一种新能源汽车专用导热聚丙烯材料及其制备方法与流程

本技术涉及新能源汽车材料领域，更具体地说，它涉及一种新能源汽车专用导热聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前，在节能减排的大趋势下，市场上新能源汽车的保有量不断上升，新能源汽车行业迎来了前所未有的发展机遇，由于核心部件组成及设计与传统汽车有很大不同，产生了很多新的需求，使得很多部件都需要严格的热治理，避免部件的损坏以及电池过热引发起火的风险。

2、汽车轻量化技术能够减轻车身重量、降低油耗，是实现节能减排的重要措施之一，聚丙烯在汽车工业中用量迅速增长是因为其密度小、体积轻、设计空间广，绿色环保、性能优异等优点，面对“国六”即将全面到来，随着汽车制造水平及消费者对汽车安全性、舒适性及审美的要求，对聚丙烯材料的性能提出了更多、更高的要求，但聚丙烯的导热性能较差，热导率较低，限制了其在新能源汽车换热器，电池壳等方面的应用。

3、因此，如何制备一种导热性良好的聚丙烯聚合物，用于新能源汽车领域，是一个有待解决的问题。

技术实现思路

1、为了制备一种导热性良好的聚丙烯聚合物，本技术提供一种新能源汽车专用导热聚丙烯材料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种新能源汽车专用导热聚丙烯材料，采用如下的技术方案：

3、一种新能源汽车专用导热聚丙烯材料，包含以下重量份的原料：聚丙烯50-70份、氧化铍5-15份、改性碳纤维5-20份、dcp相容剂3-10份、润滑剂0.2-2份、抗氧剂0.1-0.4份、β成核剂0.2-0.4份、助剂0.2-1份。

4、通过采用上述技术方案，碳纤维、氧化铍相配合，利用二者的导热性，填充在聚丙烯材料中，提高聚丙烯材料的导热效果，配合dcp相容剂，提高了碳纤维和氧化铍与聚丙烯的相容性，通过提高聚丙烯材料的结构致密度，使导热材料接触度增加，从而进一步提高聚丙烯材料的导热性。

5、碳纤维作为一种纤维状材料，由片状石墨结构单元沿着纤维轴向堆叠而成；配合氧化铍的球状结构，能够调控碳纤维的排列取向，通过球、片逐渐的堆塔，扰乱了碳纤维片间取向排列的程度，因而显著提高复合材料垂直方向的导热率；其中室温下单层氧化铍的导热率高达266w/m·k，使氧化铍具有宽禁带和高导热率的优点，配合碳纤维的高导热率，进一步提高成品聚丙烯材料的导热效果。

6、通过限定碳纤维和氧化铍的添加量，使导热性的填料较为均匀的分散在基体中，与聚丙烯材料均匀接触，实现包围结构，利用碳纤维的丝状纤维结构配合氧化铍的球状结构以及润滑剂等物质的润滑流动性，便于在聚丙烯聚合物加工过程中，使氧化铍和碳纤维之间互相接触并连接，从而形成较为完善的导热通路，提高成品聚丙烯材料的导热率，从而使聚丙烯材料具有导热性好的优点。

7、优选的，所述改性碳纤维是由碳纤维短切丝经浓度65-70％的浓硝酸处理制得。

8、通过采用上述技术方案，利用浓硝酸去除碳纤维短切丝表面的杂质，并在碳纤维表面形成刻蚀沟槽，从而改善碳纤维与聚丙烯之间的粘结相容性，配合相容剂，进一步提高碳纤维与聚丙烯材料的相容度，提高成品聚丙烯材料的导热性。

9、强酸处理后碳纤维和聚丙烯结合处的缝隙已基本消除，断面显示碳纤维和聚丙烯结合界面发生断裂，碳纤维和聚丙烯之间界面相互作用明显；不仅增加了粗糙程度和沟槽，同时在碳纤维表面形成了活性官能团，增强了碳纤维和聚丙烯之间的作用力，诱导聚丙烯在碳纤维表面结晶成核，从而提高复合材料的拉伸强度和拉伸模量。

10、优选的，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌、pe蜡中的一种或多种。

11、通过采用上述技术方案，利用其润滑作用，不仅便于聚丙烯材料成型、脱模，而且还能够提高聚丙烯材料内部碳纤维和氧化铍的分散均匀度，从而提高成品聚丙烯材料的导热性。

