[发明专利]导热性能优良的碳纤维增强ABS树脂复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种导热性能优良的碳纤维增强热塑性ABS树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

ABS树脂是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，它无毒、无味、吸水率低，力学性能、热性能、耐磨性、抗化学药品性和染色性良好，成型加工和机械加工性较好，广泛用于冰箱内衬、电视机外壳、吸尘器、空调器、电话、仪表、计算机、复印机等电子电器工业中。随着社会发展和工业进步，电子元器件和电子设备越来越向着薄壁、轻量、小型化方面发展，因此对材料的刚性及导热性的要求越来越高。例如笔记本电脑要做的薄、轻、小，这就要求笔记本外壳材料、CPU材料以及各种集成电路板材料的模量高、刚性大，抵抗外力变形的能力强，才能减小厚度；还要导热性好，才能改善电脑散热问题，从而提高电脑的运行速度和稳定性。为了提高ABS树脂的刚性和导热性，

高分子材料刚性和散热性的提高均可采用复合改性方法。为提高ABS树脂的刚性，往往可以通过玻璃纤维、碳纤维等增强复合的方法，其中增强用的碳纤维主要采用聚丙烯腈基碳纤维，所以这些方法不能够提高ABS的导热性。为提高ABS的散热性(实质是热导率)，通常采用填充高热导率的填料粒子，制备填充型导热复合材料。常用的导热填料包括一、金属填料，如银、铜、铝、镁、镍等粉末；二、无机非金属填料，如氮化铝、氮化硼、氧化镁、碳化硅等氮化物、氧化物、碳化物等；三、具有石墨结构的碳材料，如石墨烯、碳纳米管、纳米碳纤维及沥青基碳纤维(文献1：短纤维/A B S树脂复合材料导电导热性能研究，化工新型材料，2014，Vol.42，No.4，p103～106)等。但是金属导热填料存在密度大、有腐蚀性以及带来ABS材料力学性能下降等缺点；无机非金属填料对ABS树脂导热性提高并不是很有效果，往往也会使ABS树脂力学性能下降。而采用碳材料如石墨烯、碳纳米管及纳米碳纤维等的方法虽然能够显著提高ABS树脂的导热性，但这些材料价格昂贵，尚不能工业化生产，所涉及的技术更是仅仅停留在实验室研究阶段。文献1采用ABS树脂的丙酮溶液浸渍到自制的沥青基碳纤维中、经过真空抽取溶剂再进行热压成型的方法制备了导热ABS/沥青碳纤维复合材料，该方法制备工艺复杂，且残留在材料内部的有机溶剂会导致力学性能下降等危害，工业上完全不可行；此外，还存在不适合制备复杂结构的产品、材料只具有一维及二维导热性以及力学性能没有得到提高等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可同时显著提高材料的力学性能和导热性能、原材料成本低、制备工艺简单的适用于工业化连续生产的导热性能优良的碳纤维增强ABS树脂复合材料及制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种导热性能优良的碳纤维增强ABS树脂复合材料，其特征在于，该复合材料由以下重量份的材料组成：ABS树脂90份，马来酸酐接枝ABS10份，碳纤维10～80份，无机填料10～20份，偶联剂0.5～5份，抗氧剂0.2～1份以及润滑剂0～3份。

所述的ABS树脂选自挤出级、注塑级、填充级或阻燃级的粒料或粉料中的一种。

所述的碳纤维的含量为10～80份，当短碳纤维含量小于10份时，无法在ABS树脂基体内形成完善的导热通道，所以对ABS树脂导热性能的提高不显著。碳纤维含量越高，ABS树脂的力学性能和导热性能越高。但是当短碳纤维的质量百分比过高，其含量大于80份时，对混合设备的磨损严重，缩短螺杆的使用寿命。另外，含量过高会使复合材料的熔融粘度高、熔体流动性下降，因而对成型加工带来不利，尤其不利于薄壁、复杂结构制品的成型。

所述的碳纤维是热导率大于200W/(mK)，拉伸模量大于700GPa的高性能沥青基碳纤维。可以选用商品化的系列的K1392U，K13C6U，K13D2U，K63A12或者Cytec系列的P-1002K，P-100S 2K，P-1202K，P-120S 2K等沥青基碳纤维，也可以是其他的具有相当模量及热导率的沥青基碳纤维。

所述的碳纤维是短切碳纤维，平均长度为10μm～2mm。当纤维长度小于10μm时，不利于纤维在ABS树脂基体内形成连续的热传导通路，不能够有效提高ABS树脂的热传导性能；所以，纤维长度值越大越有利于提高材料的强度、模量以及热传导性。但是当纤维长度大于2mm时，将造成复合材料熔融粘度高，流动性差，给后续的制品的成型加工带来困难，尤其不利于薄壁、复杂结构制品的成型加工。