一種導(dǎo)熱耐磨填料及其制備方法與含有該導(dǎo)熱耐磨填料的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種導(dǎo)熱耐磨填料及其制備方法，導(dǎo)熱耐磨填料由2~15份碳納米管與100份立方氮化硼經(jīng)混合、超聲分散處理、球磨、燒結(jié)、粉碎制備而成。同時(shí)還提供了含有該導(dǎo)熱耐磨填料的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料。本發(fā)明將碳納米管與立方氮化硼復(fù)合制備出導(dǎo)熱耐磨填料－碳納米管-立方氮化硼復(fù)合材料，并將其用于塑料中，能顯著提高導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料的導(dǎo)熱、耐磨性能。使制備的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料能廣泛應(yīng)用于電子電氣、汽車、航空、國(guó)防等領(lǐng)域。
【專利說明】一種導(dǎo)熱耐磨填料及其制備方法與含有該導(dǎo)熱耐磨填料的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及碳納米管復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種導(dǎo)熱耐磨填料及其制備方法與含有該導(dǎo)熱耐磨填料的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料。
[0002]【背景技術(shù)】:
碳納米管(Cabon Nanotubes,簡(jiǎn)稱CNTs )，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，其徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口，主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。碳納米管具有質(zhì)輕、超高力學(xué)性能以及優(yōu)良的電性能，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料的增強(qiáng)、增韌以及導(dǎo)熱、導(dǎo)電領(lǐng)域，其導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)280(T4000W/(m*K)以及電導(dǎo)率高達(dá)26(T300S/m。所以將其應(yīng)用于塑料基復(fù)合材料中，可顯著提高塑料的導(dǎo)熱、導(dǎo)電以及耐磨性能，但由于其價(jià)格昂貴以及不易分散使得其應(yīng)用受到限制。
[0003]立方氮化硼(簡(jiǎn)稱CBN)其晶體結(jié)構(gòu)類似金剛石，硬度略低于金剛石(注:金剛石的莫氏硬度為10，立方氮化硼的莫氏硬度為9.5，剛玉的莫氏硬度為9.0)，常用作磨料和刀具材料。將其用于塑料基中增強(qiáng)塑料基復(fù)合材料的耐磨性能，至今為止尚未見報(bào)道。
[0004]本發(fā)明通過特殊的方法將碳納米管與立方氮化硼制備出碳納米管-立方氮化硼復(fù)合材料，將其粉末用于塑料基復(fù)合材料中，可顯著提高塑料基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和耐磨性能，這種碳納米管-立方氮化硼復(fù)合材料粉末用于塑料基以提高導(dǎo)熱和耐磨性能，至今為止尚未見報(bào)道。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的導(dǎo)熱耐磨填料及其制備方法，將碳納米管與立方氮化硼復(fù)合制備出碳納米管-立方氮化硼復(fù)合材料。
[0006]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種含有該導(dǎo)熱耐磨填料的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料，顯著提高塑料的導(dǎo)熱、耐磨性能。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種導(dǎo)熱耐磨填料，由下述組份按重量份制備而成:
碳納米管 2~15份，
立方氮化硼 100份。
[0008]進(jìn)一步，所述碳納米管為未經(jīng)表面處理、表面羥基化或表面羧基化的單壁碳納米管、多壁碳納米管或雙壁碳納米管。
[0009]所述單壁碳納米管的外徑為f 2納米、長(zhǎng)度為5~30微米、純度> 90wt%。
[0010]所述多壁碳納米管的外徑< 8納米、長(zhǎng)度為10~30微米、純度> 98wt%。
[0011]所述雙壁碳納米管外徑為2~4納米、長(zhǎng)度為5~15微米、純度> 60wt%。
[0012]所述立方氮化硼的粒徑為800~1500目。 [0013]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供前述導(dǎo)熱耐磨填料的制備方法，包括如下步驟:
(O按配比將碳納米管與立方氮化硼經(jīng)高速混合機(jī)混合10-30分鐘；(2)將(I)混合物浸于無(wú)水乙醇中進(jìn)行超聲分散處理60-120分鐘；
(3)將(2)中分散好的溶液放入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨5~8小時(shí)；
(4)將球磨好的漿料進(jìn)行冷凍干燥、研磨、過400目篩后放入石墨磨具中，在1560°C溫度下燒結(jié)6(Tl20分鐘得到碳納米管與立方氮化硼的燒結(jié)體；
