石墨烯增强硬质PVC导热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了石墨烯增强硬质PVC导热复合材料及其制备方法，其中，所述复合材料包括：聚氯乙烯树脂、石墨烯、石墨烯表面处理剂、导热填料、位阻填料、加工助剂、稳定剂、增塑剂、增韧剂、抗氧剂和其他助剂，所述其他助剂包括润滑分散剂。由此，该石墨烯增强硬质PVC导热复合材料具有优异的导热性能和力学性能。料具有优异的导热性能和力学性能。料具有优异的导热性能和力学性能。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯增强硬质PVC导热复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种石墨烯增强硬质PVC导热复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氯乙烯塑料是由氯乙烯单体聚合而成的，是用量最大的热塑性塑料之一。聚氯乙烯根据加入增塑剂量的多少分为硬质聚氯乙烯和软质聚氯乙烯。软质聚氯乙烯一般含增塑剂30～50％，硬质聚氯乙烯不加或只加少量的增塑剂制成。硬质聚氯乙烯制品有如下优点：质地坚硬，机械强度高；质轻，搬运装卸便利；耐化学腐蚀性能优良，对于化学工业之用途甚为适用；流动阻力小，PVC管、片材和板材壁面光滑，流体阻力小，其粗糙系数仅0.009，较其他材料为低；耐压强度，耐冲击强度等都非常高，应用范围较宽。
[0003]然而，由于高分子材料本身的结构特点决定了绝大数高分子材料热导率极低，是热绝缘体，PVC的导热系数仅在0.13-0.17W/(m
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K)左右。赋予PVC一定导热性，则会拓宽PVC材料的应用领域，尤其在导热/散热/换热领域的应用，具有重要的意义，假如能将其热导率大大提升甚至提升到类似一些金属的导热率，就可以将其应用于生产中的换热设备、冷却设备、采暖工程、电子元件、集成电路等众多领域。
[0004]为进一步拓展PVC的应用范围，学术界开展了导热PVC的研究、发展和应用，主要是引入导热填料的方式。但传统的填充型导热PVC复合材料的开发往往存在一些障碍：(1)传统导热填料(如石墨和金属)与PVC的界面结合较差，易引起复合材料力学性能的劣化；(2)传统导热填料在PVC中可能分散不均匀，导致复合材料制品中不同位置的导热率差异较大，从而材料整体导热系数低；(3)传统导热填料的添加量通常较高，易影响复合材料的力学性能；(4)PVC极易分解，其分解温度比加工温度还低，加工窗口窄，这为化学改性或分散、加工造成了极大困难。
[0005]近年来，石墨烯作为新型的高导热材料受到广泛关注，因其极高的导热能力、优异的力学强度和极高的表面活性，在导热功能复合材料领域展现出了良好的应用前景。但是，石墨烯的表面能较高，纳米片之间的相互作用力较大、团聚较为严重，难以在PVC基体中获得有效的剥离和均匀的分散，而且石墨烯与PVC界面结合能力较差，石墨烯的引入对PVC的延展性和韧性损害严重，而对强度或模量的提升并不明显，甚至于高导热的改性引起材料强度或模量下降明显。因此，学术界和产业界鲜有对石墨烯增强导热PVC材料改性的研究与报导，多数集中在少量添加石墨烯改性导电PVC复合材料的研究。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种石墨烯增强硬质PVC导热复合材料及其制备方法，该石墨烯增强硬质PVC导热复合材料具有优异的导热性能和力学性能。
[0007]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种石墨烯增强硬质PVC导热复合材料。根据
本专利技术的实施例，所述石墨烯增强硬质PVC导热复合材料包括聚氯乙烯树脂、石墨烯、石墨烯表面处理剂、导热填料、位阻填料、加工助剂、稳定剂、增塑剂、增韧剂、抗氧剂和其他助剂，所述其他助剂包括润滑分散剂。
[0008]根据本专利技术实施例的石墨烯增强硬质PVC导热复合材料，通过将聚氯乙烯树脂、石墨烯、石墨烯表面处理剂、导热填料、位阻填料、加工助剂、稳定剂、增塑剂、增韧剂、抗氧剂和其他助剂混合，其中，石墨烯表面处理剂可以对石墨烯进行改性，使得改性后的石墨烯上的官能团可以很好的连接聚氯乙烯树脂，提高石墨烯与聚氯乙烯树脂基体间的界面结合力，即实现石墨烯均匀分散在PVC基体中，改善复合材料的韧性和延展性，同时改性石墨烯、导热填料和位阻填料可以在PVC基体中组成高度稳定和连续的导热网络，从而改善该复合材料的导热性能，并且引入的增塑剂和加工助剂，可以克服导热填料加入导致PVC熔体粘度增加而引起的加工困难问题，另外稳定剂、增韧剂、抗氧剂和其他助剂的加入可以改善复合材料的稳定性、韧性和抗氧化等性能。由此，使得该组成的石墨烯增强硬质PVC导热复合材料具有优异的导热性能和力学性能。
[0009]另外，根据本专利技术上述实施例的石墨烯增强硬质PVC导热复合材料还可以具有如下附加的技术特征：
[0010]在本专利技术的一些实施例中，上述石墨烯增强硬质PVC导热复合材料包括：50～100重量份的所述聚氯乙烯树脂；2～20重量份的所述石墨烯；0.05～1重量份的所述石墨烯表面处理剂；1～15重量份的所述导热填料；1～6重量份的所述位阻填料；0.2～1.5重量份的所述加工助剂；1.0～4.5重量份的所述稳定剂；2～2.5重量份的所述增塑剂；2～12重量份的所述增韧剂；0.1～0.5重量份的所述抗氧剂；0.5～6重量份的所述其他助剂。由此，使得该组成的石墨烯增强硬质PVC导热复合材料具有优异的导热性能和力学性能。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述石墨烯的最大径向尺寸为0.5～40μm，厚度为1～20nm。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述石墨烯表面处理剂为钛酸酯偶联剂、铝酸脂偶联剂、十八烷基胺、异氰酸酯和硅烷偶联剂中的至少之一。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述导热填料为碳纳米管、石墨、炭黑、碳纤维、碳化硅、氮化硼、氧化镁、氧化锌和氧化铝中的至少之一。