《一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料及其制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料及其制备方法.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102477182 A (43)申请公布日 2012.05.30 CN 102477182 A *CN102477182A* (21)申请号 201010558342.7 (22)申请日 2010.11.25 C08L 23/12(2006.01) C08L 25/06(2006.01) C08L 77/00(2006.01) C08L 55/02(2006.01) C08L 59/02(2006.01) C08L 69/00(2006.01) C08L 67/02(2006.01) C08L 71/12(2006.01) C08L 81/02(2006.01) C0。
2、8L 75/04(2006.01) C08K 13/04(2006.01) C08K 7/06(2006.01) C08K 3/28(2006.01) C09K 5/14(2006.01) B29B 9/06(2006.01) (71)申请人 合肥杰事杰新材料股份有限公司 地址 安徽省合肥市合肥经济技术开发区莲 花路 2388 号 (72)发明人 章园红 (74)专利代理机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人 胡晶 (54) 发明名称 一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料及 其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种长碳纤维增强高导热高分 子复合材料， 由 10-80 重量。
3、份长碳纤维增强热塑 性树脂母粒和 20-90 份导热母粒掺混而成。长碳 纤维增强热塑性树脂母粒由 30-80 份第一热塑性 树脂、 20-70 份连续长碳纤维、 0.5-2 份第一偶联 剂、 0.3-0.5 份第一抗氧剂、 0.5-1 份第一加工助 剂通过拉挤工艺制成 ； 导热母粒由 30-80 份第二 热塑性树脂、 20-70 份导热剂、 0.5-2 份第二偶联 剂、 0.3-0.5 份第二抗氧剂、 0.5-1 份第二加工助 剂通过传统挤出工艺制成。该复合材料具有优异 的导热性能和力学性能， 长碳纤维的引入可有效 提高导热网络的连续性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5。
4、 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 1/2 页 2 1. 一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 包括以下组分及重量份 数 ： 长碳纤维增强热塑性树脂母粒 10-80， 导热母粒 20-90。 2. 如权利要求 1 所述的一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 所述 长碳纤维增强热塑性树脂母粒由以下重量份数的原料组成 ： 第一热塑性树脂 30-80， 连续长碳纤维 20-70， 第一偶联剂 0.5-2， 第一抗氧剂 0.3-0.5， 第一加工助剂 0.5-1。 3. 如权利要求 1 所述的一种长碳纤维。
5、增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 所述 导热母粒由以下重量份数的原料组成 ： 第二热塑性树脂 30-80， 导热剂 20-70， 第二偶联剂 0.5-2， 第二抗氧剂 0.3-0.5， 第二加工助剂 0.5-1。 4. 如权利要求 2 所述的一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 所述 第一热塑性树脂选自聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚酰胺、 ABS、 聚甲醛、 聚碳酸酯、 聚对苯二甲酸乙二 醇酯、 聚对苯二甲酸丁二醇酯、 聚苯醚、 聚苯硫醚、 热塑性聚氨酯中的一种或几种。 5. 如权利要求 2 所述的一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 所述 连续长碳纤维为高导。
