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CN106118110B - 一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料 - Google Patents

一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料 Download PDF

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Abstract

一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料，它涉及一种聚烯烃基木塑复合材料。本发明要解决现有木塑复合材料的传热性能很弱的问题。一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料按重量份数木质纤维材料、聚烯烃塑料、碳系纳米材料、偶联剂、相容剂及润滑剂制备而成。制备方法：一、称取；二、改性处理碳系纳米材料；三、熔融分散；四、高速混合；五、制备熔融混合物料；六、成型。本发明用于一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料及其制备方法。

Description

一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料
技术领域
本发明涉及一种聚烯烃基木塑复合材料。
背景技术
木塑复合材料是一种兼具木材和塑料的双重优点的新型绿色环保材料。它具有质轻高强、尺寸稳定性好、耐腐蚀、可回收再利用等优点，产品大量应用于汽车、建筑、家具等领域。由于木材和塑料是高绝缘性材料，使得木塑复合材料的传热性能很弱。提高木塑复合材料的导电导热性能，可使木塑复合材料得到更为广泛的应用。比如木塑复合地板如果具有良好非绝缘导热性能，一方面可以抗静电，减少灰尘的附着，增加美感；另一方面我国北方地区铺设该地板后采用地板辐射取暖的效果更加明显，可节约大量能源。
碳系纳米材料以其独特的物理、化学性质被认为是复合材料领域的理想改性材料之一。以填料形式，向聚合物基体中填加碳系纳米材料不仅可以有效增强材料本身的性能，还可以使材料获得本身不具备的性能。但由于碳系纳米材料极易形成团聚体，很难均匀分散在聚合物基体中。
发明内容
本发明要解决现有木塑复合材料的传热性能很弱的问题，而提供一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料。
一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由40份～80份木质纤维材料、20份～60份聚烯烃塑料、3份～20份碳系纳米材料、0.01份～3份偶联剂、0.5份～6份相容剂及0.5份～5份润滑剂制备而成；
所述的碳系纳米材料为石墨、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的一种或其中几种的混合物；所述的石墨的粒径为30目～150目；所述的碳纳米管的直径为10nm～50nm，长度为10μm～50μm，纯度＞95％；所述的碳纤维的直径为100nm～200nm，长度为10μm～30μm，纯度＞95％；所述的石墨烯的粒径为0.5μm～10μm，纯度＞95％。
一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一、称取：
按重量份数称取40份～80份木质纤维材料、20份～60份聚烯烃塑料、3份～20份碳系纳米材料、0.01份～3份偶联剂、0.5份～6份相容剂、0.5份～5份润滑剂及50份～300份无水乙醇溶液；
所述的碳系纳米材料为石墨、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的一种或其中几种的混合物；所述的石墨的粒径为30目～150目；所述的碳纳米管的直径为10nm～50nm，长度为10μm～50μm，纯度＞95％；所述的碳纤维的直径为100nm～200nm，长度为10μm～30μm，纯度＞95％；所述的石墨烯的粒径为0.5μm～10μm，纯度＞95％；
二、改性处理碳系纳米材料：
将0.01份～3份偶联剂加入到50份～300份无水乙醇溶液中，搅拌至溶解，然后加入3份～20份碳系纳米材料，得到混合溶液，将混合溶液置于超声处理器中，在室温条件下超声溶解50min～80min，溶解后用丙酮清洗过滤，最后置于温度为70℃～110℃的真空干燥箱中干燥8h～10h，得到改性处理后的碳系纳米材料；
三、熔融分散：
将步骤二得到的改性处理后的碳系纳米材料及20份～60份聚烯烃塑料加入到双螺杆挤出机中，并将超声分散仪的探头伸到双螺杆挤出机的进料口处，在料筒温度为150℃～220℃及转速为20r/min～60r/min的条件下熔融混合5min～30min，熔融后冷却至温度为40℃～60℃，得到熔融混料；
四、高速混合：
将步骤三得到的熔融混料、40份～80份木质纤维材料、0.5份～6份相容剂及0.5份～5份润滑剂置于高速混合机中，在转速为750r/min～1500r/min的条件下，混合5min～10min，得到中间混料；
五、制备熔融混合物料：
将步骤四得到的中间混料加入到双螺杆挤出机中，在料筒温度为150℃～220℃及转速为20r/min～60r/min的条件下，熔融混合5min～30min，得到最终的熔融混合物料；
六、成型：
在加工温度为150℃～200℃的条件下，将步骤五得到的最终的熔融混合物料进行挤出成型、热压成型或注射成型，得到一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料。
本发明的有益效果是：本发明将具有优异力学、导电、导热性能的碳系纳米材料以填料的形式应用于木塑复合材料中。通过对碳系纳米材料进行改性、在制备过程中利用超声分散仪对碳系纳米材料进行分散以及使碳系纳米填料与塑料基底多次熔融，可有效地在纳米材料表面引入多种官能团，使其在塑料基体中均匀分散并且增强其与木粉及塑料界面的结合力，从而发挥了碳系纳米填料的优异特性。通过本发明制备的非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料的弯曲强度提高10％～20％,冲击强度提高10％～20％，拉伸强度提高5％～15％，导热性能提高20％～150％。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由40份～80份木质纤维材料、20份～60份聚烯烃塑料、3份～20份碳系纳米材料、0.01份～3份偶联剂、0.5份～6份相容剂及0.5份～5份润滑剂制备而成；
所述的碳系纳米材料为石墨、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的一种或其中几种的混合物；所述的石墨的粒径为30目～150目；所述的碳纳米管的直径为10nm～50nm，长度为10μm～50μm，纯度＞95％；所述的碳纤维的直径为100nm～200nm，长度为10μm～30μm，纯度＞95％；所述的石墨烯的粒径为0.5μm～10μm，纯度＞95％。
