[发明专利]一种原位聚合补强高导热橡胶基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米新材料技术领域，特别是涉及一种高导热橡胶基复合材料及其制备方法。

背景技术

高导热橡胶基复合材料作为一种极具应用前景的功能材料。导热橡胶分为单组分导热填料填充体系和多组分导热填料填充体系。单组分导热填料填充体系主要有：朱毅将预处理过的铜粉加入到硅橡胶中,制得了高性能热接口材料,该材料的热导率达到116～117W/(m.K),拉伸强度达到3～4MPa。Gwaily等以碳化硼为导热填料制得导热天然橡胶,研究表明碳化硼的加入可使天然橡胶的热扩散系数增大,而且老化后天然橡胶的热扩散系数比未老化天然橡胶的热扩散系数要大。

多组分导热填料填充体系主要有：潘大海等以聚二甲基硅氧烷为基础胶,以氮化硅、氮化铝和氧化铝为导热填料,制备了填充型双组分室温硫化(RTV-2)导热硅橡胶。Wang等用不同粒径的氧化铝与碳化硅并用,在室温下填充硅橡胶,填料总量为55份时,混炼胶具有较低的黏度,硫化后硅橡胶的热导率为1148W/(m.K)。Gwaily等采用50份的灯烟炭黑和不同份数的钛酸钡来改变丁基橡胶的导热性能,研究发现,当钛酸钡的添加量达到20份时,丁基橡胶的比热和热导率有明显的增加。后来,Gwaily等又采用炭黑和硼酸共同填充天然橡胶的方法来提高天然橡胶的导热性能。研究发现,当用40份高耐磨炭黑和30份硼酸共同填充天然橡胶时,其热导率可以达到314W/(m.K)。

从现有公开的技术中可以看出，使用新型导热填料、新型填料复合技术及探索新型导热橡胶复合材料,大幅度提高材料的导热性、抗热疲劳性、使用稳定性及电阻率可调,是今后导热橡胶复合材料研究和开发的方向。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供了一种原位聚合补强高导热橡胶基复合材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种原位聚合补强高导热橡胶基复合材料，其原料包括以下组份中的一种或多种：丁基类橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶，防老剂，炭黑，硫磺，促进剂，增塑剂，石蜡油，导热填料，分散剂；

其中：

所述导热填料为氮化硼和纳米铜粒子；

氮化硼和纳米铜粒子质量份数共为10～100份/100重量份橡胶；

氮化硼和纳米铜粒子的质量比为1:9～9:1。

进一步地，所述原料含量配比按重量份为：

进一步地，所述丁基类橡胶为丁基橡胶、氯化丁基橡胶或溴化丁基橡胶中的任一种。

进一步地，所述炭黑或为白炭黑。

进一步地，所述炭黑为天然气半补强炭黑、天然气槽法炭黑或混气炭黑中的任一种；所述白炭黑为沉淀法白炭黑或气相法白炭黑。

进一步地，所述纳米铜粒径40～100nm。

一种原位聚合补强高导热橡胶基复合材料的制备方法，其制备步骤如下：

1)将上述重量份的丁基类橡胶、丁腈橡胶和三元乙丙橡胶，在混炼过程中添加氧化铜(CuO)/甲基丙烯酸(MAA),原位生成甲基丙烯酸铜，制得甲基丙烯酸铜/丁腈橡胶复合材料；

2)将步骤1得到的甲基丙烯酸铜/丁腈橡胶复合材料和氮化硼按比例与上述重量份其他助剂混合，并加入硫化剂，混炼均匀制备混炼胶；

3)将步骤2的混炼胶通过硫化获得宽温域高导热橡胶基复合材料制品。

进一步地，其制备方法，包括如下步骤：

1)在温度为20～80℃，将按重量份数计的丁基类橡胶20～100份、丁腈橡胶20～50份以及三元乙丙橡胶10～60份，分别塑炼1～20分钟后，将上述分别塑炼后的物料混炼，同时在混炼过程中添加氧化铜(CuO)/甲基丙烯酸(MAA),原位生成甲基丙烯酸铜，制得甲基丙烯酸铜/丁腈橡胶复合材料；

2)将硫磺3～20份、按前述重量份的其他助剂以及导热填料10～100份添加到步骤1中三种橡胶的共混物中制备成混炼胶；

3)将步骤2中的混炼胶停放8～24小时，然后于温度100～200℃，压强5～20MPa下，硫化时间1～60分钟，即可制得所需橡胶组合物。

本案所采用配方体系中的原料均可自市场直接采购，或经由采购后配制得到。

因此本发明通过上述制备方法制成的产品，使得产品的热导率可以达到1-60W/(m.K)，同时能够保证产品的多种性能大幅度提高，即材料的导热性、抗热疲劳性、使用稳定性及电阻率可调都能大幅度提高。