高強度PVC導熱複合材料及其製備方法與流程
2023-06-10 19:08:01 2
本發明涉及導熱複合材料領域，具體地說是一種高強度PVC導熱複合材料及其製備方法。
背景技術：
PVC（聚氯乙烯）是五大通用樹脂之一，國內外生產量極大，應用範圍廣闊。日常生活中的很大一部分產品都由PVC製備，但是其自身存在的一些缺陷，如低導熱性、機械強度低等，大大限制了其應用範圍。將低導熱PVC製備成導熱性能良好且高強度的複合材料，將可以擴大PVC在LED照明、汽車、加熱/冷卻/製冷等領域的應用。
在PVC導熱複合材料製備方法方面，利用密煉機將PVC基體與石墨粉體按照一定比例密煉塑化，再放入雙螺開煉機擠出造粒，用平板硫化機熱壓成型。根據加工方式和對原料要求的不同，加工方法可分為：熔融混合、研磨混合、溶液共混、粉末混合。
熔融混合是將導熱填料粉末與熔融PVC藉助混煉設備混合，然後加工成型。此方法在熔融混煉的過程中需要高溫和較長時間進行混煉，因此會有有毒氣體如Cl2放出，不利於環保，且需要高溫高耗能的操作過程，從經濟角度考慮，成本較高。但該方法現在廣泛應用於塑料製品業，其工藝成熟，板材機械性能好。
研磨混合：研磨混合法是將PVC與導熱填料經過研磨，使其均勻混合，再進行熔融澆鑄成型。研磨法工藝手段相對簡單，但每次處理量非常少，研磨過程中誤差也高，不適於工業生產。
溶液共混：該法是將PVC溶於適當的溶劑中，均勻分散導熱填料於溶液中，蒸發以後，將PVC與導熱填料混合物熔融澆鑄，擠出或模壓成型。此方法汙染高，溶劑的回收和無毒化是非常難攻克的技術難點，環保效應差。
粉末混合：粉末混合法是目前最具有前景的應用技術，並且環保效應強。該方法往往存在著填充料分散不均勻的問題，導致材料成分不均一，性能不穩定。
技術實現要素：
本發明的目的是克服PVC低導熱性和低機械強度的問題，提供一種高強度PVC導熱複合材料及其製備方法。
本發明的方案是通過這樣實現的：
一種高強度PVC導熱複合材料，其原料重量比為：石墨：5-18%、氮化鋁：0.1-0.9%、納米氧化鋁：0.6-2.5%、氮化硼：0.3-1.2%、偶聯劑：0.05-0.5%、分散劑：0.3-1.5%，其餘為PVC粉。
優選的，高強度PVC導熱複合材料原料重量比為：石墨：8-15%、氮化鋁：0.3-0.6%、納米氧化鋁：0.9-2.0%、氮化硼：0.6-1.0%、偶聯劑：0.1-0.3%、分散劑：0.5-1.2%，其餘為PVC粉。
優選的，高強度PVC導熱複合材料原料重量比為：石墨：11%、氮化鋁：0.4%、納米氧化鋁：1.2%、氮化硼：0.9%、偶聯劑：0.2%、分散劑：0.8%，其餘為PVC粉。
優選的，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑或鈦酸酯類偶聯劑。
優選的，所述分散劑為石蠟、硬脂酸鋇、硬脂酸鈣中的一種以上。
上述高強度PVC導熱複合材料的製備方法，該方法是將石墨：5-18%、氮化鋁：0.1-0.9%、納米氧化鋁：0.6-2.5%、氮化硼：0.3-1.2%、偶聯劑：0.05-0.5%、分散劑：0.3-1.5%和PVC粉混勻，將混勻後的原料置于振動罐內振動100-120 min，使各成分均勻分散到PVC基體中，取出振動後的反應物，填充於平板硫化機的模具中，高溫熱壓後脫模得到高強度PVC導熱複合材料。
優選的，所述振動罐內壁為聚四氟乙烯，振動罐的振動頻率為45-55Hz，振幅為5-8mm，振動力為12000-15000N，振動功率為0.8-1kw。
優選的，所述高溫熱壓其條件為壓力6-10MP、溫度160-180℃，熱壓10~20min。
本發明實現的技術原理是：石墨、氮化鋁、納米氧化鋁、氮化硼在偶聯劑、分散劑和振動罐振動作用下，均勻地分散在PVC基體中，複合材料內部形成更為密集的導熱網絡，導熱性能增強，同時各金屬元素賦予複合材料更高的機械強度。
本發明具備以下良好效果：
（1）本發明的高強度PVC導熱複合材料具有良好的導熱性能。
（2）本發明的高強度PVC導熱複合材料具有良好的機械強度，其縱向拉伸強度和橫向拉伸強度都在50MPa以上。
