CN103602060A - 导热耐磨绝缘尼龙6复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导热耐磨绝缘尼龙6复合材料及其制备方法，所述的材料由以下重量配比的原料制成：PA620-50%，纤维状导热填料10-30%，绝缘导热粉A15-30%，绝缘导热粉B5-10%，导热耐磨粉5-15%，偶联剂0.75-1.5%，相容剂3-10%，抗氧剂0.2-0.5%，润滑剂0.2-0.5%。本发明采用不同粒径、不同形状、不同长径比的导热填料进行复配，使得填料在塑料基体内分布更均匀，导热网络更易形成。本发明采用低喂料，高剪切的挤出工艺，使挤出机处于“饥饿状态”，以达到填料分散更均匀的效果。本发明添加纤维状导热填料时，使用单螺杆挤出机，对纤维的剪切更小，损伤更小，同时二次过机可使填料分散更加均匀；本发明具有导热效果好、耐磨性能优异和易加工性等特点。

Description

导热耐磨绝缘尼龙6复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导热耐磨绝缘尼龙6复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电路板大规模集成化和微封装技术的迅猛发展，电子元器件体积不断缩小，组装密度越来越高，而功率在不断增大，随之发热量也增大。因此，散热成为电子工业中一个重要问题，拥有优良导热性能的金属、陶瓷及碳材料，由于电绝缘性或加工成型性能较差的限制，已经难以满足现代电子工业的需求。尼龙6具有优越的综合性能，包括机械强度、刚度、韧度、机械减震性和耐磨性。这些特性，再加上良好的电绝缘能力和耐化学性，使尼龙6应用广泛，但其导热率较低，只有0.30 W/m·K，限制了其在散热、导热领域的应用。

针对尼龙导热率低的情况，国内外学者做了大量的研究，现在常用的方法是添加导热填料以达到提高尼龙导热率的目的，但都很难做到导热率、力学性能、电绝缘性能和耐磨性能都很优异，多数只能做到其中一个或两个性能优异。

专利CN1775860A介绍了一种可用于注射成型的导热绝缘塑料，利用大粒径导热填料和小粒径的导热填料的复配，能够得到导热率为3.469 W/m·k，具有一定力学性能和加工性能的导热绝缘塑料。但是其力学性能和耐磨性能都损失较大。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足，提供一种导热耐磨绝缘尼龙6复合材料。

本发明的目的之二在于提供一种该导热耐磨绝缘尼龙6复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种导热耐绝缘磨尼龙6复合材料，其特征在于该复合材料的组成即质量百分含量如下：

PA6                         20-50%，

纤维状导热填料              10-30%，

绝缘导热粉A                15-30%，

绝缘导热粉B                5-10%，

导热耐磨粉                  5-15%，

偶联剂                      0.75-1.5%，

相容剂                      3-10%，

抗氧剂                      0.2-0.5%，

润滑剂                      0.2-0.5%；

以上各组分的质量百分含量之和为100%。

上述的尼龙6的相对粘度为2.40-3.43。

上述的纤维状导热填料为碳纤维。

上述的绝缘导热粉A为碳化硅、氧化镁、氧化铝中的至少一种，粒径在50～100μm。

上述的绝缘导热粉B为氮化硼、氧化镁、氧化铝中的至少一种，粒径在1-10μm。

上述的导热耐磨粉为膨胀石墨、鳞片石墨中的至少一种，粒径在50-200μm。

上述的偶联剂为硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂中的至少一种。

上述的相容剂为CMG9805。

上述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂复配或抗氧剂1010与抗氧剂168复配。

上述的润滑剂为硅酮粉MB-4或TAF。

一种制备上述的导热耐磨绝缘PA6复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a. 将PA6原料烘干；

b. 为绝缘导热粉A、绝缘导热粉B、导热耐磨粉和偶联剂充分混合均匀，得导热填料；

c. 将纤维状导热填料浸泡在偶联剂中30min，取出备用；

d. 将步骤b所得导热填料和PA6、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后，经挤出水冷造粒，主机的频率为35-45Hz，喂料频率为5-11Hz，温度为215-235℃，得到一次造粒料；

e. 将步骤d所得一次造粒料干燥后和步骤c所得纤维状导热填料一起挤出造粒，得到导热耐磨绝缘PA6复合材料。。

本发明优点在于：

1、本方法制备的尼龙6复合材料，体积电阻可以达到10¹²Ω*cm；

2、本方法制备的尼龙6复合材料，保证体积电阻可以达到10¹²Ω*cm的同时，其热导率可达6 W/m·K。

3、本方法制备的尼龙6复合材料，在保证上述2个性能的情况下，尼龙6复合材料的摩擦系数可达到0.13。

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所记载的范围。

实施例1 

（1）按重量配比称取原料：PA6：20%，50μm氧化镁 30%，3μm氧化铝 10%，50μm鳞片石墨 10%，碳纤维 25%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述氧化镁，氧化铝，鳞片石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（3）将上述混合均匀的导热填料与PA6、加工助剂、相容剂一起加入到高速混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机主喂料筒中。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为42Hz，喂料频率为7Hz，温度为225℃。

（5）将一次造粒料加入到单螺杆挤出机主喂料筒，与偶联剂处理好的碳纤维一起挤出造粒，得到用于注塑成型的导热绝缘塑料。

实施例2 

（（1）按重量配比称取原料：PA6：30%，50μm氧化铝 20%，3μm氮化硼 10%，50μm鳞片石墨 15%，碳纤维 20%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述氧化铝，氮化硼，鳞片石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（3）将上述混合均匀的导热填料与PA6、加工助剂、相容剂一起加入到高速混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机主喂料筒中。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为40Hz，喂料频率为9Hz，温度为235℃。

