很容易造成納米顆粒的團(tuán)聚，在基體材料中分散不均勻，從而影響塑料的改性效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種以熱塑性酚醛樹(shù)脂為基體材料，通過(guò)添加固化劑和無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料納米微粒，經(jīng)熱壓成型，制備出導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能和加工性能優(yōu)良，生產(chǎn)價(jià)格低廉，并適合用作電子電器散熱元件的導(dǎo)熱復(fù)合材料的方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)將樹(shù)脂基體材料、固化劑、無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料按質(zhì)量比(45~100):(5~10):(30~50)分別進(jìn)行稱(chēng)量配比后，首先將無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料在機(jī)械球磨裝置中進(jìn)行球磨、細(xì)化，球磨時(shí)間不超過(guò)3小時(shí)；將球磨后的無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料、固化劑加入到酚醛樹(shù)脂基體材料中，繼續(xù)球磨混料，時(shí)間不超過(guò)2小時(shí)；球磨結(jié)束后得到納米顆粒均勻混合的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒；
[0009](2)將步驟(1)中所制備的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒加入到開(kāi)煉機(jī)中進(jìn)行開(kāi)煉，開(kāi)煉溫度控制在100~150°C，開(kāi)煉時(shí)間為5~15分鐘。開(kāi)煉結(jié)束后，得到初步固化的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒；
[0010](3)將步驟(2)中所得到的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒在熱壓成型模具中，進(jìn)行熱壓成型，溫度控制在150~160°C范圍，壓力控制在10~30MPa范圍，時(shí)間控制在5~10分鐘范圍，即制備出高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料。[0011]步驟⑴中所述的固化劑為六次甲基四胺。
[0012]步驟(1)中所述無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料包括按照質(zhì)量配比(10~50): (5~30): (5~10):(5~10): (I~5): (I~5)的石墨、金屬粉、石英、碳化硅、氮化硼、氧化鎂混合組成；所述無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料經(jīng)球磨后，顆粒尺寸約為100~500納米。
[0013]步驟⑴中所述無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料由按照質(zhì)量配比(10~50): (5~30): (5~10):(5~10): (I~5)的石墨、金屬粉、石英、碳化娃、氮化硼混合組成；所述無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料經(jīng)球磨后，顆粒尺寸約為100~500納米。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:應(yīng)用本發(fā)明的方法制備的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)熱率、優(yōu)良的力學(xué)強(qiáng)度和可加工性能，能夠?qū)崿F(xiàn)模壓、注塑和擠出成型等加工方式；其次，本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易行，不含揮發(fā)性溶劑，環(huán)保無(wú)污染，生產(chǎn)成本低廉。利用本發(fā)明的方法制備的導(dǎo)熱塑料經(jīng)過(guò)成型后可用于電子電器及LED燈具散熱元件，提高產(chǎn)品的散熱性能，延長(zhǎng)其使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
[0016]將質(zhì)量配比為50:5:30的酚醛樹(shù)脂、六次甲基四胺、無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料進(jìn)行稱(chēng)量配比后，首先將無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料在機(jī)械球磨裝置中進(jìn)行球磨、細(xì)化，球磨時(shí)間2.5小時(shí)；球磨后的無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料納米微粉顆粒尺寸約為100納米，加入到酚醛樹(shù)脂基體材料中，同時(shí)加入固化劑六次甲基四胺，繼續(xù)球磨混料，時(shí)間不超過(guò)2小時(shí)；球磨結(jié)束后得到納米顆粒均勻混合的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒；在開(kāi)煉機(jī)中初步固化，溫度控制在120°C左右；然后在熱壓模具中成型，制備導(dǎo)熱復(fù)合材料，熱壓溫度控制在150°C左右，即制備出本發(fā)明的高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料；其中無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料中石墨、鐵粉、石英、碳化硅、氮化硼、氧化鎂的質(zhì)量比為50:20:10:5:5:5 ;本實(shí)施例制備出的高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料導(dǎo)熱率為3.7ff/m ? K。
[0017]實(shí)施例2[0018]將質(zhì)量配比為95:10:50的酚醛樹(shù)脂、六次甲基四胺、無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料進(jìn)行稱(chēng)量配比后，首先將無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料在機(jī)械球磨裝置中進(jìn)行球磨、細(xì)化，球磨時(shí)間2.5小時(shí)；球磨后的無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料納米微粉顆粒尺寸約為100納米，加入到酚醛樹(shù)脂基體材料中，同時(shí)加入固化劑六次甲基四胺，繼續(xù)球磨混料，時(shí)間不超過(guò)2小時(shí)；球磨結(jié)束后得到納米顆粒均勻混合的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒；在開(kāi)煉機(jī)中初步固化，溫度控制在100°C左右；然后在熱壓模具中成型，制備導(dǎo)熱復(fù)合材料，熱壓溫度控制在160°C左右，即制備出本發(fā)明的高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料；其中無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料中石墨、鋁粉、石英、碳納米管、氮化硼的質(zhì)量比為50:15:10:5:5 ;本實(shí)施例制備出的高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料導(dǎo)熱率為5.8ff/m ? K。
【權(quán)利要求】
1.一種高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將樹(shù)脂基體材料、固化劑、無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料按質(zhì)量比(45~100): (5~10): (30~50)分別進(jìn)行稱(chēng)量配比后，首先將無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料在機(jī)械球磨裝置中進(jìn)行球磨、細(xì)化，球磨時(shí)間不超過(guò)3小時(shí)；將球磨后的無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料、固化劑加入到酚醛樹(shù)脂基體材料中，繼續(xù)球磨混料，時(shí)間不超過(guò)2小時(shí)；球磨結(jié)束后得到納米顆粒均勻混合的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒； (2)將步驟(1)中所制備的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒加入到開(kāi)煉機(jī)中進(jìn)行開(kāi)煉，開(kāi)煉溫度控制在100~150°C，開(kāi)煉時(shí)間為5~15分鐘。開(kāi)煉結(jié)束后，得到初步固化的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒； (3)將步驟(2)中所得到的酚醛樹(shù)脂基導(dǎo)熱塑料顆粒在熱壓成型模具中，進(jìn)行熱壓成型，溫度控制在150~160°C范圍，壓力控制在10~30MPa范圍，時(shí)間控制在5~10分鐘范圍，即制備出高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法，其特征在于:步驟⑴中所述的固化劑為六次甲基四胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法，其特征在于:步驟⑴中所述無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料包括按照質(zhì)量配比(10~50): (5~30): (5~10): (5~10):(1~5):(1~5)的石墨、金屬粉、石英、碳化硅、氮化硼、氧化鎂混合組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高導(dǎo)熱系數(shù)的酚醛樹(shù)脂基高分子材料的制備方法，其特征在于:所述無(wú)機(jī)導(dǎo)熱填料由按照質(zhì)量配比(10~50): (5~30): (5~10): (5~10): (I~5)的石墨、金屬粉、石英、碳化 硅、氮化硼混合組成。
【文檔編號(hào)】C08K3/22GK103602038SQ201310562923
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】林云波 申請(qǐng)人:林云波