一种复合填料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种复合填料及其制备方法和应用。本发明专利技术复合填料包括端羧基超支化聚酯、碳纤维和无机填料，其中，无机填料呈原子级分布在碳纤维上，羧基超支化聚酯、碳纤维以及碳纤维上的无机填料之间连接成导电导热的网络结构。本发明专利技术制备的复合填料可以以很少的添加量就能实现很好的导热导电效果，且对基体的力学性能影响小。学性能影响小。

【技术实现步骤摘要】
一种复合填料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能填料的
，具体地说，是涉及一种复合填料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]传统的高分子材料绝大多数是绝缘的，容易存在静电，限制了其在化工设备、电子电器等领域的应用。如作为换热器在化工设备的应用过程产生静电，将存在极大的安全隐患；而其作为电子元件，因在使用过程中无法屏蔽干扰电磁波引起误动等，同样会对设备造成损伤甚至引发事故。因此制备导电导热性能好的高分子材料引起了广大学者的关注。
[0003]导热导电高分子材料根据导热导电机理，可分为结构型和填充型。前者主要是对聚合物主链的结构进行改性，引入具有良好导热导电性能的结构。从电子的机制考虑，加入如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等结构，可同时提高聚合物的导热导电性能。填充型导热导电高分子材料，是将导热导电填料通过某种工艺方法与高分子基体混合制备的具有导热导电性能的复合材料。这种复合材料对基体的种类没有具体要求，只要能够达到所应用场合的性能需求，均可作为基体制备聚合物导热导电复合材料。填充型导热导电高分子材料具有加工性能好、成本低等优点。可根据需要选择基体，在较广的范围内调控其导热导电性能，因此可以更广泛应用于工业、医疗、生活等领域。
[0004]相比之下，填充型导热导电高分子材料易制备、成本低、更适合大规模生产。常见的填充材料包括金属、陶瓷和碳系材料等。现有研究表明，形成连续紧密的导电导热网络是制备高导电导热性能聚合物基复合材料的关键，现有的提高复合材料导电导热性能的方法主要通过提高填料含量达到渗流阈值后继续添加直至饱和。
[0005]但现有复合材料的导电导热性能仍与理论值相差甚远。原因在于现有方法是在特定的热力学和流体动力学条件下由填料在基体中通过自组装形成的网络结构，网络上填料间距无法控制，虽然在渗流区域可以通过提高填料含量，使复合材料的导电导热性能实现突越，但是由于大多聚合物基体粘度高，位阻大等影响，填料在聚合物基体中很难通过自组装形成连续紧密的导电导热网络，因此使得复合材料的导电导热性能与理论值相距甚远；尤其是在超过渗流区域以后，复合材料的导电导热性能随填料含量提高缓慢，但是随着填料添加量的增大，其在树脂中很难分散均匀，并且会在加工的过程中形成团聚，这样会严重影响导热网络的形成，且还会引起基体材料的力学性能和加工性能的大幅下降。
[0006]因此，还需要进一步完善现有导电导热网络的构建方法。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种复合填料及其制备方法和应用。本专利技术通过特殊的方法先在碳纤维上形成原子级分散的金属（无机填料），同时羧基超支化聚酯、碳纤维以及碳纤维上的无机填料之间连接成导电导热的网络结构，还能提高复合材料在基体中的相容性，有效解决无机导热填料在树脂基体中难以均匀分散，填料在树
脂基体中不稳定、易团聚的问题。本专利技术制备的复合填料可以以很少的添加量就能实现很好的导热导电效果，且对基体的力学性能影响小。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术的目的之一是提供一种复合填料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]（1）在无水无氧条件下，将无机填料加入到熔融的锂金属中，采用超声混合均匀，冷却得到固熔体；将冷却后的固熔体破碎，将破碎物置于潮湿的气氛中使固熔体中的锂变为氢氧化锂，得到中间体；
[0011]（2）将中间体与碳纤维混合均匀后，加入水洗涤，得到无机填料负载在碳纤维上的中间填料；
[0012]（3）将所述中间填料、偶联剂和端羧基超支化聚酯在溶剂中混合后，干燥，得到复合填料。
[0013]在本专利技术中，在无水无氧条件下，将无机填料（如金属）加入到熔融的锂金属中，采用超声混合均匀，此时无机填料会以原子级的形式分散到熔融的锂金属中，二者冷却形成固溶体，形成的固溶体在潮湿气氛中会缓慢变成氢氧化锂，得到无机填料
‑
