一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料及制備方法技術

一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料，由以下重量份的物質組成：聚丙烯樹脂100份，納米鉆石烯2～8份，抗氧化劑168?0.5～1份，抗氧化劑1010?0.1～1份，滑石粉1～10份。同時本發明專利技術公開了其制備方法，工藝簡單，易操作。將納米鉆石烯作為聚丙烯導熱填充材料，可以大幅提高聚丙烯的導熱系數，增加其導熱散熱能力，其導熱系數提高了14倍；同時將不同粒徑的納米鉆石烯進行混合填充，可以提高填充料的堆積密度，減少堆積孔隙，實現填料的最大程度填充，對于提高聚丙烯的導熱能力具有積極作用。

Polypropylene composite material containing nano diamond alkene and preparation method thereof

A polypropylene composite material containing nano diamond graphene, consists of the following parts by weight of material: polypropylene resin 100, nano diamond was 2 ~ 8, 0.5 ~ 168 antioxidant 1, antioxidant 1010 from 0.1 to 1, 1 to 10 portions of talcum powder. At the same time, the invention discloses a preparation method thereof, which has simple process and easy operation. The nano diamond graphene as polypropylene filler material, can significantly improve the thermal conductivity of polypropylene, increase its thermal heat capacity, the thermal conductivity is increased by 14 times; at the same time, the different particle size of nano diamond was mixed filling, filling material can improve the bulk density, reduce the accumulation of pore, achieve the greatest degree of filler that has a positive role to improve the heat conduction ability of polypropylene.

