一种碳素复合高导热塑料材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高分子材料及其制备方法，具体是一种碳素复合高导热塑料材料 及其制备方法，属于高分子材料改性、散热材料利用领域。
【背景技术】
[0002] LED灯散热不良容易导致电源损坏、光衰加快、寿命减短等问题，这始终是LED照 明系统性能提升的重中之重。传统的三种LED灯具外壳散热材料是铝材、塑料和陶瓷材料。 铝材导热好，但因导电特性不易过安规；塑料绝缘性好，但导热及膨胀系数却比较低；陶瓷 兼具前两者的绝缘和散热优点，易碎、加工成本高是其最大弊病。
[0003] 为了保证LED灯的使用寿命，LED灯散热外壳用导热复合材料通常被要求具有较 高的导热系数、良好的力学性能及加工性能，但目前的树脂导热系数偏低，只有〇. 2_04w/ m. k，完全不符合在散热要求严格的环境。
[0004] 通常塑料质轻、易加工成型、价格低廉且绝缘性能好，但是热导率较低。通过在塑 料中添加高热导率高电阻的功能填料，如滑石粉、氮化铝、氮化硼、氧化镁和氧化铝等，可 望显著提高聚合物的导热性能，同时又能保持聚合物的绝缘性能。
[0005] 碳素复合材料具有超高的导热系数，导热系数在200w/m. k以上，如导热石墨烯、 碳纳米管、碳纤维、导热石墨等，在小添加量情况下可使树脂的导热系数获得数倍的提高， 同时制品的电气性能满足使用日常使用要求。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构 的纳米新材料，是目前人类所发现的几乎完美的平面原子结构，其出色的导电、导热以及散 热性能让各行各业均对其寄予厚望。石墨烯高导热材料具有"高导热、高绝缘、高阻燃"等优 良特性，可替代传统金属散热器，为LED照明产品综合成本的下降提供更加优良的解决方 案。碳纳米管（CNTs)具有良好的传热性能及非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交 换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高 各向异性的热传导材料。另外，CNTs有较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的CNTs， 该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。
[0006] 迄今为止，众多专利已经报导了导热塑料的制备及其性能，但由于成本及碳素填 料有导电性能原因，高性能碳素复合材料应用范围比较窄。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种碳素复合高性能导热塑料及 其制备方法，该导热绝缘塑料由树脂基料、碳素复合材料、导热绝缘填料、偶联剂以及其他 加工助剂制成，该导热塑料通过预混合、挤出、冷却、风干、切粒等工艺，解决塑料高填充性 能劣化、塑料导热性能低的问题，制备力学性能优异、导热效果优良且绝缘的导热复合材 料，广泛应用于电子、汽车、LED灯具等领域。
[0008] 本发明的技术方案如下：一种碳素复合高性能导热塑料，由以下组分重量份数的 组分制成：树脂基料45~65份、碳素复合材料3~5份、导热剂10~60份、偶联剂0. 1~2份、 抗氧剂0. 1~2份、其它助剂0. 1~15份；所述的树脂基料为聚己内酰胺、聚己二酰己二胺、 工业化液晶聚合物、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚醚醚酮、丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯中的一种或几种的混合；所述碳素复合材料为磷片石 墨、高导热碳粉、石墨烯、碳纳米管、炭纤维、石墨纤维中的一种或两种以上的混合物；所述 导热剂为滑石粉、氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钙、氮化铝、氮化硼、碳化硅、导热石 墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种进行复配。
[0009] 优选的，所述碳素复合材料为石墨烯、碳纳米管、磷片石墨按照质量比例1:1:8进 行复配。
[0010] 所述导热剂为氮化铝、氮化硼及氧化铝按质量比1:1~3:2~5复配得到。
[0011] 优选的，所述导热剂为氮化铝、氮化硼及氧化铝按照质量比1:1:3复配得到。
[0012] 优选的，所述树脂基料为半透明或不透明乳白色粒子状、且相对粘度为2.8的聚 己内酰胺（测试标准ASTM 1254403-D3-050) 优选的，所述树脂基料为聚己二酰己二胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚丙烯按 照质量比1~6:1~3:1进行复配。
[0013] 优选的，所述的偶联剂为有机络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类偶联剂中一 种。
[0014] 优选的，所述偶联剂为3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
[0015] 优选的，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076、抗氧剂3114、抗 氧剂168、抗氧剂626中的一种或几种。
[0016] 所述的其它助剂包括紫外线吸收剂、抗静电剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、阻燃剂 中的一种或几种。
[0017] 本发明所述的碳素复合高性能导热塑料的制备方法，包括以下具体步骤： (1) 利用偶联剂分别对导热剂及碳素复合材料进行表面处理，将经表面处理的导热剂 和碳素复合材料装入双螺杆挤的侧喂料系料；将液体偶联剂直接进行雾化或将粉体偶联剂 以无水溶剂稀释并雾化后，将导热绝缘填料及无机晶须通入雾化室中，使导热绝缘填料及 无机晶须在雾化室内停留l~2min，使导热绝缘填料微粒及无机晶须表面均匀覆盖着偶联 剂； (2) 将树脂基料在80~1201：时鼓风干燥3~6小时，将干燥后的树脂基料、抗氧剂及其他 助剂加入高速混合机中混合均匀，混合后的物料装入双螺杆挤的主喂料系统； (3) 将步骤（2)获得的混合物料及步骤（1)经过改性的碳素复合材料和导热剂分别通 过挤出机的王喂料系统和侧喂料系统加入到挤出机中挤出造粒，再经过水冷、风干、切粒、 干燥，即制得碳素复合高性能导热塑料； 所述双螺杆挤出机的加工工艺条件如下： (1) 温度为：一区 160~180°C，二区 170~220°C，三区 200~250°C，四区 200~250°C，五区 210~250°C，六区 190~250°C，机头 200~240°C ; (2) 螺杆转速为：250~400转/分； (3) 物料在料筒停留时间控制在2min以内。
[0018] 本发明相对于现有技术的有益效果如下： (1)碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料，本发明将以其他工程材料为 基体制成复合材