[發明專利]導熱性能優良的碳纖維增強ABS樹脂復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 201410394791.0
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104151768A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 楊斌;王新靈;張媛媛;劉媛;袁角亮
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C08L55/02
• 分類號: C08L55/02;C08L51/00;C08K7/06;C08K3/04;C08K3/34;C08K7/20;C08K3/26;C08K3/30;B29C47/92
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發明屬于碳纖維復合材料技術領域，具體涉及一種導熱性能優良的碳纖維增強熱塑性ABS樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

ABS樹脂是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，它無毒、無味、吸水率低，力學性能、熱性能、耐磨性、抗化學藥品性和染色性良好，成型加工和機械加工性較好，廣泛用于冰箱內襯、電視機外殼、吸塵器、空調器、電話、儀表、計算機、復印機等電子電器工業中。隨著社會發展和工業進步，電子元器件和電子設備越來越向著薄壁、輕量、小型化方面發展，因此對材料的剛性及導熱性的要求越來越高。例如筆記本電腦要做的薄、輕、小，這就要求筆記本外殼材料、CPU材料以及各種集成電路板材料的模量高、剛性大，抵抗外力變形的能力強，才能減小厚度；還要導熱性好，才能改善電腦散熱問題，從而提高電腦的運行速度和穩定性。為了提高ABS樹脂的剛性和導熱性，

高分子材料剛性和散熱性的提高均可采用復合改性方法。為提高ABS樹脂的剛性，往往可以通過玻璃纖維、碳纖維等增強復合的方法，其中增強用的碳纖維主要采用聚丙烯腈基碳纖維，所以這些方法不能夠提高ABS的導熱性。為提高ABS的散熱性(實質是熱導率)，通常采用填充高熱導率的填料粒子，制備填充型導熱復合材料。常用的導熱填料包括一、金屬填料，如銀、銅、鋁、鎂、鎳等粉末；二、無機非金屬填料，如氮化鋁、氮化硼、氧化鎂、碳化硅等氮化物、氧化物、碳化物等；三、具有石墨結構的碳材料，如石墨烯、碳納米管、納米碳纖維及瀝青基碳纖維(文獻1：短纖維/A?B?S樹脂復合材料導電導熱性能研究，化工新型材料，2014，Vol.42，No.4，p103～106)等。但是金屬導熱填料存在密度大、有腐蝕性以及帶來ABS材料力學性能下降等缺點；無機非金屬填料對ABS樹脂導熱性提高并不是很有效果，往往也會使ABS樹脂力學性能下降。而采用碳材料如石墨烯、碳納米管及納米碳纖維等的方法雖然能夠顯著提高ABS樹脂的導熱性，但這些材料價格昂貴，尚不能工業化生產，所涉及的技術更是僅僅停留在實驗室研究階段。文獻1采用ABS樹脂的丙酮溶液浸漬到自制的瀝青基碳纖維中、經過真空抽取溶劑再進行熱壓成型的方法制備了導熱ABS/瀝青碳纖維復合材料，該方法制備工藝復雜，且殘留在材料內部的有機溶劑會導致力學性能下降等危害，工業上完全不可行；此外，還存在不適合制備復雜結構的產品、材料只具有一維及二維導熱性以及力學性能沒有得到提高等問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可同時顯著提高材料的力學性能和導熱性能、原材料成本低、制備工藝簡單的適用于工業化連續生產的導熱性能優良的碳纖維增強ABS樹脂復合材料及制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：一種導熱性能優良的碳纖維增強ABS樹脂復合材料，其特征在于，該復合材料由以下重量份的材料組成：ABS樹脂90份，馬來酸酐接枝ABS10份，碳纖維10～80份，無機填料10～20份，偶聯劑0.5～5份，抗氧劑0.2～1份以及潤滑劑0～3份。

所述的ABS樹脂選自擠出級、注塑級、填充級或阻燃級的粒料或粉料中的一種。

所述的碳纖維的含量為10～80份，當短碳纖維含量小于10份時，無法在ABS樹脂基體內形成完善的導熱通道，所以對ABS樹脂導熱性能的提高不顯著。碳纖維含量越高，ABS樹脂的力學性能和導熱性能越高。但是當短碳纖維的質量百分比過高，其含量大于80份時，對混合設備的磨損嚴重，縮短螺桿的使用壽命。另外，含量過高會使復合材料的熔融粘度高、熔體流動性下降，因而對成型加工帶來不利，尤其不利于薄壁、復雜結構制品的成型。

所述的碳纖維是熱導率大于200W/(mK)，拉伸模量大于700GPa的高性能瀝青基碳纖維。可以選用商品化的系列的K1392U，K13C6U，K13D2U，K63A12或者Cytec系列的P-1002K，P-100S?2K，P-1202K，P-120S?2K等瀝青基碳纖維，也可以是其他的具有相當模量及熱導率的瀝青基碳纖維。

所述的碳纖維是短切碳纖維，平均長度為10μm～2mm。當纖維長度小于10μm時，不利于纖維在ABS樹脂基體內形成連續的熱傳導通路，不能夠有效提高ABS樹脂的熱傳導性能；所以，纖維長度值越大越有利于提高材料的強度、模量以及熱傳導性。但是當纖維長度大于2mm時，將造成復合材料熔融粘度高，流動性差，給后續的制品的成型加工帶來困難，尤其不利于薄壁、復雜結構制品的成型加工。