专利名称：一种pp/膨胀石墨导热复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种聚丙烯(PP)/膨胀石墨导热复合材料及其制备方法，涉及需要散热(导热)场合应用，具有导热系数高、机械性能好的优点，属于高分子材料领域。
背景技术：
由于聚合物材料具有来源广泛、成本低廉、易加工成型等优势，使得其得到广泛的应用，但一般聚合物材料均为热的绝缘体，限制了其在电子包装、化工传热等领域的应用。目前，提高聚合物材料的导热性能主要有以下两种方式ー是合成具有高导热系数的本征聚合物，如聚こ炔、聚吡咯等，其导热机理同高分子材料导电机理ー样是通过电子转移来实现热量的传递；ニ是通过添加高导热无机填料对聚合物进行填充制备无机物/聚合物导热复合材料。本征导热高聚物虽然具有良好的导热性能，但是受制于成本、生产エ艺，难以实现规模化，而以无机物填充来提高聚合物的导热系数是ー种行之有效的方法。石墨是ー种天然存在的无机矿物，由于其特殊的原子结构决定了其有很高的导热、导电性能，是ー种理想的导热填料。石墨经氧化、插层、高温膨胀后可得蠕虫状的膨胀石墨，由于其蠕虫状的形貌使得其填充聚合物可得导热系数更高的复合材料，Ye等(Journal of Applied Polymer Science, 2006, Vol. 101, 3806-3810)以经高温后的膨胀石墨为填料填充HDPE，制备了导热系数为I. 59ff/m · K的HDPE/膨胀石墨复合材料，但采用常规的熔融共混法制备聚合物/膨胀石墨及聚合物/石墨导热复合材料具有以下缺点一是膨胀石墨的比表面积很大，难于与聚合物材料进行高填充复合，且制备聚合物/膨胀石墨复合材料吋，要先对酸插层石墨进行高温膨胀后再同聚合物复合，エ艺复杂，成本较高。ニ是非极性的石墨表面不含-0H，-COOH等极性基团，很难采用硅烷、钛酸酯偶联剂等对其进行表明处理，导致石墨粒子在聚合物基体中团聚严重，导热系数低，复合材料机械性能差。陶国良等(中国塑料，2004，Vol. 18，No. 11，32-35)研究以钛酸酷偶联剂表面处理的石墨填充PP复合材料的力学性能，复合材料的冲击强度随石墨含量的增加而迅速下降。
发明内容
本发明针对以上缺陷，g在提供ー种PP/膨胀石墨导热复合材料及其制备方法，其特点是以低温可膨胀石墨为导热填料，可膨胀石墨以挤出过程的热量膨胀、螺杆剪切剥离，膨胀石墨均匀分散于聚丙烯基体中，经过一歩加工成型，制备PP/膨胀石墨导热复合材料。本发明的PP/膨胀石墨导热复合材料的配方组分按质量份数计为
聚丙烯100份
可膨胀石墨6(Γ150份抗氧剂O. 5^2份
加工助剂O. 5^2份
所述的聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯。所述的可膨胀石墨为硝酸氧化、高氯酸插层的低温可膨胀石墨，起始膨胀温度为180 0C "210 0C ο所述的抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为酚类的1010，辅抗氧剂为亚磷酸酯类168。所述的加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、低分子量聚こ烯中的ー种或几种混合物。本发明的另一目的是提供该导热复合材料的制备方法，其步骤如下 (1)将聚丙烯、可膨胀石墨、抗氧剂和加工助剂按一定比例在高速混合机中高速混合3、min,充分混合均勻；
(2)将步骤(I)混合好的物料投入到双螺杆挤出机中原位膨胀复合，螺杆转速20(T300rpm，温度设置为190 240 °C，挤出造粒。本发明与现有的熔融共混制备聚合物/石墨及聚合物/膨胀石墨导热复合材料相比具有以下优点相同填充含量下具有较高的导热系数，较好的力学性能，且エ艺简单，一步成型。
图1(a)为高温膨胀石墨的扫描电镜 图1(b)为双螺杆中原位膨胀石墨的扫描电镜图。图中可以看出原位膨胀石墨的形貌较高温膨胀石墨发生很大变化，呈盘状结构，具有更大的径厚比，更有利于复合材料导热通路的形成。
具体实施例方式为了更好的理解本发明，下面结合实施例进ー步说明本发明。实施例I
将100质量份PP粉料，100质量份可膨胀石墨、O. 5质量份主抗氧剂1010、0. 5质量份辅抗氧剂168及I质量份硬脂酸锌加入到在高速混合机中高速混合3 5min后，投入到双螺杆挤出机膨胀复合，得PP/膨胀石墨复合材料。注射成型标准力学样条和导热测试试样，注射压カ5(T60Mpa，保压2s，模具温度50°C。测试复合材料的导热系数为O. 92ff/m · K，拉伸强度为26. 3Mpa，弯曲强度为37. 9Mpa，缺ロ冲击强度为9. 57kJ/m2。对比例I
将100质量份PP粉料，100质量份石墨、O. 5质量份主抗氧剂1010、0. 5质量份辅抗氧剂168及I质量份硬脂酸锌加入到在高速混合机中高速混合3 5min后，投入到双螺杆挤出机中，在220°C左右挤出造粒，螺杆转速280rpm，得PP/石墨复合材料。注射成型标准力学样条和导热测试试样，注射压カ5(T60Mpa，保压2s，模具温度50°C。测试复合材料的导热系数为O. 84ff/m · K，拉伸强度为25. 5Mpa，弯曲强度为38. 8Mpa，缺ロ冲击强度为6. 02kJ/m2。实施例2
