CN102649328B - 高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，它是由导热塑料下层、金属丝网增强层和导热塑料上层从下至上依次复合而成；导热塑料下层的厚度为0.1-5毫米，金属丝网增强层的厚度为0.1-5毫米；导热塑料上层的厚度为0.1-5毫米；本发明具有力学性能好高、耐腐蚀、热传导系数高的特点，并且容易进行二次加工。弯曲强度能够大于70MPa，热传导系数大于1.5W/m·oC，而纯导热塑料的弯曲强度只有25至50MPa，热传导系数约为0.4-1.0W/m·oC；本发明得到的金属丝网增强导热塑料非常适合散热器、热交换器的制备。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种高强度金属丝网增强导热塑料。
背景技术
金属材料具有优良的力学性能和导热性能，在散热器、热交换器等领域获得了广泛的应用。但是，金属材料具有容易腐蚀，连接工艺比较复杂、容易出现泄漏等问题，因此限制了金属材料在散热器、热交换器等领域的应用。
导热塑料由聚合物、导热填料以及各种助剂经混合、造粒、挤出成型而成。不仅具有高的导热系数，能满足或基本满足散热器、热交换器等产品使用要求，而且成本低，加工方便的优点，而且可以通过熔融焊接的方式连接，简便、易推广。
但是，目前的导热塑料导热性较低，热传导系数一般小于1.0w/m·℃。由于导热系数与导热填料的含量基本呈正比关系，随着导热填料含量的增加而增加。因此，如果需要提高导热塑料的导热系数，则需要很高的导热填料，在导热塑料内部产生较多缺陷，所以导热塑料的力学性能会受到极大的影响，表现为强度降低，以聚乙烯、聚丙烯及其共聚物为基体时弯曲强度只有25至50MPa。同时，导热塑料的韧性变差，断裂伸长率降低尤为显著。所以简单地通过增加导热填料的比例来进一步提高热传导系数的方法是不可行的。
中国专利（201010001190.0）报道了用一种利用金属铝制备散热器片外壳，再用注塑机在其腔内注入专用导热塑料合金形成全塑内壁，最后使用塑料热熔的方式连接成组的塑铝复合散热器。但是这种方法金属铝在外层，不适合强酸腐蚀、氧化等条件下使用的散热器或者热交换器。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，本发明可以满足高性能散热器、热交换器等产品的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，它是由导热塑料下层、金属丝网增强层和导热塑料上层从下至上依次复合而成；导热塑料下层的厚度为0.1-5毫米，金属丝网增强层的厚度为0.1-5毫米；导热塑料上层的厚度为0.1-5毫米。
进一步地，所述导热塑料下层和导热塑料上层均由导热塑料挤压形成，所述导热塑料是由聚合物、导热填料、增韧剂、增容剂、偶联剂和润滑剂按照100：50-300：1-10：1-100：1-5；1-10的重量配比混合、造粒而成。
进一步地，所述聚合物由聚乙烯、硅烷接枝聚乙烯、均聚聚丙烯、无规共聚丙烯（PP-R）、嵌段共聚丙烯（PP-B）中的一种或者一种以上混合组成。
进一步地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
进一步地，所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
进一步地，所述导热填料由鳞片石墨、膨胀石墨、胶体石墨、三氧化二铝、氮化铝、铜、铝、不锈钢纤维或者粉末中的一种或者一种以上混合组成。
进一步地，所述偶联剂由钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂中的一种或者一种以上混合组成。
进一步地，所述润滑剂由白油、聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的一种或者一种以上混合组成。
本发明的有益效果是：本发明得到的金属丝网增强导热塑料具有力学性能好高、耐腐蚀、热传导系数高的优点，并且容易进行二次加工。弯曲强度能够大于70MPa，热传导系数大于1.5W/m·oC，而纯导热塑料的弯曲强度只有25至50MPa，热传导系数约为0.4-1.0W/m·oC。本发明得到的金属丝网增强导热塑料非常适合散热器、热交换器的制备。
附图说明
图1是本发明高强度高导热性金属丝网增强导热塑料片材的结构示意图。
具体实施方式
本发明高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料是由导热塑料下层1、金属丝网增强层2和导热塑料上层3通过三层复合而成，导热塑料下层1的厚度为0.1-5毫米，金属丝网增强层2的厚度为0.1-5毫米；导热塑料上层3的厚度为0.1-5毫米。
本发明高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料通过以下方法制备得到：先用共挤出的方法制备导热塑料下层1和导热塑料上层3，导电塑料与一层或多层金属丝网形成金属丝网增强层2，将导热塑料下层1、金属丝网增强层2和导热塑料上层3依次叠加，裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。
其中，金属丝网宽度为5-100毫米，网孔尺寸为1-800目，金属丝直径是0.1-5毫米；金属丝是不锈钢丝、铝丝或者铜丝。
聚合物由聚乙烯、硅烷接枝聚乙烯、均聚聚丙烯、无规共聚丙烯（PP-R）、嵌段共聚丙烯（PP-B）中的一种或者一种以上混合组成；增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯；导热填料由鳞片石墨、膨胀石墨、胶体石墨、三氧化二铝、氮化铝、铜、铝、不锈钢纤维或者粉末中的一种或者一种以上混合组成；偶联剂是钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂中的一种或者一种以上混合组成；润滑剂是白油、聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的一种或者一种以上混合组成。
下面根据实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
实施例1
