CN114230921A - 一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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周炳
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Abstract

本发明提供了一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法,其组成按质量百分数配比为:聚丙烯20~55%、低介电玻璃纤维10~30%、相容剂0~5%、无卤阻燃剂10~20%、导热填料剂0~10%、抗氧剂0.2~1%。通过引入低介电玻纤材料保证保证复合材料良好介电性能,同时玻纤为材料提供良好的力学性能、热稳定性;添加碳化硅为导热填料,有效提高材料的导热系数,避免热量在器件中迅速积累;选用高效受阻酚类和硫代醚类复合抗氧剂、相容剂使所获得的样品具有更优异的耐候性能。本发明的玻纤增强聚丙烯材料具有低介电、高导热和优异的阻燃性等特点,满足电容储能壳体、接线盒和精密电子仪器壳体等零件对材料的需求。

Description

一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料改性领域,具体地说涉及种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯基介电复合材料具有比重小、耐腐蚀、易加工成型等优点,因而成为目前热控制领域的理想材料,特别是在电气电子领域。为了顺应微电子集成、组装技术的发展,电子元器件的标准要求越来越小型化、精细化、多功能化,从而对功率输出的要求也急剧增加,这无疑会导致电子设备长时间大量地产热,热量在器件中迅速积累,工作温度快速提高,带来了器件无法及时散热、电子设备寿命、可靠性降低的问题。为了提高电子设备的高温可靠性,达到长时高效正常工作的目的,研制出一种低介电损耗、高导热的新型复合材料是有必要的。
低介电玻纤增强聚丙烯材料具有低介电损耗、强度高、耐热性好、成型收缩小等一系列优点,因此它是许多电容储能壳体、接线盒和精密电子仪器壳体等方面应用的理想选择。但玻纤增强聚丙烯材料属于易燃材料,由于玻纤产生“灯芯”效应,,燃烧速度快,同时释放大量的热,使阻燃性能进一步恶化。聚合物介电复合材料在过去几年中已取得很大进展,但随着微电子领域的发展,对介电复合材料散热和阻燃能力的要求越来越高,因此如何研制出一种能及时散热且具有优异阻燃性的低介电高导热阻燃材料成为重点。
发明内容
本发明目的在于提供一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法,以解决现有技术的上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其组成按质量百分数配比为:
Figure BDA0003440763230000011
Figure BDA0003440763230000021
所述的聚丙烯树脂熔指为10-15g/10min。
所述的玻璃纤维为硅烷偶联剂处理过的无碱低介电短切玻纤,介电常数为3.0-5.0HZ(1MHZ)。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯接枝马来酸酐或乙烯共聚物接枝物马来酸酐中的一种。
所述的导热填料为碳化硅或氮化硅中的一种。
所述的无卤阻燃剂为高效磷系阻燃剂或氮系阻燃剂中的一种。
上述低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)按重量配比称取PP、碳化硅、相容剂、阻燃剂及抗氧剂,并放入高速混合机中,常温下搅拌10~30分钟。
(2)将步骤(1)混合后的物料加入到双螺杆挤出机的主喂料口,将按重量配比称取的玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的侧喂料口,在200~230℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒,即得本发明的低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料。
本发明与现有技术相比,具有如下的有益效果:
(1)本发明采用低介电玻纤材料保证保证复合材料良好介电性能,同时玻纤为材料提供良好的力学性能、热稳定性;
(2)本发明采用碳化硅为导热填料,有效提高材料的导热系数,避免热量在器件中迅速积累,工作温度快速提高;
(3)本发明选用低烟低毒的磷系阻燃剂,起到气相和凝聚相阻燃作用,吸收大量热量,降低燃烧速率和热释放能量。
(4)本发明选用高效受阻酚类和硫代醚类复合抗氧剂使所获得的样品具有更优异的耐候性能。
具体实施方式
下面通过优选的实施例进一步说明本发明的技术方案,在不违反本发明的宗旨下,本发明应不限于以下实验例具体明示的内容。
本发明实施例所用原料:
PP 熔指为10-15g/10min,中石化
低介电玻璃纤维 介电常数3-5HZ(1GHZ),直径为7~20um。
普通玻璃纤维:305K,直径8-18um
相容剂 马来酸酐接枝聚丙烯-H501,华雯有限公司
碳化硅 阿拉丁试剂
磷系阻燃剂 FR8130,星贝达化工有限公司
抗氧剂 受阻酚类1010/硫代醚类1035按1:2比例混合使用,受阻酚类1010/硫代醚类DSTP按1:2比例混合使用,自制。
