一种抗静电己内酰胺导热材料及其制备方法.pdf

本发明公开了一种抗静电己内酰胺导热材料，是由以下组分重量份数的组分制成：聚己内酰胺30~65份、高导热填料35~65份、抗静电剂0.1~10份、增韧剂0.1~10份、偶联剂0.5~5份、抗氧剂0.1~2份、其它助剂0.1~8份。本发明将具有不同形态的抗静电剂和导热填料如纤加入配方中，在高温加工过程中可使聚己内酰胺浸渍在磷状石墨材料中，在聚己内酰胺中包裹着石墨烯纳米片层分散，而石墨烯具有优良的导电性，针状的高导热高导电碳纳米管在尼龙中上下分散穿插形成导线，短切碳纤维起传导加强筋作用，与高导热填料相互协同，形成具有导热、导电性能的热电网络，使材料具有优良导热导电性能。

权利要求书
1.  一种抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：由以下组分重量份数的组分制成：聚己内酰胺 30~65份、高导热填料 35~65份、抗静电剂 0.1~10份、增韧剂0.1~10份、偶联剂 0.5~5份、抗氧剂 0.1~2份、其它助剂0.1~8份；采用如下步骤制备：
（1）将抗静电剂、高导热填料放入高速搅拌机进行高速混合，转速800~1200转/分，制得混合物料A；
（2）配制水-无水乙醇溶液，该溶液中水的质量百分比为12~18%；将偶联剂溶于配制好的水-无水乙醇溶液中，配成偶联剂浓度为25~35 wt%的偶联剂-水-醇溶液；
（3）采用喷雾方法，将偶联剂-水-醇溶液加入到经步骤（1）处理的抗静电剂与高导热填料的混合物料A中，边将偶联剂-水-醇溶液喷雾加入边对混合物料A进行搅拌；
（4）完成步骤（3）后，将混合物料A继续搅拌10~20 min，然后在80~120 ℃条件下干燥3~5 h，装入双螺杆挤出机的侧喂料系统；
（5）将聚己内酰胺在80~120℃时鼓风干燥3~6小时，然后将干燥后的聚己内酰胺、抗氧剂、增韧剂及其他加工助剂加入高速混合机中混合均匀，制得混合物料B，将混合物料B装入双螺杆挤出机的主喂料系统；
（6）通过双螺杆挤出机的主喂料系统和侧喂料系统将混合物料A和B加入到挤出机中挤出造粒，经熔融、挤出、造粒、水冷、风干、切粒、干燥得到高抗静电己内酰胺导热材料；
其中，所述抗静电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、磷状石墨、导热碳粉、膨胀石墨复配得到的碳素复合材料；所述高导热填料为滑石粉、球形氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钙、六方氮化铝、立方氮化硼、碳化硅中的一种或几种进行复配；偶联剂为有机络合物、硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类偶联剂中的一种。

2.  根据权利要求1所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述抗静电为碳纳米管、石墨烯、短切碳纤维、磷状石墨按质量比1~2:1~3:2~5:15~20进行复配。

3.  根据权利要求1或2所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述抗静电剂为碳纳米管、石墨烯、直径6-8um的短切碳纤维、磷状石墨按质量百分比1:1:2:16复配。

4.  根据权利要求1所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述高导热填料为六方氮化硼、硫化锌、氧化硅、球形氧化铝按质量比2~4:1~2:1~2:12~16进行复配。

5.  根据权利要求1或4所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述高导热填料为六方氮化硼、硫化锌、氧化硅、球形氧化铝按质量比2:1:1:14复配。

6.  根据权利要求1所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述聚己内酰胺为相对粘度为2.8，且形态为半透明或不透明乳白色粒子状的聚己内酰胺。

7.  根据权利要求1所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物（POE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、马来酸酐接枝POE（POE-g-MAH）、以聚苯乙烯为末端段且以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物（SEBS）、马来酸酐接枝SEBS（SEBS-g-MAH）中的一种或几种。

