謝谷強(qiáng) 黃榮慧 寧圓華 沈 芳 常亞麗 鄭為朋 周延松

（廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004）

機(jī)械活化法制備PVC/PP導(dǎo)熱復(fù)合板材

謝谷強(qiáng) 黃榮慧 寧圓華 沈 芳 常亞麗 鄭為朋 周延松

（廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)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(jī)中混合，經(jīng)機(jī)械活化后的混合粉末顆粒通過平板硫化機(jī)壓成導(dǎo)熱復(fù)合板材，測(cè)定復(fù)合板材的導(dǎo)熱率及導(dǎo)電率。結(jié)果表明：當(dāng)PVC含量為45%，PP含量為25%，石墨含量為30%時(shí)，復(fù)合板材導(dǎo)熱率最高，為0.52805W/m·K，電阻率為0.49.Ω.cm。

PVC；PP；機(jī)械活化；導(dǎo)熱

1 引言

隨著化工、能源、電子信息及航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展，許多特殊導(dǎo)熱場(chǎng)合對(duì)導(dǎo)熱材料提出了更高要求，傳統(tǒng)具有良好導(dǎo)熱性能的金屬及其氧化物由于其電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性及成型工藝性能較差，難以適應(yīng)實(shí)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(xué)性能，來源廣，價(jià)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(dǎo)體，熱導(dǎo)率較低，所以提高高分子材料的導(dǎo)熱性能越來越成為科學(xué)研究的關(guān)注點(diǎn)。

本文使用機(jī)械活化法來制備導(dǎo)熱高分子復(fù)合板材，并優(yōu)化了其工藝條件。實(shí)驗(yàn)使用的主料是PVC和PP，這兩種高分子材料導(dǎo)熱性能差，應(yīng)用受限，若能將其導(dǎo)熱性能提升，就可將其應(yīng)用于生產(chǎn)中的換熱設(shè)備、冷卻設(shè)備、電子元件等諸多領(lǐng)域［1］。目前，常采用添加導(dǎo)熱填料來提高聚合物材料的導(dǎo)熱系數(shù)[2-4]。石墨是一種理想的導(dǎo)熱填料，具有低價(jià)、質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)高的特點(diǎn)[5]。以聚氯乙烯（PVC）作為基料，石墨為導(dǎo)熱添加劑，采用粉末共混法在球墨機(jī)中共混制備PVC/石墨導(dǎo)熱復(fù)合材料，得到的復(fù)合板材熱導(dǎo)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(fù)合板材熱導(dǎo)率的2.6倍[6]。本文擬以PP和PVC為基料，石墨為導(dǎo)熱添加劑，利用機(jī)械活化的方法，制備熱導(dǎo)率較高的PVC/PP導(dǎo)熱復(fù)合板材，并優(yōu)化制備工藝。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1原材料及儀器

PVC：SG- 5，熱導(dǎo)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(tuán)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(dǎo)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(jī): XLB25- D，浙江雙力集團(tuán)湖州星力；球磨機(jī)：廣西大學(xué); 熱導(dǎo)率測(cè)定儀：FD-TC- B，南京大展機(jī)電技術(shù)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(jī)預(yù)熱至50℃，將PVC、PP、C放入球磨機(jī)中調(diào)制轉(zhuǎn)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(jī)中壓制成板，溫度為165℃，時(shí)間為15min。

2.3板材的導(dǎo)熱率，導(dǎo)電率的測(cè)定

采用南京大展機(jī)電技術(shù)研究所 FD-TC-B導(dǎo)熱儀，先量取樣板的厚度，在系統(tǒng)輸入厚度，進(jìn)行導(dǎo)熱率的測(cè)定。采用蘇州晶格電子有限公司，上海安標(biāo)電子有限公司ST-2258C型多功能數(shù)字式四探針測(cè)試儀 ZC46A高絕緣電阻測(cè)量?jī)x，對(duì)板材進(jìn)行電阻率的測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1機(jī)械球磨轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)板材熱導(dǎo)率的影響[7]

圖1　機(jī)械球磨轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)板材熱導(dǎo)率的影響

由圖1可見：球磨機(jī)轉(zhuǎn)速在150/r.min-1時(shí)，有利于導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的形成。此時(shí)固相反應(yīng)剪切力以邊粉碎邊混合邊反應(yīng)的方式，使性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不同的高分子材料與石墨之間強(qiáng)制混合和反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)填充復(fù)合，同時(shí)能保持石墨良好的片層結(jié)構(gòu)[8]。

3.2石墨與PVC含量對(duì)板材導(dǎo)熱性能的影響

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

圖2　石墨與PVC含量對(duì)板材導(dǎo)熱性能的影響

由圖2可以看出，添加石墨后的板材熱導(dǎo)率明顯高于純PP 板材，前者是后者的近4 倍，當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～25%時(shí)，復(fù)合板材的熱導(dǎo)率隨石墨含量的增加而增大較快，石墨添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，熱導(dǎo)率達(dá)到最大0.52805W/(m·K)。研究表明，過量的添加劑反而使復(fù)合板材的力學(xué)性能變差，從而使經(jīng)濟(jì)效益下降。綜上所述，最佳工藝條件為：熱壓壓強(qiáng) 5 MPa，熱壓溫度165 ℃，熱壓時(shí)間為15 min，機(jī)械活化反應(yīng)轉(zhuǎn)速 150 r/min，機(jī)械活化反應(yīng)時(shí)間 60 min，石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 30%。

3.3石墨與PVC/PP含量對(duì)板材導(dǎo)電性能的影響

圖3　石墨為30%，PP、PVC不同配比時(shí)板材電阻率

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

4 結(jié)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(jī)中混合，經(jīng)機(jī)械活化后的混合粉末顆粒通過平板硫化機(jī)壓成導(dǎo)熱復(fù)合板材，測(cè)定復(fù)合板材的導(dǎo)熱率及導(dǎo)電率。結(jié)果表明：球磨機(jī)溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為150r/min，球磨時(shí)間1h，平板硫化機(jī)溫度為165℃，熱壓15min,在石墨為30%時(shí)，PVC/PP的混合物中，PVC的比例為45%，PP比例為25%時(shí)的電阻率比較低為0.49?.cm。

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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(xué)大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和科技創(chuàng)新能力訓(xùn)練基金（SYJN20130346）；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（桂科轉(zhuǎn)14125002-7）。

謝谷強(qiáng)（1991－），男，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院學(xué)生，研究方向?yàn)楣δ苄愿叻肿硬牧稀?/p>

沈芳，女，湖北天門人，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授，研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樘烊桓叻肿硬牧系母男匝芯俊?/p>