连续纤维增强聚乙醇酸导热复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及高分子复合材料技术领域，提供了一种增连续纤维增强聚乙醇酸导热复合材料及其制备方法和应用。所述连续纤维增强聚乙醇酸导热复合材料包括内芯材料和至少一层外层材料；所述内芯材料包括第一聚乙醇酸树脂、玻璃纤维和第一助剂，所述玻璃纤维从所述内芯材料的一端连续延伸至其相对端；所述外层材料包裹所述内芯材料，所述外层材料包括第二聚乙醇酸树脂、导热填料及第二助剂。本发明专利技术的连续纤维增强聚乙醇酸导热复合材料基于多组分、多模块体系设计，在大幅提升聚乙醇酸中导热填料添加比例的同时，还可使导热填料分散均匀，充分发挥填料间的协同作用，增强复合材料的力学性能及导热性能，使其满足导热材料领域应用。使其满足导热材料领域应用。使其满足导热材料领域应用。

【技术实现步骤摘要】
连续纤维增强聚乙醇酸导热复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高分子复合材料领域，更具体地说，涉及一种连续纤维增强聚乙醇酸导热复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]作为一种环境友好型生物可降解材料，聚乙醇酸(PGA)具有简单规整的线性分子结构，是一种近几年受到广泛研究的可降解高分子材料。与传统的高分子材料如聚乙烯、聚丙烯等不同，PGA在一定条件下会逐渐降解，转变为对人体、环境无害的二氧化碳和水，对于解决当前的白色污染，推行“双碳”政策具有重要意义。
[0003]与结构相近的可降解聚合物，如聚乳酸(PLA)相比，PGA虽然分子链重复单元少一个碳，但其具有很好的阻隔性能，对水汽的阻隔比聚乳酸高100倍，且不受环境温度的影响；另外，PGA的力学性能(拉伸强度、弯曲模量)、耐热性能等也均高于聚乳酸。因此，PGA可作为传统高强度工程塑料的替代品，特别是针对当前在新兴的5G、光伏、LED照明、手机等领域，可替代尼龙6等工程塑料作为可控降解导热材料使用；亦可广泛用于包装、医疗、油气等领域，如作为医美健康等领域热敷产品的一次性导热材料使用。当前已有诸多公司布局PGA的生产，随着后续技术、产能的提高，PGA将会迎来大规模推广。
[0004]PGA虽然具有优异的力学、气体阻隔性能，但由于其分子链的高规整度，分子链相互作用较强，熔点较高，使其熔融温度和分解温度接近，熔融加工窗口较窄，熔体强度较低、加工难度较大，使其应用受到了一定局限性。
[0005]现有技术通常采用扩链剂、无机填料等方式进行PGA的改性，增强其熔体强度并改善其加工性能研究。陈兰兰等(塑料工业.2021,49(02),145
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149)通过环氧扩链剂熔融改性PGA，将PGA的起始分解温度提高22℃、熔体黏度提高6倍以上。中国专利CN112469765A、CN104684997B均提出通过PGA与无机填料挤出造粒制备聚乙醇酸组合物，以提高材料的熔融热稳定性及拉伸模量。
[0006]相比较上述改性方法，连续纤维增强热塑性复合材料是一种常见的热塑性复合材料，可使复合材料具有优异的机械性能，是当今复合材料市场中发展最快的材料之一等特性。特别是针对当前在新兴的5G、光伏、LED照明、手机等领用使用，连续玻纤增强的导热复合材料也收到了极高的关注。除此之外，纤维自身属于可降解材料的范畴，在可降解材料改性具有广阔应用前景。但是采用连续纤维增强可降解树脂材料制备可降解的复合材料，因其较高的无机物填充比例，普遍存在填料
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基材分散困难的技术难点，特别是在导热领域，同时将纤维与大量导热填料共混添加，多相填料间极易出现聚集、架桥等问题，对材料的成型性、导热性和力学性能均存在不利影响。
[0007]对于上述问题，现有技术尚不能满足实际需求。因此，开发填料分散均匀、填充量高且具有良好成型性、导热性和力学性能的新型聚乙醇酸导热复合材料及其生产流程和应用具有重要的市场价值和研究意义。
重量份的第二相容剂、0.1
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3重量份的第二抗氧剂和0.1
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1重量份的第二润滑剂中的至少一种；优选的，所述第二聚乙醇酸树脂的用量以100重量份计，所述第二助剂包括0.05
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2重量份的第二相容剂、0.1
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1重量份的第二抗氧剂和0.2
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1重量份的第二润滑剂中的至少一种。
[0025]作为本专利技术提供的复合材料的另一个优选方案，所述第一相容剂和所述第二相容剂相同或不同，各自独立地选自偶联剂中的至少一种，优选硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、有机铬络合物偶联剂中的至少一种，更优选硅烷偶联剂；
[0026]和/或，所述第一抗氧剂和所述第二抗氧剂相同或不同，各自独立地选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂2246、抗氧剂CA和抗氧剂626中的至少一种，优选抗氧剂1010、抗氧剂168中的至少一种；
