一种功能复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种功能复合材料及其制备方法。该复合材料由30～70质量份热塑性树脂、30～70质量份导热或/和导电填料、0～20质量份加工助剂组成，通过挤出流延或溶液流延的方法制备型坯，然后再通过对型坯进行单向拉伸或双向拉伸而成；其特征在于具有不对称结构的填料在树脂基体内部形成了取向态结构，从而保证了复合材料在不同的方向上具有不同的导热或/和导电性能。本发明专利技术的导热或/和导电功能复合材料具有良好的导热或/和导电功能，可用于对导热或导电性能有方向性要求的电子电器产品或热管理等其他应用领域。

A functional composite and its preparation method

The invention discloses a functional composite material and a preparation method thereof. The composite is made up of 30~70 parts of thermoplastic resin, 30~70 parts of heat conduction or / and / and conductive fillers, and 0~20 quality processing auxiliaries, which are prepared by extrusion casting or solution casting, and then unidirectional or bi-directional. The material forms an orientated structure inside the resin matrix, thus ensuring that the composites have different thermal conductivity and / or conductivity in different directions. The heat conduction or / and the conductive functional composites of the invention have good heat conduction or / and conductive functions, and can be used in other applications such as electrical appliances or heat management, which require directionality of conducting or conducting properties.

【技术实现步骤摘要】
一种功能复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子功能复合材料
，具体涉及一种导热和/或导电功能复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着工业技术的进步，各种电子电器产品被大量使用，它们在给人们带来便利的同时也显示出其诸多弊端。一方面，电磁信号逸出造成的电磁干扰和电磁污染日益增加，成为了困扰现代社会生活的一个严重问题；另一方面，电子电器因散热不足导致材料的老化甚至燃烧的问题也日趋严重，这种现状对导热和导电材料提出了新的要求。以具有优良导热性能与导电性能的材料作为功能填料，对树脂基体进行改性是目前制备导热复合材料和电磁屏蔽复合材料的主流方法，但目前此类复合材料大多数仅限于简单的填充混合，没有对填料在基体内的分布状态进行调控，这大大降低了功能性填料的改性效果。通过取向方式来获得具有一定取向结构的高聚物是改善高分子材料力学性能的重要手段；但对于导热和/或导电功能复合材料而言，填料的取向更有意义。如果选取具有不对称结构的功能填料制备功能复合材料，通过特殊加工技术的控制，可以使填料在树脂基体内形成特定的取向分布，更容易使填料在特定方向上形成有效的电、热传导网络，进而使复合材料在不同方向上具有不同的导热和/或导电性能；结合填料形状、粒径分布搭配等辅助手段，还可进一步提高其导热和/或导电效率。基于上述考虑，针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种由热塑性树脂、具有不对称结构的导热和/或导电填料、加工助剂制备而成的功能复合材料及其制备方法。该复合材料通过挤出流延或溶液流延制备型坯，然后再通过对型坯进行单向拉伸或双向拉伸，使其中的填料形成取向态结构，从而使改复合材料在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能，并有效地提高了材料的导热和/或导电效率。CN107337877A提供了一种单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料及其制备方法，该方法将改性石膏晶须与聚氯乙烯进行注塑成型制备得到线材，经过牵引机牵引得到单取向石膏晶须/聚氯乙烯复合材料。该专利技术使用的是绝缘性填料，其目的是通过牵引拉伸提高聚氯乙烯复合材料的单向拉伸强度，且采用注塑成型，其专利技术动机和加工方法以及使用目的都和本专利技术存在着巨大的区别。CN101838414A提供了一种取向纳米无机粒子/热塑性聚合物复合材料以及其制备方法，该方法首先通过辐射化学接枝改性纳米无机粒子，再将改性后的纳米粒子与热塑性聚合物熔融共混、压制，在聚合物玻璃化转变温度和熔点之间的温度下，以恒定的速度对纳米复合材料进行拉伸、冷却结晶得到取向纳米无机粒子/热塑性聚合物复合材料。该专利技术采用纳米二氧化硅作为无机填料，纳米二氧化硅填料为零维结构，本身没有取向性，故该专利技术的最终结果是使聚合物基体分子发生取向，以此来提高材料的结晶度和力学强度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能功能复合材料，同时还提供了一种操作程序简单、可实现工业化的导电和/或导热功能复合材料的制备方法。本专利技术的目的是提供一种在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能的功能复合材料。本专利技术的另一个目的是提供上述功能复合材料的工业化制备方法。具体地说，本专利技术所提供的在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能的功能复合材料，其特征在于具有不对称结构的填料在树脂基体内部形成了取向态结构，从而保证了复合材料在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能；所述的功能复合材料，其特征在于通过挤出流延或溶液流延制备型坯，然后再通过对型坯进行单向拉伸或双向拉伸，使其形成取向态结构。所述的在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能的功能复合材料，其特征在于由下列质量份的热塑性树脂、导热和/或导电填料、加工助剂制备而成：热塑性树脂30～70份导电和/或导热填料30～70份加工助剂1～20份在本专利技术所提供的在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能的功能复合材料中，所述的功能填料具有不对称结构，包括一维结构功能填料与二维结构功能填料；其中，所述一维结构功能填料为碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维及这些填料的金属涂镀产物中的一种或一种以上的组合；所述二维结构功能填料为石墨烯、石墨纳米片、石墨、氮化硼片及其这些填料的金属涂镀物中一种或一种以上的组合；其中所述的金属涂镀产物是指在上述非金属填料的表面涂镀了金、银、镍、铜、铝后的产物。在本专利技术所提供的在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能的功能复合材料中，所述的热塑性树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或一种以上的组合；在本专利技术所提供的在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能的功能复合材料中，所述的热塑性树脂可根据实际应用需求来选择挤出流延或溶液流延方式制备型坯。在本专利技术所提供的在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能的功能复合材料中，所述的加工助剂包括偶联剂、增塑剂、抗氧剂和热稳定剂，具体根据热塑性树脂性质的不同会添加其中的一种或几种；其中所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、偏苯三酸三辛酯、三甘醇二异辛酸酯、亚磷酸三苯酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的一种；所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯中的一种；所述的热稳定剂为环氧大豆油、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种。在本专利技术中所述的在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能的功能复合材料中，所述的加工方法分为制备复合材料型坯和对所制备型坯进行拉伸两个步骤；其中制备复合材料型坯可选用溶液流延加工与挤出流延加工两种加工方法中的一种；其中对所制备型坯进行拉伸可选用单向拉伸和双向拉伸中的一种。具体操作方法如下：(一)溶液流延制备复合材料型坯包括以下步骤：1)将填料用偶联剂进行表面处理；2)将热塑性树脂进行干燥；3)根据树脂的溶解特征选择其良溶剂以及合适浓度进行溶解，待树脂完全溶解后，加入填料和加工助剂进行搅拌直至形成均匀的悬浮液；4)将上述悬浮液进行溶液流延成型以形成一定厚度的液膜；5)对上述流延液膜进行干燥；6)待上述干燥过程完成后，将所制备薄片状材料剥离下来即成复合材料型坯；(二)挤出流延制备复合材料型坯包括以下步骤：①将填料用偶联剂进行表面处理；②将热塑性树脂进行干燥；③将上述物料与加工助剂充分混合；④根据树脂的熔融特征选择其加工温度，加入挤出机熔融共混并通过挤出流延机头制备一定厚度的型坯；⑤将上述挤出流延型坯进行冷却定型，得到复合材料型坯；(三)所制备复合材料型坯进行拉伸包括以下步骤：(1)将所制备复合材料型坯置于拉伸装置上进行加热，使其温度保持在树脂基体的玻璃化转变温度和熔融温度之间；(2)待温度升到设定温度后，根据应用需求对所制备复合材料型坯进行单向拉伸或双向拉伸，使其中具有不对称结构的功能填料在树脂基体中形成相应的单向或双向取向态结构；(3)待拉伸过程完成后，对上述具有单向或双向取向态结构的功能复合材料进行冷却定型处理，使其中的取向态结构固定下来而成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功能复合材料及其制备方法，其特征在于，具有不对称结构的导热和/或导电功能填料在树脂基体内部形成了取向态结构，从而保证了复合材料在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能；所述的功能复合材料，通过挤出流延或溶液流延制备型坯，然后再在聚合物玻璃化转变温度和熔点之间的温度条件下，通过对所述型坯进行单向拉伸或双向拉伸，使其中具有不对称结构的填料在树脂基体中形成取向态结构；所述的功能复合材料，由下列质量份的热塑性树脂、导热和/或导电填料、加工助剂制备而成：热塑性树脂                                 30～70份导热和/或导电功能填料                      30～70份加工助剂                                   1～20份。

