CN108822531A - 高导热耐磨耐高温复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高导热耐磨耐高温复合材料及其制备方法，按照重量份数计算，包括以下原料：尼龙60～80份、有机硅改性聚酯丙烯酸酯10～20份、改性硫酸钙晶须1～3份、氧化镁5～10份、改性石墨烯20～30份、增韧剂4～8份、相容剂0.6～1.8份、润滑剂0.2～0.6份及抗氧化剂0.2～0.6份；所述改性石墨烯主要由石墨烯、庚二酸与偏铝酸钠制备得到，所述改性硫酸钙晶须主要由硫酸钙晶须、硫酸锌与铝酸酯偶联剂制备得到。制备方法：将上述原料分批次混合后进行双螺杆挤出造粒即可。该尼龙复合材料不仅具有非常好的导热效果，还具有耐高温性与耐摩擦性能，其他力学性能也非常优异。

Description

高导热耐磨耐高温复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高导热耐磨耐高温复合材料及其制备方法。

背景技术

尼龙具有良好的机械性能、较好的柔韧性、耐磨性、耐油性、自润滑性等优良的综合性能，被广泛应用于汽车行业、电子电器工业、机械设备、建筑业等领域。由于其具有加工周期短、生产成本低、使用寿命长且产品设计自由度高等优点得到越来越广泛的应用，近几年在导热高分子复合材料方面的应用尤为突出，例如帝斯曼公司生产的大功率LED散热器已得到市场的普遍认可。

导热材料广泛应用于换热工程、电子信息工程等领域。长期以来，大部分导热材料为金属材料，但是由于金属材料的抗腐蚀性能差以及加工性能不佳、产品设计自由度低等诸多因素，限制了其应用范围。

为了提高导热材料的表面抗腐蚀性，通常采用冶金、防腐涂层等手段，但是此方法在很大的程度上降低了材料的导热性能并且材料的其他性能没有得到根本性的改善。近年来，随着导热材料应用范围越来越广泛，对材料的综合性能要求也越来越高。比如不仅要求材料具有优良的导热性能，还要求材料具有良好的机械性能、耐高温使用性能、耐环境腐蚀性能等。

传统的导热复合材料一般以Si3N4、SiN、AlN和BN做为导热填料，但因其本身的导热率低，故需在高的添加量下才能取得较高的导热系数，然而这必然会降低高分子材料本身的其他性能。

发明内容

本发明提出一种高导热耐磨耐高温复合材料，该尼龙复合材料不仅具有非常好的导热效果，还具有耐高温性与耐摩擦性能，其他力学性能也非常优异。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高导热耐磨耐高温复合材料，按照重量份数计算，包括以下原料：

尼龙60～80份、有机硅改性聚酯丙烯酸酯10～20份、改性硫酸钙晶须1～3份、氧化镁5～10份、改性石墨烯20～30份、增韧剂4～8份、相容剂0.6～1.8份、润滑剂0.2～0.6份及抗氧化剂0.2～0.6份；所述改性石墨烯主要由石墨烯、庚二酸与偏铝酸钠制备得到，所述改性硫酸钙晶须主要由硫酸钙晶须、硫酸锌与铝酸酯偶联剂制备得到。

优选地，所述改性石墨烯的制备方法包括可以下步骤：

1)将石墨烯加入到庚二酸的醇溶液中进行超声分散，得到羧基化石墨烯的醇分散液；

2)向羧基化石墨烯的醇分散液中加入偏铝酸钠，再进行搅拌反应，反应结束后离心过滤，得到过滤物；

3)将过滤物在氮气氛围条件下，以1～5℃/min的升温速率升温至400～600℃，并保温1～3h，即可。

优选地，所述石墨烯与所述庚二酸的质量之比为1:2～6，所述石墨烯与所述偏铝酸钠的质量之比为1:3～7。

优选地，所述醇溶液为乙醇溶液、丙醇溶液或者丁醇溶液。

优选地，所述改性硫酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：

将硫酸钙晶须与硫酸锌加入到丙酮中，进行超声分散，得到分散液，将分散液升温至70～80℃，然后加入铝酸酯偶联剂进行超声震荡混合改性，反应结束后干燥即可；所述硫酸钙晶须与所述硫酸锌的质量之比为10～15:1，所述硫酸钙晶须与所述铝酸酯偶联剂的质量之比为12～18:1。

优选地，所述增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。

优选地，所述相容剂选自为苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝聚苯醚中的至少一种。

优选地，所述抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。

优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中至少一种。

本发明的另一个目的提供一种高导热耐磨耐高温复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按照配比称取尼龙60～80份、有机硅改性聚酯丙烯酸酯10～20份、氧化镁5～10份、改性石墨烯20～30份、增韧剂4～8份、相容剂0.6～1.8份、润滑剂0.2～0.6份及抗氧化剂0.2～0.6份备用；