按重量计，将聚乙烯95份，聚乙烯接枝马来酸酐5份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1份,导热填料鳞片石墨200份，钛酸酯偶联剂5份，聚乙烯蜡10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与一层不锈钢网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却定型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，不锈钢网增强层为0.1毫米；上层导热塑料为0.6毫米。该不锈钢网目数为50目，钢丝直径为0.1毫米。该不锈钢网增强导热塑料的弯曲强度为70 MPa，热传导系数为2.5W/m·oC。
实施例2
按重量计，将聚乙烯100份，聚乙烯接枝马来酸酐10份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物10份,导热填料鳞片石墨100份，铝酸酯偶联剂5份，聚乙烯蜡10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与两层金属丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.2毫米，金属丝网增强层为0.2毫米；上层导热塑料为0.5毫米。该不锈钢网目数为800目，钢丝直径为0.1毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为72 MPa，热传导系数为1.92 W/m·oC。
实施例3
按重量计，将均聚聚丙烯（挤出级）100份，乙烯-辛烯共聚物5份,马来酸酐接枝聚丙烯30份，导热填料膨胀石墨50份，钛酸酯偶联剂2份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与四层铜网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，铜网增强层约为0.5毫米；上层导热塑料为0.1毫米。该铜网目数为800目，铜丝直径为0.1毫米。该铜网增强导热塑料的弯曲强度为95 MPa，热传导系数为2.2 W/m·oC。
实施例4
按重量计，将硅烷接枝聚乙烯100份，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，导热填料膨胀石墨200份，钛酸酯偶联剂5份,白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与一层不锈钢网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，不锈钢网增强层为1毫米；上层导热塑料为0.25毫米。该不锈钢网目数为1目，不锈钢丝直径为1毫米。该不锈钢网增强导热塑料的弯曲强度为70 MPa，热传导系数为1.50 W/m·oC。
实施例5
按重量计，将100份PPR，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，导热填料膨胀石墨200份，钛酸酯偶联剂5份,白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与一层铝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，铝网增强层为0.25毫米；上层导热塑料为0.25毫米。该铝网目数为1目，铝丝直径为0.25毫米。该铝网增强导热塑料的弯曲强度为72 MPa，热传导系数为1.80 W/m·oC。
实施例6
按重量计，将100份PP-R，10份乙烯-辛烯共聚物,100份马来酸酐接枝聚乙烯，100份胶体石墨，100份鳞片石墨和100份三氧化二铝，5份钛酸酯偶联剂以及10份白油用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与一层或多层金属丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.2毫米，不锈钢丝网增强层为0.2毫米；上层导热塑料为0.25毫米。该不锈钢网目数为400目，不锈钢丝直径为0.2毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为110 MPa，热传导系数为1.98 W/m·oC。
实施例7
按重量计，将100份PP-B，10份乙烯-辛烯共聚物,100份马来酸酐接枝聚乙烯，200份三氧化二铝，5份钛酸酯偶联剂以及10份白油用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与5层不锈钢丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，不锈钢丝网增强层为0.5毫米；上层导热塑料为0.2毫米。该不锈钢网目数为100目，不锈钢丝直径为0.1毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为115 MPa，热传导系数为2.80 W/m·oC。
实施例8
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，氮化铝200份，膨胀石墨100份，钛酸酯偶联剂5份,白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与两层不锈钢丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，不锈钢丝网增强层为0.2毫米；上层导热塑料为0.5毫米。该不锈钢网目数为1000目，不锈钢丝直径为0.1毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为92MPa，热传导系数为1.64 W/m·oC。
实施例9