12、优选的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷；β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯；三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种。

13、通过采用上述技术方案，提高成品聚丙烯材料的抗氧化性，当制备成汽车换热器，电池壳的材料用于新能源汽车上时，能够提高材料的使用寿命。

14、优选的，所述其他助剂由质量比为1:0.5-1的光稳定剂和紫外线吸收剂组成；光稳定剂为丁二酸与4-羟基-2，2，6，6-四甲-1-哌啶醇的聚合体；双(2，2，6，6－四甲基－4－哌啶基)癸二酸酯；双(2，2，6，6-四甲基哌啶基)癸二酸酯中的一种或多种；紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3'，5'-二叔丁基苯基)-5-氯化苯并三唑；2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑；2-(2'-羟基-3'，5'-双(a，a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑中的一种或多种。

15、通过采用上述技术方案，利用其较好的抗紫外线性，提高成品聚丙烯材料的耐老化性，从而延长聚丙烯材料的使用寿命。

16、优选的，所述原料中还包括导热改性汉麻纤维3-8份。

17、通过采用上述技术方案，导热改性汉麻纤维、碳纤维、氧化铍相配合，利用其导热性，提高聚丙烯材料的导热效果；并且汉麻纤维具有纤维绒毛，在聚丙烯材料加工过程中，不仅汉麻纤维主线能够导热，而且绒毛端也能够导热，当汉麻纤维受热后，汉麻纤维表面的绒毛分散，提高了汉麻纤维与碳纤维的接触度，而汉麻纤维与碳纤维、氧化铍等原料接触，便于在聚丙烯材料内部形成导热网络，利用导热网络的均匀导热性，保证聚丙烯材料的均匀导热效果。

18、优选的，所述导热改性汉麻纤维采用如下方法制备而成：

19、按质量比为1:7-10将汉麻纤维长丝置于水杨酸溶液中分散，然后添加氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须，汉麻纤维长丝与氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须的质量比为1:0.2-0.35:0.05-0.15，混合分散均匀后，取出汉麻纤维长丝，经干燥，剪成短丝；按质量比为1:0.4-0.6在短丝表面均匀喷涂导热虫胶液，并进行搅拌，混合均匀后，经干燥、分散，制得成品。

20、通过采用上述技术方案，汉麻纤维、水杨酸溶液相配合，利用水杨酸溶液的酸性，不仅能够去除汉麻纤维表面的脂类，促进汉麻纤维表面绒毛的分散独立，而且水杨酸还能够提高汉麻纤维表面的粗糙度，提高沟壑性，同时便于提高汉麻纤维表面的羧基、羟基含量；然后添加氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须，利用氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须在水杨酸溶液中的分散性其自身及较好的耐酸性，便于使氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须均匀与汉麻纤维主线以及主线外周面的绒毛相接触，并且插入绒毛与绒毛之间的孔隙；同时利用汉麻纤维表面的羧基和羟基，便于与氨基改性氮化硼物质相互吸引连接，而四针状氧化锌晶须由于四面均存在刺状晶须，更便于与汉麻纤维接触并刺入汉麻纤维中，实现四针状氧化锌晶须与汉麻纤维的连结负载，利用氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须较好的导热效果，赋予汉麻纤维较均匀的导热性。

21、最后经过导热虫胶液的包覆处理，使得汉麻纤维表面的绒毛纤维被捋屏附着在汉麻纤维主线上，便于汉麻纤维与聚丙烯、碳纤维等载料混合，当聚丙烯在加热挤出过程中，随着虫胶的逐渐热熔、流动，配合汉麻纤维受热膨胀，逐渐暴露出汉麻纤维表面绒毛，利用汉麻纤维表面绒毛以及汉麻纤维主线与碳纤维、氧化铍相接触，从而提高成品聚丙烯材料内部的导热网络连接率，通过形成导热网络，提高聚丙烯材料的导热效果。

22、汉麻纤维内部含有多条毛细孔道，不仅便于吸附粘结聚丙烯，提高导热改性汉麻纤维在聚丙烯材料中的粘结稳定性，而且还便于吸附、存储氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须，保证聚丙烯材料导热性的同时提高聚丙烯材料的机械强度。