本实施方式的有益效果是：本实施方式将具有优异力学、导电、导热性能的碳系纳米材料以填料的形式应用于木塑复合材料中。通过对碳系纳米材料进行改性、在制备过程中利用超声分散仪对碳系纳米材料进行分散以及使碳系纳米填料与塑料基底多次熔融，可有效地在纳米材料表面引入多种官能团，使其在塑料基体中均匀分散并且增强其与木粉及塑料界面的结合力，从而发挥了碳系纳米填料的优异特性。通过本实施方式制备的非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料的弯曲强度提高10％～20％,冲击强度提高10％～20％，拉伸强度提高5％～15％，导热性能提高20％～150％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的木质纤维材料为木粉、竹粉和农作物秸秆粉中的一种或其中几种的混合物；所述的木质纤维材料粒径为60目～200目，含水率为3％～15％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点是：所述的聚烯烃塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点是：所述的偶联剂为铝钛复合偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或两种的混合物；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种的混合物。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点是：所述的润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡和硬脂酸中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式所述的一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、称取：
按重量份数称取40份～80份木质纤维材料、20份～60份聚烯烃塑料、3份～20份碳系纳米材料、0.01份～3份偶联剂、0.5份～6份相容剂、0.5份～5份润滑剂及50份～300份无水乙醇溶液；
所述的碳系纳米材料为石墨、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的一种或其中几种的混合物；所述的石墨的粒径为30目～150目；所述的碳纳米管的直径为10nm～50nm，长度为10μm～50μm，纯度＞95％；所述的碳纤维的直径为100nm～200nm，长度为10μm～30μm，纯度＞95％；所述的石墨烯的粒径为0.5μm～10μm，纯度＞95％；
二、改性处理碳系纳米材料：
将0.01份～3份偶联剂加入到50份～300份无水乙醇溶液中，搅拌至溶解，然后加入3份～20份碳系纳米材料，得到混合溶液，将混合溶液置于超声处理器中，在室温条件下超声溶解50min～80min，溶解后用丙酮清洗过滤，最后置于温度为70℃～110℃的真空干燥箱中干燥8h～10h，得到改性处理后的碳系纳米材料；
三、熔融分散：
将步骤二得到的改性处理后的碳系纳米材料及20份～60份聚烯烃塑料加入到双螺杆挤出机中，并将超声分散仪的探头伸到双螺杆挤出机的进料口处，在料筒温度为150℃～220℃及转速为20r/min～60r/min的条件下熔融混合5min～30min，熔融后冷却至温度为40℃～60℃，得到熔融混料；
四、高速混合：
将步骤三得到的熔融混料、40份～80份木质纤维材料、0.5份～6份相容剂及0.5份～5份润滑剂置于高速混合机中，在转速为750r/min～1500r/min的条件下，混合5min～10min，得到中间混料；
五、制备熔融混合物料：
将步骤四得到的中间混料加入到双螺杆挤出机中，在料筒温度为150℃～220℃及转速为20r/min～60r/min的条件下，熔融混合5min～30min，得到最终的熔融混合物料；
六、成型：
在加工温度为150℃～200℃的条件下，将步骤五得到的最终的熔融混合物料进行挤出成型、热压成型或注射成型，得到一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同点是：步骤一中所述的木质纤维材料为木粉、竹粉和农作物秸秆粉中的一种或其中几种的混合物；所述的木质纤维材料粒径为60目～200目，含水率为3％～15％。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一不同点是：步骤一中所述的聚烯烃塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同点是：步骤一中所述的偶联剂为铝钛复合偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或两种的混合物；步骤一中所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种的混合物。其它与具体实施方式六至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同点是：步骤一中所述的润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡和硬脂酸中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式六至九相同。
采用下述试验验证本发明效果：
实施例一：
一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由60份木质纤维材料、40份聚烯烃塑料、9份碳系纳米材料、0.5份偶联剂、3份相容剂及3份润滑剂制备而成；
所述的碳系纳米材料为鳞片状石墨；所述的鳞片状石墨的粒径为70目～100目；
所述的木质纤维材料为杨木粉；所述的木质纤维材料粒径为80目，含水率为5％；
所述的聚烯烃塑料为聚丙烯；
所述的偶联剂为KH550；所述的相容剂为和马来酸酐接枝聚丙烯中；
所述的润滑剂为石蜡；
上述一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：
一、称取：
按重量份数称取60份木质纤维材料、40份聚烯烃塑料、9份碳系纳米材料、0.5份偶联剂、3份相容剂、3份润滑剂及200份无水乙醇溶液；
二、改性处理碳系纳米材料：
将0.5份偶联剂加入到200份无水乙醇溶液中，搅拌至溶解，然后加入9份碳系纳米材料，得到混合溶液，将混合溶液置于超声处理器中，在室温条件下超声溶解50min，溶解后用丙酮清洗过滤，最后置于温度为70℃的真空干燥箱中干燥10h，得到改性处理后的碳系纳米材料；
三、熔融分散：
将步骤二得到的改性处理后的碳系纳米材料及40份聚烯烃塑料加入到双螺杆挤出机中，并将超声分散仪的探头伸到双螺杆挤出机的进料口处，在料筒温度为150℃及转速为60r/min的条件下熔融混合30min，熔融后冷却至温度为40℃，得到熔融混料；
四、高速混合：
将步骤三得到的熔融混料、60份木质纤维材料、3份相容剂及3份润滑剂置于高速混合机中，在转速为1500r/min的条件下，混合10min，得到中间混料；
五、制备熔融混合物料：
将步骤四得到的中间混料加入到双螺杆挤出机中，在料筒温度为150℃及转速为40r/min的条件下，熔融混合30min，得到最终的熔融混合物料；
六、成型：
在加工温度为150℃的条件下，将步骤五得到的最终的熔融混合物料进行挤出成型，得到一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料。
实施例二：本实施例与实施例一不同点是：所述的碳系纳米材料为多壁碳纳米管；所述的多壁碳纳米管的直径为30nm～50nm，长度为20μm～30μm，纯度＞95％。其它与实施例一相同。

