一种网络状导电导热填料及其制备方法及其应用_2

文档序号:9762199阅读:来源:国知局
0~80°C,搅拌4~5小时,冷却,过滤,干 燥,得到所述网络状导电导热填料;其中,所述金属填料为铝粉、铜粉、镍粉、铁粉或金属合 金粉末中的至少一种;所述碳系填料为炭黑、碳纳米管、石墨或碳纤维中的至少一种。
[0031] 本发明还提供了一种如上所述的网络状导电导热填料的应用,应用于热塑性导电 导热复合材料或者用于热固性导电导热复合材料中;其中,所述热塑性导电导热复合材料 的树脂基体为尼龙、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝聚合物、聚对苯二 甲酸丁二醇酯、液晶高分子聚合物或聚苯硫醚中的至少一种;所述的热固性导电导热复合 材料的树脂基体为酚醛树脂、环氧树脂或不饱和聚酯树脂中的至少一种。
[0032] 与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0033] 第一,采用本发明的技术方案,选用两种或两种以上的填料,采用化学方法对金属 填料和碳系填料进行网络交联,使填料间形成稳定的网络结构,这样更好的发挥填料间的 协同改性作用;同时,交联的聚脲分子中有许多共辄结构,聚脲成为连接填料之间的桥梁, 有利于电子的传播,使得所述网络状导电导热填料具有高效的导电和导热性能。
[0034]第二,采用本发明的技术方案,聚脲的存在增强了填料的分散性能,使填料分散的 更好,同时使得填料填充后对材料的整体力学性能无影响;制备复合材料时达到相同的导 热导电性能所需要的填料添加量更少,能适用于各种场合。
[0035]第三,采用本发明的技术方案,对金属填料进行了表面处理,使得该填料具有较好 的抗腐蚀性。
【附图说明】
[0036] 图1是本发明一种网络状高效导电导热填料的金属填料和碳系填料经过氨基化处 理后的分子结构示意图。
[0037] 图2是本发明一种网络状高效导电导热填料的单个分子的结构示意图。
[0038] 图3是本发明一种网络状高效导电导热填料的网络状结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图,对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0040]所述高效导电导热填料的制方法包括如下步骤:
[0041 ] (1)对于选取的碳系填料,先用浓酸进行活化,即将其加入浓硫酸和浓磷酸以体积 比为1:3配置的混酸中搅拌4小时,然后过滤,洗涤中和,干燥;
[0042] (2)取氨基化合物配制成浓度为0.5~3%的溶液,溶剂采用体积比为3:1的乙醇/ 水混合溶剂体系,并用乙酸调节体系pH值为3~5.5;将选取的金属填料或处理后的碳系填 料分散在上述体系中,超声处理1小时,机械搅拌12小时,静置,过滤,用过量乙醇洗涤滤渣, 干燥得到氨基化处理的金属填料和氨基化处理的碳系填料;所述氨基化处理的金属填料和 氨基化处理的碳系填料的分子结构示意图如图1所示,图1中,圆球为金属填料,棒形为碳系 填料,经过氨基化处理后,金属填料和碳系填料的表面连接上了氨基基团;
[0043] (3)将氨基化处理的金属填料和氨基化处理的碳系填料先分散在水中,然后一起 加入含有异氰酸酯化合物的乙酸乙酯溶液中,加热至40~80°C,搅拌4~5小时,冷却至室 温,过滤,干燥,得到具有网络结构的高效导电导热填料,所述网络状高效导电导热填料的 结构示意图如图2和图3所示。由图2和图3可见,本发明所述的分子中含有共辄结构的聚脲 与氨基化处理的金属填料和氨基化处理的碳系填料连接在一起,由于该分子中有共辄结 构,可以形成大的离域η键,其分子与金属填料和碳系填料连接在一起,更有助于电子的传 播,使得到的网络状导电导热填料具有更好更稳定的导热导电性能。
[0044]下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0045] 实施例1
[0046]所述高效导电导热填料的制备包括如下步骤:
[0047] 步骤A:取硅烷偶联剂KH550配成浓度为1 %的溶液,溶剂为乙醇与水按照3:1的体 积比配置。用醋酸调节上述溶液pH为5.5。称取3.2g微米级镍粉,加入到KH550溶液中,超声 分散1小时,机械搅拌12小时,静置,过滤,用过量乙醇洗涤滤渣,干燥,得到氨基化处理的镍 粉。
