一种导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的制备方法及产品与流程

本发明涉及功能性弹性体材料技术领域，具体涉及一种导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的制备方法及产品。

【背景技术】

随着电子技术的发展，电子科技产品愈发倾向轻量化和高性能化。电子产品在使用过程中会产生振动并释放热量，如果不能及时地将热量排出，将严重影响电子元器件的使用寿命。

传统的导热橡胶材料虽然具有高弹性、高导热性和绝缘性等诸多特性，但由于橡胶材料本身加工成型方法单一，且存在成型后难以重复使用等问题，从而在很大程度上限制了其在电子产品上的应用。

导热型热塑性硫化橡胶材料，可以在保持导热性和高弹性的同时，又具有良好的加工成型性能以及可重复加工等特性，因而具有广阔的应用前景和商业价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种导热型热塑性硫化橡胶材料的制备方法及产品，其特点在于不但可提高弹性体材料的导热性能，还可使其具有良好的加工性能和可重复使用性。

发明的技术原理是：利用热塑性硫化橡胶(tpv)弹性体中树脂相为连续相、橡胶相为分散相的结构特点，通过在树脂相中加入一定量的改性导热填料，在tpv弹性体中形成导热网链，进而提高tpv弹性体的导热性能。

基于上述技术原理，本发明的实施方式提供了一种导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的制备方法，包含如下步骤：

(1)使用偶联剂对导热填料进行表面修饰并干燥，得到改性导热填料；

(2)将所述改性导热填料与基体树脂混合，经熔融共混、挤出、造粒并干燥，得到导热树脂粒料；

(3)将所述导热树脂粒料与橡胶、硫化体系混合，进行动态硫化反应并挤出造粒，得到导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料。

优选地，所述导热填料为碳纳米管、石墨烯、石墨、炭黑、碳化硅、碳化硼、碳化铬、碳化钨、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氧化铍、氧化铝、氧化锌、铜、银、金、铝和镍中的至少一种。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种。

优选地，所述偶联剂的用量为所述导热填料的1～3wt％。

优选地，所述基体树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯和聚氨酯中的至少一种。

优选地，所述橡胶为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙烯-丙烯酸酯橡胶、聚烯烃类弹性体、硅橡胶和氟橡胶中的至少一种。

优选地，所述改性导热填料与基体树脂的质量比为(10～40):100。

优选地，所述熔融共混、挤出、造粒过程在双螺杆挤出机中进行，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为160～240℃。

优选地，所述硫化体系为硫磺、过氧化物、硫磺给予体、金属氧化物和合成树脂中的至少一种。

优选地，所述导热树脂粒料与橡胶、硫化体系的质量比为(30～50):(70～50):(1.75～1.25)。

优选地，动态硫化反应在双螺杆挤出机中进行，动态硫化的温度为180～220℃，时间为10～15min，挤出机转速为50～80rpm。

本发明的实施方式也提供由上述方法制备得到的导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料，包含树脂连续相和均匀分散在所述树脂连续相中的橡胶相，所述树脂连续相包含改性导热填料与基体树脂，所述改性导热填料在所述树脂连续相中相互连接并形成导热网链结构。

相对于现有技术，本发明的实施方式所制备出的导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料，既具有导热材料优异的导热性能，又兼顾了tpv弹性体材料优异的加工成型性能和绿色环保性，提高了导热弹性体材料的附加价值，拓宽了其应用范围，在导热型弹性体材料理论研究和应用开发等方面具有重要意义。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明的导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的制备方法流程示意图；

其中，1-改性导热填料，2-树脂连续相，3-硫化橡胶相。

【具体实施方式】

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

在本发明的具体实施方式中，提供了导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的制备方法，包含如下步骤：(1)使用偶联剂对导热填料进行表面修饰并干燥，得到改性导热填料；(2)将所述改性导热填料与基体树脂混合，经熔融共混、挤出、造粒并干燥，得到导热树脂粒料；(3)将所述导热树脂粒料与橡胶、硫化体系混合，进行动态硫化反应并挤出造粒，得到导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料。

