[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)熱絕緣炭系填料和高導(dǎo)熱絕緣環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510011419.1
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104559061B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李偉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/04;C08K7/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所43114
• 代理人: 魏娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱絕緣炭系填料和高導(dǎo)熱絕緣環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及制備方法，屬于功能材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來隨著電子設(shè)備的小型化及多功能化的快速發(fā)展，對材料的導(dǎo)熱性能提出了越來越高的要求。導(dǎo)熱絕緣材料作為一種重要的熱管理材料被廣泛應(yīng)用于電子封裝、導(dǎo)熱灌封等領(lǐng)域中。在導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究中導(dǎo)熱性能提高是關(guān)鍵，良好的導(dǎo)熱性可以保證各電子元器件的正常運(yùn)行，提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可以使材料具有更好的應(yīng)用前景。如電子產(chǎn)品在使用過程中，會產(chǎn)生大量的熱量，如果不能將這些熱量及時(shí)排出，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用壽命，傳統(tǒng)金屬導(dǎo)熱材料雖然導(dǎo)熱率高，但絕緣性差。

聚合物基復(fù)合材料可以克服以上缺點(diǎn)，通過制備高介電和高導(dǎo)熱聚合物材料，以減小電子電容器的體積和提高電子設(shè)備的散熱能力。向聚合物基體中添加高介電陶瓷和導(dǎo)電體填料制備復(fù)合材料是兩種有效的提高聚合物介電常數(shù)的途徑。由于制備導(dǎo)電體/聚合物逾滲體系復(fù)合材料在較低的含量下即可大幅提高聚合物基體的介電常數(shù)，因而顯示出巨大的優(yōu)勢，但這一途徑提高聚合物介電常數(shù)的同時(shí)也引起介電損耗的躍升。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成度與功耗不斷提高，散熱問題成為影響電子產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵因素之一。因此導(dǎo)熱高分子材料在工業(yè)中散熱及熱傳導(dǎo)場合獲得廣泛應(yīng)用。比如較高的導(dǎo)熱特性、優(yōu)異的電絕緣性能與抗震防潮特性、良好的電磁屏蔽性能等。用金屬氧化物、氮化物等粉末填充塑料可獲得導(dǎo)熱絕緣材料，不僅填充率高，而且復(fù)合材料的導(dǎo)熱率仍然比較低。

聚丙烯、聚乙烯、尼龍和環(huán)氧樹脂等是廣泛應(yīng)用的樹脂，其加工性能優(yōu)良，有較好的機(jī)械性能，很高的電絕緣性，而且耐腐蝕、密度較低，但是導(dǎo)熱系數(shù)較低(0.24W.m^-1.K^-1)，限制了其在電子包裝、化工熱交換設(shè)備等方面的應(yīng)用。

中國專利申請201410272665.8(公開號為CN104072988A)公開了一種氮化硼高導(dǎo)熱絕緣材料及其制備方法與應(yīng)用，它是采用聚苯硫醚對顆粒狀氮化硼進(jìn)行表面處理，再與芳綸纖維、沉析纖維和云母制成高導(dǎo)熱絕緣材料；該發(fā)明生產(chǎn)的氮化硼高導(dǎo)熱纖維云母絕緣材料具有高導(dǎo)熱性、高絕緣性、高強(qiáng)度和耐化學(xué)性等優(yōu)異的性能。雖然聚苯硫醚處理后的顆粒狀氮化硼的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到了10W.m^-1.K^-1，但是該氮化硼絕緣材料用環(huán)氧樹脂浸潤后的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.19W.m^-1.K^-1。

中國專利申請201310480528.9(公開號為CN103589159A)公開了一種高導(dǎo)熱絕緣材料及其制備方法，它是將乙炔炭黑、改性AlN、硅橡膠、聚酰亞胺、玻璃纖維、過氧化苯甲酰和硅烷偶聯(lián)劑熱壓成型制備高導(dǎo)熱絕緣材料。該制備方法簡便，操作容易，并避免了單獨(dú)添加填料提高熱導(dǎo)率帶來的基體性能下降，因此材料具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和高導(dǎo)熱性能(熱導(dǎo)率達(dá)2.82W.m^-1.K^-1)。但是由于乙炔炭黑具有良好的導(dǎo)電性，將會對材料的絕緣性產(chǎn)生顯著的影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)熱絕緣塑料材料存在的缺陷，如通過AlN、氮化硼、碳化硅、三氧化二鋁和其他的金屬氧化物、氮化物等作為填充材料，雖然能使復(fù)合材料具有較好的絕緣性能，但是導(dǎo)熱性能較差，導(dǎo)致在制備導(dǎo)熱絕緣塑料時(shí)需要較高的添加量，同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)一般都低于2.0W/m.K，很難滿足目前電子產(chǎn)品對導(dǎo)熱絕緣塑料的要求。本發(fā)明的目的是在于提供一種同時(shí)具有高導(dǎo)熱性和高絕緣性，且分散性好的炭系填料。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是在于提供一種通過所述高導(dǎo)熱絕緣炭系填料制備同時(shí)具有高導(dǎo)熱性和高絕緣性的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是在于提供一種操作簡單、低成本制備所述高導(dǎo)熱絕緣炭系填料的方法。

本發(fā)明的第四個(gè)目的是在于提供一種操作簡單、低成本制備所述高導(dǎo)熱絕緣環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的方法。

本發(fā)明公開了一種高導(dǎo)熱絕緣炭系填料，該炭系填料由以下質(zhì)量份組分原料通過溶膠-凝膠法制備得到：炭材料粉5～25份；絕緣改性劑5～10份；表面活性劑0.1～1份；有機(jī)溶劑60～85份；水1～4份；pH調(diào)節(jié)劑4～10份。

優(yōu)選的高導(dǎo)熱絕緣炭系填料中炭材料粉為石墨烯、鱗片石墨粉、炭纖維粉中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選的高導(dǎo)熱絕緣炭系填料中炭材料粉粒徑或長度小于100μm。

優(yōu)選的高導(dǎo)熱絕緣炭系填料中絕緣改性劑為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正鈦酸丁酯、正鈦酸乙酯中的至少一種。