应用于镜头模组支架自散热高温尼龙复合材料及制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种应用于镜头模组支架自散热高温尼龙复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚合高分子复合材料在航空航天、交通运输、生物医药和电子产品、电子元器件等领域得到了广泛的应用，是不可或缺的功能材料。而尼龙高分子熟知的熔点一般通常在295℃～310℃之间，在高温环境下依然能够保持优异的机械性能和化学性质，因而也是应用最为广的一种聚合材料。然而，高分子材料的导热性差，无法满足较高温度和产热的应用环境，特别是在电子元器件中，不仅需要良好的散热性，还需要赋予良好的绝缘性。继而发展了具有良好散热和/或导热性的高分子复合材料，通常是采用导热材料添加至复合材料中；例如有：al2o3、aln、bn、si3n4以及sic等陶瓷类、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等。不可否认，添加具有导热性的物质的确可以提高复合材料的整体导热性能，但是也有可能对材料的力学性能带来不利的影响。
3.文章“bn/pa66导热复合材料制备与研究”中研究了填充氮化硼对pa66/材料导热性能和力学性能的影响，当氮化硼添加量为24.8％时，复合材料的导热系数为0.75w/(m
·
k)；然而添加bn对复合材料力学性能的影响也比较明显，随着氮化硼体积分数的增加，复合材料的拉伸强度和冲击强度会降低，而弯曲强度却呈增加趋势，结晶速率加快，热变形温度提高，表明填充氮化硼会提高pa66的刚性、但会降低韧性。
4.文章“纳米氮化硼协同玻璃纤维复合增强尼龙6”研究了不同含量的纯玻璃纤维对尼龙6树脂力学性能的影响，然后通过多巴胺和纳米氮化硼对玻璃纤维表面依次进行改性，研究改性前后玻璃纤维复合材料的力学性能与导热性能。结果表明：加入30％纯玻璃纤维时，复合材料力学性能最好；在加入玻璃纤维含量相同时，表面经过纳米氮化硼改性后的纤维增强尼龙6复合材料力学性能和导热性能均有很大提高。
5.专利cn111909511a公开了一种高耐磨导热尼龙复合材料，包括以下重量份的原料：尼龙树脂100～110份、羟基封端聚二甲基硅氧烷10～15份、中空多孔碳微球15～25份、纳米β-氮化硅10～15份、纳米氧化镁粉10～15份、硅铝类多孔微球10～15份、纳米碳化硅5～10份、纳米二氧化硅5～10份、润滑剂0.05～0.1份、抗氧剂0.05～0.1份；中空多孔碳微球的平均外径为400～450nm，平均内径为320～350nm，介孔直径为45～50nm。
6.专利cn110358294a公开了一种高强度导热尼龙复合材料，包括尼龙树脂：100份；增强材料：50～100份；导热材料：0.5～2.0份；流动改性剂：5～20份；分散剂：0.3～0.8份；润滑剂：0.1～0.6份；抗氧剂：0.1～0.8份；偶联剂：0.2～0.6份。
7.虽说导热性材料的添加是有利的，但是实际情况更为复杂，因为影响因素过于繁多、并且也没有明确的一个方向。大致来说导热物质的具体种类(单一和/或复配添加)、添加量、形貌尺寸、表面性质都会对复合材料最终的散热和/或导热性能带来影响。尽管如此，如何制备高导热性的高温尼龙复合材料依然是现在的研究方向和重点。


技术实现要素：

8.基于现有技术的需求，本发明的目的是提供一种应用于镜头模组支架自散热的高温尼龙复合材料及其制备方法，制备得到的高温尼龙复合材料具有优异的自散热性能以及良好的绝缘性，并且还能够保障高温尼龙复合材料的力学和机械性能。
9.为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
10.一种应用于镜头模组支架自散热的高温尼龙复合材料，按照重量份计，包括如下组分制备：
11.尼龙树脂100～120份、
12.复合型微纳米h-氮化硼40～60份、
13.乙烯-丙烯酸共聚物5～10份、
14.sebs-g-ma 3～10份、
15.亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯2～5份、
16.甲苯基二苯基磷酸酯5～15份。
17.进一步地，所述自散热的高温尼龙复合材料，按照重量份计，包括如下组分制备：
18.尼龙树脂105～115份、
19.复合型微纳米h-氮化硼45～55份、
20.乙烯-丙烯酸共聚物7～8份、
21.sebs-g-ma 5～7份、
