一種尼龍基導熱復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種尼龍基導熱復合材料及其制備方法。本發明專利技術提供的尼龍基導熱復合材料包括以下組分：30～60質量份尼龍6，5～25質量份膨脹石墨，5～20質量份輔助填料，1～5質量份硅烷偶聯劑，0.5～2質量份潤滑劑，0.2～1質量份抗氧劑，1～10質量份彈性體增韌劑，1～20質量份阻燃劑和5～15質量份玻璃纖維。本發明專利技術提供的尼龍基導熱復合材料具有良好的導熱、抗靜電、阻燃功能，力學性能和加工性能好，并且成本低廉。本發明專利技術提供的制備方法簡便，實用，適用于大規模工業化生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及導熱材料
，特別涉及一種尼龍基導熱復合材料及其制備方法。
技術介紹
如今，隨著科技的發展，電子電器的應用逐漸趨于小型化，且使用環境多變，這對與之配套的散熱材料性能提出了新的要求，如輕質、易加工成型及耐腐蝕等，傳統的導熱材料如金屬以及陶瓷材料已經難以滿足上述性能要求，因此，發展新型導熱材料迫在眉睫。導熱塑料由于其具有低密度、耐腐蝕、低成本并且易于加工成型等特性，對傳統導熱材料的不足之處進行了較好的補充，并在微電子封裝材料、LED照明、電子電器的散熱領域得到了廣泛的應用。因此，發展導熱塑料意義重質大。目前，導熱塑料的生產制備通常以具有高導熱性能的功能填料對不具備導熱性能的樹脂基體進行填充以制備填充型導熱塑料。通常而言，具有高導熱性能的填料成本也相對較高，如氮化硼、碳化硅、氮化鋁、碳納米管、石墨烯等；而導熱性能相對較低的填料如氧化鎂、氧化鋁等則需要較大的填充量才能使得材料達到較高的導熱系數，這會使得材料的力學性能出現大幅下降。導熱塑料的生產加工方式主要為熔融共混法，這種加工方式簡單方便，但對材料的熔體流動性能有較高的要求。大量導熱填料的使用雖然可以在樹脂基體中形成較多導熱網絡，使導熱系數提升，但填料的團聚也會使得材料的力學性能大幅下降以及材料成本的上升。同時，大量導熱填料的使用會使材料的流動性變差，在一定程度上對材料的加工性造成不利影響。中國專利CN103613923A提供了一種可根據應用要求控制導電性能的高導熱尼龍復合材料及其制備工藝，但該專利中涉及到多壁碳納米管、石墨烯等多種高成本填料，并不利于大規模生產；中國專利CN105623258A公開了一種導熱耐高溫尼龍復合材料及其制備方法，并且使用了膨脹石墨等填料，但膨脹石墨與精研石墨粉均屬于片層狀填料，在單獨使用且填充量較大時會使得材料的力學性能和加工流動性大幅下降，并不利于大規模工業化生產。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種尼龍基導熱復合材料及其制備方法。本專利技術提供的尼龍基導熱復合材料具有良好的導熱、阻燃和抗靜電功能，力學性能和加工性能好，并且成本低廉。本專利技術提供了一種尼龍基導熱復合材料，包括以下組分：優選的，所述膨脹石墨的粒徑為20～150μm。優選的，所述輔助填料包括氧化鋁、氧化鎂、碳酸鈣、滑石粉和硅灰石中的一種或多種。優選的，所述硅烷偶聯劑包括N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷和乙基三甲氧基硅烷中的一種或多種。優選的，所述潤滑劑包括液體石蠟或硬脂酸。優選的，所述抗氧劑包括三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、雙(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、N,N'-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己二胺和N,N'-雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,3-苯二甲酰胺中的一種或多種。優選的，所述彈性體增韌劑包括烯烴嵌段共聚物、乙烯-辛烯無規共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物和上述三種任意一種的接枝物中的一種或多種。優選的，所述阻燃劑包括十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯和三氧化二銻中的一種或多種。優選的，所述玻璃纖維直徑為9～13μm。本專利技術還提供了一種上述技術方案所述尼龍基導熱復合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)將膨脹石墨和輔助填料分別與硅烷偶聯劑混合，表面處理得到表面改性的膨脹石墨和表面改性的輔助填料；(2)將所述步驟(1)得到的表面改性的膨脹石墨和表面改性的輔助填料與尼龍6、抗氧劑、潤滑劑、阻燃劑、彈性體增韌劑和玻璃纖維混合，得到混合物料；(3)將所述步驟(2)得到的混合物料塑化擠出，得到尼龍基導熱復合材料。