专利名称：一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。
背景技术：
传统的导热材料通常为金属材料，由于金属的密度大、熔点高，使得导热材料的加工能耗成本较高，不利于制品的轻量化。以聚合物为基体的导热复合材料因具有质量轻、耐腐蚀、易加工等优点而被人们所重视。现有技术中的聚合物基导热材料是采用向聚合物基体中大量填充导热填料制备而成的。导热填料的填充量越大，对于提高导聚合物基导热复合材料的导热性能越有利，但对于导热复合材料的力学性能却是不利的。已有文献报道用氮化硼填充高密度聚乙烯来制备聚乙烯导热复合材料(BN/HDPE导热塑料的热导率，高分子材料科学与工程，2008，(24)2: 83-86)，也有专利CN101410447A介绍了一种以热塑性聚酰胺为基体树脂，通过填充导热填料来制备导热复合材料的方法。但是现有的导热复合材料普遍存在如下问题:(I)采用通用塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯)为聚合物基体制备的导热复合材料的耐热性能较差，或在导热填料填充量较高的情况下力学性能急剧变差；(2)采用工程塑料(如聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚酯工程塑料)为基体制备的导热塑料虽然具有较高的耐热性和机械性能，但聚合物基体的成本要远高于通用塑料。总之，由于受到基体材料性能的限制，使得现有技术的导热复合材料不能同时达到导热性能、耐热性能、力学性能和经济成本等各方面要求，难以真正取代金属导热材料，从而限制了导热复合材料的广泛应用。因而，亟需探索一种高经济性且具备优良的导热性能、耐热性能和力学性能的聚合物基导热复合材料，以真正取代金属导热材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料及其制备方法和应用，所述导热复合材料具有优异的导热性能、耐热性能和力学性能，同时生产成本低，具有很好的经济效益和广阔的工业化应用前景。本发明是通过以下技术方案予以实现的。一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料， 所述复合材料由以下按质量份计的组分组成:聚乙烯100份
石墨粉30 —120份
铝纤维5 — 30份
乙烯基硅烷0.5-3份
过氧化物引发剂0.05-0.2份。上述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其中，所述的乙烯基硅烷的通式为:CH=CH(CH2)nSiX3 ；X为可水解基团。上述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其中，所述的乙烯基硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β -甲氧基乙氧基)硅烷、乙稀基二叔丁基娃烧、乙稀基二叔丁基过氧娃烧或乙稀基二乙酸氧基娃烧中的一种。上述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其中，所述的过氧化物引发剂为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯、2，5- 二甲基-2，5- 二 (叔丁基过氧基)己烧或过氧化苯甲酰中的一种或两种以上。上述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其中，所述的石墨粉的粒度为2000目。上述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其中，所述的铝纤维的直径为0.03mm,长度为0.6-0.8mm，长径比为20-28。
上述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法，制备步骤如下:将聚乙烯、石墨粉、铝纤维、乙烯基硅烷和过氧化物引发剂在高速混合机中进行搅拌混合，搅拌速度1500 - 2500r/min,搅拌时间5 — IOmin,然后经过双螺杆或单螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的挤出温度区间为150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料。上述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的应用，将所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料注塑或挤出成型制成制品后，需要在60 - 100°C的热水中浸泡8 - 24h，即通过热水浸泡以实现硅烷接枝聚乙烯的水解交联，从而提高制品的力学性能和耐热性能。本发明所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料采用聚乙烯为基体树脂，乙烯基硅烷为交联剂，过氧化物为引发剂，石墨粉和铝纤维为导热填料，在复合材料的挤出过程中和挤出温度条件下完成乙烯基硅烷在聚乙烯上的原位接枝反应，乙烯基硅烷由于分子中含有乙烯基结构可以在过氧化物类引发剂的作用下被接枝到聚乙烯分子链上，形成乙烯基硅烷接枝聚乙烯。通过将乙烯基硅烷接枝到聚乙烯基体中，使得聚乙烯基体具备了可热水交联的特性。由于通过交联可提高材料的力学性能和耐热性能，所以以本发明所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料制成的导热制品具有优良的力学性能和耐热性能。基本原理如下:乙烯基硅烷接枝聚乙烯由于分子链中含有可水解基团，通过这些基团的水解交联可以将聚乙烯分子链连接起来，形成交联网络状结构，即形成交联聚乙烯。由于在聚乙烯导热复合材料中引入网络状的交联结构，从而使得导热复合材料的力学性能和耐热性能均获得很大提高。本发明所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料可以保证在具备较高力学性能的条件下实现导热填料的高填充，因而具有优良的导热性能。本发明所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料解决了现有技术中导热复合材料由于填充了大量的导热填料而导致复合材料力学性能变差的问题，同时提高了现有技术中的聚乙烯导热复合材料的耐高温性能。所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料既具有较高的热导率，又有较高的耐热性能和良好的机械性能，同时聚乙烯作为导热复合材料的实际聚合物基体，原料成本低廉，整个硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法简单，工艺流程短，易于操作，设备投资成本低，因而具有很好的经济效益和广阔的工业化应用前景。