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，铜粉300份，钛酸酯偶联剂5份,白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与一层不锈钢丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，不锈钢丝网增强层为0.2毫米；上层导热塑料为1毫米。该不锈钢网目数为400目，不锈钢丝直径为0.2毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为62 MPa，热传导系数为2.20 W/m·oC。
实施例10
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，铝粉200份，钛酸酯偶联剂5份,白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与两层不锈钢丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为1毫米，不锈钢丝网增强层为0.2毫米；上层导热塑料为1毫米。该不锈钢网目数为200目，不锈钢丝直径为0.1毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为69 MPa，热传导系数为1.5 W/m·oC。
实施例11
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，不锈钢纤维100份，钛酸酯偶联剂5份,白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与一层不锈钢丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.5毫米，不锈钢丝网增强层为0.2毫米；上层导热塑料为0.2毫米。该不锈钢网目数为600目，不锈钢丝直径为0.2毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为78 MPa，热传导系数为1.52 W/m·oC
实施例12
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，鳞片石墨150份，钛酸酯偶联剂5份,白油5份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与一层不锈钢丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，不锈钢丝网增强层为0.20毫米；上层导热塑料为0.5毫米。该不锈钢网目数为400目，不锈钢丝直径为0.2毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为92 MPa，热传导系数为1.63 W/m·oC。
实施例13
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，不锈钢粉300份，钛酸酯偶联剂5份,白油10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与一层不锈钢丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，不锈钢丝网增强层为0.20毫米；上层导热塑料为0.5毫米。该不锈钢网目数为50目，不锈钢丝直径为0.2毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为55 MPa，热传导系数为1.51 W/m·oC。
实施例14
按重量计，将PPR100份，乙烯-辛烯共聚物10份,马来酸酐接枝聚乙烯100份，不锈钢纤维200份，钛酸酯偶联剂5份,硬脂酸钙10份用高速混合机混合，然后用双螺杆挤出机挤出造粒。先用共挤出的方法制备下层为导热塑料层、芯层为导电塑料与五层不锈钢丝网形成的增强层、上层为导热塑料层的片材或板材，然后裁剪后在模具中进行热压和冷却成型。下层导热塑料的厚度为0.1毫米，不锈钢丝网增强层为0.5毫米；上层导热塑料为0.2毫米。该不锈钢网目数为200目，不锈钢丝直径为0.1毫米。该不锈钢丝网增强导热塑料的弯曲强度为150 MPa，热传导系数为2.28 W/m·oC。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，其特征在于，它是由导热塑料下层（1）、金属丝网增强层（2）和导热塑料上层（3）从下至上依次复合而成；导热塑料下层（1）的厚度为0.1-5毫米，金属丝网增强层（2）的厚度为0.1-5毫米；导热塑料上层（3）的厚度为0.1-5毫米；所述导热塑料下层（1）和导热塑料上层（3）均由导热塑料挤压形成，所述导热塑料是由聚合物、导热填料、增韧剂、增容剂、偶联剂和润滑剂按照100：300：1-10：1-100：1-5：1-10的重量配比混合、造粒而成。
2.根据权利要求1所述高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，其特征在于，所述聚合物由聚乙烯、硅烷接枝聚乙烯、均聚聚丙烯、无规共聚丙烯、嵌段共聚丙烯中的一种或者一种以上混合组成。
3.根据权利要求1所述高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
4.根据权利要求1所述高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
5.根据权利要求1所述高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，其特征在于，所述导热填料由鳞片石墨、膨胀石墨、胶体石墨、三氧化二铝、氮化铝、铜、铝、不锈钢纤维或者粉末中的一种或者一种以上混合组成。
6.根据权利要求1所述高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，其特征在于，所述偶联剂由钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂中的一种或者一种以上混合组成。
7.根据权利要求1所述高强度耐腐蚀高导热性金属丝网增强导热塑料，其特征在于，所述润滑剂由白油、聚乙烯蜡、硬脂酸钙中的一种或者一种以上混合组成。
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