一种高导热聚酰亚胺复合材料及其制备方法和在打印机、复印机中的应用与流程

1.本发明属于聚酰亚胺材料领域，具体涉及一种高导热聚酰亚胺复合材料及其制备方法和在打印机、复印机中的应用。


背景技术：

2.在打印机、复印机等成像装置的处理过程中，包括热定影法处理的步骤，使已经转印有调色剂图像的打印材料通过包含加热源定影带，将未定影调色剂加热熔融，并且使调色剂定影于被转印材料上，从而形成图像。
3.定影带的主要材料为聚酰亚胺等合成树脂，为满足对定影带高导热能力的需求，现有技术通常采用提高导热填料含量的方式，然而导热填料的增加导致了机械性能的降低，需要在定影器里增设众多保持机构，并在端部做后期加强处理，以防止偏移、保持印刷性能。因此，现有的定影带产品存在机械性能低、寿命短的缺陷，同时，高填料与树脂结合度较差，又导致产品的导热性能提升空间不大。
4.综上所述，亟需研发一种新的技术方案，以解决现有技术中存在的问题，满足当前市场的发展需求。


技术实现要素：

5.基于此，采用适当方法来提高聚酰亚胺材料的导热性能和机械性能，以保证设备的高效运行具有重要意义。本发明通过将特定导热填料、助剂与聚酰亚胺树脂复合，制备的高导热聚酰亚胺复合材料，在保证复合材料导热性能的同时极大提升了产品的力学性能，克服了现有技术中存在的不足，具有良好的应用前景。
6.本发明的一个目的在于，提供一种高导热聚酰亚胺复合材料，所述高导热聚酰亚胺复合材料包括质量份数如下的组分：
7.聚酰亚胺树脂
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80-150份
8.第一导热填料
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10-30份
9.助剂
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1-10份；
10.其中，所述聚酰亚胺树脂的结构通式如下所示：
[0011][0012]
所述第一导热填料为羟基化碳纳米纤维接枝不饱和脂肪酸后与1,2,4-三乙烯基环己烷反应所得；
[0013]
所述不饱和脂肪酸选自油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸中的一种或多种。
[0014]
进一步地，所述第一导热填料的制备方法包括如下步骤：
[0015]
s1.将碳纳米纤维加入氢氧化钠溶液中，超声处理后，加入过氧化氢，搅拌反应8-10h，经洗涤、干燥得到羟基化碳纳米纤维；
[0016]
s2.将所述羟基化碳纳米纤维加入不饱和脂肪酸溶液中，加热反应后，经洗涤、干燥得到中间产物；
[0017]
s3.将所述中间产物、1,2,4-三乙烯基环己烷和催化剂加入反应釜中，加热反应后，得到所述第一导热填料。
[0018]
进一步地，步骤s1中，所述氢氧化钠溶液的浓度为5-10mol/l。
[0019]
进一步地，步骤s2中，所述羟基化碳纳米纤维和不饱和脂肪酸的质量比为(50-150):1。
[0020]
进一步地，步骤s3中，所述中间产物和1,2,4-三乙烯基环己烷的质量比为(5-30):(1-5)。
[0021]
进一步地，步骤s3中，所述催化剂为过氧化二苯甲酰。
[0022]
进一步地，所述高导热聚酰亚胺复合材料还包括第二导热填料，所述第二导热填料选自二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅、黑铅、氮化硼、氧化镁、氧化锌、氮化铝、石墨烯中的一种或多种。
[0023]
进一步地，所述第二导热填料的质量份数为10-20份。
[0024]
进一步地，所述n选自4-1000。
[0025]
进一步地，所述助剂选自润湿剂、流平剂、消泡剂、保湿剂、防霉剂、增稠剂、降粘剂中的一种或多种。
[0026]
本发明的另一个目的在于，提供上述高导热聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0027]
将聚酰亚胺树脂、导热填料、助剂混合均匀后，进行热成型工艺处理，得到所述高导热聚酰亚胺复合材料。
[0028]
本发明的另一个目的在于，提供上述高导热聚酰亚胺复合材料作为定影膜在打印机、复印机中的应用。
[0029]
本发明的有益效果在于：
[0030]
1.本发明的高导热聚酰亚胺复合材料中采用特定材料作为第一导热填料，该导热填料首先采用氢氧化钠与碳纳米纤维进行反应，在碳纳米纤维表面引入了大量羟基官能团，一方面增强了碳纳米纤维的相容性，另一方面，使碳纳米纤维能够进行后续反应，进一步接枝不饱和脂肪酸，接枝后的改性碳纳米纤维中引入了含碳碳双键的长链，从而易与1,2,4-三乙烯基环己烷交联、结合，形成更加稳定、分散性更好的结构，将其应用于聚酰亚胺树脂中，能够赋予复合材料更强导热性能和机械性能。令人意外的发现，当采用花生四烯酸作为改性剂进行反应时，产品的各项性能均有明显提升，显著优于现有技术方案，具有良好的应用前景。
