[发明专利]基于碳纳米管的导热绝缘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领域，具体涉及一种基于碳纳米管的导热绝缘复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术与工业同步发展，人们对材料提出了更高的要求，除导热性能外，还要求材料具有质轻、成型加工性能优良、耐化学腐蚀、电绝缘性能优异、高抗冲击、力学及疲劳性能优良等优点。相对于金属材料，高分子材料具有价格低廉、耐腐蚀、易成型、电绝缘、力学性能良好的优点，还可通过回收进行二次成型或表面处理，能够进一步降低高分子材料制品的成本。但高分子材料存在如下缺点：除本征型外多是热的不良导体，热量容易在局部区域集中并持续增多，且无法在高分子材料内部进行传递，长期如此会使高分子材料受热并失效。若赋予高分子材料一定的导热性能，就会大大拓展高分子材料的应用领域。

研究表明，提高高分子材料导热性能的途径主要有两种：一是合成具有高导热系数的结构聚合物，即本征型导热高分子，如聚丙炔或聚苯胺；二是向聚合物基体加入导热填料进行填充，制备聚合物/导热填料复合材料。通过第一种途径制备有机导热高分子材料成本高，因为其结构的特殊性无法适用于所有材料，所以现有技术中增加导热性能大多采用第二种途径。针对第二种途径，目前常用的导热填料为金属或碳系，如专利CN 102650355A和CN 102649328A提及了通过金属丝网和导热塑料从下至上依次复合而成制备高导热系数的复合材料，而专利CN 1242286和CN 102827480A则提及了采用碳系同素异形体制备导热材料。显然，上述方法在提高高分子复合材料导热性能的同时，也提高了其导电性能，降低了高分子材料原有的电绝缘性。

上述金属和碳系填料具有很好的导热性能，但也具有极好的导电性能，大大限制了它们在绝缘材料领域的使用。另外常用的一类导热系数高且不导电的填料为无机填料，无机填料主要有金属氧化物、氮化物及碳化物三类，金属氧化物包括氧化镁、氧化铝、氧化镍等，氮化物包括氮化硼、氮化铝等，碳化物包括碳化硅、碳化硼等。但是此类复合材料逾渗阈值较高，导热性能不好，而且过多无机填料导致复合材料流动性差，力学性能下降明显。

综合上述问题，制备出能够在保证力学性能的同时，又具备优良导热和绝缘性能的复合材料迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于碳纳米管的导热绝缘复合材料及其制备方法，所述复合材料既能保证优良的力学性能，又具有良好的导热和绝缘性能。

本发明采取以下技术方案来达到所述目的：

1、基于碳纳米管的导热绝缘复合材料，所述复合材料由热塑性聚合物、导热无机填料、碳纳米管、偶联剂、抗氧剂和加工助剂组成，按热塑性聚合物加入重量为100份计，导热无机填料加入重量为10～70份，碳纳米管加入重量为1～7份。

优选的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。

优选的，按热塑性聚合物加入重量为100份计，偶联剂加入重量为0.5～2.5份，抗氧剂加入重量为0.1～1份，加工助剂加入重量为0.5～5份。

优选的，所述热塑性聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚甲醛、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、尼龙或聚氯乙烯中的一种。

优选的，所述导热无机填料为氮化物、碳化物或金属氧化物中的一种或多种。

优选的，所述导热无机填料颗粒的平均粒径为0.5～5μm，颗粒形状为球形、片状或椭球形；所述碳纳米管长度为5～25μm，直径为10～30nm。

更优选的，所述导热无机填料颗粒的平均粒径为1～4μm。

更优选的，所述导热无机填料颗粒的平均粒径为2～3μm。

更优选的，所述碳纳米管长度为7～20μm。

更优选的，所述碳纳米管长度为10～15μm。

优选的，所述导热无机填料为氮化硼、氮化硅、氮化铝、碳化硅、碳化硼、氧化镁或氧化铝中的至少一种。

优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。

优选的，所述抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类或芳香胺类中的至少一种。

更优选的，所述抗氧剂为酚类1010或亚磷酸酯类168中的至少一种。

优选的，所述加工助剂为脂肪酸酰胺类、脂肪酸类、石蜡或金属皂类硬脂酸钙中的至少一种。