(5)將燒結(jié)體放入金剛石粉碎分級(jí)設(shè)備中進(jìn)行粉碎分級(jí)，過325目篩后得到粉末狀導(dǎo)熱耐磨填料。
[0014]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種含有前述導(dǎo)熱耐磨填料的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料，其由下述組份按重量份制備而成:
100份塑料、5~25份導(dǎo)熱耐磨填料粉末、0.09、.6份抗氧劑、0.09、.3份潤(rùn)滑劑與
0.2~1份偶聯(lián)劑。
[0015]進(jìn)一步，所述塑料包括聚丙烯(ΡΡ)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(如PA6、PA66、PA46、PA610、PA1010、PA12 等)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯乙烯(PS)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(ΡΡ0)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚酰亞胺(PI)；
所述抗氧劑選用四[β_ (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)、三[2，4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)、N，N’-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺(抗氧劑1098)、β - (3, 5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧劑1076)中的兩種按質(zhì)量比為2:1進(jìn)行復(fù)配；` 所述潤(rùn)滑劑為乙撐雙硬脂酰胺(EBS)和硬脂酸鈣按質(zhì)量比為2:1復(fù)配；
所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。
[0016]所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷(ΚΗ550)和鈦酸酯偶聯(lián)劑為異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯(DN-201)按質(zhì)量比為1:1進(jìn)行復(fù)配。
[0017]本發(fā)明的有益效果有:
1、本發(fā)明首次將碳納米管與立方氮化硼復(fù)合制備出導(dǎo)熱耐磨填料一碳納米管-立方氮化硼復(fù)合材料。
[0018]2、本發(fā)明首次將碳納米管、立方氮化硼復(fù)合制備出導(dǎo)熱耐磨填料的粉末用于塑料中，可顯著提高導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料的導(dǎo)熱、耐磨性能。其與直接將碳納米管或立方氮化硼用于塑料基中相比，導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料的導(dǎo)熱、耐磨性能更優(yōu)。
[0019]3、由于本發(fā)明的導(dǎo)熱耐磨填料中碳納米管用量只占立方氮化硼的質(zhì)量的2-15%，從而大幅度降低了導(dǎo)熱耐磨填料的成本。
[0020]4、采用本發(fā)明的制備方法制備的導(dǎo)熱耐磨填料與采用機(jī)械合金化方法或高溫自蔓延合成方法相比，得到的碳納米管摻雜立方氮化硼復(fù)合材料的致密度小、氣孔率小且純度高；能更好的分散于塑料基體材料中。
[0021]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合一些實(shí)施例與對(duì)比例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]下面實(shí)施例以及對(duì)比例中用到的材料如下所示，但又不僅限于下述材料:
單壁碳納米管型號(hào)=CNTlOO (未經(jīng)表面處理)北京德科島金科技有限公司；
多壁碳納米管型號(hào):CNT202 (表面含有羥基)北京德科島金科技有限公司；
雙壁碳納米管型號(hào):CNT310 (表面含有羧基)北京德科島金科技有限公司；立方氮化硼型號(hào):HR550 (800目~1500目)鄭州華銳磨料磨具有限公司；
聚丙烯型號(hào):PP BX3800韓國(guó)SK ;
聚碳酸酯型號(hào):PC 7022IR日本三菱；
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂型號(hào):ABS DG417天津大沽化工；
聚酰胺型號(hào):PA6 M2500廣州新會(huì)美達(dá)； 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯型號(hào):PET CB-608S遠(yuǎn)紡工業(yè)(上海)；
聚苯硫醚型號(hào):PPS-hb四川得陽(yáng)科技股份有限公司；
聚甲醛型號(hào):23P美國(guó)杜邦；
聚醚醚酮型號(hào):1200P 印度Gharda;
抗氧劑1010型號(hào):IrganoxlOlO瑞士汽巴精化；
抗氧劑1098型號(hào):Irganoxl098瑞士汽巴精化；
抗氧劑1076型號(hào):Irganoxl076瑞士汽巴精化；
抗氧劑168型號(hào):Irganoxl68瑞士汽巴精化；
潤(rùn)滑劑型號(hào)=EBS印尼朝陽(yáng)化學(xué)有限公司；
潤(rùn)滑劑型號(hào):硬脂酸鈣(優(yōu)等品)山東省高密市友和助劑有限公司；