本專利技術提供了一種尼龍基導熱復合材料，包括以下組分：30～60質量份尼龍6，5～25質量份膨脹石墨，5～20質量份輔助填料，1～5質量份硅烷偶聯劑，0.5～2質量份潤滑劑，0.2～1質量份抗氧劑，1～10質量份彈性體增韌劑，1～20質量份阻燃劑和5～15質量份玻璃纖維。本專利技術提供的尼龍基導熱復合材料以膨脹石墨作為主導熱填料，膨脹石墨由普通鱗片狀石墨膨脹后制得，成本低廉，且具有片層狀結構并且比表面積極大，填料顆粒彼此之間可以在較低用量下相互搭接形成網絡，這會使得材料在較低填料用量下達到較高的導熱系數并維持較好的力學性能；此外，石墨自身具有的導電性，能夠賦予復合材料抗靜電功能；同時，膨脹石墨的添加還可以提高復合材料的阻燃性能。本專利技術通過加入輔助填料，使輔助填料與膨脹石墨復配，一方面有利于膨脹石墨片層打開，使樹脂基體更易進入膨脹石墨的片層狀結構內，提升其與基體間的界面相互作用；另一方面，這些輔助填料的導熱系數也高于基體，通過輔助填料與膨脹石墨的搭配，在基體內部形成更為致密而均一的導熱網絡，從而提升材料的導熱以及剛性；同時，輔助填料的使用，還可減弱片狀膨脹石墨對材料熔體流動產生的阻礙作用，并進一步降低材料的成本。本專利技術通過加入玻璃纖維及彈性體增韌劑，避免了由于大量無機剛性粒子的加入而導致材料的脆性增加，在提升材料強度的同時賦予材料韌性，使得該材料具有優良的綜合性能。實驗結果表明，本專利技術提供的尼龍基導熱復合材料導熱系數可達2.86w/(m·k)，體積電阻率可低至4.25×103Ω·m，垂直燃燒級別V-0，拉伸強度可達49.4MPa，沖擊強度可達20.7KJ/m2，能用常規的擠出機擠出，且能用常規的注射機注射成型，具有良好的導熱性能，抗靜電性能，阻燃性能，加工性能和綜合力學性能。具體實施方式本專利技術提供了一種尼龍基導熱復合材料，包括以下組分：本專利技術提供的尼龍基導熱復合材料包括30～60質量份尼龍6(PA6)，優選為35～55質量份，更優選為40～50質量份。本專利技術對所述尼龍6的來源沒有特殊的限定，采用本領域熟知的市售尼龍6即可。在本專利技術中，所述尼龍6的分子鏈中含有大量酰胺鍵，它們可以在PA6分子鏈間形成氫鍵，具有較大的分子鏈間作用力，有利于熱量在樹脂基體中的擴散，使材料達到更高的導熱系數。本專利技術提供的尼龍基導熱復合材料包括5～25質量份膨脹石墨(EG)，優選為10～20質量份，更優選為13～17質量份。在本專利技術中，所述膨脹石墨的粒徑優選為20～150μm，更優選為50～120μm，最優選為80～90μm。本專利技術對所述膨脹石墨的來源沒有特殊的限定，采用本領域熟知的市售膨脹石墨即可。在本專利技術中，所述膨脹石墨由普通鱗片狀石墨膨脹后制得，成本低廉，且具有片層狀結構并且比表面積極大，填料顆粒彼此之間可以在較低用量下相互搭接形成網絡，使材料在較低填料用量下達到較高的導熱系數并維持較好的力學性能；膨脹石墨自身具有的導電性，能夠賦予復合材料抗靜電功能；膨脹石墨的添加還可以提高復合材料的阻燃性能。本專利技術提供的尼龍基導熱復合材料包括5～20質量份輔助填料，優選為10～15質量份。在本專利技術中，所述輔助填料優選包括氧化鋁、氧化鎂、碳酸鈣、滑石粉和硅灰石中的一種或多種，更優選包括氧化鋁、氧化鎂和碳酸鈣中的一種與硅灰石或滑石粉的組合。在本專利技術中，所述氧化鋁、氧化鎂和碳酸鈣優選為無規則形狀；所述滑石粉優選為層片狀；所述硅灰石優選為針狀或纖維狀。在本專利技術中，所述輔助填料與膨脹石墨復本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種尼龍基導熱復合材料，包括以下組分：

【技術特征摘要】
1.一種尼龍基導熱復合材料，包括以下組分：2.根據權利要求1所述的尼龍基導熱復合材料，其特征在于，所述膨脹石墨的粒徑為20～150μm。3.根據權利要求1所述的尼龍基導熱復合材料，其特征在于，所述輔助填料包括氧化鋁、氧化鎂、碳酸鈣、滑石粉和硅灰石中的一種或多種。4.根據權利要求1所述的尼龍基導熱復合材料，其特征在于，所述硅烷偶聯劑包括N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷和乙基三甲氧基硅烷中的一種或多種。5.根據權利要求1所述的尼龍基導熱復合材料，其特征在于，所述潤滑劑包括液體石蠟或硬脂酸。6.根據權利要求1所述的尼龍基導熱復合材料，其特征在于，所述抗氧劑包括三(2,4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、雙(2.4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、N,N'-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己二...

【專利技術屬性】
技術研發人員：溫變英，郝魯陽，鄒文奇，張宜鵬，張輝，
申請(專利權)人：北京工商大學，寧波首研新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11