[发明专利]高导热尼龙复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了高导热尼龙复合材料及其制备方法，简单实用，工业价值高，应用前景广阔。所制备的复合材料具有较高的热导率，可广泛应用于汽车、家用电器、仪表外壳、电路元件等领域。

背景技术

随着科技的迅猛发展，只具备一定结构性能的高分子材料已不能够满足人们日常生活的需要了，高分子基复合材料由于质轻、易加工、高弹性、抗腐蚀、耐磨损且制备简单、易于工业化等优点已经备受人们的关注。与金属材料相比，高分子材料都是热的不良导体。因此研究高导热、低填充，质量轻的高分子基导热复合材料已成为各国研究的重点，也是我国近年来日益重视的话题之一。

导热高分子复合材料是由热的不良导体-有机高分子和导热填料以一定的方式加工而成的功能性复合材料。常用的导热填料可分为两大类--导热绝缘填料和导热非绝缘填料。其中导热绝缘填料有：①无机粒子，如氧化铝、氧化镁、氧化锌等；②金属氮化物，如氮化铝、氮化硅等；导热非绝缘填料有：①金属填料，如铝粉、铜粉等；②金炭基填料，如石墨、碳纤维、碳纳米管等。

其中，无机粒子由于来源广泛、价格低廉、热导率较高等优点可以满足一般高分子导热材料的要求而在导热聚合物中得到广泛应用。但是，为得到热导率的聚合物，导热填料的填充分数一般较大，往往导致聚合物复合材料韧性的下降。因此，降低导热填料的填充量、根据要求制备绝缘/抗静电/导电的高导热聚合物复合材料成为导热高分子复合材料的主要发展方向。

目前，降低导热填料填充量的最常用方法是使用不同填料进行夹杂，使不同形状的填料之间发挥协同作用以便有效提高填料的利用效率。通常，当添加相同含量的导热填料时，这种方法往往能有效提高复合材料的热导率而且对复合材料的力学性能影响较小。

自20世纪30年代，美国杜邦公司将尼龙开发并实现工业化以来，尼龙在各国的市场中始终是最具与竞争力的工程塑料品种之一，广泛应用于电子设备、耐磨材料、汽车、及工众多工业领域。但是，与金属相比，尼龙作为高分子聚合物最大的缺点就是热导率低，散热性能差，这在很大程度上限制了其在工业领域的进一步应用。目前，提高聚合物复合材料最常应用的方式就是采用填充法，利用一些高热导率的填充物来改善高分子材料的导热性能，不仅相对成本低，而且操作简单方便，易于实现工业化生产。

有很多文献报道了将导热填料填充高分子材料才提高其导热性能的文献。例如，赵红振在04年特种橡胶制品上，以粒径为20μm的氧化铝填充导热硅胶，成功制备除了体系热导率高达0.9W/m·K的导热硅胶体系；马等在2011年Materials Chemistry and Physics上曾采用片状氮化硼和多壁碳纳米协同使用，制备导热性能良好的环氧树脂，结果发现1vol%多壁碳纳米管的加入即可使氮化硼/聚合物复合材料的热导率得到极大的提高。因此，在后续的研究中，为了进一步降低导热复合材料的填充量，学者们多采用不同粒径，不同形状的导热填料复配使用，以获得综合性能良好的导热复合材料，应用价值更高，工业契合度更高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服目前技术的不足之处，提供一种低成本、可根据应用要求控制导电性能，而且易实现大规模工业化生产的高导热尼龙复合材料及其制备工艺。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：

高导热尼龙复合材料及其制备方法，其特征在于按如下步骤进行，将干燥后的重量百分比为50～20%的聚合物基体，40～70%的无机粒子导热填料，1～10%的炭基导热填料，0.5～2%的抗氧剂，1～3%的加工助剂混合后加入高分子材料加工设备熔融混炼，完成造粒。

本发明所述的聚合物基体选自尼龙6、尼龙9、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙1010、尼龙1111、尼龙1212。

所述的无机粒子导热填料为氧化镁、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氮化硅一种或几种；炭基导热填料为多壁碳纳米管，天然石墨片、石墨烯颗粒中的一种或几种。

且以无机粒子为主要填料，复配以少量的炭基填料。

本发明所述的加工助剂为硬脂酸酰胺、聚乙烯蜡以及液体石蜡中的一种或几种。

本发明所述的高分子材料加工设备采用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、双辊开炼机、密炼机或压延机。