CN110698836B - 一种用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于塑包铝用途的高强度聚碳酸酯复合材料，其由以下原料制备而成：聚碳酸酯树脂、复合辅助树脂预混料、复合导热增强填料、氮化硼、表面处理的玻璃微珠、有机改性纳米硅藻土微球以及助剂。本发明所制备的复合材料不仅具有优异的力学性能，而且具有高导热性、高阻燃、高热稳定性等优点，适合用于塑包铝尤其是照明领域塑包铝器件的要求。

Description

一种用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚碳酸酯复合材料领域，具体涉及具有高散热性、高力学强度的聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯(Polycarbonate)具有高韧性、高强度等物理特点以及高耐热性、绝缘性性能，是一种在照明领域尤其是LED照明领域广泛应用的工程塑料，然而纯的聚碳酸酯材料导热性能差，不能应用于高导热的照明领域。

现有技术中，照明材料的散热问题是困扰行业的一大难题。灯具制品材料中，铝的导热性能较好，塑料绝缘性比较好，但导热性能较差，二者结合则可以各取所长，因此出现了塑包铝复合材料，外层采用导热塑料，内层使用铝材。但是，塑料的导热性能不够优良时，会影响塑料寿命甚至变脆开裂，暴露内部导电铝件，造成安全隐患。

为了改善聚碳酸酯的性能，通常做法是在树脂基体中添加增强填料、导热填料等改性剂。例如添加金属化合物、石墨、氮化硼等。CN 106189165公开了一种高导热绝缘六方氮化硼/聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下骤：将六方氮化硼与蒸馏水加入到反应器中，然后滴加阳离子聚甲基丙烯酰胺溶液，并搅拌反应，经微孔滤膜抽滤后，将固体残留物干燥，得到阳离子聚甲基丙烯酰胺改性的六方氮化硼，将其与聚碳酸酯在转矩流变仪中熔融共混，最后得到高导热绝缘六方氮化硼/聚碳酸酯复合材料。

尽管该发明申请通过对氮化硼进行改性实现了热导率的一定提高，最高可达0.73W/(m·K)，提高效果并不显著；且需要高的填充量(20％)才能实现，无法实现较低填充量下的较高热导率，而且改性氮化硼的高含量也增加了材料成本。

另外一种改性方式是采用复合树脂，例如PC/ABS复合材料，具有高抗冲击强度，热变形温度较高，热稳定性好，降低了高低温冲击开裂的可能。但是PC/ABS复合材料仍然存在低温韧性不足、力学强度不够以及导热性不好的缺陷。

CN 105542424 A公开了一种LED灯罩用阻燃高透光耐候聚碳酸酯复合材料及制备方法，由原料聚碳酸酯、共聚有机硅氧烷微球、有机化纳米蒙脱土、耐候剂和相容剂制备而成。但是所制得的LED灯罩尽管具有高透光性、高阻燃优点，但是力学性能与导热性、热稳定性性能不足，不利于广泛应用。

CN 107955150公开了一种有机合成型阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法，将二氧化硅通过有机反应与碳酸酯单体形成交联，然后通过聚合反应，将二氧化硅有效的分散到聚合物基体中，有效的降低了团聚，提高了成品材料的稳定性强度。但是该发明制备的材料尽管具有很好的防火阻燃性能，但是缺乏优良的热力学性能，不能用于塑包铝制件。

因此，现有技术中缺乏适用于塑包铝用途的、导热性能和力学性能优异的聚碳酸酯复合材料。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明首要目的在于提供一种可用于塑包铝行业的热导率高、机械强度优良且绝缘性能优良的聚碳酸酯复合材料制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法得到的聚碳酸酯复合材料及在塑包铝行业中的用途；该复合材料在具有高强度力学性能的基础上，还具有优良的导热性、热稳定性等特性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明一个方面，提供一种用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料，其由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯树脂60-70份、复合辅助树脂预混料30-40份、复合导热增强填料25-35份、氮化硼10-20份、表面处理的玻璃微珠2-3份、有机改性纳米硅藻土微球1-3份，以及助剂0-2份。

