一種導熱高分子復合材料及其利用開煉機的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種導熱高分子復合材料及其利用開煉機的制備方法，利用雙輥之間的剪切力使具有較大長徑比的片狀或棒狀導熱填料沿著片材方向取向，然后可以將片材疊加到任意的厚度，在低于粘流溫度下利用熱壓成型將填料的取向保持在制品中。制品導熱性能具有各向異性，在填料的取向方向具有較好的導熱性能，導熱系數可以達到10W/mK，在垂直于取向方向上導熱系數則小于3W/mK。

Heat conducting polymer composite material and preparation method thereof

The invention discloses a conductive polymer composite material and the preparation method of the mills, the shear force between two rollers having large length diameter ratio of sheet or rod filler sheet along the direction of orientation, which can then be added to any sheet thickness in low temperature by hot pressing the filler keep the orientation flow on wip. The thermal conductivity of the product is anisotropic, and it has good thermal conductivity in the orientation direction of the filler. The thermal conductivity can reach 10W/mK, and the thermal conductivity is less than 3W/mK in the direction perpendicular to the direction.

【技術實現步驟摘要】
一種導熱高分子復合材料及其利用開煉機的制備方法
本專利技術屬于高分子材料
，具體是指一種導熱高分子復合材料及其利用開煉機的制備導熱高分子復合材料的方法。
技術介紹
近年來，隨著密集的電子設備行業的飛速發展，設備在運行中產生的大量熱量極大的降低設備的運行壽命和穩定性。導熱高分子復合材料被廣泛的運用到電子設備領域，但高分子材料具有較差的導熱性能，其導熱系數一般只有0.2-0.4W/mK。其傳統的制備方法主要有熔融法，溶劑法和原位生成法。但這些制備方法很難制備出導熱系數大于3W/mK的復合材料，且添加高體積分數的填料增加了復合材料的制備成本，降低了材料的機械性能。一些導熱填料如BN，石墨烯，石墨烯微片，鱗片石墨，碳納米管和碳纖維等具有非球形結構，且具有各向異性的導熱性能。天熱鱗片石墨沿著(002)晶面方向導熱系數可以達到2000W/mK，而垂直于薄片方向導熱系數只有40W/mK。具有六方晶體結構的BN沿著片層方向的導熱系數(600W/mK)是垂直方向(30W/mK)的20倍。因此，控制填料在聚合物中取向是制備高導熱系數高分子復合材料的一個重要策略。很多學者利用電場或者磁場來實現填料在液態聚合物中取向，然后通過交聯或固化使取向的填料固定下來。一些研究者利用流延成型或滴落涂膜的方法制備導熱高分子膜，但這種導熱高分子膜只有在沿著膜的方向上具有較高的導熱系數，而大多數的電子設備要求導熱材料在垂直方向上具有較好的導熱性能。而采用的電場法和磁場法主要應用于環氧樹脂中且工藝復雜，難以應用到實際工業生產中。基于此，研究并開發設計一種利用開煉機制備高分子導熱材料的方法及導熱高分子復合材料。