机械活化法制备PVC/PP导热复合板材

谢谷强 黄荣慧 宁圆华 沈 芳 常亚丽 郑为朋 周延松

（广西大学化学化工学院，广西 南宁 530004）

机械活化法制备PVC/PP导热复合板材

谢谷强 黄荣慧 宁圆华 沈 芳 常亚丽 郑为朋 周延松

（广西大学化学化工学院，广西 南宁 530004）

取一定量的PVC、PP按不同配比混合为基料，与30%的石墨在高能球磨机中混合，经机械活化后的混合粉末颗粒通过平板硫化机压成导热复合板材，测定复合板材的导热率及导电率。结果表明：当PVC含量为45%，PP含量为25%，石墨含量为30%时，复合板材导热率最高，为0.52805W/m·K，电阻率为0.49.Ω.cm。

PVC；PP；机械活化；导热

1 引言

随着化工、能源、电子信息及航空航天等领域的发展，许多特殊导热场合对导热材料提出了更高要求，传统具有良好导热性能的金属及其氧化物由于其电绝缘性、耐化学腐蚀性及成型工艺性能较差，难以适应实际的使用要求。由于高分子材料具有优良的耐腐蚀性能和力学性能，来源广，价格低廉，人们逐渐考虑用高分子材料来代替传统金属材料，但绝大多数高分子材料都为热和电的不良导体，热导率较低，所以提高高分子材料的导热性能越来越成为科学研究的关注点。

本文使用机械活化法来制备导热高分子复合板材，并优化了其工艺条件。实验使用的主料是PVC和PP，这两种高分子材料导热性能差，应用受限，若能将其导热性能提升，就可将其应用于生产中的换热设备、冷却设备、电子元件等诸多领域［1］。目前，常采用添加导热填料来提高聚合物材料的导热系数[2-4]。石墨是一种理想的导热填料，具有低价、质量轻、导热系数高的特点[5]。以聚氯乙烯（PVC）作为基料，石墨为导热添加剂，采用粉末共混法在球墨机中共混制备PVC/石墨导热复合材料，得到的复合板材热导率为0.8394W/m.k，是纯PVC的近6倍，是未经活化单纯混合的复合板材热导率的2.6倍[6]。本文拟以PP和PVC为基料，石墨为导热添加剂，利用机械活化的方法，制备热导率较高的PVC/PP导热复合板材，并优化制备工艺。

2 实验

2.1原材料及仪器

PVC：SG- 5，热导率 0.12～0.14 W/(m·K)，青海宜化化工有限公司；石墨粉：分析纯，上海华谊集团华原化工有限公司；聚四氟乙烯脱模纸：厚度0.2mm，南宁塑料化工有限公司，PP，热导率0.10～0.15 W/(m·K)，青海宜化化工有限公司。

平板硫化压力成型机: XLB25- D，浙江双力集团湖州星力；球磨机：广西大学; 热导率测定仪：FD-TC- B，南京大展机电技术研究所；差示扫描量热仪(DSC)：DSC Q20，美国TA公司；热重分析仪(TGA)：TGAQ50，美国TA公司；扫描镜：S-5400N，日本日立公司。

2.2板材制备

球磨机预热至50℃，将PVC、PP、C放入球磨机中调制转速为150r/min充分碾磨1h,将混合均匀的粉末取出，放入平板硫化机中压制成板，温度为165℃，时间为15min。

2.3板材的导热率，导电率的测定

采用南京大展机电技术研究所 FD-TC-B导热仪，先量取样板的厚度，在系统输入厚度，进行导热率的测定。采用苏州晶格电子有限公司，上海安标电子有限公司ST-2258C型多功能数字式四探针测试仪 ZC46A高绝缘电阻测量仪，对板材进行电阻率的测定。

3 结果与讨论

3.1机械球磨转数对板材热导率的影响[7]

图1　机械球磨转数对板材热导率的影响

由图1可见：球磨机转速在150/r.min-1时，有利于导热网链的形成。此时固相反应剪切力以边粉碎边混合边反应的方式，使性质和结构不同的高分子材料与石墨之间强制混合和反应，实现填充复合，同时能保持石墨良好的片层结构[8]。

3.2石墨与PVC含量对板材导热性能的影响

填充型导热复合材料的导热性能除自身因素关外，还取决于两个重要参数: 基体所含导热填料形成的导热通路或网络的数量及导热通路上导热填料的有效堆积率［10］。在活化过程中，石墨的含量决定导热网链的形成，其往往起到了相互交联的作用。进一步考察了石墨含量对导热性能的影响，结果见图2。

图2　石墨与PVC含量对板材导热性能的影响

由图2可以看出，添加石墨后的板材热导率明显高于纯PP 板材，前者是后者的近4 倍，当石墨质量分数在10%～25%时，复合板材的热导率随石墨含量的增加而增大较快，石墨添加剂质量分数为30%时，热导率达到最大0.52805W/(m·K)。研究表明，过量的添加剂反而使复合板材的力学性能变差，从而使经济效益下降。综上所述，最佳工艺条件为：热压压强 5 MPa，热压温度165 ℃，热压时间为15 min，机械活化反应转速 150 r/min，机械活化反应时间 60 min，石墨质量分数为 30%。

3.3石墨与PVC/PP含量对板材导电性能的影响

图3　石墨为30%，PP、PVC不同配比时板材电阻率

由图3可知在石墨含量为30%时，PVC/PP的混合物中，PVC的比例为45%，PP比例为25%时的电阻率比较低为0.49Ω.cm。

4 结论

取一定量的PVC、PP按不同配比混合为基料，与30%的石墨在高能球磨机中混合，经机械活化后的混合粉末颗粒通过平板硫化机压成导热复合板材，测定复合板材的导热率及导电率。结果表明：球磨机温度为50℃，转速为150r/min，球磨时间1h，平板硫化机温度为165℃，热压15min,在石墨为30%时，PVC/PP的混合物中，PVC的比例为45%，PP比例为25%时的电阻率比较低为0.49Ω.cm。

[1] 李侃社,王琪.导热高分子材料研究进展[J].功能材料, 2002,33(2):136-142.

[2] 储九荣,张晓辉,徐传骧.导热高分子材料的研究与应用[J].高分子材料科学与工程,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] 陈锐,徐卫兵.EG/PP导热复合材料的制备与性能[J].现代塑料加工应用,2011,23(6):29-30.

[6] 沈芳,计静琦,胡华宇,等.机械活化制备 PVC/石墨导热复合板材的热性能[J].塑料工业,2014,42(4):111-112.

[7] 李侃社,王琪.磨盘碾磨制备 PP/石墨复合粉末的研究[J].高分子学报,2002,12(6):707-711.

[8] 王建荣,欧育湘,刘治国.聚磷酸三聚氰胺对玻纤增强PA66的膨胀阻燃作用[J].工程塑料应用,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 0.49Ω.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

广西大学大学生实验技能和科技创新能力训练基金（SYJN20130346）；广西科学研究与技术开发项目（桂科转14125002-7）。

谢谷强（1991－），男，广西大学化学化工学院学生，研究方向为功能性高分子材料。

沈芳，女，湖北天门人，广西大学化学化工学院副教授，研究生导师，研究方向为天然高分子材料的改性研究。