專利名稱：一種導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料及制備方法，主要用于電子器件以及一些換熱設(shè)備的散熱。
背景技術(shù)：
目前提高聚合物材料導(dǎo)熱率的途徑主要有兩種:一是合成具有高導(dǎo)熱率的本征聚合物；二是通過添加高導(dǎo)熱填料制備導(dǎo)熱復(fù)合材料。本征聚合物雖然有很高的導(dǎo)熱率，但生產(chǎn)成本很高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?；而以導(dǎo)熱填料填充來提高聚合物的導(dǎo)熱率是一種行之有效的方法。當(dāng)導(dǎo)熱填料填充量較小時(shí)，填料在基體中彼此間不能形成接觸和相互作用，此時(shí)材料的導(dǎo)熱率提高不大；當(dāng)導(dǎo)熱填料填充量高于某一臨界值時(shí)，填料在基體中彼此間形成接觸和相互作用，使體系形成大量的鏈狀或類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形態(tài)，形成導(dǎo)熱網(wǎng)，材料導(dǎo)熱率提高很快。此外，導(dǎo)熱填料的表面處理、粒徑、形狀對復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)也有影響。金屬粉如Au、Ag、Cu、Al等導(dǎo)熱系數(shù)很大，可以作為導(dǎo)熱填料，但金屬粉是良好的導(dǎo)體，因此用金屬粉填充制備的復(fù)合材料絕緣性較差；無機(jī)填料如炭黑、A1203、ZnO、AlN等導(dǎo)熱系數(shù)較大，通過填充不同導(dǎo)熱填料所制備的復(fù)合材料的性能相差很大，石墨是導(dǎo)體，用石墨填充制備的復(fù)合材料絕緣性也較差，AlN是絕緣性較好的導(dǎo)熱填料，但其價(jià)格較貴，使生產(chǎn)成本加大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種導(dǎo)熱絕緣性能好的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料以及該復(fù)合材料的制備方法，所要解決的技術(shù)問題是提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能以滿足電子器件和換熱設(shè)備對散熱的要求。本發(fā)明的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，由下述質(zhì)量份的原料制成:
聚丙烯粉料100份；
改性導(dǎo)熱填料400-450份；
抗氧劑0.1-0.3份。所述改性導(dǎo)熱填料是經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑表面處理的導(dǎo)熱填料；所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑TC-114或鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-201 ;所述導(dǎo)熱填料由ZnO與片狀A(yù)l2O3組成，ZnO與Al2O3的質(zhì)量比為1: 1- 3 ;所述ZnO為粒徑1 μm的不規(guī)則形貌ZnO ;所述Al2O3由6 μm的片狀A(yù)l2O3和15 μ m的片狀A(yù)l2O3構(gòu)成,6 μ m片狀A(yù)l2O3與15 μ m片狀A(yù)l2O3的質(zhì)量比為1:1 3。所述的抗氧劑包括主抗氧劑和輔抗氧劑，所述主抗氧劑為抗氧劑1010，輔抗氧劑為抗氧劑168。本發(fā)明的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)將導(dǎo)熱填料與鈦酸酯偶聯(lián)劑在100°c的高速混合機(jī)中混合15min，得到改性導(dǎo)熱填料；
(2)按配比將聚丙烯粉料、改性導(dǎo)熱填料和抗氧劑在高速混合機(jī)中混合5min，然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，即得到導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。所述步驟(I)中，鈦酸酯偶聯(lián)劑的添加量是導(dǎo)熱填料質(zhì)量的1%。本發(fā)明以聚丙烯粉料作為基體，以不規(guī)則形貌ZnO與片狀A(yù)l2O3作為導(dǎo)熱填料，利用不同形貌、不同粒徑導(dǎo)熱填料的合理配伍，使填料間形成接觸和相互作用，形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。本發(fā)明的復(fù)合材料加工性能優(yōu)良、耐熱性好、生產(chǎn)成本較低，導(dǎo)熱系數(shù)1.6 2.2W/(m.K) (ASTM D 5470, Hot Disk法)，體積電阻率達(dá)到IO15Q cm以上，可滿足一些大功率電子器件以及一些換熱設(shè)備的散熱與絕緣要求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
分別將200份粒徑為I U m的不規(guī)則形貌ZnO、100份粒徑為6 y m的片狀A(yù)1203、100份粒徑為15 ii m的片狀A(yù)l2O3和4份鈦酸酯偶聯(lián)劑TC-114加入到100°C的高速混合機(jī)中，混合15min，得到改性導(dǎo)熱填料。將400份改性導(dǎo)熱填料、100份聚丙烯粉料、0.15份抗氧劑
1010.0.15份抗氧劑168加入到高速混合機(jī)，混合5min。然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，得到導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。制備的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為1.6 ff/ (m.K) (ASTM D 5470，Hot Disk 法)，體積電阻率為 1.2 X IO16 Q cm，拉伸強(qiáng)度 20MPa，彎曲
強(qiáng)度32MPa。實(shí)施例2
分別將200份粒徑為I U m的不規(guī)則形貌ZnO、50份粒徑為6 y m的片狀A(yù)1203、150份粒徑為15 ii m的片狀A(yù)l2O3和4份鈦酸酯偶聯(lián)劑TC-114加入到100°C的高速混合機(jī)中，混合15min，得到改性導(dǎo)熱填料。將400份改性導(dǎo)熱填料、100份聚丙烯粉料、0.1份抗氧劑1010、
0.1份抗氧劑168加入到高速混合機(jī)，混合5min。然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，得到導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。制備的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為1.7W/(m.KKASTMD 5470, Hot Disk法)，體積電阻率為8.5X IO15 Q cm，拉伸強(qiáng)度21MPa，彎曲強(qiáng)度33MPa。實(shí)施例3
