一種導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法與流程
1.本發(fā)明涉及尼龍復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
2.隨著社會的發(fā)展，對于高分子復(fù)合材料的性能要求也日新月異，除強(qiáng)度等力學(xué)性能外，市場對于材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能要求也越來越高。
3.目前提高材料導(dǎo)熱性能的主要技術(shù)手段為，采用具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的填料對本體樹脂進(jìn)行物理改性，例如金屬材料、石墨烯、碳納米管等，從而得到具有一定導(dǎo)熱功能的高分子復(fù)合材料。該方法具有成本低、加工工藝簡單以及適用于規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)勢，因此受到廣泛應(yīng)用。
4.然而目前的技術(shù)方案中，如要達(dá)到優(yōu)秀的導(dǎo)熱效果，需要加入較多的導(dǎo)熱填料才能實(shí)現(xiàn)，這一方面大大增加了生產(chǎn)成本，另一方面，填料的大量增加降低了高分子材料的流動(dòng)性能，導(dǎo)致成型困難，增加了生產(chǎn)工藝的難度，同時(shí)造成產(chǎn)品的力學(xué)性能降低，無法達(dá)到令人滿意的效果。
5.綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中均存在一定缺陷，亟需研發(fā)一種新的技術(shù)方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
6.基于此，本發(fā)明開發(fā)了一種導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法。以聚丙烯和尼龍材料混合制備的復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，同時(shí)又具有良好的電性能、耐熱性和耐腐蝕性，然而該復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)較低，限制了其在導(dǎo)熱、散熱領(lǐng)域中的應(yīng)用。本發(fā)明以聚丙烯和尼龍材料為基材，并加入助劑和少量填料，滿足了復(fù)合材料對導(dǎo)熱性能的需求，同時(shí)具有良好的力學(xué)性能，解決了現(xiàn)有產(chǎn)品中的缺陷，具有良好的應(yīng)用前景。
7.本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：s1. 將尼龍聚合物與聚丙烯均勻混合、真空干燥，得到中間產(chǎn)物1；s2. 將助劑、導(dǎo)熱填料噴灑到中間產(chǎn)物1上，球磨混合后，得到中間產(chǎn)物2；s3. 將中間產(chǎn)物2進(jìn)行熔融擠出造粒，得到產(chǎn)物；其中，所述助劑包括發(fā)泡劑和分散劑；所述發(fā)泡劑為碳酰肼和4,4-氧代雙苯磺酰氯反應(yīng)所得。
8.進(jìn)一步地，所述尼龍聚合物、聚丙烯、助劑、導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比為(40-60):(30-50):(0.5-3):(20-50)。
9.進(jìn)一步地，所述發(fā)泡劑的制備方法包括如下步驟：將碳酰肼、溶劑、碳酸氫鈉加入容器中，然后滴入4,4-氧代雙苯磺酰氯，加熱至80-90℃反應(yīng)3-5 h后，重結(jié)晶得到所述發(fā)泡劑。
10.進(jìn)一步地，所述碳酰肼、碳酸氫鈉和4,4-氧代雙苯磺酰氯的摩爾比為1:(1-2):(2-2.5)。
11.進(jìn)一步地，所述發(fā)泡劑為1,5-二苯氧基苯磺酰碳酰肼。
12.進(jìn)一步地，所述導(dǎo)熱填料選自金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物、黑磷、紅磷、富勒烯、硫化物、硒化物、二維材料、石墨烯、氮化鋁、氮化硼、碳化硅中的一種或多種。
13.進(jìn)一步地，所述導(dǎo)熱填料的粒徑為1-10 μm。
14.進(jìn)一步地，所述尼龍聚合物選自pa6、pa66、pa46、pa1010、pa6/66中的一種或多種。
15.進(jìn)一步地，所述分散劑選自十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯、單硬脂酸甘油酯、雙硬脂酸甘油酯、三硬脂酸甘油酯、苯磺酰胺、纖維素醚中的至少兩種。
16.進(jìn)一步地，步驟s2中，所述球磨混合的時(shí)間為12-36 h，轉(zhuǎn)速為300-600 rpm。
17.進(jìn)一步地，步驟s3中，所述熔融擠出造粒的熔融溫度為220-240℃，擠出溫度為200-230℃。
