一种基于纳米碳材料的高性能导热材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米碳材料的聚合物基导热材料及其制备方法。本发明专利技术将纳米金刚石与石墨烯纳米层片混合作为导热填料，通过对导热填料进行预处理，利用酯化纳米金刚石包覆的石墨烯片层混合物在聚合物基体中搭建填料网络，“强迫并联”形成相互接触形成导热通道，实现了纳米金刚石、石墨烯纳米片层在复合材料中更好的分散；导热粉体分散进入到聚合物基体中，被强迫形成相互连接导热通道网络，热量通过导热填料晶格振动的传递进行高效传导，并且形成的导热网络不经过空心部位，而是直接从导热粉体导出，因此导热效率得到很大提高。所制得的高导热材料可用于成型各种电器、汽车的散热零部件，具有较大的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于纳米碳材料的聚合物基导热材料及其制备方法。本专利技术将纳米金刚石与石墨烯纳米层片混合作为导热填料，通过对导热填料进行预处理，利用酯化纳米金刚石包覆的石墨烯片层混合物在聚合物基体中搭建填料网络，“强迫并联”形成相互接触形成导热通道，实现了纳米金刚石、石墨烯纳米片层在复合材料中更好的分散；导热粉体分散进入到聚合物基体中，被强迫形成相互连接导热通道网络，热量通过导热填料晶格振动的传递进行高效传导，并且形成的导热网络不经过空心部位，而是直接从导热粉体导出，因此导热效率得到很大提高。所制得的高导热材料可用于成型各种电器、汽车的散热零部件，具有较大的实际应用价值。【专利说明】
本专利技术属于高性能导热材料制备
，特别涉及一种基于纳米碳材料的聚合 物基导热材料及其制造方法。
技术介绍
金属材料为传统概念上的导热材料，但随着高分子科学技术的进步，高分子材料 也成为导热领域新的角色，它颠覆了传统高分子材料隔热的概念。传统导热制件通常是由 金属材料如铜，铁等合金制成，而金属制件存在加工成型困难，质量较大等缺点，同时成本 以及制造成本较高；而由于聚合物材料成型加工方便，因此利用聚合物导热复合材料替代 金属制备散热制品的研究越来越受到关注，如专利技术专利CN102250481A中，使用结晶性树脂 基体，同时配合以热传导率比基体树脂高10?1000倍的无机填料的填充以及适当的粒径 配合选取，实现了较少的填料填充和较高的导热系数。但目前现有聚合物导热复合材料普 遍存在导热效率低、导热填料填充量高、材料比重大以及价格昂贵等不足之处，因而制约了 聚合物基高性能导热材料的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题，首要目的是克服现有技术缺点与不足，重点研发基于纳米 碳材料的高性能导热塑料，利用高效导热粉体复合填料与塑料基体复合形成高性能的导热 塑料。 具体涉及导热碳材料的筛选复配及导热通道设计、导热塑料的高导热低成本制造 技术、导热碳材料及导热塑料的结构性能表征、半导体照明电器用导热塑料专用料的研发。 本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于碳纳米材料的导热材料及其制备 方法，包括如下步骤： (1)导热填料的处理：将含硅酯化蜡与纳米金刚石以质量比1?2 : 1比例配置 预混料，通过超高速混合机混合，得到分散均匀得酯化纳米金刚石混合物。将该混合物与石 墨烯纳米层片以质量比为1 : 〇. 25?0. 5的比例进行混合，再次通过超高速混合机，得到 酯化纳米金刚石包覆的石墨烯纳米层片混合物。 (2)导热材料的制备：将处理好的导热填料与尼龙-66树脂按照的20? 30 : 70?80比例混合，通过双螺杆挤出机，在245°C?260°C温度下共混挤出造粒，得到含 高导热填料的尼龙-66基复合材料粒料。 (3)注塑成型：将步骤（1)和步骤（2)的中所得到的粒料在注塑机中，以280°C温 度进行注塑成型制得测试所需形状的样品。 步骤（1)中： 所述的纳米金刚石优选采用等离子表面处理仪进行辐照活化预处理； 所述的石墨烯纳米层片优选采用丙酮分散硅烷偶联剂预处理1?2小时； 步骤⑵中： 所用到的尼龙-66先在110°C进行预干燥处理1?2小时； 将干燥后的尼龙-66与导热填料在高速混合机中进行预混合，混合后在110°C干 燥半小时； 步骤⑶中： 所述的注塑成型模具为力学性能测试ASTM标准样条； -种基于纳米碳材料的聚合物基导热材料，由上述制备方法得到； 本专利技术的专利技术机理：本专利技术采用物理共混改性的方式，通过将高导热填料与聚合 物基体进行共混，从而提高聚合物的导热性能，制的能够满足导热系数要求的聚合物复合 材料，并进一步将其应用到导热制件的实际制造中。