一種聚苯硫醚基導熱復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚苯硫醚基導熱復合材料及其制備方法，屬于高分子材料領域。本發(fā)明提供一種聚苯硫醚基導熱復合材料，其原料包括聚苯硫醚、聚酰胺、導熱填料M和導熱填料N；聚苯硫醚與聚酰胺形成雙連續(xù)相結構，導熱填料M分布在聚苯硫醚相中，導熱填料N分布在聚酰胺相中，形成兩個獨立的導熱網(wǎng)絡；以質(zhì)量份數(shù)計，各組分用量如下：聚苯硫醚20-30份，聚酰胺15-30份，導熱填料M+導熱填料N10-50份；其中，導熱填料M與導熱填料N不同。本發(fā)明可使聚苯硫醚材料的導熱性能大大提高，其導熱系數(shù)最高可達8.14W/(m.K)，且拉伸強度和彎曲強度幾乎不受導熱填料的影響。
【專利說明】一種聚苯硫醚基導熱復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚苯硫醚基導熱復合材料及其制備方法，屬于高分子材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著近年來工業(yè)發(fā)展對導熱材料耐腐蝕性、機械強度、電絕緣性能和加工性能等的要求，傳統(tǒng)導熱材料如金屬等在某些領域已滿足不了應用的需求。高分子材料具有質(zhì)輕、耐化學腐蝕、成型加工性能優(yōu)良、電絕緣性能優(yōu)異、力學及疲勞性能優(yōu)良等特點，但高分子材料本身多是熱的不良導體，熱量容易在局部區(qū)域集中并持續(xù)增多，且在高分子材料不同區(qū)域間的傳遞很少，長時間如此，會導致高分子材料件失效。倘若能賦予高分子材料一定導熱性，則會克服高分子材料的一些缺陷，并且拓寬高分子材料的應用領域，尤其在導熱領域的應用。
[0003]目前聚合物導熱材料的往往是通過將具有較高導熱性的填料直接與聚合物基體混合制備成導熱復合材料的方法制備的，該方法往往需要向聚合物基體中加入大量的導熱填料，這不僅會大副提高材料的成本，同時材料的力學性能、可加工性也會明顯下降。
[0004]聚苯硫醚(PPS)是熱塑性塑料中穩(wěn)定程度最高的樹脂之一，被認為是一種僅次于聚四氟乙烯的良好耐化學腐蝕材料，且其具有高強度、高剛度、出色的耐疲勞性能和抗蠕變性能。但是，聚苯硫醚本身導熱性能不好，其導熱系數(shù)約為0.2ff/ (m.K)，在保持PPS原有優(yōu)良綜合性能的基礎上提高其導熱性能，對擴展其應用領域意義重大。中國發(fā)明專利申請CNlOl113240A公開了在聚苯硫醚中，加入氧化鎂、玻纖制得了導熱系數(shù)為0.85W/(m.K)的導熱絕緣聚苯硫醚，但相對純玻纖增強聚苯硫醚，力學性能明顯下降，拉伸強度下降20%，缺口沖擊強度下降30%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述缺陷，本發(fā)明提供了一種聚苯硫醚基導熱復合材料，其在添加較少導熱填料的情況下具有較高的導熱系數(shù)，同時能夠保證復合材料的力學性能符合使用要求。
[0006]本發(fā)明的技術方案為:
[0007]—種聚苯硫醚基導熱復合材料，其特征在于，其原料包括聚苯硫醚、聚酰胺、導熱填料M和導熱填料N ;聚苯硫醚與聚酰胺形成雙連續(xù)相結構，導熱填料M分布在聚苯硫醚相中，導熱填料N分布在聚酰胺相中，形成兩個獨立的導熱網(wǎng)絡；以質(zhì)量份數(shù)計，各組分用量如下:
[0008]聚苯硫醚20-30份
[0009]聚酰胺15-30份
[0010]導熱填料M+導熱填料N 10-50份；
[0011]其中，導熱填料M與導熱填料N不同。
`[0012]進一步，所述聚苯硫醚基導熱復合材料，其原料還包括增容劑，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:
[0013]
聚苯硫醚20-30份
聚酰胺15-30份
導熱填料導熱填料M+導熱填料N10-50份
增容劑1-5份。
[0014]更進一步地，所述聚苯硫醚基導熱復合材料，其原料還包括偶聯(lián)劑，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:
[0015]
聚苯硫醚20-30份
聚酰胺15-30份
導熱填料M+導熱填料N10-50份
增容劑1-5份
偶聯(lián)劑1-3份。
[0016]優(yōu)選的，所述聚苯硫醚基導熱復合材料，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:
[0017]
聚苯硫醚20-30份
聚酰胺20-30份
導熱填料M+導熱填料N20-50份
增容劑2-5份
偶聯(lián)劑1-3份。
[0018]更優(yōu)選的，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:
[0019]
聚苯硫醚30份
