本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體的涉及一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
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近年來，在電子器件追求小型化，高頻化，輕量化的今天，高分子導(dǎo)熱聚合物借此成為導(dǎo)熱材料領(lǐng)域的新秀，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸擴展，如換熱工程、電子電氣、摩擦材料、電磁屏蔽、汽車制造業(yè)等。但由于髙聚物大多是熱的不良導(dǎo)體，因此在通常情況下，未經(jīng)過任何處理或者改性的高分子材料一般是不能承擔散熱材料的任務(wù)的。高分子的導(dǎo)熱率相對較小，只有通過對其進行改性，才能進一步提高其相應(yīng)的性能，從而拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。其中，由于聚酰胺樹脂具有很多優(yōu)異的性能，如高拉伸強度、高沖擊強度，較高耐熱性，優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性等，受到廣泛研究者的關(guān)注。
目前，提高聚酰胺樹脂的導(dǎo)熱性能的方法主要是在聚酰胺基底樹脂中添加適量的導(dǎo)熱填料，但是采用該方法來改善聚酰胺材料的導(dǎo)熱性時，一般需要添加較多的填料，才能使其導(dǎo)熱性能有一個質(zhì)的改變，這不僅增加了生產(chǎn)成本，且較多填料的加入還對聚酰胺樹脂的力學(xué)性能有很大的影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料，該復(fù)合材料導(dǎo)熱性能優(yōu)異，耐磨、耐刮性能優(yōu)異，抗沖擊性能佳。
本發(fā)明的另一個目的是提供該高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料的制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料，以重量份計，包括以下組分：
聚酰胺樹脂50-90份，氮化硼納米片0.01-2份，
氮化硼粉末5-9份，納米氮化硅2-4份，
有機黑色母粒3-6份，碳纖維6-11份，
馬來酸酐接枝聚丙烯蠟1-3份，硅烷偶聯(lián)劑0.5-1.2份，
膠粘劑2-5份，抗氧劑0.3-0.7份。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述納米氮化硅的粒徑大小為15-30nm。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述有機黑色母粒，以質(zhì)量百分比計，由以下組分組成：
聚酰胺樹脂 50-70％，
苯胺黑色粉 30-50％。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述氮化硼納米片是由氮化硼粉末通過溶劑剝離法制得，其厚度為10-20nm，直徑為1-2μm。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述膠粘劑為聚苯乙烯類膠粘劑、醋酸乙酯類膠粘劑的混合，兩者質(zhì)量比為1：(1.5-2.2)。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷中的一種或多種混合。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述抗氧劑為季戊四醇雙磷酸酯二(2,4-二特丁基苯基)酯、亞磷酸酯三(2,4-二特丁基苯基)酯、硫代二丙酸二月桂酯、β-(4-羥基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯中的一種或幾種混合。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述聚酰胺樹脂為球形或近似球形。
一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)在常溫條件下，將氮化硼納米片、納米氮化硅分別分成2-4等份，然后依次分次加入到膠粘劑中，攪拌均勻，置于超聲裝置中，在600W下超聲處理30-50min，得到氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑；
(2)將聚酰胺樹脂加入到步驟(1)制得的氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑中，攪拌均勻，使得混有氮化硼納米片、納米氮化硅的膠粘劑均勻的分散在聚酰胺樹脂表面，得到包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂；
