1.本发明涉及一种导热复合材料及其制备方法，特别是涉及一种氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料。
背景技术：2.电子设备的性能不断地提高，在使用过程中会释放出大量的热量，小型化微型化的设备内部温度不断升高，可能会对设备零件造成不可逆的影响，使设备寿命降低，功能失效。传统的导热材料多为金属及其化合物(如ag、au、cu、fe等)和一些非金属材料(如石墨、sic等)。金属作为热能的良好导体，却存在重量大和易受到化学物质腐蚀的缺点，尤其是金属材料的电绝缘性能差，往往使其在工业领域的应用受到限制。而石墨等非金属材料虽有具备较高的导热系数，却在力学性能方面令人缺憾，导致其无法应用于绝大部分工业场景。
3.对于高分子聚合物，一般采用导热填料填充以达到一定的导热效果，但是其需要较高填充量的以形成导热网络从而实现导热效果的提升。但是高填充量的导热填料同时会影响材料力学及电气绝缘性能等。
技术实现要素：4.针对上述现有技术的缺陷，本发明的一个任务使提供一种氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，解决聚乙烯基材料导热性能不佳，需要较高填充量的导热材料提升导热性能的问题，在较少填料用料下保持良好的导热性及优良电绝缘性能。本发明的另一个任务是提供一种氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料的制备方法。
5.本发明技术方案如下：一种氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，由下述重量份的组分组成：聚乙烯树脂100份，氮化硼混合填充粒子5～20份，复合抗氧剂0.05～0.10份和分散剂0.2～0.5份，所述氮化硼混合填充粒子为一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二维纳米片的混合物。
6.进一步地，所述一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二维纳米片的混合重量比为1∶2～9。
7.进一步地，所述一维氮化硼纳米管采用硅烷偶联剂kh-550或kh-570进行改性处理。
8.进一步地，所述液相剥离的氮化硼二维纳米片是由粒径为5～15nm的h-bn经液相剥离得到。
9.进一步地，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。
10.进一步地，所述复合抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168混合组成。
11.一种氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料的制备方法，将聚乙烯树脂100份，氮化硼混合填充粒子5～20份，复合抗氧剂0.05～0.10份和分散剂0.2～0.5份倒入高速混合机中混合，然后将混合物加入双辊开炼机进一步混合，最后压制成型得到氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，所述氮化硼混合填充粒子为一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二
维纳米片的混合物。
12.进一步地，所述一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二维纳米片的混合重量比为1∶2～9。
13.进一步地，所述一维氮化硼纳米管由以下步骤改性：将氮化硼纳米管加入到硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中，搅拌并离心处理后，用无水乙醇冲洗，最后进行真空干燥，所述硅烷偶联剂为kh-550或kh-570，所述硅烷偶联剂的使用量为所述氮化硼纳米管的重量的0.2～0.5％。
14.进一步地，所述液相剥离的氮化硼二维纳米片由以下步骤制得：将h-bn干燥处理后加入金属钠并加入氮气保护密封，在无水无氧环境下，在搅拌状态下115～125℃保温35h以上，自然冷却降温后依次滴加正己烷和二甲基甲酰胺，用蒸馏水多次冲洗，抽滤沉降后得到氮化硼二维纳米片。
15.本发明所提供的技术方案的优点在于：
16.1)本发明通过不同维度氮化硼导热填料的加入，能够形成的杂化导热网络，可以优化氮化硼纳米粒子的填充密度，形成协同效应，降低填料的用量，有效改善基体树脂的导热性能。同时氮化硼具有良好的高温绝缘性能，该种混合导热填料的加入可以保持复合材料基体的本征优势，如良好的电绝缘性能和加工性能等。
17.2)本发明通过对一维氮化硼纳米管进行表面改性处理可以提高其与基体材料之间的交联，一方面能够在体系内部更有效的形成导热网链；另一方面不规则的表面可以最大化的削弱范德华力，避免纳米材料团聚，影响分散性；同时b-n键的极性使氮化硼纳米管与基体材料之间具有强烈的界面相互作用，从而增强了复合材料的机械性能。
