一种导热聚合物基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种导热聚合物基复合材料及其制备方法，复合材料的组成组分以重量份计主要包括：甲基丙烯酸缩水甘油酯与苯乙烯接枝改性的高密度聚乙烯100份，低熔点合金120‑220份，流变改性剂0.05‑0.5份，抗氧剂0.5‑1.0份；所述复合材料采取将各组分混合后置入密炼机中，于170‑180℃下熔融共混制取。本发明专利技术提供的导热聚合物基复合材料具有良好的柔韧性、耐磨性及导热性能(导热率：7.2‑9.0W/mK)，在电子信息、电气工程、微电子集成电路、电机电器、LED封装、航天航空军事等领域有广泛的应用前景。且其制备方法容易，生产过程不使用有机溶剂，无环境污染，加工生产安全。

A Thermal Conductive Polymer Matrix Composite and Its Preparation Method

The present invention provides a thermal conductive polymer matrix composite material and its preparation method. The composition of the composite material mainly includes 100 parts of high density polyethylene modified by glycidyl methacrylate grafted with styrene, 120 220 parts of low melting point alloy, 0.05 0.5 parts of rheological modifier and 0.5 1.0 parts of antioxidant. The composite material adopts the method of mixing and postpositioning each component. It is prepared by melt blending in an internal mixer at 170 180 C. The thermal conductive polymer matrix composite material provided by the invention has good flexibility, wear resistance and thermal conductivity (thermal conductivity: 7.2 9.0W/mK), and has wide application prospects in the fields of electronic information, electrical engineering, microelectronic integrated circuits, motor and electrical appliances, LED packaging, aerospace and military affairs, etc. The preparation method is easy, the production process does not use organic solvents, there is no environmental pollution, and the processing and production are safe.

