本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，尤其涉及一種各向異性導(dǎo)熱的，可以在某一方向?qū)崿F(xiàn)定向傳熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種新型的二維碳納米材料，具有很高的比表面積，具有優(yōu)異的機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能。理論研究表明，單層石墨烯的室溫導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)3000-5000w·m^-1·k^-1，是目前已知的具有最高導(dǎo)熱系數(shù)的材料，是一種非常理想的導(dǎo)熱填料。

尼龍6是一種性能良好的熱塑性工程塑料，具有優(yōu)異的加工性能，優(yōu)良的機(jī)械性能，以及耐磨、耐油、耐溶劑、耐腐蝕性能，常用于電子器件、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域及日常生活中，尤其近幾年在導(dǎo)熱高分子材料應(yīng)用領(lǐng)域日益突出。

石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)決定了其中碳沿平面的規(guī)則排列，這種規(guī)則排列能夠賦予復(fù)合材料各向異性的性能。國內(nèi)外對(duì)于各向異性導(dǎo)熱材料的研究，在現(xiàn)有的技術(shù)中，中國專利公開號(hào)cn103740110a，公開日2014.04.23，發(fā)明名稱為“一種定向柔性導(dǎo)熱材料及其成型工藝和應(yīng)用”，該發(fā)明公開了一種定向柔性導(dǎo)熱材料，其主體成分是硅橡膠和各向異性導(dǎo)熱填料，該導(dǎo)熱材料在特定方向具有良好的導(dǎo)熱性能，但是由于石墨烯與硅橡膠的相容性較差，石墨烯易在硅橡膠制品中形成不可逆的團(tuán)聚。中國專利號(hào)cn106518083a，公開日2017.03.22，發(fā)明名稱為“一種導(dǎo)熱各向異性的sic復(fù)合陶瓷塊體材料及制備方法”，該發(fā)明利用碳化硅、片層狀碳材料以及釔鋁石榴石經(jīng)球磨、干燥、燒結(jié)得到導(dǎo)熱各向異性的sic復(fù)合的陶瓷塊體材料，復(fù)合陶瓷展示出較高的徑向和軸向熱導(dǎo)率，但導(dǎo)熱各向程度仍然小于2。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料，該方法制備的納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能具有明顯的各向異性，可以在面內(nèi)方向?qū)崿F(xiàn)定向傳熱。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料的組成及質(zhì)量百分含量為：

尼龍697～99.9％，

石墨烯：0.1～3％。

上述的石墨烯平均厚度為1.0～1.2nm，平均水平尺寸≤10μm，含氧量≤2.50％。

上述的尼龍6為純聚酰胺6，分子量為1萬到5萬。

一種制備上述的各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料的方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

a.先將添加量的10％的石墨烯與尼龍6加熱熔融混合，造粒，干燥得到尼龍6/石墨烯母粒；

b.再將剩余石墨烯與尼龍6/石墨烯母?；旌希廴诠不?，出料后即得尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料。

上述的步驟a的具體步驟為：將石墨烯、尼龍6在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min；然后經(jīng)擠出，剪切造粒得到尼龍6/石墨烯的母粒。

6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料，其特征在于所述的步驟b的具體步驟為：將石墨烯與尼龍6/石墨烯母粒的在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min，制備得到相應(yīng)含量的尼龍6/石墨烯復(fù)合材料。

將經(jīng)干燥處理的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料均勻地放在壓板機(jī)上，在220-240℃的溫度下以15mpa的壓力熱壓20～30min，即可得到一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料。

由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明制得的尼龍6/石墨烯母粒母粒易與塑料基體混合，解決了石墨烯在制備過程中喂料難、分散不均勻的難題，可以有效的提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

(2)本發(fā)明所制備的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料，其中石墨烯因熱壓而取向于平面方向，導(dǎo)熱性能具有明顯的各向異性，可達(dá)到以下導(dǎo)熱性能參數(shù)：面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)≥3w·m^-1·k^-1，垂直導(dǎo)熱系數(shù)≤0.6w·m^-1·k^-1，導(dǎo)熱系數(shù)各向異性比例≥5，所制備的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料可以使熱量準(zhǔn)確的沿高導(dǎo)熱率方向傳導(dǎo)至散熱器上，而在另一個(gè)方向上基本上是絕熱的。

附圖說明

圖1為不同石墨烯含量下，尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)和垂直導(dǎo)熱系數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：本實(shí)施例的一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1.制備尼龍6/石墨烯母粒：按石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的配方，將石墨烯與尼龍6加入轉(zhuǎn)矩流變儀中，在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min；然后經(jīng)平行雙螺桿擠出裝置擠出，剪切機(jī)剪切后得到尼龍6/石墨烯的母粒。

