一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料及其制备方法技术

一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料及其制备方法涉及高分子材料领域，具体涉及尼龙复合材料。一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，主要由以下重量份的组分制成：尼龙树脂40～90份，氧化石墨烯7.5～48份，相容剂0.5～3份，表面改性导热填料2.5～12份，增强纤维5～20份，阻燃剂5～20份，抗氧剂0.1～0.5份，润滑剂0.1～0.6份。本发明专利技术通过对氧化石墨烯表面进行相容剂改性处理，提高了氧化石墨烯在尼龙树脂基体中的相容性，同时通过选择合适的导热填料粒径大小、导热填料与氧化石墨烯含量的控制，来达到在尼龙树脂基体中形成有效导热通路的目的，从而提高了树脂基体的导热效果。

A high thermal conductivity of graphene modified nylon composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及尼龙复合材料。
技术介绍
在汽车、电子电器、航空航天等领域，伴随着产品轻量化的需求，塑料材料是国内外研究的重点方向。塑料材料不仅重量轻，而且可通过改性技术提高其力学性能，满足产品对材料机械强度的要求。尼龙材料以其出色的力学性能、适中的价格，应用领域广泛，成为用量较大的工程塑料之一；但是与金属材料优异的导热性能相比，尼龙材料导热性能差，无法将热量及时传导出去，这极大的限制了尼龙材料在发热部件上的应用。对现有技术检索发现，通常通过在尼龙树脂基体中添加导热填料，如金属粉、炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、氧化铝、碳化硅等来提高尼龙材料的导热性能，如专利CN103788633所述；然而，导热填料与树脂基体的界面相容性差，另外，为获得理想的导热效果，导热填料的添加量往往较大，所以未经表面改性处理的导热填料直接添加到树脂中，导热填料极易出现分散不均的现象，这样不仅得不到理想的导热效果，而且会使材料的力学性能大幅下降，无法使用。专利CN102408710采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等偶联剂对导热填料进行表面处理后，加入到尼龙树脂中，以提高导热填料与树脂基体的界面相容性；但常规的偶联剂表面处理技术，对提高导热填料与尼龙树脂基体的界面相容性幅度有限。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种与氧化石墨烯界面相容性高的高导热石墨烯改性尼龙复合材料。本专利技术目的还在于提供一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料的制备方法，以制备高导热石墨烯改性尼龙复合材料。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：尼龙树脂40～90份，氧化石墨烯7.5～48份，相容剂0.5～3份，表面改性导热填料2.5～12份，增强纤维5～20份，阻燃剂5～20份，抗氧剂0.1～0.5份，润滑剂0.1～0.6份，所述相容剂为异氰酸酯官能团≧2的异氰酸酯类。氧化石墨烯表面含有较多的羟基、羧基、环氧基官能团，可以与异氰酸酯官能团发生化学反应，将异氰酸酯类分子链接到氧化石墨烯表面；同时异氰酸酯官能团又可与尼龙分子链的氨基或羧基反应，实现了异氰酸酯化合物分子链的一端链接到氧化石墨烯、另一端链接到尼龙分子链，从而提高了氧化石墨烯与尼龙树脂的界面相容性，使氧化石墨烯均匀地分散在尼龙树脂基体中。所述异氰酸酯官能团≧2的异氰酸酯类为六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或一种以上。所述尼龙树脂为尼龙66(PA66)、尼龙6(PA6)中的一种或一种以上。所述氧化石墨烯横向尺寸<10μm，纵向尺寸<3nm。所述表面改性导热填料为经偶联剂表面处理的球形氧化铝与经偶联剂表面处理的六方碳化硅或经偶联剂表面处理的六方氮化硼的混合物，其中质量比为经偶联剂表面处理的球形氧化铝:经偶联剂表面处理的六方碳化硅/六方氮化硼＝2:1～5:1。所述球形氧化铝粒径为2000～5000目，所述六方碳化硅或六方氮化硼粒径为1000～3000目。所述氧化石墨烯与所述表面改性导热填料的质量比为3:1～4:1。导热填料填充到聚合物中，提高聚合物导热性能的前提是导热填料在聚合物中能构成导热通路；氧化石墨烯为片状结构，其理论导热系数高达5000W/m.K左右，但单纯将氧化石墨烯分散在尼龙树脂基体中，较难形成有效导热通路；本方案通过选择经偶联剂表面改性的球形氧化铝和方形碳化硅或氮化硼作为导热填料起协同作用，球形和方形导热填料可分别渗透到氧化石墨烯微片空隙中，通过控制氧化石墨烯与导热填料的质量比、导热填料中不同组分的质量比、导热填料粒径大小的选择来达到在尼龙树脂中形成有效导热通路的目的。所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维中的一种或一种以上。所述阻燃剂为红磷、三聚氰胺尿酸盐、三聚氰胺磷酸盐、十溴联苯醚、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或一种以上。所述抗氧剂为抗氧剂S-9228、抗氧剂1098、抗氧剂264、抗氧剂168中的一种或一种以上。所述润滑剂为润滑剂TAF、润滑剂PETS、硅酮粉中的一种或一种以上。一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，称取7.5～48份氧化石墨烯、0.5～3份相容剂于高混机中，于常温下混合10～30min；步骤二，再称取40～90份尼龙树脂、2.5～12份表面改性导热填料加入高混机中，于常温下继续混合5～20min；步骤三，继续称取5～20份增强纤维、5～20份阻燃剂、0.1～0.5份抗氧剂、0.1～0.6份润滑剂于高混机中，常温下继续混合5～10min；步骤四，最后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中，于200～290℃、螺杆转速250～350rpm下熔融共混，挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，得到一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料。异氰酸酯类相容剂为液体状，具有一定的粘性，本方案通过步骤一的操作首先在氧化石墨烯表面均匀包覆有一层相容剂，再通过步骤二的操作将包覆有相容剂的氧化石墨烯和导热填料均匀的包覆在尼龙树脂表面，一方面提高了相容剂与尼龙树脂和石墨烯的接触面积、利于后续化学反应，另一方面也提高了导热填料在混合物中混合的均匀程度、利于导热填料在树脂基体中的分散。有益效果：由于采用了上述技术方案，通过对氧化石墨烯表面进行相容剂改性处理，提高了氧化石墨烯在尼龙树脂基体中的相容性；同时通过选择合适的导热填料的粒径大小、导热填料与氧化石墨烯含量的控制，来达到在尼龙树脂基体中形成有效导热通路的目的，从而提高了树脂基体的导热效果。具体实施方式为了使本实用专利技术的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术。材料导热系数按照ISO22007-2标准进行测试。一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，包括以下重量份的组分：尼龙树脂40～90份，氧化石墨烯7.5～48份，相容剂0.5～3份，表面改性导热填料2.5～12份，增强纤维5～20份，阻燃剂5～20份，抗氧剂0.1～0.5份，润滑剂0.1～0.6份，相容剂为异氰酸酯官能团≧2的异氰酸酯类。具体优选以下4种组分配比作为实施例：实施例1：7.5份氧化石墨烯、0.5份相容剂、90份尼龙树脂、2.5份表面改性导热填料、20份碳纤维、5份红磷、15份氢氧化镁、0.1份抗氧剂S-9228、0.1份润滑剂TAF，其中导热填料为粒径2000目经硅烷偶联剂表面处理的球形氧化铝和粒径3000目经硅烷偶联剂表面处理的六方碳化硅的混合物，质量比氧化铝：碳化硅＝2:1，由以上配比所制备得到的复合材料经测试其导热系数为1.1W/m.K。实施例2：24份氧化石墨烯、1.2份相容剂、70份尼龙树脂、6份表面改性导热填料、10份玻璃纤维、15份三聚氰胺尿酸盐、0.3份抗氧剂1098、0.1份抗氧剂168、0.4份润滑剂PETS，其中导热填料为粒径3000目经钛酸酯偶联剂表面处理的球形氧化铝和粒径2000目经钛酸酯偶联剂表面处理的六方氮化硼的混合物，质量比氧化铝:氮化硼＝3.5:1，由以上配比所制备得到的复合材料经测试其导热系数为2.6W/m.K。实施例3：48份氧化石墨烯、3份相容剂、40份尼龙树脂、12份表面改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：尼龙树脂40～90份，氧化石墨烯7.5～48份，相容剂0.5～3份，表面改性导热填料2.5～12份，增强纤维5～20份，阻燃剂5～20份，抗氧剂0.1～0.5份，润滑剂0.1～0.6份，所述相容剂为异氰酸酯官能团≧2的异氰酸酯类。