【技术实现步骤摘要】
一种导热聚合物基复合材料及其制备方法一、
本专利技术涉及导热聚合物
，更具体地说，是涉及一种导热聚合物基复合材料及其制备方法。二、技术背景随着工业和科学技术的不断发展，对聚合物材料的导热性能要求越来越高。现有技术的常用聚合物材料的导热率如表1所示，其中高密度聚乙烯(HDPE)树脂的导热率最高，但也仅有0.44-0.53W/mK，远远不能满足工业和科学技术发展的需要。因此，聚合物材料的导热性能需要大大提高。表1：各种常用聚合物材料的导热率聚合物材料导热率(W/mK)聚丙烯(PP)0.11-0.14聚氯乙烯(PVC)0.12-0.19聚酰亚胺(PI)0.11聚苯乙烯(PS)0.10-0.15低密度聚乙烯(LDPE)0.29-0.34高密度聚乙烯(HDPE)0.44-0.53硅橡胶(SiR)0.17-0.21聚四氟乙烯(PTFE)0.25-0.27对苯二甲酸二乙酯(PET)0.15聚苯硫醚(PPS)0.30乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)0.33-0.35聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)0.16-0.25环氧树脂(epoxy)0.17-0.19目前提高聚合物材料导热性能的方法主要有两种，一种是制备本征型导热聚合物材料，通过在聚合物合成过程中改变链节和材料分子结构来获得特殊物理结构而提高材料的导热率，然而该方法制备工艺繁琐、技术难度大、工业化困难；另一种提高聚合物导热率的方法是共混法，即将高导热率的填料填充到聚合物基体中来获得导热聚合物基复合材料。目前，该方法是制备导热聚合物基复合材料的主要方法，加工成型容易、成本低、易工业化。金属具有优良的导热性,较早地被用于制备各种导热聚合物基复合材料。常用的金属填料为Ag、Cu、Al、Zn、Sn等。研究人员常用铜粉等金属粉末来填充聚合物材料，实验表明其导热率随着金属粉末填充量的增大而提高，但金属粉末作为传统导热填料，由于在聚合物基体中不熔融、分散性能较差、不耐腐蚀等不足限制了其使用。常见无机导热填料为陶瓷、炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨、石墨烯、金属氧化物、金属氮化物等。研究表明常温下的碳纳米管、石墨烯是迄今发现的导热率最高的导热材料，导热率高达3000W/(mK)。碳纳米管、石墨烯虽然性能优异，但价格不菲，工业化产量小，不具备工业化意义。炭黑、石墨粉尘粒径极小，质轻，极易飞扬，生产线上的生产人员长期接触炭黑石墨粉尘会诱发“炭黑尘肺”这一常见职业病，在生产过程中会造成环境问题和工人健康问题。陶瓷、碳纤维、金属氧化物、金属氮化物等无机导热填料与金属粉末一样，在添加到聚合物基体材料中时，由于它们在加工过程中不熔融，因此在加工过程中对加工设备的损耗大，加工困难，分散性能较差，影响到材料导热性能，限制了其应用范围。为了满足聚合物材料在电子信息、电气工程、微电子集成电路、电机电器、LED封装、航天航空军事等领域的应用，必须提高材料的导热性能，迫切需要开发新型聚合物基导热材料。三、
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术的聚合物基导热材料存在的不足，提出一种新的导热聚合物基复合材料及其制备方法，以提高材料的加工性能和导热性能。本专利技术提供的导热聚合物基复合材料，主要由甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与苯乙烯(St)接枝改性的高密度聚乙烯[简称：HDPE-g-(GMA-co-St)]、低熔点合金、流变改性剂和抗氧剂组成，以重量份计各组份配比如下：在本专利技术的上述技术方案中，所述低熔点合金优先选用组分包括Sn、Pb、Bi和Cd等金属、熔点温度为90-110℃的合金。在本专利技术的上述技术方案中，所述改性高密度聚乙烯优先选用以HDPE为基体树脂，GMA为接枝单体，St为共接枝单体，亚磷酸三苯酯为交联抑制剂，过氧化二叔丁基(DTBP)为引发剂，在170-180℃温度下熔融接枝制备的改性高密度聚乙烯[HDPE-g-(GMA-co-St)]树脂，GMA的用量为HDPE用量的2-3wt％，St的用量为HDPE用量的2-3wt％，亚磷酸三苯酯的用量为HDPE用量的0.8-1.0wt％，DTBP用量为HDPE用量的0.1-0.2wt％。进一步地，所述HDPE优先选用熔体指数(MI)在0.15-6.00g/10min之间的HDPE树脂。在本专利技术的上述技术方案中，所述流变改性剂优先选用氟树脂或/和聚乙烯蜡。在本专利技术的上述技术方案中，所述抗氧剂优先选用牌号为264或/和1010的抗氧剂。本专利技术提供的导热聚合物基复合材料可按下述方法进行制备：按照确定的组分配比，将各组份混合后置入密炼机中，于170-180℃下熔融共混制取。以低熔点合金为导热填料，以HDPE为基体树脂的导热聚合物基复合材料，所要解决的核心问题在于，由于低熔点合金是强极性物质，而基体树脂HDPE是弱极性物质，根据物质之间的“相似相容”原理，通常情况下，作为金属的低熔点合金与HDPE树脂相容较差。因此，本专利技术要解决的问题是提高HDPE树脂的极性。专利技术人通过理论分析与大量实验，采用GMA为接枝单体，St为共接枝单体来接枝改性HDPE树脂，在HDPE的非极性主链上引入了强极性的甲基丙烯酸缩水甘油酯侧基与苯环侧基，从而大大提高了HDPE树脂的极性，使其与强极性的低熔点合金具有良好相容性。尤其本专利技术同时引入GMA和St进行接枝，St的存在大大促进了GMA的接枝率，使得整体的接枝率得到了大大提高，进而提高了HDPE树脂的极性。本专利技术提供的导热聚合物基复合材料，选择低熔点合金为导热填料和HDPE作为基础树脂制取导热聚合物基复合材料，充分利用了这两种原材料的特性。HDPE属于导热性能最好的聚合物材料(导热率为0.44-0.53W/mK)，HDPE除了具有聚烯烃树脂的优异性能外，其拉伸强度、耐磨性、柔韧性、耐油性能均较好。因此，本专利技术提供的导热聚合物基复合材料，具有良好的拉伸强度、耐磨性、柔韧性、耐油性能、导热性能优异良，且生产加工方法容易，生产过程全程采取物理方法来解决问题，无有机溶剂，不污染环境且安全性高，非常适合于自动化的流水线生产。本专利技术提供的导热聚合物基复合材料，导热效果好，可广泛用于电子信息、电气工程、微电子集成电路、电机电器、LED封装、航天航空军事等领域。本专利技术提供的导热聚合物基复合材料及其制备方法与现有技术相比，概括起来具有以下十分突出的有益的技术效果：1.本专利技术采用低熔点合金为导热填料，优选的低熔点合金的熔点仅为90-110℃，因此加工性能好，整个生产加工过程方便容易、安全且环保无污染。所述低熔点合金可从市场直接购取。2.本专利技术采用低熔点合金为导热填料，低熔点合金是一种由Sn、Pb、Bi和Cd等金属按一定比例，经过特殊工艺熔合而成的，具有熔点低、导热性能优异、材质均匀、耐溶剂侵蚀、不易氧化及表面光洁等优点。因此，由其制得的导热聚合物基复合材料具有良好的导热性能(见具体实施部分表.3)。3.本专利技术提供的导热聚合物基复合材料采用HDPE为基体树脂，HDPE在聚合物材料中的导热性能基本上是最好的(导热率为0.44-0.53W/mK)。HDPE除具有聚烯烃树脂的优异性能外，其拉伸强度、耐磨性、柔韧性、耐油性能均较好。因此，由其制备的导热聚合物基复合材料，相应地具有良好的抗拉强度、耐磨性、柔韧性(见具体实施部分表3)。四、具体实施方法下面给出具体实施例以对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热聚合物基复合材料，其特征在于，主要由甲基丙烯酸缩水甘油酯与苯乙烯接枝改性的高密度聚乙烯、低熔点合金、流变改性剂和抗氧剂组成，以重量份计各组份配比如下：

【技术特征摘要】
1.一种导热聚合物基复合材料，其特征在于，主要由甲基丙烯酸缩水甘油酯与苯乙烯接枝改性的高密度聚乙烯、低熔点合金、流变改性剂和抗氧剂组成，以重量份计各组份配比如下：2.根据权利要求1所述的导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述低熔点合金为组分包括Sn、Pb、Bi和Cd、熔点为90～110℃的合金。3.根据权利要求1或2所述的导热聚合物基复合材料，其特征在于，所述改性高密度聚乙烯由高密度聚乙烯树脂为基体，甲基丙烯酸缩水甘油酯为接枝单体，苯乙烯为共接枝单体，亚磷酸三苯酯为交联抑制剂，过氧化二叔丁基为引发剂，在170～180℃温度下熔融接枝制取；甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯的用量分别均为高密度聚乙烯用量的2～3w...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙杨宣，包建军，侯世荣，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51