機械活化法制備PVC/PP導熱復合板材

謝谷強 黃榮慧 寧圓華 沈 芳 常亞麗 鄭為朋 周延松

（廣西大學化學化工學院，廣西 南寧 530004）

機械活化法制備PVC/PP導熱復合板材

謝谷強 黃榮慧 寧圓華 沈 芳 常亞麗 鄭為朋 周延松

（廣西大學化學化工學院，廣西 南寧 530004）

取一定量的PVC、PP按不同配比混合為基料，與30%的石墨在高能球磨機中混合，經(jīng)機械活化后的混合粉末顆粒通過平板硫化機壓成導熱復合板材，測定復合板材的導熱率及導電率。結果表明：當PVC含量為45%，PP含量為25%，石墨含量為30%時，復合板材導熱率最高，為0.52805W/m·K，電阻率為0.49.Ω.cm。

PVC；PP；機械活化；導熱

1 引言

隨著化工、能源、電子信息及航空航天等領域的發(fā)展，許多特殊導熱場合對導熱材料提出了更高要求，傳統(tǒng)具有良好導熱性能的金屬及其氧化物由于其電絕緣性、耐化學腐蝕性及成型工藝性能較差，難以適應實際的使用要求。由于高分子材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和力學性能，來源廣，價格低廉，人們逐漸考慮用高分子材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料，但絕大多數(shù)高分子材料都為熱和電的不良導體，熱導率較低，所以提高高分子材料的導熱性能越來越成為科學研究的關注點。

本文使用機械活化法來制備導熱高分子復合板材，并優(yōu)化了其工藝條件。實驗使用的主料是PVC和PP，這兩種高分子材料導熱性能差，應用受限，若能將其導熱性能提升，就可將其應用于生產(chǎn)中的換熱設備、冷卻設備、電子元件等諸多領域［1］。目前，常采用添加導熱填料來提高聚合物材料的導熱系數(shù)[2-4]。石墨是一種理想的導熱填料，具有低價、質量輕、導熱系數(shù)高的特點[5]。以聚氯乙烯（PVC）作為基料，石墨為導熱添加劑，采用粉末共混法在球墨機中共混制備PVC/石墨導熱復合材料，得到的復合板材熱導率為0.8394W/m.k，是純PVC的近6倍，是未經(jīng)活化單純混合的復合板材熱導率的2.6倍[6]。本文擬以PP和PVC為基料，石墨為導熱添加劑，利用機械活化的方法，制備熱導率較高的PVC/PP導熱復合板材，并優(yōu)化制備工藝。

2 實驗

2.1原材料及儀器

PVC：SG- 5，熱導率 0.12～0.14 W/(m·K)，青海宜化化工有限公司；石墨粉：分析純，上海華誼集團華原化工有限公司；聚四氟乙烯脫模紙：厚度0.2mm，南寧塑料化工有限公司，PP，熱導率0.10～0.15 W/(m·K)，青海宜化化工有限公司。

平板硫化壓力成型機: XLB25- D，浙江雙力集團湖州星力；球磨機：廣西大學; 熱導率測定儀：FD-TC- B，南京大展機電技術研究所；差示掃描量熱儀(DSC)：DSC Q20，美國TA公司；熱重分析儀(TGA)：TGAQ50，美國TA公司；掃描鏡：S-5400N，日本日立公司。

2.2板材制備

球磨機預熱至50℃，將PVC、PP、C放入球磨機中調制轉速為150r/min充分碾磨1h,將混合均勻的粉末取出，放入平板硫化機中壓制成板，溫度為165℃，時間為15min。

2.3板材的導熱率，導電率的測定

采用南京大展機電技術研究所 FD-TC-B導熱儀，先量取樣板的厚度，在系統(tǒng)輸入厚度，進行導熱率的測定。采用蘇州晶格電子有限公司，上海安標電子有限公司ST-2258C型多功能數(shù)字式四探針測試儀 ZC46A高絕緣電阻測量儀，對板材進行電阻率的測定。

3 結果與討論

3.1機械球磨轉數(shù)對板材熱導率的影響[7]

圖1　機械球磨轉數(shù)對板材熱導率的影響

由圖1可見：球磨機轉速在150/r.min-1時，有利于導熱網(wǎng)鏈的形成。此時固相反應剪切力以邊粉碎邊混合邊反應的方式，使性質和結構不同的高分子材料與石墨之間強制混合和反應，實現(xiàn)填充復合，同時能保持石墨良好的片層結構[8]。