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：提供一種高分子導熱材料的制備方法，利用開煉機雙輥之間的剪切力將高分子材料壓縮擠壓成片材，在低于粘流溫度下利用熱壓成型工藝將填料的取向保持在成品中，成品在垂直于取向方向具有較好的導熱性能，解決了現有制備應用于電子設備的導熱高分子復合材料的方法復雜，且高分子材料在垂直方向上導熱性能差等問題。本專利技術的另一目的在于：提供一種利用開煉機制備的導熱高分子復合材料，該導熱高分子復合材料沿著一定方向具備較高的導熱系數。本專利技術通過下述技術方案實現：一種導熱高分子復合材料，所述材料由以下重量份的物質組成，聚合物100份，聚合物選自苯乙烯類彈性體、聚氨酯彈性體、聚酯類彈性體、聚烯烴類彈性體、天然橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠中一種或一種以上共混而成的物質；導熱填料5—300份，導熱填料選自氮化硼、氮化硼納米片、石墨烯、石墨烯微片、鱗片石墨、碳納米管、碳纖維中一種或一種以上共混而成的物質；硫化劑0—5份，促進劑0—5份，活化劑0—5份。優選，所述硫化劑為硫磺、過氧化物、酚醛樹脂中的任意一種。優選，所述促進劑選自促進劑TMTD、橡膠促進劑TMTM、促進劑ZDC、促進劑NOBS、促進劑NA-22、促進劑H、促進劑ZIX中的一種或一種以上共混而成的物質。優選，所述活化劑選自氧化鋅、硬脂酸中的一種或兩種共混而成的物質。本專利技術還提供一種利用開煉機制備高分子導熱材料的方法，包括以下操作步驟：步驟1)：首先將聚合物、導熱填料分別烘干；步驟2)：將步驟1)獲得的烘干處理后的聚合物置于開煉機中，在25—200℃下塑化2—10min，包輥；步驟3)：將烘干后的導熱填料、硫化劑、促進劑、活化劑依次加入到經步驟2)塑化處理后的聚合物中；步驟4)：將開煉機的雙輥間隙調整為0.05—0.5mm，然后將聚合物以片材的形狀擠出；步驟5)：將步驟4)擠出的片材進行裁剪，并將多個裁剪后的片材疊加壓縮成型，制得最終成品。本技術方案所述高分子材料傳統的制備方法為熔融法、溶劑法、原位生成法，采用上述制備方法獲得的高分子材料，其導熱系數均小于3W/mk,導熱性能差。經大量研究發現，制備高導熱系數的高分子材料的關鍵策略為控制材料內填料的取向，如通過電場或磁場控制填料在聚合物中的取向，并通過交聯或固化的方式使取向的填料固定，或者利用滴落涂膜或流延成型的方法制備導熱高分子膜，但該方法制備獲得的成品只有沿著膜方向的導熱系數較高，不滿足電子設備所應用的導熱材料在垂直方向上具有較高導熱性能的要求。專利技術人針對現有技術的缺陷，利用開煉機的雙輥結構間產生的較大的剪切力對加入有導熱填料、硫化劑、促進劑、活化劑的聚合物進行塑煉或混煉。調整開煉機的雙輥間隙為0.05—0.5mm，轉速比調整為1.1—1.5，則雙輥之間的剪切力可使具有較大長徑比的片狀或棒狀填料沿著擠出片材方向取向，經熱壓成型則可將填料取向保持在成品中。與現有將導熱填料與樹脂簡單共混制備比，本技術方案制備得到一個特殊結構，使導熱填料能夠進行有序的取向而形成導熱通道。這種取向結構使導熱材料在取向方向形成更理想的導熱通道，產生更少的接觸熱阻，這種具有多層結構的高分子材料沿著一個方向具有較高的導熱系數，實現對導熱填料在聚合物中取向的控制。本技術方案中對擠出的片材進行疊加，然后經壓縮成型操作，其中，壓縮成型工藝可對導熱填料中的取向結構進行固定，則最終壓縮成型獲得的產品中存在導熱填料的取向，確保了制備所得導熱高分子復合材料在一定方向的導熱系數。本技術方案優選對開煉機雙輥間的間隙進行調整，設置為0.05—0.5mm，開煉機的雙輥間隙直接決定填料在聚合物中所受到的剪切力大小，當雙輥間隙小于0.05mm時，過大的剪切力會嚴重破壞片狀填料的大小，填料尺寸減小則不利于導熱性能的提高；當雙輥的間隙大于0.5mm時，填料尺寸保留更加完整，但雙輥間隙大于0.5mm時，剪切力較小不能夠使填料在聚合物中取向，也不利于導熱性能的提高。