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述位阻填料为碳酸钙、钛白粉、滑石粉、蒙脱土、高岭土、石英粉、云母粉和硅灰石中的至少之一。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述加工助剂为丙烯酸酯。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述稳定剂为铅盐复合稳定剂、OBS有机基稳定剂，有机锡稳定剂、稀土稳定剂和钙锌复合类稳定剂中的至少之一。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂、对苯二甲酸酯类增塑剂、脂肪酸酯类增塑剂、膦酸酯类增塑剂、环氧脂类增塑剂、多元醇酯类增塑剂、聚酯类增塑剂、偏苯三酸酯类增塑剂和柠檬酸酯类增塑剂中的至少之一。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述邻苯二甲酸酯类增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二环己酯中的至少之一。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述对苯二甲酸酯类增塑剂包括对苯二甲酸二辛酯。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述脂肪酸酯类增塑剂包括己二酸二辛酯、已二酸二异癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酸、癸二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯和二(2—乙基丁酸)三缩乙二醇酯中的至少之一。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述膦酸酯类增塑剂包括磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸二苯一辛酯和磷酸甲苯二苯酯中的至少之一。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述环氧脂类增塑剂包括环氧大豆油、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯和环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯中的至少之一。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增强硬质PVC导热复合材料，其特征在于，包括：聚氯乙烯树脂、石墨烯、石墨烯表面处理剂、导热填料、位阻填料、加工助剂、稳定剂、增塑剂、增韧剂、抗氧剂和其他助剂，所述其他助剂包括润滑分散剂。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，包括：50～100重量份的所述聚氯乙烯树脂；2～20重量份的所述石墨烯；0.05～1重量份的所述石墨烯表面处理剂；1～15重量份的所述导热填料；1～6重量份的所述位阻填料；0.2～1.5重量份的所述加工助剂；1.0～4.5重量份的所述稳定剂；2～2.5重量份的所述增塑剂；2～12重量份的所述增韧剂；0.1～0.5重量份的所述抗氧剂；0.5～6重量份的所述其他助剂。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述石墨烯的最大径向尺寸为0.5～40μm，厚度为1～20nm；任选地，所述石墨烯表面处理剂为钛酸酯偶联剂、铝酸脂偶联剂、十八烷基胺、异氰酸酯和硅烷偶联剂中的至少之一；任选地，所述导热填料为碳纳米管、石墨、炭黑、碳纤维、碳化硅、氮化硼、氧化镁、氧化锌和氧化铝中的至少之一；任选地，所述位阻填料为碳酸钙、钛白粉、滑石粉、蒙脱土、高岭土、石英粉、云母粉和硅灰石中的至少之一。4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述加工助剂为丙烯酸酯；任选地，所述稳定剂为铅盐复合稳定剂、OBS有机基稳定剂，有机锡稳定剂、稀土稳定剂和钙锌复合类稳定剂中的至少之一；任选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂、对苯二甲酸酯类增塑剂、脂肪酸酯类增塑剂、膦酸酯类增塑剂、环氧脂类增塑剂、多元醇酯类增塑剂、聚酯类增塑剂、偏苯三酸酯类增塑剂和柠檬酸酯类增塑剂中的至少之一。5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述邻苯二甲酸酯类增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二环己酯中的至少之一；任选地，所述对苯二甲酸酯类增塑剂包括对苯二甲酸二辛酯；任选地，所述脂肪酸酯类增塑剂包括己二酸二辛酯、已二酸二异癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酸、癸二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯和二(2—乙基丁酸)三缩乙二醇酯中的至少之一；任选地，所述膦酸酯类增塑剂包括磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸二苯一辛酯和磷酸甲苯二苯酯中的至少之一；
任选地，所述环氧脂类增塑剂包括环氧大豆油、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯和环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯中的至少之一；任选地，所述多元醇酯类增塑剂包括双季戊...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳碧波，张志博，朱亚坤，刘婷婷，李金来，
申请(专利权)人：新奥石墨烯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：