一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用，属于高分子复合材料领域，该导热尼龙复合材料包括尼龙树脂：100份；增强材料：50‑100份；导热材料：0.5‑2.0份；流动改性剂：5‑20份；分散剂：0.3‑0.8份；润滑剂：0.1‑0.6份；抗氧剂：0.1‑0.8份；偶联剂：0.2‑0.6份；制备方法包括：导热材料的表面处理；混合助剂的制备；导热流动母粒的制备；高强度导热尼龙复合材料的制备；导热尼龙复合材料应用于中型、小型、微型电机外壳，解决了高分子复合材料强度不高，导热性不好的问题，与传统金属外壳相比，本发明专利技术的电机外壳具有重量轻、易成型、防腐和耐候的优点。

A nylon composite with high strength and heat conduction and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
尼龙具有优异的绝缘性、耐腐蚀性、耐候性、耐高低温性、力学性能和加工性能，广泛用于机械装备结构部件。通过纤维增强改性可大幅度提高尼龙材料的弯曲强度、拉伸强度和热变形温度等性能，使其成为装备制造业以塑代钢首选材料，也是装备制造业不可或缺的结构材料。我国是全球最大的电机产销基地，从电子电器用微型电机到高铁高速牵引电机、风力发电等特大型电机产销量均居全球首位。电机轻量化、高效节能化、专业定制化和智能自动化是我国中、小型电机产业目前的发展方向，其中，电机轻量化与智能化是电机产业发展的最大方向。长期以来，电机外壳通常采用碳钢、铸钢、铝材等金属材料制成，金属材料虽然强度高，导热性好，但是质量重，且易腐蚀。高分子材料具有重量轻、耐腐蚀、易加工等特点，但其机械强度不高，导热性较差，一般而言，是不适合用作电机外壳材料的，因此，近年来，业内小型及微型电机外壳大量使用铝合金材料。与钢材相比较，电机自重减轻很多。但生产成本以及效率、轻量化依然是行业普遍关注的问题。因此，开发高强度导热尼龙复合材料及其加工技术，对于电机轻量化，提高电机生产效率，降低生产成本，减少电机维护成本具有非常重大的意义，将给中小型电机产业带来革命性的发展。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种高强度导热尼龙复合材料及其制备方法和应用，解决了高分子复合材料强度不高，导热性不好的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种高强度导热尼龙复合材料，包括以下原料组分及质量份数：尼龙树脂：100份；增强材料：50-100份；导热材料：0.5-2.0份；流动改性剂：5-20份；分散剂：0.3-0.8份；润滑剂：0.1-0.6份；抗氧剂：0.1-0.8份；偶联剂：0.2-0.6份。通过上述技术方案，解决了高分子复合材料强度不高，导热性不好的问题，且赋予了复合材料优异的加工流动性，以适应中型电机外壳的成型加工。提高了复合材料的力学性能、导热性和加工流动性性能，制造了一种高强度、高流动、高导热的高分子复合材料。进一步优选为：所述尼龙树脂包括PA6、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA46、PA6T、PA9T、PA10T、PA11、PA12中的一种或多种，特性粘度为2.4-3.6。通过上述技术方案，PA610、PA612、PA1010、PA46、PA6T、PA9T和PA10T的吸水性较小，所制造的电机外壳尺寸稳定性和电绝缘性较好，特别适用于中小型电机外壳的制造。更进一步优选为：所述尼龙树脂特性粘度为2.5-2.8。进一步优选为：所述增强材料包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种，所述碳纤维、玻璃纤维和所述玄武岩纤维的纤维单丝直径均为8-17um。通过上述技术方案，碳纤维拉伸强度及模量极高，比重最轻但价格太高；玄武岩纤维的拉伸强度比碳纤维低，但价格比玻璃纤维高，玄武岩纤维比重比碳纤维高，但比玻璃纤维低，玻璃纤维的强度虽然没碳纤维高，但价格很低，对高分子材料具有很好的增强作用。增强纤维的使用量对复合材料的强度影响较大，纤维用量较少会导致复合材料强度不够，不能足以承受电机转子高速运转所需要的支撑力。纤维使用量较多，中型电机外壳注塑成型时，可能会导致材料的加工流动性较差而出现注塑不满及外观粗糙等问题。碳纤维与玻璃纤维复合使用可赋予复合材料极高的力学强度，轻量化作用也十分明显。更进一步优选为：所述碳纤维、玻璃纤维和所述玄武岩纤维的纤维单丝直径均为10-12um。进一步优选为：所述导热材料包括石墨烯、纳米级氧化石墨烯、碳纳米管、纳米石墨中的一种或多种。通过上述技术方案，石墨烯、纳米级氧化石墨烯、碳纳米管、纳米石墨均是一类高导电、导热材料。其导电导热性依次是纳米级氧化石墨烯＞石墨烯﹥碳纳米管＞纳米石墨。这类纳米材料分子结构为网络结构，分散于基体尼龙树脂中可形成完整的网络结构，如石墨烯具有平面六边形点阵结构，每个碳原子有4个价电子，其中3个电子形成平面的SP2杂化轨道，另一个轨道电子形成离域达π键，电子可以在平面内自由移动，使得石墨烯具有量子霍尔效应、随穿效应和高导热性。氧化石墨烯表面存在羧基、环氧基、羰基、酯基等含氧官能团，因此在与尼龙树脂共混过程中，容易与尼龙树脂形成一定的化学结合力，增强与尼龙树脂间的相容性与分散性。