[0048] 步骤B:再称取3.2g磨碎碳纤维,用体积比为1:3的浓硫酸和浓磷酸的混合酸处理4 小时,然后洗涤,中和,干燥。然后再用步骤A的方法以KH550改性混合酸处理后的碳纤维,得 到氨基化处理的碳纤维。其中,所述浓硫酸中折合含S0 3的质量百分比为82% ;所述浓磷酸 的浓度为磷酸的质量百分比含量为85%。
[0049]所述氨基化处理的镍粉和氨基化处理的碳纤维的分子结构示意图如图1所示,图1 中,圆球为镍粉,棒形为碳纤维,经过氨基化处理后,镍粉和碳纤维的表面连接上了氨基基 团;
[0050]步骤S3:将氨基化处理的镍粉和氨基化处理的碳纤维一起加入100mL水中,超声分 散15分钟,搅拌。取6.4g由二苯基甲烷-二异氰酸酯自聚得到的分子中有三个异氰酸官能团 的聚异氰脲酸酯,所述二苯基甲烷-二异氰酸酯的分子结构式如式(2),所述分子中有三个 异氰酸官能团的聚异氰脲酸酯的分子结构式如式(5)。将得到的所述分子中有三个异氰酸 官能团的聚异氰脲酸酯溶于50mL乙酸乙酯,再将该乙酸乙酯溶液加入氨基化处理的镍粉和 氨基化处理的碳纤维的分散水溶液体系中,搅拌,加热至60°C,反应6小时,冷却至室温,过 滤,干燥,得到具有网络结构的高导电导热填料。
[0051 ] 实施例2
[0052]取12g实施例1得到的干燥后的具有网络结构的高导电导热填料、30g尼龙66和 〇. 9g抗氧化剂1098,混合后加入双螺杆挤出单元,在270°C下造粒得到导热导电尼龙。
[0053]将制备的导热导电塑料在110°C下干燥6小时,然后在注塑机上注塑成型。成型尺 寸以各种测试标准为准:拉伸性能按GB/T 1040-2006标准测试,弯曲性能按GB/T 9341-2008标准测试,导热系数按ASTM E 146-2007标准测试,体积电导率按GB/T 1410-2006标准 测试得到体积电阻率后换算。
[0054]材料的测试结果:拉伸强度为51MPa,弯曲强度为74MPa,导热系数为2.23W · πΓ1 · ΙΓ1,体积电导率为2.44X1(T3S · cnf1。
[0055] 实施例3
[0056] 利用实施例1制备得到的具有网络结构的高导电导热填料,参照实施例2中的方法 制备导热导电塑料,本例的基体树脂为聚碳酸酯(PC),制备得到的导电导热聚碳酸酯,采用 同实施例1中方法进行测试,测试结果为:导电导热聚碳酸酯的弯曲强度为64.88MPa,导热 系数为 1.90W · m-1 · K-1,体积电导率为3.50X10-4S · cm-1。
[0057] 实施例4
[0058] 利用实施例1制备得到的具有网络结构的高导电导热填料,制备热固性导热导电 复合材料,采用以下方法:取12g干燥后的实施例1具有网络结构的高导电导热填料加入 l〇〇g环氧树脂E-51中,高速搅拌lh,40°C超声处理2h,加入32.4g高温固化剂H256,高速搅拌 lh,采用模压成型工艺制备复合材料,温度80°C,压力3MPa保持1小时,温度升高至120°C,压 力保持3MPa 2小时,升温至150°C,压力升高至6MPa保持2小时,完成导热复合材料的制备。
[0059] 采用同实施例1中方法进行测试,测试结果为:所得材料的弯曲强度为64.88MPa, 导热系数为1.73W · πΓ1 · ΙΓ1,体积电导率为8.41X1(T4S · cnf1。
[0060] 实施例5
[0061 ]在实施例1的基础上,本例采用的金属填料为铜粉,碳系填料为炭黑,本例中步骤 S3中,聚异氰脲酸酯的量为3.2g,其他采用同实施例1的方法制备得到具有网络结构的高导 电导热填料。采用此具有网络结构的高导电导热填料,按照实施例2的方法制备得到导电导 热尼龙,按照实施例2的方法进行性能测试,所得材料的弯曲强度为66.67MPa,导热系数为 2.09W · m-1 · K-1,体积电导率为 1.94X10-3S · cm-、
[0062] 实施例5
[0063] 参照实施例1的方法,本例中使用的微米级镍粉
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