一种高韧性导热阻燃塑料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种高韧性导热阻燃塑料及其制备方法，包括如下重量百分比的配方组成：HDPE22～49％；自制复配导热填料35～55％；增韧剂5～7％；阻燃剂10～14％；抗氧剂0.2～0.5％；分散剂0.5～0.7％；偶联剂0.3～0.8％。可以大幅度提高材料的韧性、阻燃性能\、热导率，且通过称取，混合，熔融挤出、造粒的方法即可制得，操作简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低，适于工业化生产。

权利要求

1.一种高韧性导热阻燃塑料，其特征在于，包括如下重量百分比的配方组成：所述的自制复配导热填料为氧化镁，氧化铝，氧化锌，氮化硅，碳化铝中的一种或几种，按照一定的比例复配再经过特殊表面活化处理后，与晶须材料按一定的比例混合均匀而得；具体操作如下：按重量百分比称取粒径为1600目的氧化镁30％、粒径为300目的氧化镁

20％、粒径为300目的氧化铝15％、粒径为300目的氧化锌28％、粒径为300目的碳化铝15％，再加入2％的硅烷偶联剂，充分搅拌均匀，然后放入烘箱中用80℃烘4小时充分干燥；然后取烘干的混合物料按重量比85％同晶须选用3000目的硫酸钙晶须15％混合均匀得到。

2.如权利要求1所述的一种高韧性导热阻燃塑料，其特征在于：所述HDPE为高流动级别的高密度聚乙烯，其中熔体流动质量速率(MFR)为7-9,单位：g/10min；测试条件：190℃/

2.16kg，密度为0.95-0.96g/cm3。

3.如权利要求1所述的一种高韧性导热阻燃塑料，其特征在于：所述增韧剂为是乙烯和辛烯的共聚物POE。

4.如权利要求1所述的一种高韧性导热阻燃塑料，其特征在于：所述阻燃剂为三氧化二锑和溴系阻燃剂以1：3的比例复配。

5.如权利要求1所述的一种高韧性导热阻燃塑料，其特征在于：所述抗氧剂为四[3-(3，

5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯)辅抗氧剂两种按1:1复配。

6.如权利要求1所述的一种高韧性导热阻燃塑料，其特征在于：所述分散剂为N、N'-乙撑双硬脂酰胺分散剂。

7.如权利要求1所述的一种高韧性导热阻燃塑料，其特征在于：所述偶联剂为有机络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类偶联剂中的一种或几种。

8.一种如权利要求1所述的高韧性导热阻燃塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按上述重量百分比称取相应的各个组分原材料；

(2)按步骤(1)中称取的各个组分原材料在高混机中混合6-10分钟；

(3)将步骤(2)中混合均匀的混合材料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；其中双螺杆挤出机一区温度160-175℃，二区温度165-180℃，三区温度170-190℃，四区温度170-190℃，机头180-200℃，停留时间2～3min，压力为12-18MPa，螺杆转速130-150转/分钟。

说明书

一种高韧性导热阻燃塑料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高韧性导热阻燃塑料及其制备方法。

背景技术

[0002] 高密度聚乙烯(HDPE)是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。但它的透气差，易变形，易老化，易发脆，使其应用受到了很大限制。同时它的导热系数较低，只有0.33W/m.k,而且本身没有阻燃效果，不符合在需要散热效果好和阻燃要求高的产品上使用。

[0003] 目前国内外的研究者对于导热材料进行了大量的研究，主要是针对PA6、PA66进行改性和研发，已经取得了一定的进展。但是由于成本高或者材料偏脆的问题，并没有得到广泛的应用。我们考虑用HDPE代替PA6、PA66，再添加适量的增韧剂POE改善导热HDPE的韧性，同时由于HDPE填充量大、还具有较高的刚性和韧性，使得材料在保证成本低的同时，保持材料较高的韧性。

[0004] 现在，电子和计算机方面产品的几何尺寸不断的减少，而要承受的热量越来越大，使得导热材料的研究越来越重要。HDPE材料质量轻，成型加工性好，价格低廉且绝缘性好，但是导热系数低。通过添加导热填料氧化镁、氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硼等，可以显著的提高导热性能。

[0005] 目前，国内外有很多专利都是关于PA6、PA66导热塑料的研究，但是用HDPE作为基体来研究的导热塑料却比较少。因此，本发明对于导热塑料研究意义重大，前景广阔。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种高韧性导热阻燃塑料，其具有高韧性、阻燃的特性。

