一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料及制备方法技术

一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，由以下重量份的物质组成：聚丙烯树脂100份，纳米钻石烯2～8份，抗氧化剂168 0.5～1份，抗氧化剂1010 0.1～1份，滑石粉1～10份。同时本发明专利技术公开了其制备方法，工艺简单，易操作。将纳米钻石烯作为聚丙烯导热填充材料，可以大幅提高聚丙烯的导热系数，增加其导热散热能力，其导热系数提高了14倍；同时将不同粒径的纳米钻石烯进行混合填充，可以提高填充料的堆积密度，减少堆积孔隙，实现填料的最大程度填充，对于提高聚丙烯的导热能力具有积极作用。

Polypropylene composite material containing nano diamond alkene and preparation method thereof

A polypropylene composite material containing nano diamond graphene, consists of the following parts by weight of material: polypropylene resin 100, nano diamond was 2 ~ 8, 0.5 ~ 168 antioxidant 1, antioxidant 1010 from 0.1 to 1, 1 to 10 portions of talcum powder. At the same time, the invention discloses a preparation method thereof, which has simple process and easy operation. The nano diamond graphene as polypropylene filler material, can significantly improve the thermal conductivity of polypropylene, increase its thermal heat capacity, the thermal conductivity is increased by 14 times; at the same time, the different particle size of nano diamond was mixed filling, filling material can improve the bulk density, reduce the accumulation of pore, achieve the greatest degree of filler that has a positive role to improve the heat conduction ability of polypropylene.

【技术实现步骤摘要】
一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料及制备方法
本专利技术属于聚丙烯纳米复合材料
，具体涉及一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料及制备方法。
技术介绍
导热材料广泛应用在热传导工程、供热工程、电子与信息工程。金属材料由于具有优异的导热性，在非绝缘领域应用极为广泛，但是金属制品不耐腐蚀，质量较重，加工成本较高。高分子聚合物与金属材料相比，具有质量较轻，加工易成型，耐化学腐蚀，电阻率高等优点。近年来导热型聚合物复合材料成为研究的重点，目前导热性聚合物复合材料主要应用在导热电路板、太阳能热水器、齿轮、蓄电池冷却器、电器设备、仪器外壳、移动电话、轴承等产品。导热性聚合物通常是将纳米级的无机填料与高分子基体进行组合，其导热率由导热率较高的无机填料和导热率较低的高分子基体共同决定，无机填料通常包括金属单质类，如金、银、铜等；金属氧化物，如氧化铝，氧化锌等；金属氮化物，如氮化铝，氮化硼等；碳材料，如石墨、碳纤维等。自1957年意大利Montecatinl公司实现聚丙烯（PP）工业化以来，PP已经成为发展速度最快、产量最大、牌号最多、用途最广的合成树脂之一。聚丙烯与其他的通用塑料相比具有原材料丰富、价格低廉、力学性能优良、化学稳定性好、电绝缘性良好及耐应力撕裂的优点，但是其导热率非常低，只有（0.1～0.2）W·m-1·K-1。将高导热率的纳米无机材料作为聚合物的填料，聚丙烯材料作为基体，就可以制备出高导热的高分子复合材料。通常纳米颗粒都具有易团聚、不易分散的特点，将其添加在聚合物中时容易在基体中形成团聚体，影响其复合材料的机械综合性能，造成其材料的后续加工难度增加，同时纳米粒子在基体中团聚也容易造成材料的散热不均，会引起热膨胀不均而导致的热应力过大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，同时提供其制备方法是本专利技术的又一专利技术目的。基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，由以下重量份的物质组成：聚丙烯树脂100份，纳米钻石烯2～8份，抗氧化剂1680.5～1份，抗氧化剂10100.1～1份，滑石粉1～10份。所述聚丙烯树脂的熔体流动速率2～8g/min；所述纳米钻石烯由50nm、75nm、100nm三种不同粒度的纳米钻石烯组成，三者的质量比为(2～3)：(4～5)：(1～2)。所述纳米钻石烯依次经过活化和偶联剂修饰处理：其中，活化步骤为：①超声波碱洗：将纳米钻石烯倒入浓度为10%～12%的氢氧化钠溶液中，同时以35～45KHz的超声频率进行超声清洗，溶液温度控制在50～60℃之间，搅拌速度为35～40rpm，超声清洗时间为20～30min；②超声波清洗：将步骤①处理过的钻石烯放入去离子水溶液中进行超声清洗，超声频率为30～40KHz，同时以10～20rpm的搅拌速度进行搅拌，搅拌时间15～20min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；③酸洗活化：配置浓度为25%～30%的稀硝酸溶液，将步骤②中处理过的纳米钻石烯放入稀硝酸溶液，溶液温度25～30℃左右，搅拌速度30～35rpm，搅拌时间15～20min；④超声波水洗：将步骤③中处理过的纳米钻石烯放入去离子水中，同时加以30～35KHz的超声频率，并以10～20rpm的搅拌速度进行搅拌，搅拌时间15～20min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；偶联剂修饰步骤为：将活化处理的纳米钻石烯分散在异丙醇中，不断搅拌的同时加入钛酸酯偶联剂TMC-TTS，体系于80～90℃的真空烘箱里烘2～3h，直至溶剂挥发，制得经偶联剂修饰的纳米钻石烯。偶联剂修饰步骤中：活化处理过的纳米钻石烯与异丙醇的用量比为（1～2）g:100ml，钛酸酯偶联剂TMC-TTS的质量为纳米钻石烯质量的4～10%。所述的含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：1）按比例称取聚丙烯树脂、纳米钻石烯、抗氧化剂168、抗氧剂1010及滑石粉；2）将纳米钻石烯与聚丙烯树脂混合10～15min，再添加抗氧化剂168、抗氧化剂1010及滑石粉，继续混合25-30min，得到混合料；3）再将混合料挤出造粒；所得粒料经烘干后注塑即得。步骤3）中，挤出造粒具体操作为：倒入同向双螺杆挤出机中于210℃下进行造粒；烘干是在80℃烘箱中烘1～1.5h；注塑温度为230℃。双螺杆挤出机的螺杆为通用螺杆，转速为100～110r/min，挤出温度从加料口到机头的各区域温度分别为T1=180～185℃、T2=190～195℃、T3=195～200℃、T4=205～210℃、T5=200～210℃，机头温度T6=210℃；注射机的料筒温度从加料口到机头的各区域温度分别为T1=180～185℃、T2=190～195℃、T3=205～210℃、T4=210～215℃、T5=200～205℃，机头温度T6=200℃。本专利技术中，所述的纳米钻石烯已在专利号为“201510749250.X”，专利名称为“一种新型可控型的层状结构的纳米钻石烯”申请中有公开记载，其结构为层片状单晶结构，同一片层的碳原子之间为sp3轨道杂化碳键连接，层与层之间的碳原子之间为sp2杂化碳键连接；该纳米钻石烯的平均粒径为R，20nm≤R≤500nm；该纳米钻石烯的C含量为99～100%。与现有技术相比，本专利技术的技术效果为：1、由于纳米钻石烯相对其它纳米粒子具有很高的本征导热率，将其作为聚丙烯导热填充材料，可以大幅提高聚丙烯的导热系数，增加其导热散热能力，其导热系数提高了14倍；2、将不同粒径的的纳米钻石烯进行混合填充，可以提高填充料的堆积密度，减少堆积孔隙，实现填料的最大程度填充，对于提高聚丙烯的导热能力具有积极作用；3、纳米钻石烯与其它填充导热纳米粒子（金属单质、金属氧化物、金属氮化物、石墨）相比，其导热性、绝缘性、分散性、化学稳定性都优于以上材料，将纳米钻石烯经过活化和偶联剂修饰处理后，更有助于纳米钻石烯在基体中结合并形成分散均匀的导热网络，有助于减小热应力，同时降低PP复合材料的热阻，增加导热率；4、纳米钻石烯-PP复合材料具有良好导热性的同时，加工成型方便，也具有良好的机械综合性能，对于其后续加工、安装固定、后期维护提供了便利，此种复合材料可广泛应用于换热器、电子散热、采暖、导热电路板、移动电话、蓄电池冷却器、航空航天等导热领域。附图说明图1所示为偶联剂用量与PP导热率的关系曲线；图2所示为纳米钻石烯含量与PP复合材料导热率之间的关系曲线；图3所示为纳米钻石烯含量与PP复合材料拉伸强度和弯曲强度的关系曲线；图4所示为纳米钻石烯含量与PP复合材料冲击强度之间的关系曲线。具体实施方式下面以具体实施方式对本专利技术作进一步说明。实施例1一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，由以下重量份的物质组成：聚丙烯树脂100份，纳米钻石烯2份，抗氧化剂1680.5份，抗氧化剂10100.1份，滑石粉1份。所述聚丙烯树脂的熔体流动速率2～8g/min；所述纳米钻石烯由50nm、75nm、100nm三种不同粒度的纳米钻石烯组成，三者的质量比为2：4：1。所述纳米钻石烯依次经过活化和偶联剂修饰处理：其中，活化步骤为：①超声波碱洗：将纳米钻石烯倒入浓度为10%的氢氧化钠溶液中，同时以35KHz的超声频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的物质组成：聚丙烯树脂100份，纳米钻石烯2～8份，抗氧化剂168 0.5～1份，抗氧化剂1010 0.1～1份，滑石粉1～10份。