聚酰胺25份
導熱填料M+導熱填料N20份
增容劑3份
偶聯(lián)劑2份。
[0020]更優(yōu)選的，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:
[0021]聚苯硫醚25份
聚酰胺20份
導熱填料M+導熱填料N40份
增容劑3份
偶聯(lián)劑2份。
[0022]所述聚酰胺為PA6T及其共聚物、PA6或PA66中的至少一種；
[0023]所述導熱填料為石墨烯、Si3N4、AlN、BN、碳纖維、Al2O3、石墨、碳納米管、炭黑或銅粉中的至少一種；
[0024]所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。
[0025]所述增容劑為聚芳硫醚酰胺及其共聚物、氨基化聚苯硫醚或羧基化聚苯硫醚中的至少一種。
[0026]上述聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，包括如下步驟和工藝條件:
[0027](I)導熱填料M與聚苯硫醚熔融共混制得導熱母料A，熔融溫度為290°C _320°C ；
[0028](2)導熱填料N與聚酰胺熔融共混制得導熱母料B，熔融溫度為230_330°C ；
[0029](3)最后將導熱母料A和導熱母料B熔融共混制得聚苯硫醚基導熱復合材料，熔融溫度為 290-330°C。
[0030]所述聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，所述步驟(1)中的導熱填料先用偶聯(lián)劑進行表面處理，再將導熱填料和聚苯硫醚熔融共混；所述步驟(2)中的另一種導熱填料先用偶聯(lián)劑進行表面處理，再將另一種導熱填料和聚酰胺熔融共混；其中，所述導熱填料為石墨烯、Si3N4、AIN、BN、碳纖維、Al2O3、石墨、碳納米管、炭黑或銅粉中的至少一種；所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。
[0031]所述聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，所述步驟(3)中加入增容劑，所述增容劑為羧基化聚苯硫醚及其共聚物、聚芳硫醚酰胺或氨基化聚苯硫醚中的至少一種。
[0032]優(yōu)選的，所述步驟(3)中進一步還加入加工助劑，所述加工助劑為高溫抗氧劑和潤滑劑。
[0033]本發(fā)明的有益效果:
[0034]本發(fā)明在聚苯硫醚中，引入聚酰胺、導熱填料，并且同時采用兩種不同的導熱填料使其分別分布在聚苯硫醚和聚酰胺中，可使聚苯硫醚材料的導熱性能大大提高，其導熱系數(shù)最高可達8.14ff/(m.K)，且拉伸強度和彎曲強度幾乎不受導熱填料的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是實施例1所制復合材料缺口沖擊強度測試樣條沖擊斷面掃描電鏡圖，其為放大3000倍的示圖，可以看出石墨烯在PPS中分散均勻相互搭接形成一種導熱網(wǎng)絡。
[0036]圖2是實施例1所制復合材料缺口沖擊強度測試樣條沖擊斷面掃描電鏡圖，其為放大10000倍的示圖，可以看出BN粒子分散于PA66相(圖中非平滑區(qū)域)中形成另一導熱網(wǎng)絡，且PPS與PA66兩相相互貫穿、結合良好，未見明顯相界面，說明相容劑起到了顯著增容作用。`【具體實施方式】
[0037]本發(fā)明提供一種聚苯硫醚基導熱復合材料，其原料包括聚苯硫醚、聚酰胺、導熱填料M和導熱填料N ;聚苯硫醚與聚酰胺形成雙連續(xù)相結構，導熱填料M分布在聚苯硫醚相中，導熱填料N分布在聚酰胺相中，形成兩個獨立的導熱網(wǎng)絡；以質(zhì)量份數(shù)計，各組分用量如下:
[0038]聚苯硫醚20-30份
[0039]聚酰胺15-30份
[0040]導熱填料M+導熱填料N 10-50份；
[0041]其中，導熱填料M與導熱填料N不同。
[0042]進一步，所述聚苯硫醚基導熱復合材料，其原料還包括增容劑，以質(zhì)量份數(shù)計，各
原料用量如下:
[0043] 聚苯硫醚20-30份
聚酰胺15-30份
導熱填料導熱填料M+導熱填料N10-50份
增容劑1-5份。
[0044]更進一步地，所述聚苯硫醚基導熱復合材料，其原料還包括偶聯(lián)劑，以質(zhì)量份數(shù)
計，各原料用量如下:
[0045]
聚苯硫醚20-30份
聚酰胺15-30份
導熱填料M+導熱填料N10-50份
增容劑 1-5份
偶聯(lián)劑1-3份。
[0046]所述聚酰胺為PA6T (聚對苯二甲酰己二胺)及其共聚物、PA6或PA66中的至少一種；
[0047]所述導熱填料為石墨烯、Si3N4、AlN、BN、碳纖維、Al2O3、石墨、碳納米管、炭黑或銅粉中的至少一種；
[0048]所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。