【技术特征摘要】
1.一种功能复合材料及其制备方法，其特征在于，具有不对称结构的导热和/或导电功能填料在树脂基体内部形成了取向态结构，从而保证了复合材料在不同的方向上具有不同的导热和/或导电性能；所述的功能复合材料，通过挤出流延或溶液流延制备型坯，然后再在聚合物玻璃化转变温度和熔点之间的温度条件下，通过对所述型坯进行单向拉伸或双向拉伸，使其中具有不对称结构的填料在树脂基体中形成取向态结构；所述的功能复合材料，由下列质量份的热塑性树脂、导热和/或导电填料、加工助剂制备而成：热塑性树脂30～70份导热和/或导电功能填料30～70份加工助剂1～20份。2.根据权利要求1所述的功能复合材料，其特征在于，所述导热和/或导电功能填料具有不对称结构，包括一维结构功能填料与二维结构功能填料；其中，所述一维结构功能填料为碳纳米管、碳纳米纤维、碳纤维、氮化硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维及这些填料的金属涂镀产物中的一种或一种以上的组合；所述二维结构功能填料为石墨烯、石墨纳米片、石墨、氮化硼片及这些填料的金属涂镀物中一种或一种以上的组合；其中所述的金属涂镀产物是指在上述非金属填料的表面涂镀了金、银、镍、铜、铝后的产物。3.根据权利要求1所述的功能复合材料，其特征在于，所述的热塑性树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乳酸、聚偏氟乙烯、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯、聚己内酯、聚丁二酸丁二醇酯和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或一种以上的组合。4.根据权利要求1或3所述的功能复合材料，其特征在于，所述热塑性树脂根据实际应用需求来选择挤出流延或溶液流延方式制备型坯。5.根据权利要求1或3所述的功能复合材料，其特征在于，所述加工助剂包括偶联剂、增塑剂、抗氧剂和热稳定剂，具体根据热塑性树脂性质的不同添加其中的一种或几种；其中所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、偏苯三酸三辛酯、三甘醇二异辛酸酯、亚磷酸三苯酯、柠檬酸三...

【专利技术属性】
技术研发人员：温变英，赫达，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京,11