[發明專利]導熱復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010228254.0
• 申請日: 2010-07-08
• 公開（公告）號: CN102311567A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 馬永梅;張帥;曹欣宇;張靜坤
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/08;C08L31/04;C08K13/02;C08K3/22;C09K5/14;B29B9/06
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于高分子/無機納米復合材料的領域，特別涉及能夠形成兩相結構的兩種聚合物的共混物作為基體，添加無機納米導熱填料制備的導熱復合材料及其制備方法。

背景技術

科學技術的發展，越來越多地對高分子材料提出了功能性要求。高分子材料由于具有高電阻系數，優良的加工性，質輕和低價格而被經常作為與電有關的輔助材料來使用。目前由于器件功能集成化和高速化，電能輸送的遠距離，單位時間和體積產生的熱量越來越多，熱量的有效排出已經成為一個亟待解決的問題，原來低熱導率的高分子材料已經不能滿足實際的需要。因此需要提高聚合物的熱導率以適應科技的發展對高分子材料的導熱要求。

向高分子材料中填充導熱無機填料制備填充型導熱高分子復合材料是目前導熱高分子材料的主要研究方向。復合材料的熱導率與填料的體積填充分數有密切關系，當填充量比較低時，導熱填料孤立地分布于高分子基體中，此時復合材料的熱導率隨填料體積填充分數的增加提高不明顯；當導熱填料增加到一定的體積分數時，導熱填料間開始相互接觸，形成導熱網絡，此時復合材料的熱導率開始迅速增加，這時體積分數被稱為導熱復合材料的導熱逾滲值；當填料的體積分數大于逾滲值時，復合材料的熱導率隨填料體積填充分數的增加而急劇上升，此時復合材料的熱導率得到明顯的改善。據以上分析使導熱復合材料的熱導率明顯提高，填料的體積填充分數必須高于逾滲值，但由于無機填料的大量填充，復合材料的力學性能下降明顯。Luo使用SiC填充環氧樹脂，當SiC的質量百分數為50％時，復合材料的熱導率為0.7152W/m.K，但是沖擊強度和彎曲強度下降非常明顯(Luo?YJ；Dang?J；Qi?HY；LiHR?Polymer-Plastics?Technology?and?Engineering?2009，48，877)。Xu使用AlN晶須和顆粒混合填充聚四氟乙烯，當填充量為60vol％時，復合材料的熱導率為11.51W/m.K，拉伸強度卻從52MPa下降到30MPa(Xu?YS；Chung?DDL；Mroz?C?Composites?Part?a-Applied?Science?and?Manufacturing?2001，32，1749)。因此提高導熱高分子復合材料的熱導率，提高或者保持聚合物優異的力學性能對于導熱復合材料的實際應用具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種熱導率高，力學性能優異的導熱復合材料。

本發明的目的之二是提供一種導熱復合材料的制備方法。

聚乙烯(PE)和聚乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)在混合時，由于極性的不同形成相互貫穿的兩相共連續結構。本發明采用PE和EVA的共混物作為導熱復合材料的基體，導熱無機填料納米氧化鋁添加到PE和EVA的共混物中以后，納米氧化鋁根據聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的極性和粘度的不同，選擇富集在粘度較低，極性與其相近的聚乙烯-醋酸乙烯酯相中。納米氧化鋁的選擇性分布使納米氧化鋁能夠在較低的體積填充分數時相互接觸形成導熱網絡，因此在較低納米氧化鋁的填充分數時具有更高的熱導率；納米氧化鋁的加入不僅提高了復合材料熱導率，還使得復合材料的力學性能明顯提高。

本發明的導熱復合材料的組成為：

聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質量百分數為40％～88％(優選質量百分數為49％)；

導熱填料納米氧化鋁的質量百分數為10％～58％(優選質量百分數為49％)；

抗氧劑的質量百分數為0.5％；

潤濕劑的質量百分數為1.5％；

其中：聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯的質量比為1∶1。

所述的抗氧劑是四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

所述的潤濕劑是液體石蠟。

本發明的導熱復合材料的制備方法為：將占導熱復合材料總量的質量百分數為40％～88％的聚乙烯和聚乙烯-醋酸乙烯酯(兩種聚合物的質量比為1∶1)，質量百分數為1.5％的潤濕劑以及質量百分數為0.5％的抗氧劑在混合機中攪拌混合均勻；然后向上述的混合物中加入占導熱復合材料總量的質量百分數為10％～58％的納米氧化鋁，在混合機中攪拌混合均勻；將混合均勻的原料經過螺桿擠出機熔融擠出、冷卻、牽引和切粒，得到所述的導熱復合材料。

所述的螺桿擠出機是雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機。

具體實施方式

實施例1