专利名称：：一种高导热复合材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种高分子材料
技术领域：
，特别是涉及一种用于注射或挤出成型的高导热塑性复合材料及其制备方法。
背景技术：
：由于金属材料具有良好的导热性能，传统的换热和散热材料大多应用金属材料，但金属材料易导电、重量高、机械加工复杂。随着技术进步和产业升级，在越来越多的应用领域如电子信息、热能工程中，要求材料具有轻便、容易加工、绝缘等特点，这些要求使技术材料难以胜任。高分子材料具有良好的加工性能，容易通过注射或挤出成型。但高分子材料大多是热的不良导体，导热系数与金属材料相比通常相差数百倍以上。一些应用领域对高分子材料的导热性能提出了越来越高的要求，如CPU和LED的封装和散热、集成电路和多层线路板、功率器件的外壳，这些材料都要求导热绝缘，使得导热高分子材料特别是导热塑性材料的研究受到广泛关注。现有的研究表明，提高高分子材料导热性能的途径主要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乙炔、聚苯胺、聚吡啶等，主要通过电子导热机理来提高传热性能，但导热系数通常仍低于1.0W/mK，其价格昂贵且与金属导热性能相差甚远。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以下类型1)金属粉末填料，如铜粉、铝粉等，但在有绝缘要求时通常不使用；2)金属氧化物，如氧化铝、氧化镁、氧化锌等；3)金属氮化物，如氮化铝、氮化硼等；4)无机非金属，如石墨、碳化硅等。另外，为了形成连续的导热网链，碳纤维、玻璃纤维、晶须硅等材料也常常被选作填充组合。高分子聚合物/无机物导热复合材料的导热性能，不仅取决于聚合物基体和导热填料的种类、特性，而且与填料的形状、粒径、尺寸分布，填料与基体的界面结合特性密切相关。中国专利200510101700.0公开了一种注射成型的导热绝缘塑料，提供一种以大颗粒导热填料为主、采用不同粒径组合的导热填料通过注射成型制备导热绝缘塑料，专利中叙述其导热系数可达到1.93.5W/m*K。但是，本发明人的研究表明将不同粒径的填料与塑料基体一起混合，小粒径的填料更容易附着在塑料粒子表面，造成大粒径的填料与塑料粒子混合不均匀，经过双螺杆挤出机挤出造粒后导热填料致密度不高，也不容易形成连续的导热网链。而且，无机填料的填充量通常高达70%，使得材料的注塑加工性能受到了严重影响。中国专利200710024620.9公开了一种导热绝缘塑料及其制造方法，通过添加多种小粒径无机填料的组合，提高电器设备装置外壳的高散热性能，专利中叙述其导热系数可达到618W/mK。中国专利200710076484.8公开了一种高导热聚苯硫醚复合材料及其制备方法，采用导热填料、玻纤等作为填充物，专利中叙述其导热系数最高可达到13.5W/mK。但是，该专利中并未披露所使用导热填料的粒径，而本发明人的研究表明，对于包括聚苯硫醚在内的多种塑料材料，采用填料的粒径分布对于材料性能具有重要影响。此外，国外报道有聚苯硫醚高导热塑料，导热系数高达25100W/mK，但未见披露其配方及制备方法。
发明内容本发明要解决的技术问题在于提供一种高导热塑性复合材料及其制备方法，使得制备的材料具有良好的导热性能和注塑加工性能。本发明提供一种高导热复合材料，其组成按质量配比为(份)塑料材料100;50300微米大粒径导热±真料30100;1-10微米小粒径导热填料050;玻璃纤维、晶须硅或碳纤维1050;偶联剂05;助齐[J08。其中，所述塑料材料是PPS、PP、PE、PS或ABS中的一种或几种复合。其中，所述导热填料是金属氧化物、金属氮化物、石墨、碳化硅中的一种或几种复合。特别地，所述大粒径导热填料与小粒径导热填料是两种不同物质，可以获得更好的导热性能。其中，所述玻璃纤维是无碱无捻长玻纤或无碱短玻纤，所述碳纤维是碳纤维纺织品废料。其中，所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或钛铝酸酯偶联剂。