专利名称：一种高导热高强度绝缘pps复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种高导热高强度绝缘PPS复合材料及其制备方法。
背景技术：
近年来随着高分子科学技术的进步以及信息等新产业的蓬勃发展，对高分子材料提出新的性能要求，高分子材料开始成为热的良导体，扮演了导热领域的重要角色，颠覆了传统的塑料高分子材料隔热的概念。导热复合材料与金属材料相比，具体有以下几大优势 第一，重量轻；第二，设计自由度高；第三，加工成型方便；第四，绝缘性能好；第五，无需二次加工，更绿色环保。
聚苯硫醚(PPS)又称聚苯撑硫、聚亚(次)苯基硫醚，是一种轻量化、高性能材料， 在电子、汽车、精密机械及航空航天、军事设备中的应用正越来越受到重视，尤其在新型复合材料应用上极具潜质。PPS的链节结构单元非常简单，刚硬的单体赋予材料在高温下很高的强度、刚度保留率，有着较强的结晶趋势和较大的结晶度，然而，同时也因为PPS主链上有大量苯环，并且结晶度很高，使其断裂伸长率低，韧性、抗冲击性也较差；另一方面，PPS 导热系数较低，是热的不良导体。这些缺点在一定程度上限制了它的应用。因此，对其进行改性研究势在必行。
现有技术对PPS复合材料的研究大多集中于使用纤维增强材料，如玻纤和碳纤维，还有偶联剂处理的无机填料，如各种高导热性的氮化物或氧化物纳米微粒，使PPS复合材料的结构得到了增强，性能有所改善，可是也产生了如下负面效果a.添加过多的碳纤维会 影响PPS复合材料的绝缘性，而添加玻纤则会导致产品出现表面粗糙，有毛刺的现象； b.采用偶联剂处理的无机填料由于表面积效应容易出现聚团，加大了产品的制备难度，性能也受到了影响；C.高填充率的采用普通无机填料，提高了 PPS复合材料的导热系数，却降低了其机械强度。发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺点而提供一种导热性好，高度绝缘， 高机械强度，制作工艺简单、外表美观、易于实现的PPS复合材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是
—种高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征是，按质量百分比组成为
聚苯硫醚树脂30-70%碳纤维5-15%等离子表面活化处理的无机填料10-40%高导热性Si3N45-15%热稳定剂O. 5-1 5%ο
所述的聚苯硫醚树脂是改性线型聚苯硫醚树脂，分子量大于100000。
所述的碳纤维为短切纤维，短切长度为5-12nm。
所述的等离子表面活化处理的无机填料是指经过介质阻挡放电处理得到的无机填料。
所述的介质阻挡放电处理为放电电压500-10000V，处理时间10_40min。
所述的等离子表面活化处理的无机填料是由纳米氮化铝粉末和无机晶须组成的混合物。
所述的纳米氮化铝粉末，是由片状和颗粒状纳米氮化铝粉末按体积比1:6混合而成的，其中片状氮化铝粉末的长径为100-300nm，颗粒状氮化铝粉末的粒径为5_20nm。
所述的无机晶须是碳化娃晶须、硫酸1丐晶须、硫酸锁晶须、硫酸续晶须、碳酸I丐晶须、碳酸镁晶须中的一种或两种以上的混合物，晶须长度为10-25 μ m。
所述的高导热性Si3N4是在原料粉体中加入有规则取向排列的晶种粒子，形成具有取向结构的纤维状氮化硅，其粒径为5 20 μ m。
所述的热稳定剂为脂肪醇聚氧苯乙烯醚磷酸酯盐和亚磷酸三壬基苯酯中的一种或两种的混合物。
本发明的PPS复合材料的制备方法包括如下步骤
(I)称取纳米氮化铝粉末和无机晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干；
(2)将步骤(I)处理所得的无机填料放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气，进行介质阻挡放电，放电电压为500-10000V，处理时间为10-40min，处理完毕后保存于氦气中待用；
(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在250-280°C，氧化热交联 2-4小时；
(4)按质量百分比称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的无机填料和氧化热交联处理的聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入高导热性Si3N4和热稳定剂，高速混合均匀；
(5)将上述混合料在双螺杆挤出机中与碳纤维混合，经熔融挤出，造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
跟现有技术相比，本发明所具备的特点和有益效果是
(I)引入短切碳纤维，实现了以下效果a.增加定向导热能力；b.增加材料的强度和韧性；c.产品表面相对光滑、美观，不会像加了玻璃纤维的复合材料一样出现表面粗糙、有毛刺的现象；
(2)无机填料经过等离子表面活化处理，既降低了表面能，避免聚团，又提高了可润湿性和粘附性，改善了其在树脂基体中的分散性和粘合性；选用的复合无机填料长短结合优势互补，对材料的结合起到了高效的增强和增韧作用，赋予本发明制作的PPS复合材料良好的机械强度和耐冲击性，并改善了加工性能；片状与颗粒状纳米氮化铝粉末混合均匀后相互紧密结合，让填料间形成最大的堆砌度，使体系中的导热网络在最大程度上形成高导热体系，从而实现有效的热传导；
(3)采用的高导热性Si3N4在原料粉体中加入晶种粒子，且晶种粒子有规则取向排列，形成具有取向的纤维状结构，使Si3N4的热导率呈现各向异性，在结构取向上热导率为 120W/m*K，为普通Si3N4的3倍，相当于钢的热导率，大大提高了 PPS复合材料的导热效果。
具体实施方式
本发明的制备方法如下
(I)称取纳米氮化铝粉末和无机晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干；
(2)将步骤(I)处理所得的无机填料放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气，进行介质阻挡放电，放电电压为500-10000V，处理时间为10-40min，处理完毕后保存于氦气中待用；
(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在250-280°C，氧化热交联 2-4小时；