偶聯(lián)劑型號(hào):KH550南京道寧化工有限公司；
偶聯(lián)劑型號(hào):DN-201南京道寧化工有限公司。
[0023]以下所有實(shí)施例及對(duì)比例中，如無(wú)特別說明，所述份數(shù)均為重量份，耐磨性能測(cè)試執(zhí)行GB/T 3960、導(dǎo)熱性能測(cè)試執(zhí)行GB/T 3399。
[0024]實(shí)施例1
1、制備導(dǎo)熱耐磨填料
(1)將100份800目的HR550型立方氮化硼粉末和2份CNT100型單壁碳納米管經(jīng)高速混合機(jī)混合10分鐘；
(2)將混合物浸于無(wú)水乙醇中進(jìn)行超聲分散處理60分鐘；
(3)將分散好的溶液放入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨5小時(shí)；
(4)將球磨好的漿料進(jìn)行冷凍干燥、研磨、過400目篩后放入石墨磨具中，在1560°C溫度下燒結(jié)60分鐘得到碳納米管與立方氮化硼的燒結(jié)體；
(5)將燒結(jié)體放入金剛石粉碎分級(jí)設(shè)備中進(jìn)行粉碎分級(jí)，過325目篩后得到粉末狀導(dǎo)熱耐磨填料。
[0025]2、制備導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料
稱取100份PP BX3800.5份粉末狀導(dǎo)熱耐磨填料、0.06份抗氧劑1010、0.03份抗氧劑
168,0.06份潤(rùn)滑劑EBS、0.03份潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣、0.1份偶聯(lián)劑KH550、0.1份偶聯(lián)劑DN-201于高速混合機(jī)中進(jìn)行混合5分鐘，接著將其加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出、切粒得導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料。其性能如表-1。
[0026]對(duì)比例I
按照實(shí)施例一的制備方法，將立方氮化硼與單壁碳納米管直接加入塑料基中，其他組份及配比同實(shí)施例一，具體如下:
稱取100份PP BX3800、4.902份800目的HR550型立方氮化硼粉末、0.098份CNT100型單壁碳納米管、0.06份抗氧劑1010、0.03份抗氧劑168、0.06份潤(rùn)滑劑EBS、0.03份潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣、0.1份偶聯(lián)劑KH550、0.1份偶聯(lián)劑DN-201于高速混合機(jī)中進(jìn)行混合5分鐘，接著將其加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出、切粒得PP復(fù)合材料。其性能如表-1。
[0027]對(duì)比例2
按照實(shí)施例一的制備方法，塑料基復(fù)合材料中不加入導(dǎo)熱耐磨填料，其他組份及配比同實(shí)施例一，具體如下:
稱取100份PP BX3800、0.06份抗氧劑1010,0.03份抗氧劑168,0.06份潤(rùn)滑劑EBS、
0.03份潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣、0.1份偶聯(lián)劑KH550、0.1份偶聯(lián)劑DN-201于高速混合機(jī)中進(jìn)行混合5分鐘，接著將其加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出、切粒得PP復(fù)合材料。性能如表-1。
[0028]實(shí)施例2
1、制備導(dǎo)熱耐磨填料
(1)100份1500目的HR550型立方氮化硼粉末和15份CNT202型多壁碳納米管經(jīng)高速混合機(jī)混合30分鐘；
(2)將混合物浸于無(wú)水乙醇中進(jìn)行超聲分散處理120分鐘；
(3)將分散好的溶液放入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨8小時(shí)；
(4)將球磨好的漿料進(jìn)行冷凍干燥、研磨、過400目篩后放入石墨磨具中，在1560°C溫度下燒結(jié)120分鐘得到碳納米管與立方氮化硼的燒結(jié)體；
(5)將燒結(jié)體放入金剛石粉碎分級(jí)設(shè)備中進(jìn)行粉碎分級(jí)，過325目篩后得到粉末狀導(dǎo)熱耐磨填料。`
[0029]2、制備導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料
稱取100份PC 7022IR.25份粉末狀導(dǎo)熱耐磨填料、0.4份抗氧劑1076、0.2份抗氧劑
168,0.2份潤(rùn)滑劑EBS、0.1份潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣、0.5份偶聯(lián)劑KH550、0.5份偶聯(lián)劑DN-201于高速混合機(jī)中進(jìn)行混合5分鐘，接著將其加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出、切粒得導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料。其性能如表-1。
[0030]對(duì)比例3
按照實(shí)施例一的制備方法，將立方氮化硼與單壁碳納米管直接加入塑料基中，其他組份及配比同實(shí)施例一，具體如下:
