一种导热高分子复合材料及其利用开炼机的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导热高分子复合材料及其利用开炼机的制备方法，利用双辊之间的剪切力使具有较大长径比的片状或棒状导热填料沿着片材方向取向，然后可以将片材叠加到任意的厚度，在低于粘流温度下利用热压成型将填料的取向保持在制品中。制品导热性能具有各向异性，在填料的取向方向具有较好的导热性能，导热系数可以达到10W/mK，在垂直于取向方向上导热系数则小于3W/mK。

Heat conducting polymer composite material and preparation method thereof

The invention discloses a conductive polymer composite material and the preparation method of the mills, the shear force between two rollers having large length diameter ratio of sheet or rod filler sheet along the direction of orientation, which can then be added to any sheet thickness in low temperature by hot pressing the filler keep the orientation flow on wip. The thermal conductivity of the product is anisotropic, and it has good thermal conductivity in the orientation direction of the filler. The thermal conductivity can reach 10W/mK, and the thermal conductivity is less than 3W/mK in the direction perpendicular to the direction.

【技术实现步骤摘要】
一种导热高分子复合材料及其利用开炼机的制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体是指一种导热高分子复合材料及其利用开炼机的制备导热高分子复合材料的方法。
技术介绍
近年来，随着密集的电子设备行业的飞速发展，设备在运行中产生的大量热量极大的降低设备的运行寿命和稳定性。导热高分子复合材料被广泛的运用到电子设备领域，但高分子材料具有较差的导热性能，其导热系数一般只有0.2-0.4W/mK。其传统的制备方法主要有熔融法，溶剂法和原位生成法。但这些制备方法很难制备出导热系数大于3W/mK的复合材料，且添加高体积分数的填料增加了复合材料的制备成本，降低了材料的机械性能。一些导热填料如BN，石墨烯，石墨烯微片，鳞片石墨，碳纳米管和碳纤维等具有非球形结构，且具有各向异性的导热性能。天热鳞片石墨沿着(002)晶面方向导热系数可以达到2000W/mK，而垂直于薄片方向导热系数只有40W/mK。具有六方晶体结构的BN沿着片层方向的导热系数(600W/mK)是垂直方向(30W/mK)的20倍。因此，控制填料在聚合物中取向是制备高导热系数高分子复合材料的一个重要策略。很多学者利用电场或者磁场来实现填料在液态聚合物中取向，然后通过交联或固化使取向的填料固定下来。一些研究者利用流延成型或滴落涂膜的方法制备导热高分子膜，但这种导热高分子膜只有在沿着膜的方向上具有较高的导热系数，而大多数的电子设备要求导热材料在垂直方向上具有较好的导热性能。而采用的电场法和磁场法主要应用于环氧树脂中且工艺复杂，难以应用到实际工业生产中。基于此，研究并开发设计一种利用开炼机制备高分子导热材料的方法及导热高分子复合材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种高分子导热材料的制备方法，利用开炼机双辊之间的剪切力将高分子材料压缩挤压成片材，在低于粘流温度下利用热压成型工艺将填料的取向保持在成品中，成品在垂直于取向方向具有较好的导热性能，解决了现有制备应用于电子设备的导热高分子复合材料的方法复杂，且高分子材料在垂直方向上导热性能差等问题。本专利技术的另一目的在于：提供一种利用开炼机制备的导热高分子复合材料，该导热高分子复合材料沿着一定方向具备较高的导热系数。本专利技术通过下述技术方案实现：一种导热高分子复合材料，所述材料由以下重量份的物质组成，聚合物100份，聚合物选自苯乙烯类弹性体、聚氨酯弹性体、聚酯类弹性体、聚烯烃类弹性体、天然橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶中一种或一种以上共混而成的物质；导热填料5—300份，导热填料选自氮化硼、氮化硼纳米片、石墨烯、石墨烯微片、鳞片石墨、碳纳米管、碳纤维中一种或一种以上共混而成的物质；硫化剂0—5份，促进剂0—5份，活化剂0—5份。优选，所述硫化剂为硫磺、过氧化物、酚醛树脂中的任意一种。优选，所述促进剂选自促进剂TMTD、橡胶促进剂TMTM、促进剂ZDC、促进剂NOBS、促进剂NA-22、促进剂H、促进剂ZIX中的一种或一种以上共混而成的物质。优选，所述活化剂选自氧化锌、硬脂酸中的一种或两种共混而成的物质。本专利技术还提供一种利用开炼机制备高分子导热材料的方法，包括以下操作步骤：步骤1)：首先将聚合物、导热填料分别烘干；步骤2)：将步骤1)获得的烘干处理后的聚合物置于开炼机中，在25—200℃下塑化2—10min，包辊；步骤3)：将烘干后的导热填料、硫化剂、促进剂、活化剂依次加入到经步骤2)塑化处理后的聚合物中；步骤4)：将开炼机的双辊间隙调整为0.05—0.5mm，然后将聚合物以片材的形状挤出；步骤5)：将步骤4)挤出的片材进行裁剪，并将多个裁剪后的片材叠加压缩成型，制得最终成品。本技术方案所述高分子材料传统的制备方法为熔融法、溶剂法、原位生成法，采用上述制备方法获得的高分子材料，其导热系数均小于3W/mk,导热性能差。经大量研究发现，制备高导热系数的高分子材料的关键策略为控制材料内填料的取向，如通过电场或磁场控制填料在聚合物中的取向，并通过交联或固化的方式使取向的填料固定，或者利用滴落涂膜或流延成型的方法制备导热高分子膜，但该方法制备获得的成品只有沿着膜方向的导热系数较高，不满足电子设备所应用的导热材料在垂直方向上具有较高导热性能的要求。专利技术人针对现有技术的缺陷，利用开炼机的双辊结构间产生的较大的剪切力对加入有导热填料、硫化剂、促进剂、活化剂的聚合物进行塑炼或混炼。调整开炼机的双辊间隙为0.05—0.5mm，转速比调整为1.1—1.5，则双辊之间的剪切力可使具有较大长径比的片状或棒状填料沿着挤出片材方向取向，经热压成型则可将填料取向保持在成品中。与现有将导热填料与树脂简单共混制备比，本技术方案制备得到一个特殊结构，使导热填料能够进行有序的取向而形成导热通道。这种取向结构使导热材料在取向方向形成更理想的导热通道，产生更少的接触热阻，这种具有多层结构的高分子材料沿着一个方向具有较高的导热系数，实现对导热填料在聚合物中取向的控制。本技术方案中对挤出的片材进行叠加，然后经压缩成型操作，其中，压缩成型工艺可对导热填料中的取向结构进行固定，则最终压缩成型获得的产品中存在导热填料的取向，确保了制备所得导热高分子复合材料在一定方向的导热系数。本技术方案优选对开炼机双辊间的间隙进行调整，设置为0.05—0.5mm，开炼机的双辊间隙直接决定填料在聚合物中所受到的剪切力大小，当双辊间隙小于0.05mm时，过大的剪切力会严重破坏片状填料的大小，填料尺寸减小则不利于导热性能的提高；当双辊的间隙大于0.5mm时，填料尺寸保留更加完整，但双辊间隙大于0.5mm时，剪切力较小不能够使填料在聚合物中取向，也不利于导热性能的提高。本技术方案中对聚合物在开炼机中的塑化时间进行改进，优选2—10min，当塑化时间小于2min时，聚合物在开炼机中混合不均匀，影响后续包辊操作处理效果；如果塑化时间大于10min时，聚合物在开炼机中可达到充分混合均匀，已经达到最好的混合效果，如果继续增加塑化时间，分散均匀效果未达到进一步的优化效果，相反会增加整个操作时间，增重生产成本。优选，所述步骤3)中导热填料采用分批加入处理，并打3—5次三角包。设置将导热填料、硫化剂、促进剂、活化剂依次加入聚合物中，即采用先填料后硫化体系的方式，可最大程度地减小加工过程中聚合物发生的交联反应的可能性，因为交联反应降低聚合物的流动性不利于填料的取向。优选，所述步骤1)中将聚合物、导热填料分别烘干的具体处理方法为，在35—65℃条件下，真空烘箱中烘干时间18—24h。对聚合物、导热填料的烘干温度进行优选，其中对烘干温度的改进是根据聚合物、导热填料的种类进行改变，且设置的烘干温度低于聚合物、导热填料开始软化的起始温度；且烘干时间的设置，根据聚合物、导热填料的种类，及其储存情况等因素进行适应性调整。优选，所述步骤5)具体操作方法为：所述步骤5)具体操作方法为：将步骤4)从开炼机的双辊间挤出的片材裁剪成与模具尺寸一致，然后将片材叠加到一起后置于模具中，片材的叠加厚度为1—100cm，在70—210℃的温度、3—15MPa压力下压缩成型，制得的成品与模具型腔大小相同。对压缩成型的加工温度进行优选，设置的加工温度低于聚合物的流动温度，实现固定导热填料中的取向结构。优选，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热高分子复合材料，其特征在于：所述材料由以下重量份的物质组成，聚合物100份，聚合物选自苯乙烯类弹性体、聚氨酯弹性体、聚酯类弹性体、聚烯烃类弹性体、天然橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶中一种或一种以上共混而成的物质；导热填料5—300份，导热填料选自氮化硼、氮化硼纳米片、石墨烯、石墨烯微片、鳞片石墨、碳纳米管、碳纤维中一种或一种以上共混而成的物质；硫化剂0—5份，促进剂0—5份，活化剂0—5份。