22.亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯3～4份、
23.甲苯基二苯基磷酸酯8～12份。
24.进一步地，所述复合型纳米h-氮化硼为h-氮化硼微米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅粉末表面改性获得经过改性；h-氮化硼微米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅的重量份比为1：(2～3)：(2～3)；所述h-氮化硼微米片的厚度为0.3～0.5μm、宽厚比为100～200；所述h-氮化硼纳米片的厚度为20～50nm、宽厚比为30～40；所述纳米氮化硅粉末的粒径为50～100nm。
25.进一步地，所述复合型纳米h-氮化硼的制备步骤如下：(1)将所述h-氮化硼纳米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅粉末置于氢氧化钠溶液中，加热至80～90℃下采用超声波分散30～60min；(2)过滤步骤(1)得到的悬浊液，并用去离子水冲洗；(3)将10～30份3-氨基丙基3-乙氧基硅烷溶于100～150份去离子水中，加热至50～60℃并搅拌使其水解；(4)将步骤(2)得到的固态组分加入至步骤(3)的水解液中、加热至80～90℃下采用超声波分散30～60min；(5)过滤步骤(4)得到的悬浊液，并用去离子水冲洗；放入50～60℃的干燥箱中干燥、研磨，即得到所述复合型纳米h-氮化硼。
26.上述步骤是利用了硅烷偶联剂3-氨基丙基3-乙氧基硅烷在水解液中对复合型纳米h-氮化硼表面羟基化，可以提高复合型纳米h-氮化硼在后续与尼龙树脂熔融过程中的分散性，可以有效的保证复合材料的导热均匀性；此外，在进入水解液之前，先用碱性溶液对表面进行余羟基化、并且超声波分散处理也有利于粉体的分散而不发生团聚。另外一方面，硅烷偶联剂接枝后的集团能够提高复合型纳米h-氮化硼与尼龙树脂基体的相容性，对散热性能有进一步地促进效果。
27.进一步地，所述尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙12中的一种或几种。
28.进一步地，所述高温尼龙复合材料还包含抗静电剂1～3份；所述抗静电剂为sas93抗静电剂。
29.本发明还提供了一种应用于镜头模组支架自散热的高温尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
30.(1)按照重量份将复合型微纳米h-氮化硼、乙烯-丙烯酸共聚物、sebs-g-ma、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、甲苯基二苯基磷酸酯预混合均匀；
31.(2)将尼龙树脂从双螺杆挤出机的主喂加料、将步骤(1)的混合料从双螺杆挤出机的侧喂加料，经双螺杆挤出机熔融、混合、挤出、造粒；得到自散热的高温尼龙复合材料。
32.进一步地，所述双螺杆挤出机的长径比为(45～50)：1、螺杆转速控制设置为300～400r/min。
33.进一步地，所述双螺杆挤出机设定温度为：一段：280～300℃、二段：290～310℃、三段：290～310℃、四段：295～315℃、五段：300～320℃、六段：275～295℃、七段：275～295℃、八段：285～305℃、九段：290～310℃、机头：300～320℃。
34.相对与现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)采用了h-氮化硼和氮化硅两种导热性物质进行复配来提高尼龙复合材料的自散热性；同时采用了大尺寸的h-氮化硼微米片和小尺寸的h-氮化硼纳米片，更容易使得导热性物质在尼龙基体中形成导热网络；并且纳米氮化硅部分进入微米片或纳米片层中，并且可以连接h-氮化硼微米片和h-氮化硼纳米片之间的间隙，而且也可以均匀分散在尼龙基体中，使其导热性能更加好。(2)氮化硼、氮化硅本技术的分散性差，本技术复合型纳米h-氮化硼经过改性处理，表面羟基、氨基等官能团，使其在与尼龙树脂共混熔融时提高了与尼龙树脂之间间的相容性与分散性；在尼龙树脂中分布均匀也有利于提高其整体的自散热性。
具体实施方式
35.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
36.实施例1
37.一种应用于镜头模组支架自散热的高温尼龙复合材料，按照重量份计，包括如下组分制备：
38.尼龙树脂100份、
