新型導(dǎo)熱聚酰胺基復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型導(dǎo)熱聚酰胺基復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，導(dǎo)熱材料不斷追求小型化，輕量化，耐腐蝕，耐高溫性能，高分子導(dǎo)熱聚合物由此成為導(dǎo)熱材料領(lǐng)域的新秀，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)展，如換熱工程、電子電氣、摩擦材料、電磁屏蔽、汽車制造業(yè)等。
[0003]聚酰胺(PA，Polyamide)具有良好的機(jī)械性能、耐熱、耐磨損、耐化學(xué)性、阻燃性和自潤滑性，而且易加工、摩擦系數(shù)低等優(yōu)良性能。如PA46具有優(yōu)異的耐熱性能，結(jié)晶性能以及優(yōu)良的力學(xué)性能等，PA66的剛度和耐熱性都較高，且有較高的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊韌性以及較好的加工性能。聚酰胺是一類非常重要、具有潛在應(yīng)用價(jià)值的復(fù)合材料基體。
[0004]由于高聚物大多是熱的不良導(dǎo)體，因此在高分子導(dǎo)熱聚合物的制備過程中，導(dǎo)熱填料、基體材料的合理選擇，填料粒子表面改性處理，復(fù)合材料制備工藝的選擇和優(yōu)化成為影響導(dǎo)熱聚合物綜合性能的關(guān)鍵因素。目前已報(bào)道的聚酰胺基導(dǎo)熱材料，主要有金屬填充型、金屬氧化物填充型，金屬氮化物填充型，且選擇的金屬填料多為銅、鋁，其缺點(diǎn)為易氧化，且產(chǎn)品的穩(wěn)定性差。氧化物填料如氧化鋁、氧化鎂，或氮化物氮化鋁或氮化硅等，不足在于填充量過高、且氮化物成本較并且易水解，在實(shí)際生產(chǎn)中工藝控制難度大。且填料粒徑較小多為5-30μπι之間，無形中提高生產(chǎn)成本。專利CN 103382285中采用石墨填充聚酯制備的復(fù)合材料，雖然導(dǎo)熱率有較高的提升，但其拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長率并不高。專利CN103613923中在選擇較高填充量填料的情況下制備出的復(fù)合材料導(dǎo)熱率最高也只達(dá)到2.7ff/ (m.K) ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對以上問題與不足提供一種具有高導(dǎo)熱及良好力學(xué)性能的新型導(dǎo)熱聚酰胺基復(fù)合材料。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種新型導(dǎo)熱聚酰胺基復(fù)合材料，其組分和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為:聚酰胺40?80%，導(dǎo)熱填料20?60% ;所述填料選自鱗片石墨、膨脹石墨、碳纖維中的一種，導(dǎo)熱系數(shù)為40?200W/(m.K)，且其
[0007]中填料粒徑范圍為100?150 μ m，纖維直徑范圍為5.5?20 μ m，長徑比7: I?20:1。
[0008]優(yōu)選的，所述的聚酰胺為PA46、PA66中的一種。
[0009]導(dǎo)熱聚酰胺基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]I)將填料至于溫度350?450°C保溫I?1.5h，進(jìn)行表面氧化，停止加熱，填料隨冷卻至常溫。接著再對填料進(jìn)行偶聯(lián)劑表面改性處理，其質(zhì)量比為偶聯(lián)劑:填料1: 100，將硅烷偶聯(lián)劑KH570溶于無水乙醇，偶聯(lián)劑與無水乙醇體積比為1: 40，將溶液噴灑在填料表面，80?10CTC干燥6?8h ;
[0011]2)預(yù)混合:將聚酰胺和已表面改性處理的填料混合均勻，其中聚酰胺的質(zhì)量百分比為40?80%，導(dǎo)熱填料的質(zhì)量百分比為20?60% ;
[0012]3)將步驟2)中所得混合粒料，進(jìn)行熔融共混，共混時(shí)溫度控制在265?315°C，共混時(shí)間為l-3min ；
[0013]4)將步驟3)中得到的復(fù)合材料經(jīng)充分干燥后注塑成型，注塑溫度260?305°C，模具溫度80?120 °C。
