[发明专利]一种高导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种高导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法。

背景技术

聚苯硫醚是高耐热、高刚性特种工程塑料，成型收缩率很低(<0.0025％)，且具有耐高温(长期使用温度为220-240℃)和低热膨胀系数(垂直方向4×10-5/℃)，不仅在航空、航天和电子电气等高新技术领域作为耐高温、高性能的非金属结构材料获得了应用，而且在普通民用工业领域也有广阔的应用前景。然而，聚苯硫醚自身导热性能较差，导热系数仅为0.226W/mK，为了进一步拓展聚苯硫醚在航空、航天、电子电气等高新技术领域的应用，改进聚苯硫醚的导热性能是技术关键。

国内外聚苯硫醚导热复合材料的研究相对较少。现有技术中，大多采用填充通用导热填料如氮化铝、氧化铝、氧化镁和石墨等来制备聚苯硫醚导热复合材料。采用上述导热填料制备的聚苯硫醚导热复合材料导热性能差、机械强度不高，不能满足航空等技术领域内对材料的导热需求。

石墨纳米微片具有极优的导热性能和优异的机械强度。相对于普通石墨，石墨纳米微片的厚度处在纳米尺度范围内，但其径向宽度达到数个到数十个微米，具有超大的直径/厚度比。相比纯石墨烯，石墨纳米微片价格较低。诸多优点使其成为制备高导热聚苯硫醚复合材料的理想导热改性添加剂。

发明内容

为了解决上述问题，克服现有的聚苯硫醚自身导热性能差的不足，本发明提供一种高导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法。该方法采用甲基磺酸/氢氧化钠和钛酸酯偶联剂功能化改性的石墨纳米微片为导热填料，可以提高聚苯硫醚的导热性能。

本发明首先提供了一种高导热聚苯硫醚复合材料，其按重量份包含60～90份聚苯硫醚树脂、10～50份石墨纳米微片、0.5～4份钛酸酯偶联剂以及10～25份溶剂。

优选的是，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基磷酸酯钛酸酯、焦磷酸型钛酸酯、螯合型焦磷酸钛酸酯、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯、单烷氧基钛酸酯偶联剂或配位型亚磷酸酯偶联剂中的任一种。

优选的是，所述溶剂为丙酮、乙醇和异丙醇中的任一种。

本发明另一方面采用上述高导热聚苯硫醚复合材料的组成成分提出了一种高导热聚苯硫醚复合材料制备方法，主要包括以下步骤：

步骤一、将10～50份石墨纳米微片放入无水乙醇中浸泡24小时，经抽滤和真空干燥后，放入浓度为30～60％(质量分数)的甲基磺酸水溶液中，在50～80℃下浸泡6～36小时，抽滤后放入浓度为5～15％(质量分数)的氢氧化钠水溶液中，21～25℃下浸泡6～24小时，经蒸馏水多次冲洗，抽滤后置于80℃真空烘箱干燥24小时，制得羟基化石墨纳米微片；

步骤二、将0.5～4份钛酸酯偶联剂溶于10～25份的溶剂中并搅拌均匀，加入经步骤一处理后的羟基化石墨纳米微片，用玻璃棒搅拌20～40分钟，再经超声波处理30～60分钟，21～25℃下静止24小时，经蒸馏水多次冲洗、抽滤并置于80℃真空烘箱干燥24小时，制得钛酸酯偶联剂功能化改性的石墨纳米微片；

步骤三、取60～90份的聚苯硫醚树脂，与经过步骤二得到的钛酸酯偶联剂功能化改性的石墨纳米微片进行混合，获得聚苯硫醚导热改性料；

步骤四、将经过步骤三获得的聚苯硫醚导热改性料装入模具中，在小平板硫化机上模压成型，制备所述高导热聚苯硫醚复合材料，所述模压成型时的模压温度为290～300℃，压力为10～15MPa。

优选的是，在所述步骤三中，所述将钛酸酯偶联剂功能化改性的石墨纳米微片与聚苯硫醚树脂在高速混合机中进行混合，所述高速混合机的转速为2900～3100转/分钟，混合时间为10～30分钟。

本发明中，石墨纳米微片具有极优的导热性能和优异的机械强度。相对于普通石墨，石墨纳米微片的厚度处在纳米尺度范围内，但其径向宽度达到数个到数十个微米，具有超大的直径/厚度比。相比纯石墨烯，石墨纳米微片价格较低。诸多优点使其成为制备高导热聚苯硫醚复合材料的理想导热改性添加剂。

由于采用甲基磺酸/氢氧化钠和钛酸酯偶联剂功能化改性的石墨纳米微片为导热填料，使得聚苯硫醚复合材料的导热性能得到提高，其导热系数由现有技术的0.226W/mK提高到0.944～4.414W/mK。

附图说明

图1为本发明高导热聚苯硫醚复合材料制备方法的一优选实施例的流程图。

具体实施方式