(3)在常溫條件下，將氮化硼粉末分成2-3等份，分次加入到步驟(2)制得的包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂中，攪拌混合均勻，然后在50-80℃下干燥15-30h，得到改性聚酰胺樹脂；
(4)聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉計量輸送，計量輸送裝置包含兩個獨立的補料料倉和兩臺帶喂料料斗的計量稱，將聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉投入到各自的補料料倉，然后通過補料料倉進入各自計量稱上的喂料料斗，最后輸送至雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，拉條水冷切粒或水下切粒，造粒后80-120℃下干燥2-5h，得到有機黑色母粒；
(5)將步驟(3)制得的改性聚酰胺樹脂和步驟(4)制得有機黑色母?；旌暇鶆蚝蠹尤氲礁咚倩旌蠙C中，然后向高速混合機中依次加入碳纖維、馬來酸酐接枝聚丙烯蠟、硅烷偶聯(lián)劑、抗氧劑，700-800r/min的攪拌速度下混合20-40min，得到混合料；
(6)將步驟(5)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機中，熔融擠出造粒，切粒干燥后得到高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(4)中熔融擠出造粒時，所述雙螺桿擠出機的螺桿各段以及機頭溫度分別為：加料段：115-125℃，輸送段200-220℃，熔融段230-245℃，機頭225-230℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明在基底樹脂中加入適量的氮化硼納米片、氮化硼粉末以及納米氮化硅，制得材料最外層為氮化硼粉末，中間為樹脂，中間層是氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑，納米氮化硼分散在氮化硼納米片的層間，制得的改性樹脂分散性好，穩(wěn)定性能優(yōu)異，其最外層的氮化硼粉末與中間層的氮化硼納米片、納米氮化硅可以形成獨立的導(dǎo)熱通道，其導(dǎo)熱性能遠遠大于單獨添加氮化硼、氮化硼納米片或納米氮化硅所帶來的導(dǎo)熱效果，且極少量的氮化硼納米片，納米氮化硅的添加就可以有效改善聚酰胺樹脂的導(dǎo)熱性，且納米氮化硅顆粒分散在氮化硼納米片的層間，加大了層與層之間的距離，避免了氮化硼納米片的層間團聚，使得材料的導(dǎo)熱性能更為持久；
(2)另一方面，本發(fā)明還在聚酰胺樹脂中添加有機黑色母粒還對其進行著色，有機黑色母粒是苯胺黑色粉與聚酰胺樹脂熔融擠出造粒制得，本發(fā)明合理控制二者的含量以及制備工藝條件，使得制得的有機黑色母粒與聚酰胺的相容性極佳，而且其消光作用弱于炭黑，著色后的樹脂光澤度更高，著色也更均勻；
(3)本發(fā)明制備有機黑色母粒時，采用計量輸送方式輸送原材料，計量精確，因此得到的產(chǎn)品的品質(zhì)十分穩(wěn)定，還提高了聚酰胺材料著色的均勻性，作業(yè)流程封閉，不會產(chǎn)生粉塵，保證了工作環(huán)境的干凈整潔，減少了對操作人員的危害；
(4)本發(fā)明在制備高導(dǎo)熱聚酰胺復(fù)合材料中還添加適量的碳纖維、馬來酸酐接枝聚丙烯蠟、硅烷偶聯(lián)劑，有效改善了基底樹脂的耐磨，耐刮性能，其抗沖擊韌性也得到有效改善；本發(fā)明制得的聚酰胺復(fù)合材料穩(wěn)定性好，制備方法簡單，成本低。
具體實施方式：
為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實施例對本發(fā)明進一步說明，實施例只用于解釋本發(fā)明，不會對本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
實施例1
一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料，以重量份計，包括以下組分：
聚酰胺樹脂50份，氮化硼納米片0.01份，
氮化硼粉末5份，納米氮化硅2份，
有機黑色母粒3份，碳纖維6份，
馬來酸酐接枝聚丙烯蠟1份，硅烷偶聯(lián)劑0.5份，
膠粘劑2份，抗氧劑0.3份；
有機黑色母粒，以質(zhì)量百分比計，包括聚酰胺樹脂50％，苯胺黑色粉50％；
該復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：
(1)在常溫條件下，將氮化硼納米片、納米氮化硅分別分成2等份，然后依次分次加入到膠粘劑中，攪拌均勻，置于超聲裝置中，在600W下超聲處理30min，得到氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑；
