CN104893307A

CN104893307A - 一种导热绝缘橡塑复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104893307A
Application number: CN201510274731.XA
Authority: CN
Inventors: 杨文彬; 范敬辉; 廖治强; 邢涛; 张凯
Original assignee: Southwest University of Science and Technology; General Engineering Research Institute China Academy of Engineering Physics
Current assignee: Southwest University of Science and Technology; General Engineering Research Institute China Academy of Engineering Physics
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2015-09-09

Abstract

本发明公开了一种导热绝缘橡塑复合材料及其制备方法，该导热绝缘橡塑复合材料是由如下质量份数的原料制备而成：40～80份的橡胶类基体、0～50份的导热绝缘填料、10～40份的塑料类基体、硫化剂2～5份、抗氧剂3～7份、硅烷偶联剂2～5份。本发明制备导热绝缘橡塑复合材料的方法包括以下步骤：偶联剂对导热绝缘填料的表面改性、密炼混合、冷压成型、高温硫化。本发明制备的导热绝缘橡塑复合材料在较低填料用量下具有较高的热导率，同时还保持有优异的电绝缘性能；橡塑材料的共混可提高复合材料的力学性能，可满足复杂力学环境下对导热性能及绝缘性能的要求。

Description

一种导热绝缘橡塑复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种复合材料组合物，特别涉及一种导热绝缘橡塑复合材料及其制备方法。

背景技术

硅橡胶具有良好的耐热性能，广泛的应用于国民经济和国防工业中的各个领域。甲基乙烯基类硅橡胶是一类可耐高、低温的硅橡胶，在-50～250℃下长期使用且电绝缘性能优异。自开发以来在汽车制造、生活用品、电子电气以及航空航天中得到广泛应用，但其自身抗阻尼性能较差。程青民等人采用橡塑混合提高了其阻尼力学性能，但热导率较低，无法同时满足复杂力学环境与高热导率的要求，因而限制了橡胶类制品的应用。

目前提高高分子材料导热性能的主要方法是填充具有高热导率的绝缘陶瓷填料，如氧化铝、氮化硼、氮化铝等，一般需要达到很高的填料填充量才能形成导热通路，提高热导率。同时由于无机粉体填料与有机基体之间的相容性较差，大量的无机粉体填料加入让复合材料的力学性能大大下降。本发明根据导电材料中的双逾渗理论，将其引入导热绝缘材料中，选取两种互不相容的基体，填料选择性的分布于某一基体内，降低填料阈值形成“导热双逾渗”，在较小填充分数下达到较好的热导率，同时保证了复合材料的力学性能，可满足复杂力学环境下对导热性能及绝缘性能的要求。

发明内容

针对现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种导热绝缘橡塑复合材料，采用本发明方法制备的导热绝缘橡塑复合材料在较少填料填充下具有较高的热导率，同时还保持有优异的电绝缘性能和力学性能，可应用于高温条件下对电绝缘有较高要求的特殊场所以及满足复杂力学环境的要求。

为实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：

一种导热绝缘橡塑复合材料，是由如下质量份数的原料制备而成：

40～80份的橡胶类基体、0～50份的导热绝缘填料、10～40份的塑料类基体、硫化剂2～5份、抗氧剂3～7份、硅烷偶联剂2～5份。

作为本发明进一步的方案：所述的橡胶类基体为甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)、天然橡胶(NR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁苯橡胶(SBR)的任一种或其组合物。

作为本发明进一步的方案：所述的橡胶类基体加入量优选为60份。

作为本发明进一步的方案：所述的塑料类基体为乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、的任一种或其组合物。

作为本发明进一步的方案：所述的塑料类基体加入量优选为20份。

作为本发明进一步的方案：所述的导热绝缘填料为六方片状氮化硼(h-BN)、氮化铝(AlN)、碳化硅晶须(SiC)、氧化铝(Al₂O₃)的任一种或其组合物。

作为本发明进一步的方案：所述的导热绝缘填料加入量优选为30份。

作为本发明进一步的方案：所述的硫化剂加入量优选3份。

作为本发明进一步的方案：所述的抗氧剂加入量优选5份。

作为本发明进一步的方案：所述的硅烷偶联剂加入量优选3份。

一种导热绝缘橡塑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将偶联剂溶于乙醇质量分数为70～95％的乙醇-水溶液中，配制成偶联剂浓度为0.5～5wt％的偶联剂乙醇-水溶液；

