一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有高力学、高导热性能的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料 及其制备方法，属于高分子材料改性技术领域和加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，在高分子复合材料领域，高力学、高导热性能的高分子复合材料逐渐成为 研宄热点和重点之一，受到广大研宄者们的高度关注。国民经济中的各个领域对高力学性 能高导热能材料的性能要求愈来愈苛刻，传统高力学性能高导热能材料存在着不同的难以 克服的缺陷，均难以满足现代工业对导热材料功能多样性的要求。因此，针对不同的应用领 域开发新型的高力学性能高导热能复合材料，已成为高力学性能高导热能材料研宄的重要 方向和迫切需求。聚丙烯是目前世界上应用最为广泛，产量增长最快的树脂之一，在包装、 轻工、建筑、电子、电器和汽车等行业具有广泛的应用。但是其导热系数低，力学性能差无法 满足散热及高强度的工业需求。目前提高聚丙烯导热系数和增强力学性能比较常见的方法 是通过添加高热导系数高力学性能的填料，添加一些填料可以提高力学性能和热导系数， 但是会带来其他的缺陷，如添加金属材料之后其抗腐蚀性能差，价格高昂、不易加工成型； 添加金属氧化物材料之后会导致生产成本高、加工工艺复杂；添加石墨材料之后会引起其 绝缘性能变差。
【发明内容】
[0003] 本发明的第一个目的是提供一种具有高力学性能，高导热性能的六方氮化硼/聚 丙烯高分子复合材料。
[0004] 本发明的第二目的是提供六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，以聚丙烯 为主料，以六方氮化硼为填料，添加抗氧剂、润滑剂和相容剂制成；按质量比，六方氮化硼： 聚丙烯=I :2. 2-18. 8 ;抗氧剂的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0. 2-1% ;润滑剂 的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的〇. 3-1% ;相容剂的添加量为聚丙烯和六方氮化 硼总重量的0.5-1 %。
[0006] 优选的，上述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，按质量比，六方氮化 硼：聚丙烯=1:6。
[0007] 上述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，所述的抗氧剂为抗氧剂 1010 (四[β - (3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯）、抗氧剂1076 ([ β-3, 5-二 叔丁基-4-羟基苯基丙酸]十八醇酯）、抗氧剂168 (三[2. 4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯） 中的一种或二种以上的混合。
[0008] 上述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，所述的润滑剂为硬脂酸钙或亚 乙基双硬脂酸酰胺（EBS)的一种或两种。
[0009] 上述的一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料，所述的相容剂为马来酸酐接枝 聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、苯乙烯与烯烃的共聚物中的一种或二种以上的混 合。
[0010] 一种六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011] 1)六方氮化硼预处理：将六方氮化硼干燥后加入氧化剂，超声10-60min，装入反 应釜中60-150°C搅拌12-48h，冷却到室温，过滤，洗涤；
[0012] 所述的氧化剂为浓硝酸、硫酸或双氧水的一种或二种以上的混合。按质量比，六方 氮化硼：氧化剂=1 :10-20。
[0013] 2)按上述的配比，将处理后的六方氮化硼、聚丙烯、抗氧剂、润滑剂和相容剂放入 高速混合机中混合3-5分钟，然后于挤出机中挤出。
[0014] 所述的挤出机为双螺杆挤出机。挤出机采用四段加热，温度控制在180-225 °C范围 内。优选的，温度控制在195-2KTC范围内。
[0015] 本发明的有益效果是：
[0016] 1)与现有技术相比，本发明以六方氮化硼和聚丙烯为原料，采用双螺杆挤出机制 备六方氮化硼/聚丙烯复合材料，制备方法简单易操作，可控性强，在低填料掺量下，该复 合材料可获得较高的力学性能和导热系数，可规模化放大生产。
[0017] 2)与聚丙烯本身的性能相比，本发明合成的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料 的各种力学性能均好于聚丙烯基体。
[0018] 3)与聚丙烯本身的性能相比，本发明合成的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料 随着氮化硼填充量的增加，复合材料的弯曲强度和弯曲模量随之提升；冲击强度和拉伸强 度先增加后下降，冲击强度在氮化硼和聚丙烯的质量比为:6时达到最高，而拉伸强度在 氮化硼和聚丙烯的质量比为:15时达到最高；断裂伸长率随之下降，且氮化硼/聚丙烯 高分子复合材料的制备过程中挤出机的温度控制在195-210 °C的时候，其各个力学性质相 对比较优异。
[0019] 4)与聚丙烯本身的性能相比，本发明合成的六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料 随着氮化硼填充量的增加，复合材料的导热系数随之提高。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明中六方氮化硼的扫描电镜图。
[0021] 图2是本发明中六方氮化硼的红外光谱图。
[0022] 图3是本发明中六方氮化硼的X-射线粉末衍射图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合具体实例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0024] 实施例1六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
[0025] (一）制备方法如下：
[0026] 1)六方氮化硼预处理：将六方氮化硼放于90°C的真空干燥箱中干燥处理8h。然 后于烘干后的六方氮化硼中加入30%过氧化氢，配制成浓度为0. lg/mL的混合溶液，超声 30min，装入反应釜中100°C搅拌24h，反应釜冷却到室温后，将反应物过滤，用去离子水洗 涤至中性，然后放于50°C真空干燥箱中干燥24h，备用。
[0027] 2)按如下配比，将处理后的六方氮化硼、聚丙烯、抗氧剂、润滑剂和相容剂放入高 速混合机中混合3-5分钟，将混合均匀的物料投入同向双螺杆挤出机中熔融挤出。挤出机 采用四段加热，温度控制在180_195°C。
[0028] 按质量比，六方氮化硼：聚丙烯=I :18. 8。
[0029] 抗氧剂（抗氧剂1010)的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0. 4%。
[0030] 润滑剂（亚乙基双硬脂酸酰胺）的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0. 3%。
[0031] 相容剂（马来酸酐接枝聚丙烯）的添加量为聚丙烯和六方氮化硼总重量的0. 7%。
[0032] (二）将本实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热 性能测试，结果如表1所示。
[0033] 实施例2六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
[0034] 制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1 :15。将本 实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表 Io
[0035] 实施例3六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
[0036] 制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为:10。将本 实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表 Io
[0037] 实施例4六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
[0038] 制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1 :6。将本实 施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表1。
[0039] 实施例5六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料
[0040] 制备方法同实施例1，不同点在于：六方氮化硼和聚丙烯的质量比为：1 :2. 2。将本 实施例得到六方氮化硼/聚丙烯高分子复合材料进行力学性能和导热性能测试，结果如表