本技術方案中對聚合物在開煉機中的塑化時間進行改進，優選2—10min，當塑化時間小于2min時，聚合物在開煉機中混合不均勻，影響后續包輥操作處理效果；如果塑化時間大于10min時，聚合物在開煉機中可達到充分混合均勻，已經達到最好的混合效果，如果繼續增加塑化時間，分散均勻效果未達到進一步的優化效果，相反會增加整個操作時間，增重生產成本。優選，所述步驟3)中導熱填料采用分批加入處理，并打3—5次三角包。設置將導熱填料、硫化劑、促進劑、活化劑依次加入聚合物中，即采用先填料后硫化體系的方式，可最大程度地減小加工過程中聚合物發生的交聯反應的可能性，因為交聯反應降低聚合物的流動性不利于填料的取向。優選，所述步驟1)中將聚合物、導熱填料分別烘干的具體處理方法為，在35—65℃條件下，真空烘箱中烘干時間18—24h。對聚合物、導熱填料的烘干溫度進行優選，其中對烘干溫度的改進是根據聚合物、導熱填料的種類進行改變，且設置的烘干溫度低于聚合物、導熱填料開始軟化的起始溫度；且烘干時間的設置，根據聚合物、導熱填料的種類，及其儲存情況等因素進行適應性調整。優選，所述步驟5)具體操作方法為：所述步驟5)具體操作方法為：將步驟4)從開煉機的雙輥間擠出的片材裁剪成與模具尺寸一致，然后將片材疊加到一起后置于模具中，片材的疊加厚度為1—100cm，在70—210℃的溫度、3—15MPa壓力下壓縮成型，制得的成品與模具型腔大小相同。對壓縮成型的加工溫度進行優選，設置的加工溫度低于聚合物的流動溫度，實現固定導熱填料中的取向結構。優選，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種導熱高分子復合材料，其特征在于：所述材料由以下重量份的物質組成，聚合物100份，聚合物選自苯乙烯類彈性體、聚氨酯彈性體、聚酯類彈性體、聚烯烴類彈性體、天然橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠中一種或一種以上共混而成的物質；導熱填料5—300份，導熱填料選自氮化硼、氮化硼納米片、石墨烯、石墨烯微片、鱗片石墨、碳納米管、碳纖維中一種或一種以上共混而成的物質；硫化劑0—5份，促進劑0—5份，活化劑0—5份。

【技術特征摘要】
1.一種導熱高分子復合材料，其特征在于：所述材料由以下重量份的物質組成，聚合物100份，聚合物選自苯乙烯類彈性體、聚氨酯彈性體、聚酯類彈性體、聚烯烴類彈性體、天然橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠中一種或一種以上共混而成的物質；導熱填料5—300份，導熱填料選自氮化硼、氮化硼納米片、石墨烯、石墨烯微片、鱗片石墨、碳納米管、碳纖維中一種或一種以上共混而成的物質；硫化劑0—5份，促進劑0—5份，活化劑0—5份。2.根據權利要求1所述的一種導熱高分子復合材料，其特征在于：所述硫化劑為硫磺、過氧化物、酚醛樹脂中的任意一種。3.根據權利要求1所述的一種導熱高分子復合材料，其特征在于：所述促進劑選自促進劑TMTD、橡膠促進劑TMTM、促進劑ZDC、促進劑NOBS、促進劑NA-22、促進劑H、促進劑ZIX中的一種或一種以上共混而成的物質。4.根據權利要求1所述的一種導熱高分子復合材料，其特征在于：所述活化劑選自氧化鋅、硬脂酸中的一種或兩種共混而成的物質。5.一種利用開煉機制備如權利要求1-4任意一項所述導熱高分子復合材料的方法，其特征在于：包括以下操作步驟，步驟1)：首先將聚合物、導熱填料分別烘干；步驟2)：將步驟1)獲得的烘干處理后的聚合物置于開煉機中，在25—200℃下塑化2—10min，包輥；步驟3)：將烘干后的導熱填料、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張建威，唐依然，陶曉麗，曾珠，
申請(專利權)人：四川行泰新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川,51