【技术特征摘要】
1.一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：尼龙树脂40～90份，氧化石墨烯7.5～48份，相容剂0.5～3份，表面改性导热填料2.5～12份，增强纤维5～20份，阻燃剂5～20份，抗氧剂0.1～0.5份，润滑剂0.1～0.6份，所述相容剂为异氰酸酯官能团≧2的异氰酸酯类。2.根据权利要求1所述的一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于：所述相容剂为六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或一种以上。3.根据权利要求1所述的一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于：所述氧化石墨烯横向尺寸<10μm，纵向尺寸<3nm。4.根据权利要求1所述的一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于：所述表面改性导热填料为经偶联剂表面处理的球形氧化铝与经偶联剂表面处理的六方碳化硅或经偶联剂表面处理的六方氮化硼的混合物，其中经偶联剂表面处理的球形氧化铝:经偶联剂表面处理的六方碳化硅/六方氮化硼的质量比为2:1～5:1；所述球形氧化铝粒径为2000～5000目；所述六方碳化硅或六方氮化硼粒径为1000～3000目。5.根据权利要求1所述的一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于：所述氧化石墨烯与所述表面改性导热填料的质量比为3:1～4:1。6.根据权利要求1所述的一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于：所述增强纤维为...

【专利技术属性】
技术研发人员：程亚东，
申请(专利权)人：上海阿莱德实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31