[發明專利]高導熱尼龍復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310671420.8
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103613923A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 于中振;陳金梅;張好斌;李曉鋒
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L77/02
• 分類號: C08L77/02;C08L77/06;C08K13/04;C08K7/00;C08K3/04;C08K3/22;C08K3/28;C08K3/34;C08K3/38
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明公開了高導熱尼龍復合材料及其制備方法，簡單實用，工業價值高，應用前景廣闊。所制備的復合材料具有較高的熱導率，可廣泛應用于汽車、家用電器、儀表外殼、電路元件等領域。

背景技術

隨著科技的迅猛發展，只具備一定結構性能的高分子材料已不能夠滿足人們日常生活的需要了，高分子基復合材料由于質輕、易加工、高彈性、抗腐蝕、耐磨損且制備簡單、易于工業化等優點已經備受人們的關注。與金屬材料相比，高分子材料都是熱的不良導體。因此研究高導熱、低填充，質量輕的高分子基導熱復合材料已成為各國研究的重點，也是我國近年來日益重視的話題之一。

導熱高分子復合材料是由熱的不良導體-有機高分子和導熱填料以一定的方式加工而成的功能性復合材料。常用的導熱填料可分為兩大類--導熱絕緣填料和導熱非絕緣填料。其中導熱絕緣填料有：①無機粒子，如氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅等；②金屬氮化物，如氮化鋁、氮化硅等；導熱非絕緣填料有：①金屬填料，如鋁粉、銅粉等；②金炭基填料，如石墨、碳纖維、碳納米管等。

其中，無機粒子由于來源廣泛、價格低廉、熱導率較高等優點可以滿足一般高分子導熱材料的要求而在導熱聚合物中得到廣泛應用。但是，為得到熱導率的聚合物，導熱填料的填充分數一般較大，往往導致聚合物復合材料韌性的下降。因此，降低導熱填料的填充量、根據要求制備絕緣/抗靜電/導電的高導熱聚合物復合材料成為導熱高分子復合材料的主要發展方向。

目前，降低導熱填料填充量的最常用方法是使用不同填料進行夾雜，使不同形狀的填料之間發揮協同作用以便有效提高填料的利用效率。通常，當添加相同含量的導熱填料時，這種方法往往能有效提高復合材料的熱導率而且對復合材料的力學性能影響較小。

自20世紀30年代，美國杜邦公司將尼龍開發并實現工業化以來，尼龍在各國的市場中始終是最具與競爭力的工程塑料品種之一，廣泛應用于電子設備、耐磨材料、汽車、及工眾多工業領域。但是，與金屬相比，尼龍作為高分子聚合物最大的缺點就是熱導率低，散熱性能差，這在很大程度上限制了其在工業領域的進一步應用。目前，提高聚合物復合材料最常應用的方式就是采用填充法，利用一些高熱導率的填充物來改善高分子材料的導熱性能，不僅相對成本低，而且操作簡單方便，易于實現工業化生產。

有很多文獻報道了將導熱填料填充高分子材料才提高其導熱性能的文獻。例如，趙紅振在04年特種橡膠制品上，以粒徑為20μm的氧化鋁填充導熱硅膠，成功制備除了體系熱導率高達0.9W/m·K的導熱硅膠體系；馬等在2011年Materials?Chemistry?and?Physics上曾采用片狀氮化硼和多壁碳納米協同使用，制備導熱性能良好的環氧樹脂，結果發現1vol%多壁碳納米管的加入即可使氮化硼/聚合物復合材料的熱導率得到極大的提高。因此，在后續的研究中，為了進一步降低導熱復合材料的填充量，學者們多采用不同粒徑，不同形狀的導熱填料復配使用，以獲得綜合性能良好的導熱復合材料，應用價值更高，工業契合度更高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服目前技術的不足之處，提供一種低成本、可根據應用要求控制導電性能，而且易實現大規模工業化生產的高導熱尼龍復合材料及其制備工藝。

本發明解決所述技術問題所采用的技術方案是：

高導熱尼龍復合材料及其制備方法，其特征在于按如下步驟進行，將干燥后的重量百分比為50～20%的聚合物基體，40～70%的無機粒子導熱填料，1～10%的炭基導熱填料，0.5～2%的抗氧劑，1～3%的加工助劑混合后加入高分子材料加工設備熔融混煉，完成造粒。

本發明所述的聚合物基體選自尼龍6、尼龍9、尼龍11、尼龍12、尼龍46、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍1010、尼龍1111、尼龍1212。

所述的無機粒子導熱填料為氧化鎂、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氮化硅一種或幾種；炭基導熱填料為多壁碳納米管，天然石墨片、石墨烯顆粒中的一種或幾種。

且以無機粒子為主要填料，復配以少量的炭基填料。

本發明所述的加工助劑為硬脂酸酰胺、聚乙烯蠟以及液體石蠟中的一種或幾種。

本發明所述的高分子材料加工設備采用單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、雙輥開煉機、密煉機或壓延機。