6、热连续长碳纤维。 6. 如权利要求 2 所述的一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 所述 第一偶联剂为硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂、 铝酸酯偶联剂中的一种或几种 ； 所述第一抗氧剂 包括主抗氧剂和辅助抗氧剂， 所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂， 所述辅助抗氧剂为亚磷酸 酯类辅助抗氧剂 ； 所述第一加工助剂为脂肪酸、 硬脂酸钙、 硬脂酸锌、 硅酮粉中的一种或几 种。 7. 如权利要求 3 所述的一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 所述 第二热塑性树脂选自聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚酰胺、 ABS、 聚甲醛、 聚碳酸酯、 聚对苯二甲酸乙二 醇酯、 聚对苯二甲酸丁二醇酯、 聚。
7、苯醚、 聚苯硫醚、 热塑性聚氨酯中的一种或几种。 8. 如权利要求 3 所述的一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 所述 导热剂为纳米氮化铝。 9. 如权利要求 3 所述的一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 其特征在于， 所述 第二偶联剂为硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂、 铝酸酯偶联剂中的一种或几种 ； 所述第二抗氧剂 包括主抗氧剂和辅助抗氧剂， 所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂， 所述辅助抗氧剂为亚磷酸 酯类辅助抗氧剂 ； 所述第二加工助剂为脂肪酸、 硬脂酸钙、 硬脂酸锌、 硅酮粉中的一种或几 种。 10. 一种如权利要求 1 所述的长碳纤维增强高导热高分子复合材料的制备方法， 。
8、其特 权 利 要 求 书 CN 102477182 A 2 2/2 页 3 征在于， 包括以下步骤 ： （1） 将第一热塑性树脂、 连续长碳纤维、 第一偶联剂、 第一抗氧剂和第一加工助剂， 采 用拉挤方法制成长碳纤维增强热塑性树脂母粒， 长碳纤维沿母粒颗粒长度方向彼此平行排 列， 且长度与母粒颗粒相同 ； （2） 预先将导热剂、 第二偶联剂加入到高速混合机中混合均匀， 然后加入第二热塑性树 脂、 第二抗氧剂、 第二加工助剂， 混合均匀， 通过双螺杆挤出机挤出、 造粒， 制成导热母粒 ； （3） 将长碳纤维增强热塑性树脂母粒和导热母粒掺混制成长碳纤维增强高导热高分子 复合材料。 权 利 要 求 。
9、书 CN 102477182 A 3 1/5 页 4 一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种纤维增强复合材料， 尤其涉及一种长碳纤维增强高导热高分子复 合材料及其制备方法。 背景技术 0002 碳纤维是一种新型的高性能纤维增强材料， 它具有高强度、 高模量、 耐高温、 耐磨、 耐腐蚀、 抗疲劳、 抗蠕变、 导电、 导热和远红外辐射等诸多优异性能。 它可以依复合材料形式 减轻构件重量， 从而提高构件的技术性能。现已广泛应用于航天航空、 新型纺织机械、 石油 化工、 医药器械、 汽车、 机械制造、 建筑行业、 文体用品、 电信、 电加热等高新技术领域。。
10、它的 广泛应用将会极大的改变我们的生活方式和提高我们的生活质量。 用碳纤维复合的工程材 料优于金属材料， 其抗拉强度高于钢材于 3- 倍、 刚度高于 2- 倍、 耐疲劳性高于 2 倍， 比钢材 轻 3-4 倍， 热膨胀小 4-5 倍。它的出现使纤维复合材料具有更广阔的发展和应用前景。随 着各种纤维材料增强技术逐渐变的与结构设计同样重要， 碳纤维材料的发展过程先后引起 了诸多发达国家和发展中国家的关注。 0003 中国专利 CN101831172 A 公开了一种碳纤维增强尼龙 66 复合材料及其制备方 法， 该复合材料力学性能好， 摩擦系数和磨损率低， 当碳纤维含量为 40% 时， 拉伸强度达到。