氢氧化锂复合物，然后将其与碳纤维充分混合后，再不断加水清洗将无机填料
‑
氢氧化锂复合物中的氢氧化锂浸出，使无机填料呈原子级的分散在碳纤维上，同时浸出的过程会产生含氧修饰基团，如
‑
羟基，
ꢀ‑
醛基，
ꢀ‑
羧基等（此处相当于水洗的原料处于碱液环境）。这种含氧修饰基团充当锚定位点，使碳纤维上的无机填料保持高度分散状态。可见，本专利技术中间填料具有长时间的稳定性，且不易团聚。
[0014]超支化聚合物是含有大量长支链及末端反应基团的高度支化的树形大分子，超支化聚合物末端大量的反应基团如羟基或氨基等以及在偶联剂的作用下，可以有效和碳纤维及其上的无机填料连接形成网络结构，使超支化聚合物成为填料之间连接的桥梁，且超支化聚合物中有许多共轭结构，有利于电子的传播，且超支化聚合物与基体树脂的相容性好，还能提高复合材料在基体中的相容性。
[0015]作为优选的实施方式，步骤（1）中，
[0016]所述无机填料选自铝、铜、镍、铁中的至少一种；和/或，
[0017]所述无机填料与锂金属的质量比为0.01
‑
0.2：1；和/或，
[0018]超声混合的时间为30
‑
60分钟；和/或，
[0019]潮湿的气氛的湿度在50%以上，在潮湿的气氛中处理的时间为10
‑
24小时。
[0020]作为优选的实施方式，
[0021]步骤（2）中，
[0022]将中间体与碳纤维通过机械研磨混合均匀，然后加水不断冲洗浸出中间体中的氢氧化锂，得到无机填料负载在碳纤维上的中间填料。
[0023]作为优选的实施方式，
[0024]步骤（2）中，
[0025]碳纤维的长度为5
‑
10um；和/或，
[0026]加水冲洗的时间为5
‑
15分钟；和/或，
[0027]中间体中的无机填料与碳纤维的质量比为1:0.5
‑
2。
[0028]作为优选的实施方式，
[0029]步骤（3）中，
[0030]偶联剂选自于硅烷偶联剂，优选选自KH560、KH550中的至少一种；和/或，其中，γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)；
[0031]中间填料与偶联剂的质量比为1：0.01
‑
0.05。
[0032]作为优选的实施方式，
[0033]步骤（3）中，
[0034]端羧基超支化聚酯选自端羧基芳族超支化聚酯中的至少一种；优选端羧基芳族超支化聚酯的分子量为900
‑
2500；和/或，
[0035]中间填料与端羧基超支化聚酯的质量比为1：0.2
‑
0.5。
[0036]作为优选的实施方式，
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合填料的制备方法，包括以下步骤：（1）在无水无氧条件下，将无机填料加入到熔融的锂金属中，采用超声混合均匀，冷却得到固熔体；将冷却后的固熔体破碎，将破碎物置于潮湿的气氛中使固熔体中的锂变为氢氧化锂，得到中间体；（2）将中间体与碳纤维混合均匀后，加入水洗涤，得到无机填料负载在碳纤维上的中间填料；（3）将所述中间填料、偶联剂和端羧基超支化聚酯在溶剂中混合后，干燥，得到复合填料。2.根据权利要求1所述的复合填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述无机填料选自铝、铜、镍、铁中的至少一种；和/或，所述无机填料与锂金属的质量比为0.01
‑
0.2：1；和/或，超声混合的时间为30
‑
60分钟；和/或，潮湿的气氛的湿度在50%以上，在潮湿的气氛中处理的时间为10
‑
24小时。3.根据权利要求1所述的复合填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，将中间体与碳纤维通过机械研磨混合均匀，然后加水不断冲洗浸出中间体中的氢氧化锂，得到无机填料负载在碳纤维上的中间填料。4.根据权利要求1所述的复合填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，碳纤维的长度为5
‑
10um；和/或，加水冲洗的时间为5
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15分钟；和/或，中间体中的无机填料与碳纤维的质量比为1:0.5
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2。5.根据权利要求1所述的复合填料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，偶联剂选...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玲，葛兴明，
申请(专利权)人：东营科技职业学院，
类型：发明
国别省市：