[发明专利]导热聚乙烯塑料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及通用塑料技术领域，尤其涉及导热聚乙烯塑料制备领域。

背景技术

导热高分子材料的研究在国外大约起源于上世纪60年代，国内从上世纪末才开始有相关的研究报道。对于导热高分子材料的导热机理、导热模型、导热性能测试及导热仪器的研究和认识都已相对成熟。目前，提高塑料导热系数有两种途径：一种途径是合成具有高导热系数的结构塑料，如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等，但是合成过程比较麻烦，设计不灵活；另一种途径是用高导热填料对塑料进行填充，采用熔融共混的方法得到价格低廉、易于成型加工的导热塑料，经过适当的工艺处理可以应用于某些特殊领域。因此，熔融共混的方法常被用作制备高导热系数的复合材料。熔融共混过程中，常将一些导热系数较高的材料(如SiC、AlN、BN、Al₂O₃、石墨等)添加到塑料基体中。为了获得导热系数较高的复合材料，基体中会添加大量的导热填料。通常情况下，其中的导热填料的百分比含量在30％以上时，才会获得比基体塑料高一倍的复合材料。现有技术中，由于大量导热填料的加入，导致复合材料的力学性能明显降低，限制了导热复合材料的应用。

参见杜茂平等人在《塑料》2007年36卷第6期发表《导热绝缘聚乙烯材料的研究》中提出氧化铝和石墨填充聚乙烯的方法，其提出填充聚乙烯塑料的Al₂O₃/石墨混合填料的添加量控制在40％，并经过双辊开炼机混合与平板硫化机制样工艺处理，用于研究聚乙烯塑料的改性效果。研究发现其导热性能提高效果好，热导率为0.62～0.69W/(m.K)，是纯聚乙烯塑料的3倍左右。但是该工艺可能会存在成型加工性能差，制品表面破损，内部分层现象比较明显，其余复合材料的拉伸强度和断裂伸长率效果不理想等问题。其获得的产品的拉伸强度为15～26Mpa，断裂伸长率为15.5～27％，相比纯聚乙烯塑料它们都有不同程度的下降。该研究证明了现有技术中存在的缺陷是在使导热聚乙烯的导热性能提高的同时，力学性能却发生了下降，使复合材料在使用领域难于满足生产需求。

有鉴于此，确有必要提供一种具有高导热性能和良好力学性能的导热聚乙烯塑料。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

本发明的目的之一是提供一种同时具备良好的导热性能和力学性能的导热聚乙烯塑料。

本发明的还一目的是提供一种制造如上所述的导热聚乙烯塑料的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种导热聚乙烯塑料，所述导热聚乙烯塑料包括高密度聚乙烯和活性导热填料，所述高密度聚乙烯在导热聚乙烯塑料中的质量百分比含量为60％～80％，所述活性导热填料在导热聚乙烯塑料中的质量百分比含量为20％～40％，其中，所述活性导热填料包括偶联剂和无机导热填料，所述偶联剂和无机导热填料在导热聚乙烯塑料中的质量百分比含量分别为：0.5％～1％、0％～30％。

优选地，所述无机导热填料包括α-Al₂O₃、胶体石墨、SiC、AlN、BN、或它们的任意组合。

优选地，所述α-Al₂O₃的粒径为1600～2000目。

优选地，所述胶体石墨的粒径为2500～3000目。

优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂ZJ-101或硅烷偶联剂。

优选地，所述偶联剂与丙酮的混合溶液被用于处理无机导热填料的表面。

优选地，所述活性导热填料在导热聚乙烯塑料中的质量百分比含量为30％～31％。

根据本发明的另一个方面，提供了一种制造导热聚乙烯塑料的制备方法，其包括如下步骤：

将溶剂丙酮和偶联剂按照体积量比10∶1混合成溶液，按照无机导热填料和所述溶液的体积比为70％～80％∶20％～30％，在温度为80℃～90℃的条件下搅拌5～10分钟，然后抽滤得到活性导热填料；

将质量百分比含量为60％～80％的高密度聚乙烯和质量百分比含量为20％～40％的活性导热填料混合，以得到混合物；

在温度为180℃～200℃条件下挤出处理所述混合物；和

对经挤出处理的混合物进行切割造粒处理，以得到导热聚乙烯塑料的颗粒。

优选地，所述方法还包括步骤：

将活性导热填料与高密度聚乙烯放入高速混合机中混合5～10分钟。

优选地，所述搅拌速度为100-500r/min。