[0031]
2.采用本发明提供的高导热聚酰亚胺复合材料作为基材制作定影膜，可以缩短打印机电源投入后的等待时间，降低了功耗，从而实现了定影速度的高速化和定影温度的低温化，同时由于机械强度的提升，使定影性更加优秀，极大改善了生产效率。
具体实施方式
[0032]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
[0033]
本发明实施例中的碳纳米纤维购买自帝人公司「potencia」。
[0034]
本发明实施例中的助剂包括质量比1:1:1的消泡剂、润湿剂、流平剂，所述消泡剂为陶熙有机硅油fz-2110；所述润湿剂为圣邦硅油si-2047；所述流平剂为帝斯巴隆disparlon l1980n。
[0035]
本发明实施例中，聚酰亚胺树脂为购买自du pont公司「kapton」，其结构式为
[0036][0037]
其中，n为4。
[0038]
实施例1
[0039]
一种高导热聚酰亚胺复合材料，包括质量份数如下的组分：
[0040]
聚酰亚胺树脂
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80份
[0041]
第一导热填料
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10份
[0042]
助剂1份。
[0043]
所述第一导热填料的制备方法包括如下步骤：
[0044]
s1.将1g碳纳米纤维加入400ml浓度为10mol/ml氢氧化钠溶液中，超声分散40min后，加入催化剂3ml 30％过氧化氢，搅拌反应10h，离心去除上层液后，用蒸馏水洗至中性，烘干得到羟基化碳纳米纤维；
[0045]
s2.将所述羟基化碳纳米纤维加入油酸溶液中(羟基化碳纳米纤维:油酸＝100:1，m/m)，30℃反应10min，经过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
[0046]
s3.将所述中间产物、1,2,4-三乙烯基环己烷和过氧化二苯甲酰加入反应釜中(中间产物:1,2,4-三乙烯基环己烷:过氧化二苯甲酰＝30:3:1，m/m/m)，120℃反应2h后，得到所述第一导热填料。
[0047]
上述高导热聚酰亚胺复合材料的制备方法包括如下步骤：
[0048]
按上述质量份数，将聚酰亚胺树脂、第一导热填料、助剂混合搅拌均匀后，在80℃下处理1h，180℃下处理1h，然后在310℃下处理1h，冷却后得到所述高导热聚酰亚胺复合材料。
[0049]
实施例2
[0050]
一种高导热聚酰亚胺复合材料，包括质量份数如下的组分：
[0051]
聚酰亚胺树脂
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150份
[0052]
第一导热填料
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20份
[0053]
助剂
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10份
[0054]
三氧化二铝
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20份。
[0055]
所述第一导热填料的制备方法包括如下步骤：
[0056]
s1.将1g碳纳米纤维加入400ml浓度为10mol/ml氢氧化钠溶液中，超声分散40min后，加入催化剂3ml 30％过氧化氢，搅拌反应10h，离心去除上层液后，用蒸馏水洗至中性，烘干得到羟基化碳纳米纤维；
[0057]
s2.将所述羟基化碳纳米纤维加入亚油酸溶液中(羟基化碳纳米纤维:亚油酸＝100:1，m/m)，40℃反应15min，经过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
[0058]
s3.将所述中间产物、1,2,4-三乙烯基环己烷和过氧化二苯甲酰加入反应釜中(中间产物:1,2,4-三乙烯基环己烷:过氧化二苯甲酰＝30:3:1，m/m/m)，120℃反应2h后，得到所述第一导热填料。
[0059]
上述高导热聚酰亚胺复合材料的制备方法包括如下步骤：
[0060]
按上述质量份数，将聚酰亚胺树脂、第一导热填料、三氧化二铝、助剂混合搅拌均匀后，在80℃下处理1h，180℃下处理1h，然后在310℃下处理1h，冷却后得到所述高导热聚酰亚胺复合材料。
[0061]
实施例3
[0062]