(2)將聚酰胺樹脂加入到步驟(1)制得的氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑中，攪拌均勻，使得混有氮化硼納米片、納米氮化硅的膠粘劑均勻的分散在聚酰胺樹脂表面，得到包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂；
(3)在常溫條件下，將氮化硼粉末分成2等份，分次加入到步驟(2)制得的包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂中，攪拌混合均勻，然后在50℃下干燥30h，得到改性聚酰胺樹脂；
(4)聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉計量輸送，計量輸送裝置包含兩個獨立的補料料倉和兩臺帶喂料料斗的計量稱，將聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉投入到各自的補料料倉，然后通過補料料倉進入各自計量稱上的喂料料斗，最后輸送至雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，拉條水冷切?；蛩虑辛＃炝：?0℃下干燥5h，得到有機黑色母粒，其中，熔融擠出造粒時，所述雙螺桿擠出機的螺桿各段以及機頭溫度分別為：加料段：115℃，輸送段200℃，熔融段230℃，機頭225℃；
(5)將步驟(3)制得的改性聚酰胺樹脂和步驟(4)制得有機黑色母?；旌暇鶆蚝蠹尤氲礁咚倩旌蠙C中，然后向高速混合機中依次加入碳纖維、馬來酸酐接枝聚丙烯蠟、硅烷偶聯(lián)劑、抗氧劑，700r/min的攪拌速度下混合40min，得到混合料；
(6)將步驟(5)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機中，熔融擠出造粒，切粒干燥后得到高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料。
實施例2
一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料，以重量份計，包括以下組分：
聚酰胺樹脂90份，氮化硼納米片2份，
氮化硼粉末9份，納米氮化硅4份，
有機黑色母粒6份，碳纖維11份，
馬來酸酐接枝聚丙烯蠟3份，硅烷偶聯(lián)劑1.2份，
膠粘劑5份，抗氧劑0.7份；
有機黑色母粒，以質(zhì)量百分比計，包括聚酰胺樹脂70％，苯胺黑色粉30％；
該復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：
(1)在常溫條件下，將氮化硼納米片、納米氮化硅分別分成2等份，然后依次分次加入到膠粘劑中，攪拌均勻，置于超聲裝置中，在600W下超聲處理50min，得到氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑；
(2)將聚酰胺樹脂加入到步驟(1)制得的氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑中，攪拌均勻，使得混有氮化硼納米片、納米氮化硅的膠粘劑均勻的分散在聚酰胺樹脂表面，得到包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂；
(3)在常溫條件下，將氮化硼粉末分成2等份，分次加入到步驟(2)制得的包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂中，攪拌混合均勻，然后在80℃下干燥15h，得到改性聚酰胺樹脂；
(4)聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉計量輸送，計量輸送裝置包含兩個獨立的補料料倉和兩臺帶喂料料斗的計量稱，將聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉投入到各自的補料料倉，然后通過補料料倉進入各自計量稱上的喂料料斗，最后輸送至雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，拉條水冷切粒或水下切粒，造粒后120℃下干燥2h，得到有機黑色母粒，其中，熔融擠出造粒時，所述雙螺桿擠出機的螺桿各段以及機頭溫度分別為：加料段：125℃，輸送段220℃，熔融段245℃，機頭230℃；
(5)將步驟(3)制得的改性聚酰胺樹脂和步驟(4)制得有機黑色母?；旌暇鶆蚝蠹尤氲礁咚倩旌蠙C中，然后向高速混合機中依次加入碳纖維、馬來酸酐接枝聚丙烯蠟、硅烷偶聯(lián)劑、抗氧劑，800r/min的攪拌速度下混合20min，得到混合料；
(6)將步驟(5)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機中，熔融擠出造粒，切粒干燥后得到高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料。