（3）本發明製備方法過程沒有Cl2排放，無工業廢料產生，且過程中不需添加有毒有害化學試劑，環保效應強，生產成本低，市場前景好。
具體實施方式
以下結合實施例和描述本發明一種高強度PVC導熱複合材料及其製備方法，這些描述並不是對本發明內容作進一步的限定。
實施例1
一種高強度PVC導熱複合材料，其原料重量比為：石墨：11%、氮化鋁：0.4%、納米氧化鋁：1.2%、氮化硼：0.9%、偶聯劑：0.2%、分散劑：0.8%，其餘為PVC粉，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑，所述分散劑為石蠟和硬脂酸鋇。
製備該高強度PVC導熱複合材料的方法，是將石墨：11%、氮化鋁：0.4%、納米氧化鋁：1.2%、氮化硼：0.9%、矽烷偶聯劑：0.2%、分散劑石蠟和硬脂酸鋇：0.8%以及PVC粉混勻，將混勻後的原料置於內壁為聚四氟乙烯的振動罐內振動100 min，振動頻率為45Hz，振幅為5mm，振動力為12000N，振動功率為0.8kw，使各成分均勻分散到PVC基體中，取出振動後的反應物，填充於平板硫化機的模具中，在壓力6MP、溫度160℃下熱壓10min，熱壓後脫模得到高強度PVC導熱複合材料。
實施例2
一種高強度PVC導熱複合材料，其原料重量比為：石墨：5%、氮化鋁：0.9%、納米氧化鋁：0.6%、氮化硼：1.2%、偶聯劑：0.05%、分散劑：1.5%，所述偶聯劑為鈦酸酯類偶聯劑，所述分散劑為石蠟和硬脂酸鈣。
製備該高強度PVC導熱複合材料的方法，是將石墨：5%、氮化鋁：0.9%、納米氧化鋁：0.6%、氮化硼：1.2%、鈦酸酯類偶聯劑：0.05%、分散劑石蠟和硬脂酸鈣：1.5%以及PVC粉混勻，將混勻後的原料置於內壁為聚四氟乙烯的振動罐內振動120 min，振動頻率為55Hz，振幅為8mm，振動力為15000N，振動功率為1kw，使各成分均勻分散到PVC基體中，取出振動後的反應物，填充於平板硫化機的模具中，在壓力10MP、溫度180℃下熱壓20min，熱壓後脫模得到高強度PVC導熱複合材料。
實施例3
一種高強度PVC導熱複合材料，其原料重量比為：石墨：18%、氮化鋁：0.1%、納米氧化鋁：2.5%、氮化硼：0.3%、偶聯劑：0.5%、分散劑：0.3%，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑，所述分散劑為石蠟和硬脂酸鋇。
製備該高強度PVC導熱複合材料的方法，是將石墨：18%、氮化鋁：0.1%、納米氧化鋁：2.5%、氮化硼：0.3%、矽烷偶聯劑：0.5%、分散劑石蠟和硬脂酸鋇：0.3%以及PVC粉混勻，將混勻後的原料置於內壁為聚四氟乙烯的振動罐內振動110min，振動頻率為50Hz，振幅為6mm，振動力為14000N，振動功率為0.9kw，使各成分均勻分散到PVC基體中，取出振動後的反應物，填充於平板硫化機的模具中，在壓力8MP、溫度170℃下熱壓15min，熱壓後脫模得到高強度PVC導熱複合材料。
實施例4
一種高強度PVC導熱複合材料，其原料重量比為：石墨：15%、氮化鋁：0.6%、納米氧化鋁：1.8%、氮化硼：0.7%、偶聯劑：0.4%、分散劑：1.2%，其餘為PVC粉，所述偶聯劑為鈦酸酯類偶聯劑，所述分散劑為石蠟和硬脂酸鈣。
製備該高強度PVC導熱複合材料的方法，是將石墨：15%、氮化鋁：0.6%、納米氧化鋁：1.8%、氮化硼：0.7%、鈦酸酯類偶聯劑：0.4%、分散劑石蠟和硬脂酸鈣：1.2%以及PVC粉混勻，將混勻後的原料置於內壁為聚四氟乙烯的振動罐內振動120 min，振動頻率為45Hz，振幅為5mm，振動力為13000N，振動功率為0.8kw，使各成分均勻分散到PVC基體中，取出振動後的反應物，填充於平板硫化機的模具中，在壓力10MP、溫度165℃下熱壓18min，熱壓後脫模得到高強度PVC導熱複合材料。
本發明上述實施例方案僅是對本發明的說明而不能限制本發明，權利要求中指出了本發明產品組成成分、成分比例、製備方法參數的範圍，而上述的說明並未指出本發明參數的範圍，因此，在與本發明的權利要求書相當的含義和範圍內的任何改變，都應當認為是包括在權利要求書的範圍內。