本發(fā)明涉及聚合物加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。聚丙烯的結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)規(guī)整，因而具有優(yōu)良的力學(xué)性能。聚丙烯具有良好的耐熱性，制品能在100℃以上溫度進行消毒滅菌，在不受外力的條件下，150℃也不變形。聚丙烯有較高的介電系數(shù)，可以用來制作耐熱的電器絕緣制品。它的擊穿電壓也很高，適合用作電器配件等。但是，聚丙烯樹脂在導(dǎo)熱性方面較為不足，導(dǎo)熱率只有0.19w/m·k，無法滿足其在太陽能、換熱工程和工業(yè)運輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用。
通常高分子材料導(dǎo)熱能力有三種方法：一是開發(fā)自身具有高熱導(dǎo)率的本征型聚合物材料，如通過電子導(dǎo)熱機制導(dǎo)熱的聚乙炔、聚苯胺和聚吡咯等，這些材料同時也擁有良好的導(dǎo)電性能，但相對種類有限且成本較高，難于完全滿足各種工業(yè)需求。二是探索新型的聚合物成型加工工藝及設(shè)備，制備具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的高取向聚合物，設(shè)備耗資大，且只適合薄膜。三是填充具有高熱導(dǎo)率的填料，如石墨、碳纖維、氮化鋁等，來改善聚合物的導(dǎo)熱性能。一般而言，由于開發(fā)導(dǎo)熱填料成本相對低廉，見效較快，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，因而成為如今導(dǎo)熱高分子材料研究的熱點。
針對聚丙烯樹脂導(dǎo)熱性能的不足，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作。如專利cn104292631a公開了一種導(dǎo)熱耐磨聚丙烯樹脂及其制備方法，由于石墨加入量少只有2-8份，因而得到的復(fù)合材料耐磨性較好，但是熱導(dǎo)率并沒有明顯的提高。專利cn102311578b公開了一種導(dǎo)熱耐刮傷電纜用改性聚丙烯套管，加入導(dǎo)熱助劑5～15份(碳化硅、氧化鎂、三氧化二鋁中的一種)和滑石粉5～20份等，盡管能夠得到導(dǎo)熱系數(shù)為0.6～1.2w/m·k的套管，但是拉伸強度較低，限制了其在高強度方面的應(yīng)用。專利cn103819815a公開了一種石墨烯改性聚丙烯母粒及其制備方法，以石墨烯干粉為導(dǎo)熱填料，只用了0.01～5份，使得聚丙烯材料在導(dǎo)熱性能上有大幅度的提高，同時還在一定幅度上提升了其力學(xué)性能，但是由于石墨烯價格昂貴，難于廣泛應(yīng)用。通常添加導(dǎo)熱填料 很難做到熱導(dǎo)率、力學(xué)性能、成本和加工性能等方面同時兼顧，因而得到了好的導(dǎo)熱性能又會犧牲了力學(xué)性能或造成難于加工或成本太高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。根據(jù)前人的經(jīng)驗僅在加入分?jǐn)?shù)較多的固體導(dǎo)熱填料時，聚丙烯復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能出現(xiàn)很大的提升。本發(fā)明旨在通過含量和組分的優(yōu)化，在加入一定量價格較低的固體導(dǎo)熱填料的同時加入少量液體導(dǎo)熱油填料，即可達到顯著提高聚丙烯導(dǎo)熱率的目的。液體導(dǎo)熱油的加入不僅起了導(dǎo)熱填料的作用還起了增塑劑的作用，改善了聚丙烯與固體導(dǎo)熱填料之間的相容性，使導(dǎo)熱填料更好的分散在聚丙烯中，同時液體導(dǎo)熱油的加入也固體導(dǎo)熱填料更易于加入和加工，且降低了固體導(dǎo)熱填料引起的粉塵污染。在加入相同數(shù)量固體導(dǎo)熱填料的情況下，液體導(dǎo)熱油更好地提升了聚丙烯復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，同時使力學(xué)性能也基本保持在原聚丙烯的水平，其工藝簡單，易于操作和加工，且成本不高，該復(fù)合材料可應(yīng)用于太陽能、換熱工程和化工運輸?shù)阮I(lǐng)域。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
第一方面，本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料，包括如下重量份數(shù)的各組分：
優(yōu)選地，所述聚丙烯是指由丙烯聚合而成的熱塑性聚合物，是等規(guī)聚丙烯、無規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一種。
優(yōu)選地，所述固體導(dǎo)熱填料是石墨、炭黑、碳纖維、碳化硅、氮化鋁、氧化鋁、氧化鎂中的至少一種。
優(yōu)選地，所述導(dǎo)熱油為聯(lián)苯型或環(huán)烷基型；其中，所述聯(lián)苯型導(dǎo)熱油如氫化三聯(lián)苯型導(dǎo)熱油和聯(lián)苯-聯(lián)苯醚、烷基芳烴類型如芐基甲苯；所述環(huán)烷基型如環(huán)烷基基礎(chǔ)油、礦物環(huán)烷基油。
優(yōu)選地，所述穩(wěn)定劑為4，4’-(β，β’
第二方面，本發(fā)明還涉及前述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，具體為：按所述組分及重量份數(shù)配料、熔融復(fù)合，即得。
優(yōu)選地，所述熔融復(fù)合的溫度為180～230℃。
優(yōu)選地，所述熔融復(fù)合的方式為擠出、密煉、模壓、注塑、開煉中的至少一種。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為：
1、制得的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法不僅具有導(dǎo)熱功能且力學(xué)性能良好；
2、本制備工藝簡單，易于操作和加工，且原料成本較低，有很好的工業(yè)化前景。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料極其制備方法，并對制備得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的性能進行檢測，檢測方法具體為：
拉伸性能測試：按照astmd638來進行，拉伸速度為20mm/min。
導(dǎo)熱性能測試：熱導(dǎo)率由公式(1)計算得到，其中熱擴散系數(shù)α依據(jù)astme1461-2007，制備試樣為直徑12.7mm、厚度1mm的圓形平板測得。比熱容cp依據(jù)astme1269-2005，由差示掃描量熱(dsc)法測得。試樣的密度ρ按astmd792-2000測試。
λ＝α×cp×ρ(1)
式中：λ——試樣的熱導(dǎo)率；
α——試樣的熱擴散系數(shù)；
cp——試樣的比熱容；
ρ——試樣的密度。
實施例1
