一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料为聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯及多种碳系填料的共混物。碳系填料至少包含二维碳系结构和零维碳系结构。本发明专利技术中聚丙烯复合材料的垂直方向具有高的导热性能以及优异的力学性能，这是由于二维和零维填料的加入可降低填料堆砌的平面取向度，形成较为完善的多维填料网络；马来酸酐接枝聚丙烯的加入能够改善碳系填料与聚丙烯基体之间的界面粘结性，从而提升聚丙烯复合材料的力学性能，且其制备方法仅需使用常用的熔融混炼设备，工业制备简单。

Polypropylene composite with high vertical thermal conductivity and excellent mechanical properties and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，尤其涉及通过多种填料杂化和马来酸酐接枝聚丙烯来获得高导热性能且力学性能优异的聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
塑料换热器，由于其具有价廉、质轻以及耐腐蚀等特点近年来已成为研究热点，现已被大量用于替代传统的金属换热器。聚丙烯是一种具有优异的力学性能以及良好化学稳定性的通用塑料，被广泛应用于电子、机械、化学工程及汽车制造等领域，是一种理想的塑料换热器基体材料。但是由于聚丙烯的导热率只有0.2W/(m*K)，限制了其在换热器等设备上的应用。因此开发良好的导热性能的聚丙烯复合材料具有实际的应用价值。碳系填料通常被用作导热填料，因其可通过内部的电子以及声子进行双重热量传递，且其不对称的结构较易在聚合物基体中形成网络结构。另外，碳系填料的不同粒径、平面取向度会对复合材料的性能造成较大影响。其中填料的平面取向度对复合材料的导热性能影响较大。单二维度的填料往往会在加工过程中形成单一的平面取向，从而增大材料导热的各向异性。如二维鳞片石墨，其片状结构可使其与聚合物基体有较大的接触面积，因此能够作为填料发挥较好的导热性能。但是，由于石墨片层间较强的范德华力以及π-π相互作用，使石墨片层易于团聚与堆叠，并使其平面取向度提高，反而降低了材料导热性能的各向同性。为了提升体系的导热率的同时，有关如何进一步提升复合材料的力学性能也成为目前的研究热点。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种聚丙烯复合材料，该聚丙烯复合材料具有高垂直导热率以及优异的力学性能。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，为聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯以及碳系填料的共混物，其中碳系填料占聚丙烯和碳系填料总量的质量含量为5％～80％，马来酸酐接枝聚丙烯与聚丙烯和碳系填料总量的质量比为0.01％～10％：100％。所述的碳系填料至少包含二维碳系结构和零维碳系结构，选自片状石墨、球状石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯。优选为片状石墨、球状石墨的组合。作为上述方案的优选，聚丙烯复合材料还可以包括添加剂，添加剂与聚丙烯和碳系填料的质量比为0.01％～3％：100％。作为上述方案的优选，所述的聚丙烯融指数为1～1800g/10min。作为上述方案的优选，所述的马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为0.1wt％～3wt％。作为上述方案的优选，所述的片状石墨的目数为100～1800目。作为上述方案的优选，所述的球状石墨的平均粒径为8～15μm。作为上述方案的优选，所述的球状石墨占聚丙烯和碳系填料总量的质量含量为0.5～20％。作为上述方案的优选，所述的添加剂包括润滑剂、增容剂、稳定剂的一种或多种。作为上述方案的优选，所述的润滑剂为硅酮类润滑剂。上述高导热以及力学性能优异的聚丙烯复合材料薄片的制备方法包括以下步骤；步骤(1)：将聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯和碳系填料分别在80～100℃下真空干燥12～24h；步骤(2)：将干燥后的聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯和碳系填料按一定的质量比，加入熔融混炼设备180～230℃下进行熔融混炼，得到共混物；步骤(3)：将混合物从熔融混炼设备中出料，降至常温，得到聚丙烯复合材料。步骤(4)：将复合材料进行压片，压片条件为：压力5～30MPa，温度190～230℃，保压3～10分钟；之后冷压，条件为：压力5～30MPa、常温，保压1～4分钟，得到厚度为100～1000μm的薄片。作为上述方案的优选，所述的步骤(2)熔融混炼设备为密炼机，预混时密炼机的转子速度为10～30rpm，熔融混炼时间1～2min，然后将转子速度提升至45～75rpm，熔融混炼5～10min。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术在聚丙烯中加入至少包含二维度和零维度的碳系填料以及马来酸酐接枝聚丙烯作为增容剂，通过熔融共混及压片获得具有优异垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯薄片。2、本专利技术采用至少包含二维度和零维度的不同维度填料的杂化填充可降低填料堆砌的平面取向度，形成较为完善的多维填料网络。