其中，所述复合辅助树脂包括聚酰胺树脂、聚苯基硫醚、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

其中，所述助剂选自阻燃剂、抗氧化剂、稳定剂、润滑剂、相容剂、增韧剂中的一种或多种。

本发明另一个方面，还提供所述用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料的制备方法，具体步骤如下：

1)制备复合辅助树脂预混料原料；

2)配制复合导热增强填料，其中，按重量比计，所述复合导热增强填料包括改性扁平玻璃纤维和预处理的碳纤维，二者质量比为1:2-3；

3)制备有机改性纳米硅藻土微球及表面处理的玻璃微珠；

4)将制备原料各组分按重量份比例称好待用：聚碳酸酯树脂60-70份、复合辅助树脂预混料30-40份、复合导热增强填料25-35重量份、氮化硼10-20份、表面处理的玻璃微珠2-3份、有机改性纳米硅藻土微球1-3份，以及助剂0-2份；

5)将干燥后的聚碳酸酯树脂、复合辅助树脂预混料加入到高速混合机中进行初步混合3-5min，得到树脂预混料；

6)将除复合导热增强填料之外的其余原料加入到高速混合机中，继续高速混合5-10min，得到基料混合物；

7)将基料混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗，将复合导热增强填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，在240-280℃的温度范围内熔融挤出，经冷却、造粒、干燥，得到所述的用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料。

其中，示例性地，双螺杆挤出机喂料段温度为240℃-260℃，塑化剪切段温度为260℃-280℃，机头温度为270℃-280℃，螺杆转速为100-200r/min，切料机转速为120r/min-150r/min；物料停留时间2-4min。

其中，将上述步骤7)得到的粒子在120℃烘干2-6小时。

本发明中，所述复合辅助树脂预混料制备过程如下：

(1)按照重量份比例称取各树脂基体原料：聚酰胺树脂100份、聚苯基硫醚60-80份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20-40份，并在90-120℃下真空干燥6-12h；

(2)配制干燥后的助剂组分：氮化硼粉末20-30份、碳化硅粉末10-20份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物3-8份、聚四氟乙烯粉5-10份、表面处理的玻璃微珠15-25份、纳米蒙脱土5-10份、润滑剂0.1-2份及氨基硅烷偶联剂0.5-2份；

其中，聚酰胺树脂选自聚酰胺-6或聚酰胺-66(优选特性粘度2-2.5dL/g)；氨基硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

(3)将上述树脂基体原料及助剂组分原料放入高速混合机里面进行混合5-20min，使其混合均匀；

(4)将混合后的混合料加入单螺杆或双螺杆挤出机中，于230～280℃下进行熔融挤出，经冷却、切粒、干燥、粉碎过筛等后处理即得复合辅助树脂预混料。

其中，优选粉碎后过200目筛；示例性地，双螺杆挤出机的加工条件如下：物料停留时间为2-3分钟；第一至第三区域的温度为230-240℃，第四至第六区域的温度为250-260℃，第七至第八区域的温度为270-280℃；挤出模口温度为270-280℃；螺杆转速为150-250rpm。

本发明中，所述氮化硼的粒度为50-200nm，优选100-200nm；密度为2～2.5g/cm³；BET比表面积为12～15m²/g。

本发明中，所述碳化硅的粉末粒度为15-50nm。

本发明所述复合导热增强填料中，所述碳纤维长度为100-1000μm，优选100-500μm，更优选采用高热导率(例如具有100-500W/(mK)热导率)的商售产品。

其中，碳纤维的预处理方法如下：

1)将氨基硅烷硅烷偶联剂(例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷)溶于95％的乙醇溶液中，得到硅烷偶联剂分散溶液(质量分数为10-15wt％)；

2)将硅烷偶联剂溶液均匀喷涂到碳纤维材料中，风干干燥后，置于5-10wt％马来酸酐接枝聚合物(例如，马来酸酐接枝POE、接枝聚丙烯、接枝聚苯乙烯或接枝聚乙烯)的二甲苯溶液中加热浸渍30-60min，浸渍处理后取出，100-120℃烘干干燥，冷却备用。

