[發明專利]一種高體積分數導熱復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410336024.4
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104119627B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 劉劍;唐榕;劉子儀;彭汝芳;楚士晉
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C08L27/18
• 分類號: C08L27/18;C08L33/12;C08L27/12;C08L77/00;C08K7/24;C08K3/04;C08K7/06;C09K5/14
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所(普通合伙)51106
• 代理人: 劉克勤

技術領域

本發明屬于碳基導熱復合材料，涉及一種高體積分數導熱復合材料及其制備方法，特別涉及一種以高導熱碳基微納米粉體為填料的高體積分數導熱復合材料及其制備方法。本發明高體積分數導熱復合材料主要應用于3D打印材料、筆記本電腦、大功率LED照明、平板顯示器、數碼攝像機和移動通信產品以及相關的微型化與高速化的電子元器件領域。

背景技術

近年來，隨著微電子集成與組裝技術迅速發展，集成電路的微型化程度越來越高，電子元器件和邏輯電路的體積成千萬倍地縮小，使得集成電路模塊單位面積上的電子組件的發熱量劇增。為保證電子元器件長時間高可靠地正常工作，必須阻止工作溫度的不斷升高，因此，需要對集成電路模塊進行有效的散熱，迫切需要研制高導熱性能的聚合物材料。碳基微納米粉體具有極高的比表面積、力學性能、卓越的熱性能，其中碳基填料，如石墨(209Wm^-1K^-1)、碳納米管(3100～3500Wm^-1K^-1)、金剛石(2000Wm^-1K^-1)、石墨烯(4840～5300Wm^-1K^-1)等具有超高的熱導率，利用其來提高聚合物基體的熱導率備受學術界和工業界的青睞，并給予厚望。現有技術中，人們已經采用傳統的導熱復合材料制作方法，將碳納米管(如：多壁碳納米管、單壁碳納米管)，碳納米纖維，富勒烯等碳材料作為填料粉體，分散到高分子基體材料中，制得導熱復合材料。然而，采用現有的制作方法制備導熱復合材料主要存在以下問題：(1)由于填料粉體的比表面積大，隨著填料含量的增加，填料之間的作用力增強，進而給填料的分散造成不良影響，使填料的填充量有限，直接影響聚合物基體中導熱網絡的形成，影響復合材料的導熱性能。(2)傳統的導熱復合材料制備方法，步驟繁瑣，耗能較大，導致制備復合材料成本較高，難以在工業生產中應用。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有技術中的不足，提供一種高體積分數導熱復合材料及其制備方法，本發明可以有效克服由于填料分散困難、填充量有限造成的導熱網絡不連續，使復合材料導熱系數低、散熱效果差的不足；克服制備過程中耗能大、成本高，難以應用于工業生產中的技術問題；提供一種簡便、高效的導熱復合材料的方法，本發明的方法能夠直接制備高體積分數碳基微納米填料的導熱復合材料，顯著提高聚合物材料的力學性能，同時賦予聚合物材料許多新的功能，特別表現在材料的高導熱性方面，實現多功能高強復合材料，并且可以滿足大批量生產的實際要求。

本發明的內容是：一種高體積分數導熱復合材料，其特征是：由不規則堆積形成導熱網絡、質量百分比為90～99％的導熱填料，和分散于所述的導熱網絡空隙中、質量百分比為1～10％的聚合物粘結劑組成；

所述的導熱填料為高導熱碳基微納粉體。

本發明的內容中：所述的高導熱碳基微納粉體填料可以是：

單壁碳納米管(可以為Timestub^TM-高純單壁碳納米管，中國科學院成都有機化學有限公司生產，型號：TNS，外直徑OD為1～2nm，純度(Purity≥90wt％),長度為5～30μm，比表面積SSA≥380m²/g，灰分≤1.5wt％，導電率EC≥100s/cm，堆密度(Tap?Density)為0.14g/cm³)、

多壁碳納米管(可以為Timestub^TM-高純單壁碳納米管，中國科學院成都有機化學有限公司生產，型號：TNM1，外直徑OD≥50nm，純度(Purity≥90wt％),長度為10～30μm，比表面積SSA≥40m²/g，灰分≤5wt％，導電率EC≥100s/cm，堆密度(Tap?Density)為0.27g/cm³)、

石墨烯(可以為TimesGraph^TM-石墨烯，中國科學院成都有機化學有限公司生產，純度(Purity≥95wt％),比表面積SSA≥554.364m²/g，直徑為0.5～3μm，層數為1～10層，厚度為0.55～3.74nm；或富勒烯C₆₀，純度(≥98wt％),熔點≥280℃，燃點≥94℃)、或

碳納米纖維(可以為C-25碳納米纖維，鞍山塞諾達碳纖維有限公司生產，比表面積SSA≥1000m²/g)。