2.制備尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料：取1份步驟(1)制備的尼龍6/石墨烯母粒，與99份重量分?jǐn)?shù)的尼龍6混合加入轉(zhuǎn)矩流變儀中，在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min，制備得到0.1wt％質(zhì)量含量的尼龍6/石墨烯復(fù)合材料。

3.將經(jīng)干燥處理的0.1wt％質(zhì)量含量的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料放在壓板機(jī)上，在220-240℃的溫度下以15mpa的壓力熱壓20～30min，即可得到一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料。

4.采用激光閃光法對(duì)實(shí)施例1制得的各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料作多項(xiàng)檢測(cè)，結(jié)果如圖1：復(fù)合材料面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)為3.84w·m^-1·k^-1；復(fù)合材料垂直導(dǎo)熱系數(shù)為0.46w·m^-1·k^-1；復(fù)合材料的導(dǎo)熱各向異性比為8.35。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例的一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1.制備尼龍6/石墨烯母粒，按石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的配方，將石墨烯與尼龍6加入轉(zhuǎn)矩流變儀中，在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min；然后經(jīng)平行雙螺桿擠出裝置擠出，剪切機(jī)剪切后得到尼龍6/石墨烯的母粒。

2.制備尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料：取5份步驟(1)制備的尼龍6/石墨烯母粒，與95份重量分?jǐn)?shù)的尼龍6混合加入轉(zhuǎn)矩流變儀中，在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min，制備得到0.5wt％質(zhì)量含量的尼龍6/石墨烯復(fù)合材料。

3.將經(jīng)干燥處理的0.5wt％質(zhì)量含量的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料均勻地放在壓板機(jī)上，在220-240℃的溫度下以15mpa的壓力熱壓20～30min，即可得到一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料。

4.采用激光閃光法對(duì)實(shí)施例2制得的各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料作多項(xiàng)檢測(cè)，結(jié)果如圖1：復(fù)合材料面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)為6.92w·m^-1·k^-1；復(fù)合材料垂直導(dǎo)熱系數(shù)為0.49w·m^-1·k^-1；復(fù)合材料的導(dǎo)熱各向異性比為14.12。

實(shí)施例三：本實(shí)施例的一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1.制備尼龍6/石墨烯母粒：按石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的配方，將石墨烯與尼龍6加入轉(zhuǎn)矩流變儀中，在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min；然后經(jīng)平行雙螺桿擠出裝置擠出，剪切機(jī)剪切后得到尼龍6/石墨烯的母粒。

2.制備尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料:取10份步驟(1)制備的尼龍6/石墨烯母粒，與90份重量分?jǐn)?shù)的尼龍6混合加入轉(zhuǎn)矩流變儀中，在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min，制備得到1wt％質(zhì)量含量的尼龍6/石墨烯復(fù)合材料。

3.將經(jīng)干燥處理的1wt％質(zhì)量含量的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料均勻地放在壓板機(jī)上，在220-240℃的溫度下以15mpa的壓力熱壓20～30min，即可得到一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料。

4.采用激光閃光法對(duì)實(shí)施例3制得的各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料作多項(xiàng)檢測(cè)，結(jié)果如圖1：復(fù)合材料面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)為7.11w·m^-1·k^-1；復(fù)合材料垂直導(dǎo)熱系數(shù)為0.47w·m^-1·k^-1；復(fù)合材料的導(dǎo)熱各向異性比為15.13。

實(shí)施例4：本實(shí)施例的一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1.制備尼龍6/石墨烯母粒：按石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的配方，將石墨烯與尼龍6加入轉(zhuǎn)矩流變儀中，在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min；然后經(jīng)平行雙螺桿擠出裝置擠出，剪切機(jī)剪切后得到尼龍6/石墨烯的母粒。

2.制備尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料：取30份步驟(1)制備的尼龍6/石墨烯母粒，與70份重量分?jǐn)?shù)的尼龍6混合加入轉(zhuǎn)矩流變儀中，在210-230℃的溫度下以40-45rpm的轉(zhuǎn)速熔融共混5-10min，制備得到3wt％質(zhì)量含量的尼龍6/石墨烯復(fù)合材料。

3.將經(jīng)干燥處理的3wt％質(zhì)量含量的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料均勻地放在壓板機(jī)上，在220-240℃的溫度下以15mpa的壓力熱壓20～30min，即可得到一種各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料

4.采用激光閃光法對(duì)實(shí)施例4制得的各向異性導(dǎo)熱的尼龍6/石墨烯納米復(fù)合材料作多項(xiàng)檢測(cè)，結(jié)果如圖1：復(fù)合材料面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)為7.81w·m^-1·k^-1；復(fù)合材料垂直導(dǎo)熱系數(shù)為0.55w·m^-1·k^-1；復(fù)合材料的導(dǎo)熱各向異性比為14.18。