[发明专利]一种聚乙烯鳞片石墨复合材料的制备方法及产品

说明书

技术领域

本发明属于聚乙烯高分子材料领域，更具体地，涉及一种聚乙烯/鳞片石墨复合材料的简易制备方法及产品。

背景技术

随着科学技术的发展，电子领域以及LED领域对器件的功率和集成度的要求日益提高，相应地，高功率和高集成度使得器件在正常工作状态下的产热量越来越高。这就要求器件具有较高的导热性能，以达到及时的散热效果。作为这些器件的重要制备材料，聚合物材料的导热性能也受到了越来越多的挑战，目前大多数的导热聚合物复合材料采用的聚合物基体是聚苯硫醚和聚酰胺，然而，这些材料或加工性能较差，或价格较高，不宜进行大规模的生产制备。

聚乙烯为典型的热塑性塑料，其本体无臭、无味、无毒、材质柔而韧、密度比水低，且具有优异的介电性能。同时，聚乙烯的化学稳定性较好，可以耐大多数的酸碱盐类，常温下不溶于任何有机溶剂，另外，聚乙烯的耐低温性能优良，在-60℃下仍能够保持良好的力学性能，作为一种工程塑料，聚乙烯的高温流动性好，加工性能优异，且具有明显的成本优势，综合上述原因，以聚乙烯为聚合物基体的导热聚合物复合材料成为了新的研究热点。鳞片石墨为天然显晶质石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能，鳞片石墨是一种层状结构的天然固体润滑剂，资源丰富且价格便宜，鳞片石墨是一种片状无机材料，含碳量很高，杂质少，比表面积大，具有较好的导热性能。聚乙烯在生活中用途广泛，但导热性能较差；鳞片石墨导热性能良好，但块体应用受限。将两者混合熔融，制取得到具有较好导热性能的塑料，其应用领域将极大拓宽。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种聚乙烯/鳞片石墨复合材料的制备方法及产品，通过将鳞片石墨和聚乙烯粉末混均和两次熔融的方法使得鳞片石墨较好地填充在聚乙烯中，由此解决聚乙烯高分子材料导热性差的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种聚乙烯鳞片石墨复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)将鳞片石墨与聚乙烯粉末混合，或者鳞片石墨、石墨烯和聚乙烯粉末混合，然后将其置于反应器中压实，同时排除反应器中的空气至真空状态；

(b)将步骤(a)中反应器中的粉末加热使其首次熔融，并使得所述聚乙烯充分受热并形成初步熔融状态；接着，对该首次熔融后的粉末施加压力使其二次熔融，在此过程中，初步熔融状态的聚乙烯继续相互粘结成块，并将所述鳞片石墨或鳞片石墨与石墨烯粉末包覆其中，由此获得复合材料前驱体；

(c)将步骤(b)中获得的复合材料前驱体保温后冷却结晶成形，由此制得所需的聚乙烯鳞片石墨复合材料。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述鳞片石墨粉末或鳞片石墨与石墨烯的混合物与聚乙烯粉末的质量百分比分别为0～40％和60％～100％，其中，所述鳞片石墨粉末的粒径范围为2μm～500μm。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述混合优选采用纵向高频振动和横向涡旋转动的方式，该转动的转速为1000r/min～2000r/min，以此实现粉末混合的同时不改变所述石墨粉末和聚乙烯粉末的结构。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述首次熔融的加热温度范围为250℃～350℃，加热时间为40min～60min。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述二次熔融施加压力的压力范围为15MPa～20MPa。

进一步优选地，在步骤(c)中，所述保温的温度范围为200℃～250℃，保温时间为20min～30min。

进一步优选地，所述鳞片石墨优选为多种不同粒径，譬如采用500μm、200μm、20μm和2μm不同粒径混合的鳞片石墨。

按照本发明的另一方面，提供了一种按照上述所述的制备方法制备获得的聚乙烯鳞片石墨复合材料产品。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提出的多组分鳞片石墨填充和宽广的粒度分布为进一步形成良好的导热网络提供了指导，其中，小粒径的鳞片石墨具有较高的比表面积，在基体中的分散性好，但是各粒子间具有一定的接触热阻，大粒径对于形成导热通路有利，但粒子间接触较差，在基体中分散性较差，两者之间存在一种平衡，因此采用多粒径复合填充能够实现材料更高的导热系数，同时，鳞片石墨的半径分布越广，导热性能越好；