(4)按质量百分比称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的无机填料和氧化热交联处理的聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入高导热性Si3N4和热稳定剂，高速混合均匀；
(5)将上述混合料在双螺杆挤出机中与碳纤维混合，经熔融挤出，冷却造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
为了加深对本发明的理解，下面通过实施例对本发明作进一步详述。所述实施例仅用于说明本发明的技术方案，并不构成对本发明权利保护范围的限定。
实施例1
(I)称取纳米氮化铝粉末和碳化硅晶须、硫酸钡晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干。
(2)将步骤(I)处理所得的无机填料放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气，进行介质阻挡放电，放电电压为1000V，处理时间为35min，处理完毕后保存于氦气中待用。
(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在250°C，氧化热交联4小时。
(4)称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的15kg无机填料和74kg氧化热交联处理的聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入8kg高导热性Si3N4和1. 3kg脂肪醇聚氧苯乙烯醚磷酸酯盐与亚磷酸三壬基苯酯的混合物，高速混合均匀。
(5)将上述混合料在双螺杆挤出机中与IOkg碳纤维混合均匀，经熔融挤出，冷却造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
实施例2
(I)称取纳米氮化铝粉末和硫酸钙晶须、硫酸镁晶须、碳酸镁晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干。
(2)将步骤(I)处理所得的无机填料放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气，进行介质阻挡放电，放电电压为3000V，处理时间为30min，处理完毕后保存于氦气中待用。
(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在280°C，氧化热交联2小时。
(4)称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的17. 2kg无机填料和54kg氧化热交联处理的聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入7. 6kg高导热性Si3N4和O. 9kg脂肪醇聚氧苯乙烯醚磷酸酯盐，高速混合均匀。
(5)将上述混合料在双螺杆挤出机中与12kg碳纤维混合均匀，经熔融挤出，冷却造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
实施例3
(I)称取纳米氮化铝粉末和碳酸钙晶须、碳酸镁晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干。
(2)将步骤(I)处理所得的无机填料放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气，进行介质阻挡放电，放电电压为5000V，处理时间为20min，处理完毕后保存于氦气中待用。
(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在270°C，氧化热交联3. 2 小时。
(4)称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的25kg无机填料和67kg氧化热交联处理的聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入9kg高导热性Si3N4和Ikg亚磷酸三壬基苯酯，高速混合均勻。
(5 )将上述混合料在双螺杆挤出机中与8. 7kg碳纤维混合均匀，经熔融挤出，冷却造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
实施例4
(I)称取纳米氮化铝粉末和硫酸钡晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin 以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干。
(2)将步骤(I)处理所得的无机填料放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气，进行介质阻挡放电，放电电压为7000V，处理时间为13min，处理完毕后保存于氦气中待用。
(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在265°C，氧化热交联4小时。
(4)称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的31. 5kg无机填料和58kg氧化热交联处理的聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入8. 4kg高导热性Si3N4和O. 8kg脂肪醇聚氧苯乙烯醚磷酸酯盐与亚磷酸三壬基苯酯的混合物，高速混合均匀。
(5 )将上述混合料在双螺杆挤出机中与7. 5kg碳纤维混合均匀，经熔融挤出，冷却造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
实施例5
(I)称取纳米氮化铝粉末和碳化硅晶须、硫酸镁晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干。
(2)将步骤(I)处理所得的纳米氮化铝粉末放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气， 进行介质阻挡放电，放电电压为10000V，处理时间为lOmin，处理完毕后保存于氦气中待用。
(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在275°C，氧化热交联3. 5 小时。