【技术特征摘要】
1.一种导热高分子复合材料，其特征在于：所述材料由以下重量份的物质组成，聚合物100份，聚合物选自苯乙烯类弹性体、聚氨酯弹性体、聚酯类弹性体、聚烯烃类弹性体、天然橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶中一种或一种以上共混而成的物质；导热填料5—300份，导热填料选自氮化硼、氮化硼纳米片、石墨烯、石墨烯微片、鳞片石墨、碳纳米管、碳纤维中一种或一种以上共混而成的物质；硫化剂0—5份，促进剂0—5份，活化剂0—5份。2.根据权利要求1所述的一种导热高分子复合材料，其特征在于：所述硫化剂为硫磺、过氧化物、酚醛树脂中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种导热高分子复合材料，其特征在于：所述促进剂选自促进剂TMTD、橡胶促进剂TMTM、促进剂ZDC、促进剂NOBS、促进剂NA-22、促进剂H、促进剂ZIX中的一种或一种以上共混而成的物质。4.根据权利要求1所述的一种导热高分子复合材料，其特征在于：所述活化剂选自氧化锌、硬脂酸中的一种或两种共混而成的物质。5.一种利用开炼机制备如权利要求1-4任意一项所述导热高分子复合材料的方法，其特征在于：包括以下操作步骤，步骤1)：首先将聚合物、导热填料分别烘干；步骤2)：将步骤1)获得的烘干处理后的聚合物置于开炼机中，在25—200℃下塑化2—10min，包辊；步骤3)：将烘干后的导热填料、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建威，唐依然，陶晓丽，曾珠，
申请(专利权)人：四川行泰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51