专利名称：一种提高导热聚合物导热性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种改进导热聚合物导热性能的制备方法，属于功能高分子材料技术领域。
背景技术：
近年来，利用导热组分对聚合物基体进行填充以制备具有高导热性能的聚合物复合材料已获得越来越广泛的关注。为了制备高导热性能的聚合物材料，很多研究与发明往往采取提高导热组分填充量的制备方法，以达到提高导热性能的目的。专利CN1775860A 公开了一种“注塑成型的导热绝缘塑料”，该发明在PPS、PA、PBT、ABS或PP等热塑性塑料中添加MgO、Al2O3等常用的导热填料，其中塑料基体的质量份为100，导热填料的质量份为 100-700，导热填料在导热材料中所占的质量分数为50-87. 5% ；专利CN101280109A公开了一种“抗静电导热塑料”，该专利公开的方法为在PPS树脂中加入硬度低的硫化锌得到PPS 导热塑料，发明中导热填料的含量高达75wt%时，导热系数不到1. Off/m. K，相对于提高添加量的幅度，导热系数提高较小。此外，添加高含量的导热填料往往会使材料的力学性能下降。专利CN101280108A公开了一种具有高机械强度的导热塑料，该发明在添加高含量导热填料MgO的情况下，同时加入长玻纤来提高材料的机械强度，但该发明没有提及在该体系中如何制备具有更高导热系数的导热塑料。本发明在现有技术基础上，通过特定的制备方法制备出导热聚合物，相比于其他制备方法，其制备出的导热聚合物不但具有高填充高机械性能的特点，而且具有改进的导热性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进导热聚合物导热性能的制备方法，该方法制备的导热聚合物具有良好的力学性能和改进的导热性能。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案 一种提高导热聚合物导热性能的方法，包括以下步骤
(1)准备物料，按以下重量百分含量称取各物料 聚合物基体20-45%
导热填料30-70%
纳米导热填料0. 25-5%
增强组分5-20%
表面改性剂0. 1-0. 5%
其他添加剂1-15 %
其中增强组分与纳米导热填料的重量比例控制在20:1-5:1范围内；上述各组分按重量百分含量计总和为100% ；
(2)将聚合物基体加入到高速混合机中，然后向其中添加导热填料和其他添加剂，继续混合均勻后下料到双螺杆挤出机的主喂料口；
(3)将增强组分加入到高速混合机中，然后向其中添加纳米导热填料和表面改性剂继续混合均勻，使导热填料粘附于增强组分的表面，然后下料到双螺杆挤出机的侧喂料口 ；
(4)各组分原材料经双螺杆挤出机熔融共混后挤出，经过水冷、切粒、过筛、装包，制备导热聚合物。在上述方法中，所述的聚合物基体为聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、聚酰胺 (如 PA10T、PA6T/66、PA6T/6I、PA9T、PA46、PA6、PA66、PA6/66、PA12、PA6/12)、聚酯(如 PBT、 PET、PC)、苯乙烯类聚合物(如ABS、PS )和聚烯烃(如PP、PE )中的一种或一种以上的混合物， 但不仅限于这些塑料基体；
在上述方法中，所述的导热填料的平均粒径为1-50 μ m，包括铝粉、铜粉、铁粉、石墨、氧化铝(A1203)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(A1N)、氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、硫化锌(ZnS)、氢氧化镁(Mg (0H)2)、氢氧化铝(Al (OH)3)、氟化钙(CaF2)等中的一种或几种，但不仅限于这些导热填料；
在上述方法中，所述的纳米导热填料的平均粒径为30-80nm，包括氧化铝(A1203)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(A1N)、氮化硼(BN)等纳米导热填料中的一种，但不仅限于这些纳米导热填料；
在上述方法中，所述的表面改性剂为芳香族磺酸盐、芳香族磺酰胺、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种混合，但不仅限于这些表面改性剂；
在上述方法中，所述的其他添加剂包括阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、抗氧剂中的一种或几种混合。所述阻燃剂包括溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯和溴化聚苯醚树脂、次膦酸盐中的一种；所述的阻燃协效剂包括三氧化锑、硼酸锌、锡酸锌、氧化锌、锑酸钠、勃姆石、聚四氟乙烯中的一种或几种；所述的润滑剂包括褐煤酸衍生物、高分子蜡类、低分子液晶聚合物、 硬脂酸金属皂盐、硬脂酸酰胺、硅酮类化合物中的一种或几种；所述的抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂或硫醇类抗氧剂中的一种或几种。在上述方法中，所述的增强组分为短切玻璃纤维、碳纤维、硅灰石纤维、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、云母、钛酸钾晶须等中的一种或多种，但不仅限于这些增强填料。与现有技术相比，本发明具有如下优点