（5）将一次造粒料加入到单螺杆挤出机主喂料筒，与偶联剂处理好的碳纤维一起挤出造粒，得到用于注塑成型的导热绝缘塑料。

实施例3

（1）按重量配比称取原料：PA6：40%，50μm氧化镁 20%，5μm氧化镁 10%，50μm膨胀石墨 10%，碳纤维 15%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述氧化镁，膨胀石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（3）将上述混合均匀的导热填料与PA6、加工助剂、相容剂一起加入到高速混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机主喂料筒中。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为40Hz，喂料频率为10Hz，温度为235℃。

（5）将一次造粒料加入到单螺杆挤出机主喂料筒，与偶联剂处理好的碳纤维一起挤出造粒，得到用于注塑成型的导热绝缘塑料。

实施例4

（1）按重量配比称取原料：PA6：50%，50μm碳化硅 20%，3μm氮化硼 10%，50μm膨胀石墨 5%，碳纤维 10%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，TAF 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述碳化硅，氮化硼，膨胀石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（3）将上述混合均匀的导热填料与PA6、加工助剂、相容剂一起加入到高速混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机主喂料筒中。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为45Hz，喂料频率为10Hz，温度为215℃。

（5）将一次造粒料加入到单螺杆挤出机主喂料筒，与偶联剂处理好的碳纤维一起挤出造粒，得到用于注塑成型的导热绝缘塑料。

对比例1

（1）按重量配比称取原料：PA6：40%，50μm氧化镁 20%，5μm氧化镁 10%，50μm膨胀石墨 15%，碳纤维 10%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述氧化镁，膨胀石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（3）将上述混合均匀的导热填料与PA6、加工助剂、相容剂一起加入到高速混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机主喂料筒中。

（4）上述物料经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到一次造粒料，双螺杆主机的频率为40Hz，喂料频率为10Hz，温度为235℃。

（5）将一次造粒料加入到单螺杆挤出机主喂料筒，与偶联剂处理好的碳纤维一起挤出造粒，得到用于注塑成型的导热绝缘塑料。

对比例2

（1）按重量配比称取原料：PA6：40%，50μm氧化镁 20%，5μm氧化镁 10%，50μm膨胀石墨 15%，碳纤维 10%，相容剂CMG9805 3.5% 硅烷偶联剂 1.5%，MB-4 0.2%，168/1010 0.4%。

（2）将上述氧化镁，膨胀石墨加入到高速混合机中，然后加入硅烷偶联剂混合均匀备用。

（3）将上述混合均匀的导热填料与PA6、加工助剂、相容剂一起加入到高速混合机中混合均匀，加入到双螺杆挤出机主喂料筒中。

（4）上述物料与偶联剂处理好的碳纤维一起经双螺杆挤出机挤出并造粒，得到用于注塑成型的导热绝缘塑料，双螺杆主机的频率为40Hz，喂料频率为10Hz，温度为235℃。

对比例1-2和实施例1-4制备的导热绝缘耐磨PA6的物理性能见下表1。

 表1 对比例1-2和实施例1-5制备的导热绝缘耐磨PA6的物理性能

    本发明采用特殊的加工工艺与合适的相容剂，改善了PA6与导热填料和导热纤维之间的相容性，优化了合金的加工性能和填料的分散性；该导热耐磨绝缘尼龙6复合材料具有良好的力学性能、耐磨性、绝缘性、高导热及易加工成型等优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。 

Claims (11)

1. 一种导热耐绝缘磨尼龙6复合材料，其特征在于该复合材料的组成即质量百分含量如下：

PA6                         20-50%，

纤维状导热填料              10-30%，

绝缘导热粉A                15-30%，

绝缘导热粉B                5-10%，

导热耐磨粉                  5-15%，

偶联剂                      0.75-1.5%，

相容剂                      3-10%，

抗氧剂                      0.2-0.5%，

润滑剂                      0.2-0.5%；

以上各组分的质量百分含量之和为100%。

2.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的尼龙6的相对粘度为2.40-3.43。

3.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的纤维状导热填料为碳纤维。

4.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的绝缘导热粉A为碳化硅、氧化镁、氧化铝中的至少一种，粒径在50～100μm。

5.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的绝缘导热粉B为氮化硼、氧化镁、氧化铝中的至少一种，粒径在1-10μm。

6.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的导热耐磨粉为膨胀石墨、鳞片石墨中的至少一种，粒径在50-200μm。

7.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的偶联剂为硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的相容剂为CMG9805。

9.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂复配或抗氧剂1010与抗氧剂168复配。

10.根据权利要求1所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料，其特征在于所述的润滑剂为硅酮粉MB-4或TAF。

11.一种制备根据权利要求1—10中任一项所述的导热耐磨绝缘PA6复合材料的方法，其特

征在于该方法的具体步骤为：

a. 将PA6原料烘干；

b. 为绝缘导热粉A、绝缘导热粉B、导热耐磨粉和偶联剂充分混合均匀，得导热填料；

c. 将纤维状导热填料浸泡在偶联剂中30min，取出备用；

d. 将步骤b所得导热填料和PA6、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后，经挤出水冷造粒，主机的频率为35-45Hz，喂料频率为5-11Hz，温度为215-235℃，得到一次造粒料；

e. 将步骤d所得一次造粒料干燥后和步骤c所得纤维状导热填料一起挤出造粒，得到导热耐磨绝缘PA6复合材料。