一种高导热聚酰亚胺复合材料，包括质量份数如下的组分：
[0063]
聚酰亚胺树脂
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100份
[0064]
第一导热填料
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30份
[0065]
助剂
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5份
[0066]
碳化硅
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10份。
[0067]
所述第一导热填料的制备方法包括如下步骤：
[0068]
s1.将1g碳纳米纤维加入400ml浓度为10mol/ml氢氧化钠溶液中，超声分散40min后，加入催化剂3ml 30％过氧化氢，搅拌反应10h，离心去除上层液后，用蒸馏水洗至中性，烘干得到羟基化碳纳米纤维；
[0069]
s2.将所述羟基化碳纳米纤维加入花生四烯酸溶液中(羟基化碳纳米纤维:花生四烯酸＝50:1，m/m)，40℃反应15min，经过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
[0070]
s3.将所述中间产物、1,2,4-三乙烯基环己烷和过氧化二苯甲酰加入反应釜中(中间产物:1,2,4-三乙烯基环己烷:过氧化二苯甲酰＝30:3:1，m/m/m)，120℃反应2h后，得到所述第一导热填料。
[0071]
上述高导热聚酰亚胺复合材料的制备方法包括如下步骤：
[0072]
按上述质量份数，将聚酰亚胺树脂、第一导热填料、碳化硅、助剂混合搅拌均匀后，在80℃下处理1h，180℃下处理1h，然后在310℃下处理1h，冷却后得到所述高导热聚酰亚胺复合材料。
[0073]
对比例1
[0074]
一种聚酰亚胺复合材料，本对比例与实施例3的区别在于：第一导热填料的制备方法中，不进行步骤s1，直接采用碳纳米纤维与花生四烯酸进行反应，然后与1,2,4-三乙烯基环己烷进行反应，其他材料和制备方法与实施例3相同。
[0075]
对比例2
[0076]
一种聚酰亚胺复合材料，本对比例与实施例3的区别在于：采用未改性碳纳米纤维
作为第一导热填料，其他材料和制备方法与实施例3相同。
[0077]
测试例1
[0078]
对实施例1-3制备的第一导热填料和常规导热填料进行导热性能对比测试。
[0079]
测试结果如表1所示。
[0080]
表1填料导热性能测试结果
[0081]
填料形状导热系数(w/mk)二氧化硅球状0.36三氧化二铝球状0.42碳化硅破碎状0.34黑铅鳞片状0.32氮化硼鳞片状0.34碳纳米纤维纤维0.56实施例1纤维2.07实施例2纤维2.08实施例3纤维2.13
[0082]
根据表1可以得出，本发明实施例制备的第一导热填料具有良好的导热性能，其导热系数能够达到2.13w/mk，明显高于二氧化硅、三氧化二铝等常规导热填料，且相比未改性碳纳米纤维也具有显著提高。
[0083]
测试例2
[0084]
对实施例和对比例制备的高导热聚酰亚胺复合材料进行性能测试。
[0085]
测试方法：
[0086]
导热系数的测定使用ai-phase公司的薄膜热扩散系数测试仪m3测定聚酰亚胺的热扩散率。将得到的热扩散率与聚酰亚胺的比热和密度相乘，可以计算出导热系数。
[0087]
定影性测试试验方法：将聚酰亚胺碳纳米纤维固定在铝板上。在聚酰亚胺碳纳米纤维上撒上碳粉，将样品加热到150℃为止。把纸按在碳粉上，擦5次左右后，撕掉纸，确认碳粉是否转移到纸上，按照以下标准进行评价。优秀：墨粉完全转移到纸上；合格：大部分墨粉都转移到纸上；不合格：很多墨粉残留在聚酰亚胺碳纳米纤维上。
[0088]
偏移测试：将聚酰亚胺碳纳米纤维装入定影器，根据以下标准评价是否发生偏移。合格：不发生偏移量；不合格：发生偏移量。
[0089]
轴向、周向的拉伸增长率和拉伸弹性率的测量，测量装置：岛津制作所公司制造的ag-is；测量方法：固定聚酰亚胺样片的上下部(10mm*100mm)，以拉伸速度1.7mm/s、上下夹具间距离50mm测量拉伸增长率和拉伸弹性率。
[0090]
测试结果如表2所示。
[0091]
表2性能测试结果
[0092][0093]
根据表2可以得出，本发明实施例1-3制备的高导热聚酰亚胺复合材料中采用特定的第一导热填料，有效提升了产品的导热性能和力学性能，特别是经花生四烯酸、1,2,4-三乙烯基环己烷改性的羟基化碳纳米纤维对各项性能的提升最为显著。而对比例1由于未对碳纳米纤维进行羟基化处理，导致不饱和脂肪酸难以接枝，只少量吸附于碳纳米纤维表面，后续反应难以进行，性能提升效果不理想；对比例2采用的是未改性碳纳米纤维，其各项性能均相对较差。综上所述，本发明的高导热聚酰亚胺复合材料，在定影膜等领域中具有良好的应用前景。