【技術實現步驟摘要】
一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料及制備方法
本專利技術屬于聚丙烯納米復合材料
，具體涉及一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料及制備方法。
技術介紹
導熱材料廣泛應用在熱傳導工程、供熱工程、電子與信息工程。金屬材料由于具有優異的導熱性，在非絕緣領域應用極為廣泛，但是金屬制品不耐腐蝕，質量較重，加工成本較高。高分子聚合物與金屬材料相比，具有質量較輕，加工易成型，耐化學腐蝕，電阻率高等優點。近年來導熱型聚合物復合材料成為研究的重點，目前導熱性聚合物復合材料主要應用在導熱電路板、太陽能熱水器、齒輪、蓄電池冷卻器、電器設備、儀器外殼、移動電話、軸承等產品。導熱性聚合物通常是將納米級的無機填料與高分子基體進行組合，其導熱率由導熱率較高的無機填料和導熱率較低的高分子基體共同決定，無機填料通常包括金屬單質類，如金、銀、銅等；金屬氧化物，如氧化鋁，氧化鋅等；金屬氮化物，如氮化鋁，氮化硼等；碳材料，如石墨、碳纖維等。自1957年意大利Montecatinl公司實現聚丙烯（PP）工業化以來，PP已經成為發展速度最快、產量最大、牌號最多、用途最廣的合成樹脂之一。聚丙烯與其他的通用塑料相比具有原材料豐富、價格低廉、力學性能優良、化學穩定性好、電絕緣性良好及耐應力撕裂的優點，但是其導熱率非常低，只有（0.1～0.2）W·m-1·K-1。將高導熱率的納米無機材料作為聚合物的填料，聚丙烯材料作為基體，就可以制備出高導熱的高分子復合材料。通常納米顆粒都具有易團聚、不易分散的特點，將其添加在聚合物中時容易在基體中形成團聚體，影響其復合材料的機械綜合性能，造成其材料的后續加工難度增加，同時納米粒子在基體中團聚也容易造成材料的散熱不均，會引起熱膨脹不均而導致的熱應力過大。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料，同時提供其制備方法是本專利技術的又一專利技術目的。基于上述目的，本專利技術采取如下技術方案：一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料，由以下重量份的物質組成：聚丙烯樹脂100份，納米鉆石烯2～8份，抗氧化劑1680.5～1份，抗氧化劑10100.1～1份，滑石粉1～10份。所述聚丙烯樹脂的熔體流動速率2～8g/min；所述納米鉆石烯由50nm、75nm、100nm三種不同粒度的納米鉆石烯組成，三者的質量比為(2～3)：(4～5)：(1～2)。所述納米鉆石烯依次經過活化和偶聯劑修飾處理：其中，活化步驟為：①超聲波堿洗：將納米鉆石烯倒入濃度為10%～12%的氫氧化鈉溶液中，同時以35～45KHz的超聲頻率進行超聲清洗，溶液溫度控制在50～60℃之間，攪拌速度為35～40rpm，超聲清洗時間為20～30min；②超聲波清洗：將步驟①處理過的鉆石烯放入去離子水溶液中進行超聲清洗，超聲頻率為30～40KHz，同時以10～20rpm的攪拌速度進行攪拌，攪拌時間15～20min，測量上層清液pH值，反復清洗直至pH=7；③酸洗活化：配置濃度為25%～30%的稀硝酸溶液，將步驟②中處理過的納米鉆石烯放入稀硝酸溶液，溶液溫度25～30℃左右，攪拌速度30～35rpm，攪拌時間15～20min；④超聲波水洗：將步驟③中處理過的納米鉆石烯放入去離子水中，同時加以30～35KHz的超聲頻率，并以10～20rpm的攪拌速度進行攪拌，攪拌時間15～20min，測量上層清液pH值，反復清洗直至pH=7；偶聯劑修飾步驟為：將活化處理的納米鉆石烯分散在異丙醇中，不斷攪拌的同時加入鈦酸酯偶聯劑TMC-TTS，體系于80～90℃的真空烘箱里烘2～3h，直至溶劑揮發，制得經偶聯劑修飾的納米鉆石烯。偶聯劑修飾步驟中：活化處理過的納米鉆石烯與異丙醇的用量比為（1～2）g:100ml，鈦酸酯偶聯劑TMC-TTS的質量為納米鉆石烯質量的4～10%。所述的含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：1）按比例稱取聚丙烯樹脂、納米鉆石烯、抗氧化劑168、抗氧劑1010及滑石粉；2）將納米鉆石烯與聚丙烯樹脂混合10～15min，再添加抗氧化劑168、抗氧化劑1010及滑石粉，繼續混合25-30min，得到混合料；3）再將混合料擠出造粒；所得粒料經烘干后注塑即得。步驟3）中，擠出造粒具體操作為：倒入同向雙螺桿擠出機中于210℃下進行造粒；烘干是在80℃烘箱中烘1～1.5h；注塑溫度為230℃。雙螺桿擠出機的螺桿為通用螺桿，轉速為100～110r/min，擠出溫度從加料口到機頭的各區域溫度分別為T1=180～185℃、T2=190～195℃、T3=195～200℃、T4=205～210℃、T5=200～210℃，機頭溫度T6=210℃；注射機的料筒溫度從加料口到機頭的各區域溫度分別為T1=180～185℃、T2=190～195℃、T3=205～210℃、T4=210～215℃、T5=200～205℃，機頭溫度T6=200℃。本專利技術中，所述的納米鉆石烯已在專利號為“201510749250.X”，專利名稱為“一種新型可控型的層狀結構的納米鉆石烯”申請中有公開記載，其結構為層片狀單晶結構，同一片層的碳原子之間為sp3軌道雜化碳鍵連接，層與層之間的碳原子之間為sp2雜化碳鍵連接；該納米鉆石烯的平均粒徑為R，20nm≤R≤500nm；該納米鉆石烯的C含量為99～100%。與現有技術相比，本專利技術的技術效果為：1、由于納米鉆石烯相對其它納米粒子具有很高的本征導熱率，將其作為聚丙烯導熱填充材料，可以大幅提高聚丙烯的導熱系數，增加其導熱散熱能力，其導熱系數提高了14倍；2、將不同粒徑的的納米鉆石烯進行混合填充，可以提高填充料的堆積密度，減少堆積孔隙，實現填料的最大程度填充，對于提高聚丙烯的導熱能力具有積極作用；3、納米鉆石烯與其它填充導熱納米粒子（金屬單質、金屬氧化物、金屬氮化物、石墨）相比，其導熱性、絕緣性、分散性、化學穩定性都優于以上材料，將納米鉆石烯經過活化和偶聯劑修飾處理后，更有助于納米鉆石烯在基體中結合并形成分散均勻的導熱網絡，有助于減小熱應力，同時降低PP復合材料的熱阻，增加導熱率；4、納米鉆石烯-PP復合材料具有良好導熱性的同時，加工成型方便，也具有良好的機械綜合性能，對于其后續加工、安裝固定、后期維護提供了便利，此種復合材料可廣泛應用于換熱器、電子散熱、采暖、導熱電路板、移動電話、蓄電池冷卻器、航空航天等導熱領域。附圖說明圖1所示為偶聯劑用量與PP導熱率的關系曲線；圖2所示為納米鉆石烯含量與PP復合材料導熱率之間的關系曲線；圖3所示為納米鉆石烯含量與PP復合材料拉伸強度和彎曲強度的關系曲線；圖4所示為納米鉆石烯含量與PP復合材料沖擊強度之間的關系曲線。具體實施方式下面以具體實施方式對本專利技術作進一步說明。實施例1一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料，由以下重量份的物質組成：聚丙烯樹脂100份，納米鉆石烯2份，抗氧化劑1680.5份，抗氧化劑10100.1份，滑石粉1份。所述聚丙烯樹脂的熔體流動速率2～8g/min；所述納米鉆石烯由50nm、75nm、100nm三種不同粒度的納米鉆石烯組成，三者的質量比為2：4：1。所述納米鉆石烯依次經過活化和偶聯劑修飾處理：其中，活化步驟為：①超聲波堿洗：將納米鉆石烯倒入濃度為10%的氫氧化鈉溶液中，同時以35KHz的超聲頻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料，其特征在于，由以下重量份的物質組成：聚丙烯樹脂100份，納米鉆石烯2～8份，抗氧化劑168?0.5～1份，抗氧化劑1010?0.1～1份，滑石粉1～10份。