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表1所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為28.7％，拉伸強度為12.1mpa，熱導(dǎo)率為2.132w/m·k。
實施例2
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表1所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為200℃的條件下進行共混，所述共混為熔融共混，所述熔融復(fù)合方法為擠出，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為40.3％，拉伸強度為16.4mpa，熱導(dǎo)率為2.099w/m·k。
實施例3
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表1所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為210℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為開煉然后模壓，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為45.8％，拉伸強度為13.7mpa，熱導(dǎo)率為2.613w/m·k。
實施例4
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表1所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為230℃的條件下進行共混，所述共混為熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合為擠出然后注塑，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為25.6％，拉伸強度為14.6mpa，熱導(dǎo)率為1.723w/m·k。
對比例1
本對比例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為200℃的條件下進行復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為擠出，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為21.6％，拉伸強度為11.3mpa，熱導(dǎo)率為0.580w/m·k。
對比例2
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為23.9％，拉伸強度為8.5mpa，熱導(dǎo)率為1.652w/m·k。
對比例3
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為22.4％，拉伸強度為10.7mpa，熱導(dǎo)率為1.35w/m·k。
對比例4
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為20.8％，拉伸強度為10.3mpa，熱導(dǎo)率為1.235w/m·k。
對比例5
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù) 合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為23.1％，拉伸強度為7.9mpa，熱導(dǎo)率為1.565w/m·k。
對比例6
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為26.5％，拉伸強度為11.1mpa，熱導(dǎo)率為1.023w/m·k。
對比例7
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為20.3％，拉伸強度為9.5mpa，熱導(dǎo)率為1.781w/m·k。
對比例8
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為24.2％，拉伸強度為10.3mpa，熱導(dǎo)率為1.664w/m·k。
對比例9
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為190℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為25.4％，拉伸強度為 11.2mpa，熱導(dǎo)率為1.693w/m·k。
對比例10
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為170℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為25.2％，拉伸強度為9.9mpa，熱導(dǎo)率為1.49w/m·k。
對比例11
本實施例涉及一種導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，所述方法包括如下步驟：
步驟一，按如下份數(shù)對各組分配料：各組分如表2所示。
步驟二，將各組分放入高速混合機混合均勻，在溫度為250℃的條件下進行熔融復(fù)合，所述熔融復(fù)合方法為密煉，即可得所述導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料。
實施效果：得到的導(dǎo)熱聚丙烯復(fù)合材料的斷裂伸長率為23.4％，拉伸強度為9.4mpa，熱導(dǎo)率為1.769w/m·k。
表1各實施例配方表(按重量計，單位：份)
表2對比例1～11配方表(按重量計，單位：份)
由上表可知，實施例2與對比例1相比，在加入相同種類和相同含量聚丙烯，固體導(dǎo)熱填料，穩(wěn)定劑的復(fù)合材料中，在加入一定量液體導(dǎo)熱油填料可以有效增大聚丙烯的熱導(dǎo)率和斷裂伸長率，從而提升聚丙烯的韌性和熱導(dǎo)性。而對比其他實施例也說明液體導(dǎo)熱油的加入明顯提高了聚丙烯的熱導(dǎo)率，同時，在拉伸強度略有提高的情況下，還提高了斷裂伸長率。液體導(dǎo)熱油的加入不僅起了導(dǎo)熱填料的作用還起了增塑劑的作用，改善了聚丙烯與導(dǎo)熱填料之間的相容性，使導(dǎo)熱填料更好的分散在聚丙烯中，填料粒子間的相互接觸大大增加，彼此之間形成導(dǎo)熱通路，此時導(dǎo)熱填料傳遞熱量的能力大大增加，所以聚丙烯復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提升幅度增大。
對比實施例2對比例2-11。由對比例2和對比例3數(shù)據(jù)可以看出，超過本發(fā)明聚丙烯含量的限量限定，得到的復(fù)合物雖然表現(xiàn)了更好的導(dǎo)熱性，但是拉伸強度和斷裂伸長率都出現(xiàn)了一定程度的下降。同樣，對比例4-11改變某一組分的量或熔融共混的溫度超過本發(fā)明含量的限定，都出現(xiàn)不同程度力學(xué)性能或?qū)嵝阅艿慕档汀?/p>
以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。