[发明专利]一种高导热聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于高导热材料领域，尤其涉及一种高导热聚丙烯复合材料及其制备方法。按重量份数剂，所述高导热聚丙烯复合材料的原料成分为：导热填料80～100份、短切碳纤维0～5份、改性聚丙烯6～15份、高强度聚丙烯8～20份、高流动性聚丙烯2～7份、助剂。本发明采用高强度、高流动性和极性改性聚丙烯依据不同的配比，在添加质量含量为70～85％的石墨和石墨片的高粉体条件下，经过二阶连续挤出复合造粒工艺，聚丙烯复合材料的导热系数为4～26W/m.k、拉伸强度为15～30MPa、断裂伸长率为3～5％、流动剪切速率为1～6的，获得高导热、高力学性能和良好加工性能的导热复合材料。

技术领域

本发明属于导热材料领域，尤其涉及一种高导热聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯作为常用高导热材料的基体之一，其导热系数一般在0.12W/(m·K)左右。高导热聚丙烯复合材料的生产工艺，是在聚丙烯基体添加一些导热填料，如(石墨、石墨烯、短切碳纤维、炭黑等)、金属材料(铜、铝等)或金属氧化物材料(氢氧化铝、氢氧化镁等)，通过混炼、单阶挤出造粒。得到导热系数2～4W/(m·K)的导热材料，满足导热聚丙烯制品的导热要求。

在上述聚丙烯导热材料中，导热填料添加量一般在40～60％左右。添加量过低，无法满足导热系数的要求，添加量过高，则聚丙烯制品的力学性能和流动性能劣化，难以成型和使用。所以，如果想要添加高质量分数(70％以上)的导热填料，会导致材料的力学性能很差(拉伸强度一般小于10MPa)和再加工性能极差(几乎不具有流动性能)，既不能开发导热产品(如热交换器等)、又不能满足产品力学性能的使用要求。所以，目前真正开发出导热系数大于4W/m.k的导热聚丙烯材料、并具有较好力学性能和加工性能，可以开发工业导热产品应用的寥寥无几。

并且，在现有聚丙烯导热材料中，大多只关注材料的导热性或力学性能，很难兼顾其流动性性能，如“专利CN201711161110.6一种具有高导热系数的聚丙烯复合材料”，填料为30～70份，加入改性玻璃纤维10～30份，其中限定了聚丙烯熔融指数在10～25g/10min，虽然导热系数能达到4W/m.k以上，但其力学性能、加工性能均无法满足使用要求。在“CN201310459396.1一种增强聚烯烃导热塑料及其制备方法”中，限定了共聚丙烯的熔融指数为25～40g/min、悬臂梁缺口冲击强度为100～200J/m，为了提高的导热的加工性能和力学性能，树脂含量较大，但导热性能仅能达到1.6W/m.k，无法达到4W/m.k以上。在“CN201711098479.7多元复合改性导热导电聚丙烯塑料的制备方法及其产品和应用”中，为了解决高流动性、高强度聚丙烯性能的问题，加入较多含量的聚合物基材，虽然其流动性得到提高，但导热性能差。如果试着增大导热填料的比重(70％以上)，聚合物的力学性能和流动性能均支撑其达到使用标准，无法同时兼顾流动性、力学性能、导热性。在“CN201210319453.1树脂组合物及由其制备的逆变器元件”中，加入粉体质量含量为40％至55％，树脂基材含量为50％左右，树脂含量高，其能满足加工性能的要求，在其配方下无法达到4W/m.k以上的效果，即使其加入导热系数较高的碳纤维，也难以达到4W/m.k以上的导热系数，表2中的数据明显违背了科学规律，不能作为事实依据。在CN201510040052.6一种多功能性聚丙烯复合材料及其制备方法”中，其加入热塑性弹性体、柔性纤维增韧，确保材料在高填充的前提下保持良好的力学性能，配方复杂，而其中未涉及加工流动性的研究。

导热粉体质量分数为70％以上的导热聚丙烯中，由于含有大量的粉体，几乎不具有流动性能，无法检测熔融指数，导致加工非常困难、甚至无法加工。并且一般聚合物熔体流动性好、熔体强度低，熔体强度大、流动性差。如高强度聚丙烯(40MPa以上的)，其流动性较差，流动剪切速率(熔体流动速率)仅为零点几到几，不利于高填充材料混熔和均匀性，而流动性好的聚丙烯(MFR值几百到上千)，其力学性能较差，拉伸强度非常小，无法达到高填充材料要求的力学性能。并且聚丙烯为非极性材料，与填料的混溶性和界面性能较差。所以选用常规聚丙烯作为高导热材料的基材，无法同时满足高导热、高力学性能和良好加工性能。