2)将尼龙、增韧剂、氧化镁与改性石墨烯混合搅拌均匀，然后加入到双螺杆挤出机中，在250～270℃条件下进行挤出造粒，得到导热尼龙母粒；

3)将步骤2)的导热尼龙母粒进行干燥，然后再与有机硅改性聚酯丙烯酸酯、相容剂、抗氧化剂、改性硫酸钙晶须与润滑剂混合搅拌均匀，得到混合物料；

4)将步骤3)的混合物料加入到双螺杆挤出机中，在260～280℃条件下进行挤出造粒，即可。

本发明的有益效果：

1、本发明选择有机硅改性聚酯丙烯酸酯作为补强树脂，是一种高分子三维交联化合物，涂膜呈刚性，导热系数较小，耐高温性好，防水抗渗性优异，附着力强，但耐低温柔性差。其与尼龙配合，改善尼龙的结构，它们之间形成更多的三维网状结构，方便了氧化镁与改性石墨烯在其中分散，大大提高了其导热系数与力学性能。

2、本发明通过选择主要由石墨烯、庚二酸与偏铝酸钠制备得到的改性石墨烯，可以很均匀地分散到基体树脂中，使得改性石墨烯与尼龙之间的界面粘接力变强，相容性高，并且很好地包覆在尼龙粒子的表面，形成较好的导热通道。本发明采用主要硫酸钙晶须、硫酸锌与铝酸酯偶联剂制备得到的改性硫酸钙晶须，提高了晶须与尼龙的相容性，从而提高了复合材料的耐磨性能。

具体实施方式

实施例1

改性石墨烯的制备方法包括可以下步骤：

1)将石墨烯加入到庚二酸的乙醇溶液中进行超声分散，得到羧基化石墨烯的醇分散液；

2)向羧基化石墨烯的醇分散液中加入偏铝酸钠，再进行搅拌反应，反应结束后离心过滤，得到过滤物；

3)将过滤物在氮气氛围条件下，以1℃/min的升温速率升温至400℃，并保温3h，即可。石墨烯与庚二酸的质量之比为1:6，石墨烯与偏铝酸钠的质量之比为1:3。

改性硫酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：

将硫酸钙晶须与硫酸锌加入到丙酮中，进行超声分散，得到分散液，将分散液升温至70℃，然后加入铝酸酯偶联剂进行超声震荡混合改性，反应结束后干燥即可；所述硫酸钙晶须与所述硫酸锌的质量之比为10:1，所述硫酸钙晶须与所述铝酸酯偶联剂的质量之比为18:1。

实施例2

改性石墨烯的制备方法包括可以下步骤：

1)将石墨烯加入到庚二酸的丙醇溶液中进行超声分散，得到羧基化石墨烯的醇分散液；

2)向羧基化石墨烯的醇分散液中加入偏铝酸钠，再进行搅拌反应，反应结束后离心过滤，得到过滤物；

3)将过滤物在氮气氛围条件下，以5℃/min的升温速率升温至600℃，并保温1h，即可。石墨烯与庚二酸的质量之比为1:2，石墨烯与偏铝酸钠的质量之比为1:7。

改性硫酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：

将硫酸钙晶须与硫酸锌加入到丙酮中，进行超声分散，得到分散液，将分散液升温至80℃，然后加入铝酸酯偶联剂进行超声震荡混合改性，反应结束后干燥即可；所述硫酸钙晶须与所述硫酸锌的质量之比为15:1，所述硫酸钙晶须与所述铝酸酯偶联剂的质量之比为12:1。

实施例3

一种高导热耐磨耐高温复合材料，按照重量份数计算，包括以下原料：

尼龙70份、有机硅改性聚酯丙烯酸酯14份、实施例1的改性硫酸钙晶须2份、氧化镁7份、实施例1的改性石墨烯24份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物6份、苯乙烯-马来酸酐共聚物1.2份、聚乙烯蜡0.4份及受阻酚类抗氧化剂0.4份。

高导热耐磨耐高温复合材料的制备方法：

1)将尼龙、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、氧化镁与实施例1的改性石墨烯混合搅拌均匀，然后加入到双螺杆挤出机中，在260℃条件下进行挤出造粒，得到导热尼龙母粒；

2)将步骤1)的导热尼龙母粒进行干燥，然后再与有机硅改性聚酯丙烯酸酯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、受阻酚类抗氧化剂、实施例1的改性硫酸钙晶须与聚乙烯蜡混合搅拌均匀，得到混合物料；

3)将步骤2)的混合物料加入到双螺杆挤出机中，在270℃条件下进行挤出造粒，即可。

实施例4

一种高导热耐磨耐高温复合材料，按照重量份数计算，包括以下原料：

尼龙60份、有机硅改性聚酯丙烯酸酯20份、实施例1的改性硫酸钙晶须1份、氧化镁5份、实施例2的改性石墨烯20份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物8份、马来酸酐接枝聚苯醚0.6份、乙撑双硬脂酰胺0.2份及硫代酯类抗氧化剂0.2份。