8.  根据权利要求1或7所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述增韧剂为马来酸酐接技率是0.8%的马来酸酐接枝SEBS。

9.  根据权利要求1所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述偶联剂为3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

10.  根据权利要求1所述的抗静电己内酰胺导热材料，其特征在于：所述本发明优选的双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：①温度为：一区160~180℃，二区170~220℃，三区200~250℃，四区200~250℃，五区210~250℃，六区190~250℃，机头200~240℃；②螺杆转速为：250~400转/分；③物料在料筒停留时间控制在2min以内。

说明书一种抗静电己内酰胺导热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料及其制备方法，具体是一种抗静电己内酰胺导热材料及其制备方法，属于高分子材料及其制备技术领域。
背景技术
LED作为一种绿色光源，目前已得到了广泛的应用。在LED灯具加工制造领域，LED灯外壳若散热不良容易导致电源损坏、光衰加快、寿命减短等问题。LED灯具散热外壳材料的散热性能始终是LED照明系统性能提升的重中之重。为了保证LED灯的使用寿命，LED散热外壳用导热复合材料要求具有较高的导热系数、良好的力学性能及加工性能。
目前，传统的灯具外壳散热材料包括铝材、塑料和陶瓷三种，铝材导热好，但因导电特性其安全性较差；塑料质轻、易加工成型、价格低廉且绝缘性能好，但导热及膨胀系数却比较低；陶瓷兼具前两者的绝缘和散热优点，但陶瓷易碎、加工成本高。用于制备LED灯外壳的聚己内酰胺（PA6，又叫尼龙）是一种具有机械强度高，韧性好、耐油、耐弱酸碱等优良综合性能的工程塑料聚己内酰胺（PA6）。尼龙属于绝缘体，其表面电阻高于1016Ω，抗静电性能差，在应用过程中容易积累电荷产生静电，静电的产生带来了许多麻烦，如静电放电，其通过放电辐射、静电感应、电磁感应和传导耦合等途径危害电子设备，使得设备产生各种的故障，缩短使用寿命。尼龙的导热系数一般为0.25W/（m·k），这也限制了其在有散热、导热需求领域的应用。
随着以塑代钢在电子电器等领域的广泛推广，尤其是LED的需求迅速扩大，对使用材料有了更高的要求，要求所用的材料同时具备一定的导热性能和抗静电性能以及较高机械强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗静电己内酰胺导热材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：一种抗静电己内酰胺导热材料，由以下组分重量份数的组分制成：聚己内酰胺 30~65份、高导热填料 35~65份、抗静电剂 0.1~10份、增韧剂0.1~10份、偶联剂 0.5~5份、抗氧剂 0.1~2份、其它助剂0.1~8份；采用如下步骤制备：
（1）将抗静电剂、高导热填料放入高速搅拌机进行高速混合，转速800~1200转/分，制得混合物料A；
（2）配制水-无水乙醇溶液，该溶液中水的质量百分比为12~18%；将偶联剂溶于配制好的水-无水乙醇溶液中，配成偶联剂浓度为25~35 wt%的偶联剂-水-醇溶液；
（3）采用喷雾方法，将偶联剂-水-醇溶液加入到经步骤（1）处理的抗静电剂与高导热填料的混合物料A中，边将偶联剂-水-醇溶液喷雾加入边对混合物料A进行搅拌；
（4）完成步骤（3）后，将混合物料A继续搅拌10~20 min，然后在80~120 ℃条件下干燥3~5 h，装入双螺杆挤出机的侧喂料系统；
（5）将聚己内酰胺在80~120℃时鼓风干燥3~6小时，然后将干燥后的聚己内酰胺、抗氧剂、增韧剂及其他加工助剂加入高速混合机中混合均匀，制得混合物料B，将混合物料B装入双螺杆挤出机的主喂料系统；