具体实施例方式以下通过具体实施例对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。本发明中所使用的双螺杆挤出机，型号AK-36，南京科亚公司生产；高速混合机，型号SHR-10A，江苏白熊机械有限公司生产。本发明中使用下述仪器测试样品的性能，按GB/T 1040-2006标准在RG1-5型电子万能试验机(深圳市瑞格尔仪器有限公司生产)上进行拉伸性能测试，试样尺寸为140mmX 10_X 4mm，测试速度为 50mm/min ;按 GB/T 1634-1979 标准在 XRW-300 型热变形温度测定仪(承德试验机有限公司生产)上进行热变形温度测试；按GB/T 11205-1989标准在DRM-2型导热仪(西安航天材料公司生产)上测试导热率。说明:表I中所附实施例1-6和对比例1-3的试验数据，为将实施例和对比例所制得的各导热复合材料注塑成测试用的样条后，在80°C的热水中浸泡20h，然后进行性能测试得到的数据。对比例4的试验数据为将所制得的导热复合材料注塑成测试用的样条后，不经过热水浸泡测试得到的数据。实施例1一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法，制备步骤如下:将100份的聚乙烯、30份的石墨粉、5 份的铝纤维、0.5份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.05份的过氧化二异丙苯在高速混合机中进行搅拌混合，搅拌速度1500r/min,搅拌时间5min,然后经过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的挤出温度区间为150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料。一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的应用，将所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料注塑或挤出成型制成制品后，在60 - 100°C的热水中浸泡8 - 24h。实施例2一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法，制备步骤如下:将100份的聚乙烯、50份的石墨粉、10份的铝纤维、0.8份的乙烯基三氯硅烷和0.08份的双叔丁基过氧化二异丙基苯在高速混合机中进行搅拌混合，搅拌速度1800r/min,搅拌时间8min,然后经过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的挤出温度区间为150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料。一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的应用，将所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料注塑或挤出成型制成制品后，在60 - 100°C的热水中浸泡8 - 24h。实施例3一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法，制备步骤如下:将100份的聚乙烯、80份的石墨粉、15份的铝纤维、1.5份的乙烯基三乙氧基硅烷和0.12份的2，5- 二甲基-2，5- 二 (叔丁基过氧基)己烧在高速混合机中进行搅拌混合，搅拌速度2000r/min,搅拌时间lOmin，然后经过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的挤出温度区间为150 — 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料。一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的应用，将所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料注塑或挤出成型制成制品后，在60 - 100°C的热水中浸泡8 - 24h。实施例4一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法，制备步骤如下:将100份的聚乙烯、100份的石墨粉、20份的铝纤维、2份的乙烯基三(β -甲氧基乙氧基)硅烷和0.15份的过氧化苯甲酰在高速混合机中进行搅拌混合，搅拌速度1500r/min,搅拌时间5min,然后经过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的挤出温度区间为150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料。一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的应用，将所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料注塑或挤出成型制成制品后，在60 - 100°C的热水中浸泡8 - 24h。