一种石墨聚丙烯高导热复合材料的注塑成型模具及其制备方法技术

一种石墨聚丙烯高导热复合材料的注塑成型模具，所述注塑成型模具包括定模块、型芯模块和动模块，所述型芯模块固定在所述动模块顶部的型芯槽中，所述定模块与所述动模块顶部合模；所述型芯模块包括型芯模块主体、型腔、主流道、梯形流道、浇口和溢流槽，所述型腔设置有两个，分别设置在所述型芯模块主体的两侧，所述主流道设置在两个所述型腔之间，所述主流道两端口分别连通分流道，两个分流道分别连接所述梯形流道，所述梯形流道分别通过高度不同的所述浇口与所述型腔一端连通，两个所述型腔的另一端分别设置有所述溢流槽。本发明专利技术制备的复合材料内石墨水平方向、垂直方向有着不同程度的取向，垂直方向取向尤为突出，轴向热导率高达24.1W

【技术实现步骤摘要】
一种石墨聚丙烯高导热复合材料的注塑成型模具及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种石墨聚丙烯高导热复合材料的注塑成型模具及其制备方法，属于高分子复合材料领域。

技术介绍

[0002]目前海水淡化技术在全球发展迅猛，其中，水平管降膜蒸发器由液体分布器、水平蒸发管、回流系统和排气通道四个主要部件组成，是多效蒸馏海水淡化技术的核心装备之一，工作时，位于蒸发器上方的液体分布器将海水喷洒到下方水平蒸发管上，通过水平蒸发管与管内蒸汽进行换热，所以需要蒸发管具有高热导率以保证较高的利用效率。常用的换热管大部分是金属材料，虽然金属具有优良的导热性能，但是在使用过程中极易被海水腐蚀、结垢，大幅度降低其使用寿命，增加清理维护成本，从而导致海水淡化淡水价格过高。与金属材料不同，高导热聚丙烯复合材料具有极强的耐腐蚀、阻垢性能，可以极大地延长使用寿命，降低使用与维修成本。但是，目前石墨聚丙烯导热复合材料总体性能不高，热导率大约为3.0～
‑
3.3W
·
m
‑1·
K
‑1，无法满足换热管使用要求，主要原因是复合材料在加工成型过程中，石墨极易形成单一的平面（径向）取向，导致复合材料的径向热导率普遍较高，而轴向（垂直）热导率普遍不高，加大了复合材料的导热各向异性，限制了该类导热复合材料在热交换技术中的应用。因此如何提高导热复合材料内石墨的轴向的取向度 ，提高轴向热导率及其导热效率，成为提高该类复合材料应用价值的关键。
[0003]针对上述技术问题，国内学者做了大量研究工作，如专利CN202010777399.X公开了一种高填充高导热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、层状碳系填料、球状填料的共混物。所述的层状碳系填料和球状填料占聚丙烯复合材料总填充量为30wt％～70wt％，球状填料占聚丙烯复合材料的质量含量为2.5wt％～10wt％。所述的层状碳系填料为片状石墨、石墨烯中的一种或两种，所述的球状填料，具体是氧化铝、碳酸钙、氧化镁中的一种或多种。共混物经熔融混炼后，熔融压片成型得到的复合材料垂直热导率达到1.84W
·
m
‑1·
K
‑1。专利CN201910414513.X公开了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，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％。该共混物经熔融混炼后，压片成型得到的复合材料垂直热导率达到3.15W
·
m
‑1·
K
‑1。专利CN202011426337 .0公开了一种导热绝缘聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，该导热绝缘聚丙烯复合材料按重量份数由10～70份聚丙烯、5～20份组分A、20～55份组分B、5～20份组分C、0.2～2份抗氧剂和0 .2～2份润滑剂制备而成；所述的组分A按重量份数由80～95份聚丙烯、5～20份无机纳米粒子、0.2份～2份硅烷偶联剂和0.1～1份成核剂制备而成；所述的组分B按重量份数由50～80份六方氮化硼、20～50份导热填料、1～10份插层剂、1～10份聚甲基硅烷、0.2～5份硅烷偶联剂制备而成；所