11、 280MPa， 洛氏硬度 150， 摩擦系数为 0.21 左右， 但由于未对材料的导热性能进行改善， 使其 在需要进行热传递的领域的应用受到限制。 发明内容 0004 本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种既有良好的力学性能， 又有优异的导热性能的长碳纤维增强高导热高分子复合材料及其制备方法。 0005 本发明的目的通过以下技术方案来实现 ： 一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 包括以下组分及重量份数 ： 长碳纤维增强热塑性树脂母粒 10-80， 导热母粒 20-90。 0006 所述长碳纤维增强热塑性树脂母粒由以下重量份数的原料组成 ： 第一热塑性树脂 30-80， 连续长。
12、碳纤维 20-70， 第一偶联剂 0.5-2， 第一抗氧剂 0.3-0.5， 第一加工助剂 0.5-1。 0007 所述导热母粒由以下重量份数的原料组成 ： 第二热塑性树脂 30-80， 导热剂 20-70， 第二偶联剂 0.5-2， 说 明 书 CN 102477182 A 4 2/5 页 5 第二抗氧剂 0.3-0.5， 第二加工助剂 0.5-1。 0008 所述第一热塑性树脂选自聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚酰胺、 ABS、 聚甲醛、 聚碳酸酯、 聚对 苯二甲酸乙二醇酯、 聚对苯二甲酸丁二醇酯、 聚苯醚、 聚苯硫醚、 热塑性聚氨酯中的一种或 几种。 0009 所述连续长碳纤维为高导热连续长碳纤。
13、维。 0010 所述第一偶联剂为硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂、 铝酸酯偶联剂中的一种或几种 ； 所 述第一抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂， 所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂， 所述辅助抗 氧剂为亚磷酸酯类辅助抗氧剂 ； 所述第一加工助剂为脂肪酸、 硬脂酸钙、 硬脂酸锌、 硅酮粉 中的一种或几种。 0011 所述第二热塑性树脂选自聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚酰胺、 ABS、 聚甲醛、 聚碳酸酯、 聚对 苯二甲酸乙二醇酯、 聚对苯二甲酸丁二醇酯、 聚苯醚、 聚苯硫醚、 热塑性聚氨酯中的一种或 几种。 0012 所述导热剂为纳米氮化铝。 0013 所述第二偶联剂为硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂、 铝酸酯偶联剂中的。
14、一种或几种 ； 所 述第二抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂， 所述主抗氧剂为受阻酚类抗氧剂， 所述辅助抗 氧剂为亚磷酸酯类辅助抗氧剂 ； 所述第二加工助剂为脂肪酸、 硬脂酸钙、 硬脂酸锌、 硅酮粉 中的一种或几种。 0014 第一热塑性树脂、 第一偶联剂、 第一抗氧剂、 第一加工助剂与第二热塑性树脂、 第 二偶联剂、 第二抗氧剂、 第二加工助剂相同或相异均可。 0015 一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料的制备方法， 包括以下步骤 ： （1） 将第一热塑性树脂、 连续长碳纤维、 第一偶联剂、 第一抗氧剂和第一加工助剂， 采 用拉挤方法制成长碳纤维增强热塑性树脂母粒， 长碳纤维沿母粒颗粒长度方向。
15、彼此平行排 列， 且长度与母粒颗粒相同 ； （2） 预先将导热剂、 第二偶联剂加入到高速混合机中混合均匀， 然后加入第二热塑性树 脂、 第二抗氧剂、 第二加工助剂， 混合均匀， 通过双螺杆挤出机挤出、 造粒， 制成导热母粒 ； （3） 将长碳纤维增强热塑性树脂母粒和导热母粒掺混制成长碳纤维增强高导热高分子 复合材料。 0016 步骤 （1） 所述 “拉挤工艺” 为 ： 一束连续长碳纤维通过连续长纤维入口通道被引入 到浸渍模的独立流道中 ； 该束连续长碳纤维交替绕过成组的张力辊后沿折线前进， 此时， 因 沿纵向开有圆弧形凹槽的张力辊旋转引起由狭缝式流道流入到独立流道中的热塑性树脂 熔体形成足够的。