本发明中，所述复合导热增强填料中，所述扁平玻纤为无碱扁平短切玻璃纤维；优选地，其具有200-600μm长度，20-30μm宽度，3-5μm厚度。

其中，改性的扁平玻璃纤维制备过程如下：

配置异氰酸酯基丙基三烷氧基硅烷-乙醇溶液，使得异氰酸酯基丙基三烷氧基硅烷含量5-20wt％；将所得硅烷偶联剂的乙醇溶液对玻纤进行均匀喷涂，其中玻纤与异氰酸酯基丙基三烷氧基硅烷的重量比为10:1-2；最后将处理过的玻纤置于干燥箱中，90℃烘干去除溶剂，获得表面处理的扁平玻璃纤维。

优选地，所述异氰酸酯基丙基三烷氧基硅烷选自异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷或异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(IPTS)。

本发明中，所述玻璃微珠为经过含环氧基团或氨基官能团的硅烷偶联剂进行表面处理的玻璃微珠；玻璃微珠的粒度为700-1000目。

其中，所述表面处理的玻璃微珠制备过程如下：

将硅烷偶联剂与丁酮混合，搅拌得到3-5wt％的偶联剂溶液，加入适量玻璃微珠搅拌均匀，浸渍3-6h，然后过滤，于真空烘箱中真空干燥除去溶剂，从而得到硅烷偶联剂表面处理的玻璃微珠。

其中，所述硅烷偶联剂优选自3-氨丙基三乙氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷。

本发明中，所述有机改性纳米硅藻土微球制备过程如下：

1)将20-50nm的纳米硅藻土与体积分数50-70％的乙醇(优选比例为1g:1-2mL)于反应釜中充分搅拌混合，缓慢滴加盐酸溶液直至pH值2-3，加热至50-60℃缓慢搅拌酸化处理3-6h，过滤干燥得到酸化处理的纳米硅藻土；

2)按质量份数，将10份酸化处理的纳米硅藻土与2-3份氨基硅烷偶联剂(例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷)置于50-60份的无水乙醇中进行室温搅拌6-12h，然后过滤，洗涤干燥后用去离子水配制成10-20wt％的浆液，加入1-3份疏水改性剂(优选十六烷基三甲基溴化铵)，水浴加热至60-75℃搅拌1-2h，处理完毕后抽滤，去离子水洗涤，充分烘干干燥，得到有机改性纳米硅藻土微球。

该步骤中进行硅藻土层间疏水改性处理，可以降低硅藻土分子层间的表面能，提高疏水性，进而增加与聚合树脂分子之间的相容性。

本发明所述助剂中，抗氧化剂可以选自酚类抗氧剂(如2,8-二叔丁基-4-甲基苯酚)，双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇或三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。

本发明所述助剂中，所述的阻燃剂还可以为含卤阻燃剂。

本发明所述助剂中，所述润滑剂可以选自硅油、硬脂酸钙、季戊四醇硬脂酸酯、硅酮粉等。

本发明中，所述聚碳酸酯树脂为市售的双酚A型聚碳酸酯产品，优选分子量2W-6W，密度为1.18-1.23g/cm³，以及熔融指数为14-16的聚碳酸酯粉体产品。

本发明所述助剂均可选择本领域常用的那些，可由本领域技术人员具体选择。

其中，阻燃剂优选自任意质量比例的纳米氢氧化铝和纳米氢氧化镁复合物，例如1:1。

本发明第三个方面，提供上述制备方法得到的聚碳酸酯复合材料及其在塑包铝领域的用途，即用作包裹铝材的导热塑料制件，例如可以用于制造对导热性、力学强度要求较高的LED照明灯具制件等。

本发明有益的技术效果包括但不限于如下几个方面。

1)本发明复配复合辅助树脂预混料和改性无机填料对聚碳酸酯进行掺杂改性，采用复合导热增强填料增强聚碳酸酯树脂机械性能。采用硅藻土层间疏水改性处理，不仅可以对聚碳酸酯树脂起到增强、增韧的效果，还可以降低硅藻土分子层间的表面能，提高疏水性，进而增加与聚合树脂分子之间的相容性。