18.本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明一種導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法采用尼龍和聚丙烯作為主要組分，并采用1,5-二苯氧基苯磺酰碳酰肼作為發(fā)泡劑，其微粒能鑲嵌、吸附于填料外側(cè)，在球磨、造粒過程中通過自身分解使填料達(dá)到更均勻的分布效果。令人意外的發(fā)現(xiàn)，該發(fā)泡劑能與分散劑產(chǎn)生良好的協(xié)同效應(yīng)，二者復(fù)配能夠使體系中產(chǎn)生微小、均一的孔泡，使產(chǎn)品具有更穩(wěn)定、均勻的立體結(jié)構(gòu)，還有效改善了組分的分布情況，避免了團(tuán)聚等問題的出現(xiàn)，使導(dǎo)熱填料在復(fù)合材料中均勻分布，更容易形成連續(xù)、穩(wěn)定的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而充分發(fā)揮導(dǎo)熱填料的作用，將熱量更高效、及時(shí)的傳遞，實(shí)現(xiàn)了在填料含量較低的條件下賦予其更好的導(dǎo)熱性能，同時(shí)保證了復(fù)合材料具有更優(yōu)異的力學(xué)性能。因此本發(fā)明具有廣闊的應(yīng)用環(huán)境和良好的應(yīng)用前景，極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值和市場潛力。
具體實(shí)施方式
19.為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，列舉如下實(shí)施例。實(shí)施例中所出現(xiàn)的原料、反應(yīng)和后處理手段，除非特別聲明，均為市面上常見原料，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)手段。
20.本發(fā)明中的詞語“優(yōu)選的”、“優(yōu)選地”、“更優(yōu)選的”等是指，在某些情況下可提供某些有益效果的本發(fā)明實(shí)施方案。然而，在相同的情況下或其他情況下，其他實(shí)施方案也可能是優(yōu)選的。此外，對一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的表述并不暗示其他實(shí)施方案不可用，也并非旨在將其他實(shí)施方案排除在本發(fā)明的范圍之外。
21.應(yīng)當(dāng)理解，除了在任何操作實(shí)例中，或者以其他方式指出的情況下，表示例如說明書和權(quán)利要求中使用成分的量或所有數(shù)字，應(yīng)被理解為在所有情況下，被術(shù)語“約”修飾。因此，除非相反指出，否則在以下說明書和所附權(quán)利要求中闡述的數(shù)值參數(shù)是根據(jù)本發(fā)明所要獲得的期望性能而變化的近似值。
22.本發(fā)明實(shí)施例中的發(fā)泡劑的制備方法為：在20℃下，將0.1 mol碳酰肼、0.15 mol碳酸氫鈉加入乙醇中，然后在30 min內(nèi)滴入0.2 mol 4,4-氧代雙苯磺酰氯，加熱至80℃反應(yīng)4 h后，重結(jié)晶得到所述發(fā)泡劑。
23.本發(fā)明實(shí)施例中的尼龍聚合物為pa6/66。
24.本發(fā)明實(shí)施例中的聚丙烯為pp-1102k。
25.本發(fā)明實(shí)施例中的分散劑為纖維素醚、雙硬脂酸甘油酯、十二烷基硫酸鈉（質(zhì)量比為1:1:1）。
26.本發(fā)明實(shí)施例中的“份”均指質(zhì)量份數(shù)。
27.實(shí)施例1一種導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：s1. 將40份尼龍聚合物與30份聚丙烯均勻混合、真空干燥，得到中間產(chǎn)物1；s2. 將0.8份發(fā)泡劑、0.8份分散劑、40份導(dǎo)熱填料（包括20份氧化鋁和20份碳化硅，平均粒徑為5 μm）噴灑到中間產(chǎn)物1上，300 rpm球磨混合24 h后，得到中間產(chǎn)物2；s3. 將中間產(chǎn)物2加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出造粒（喂料溫度190℃，熔融溫度230℃，擠出溫度220℃），得到產(chǎn)物。
28.實(shí)施例2s1. 將60份尼龍聚合物與50份聚丙烯均勻混合、真空干燥，得到中間產(chǎn)物1；s2. 將1.2份發(fā)泡劑、1.2份分散劑、30份導(dǎo)熱填料（包括10份碳化硅、15份鋁粉和5份氮化硼，平均粒徑為5 μm）噴灑到中間產(chǎn)物1上，600 rpm球磨混合36 h后，得到中間產(chǎn)物2；s3. 將中間產(chǎn)物2加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出造粒（喂料溫度200℃，熔融溫度230℃，擠出溫度210℃），得到產(chǎn)物。
29.實(shí)施例3s1. 將50份尼龍聚合物與40份聚丙烯均勻混合、真空干燥，得到中間產(chǎn)物1；s2. 將1份發(fā)泡劑、1.5份分散劑、50份導(dǎo)熱填料（包括25份氧化鋁和25份氮化硼，平均粒徑為5 μm）噴灑到中間產(chǎn)物1上，500 rpm球磨混合12 h后，得到中間產(chǎn)物2；s3. 將中間產(chǎn)物2加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融擠出造粒（喂料溫度200℃，熔融溫度230℃，擠出溫度210℃），得到產(chǎn)物。
30.對比例1一種尼龍復(fù)合材料的制備方法，本對比例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：步驟s2中，采用0.8份纖維素醚替換分散劑，其他成分及制備方法與實(shí)施例1相同。
31.對比例2一種尼龍復(fù)合材料的制備方法，本對比例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：步驟s2中，采用0.8份4,4-氧代雙苯磺酰肼替換發(fā)泡劑，其他成分及制備方法與實(shí)施例1相同。
32.對比例3一種尼龍復(fù)合材料的制備方法，本對比例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：步驟s2中，采用0.8份分散劑替換發(fā)泡劑，其他成分及制備方法與實(shí)施例1相同。