(2)将导热绝缘填料预先在温度为100～130℃、摩尔浓度为1～5mol/L的氢氧化钠浓溶液中反应15～20h，然后过滤、干燥，然后放入偶联剂乙醇-水溶液在60～80℃下反应4～6h，得到表面接枝偶联剂后的导热绝缘填料；

(3)将表面接枝偶联剂后的导热绝缘填料与橡胶类基体、塑料类基体、抗氧剂、硫化剂密炼混合，然后将混炼胶置于模具中冷压成型，既得该导热绝缘橡塑复合材料。

(4)所述步骤(3)冷压成型压力为5～25MPa，持续时间20～40s，升温至140～200℃，升温速率为5～15℃/min，硫化成型压力10～20MPa，硫化时间25～40min；升温速率优选为7℃/min。

本发明的有益效果是：本发明在两种基体中加入导热绝缘填料，根据导电材料中的“双逾渗”理论，在导热材料中由于材料间的比表面能不同，填料会选择性分布于一类基体中，因此在较低填充量下填料相互搭接，形成导热通路，能在较低填充份数下提高导热性能；同时橡塑两种基体材料复合后即得到橡胶的弹性又得到了塑料的强度使得复合后复合材料的力学性能大大提高，可满足复杂力学环境下的使用；采用本发明制备的导热绝缘橡塑复合材料具有较高的热导率，优异的电绝缘性能，同时还具有良好的力学性能，可满足复杂力学环境下对导热、电绝缘性的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

本实施例导热绝缘橡塑复合材料的制备方法如下：

(1)将0.5克偶联剂(A-172)溶于250ml的乙醇质量分数为75％的乙醇-水溶液中，配制成偶联剂乙醇-水溶液；将25份氮化铝预先在温度为110℃、摩尔浓度为2mol/L的250ml氢氧化钠浓溶液中反应18h，然后过滤、干燥。接着放入偶联剂乙醇-水溶液在60℃下反应4h，得到表面接枝偶联剂后的氮化铝。

(2)将20克天然橡胶(NR)在密炼机中塑化20min后，将(1)得到的氮化铝(AlN)加入密炼机继续混炼10min，最终加入40克EVA,2克抗氧剂1010和1克硫化剂(双2.5)一起置于密炼机内混合均匀，然后将混炼胶置于模具中进行冷压成型，成型压力5MPa，持续时间30s，反复冷压5次。然后升温速率为5℃/min升温至150℃，在150℃外加电场下进行硫化30min，脱模得到导热绝缘橡塑复合材料。测试此导热绝缘橡塑复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能，结果如表1所示。

实施例2

本实施例导热绝缘橡塑复合材料的制备方法如下：

(1)将1.5克偶联剂(A-172)溶于250ml的乙醇质量分数为85％的乙醇-水溶液中，配制成偶联剂乙醇-水溶液；将30克六方片状氮化硼预先在温度为100℃、摩尔浓度为2.5mol/L的250ml氢氧化钠浓溶液中反应15h，然后过滤、干燥。接着放入偶联剂乙醇-水溶液在70℃下反应5h，得到表面接枝偶联剂后的六方片状氮化硼。

(2)将60克三元乙丙橡胶(EPDM)与硅橡胶(MVQ)在密炼机中塑化20min后，将步骤(1)得到的六方片状氮化硼(h-BN)加入密炼机继续混炼10min，最终加入30克聚乙烯(PE)、3克抗氧剂1010和1.5克硫化剂(双2.5)一起置于密炼机内混合均匀，然后将混炼胶置于模具中进行冷压成型，成型压力10MPa，持续时间20s，反复冷压5次。然后升温速率为7℃/min升温至160℃，在160℃外加电场下进行硫化30min，脱模得到导热绝缘橡塑复合材料。测试此导热绝缘橡塑复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能，结果如表1所示。

实施例3

本实施例导热绝缘橡塑复合材料的制备方法如下：

(1)将3克偶联剂(A-172)溶于250ml的乙醇质量分数为90％的乙醇-水溶液中，配制成偶联剂乙醇-水溶液；将50克六方片状氮化硼(h-BN)与氧化铝(Al₂O₃)预先在温度为120℃、摩尔浓度为4mol/L的250ml氢氧化钠浓溶液中反应18h，然后过滤、干燥。接着放入偶联剂乙醇-水溶液在80℃下反应4h，得到表面接枝偶联剂后的六方片状氮化硼。

