[发明专利]高导热聚酰胺复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种高导热聚酰胺复合材料及其制备方法。

背景技术

导热材料广泛应用于国防工业和国民经济的各个领域。传统导热材料多为属如Au、Ag、Cu、AI、Mg等，金属氧化物如Al₂O₃、MgO、BeO、ZnO、NiO等，金属氮化物如AlN、Si₃N₄、BN等以及其它非金属材料如石墨、炭黑等。工业生产和科学技术的迅速发展对导热材料提出了更新、更高的要求，除导热性外，希望材料具有优良的综合性能如轻质、易加工成型、力学性能好、耐化学腐蚀等。传统导热材料如金属和金属氧化物、氮化物陶瓷及其它非金属材料因为自身的性能局限已无法满足不同场合的导热使用要求，迫切需要研究和开发新型导热材料以使用工业发展要求。

高分子材料具有轻质、耐化学腐蚀、易加工成型、电绝缘性能优异、力学及抗疲劳性能优良等特点。然而，绝大数高分子材料热导率极低，是热绝缘体，倘若赋予高分子材料以一定导热性，则会拓宽高分子材料的应用领域，尤其在导热领域的应用。因此科技工作者一直致力于高导热高分子材料的研究和开发。现有的研究结果表明，提高高分子材料的导热性能的主要途径有合成高导热系数的聚合物和通过高导热无机物对聚合物进行填充。前者如具有良好导热性能的聚吡啶、聚苯胺等，主要通过电子导热机理来提高传热性能，但是导热系数通常低，一般低于1W/mK，并且其价格昂贵。因此，制备高分子聚合物/无机物导热复合材料的研究和应用更为广泛。

常用的导热填料大体包括：1)金属氮化物；2)金属粉；3)金属氧化物；4)无机非金属等。另外，为了形成连续的导热网络链，具有一定长径比的材料，如碳纤维、晶须硅等也是常被用作填充组合。高分子聚合物/无机物导热复合材料的导热性能不仅仅与聚合物基体和导热填料种类、特性、形状、粒径、尺寸分布有关，而且还与填料和基体的界面结合特性有密切关系。科技工作者从这些影响因素角度，广泛进行了高导热高分子复合材料的研究和开发。

如目前公开发明的一种导热聚酰胺复合材料及其制备方法，其原料包括下述重量百分比的组分：聚酰胺18.2％-58.6％、润滑剂0.1％-1.0％、抗氧化剂0.1％-0.5％、表面改性剂1.0％-1.5％和导热增强改性剂40％-81％；导热增强改性剂为碳纤维、碳粉、碳化硅、氧化铝、氮化硼和氮化铝中的一种、两种或三种。这种制备导热聚酰胺复合材料的方法尽管能够得到满足要求的导热系数，但是导热填料添加量相对比较高，而且复合材料的机械性能很难保证，因为氮化物导热填料极易在使用过程中水解，从而会造成复合材料在制备过程中产生气泡，致使复合材料的力学性能下降，而且复合材料的导热性能随之降低。更重要的是，这种加工方式很难使导热填料在聚酰胺树脂中形成完整的导热网络。

如公开发明另一种高导热塑料，由下列重量份组份制备而成：基体树脂100份、有机纤维1-60份、大粒径导热填料5-50份、小粒径导热填料10-100份、抗氧剂0-2份。上述高导热塑料的制备方法是采用二步造粒法制备。该采用两步造粒制备方法虽最大程度地利用多次加工过程保证导热填料在基体中形成完整的导热网络，但是多次加工不但增加了制造成本，而且会因受热历史增加导致复合材料的力学性能下降。

如公开另一种高导热尼龙66复合材料，由重量百分百如下的物质组成：尼龙6670-42％、导热填料27-55％、偶联剂0.5-1.5％、抗氧剂0.5-1.5％。该公开的方法尽管效果明显，但是制备过程中需要大量的溶剂溶解尼龙66，不但影响了环境，而且增加了制备成本，最重要的是这种方法不适合规模化生产。

如公开发明另一种以钢纤维为导热填料的尼龙66的导热塑料，但是钢纤维导热填料会给加工设备带来极大的损伤，因此不能大规模和长时间加工生产。另外，单一的导热填料很难在基体树脂中得到理想的导热网络。

随着科技的进步和社会的发展，尤其是最近LED光源的大力推广和LED照明应用的迅猛发展，导热高分子材料又提到了前所未有的发展高度，导热高分子材料的市场需求量逐年增加。但是由上述现有技术可知，目前大部分导热高分子材料主要以简单的机械共混填充方式为主，导致高分子材料稳定而理想的导热网络很难形成，加上使用的高效导热填料，如金属氮化物等极易水解，从而造成导热性能下降、加工性能不良。最终得到的高分子复合材料导热系数不高、不稳定，机械性能下降，同时价格偏高，这些困扰着高导热高分子材料的应用领域。

发明内容