39.复合型微纳米h-氮化硼40份、
40.乙烯-丙烯酸共聚物5份、
41.sebs-g-ma 3份、
42.亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯2份、
43.甲苯基二苯基磷酸酯5份。
44.其中，所述复合型纳米h-氮化硼的制备步骤如下：(1)将所述h-氮化硼微米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅粉末置于氢氧化钠溶液中，加热至80℃下采用超声波分散30min；(2)过滤步骤(1)得到的悬浊液，并用去离子水冲洗；(3)将10份3-氨基丙基3-乙氧基硅烷溶于100份去离子水中，加热至50℃并搅拌使其水解；(4)将步骤(2)得到的固态组分加入至步骤(3)的水解液中、加热至80℃下采用超声波分散60min；(5)过滤步骤(4)得到的悬
浊液，并用去离子水冲洗；放入50℃的干燥箱中干燥、研磨，即得到所述复合型纳米h-氮化硼。
45.其中，h-氮化硼微米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅的重量份比为1：2：2；所述h-氮化硼微米片的厚度为0.3μm、宽厚比为100；所述h-氮化硼纳米片的厚度为20nm、宽厚比为30；所述纳米氮化硅粉末的粒径为50nm。
46.所述自散热的高温尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
47.(1)按照重量份将复合型微纳米h-氮化硼、乙烯-丙烯酸共聚物、sebs-g-ma、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、甲苯基二苯基磷酸酯预混合均匀；
48.(2)将尼龙树脂从双螺杆挤出机的主喂加料、将步骤(1)的混合料从双螺杆挤出机的侧喂加料，经双螺杆挤出机熔融、混合、挤出、造粒；得到自散热的高温尼龙复合材料。
49.进一步地，所述双螺杆挤出机的长径比为45：1、螺杆转速控制设置为300r/min。
50.进一步地，所述双螺杆挤出机设定温度为：一段：280℃、二段：290℃、三段：290℃、四段：295℃、五段：300℃、六段：275℃、七段：275℃、八段：285℃、九段：290℃、机头：300℃。
51.实施例2
52.一种应用于镜头模组支架自散热的高温尼龙复合材料，按照重量份计，包括如下组分制备：
53.尼龙树脂120份、
54.复合型微纳米h-氮化硼60份、
55.乙烯-丙烯酸共聚物10份、
56.sebs-g-ma 10份、
57.亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯5份、
58.甲苯基二苯基磷酸酯15份。
59.其中，所述复合型纳米h-氮化硼的制备步骤如下：(1)将所述h-氮化硼微米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅粉末置于氢氧化钠溶液中，加热至90℃下采用超声波分散60min；(2)过滤步骤(1)得到的悬浊液，并用去离子水冲洗；(3)将30份3-氨基丙基3-乙氧基硅烷溶于150份去离子水中，加热至60℃并搅拌使其水解；(4)将步骤(2)得到的固态组分加入至步骤(3)的水解液中、加热至90℃下采用超声波分散30min；(5)过滤步骤(4)得到的悬浊液，并用去离子水冲洗；放入60℃的干燥箱中干燥、研磨，即得到所述复合型纳米h-氮化硼。
60.其中，h-氮化硼微米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅的重量份比为1：3：3；所述h-氮化硼微米片的厚度为0.5μm、宽厚比为200；所述h-氮化硼纳米片的厚度为50nm、宽厚比为40；所述纳米氮化硅粉末的粒径为100nm。
61.所述自散热的高温尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
62.(1)按照重量份将复合型微纳米h-氮化硼、乙烯-丙烯酸共聚物、sebs-g-ma、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、甲苯基二苯基磷酸酯预混合均匀；
63.(2)将尼龙树脂从双螺杆挤出机的主喂加料、将步骤(1)的混合料从双螺杆挤出机的侧喂加料，经双螺杆挤出机熔融、混合、挤出、造粒；得到自散热的高温尼龙复合材料。
64.进一步地，所述双螺杆挤出机的长径比为50：1、螺杆转速控制设置为300r/min。