同时，针对辅助树脂，采用了聚氨酯树脂、PPS塑料(聚苯硫醚)及少量ABS进行预混合的方式。聚氨酯树脂机械性能优良；聚苯硫醚特点是耐高温、阻燃性和优越的机械性能，介电常数很小，是优良的电绝缘材料，化学稳定性高，采用聚氨酯树脂、ABS树脂复合，并采用增强填料，可以克服材料韧性较差，冲击强度较低等缺陷。

本发明利用上述三种材料的特性将其进行适当比例结合，同时添加改性的无机填料，改善树脂基体与填料间的相容性，得到的复合材料可以很好地补充聚碳酸酯的性质缺陷，从而制备得到具有良好的导热性能、机械性能等优良综合性能的材料，适用于塑包铝部件的制造。

2)本发明中，通过改性玻纤和碳纤维的混合而得到复合导热增强填料，兼具导热、增强效果，通过改性克服了与树脂基体的界面相容性差的问题，在未对氮化硼进行改性且含有低含量氮化硼的基础上，使得复合材料的热导率、绝缘性、耐热性显著提高，满足了对塑包铝制件散热性的高要求。

3)本发明采用二步挤出法，先进行部分原料(辅助树脂预混料)的熔融挤出，解决了部分填料混合不均的问题，而且解决了不同树脂材料与填料之间的粘性差异的问题，避免了玻璃微珠、硅藻土无机纳米颗粒等改性填料一次性加入带来的分散均匀度不高问题，优化了制备工艺，有利于提升复合材料的整体性能。

具体实施方式

下面通过具体的制备例和实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

制备例1

制备复合辅助树脂预混料

(1)按照重量份比例称取各树脂基体原料如下：

聚酰胺树脂100份、聚苯基硫醚70份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物30份，在110℃下真空干燥6h；

配制干燥后的助剂组分如下：

氮化硼粉末25份、碳化硅粉末15份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物4份、聚四氟乙烯粉5份、表面处理的玻璃微珠20份、纳米蒙脱土6份、硬脂酸钙1份及γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂1.5份；其中，聚酰胺树脂选自聚酰胺-6(特性粘度2.2-2.5dL/g)；所述氮化硼的粒度分布为100-120nm，密度为2.3g/cm³，BET比表面积为14m²/g；碳化硅的粉末粒度为20-30nm。

(2)将上述树脂基体原料及助剂组分原料放入高速混合机里进行混合10min，使其混合均匀；

(3)将混合后的混合料加入双螺杆挤出机中，于230-280℃下进行熔融挤出，经冷却、切粒、干燥、粉碎、过200目筛处理即得复合辅助树脂预混料。

其中，双螺杆挤出机的加工参数如下：物料停留时间为3分钟；第一至第三区域的温度为230℃，第四至第六区域的温度为250-260℃，第七至第八区域的温度为270-280℃；挤出模口温度为270℃；螺杆转速为150rpm。

制备例2

制备有机改性纳米硅藻土微球

(1)将30-50nm的洁净纳米硅藻土10g与体积分数70％的乙醇(用量比例为1g:2mL)于反应釜中充分搅拌混合，缓慢滴加2M盐酸溶液直至pH值为2，加热至50℃缓慢搅拌酸化处理4h，过滤干燥得到酸化处理的纳米硅藻土；

(2)将上述酸化处理的纳米硅藻土与3g氨基硅烷偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷置于55g的无水乙醇中进行室温搅拌6h，然后过滤，洗涤，干燥后用去离子水配制成20wt％的浆液，加入2g疏水改性剂十六烷基三甲基溴化铵，水浴加热至75℃搅拌1h，处理完毕后抽滤，去离子水洗涤，充分烘干干燥，得到分子层间疏水改性的纳米硅藻土微球。

制备例3

制备表面改性的扁平玻璃纤维

配置异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷-乙醇溶液，使得异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷含量为10wt％；将所得硅烷偶联剂的乙醇溶液对扁平玻纤(无碱扁平短切玻璃纤维，其具有200-300μm长度，20-25μm宽度，3-4μm厚度)进行均匀喷涂，其中扁平玻纤与异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷-乙醇溶液的重量比为1:1；将喷涂处理过的玻纤置于干燥箱中，90℃烘干6h去除溶剂，获得表面处理的扁平玻璃纤维。