[0049]所述增容劑為聚芳硫醚酰胺及其共聚物、氨基化聚苯硫醚或羧基化聚苯硫醚中的至少一種。聚苯硫醚與聚酰胺雖然在高溫下有一定的相容性，但由于極性相差較大，導致降溫凝固后兩相相容性較差，在相界面處存在一定缺陷，這不僅會導致復合材料整理力學性能的將低，還可能導致熱流在體系內(nèi)的傳到受到一定的阻礙；本發(fā)明所采用的幾種相容劑具有與聚苯硫醚相似的分子鏈結構，其分子鏈可以與聚苯硫醚相相互纏結，同時其所含的酰胺鍵、氨基及羧基等極性基團又可與聚酰胺相互作用，保證材料中兩種聚合物相具有良好的相容性。
[0050]上述聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，包括如下步驟和工藝條件:[0051](I)導熱填料M與聚苯硫醚熔融共混制得導熱母料A，熔融溫度為290°C -320°C ；
[0052](2)導熱填料N與聚酰胺熔融共混制得導熱母料B，熔融溫度為230_330°C ；
[0053](3)最后將導熱母料A和導熱母料B熔融共混制得聚苯硫醚基導熱復合材料，熔融溫度為 290-330°C。
[0054]所述聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，所述步驟(1)中的導熱填料先用偶聯(lián)劑進行表面處理，再將導熱填料和聚苯硫醚熔融共混；所述步驟(2)中的另一種導熱填料先用偶聯(lián)劑進行表面處理，再將另一種導熱填料和聚酰胺熔融共混；其中，所述導熱填料為石墨烯、Si3N4、AIN、BN、碳纖維、Al2O3、石墨、碳納米管、炭黑或銅粉中的至少一種；所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。
[0055]所述聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，所述步驟(3)中加入增容劑，所述增容劑為羧基化聚苯硫醚及其共聚物、聚芳硫醚酰胺或氨基化聚苯硫醚中的至少一種。
[0056]優(yōu)選的，所述步驟(3)中進一步還加入加工助劑，所述加工助劑為高溫抗氧劑和潤滑劑。
[0057]本發(fā)明將聚苯硫醚與一種聚酰胺共混并形成雙連續(xù)結構，將兩種不同的導熱填料分別分散在兩種聚合物中，形成兩個獨立的導熱網(wǎng)絡，這樣可以顯著提高導熱填料在所在相聚合物組分中的堆砌密度。
[0058]為了更好地理解本發(fā)明，下面結合實施例進一步說明本發(fā)明。
[0059]實施例1
[0060]將10份氧化石墨烯烴1份鈦酸酯處理后與25份聚苯硫醚在310°C下熔融共混制得A料；將30份BN加入1份硅烷偶聯(lián)劑KH560處理后與20份PA66在290°C下熔融共混制得B料，將A料、B料與3份聚芳硫醚酰胺在310°C下熔融共混，制得聚苯硫醚導熱復合材料；所得材料力學性能、導熱性能測試結果列于表1中。
[0061]實施例2
[0062]將5份Si3N4經(jīng)0.5份鈦酸酯處理后與20份聚苯硫醚在290°C下熔融共混制得A料；將5份BN經(jīng)0.5份硅烷偶聯(lián)劑KH550處理后與30份PA6在230°C下熔融共混制得B料，將A料、B料與2份羧基化化聚苯硫醚在310°C下熔融共混，制得聚苯硫醚導熱復合材料；所得材料力學性能、導熱性能測試結果列于表1中。
[0063]實施例3
[0064]將20份碳纖維經(jīng)1份硅烷偶聯(lián)劑KH560處理后與30份聚苯硫醚在320°C下熔融共混制得A料；將30份Al2O3經(jīng)2份鈦酸酯偶聯(lián)劑與30份PA6T在320°C下熔融共混制得B料，將A料、B料與5份聚芳硫醚酰胺在330°C下熔融共混，制得聚苯硫醚導熱復合材料；所得材料力學性能、導熱性能測試結果列于表1中。
[0065]實施例4
[0066]將10份石墨與25份聚苯硫醚在310°C下熔融共混制得A料；將20份銅粉與20份PA66在290°C下熔融共混制得B料，將A料、B料在310°C下熔融共混，制得聚苯硫醚導熱復合材料；所得材料力學性能、導熱性能測試結果列于表1中。
[0067]實施例5
[0068]將10份石墨經(jīng)1份鈦酸酯處理后與25份聚苯硫醚在310°C下熔融共混制得A料；將20份銅粉經(jīng)1份硅烷偶聯(lián)劑處理后與20份PA66在290°C下熔融共混制得B料，將A料、B料與3份聚芳硫醚酰胺在310°C下熔融共混，制得聚苯硫醚導熱復合材料；所得材料力學性能、導熱性能測試結果列于表1中。
[0069]實施例6
[0070]將10份碳納米管經(jīng)1份鈦酸酯處理后與30份聚苯硫醚在300°C下熔融共混制得A料；將20份炭黑經(jīng)1份硅烷偶聯(lián)劑處理后與20份PA6-6T共聚物在310°C下熔融共混制得B料，將A料、B料與4份氨化聚苯硫醚在310°C下熔融共混，制得聚苯硫醚導熱復合材料；所得材料力學性能、導熱性能測試結果列于表1中。