本发明利用表面改性剂把具有较高导热系数的纳米导热填料粘附于低导热系数的增强组分表面，形成导热增强组分，从而提高其导热能力。当增强组分分散于聚合物基体中时，既能起增强作用，又能起加强传热作用，有利于提高导热聚合物的导热性能。进一步地， 增强组分通过其表面的纳米导热填料与分散在聚合物基体中的导热填料的相互作用，在熔融共混过程中把分散在基体中的导热填料联接在一起，有利于把孤立的导热颗粒连接成导热网络，使得填料组分间更容易形成导通网络，大大地提高材料的导热性能。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚苯硫醚23. 2wt%,氧化镁65wt%，纳米氧化铝0. 5wt%，短切玻璃纤维10wt%，硅烷偶联剂0. 3wt%，褐煤酸蜡0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后将聚苯硫醚加到高速混合机中，向其中添加氧化镁、褐煤酸蜡和抗氧剂，继续混合均勻后下料到双螺杆挤出机的主喂料口 ；同样将玻璃纤维加入到高速混合机中，向其中添加纳米氧化铝和硅烷偶联剂，继续混合均勻后下料到双螺杆挤出机的侧喂料口 ；各组分原材料经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。实施例2
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚苯硫醚22. 7wt%,氧化镁65wt%，纳米氧化铝 lwt%，短切玻璃纤维10wt%，硅烷偶联剂0. 3wt%，褐煤酸蜡0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后按实施例1所述的制备方法制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。实施例3
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚苯硫醚21. 7wt%,氧化镁65wt%，纳米氧化铝 2wt%,短切玻璃纤维10wt%，硅烷偶联剂0. 3wt%，褐煤酸蜡0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后按实施例1所述的制备方法制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。对比例1
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚苯硫醚23. 7wt%,氧化镁65wt%，短切玻璃纤维10wt%，硅烷偶联剂0. 3wt%，褐煤酸蜡0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后将聚苯硫醚加到高速混合机中，向其中添加氧化镁、褐煤酸蜡和抗氧剂，继续混合均勻后下料到双螺杆挤出机的主喂料口 ；同样将玻璃纤维加入到高速混合机中，向其中添加硅烷偶联剂，继续混合均勻后下料到双螺杆挤出机的侧喂料口 ；各组分原材料经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制备得到导热聚合物。该对比例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。对比例2
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚苯硫醚23wt%，氧化镁65wt%，纳米氧化铝 lwt%，短切玻璃纤维10wt%，褐煤酸蜡0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后将聚苯硫醚加到高速混合机中，向其中添加氧化镁、褐煤酸蜡和抗氧剂，继续混合均勻后下料到双螺杆挤出机的主喂料口 ；同样将玻璃纤维加入到高速混合机中，向其中添加纳米氧化铝，继续混合均勻后下料到双螺杆挤出机的侧喂料口 ；各组分原材料经双螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，制备得到导热聚合物。
该对比例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。实施例4
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚苯硫醚31. 7wt%,氧化镁55wt%，纳米氧化铝 2wt%,短切玻璃纤维10wt%，硅烷偶联剂0. 3wt%，褐煤酸蜡0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后按实施例1所述的制备方法制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。对比例3
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚苯硫醚33. 5wt%,氧化镁55wt%，纳米氧化铝0. 2wt%，短切玻璃纤维10wt%，硅烷偶联剂0. 3wt%，褐煤酸蜡0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后按实施例1所述的制备方法制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。对比例4
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚苯硫醚30. 2wt%,氧化镁55wt%，纳米氧化铝 3. 5wt%，短切玻璃纤维10wt%，硅烷偶联剂0. 3wt%，褐煤酸蜡0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后按实施例1所述的制备方法制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。实施例5