[0014]優(yōu)選的，所述的聚酰胺為PA46、PA66中的一種。
[0015]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過對填料進(jìn)行表面氧化及偶聯(lián)劑改性的復(fù)合改性，可以使復(fù)合材料在導(dǎo)熱性能提高的同時(shí)能夠保留較為優(yōu)良的力學(xué)性能。此外碳纖維因其高軸向?qū)嵋约案邚椄吣５男阅懿粌H提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱率，同時(shí)提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。因而制備了具有較高導(dǎo)熱率，熱擴(kuò)散系數(shù)和力學(xué)性能的且易于成型加工的聚酰胺基復(fù)合材料。其垂直導(dǎo)熱率可達(dá)3.74W/(m*K)，熱擴(kuò)散系數(shù)可達(dá)到2.34(mm2/s)。本發(fā)明的復(fù)合材料可以廣泛應(yīng)用于導(dǎo)熱塑料管道、汽車零部件以及LED燈具的散熱裝置等導(dǎo)熱材料領(lǐng)域。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]一種導(dǎo)熱聚酰胺基復(fù)合材料的制備方法，該方法如下:原料經(jīng)真空干燥箱烘干，按重量百分比稱取:PA46/500g，膨脹石墨/500g，首先將膨脹石墨放入馬弗爐中，溫度為350°C?450°C，保溫時(shí)間I?1.5h，停止加熱，填料隨馬弗爐冷卻至常溫。接著將硅烷偶聯(lián)劑KH570/5g溶于無水乙醇，偶聯(lián)劑與無水乙醇體積比為1: 40，將溶液噴灑在填料表面。將處理好的膨脹石墨與PA46放入高混機(jī)中混合5分鐘，出料，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，加工溫度在295?315°C，螺桿轉(zhuǎn)速為300?400r/min，擠出物的冷卻方式為水冷。得到粒料后于真空干燥箱中烘干。將干燥好的復(fù)合材料粒料，進(jìn)行注射成型。其導(dǎo)熱率3.74W/(m.K)，熱擴(kuò)散系數(shù)2.34mm2/s，比熱容1.11J/(KJ.K)，拉伸強(qiáng)度52.41MPa，斷裂伸長率2.23%。
[0019]實(shí)施例2:
[0020]一種導(dǎo)熱聚酰胺基復(fù)合材料的制備方法，該方法如下:原料經(jīng)真空干燥箱烘干，按重量百分比稱取:PA66/500g，鱗片石墨/500g，首先將鱗片石墨放入馬弗爐中，溫度為350?450°C，保溫時(shí)間I?1.5h，停止加熱，填料隨馬弗爐冷卻至常溫。接著將硅烷偶聯(lián)劑KH570/5g溶于無水乙醇，偶聯(lián)劑與無水乙醇體積比為1: 40，將溶液噴灑在填料表面。將混合溶液噴灑在填料表面。將處理好的鱗片石墨和PA66放入高混機(jī)混合5分鐘，出料，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，加工溫度在265?295°C，螺桿轉(zhuǎn)速為300?400r/min，擠出物的冷卻方式為水冷。得到粒料后于真空干燥箱中烘干。將干燥好的復(fù)合材料粒料，進(jìn)行注射成型。其導(dǎo)熱率3.1OW/(m.K)，熱擴(kuò)散系數(shù)2.14mm2/s,比熱容1.0OJ/(KJ.K)，拉伸強(qiáng)度59.30MPa，斷裂伸長率18.53 %。
[0021]實(shí)施例3:
[0022]一種導(dǎo)熱聚酰胺基復(fù)合材料的制備方法，該方法如下:原料經(jīng)真空干燥箱烘干，按重量百分比稱取:PA66/600g，鱗片石墨/400g，首先將鱗片石墨放入馬弗爐中，溫度為350?450°C，保溫時(shí)間I?1.5h，停止加熱，填料隨馬弗爐冷卻至常溫。接著將硅烷偶聯(lián)劑KH570/4g溶于無水乙醇，偶聯(lián)劑與無水乙醇體積比為1: 40，將溶液噴灑在填料表面。將混合溶液噴灑在填料表面。將處理好的鱗片石墨和PA66放入高混機(jī)混合5分鐘，出料，然后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，加工溫度在265?295°C，螺桿轉(zhuǎn)速為300?400r/min，擠出物的冷卻方式為水冷。得到粒料后于真空干燥箱中烘干。將干燥好的復(fù)合材料粒料，進(jìn)行注射成型。其導(dǎo)熱率