[发明专利]一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及尼龙复合材料。

背景技术

在汽车、电子电器、航空航天等领域，伴随着产品轻量化的需求，塑料材料是国内外研究的重点方向。塑料材料不仅重量轻，而且可通过改性技术提高其力学性能，满足产品对材料机械强度的要求。尼龙材料以其出色的力学性能、适中的价格，应用领域广泛，成为用量较大的工程塑料之一；但是与金属材料优异的导热性能相比，尼龙材料导热性能差，无法将热量及时传导出去，这极大的限制了尼龙材料在发热部件上的应用。

对现有技术检索发现，通常通过在尼龙树脂基体中添加导热填料，如金属粉、炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、氧化铝、碳化硅等来提高尼龙材料的导热性能，如专利CN103788633所述；然而，导热填料与树脂基体的界面相容性差，另外，为获得理想的导热效果，导热填料的添加量往往较大，所以未经表面改性处理的导热填料直接添加到树脂中，导热填料极易出现分散不均的现象，这样不仅得不到理想的导热效果，而且会使材料的力学性能大幅下降，无法使用。专利CN102408710采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等偶联剂对导热填料进行表面处理后，加入到尼龙树脂中，以提高导热填料与树脂基体的界面相容性；但常规的偶联剂表面处理技术，对提高导热填料与尼龙树脂基体的界面相容性幅度有限。

发明内容

本发明目的在于提供一种与氧化石墨烯界面相容性高的高导热石墨烯改性尼龙复合材料。

本发明目的还在于提供一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料的制备方法，以制备高导热石墨烯改性尼龙复合材料。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种高导热石墨烯改性尼龙复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：

尼龙树脂 40～90份，

氧化石墨烯 7.5～48份，

相容剂 0.5～3份，

表面改性导热填料 2.5～12份，

增强纤维 5～20份，

阻燃剂 5～20份，

抗氧剂 0.1～0.5份，

润滑剂 0.1～0.6份，

所述相容剂为异氰酸酯官能团≧2的异氰酸酯类。

氧化石墨烯表面含有较多的羟基、羧基、环氧基官能团，可以与异氰酸酯官能团发生化学反应，将异氰酸酯类分子链接到氧化石墨烯表面；同时异氰酸酯官能团又可与尼龙分子链的氨基或羧基反应，实现了异氰酸酯化合物分子链的一端链接到氧化石墨烯、另一端链接到尼龙分子链，从而提高了氧化石墨烯与尼龙树脂的界面相容性，使氧化石墨烯均匀地分散在尼龙树脂基体中。

所述异氰酸酯官能团≧2的异氰酸酯类为六亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或一种以上。

所述尼龙树脂为尼龙66(PA66)、尼龙6(PA6)中的一种或一种以上。

所述氧化石墨烯横向尺寸<10μm，纵向尺寸<3nm。

所述表面改性导热填料为经偶联剂表面处理的球形氧化铝与经偶联剂表面处理的六方碳化硅或经偶联剂表面处理的六方氮化硼的混合物，其中质量比为经偶联剂表面处理的球形氧化铝:经偶联剂表面处理的六方碳化硅/六方氮化硼＝2:1～5:1。

所述球形氧化铝粒径为2000～5000目，所述六方碳化硅或六方氮化硼粒径为1000～3000目。

所述氧化石墨烯与所述表面改性导热填料的质量比为3:1～4:1。

导热填料填充到聚合物中，提高聚合物导热性能的前提是导热填料在聚合物中能构成导热通路；氧化石墨烯为片状结构，其理论导热系数高达5000W/m.K左右，但单纯将氧化石墨烯分散在尼龙树脂基体中，较难形成有效导热通路；本方案通过选择经偶联剂表面改性的球形氧化铝和方形碳化硅或氮化硼作为导热填料起协同作用，球形和方形导热填料可分别渗透到氧化石墨烯微片空隙中，通过控制氧化石墨烯与导热填料的质量比、导热填料中不同组分的质量比、导热填料粒径大小的选择来达到在尼龙树脂中形成有效导热通路的目的。

所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维中的一种或一种以上。

所述阻燃剂为红磷、三聚氰胺尿酸盐、三聚氰胺磷酸盐、十溴联苯醚、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或一种以上。

所述抗氧剂为抗氧剂S-9228、抗氧剂1098、抗氧剂264、抗氧剂168中的一种或一种以上。

所述润滑剂为润滑剂TAF、润滑剂PETS、硅酮粉中的一种或一种以上。