（6）通过双螺杆挤出机的主喂料系统和侧喂料系统将混合物料A和B加入到挤出机中挤出造粒，经熔融、挤出、造粒、水冷、风干、切粒、干燥得到高抗静电己内酰胺导热材料；
其中，所述抗静电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、磷状石墨、导热碳粉、膨胀石墨复配得到的碳素复合材料；所述高导热填料为滑石粉、球形氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钙、六方氮化铝、立方氮化硼、碳化硅中的一种或几种进行复配；所述偶联剂为有机络合物、硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类偶联剂中的一种。
所述抗静电剂优选碳纳米管、石墨烯、直径6-8um的短切碳纤维、磷状石墨按质量比1~2:1~3:2~5:15~20进行复配。
进一步优选的，所述抗静电剂为碳纳米管、石墨烯、直径6-8um的短切碳纤维、磷状石墨按质量百分比1:1:2:16复配。
所述高导热填料优选为六方氮化硼、硫化锌、氧化硅、球形氧化铝按质量比2~4:1~2:1~2:12~16进行复配。
进一步优选的，所述高导热填料为六方氮化硼、硫化锌、氧化硅、球形氧化铝按质量比2:1:1:14复配。
优选的聚己内酰胺为相对粘度为2.8（测试标准ASTM 1254403-D3-050）、半透明或不透明乳白色粒子状的聚己内酰胺。
所述增韧剂优选为乙烯-辛烯共聚物（POE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、马来酸酐接枝POE（POE-g-MAH）、以聚苯乙烯为末端段且以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物（SEBS）、马来酸酐接枝SEBS（SEBS-g-MAH）中的一种或几种。
优选的，所述增韧剂为马来酸酐接技率是0.8%的马来酸酐接枝SEBS。
所述偶联剂优选优选采用硅烷类偶联剂3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
本发明所述的抗氧剂可以是抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076、抗氧剂3114、抗氧剂168、抗氧剂626、抗氧剂627A中的一种或几种。
本发明所述加工助剂可以是紫外线吸收剂、抗滴落剂、润滑剂、脱模剂、阻燃剂的一种或几种。
本发明优选的双螺杆挤出机的加工工艺条件如下：①温度为：一区160~180℃，二区170~220℃，三区200~250℃，四区200~250℃，五区210~250℃，六区190~250℃，机头200~240℃；②螺杆转速为：250~400转/分；③物料在料筒停留时间控制在2min以内。
本发明相对于现有技术的有益效果如下：
（1）将具有不同形态的抗静电剂和导热填料如纤维状、管状、磷片状等加入配方中，形成三维导热导电网络，当出现正向协同的混杂效应时，填料结构对导热能力的增强作用显著；
（2）高导热复合填料的使用可以使得产品的辐射散热性能远远好于铝合金，散热的加速大大提高热量的传导，从而具有良好的散热性能；
（3）先利用偶联剂对抗静电剂、导热填料进行表面处理，可使得导热填料的界面性能得到改善，增强填料与树脂基体的相容性和结合力，提高加工性能，进而使最终产品获得良好的表面质量及机械性能；
（4）加工过程中使用高温可使聚己内酰胺浸渍在磷状石墨材料中，在聚己内酰胺中包裹着石墨烯纳米片层分散，而石墨烯具有优良的导电性，针状的高导热高导电碳纳米管在尼龙中上下分散穿插形成导线，短切碳纤维起传导加强筋作用，与高导热填料相互协同，形成具有导热、导电性能的热电网络，使材料具有优良导热导电性能。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1 按照表1中的配方生产5种不同配方产品（表1中1#~5#），并与不添加高导热填料的配方（6#）所生产出来的产品进行比较。根据表1中的配方生产得到的6种不同产品的物性测定结果如表2所示。
表1 产品配方表（单位：重量份）