16、紊流而有效地浸渍被张力辊均匀分散开来的连续长碳纤维 ； 浸渍后的连续 长碳纤维通过出口的中心而成预定形状的长碳纤维增强热塑性树脂 ； 最后， 将长碳纤维增 强热塑性树脂经冷却、 牵引、 切粒成长度为 6-18mm 的长碳纤维增强热塑性树脂颗粒。这种 树脂颗粒中， 连续长碳纤维彼此平行排列， 其长度与颗粒长度相同。 0017 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果 ： 本发明提供一种长碳纤维增强高导热高分子复合材料， 该复合材料是将 10-80 份 （重 量份， 下同） 长碳纤维增强热塑性树脂母粒和 20-90 份导热母粒掺混而成。其中长碳纤维增 强热塑性树脂母粒由 30-80 份第一热塑性树。
17、脂、 20-70 份连续长碳纤维、 0.5-2 份第一偶联 说 明 书 CN 102477182 A 5 3/5 页 6 剂、 0.3-0.5份第一抗氧剂、 0.5-1份第一加工助剂通过拉挤工艺制成 ； 导热母粒由30-80份 第二热塑性树脂、 20-70份导热剂、 0.5-2份第二偶联剂、 0.3-0.5份第二抗氧剂、 0.5-1份第 二加工助剂通过传统挤出工艺制成。 0018 （1） 相对于普通碳纤增强树脂， 采用拉挤方法制备长碳纤维增强热塑性树脂母粒 中碳纤长径比大， 排列一致， 对材料的增强作用更好 ； 同时， 长碳纤维的引入， 可有效提高导 热网络的连续性 ； （2） 本发明制备的长。
18、碳纤维增强高导热高分子复合材料具有优异导热性能的同时具有 优良的力学性能 ； （3） 采用拉挤方法生产长碳纤维增强热塑性树脂母粒的配方简单， 另外， 采用拉挤方法 工艺控制容易， 可以实现高速连续生产。 具体实施方式 0019 下面结合各实施例详细描述本发明。 0020 实施例 1 采用拉挤工艺将 60 份 （重量份， 下同） PA66 树脂、 40 份连续长碳纤维、 0.5 份硅烷偶联 剂、 0.3 份抗氧剂、 1 份硬脂酸钙制成长碳纤维增强 PA66 树脂母粒 ； 将 40 份 PA66 树脂、 60 份纳米氮化铝、 0.5 份硅烷偶联剂、 0.3 份抗氧剂、 1 份硬脂酸钙混合， 采用传。
19、统挤出工艺制 成 PA66 导热母粒 ； 然后将 50 份长碳纤维增强 PA66 树脂母粒与 50 份 PA66 导热母粒 （重量 份数比例 1 ： 1） 掺混， 并注塑成标准样条， 测试其力学性能和导热性能。在最终长碳纤维增 强导热 PA66 母粒中， 含有 50 份 PA66 树脂、 20 份长碳纤维、 30 份纳米氮化铝、 0.5 份硅烷偶 联剂、 0.3 份抗氧剂、 1 份硬脂酸钙。 0021 实施例 2 采用拉挤工艺将 50 份 PA66 树脂、 50 份连续长碳纤维、 0.5 份硅烷偶联剂、 0.3 份抗氧 剂、 1 份硬脂酸钙制成长碳纤维增强 PA66 树脂母粒 ； 将 40 份。
20、 PA66 树脂、 60 份纳米氮化铝、 0.5 份硅烷偶联剂、 0.3 份抗氧剂、 1 份硬脂酸钙混合， 采用传统挤出工艺制成 PA66 导热母 粒 ； 然后将 50 份长碳纤维增强 PA66 树脂母粒与 50 份 PA66 导热母粒 （重量份数比例 1 ： 1） 掺混， 并注塑成标准样条， 测试其力学性能和导热性能。在最终长碳纤维增强导热 PA66 母 粒中， 含有 45 份 PA66 树脂、 25 份长碳纤维、 30 份纳米氮化铝、 0.5 份硅烷偶联剂、 0.3 份抗 氧剂、 1 份硬脂酸钙。 0022 实施例 3 采用拉挤工艺将 50 份 PA66 树脂、 50 份连续长碳纤维、 0。
21、.5 份硅烷偶联剂、 0.3 份抗氧 剂、 1 份硬脂酸钙制成长碳纤维增强 PA66 树脂母粒 ； 将 40 份 PA66 树脂、 60 份纳米氮化铝、 0.5 份硅烷偶联剂、 0.3 份抗氧剂、 1 份硬脂酸钙混合， 采用传统挤出工艺制成 PA66 导热母 粒 ； 然后将 33.33 份长碳纤维增强 PA66 树脂母粒与 66.67 份 PA66 导热母粒 （重量份数比 例 1 ： 2） 掺混， 并注塑成标准样条， 测试其力学性能和导热性能。在最终长碳纤维增强导热 PA66 母粒中， 含有 43.3 份 PA66 树脂、 16.7 份长碳纤维、 40 份纳米氮化铝、 0.5 份硅烷偶联 剂、。