实施例5一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法，制备步骤如下:将100份的聚乙烯、120份的石墨粉、25份的铝纤维、2.5份的乙烯基三叔丁基硅烷和0.12份的过氧化二异丙苯、0.06份的双叔丁基过 氧化二异丙基苯在高速混合机中进行搅拌混合，搅拌速度1800r/min,搅拌时间8min，然后经过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的挤出温度区间为150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料。一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的应用，将所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料注塑或挤出成型制成制品后，在60 - 100°C的热水中浸泡8 - 24h。实施例6一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法，制备步骤如下:将100份的聚乙烯、60份的石墨粉、30份的铝纤维、3份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.2份的过氧化二异丙苯在高速混合机中进行搅拌混合，搅拌速度2000r/min,搅拌时间IOmin,然后经过双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的挤出温度区间为150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料。一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的应用，将所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料注塑或挤出成型制成制品后，在60 - 100°C的热水中浸泡8 - 24h。对比例I取纯的聚乙烯通过双螺杆挤出机挤出造粒。对比例2原料为100份的聚乙烯，100份的石墨粉和30份的铝纤维，制备工艺同实施例1。对比例3原料为100份的聚乙烯，100份的石墨粉、30份的铝纤维和0.2份的过氧化二异丙苯，制备工艺同实施例1。对比例4原料为100份的聚乙烯，30份的石墨粉，30份的铝纤维，0.5份的乙烯基三甲氧基硅烷和0.05份的过氧化二异丙苯，制备工艺同实施例1，但在将导热复合材料注塑成测试用的样条后，不经过热水浸泡直接测试样条性能。表I实施例1-6和对比例1-4的性能测试数据
权利要求
1.一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下按质量份计的组分组成: 聚乙烯100份 石墨粉30 — 120份 铝纤维5 — 30份乙烯基硅烷0.5 — 3份 过氧化物引发剂0.05 — 0.2份。
2.如权利要求1所述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述的乙烯基硅烷的通式为=CH=CH(CH2)nSiX3 ；X为可水解基团。
3.如权利要求2所述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述的乙烯基硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三叔丁基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷中的一种。
4.如权利要求1所述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述的过氧化物引发剂为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯、2，5- 二甲基-2，5- 二(叔丁基过氧基)己烷或过氧化苯甲酰中的一种或两种以上。
5.如权利要求1所述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述的石墨粉的粒度为2000目。
6.如权利要求1所述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述的铝纤维的直径为0.03mm,长度为0.6-0.8mm,长径比为20-28。
7.如权利要求1所述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下:将聚乙烯、石墨粉、铝纤维、乙烯基硅烷和过氧化物引发剂在高速混合机中进行搅拌混合，搅拌速度1500 - 2500r/min，搅拌时间5 — lOmin，然后经过双螺杆或单螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的挤出温度区间为150 - 200°C，即可得到所述的硅烷接枝聚乙烯导热复合材料。
8.如权利要求1所述的一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的应用，其特征在于，将所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料注塑或挤出成型制成制品后，需要在60 - 100°C的热水中浸泡8 - 24h，即通过热水浸泡以实现硅烷接枝聚乙烯的水解交联，从而提高制品的力学性能和耐热性能。
全文摘要
本发明公开了一种硅烷接枝聚乙烯导热复合材料及其制备方法和应用，所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料解决了现有技术中导热复合材料由于填充了大量的导热填料而导致复合材料力学性能变差的问题，同时提高了现有技术中的聚乙烯导热复合材料的耐高温性能。本发明所述硅烷接枝聚乙烯导热复合材料既具有较高的热导率，又有较高的耐热性能和良好的机械性能，同时聚乙烯作为导热复合材料的实际聚合物基体，原料成本低廉，整个硅烷接枝聚乙烯导热复合材料的制备方法简单，工艺流程短，易于操作，设备投资成本低，因而具有很好的经济效益和广阔的工业化应用前景。
文档编号C08K13/04GK103205044SQ20131010391
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者吴晓金, 张涛, 翁伟明, 陈加波 申请人:江苏金聚合金材料有限公司