稱取100份PC 7022IR、21.739份1500目的HR550型立方氮化硼粉末、3.261份CNT202型多壁碳納米管、0.4份抗氧劑1076、0.2份抗氧劑168、0.2份潤(rùn)滑劑EBS、0.1份潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣、0.5份偶聯(lián)劑KH550、0.5份偶聯(lián)劑DN-201于高速混合機(jī)中進(jìn)行混合5分鐘，接著將其加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出、切粒得PP復(fù)合材料。性能如表-1。
[0031]對(duì)比例4
按照實(shí)施例一的制備方法，塑料基復(fù)合材料中不加入導(dǎo)熱耐磨填料，其他組份及配比同實(shí)施例一，具體如下:
稱取100份PC 7022IR、0.4份抗氧劑1076,0.2份抗氧劑168,0.2份潤(rùn)滑劑EBS,0.1份潤(rùn)滑劑硬脂酸鈣、0.5份偶聯(lián)劑KH550、0.5份偶聯(lián)劑DN-201于高速混合機(jī)中進(jìn)行混合5分鐘，接著將其加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出、切粒得PP復(fù)合材料。性能如表-1。
[0032]表-1實(shí)施例f 2和對(duì)比例f 4的性能
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)熱耐磨填料，其特征在于:由下述組份按重量份制備而成: 碳納米管 2~15份， 立方氮化硼 100份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱耐磨填料，其特征在于:所述碳納米管為未經(jīng)表面處理、表面羥基化或表面羧基化的單壁碳納米管、多壁碳納米管或雙壁碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)熱耐磨填料，其特征在于:所述單壁碳納米管的外徑為f2納米、長(zhǎng)度為5~30微米、純度> 90wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)熱耐磨填料，其特征在于:所述多壁碳納米管的外徑<8納米、長(zhǎng)度為10~30微米、純度> 98wt%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)熱耐磨填料，其特征在于:所述雙壁碳納米管外徑為2~4納米、長(zhǎng)度為5~15微米、純度> 60wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的導(dǎo)熱耐磨填料，其特征在于:所述立方氮化硼的粒徑為800~1500 目。
7.一種制備如權(quán)利要求1-6所述的任一項(xiàng)導(dǎo)熱耐磨填料的方法，其特征在于:包括如下步驟: (O按配比將碳納米管與立方氮化硼經(jīng)高速混合機(jī)混合10-30分鐘； (2)將(I)混合物浸于無(wú)水乙醇中進(jìn)行超聲分散處理60-120分鐘； (3)將(2)中分散好的溶液放入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨5~8小時(shí)； (4)將球磨好的漿料進(jìn)行冷凍干燥、研磨、過400目篩后放入石墨磨具中，在1560°C溫度下燒結(jié)6(Tl20分鐘得到碳納米管與立方氮化硼的燒結(jié)體； (5)將燒結(jié)體放入金剛石粉碎分級(jí)設(shè)備中進(jìn)行粉碎分級(jí)，過325目篩后得到粉末狀導(dǎo)熱耐磨填料。
8.一種含有如權(quán)利要求廣6任一項(xiàng)所述的導(dǎo)熱耐磨填料的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料，其特征在于:由下述組份按重量份制備而成: 100份塑料、5~25份導(dǎo)熱耐磨填料粉末、0.09、.6份抗氧劑、0.09、.3份潤(rùn)滑劑與0.2~1份偶聯(lián)劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料，其特征在于:所述塑料包括聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯乙烯、聚甲醛、聚苯醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚酰亞胺； 所述抗氧劑選用四[β _(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2，4- 二叔丁基苯基]亞磷酸酯、N，N’-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺、β- (3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的兩種按質(zhì)量比為2:1進(jìn)行復(fù)配； 所述潤(rùn)滑劑為乙撐雙硬脂酰胺和硬脂酸鈣按質(zhì)量比為2:1復(fù)配； 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的導(dǎo)熱耐磨塑料基復(fù)合材料，其特征在于:所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑為Y -氨丙基三乙氧基硅烷和鈦酸酯偶聯(lián)劑為異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯)按質(zhì)量比為1:1進(jìn)行復(fù)配。
【文檔編號(hào)】C08L23/12GK103772741SQ201410007202
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】楊桂生, 俞飛 申請(qǐng)人:合肥杰事杰新材料股份有限公司