一种导热PC材料和制备方法与流程

本发明属于聚合物加工，具体涉及一种导热pc材料和制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着研究的深入，轻质化材料和简化生产工艺的填充型复合材料逐渐成为研究的焦点。聚碳酸酯(pc)作为一种高性能的工程塑料，因其轻质、耐腐蚀、卓越的力学性能以及便于加工生产等多重优点，备受瞩目，并在电子产品、医疗器械、汽车部件、航空航天等多个领域得到了广泛应用。但pc材料本身热导率仅为0.23w/m-1k-1,属于导热性较差的高分子材料，容易影响电子产品等物品的散热效果、缩短使用寿命、增加安全隐患。

2、碳纤维本身具有优异的导热性能，其高导热系数使得它成为增强聚碳酸酯导热性的理想材料，当碳纤维被均匀地分散并嵌入到聚碳酸酯基体中时，可以形成有效的导热网络，促进热量的快速传递。但聚碳酸酯即使在高温时仍然具有较高的黏度，与表面呈惰性的碳纤维之间亲和力较低，由二者混合而成的复合材料结合程度有限，仍存在导热性等性能不佳的问题。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中pc材料仍存在导热性等性能不佳的问题，本发明提供一种导热pc材料和制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种导热pc材料，包括以下重量份原料：90-100份pc、20-25份改性碳纤维、0.5-1份邻苯二甲酸二辛脂、1-2份抗氧剂、1-2份润滑剂。

4、该导热pc材料由以下步骤制成：

5、准确称取pc、改性碳纤维、邻苯二甲酸二辛脂、抗氧剂和润滑剂，将上述原料在混合机中混合得到混合物；将混合物在双螺杆挤出机中加工，挤出造粒，得到导热pc材料。

6、进一步地，改性碳纤维由以下步骤制成：

7、步骤s1：将碳纤维与丙酮混合，超声处理0.5h，得到处理后的混合液；将处理后的混合液放入烧瓶中，60℃下回流24h，去除碳纤维表面涂浆；取出去浆后的碳纤维，用去离子水和无水乙醇交替震荡洗涤6次，80℃下烘干，得到去浆碳纤维；

8、其中，碳纤维与丙酮的用量比为30g：1.5l。

9、步骤s2：将去浆碳纤维加入到混酸溶液中,70℃反应4h,取出后用去离子水和无水乙醇反复震荡洗涤，直至溶液为中性，80℃下烘干，得到酸氧化后的碳纤维；

10、其中，去浆碳纤维和混酸溶液的用量比为30g：1.5l；混酸溶液由质量分数为98％浓硫酸和质量分数为65％浓硝酸按照体积比为1:1混合而成。

11、步骤s3：将羧基化抗菌硅烷偶联剂加入到90wt％乙醇水溶液中，得到羧基化抗菌硅烷偶联剂溶液，之后将酸氧化后的碳纤维加入到羧基化抗菌硅烷偶联剂溶液中超声处理1h，80℃下回流4h，取出后用去离子水和无水乙醇交替震荡清洗6次，80℃下烘干，得到改性碳纤维；

12、其中，羧基化抗菌硅烷偶联剂、90wt％乙醇水溶液、酸氧化后的碳纤维的用量比为0.35g：1.75l：30-40g。

13、在上述反应中，由于上浆剂影响了碳纤维的表面处理及接枝，因此采用丙酮为碳纤维去浆；去浆碳纤维表面活性低，缺乏官能团，因此采用酸氧化法对碳纤维进行处理，在其表面引入羧基和羟基官能团，提高其表面活性；酸氧化后的碳纤维表面存在大量的羧基和羟基等含氧官能团，可以与羧基化抗菌硅烷偶联剂进行偶联反应，从而使羧基化抗菌硅烷偶联剂接枝在酸氧化后的碳纤维表面。

14、进一步地，羧基化抗菌硅烷偶联剂由以下步骤制成：

15、步骤a1：将4-溴-1-丁烯、无水甲苯、氯铂酸溶液加入到三口烧瓶中，称取三乙氧基硅烷置于恒压漏斗中，通入氮气，60℃下预热60min，95℃下滴加三乙氧基硅烷，回流8h，反应结束后，将反应产物水洗，静置分液，无水氯化钙干燥，抽滤，旋蒸除去甲苯，得到溴代丁基三乙氧基硅烷；

16、其中，4-溴-1-丁烯、无水甲苯、氯铂酸溶液、三乙氧基硅烷的用量比为6.5g：18g:100μl：9g；氯铂酸溶液中氯铂酸和异丙醇的用量比为0.25g:25ml。

17、步骤a2：将甲基丙烯酸二甲胺乙酯、溴代丁基三乙氧基硅烷、丙酮置于三口烧瓶中，通入氮气，55℃下反应60h，减压蒸馏去除丙酮，得到蒸馏液；将剩余的蒸馏液冷却至室温后加入乙醚，冷却至0℃结晶，之后抽滤，用无水乙醚洗涤三次，45℃真空干燥24h，得到抗菌硅氧烷单体；

18、其中，甲基丙烯酸二甲胺乙酯、溴代丁基三乙氧基硅烷、丙酮的质量比为6：14.5：30。

19、步骤a3：将抗菌硅氧烷单体和丙烯酸加入四口烧瓶中，搅拌下通入氮气，30min后升温至65℃,将0.3wt％偶氮二异丁脒盐酸盐溶液分2批间隔15min滴入四口烧瓶，滴加完毕，65℃反应8h，得到反应液；将反应液冷却至室温后倒入丙酮中，抽滤得到白色块状固体；将白色块状固体抽滤粉碎，用丙酮浸泡洗涤3次，之后60℃真空干燥24h，得到羧基化抗菌硅烷偶联剂；