[0007] 另外，本发明还提供一种高韧性导热阻燃塑料的制备方法，其具有操作简单，适用于工业化生产的特性。

[0008] 本发明是这样实现的：一种高韧性导热阻燃塑料，包括如下重量百分比的配方组成：

[0009]

[0010] 进一步地，所述HDPE为高流动级别的高密度聚乙烯，其中熔体流动质量速率(MFR)为7-9(单位：g/10min；测试条件：190℃/2.16kg)，密度为0.95-0.96g/cm3。

[0011] 进一步地，所述自制复配导热填料为氧化镁，氧化铝，氧化锌，氮化硅，碳化铝中的一种或几种，按照一定的比例复配再经过特殊表面活化处理后，最后与晶须材料按一定的比例混合均匀而得。

[0012] 进一步地，所述增韧剂为是乙烯和辛烯的共聚物POE。

[0013] 进一步地，所述阻燃剂为三氧化二锑和溴系阻燃剂(如四溴双酚A、十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化环氧、溴代三嗪等)以1：3的比例复配。

[0014] 进一步地，所述抗氧剂为四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯)辅抗氧剂两种按1:1复配。

[0015] 进一步地，所述分散剂为N、N'-乙撑双硬脂酰胺分散剂。

[0016] 进一步地，所述偶联剂为有机络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类偶联剂中的一种或几种。

[0017] 一种高韧性导热阻燃塑料的制备方法，包括以下步骤：

[0018] (1)按上述重量百分比称取相应的各个组分原材料；

[0019] (2)按步骤(1)中称取的各个组分原材料在高混机中混合6-10分钟；

[0020] (3)将步骤(2)中混合均匀的混合材料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；其中双螺杆挤出机一区温度160-175℃，二区温度165-180℃，三区温度170-190℃，四区温度170-190℃，机头180-200℃，停留时间2～3min，压力为12-18MPa，螺杆转速130-150转/分钟。

[0021] 本发明采用乙烯和辛烯的共聚物POE作为增韧剂，该增韧剂与材料具有很好的相容性，并且可以大幅度提高材料的韧性。采用阻燃剂能够赋予材料优异的阻燃性能。采用的自制复配导热填料对于材料的白度和力学性能影响较小，在自制复配导热填料体系中含有晶须成分可以使得使颗粒间发生桥接作用，使得由导热填料构成的导热通路愈加完善，从而能够使复合材料的热导率迅速提高。

[0022] 另本发明还提供一种高韧性导热阻燃塑料的制备方法，通过称取，混合，熔融挤出、造粒即可，操作简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低，适于工业化生产。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1为本发明实施例提供的流程图。

具体实施方式

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0026] 如图1，本发明实施例提供一种高韧性导热阻燃塑料及其制备方法，具体地，所述高韧性导热阻燃塑料，包括如下重量百分比的配方组成：

[0027]

[0028] 进一步地，所述HDPE为高流动级别的高密度聚乙烯，其中熔体流动质量速率(MFR)为7-9(单位：g/10min；测试条件：190℃/2.16kg)，密度为0.95-0.96g/cm3，选用吉林石化的FHC7260。

[0029] 所述的自制复配导热填料为氧化镁，氧化铝，氧化锌，氮化硅，碳化铝中的一种或几种，按照一定的比例复配再经过特殊表面活化处理后，与晶须材料按一定的比例混合均匀而得。具体操作如下：按重量百分比称取粒径为1600目的氧化镁30％、粒径为300目的氧化镁20％、粒径为300目的氧化铝15％、粒径为300目的氧化锌28％、粒径为300目的碳化铝15％，再加入2％的硅烷偶联剂，充分搅拌均匀，然后放入烘箱中用80℃烘4小时充分干燥。
然后取烘干的混合物料按重量比85％同晶须选用3000目的硫酸钙晶须15％混合均匀，这样就可以得到自制复配导热填料。

[0030] 所述的增韧剂为是乙烯和辛烯的共聚物POE。选用陶氏8150。

[0031] 所述的阻燃剂为三氧化二锑和溴系阻燃剂(如四溴双酚A、十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化环氧、溴代三嗪等)以1：3的比例复配，选用辰州锑业的三氧化二锑和海王化工的十溴二苯乙烷。

[0032] 所述的抗氧剂为四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯)辅抗氧剂两种按1:1复配，选用Ciba公司生产，商品牌号分别为Irganox1010，和Irganox168。

[0033] 所述的分散剂为N、N'-乙撑双硬脂酰胺分散剂。选用广州燕泰化工EBS120D。

[0034] 所述的偶联剂为有机络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类偶联剂中的一种或几种。选用杭州沸点化工生产的KH-550。