【技术特征摘要】
1.一种含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的物质组成：聚丙烯树脂100份，纳米钻石烯2～8份，抗氧化剂1680.5～1份，抗氧化剂10100.1～1份，滑石粉1～10份。2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂的熔体流动速率2～8g/min；所述纳米钻石烯由50nm、75nm、100nm三种不同粒度的纳米钻石烯组成，三者的质量比为(2～3)：(4～5)：(1～2)。3.如权利要求2所述的含有纳米钻石烯的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述纳米钻石烯依次经过活化和偶联剂修饰处理：其中，活化步骤为：①超声波碱洗：将纳米钻石烯倒入浓度为10%～12%的氢氧化钠溶液中，同时以35～45KHz的超声频率进行超声清洗，溶液温度控制在50～60℃之间，搅拌速度为35～40rpm，超声清洗时间为20～30min；②超声波清洗：将步骤①处理过的钻石烯放入去离子水溶液中进行超声清洗，超声频率为30～40KHz，同时以10～20rpm的搅拌速度进行搅拌，搅拌时间15～20min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；③酸洗活化：配置浓度为25%～30%的稀硝酸溶液，将步骤②中处理过的纳米钻石烯放入稀硝酸溶液，溶液温度25～30℃左右，搅拌速度30～35rpm，搅拌时间15～20min；④超声波水洗：将步骤③中处理过的纳米钻石烯放入去离子水中，同时加以30～35KHz的超声频率，并以10～20rpm的搅拌速度进行搅拌，搅拌时间15～20min，测量上层清液pH值，反复清洗直至pH=7；偶联剂修饰步骤为：将活化处理的纳米钻石烯分散在异丙醇中，不断搅拌的同时加入钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭留希，赵清国，杨晋中，李盟，武艳强，尹维召，王聪，文炯，
申请(专利权)人：郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41