[0094]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0095]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述高导热聚酰亚胺复合材料包括质量份数如下的组分：聚酰亚胺树脂
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80-150份第一导热填料
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10-30份助剂
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1-10份；其中，所述聚酰亚胺树脂的结构通式如下所示：所述第一导热填料为羟基化碳纳米纤维接枝不饱和脂肪酸后与1,2,4-三乙烯基环己烷反应所得；所述不饱和脂肪酸选自油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸中的一种或多种。2.根据权利要求1所述高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述第一导热填料的制备方法包括如下步骤：s1.将碳纳米纤维加入氢氧化钠溶液中，超声处理后，加入过氧化氢，搅拌反应8-10h，经洗涤、干燥得到羟基化碳纳米纤维；s2.将所述羟基化碳纳米纤维加入不饱和脂肪酸溶液中，加热反应后，经洗涤、干燥得到中间产物；s3.将所述中间产物、1,2,4-三乙烯基环己烷和催化剂加入反应釜中，加热反应后，得到所述第一导热填料。3.根据权利要求2所述高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于，步骤s1中，所述氢氧化钠溶液的浓度为5-10mol/l。4.根据权利要求2所述高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于，步骤s2中，所述羟基化碳纳米纤维和不饱和脂肪酸的质量比为(50-150):1。5.根据权利要求2所述高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于，步骤s3中，所述中间产物和1,2,4-三乙烯基环己烷的质量比为(5-30):(1-5)。6.根据权利要求1所述高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述高导热聚酰亚胺复合材料还包括第二导热填料，所述第二导热填料选自二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅、黑铅、氮化硼、氧化镁、氧化锌、氮化铝、石墨烯中的一种或多种。7.根据权利要求1所述高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述n选自4-1000。8.根据权利要求1所述高导热聚酰亚胺复合材料，其特征在于，所述助剂选自润湿剂、流平剂、消泡剂、保湿剂、防霉剂、增稠剂、降粘剂中的一种或多种。9.权利要求1-8任一项所述高导热聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚酰亚胺树脂、导热填料、助剂混合均匀后，进行热成型工艺处理，得到所述高导热聚酰亚胺复合材料。
10.权利要求1-8任一项所述高导热聚酰亚胺复合材料作为定影膜在打印机、复印机中的应用。

技术总结
本发明涉及一种高导热聚酰亚胺复合材料及其制备方法和在打印机、复印机中的应用，所述高导热聚酰亚胺复合材料包括质量份数如下的组分：聚酰亚胺树脂80-150份、第一导热填料10-30份、助剂1-10份；其中，所述第一导热填料为羟基化碳纳米纤维接枝不饱和脂肪酸后与1,2,4-三乙烯基环己烷反应所得；所述不饱和脂肪酸选自油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸中的一种或多种。本发明通过将特定导热填料、助剂与聚酰亚胺树脂复合，制备的高导热聚酰亚胺复合材料，在保证复合材料导热性能的同时极大提升了产品的力学性能，克服了现有技术中存在的不足，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。


技术研发人员：刘真 魏志远
受保护的技术使用者：深圳市华之美科技有限公司
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/7/12