CN104403315A - 一种耐高温高导热pps/ppo/pa合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高耐温导热PPS/PPO/PA合金及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该PPS/PPO/PA合金由PPS、PPO、PA、增韧相容剂、导热剂、碳纤维、抗氧剂和加工助剂组成。所述PPS/PPO/PA合金的制备方法是先对导热剂主成分进行偶联处理，再与其他原料(除碳纤维)一同进行搅拌混合，加入到双螺杆挤出机(共分10区)的1区，在10区加入经过表面处理后制粒的碳纤维，挤出造粒、干燥、注塑，得到产品。本发明的耐高温高导热PPS/PPO/PA合金不仅导热系数高，还具有高强度高冲击、良好加工性能等特点。

Description

一种耐高温高导热PPS/PPO/PA合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种耐高温高导热PPS/PPO/PA合金及其制备方法和应用。

背景技术

金属材料为传统概念上的导电、导热材料，但随着高分子科学技术的进步，高分子材料也成为导电、导热领域的新角色，它颠覆了传统高分子材料绝缘隔热的概念。导电高分子材料是近几年研究的一个热点，导热高分子材料也随着应用领域的不断扩大逐渐被人们重视，如换热工程、电磁屏蔽、电子电气、摩擦材料等。近些年来蓬勃发展的信息产业，对高分子材料的性能提出了新的要求，尤其为导热塑料的发展提供了发展空间，导热塑料在电脑配件上的应用将改善电脑的散热问题并提高其运行速度和稳定性，如CPU、笔记本外壳和各种集成电路板，这些材料都要求导热绝缘。

高分子材料绝缘好，但作为导热材料，纯的高分子材料一般是不能胜任的，因为高分子材料大多是热的不良导体，其导热系数仅为0.2-0.3W/m·K。而导热材料在各领域的应用，对其导热系数都有其特定的要求。如机械方面的应用为1.3-2W/m·K，电子领域的应用为2-4W/m·K，所以要拓展其在导热领域的应用，必须对高分子材料进行改性。

传统导热材料已经无法满足工业的要求，而且具有比重高、制造成本高、安全性能低、设计自由度受限制等弊端，随着科学技术的发展，对导热材料提出了更高的要求，这就极大地促进了人们对导热材料的研究，特别是导热塑料的研究。导热塑料具有设计自由、产品比重较低、生产效率高、无需任何后续加工过程、低成本以及更加环保等优势。导热塑料的改性，比较传统的方法是添加导热系数比较高的导热材料，如金属材料和碳素材料，通过改性之后塑料复合材料的导热系数可达1-30W/m·K，比如陶瓷纤维/粒子(氮化硼、氮化铝、氧化铝)，金属纤维/粒子(铝、铁、铜、银)以及镍涂覆的玻璃纤维。

PPS树脂改性后短期的热变形温度高达250℃，长期使用温度为200-240℃，是热塑性塑料中热稳定程度最高的树脂之一；PPS在200℃以下不溶于任何已知的溶剂，具有高强度、高刚性，并且在高温条件下刚性降低很小，具有出色的耐疲劳性能和抗蠕变性能。但是PPS拉伸强度、弯曲强度等在工程塑料中属中等水平，伸长率和冲击强度却比较低，现有的技术利用高填充来提高PPS的导热性能，进一步降低了PPS的物理性能，严重限制了PPS的应用。

聚苯硫醚(PPS)，是一种新型高性能热塑性树脂，具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性、难燃、热稳定性好、电性能优良等优点。在电子、汽车、机械及化工领域均有广泛应用，PPO常用的是由2，6-二甲基苯酚合成的聚苯醚，具有优良的综合性能，最大的特点是在长期负荷下，具有优良的尺寸稳定性和突出的电绝缘性，使用温度范围广，可在－127～121℃范围内长期使用。具有优良的耐水、耐蒸汽性能，制品具较高的拉伸强度和抗冲强度，抗蠕变性也好。此外，有较好的耐磨性和电性能，由于它本身的性能为牛顿流体，一般需经过改性，才能应用，锦纶(PA)是聚酰胺纤维的商品名称，又称耐纶(Nylon)。英文名称Polyamide(简称PA)，其基本组成物质是通过酰胺键—[NHCO]—连接起来的脂肪族聚酰胺，由于它具有优异的加工性能和电性能，一直都得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于对PPS进行改进，提供一种新的耐高温高导热PPS/PPO/PA合金材料。

本发明的另一目的是提供上述耐高温高导热PPS/PPO/PA合金材料的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种耐高温高导热PPS/PPO/PA合金材料，由以下原料按重量百分比组成：

上述耐高温高导热PPS/PPO/PA合金，增韧相容剂优选为环氧树脂。环氧树脂含有高活性的环氧基团，可以与PPO的端羟基、PPS的含氯末端芳基发生反应，从而可以提高PPS和PPO树脂的相容性，而适量的PA可以提高组合物的流动性，便于加工。

上述耐高温高导热PPS/PPO/PA合金，导热剂通过氧化镁和石墨复配获得，其中按重量份计，各组分含量为：

氧化镁：65-80；

石墨：20-35；

偶联剂：0.5-1。

上述耐高温高导热PPS/PPO/PA合金，碳纤维优选为沥青基碳纤维，碳含量≥95％。尤其是直径为6.8微米，纤维平均长度为3.2毫米，密度为1.74g/cm³，导热系数为600W/m·K的碳纤维短纤。