[0071]本發(fā)明實施例中，拉伸強度按ASTM D638測試；彎曲強度按ASTM D790測試；Izod缺口沖擊強度按ASTM D256測試；導熱系數(shù)按ASTM E1461測試。
[0072]表1實施例所得材料的力學性能及導熱性能
[0073]
【權利要求】
1.一種聚苯硫醚基導熱復合材料，其特征在于，其原料包括聚苯硫醚、聚酰胺、導熱填料M和導熱填料N ;聚苯硫醚與聚酰胺形成雙連續(xù)相結構，導熱填料M分布在聚苯硫醚相中，導熱填料N分布在聚酰胺相中，形成兩個獨立的導熱網(wǎng)絡；以質(zhì)量份數(shù)計，各組分用量如下: 聚苯硫醚20-30份 聚酰胺15-30份 導熱填料M+導熱填料N 10-50份； 其中，導熱填料M與導熱填料N不同。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚苯硫醚基導熱復合材料，其特征在于，原料還包括增容劑，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:聚苯硫醚20-30份聚酰胺15-30份導熱填料導熱填料M+導熱填料N10-50份增容劑1-5份。
3.根據(jù)權利要求2所 述的聚苯硫醚基導熱復合材料，其特征在于，原料還包括偶聯(lián)劑，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:聚苯硫醚20-30份聚酰胺15-30份導熱填料M+導熱填料N10-50份增容劑1-5份偶聯(lián)劑1-3份。
4.根據(jù)權利要求1-3任一項所述的聚苯硫醚基導熱復合材料，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:聚苯硫醚20-30份聚酰胺20-30份導熱填料M+導熱填料N20-50份增容劑2-5份偶聯(lián)劑1-3份； 優(yōu)選的， 以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:聚苯硫醚30份聚酰胺25份導熱填料M+導熱填料N20份增容劑3份偶聯(lián)劑2份
5.根據(jù)權利要求4所述的聚苯硫醚基導熱復合材料，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計，各原料用量如下:聚苯硫醚25份聚酰胺20份導熱填料M+導熱填料N40份 增容劑3份偶聯(lián)劑2份。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的聚苯硫醚基導熱復合材料，其特征在于， 所述聚酰胺為PA6T及其共聚物、PA6或PA66中的至少一種； 所述導熱填料為石墨烯、Si3N4、AlN、BN、碳纖維、A1203、石墨、碳納米管、炭黑或銅粉中的至少一種； 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。
7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的聚苯硫醚基導熱復合材料，其特征在于，所述增容劑為聚芳硫醚酰胺及其共聚物、氨基化聚苯硫醚或羧基化聚苯硫醚中的至少一種。
8.權利要求1-7任一項所述的聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，其特征在于，包括如下步驟和工藝條件:(1)導熱填料M與聚苯硫醚熔融共混制得導熱母料A，熔融溫度為290°C-320°C ； (2)導熱填料N與聚酰胺熔融共混制得導熱母料B，熔融溫度為230-330°C； (3)最后將導熱母料A和導熱母料B熔融共混制得聚苯硫醚基導熱復合材料，熔融溫度為 290-330 °C。
9.根據(jù)權利要求8所述的聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，其特征在于， 所述步驟(1)中的導熱填料先用偶聯(lián)劑進行表面處理，再將導熱填料和聚苯硫醚熔融共混； 所述步驟(2)中的另一種導熱填料先用偶聯(lián)劑進行表面處理，再將另一種導熱填料和聚酰胺熔融共混； 其中，所述導熱填料為石墨烯、Si3N4、AlN、BN、碳纖維、Al2O3、石墨、碳納米管、炭黑或銅粉中的至少一種；所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的聚苯硫醚基導熱復合材料制備方法，其特征在于， 所述步驟(3)中加入增容劑，所述增容劑為羧基化聚苯硫醚及其共聚物、聚芳硫醚酰胺或氨基化聚苯硫醚中的至少一種。
【文檔編號】C08L77/02GK103725004SQ201310655307
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權日:2013年12月6日
【發(fā)明者】王孝軍, 楊杰, 張剛, 龍盛如, 陳建野 申請人:四川大學