在本发明的具体实施方式中，所述导热填料为碳纳米管、石墨烯、石墨、炭黑、碳化硅、碳化硼、碳化铬、碳化钨、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氧化铍、氧化铝、氧化锌、铜、银、金、铝和镍中的至少一种。

在本发明的具体实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种。

在本发明的具体实施方式中，所述偶联剂的用量为所述导热填料的1～3wt％。

在本发明的具体实施方式中，所述基体树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯和聚氨酯中的至少一种。

在本发明的具体实施方式中，所述橡胶为三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶、乙烯-丙烯酸酯橡胶、聚烯烃类弹性体、硅橡胶和氟橡胶中的至少一种。

在本发明的具体实施方式中，改性导热填料与基体树脂的质量比为(10～40):100。

在本发明的具体实施方式中，所述熔融共混、挤出、造粒过程在双螺杆挤出机中进行，双螺杆挤出机的熔融挤出温度为160～240℃。

在本发明的具体实施方式中，所述硫化体系为硫磺、过氧化物、硫磺给予体、金属氧化物和合成树脂中的至少一种。

在本发明的具体实施方式中，所述导热树脂粒料与所述橡胶、所述硫化体系的质量比为(30～50):(70～50):(1.75～1.25)。

在本发明的具体实施方式中，动态硫化反应在双螺杆挤出机中进行，动态硫化的温度为180～220℃，时间为10～15min，挤出机转速为50～80rpm。

在本发明的具体实施方式中，由上述方法制备得到的导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料，包含树脂连续相和均匀分散在所述树脂连续相中的橡胶相，所述树脂连续相包含改性导热填料与基体树脂，所述改性导热填料在所述树脂连续相中相互连接并形成导热网链结构。

以下是本发明的具体实施方式的一些举例：

实施例1

本实施例制备导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的方法，选用聚丙烯为树脂相，三元乙丙橡胶为橡胶相，氮化铝为导热填料，包括以下步骤：

(1)首先将氮化铝粉末在氮化硼坩埚中1600～1850℃下进行煅烧，冷却后再利用钛酸四丁酯偶联剂对氮化铝粉末进行表面处理，随后在60℃的鼓风烘箱中干燥6个小时；

(2)将聚丙烯粒料与处理过的氮化铝粉末按照100:20的比例在200℃的双螺杆挤出机中60r/min转速下经过熔融共混、挤出、水冷、造粒最终制备出导热型聚丙烯粒料；

(3)随后将导热聚丙烯粒料和三元乙丙生胶置于鼓风烘箱中在80℃下干燥2小时，取出三元乙丙生胶置于150℃下的密炼机中在80r/min转速下塑炼5min，得到三元乙丙塑炼胶；

(4)将导热聚丙烯粒料、三元乙丙塑炼胶和酚醛树脂硫化体系按照30:70:1.5的比例在双螺杆挤出机中依次经过动态硫化过程、挤出造粒，最终得到导热型热塑性硫化橡胶弹性体颗粒，其中挤出机螺杆的长径比为40:1，转速为70rpm，加工过程中各段的温度依次为150℃、200℃、200℃、200℃、200℃。

本实施例的制备流程图如附图1所示。如附图1所示，本实施例中制得的导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料中，包含树脂连续相2和均匀分散在树脂连续相中的硫化橡胶相3，所述树脂连续相2包含改性导热填料1与基体树脂，所述改性导热填料1在所述树脂连续相中相互连接并形成导热网链结构。

实施例2

本实施例制备导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的方法，选用聚丙烯为树脂相，三元乙丙橡胶为橡胶相，石墨片为导热填料，包括以下步骤：