65.进一步地，所述双螺杆挤出机设定温度为：一段：300℃、二段：310℃、三段：310℃、
四段：315℃、五段：320℃、六段：295℃、七段：295℃、八段：305℃、九段：310℃、机头：320℃。
66.实施例3
67.一种应用于镜头模组支架自散热的高温尼龙复合材料，按照重量份计，包括如下组分制备：
68.尼龙树脂110份、
69.复合型微纳米h-氮化硼50份、
70.乙烯-丙烯酸共聚物8份、
71.sebs-g-ma 7份、
72.亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯4份、
73.甲苯基二苯基磷酸酯10份。
74.其中，所述复合型纳米h-氮化硼的制备步骤如下：(1)将所述h-氮化硼微米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅粉末置于氢氧化钠溶液中，加热至85℃下采用超声波分散40min；(2)过滤步骤(1)得到的悬浊液，并用去离子水冲洗；(3)将20份3-氨基丙基3-乙氧基硅烷溶于130份去离子水中，加热至55℃并搅拌使其水解；(4)将步骤(2)得到的固态组分加入至步骤(3)的水解液中、加热至85℃下采用超声波分散40min；(5)过滤步骤(4)得到的悬浊液，并用去离子水冲洗；放入60℃的干燥箱中干燥、研磨，即得到所述复合型纳米h-氮化硼。
75.其中，h-氮化硼微米片、h-氮化硼纳米片和纳米氮化硅的重量份比为1：2：3；所述h-氮化硼微米片的厚度为0.4μm、宽厚比为150；所述h-氮化硼纳米片的厚度为30nm、宽厚比为35；所述纳米氮化硅粉末的粒径为80nm。
76.所述自散热的高温尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
77.(1)按照重量份将复合型微纳米h-氮化硼、乙烯-丙烯酸共聚物、sebs-g-ma、亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、甲苯基二苯基磷酸酯预混合均匀；
78.(2)将尼龙树脂从双螺杆挤出机的主喂加料、将步骤(1)的混合料从双螺杆挤出机的侧喂加料，经双螺杆挤出机熔融、混合、挤出、造粒；得到自散热的高温尼龙复合材料。
79.进一步地，所述双螺杆挤出机的长径比为47：1、螺杆转速控制设置为350r/min。
80.进一步地，所述双螺杆挤出机设定温度为：一段：290℃、二段：300℃、三段：300℃、四段：310℃、五段：300℃、六段：290℃、七段：285℃、八段：295℃、九段：295℃、机头：310℃。
81.我们以实施例3为基准，做了如下的对照试验。
82.对比例1
83.对比例1与实施例3基本一致，差异在于对比例1仅仅采用h-氮化硼纳米片替代实施例3中的复合型微纳米h-氮化硼。
84.对比例2
85.对比例2与实施例3基本一致，差异在于对比例2仅仅采用h-氮化硼纳米片替代实施例3中的复合型微纳米h-氮化硼。
86.对比例3
87.对比例3与实施例3基本一致，差异在于对比例3仅仅采用氮化硅粉末替代实施例3中的复合型微纳米h-氮化硼。
88.对比例4
89.对比例4与实施例3基本一致，差异在于对比例4采用复合型微纳米h-氮化硼，仅仅对其混合均匀，但是不对其进行改性步骤。
90.将实施例1-3，对比例1-4得到的高温尼龙复合材料颗粒放置于在长方形模具(20
×
10
×
3cm)中、加热至300摄氏度，使其熔融并铺展开；冷却后脱模，得到耐高温尼龙复合材料板。
91.根据行业检测标准，分别测试其力学性能：拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强；采用导热系数测试仪测量其导热系数；
92.测试数据记录于表1：
93.表1
[0094][0095]
通过上述数据可知：(1)本发明制备得到的高温尼龙复合材料具有优异的自散热性能；这得益于改性的复合型微纳米h-氮化硼的添加。(2)相比较之下，未经过改性的复合型微纳米h-氮化硼，其分散性以及与尼龙基体相容性较差，导致导热性下降显著、只有本技术的50％左右；虽然导热性下降、但是其绝缘性能却有所提高。(3)本发明制备得到的高温尼龙复合材料也具有优异的力学性能和绝缘性能；对比例1-4的力学性能虽有所降低，但是降低的幅度并不明显，显示依然具有良好的力学性能。
[0096]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。