Claims (5)

1.一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料按重量份数由40份～80份木质纤维材料、20份～60份聚烯烃塑料、3份～20份碳系纳米材料、0.01份～3份偶联剂、0.5份～6份相容剂及0.5份～5份润滑剂制备而成；
所述的碳系纳米材料为石墨、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的一种或其中几种的混合物；所述的石墨的粒径为30目～150目；所述的碳纳米管的直径为10nm～50nm，长度为10μm～50μm，纯度＞95％；所述的碳纤维的直径为100nm～200nm，长度为10μm～30μm，纯度＞95％；所述的石墨烯的粒径为0.5μm～10μm，纯度＞95％；
所述的非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料，是按以下步骤进行的：
一、称取：
按重量份数称取40份～80份木质纤维材料、20份～60份聚烯烃塑料、3份～20份碳系纳米材料、0.01份～3份偶联剂、0.5份～6份相容剂、0.5份～5份润滑剂及50份～300份无水乙醇溶液；
二、改性处理碳系纳米材料：
将0.01份～3份偶联剂加入到50份～300份无水乙醇溶液中，搅拌至溶解，然后加入3份～20份碳系纳米材料，得到混合溶液，将混合溶液置于超声处理器中，在室温条件下超声溶解50min～80min，溶解后用丙酮清洗过滤，最后置于温度为70℃～110℃的真空干燥箱中干燥8h～10h，得到改性处理后的碳系纳米材料；
三、熔融分散：
将步骤二得到的改性处理后的碳系纳米材料及20份～60份聚烯烃塑料加入到双螺杆挤出机中，并将超声分散仪的探头伸到双螺杆挤出机的进料口处，在料筒温度为150℃～220℃及转速为20r/min～60r/min的条件下熔融混合5min～30min，熔融后冷却至温度为40℃～60℃，得到熔融混料；
四、高速混合：
将步骤三得到的熔融混料、40份～80份木质纤维材料、0.5份～6份相容剂及0.5份～5份润滑剂置于高速混合机中，在转速为750r/min～1500r/min的条件下，混合5min～10min，得到中间混料；
五、制备熔融混合物料：
将步骤四得到的中间混料加入到双螺杆挤出机中，在料筒温度为150℃～220℃及转速为20r/min～60r/min的条件下，熔融混合5min～30min，得到最终的熔融混合物料；
六、成型：
在加工温度为150℃～200℃的条件下，将步骤五得到的最终的熔融混合物料进行挤出成型、热压成型或注射成型，得到一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于所述的木质纤维材料为木粉、竹粉和农作物秸秆粉中的一种或其中几种的混合物；所述的木质纤维材料粒径为60目～200目，含水率为3％～15％。
3.根据权利要求1所述的一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于所述的聚烯烃塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯中的一种或其中几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于所述的偶联剂为铝钛复合偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或两种的混合物；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种非绝缘导热聚烯烃基木塑复合材料，其特征在于所述的润滑剂为石蜡、聚乙烯蜡和硬脂酸中的一种或其中几种的混合物。
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