本发明涉及高分子改性材料技术领域，具体涉及一种导热电磁屏蔽聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的快速发展，聚丙烯塑料广泛应用于电子、通讯元器件和办公用品等多种领域，但是这些元器件运作时会发产生大量的热，如果不及时将这些热量传送出去，元器件的寿命将会大大降低。而这些电子、通讯设备工作时产生的电磁干扰，电磁辐射现象越来越危害人们的日常生活，因此大力发展具有导热和电磁屏蔽的材料势在必行，对导热和电磁屏蔽材料的要求也越来越高。人们对聚丙烯材料的应用提出了更多更高的要求，功能化已经成为高分子材料的一个重要发展方向，导热高分子材料和电磁屏蔽高分子材料也随之进入了人们的研究视野。
到目前为止，导热高分子材料从基础理论到产品开发等各方面都是高分子材料研究的重要内容之一，并且还有很多问题有待解决。以填充型导热材料为例，填充型导热塑料大部分采用物理填充，导热性能不高，机械性能下降严重，导热系数预测理论局限于经验模拟，缺乏导热机理的理论支持。首先对填料进行表面处理以提高其与基体的相容性，使其在基体中能均匀分散；其次考虑多种填料混合填充的方式来提高材料热导率，并寻找出最合适的填料比例；最后采用一定的成型加工工艺，使得能够在较少填料量下，在提高材料热导率同时保证其他性能的稳定，使高分子材料能更有效地替代传统导热材料。以金属氧化物为导热剂的高分子材料不仅可以提高材料的导热性，又能保留材料的绝缘性，价格低廉实惠，并且来源广泛。
电磁屏蔽的功效是切断电磁波的传播途径，从而消除其干扰。它利用屏蔽体对电场和磁场同时加以屏蔽，一般用来对高频电磁场进行屏蔽。用于电磁屏蔽的材料主要为铁磁材料、铁电材料、导电高分子材料、导电涂料等，常用的电磁屏蔽材料以金属为主，一般使用在板材、带材或者涂料形式，这些材料应用广泛但也存在一些不足，例如密度大、施工复杂、成型较难等，因此开发质轻、电磁屏蔽效能好的材料具有很高的使用价值。
技术实现要素：
本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有导热电磁屏蔽功能的聚丙烯复合材料及其制备方法，该导热电磁屏蔽聚丙烯复合材料价廉质轻，力学性能优异，可注塑成型，能够有效屏蔽电磁干扰，且能够快速导走电子通讯元器件产生的热量。
一种具有导热电磁屏蔽功能的聚丙烯复合材料及其制备方法，其特征在于包括以下重量百分比的组份：聚丙烯树脂40％-60％、增韧剂5％-10％、导热剂5％-20％、导电剂10％-25％、抗氧剂0.2％-5％、润滑剂0.5％-1％、相容剂1％-10％。
优选的，所述聚丙烯树脂为聚丙烯或高密度聚乙烯。
进一步的，所述聚丙烯的熔指10-45g/10min。
优选的，所述增韧剂为聚烯烃弹性体、pe、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种。
优选的，所述导热剂为氧化镁、氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或几种以上比例的组合。
优选的，所述导电剂为直径10-40mm的纳米级碳纳米管、粒径10-15mm的纳米级石墨烯、直径2-4mm碳纤维中的一种。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂3114和抗氧剂1098中的一种或几种。
优选的，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、双乙撑硬脂酸酰胺、聚乙烯蜡中的一种或几种。
优选的，所述相容剂为pp-g-mah或pp-g-gma。
优选的，所述导热剂、导电剂的料径为0.1-20微米。
聚丙烯作为工程塑料中的一个重要品种，具有力学强度好，耐热性好，耐化学腐蚀等特点，发明人在实验室过程中发现，在适宜熔融指数的聚丙烯树脂中加入特定大小粒径或直径的碳材料导电剂和导热剂能够构建优异的导热导电网络通路，碳纳米材料导电剂能够和金属氧化物导热剂发生协同作用，大大提高聚丙烯树脂的导热和电磁屏蔽性能。
所述导热电磁屏蔽材料聚丙烯改性材料，其制备方法如下：将聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂先预混合，然后加入抗氧剂和润滑剂，导热剂和导电剂通过侧喂料加入，在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为180-220℃。具体步骤如下：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂，并通过侧喂料加入导电剂、导热剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度180±5℃、二区温度200±5℃、三区温度200±5℃、四区温度200±5℃、五区温度200±5℃，机头温度190±5℃，螺杆主机转速300-350转/分，喂料70-90转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
本发明的有益效果在于：本发明在于适宜的熔融指数的聚丙烯材料中加入适合大小粒径和直径的碳材料导电剂和金属氧化物导热剂构建导电导热网络通路，使碳材料与金属氧化物发生协同作用，大大提高了聚丙烯材料的导热性和电磁屏蔽性能；本发明将导热剂和导电剂通过侧喂料加入，生产设备效率高，便于大规模生产；本发明所制备出的导热电磁屏蔽聚丙烯复合材料具有很高的导热性和电磁屏蔽性能，导热系数在3.0w/m以上，电磁屏蔽效能达到40db以上，力学性能良好，加工性能优异，能够满足电子通讯设备的需要。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方案，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方案仅用以解释本发明，并不限定本发明范围。
实施例1
一种导热电磁屏蔽聚丙烯材料组份及重量百分比为53份的pp树脂，5份的pe，20份的碳化硅，15份粒径10mm的纳米级石墨烯，0.5份的抗氧剂168和1010，1.5份的润滑剂，5份的相容剂。
按下述方法制备所述导热电磁屏蔽材料聚丙烯改性材料：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂，并通过侧喂料加入导电剂、导热剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度181℃、二区温度198℃、三区温度201℃、四区温度197℃、五区温度199℃，机头温度189℃，螺杆主机转速321转/分，喂料74转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