(1)首先利用钛酸酯偶联剂ndz101对石墨片进行表面修饰，随后在60℃的鼓风烘箱中干燥6个小时；

(2)将聚丙烯粒料与修饰过的石墨片按照100:15的比例在200℃的双螺杆挤出机中经过熔融共混、挤出、水冷、造粒最终制备出导热型聚丙烯粒料；

(3)随后将导热聚丙烯粒料和三元乙丙生胶置于鼓风烘箱中在80℃下干燥2小时，取出三元乙丙生胶置于150℃下的密炼机中在80r/min转速下塑炼5min，得到三元乙丙塑炼胶；

(4)将导热聚丙烯粒料、三元乙丙塑炼胶和酚醛树脂硫化体系按照30:70:1.5的比例在双螺杆挤出机中依次经过动态硫化过程、挤出造粒，最终得到导热型热塑性硫化橡胶弹性体颗粒，其中挤出机螺杆的长径比为40:1，转速为50rpm，加工过程中各段的温度依次为150℃、200℃、200℃、200℃、200℃。

本实施例中制得的导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料中，包含树脂连续相和均匀分散在树脂连续相中的硫化橡胶相，所述树脂连续相包含改性导热填料与基体树脂，所述改性导热填料在所述树脂连续相中相互连接并形成导热网链结构。

实施例3

本实施例制备导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的方法，选用聚丙烯为树脂相，聚烯烃类弹性体(poe)为橡胶相，石墨片为导热填料，包括以下步骤：

(1)首先利用钛酸酯偶联剂ndz101对石墨片进行表面修饰，随后在60℃的鼓风烘箱中干燥6个小时；

(2)将聚丙烯粒料与修饰过的石墨片按照100:15的比例在200℃的双螺杆挤出机中经过熔融共混、挤出、水冷、造粒最终制备出导热型聚丙烯粒料；

(3)将poe弹性体粒料和导热聚丙烯粒料置于80℃下的鼓风烘箱中干燥2小时；

(4)将导热聚丙烯粒料、poe弹性体粒料和过氧化物硫化体系按照30:70:1的比例在双螺杆挤出机中依次经过动态硫化过程、挤出造粒，最终得到导热型热塑性硫化橡胶弹性体颗粒，其中挤出机螺杆的长径比为40:1，转速为50rpm，加工过程中各段的温度依次为150℃、200℃、200℃、200℃、200℃。

本实施例中制得的导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料中，包含树脂连续相和均匀分散在树脂连续相中的硫化橡胶相，所述树脂连续相包含改性导热填料与基体树脂，所述改性导热填料在所述树脂连续相中相互连接并形成导热网链结构。

实施例4

本实施例制备导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料的方法，选用尼龙12(pa12)为树脂相，溴化丁基橡胶(biir)为橡胶相，石墨片为导热填料，包括以下步骤：

(1)首先利用钛酸酯偶联剂ndz101对石墨片进行表面修饰，随后在60℃的鼓风烘箱中干燥6个小时；

(2)将pa12粒料置于80℃的真空烘箱中干燥12h，再将干燥后的pa12粒料与修饰过的石墨片按照100:25的比例在200℃的双螺杆挤出机中经过熔融共混、挤出、造粒制备出导热型尼龙12粒料，挤出机的熔融挤出温度为200℃；

(3)将溴化丁基橡胶和导热型尼龙12粒料置于80℃下的真空烘箱中干燥2小时；

(4)将溴化丁基橡胶、导热尼龙12粒料和氧化锌硫化体系按照100:54:1.2的比例在双螺杆挤出机中依次经过动态硫化过程、挤出造粒，最终得到导热型热塑性硫化橡胶弹性体颗粒，其中挤出机螺杆的长径比为40:1，转速为50rpm，加工过程中各段的温度依次为150℃、200℃、200℃、200℃、200℃。

本实施例中制得的导热型热塑性硫化橡胶弹性体材料中，包含树脂连续相和均匀分散在树脂连续相中的硫化橡胶相，所述树脂连续相包含改性导热填料与基体树脂，所述改性导热填料在所述树脂连续相中相互连接并形成导热网链结构。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。