CN103602060B

CN103602060B - 导热耐磨绝缘尼龙6复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103602060B
Application number: CN201310541445.6A
Authority: CN
Inventors: 刘引烽; 周海堤; 赵凯凯; 房嫄; 杨小瑞; 李琛骏; 邵红娟; 王尹杰; 孟成铭; 陈晓东
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: CN103602060A

Abstract

本发明涉及一种导热耐磨绝缘尼龙6复合材料及其制备方法，所述的材料由以下重量配比的原料制成：PA6 20‑50%，纤维状导热填料10‑30%，绝缘导热粉A 15‑30%，绝缘导热粉B 5‑10%，导热耐磨粉5‑15%，偶联剂 0.75‑1.5%，相容剂 3‑10%，抗氧剂0.2‑0.5%，润滑剂0.2‑0.5%。本发明采用不同粒径、不同形状、不同长径比的导热填料进行复配，使得填料在塑料基体内分布更均匀，导热网络更易形成。本发明采用低喂料，高剪切的挤出工艺，使挤出机处于“饥饿状态”，以达到填料分散更均匀的效果。本发明添加纤维状导热填料时，使用单螺杆挤出机，对纤维的剪切更小，损伤更小，同时二次过机可使填料分散更加均匀；本发明具有导热效果好、耐磨性能优异和易加工性等特点。

Description

导热耐磨绝缘尼龙6复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导热耐磨绝缘尼龙6复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电路板大规模集成化和微封装技术的迅猛发展，电子元器件体积不断缩小，组装密度越来越高，而功率在不断增大，随之发热量也增大。因此，散热成为电子工业中一个重要问题，拥有优良导热性能的金属、陶瓷及碳材料，由于电绝缘性或加工成型性能较差的限制，已经难以满足现代电子工业的需求。尼龙6具有优越的综合性能，包括机械强度、刚度、韧度、机械减震性和耐磨性。这些特性，再加上良好的电绝缘能力和耐化学性，使尼龙6应用广泛，但其导热率较低，只有0.30 W/m•K，限制了其在散热、导热领域的应用。

针对尼龙导热率低的情况，国内外学者做了大量的研究，现在常用的方法是添加导热填料以达到提高尼龙导热率的目的，但都很难做到导热率、力学性能、电绝缘性能和耐磨性能都很优异，多数只能做到其中一个或两个性能优异。

专利CN1775860A介绍了一种可用于注射成型的导热绝缘塑料，利用大粒径导热填料和小粒径的导热填料的复配，能够得到导热率为3.469 W/m•k，具有一定力学性能和加工性能的导热绝缘塑料。但是其力学性能和耐磨性能都损失较大。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足，提供一种导热耐磨绝缘尼龙6复合材料。

本发明的目的之二在于提供一种该导热耐磨绝缘尼龙6复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种导热耐绝缘磨尼龙6复合材料，其特征在于该复合材料的组成即质量百分含量如下：

PA6 20-50%，

纤维状导热填料 10-30%，

绝缘导热粉A 15-30%，

绝缘导热粉B 5-10%，

导热耐磨粉 5-15%，

偶联剂 0.75-1.5%，

相容剂 3-10%，

抗氧剂 0.2-0.5%，

润滑剂 0.2-0.5%；

以上各组分的质量百分含量之和为100%。

上述的尼龙6的相对粘度为2.40-3.43。

上述的纤维状导热填料为碳纤维。

上述的绝缘导热粉A为碳化硅、氧化镁、氧化铝中的至少一种，粒径在50～100μm。

上述的绝缘导热粉B为氮化硼、氧化镁、氧化铝中的至少一种，粒径在1-10μm。

上述的导热耐磨粉为膨胀石墨、鳞片石墨中的至少一种，粒径在50-200μm。

上述的偶联剂为硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂中的至少一种。

上述的相容剂为CMG9805。

上述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂复配或抗氧剂1010与抗氧剂168复配。

上述的润滑剂为硅酮粉MB-4或TAF。

一种制备上述的导热耐磨绝缘PA6复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a. 将PA6原料烘干；

b. 为绝缘导热粉A、绝缘导热粉B、导热耐磨粉和偶联剂充分混合均匀，得导热填料；

c. 将纤维状导热填料浸泡在偶联剂中30min，取出备用；

d. 将步骤b所得导热填料和PA6、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后，经挤出水冷造粒，主机的频率为35-45Hz，喂料频率为5-11Hz，温度为215-235℃，得到一次造粒料；