本专利技术将纳米金刚石与石墨烯纳米层 片混合作为导热填料，通过对导热填料进行预处理，利用酯化纳米金刚石包覆的石墨烯片 层混合物在聚合物基体中搭建填料网络，"强迫并联"形成相互接触形成导热通道，实现了 纳米金刚石、石墨烯纳米片层在复合材料中更好的分散；导热粉体分散进入到聚合物基体 中，被强迫形成相互连接导热通道网络，热量通过导热填料晶格振动的传递进行高效传导， 并且形成的导热网络不经过空心部位，而是直接从导热粉体导出，因此导热效率得到很大 提_。 本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：本专利技术率先开发纳米金刚石在传 统塑料导热功能化的应用，实现了纳米金刚石的多用化，具有先进性。将纳米金刚石与石墨 烯纳米片层混合作为导热填料，利用酯化纳米金刚石包覆的石墨烯层片混合物在聚合物基 体中搭建填料网络，"强迫并联"形成相互接触形成导热通道，热量可以通过导热粉体进行 传导，这样，少量的导热填料便可以形成导热通道，大大提高导热效率。同时这也在很大程 度上减少聚合物中填料的添加量，进而降低了填料对材料的韧性、力学性能的以及加工成 型的影响，节约成本、减少加工工序。加入的纳米碳材料具有润滑作用，降低设备的磨损消 耗。从而实现了导热塑料的低成本化、高性能化。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术操作流程图及原理示意图 【具体实施方式】 下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限 于此。 实施例1 (1)导热填料的表面处理：采用等离子活化仪（等离子清洗实验设备EPT-02,苏州 市奥普斯等离子体科技有限公司生产；下同。）辐照活化处理纳米金刚石，以清洁表面同时 活化其表面位点；用丙酮分散硅烷偶联剂干处理石墨烯纳米层片1小时； (2)混合导热填料的制备：将10g含硅酯化蜡与10g纳米金刚石在高速混合机中 进行混合，然后再将该混合物与5g石墨烯纳米层片在高速混合机中进行混合，制的混合高 导热填料。 (3)高导热树脂的制备：将75g尼龙-66树脂、25g上述步骤制得的高导热填料进 行预混合，于260°C经双螺杆挤出机（型号为SHJ-36,南京杰亚挤出设备有限公司生产；下 同。）熔融挤出、切粒，得到尼龙-66基高导热复合材料； (4)注塑成型：将制得的复合材料粒料在注塑机中，以280°C温度进行注塑成型制 得测试所需形状的样品。 所得的样品进行力学性能和热性能等相关测试。相关的导热性能、力学性能、吸水 率及密度见表1。 实施例2 (1)导热填料的表面处理：采用等离子活化仪（等离子清洗实验设备EPT-02,苏州 市奥普斯等离子体科技有限公司生产；下同。）辐照活化处理纳米金刚石，以清洁表面同时 活化其表面位点；用丙酮分散硅烷偶联剂干处理石墨烯纳米层片1. 5小时； (2)混合导热填料的制备：将10g含硅酯化蜡与9g纳米金刚石在高速混合机中进 行混合，然后再将该混合物与6g石墨烯纳米层片在高速混合机中进行混合，制的混合高导 热填料。 (3)高导热树脂的制备：将75g尼龙-66树脂、25g上述步骤制得的高导热填料进 行预混合，于260°C经双螺杆挤出机（型号为SHJ-36,南京杰亚挤出设备有限公司生产；下 同。）熔融挤出、切粒，得到尼龙-66基高导热复合材料； (4)注塑成型：将制得的复合材料粒料在注塑机中，以280°C温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于碳纳米材料的导热材料及其制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)导热填料的处理：将含硅酯化蜡与纳米金刚石以质量比1～2∶1比例配置预混料，通过超高速混合机混合，得到分散均匀得酯化纳米金刚石混合物。将该混合物与石墨烯纳米层片以质量比为1∶0.25～0.5的比例进行混合，再次通过超高速混合机，得到酯化纳米金刚石包覆的石墨烯纳米层片混合物。(2)导热材料的制备：将处理好的导热填料与尼龙‑66树脂按照的20～30∶70～80比例混合，通过双螺杆挤出机，在245℃～260℃温度下共混挤出造粒，得到含高导热填料的尼龙‑66基复合材料粒料。(3)注塑成型：将步骤(1)和步骤(2)的中所得到的粒料在注塑机中，以250℃～260℃温度进行注塑成型制得测试所需形状的样品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林志丹，徐保峰，
申请(专利权)人：林志丹，徐保峰，
类型：发明
国别省市：广东;44