技术领域
[0001] 本
发明属于
复合材料技术领域，特别涉及复合导热材料及其制备方法和应用。
背景技术
[0002] 目前市场上地暖系统所用的管材主要为塑料管材，以PE-X(交联聚乙烯)、PE-RT(耐热聚乙烯)、PP-R(无规共聚聚丙烯)、交联
铝塑复合管和PB(聚丁烯)等为主。塑料管道与金属管道相比具有耐
腐蚀、不生锈、重量轻、安装方便、使用寿命长等优点，但是高分子材料的导热系数一般只有0.3W/m·K左右，与金属材料相比差很多，因而存在
散热慢和热交换效率低的问题。
[0003] 为了满足地暖管的散热要求，需要在聚烯
烃基体中引入具有高导热系数的填料，如金属(金属
氧化物)类、陶瓷类、炭类等导热填料。为使导热填料形成一定的导热链、导热网，一味的提高导热填料的填充量，虽然导热性能有较好的改善，但复合材料的
力学性能、加工性能等其它综合性能有了较大损失。王亮亮等在PP中加入铝粉作为导热填料，制备了导热复合材料，结果表明导热填料量增加，复合材料的热导率有较大的提高同时也降低了机械性能。(参见王亮亮，陶国良，聚丙烯/铝粉复合材料导热性能的研究，塑料工业，2003，12：47-54)。
[0004] 白
炭黑按生产方法分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。白炭黑主要用作天然
橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。白炭黑是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，白炭黑粒径小，
比表面积大，表面
吸附力强，表面能大，化学纯度高，其优越的
稳定性、补强性、增稠性和
触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。
[0005] 理论上，将白炭黑应用于聚烯烃基体上是能够增加其机械性能的，再配合具备高导热系数系数的填料，能够获得具备良好综合性能的复合材料，但目前并未见针对此技术进行的较为成熟的研究。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为解决以上问题，本发明提供一种兼具良好的导热性能和力学性能的复合导热材料。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供一种复合导热材料，该复合导热材料由混合材料经辐照交联改性制成，混合材料包括以下
质量份数的组成成份：导热填料20～100个重量份；聚乙烯
树脂100个重量份；
偶联剂0.4～1.6个重量份；白
碳黑2～8个重量份。
[0008] 其中，混合材料包括以下质量份数的组成成份：导热填料40～60个重量份；聚乙烯树脂100个重量份；偶联剂0.8～1.2个重量份；白碳黑4～6个重量份。
[0009] 其中，辐照剂量为600～200kGy，优选为100～190kGy。
[0010] 其中，白炭黑为气相法白碳黑。
[0011] 其中，导热填料包括金属里填料、陶瓷类填料和碳类填料的一种或多种；聚乙烯树脂包括高
密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯等中的一种或几种；优选为低密度聚乙烯LG-SP980；偶联剂包括乙烯基三乙氧基
硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、疏丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷、胺丙基三乙氧基硅烷、KH-550系列、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、缩
水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、二聚
磷酸二异辛酯、
硬脂酸镁和
钛酸酯偶联剂中的一种或几种，优选KH-550。
[0012] 其中，导热填料的粒径为25μm；聚乙烯树脂优选为低密度聚乙烯LG-SP980；偶联剂优选为KH-550。
[0013] 其中，辐照的方式包括
放射性钴射线辐照和
电子加速器辐照。
[0014] 根据本发明的另一方面，提供该复合导热材料的制备方法，包括以下步骤：将固定配比的导热填料与偶联剂混合，得到偶联处理的导热填料；将聚乙烯树脂在140℃开炼，然后加入固定配比的偶联处理后的导热填料和白炭黑在140℃混炼，切割下片，得到混合材料片；将混合材料材料片经辐照交联，制得复合导热材料。
[0015] 根据本发明的第三方面，提供该复合导热材料在电暖设备中的应用。
[0016] 本发明在聚乙烯基导热材料中加入白炭黑，白炭黑表面的自由羟基与聚乙烯分子在一定的辐照剂量下形成了物理和化学结合，在表面形成分子吸附层，构成了白炭黑与聚乙烯分子联成一体的三维网络结构，从而有效地限制了聚乙烯分子链的形变，从而起到增强作用。另外添加的白炭黑表面的自由羟基和导热填料形成了物理和化学结合，提高了导热填料的分散性，同时增强导热填料导热通路的构建，增强了复合材料的导热性。
[0017] 本发明具有以下有益效果：
[0018] 本发明的复合导热材料，通过聚乙烯树脂和导热填料的配合，提高自身的导
热能力，并在此
基础上添加白炭黑，进一步将导热系数提高至0.51～0.55，同时增加适当的辐照条件，使材料交联产生高含量的凝胶，从而提高自身的断裂强度和断裂伸长率，增强自身的力学性能。
具体实施方式