(4)称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的34kg无机填料和64kg聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入8kg高导热性Si3N4和1.1kg亚磷酸三壬基苯酯,高速混合均匀。
(5)将上述混合料在双螺杆挤出机中与14kg碳纤维混合均匀，经熔融挤出，冷却造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
实施例6
(I)称取纳米氮化铝粉末和碳酸钙晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin 以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干。
(2)将步骤(I)处理所得的无机填料放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气，进行介质阻挡放电，放电电压为500V，处理时间为40min，处理完毕后保存于氦气中待用。
(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在255°C，氧化热交联2. 5 小时。
(4)称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的41kg无机填料和45kg氧化热交联处理的聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入10. 6kg高导热性Si3N4和1. 2kg脂肪醇聚氧苯乙烯醚磷酸酯盐，高速混合均匀。
(5)将上述混合料在双螺杆挤出机中与11. 3kg碳纤维混合均匀，经熔融挤出，冷却造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
对实施例1 6所制得的产品进行性能测试，结果如下表所示
权利要求
1.一种高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征是，按质量百分比组成为聚苯硫醚树脂3U-70%碳纤维5-15%等离子表面活化处理的无机填料10-40%高导热性Si3N45-15%热稳定剂O 5-1 5%
2.根据权利要求1所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的聚苯硫醚树脂是改性线型聚苯硫醚树脂，分子量大于100000。
3.根据权利I要求所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的碳纤维为短切纤维，短切长度为5-12nm。
4.根据权利要求1所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的等离子表面活化处理的无机填料是指经过介质阻挡放电处理得到的无机填料。
5.根据权利要求1或4所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的介质阻挡放电处理为放电电压500-10000V，处理时间10-40min。
6.根据权利要求1或4所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的等离子表面活化处理的无机填料是由纳米氮化铝粉末和无机晶须组成的混合物。
7.根据权利要求6所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的纳米氮化铝粉末，是由片状和颗粒状纳米氮化铝粉末按体积比1:6混合而成的，其中片状氮化铝粉末的长径为100-300nm，颗粒状氮化铝粉末的粒径为5_20nm。
8.根据权利要求6所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的无机晶须是碳化硅晶须、硫酸钙晶须、硫酸钡晶须、硫酸镁晶须、碳酸钙晶须、碳酸镁晶须中的一种或两种以上的混合物，晶须长度为10-25 μ m。
9.根据权利要求1所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的高导热性Si3N4是在原料粉体中加入有规则取向排列的晶种粒子，形成具有取向结构的纤维状氮化硅，其粒径为5 20 μ m。
10.根据权利要求1所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料，其特征在于，所述的热稳定剂为脂肪醇聚氧苯乙烯醚磷酸酯盐和亚磷酸三壬基苯酯中的一种或两种的混合物。
11.一种制备权利要求1所述的高导热高强度绝缘PPS复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)称取纳米氮化铝粉末和无机晶须的混合物，放入丙酮中清洗并浸泡IOmin以除去表面污物，取出后用蒸馏水清洗去除残留丙酮，放在干净敞开空间晾干；(2)将步骤(I)处理所得的无机填料放入粉末处理装置中，缓慢通入氦气，进行介质阻挡放电，放电电压为500-10000V，处理时间为10-40min，处理完毕后保存于氦气中待用；(3)对聚苯硫醚树脂作氧化热交联处理，处理温度控制在250-280°C，氧化热交联2-4小时；(4)按质量百分比称取上述步骤所得的介质阻挡放电处理的无机填料和氧化热交联处理的聚苯硫醚树脂，放入高速搅拌机中，加入高导热性Si3N4和热稳定剂，高速混合均匀； (5)将上述混合料在双螺杆挤出机中与碳纤维混合，经熔融挤出，冷却造粒，获得高导热高强度绝缘PPS复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种高导热高强度绝缘PPS复合材料及其制备方法。该发明由聚苯硫醚树脂、碳纤维、等离子表面活化处理的无机填料、高导热性Si3N4和热稳定剂组成。制备方法如下1)将无机填料清洗并进行表面活化处理；2)对聚苯硫醚树脂进行氧化热交联处理；3)将无机填料、聚苯硫醚树脂、高导热性Si3N4和热稳定剂放入高速搅拌机中高速混合均匀；4)将上述混合料在双螺杆挤出机中与碳纤维混合，经熔融挤出，造粒。采用本发明所述方案制得的PPS复合材料具有高导热、高度绝缘和高机械强度的优点，且制作工艺简单，易于实现，可广泛用于电子电器元件、机械、汽车配件等技术领域。
文档编号C08K9/00GK102993751SQ20121051059
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者樊邦扬 申请人:鹤山丽得电子实业有限公司