1、配方：聚己内酰胺（相对粘度为2.8（测试标准ASTM 1254403-D3-050）、半透明或不透明乳白色粒子状）、高导热填料（六方氮化硼、硫化锌、氧化硅、球形氧化铝按质量比2:1:1:14复配、抗静电剂（碳纳米管、石墨烯、直径6-8um的短切碳纤维、磷状石墨按质量百分比1:1:2:16复配）、增韧剂（马来酸酐接技率是0.8%的马来酸酐接枝SEBS）、偶联剂（3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷抗氧剂）、抗氧剂1076、其它助剂（抗低落剂、阻燃剂）；
2、采用如下步骤制备：
（1）将抗静电剂、高导热填料放入高速搅拌机进行高速混合，转速1000转/分，制得混合物料A；
（2）配制水-无水乙醇溶液，该溶液中水的质量百分比为15%；将偶联剂溶于配制好的水-无水乙醇溶液中，配成偶联剂浓度为25 wt%的偶联剂-水-醇溶液；
（3）采用喷雾方法，将偶联剂-水-醇溶液加入到经步骤（1）处理的抗静电剂与高导热填料的混合物料A中，边将偶联剂-水-醇溶液喷雾加入边对混合物料A进行搅拌；
（4）完成步骤（3）后，将混合物料A继续搅拌20 min，然后在110 ℃条件下干燥4 h，装入双螺杆挤出机的侧喂料系统；
（5）将聚己内酰胺在100℃时鼓风干燥4小时，然后将干燥后的聚己内酰胺、抗氧剂、增韧剂及其他加工助剂加入高速混合机中混合均匀，制得混合物料B，将混合物料B装入双螺杆挤出机的主喂料系统；
（6）通过双螺杆挤出机的主喂料系统和侧喂料系统将混合物料A和B加入到挤出机中挤出造粒，经熔融、挤出、造粒、水冷、风干、切粒、干燥得到高抗静电己内酰胺导热材料。
 表2 不同配方产品性能检测结果
 。
实施例 2 采用以下配方制备本发明的导热材料：聚己内酰胺 56份、高导热填料（六方氮化硼、硫化锌、氧化硅、球形氧化铝按质量比4:1:2:12进行复配 ）55份、抗静电剂（碳纳米管、石墨烯、直径6-8um的短切碳纤维、磷状石墨按质量比1:2:2:18进行复配）3 份、增韧剂（马来酸酐接枝SEBS）4份、偶联剂（有机络合物偶联剂） 0.5份、抗氧剂1010  0.5份、其它助剂（阻燃剂）7份；制备步骤如下：
（1）将抗静电剂、高导热填料放入高速搅拌机进行高速混合，转速1200转/分，制得混合物料A；
（2）配制水-无水乙醇溶液，该溶液中水的质量百分比为16%；将偶联剂溶于配制好的水-无水乙醇溶液中，配成偶联剂浓度为25wt%的偶联剂-水-醇溶液；
（3）采用喷雾方法，将偶联剂-水-醇溶液加入到经步骤（1）处理的抗静电剂与高导热填料的混合物料A中，边将偶联剂-水-醇溶液喷雾加入边对混合物料A进行搅拌；
（4）完成步骤（3）后，将混合物料A继续搅拌10 min，然后在120 ℃条件下干燥3 h，装入双螺杆挤出机的侧喂料系统；
（5）将聚己内酰胺在90℃时鼓风干燥6小时，然后将干燥后的聚己内酰胺、抗氧剂、增韧剂及其他加工助剂加入高速混合机中混合均匀，制得混合物料B，将混合物料B装入双螺杆挤出机的主喂料系统；
（6）通过双螺杆挤出机的主喂料系统和侧喂料系统将混合物料A和B加入到挤出机中挤出造粒，经熔融、挤出、造粒、水冷、风干、切粒、干燥得到高抗静电己内酰胺导热材料。