[0019] 下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然
说明书中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0021] 该复合导热材料X1通过以下混合材料辐照交联制备，辐照剂量为60kGy，辐照方式为电子辐照。该混合材料包括LG-SP980树脂：100g；氧化铝：60g；硅烷偶联剂：1.2g；白炭黑：6g。
[0022] 该复合导热材料X1的制备方法包括：分别称取180g
乙醇、60g蒸馏水、1.2g硅烷偶联剂(KH550)、60g氧化铝和2g白炭黑。将乙醇、蒸馏水和硅烷偶联剂(KH550)在烧瓶中超声30min
水解硅烷偶联剂。设定开炼机
温度为140℃，前辊转速为24r/min，后辊转速为17r/min，称取LG-SP980树脂100g置于开炼机中开炼3min，加入氧化铝和2g白炭黑再开炼2min切割下片。得到的片铺到
钢板模具(60mm×120mm×2mm)中，放到150℃的平板硫化机中预热
2min，然后保持在压力11MPa和温度在160℃下
热压3min，再
冷压2min，得到成型的材料片。
将成型的材料片，通过100kGy剂量的电子束辐照得到样品X1。
[0023] 实施例2复合导热材料X2
[0024] 保持与实施例1相同的步骤获得成型的材料片，将材料片通过100kGy剂量的电子束辐照得到样品X2。
[0025] 实施例3复合导热材料X3
[0026] 保持与实施例1相同的步骤获得成型的材料片，将材料片通过190kGy剂量的电子束辐照得到样品X3。
[0027] 实施例4复合导热材料X4
[0028] 保持与实施例1相同的步骤获得成型的材料片，将材料片通过200kGy剂量的电子束辐照得到样品X4。
[0029] 实施例5复合导热材料X5
[0030] 形成该复合导热材料X5的混合材料包括LG-SP980树脂：100g；氧化铝：20g；硅烷偶联剂：0.4g；白炭黑：2g。辐照剂量为100kGy，辐照方式为电子辐照。
[0031] 该复合导热材料X5的制备方法包括：分别称取180g乙醇、60g蒸馏水、0.4g硅烷偶联剂(KH550)、20g氧化铝和2g白炭黑。将乙醇、蒸馏水和硅烷偶联剂(KH550)在烧瓶中超声30min水解硅烷偶联剂。设定开炼机温度为140℃，前辊转速为24r/min，后辊转速为17r/min，称取LG-SP980树脂100g置于开炼机中开炼3min，加入氧化铝和白炭黑再开炼2min切割下片。得到的片铺到钢板模具(60mm×120mm×2mm)中，放到150℃的平板硫化机中预热
2min，然后保持在压力11MPa和温度在160℃下热压3min，再冷压2min，得到成型的材料片。
将成型的材料片，通过100kGy剂量的电子束辐照得到样品X5。
[0032] 实施例6复合导热材料X6
[0033] 形成该复合导热材料X6的混合材料包括LG-SP980树脂：100g；氧化铝：100g；硅烷偶联剂：1.6g；白炭黑：8g。辐照剂量为100kGy，辐照方式为电子辐照。
[0034] 该复合导热材料X6的制备方法包括：分别称取180g乙醇、60g蒸馏水、1.6g硅烷偶联剂(胺丙基三乙氧基硅烷)、100g氧化铝和8g白炭黑。将乙醇、蒸馏水和硅烷偶联剂(胺丙基三乙氧基硅烷)在烧瓶中超声30min水解硅烷偶联剂。设定开炼机温度为140℃，前辊转速为24r/min，后辊转速为17r/min，称取LG-SP980树脂100g置于开炼机中开炼3min，加入氧化铝和白炭黑再开炼2min切割下片。得到的片铺到钢板模具(60mm×120mm×2mm)中，放到150℃的平板硫化机中预热2min，然后保持在压力11MPa和温度在160℃下热压3min，再冷压2min，得到成型的材料片。将成型的材料片，通过100kGy剂量的电子束辐照得到样品X6。
[0035] 对比例1导热材料Y1
[0036] 该导热材料由LG-SP980树脂：100g、氧化铝：20g和硅烷偶联剂：0.4g混合熔炼而成。具体的制备方法包括：
[0037] 分别定量地称取树脂、氧化铝和硅烷偶联剂，进行氧化铝的偶联、混合材料的熔炼和样片制样。其中导热填料的偶联过程、熔炼过程和制样过程与实施例1～4相同，最后制得导热材料样片Y1。
[0038] 对比例2导热材料Y2
[0039] 该导热材料由LG-SP980树脂：100g、氧化铝：20g和硅烷偶联剂：0.4g和白炭黑：2g混合熔炼而成。具体的制备方法包括：
[0040] 分别称取定量的LG-SP980树脂、氧化铝和硅烷偶联剂，进行氧化铝的偶联、混合材料的熔炼和样片制样。其中导热填料的偶联过程、熔炼过程和制样过程与实施例1～4以及对比例1相同，最后制得导热材料样片Y2。
[0041] 将上述实施例和对比例的样片进行导热性能和力学性能测试，具体结果如表1所示。
[0042] 表1：各类导热材料的性能数据对比
[0043]
[0044] 通过上表可知，未经辐照的导热材料Y1和Y2内不存在凝胶，其导热能力和机械性能均远低于经过辐照的复合导热材料。在辐照量同样为100kGy剂量，不同配比的复合导热材料其导热性能和机械性能存在差异，复合导热材料X2的综合性能要优于复合导热材料X5和复合导热材料X6。在固定配比的条件下，辐照剂量为100kGy和190kGy的复合导热材料X2和复合导热材料X3的性能要由于复合导热材料X1和复合导热材料X3。
[0045] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述
权利要求的保护范围为准。
