[发明专利]一种导热尼龙复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导热材料技术领域，具体地，涉及一种导热尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

传统的塑料多为绝热材料，CoolPoly公司开发的导热塑料为这一领域带来新的契机。CoolPoly公司导热塑料的商业化应用始于1998年，已制造大约上百万制件该产品在多个领域获得成功，广泛应用于各种消费电子、电力电子、汽车、摩托车、照明，医用设备及其它用具等。CoolPoly导热塑料以工程塑料和通用塑料为基材，如PP、ABS、PC、PA、LCP、PPS、PEEK等。典型的导热塑料热传导率范围为1-20W/m-K，某些品级可以达到100W/m-K。这一数值大约是传统塑料的5-100倍，一般的热传导率只有0.2W/m-K。这一传导率也与一些金属相当，如不锈钢的热传导率为15W/m-K，一些铸铝合金的热传导率为50-100W/m-K。

与传统材料相比，导热塑料有较高的耐屈挠性和拉伸刚度，但抗冲击强度较差。导热塑料主要可用于代替一些对制件尺寸有严格要求的微型电子组件、光学组件、机械组件和医用组件的金属或陶瓷制件。当以弹性体为基材时，可用作垫圈、减振器或接触材料。导热塑料把塑料成型的简易性与优异的热传导性相结合，可以通过注射成型实现某些金属或陶瓷一样的热传递能力。同时，这一新型材料可以为设计师提供更多的设计自由度，而且制件的重量只有铝制品的一半。利用导热塑料加工可缩短成型周期20%~50%并且其固有的低热膨胀系数可有效减少制件收缩。

然而，导热塑料很难同时兼具导热性能高和优异的力学性能，难以满足实际需要的使用性能，从而限制了导热塑料的广泛应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种导热尼龙复合材料及其制备方法，其具有较高的导热性能和优异的力学性能，推动了导热塑料的广泛应用。

本发明的技术方案如下：一种导热尼龙复合材料，包括组分及各组分的质量百分含量如下：

所述热塑性聚合物选自PA6、PA66、PA612、PA11、PA12、PA1010、PPA、PA46、PA6T、PA9T和PA6/66共聚物中的一种或数种的组合物；所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-1-辛烯共聚物（POE-g-MAH）、马来酸酐接枝热塑性弹性体(TPE-g-MAH)、马来酸酐接枝乙烯—丙烯-环戊二烯三元共聚物（三元乙丙橡胶）（EPDM-g-MAH）中的一种或多种的混合物；所述高导热纤维为碳纳米管、碳纤维或二者的混合物；所述高导热填料为石墨烯、纳米氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅、鳞片状高导热碳粉中的一种或多种的混合物；所述助剂包含耐温抗老化剂、润滑剂、成核剂、支化剂和扩链剂。

下列各组分在所述导热尼龙复合材料总量中的质量百分比为：

所述耐温抗老化剂为受阻酚类抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂和碱金属卤化物中的一种或多种的混合物。

所述润滑剂为硬酯酸钙，乙撑双硬脂酸酰胺、硅酮粉或其任意组合物。

所述成核剂选自滑石粉。

所述支化剂化学结构式为：

其中，R为芳香族链段、脂肪族链段或脂环族链段，R’为能与尼龙端基发生反应的氨基、羧基、环氧基或羟基官能团，R’官能团数量≥3。

所述支化剂为三羧基苯磺酸、三氨基三苯甲烷或三羟基环氧丙烷中的一种或多种的混合物。

所述扩链剂选自巴斯夫ADR-4370、布吕格曼M1251、马来酸酐接枝尼龙6中的一种或多种的混合物。

所述导热复合材料的制备方法，包括如下具体步骤：

步骤A:按配方称量尼龙，相容剂，高导热纤维，高导热填料和助剂；将称量的热塑性聚合物、相容剂，高导热纤维和助剂投入低速混合机，滴入分散油后，混合5～10分钟；

步骤B：将高导热填料加入低速混料机，混合5～10分钟，得共混物料；

步骤C：将步骤B)所得共混物料投入TE-75双螺杆挤出机，混匀后，熔融挤出，温度在为170℃～285℃，转速为200～400r/min;

步骤D)冷却后切粒筛分；

步骤E）包装。

同现有技术相比，本发明具有如下优点：

1）通过支化剂的作用，可使基体树脂分子结构由直链状转变为网状，大大提升了制品机械性能，因为独特的星型支化剂对分子结构的作用，材料塑化过程中分子呈滚动式运动，基体树脂流动性大幅提升，对导热纤维和导热填充物的分散有着显著作用，有利于改性及注塑加工的稳定性。