18.3)本发明使用非离子型分散剂聚乙烯基吡咯烷酮，由于范德华力使其被吸附于导热填料缝隙壁上，依靠空间位阻作用实现对固体颗粒的分散作用，从而有效提高材料的导热性。
19.4)本发明采用双辊开炼，压片成型制备导热复合材料，设计通过基体树脂与导热填料混合时的外力作用实现二维填料氮化硼纳米片的取向，从而进一步提高填料的填充效果，达到有效改善基体树脂导热性能的目的。
20.5)本发明所述的不同维度氮化硼混合填充改性聚乙烯导热复合材料。导热填料填充量低，导热效率高，同时复合材料的绝缘性能良好。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本说明之后，本领域技术人员对本说明的各种等同形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围内。
22.实施例1
23.本实施例氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，由下述重量份的组分组成：100kg的低密度聚乙烯树脂，0.5kg的一维氮化硼纳米管，4.5kg的液相剥离的氮化硼二维纳米片、0.02kg的抗氧剂1010、0.04kg的抗氧剂168和0.2kg的聚乙烯基吡咯烷酮。
24.实施例2
25.本实施例氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，由下述重量份的组分组成：100kg
的低密度聚乙烯树脂，2kg的一维氮化硼纳米管，4.5kg的液相剥离的氮化硼二维纳米片、0.02kg的抗氧剂1010、0.04kg的抗氧剂168和0.2kg的聚乙烯基吡咯烷酮。
26.实施例3
27.本实施例氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，由下述重量份的组分组成：100kg的低密度聚乙烯树脂，2kg的一维氮化硼纳米管，18kg的液相剥离的氮化硼二维纳米片、0.02kg的抗氧剂1010、0.04kg的抗氧剂168和0.2kg的聚乙烯基吡咯烷酮。
28.实施例4
29.本实施例氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，由下述重量份的组分组成：100kg的低密度聚乙烯树脂，2kg的一维氮化硼纳米管，18kg的液相剥离的氮化硼二维纳米片、0.02kg的抗氧剂1010、0.05kg的抗氧剂168和0.3kg的聚乙烯基吡咯烷酮。
30.实施例5
31.本实施例氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，由下述重量份的组分组成：100kg的低密度聚乙烯树脂，2kg的一维氮化硼纳米管，18kg的液相剥离的氮化硼二维纳米片、0.03kg的抗氧剂1010、0.06kg的抗氧剂168和0.5kg的聚乙烯基吡咯烷酮。
32.上述实施例得氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料采用以下方法制得：
33.首先制备氮化硼二维纳米片，将粒径为5～15nm的h-bn放在锥形瓶内干燥处理24h，再将金属钠放入锥形瓶中封口，加入氮气保护，在无水无氧环境下，磁力搅拌状态下120℃保温40h。自然冷却降温后依次滴加正己烷和二甲基甲酰胺，用蒸馏水多次冲洗，抽滤沉降后得到氮化硼二维纳米片。
34.按配方称取各原料，其中一维氮化硼纳米管与液相剥离的氮化硼二维纳米片在80℃下真空烘箱干燥6小时备用；然后将各原料倒入高速混合机中混合，高速混合机搅拌桨转速900转/分，再将混合物料加入双辊开炼机进一步混合，最后压制成型得到氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料。其中，双辊开炼机温度为：前辊温度为110℃，后辊温度为115℃，辊间距控制在4到6mm；压片机温度为上板175℃，下板175℃，低压5min，高压6min，冷却3min。
35.将实施例1-5所制备的导热复合材料进行了性能测试，测试结果如下表所示(/为未测试)。
36.导热材料导热系数/w/(m
·
k)体积电阻/*108ω击穿电压/kv实施例10.512.327.74实施例20.650.457.65实施例30.821.077.72实施例40.82//实施例50.82//
37.将上述实施例中所采用得一维氮化硼纳米管进行表面改性，具体方法如下：将氮化硼纳米管加入到硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中，控制温度为50℃，在磁力搅拌器上搅拌6h后超声30min，使用高速心机离心后，用无水乙醇冲洗3次，最后，将改性材料放入真空干燥箱中干燥，密封存储，备用。
38.实施例6
39.硅烷偶联剂为kh550，添加量为氮化硼纳米管质量得0.2％，其余同实施例1。
40.实施例7
41.硅烷偶联剂为kh570，添加量为氮化硼纳米管质量得0.2％，其余同实施例2。
42.实施例8
43.硅烷偶联剂为kh570，添加量为氮化硼纳米管质量得0.2％，其余同实施例3。
44.实施例9
45.硅烷偶联剂为kh570，添加量为氮化硼纳米管质量得0.4％，其余同实施例3。