实施例2
一种导热电磁屏蔽聚丙烯材料质量组份配比如下：52份的pp树脂，5份的pe，19份的氧化镁，17份直径20mm的纳米级碳纳米管，0.5份的抗氧剂1010，1.5份的润滑剂，5份的相容剂。
按下述方法制备所述导热电磁屏蔽材料聚丙烯改性材料：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂，并通过侧喂料加入导电剂、导热剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度183℃、二区温度199℃、三区温度203℃、四区温度199℃、五区温度201℃，机头温度190℃，螺杆主机转速330转/分，喂料85转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
实施例3
一种导热电磁屏蔽聚丙烯材料质量组份配比如下：51份的pp树脂，5份的pe，18份的氧化铝，19份直径2mm碳纤维，0.5份的抗氧剂1098，1.5份的润滑剂，5份的相容剂。
按下述方法制备所述导热电磁屏蔽材料聚丙烯改性材料：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂，并通过侧喂料加入导电剂、导热剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度185℃、二区温度201℃、三区温度202℃、四区温度200℃、五区温度203℃，机头温度188℃，螺杆主机转速340转/分，喂料70转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
实施例4
一种导热电磁屏蔽聚丙烯材料质量组份配比如下：50份的pp树脂，5份的pe，17份的氧化锌，21份40mm的纳米级碳纳米管，0.5份的抗氧剂168，1.5份的润滑剂，5份的相容剂。
按下述方法制备所述导热电磁屏蔽材料聚丙烯改性材料：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂，并通过侧喂料加入导电剂、导热剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度177℃、二区温度197℃、三区温度196℃、四区温度198℃、五区温度197℃，机头温度186℃，螺杆主机转速320转/分，喂料78转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
实施例5
一种导热电磁屏蔽聚丙烯材料质量组份配比如下：49份的pp树脂，5份的pe，16份的氮化铝，23份粒径10mm的纳米级石墨烯，0.5份的抗氧剂168和1098，1.5份的润滑剂，5份的相容剂。
按下述方法制备所述导热电磁屏蔽材料聚丙烯改性材料：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂，并通过侧喂料加入导电剂、导热剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度184℃、二区温度204℃、三区温度203℃、四区温度205℃、五区温度202℃，机头温度192℃，螺杆主机转速345转/分，喂料85转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
实施例6
一种导热电磁屏蔽聚丙烯材料质量组份配比如下：48份的pp树脂，5份的pe，15份的氮化硼，25份直径4mm碳纤维，0.5份的抗氧剂168和2334，1.5份的润滑剂，5份的相容剂。
按下述方法制备所述导热电磁屏蔽材料聚丙烯改性材料：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂，并通过侧喂料加入导电剂、导热剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度185℃、二区温度205℃、三区温度204℃、四区温度203℃、五区温度205℃，机头温度195℃，螺杆主机转速349转/分，喂料90转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
对比例1
一种聚丙烯材料质量组份配比如下：68份的pp树脂，5份的pe，20份的氧化镁导热剂，0.5份的抗氧剂168和抗氧剂1010，1.5份的润滑剂，5份的相容剂。
按下述方法制备所述聚丙烯改性材料：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂、导热剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度184℃、二区温度203℃、三区温度205℃、四区温度202℃、五区温度204℃，机头温度192℃，螺杆主机转速350转/分，喂料86转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
对比例2
一种聚丙烯材料质量组份配比如下：73份的pp树脂，5份的pe，15份直径25mm的纳米级碳纳米管导电剂，0.5份的抗氧剂168和抗氧剂1010，1.5份的润滑剂，5份的相容剂。
按下述方法制备所述聚丙烯改性材料：
a、按原料配比称取各原料；
b、将称取好的聚丙烯树脂、增韧剂、相容剂在高速混合机中混合均匀；
c、加入抗氧剂、润滑剂、导电剂，进一步混合均匀；
d、将混好的物料送到双螺杆挤出机挤出，挤出温度为：一区温度179℃、二区温度198℃、三区温度199℃、四区温度196℃、五区温度197℃，机头温度187℃，螺杆主机转速315转/分，喂料76转/分。
e、对挤出物料进行拉条、冷却、风干、切粒、包装得到成品。
产品检测
对上述各实施例和对比例制备的产品进行性能测试。按下列测试标准测试力学性能，将实施例和对比例放鼓风干燥箱在90℃下烘干2小时，除去颗粒表面的水分，然后在注塑机打样。冷却24小时，然后进行测试力学性能。测试标准如下：
(1)拉伸强度标准：iso527，50mm/min；
(2)弯曲强度标准：iso178，2mm/min；
(3)熔融指数标准：iso1133，测试条件230℃，2.16kg；
(4)导热系数标准：gb22588-2008；
(5)电磁屏蔽效能：gb6190-2008；
(6)悬臂梁缺口冲击强度：iso180，4mm，23℃。
检测结果见表1
由表1可知，实施例1-6导热系数均在3.0w/m以上，且电磁屏蔽效能均能达到40db以上。通过实施例1-6和对比例1、对比例2的比较，可知实施例所制备的产品中导热剂和导电剂发生了协同作用，导热性和电磁屏蔽性能均得到有效提高。
本发明的产品具有良好的导热性能和电磁屏蔽性能，可以应用于电子和通讯设备等领域。