实施例3 采用以下配方制备本发明的导热材料：聚己内酰胺 65份、高导热填料（六方氮化硼、硫化锌、氧化硅、球形氧化铝按质量比3:1:1:16进行复配 ）65份、抗静电剂（碳纳米管、石墨烯、直径6-8um的短切碳纤维、磷状石墨按质量比2:3:5:15进行复配）5份、增韧剂（乙烯-辛烯共聚物（POE）与乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA） 1:1复配）6份、偶联剂（铝酸酯偶联剂） 2.5份、抗氧剂（主抗氧剂1098、辅助抗氧剂1076）1.5份、其它助剂5份；制备步骤如下：
（1）将抗静电剂、高导热填料放入高速搅拌机进行高速混合，转速800转/分，制得混合物料A；
（2）配制水-无水乙醇溶液，该溶液中水的质量百分比为12%；将偶联剂溶于配制好的水-无水乙醇溶液中，配成偶联剂浓度为30 wt%的偶联剂-水-醇溶液；
（3）采用喷雾方法，将偶联剂-水-醇溶液加入到经步骤（1）处理的抗静电剂与高导热填料的混合物料A中，边将偶联剂-水-醇溶液喷雾加入边对混合物料A进行搅拌；
（4）完成步骤（3）后，将混合物料A继续搅拌10 min，然后在80 ℃条件下干燥5 h，装入双螺杆挤出机的侧喂料系统；
（5）将聚己内酰胺在120℃时鼓风干燥3小时，然后将干燥后的聚己内酰胺、抗氧剂、增韧剂及其他加工助剂加入高速混合机中混合均匀，制得混合物料B，将混合物料B装入双螺杆挤出机的主喂料系统；
（6）通过双螺杆挤出机的主喂料系统和侧喂料系统将混合物料A和B加入到挤出机中挤出造粒，经熔融、挤出、造粒、水冷、风干、切粒、干燥得到高抗静电己内酰胺导热材料。
实施例4 采用以下配方制备本发明的导热材料：聚己内酰胺 35份、高导热填料（六方氮化硼、硫化锌、氧化硅、球形氧化铝按质量比2:2:2:15进行复配 ）35份、抗静电剂（碳纳米管、石墨烯、直径6-8um的短切碳纤维、磷状石墨按质量比1:3:4:17进行复配）9份、增韧剂（SEBS）3份、偶联剂（硅烷偶联剂） 2.5份、抗氧剂3114 2份、其它助剂（抗滴落剂）4.5份；制备步骤如下：
（1）将抗静电剂、高导热填料放入高速搅拌机进行高速混合，转速1100转/分，制得混合物料A；
（2）配制水-无水乙醇溶液，该溶液中水的质量百分比为18%；将偶联剂溶于配制好的水-无水乙醇溶液中，配成偶联剂浓度为35 wt%的偶联剂-水-醇溶液；
（3）采用喷雾方法，将偶联剂-水-醇溶液加入到经步骤（1）处理的抗静电剂与高导热填料的混合物料A中，边将偶联剂-水-醇溶液喷雾加入边对混合物料A进行搅拌；
（4）完成步骤（3）后，将混合物料A继续搅拌15 min，然后在90 ℃条件下干燥3 h，装入双螺杆挤出机的侧喂料系统；
（5）将聚己内酰胺在80℃鼓风干燥6小时，然后将干燥后的聚己内酰胺、抗氧剂、增韧剂及其他加工助剂加入高速混合机中混合均匀，制得混合物料B，将混合物料B装入双螺杆挤出机的主喂料系统；
（6）通过双螺杆挤出机的主喂料系统和侧喂料系统将混合物料A和B加入到挤出机中挤出造粒，经熔融、挤出、造粒、水冷、风干、切粒、干燥得到高抗静电己内酰胺导热材料。
以上所述为本发明的较佳实施例，但并不以此限定本发明的保护范围。