产品性能测试方法:
拉伸强度:按ISO 527方法,拉伸速度5mm/min。
弯曲强度:按ISO 178方法,试验速度2mm/min。
缺口冲击强度:按ISO 179方法,选用4mm厚试样。
热变形温度:按ISO 75方法,1.8MPa,120℃。
介电测试:将制得的复合材料样片用细砂纸打磨、抛光、测试其厚度,然后在样片两面均匀涂上一厚度适中的导电银胶,并置入鼓风干燥箱烘干(70℃),测试在1GHz下的介电常数。
导热系数测试:本试验采用样品直径为50mm,厚度为3~4mm,测试室温下的热导率值。
阻燃测试:按照UL94标准进行垂直燃烧测试,1.6mm厚度试样。
实施例1-4
按表1中所述实施例1~4的重量百分比称取PP树脂,低介电玻璃纤维,相容剂H501,导热填料碳化硅,阻燃剂以及自制的1010/1035复合抗氧剂。
制备方法:
按重量配比称取PP、碳化硅、相容剂、阻燃剂及抗氧剂,并放入高速混合机中,常温下搅拌10~30分钟。
(2)将步骤(1)混合后的物料加入到双螺杆挤出机的主喂料口,将按重量配比称取的低介电玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的侧喂料口,在200~230℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒,即得本发明的低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料。
对比例1
按表1中所述重量百分比称取PP、普通玻璃纤维305K、相容剂及自制的抗氧剂。
制备方法:
(1)按重量配比称重量百分比称取PP、相容剂及自制的抗氧剂
(2)将步骤(1)混合后的物料加入到双螺杆挤出机的主喂料口,将按重量配比称取的普通玻璃纤维305K加入到双螺杆挤出机的侧喂料口,在200~240℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒,即得本发明的一种低介电、高耐热阻燃玻纤增强聚丙烯材料。
对比例2
按表1中重量百分比称取PP、低介电玻璃纤维305K、相容剂、阻燃剂及自制的抗氧剂。
制备方法:
(1)按重量配比称重量百分比称取PP、相容剂、阻燃剂及自制的抗氧剂
(2)将步骤(1)混合后的物料加入到双螺杆挤出机的主喂料口,将按重量配比称取的普通玻璃纤维305K加入到双螺杆挤出机的侧喂料口,在200~240℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒,即得本发明的一种低介电、高耐热阻燃玻纤增强聚丙烯材料。
采用注塑机制备标准测试试样,测试结果见表1。
表1:性能测试结果
Figure BDA0003440763230000041
Figure BDA0003440763230000051
通过比较实施例1、2、3与对比例1可得知相对普通玻纤增强聚丙烯,低介电玻纤和碳化硅改性聚丙烯具有低介电常数、高导热系数,保证了材料在使用过程中能量的传递和热量的散发,同时提供了优异的力学性能,确保了材料使用强度;通过比较实施例2、3、4与对比例1和2可得知磷系阻燃剂的加入明显提高了材料的阻燃性能,由UL94 HB等级提高到了V0等级。
本发明通过采用低介电玻纤和碳化硅导热填料保证了复合材料良好介电性能,有效提高材料的导热系数,避免热量在器件中迅速积累,同时通过选用低烟低毒的磷系阻燃剂,提高了材料阻燃性能,可广泛应用于电容储能壳体、接线盒和精密电子仪器壳体。

Claims (7)

1.一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:其组成按质量百分数配比为:
Figure FDA0003440763220000011
2.根据权利要求1所述的一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的聚丙烯树脂熔指为10-15g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的玻璃纤维为硅烷偶联剂处理过的无碱低介电短切玻纤,介电常数为3.0-5.0HZ(1MHZ)。
4.根据权利要求1所述的一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯接枝马来酸酐或乙烯共聚物接枝物马来酸酐中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的导热填料为碳化硅或氮化硅中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的无卤阻燃剂为高效磷系阻燃剂或氮系阻燃剂中的一种。
7.权利要求1-6任意之一所述低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)按重量配比称取PP、碳化硅、相容剂、阻燃剂及抗氧剂,并放入高速混合机中,常温下搅拌10~30分钟;
(2)将步骤(1)混合后的物料加入到双螺杆挤出机的主喂料口,将按重量配比称取的玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的侧喂料口,在200~230℃充分塑化混合后挤出、冷却造粒,即得本发明的低介电、高导热阻燃玻纤增强聚丙烯材料。
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