石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米复合材料高性能化与功能化技术领域，尤其涉及一种石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法。石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料包括以下组分：聚碳酸酯、石墨烯、第二导热填料、石墨烯表面处理剂、改性助剂、加工助剂。采用“一锅法混炼”和“熔融共混”相结合的技术路线，实现了石墨烯充分剥离、均匀分散和导热网络构建，对复合材料的力学性能和导热性能具有显著提升，同时两步法避免了聚碳酸酯多次加工易降解的问题，极大拓展了应用范围；采用与聚碳酸酯具有良好相容性的增韧改性剂，最大程度发挥石墨烯优异力学性能的同时，兼顾韧性与延展性，解决石墨烯改性复合材料力学性能不平衡的缺点。

Graphene reinforced polycarbonate thermal conductive composite and its preparation

【技术实现步骤摘要】
石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种导热复合材料，尤其涉及一种石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法。
技术介绍
导热塑料以其优异的导热性能在变压器电感、电子元器件散热、特种电缆、电子封装、导热灌封等邻域得到广泛应用。聚碳酸酯是分子链含有碳酸酯基的高分子聚合物，该聚合物典型的硬而韧的热塑性工程塑料，具有良好的机械性能、尺寸稳定性、电绝缘性和耐化学药品性。同时聚碳酸酯分子链刚性大，结晶能力差，具有很高的透明性。聚碳酸酯适用于制造各种高透明、高强度、高尺寸稳定性、质轻产品，比如仪表板、计算机以及电器的壳体、汽车装饰件、LED灯壳、物体箱盖专用料等。石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料，仅有一个原子层厚的单层石墨片构成，是已知最薄、最坚硬的纳米材料，石墨烯具有极其优异的性能：极佳的力学性能（杨氏模量达到1TPa），出色的导热性能（热导率能达到5300Wm-1K-1），优异的导电性能（电导率达到108Sm-1），极高的透光率（吸光度仅为2.3%）等特性。因此，石墨烯的应用十分广泛，可用于制备导电导热复合材料，高强度复合材料，催化电极材料，气凝胶材料等等。石墨烯作为导热填料制备聚碳酸酯/石墨烯复合材料，在体系中以类似链状和网状的形态分布，形成导热网络，当导热网络的取向方向与热流方向平行时，就会在很大程度上提高体系的导热性能。以石墨烯为填料的高导热聚碳酸酯复合材料能够弥补传统导热塑料导热性能、机械性能和加工性能无法兼顾的缺点，满足热管理、电子工业中高密度、高集成度组装发展的要求。现有技术的缺点：传统导热塑料主要是以高导热的金属或含金属的无机填料进行均匀填充，具有不抗氧化、易腐蚀、寿命短、造价高以及制备工艺复杂的缺点。传统导热塑料为了追求高的导热性，往往会最大化导热填料的量，而填料的过量导致了材料的机械性能差，同时黏度急剧上升，熔体流动性差，影响注塑加工。尽管石墨烯具备优异的导热性能，但表面能极大，作为填料加入到聚合物中，由于其片层之间的强共轭相互效应，极易堆积团聚，分散性差，难以形成稳定有效的导热网络。石墨烯具有极佳的力学性能，作为导热填料可以改善复合材料的力学强度，但会影响复合材料的韧性和延展性，造成复合材料的综合力学性能下降。聚碳酸酯性能优异，但加工时熔融粘度对剪切率敏感性小，而对温度敏感性大，无明显熔点，熔融体粘度较高，加工流动性小，且在高温下易水解，这些性质严重影响聚碳酸酯注塑制品的尺寸稳定性及表面光洁度。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述缺陷，提供一种石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法。为了克服
技术介绍
中存在的缺陷，目的在于解决传统聚碳酸酯导热复合材料加工性能、导热性能和力学性能不能兼顾的缺点，提供一种可以广泛应用于交通运输、机械工业、电子电气、包装材料、光学材料、医疗材料、生活日用品等领域的高性能导热塑料。本专利技术利用石墨烯表面官能团修饰技术和高分子链活性基团引入技术，将增强石墨烯和聚碳酸酯的界面相互作用，以及石墨烯在基体中的均匀分散。在塑料基体中均匀分散的石墨烯可以有效构筑导热和增强网络，显著改善聚碳酸酯的加工性能、导热性能和力学性能。该生产工艺清洁高效，便易实施，具有广阔的应用前景。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料包括以下组分：聚碳酸酯40-80份；石墨烯1-40份；第二导热填料10-50份；石墨烯表面处理剂0.015-4份；改性助剂5-40份；加工助剂0.5-5份。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述石墨烯的片径尺寸为2-20μm，厚度<5nm。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述第二导热填料包括氧化铝、氧化镁、氮化铝、蒙脱土、滑石粉、氮化硼、石英粉、炭黑、碳纳米管、鳞片石墨、超细石墨、氧化石墨、膨胀石墨、碳酸钙、硅灰石、碳纤维中的一种或多种。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述石墨烯表面处理剂包括硅烷偶联剂、十八烷基胺、异氰酸酯、铝酸脂或钛酸酯偶联剂。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述改性助剂包括MBS、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡OPE、氯化聚乙烯蜡CPE、热塑性弹性体TPE、苯乙烯类热塑性弹性体SBS、马来酸酐接枝苯乙烯类热塑性弹性体MAH-SBS、聚烯烃弹性体POE、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体MAH-POE、聚酯弹性体TPEE、三元乙丙橡胶EPDM、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物MAH-EVA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物EEA、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物EBA、丁苯橡胶SBR中的至少一种。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述加工助剂包括受阻酚类抗氧化剂1010、10761330等、亚磷酸酯类抗氧化剂168、626等中的至少一种。石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1.制备石墨烯高填充母粒：在温度为200‒300℃下，将石墨烯、第二导热填料、石墨烯表面处理剂、改性助剂和加工助剂按比例进行“一锅法混炼”，再经冷却切粒或直接造粒，获得石墨烯高填充母粒；S2.石墨烯改性聚碳酸酯复合材料：通过“熔融共混”过程，共混温度为200-300℃，将所述石墨烯高填充母粒与聚碳酸酯基体按一定比例共混后造粒，获得石墨烯改性聚碳酸酯复合材料。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述步骤S1中的混炼设备为高速混合机、开炼机、翻转式密炼机、连续式密炼机、Z型捏合机、螺杆捏合机、真空捏合机和卧式双螺旋混合机中的至少一种；所述步骤S2中的熔融共混设备为双螺杆挤出机、单螺杆挤出机、往复式单螺杆挤出机、行星螺杆挤出机和连续式密炼机中的至少一种。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述步骤S1的混炼过程的输出能量与所有的混合物质量之比为0.1‒5kWh/kg；所述步骤S2共混过程的输出能量与所有共混物的质量之比为0.05-1.5kWh/kg。根据本专利技术的另一个实施例，进一步包括所述步骤S1中石墨烯表面处理剂为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂与所述石墨烯的质量比为2‒10:100或者所述石墨烯表面处理剂为十八烷基胺、异氰酸酯或钛酸酯偶联剂，十八烷基胺、异氰酸酯或钛酸酯偶联剂与石墨烯的质量比为0.3‒1.5:100。本专利技术的有益效果是：采用优化加工工艺路线，采用“一锅法混炼”和“熔融分散”相结合的技术路线，过程清洁简便，易于实现规模化生产，解决传统制备工艺复杂的缺点；采用“一锅法混炼”和“熔融共混”相结合的技术路线，实现了石墨烯充分剥离、均匀分散和网络构建，对复合材料的力学性能和导热性能具有显著提升，同时两步法避免了聚碳酸酯多次加工易降解的问题，极大拓展了应用范围；采用与聚碳酸酯具有良好相容性的增韧改性剂，最大程度发挥石墨烯优异力学性能的同时，兼顾韧性与延展性，解决石墨烯改性复合材料力学性能不平衡的缺点；优化加工工艺，解决聚碳酸酯复合材料加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料，其特征在于：包括以下组分：/n聚碳酸酯 40-80份；/n石墨烯 1-40份；/n第二导热填料 10-50份；/n石墨烯表面处理剂 0.015-4份；/n改性助剂 5-40份；/n加工助剂 0.5-5份。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料，其特征在于：包括以下组分：
聚碳酸酯40-80份；
石墨烯1-40份；
第二导热填料10-50份；
石墨烯表面处理剂0.015-4份；
改性助剂5-40份；
加工助剂0.5-5份。