其中，所述助剂是硬脂酸酰胺、硬脂酸盐、氮化硼或二硫化钼。本发明的优选方案如下一种高导热复合材料的组成按质量配比为，塑料材料100份、50300微米大粒径导热填料5080份、110微米小粒径导热填料2040份、玻璃纤维2040份、偶联剂0.12份、润滑剂0.12份。所述塑料材料是PS、ABS或PPS，大粒径导热填料是氧化铝或氮化铝，小粒径导热填料是氧化镁或碳化硅。本发明提出的一种高导热复合材料的制备方法，包括以下步骤1)在按质量配比称取的小粒径导热填料中加入其质量的0.53%的偶联剂进行表面处理，处理温度3080°C，处理时间510min;2)在按质量配比称取的大粒径导热填料中加入其质量的0.53%的偶联剂进行表面处理，处理温度3080°C，处理时间515min;3)在按质量配比称取的塑料材料，与处理好的大粒径导热填料、其它助剂一起投入高速混合器中混合15min;4)再向高速混合器中加入处理好的小粒径导热填料，混合23min;5)将上述混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的玻纤口，经熔融挤出造粒。本发明所提供的高导热复合材料及其制备方法，成本较低，工艺简单，所制备的材料具有良好的导热性能和加工性能，可以模压、挤出或注射成型。具体实施例方式本发明提供一种高导热复合材料，各组分的重量份数用量如下塑料基体100份、50300微米大粒径导热填料30100份、110微米小粒径导热填料050份、玻璃纤维1050份、偶联剂05份、助剂08份。其中，所述塑料材料是PPS、PP、PE、PS或ABS中的一种或几种复合，所述导热填料是金属氧化物、金属氮化物、石墨、碳化硅中的一种或几种复合，所述玻璃纤维是无碱无捻长玻纤或无碱短玻纤，所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或钛铝酸酯偶联剂，所述助剂是硬脂酸酰胺、硬脂酸盐、氮化硼或二硫化钼。特别地，所述大粒径导热填料与小粒径导热填料是两种不同物质，可以获得更好的导热性能。实施例1:—种高导热复合材料的组成按质量配比为PPS100份、200微米氧化铝大粒径导热填料60份、2微米碳化硅小粒径导热填料25份、玻璃纤维25份、铝酸酯偶联剂0.5份、二硫化钼润滑剂0.5份。其制备方法如下1)在按质量配比称取的200微米氧化铝中加入偶联剂进行表面处理，处理温度3080。C，处理时间510min;2)在按质量配比称取的2微米碳化硅中加入偶联剂进行表面处理，处理温度308(TC，处理时间48min;3)在按质量配比称取的聚苯硫醚材料，与处理好的200微米氧化铝、二硫化钼润滑剂一起投入高速混合器中混合35min;4)再向高速混合器中加入处理好的2微米碳化硅，混合23min;5)将上述混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，按质量配比的玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的玻纤口，经熔融挤出造粒。挤出机设定温度为25030(TC，停留时间为23min，压力为100200MPa。实施例2:—种高导热复合材料的组成按质量配比为PP100份、300微米氧化镁80份、5微米氮化铝30份、碳纤维20份、铝酸酯偶联剂0.5份、二硫化钼润滑剂0.5份。其制备方法与实施例一相同。例3:—种高导热复合材料的组成按质量配比为PP100份、200微米氧化铝大粒径导热填料60份、5微米氧化铝小粒径导热填料25份、玻璃纤维25份、偶联剂0.5份、润滑剂0.5份。其制备方法与实施例一相同。例4:—种高导热复合材料的组成按质量配比为PP100份、200微米氧化铝大粒径导热填料60份、5微米氧化铝小粒径导热填料25份、偶联剂0.5份、润滑剂0.5份。其制备方法与实施例一相同。例5:—种高导热复合材料的组成按质量配比为PP100份、200微米氧化铝大粒径导热填料60份、玻璃纤维25份、偶联剂0.5份、润滑剂0.5份。其制备方法与实施例一相同。