将100质量份PP粉料，120质量份可膨胀石墨、O. 5质量份主抗氧剂1010、0. 5质量份辅抗氧剂168及I质量份硬脂酸钙加入到在高速混合机中高速混合3 5min后，投入到双螺杆挤出机膨胀复合，得PP/膨胀石墨复合材料。注射成型标准力学样条和导热测试试样，注射压カ5(T60Mpa，保压2s，模具温度50°C。测试复合材料的导热系数为I. 29ff/m · K，拉伸强度为24. 8Mpa，弯曲强度为35. 8Mpa，缺ロ冲击强度为8. 52kJ/m2。对比例2
将100质量份PP粉料，120质量份石墨、O. 5质量份主抗氧剂1010、0. 5质量份辅抗氧 剂168及I质量份硬脂酸钙加入到在高速混合机中高速混合3 5min后，投入到双螺杆挤出机中，在220°C左右挤出造粒，螺杆转速280rpm，得PP/石墨复合材料。注射成型标准力学样条和导热测试试样，注射压カ5(T60Mpa，保压2s，模具温度50°C。测试复合材料的导热系数为I. 02ff/m · K，拉伸强度为23. 2Mpa，弯曲强度为35. 7Mpa，缺ロ冲击强度为5. 28 kj/m2。实施例3
将100质量份PP粉料，140质量份可膨胀石墨、O. 5质量份主抗氧剂1010、0. 5质量份辅抗氧剂168及I. 5质量份低分子量聚こ烯加入到在高速混合机中高速混合3 5min后，投入到双螺杆挤出机膨胀复合，得PP/膨胀石墨复合材料。注射成型标准力学样条和导热测试试样，注射压カ7(T90Mpa，保压3s，模具温度50°C。测试复合材料的导热系数为I. 82W/m · K，拉伸强度为23. 5Mpa，弯曲强度为34. IMpa，缺ロ冲击强度为6. 54 kj/m2对比例3
将100质量份PP粉料，140质量份石墨、O. 5质量份主抗氧剂1010、0. 5质量份辅抗氧剂168及I. 5质量份低分子量聚こ烯加入到在高速混合机中高速混合3 5min后，投入到双螺杆挤出机中，在220°C左右挤出造粒，螺杆转速230rpm，得PP/石墨复合材料。注射成型标准力学样条和导热测试试样，注射压カ7(T90Mpa，保压3s，模具温度50°C。测试复合材料的导热系数为I. 37ff/m · K，拉伸强度为22. 6Mpa，弯曲强度为33. 2Mpa，缺ロ冲击强度为
3.74 kj/m2。通过比较本发明的实施例与对比例，在相同的填料填充份数下，采用原位膨胀复合制备的聚合物基导热复合材料较熔融共混制备的聚合物基导热复合材料具有更高的导热系数，且复合材料的冲击性能下降趋势较小，可以满足大部分环境的使用要求。复合材料的拉伸性能按照GB/T1040-1992测试，拉伸速度50mm/min ;悬臂梁缺ロ冲击强度按照GB/T1843-1996测试，摆锤能量为2. 75J ;弯曲强度测试按照GB/T9341-2000测试，下压速度2mm/min,定位移8mm ;导热性能采用瑞典Hotdisk公司的TPS2500S型热常数分析仪测试，测试标准參考IS022007-2-2008。
权利要求
1.ー种PP/膨胀石墨导热复合材料，其特征在于该复合材料的配方组分按质量份数计为 聚丙烯100份 可膨胀石墨6(Γ150份 抗氧剂O. 5^2份 加工助剂O. 5 2份。
2.根据权利要求I所述的导热复合材料，其特征在于所述的聚丙烯为嵌段共聚聚丙烯。
3.根据权利要求I所述的导热复合材料，其特征在于所述的可膨胀石墨为硝酸氧化、高氯酸插层的低温可膨胀石墨，起始膨胀温度为180°C 210°C。
4.根据权利要求I所述的导热复合材料，其特征在于所述的抗氧剂为主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为酚类的1010，辅抗氧剂为亚磷酸酯类168。
5.根据权利要求I所述的导热复合材料，其特征在于所述的加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、低分子量聚こ烯中的ー种或几种混合物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的导热复合材料的制备方法,其特征在于 (1)将聚丙烯、可膨胀石墨、抗氧剂和加工助剂按配比在高速混合机中高速混合3、min,充分混合均勻； (2)将步骤(I)混合好的物料投入到双螺杆挤出机中原位膨胀复合，螺杆转速20(T300rpm，温度设置为190 240 °C，挤出造粒。
全文摘要
本发明涉及一种膨胀石墨填充聚丙烯(PP)导热复合材料及其制备方法，该方法以PP为基体树脂，膨胀石墨为导热填料，将低温可膨胀石墨同PP在双螺杆中原位膨胀、复合，膨胀石墨经螺杆剪切剥离、分散得PP/膨胀石墨导热复合材料。用该法制备的导热复合材料较传统熔融共混制备的PP/膨胀石墨复合材料具有工艺简单、可实现高填充复合的优势，且与PP/石墨复合材料相比，具有导热系数高，力学性能好的优点。
文档编号C09K5/14GK102675806SQ20121019040
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者任凤梅, 周正发, 徐卫兵 申请人:合肥博发新材料科技有限公司