一种热塑性聚合物基导热复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种热塑性聚合物基导热复合材料及其制备方法和应用，该导热复合材料含有基体和填充于基体内的填料，所述基体为热塑性聚合物，所述填料为改性空心玻璃微球，所述改性空心玻璃微球是表面被导热粉体进行改性处理后所形成的表面包覆导热粉末的空心玻璃微球。本发明专利技术采用热塑性塑料为基体，能良好的分散导热粉体，保证了材料的加工性能；采用改性空心玻璃微球和导热粉体的合理搭配，使得材料具有轻质化、耐腐蚀、导热效率高、力学性能好、易加工成型、无污染、成本低、精度高、寿命长、绝缘性好等优点，可用于电子电器产品散热片，LED灯具散热基座，轴承散热外层和其他对导热性能要求较高的领域。

【技术实现步骤摘要】
一种热塑性聚合物基导热复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及聚合物基导热复合材料
，尤其涉及热塑性聚合物基导热复合材料，具体涉及一种由导热粉体表面改性的空心玻璃微球填充的热塑性聚合物基导热复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
导热材料广泛应用于换热工程、采暖工程、电子信息等领域。传统的导热材料多为导热性较好的金属材料，但由于金属材料的抗腐蚀性能差、导电性高、密度大和制造能耗高等问题，限制了其在化工、电子等领域的应用。大多数聚合物材料具有优良的耐腐蚀性能、质量轻、绝缘性好和制造成本低等优点，但它们大多是热的不良导体，导热系数不大，因此要拓展其在导热散热领域的应用，提高导热性能是关键。提高聚合物导热性能主要有以下两种途径：第一，合成具有导热系数高的结构聚合物，如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等；第二，使用高导热性的金属或无机填料填充聚合物材料，这种方法比较常用，这样得到的导热材料易加工成型，经过适当的工艺处理或配方调整可以应用于很多特殊的领域。然而，这些无机或者具有特殊性能的填料价格昂贵，并且用量占整体制品的比重较大。如专利技术专利201110169387.X公开了一种热塑性聚合物基导热复合材料，具有较高的导热系数，然而其导热功能填料仍较高，并且工艺较为复杂，比重大。聚合物基导热复合材料是指以聚合物材料为基体，以导热性物质为填料，经过共混分散复合而得到的，具有一定导热功能的多相复合体系。聚合物基导热复合材料既具有导热功能，又具有复合物聚合物复合材料的许多优异特性，可以再较大范围内调节材料的导电、导热和机械性能，因而具有广泛的应用前景。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种导热材料用量少、成本低廉，但导热性能优良、且力学性能优良的热塑性聚合物基导热复合材料。本专利技术的另一个目的是提供上述热塑性聚合物基导热复合材料的制备方法。本专利技术的另一个目的是提供上述热塑性聚合物基导热复合材料的应用。本专利技术的上述目的是通过如下方案予以实现的：一种热塑性聚合物基导热复合材料，该导热复合材料含有基体和填充于基体内的填料，所述基体为热塑性聚合物，所述填料为改性空心玻璃微球，所述改性空心玻璃微球是表面被导热粉体进行改性处理后所形成的表面包覆导热粉末的空心玻璃微球。上述导热复合材料中，热塑性聚合物是指可以容纳导热填料的热塑性聚合物，如尼龙、PBT或聚丙烯等。上述导热复合材料中，空心玻璃微球采用粒径为40μm～50μm的空心玻璃微球以便更好地同导热填料以及塑料基体配合构建导热网络；所述空心玻璃微球采用市售产品即可。上述导热复合材料中，导热粉体是微米级的氮化物、微米级的碳化物、微米级的导热金属氧化物、微米级的导热碳粉和微米级的导热石墨粉组成的混合物，该混合物中各组份的具体描述，以及该组份在混合物中的用量（重量份数）如下所示：所述微米级的氮化物是指粒径为1μm～2μm的氮化铝，用量为10-50份；所述微米级的碳化物是指粒径为1μm～2μm的碳化硅，用量为5-25份；所述微米级的导热金属氧化物是指粒径30μm～100μm的三氧化二铝，用量10-40份；所述微米级的导热碳粉是指粒径为30μm～100μm的导热碳粉，用量5-30份；所述微米级的导热石墨粉是指粒径为30μm～100μm的导热石墨粉，用量为5-30份；上述氮化铝、碳化硅、三氧化二铝、导热碳粉和导热石墨粉均为市售产品，采用不同粒径及不同结构的导热填料可以更好地搭建导热网络。