3.2石墨與PVC含量對板材導熱性能的影響

填充型導熱復合材料的導熱性能除自身因素關外，還取決于兩個重要參數(shù): 基體所含導熱填料形成的導熱通路或網(wǎng)絡的數(shù)量及導熱通路上導熱填料的有效堆積率［10］。在活化過程中，石墨的含量決定導熱網(wǎng)鏈的形成，其往往起到了相互交聯(lián)的作用。進一步考察了石墨含量對導熱性能的影響，結果見圖2。

圖2　石墨與PVC含量對板材導熱性能的影響

由圖2可以看出，添加石墨后的板材熱導率明顯高于純PP 板材，前者是后者的近4 倍，當石墨質量分數(shù)在10%～25%時，復合板材的熱導率隨石墨含量的增加而增大較快，石墨添加劑質量分數(shù)為30%時，熱導率達到最大0.52805W/(m·K)。研究表明，過量的添加劑反而使復合板材的力學性能變差，從而使經(jīng)濟效益下降。綜上所述，最佳工藝條件為：熱壓壓強 5 MPa，熱壓溫度165 ℃，熱壓時間為15 min，機械活化反應轉速 150 r/min，機械活化反應時間 60 min，石墨質量分數(shù)為 30%。

3.3石墨與PVC/PP含量對板材導電性能的影響

圖3　石墨為30%，PP、PVC不同配比時板材電阻率

由圖3可知在石墨含量為30%時，PVC/PP的混合物中，PVC的比例為45%，PP比例為25%時的電阻率比較低為0.49?.cm。

4 結論

取一定量的PVC、PP按不同配比混合為基料，與30%的石墨在高能球磨機中混合，經(jīng)機械活化后的混合粉末顆粒通過平板硫化機壓成導熱復合板材，測定復合板材的導熱率及導電率。結果表明：球磨機溫度為50℃，轉速為150r/min，球磨時間1h，平板硫化機溫度為165℃，熱壓15min,在石墨為30%時，PVC/PP的混合物中，PVC的比例為45%，PP比例為25%時的電阻率比較低為0.49?.cm。

[1] 李侃社,王琪.導熱高分子材料研究進展[J].功能材料, 2002,33(2):136-142.

[2] 儲九榮,張曉輝,徐傳驤.導熱高分子材料的研究與應用[J].高分子材料科學與工程,2000,16(4):17-21.

[3] Geon-Woong Lee,Min Park,Junk Kim,et al.Enhanced thermal conductivity of polymer[J]. composites,2006,(37):727- 734.

[4] Tu Haoming,Ye Lin.Termal Conductive PS/graphite composites [J]. Polymers Advanced Technologies,2009,20:21-27.

[5] 陳銳,徐衛(wèi)兵.EG/PP導熱復合材料的制備與性能[J].現(xiàn)代塑料加工應用,2011,23(6):29-30.

[6] 沈芳,計靜琦,胡華宇,等.機械活化制備 PVC/石墨導熱復合板材的熱性能[J].塑料工業(yè),2014,42(4):111-112.

[7] 李侃社,王琪.磨盤碾磨制備 PP/石墨復合粉末的研究[J].高分子學報,2002,12(6):707-711.

[8] 王建榮,歐育湘,劉治國.聚磷酸三聚氰胺對玻纖增強PA66的膨脹阻燃作用[J].工程塑料應用,2004,32(2):52-54.

Preparation of PVC/PP thermal conductivity polymer composites by mechanical activation

A certain amount of PVC and PP were mixed as base material, which was put into a high-energy ball milling to be mixed with 30% graphite. After being mechanical activation, the powder mixture was prepared into thermal conductivity polymer composites through vulcanizing machine. Then the thermal conductivity and electrical conductivity of the composite were measured. It showed that the highest thermal conductivity of the composite was 0.52805W/m?K, the resistivity was 0.49?.c.m with the condition of PVC 45%, PP25%, graphite30%.

PVC; PP; mechanical activation ; thermal conductivity

TH14

A

1008-1151(2015)09-0086-02

2015-08-11

廣西大學大學生實驗技能和科技創(chuàng)新能力訓練基金（SYJN20130346）；廣西科學研究與技術開發(fā)項目（桂科轉14125002-7）。

謝谷強（1991－），男，廣西大學化學化工學院學生，研究方向為功能性高分子材料。

沈芳，女，湖北天門人，廣西大學化學化工學院副教授，研究生導師，研究方向為天然高分子材料的改性研究。