(2)将60克甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)在密炼机中塑化25min后，将(1)得到的六方片状氮化硼(h-BN)加入密炼机继续混炼10min，最终加入40克聚丙烯(PP)、5克抗氧剂1010和2克硫化剂(双2.5)一起置于密炼机内混合均匀，然后将混炼胶置于模具中进行冷压成型，成型压力15MPa，持续时间35s，反复冷压5次。然后升温速率为10℃/min升温至170℃，在170℃外加电场下进行硫化40min，脱模得到导热绝缘橡塑复合材料。测试此导热绝缘橡塑复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能，结果如表1所示。

实施例4

本实施例导热绝缘橡塑复合材料的制备方法如下：

(1)将2.5克偶联剂(A-172)溶于250ml的乙醇质量分数为95％的乙醇-水溶液中，配制成偶联剂乙醇-水溶液；将50克碳化硅晶须(SiC)与氮化铝(AlN)预先在温度为130℃、摩尔浓度为5mol/L的250ml氢氧化钠浓溶液中反应18h，然后过滤、干燥。接着放入偶联剂乙醇-水溶液在80℃下反应6h，得到表面接枝偶联剂后的六方片状氮化硼。

(2)将60克甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)与丁苯橡胶(SBR)在密炼机中塑化25min后，将步骤(1)得到的碳化硅(SiC)加入密炼机继续混炼10min，最终加入30克乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、5克抗氧剂1010和3克硫化剂(双2.5)一起置于密炼机内混合均匀，然后将混炼胶置于模具中进行冷压成型，成型压力25MPa，持续时间30s，反复冷压5次。然后升温速率为13℃/min升温至180℃，在180℃外加电场下进行硫化20min，脱模得到导热绝缘橡塑复合材料。测试此导热绝缘橡塑复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能，结果如表1所示。

实施例5

本实施例导热绝缘橡塑复合材料的制备方法如下：

(1)将3克偶联剂(A-172)溶于250ml的乙醇质量分数为95％的乙醇-水溶液中，配制成偶联剂乙醇-水溶液；将30克六方片状氮化硼预先在温度为110℃、摩尔浓度为5mol/L的250ml氢氧化钠浓溶液中反应18h，然后过滤、干燥。接着放入偶联剂乙醇-水溶液在80℃下反应5h，得到表面接枝偶联剂后的六方片状氮化硼。

(2)将60克甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)在密炼机中塑化25min后，将步骤(1)得到的六方片状氮化硼(h-BN)加入密炼机继续混炼10min，最终加入30克乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、7克抗氧剂1010和4克硫化剂(双2.5)一起置于密炼机内混合均匀，然后将混炼胶置于模具中进行冷压成型，成型压力17MPa，持续时间40s，反复冷压5次。然后升温速率为15℃/min升温至200℃，在200℃外加电场下进行硫化25min，脱模得到导热绝缘橡塑复合材料。测试此导热绝缘橡塑复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能，结果如表1所示。

表1本发明导热绝缘橡塑复合材料的各项性能参数

显然，以上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。

Claims

1.一种导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于，是由如下质量份数的原料制备而成：

2.如权利要求1所述的导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于：所述的橡胶类基体为甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)、天然橡胶(NR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁苯橡胶(SBR)的任一种或其组合物。

3.如权利要求1所述的导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于：所述的橡胶类基体加入量优选为60份。

4.如权利要求1所述的导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于：所述的塑料类基体为乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、的任一种或其组合物。

5.如权利要求1所述的导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于：所述的塑料类基体加入量优选为20份。

6.如权利要求1所诉的导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于：所述的导热绝缘填料为六方片状氮化硼(h-BN)、氮化铝(AlN)、碳化硅晶须(SiC)、氧化铝(Al₂O₃)的任一种或其组合物。

7.如权利要求1所诉的导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于：所述的导热绝缘填料加入量优选为30份。

8.如权利要求1所述的导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于：所述的硫化剂加入量优选为3份。

9.如权利要求1所述的导热绝缘橡塑复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂加入量优选为5份，硅烷偶联剂加入量优选为3份。

10.如权利要求1～9任一所述的导热绝缘橡塑复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(4)所述步骤(3)冷压成型压力为5～25MPa，持续时间20～40s，升温至140～200℃，升温速率为5～15℃/min，硫化成型压力10～20MPa，硫化时间25～40min。