e. 将步骤d所得一次造粒料干燥后和步骤c所得纤维状导热填料一起挤出造粒，得到导热耐磨绝缘PA6复合材料。。

本发明优点在于：

1、本方法制备的尼龙6复合材料，体积电阻可以达到10¹²Ω*cm；

2、本方法制备的尼龙6复合材料，保证体积电阻可以达到10¹²Ω*cm的同时，其热导率可达6 W/m•K。

3、本方法制备的尼龙6复合材料，在保证上述2个性能的情况下，尼龙6复合材料的摩擦系数可达到0.13。

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所记载的范围。

实施例1

（1）按重量配比称取原料：PA6：20%，50μm氧化镁 30%，3μm氧化铝 10%，50μm鳞片石墨 10%，碳纤维 25%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述氧化镁，氧化铝，鳞片石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（3）将上述混合均匀的导热填料与PA6、加工助剂、相容剂一起加入到高速混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机主喂料筒中。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为42Hz，喂料频率为7Hz，温度为225℃。

（5）将一次造粒料加入到单螺杆挤出机主喂料筒，与偶联剂处理好的碳纤维一起挤出造粒，得到用于注塑成型的导热绝缘塑料。

实施例2

（（1）按重量配比称取原料：PA6：30%，50μm氧化铝 20%，3μm氮化硼 10%，50μm鳞片石墨 15%，碳纤维 20%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/10100.4%。

（2）将上述氧化铝，氮化硼，鳞片石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为40Hz，喂料频率为9Hz，温度为235℃。

实施例3

（1）按重量配比称取原料：PA6：40%，50μm氧化镁 20%，5μm氧化镁 10%，50μm膨胀石墨 10%，碳纤维 15%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述氧化镁，膨胀石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为40Hz，喂料频率为10Hz，温度为235℃。

实施例4

（1）按重量配比称取原料：PA6：50%，50μm碳化硅 20%，3μm氮化硼 10%，50μm膨胀石墨 5%，碳纤维 10%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，TAF 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述碳化硅，氮化硼，膨胀石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为45Hz，喂料频率为10Hz，温度为215℃。

对比例1

（1）按重量配比称取原料：PA6：40%，50μm氧化镁 20%，5μm氧化镁 10%，50μm膨胀石墨 15%，碳纤维 10%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/1010 0.4%。

对比例2

（4）上述物料与偶联剂处理好的碳纤维一起经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到用于注塑成型的导热绝缘塑料，双螺杆主机的频率为40Hz，喂料频率为10Hz，温度为235℃。

对比例1-2和实施例1-4制备的导热绝缘耐磨PA6的物理性能见下表1。

表1 对比例1-2和实施例1-5制备的导热绝缘耐磨PA6的物理性能

本发明采用特殊的加工工艺与合适的相容剂，改善了PA6与导热填料和导热纤维之间的相容性，优化了合金的加工性能和填料的分散性；该导热耐磨绝缘尼龙6复合材料具有良好的力学性能、耐磨性、绝缘性、高导热及易加工成型等优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种导热绝缘耐磨尼龙6复合材料，其特征在于该复合材料的组成及质量百分含量如下：

PA6 20-50%，

纤维状导热填料 10-30%，

绝缘导热粉A 15-30%，

绝缘导热粉B 5-10%，

导热耐磨粉 5-15%，

偶联剂 0.75-1.5%，

相容剂 3-10%，

抗氧剂 0.2-0.5%，

润滑剂 0.2-0.5%

以上各组分的质量百分含量之和为100%；

所述的尼龙6的相对粘度为2.40-3.43，所述的纤维状导热填料为碳纤维，所述的绝缘导热粉A为碳化硅、氧化镁、氧化铝中的至少一种，粒径在50-100μm，所述的绝缘导热粉B为氮化硼、氧化镁、氧化铝中的至少一种，粒径在1-10μm，所述的导热耐磨粉为膨胀石墨、鳞片石墨中的至少一种，粒径在50-200μm，所述的偶联剂为硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂中的至少一种；所述的抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168复配，所述的润滑剂为硅酮粉MB-4或TAF。

2.根据权利要求1所述的导热绝缘耐磨尼龙6复合材料，其特征在于所述的相容剂为CMG9805。

3.一种根据权利要求1或2所述的导热绝缘耐磨尼龙6复合材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将PA6原料烘干；

b.将绝缘导热粉A、绝缘导热粉B、导热耐磨粉和偶联剂充分混合均匀，得到导热填料；

c.将纤维状导热填料浸泡在偶联剂中30min，取出备用；

d.将步骤b所得导热填料和PA6、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后，经挤出水冷造粒，主机的频率为35~45Hz，喂料频率为5~11Hz，温度为215~235℃，得到一次造粒料；

e.将步骤d所得一次造粒料干燥后和步骤c所得纤维状导热填料一起经单螺杆挤出机挤出造粒，得到导热绝缘耐磨尼龙6复合材料。