按照GB/T3139-2005标准测试PP、PPS和实施例15的导热系数，结果如表1所示。表1:导热系数测试结果(单位W/mK)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>测试结果表明，本发明与现有技术相比具有如下优点1、采用不同种类的大粒径与小粒径导热填料复配，并通过二步混合制备方法提高了塑料粒子与大小颗粒的均匀分布；2、通过玻纤或碳纤维提高了导热网络的连续性，特别是有效改善了现有导热塑料的导热方向性；3、成本较低，工艺简单，所制备的材料具有良好的导热性能和加工性能，可以模压、挤出或注射成型。权利要求一种高导热复合材料，其特征在于，其组成按质量配比为(份)塑料材料100；50～300微米大粒径导热填料30～100；1～10微米小粒径导热填料0～50；玻璃纤维、晶须硅或碳纤维10～50；偶联剂0～5；助剂0～8。2.根据权利要求l所述的高导热复合材料，其特征在于，其组成按质量配比为塑料材料100份、50300微米大粒径导热填料5080份、110微米小粒径导热填料2040份、玻璃纤维2040份、偶联剂0.12份、润滑剂0.12份。3.根据权利要求1或2所述的高导热复合材料，其特征在于，所述塑料材料是PPS、PP、PE、PS或ABS中的一种或几种复合。4.根据权利要求3所述的高导热复合材料，其特征在于，所述导热填料是金属氧化物、金属氮化物、石墨、碳化硅中的一种或几种复合。5.根据权利要求4所述的高导热复合材料，其特征在于，所述大粒径导热填料与小粒径导热填料是两种不同物质。6.根据权利要求4所述的高导热复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维是无碱无捻长玻纤或无碱短玻纤。7.根据权利要求6所述的高导热复合材料，其特征在于，所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或钛铝酸酯偶联剂。8.根据权利要求6所述的高导热复合材料，其特征在于，所述助剂是硬脂酸酰胺、硬脂酸盐、氮化硼或二硫化钼。9.一种如权利要求1所述的高导热复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤1)在按质量配比称取的小粒径导热填料中加入其质量的0.53%的偶联剂进行表面处理，处理温度3080°C，处理时间510min;2)在按质量配比称取的大粒径导热填料中加入其质量的0.53%的偶联剂进行表面处理，处理温度3080°C，处理时间515min;3)在按质量配比称取的塑料材料，与处理好的大粒径导热填料、其它助剂一起投入高速混合器中混合15min;4)再向高速混合器中加入处理好的小粒径导热填料，混合23min;5)将上述混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，玻璃纤维加入到双螺杆挤出机的玻纤口，经熔融挤出造粒。全文摘要本发明涉及一种用于注射或挤出成型的高导热塑性复合材料，由塑料基体、大粒径导热填料、小粒径导热填料、玻璃纤维、偶联剂和助剂制备而成。各组分的重量份数用量如下塑料基体100份、50～300微米大粒径导热填料30～100份、1～10微米小粒径导热填料0～50份、玻璃纤维或晶须硅10～50份、偶联剂0～5份、助剂0～8份。所述的高导热复合材料的制备方法包括以下步骤先将小粒径导热填料、大粒径导热填料分别加入偶联剂进行表面处理备用，再将塑料基体材料与处理好的大粒径导热填料、其它助剂一起投入高速混合器中混合1～5min后，再向高速混合器中加入处理好的小粒径导热填料混合2～3min，然后将混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗、玻璃纤维加入玻纤口，经熔融挤出造粒。本发明所制备的复合材料具有良好的导热性能和加工性能。文档编号C08K9/06GK101775213SQ20101010469公开日2010年7月14日申请日期2010年2月1日优先权日2010年2月1日发明者黄晓峰申请人:黄晓峰