實施例3
一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料，以重量份計，包括以下組分：
聚酰胺樹脂60份，氮化硼納米片0.50份，
氮化硼粉末6份，納米氮化硅2.5份，
有機黑色母粒4份，碳纖維7份，
馬來酸酐接枝聚丙烯蠟1.5份，硅烷偶聯(lián)劑0.7份，
膠粘劑3份，抗氧劑0.4份；
有機黑色母粒，以質(zhì)量百分比計，包括聚酰胺樹脂55％，苯胺黑色粉45％；
該復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：
(1)在常溫條件下，將氮化硼納米片、納米氮化硅分別分成3等份，然后依次分次加入到膠粘劑中，攪拌均勻，置于超聲裝置中，在600W下超聲處理35min，得到氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑；
(2)將聚酰胺樹脂加入到步驟(1)制得的氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑中，攪拌均勻，使得混有氮化硼納米片、納米氮化硅的膠粘劑均勻的分散在聚酰胺樹脂表面，得到包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂；
(3)在常溫條件下，將氮化硼粉末分成2等份，分次加入到步驟(2)制得的包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂中，攪拌混合均勻，然后在60℃下干燥20h，得到改性聚酰胺樹脂；
(4)聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉計量輸送，計量輸送裝置包含兩個獨立的補料料倉和兩臺帶喂料料斗的計量稱，將聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉投入到各自的補料料倉，然后通過補料料倉進入各自計量稱上的喂料料斗，最后輸送至雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，拉條水冷切?；蛩虑辛?，造粒后90℃下干燥3h，得到有機黑色母粒，其中，熔融擠出造粒時，所述雙螺桿擠出機的螺桿各段以及機頭溫度分別為：加料段：117℃，輸送段205℃，熔融段235℃，機頭225℃；
(5)將步驟(3)制得的改性聚酰胺樹脂和步驟(4)制得有機黑色母粒混合均勻后加入到高速混合機中，然后向高速混合機中依次加入碳纖維、馬來酸酐接枝聚丙烯蠟、硅烷偶聯(lián)劑、抗氧劑，750r/min的攪拌速度下混合25min，得到混合料；
(6)將步驟(5)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機中，熔融擠出造粒，切粒干燥后得到高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料。
實施例4
一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料，以重量份計，包括以下組分：
聚酰胺樹脂70份，氮化硼納米片1份，
氮化硼粉末7份，納米氮化硅3份，
有機黑色母粒4.5份，碳纖維8份，
馬來酸酐接枝聚丙烯蠟2份，硅烷偶聯(lián)劑0.9份，
膠粘劑4份，抗氧劑0.5份；
有機黑色母粒，以質(zhì)量百分比計，包括聚酰胺樹脂60％，苯胺黑色粉40％；
該復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：
(1)在常溫條件下，將氮化硼納米片、納米氮化硅分別分成3等份，然后依次分次加入到膠粘劑中，攪拌均勻，置于超聲裝置中，在600W下超聲處理40min，得到氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑；
(2)將聚酰胺樹脂加入到步驟(1)制得的氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑中，攪拌均勻，使得混有氮化硼納米片、納米氮化硅的膠粘劑均勻的分散在聚酰胺樹脂表面，得到包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂；
(3)在常溫條件下，將氮化硼粉末分成3等份，分次加入到步驟(2)制得的包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂中，攪拌混合均勻，然后在70℃下干燥22h，得到改性聚酰胺樹脂；
