[发明专利]导热塑料母粒及其制备方法和导热塑料

说明书

本发明提供了导热塑料母粒及其制备方法和导热塑料。导热塑料母粒包括：树脂；石墨烯；碳纳米管；及微米级的无机导热填料。由此，纳米级的石墨烯和碳纳米管与微米级的无机导热填料在几何尺寸和维度上互相弥补，不仅由此产生的协同效应可以显著提高导热塑料母粒的导热性能，而且保证石墨烯、碳纳米管和无机导热填料在树脂中分散均匀，得到高填充密度和均匀度的导热塑料母粒；而且，上述混合方式可以提高石墨烯的填充比例，获得石墨烯、碳纳米管和无机导热填料在树脂中形成网络结构(导热网络)的浓缩母粒，导热网络结构的良好搭建可以显著改善导热塑料母粒的导热性能，同时提高导热塑料母粒的力学强度和冲击韧性。

技术领域

本发明涉及导热塑料技术领域，具体的，涉及导热塑料母粒及其制备方法和导热塑料。

背景技术

石墨烯由于独特的二维结构以及优异的热学、力学和电学性能，已经成为材料科学领域备受关注的研究热点之一，石墨烯具有完美的二维晶体结构，其晶格是由六个碳原子围成的六边形，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型材料。石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，远高于普通的金属材料，其优异的力学强度和极高的表面活性，在导热/散热材料领域展现出了良好的应用前景。

导热塑料是利用导热填料对高分子基体材料进行均匀填充，以提高其导热性能，导热塑料主要成分包括基体材料和填料，其中，基体材料包括PPS、PA6/PA66、LCP、TPE、PC、PP、PPA、PEEK等；填料包括AlN、SiC、Al₂O₃、石墨、纤维状高导热碳粉、鳞片状高导热碳粉等。目前，为了更好的提高导热塑料的导热性，可在导热塑料中添加石墨烯，但是，由于石墨烯的物理外形非常细小，其厚度尺寸为纳米级，片径尺寸通常为微米级，所以石墨烯的堆积密度很小，在运输和使用过程中易产生粉尘污染，对人体存在较大的生命健康安全隐患，同时在加工使用中存在石墨烯与其他填料上下分层不均匀的问题，导致加工困难，挤出过程难以下料，因而难以实现工业化生产。

因此，关于导热塑料的研究有待深入。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种导热塑料母粒，该母粒中的导电填料分散均匀，有效提高导热塑料的导热性，或力学强度或冲击韧性较佳，或制备工艺简单、环保。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种导热塑料母粒。根据本发明的实施例，所述导热塑料母粒包括：树脂；石墨烯；碳纳米管；及微米级的无机导热填料。由此，纳米级的石墨烯和碳纳米管与微米级的无机导热填料在几何尺寸和维度上互相弥补，不仅由此产生的协同效应可以显著提高导热塑料母粒的导热性能，而且保证石墨烯、碳纳米管和无机导热填料在树脂中分散均匀，得到高填充密度和均匀度的导热塑料母粒；而且，纳米级的石墨烯和碳纳米管与微米级的无机导热填料的混合方式可以提高石墨烯的填充比例，获得石墨烯、碳纳米管和无机导热填料在树脂中形成网络结构(导热网络)的浓缩母粒，导热网络结构的良好搭建可以显著改善导热塑料母粒的导热性能，同时提高导热塑料母粒的力学强度和冲击韧性，以此充分发挥石墨烯在高导热塑料中的应用，进而有效提高利用该导热塑料母粒制备的导热塑料的导热性和力学性能。

根据本发明的实施例，所述导热塑料母粒包括：40～90重量份的所述树脂；10～60重量份的所述石墨烯；5～20重量份的所述碳纳米管；5～20重量份的所述无机导热填料。

根据本发明的实施例，所述导热塑料母粒进一步包括：0.1～1重量份的表面活性剂；0.5～10重量份的分散剂；0.5～10重量份的增韧剂；0.1～3重量份的抗氧剂。

根据本发明的实施例，所述石墨烯满足以下条件至少之一：层数为1～9层；径向尺寸为0.5～40微米；厚度为1～20纳米，

任选的，所述碳纳米管满足以下条件至少之一：管长为3～15微米；管径为2～20纳米；所述碳纳米管选自阵列型碳纳米管、缠绕型碳纳米管、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少之一，