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚酰胺PAlOT 42. 5wt%，氮化硼30wt%，纳米氮化铝2wt%，硅灰石纤维15wt%，芳香族磺酰胺0. 5wt%，二乙基次膦酸铝8wt%，锡酸锌lwt%，硅酮母粒0. 5wt%，抗氧剂0. 5wt%。然后按实施例1所述的制备方法制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。对比例5
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚酰胺PAlOT 44. 5wt%,氮化硼30wt%，硅灰石纤维15wt%，芳香族磺酰胺0. 5wt%，二乙基次膦酸铝8wt%，锡酸锌lwt%，硅酮母粒0. 5wt%,抗氧剂 0. 5wt%。然后按对比例1所述的制备方法制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。对比例6
首先，按以下重量百分含量称取各物料聚酰胺PAlOT 43wt%，氮化硼30wt%，纳米氮化铝2wt%，硅灰石纤维15wt%，二乙基次膦酸铝8wt%，锡酸锌lwt%，硅酮母粒0. 5wt%,抗氧剂 0. 5wt%。然后按对比例2所述的制备方法制备得到导热聚合物。该实施例所制备得的导热聚合物的各项测试结果见表1。力学性能采用INSTR0N万能实验测试机测试，购自上海踏石贸易有限公司； 导热系数测试，采用Hot-disk TPS1500型导热仪测量。
表1各实施例及对比例参数测试结果
权利要求
1.一种提高导热聚合物导热性能的方法，其特征在于包括以下步骤(1)准备物料，按以下重量百分含量称取各物料聚合物基体20-45%导热填料30-70%纳米导热填料0. 25-5%增强组分5-20%表面改性剂0. 1-0. 5%其他添加剂1-15 %其中增强组分与纳米导热填料的重量比例控制在20:1-5:1范围内；上述各组分按重量百分含量计总和为100% ；(2)将聚合物基体加入到高速混合机中，然后向其中添加导热填料和其他添加剂，继续混合均勻后下料到双螺杆挤出机的主喂料口；(3)将增强组分加入到高速混合机中，然后向其中添加纳米导热填料和表面改性剂继续混合均勻，使导热填料粘附于增强组分的表面，然后下料到双螺杆挤出机的侧喂料 Π ；(4)各组分原材料经双螺杆挤出机熔融共混后挤出，经过水冷、切粒、过筛、装包，制备导热聚合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的聚合物基体为聚苯硫醚、液晶聚合物、聚酰胺、聚酯、苯乙烯类聚合物和聚烯烃中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的导热填料平均粒径为1-50μ m，包括铝粉、铜粉、铁粉、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅、硫化锌、氢氧化镁、氢氧化铝、氟化钙中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的纳米导热填料平均粒径为30-80nm， 包括氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼中的一种或几种混合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的增强组分为短切玻璃纤维、碳纤维、 硅灰石纤维、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、云母、钛酸钾晶须中的一种或几种混合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的表面改性剂为芳香族磺酸盐、芳香族磺酰胺、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种混合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的其他添加剂包括阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、抗氧剂中的一种或几种混合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述阻燃剂包括溴化聚苯乙烯、聚溴化苯乙烯和溴化聚苯醚树脂、次膦酸盐中的一种；所述的阻燃协效剂包括三氧化锑、硼酸锌、锡酸锌、氧化锌、锑酸钠、勃姆石、聚四氟乙烯中的一种或几种；所述的润滑剂包括褐煤酸衍生物、高分子蜡类、低分子液晶聚合物、硬脂酸金属皂盐、硬脂酸酰胺、硅酮类化合物中的一种或几种；所述的抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂或硫醇类抗氧剂中的一种或几种。
全文摘要
本发明公开了一种提高导热聚合物导热性能的方法，该方法首先将聚合物基体加入到高速混合机中，向其中添加导热填料、其他添加剂继续混合均匀后下料到双螺杆挤出机的主喂料口；同样地，把增强组分与纳米导热填料的比例控制在20:1-5:1范围内，然后将增强组分加入到高速混合机中，向其中添加纳米导热填料、表面改性剂继续混合，使导热填料粘附于增强组分的表面，混合均匀后下料到双螺杆挤出机的侧喂料口；最后各组分原材料经双螺杆挤出机熔融共混后挤出，经过水冷、切粒、过筛、装包等工序，制备得到具有改进导热性能的导热聚合物。通过本发明所述的制备方法制备的导热聚合物不但具有改进的导热性能，而且保持了良好的力学性能。
文档编号C08K7/10GK102558609SQ20111041429
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者叶南飚, 姜苏俊, 庞承焕, 易庆锋, 蒋智强, 蔡彤旻, 陈大华, 麦杰鸿 申请人:上海金发科技发展有限公司, 金发科技股份有限公司