一种绝缘高强纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种绝缘高强纳米复合材料其由如下原料组成制成，其按重量份数计为：1)羟基化氮化硼/尼龙6母粒1～10份；2)尼龙6 100份。该复合材料由尼龙6基体和羟基化氮化硼组成，通过原位聚合法，在己内酰胺中添加50％～70％含量的羟基化氮化硼，进行己内酰胺的开环聚合，通过和表面官能团之间的接枝反应，将尼龙接枝到羟基化氮化硼上，从而制备出高含量羟基化氮化硼/尼龙6母粒。本发明专利技术提供的纳米复合材料导热性能优异可广泛应用于汽车、计算机、LED等的散热领域。本发明专利技术还公开了制备前述绝缘高强纳米复合材料的方法，采用原位接枝技术，使高填量氮化硼均匀分散在基体中，以降低界面热阻，其制备工艺合理，综合成本低。

A kind of insulating high strength nanocomposite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘高强纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及导热高分子复合材料领域，具体涉及一种绝缘高强纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着电子器件的高频、高速以及集成电路技术的迅速发展，电子器件对散热的要求越来越高，快速有效的热扩散成为材料开发中非常关键的技术。高聚物以其易制备、轻质、低成本使其成为理想的热管理材料，尼龙6具有优良的力学性能、较好的电性能以及耐磨、耐油、耐溶剂、自润滑、耐腐蚀和良好的加工性能，是目前聚酰胺塑料中产量最大的品种之一，广泛应用于汽车、电子电器、机械、航空航天工业领域及日常生活中。但尼龙6本身的结构特点决定了其为热的不良导体，限制了其在导热材料领域中的应用，采用导热填料对尼龙6进行改性是提高尼龙6及其它高分子材料热导率的有效途径。氮化硼作为一种新型的二维碳纳米材料，具有类似石墨层结构的晶体结构，不仅具有优良的电绝缘性、化学稳定性、较低的热膨胀系数，同时展现出优异的热导率，是一种优异的导热填料。中国专利申请公开号为CN103450674A，“一种高导热尼龙6/石墨烯纳米复合材料及其制备方法”，该方法通过功能化石墨烯，同时采用原位接枝聚合从而提高还原氧化石墨烯在尼龙6基体中的分散程度而减少团聚现象，但该方法中使用的导热填料导电性能优异，不适用于绝缘材料，同时由于导热填料最大添加量仅为10％，故导热性能提升较不明显。中国专利申请公开号为CN10675177A，“一种尼龙6—石墨烯导热功能母粒及其制备方法”，该方法未经过原位聚合和填料功能化，直接将石墨烯和尼龙6进行熔融挤出，使得石墨烯在基体中分散不均匀，导热性能提升效果不明显，且石墨烯的价格较高，造成材料整体成本较高。因此，研究一种综合性能好、制备容易且成本低的新型复合材料，具有较大的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种绝缘高强纳米复合材料，通过对六方氮化硼进行功能化，采用原位接枝技术使得较高的填料量进入基体，并使高填量氮化硼均匀地分散在基体中、以显著降低界面热阻，从而显著提升导热性能，使复合材料同时具备高度绝缘性能和良好的力学性能；此外，本专利技术同时还提供一种制备上述绝缘高强纳米复合材料的方法，采用易得的组分、大幅降低复合材料的成本；其工艺合理、步骤紧凑、易于产业化。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种绝缘高强纳米复合材料，其特征在于，其由如下原料组成制成，其按重量份数计为：1)羟基化氮化硼/尼龙6母粒1～10份2)尼龙6100份。所述的羟基化氮化硼/尼龙6母粒，按重量份数计，是由50～70份羟基化氮化硼、20～45份尼龙6单体、1～5份催化剂或引发剂，经预混、预聚、聚合、出料、造粒、洗涤和干燥后制得。所述的尼龙6为纯聚酰胺6。所述的羟基化氮化硼是由粒径为4微米的六方氮化硼经过尖端超声剥离后得到，粒径为400纳米，厚度为5纳米。所述的尼龙6单体为ε-己内酰胺。所述的催化剂或引发剂为6-氨基己酸或磷酸。一种制备前述绝缘高强纳米复合材料的方法，其特征在于，采用原位接枝技术，使高填量氮化硼均匀分散在基体中，以降低界面热阻，其包括如下步骤：(1)制备羟基化氮化硼/尼龙6母粒：通过原位聚合法，在己内酰胺中添加50％～70％含量的羟基化氮化硼，进行己内酰胺的开环聚合，通过和表面官能团之间的接枝反应，将尼龙接枝到羟基化氮化硼上，从而制备出高含量羟基化氮化硼/尼龙6母粒；(2)熔融共混：将设定比例的羟基化氮化硼/尼龙6母粒与尼龙6在240～260℃的密炼机中熔融共混，密炼复合1～4小时，出料后即得绝缘高强羟基化氮化硼/尼龙6纳米复合材料。所述的步骤(1)，具体包括如下步骤：(11)制备羟基化氮化硼纳米片：以六方氮化硼为原料，采用尖端超声技术，通过溶液剥落法制备了羟基化氮化硼纳米片：将1g氮化硼粉末分散于100mL0.05wt％胆酸钠水溶液中，在超声粉碎机中尖端超声处理(600W,25℃)10h可制得10mg·mL-1羟基化氮化硼纳米片；(12)制备预混物：将羟基化氮化硼、尼龙6单体与催化剂或引发剂混合，并在80～85℃下超声分散1～4小时，形成预混物；(13)制备预聚物：将预混物真空干燥1～3小时后，在160～200℃和氮气保护下预聚合1～4小时，形成预聚物；(14)将预聚物在240～260℃和氮气保护下聚合4～10小时，并在聚合结束前的1～3小时进行减压脱除小分子操作，体系内部保持真空；(15)在氮气保护下出料，经过造粒、洗涤和干燥后，即得羟基化氮化硼/尼龙6母粒。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的复合材料采用的绝缘高强羟基化氮化硼/尼龙6母粒，其导热填料含量高，且采用原位复合法中共价接枝技术策略制备的导热母粒，聚合物基体和导热填料羟基化氮化硼之间的共价酰胺键结合非常紧密，可以有效降低“基体-填料”界面热阻，提高了复合材料导热率。(2)本专利技术提供的制备方法，所采用的较高含量的填料量由于酰胺键的键合作用、使其更有效更均匀地分散在基体中，而以低的母粒添加量形式添加至纯尼龙6基体中的方法，可使绝缘高强羟基化氮化硼/尼龙6复合材料保持聚合物自身的良好力学性能。(3)本专利技术所提供的绝缘高强羟基化氮化硼/尼龙6纳米复合材料，不仅具有优异的导热性能，而且其材料成本低，制备工序少、工艺紧凑、成本低廉，可广泛应用于汽车、计算机、LED等的散热领域。附图说明图1为本专利技术绝缘高强羟基化氮化硼/尼龙6纳米复合材料的SEM照片。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面结合附图对本专利技术做进一步地描述。实施例1：本专利技术实施例提供的绝缘高强纳米复合材料，其由如下原料组成制成，其按重量份数计为：1)羟基化氮化硼/尼龙6母粒1～10份2)尼龙6100份。所述的羟基化氮化硼/尼龙6母粒，按重量份数计，是由50～70份羟基化氮化硼、20～45份尼龙6单体、1～5份催化剂或引发剂，经预混、预聚、聚合、出料、造粒、洗涤和干燥后制得。所述的尼龙6为纯聚酰胺6。所述的羟基化氮化硼是由粒径为4微米的六方氮化硼经过尖端超声剥离后得到，粒径为400纳米，厚度为5纳米。所述的尼龙6单体为ε-己内酰胺。所述的催化剂或引发剂为6-氨基己酸或磷酸。一种制备前述绝缘高强纳米复合材料的方法，采用原位接枝技术，使高填量氮化硼均匀分散在基体中，以降低界面热阻，其包括如下步骤：(1)制备羟基化氮化硼/尼龙6母粒：通过原位聚合法，在己内酰胺中添加50％～70％含量的羟基化氮化硼，进行己内酰胺的开环聚合，通过和表面官能团之间的接枝反应，将尼龙接枝到羟基化氮化硼上，从而制备出高含量羟基化氮化硼/尼龙6母粒；(2)熔融共混：将设定比例的羟基化氮化硼/尼龙6母粒与尼龙6在240～260℃的密炼机中熔融共混，密炼复合1～4小时，出料后即得绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘高强纳米复合材料，其特征在于，其由如下原料组成制成，其按重量份数计为：/n1)羟基化氮化硼/尼龙6母粒 1～10份/n2)尼龙6 100份。/n