【技術特征摘要】
1.一種含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料，其特征在于，由以下重量份的物質組成：聚丙烯樹脂100份，納米鉆石烯2～8份，抗氧化劑1680.5～1份，抗氧化劑10100.1～1份，滑石粉1～10份。2.如權利要求1所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述聚丙烯樹脂的熔體流動速率2～8g/min；所述納米鉆石烯由50nm、75nm、100nm三種不同粒度的納米鉆石烯組成，三者的質量比為(2～3)：(4～5)：(1～2)。3.如權利要求2所述的含有納米鉆石烯的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述納米鉆石烯依次經過活化和偶聯劑修飾處理：其中，活化步驟為：①超聲波堿洗：將納米鉆石烯倒入濃度為10%～12%的氫氧化鈉溶液中，同時以35～45KHz的超聲頻率進行超聲清洗，溶液溫度控制在50～60℃之間，攪拌速度為35～40rpm，超聲清洗時間為20～30min；②超聲波清洗：將步驟①處理過的鉆石烯放入去離子水溶液中進行超聲清洗，超聲頻率為30～40KHz，同時以10～20rpm的攪拌速度進行攪拌，攪拌時間15～20min，測量上層清液pH值，反復清洗直至pH=7；③酸洗活化：配置濃度為25%～30%的稀硝酸溶液，將步驟②中處理過的納米鉆石烯放入稀硝酸溶液，溶液溫度25～30℃左右，攪拌速度30～35rpm，攪拌時間15～20min；④超聲波水洗：將步驟③中處理過的納米鉆石烯放入去離子水中，同時加以30～35KHz的超聲頻率，并以10～20rpm的攪拌速度進行攪拌，攪拌時間15～20min，測量上層清液pH值，反復清洗直至pH=7；偶聯劑修飾步驟為：將活化處理的納米鉆石烯分散在異丙醇中，不斷攪拌的同時加入鈦...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭留希，趙清國，楊晉中，李盟，武艷強，尹維召，王聰，文炯，
申請(專利權)人：鄭州人造金剛石及制品工程技術研究中心有限公司，
類型：發明
國別省市：河南,41