[发明专利]一种高导热性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高导热性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，将导热性粉体分散于溶剂油中形成均匀分散液，将溶剂油分散液和催化剂一并加入反应釜中，搅拌条件下，通入保护气体和氢气，将乙烯持续加入反应釜进行於浆聚合，得到UHMWPE树脂；将UHMWPE树脂、稀释剂以及添加剂混合，高剪切乳化操作后形成纺丝原液，将纺丝原液喂入双螺杆挤出机，挤出熔体经喷丝板形成熔体丝条，熔体丝条经水槽冷却形成冻胶纤维，冻胶纤维经溶剂去除、干燥、超倍拉伸后，即得到成品UHMWPE纤维。本发明通过将聚合物高结晶取向导热与高导热性粉末参杂相结合，大大提升纤维导热性能，纤维导热系数高，导热系数相比UHMWPE提升100倍以上。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是涉及一种高导热性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

热管理对于生产生活有着重要意义，特别是对于电子设备如太阳能电池、发光二极管、芯片和锂电池等，能否快速散热直接影响着它们的使用性能，使用寿命以及安全性。随着对电子设备微型化、便携化、一体化和功能化等更多需求的出现，如何更加高效的散热也面临着重要挑战。与传统的金属、陶瓷或碳基导热材料相比，聚合物导热材料有着柔软、轻质、易加工塑形、耐腐蚀等优点，然而其导热系数较低，导热性能不足的缺陷也急需克服。影响聚合物导热性能的重要因素之一即聚合物分子链的取向，提高聚合物取向结晶度有利于提升聚合物导热性能。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)被称为“二十一世纪的神奇塑料”，具有其它材料不可比拟的优异性能，高强度、耐化学腐蚀、摩擦系数低、导热系数高等，中国专利201580009350.7就公布了一种高导热性高热容量定向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)产品的制备工艺，其通过调节层压和拉伸工艺来直接制备得到高导热性UHMWPE产品。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是世界三大高性能纤维之一，得益于UHMWPE的高分子量和高取向度，UHMWPE纤维拥有极好的力学性能，同时其轻质、防切割、耐磨、导热系数高等特性，使其在军用装备，海工缆绳，民用防护手套以及凉席等领域都有应用。中国专利201420686986.8就利用了UHMWPE纤维的高导热性制备了民用凉席产品。冻胶纺丝得到的聚乙烯纤维柔软、细旦、分子取向度、结晶度高、轴向导热系数高，利用这些特性结合合理的纤维编织或排布方法，高取向UHMWPE纤维可作为高效散热用功能材料或复合材料的良好的基元材料。然而目前的超高分子量聚乙烯的高导热性仍满足不了更为严苛的使用要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种高导热性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法，本发明通过将聚合物高结晶取向导热与高导热性粉末参杂相结合，大大提升纤维导热性能，纤维导热系数高达50Wm^-1K^-1以上，导热系数相比UHMWPE提升100倍以上。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高导热性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的制备方法，包含以下步骤：

(1)将反应釜加热至反应温度，抽真空，并用保护气体置换，将导热性粉体以超声分散的方式均匀分散于溶剂油中形成均匀分散液，将溶剂油分散液和催化剂一并加入反应釜中，搅拌条件下，加入不参与聚合反应的保护气体和氢气，最后将乙烯持续加入反应釜，控制压力和反应温度，进行於浆聚合，得到UHMWPE树脂；

(2)UHMWPE树脂，稀释剂以及添加剂混合并在一定温度下进行高剪切乳化操作后形成纺丝原液。将纺丝液喂入双螺杆挤出机，挤出熔体经喷丝板形成熔体丝条，熔体丝条经水槽冷却形成冻胶纤维；冻胶纤维经溶剂去除，干燥，超倍拉伸后得到成品UHMWPE纤维。