(4)聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉計量輸送，計量輸送裝置包含兩個獨立的補料料倉和兩臺帶喂料料斗的計量稱，將聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉投入到各自的補料料倉，然后通過補料料倉進入各自計量稱上的喂料料斗，最后輸送至雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，拉條水冷切?；蛩虑辛?，造粒后100℃下干燥4h，得到有機黑色母粒，其中，熔融擠出造粒時，所述雙螺桿擠出機的螺桿各段以及機頭溫度分別為：加料段：120℃，輸送段210℃，熔融段240℃，機頭230℃；
(5)將步驟(3)制得的改性聚酰胺樹脂和步驟(4)制得有機黑色母?；旌暇鶆蚝蠹尤氲礁咚倩旌蠙C中，然后向高速混合機中依次加入碳纖維、馬來酸酐接枝聚丙烯蠟、硅烷偶聯(lián)劑、抗氧劑，700r/min的攪拌速度下混合35min，得到混合料；
(6)將步驟(5)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機中，熔融擠出造粒，切粒干燥后得到高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料。
實施例5
一種高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料，以重量份計，包括以下組分：
聚酰胺樹脂80份，氮化硼納米片1.5份，
氮化硼粉末8份，納米氮化硅3.5份，
有機黑色母粒5份，碳纖維10份，
馬來酸酐接枝聚丙烯蠟2.5份，硅烷偶聯(lián)劑1.1份，
膠粘劑4份，抗氧劑0.6份；
有機黑色母粒，以質(zhì)量百分比計，包括聚酰胺樹脂65％，苯胺黑色粉35％；
該復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：
(1)在常溫條件下，將氮化硼納米片、納米氮化硅分別分成4等份，然后依次分次加入到膠粘劑中，攪拌均勻，置于超聲裝置中，在600W下超聲處理45min，得到氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑；
(2)將聚酰胺樹脂加入到步驟(1)制得的氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑中，攪拌均勻，使得混有氮化硼納米片、納米氮化硅的膠粘劑均勻的分散在聚酰胺樹脂表面，得到包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂；
(3)在常溫條件下，將氮化硼粉末分成3等份，分次加入到步驟(2)制得的包裹有氮化硼納米片、納米氮化硅膠粘劑的樹脂中，攪拌混合均勻，然后在75℃下干燥26h，得到改性聚酰胺樹脂；
(4)聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉計量輸送，計量輸送裝置包含兩個獨立的補料料倉和兩臺帶喂料料斗的計量稱，將聚酰胺樹脂和苯胺黑色粉投入到各自的補料料倉，然后通過補料料倉進入各自計量稱上的喂料料斗，最后輸送至雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，拉條水冷切?；蛩虑辛?，造粒后110℃下干燥4.5h，得到有機黑色母粒，其中，熔融擠出造粒時，所述雙螺桿擠出機的螺桿各段以及機頭溫度分別為：加料段：125℃，輸送段210℃，熔融段240℃，機頭228℃；
(5)將步驟(3)制得的改性聚酰胺樹脂和步驟(4)制得有機黑色母?；旌暇鶆蚝蠹尤氲礁咚倩旌蠙C中，然后向高速混合機中依次加入碳纖維、馬來酸酐接枝聚丙烯蠟、硅烷偶聯(lián)劑、抗氧劑，800r/min的攪拌速度下混合25min，得到混合料；
(6)將步驟(5)制得的混合料加入到雙螺桿擠出機中，熔融擠出造粒，切粒干燥后得到高導(dǎo)熱有機黑色母粒添加的聚酰胺復(fù)合材料。
將本發(fā)明所制備的聚酰胺復(fù)合材料粒料，通過HTF200-w1注射成型機進行注射制樣，并對制得的試樣進行性能測試。
(1)導(dǎo)熱率測試
采用德國耐馳儀器制造有限公司生產(chǎn)的激光法導(dǎo)熱分析儀LFA457按ASTM E1461測定所制備的聚酰胺復(fù)合材料的導(dǎo)熱率，注射成型的樣品為直徑12.5mm，厚度為2-2.5mm的圓片。
(2)拉伸性能測試
試樣拉伸性能使用WDW型微機控制電子萬能試驗機來進行研究，依照GB/T 1040.2-1006的標準來測試。實驗溫度為25℃，設(shè)定拉伸速度為50mm/min。在標準試樣上沿軸施加拉伸負荷。直至試樣被拉斷，進行測試，用拉伸強度來表征材料拉伸性能的好壞。
(3)沖擊強度測試
復(fù)合材料的沖擊強度根據(jù)采用缺口試樣簡支梁沖擊強度測試法測定，按照GB/T 1043-1993來測試。
測試結(jié)果如表1所示。
表1
從表1來看，本發(fā)明制得的聚酰胺復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)熱率，導(dǎo)熱性能好，且力學(xué)性能優(yōu)異。