分別將100份粒徑為I U m的不規(guī)則形貌ZnO、150份粒徑為6 y m的片狀A(yù)1203、150份粒徑為15 ii m的片狀A(yù)l2O3和4份鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-201加入到100°C的高速混合機(jī)中，混合15min，得到改性導(dǎo)熱填料。將400份改性導(dǎo)熱填料、100份聚丙烯粉料、0.1份抗氧劑1010、0.1份抗氧劑168加入到高速混合機(jī)，混合5min。然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，得到導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。制備的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為1.8 ff/ (m.K) (ASTM D 5470，Hot Disk法)，體積電阻率為9.6X IO15 Q cm，拉伸強(qiáng)度22MPa，彎曲強(qiáng)度 30MPa。
實(shí)施例4
分別將100份粒徑為I U m的不規(guī)則形貌Zn0、75份粒徑為6 y m的片狀A(yù)l203、225份粒徑為15 ii m的片狀A(yù)l2O3和4份鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-201加入到100°C的高速混合機(jī)中，混合15min，得到改性導(dǎo)熱填料。將420份改性導(dǎo)熱填料、100份聚丙烯粉料、0.05份抗氧劑
1010.0.05份抗氧劑168加入到高速混合機(jī)，混合5min。然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，得到導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。制備的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為2.0 ff/ (m K) (ASTM D 5470，Hot Disk 法)，體積電阻率為 8.8X IO15 Q cm，拉伸強(qiáng)度 23MPa，彎曲強(qiáng)度3 IMPa。實(shí)施例5
分別將150份粒徑為I U m的不規(guī)則形貌ZnO、150份粒徑為6 y m的片狀A(yù)1203、150份粒徑為15 ii m的片狀A(yù)l2O3和4.5份鈦酸酯偶聯(lián)劑TC-114加入到100°C的高速混合機(jī)中，混合15min，得到改性導(dǎo)熱填料。將450份改性導(dǎo)熱填料、100份聚丙烯粉料、0.1份抗氧劑1010、0.1份抗氧劑168加入到高速混合機(jī)，混合5min。然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，得到導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。制備的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為2.1 ff/ (m.K) (ASTM D 5470，Hot Disk法)，體積電阻率為6.3X IO15 Q cm，拉伸強(qiáng)度18MPa，彎曲強(qiáng)度 30MPa。實(shí)施例6
分別將150份粒徑為I U m的不規(guī)則形貌Zn0、75份粒徑為6 y m的片狀A(yù)l203、225份粒徑為15 ii m的片狀A(yù)l2O3和4.5份鈦酸酯偶聯(lián)劑TC-114加入到100°C的高速混合機(jī)中，混合15min，得到改性導(dǎo)熱填料。將450份改性導(dǎo)熱填料、100份聚丙烯粉料、0.1份抗氧劑1010、0.1份抗氧劑168加入到高速混合機(jī)，混合5min。然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，得到導(dǎo) 熱絕緣復(fù)合材料。制備的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的導(dǎo)熱率為2.2 ff/ (m.K) (ASTM D 5470，Hot Disk法)，體積電阻率為5.8X IO15 Q cm，拉伸強(qiáng)度19MPa，彎曲強(qiáng)度 30.5MPa。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，其特征在于，由下述質(zhì)量份的原料制成: 聚丙烯粉料100份； 改性導(dǎo)熱填料40(T450份； 抗氧劑0.f 0.3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，其特征在于，所述改性導(dǎo)熱填料是經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑表面處理的導(dǎo)熱填料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，其特征在于，所述的鈦酸酯偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑TC-114或鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-201。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，其特征在于，所述導(dǎo)熱填料由ZnO與片狀A(yù)l2O3組成，ZnO與Al2O3的質(zhì)量比為I: I 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，其特征在于，所述ZnO為粒徑Iy m的不規(guī)則形貌ZnO。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)熱絕 緣復(fù)合材料，其特征在于，所述Al2O3由6y m的片狀A(yù)l2O3和15 iim的片狀A(yù)l2O3構(gòu)成，6 iim片狀A(yù)l2O3與15 iim片狀A(yù)l2O3的質(zhì)量比為1:1 3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，其特征在于，所述的抗氧劑包括主抗氧劑和輔抗氧劑，所述主抗氧劑為抗氧劑1010，輔抗氧劑為抗氧劑168。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將導(dǎo)熱填料與鈦酸酯偶聯(lián)劑在100°C的高速混合機(jī)中混合15min，得到改性導(dǎo)熱填料； (2)按配比將聚丙烯粉料、改性導(dǎo)熱填料和抗氧劑在高速混合機(jī)中混合5min，然后將混合后的物料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒，即得到導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，鈦酸酯偶聯(lián)劑的添加量是導(dǎo)熱填料質(zhì)量的1%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料及制備方法，以聚丙烯粉料作為基體，以不規(guī)則形貌ZnO與片狀A(yù)l2O3作為導(dǎo)熱填料，利用不同形貌、不同粒徑導(dǎo)熱填料的合理配伍，使填料間形成接觸和相互作用，形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。本發(fā)明的復(fù)合材料加工性能優(yōu)良、耐熱性好、生產(chǎn)成本較低，導(dǎo)熱系數(shù)1.6~2.2W/(m﹒K)(ASTMD5470，HotDisk法)，體積電阻率達(dá)到1015Ω·cm以上，可滿足一些大功率電子器件以及一些換熱設(shè)備的散熱與絕緣要求。
文檔編號C08K3/22GK103087415SQ201310038230
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者周正發(fā), 王超, 徐衛(wèi)兵, 任鳳梅, 馬海紅 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)