上述导热复合材料中，本专利技术人通过研究后发现，对导热粉体进行预处理后再对空心玻璃微球进行表面处理，可以实现更好的结果，其导热粉体预处理是：将微米级的氮化物、微米级的碳化物、微米级的导热金属氧化物、微米级的导热碳粉和微米级的导热石墨粉组成的混合物经辐照活化后，经丙酮超声分散均匀；这样处理可以使后续导热填料与树脂基体更好地搭建导热网络，改善其与树脂的表面相容性；所述微米级的氮化物、微米级的碳化物、微米级的导热金属氧化物、微米级的导热碳粉和微米级的导热石墨粉组成的混合物与丙酮的质量比为1:1。上述导热复合材料中，必须含有填充于基质内和空心玻璃与基质间隙的导热粉体。本专利技术的导热粉体其作用分为两部分，一部分如前所述是采用微米级的氮化物、微米级的碳化物、微米级的导热金属氧化物、微米级的导热碳粉和微米级的导热石墨粉组成的混合物，其作用是通过对空心玻璃微球表面改性而包覆在空心玻璃微球表面；另一部分是采用微米级氮化物，微米级的碳化物、微米级的导热金属氧化物、微米级的导热碳粉或微米级的导热石墨粉中的任意一种或两种或两种以上的组合，其作用是填充于基质和填料之间的缝隙里，进一步增加制品导热性能。空心玻璃微球因为填充于基质中，所以形成了球体表面的相互搭界，而包覆在空心玻璃微球表面的导热粉体则被迫形成相互连接导热通道。上述导热复合材料中，空心玻璃微球占热塑性聚合物基导热复合材料总重量的10%～40%，热塑性聚合物占热塑性聚合物基导热复合材料总重量的40%～75%，导热粉体（所述导热粉体包括改性空心玻璃微球的导热粉体和填充于基质和填料之间的缝隙里的导热粉体）占热塑性聚合物基导热复合材料总重量的15%～30%；前述导热粉体中，用于表面改性空心玻璃微球的导热粉体用量占导热粉体总重量的10%～20%，剩余的导热粉体均是用于后续加入以填充基质与改性过的玻璃微珠间隙。本专利技术还提供上述一种热塑性聚合物基导热复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：步骤1.将微米级的氮化物、微米级的碳化物、微米级的导热金属氧化物、微米级的导热碳粉和微米级的导热石墨粉分别用等离子活化仪在普通等离子处理模式下（1.01MPa，30℃）进行辐照活化1h以上后，再取用于表面改性空心玻璃微球的导热粉体混合后，经丙酮超声分散均匀，得到混合液；所述用于表面改性空心玻璃微球的导热粉体混合物与丙酮的质量比为1:1；将空心玻璃微球放入浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液浸渍1小时后取出，常温风干后将硅烷偶联剂或者钛酸钾偶联剂直接喷洒在经氢氧化钠溶液处理过的微珠表面，得到表面凹凸不平的空心玻璃微球，这样得到的玻璃微珠可以在接下来的处理步骤中更好地被导热粉体覆盖；所述硅烷偶联剂或者钛酸钾偶联剂的用量为空心玻璃微球质量的3%；步骤2.将步骤1制备的表面凹凸不平的空心玻璃微球放入步骤1制备的导热粉体混合液中，一起超声分散1小时以上直至分散均匀，让溶剂在空气中挥发后得到改性空心玻璃微球，也就是表面包裹了导热粉体的空心玻璃微球；步骤3.将热固性树脂、步骤2制备得到的改性空心玻璃微球和步骤1制备的经过辐照活化的用于填充于基质和填料之间的缝隙里的导热粉体经熔融共混后冷却，制备得到本专利技术所需一种热塑性聚合物基导热复合材料。上述步骤1中，丙酮超声分散的作用能更均匀分散导热填料，以便下面进一步表面处理玻璃微珠。上述步骤3中，熔融共混时，根据不同的热塑性聚合物熔点不同，采用相应的不同的熔融温度，如以聚丙烯为基体时，注塑机选取的熔融温度为170-210℃。上述制备方法得到的一种热塑性聚合物基导热复合材料不但具有很好的导热性能，而且力学性能也很优良，可用于电子电器产品散热片，LED灯具散热基座，轴承散热外层和其他对导热性能要求较高的领域。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热塑性聚合物基导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述的热塑性聚合物基导热复合材料含有基体和填充于基体内的填料，所述基体为热塑性聚合物，所述填料为改性空心玻璃微球，所述改性空心玻璃微球是表面被导热粉体进行改性处理后所形成的表面包覆导热粉末的空心玻璃微球，所述热塑性聚合物基导热复合材料还含有填充于基质内和空心玻璃与基质间隙的导热粉体，该制备方法包括如下步骤：步骤1，将微米级的氮化物、微米级的碳化物、微米级的导热金属氧化物、微米级的导热碳粉和微米级的导热石墨粉分别用等离子活化仪在普通等离子处理模式下进行辐照活化1h以上后，得到用于表面改性空心玻璃微球的导热粉体；再将用于表面改性空心玻璃微球的导热粉体混...

【专利技术属性】
技术研发人员：林湖彬，杜崇铭，李华军，
申请(专利权)人：惠州市昌亿科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：