[發(fā)明專利]一種制備導(dǎo)熱復(fù)合材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410004426.4
• 申請(qǐng)日: 2014-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103753726B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳宏;張先龍;郭少云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): B29B9/06
• 分類號(hào): B29B9/06;B29C47/92;B29C47/70;C08L23/06;C08K3/38;C08L77/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備導(dǎo)熱復(fù)合材料的方法，屬于功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于高分子材料是絕緣體，且熱導(dǎo)率極低，在很大程度上限制了它在導(dǎo)熱領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)出具有高導(dǎo)熱且綜合性能優(yōu)異的高分子材料，進(jìn)一步拓寬高分子材料在導(dǎo)熱領(lǐng)域應(yīng)用[周文英，齊暑華，涂春潮．塑料工業(yè)，2005，33(B5)：99-102]，具有重要意義。特別是近年來(lái)，高信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，如電器、微電子領(lǐng)域中廣泛使用的高散熱界面材料及封裝材料，電磁屏蔽、電子信息領(lǐng)域廣泛使用的功率管、集成塊、熱管、集成電路、覆銅基板等元器件，塑料在這些高端信息化產(chǎn)品配件上的應(yīng)用將向著高功率化、高密度化、高集成化，散熱快等方向發(fā)展，這為高導(dǎo)熱高分子材料在新的領(lǐng)域的發(fā)展提供了更大的舞臺(tái)。但是，在制備高分子材料/導(dǎo)熱填料復(fù)合材料過(guò)程中為獲得高導(dǎo)熱系數(shù)的高分子材料，需要添加大量的導(dǎo)熱填料，從而影響高分子材料的力學(xué)性能加工性能等。因此有必要研究在填料含量不變的條件下盡可能的提高導(dǎo)熱系數(shù)，目前的主要做法是盡可能的減少高分子材料與填料之間的熱阻，一方面提高聚合物的結(jié)晶性能，另一方面導(dǎo)熱填料經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑處理，后者成為目前提高導(dǎo)熱系數(shù)的主要手段。但是，在用偶聯(lián)劑處理導(dǎo)熱填料過(guò)程中需要大量溶劑，并且處理時(shí)間長(zhǎng)、需要較高溫度干燥，由此引起能耗較大。另外，國(guó)外已有人研究通過(guò)不同的加工方法提高導(dǎo)熱系數(shù)[Agari?Y,?Xu?G.?J.?Appl.?Polym.?Sci.?1991,?42,?1665-1669]，發(fā)現(xiàn)直接模壓成型法所得到的制品導(dǎo)熱系數(shù)最高，但力學(xué)性能差、生產(chǎn)效率低；采用熔融加工法的導(dǎo)熱系數(shù)最低，但力學(xué)性能較好。

因此，現(xiàn)實(shí)的發(fā)展需要開(kāi)發(fā)一種方法在導(dǎo)熱填料含量不變的前提下提高導(dǎo)熱系數(shù)并保持導(dǎo)熱復(fù)合材料有良好的力學(xué)性能，且該方法的生產(chǎn)工藝又要簡(jiǎn)單、質(zhì)量穩(wěn)定、并適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

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發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足和現(xiàn)實(shí)的發(fā)展需求，本發(fā)明的目的旨在提供一種制備導(dǎo)熱復(fù)合材料的方法，該方法具備生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量穩(wěn)定、適宜大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，其制備的導(dǎo)熱復(fù)合材料具有較高導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)異的力學(xué)性能。

本發(fā)明的基本原理是：鑒于導(dǎo)熱填料的分散狀態(tài)不同，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)有巨大影響，所以在結(jié)晶型聚合物基體中，若能形成更多的“聚合物晶體-導(dǎo)熱填料”相互接觸導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也就能大幅度提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。為此，需要盡量減少導(dǎo)熱填料的團(tuán)聚現(xiàn)象，才能提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。本發(fā)明從這點(diǎn)出發(fā)，在加工方法上致力于改善導(dǎo)熱填料的分散狀態(tài)，由此提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。具體來(lái)講，本發(fā)明是在加工過(guò)程中，讓聚合物熔體分流并在雙向拉伸應(yīng)力場(chǎng)作用下雙向拉伸形變，既改善使填料在聚合物基體中的分散狀態(tài)，最終得到的導(dǎo)熱復(fù)合材料的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能得到同步提高。

本發(fā)明基于上述原理，實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明以結(jié)晶型聚合物為基體，包括如下步驟：

第一步，將結(jié)晶型聚合物、導(dǎo)熱填料按重量份配比為50～80：50～20配料；

第二步，將上述導(dǎo)熱填料進(jìn)行干燥處理；

第三步，將干燥處理后的導(dǎo)熱填料與結(jié)晶型聚合物一起投入高混機(jī)中預(yù)混合，得到導(dǎo)熱填料與結(jié)晶型聚合物預(yù)混物；

第四步，將第三步得到的預(yù)混物投入到由擠出機(jī)(1-1)、連接器(1-2)、單個(gè)或組合雙向拉伸熔體混合器(1-3)、造粒口模(1-4)、冷卻裝置(1-5)和造粒機(jī)(1-7)構(gòu)成的雙向拉伸熔體混合成型一體化裝置的擠出機(jī)(1-1)中(參見(jiàn)圖1)，其中雙向拉伸熔體混合器的殼體內(nèi)設(shè)有2～10個(gè)不同水平延伸的楔形熔體流道；聚合物熔體流經(jīng)連接器并在雙向拉伸熔體混合器的不同水平延伸的楔形熔體流道中分流、雙向拉伸形變和疊合后，從造粒口模(1-4)流出，再經(jīng)過(guò)冷卻裝置(1-5)冷卻、造粒機(jī)(1-7)切粒，即可得顆粒型導(dǎo)熱復(fù)合材料。

上述第四步也可以是將第三步制得的預(yù)混物投入到由擠出機(jī)(2-1)、連接器(2-2)、單個(gè)或組合雙向拉伸熔體混合器(2-3)和冷卻裝置(2-5)構(gòu)成的雙向拉伸熔體混合成型一體化裝置的擠出機(jī)(2-1)中(參見(jiàn)圖2)，其中雙向拉伸熔體混合器的殼體內(nèi)設(shè)有2～10個(gè)不同水平延伸的楔形熔體流道；聚合物熔體流經(jīng)連接器并在雙向拉伸熔體混合器(2-3)的不同楔形熔體流道中分流、雙向拉伸形變和疊合后流出，再經(jīng)過(guò)冷卻裝置(2-5)冷卻，即可得片材型導(dǎo)熱復(fù)合材料。