[发明专利]一种高导热碳纳米管复合母粒及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高导热碳纳米管复合母粒，该母粒包括聚乙烯粉粒、多壁碳纳米管导热剂和第一相容剂，所述多壁碳纳米管导热剂是经过超声波分散处理的，该母粒在使用时要加入第二相容剂；优选的，该母粒还包括抗氧剂。本发明还涉及一种上述的高导热碳纳米管复合母粒的制备方法及应用。使用本发明高导热碳纳米管复合母粒所得专用料在导热性能、冲击强度方面均具有较好的效果。因此，本发明制备的高导热碳纳米管复合母粒可用于聚乙烯管材制品改性，所得管材表面光滑、尺寸稳定、导热性能优异，实用性强。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高导热碳纳米管复合母粒及其制备方法。

背景技术

聚乙烯是一种可回收、无毒无味的非极性热塑性树脂，用其制造的管材具有耐液压、耐热、耐腐蚀、安全卫生等的突出优点，被广泛应用于民用输水供暖和工业供水换热领域。但聚乙烯的导热系数仅为0.44W/(m·K)，不足钢材的百分之一，严重限制了管材的换热效率，难以实现对热能资源的高效利用。另外导热系数低，材料热应力释放慢，聚乙烯管材尤其是聚乙烯复合管制品，各部位膨胀收缩变形不一致，造成管材局部应力集中破坏。因此，高导热聚乙烯管材的制造成为了工程技术人员所关注的研究热点之一。

为拓展聚乙烯材料在导热领域的应用，须对聚乙烯材料进行改性，改性可采用材料本征改性和引入导热填料改性两种方法，其中引入高导热性填料是最为常见和有效的方法。常用的导热填料有金属(如银、铜、铝)、金属氧化物(如氧化锌、氧化镁)、金属氮化物(氮化铝、氮化硅)和非金属材料(如石墨烯、石墨、二氧化硅、碳纤维等)，一般添加导热金属、金属氧化物或常规无机填料，具有密度高、表面活性低的优点，但需要添加较高的质量份数才能获得较明显的导热性能提升，往往造成生产成本的增加和管材力学性能的劣化。

由上可见，使用现有技术所制得的导热聚乙烯管材存在耐液压性能降低、低温易脆、不能环保回收等的问题，更不适用于在油田注水领域输送腐蚀性带压流体等的严苛应用场景。

具有一维结构特性的碳纳米管(CNT)自从上世纪90年代初被首次制备和报道出来就一直是纳米材料界的明星材料。经过近30年的发展和研究，目前在很多领域都显示出了巨大的应用潜力。如它的高热导率和单向导热的热学性质，使得它可以作为复合材料的添加剂来提高材料的热学和力学性能。尽管碳纳米管具备优异的导热性能，但其性质稳定，作为填料加入到聚合物中，极易聚集成束或缠绕堆积团聚，分散性差，难以形成稳定有效的导热网络。

CN112430863A公开了一种高导热的碳纳米管聚乙烯醇复合纤维，碳纳米管的羧基与聚乙烯醇的羟基发生酯化反应，从而将碳纳米管和聚乙烯醇通过化学键的连接有机结合，再通过静电纺丝法，得到碳纳米管聚乙烯醇复合纤维，在化学键的连接作用下，提高了碳纳米管和聚乙烯醇纤维的界面作用力和结合力，使碳纳米管高度分散在聚乙烯醇纤维的基体中，避免了碳纳米管粒子之间的团聚，两者之间产生良好的应力传递作用，大幅提高了聚乙烯醇纤维的拉伸强度和杨氏模量，同时高度分散的碳纳米管在聚乙烯醇纤维中形成三维导热网络，从而提高了复合纤维的导热性能和导热性能。

CN110951142A公开了一种高导热辐射交联聚乙烯管材及其制备方法和应用，包括以下重量份的原料制备而成：聚乙烯100份，石墨5～180份，氮化硼0.1～40份，热塑性弹性体5～90份，添加剂0.2～108份；所述添加剂包括：偶联剂0.05～9份，稀释剂0.05～90份，交联敏化剂0～6份，抗氧剂0.1～3份。使用该发明方法经活化造粒、管材挤出和辐射交联等工艺步骤所制得的交联聚乙烯管材，具有高导热、耐液压、抗酸蚀、宽使用温度等特点，可应用于建筑地暖系统、地源热泵系统以及化工管壳式换热器等；但是，该技术所得其材料采用交联工艺，不利于环保回收利用。