[發(fā)明專利]一種石墨烯改性的導(dǎo)熱絕緣尼龍6材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710903144.1
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107641319A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜其焱;蔣士鵬;郭永新
• 申請（專利權(quán)）人: 金旸（廈門）新材料科技有限公司
• 主分類號: C08L77/02
• 分類號: C08L77/02;C08L1/02;C08K13/04;C08K7/14;C08K7/10;C08K3/04;C08K3/08;C08K3/28;C08K3/34;C09K5/14
• 代理公司: 昆明合眾智信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所53113
• 代理人: 張璽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種尼龍復(fù)合材料，具體涉及一種石墨烯改性的導(dǎo)熱絕緣尼龍6材料及其制備方法。

技術(shù)背景

近些年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大功率電子、電氣產(chǎn)品得到快速發(fā)展，出現(xiàn)越來越多的由于產(chǎn)品發(fā)熱，導(dǎo)致產(chǎn)品功效降低，使用壽命縮短等問題。有資料表明，電子元器件溫度每升高2℃，其可靠性下降10％；50℃時(shí)的壽命只有25℃時(shí)的1/6。

尼龍6是一種性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，較好的電性能以及耐磨，耐油、耐溶劑等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車，電子電器，機(jī)械等領(lǐng)域，特別是在LED照明領(lǐng)域。但是尼龍6是熱的絕緣體，長時(shí)間使用，容易導(dǎo)致材料溫度升高，對LED燈壽命產(chǎn)生影響。目前通常采用高添加量的導(dǎo)熱填料例如氧化鋁，氮化硅等對尼龍6進(jìn)行導(dǎo)熱改性，但這同時(shí)會(huì)損失尼龍的其他性能，例如力學(xué)性以及耐久性。

石墨烯目前是世上最薄(0.335nm)卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，可見光吸收率僅為2.3％，石墨烯的電子導(dǎo)電性良好，常溫下其電子遷移率高于15000cm²/V.s，而電阻率僅為10^-6Ω.cm，為目前世上電阻率最小的材料。石墨烯是由sp2雜化碳原子緊密排列形成，具有獨(dú)特的二維周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)單元中所存在的穩(wěn)定碳六元環(huán)賦予其優(yōu)異的熱性能，被認(rèn)為是優(yōu)秀的熱控材料。在尼龍中加入石墨烯可以極大的提高熱傳導(dǎo)性，以石墨烯為填料的高導(dǎo)熱塑料能夠滿足熱管理、電子工業(yè)中高密度、高集成度組裝發(fā)展的要求。但是尼龍?zhí)砑邮┖螅葘?dǎo)電又導(dǎo)熱的性能，限制了該材料在需要絕緣環(huán)境下的使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種導(dǎo)熱性能優(yōu)異，加工成型簡單，而且具備絕緣特性的石墨烯改性的導(dǎo)熱絕緣尼龍6材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種石墨烯改性的導(dǎo)熱絕緣尼龍6材料，包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：

高流動(dòng)性尼龍6為37～75.5％；玻璃纖維5～15％；玄武巖纖維粉1～5％；磺化石墨烯5～10％；納米鉬粉1～3％；陶瓷粉體10～20％；納米纖維素0.5～2％；硝酸鉛1～6％；加工助劑1～2％。

其中，所述的磺化石墨烯的尺寸為400nm～3μm，厚度1～30nm，所述磺化石墨烯中C和S的摩爾比為10:1～5:1；

其中，所述高流動(dòng)性尼龍的相對粘度為1.8～4.0dl/g；

其中，所述陶瓷粉體為氮化鋁、氮化硅、四硼化鎢中的一種或其組合；

其中，所述的納米鉬粉粒徑為300nm～700nm；

其中，所述的加工助劑為抗氧劑、成核劑、潤滑劑中的一種或其組合；

一種石墨烯改性的導(dǎo)熱絕緣尼龍材料的制備方法，包括以下步驟：

1)按上述的配方稱取各種原料，

2)將高流動(dòng)尼龍6樹脂于70℃-80℃的溫度下干燥1-2小時(shí)，然后與其他所有原料混合均勻；

3)將混好的原料置于擠出機(jī)的下料斗中，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出造粒，即可獲得石墨烯改性的導(dǎo)熱絕緣尼龍材料。

進(jìn)一步的，上述雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出造粒的工藝參數(shù)為：一區(qū)溫度190-195℃，二區(qū)溫度225-230℃，三區(qū)溫度230-235℃，四區(qū)溫度225-230℃，五區(qū)溫度220-225℃，六區(qū)溫度205-210℃，七區(qū)溫度210-215℃，八區(qū)溫度210-215℃，九區(qū)溫度220-225℃，模頭溫度220-225℃；主機(jī)的轉(zhuǎn)速為250-270r/min，喂料的轉(zhuǎn)速為65-75r/min。

本發(fā)明的有益效果是：1)本發(fā)明通過復(fù)配納米鉬粉、磺化石墨烯、陶瓷粉體等成分，大幅度提高了尼龍6的導(dǎo)熱性能；

2)配方中的納米纖維素可以與磺化石墨烯相互作用，促進(jìn)磺化石墨烯的分散，且可最大程度地維持磺化石墨烯的納米尺寸，使石墨烯盡可能地以＜5層的結(jié)構(gòu)分散在尼龍6樹脂中；

3)配方中的玻璃纖維和玄武巖纖維可以提高材料的力學(xué)性能；

4)配方中的硝酸鉛可以有效地提高尼龍6材料的熱穩(wěn)定性；

5)利用陶瓷粉末限制導(dǎo)電通路，使尼龍6材料在具備高導(dǎo)熱的同時(shí)又具備絕緣性能，體積電阻達(dá)到10¹⁴數(shù)量級，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到4.0W/m·K以上。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的闡述。

一種石墨烯改性的導(dǎo)熱絕緣尼龍6材料，包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分：