23、优选的，所述氨基改性氮化硼由质量比为1:0.1-0.2的六方氮化硼和聚乙烯亚胺制成。

24、通过采用上述技术方案，六方氮化硼、聚乙烯亚胺相配合，使六方氮化硼表面氨基便于与汉麻纤维表面羟基和羧基相互吸引、连接，从而提高氨基改性氮化硼和汉麻纤维之间的接触率和粘结稳定性，保证汉麻纤维的到热性。

25、第二方面，本技术提供一种新能源汽车专用导热聚丙烯材料的制备方法，采用如下的技术方案：

26、一种新能源汽车专用导热聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

27、s1、称取聚丙烯、氧化铍、改性碳纤维、dcp相容剂、润滑剂、抗氧剂、β成核剂、助剂混合搅拌均匀，制得混合料；

28、s2、混合料经挤出成型、水槽冷却、切粒，制得成品。

29、通过采用上述技术方案，使制得的成品聚丙烯材料具有较好的导热性，能够用于新能源汽车领域。

30、优选的，所述改性碳纤维制备方法如下：

31、将碳纤维长纤剪切成长度为5-7mm的碳纤维短切丝；按质量比为1:3-5将碳纤维短切丝置于浓硝酸中浸泡处理，在90-100℃条件下加热2-3h，过滤出碳纤维短切丝，经清洗、干燥制得半成品；

32、在半成品表面均匀喷涂聚丙烯酰胺液，经干燥、分散，制得改性碳纤维。

33、通过采用上述技术方案，碳纤维短切丝经浓硝酸处理后，增加了表面粗糙度，从而便于与聚丙烯以及其他材料相互接触、粘结，然后经聚丙烯酰胺溶液处理，利用聚丙烯酰胺溶液的导热性，保证改性碳纤维的导热效果，配合聚丙烯酰胺溶液中的氨基便于与导热改性汉麻纤维表面虫胶的羧基相互吸引连接，在加热过程中，虫胶逐渐热熔而流动，汉麻纤维表面的羧基和羟基便于吸引改性碳纤维表面的氨基，进一步保证改性碳纤维与导热改性汉麻纤维相互接触，在聚丙烯材料内部搭接连接度高的导热网络，从而提高成品聚丙烯材料的导热性，便于应用在新能源汽车领域。

34、综上所述，本技术具有以下有益效果：

35、1、碳纤维、氧化铍相配合，利用二者的导热性，填充在聚丙烯材料中，提高聚丙烯材料的导热效果，配合dcp相容剂，提高了碳纤维和氧化铍与聚丙烯的相容性，通过提高聚丙烯材料的结构致密度，使导热材料接触度增加，从而进一步提高聚丙烯材料的导热性。

36、2、汉麻纤维、氨基改性氮化硼、四针状氧化锌晶须相配合，利用汉麻纤维表面以及内部的多孔、毛细管道，便于携带氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须，配合氨基改性氮化硼中氨基与汉麻纤维表面羟基和羧基吸引连接，以及四针状氧化锌晶须的四面刺状结构，便于刺入汉麻纤维中，从而实现汉麻纤维表面以及内部对氨基改性氮化硼和四针状氧化锌晶须的均匀负载，保证汉麻纤维导热性；配合汉麻纤维的绒毛提高汉麻纤维比表面积，更容易与碳纤维和氧化铍形成导热网络，从而提高成品聚丙烯材料的均匀导热性。

37、3、汉麻纤维、氨基改性氮化硼、四针状氧化锌晶须、虫胶液、改性碳纤维相配合，虫胶中含有羟基和羧基，便于提高导热改性汉麻纤维与改性碳纤维之间的粘结效果，当虫胶热熔后，汉麻纤维表面的羟基和羧基进一步与改性碳纤维表面氨基相互作用，从而促进聚丙烯材料内部导热网络的搭建，提高成品聚丙烯材料的导热效果。

38、4、汉麻纤维具有较好的抗紫外线性，配合紫外线吸收剂，进一步提高聚丙烯材料的耐紫外线效果，并且汉麻纤维具有抗静电性，能够赋予聚丙烯材料抗静电效果；同时具有优异的耐热性，在370℃的高温下不改色，1000℃时仅仅炭化，具有极佳的耐热、耐晒性能，从而提高新能源汽车上用聚丙烯材料的使用寿命。