在一定程度上克服了石墨烯在尼龙树脂中分散困难的问题。碳纳米管以及纳米石墨采用表面氧化处理同样可以增加其表面极性基团，从而提高其与尼龙树脂间的相容性。进一步优选为：所述分散剂包括C181支化树脂、季戊四醇酯、改性乙撑双硬脂酸酰胺(TAF)中的一种或多种；所述流动改性剂为特殊结构的支化尼龙树脂，特性粘度为1.6-2.1。通过上述技术方案，支化尼龙树脂是一种PA6大分子链末端具有多个带有氨基短支链结构的共聚PA6树脂，由于多支链结构的存在，赋予PA6树脂极高的流动性，特别是在熔融状态下，树脂熔体粘度极低，几乎变成可自由流动的液体。这种树脂加入到尼龙树脂中可大幅度提高树脂的熔融流动性。降低树脂熔体粘度，从而赋予尼龙树脂有效包覆纤维的能力以及优异的加工流动性。支化尼龙分子量较低，使用量太多时，会降低复合材料的强度，用量太少时，也会影响复合材料的加工流动性好，因此合适的使用量是十分必要的。C181支化树脂、改性乙撑双硬酯酸酰胺(TAF)、季戊四醇酯属于内外润滑剂，与尼龙树脂之间有一定的相容性，与增强纤维表面的官能团发生化相结合，可有效提高增强纤维在尼龙树脂中的分散作用，减少增强纤维外露导致的部件外观光洁性差的问题；同时还可提高复合材料熔融流动性；氧化聚乙烯蜡，硅酮树脂与尼龙树脂相容性虽然较差，但具有较好的润滑性和脱模性。进一步优选为：所述流动改性剂的特性粘度为1.8-2.0，用量为10-15份；分散剂用量为0.5-0.7份。进一步优选为：所述润滑剂包括硅酮树脂、氧化聚乙烯蜡的一种或两种。通过上述技术方案，提高复合材料的脱模性和制品表面的光泽性。进一步优选为：所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和耐温耐水解磷酸酯类抗氧剂，所述受阻酚类抗氧剂为受阻酚类抗氧剂1098或受阻酚类抗氧剂1097；所述耐温耐水解磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168或抗氧剂S-9228，总用量为：0.5-0.6份。进一步优选为：所述偶联剂包括硅烷类偶联剂KH550、KH560、KH570的一种或多种。更进一步优选为：所述偶联剂为KH550或KH560，用量为0.3-0.5份。一种高强度导热尼龙复合材料的应用，将所述导热尼龙复合材料应用于电机外壳领域。通过上述技术方案，本专利技术的尼龙复合材料具有高强度、高流动、高导热、密度小、耐腐蚀、易加工成型等特性，替代金属用于中型、小型、微型电机外壳材料，使电机重量大幅度减轻，生产效率提高，防腐效果好，降低了维护成本。一种高强度导热尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、导热材料的表面处理：按照原料组分的重量份数，称取各原料组分，将导热材料、偶联剂加入到加热搅拌机中低速搅拌1-5min；优选为2-4min；b、混合助剂的制备：在步骤(a)所述加热搅拌机中依次加入所述原料组分中的分散剂、润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度导热尼龙复合材料，其特征在于：包括以下原料组分及质量份数：尼龙树脂：100份；增强材料：50‑100份；导热材料：0.5‑2.0份；流动改性剂：5‑20份；分散剂：0.3‑0.8份；润滑剂：0.1‑0.6份；抗氧剂：0.1‑0.8份；偶联剂：0.2‑0.6份。

【技术特征摘要】
1.一种高强度导热尼龙复合材料，其特征在于：包括以下原料组分及质量份数：尼龙树脂：100份；增强材料：50-100份；导热材料：0.5-2.0份；流动改性剂：5-20份；分散剂：0.3-0.8份；润滑剂：0.1-0.6份；抗氧剂：0.1-0.8份；偶联剂：0.2-0.6份。2.根据权利要求1所述的一种高强度导热尼龙复合材料，其特征在于：所述尼龙树脂包括PA6、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA46、PA6T、PA9T、PA10T、PA11、PA12中的一种或多种，特性粘度为2.4-3.6。3.根据权利要求1所述的一种高强度导热尼龙复合材料，其特征在于：所述增强材料包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种，所述碳纤维、玻璃纤维和所述玄武岩纤维的纤维单丝直径均为8-17um。4.根据权利要求1所述的一种高强度导热尼龙复合材料，其特征在于：所述导热材料包括石墨烯、纳米级氧化石墨烯、碳纳米管、纳米石墨中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种高强度导热尼龙复合材料，其特征在于：所述分散剂包括C181支化树脂、季戊四醇酯、改性乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或多种；所述流动改性剂为支化尼龙树脂，特性粘度为1.6-2.1。6.根据权利要求1所述的一种高强度导热尼龙复合材料，其特征在于：所述润滑剂包括硅酮树脂、氧化聚乙烯蜡的一种或两种。7.根据权利要求1所述的一种高强度导热尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓凯桓，陈如意，
申请(专利权)人：长沙五犇新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43