一种导热塑料用石墨烯多功能母料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导热塑料用石墨烯多功能母料及制备方法。所述石墨烯多功能母料由以下步骤制得：a、将玻璃原料加热熔融作为芯层纺丝原料；b、将石墨烯与铝粉在氮气保护下熔融为浆料作为壳层纺丝原料；c、将芯层纺丝原料和壳层纺丝原料同轴纺丝喷头喷出，凝固浴收集，在空气中300℃处理10min,得到石墨烯均匀包覆的改性玻璃纤维；d、将改性玻璃纤维、表面活性剂加入载体树脂，挤出造粒，即得多功能的石墨烯导热母料。所述方法具有以下有益效果：本发明专利技术将石墨烯牢固粘接、均匀包覆在玻璃纤维表面，可有效保留复合材料的纤维状，石墨烯保留了优异的界面性能，可与大分子链相互缠绕，所得导热塑料可兼具优异的导热性能和力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种导热塑料用石墨烯多功能母料及制备方法
本专利技术涉及塑料母料领域，具体涉及石墨烯导热母料的制备，尤其是涉及一种导热塑料用石墨烯多功能母料及制备方法。
技术介绍
传统的塑料多为绝热材料，CoolPoly公司开发的导热塑料为这一领域带来新的契机。导热塑料广泛应用于各种消费电子、电力电子、汽车、摩托车、照明，医用设备及其它用具等。CoolPoly导热塑料以工程塑料和通用塑料为基材，如PP、ABS、PC、PA、LCP、PPS、PEEK等。典型的导热塑料热传导率范围为1~20W/m·K，某些品级可以达到100W/m·K。这一数值大约是传统塑料的5~100倍，一般的热传导率只有0.2W/m·K。这一传导率也与一些金属相当，如不锈钢的热传导率为15W/m·K，一些铸铝合金的热传导率为50~100W/m·K。与传统材料相比，导热塑料有较高的耐屈挠性和拉伸刚度，但抗冲击强度较差。导热塑料主要可用于代替一些对制件尺寸有严格要求的微型电子组件、光学组件、机械组件和医用组件的金属或陶瓷制件。当以弹性体为基材时，可用作垫圈、减振器或接触材料。导热塑料把塑料成型的简易性与优异的热传导性相结合，可以通过注射成型实现某些金属或陶瓷一样的热传递能力。同时，这一新型材料可以为设计师提供更多的设计自由度，而且制件的重量只有铝制品的一半。近年来对于石墨烯、玻璃微球或纤维增强改性导热塑料的研究越来越多。专利申请号201611165981.0公开了一种石墨烯涂覆玻璃纤维增强改性的煤矿井专用PVC管，由下列重量份的原料制成：PVC树脂100份、三元乙丙橡胶10~12份、玻璃纤维14.8~15.8份、蒙脱石20~21份、硬脂酸钡0.8~1.2份、氧化铕3.9~4.5份、纳米金刚石粉3~4份、石墨烯5~7份、异噻唑啉酮2~4份、硅烷偶联剂KH5505~6份、香芹酮0.3~0.5份、水适量，此专利技术将石墨烯经硅烷偶联剂KH550偶联涂覆于玻璃纤维表面作为增强材料，将蒙脱石经氧化铕、纳米金刚石粉改性处理作为改性填料，再配伍添加其他有效助剂制得的PVC管用于煤矿井环境中，具有较好的抗静电性、抗冲击性，且拉伸强度高、导热性能优。专利申请号201410350462.6公开了一种石墨烯涂覆的复合玻璃纤维的制备方法，包括如下步骤：（1）配置摩尔浓度为8mol/L的氢氧化钠溶液，将玻璃纤维放入氢氧化钠溶液中，超声波处理20~60min，得到表面粗糙化的玻璃纤维；（2）配置质量百分浓度为1~5%的硅烷偶联剂KH570溶液，溶剂为水或二甲基亚砜，并将经步骤（1）处理的玻璃纤维加入溶液中浸渍5~15min，期间缓慢搅拌，取出烘干；（3）配置浓度为0.3~1.2mg/ml的石墨烯溶液，溶剂为水、丙酮或二甲基亚砜；（4）将步骤（3）配制的石墨烯溶液通过浸渍、喷涂或水热方法将石墨烯涂覆在经步骤（2）处理的玻璃纤维表面，烘干，制得石墨烯涂覆的复合玻璃纤维。