高导热耐磨耐高温复合材料的制备方法：

1)将尼龙、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物、氧化镁与实施例2的改性石墨烯混合搅拌均匀，然后加入到双螺杆挤出机中，在250℃条件下进行挤出造粒，得到导热尼龙母粒；

2)将步骤1)的导热尼龙母粒进行干燥，然后再与有机硅改性聚酯丙烯酸酯、马来酸酐接枝聚苯醚、硫代酯类抗氧化剂、实施例1的改性硫酸钙晶须与乙撑双硬脂酰胺混合搅拌均匀，得到混合物料；

3)将步骤2)的混合物料加入到双螺杆挤出机中，在260℃条件下进行挤出造粒，即可。

实施例5

一种高导热耐磨耐高温复合材料，按照重量份数计算，包括以下原料：

尼龙80份、有机硅改性聚酯丙烯酸酯10份、实施例2的改性硫酸钙晶须3份、氧化镁10份、实施例1的改性石墨烯30份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物4份、苯乙烯-马来酸酐共聚物1.8份、硬脂酸锌0.6份及亚磷酸酯类抗氧化剂0.6份。

高导热耐磨耐高温复合材料的制备方法：

1)将尼龙、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、氧化镁与实施例1的改性石墨烯混合搅拌均匀，然后加入到双螺杆挤出机中，在270℃条件下进行挤出造粒，得到导热尼龙母粒；

2)将步骤1)的导热尼龙母粒进行干燥，然后再与有机硅改性聚酯丙烯酸酯、苯乙烯-马来酸酐共聚物、亚磷酸酯类抗氧化剂、实施例2的改性硫酸钙晶须与硬脂酸锌混合搅拌均匀，得到混合物料；

3)将步骤2)的混合物料加入到双螺杆挤出机中，在280℃条件下进行挤出造粒，即可。

试验例

将实施例3-5的高导热耐磨耐高温复合材料进行性能测试，结果见表1。

表1实施例3-5的高导热耐磨耐高温复合材料性能测试结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，按照重量份数计算，包括以下原料：

尼龙60～80份、有机硅改性聚酯丙烯酸酯10～20份、改性硫酸钙晶须1～3份、氧化镁5～10份、改性石墨烯20～30份、增韧剂4～8份、相容剂0.6～1.8份、润滑剂0.2～0.6份及抗氧化剂0.2～0.6份；所述改性石墨烯主要由石墨烯、庚二酸与偏铝酸钠制备得到，所述改性硫酸钙晶须主要由硫酸钙晶须、硫酸锌与铝酸酯偶联剂制备得到。

2.根据权利要求1所述的高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，所述改性石墨烯的制备方法包括可以下步骤：

1)将石墨烯加入到庚二酸的醇溶液中进行超声分散，得到羧基化石墨烯的醇分散液；

2)向羧基化石墨烯的醇分散液中加入偏铝酸钠，再进行搅拌反应，反应结束后离心过滤，得到过滤物；

3)将过滤物在氮气氛围条件下，以1～5℃/min的升温速率升温至400～600℃，并保温1～3h，即可。

3.根据权利要求2所述的高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，所述石墨烯与所述庚二酸的质量之比为1:2～6，所述石墨烯与所述偏铝酸钠的质量之比为1:3～7。

4.根据权利要求2所述的高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，所述醇溶液为乙醇溶液、丙醇溶液或者丁醇溶液。

5.根据权利要求1所述的高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，所述改性硫酸钙晶须的制备方法，包括以下步骤：

将硫酸钙晶须与硫酸锌加入到丙酮中，进行超声分散，得到分散液，将分散液升温至70～80℃，然后加入铝酸酯偶联剂进行超声震荡混合改性，反应结束后干燥即可；所述硫酸钙晶须与所述硫酸锌的质量之比为10～15:1，所述硫酸钙晶须与所述铝酸酯偶联剂的质量之比为12～18:1。

6.根据权利要求1所述的高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，所述增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，所述相容剂选自为苯乙烯-马来酸酐共聚物、马来酸酐接枝聚苯醚中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的高导热耐磨耐高温复合材料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、乙撑双硬脂酰胺、接枝乙撑双硬脂酰胺中至少一种。

10.如权利要求1所述的高导热耐磨耐高温复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照配比称取尼龙60～80份、有机硅改性聚酯丙烯酸酯10～20份、氧化镁5～10份、改性石墨烯20～30份、增韧剂4～8份、相容剂0.6～1.8份、润滑剂0.2～0.6份及抗氧化剂0.2～0.6份备用；

2)将尼龙、增韧剂、氧化镁与改性石墨烯混合搅拌均匀，然后加入到双螺杆挤出机中，在250～270℃条件下进行挤出造粒，得到导热尼龙母粒；

3)将步骤2)的导热尼龙母粒进行干燥，然后再与有机硅改性聚酯丙烯酸酯、相容剂、抗氧化剂、改性硫酸钙晶须与润滑剂混合搅拌均匀，得到混合物料；

4)将步骤3)的混合物料加入到双螺杆挤出机中，在260～280℃条件下进行挤出造粒，即可。