[发明专利]一种高强度高导热尼龙复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度高导热尼龙复合材料及其制备方法，所述尼龙复合材料由如下重量份的原料组成：尼龙树脂100份、碳纤维5～30份、导热填料10～30份、分散剂0.1～5份、抗氧剂0.1～5份；所述尼龙树脂由5～30％石墨烯尼龙母粒和70～95％纯尼龙树脂构成；所述碳纤维表面接枝有碳纳米管；本发明通过将高导热填料如石墨烯、碳纳米管预处理后再进行熔融共混，使填料良好分散并在低含量下即可构建导热通路，从而显著提高复合材料的导热性能，并且通过在基体中加入碳纤维，提高了材料的整体力学性能，改善了尺寸稳定性，同时降低了尼龙的吸水率。

技术领域

本发明属于导热材料技术领域，具体涉及一种高强度高导热尼龙复合材料及其制备方法。

背景技术

导热高分子复合材料是以高分子材料为基体，通过添加导热填料所制备而成的一类具有导热功能的高分子复合材料体系。由于其成本低、加工工艺简单以及适用于规模化生产而受到广泛关注。

市面上的导热尼龙大部分是用导热填料与尼龙直接熔融共混，但是往往需要加入较多的导热填料才能有显著的效果。然而填料含量过高会造成熔体粘度增加，不利于工业化生产，限制了导热尼龙的应用。如CN110218442A公开了一种高流动导热尼龙复合材料及其制备方法和应用，作者通过加入40-55份的氢氧化物作为导热填料，由于填料含量过高(超过50wt％)导致流动性不足难以注塑，因此额外添加三聚氰胺尿酸盐以及其他润滑剂来提高流动性。

石墨烯、碳纳米管等碳材料具有优异的导热性能、导电性能，但是石墨烯、碳纳米管的粒度小，且极易团聚，简单的熔融共混难以达到良好的分散。如CN104844795A公开了一种高强导热尼龙6及其制备方法，作者将改性后的石墨烯分散液加入己内酰胺聚合体系中，配合磁场以及超声处理成功提高石墨烯在尼龙6基体中的分散。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高强度高导热尼龙复合材料及其制备方法。本发明通过将高导热填料如石墨烯、碳纳米管预处理后再进行熔融共混，使填料良好分散并在低含量下即可构建导热通路，从而显著提高复合材料的导热性能。并且，通过在基体中加入碳纤维，提高了材料的整体力学性能，改善了尺寸稳定性，同时降低了尼龙的吸水率。本发明通过多尺寸的填料协同作用，形成完善的导热通路，具有较高的导热性能和优异的力学性能。

本发明的技术方案如下：

一种高强度高导热尼龙复合材料，由如下重量份的原料组成：

尼龙树脂100份、碳纤维5～30份、导热填料10～30份、分散剂0.1～5份、抗氧剂0.1～5份。

所述尼龙树脂由5～30％石墨烯尼龙母粒和70～95％纯尼龙树脂构成；所述石墨烯尼龙母粒由己内酰胺通过单体浇筑尼龙聚合法制备得到，石墨烯含量为1～5％，通过单体原位聚合以及机械搅拌作用，将石墨烯均匀地分散并固定在基体中，在低含量下显著提升材料的导热能力；所述纯尼龙树脂选自PA6、PA66、PA46、PA1010中的一种或几种；所述石墨烯包括单层石墨烯或者多层石墨烯，多层石墨烯层数一般少于10。

具体的，所述石墨烯尼龙母粒按如下方法制得：

(1)将石墨烯溶解在己内酰胺单体熔体中，在80～100℃下机械搅拌30～60min，配置成石墨烯浓度1～5％的己内酰胺/石墨烯悬浮液；

(2)将己内酰胺/石墨烯悬浮液于130～150℃下真空除水1h，然后加入引发剂氢氧化钠和活化剂甲苯二异氰酸酯，混匀后倒入160～180℃模具中聚合30min，得到石墨烯/MCPA6树脂；

(3)将所得石墨烯/MCPA6树脂粉碎，得到石墨烯尼龙母粒。