46.实施例10
47.硅烷偶联剂为kh570，添加量为氮化硼纳米管质量得0.5％，其余同实施例3。
48.将实施例6-10所制备的导热复合材料进行了性能测试，测试结果如下表所示。
49.导热材料导热系数/w/(m
·
k)体积电阻/*108ω击穿电压/kv实施例60.631.157.68实施例70.761.507.74实施例81.081.467.72实施例91.011.477.74实施例100.981.537.78
50.在实施例1的基础上采用sds作为分散剂替换聚乙烯基吡咯烷酮制备对比例，对该对比例进行了性能测试，结果为导热系数0.47w/(m
·
k)，体积电阻0.17*108ω，击穿电压7.67kv。
技术特征：1.一种氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，其特征在于，由下述重量份的组分组成：聚乙烯树脂100份，氮化硼混合填充粒子5～20份，复合抗氧剂0.05～0.10份和分散剂0.2～0.5份，所述氮化硼混合填充粒子为一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二维纳米片的混合物。2.根据权利要求1所述的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二维纳米片的混合重量比为1∶2～9。3.根据权利要求1所述的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述一维氮化硼纳米管采用硅烷偶联剂kh-550或kh-570进行改性处理。4.根据权利要求1所述的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述液相剥离的氮化硼二维纳米片是由粒径为5～15nm的h-bn经液相剥离得到。5.根据权利要求1所述的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。6.根据权利要求1所述的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，其特征在于，所述复合抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂168混合组成。7.一种氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料的制备方法，其特征在于，将聚乙烯树脂100份，氮化硼混合填充粒子5～20份，复合抗氧剂0.05～0.10份和分散剂0.2～0.5份倒入高速混合机中混合，然后将混合物加入双辊开炼机进一步混合，最后压制成型得到氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，所述氮化硼混合填充粒子为一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二维纳米片的混合物。8.根据权利要求7所述的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二维纳米片的混合重量比为1∶2～9。9.根据权利要求7所述的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述一维氮化硼纳米管由以下步骤改性：将氮化硼纳米管加入到硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中，搅拌并离心处理后，用无水乙醇冲洗，最后进行真空干燥，所述硅烷偶联剂为kh-550或kh-570，所述硅烷偶联剂的使用量为所述氮化硼纳米管的重量的0.2～0.5％。10.根据权利要求7所述的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述液相剥离的氮化硼二维纳米片由以下步骤制得：将h-bn干燥处理后加入金属钠并加入氮气保护密封，在无水无氧环境下，在搅拌状态下115～125℃保温35h以上，自然冷却降温后依次滴加正己烷和二甲基甲酰胺，用蒸馏水多次冲洗，抽滤沉降后得到氮化硼二维纳米片。
技术总结本发明公开了一种氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料，由下述重量份的组分组成：聚乙烯树脂100份，氮化硼混合填充粒子5～20份，复合抗氧剂0.05～0.10份和分散剂0.2～0.5份，所述氮化硼混合填充粒子为一维氮化硼纳米管和液相剥离的氮化硼二维纳米片的混合物。本发明还公开了氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料的制备方法，将原料搅拌混合后加入双辊开炼机混合压制成型。本发明的氮化硼混合改性聚乙烯导热复合材料具有良好的导热性及优良电绝缘性能，以满足电子电气、高温润滑等行业对高性能复合材料的需求。能复合材料的需求。
技术研发人员：杨菁菁 康厚彬
受保护的技术使用者：苏州市毅鑫新材料科技有限公司
技术研发日：2022.07.04
技术公布日：2022/11/1