3、本专利技术采用少量马来酸酐接枝聚丙烯的加入能够改善碳系填料与聚丙烯基体之间的界面粘结性以及改变石墨在聚丙烯基体中的取向，从而提升聚丙烯复合材料的力学性能以及导热率。4、本专利技术优选采用片状石墨和球状石墨的组合作为碳系填料，在达到优异的垂直导热率时，同时生产成本较低，适用于工业化推广。5、本专利技术仅需使用常用的熔融混炼设备，工业制备简单。6、本专利技术制备得到的高导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料可熔融加工制备成各种塑料制品，用于换热需求的各种工业、民用场合。附图说明图1为对比例1和实施例3所制得复合材料薄片的淬断断面形貌。图2为实施例3和实施例7所制得复合材料薄片的淬断断面形貌。图3为实施例3和实施例6～10所制得复合材料的力学性能图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面结合实施例对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。下面实施例采用的聚丙烯融指数为1～1800g/10min，马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为0.1wt％～3wt％，片状石墨的目数为100～1800目，球状石墨的平均粒径为8～15μm。对比例1步骤(1)：将聚丙烯及片状石墨在80℃下真空干燥24h；步骤(2)：将30g的聚丙烯及20g的片状石墨加入密炼机190℃下进行熔融混炼，预混时密炼机的转子速度为20rpm，熔融混炼2min，然后将转子速度提升至50rpm，熔融混炼5min，获得共混物；步骤(3)将所得共混物进行熔融压片，压力20MPa，温度220℃，保压7分钟；压力20MPa，常温，保压2分钟，制备成500μm厚度的薄片。样品的测试结果见表1实施例1步骤(1)：将聚丙烯、片状石墨及球状石墨在80℃下真空干燥24h；步骤(2)：将30g的聚丙烯、18.75g的片状石墨及1.25g的球状石墨加入密炼机190℃下进行熔融混炼，预混时密炼机的转子速度为20rpm，熔融混炼2min，然后将转子速度提升至50rpm，熔融混炼5min，获得共混物；步骤(3)将所得共混物进行熔融压片，压力20MPa，温度220℃，保压7分钟；压力20MPa，常温，保压2分钟，制备成500μm厚度的薄片。样品的测试结果见表1实施例2步骤(1)：将聚丙烯、片状石墨及球状石墨在80℃下真空干燥24h；步骤(2)：将30g的聚丙烯、17.5g的片状石墨及2.5g的球状石墨加入密炼机190℃下进行熔融混炼，预混时密炼机的转子速度为20rpm，熔融混炼2min，然后将转子速度提升至50rpm，熔融混炼5min，获得共混物；步骤(3)将所得共混物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于为聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯以及碳系填料杂化的共混物，碳系填料至少包含二维碳系结构和零维碳系结构；其中碳系填料占聚丙烯和碳系填料总量的质量含量为5％～80％，马来酸酐接枝聚丙烯与聚丙烯和碳系填料总量的质量比为0.01％～10％：100％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于为聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯以及碳系填料杂化的共混物，碳系填料至少包含二维碳系结构和零维碳系结构；其中碳系填料占聚丙烯和碳系填料总量的质量含量为5％～80％，马来酸酐接枝聚丙烯与聚丙烯和碳系填料总量的质量比为0.01％～10％：100％。


2.如权利要求1所述的一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于所述的碳系填料选自片状石墨、球状石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯。


3.如权利要求1所述的一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于所述的碳系填料选用片状石墨、球状石墨的组合。


4.如权利要求1所述的一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于所述的聚丙烯融指数为1～1800g/10min。


5.如权利要求1所述的一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于所述的马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为0.1wt％～3wt％。


6.如权利要求1或2所述的一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于所述的球状石墨占聚丙烯和碳系填料总量的质量含量为0.5～20％。


7.如权利要求1或2所述的一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于所述的片状石墨的目数为100～1800目。


8.如权利要求1或2或5所述的一种高垂直导热率以及力学性能优异的聚丙烯复合材料，其特征在于所述的球状石墨的平均粒径为8～15μm。


9.如权利要求1所述的一种高垂直导热率以...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇进，张文军，
申请(专利权)人：江苏新成碳合新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32