33.對比例4一種尼龍復(fù)合材料的制備方法，本對比例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：步驟s2中，采用0.8份分散劑替換發(fā)泡劑，并多加入30份氧化鋁，其他成分及制備方法與實(shí)施例1相同。
34.測試?yán)郎y試方法：
對實(shí)施例1和對比例1-4制備的尼龍復(fù)合材料樣品進(jìn)行性能測試，采用instron-5966試驗(yàn)機(jī)測試樣品拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，采用導(dǎo)熱系數(shù)測定儀測定樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。
35.測試結(jié)果如表1所示。
36.表1 性能測試結(jié)果根據(jù)表1可以得出，本發(fā)明實(shí)施例1制備的導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能，顯著優(yōu)于對比例。對比例1-3由于采用單一分散劑或不含發(fā)泡劑或采用4,4-氧代雙苯磺酰肼替換發(fā)泡劑，導(dǎo)致發(fā)泡劑與分散劑之間無法產(chǎn)生較好的協(xié)同效應(yīng)，因此導(dǎo)熱填料難以均一分布于產(chǎn)品中，造成產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能較差；而對比例4在對比例3的基礎(chǔ)上增加了導(dǎo)熱填料的含量，因此導(dǎo)熱系數(shù)增大，然而其力學(xué)性能明顯降低，難以滿足實(shí)際使用的需求。本發(fā)明在有效提升產(chǎn)品導(dǎo)熱性能的同時(shí)，保證了較強(qiáng)力學(xué)性能，具有良好的應(yīng)用前景。
37.對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
38.此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
技術(shù)特征：
1.一種導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：s1. 將尼龍聚合物與聚丙烯均勻混合、真空干燥，得到中間產(chǎn)物1；s2. 將助劑、導(dǎo)熱填料噴灑到中間產(chǎn)物1上，球磨混合后，得到中間產(chǎn)物2；s3. 將中間產(chǎn)物2進(jìn)行熔融擠出造粒，得到產(chǎn)物；其中，所述助劑包括發(fā)泡劑和分散劑；所述發(fā)泡劑為碳酰肼和4,4-氧代雙苯磺酰氯反應(yīng)所得；所述分散劑包括纖維素醚、雙硬脂酸甘油酯、十二烷基硫酸鈉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述尼龍聚合物、聚丙烯、助劑、導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比為(40-60):(30-50):(0.5-3):(20-50)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述發(fā)泡劑的制備方法包括如下步驟：將碳酰肼、溶劑、碳酸氫鈉加入容器中，然后滴入4,4-氧代雙苯磺酰氯，加熱至80-90℃反應(yīng)3-5 h后，重結(jié)晶得到所述發(fā)泡劑。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳酰肼、碳酸氫鈉和4,4-氧代雙苯磺酰氯的摩爾比為1:(1-2):(2-2.5)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)熱填料選自金屬、金屬氧化物、金屬氫氧化物、黑磷、紅磷、富勒烯、硫化物、硒化物、二維材料、石墨烯、氮化鋁、氮化硼、碳化硅中的一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)熱填料的粒徑為1-10 μm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述尼龍聚合物選自pa6、pa66、pa46、pa1010、pa6/66中的一種或多種。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述球磨混合的時(shí)間為12-36 h，轉(zhuǎn)速為300-600 rpm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述熔融擠出造粒的熔融溫度為220-240℃，擠出溫度為200-230℃。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：S1.將尼龍聚合物與聚丙烯均勻混合、真空干燥，得到中間產(chǎn)物1；S2.將助劑、導(dǎo)熱填料噴灑到中間產(chǎn)物1上，球磨混合后，得到中間產(chǎn)物2；S3.將中間產(chǎn)物2進(jìn)行熔融擠出造粒，得到產(chǎn)物；其中，所述助劑包括發(fā)泡劑和分散劑；所述發(fā)泡劑為碳酰肼和4,4-氧代雙苯磺酰氯反應(yīng)所得。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在填料含量較低的條件下賦予其更好的導(dǎo)熱性能，同時(shí)保證了復(fù)合材料具有更優(yōu)異的力學(xué)性能，因此本發(fā)明具有廣闊的應(yīng)用環(huán)境和良好的應(yīng)用前景，極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值和市場潛力。市場潛力。