[0035] 所述高韧性导热阻燃塑料的制备方法，包括以下步骤：

[0036] (1)按上述重量百分比称取相应的各个组分原材料；

[0037] (2)按步骤(1)中称取的各个组分原材料在高混机中混合6-10分钟；

[0038] (3)将步骤(2)中混合均匀的混合材料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度160-175℃，二区温度165-180℃，三区温度170-190℃，四区温度170-190℃，机头180-200℃，停留时间2～3min，压力为12-18MPa，螺杆转速130-150转/分钟。

[0039] 下面结合具体实施例对本发明作详细描述：

[0040] 实施例1

[0041] 将重量百分比为HDPE 45.6％、自制复配导热填料35％、增韧剂6％、阻燃剂12％、抗氧剂0.3％、分散剂0.6％、偶联剂0.5％在高速混料机中混合8分钟，充分混合均匀后投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度165℃，二区温度175℃，三区温度180℃，四区温度180℃，机头190℃，停留时间2min，压力为16MPa，螺杆转速150转/分钟。

[0042] 实施例2

[0043] 将重量百分比为HDPE 35.6％、自制复配导热填料45％、增韧剂6％、阻燃剂12％、抗氧剂0.3％、分散剂0.6％、偶联剂0.5％在高速混料机中混合8分钟，充分混合均匀后投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度165℃，二区温度175℃，三区温度180℃，四区温度180℃，机头190℃，停留时间2min，压力为16MPa，螺杆转速150转/分钟。

[0044] 实施例3

[0045] 将重量百分比为HDPE 25.6％、自制复配导热填料55％、增韧剂6％、阻燃剂12％、抗氧剂0.3％、分散剂0.6％、偶联剂0.5％在高速混料机中混合8分钟，充分混合均匀后投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度165℃，二区温度175℃，三区温度180℃，四区温度180℃，机头190℃，停留时间2min，压力为16MPa，螺杆转速150转/分钟。

[0046] 对比例1

[0047] 将重量百分比为HDPE 80.6％、自制复配导热填料0％、增韧剂6％、阻燃剂12％、抗氧剂0.3％、分散剂0.6％、偶联剂0.5％在高速混料机中混合8分钟，充分混合均匀后投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度165℃，二区温度175℃，三区温度180℃，四区温度180℃，机头190℃，停留时间2min，压力为16MPa，螺杆转速150转/分钟。

[0048] 对比例2

[0049] 将重量百分比为HDPE 31.6％、自制复配导热填料55％、增韧剂0％、阻燃剂12％、抗氧剂0.3％、分散剂0.6％、偶联剂0.5％在高速混料机中混合8分钟，充分混合均匀后投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度165℃，二区温度175℃，三区温度180℃，四区温度180℃，机头190℃，停留时间2min，压力为16MPa，螺杆转速150转/分钟。

[0050] 对比例3

[0051] 将重量百分比为HDPE 37.6％、自制复配导热填料55％、增韧剂6％、阻燃剂0％、抗氧剂0.3％、分散剂0.6％、偶联剂0.5％在高速混料机中混合8分钟，充分混合均匀后投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度165℃，二区温度175℃，三区温度180℃，四区温度180℃，机头190℃，停留时间2min，压力为16MPa，螺杆转速150转/分钟。

[0052] [性能评价实行标准及测试数据]

[0053] 将上述实施例1～3、对比例1～3中完成造粒的粒子在70～80℃的鼓风烘箱中干燥4～6小时，再将干燥的粒子在80T注塑机上注塑制样；测试的结果见下表：

[0054]

[0055] 由上表实施例1～3和对比例1可以看出，与单纯HDPE树脂相比，自制复配导热填料的加入会明显增加复合材料的热传导系数，自制复配导热填料的含量为55％时，导热系数达到了1.4 W/(m·K)。由上表实施例1～3和对比例2可以看出添加增韧剂时，复合材料的冲击性能有显著的提高。表明材料的韧性得到明显改善。由上表实施例1～3和对比例3可以看出添加阻燃剂时，复合材料的阻燃性能能有显著的提高。本发明制备的材料同时具有高的导热性、阻燃性和力学性能，避免了市场同类产品无法同时获得高的导热系数、阻燃性和高的力学性能的缺点，扩展了高密度聚乙烯复合材料的应用领域。

[0056] 以上对本发明所提供的一种高韧性导热阻燃塑料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施个例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。