【技术特征摘要】
1.一种绝缘高强纳米复合材料，其特征在于，其由如下原料组成制成，其按重量份数计为：
1)羟基化氮化硼/尼龙6母粒1～10份
2)尼龙6100份。


2.根据权利要求1所述的绝缘高强纳米复合材料，其特征在于，所述的羟基化氮化硼/尼龙6母粒，按重量份数计，是由50～70份羟基化氮化硼、20～45份尼龙6单体、1～5份催化剂或引发剂，经预混、预聚、聚合、出料、造粒、洗涤和干燥后制得。


3.根据权利要求1所述的绝缘纳米复合材料，其特征在于，所述的尼龙6为纯聚酰胺6。


4.根据权利要求2所述的绝缘高强纳米复合材料，其特征在于，所述的羟基化氮化硼是由粒径为4微米的六方氮化硼经过尖端超声剥离后得到，粒径为400纳米，厚度为5纳米。


5.根据权利要求2所述的绝缘高强纳米复合材料，其特征在于，所述的尼龙6单体为ε-己内酰胺。


6.根据权利要求2所述的绝缘高强纳米复合材料，其特征在于，所述的催化剂或引发剂为6-氨基己酸或磷酸。


7.一种制备权利要求1～6之一所述绝缘高强纳米复合材料的方法，其特征在于，采用原位接枝技术，使高填量氮化硼均匀分散在基体中，以降低界面热阻，其包括如下步骤：
(1)制备羟基化氮化硼/尼龙6母粒：通过原位聚合法，在己内酰胺中添加50％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁鹏，郭含尹，宋娜，施利毅，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31