一種碳素復(fù)合高導(dǎo)熱塑料材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高分子材料及其制備方法，具體是一種碳素復(fù)合高導(dǎo)熱塑料材料 及其制備方法，屬于高分子材料改性、散熱材料利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] LED燈散熱不良容易導(dǎo)致電源損壞、光衰加快、壽命減短等問(wèn)題，這始終是LED照 明系統(tǒng)性能提升的重中之重。傳統(tǒng)的三種LED燈具外殼散熱材料是鋁材、塑料和陶瓷材料。 鋁材導(dǎo)熱好，但因?qū)щ娞匦圆灰走^(guò)安規(guī)；塑料絕緣性好，但導(dǎo)熱及膨脹系數(shù)卻比較低；陶瓷 兼具前兩者的絕緣和散熱優(yōu)點(diǎn)，易碎、加工成本高是其最大弊病。
[0003] 為了保證LED燈的使用壽命，LED燈散熱外殼用導(dǎo)熱復(fù)合材料通常被要求具有較 高的導(dǎo)熱系數(shù)、良好的力學(xué)性能及加工性能，但目前的樹(shù)脂導(dǎo)熱系數(shù)偏低，只有〇. 2_04w/ m. k，完全不符合在散熱要求嚴(yán)格的環(huán)境。
[0004] 通常塑料質(zhì)輕、易加工成型、價(jià)格低廉且絕緣性能好，但是熱導(dǎo)率較低。通過(guò)在塑 料中添加高熱導(dǎo)率高電阻的功能填料，如滑石粉、氮化鋁、氮化硼、氧化鎂和氧化鋁等，可 望顯著提高聚合物的導(dǎo)熱性能，同時(shí)又能保持聚合物的絕緣性能。
[0005] 碳素復(fù)合材料具有超高的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)在200w/m. k以上，如導(dǎo)熱石墨烯、 碳納米管、碳纖維、導(dǎo)熱石墨等，在小添加量情況下可使樹(shù)脂的導(dǎo)熱系數(shù)獲得數(shù)倍的提高， 同時(shí)制品的電氣性能滿足使用日常使用要求。石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu) 的納米新材料，是目前人類所發(fā)現(xiàn)的幾乎完美的平面原子結(jié)構(gòu)，其出色的導(dǎo)電、導(dǎo)熱以及散 熱性能讓各行各業(yè)均對(duì)其寄予厚望。石墨烯高導(dǎo)熱材料具有"高導(dǎo)熱、高絕緣、高阻燃"等優(yōu) 良特性，可替代傳統(tǒng)金屬散熱器，為L(zhǎng)ED照明產(chǎn)品綜合成本的下降提供更加優(yōu)良的解決方 案。碳納米管（CNTs)具有良好的傳熱性能及非常大的長(zhǎng)徑比，因而其沿著長(zhǎng)度方向的熱交 換性能很高，相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低，通過(guò)合適的取向，碳納米管可以合成高 各向異性的熱傳導(dǎo)材料。另外，CNTs有較高的熱導(dǎo)率，只要在復(fù)合材料中摻雜微量的CNTs， 該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)可能得到很大的改善。
[0006] 迄今為止，眾多專利已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了導(dǎo)熱塑料的制備及其性能，但由于成本及碳素填 料有導(dǎo)電性能原因，高性能碳素復(fù)合材料應(yīng)用范圍比較窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碳素復(fù)合高性能導(dǎo)熱塑料及 其制備方法，該導(dǎo)熱絕緣塑料由樹(shù)脂基料、碳素復(fù)合材料、導(dǎo)熱絕緣填料、偶聯(lián)劑以及其他 加工助劑制成，該導(dǎo)熱塑料通過(guò)預(yù)混合、擠出、冷卻、風(fēng)干、切粒等工藝，解決塑料高填充性 能劣化、塑料導(dǎo)熱性能低的問(wèn)題，制備力學(xué)性能優(yōu)異、導(dǎo)熱效果優(yōu)良且絕緣的導(dǎo)熱復(fù)合材 料，廣泛應(yīng)用于電子、汽車、LED燈具等領(lǐng)域。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種碳素復(fù)合高性能導(dǎo)熱塑料，由以下組分重量份數(shù)的 組分制成：樹(shù)脂基料45~65份、碳素復(fù)合材料3~5份、導(dǎo)熱劑10~60份、偶聯(lián)劑0. 1~2份、 抗氧劑0. 1~2份、其它助劑0. 1~15份；所述的樹(shù)脂基料為聚己內(nèi)酰胺、聚己二酰己二胺、 工業(yè)化液晶聚合物、聚苯硫醚、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚醚醚酮、丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯中的一種或幾種的混合；所述碳素復(fù)合材料為磷片石 墨、高導(dǎo)熱碳粉、石墨烯、碳納米管、炭纖維、石墨纖維中的一種或兩種以上的混合物；所述 導(dǎo)熱劑為滑石粉、氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、導(dǎo)熱石 墨、碳纖維、碳納米管中的一種或幾種進(jìn)行復(fù)配。