2.如权利要求1所述的石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料，其特征在于：所述石墨烯的片径尺寸为2-20μm，厚度<5nm。


3.如权利要求1所述的石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料，其特征在于：所述第二导热填料包括氧化铝、氧化镁、氮化铝、蒙脱土、滑石粉、氮化硼、石英粉、炭黑、碳纳米管、鳞片石墨、超细石墨、氧化石墨、膨胀石墨、碳酸钙、硅灰石、碳纤维中的一种或多种。


4.如权利要求1所述的石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料，其特征在于：所述石墨烯表面处理剂包括硅烷偶联剂、十八烷基胺、异氰酸酯、铝酸脂或钛酸酯偶联剂。


5.如权利要求1所述的石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料，其特征在于：所述改性助剂包括MBS、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡OPE、氯化聚乙烯蜡CPE、热塑性弹性体TPE、苯乙烯类热塑性弹性体SBS、马来酸酐接枝苯乙烯类热塑性弹性体MAH-SBS、聚烯烃弹性体POE、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体MAH-POE、聚酯弹性体TPEE、三元乙丙橡胶EPDM、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物MAH-EVA、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物EMA、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物EEA、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物EBA、丁苯橡胶SBR中的至少一种。


6.如权利要求1所述的石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料，其特征在于：所述加工助剂包括受阻酚类抗氧化剂101...

【专利技术属性】
技术研发人员：时培文，郭晓然，张新和，武小江，樊振兴，张志博，刘婷婷，徐玮彤，徐欢，李金来，
申请(专利权)人：江苏新奥碳纳米材料应用技术研究院有限公司，江苏江南烯元石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32