制备例4

制备表面处理的玻璃微珠

将3-氨丙基三甲氧基硅烷溶于丁酮，搅拌得到4.5wt％的偶联剂溶液90g，加入20g的玻璃微珠(粒度为800目)搅拌均匀，浸渍处理6h，然后过滤，于真空烘箱中真空干燥除去溶剂，得到硅烷偶联剂表面处理的玻璃微珠。

制备例5

制备预处理的碳纤维

(1)将硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶于95％的乙醇溶液中，得到硅烷偶联剂分散溶液(质量分数为15wt％)；

(2)将硅烷偶联剂溶液均匀喷涂到碳纤维材料(本实施例及以下实施例所用碳纤维为沥青基碳纤维，长度分布300-500μm，热导率460W/(mK)，拉伸模量780GPa)表面，风干干燥后，置于10wt％马来酸酐接聚丙烯枝聚合物的二甲苯溶液中，油浴加热至125-130℃浸渍30min，浸渍处理后过滤取出，洗涤后110℃烘干干燥3h，冷却备用。

实施例1

制备用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料1

1)将上述制备例制备的复合辅助树脂预混料原料烘干干燥，待用；

2)配制复合导热增强填料，其中，按重量比计，所述复合导热增强填料由上述制备例制备的改性扁平玻璃纤维和预处理的碳纤维组成，二者质量比为1:2；

3)将上述制备例制备的有机改性纳米硅藻土微球及表面处理的玻璃微珠干燥待用；

4)按如下重量份比例配制制备原料各组分：

聚碳酸酯树脂(双酚A型聚碳酸酯，平均分子量4W，密度为1.2g/cm³，弯曲模量2.6GPa)70份、复合辅助树脂预混料30份、复合导热增强填料25重量份、氮化硼15份、表面处理的玻璃微珠2份、有机改性纳米硅藻土微球2份，以及等重量比的氢氧化镁/氢氧化铝复合纳米粉末0.5份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.2份、季戊四醇硬脂酸酯0.3份；

5)将干燥后的聚碳酸酯树脂、复合辅助树脂预混料加入到高速混合机中进行初步混合5min，得到树脂预混料；

6)将除复合导热增强填料之外的其余原料加入到高速混合机中，继续高速混合10min，得到基料混合物；

7)将基料混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗，将复合导热增强填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，熔融挤出，经冷却、造粒，将造粒得到的粒子在120℃烘干4小时，得到所述的用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料。

其中，双螺杆挤出机喂料段温度为240℃，塑化剪切段温度为260℃，机头温度为270℃，螺杆转速为150r/min，切料机转速为120r/min；物料停留时间3min。

实施例2

制备高强度聚碳酸酯复合材料2

1)将上述制备例制备的复合辅助树脂预混料原料烘干干燥，待用；

2)配制复合导热增强填料，其中，按重量比计，所述复合导热增强填料由上述制备例制备的改性扁平玻璃纤维和预处理的碳纤维组成，二者质量比为1:3；

3)将上述制备例制备的有机改性纳米硅藻土微球及表面处理的玻璃微珠干燥待用；

4)按如下重量份比例配制制备原料各组分：

聚碳酸酯树脂(同上述实施例)65份、复合辅助树脂预混料40份、复合导热增强填料30重量份、氮化硼20份、表面处理的玻璃微珠2份、有机改性纳米硅藻土微球3份，以及等重量比的氢氧化镁/氢氧化铝复合纳米粉末0.5份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.2份、季戊四醇硬脂酸酯0.3份；

5)将干燥后的聚碳酸酯树脂、复合辅助树脂预混料加入到高速混合机中进行初步混合5min，得到树脂预混料；

6)将除复合导热增强填料之外的其余原料加入到高速混合机中，继续高速混合10min，得到基料混合物；

7)将基料混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗，将复合导热增强填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，将物料熔融挤出，经冷却、造粒，将造粒得到的粒子在120℃烘干4小时，得到所述的用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料。