[0027]和/或，所述第一润滑剂和第二润滑剂相同或不同，各自独立地选自乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、单脂肪酸甘油酯、聚乙烯蜡、芥酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
[0028]作为本专利技术提供的复合材料的另一个优选方案，所述内芯材料不含非取向的短纤维，优选地，所述内芯材料由第一聚乙醇酸树脂、玻璃纤维和第一助剂组成。
[0029]第二方面，本专利技术提供了一种上述连续纤维增强聚乙醇酸导热复合材料的制备方法，包括：
[0030]S1.将第一聚乙醇酸树脂和第一助剂混合后熔融，得到第一组分熔体；
[0031]S2.将连续玻璃纤维与步骤S1中的第一组分熔体进行第一浸渍处理，形成丝状的内芯材料；
[0032]S3.将第二聚乙醇酸树脂、导热填料和第二助剂混合后熔融，得到第二组分熔体；
[0033]S4.将步骤S2得到的内芯材料与至少一种步骤S3得到的第二组分熔体进行至少一次第二浸渍处理，制得连续玻璃纤维增强聚乙醇酸导热复合材料。
[0034]作为本专利技术提供的制备方法的一个优选方案，所述步骤S1的混合条件为：温度为40
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60℃，时间为3
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5min；和/或所述步骤S1的熔融温度为230
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260℃。
[0035]作为本专利技术提供的制备方法的另一个优选方案，所述步骤S3的混合条件为：温度为40
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60℃，时间为3
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5min；和/或所述步骤S3的熔融温度为230
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260℃。
[0036]作为本专利技术提供的制备方法的另一个优选方案，所述步骤S2还包括：在对连续玻璃纤维进行第一浸渍处理之前，对连续玻璃纤维进行分散处理和预热处理；优选的，预热处理的温度为80
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250℃。
[0037]作为本专利技术提供的制备方法的另一个优选方案，所述步骤S4还包括：在第二浸渍处理之后，对经第二浸渍处理得到的材料进行牵出、拉条、冷却、干燥、切粒处理，得到连续玻璃纤维增强聚乙醇酸导热复合材料。
[0038]作为本专利技术提供的制备方法的另一个优选方案，步骤S2中所述第一浸渍处理在第一浸渍模具中进行，所述第一浸渍模具为可调节浸渍模具，所述第一浸渍模具包括纤维入口、纤维出口和熔体流道，所述第一浸渍模具的模腔内设置有至少一个第一导丝辊；所述第一导丝辊能够在所述纤维入口和纤维出口之间移动；和/或，所述第一导丝辊能够沿垂直于所述纤维入口和纤维出口的连线的方向移动。
[0039]作为本专利技术提供的制备方法的另一个优选方案，步骤S2中所述第一浸渍处理在第二浸渍模具中进行，所述第二浸渍模具为组合式浸渍模具，所述第二浸渍模具包括依次连接的第一模块、中间模块和第二模块，所述第一模块上设置有纤维入口和第一模块流道，所
述第二模块上设置有纤维出口和第二模块流道，所述中间模块中设置有中间模块流道；所述第一模块、中间模块和第二模块依次连接后，所述第一模块流道、所述中间模块流道和第二模块流道相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强聚乙醇酸导热复合材料，其特征在于，包括内芯材料和至少一层外层材料；所述内芯材料包括第一聚乙醇酸树脂、玻璃纤维和第一助剂，所述玻璃纤维从所述内芯材料的一端连续延伸至其相对端；所述外层材料包裹所述内芯材料，所述外层材料包括第二聚乙醇酸树脂、导热填料及第二助剂。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，在所述内芯材料中，第一聚乙醇酸树脂用量以100重量份计，玻璃纤维的用量为10
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200重量份，优选为10
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150重量份，更优选为20
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150重量份；和/或，在所述外层材料中，第二聚乙醇酸树脂用量以100重量份计，导热填料的用量为1
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200重量份，优选为10
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180重量份，更优选为20
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150重量份；和/或，在所述复合材料中，第一聚乙醇酸树脂用量以100重量份计，第二聚乙醇酸树脂用量为1
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100重量份，优选10
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100重量份，更优选50