碳纤维最好经过表面处理，并用粘合剂将其制成粒子，这样便于加工，同时增加碳纤维与PPS/PPO/PA合金的相互作用力。

上述耐高温高导热.PPS/PPO/PA合金，抗氧剂优选为受阻酚类抗氧剂1010作为主抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂168作为协效抗氧剂。加工助剂可为复合热稳定剂，该类热稳定剂是以盐基类或金属皂类为基础的液体或固体复合物。

一种耐高温高导热.PPS/PPO/PA合金的制备方法，步骤如下：

(1)将氧化镁和石墨复配好后加入到高速混合机中，加入偶联剂(优选硅烷偶联剂)，混合均匀，制成导热剂，备用；

(2)将PPS、PPO、PA、增韧相容剂、导热剂、抗氧剂以及加工助剂加入到高速混合机中混合均匀；

(3)将步骤(2)中混合均匀的物料以及碳纤维粒子在双螺杆挤出机中进行挤出造粒；其中，挤出机可分为10个区，螺杆组合为能获得最大导热性能和最好分散性能的最佳组合，步骤(2)所得混合物从一区加入，碳纤维粒子在5区加入；

(4)将挤出造粒之后的粒子进行充分干燥，然后进行注塑，得到产品。

优选的，对碳纤维进行表面处理：通过在高温下将烷烃、碳化物等热解后沉积到碳纤维表面形成膜状或晶须，增加碳纤维的比表面积，改善其与基体的界面结合；在碳纤维经过表面处理后将其制成粒子；

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的耐高温高导热.PPS/PPO/PA合金采用高导热系数的导热介质氧化镁、石墨进行复配，加入环氧树脂增韧相容、碳纤维增强、PPO共混，获得高导热系数的同时，还具有高强度高冲击、良好加工性能等特点。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步说明，实施例不对本发明构成任何形式的限制。

按照表1中的各实施例的原料配方方案按重量分数进行称量，对导热剂进行预处理，将导热剂按不同比例加入到高速混合机中，进行硅烷偶联剂处理，混合均匀，备用；将碳纤维短纤进行表面处理，并用粘合剂制成均匀粒子；将PPS、PPO、PA、增韧相容剂、导热剂以及其他助剂加入到高速混合机中混合均匀；将混匀之后的物料在双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出机分为10个区，螺杆组合为能获得最大导热性能和最好分散性能的最佳组合，PPS、PPO、增韧相容剂、导热剂、抗氧剂及加工助剂从一区加入，碳纤维在5区加入；挤出造粒之后的粒子进行重新干燥之后，进行注塑，制备出测试导热性能和力学性能的样板或样条。各实施例的测试标准及测试结果如表2所示。

表1 各实施例所用原料及比例

物料名称	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						PPS	50	29.5	31.5	29	30
PPO	6	9	9	11	15
						PA	5	5	5	5	10
环氧树脂	5	5	8	8	8
						导热剂	23	30	25	25	15
碳纤维	10	20	20	20	20
						抗氧剂	0.3	0.3	0.3	0.5	0.5
加工助剂	0.7	1.2	1.2	1.5	1.5

表2 各实施例所得产品性能测试结果

综合表2可以看出，本发明的PPS/PPO/PA合金具有高耐热、高导热的特点，而且成本适中，是一种综合性能优良，性价比高的合金。以上实施例为本发明较佳的实施方案，凡依本发明技术方案所作出的改变，所产生的功能作用未能超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐高温高导热PPS/PPO/PA合金，其特征在于由以下原料按重量百分比组成：

2.根据权利要求1所述耐高温高导热PPS/PPO/PA/PA合金，其特征在于增韧相容剂为环氧树脂。

3.根据权利要求1所述耐高温高导热PPS/PPO/PA/PA合金，其特征在于导热剂通过氧化镁和石墨经偶联复配制得，其中按重量份计，各组分含量为：

氧化镁：65-80；

石墨：20-35；

偶联剂：0.5-1。

4.根据权利要求1所述耐高温高导热PPS/PPO/PA合金，其特征在于碳纤维为沥青基碳纤维，碳含量≥95％。

5.根据权利要求4所述耐高温高导热.PPS/PPO/PA合金，其特征在于碳纤维经过表面处理，并用粘合剂将其制成粒子。

6.根据权利要求1所述耐高温高导热.PPS/PPO/PA合金，其特征在于抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168。

7.根据权利要求1所述的耐高温耐热PPS/PPO/PA合金，其特征在于加工助剂为复合热稳定剂，所述复合热稳定剂是以盐基类或金属皂类为基础的液体或固体复合物。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的耐高温高导热.PPS/PPO/PA合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将氧化镁和石墨复配好后加入到高速混合机中，加入偶联剂，混合均匀，制成导热剂，备用；

(2)将PPS、PPO、PA、增韧相容剂、导热剂、抗氧剂以及加工助剂加入到高速混合机中混合均匀；

(3)将步骤(2)中混合均匀的物料以及碳纤维在双螺杆挤出机中进行挤出造粒；

(4)将挤出造粒之后的粒子进行充分干燥，然后进行注塑，得到产品。

9.根据权利要求8所述的耐高温高导热.PPS/PPO/PA合金的制备方法，其特征在于，所述碳纤维经过以下处理：通过在高温下将烷烃、碳化物等热解后沉积到碳纤维表面形成膜状或晶须，增加碳纤维的比表面积，改善其与基体的界面结合，从而进行表面处理；在碳纤维经过表面处理后将其制成粒子。