[0009] 優(yōu)選的，所述碳素復(fù)合材料為石墨烯、碳納米管、磷片石墨按照質(zhì)量比例1:1:8進(jìn) 行復(fù)配。
[0010] 所述導(dǎo)熱劑為氮化鋁、氮化硼及氧化鋁按質(zhì)量比1:1~3:2~5復(fù)配得到。
[0011] 優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱劑為氮化鋁、氮化硼及氧化鋁按照質(zhì)量比1:1:3復(fù)配得到。
[0012] 優(yōu)選的，所述樹(shù)脂基料為半透明或不透明乳白色粒子狀、且相對(duì)粘度為2.8的聚 己內(nèi)酰胺（測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM 1254403-D3-050) 優(yōu)選的，所述樹(shù)脂基料為聚己二酰己二胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯按 照質(zhì)量比1~6:1~3:1進(jìn)行復(fù)配。
[0013] 優(yōu)選的，所述的偶聯(lián)劑為有機(jī)絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類偶聯(lián)劑中一 種。
[0014] 優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑為3-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0015] 優(yōu)選的，所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑1098、抗氧劑1076、抗氧劑3114、抗 氧劑168、抗氧劑626中的一種或幾種。
[0016] 所述的其它助劑包括紫外線吸收劑、抗靜電劑、抗滴落劑、潤(rùn)滑劑、脫模劑、阻燃劑 中的一種或幾種。
[0017] 本發(fā)明所述的碳素復(fù)合高性能導(dǎo)熱塑料的制備方法，包括以下具體步驟： (1) 利用偶聯(lián)劑分別對(duì)導(dǎo)熱劑及碳素復(fù)合材料進(jìn)行表面處理，將經(jīng)表面處理的導(dǎo)熱劑 和碳素復(fù)合材料裝入雙螺桿擠的側(cè)喂料系料；將液體偶聯(lián)劑直接進(jìn)行霧化或?qū)⒎垠w偶聯(lián)劑 以無(wú)水溶劑稀釋并霧化后，將導(dǎo)熱絕緣填料及無(wú)機(jī)晶須通入霧化室中，使導(dǎo)熱絕緣填料及 無(wú)機(jī)晶須在霧化室內(nèi)停留l~2min，使導(dǎo)熱絕緣填料微粒及無(wú)機(jī)晶須表面均勻覆蓋著偶聯(lián) 劑； (2) 將樹(shù)脂基料在80~1201：時(shí)鼓風(fēng)干燥3~6小時(shí)，將干燥后的樹(shù)脂基料、抗氧劑及其他 助劑加入高速混合機(jī)中混合均勻，混合后的物料裝入雙螺桿擠的主喂料系統(tǒng)； (3) 將步驟（2)獲得的混合物料及步驟（1)經(jīng)過(guò)改性的碳素復(fù)合材料和導(dǎo)熱劑分別通 過(guò)擠出機(jī)的王喂料系統(tǒng)和側(cè)喂料系統(tǒng)加入到擠出機(jī)中擠出造粒，再經(jīng)過(guò)水冷、風(fēng)干、切粒、 干燥，即制得碳素復(fù)合高性能導(dǎo)熱塑料； 所述雙螺桿擠出機(jī)的加工工藝條件如下： (1) 溫度為：一區(qū) 160~180°C，二區(qū) 170~220°C，三區(qū) 200~250°C，四區(qū) 200~250°C，五區(qū) 210~250°C，六區(qū) 190~250°C，機(jī)頭 200~240°C ; (2) 螺桿轉(zhuǎn)速為：250~400轉(zhuǎn)/分； (3) 物料在料筒停留時(shí)間控制在2min以內(nèi)。
[0018] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下： (1)碳納米管是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料，本發(fā)明將以其他工程材料為 基體制成復(fù)合材