其中，双螺杆挤出机喂料段温度为250℃，塑化剪切段温度为265℃，机头温度280℃，螺杆转速为160r/min；物料停留时间4min。

对比例1

制备聚碳酸酯复合材料

1)该步骤同实施例1；

2)将实施例1中的复合增强填料用改性扁平玻璃纤维代替(不含碳纤维组分)；

3)将实施例1中的有机改性纳米硅藻土微球及表面处理的玻璃微珠用未做处理的纳米硅藻土及未表面处理的玻璃微珠原料代替；

4)除复合导热增强填料、有机改性纳米硅藻土微球及表面处理的玻璃微珠等组分被代替之外，其余组分及用量同实施例1；具体如下：

聚碳酸酯树脂70份、复合辅助树脂预混料30份、改性扁平玻璃纤维25重量份、氮化硼15份、未处理的玻璃微珠2份、未改性的纳米硅藻土微球2份，以及等重量比的氢氧化镁/氢氧化铝复合纳米粉末0.5份、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.2份、季戊四醇硬脂酸酯0.3份；

步骤5)-7)与实施例1相同，得到聚碳酸酯复合材料记为D1。

对比例2

除了将复合辅助树脂预混料用等重的复合辅助树脂基料(即除树脂原料外不含任何其他填料；按重量份比例计，聚酰胺树脂100份：聚苯基硫醚70份：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物30份)代替之外，其余组分及操作与对比例1相同，得到聚碳酸酯复合材料记为D2。

对比例3

除了将复合辅助树脂预混料用等重的聚酰胺树脂原料代替之外，其余组分及操作与对比例1相同，得到聚碳酸酯复合材料记为D3。

效果实施例

测试方法：将所得粒料在注塑机注塑温度270℃，注射压力125MPa的条件下进行注塑。

拉伸强度按GB/T 1040-2006标准测试，拉伸速率50mm/min。弯曲性能按GB9341-2008标准测试，压缩速率2mm/min。缺口冲击强度按GB/T 1843-2008标准测试。热变形温度按GB/T1634.2-2004标准。断裂伸长率按GB/T1040.2-2006标准。阻燃性测试标准为UL94-2006。导热系数(热导率)：将粒子注塑为直径×厚度为12×2mm的圆片，使用激光导热仪测试25℃时的导热系数。具体结果见下表1。

表1用于塑包铝的聚碳酸酯复合材料性能

由表中可以看出，本发明实施例所制得的复合材料具有优良的机械性能、导热性能、阻燃性以及较高的热变形温度，适用于电气设备领域制件用途，特别是对力学和耐热性有较高要求的的塑包铝制件。

由对比例和实施例对比数据可见，将复合辅助树脂制成树脂预混料，再与聚碳酸酯混合后二次熔融挤出，可以显著提升树脂之间的混合和分散效果，进而大大提高复合材料的综合性能。

从对比例中可以看出，填料的改性处理也对复合材料的最终性能具有一定影响。对比例中由于采用没有表面改性处理的填料，使得填料助剂与树脂界面之间的结合性差，分散性差，进而导致复合材料机械强度、散热性能大幅下降。

另外，将实施例1材料制备成0.8mm厚的灯壳进行冷热循环试验(试验条件为：-40℃环境下15min、120℃环境下15min为一个冷热循环，温度即时切换)。结果表明，实施例2产品经1800个循环无开裂现象，而对比例2产品经600个循环即产生开裂现象。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备复合辅助树脂预混料原料；

其中，所述复合辅助树脂包括聚酰胺树脂、聚苯基硫醚、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；

其中，所述复合辅助树脂预混料通过如下步骤制备：(1)按照以下重量份比例称取树脂基体原料：聚酰胺树脂100份、聚苯基硫醚60-80份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20-40份，并在90-120℃下真空干燥6-12h；(2)按照以下重量份配制助剂组分：氮化硼粉末20-30份、碳化硅粉末10-20份、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物3-8份、聚四氟乙烯粉5-10份、表面处理的玻璃微珠15-25份、纳米蒙脱土5-10份、润滑剂0.1-2份及氨基硅烷偶联剂0.5-2份；其中，聚酰胺树脂选自聚酰胺-6或聚酰胺-66，氨基硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷；(3)将上述树脂基体原料及干燥后的助剂组分放入高速混合机里面进行混合5-20min，使其混合均匀；(4)将混合后的混合料加入单螺杆或双螺杆挤出机的料斗中，于230-280℃下进行熔融挤出，经冷却、切粒、干燥、粉碎过筛处理后即得复合辅助树脂预混料；