22、 0.3 份抗氧剂、 1 份硬脂酸钙。 0023 对比例 1 将 50 份 PA66 树脂、 20 份连续长碳纤维、 30 份纳米氮化铝、 0.5 份硅烷偶联剂、 0.3 份抗 说 明 书 CN 102477182 A 6 4/5 页 7 氧剂、 1 份硬脂酸钙采用传统挤出工艺方法制备碳纤增强导热 PA66 树脂， 并注塑成标准样 条测试其力学性能和导热性能。其中， 连续长碳纤维通过挤出机连续纤维入口加入。 0024 对比例 2 将 43.3 份 PA66 树脂、 16.7 份连续长碳纤维、 40 份纳米氮化铝、 0.5 份硅烷偶联剂、 0.3 份抗氧剂、 1 份硬脂酸钙采用传统挤出工艺方法制。
23、备碳纤增强导热 PA66 树脂， 并注塑成标 准样条测试其力学性能和导热性能。其中， 连续长碳纤维通过挤出机连续纤维入口加入。 0025 性能测试 ： 拉伸强度按 ISO 527 标准进行检验 ； 弯曲强度和弯曲模量按 ISO 178 标准进行检验 ； Charpy缺口冲击强度按ISO 179标准进行检验 ； 导热系数按ASTM E1461标准进行检验。 实 施例 1-3 和对比例 1-2 的性能测试结果见表 1。 0026 表 1 性能指标实施例 1 实施例 2 实施例 3 对比例 1 对比例 2 拉伸强度 (MPa)207224193175149 弯曲强度 (MPa)31532629826。
24、7231 弯曲模量 (MPa)1570017100139001230011500 Charpy 缺口冲击强度 (KJ/m2)10.311.59.57.46.7 导热系数 (W/(mK)7.67.57.85.14.5 实施例 4 采用拉挤工艺将 30 份聚丙烯、 70 份高导热连续长碳纤维、 0.5 份钛酸酯偶联剂、 0.3 份 抗氧剂和 0.5 份脂肪酸制成长碳纤维增强聚丙烯树脂母粒 ； 将 30 份聚丙烯、 70 份纳米氮化 铝、 0.5份钛酸酯偶联剂、 0.3份抗氧剂和0.5份脂肪酸采用传统工艺制成聚丙烯导热母粒 ； 将10份长碳纤维增强聚丙烯树脂母粒和90份聚丙烯导热母粒掺混， 并注塑成。
25、标准样条， 测 试其力学性能和导热性能。 0027 实施例 5 采用拉挤工艺将 80 份 ABS、 20 份高导热连续长碳纤维、 2 份钛酸酯偶联剂、 0.5 份抗氧 剂和 1 份硬脂酸锌制成长碳纤维增强 ABS 树脂母粒 ； 将 80 份聚碳酸酯、 20 份纳米氮化铝、 2 份硅烷偶联剂、 0.5 份抗氧剂和 1 份硅酮粉采用传统工艺制成聚碳酸酯导热母粒 ； 将 80 份 长碳纤维增强 ABS 树脂母粒和 20 份聚碳酸酯导热母粒掺混， 并注塑成标准样条， 测试其力 学性能和导热性能。 0028 实施例 6 采用拉挤工艺将 55 份聚对苯二甲酸乙二醇酯、 45 份高导热连续长碳纤维、 1 份。
26、铝酸酯 偶联剂、 0.4 份抗氧剂和 0.8 份硅酮粉制成长碳纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂母粒 ； 将 55 份聚对苯二甲酸丁二醇酯、 45 份纳米氮化铝、 1 份钛酸酯偶联剂、 0.4 份抗氧剂和 0.8 份硬脂酸钙采用传统工艺制成聚对苯二甲酸丁二醇酯导热母粒 ； 将 45 份长碳纤维增强聚 对苯二甲酸乙二醇酯树脂母粒和 55 份聚对苯二甲酸丁二醇酯导热母粒掺混， 并注塑成标 准样条， 测试其力学性能和导热性能。 0029 实施例 4-6 的性能测试结果见表 2。 0030 表 2 性能指标实施例 4 实施例 5 实施例 6 拉伸强度 (MPa)4690129 弯曲强度 (MPa)63123154 说 明 书 CN 102477182 A 7 5/5 页 8 弯曲模量 (MPa)60001070011200 Charpy 缺口冲击强度 (KJ/m2)7.014.210.3 导热系数 (W/(mK)7.32.54.8 以上公开的仅为本申请的几个具体实施例， 但本申请并非局限于此， 任何本领域的技 术人员能思之的变化， 都应落在本申请的保护范围内。 说 明 书 CN 102477182 A 8 。