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100重量份。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述导热填料包括导热主料和导热辅料，所述导热主料选自金属氧化物和/或金属氢氧化物，所述导热辅料选自无机粉末；优选的，以所述导热填料的总重量计，所述导热主料含量为50
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98wt％，所述导热辅料含量为2
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50wt％。4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述导热主料选自氧化铝、三氧化二锑、二氧化钛、氧化镁、氢氧化铝、氢氧化镁中的至少一种，优选为氧化铝、氧化镁、氢氧化铝、氢氧化镁中的至少一种；和/或，所述导热主料的粒径为1
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100μm，优选为1
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40μm；和/或，所述无机粉末选自碳纳米管、炭黑、鳞片石墨、石墨烯、氮化硼、碳化硼、氮化铝、碳化硅中的至少一种，优选为氮化硼、氮化铝、碳化硅中的至少一种；和/或，所述无机粉末的粒径为1～100μm，优选为1
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50μm。5.根据权利要求1
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4任一所述的复合材料，其特征在于，所述第一聚乙醇酸树脂和所述第二聚乙醇酸树脂相同或不同，各自独立选自均聚型聚乙醇酸和/或共聚型聚乙醇酸；优选的，所述共聚型聚乙醇酸中乙醇酸单体的含量≥90mol％，优选≥95mol％；和/或，所述第一聚乙醇酸树脂在230℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为5
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500g/10min，优选为10
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200g/10min，更优选为10
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100g/10min；和/或，所述第二聚乙醇酸树脂在230℃、2.16kg条件下的熔体流动速率为5
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500g/10min，优选为10
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200g/10min，更优选为10
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100g/10min。6.根据权利要求1
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5任一所述的复合材料，其特征在于，所述第一聚乙醇酸树脂的用量以100重量份计，所述第一助剂包括0.05
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5重量份的第一相容剂、0.1
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3重量份的第一抗氧剂和0.1
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1重量份的第一润滑剂中的至少一种；优选的，所述第一聚乙醇酸树脂的用量以100重量份计，所述第一助剂包括0.05
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2重量份的第一相容剂、0.1
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1重量份的第一抗氧剂和0.2
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1重量份的第一润滑剂中的至少一种；和/或，所述第二聚乙醇酸树脂的用量以100重量份计，所述第二助剂包括0.05
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5重量份的第二相容剂、0.1
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3重量份的第二抗氧剂和0.1
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1重量份的第二润滑剂中的至少一种；优选的，所述第二聚乙醇酸树脂的用量以100重量份计，所述第二助剂包括0.05
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2重量份的第二相容...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇韬，胡晨曦，高达利，吴长江，张师军，徐凯，
申请(专利权)人：中石化北京化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：