2)配制复合导热增强填料；其中，所述复合导热增强填料包括改性扁平玻璃纤维和预处理碳纤维，按重量比计，改性扁平玻璃纤维和预处理碳纤维质量比为1:2-3；

其中，所述预处理碳纤维通过如下方法制备：(1)将氨基硅烷硅烷偶联剂溶于体积分数95％的乙醇溶液中，得到硅烷偶联剂分散溶液；(2)将硅烷偶联剂溶液均匀喷涂到碳纤维材料中，风干干燥后，置于5-10wt％马来酸酐接枝聚合物的二甲苯溶液中，加热浸渍处理30-60min后取出，于100-120℃烘干干燥，冷却备用；其中，所采用碳纤维长度为100-1000μm；

其中，所述改性的扁平玻璃纤维制备过程如下：配置异氰酸酯基丙基三烷氧基硅烷-乙醇溶液，使得异氰酸酯基丙基三烷氧基硅烷含量5-20wt％；将所得硅烷偶联剂的乙醇溶液对玻纤进行均匀喷涂，其中玻纤与异氰酸酯基丙基三烷氧基硅烷的重量比为10:1-2；最后将处理过的玻纤置于干燥箱中，烘干去除溶剂，从而获得表面处理的扁平玻璃纤维；其中，所述异氰酸酯基丙基三烷氧基硅烷选自异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷或异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷；

3)制备有机改性纳米硅藻土微球及表面处理的玻璃微珠；

其中，所述有机改性纳米硅藻土微球制备过程如下：(1)将纳米硅藻土与体积分数50-70％的乙醇于反应釜中充分搅拌混合，缓慢滴加盐酸溶液直至pH值2-3，加热至50-60℃缓慢搅拌酸化处理3-6h，过滤干燥得到酸化处理的纳米硅藻土；(2)按质量份数，将10份上述酸化处理后的纳米硅藻土与2-3份氨基硅烷偶联剂加入50-60份的无水乙醇中，室温下进行搅拌一段时间；然后过滤，洗涤干燥后用去离子水配制成10-20wt％的浆液，加入1-3份疏水改性剂，水浴加热至60-75℃，搅拌1-2h，完毕后抽滤，去离子水洗涤，充分烘干干燥，得到有机改性纳米硅藻土微球；

其中，所述表面处理的玻璃微珠制备过程如下：将硅烷偶联剂与丁酮混合，搅拌得到3-5wt％的偶联剂溶液，加入适量玻璃微珠搅拌均匀，浸渍3-6h，然后过滤，于真空烘箱中真空干燥除去溶剂，从而得到表面处理的玻璃微珠；

4)将原料各组分干燥并按以下重量份称量备用：

聚碳酸酯树脂60-70份、复合辅助树脂预混料30-40份、复合导热增强填料25-35重量份、氮化硼10-20份、表面处理的玻璃微珠2-3份、有机改性纳米硅藻土微球1-3份，以及助剂0-2份；

5)将干燥后的聚碳酸酯树脂以及复合辅助树脂预混料加入到高速混合机中进行初步混合3-5min，得到树脂预混料；

6)将复合导热增强填料之外的其余原料加入到含有树脂预混料的高速混合机中，继续高速混合5-10min，得到基料混合物；

7)将基料混合物投入到双螺杆挤出机的加料斗，将复合导热增强填料从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，在240-280℃的温度范围内熔融挤出，经冷却、造粒、干燥，从而得到所述的用于塑包铝的高强度聚碳酸酯复合材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述助剂选自阻燃剂、抗氧化剂、稳定剂、润滑剂、相容剂、增韧剂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的工艺参数为：喂料段温度240℃-260℃，塑化剪切段温度260℃-280℃，机头温度270℃-280℃，螺杆转速为100-200r/min，物料停留时间2-4min。

4.一种高强度聚碳酸酯复合材料，其特征在于，由权利要求1-3任一项所述制备方法得到。

5.权利要求4所述高强度聚碳酸酯复合材料在塑包铝制件中的应用，其特征在于，用作包裹铝材的导热塑料。