述的组分C按重量份数由50～80份接枝改性树脂和20份～50份钛酸酯偶联剂改性无机晶须制备而成。以上组分经称量、混合、挤出造粒得到一种导热绝缘聚丙烯复合材料，该材料的垂直热导率为0.8～1.2W
·
m
‑1·
K
‑1，平面热导率为1.5～3.4W
·
m
‑1·
K
‑1。现有技术中制备的石墨聚丙烯复合材料径向热导率普遍高于轴向（垂直）热导率，导热各向异性明显。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服现有技术弊端，提供一种石墨聚丙烯高导热复合材料的注塑成型模具及其制备方法，利用偶联剂处理石墨表面，控制挤出机造粒工艺，使得高含量的石墨在复合材料内分散更为均匀，增加材料内完整的导热通路，同时，利用特殊的注塑成型模具，通过注塑机注射速率和注射压力的精确控制，熔融的母料匀速经过梯形浇道和狭窄的浇口，在剪切力的作用下，以波浪状堆满型腔，为复合材料构建了更为均匀完整的三维导热通路，材料内石墨水平方向、垂直方向有着不同程度的取向，垂直方向取向尤为突出，从而提高复合材料的平均热导率和轴向热导率。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨聚丙烯高导热复合材料的注塑成型模具，所述注塑成型模具包括定模块、型芯模块和动模块，所述型芯模块固定在所述动模块顶部的型芯槽中，所述定模块与所述动模块顶部合模；所述型芯模块包括型芯模块主体、型腔、主流道、梯形流道、浇口和溢流槽，所述型腔设置有两个，分别设置在所述型芯模块主体的两侧，所述主流道设置在两个所述型腔之间，所述主流道两端口分别连通分流道，两个分流道分别连接所述梯形流道，所述梯形流道分别通过高度不同的所述浇口与所述型腔一端连通，两个所述型腔的另一端分别设置有所述溢流槽。
[0006]上述石墨聚丙烯高导热复合材料的注塑成型模具，所述定模块包括定模板、定模座板、注塑口和定位孔，所述定模板固定在所述定模座板上，所述定位孔设置在所述定模板四角处，所述注塑口贯穿所述定模板和定模座板中心位置，所述定模座板与注塑机连接；所述动模块包括动模板、型芯槽、垫块和动模座板，所述型芯槽设置在所述动模板顶部中间位置，其尺寸与所述型芯模块主体相匹配，所述型芯模块主体嵌入所述型芯槽中，且与型芯槽壁顶端平齐，所述动模板下端通过所述垫块与所述动模座板连接，所述动模板上端四个角上设置有四个定位柱，所述定模板与所述动模板对接合模，所述定位柱穿入所述定位孔中，所述动模座板与注塑机连接。
[0007]上述石墨聚丙烯高导热复合材料的注塑成型模具，所述梯形流道的上底为23mm，下底为40mm，长15mm。
[0008]一种石墨聚丙烯高导热复合材料的制备方法，所述石墨聚丙烯高导热复合材料包括如下重量份数的组分：50～85份的石墨、15～50份的聚丙烯、0.5～2份的偶联剂、0.1～2份的抗氧剂、0.5～2份的流动剂和0.2～1份的润滑剂，所述制备方法为利用权力要求1至3任一项所述的注塑成型模具注塑成型，包括如下步骤：a、将配方量的偶联剂加入无水乙醇中，超声20～40min后，再与配方量的石墨高速混合均匀，110～120℃高温真空干燥1～2h，得到预混料；b、将处理好的石墨、配方量的聚丙烯、抗氧剂、流动剂和润滑剂高速混合，再利用挤出机挤出造粒，得到混合均匀的母料；
c、将母料装入注塑机中注塑，熔融的母料沿梯形浇道，均速通过高度0.4～0.8mm浇口，呈波浪状堆满成型装置的型腔并成型，得到石墨聚丙烯高导热复合材料。
[0009]上述石墨聚丙烯高导热复合材料的制备方法，所述石墨为片状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
g/s，注射压力为15～25 MPa，保压5～15 s。8.根据权利要求4所述的石墨聚丙烯高导热复合材料的制备方法，其特征在于：所述偶联剂是钛酸酯偶联剂NDZ
‑
101、NDZ
‑
201以及硅烷偶联剂KH
‑
550、KH
‑
560、KH
‑
570中的一种或多种。9.根据权利要求4所述的石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海军，李彦涛，陈孝起，李富杰，张芬，杨淑兰，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：