专利申请号201711150786.5公开了种石墨烯-玻璃纤维复合材料及其制备方法，利用玻璃纤维表面的氧化石墨烯涂层的溶胀和融合作用可实现对玻璃纤维的交联。氧化石墨烯作为上浆剂和交联剂，可对玻璃纤维均匀涂覆，交联过程快速简单，交联强度高。经过进一步的还原后，氧化石墨烯交联层转变为石墨烯交联层，增强了玻璃纤维间的相互作用，降低了纤维间的接触电阻，使得玻璃纤维展现出优异的力学性能和导电导热性，可用于复合材料的增强相。专利申请号201710587026.4公开了一种高辐射散热导热塑料及其制备方法，包括如下重量份的原料：液晶高分子聚合物45~50份；纳米单箭类钻石型石墨烯微片1~2份；填料45~50份；玻璃纤维1~2份；偶联剂0.1~1份；填料为氮化物和纳米氧化物的混合粉末。由此可见，现有技术中利用添加石墨烯、玻璃微球或纤维制备导热塑料的技术，通过熔融的玻璃微球或纤维将石墨烯粘结在表面，使其发挥石墨烯的界面性能，起到增强作用，但是通常采用气流对撞的方式进行包覆，无法确保石墨烯层均匀包覆，致使现有导热塑料很难同时兼具导热性能高和优异的力学性能，难以满足实际需要的使用性能，从而限制了导热塑料的广泛应用。
技术实现思路
为有效解决上述技术问题，本专利技术提出了一种导热塑料用石墨烯多功能母料及制备方法，可有效实现石墨烯与玻璃纤维复合时的均匀包覆，使得所得母料制得的导热塑料兼具优异的导热性能和力学性能。本专利技术的具体技术方案如下：一种导热塑料用石墨烯多功能母料的制备方法，具体的制备步骤为：a、在静电纺丝机的同轴纺丝喷头的中心孔部位与玻璃熔融槽相连接，将玻璃原料置于玻璃熔融槽中，加热进行预先熔融，再移入同轴纺丝喷头的中心孔中作为芯层纺丝原料；b、将石墨烯与铝粉在氮气保护下熔融为浆料作为壳层纺丝原料，移入同轴纺丝喷头的外孔中作为壳层纺丝原料；c、将芯层纺丝原料和壳层纺丝原料以相同的流速经同轴纺丝喷头喷出，使壳层纺丝原料中的石墨烯牢固粘接在芯层纺丝原料中的玻璃纤维表面，并通过凝固浴收集，在空气中300℃处理10min,得到石墨烯均匀包覆的改性玻璃纤维；d、将步骤c制得的改性玻璃纤维分散于载体树脂中，加入表面活性剂，搅拌均匀，挤出造粒，制得多功能的石墨烯导热母料。优选的，所述步骤a中，预先熔融的温度为1500~1600℃。优选的，所述步骤b中，石墨烯70~80重量份、铝粉20~30重量份。熔融温度为660-700℃。优选的，所述步骤c中，芯层纺丝原料和壳层纺丝原料的流速为20~50mL/min，接收距离为10~30cm。壳层纺丝原料与芯层纺丝原料的质量比控制在1:5。优选的，所述步骤c中，纺丝电压为12~15kV。优选的，所述步骤c中，同轴纺丝喷头内孔的外径为10~20μm，外孔的内径为25~30μm。优选的，所述步骤d中，载体树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺中的一种。优选的，所述步骤d中，表面活性剂为硬脂酸。优选的，所述步骤d中，改性玻璃纤维20~50重量份、载体树脂45~78重量份、表面活性剂2~5重量份。石墨烯是碳原子以sp2杂化连接的单原子层蜂窝状六角平面晶体，是世界上最薄却也是最坚硬的二维纳米材料，石墨烯导热性好，导热系数高达5300 W·m-1·K-1，常温下其载流子迁移率达15000cm2·V-1·s-1，是目前已知最高迁移率材料的两倍，因此常用作导热塑料制备的填料中。