[发明专利]一种高导热低摩擦系数PPS/BN复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热低摩擦系数聚苯硫醚/氮化硼（PPS/BN）复合材料及其制备方法。该方法在无水乙醇的辅助下，短时间内将BN微片紧密且均匀地包覆在PPS颗粒表面，然后在320~330°C、200~1200 MPa下热压成型，在材料内部构建出BN微片定向分布在PPS颗粒间的隔离网络结构，从而构筑出BN三维导热网络结构。另外，基于PPS与BN自身的润滑特性及PPS与BN较好的界面相互作用，PPS/BN复合材料最终同时表现出优异的导热和摩擦性能。

技术领域

本发明涉及一种聚苯硫醚复合材料及其制备方法，具体涉及一种具有高导热，低摩擦系数的聚苯硫醚/氮化硼复合材料及其制备方法，属于多功能复合材料制备领域。

背景技术

聚苯硫醚（PPS）是一种综合性能十分优异的特种工程塑料，具有良好的高温稳定性、自润滑性、摩擦性能和耐腐蚀性能，因而广泛应用于军工、航天、汽车工业、电子电气等众多领域。其摩擦系数在0.35~0.5之间，不足以满足严苛摩擦条件下的应用要求。因此，为了降低摩擦系数，大多数研究者在PPS基体中加入固体润滑类物质，如：石墨、聚四氟乙烯、MoS₂、陶瓷颗粒等。

摩擦元器件，如齿轮、轴承等在工作过程中承受较大的摩擦力时，还会产生大量热量。如果热量无法及时传导，会加剧器件的疲劳磨损，最终降低器件寿命。为提高PPS导热性能，一般是向基体中引入高导热填料，如：氮化硼（BN）、碳纤维（CF）、石墨烯（GNP）等。Deng等人将GNP作为改性填料与PPS熔融共混制备了PPS/GNP复合材料。当温度为30°C，GNP添加量为30 wt%时，PPS/GNP复合材料的导热系数达到1.156 W/（m·K），约为纯PPS［0.219 W/（m·K）］的5倍。(Deng, S., et al. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2014.118(1): p. 197-203.)。Kim等使用环氧粘附层将导热BN填料包覆在PPS颗粒表面，然后热压，转变成复合膜。当添加18 wt%的BN，PPS的导热系数从0.28 W/( m·K)提高到1.32 W/(m· K)。(Kim, K. and J. Kim. Composites Science and Technology, 2016. 134: p.209-216.)。由于环氧层的存在，界面热阻增大，即使在BN填料含量较高时导热系数依然不太理想。据报道，三维BN导热网络结构的有效构筑可大幅度提高聚合物的导热性能。

目前，研究者对于耐磨PPS与高导热PPS复合材料都开展了一系列工作，但兼具高导热、低摩擦系数的PPS复合材料的报道较少。中国专利CN104212170A公开了“一种高导热耐磨聚苯硫醚复合材料及其制备方法”。该专利采用挤出共混与注塑成型制备了导热填料为碳纳米管(CNT)和碳纤维(CF)的PPS复合材料。该复合材料中由于添加了较多的填料，耐磨性能不足；同时，高含量的CNT易发生团聚，会导致样品性能的不均一。

发明内容

本发明的目的是提供一种高导热低摩擦系数PPS/BN复合材料及其制备方法。利用简单独特的共混方式将PPS颗粒与BN微片均匀混合，准确控制BN的添加量，然后采用特定压制工艺在PPS基体中构筑三维BN导热网络，最终获得高导热低摩擦系数PPS/BN复合材料。

具体实施方法为：一种高导热低摩擦系数PPS/BN复合材料及其制备方法，复合材料包含PPS和BN两种组分，各组份的质量份数为PPS 70~85份，BN 15~30份；制备方法是在无水乙醇的辅助下，短时间内将BN微片紧密且均匀地包覆在PPS颗粒表面，然后在320~330°C、200~1200 MPa下热压成型，从而在材料内部构建出BN微片定向分布在PPS颗粒间的隔离网络结构，构筑出BN三维导热网络结构。

本发明通过加入BN微片，作为导热填料和固体润滑剂，可以用于同时提升PPS导热和摩擦性能。在无水乙醇的辅助作用下包覆于PPS表面，构筑了三维导热的隔离网络结构。在较低的填料含量下实现复合材料的高热导率和低摩擦系数。