20、其中，抗菌硅氧烷单体、丙烯酸、0.3wt％偶氮二异丁脒盐酸盐溶液的用量比为2-6g：30g：50ml。

21、在上述反应中，利用4-溴-1-丁烯和三乙氧基硅烷发生硅氢加成反应，得到溴代丁基三乙氧基硅烷，溴代丁基三乙氧基硅烷与甲基丙烯酸二甲胺乙酯进行季铵化反应合成抗菌硅氧烷单体，之后抗菌硅氧烷单体与丙烯酸发生聚合反应得到了羧基化抗菌硅烷偶联剂。

22、进一步地，混合机的混合温度为40-70℃、混合转速为400-600rpm、混合时间为5-10min；双螺杆挤出机包含六个温区，其中各区温度为：一区温度220-240℃,二区温度230-250℃,三区温度240-260℃,四区温度250-270℃,五区温度260-280℃,六区温度270-285℃；双螺杆挤出机的机头温度为270-290℃，螺杆转速为200-400r/min。

23、进一步地，抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1076中的至少一种。

24、进一步地，润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、硬脂酸锌中的至少一种。

25、本发明的有益效果：

26、1.本发明通过羧基化抗菌硅烷偶联剂对碳纤维表面进行改性，该偶联剂具有羧基官能团，能够与聚碳酸酯材料表面的端羟基等活性基团发生酯化反应或形成稳固的氢键结构，显著增强了碳纤维与pc之间的界面结合力。此外，经过羧基化抗菌硅烷偶联剂接枝处理的碳纤维表面，其粗糙度显著提升，这一改变不仅优化了纤维表面的微观结构，还显著增强了与聚碳酸酯基体之间的机械互锁作用，从而进一步加强了两者的界面结合强度。这种高强度的界面结合机制，在pc材料中构建了致密且高效的导热网络结构，显著提升了材料的导热性能，并且同步增强了整体的机械性能。

27、2.本发明制备的羧基化抗菌硅烷偶联剂含有季铵盐基团，使该偶联剂在增强碳纤维在pc中分散性的同时还能够提高该pc材料的抗菌性能。

技术特征：

1.一种导热pc材料，其特征在于，包括以下重量份原料：90-100份pc、20-25份改性碳纤维、0.5-1份邻苯二甲酸二辛脂、1-2份抗氧剂、1-2份润滑剂。

2.根据权利要求1所述的一种导热pc材料，其特征在于，改性碳纤维由以下步骤制成：

3.根据权利要求2所述的一种导热pc材料，其特征在于，羧基化抗菌硅烷偶联剂、90wt％乙醇水溶液、酸氧化后的碳纤维的用量比为0.35g：1.75l：30-40g。

4.根据权利要求2所述的一种导热pc材料，其特征在于，酸氧化后的碳纤维为浓硫酸和浓硝酸组成的混酸溶液处理后的去浆碳纤维。

5.根据权利要求2所述的一种导热pc材料，其特征在于，羧基化抗菌硅烷偶联剂由以下步骤制成：

6.根据权利要求5所述的一种导热pc材料，其特征在于，步骤a1中，4-溴-1-丁烯、无水甲苯、氯铂酸溶液、三乙氧基硅烷的用量比为6.5g：18g:100μl：9g，氯铂酸溶液中氯铂酸和异丙醇的用量比为0.25g:25ml。

7.根据权利要求5所述的一种导热pc材料，其特征在于，步骤a2中，甲基丙烯酸二甲胺乙酯、溴代丁基三乙氧基硅烷、丙酮的质量比为6：14.5：30。

8.根据权利要求5所述的一种导热pc材料，其特征在于，步骤a3中，抗菌硅氧烷单体、丙烯酸、0.3wt％偶氮二异丁脒盐酸盐溶液的用量比为2-6g：30g：50ml。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种导热pc材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种导热pc材料的制备方法，其特征在于，混合机的混合温度为40-70℃、混合转速为400-600rpm、混合时间为5-10min；双螺杆挤出机包含六个温区，其中各区温度为：一区温度220-240℃,二区温度230-250℃,三区温度240-260℃,四区温度250-270℃,五区温度260-280℃,六区温度270-285℃；双螺杆挤出机的机头温度为270-290℃，螺杆转速为200-400r/min。

技术总结本发明涉及一种导热PC材料和制备方法，属于聚合物加工技术领域，导热PC材料包括以下重量份原料：90‑100份PC、20‑25份改性碳纤维、0.5‑1份邻苯二甲酸二辛脂、1‑2份抗氧剂、1‑2份润滑剂。制备步骤如下：准确称取PC、改性碳纤维、邻苯二甲酸二辛脂、抗氧剂和润滑剂，将上述原料在混合机中混合得到混合物；将混合物在双螺杆挤出机中加工，挤出造粒，得到导热PC材料。本发明制备的导热PC材料以PC为主要原料，PC中含有碳纤维，碳纤维表面接枝了羧基化抗菌硅烷偶联剂，可以有效提升导热PC材料的抗菌性、导热性以及力学性能。技术研发人员：张军受保护的技术使用者：安徽坤涂新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12