[发明专利]机械活化强化制备导热复合材料的方法

说明书

技术领域

    本发明属于热导材料加工领域，具体地说是一种机械活化强化制备导热复合材料的方法。

背景技术

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而限制了其在化工等领域的应用。大多数聚合物材料具有优良的耐腐蚀性能和力学性能，但它们大多是热的不良导体（如PE导热系数0.33W·m^-1·K^-1、PP导热系数0.24 W·m^-1·K^-1、PVC导热系数0.13~0.17W·m^-1·K^-1、PS导热系数0.08 W·m^-1·K^-1、PB导热系数0.23W·m^-1·K^-1、PA导热系数0.25W·m^-1·K^-1、），导热系数不大，因此要拓展其在导热领域的应用，提高导热性能是关键。

目前提高聚合物导热性能主要有以下2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，或具有完整结晶性，通过声子实现导热的聚合物。对以上高导热聚合物的研究更多关注其导电性，其导热性能的研究还未引起足够重视；而完整结晶高度取向的聚合物虽然有良好的导热性能，但制造工艺复杂。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价格低廉、易加工成型，经过适当的工艺处理或者配方调整可以应用于某些特殊领域。

在制备方法方面，传统制备方法主要是将高分子单体与预处理过的添加剂粉体充分混合后，经密炼塑化仪或是捏合机密炼捏合，再放入双螺开炼机反复延塑，出片后压片，用平板硫化机进行压板成型。根据加工方式和对原料要求的不同，加工方法可分为：熔融混合、研磨混合、溶液共混、粉末混合。

熔融混合是将导热填料粉末与熔融高聚物借助混炼设备混合，然后加工成型。此方法在熔融混炼的过程中需要高温和较长时间进行混炼，因此会有有毒气体如部分二恶英类和Cl₂放出，不利于环保，且需要高温高耗能的操作过程，从经济角度考虑，成本较高。但该方法现在广泛应用于塑料制品业，其工艺成熟，板材机械性能好。

    研磨混合：研磨混合法是将高聚物与导热填料经过研磨，使其均匀混合，再进行熔融浇铸成型。研磨法工艺手段相对简单，但每次处理量非常少，研磨过程中误差也高，不适于工业生产。

    溶液共混：该法是将高聚物溶于适当的溶剂中，均与分散导热填料与溶液中，蒸发以后，将聚合物与导热填料混合物熔融浇铸，挤出或模压成型。此方法污染高，溶剂的回收和无毒化是非常难攻克的技术难点，环保效应差。

粉末混合：粉末混合发是目前最具有前景的应用技术，并且环保效应强，有研究表明用球磨的方法得出导热率较高的复合板材，周文英应用氮化硼BN作为导热添加剂，对高密度聚乙烯进行添加共混，球磨5h，得到0.96 W/m·K的复合板材，其方法缺点在于共混反应时间长，BN作为添加剂而言，价格不菲。

发明内容

本发明的目的是克服现有粉末混合制备导热材料方法存在球磨时间长、反应效率低、原料成本高等问题，提供一种机械活化强化制备导热复合材料的方法。

本发明的方案是通过这样实现的：一种机械活化强化制备导热复合材料的方法，其特征在于，首先高分子基料、导热添加剂、分散剂按照重量比为59.5-79.5%：20-40%：0.5-1%的比例进行混匀得到混合料，再将混合料放入高能球磨机中混合球磨40~100min，使混合料发生机械活化强化作用，取出球磨后的反应物，填充于平板硫化机的模具中，高温热压后脱模得到导热复合材料。利用机械活化这一新兴交叉技术进行固相反应，无需对导热添加剂进行预处理，机械活化作用缩短了导热复合材料反应时间，但仍可使产品的导热性能有较大提高，并仍能保持高分子复合材料的突出耐热性能及优异的力学性能，反应过程无其他化学添加剂，产品保留了其高阻燃性、抗蠕变性能、耐酸碱腐蚀性能。

作为本发明的进一步限定，所述的高能球磨机中配有二氧化锆球，二氧化锆球堆体积与混合料重量的比例为200~400ml：40～80g，二氧化锆球的直径为2~8mm。