玻璃纤维是由玻璃原料在高温融融状态下拉丝制备而成，具有耐高温、抗化学腐蚀、强度高、模量高等一系列优良性能，成为树脂基复合塑料的最重要的增强材料之一。本专利技术将石墨烯通过与铝熔融作为包覆层，与玻璃纤维有效复合，将熔融态玻璃与石墨烯以同轴方向、相同的流速喷出纺丝，经过退货和冷凝沉积使得石墨烯牢固粘接、均匀包覆在玻璃纤维表面，用于导热塑料时可显著提高塑料的导热性能和力学性能。本专利技术还提出由上述方法制备得到的一种导热塑料用石墨烯多功能母料。本专利技术的有益效果为：1.提出了将熔融态玻璃与石墨烯同轴同速喷出纺丝制备导热塑料用石墨烯多功能母料的方法。2.本专利技术通过将熔融态玻璃与石墨烯以同轴方向、相同的流速喷出纺丝，经过铝退火和冷凝沉积使得石墨烯牢固粘接、均匀包覆在玻璃纤维表面，形成一层致密、均匀的导热层，赋予了玻璃纤维优异的导热性能，用于塑料时可实现优异的导热能力。3.本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热塑料用石墨烯多功能母料的制备方法，其特征在于,具体的制备步骤为：a、在静电纺丝机的同轴纺丝喷头的中心孔部位与玻璃熔融槽相连接，将玻璃原料置于玻璃熔融槽中，加热进行预先熔融，再移入同轴纺丝喷头的中心孔中作为芯层纺丝原料；b、将石墨烯与铝粉在氮气保护下熔融为浆料作为壳层纺丝原料，移入同轴纺丝喷头的外孔中作为壳层纺丝原料；c、将芯层纺丝原料和壳层纺丝原料以相同的流速经同轴纺丝喷头喷出，使壳层纺丝原料中的石墨烯牢固粘接在芯层纺丝原料中的玻璃纤维表面，并通过凝固浴收集，在空气中300℃处理10min,得到石墨烯均匀包覆的改性玻璃纤维；d、将步骤c制得的改性玻璃纤维分散于载体树脂中，加入表面活性剂，搅拌均匀，挤出造粒，制得多功能的石墨烯导热母料。

【技术特征摘要】
1.一种导热塑料用石墨烯多功能母料的制备方法，其特征在于,具体的制备步骤为：a、在静电纺丝机的同轴纺丝喷头的中心孔部位与玻璃熔融槽相连接，将玻璃原料置于玻璃熔融槽中，加热进行预先熔融，再移入同轴纺丝喷头的中心孔中作为芯层纺丝原料；b、将石墨烯与铝粉在氮气保护下熔融为浆料作为壳层纺丝原料，移入同轴纺丝喷头的外孔中作为壳层纺丝原料；c、将芯层纺丝原料和壳层纺丝原料以相同的流速经同轴纺丝喷头喷出，使壳层纺丝原料中的石墨烯牢固粘接在芯层纺丝原料中的玻璃纤维表面，并通过凝固浴收集，在空气中300℃处理10min,得到石墨烯均匀包覆的改性玻璃纤维；d、将步骤c制得的改性玻璃纤维分散于载体树脂中，加入表面活性剂，搅拌均匀，挤出造粒，制得多功能的石墨烯导热母料。2.根据权利要求1所述一种导热塑料用石墨烯多功能母料的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，预先熔融的温度为1500~1600℃。3.根据权利要求1所述一种导热塑料用石墨烯多功能母料的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，石墨烯70~80重量份、铝粉20~30重量份。4.根据权利要求1所述一种导热塑料用石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，昝航，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51