[發明專利]一種兼具導熱和抗靜電特性的環氧樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510248730.8
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104830031B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 周興平;唐曉麗;李曉靜;解孝林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08K9/02;C08K7/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

本發明公開了一種兼具導熱和抗靜電特性的環氧樹脂復合材料，該環氧樹脂復合材料包括環氧樹脂組分和均勻填充在環氧樹脂組分中的碳納米管組分；此外，所述碳納米管組分由碳納米管和包裹在其外壁的金屬納米顆粒共同組成，并且它在整個復合材料中的重量百分比為0.5wt％～5wt％。本發明同時公開了兼具導熱和抗靜電特性的環氧樹脂復合材料的制備方法，具體步驟包括：(1)采用化學鍍的方法將金屬顆粒包覆在碳納米管表面；(2)將金屬顆粒包覆改性的碳納米管均勻分散在環氧樹脂中；(3)將環氧樹脂/碳納米管分散體系固化成型。本發明方法步驟簡單、條件溫和，金屬納米顆粒包覆改性的碳納米管在環氧樹脂復合材料中分散均勻，其不僅能改善環氧樹脂的導熱抗靜電特性，而且對環氧樹脂具有增強作用。

技術領域

本發明屬于功能高分子復合材料領域，更具體地，涉及一種兼具導熱和抗靜電特性的金屬納米顆粒改性碳納米管-環氧樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

因靜電引起的集成電路元器件損害是電子電器產品使用過程中面臨的嚴重問題。為防止災害和提高電子電器產品的可靠性，電子元器件封裝過程中的抗靜電處理成為必要環節。其中，采用抗靜電封裝材料是一種簡單有效的手段。改善聚合物抗靜電特性的通常方法是向聚合物中添加炭黑、碳纖維、金屬粉、抗靜電劑等填料以降低聚合物的體積或表面電阻。但添加上述填料勢必損害聚合物的力學性能。

另一方面，隨著電子電器產品的快速發展和制造工藝水平的不斷進步，集成電路越來越高集成化和小型化，其帶來的散熱和安全問題為電子封裝材料提出了更大的挑戰。塑料封裝材料，特別是環氧樹脂在電子封裝材料中用量最大、發展最快。添加高導熱系數的無機填料可以提高環氧樹脂的導熱性能。但金屬顆粒或短長徑比的晶須填料僅在高填充量時才能發揮出好的導熱效果。然而，高填充量的填料將劣化環氧樹脂的加工特性和力學強度。更重要的是，高填充量的金屬粒子必將使環氧樹脂成為導電材料，無法滿足電子封裝的絕緣性能要求。碳納米管因優異的力學和導熱性能成為聚合物復合材料的理想填料，近年來已成功地被用于導熱絕緣復合材料中。為改善在聚合物基體中的分散、降低其與聚合物基體的界面熱阻，充分發揮出碳納米管的導熱特性，發明人曾采用聚合物或無機導熱填料對碳納米管進行了表面改性，改性的碳納米管顯著提高了聚合物材料的熱導率。但聚合物或無機導熱填料對碳納米管的表面改性并不能賦予聚合物材料抗靜電特性。

發明內容

針對現有聚合物/碳納米管導熱復合材料抗靜電性能差的缺陷，本發明提供一種兼具導熱和抗靜電特性的環氧樹脂復合材料及其制備方法。

一種兼具導熱和抗靜電特性的環氧樹脂復合材料，其特征在于，該環氧樹脂復合材料包括環氧樹脂組分和均勻填充在環氧樹脂組分中的碳納米管組分；此外，所述碳納米管組分由碳納米管和包裹在其外壁的金屬納米顆粒共同組成，并且它在整個復合材料中的重量百分比為0.5wt％～5wt％。其中，金屬納米顆粒選自銅、銀、鎳或鈷。

一種兼具導熱和抗靜電特性的環氧樹脂復合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：

(a)將碳納米管進行敏化、活化處理后，在該碳納米管的外表面包裹形成選自銅、銀、鎳或鈷的金屬納米顆粒，由此制得金屬納米顆粒改性的碳納米管；

(b)將步驟(a)所制得的金屬納米顆粒改性的碳納米管均勻分散在環氧樹脂中，由此制得環氧樹脂/碳納米管分散液；

(c)對步驟(b)所制得的環氧樹脂/碳納米管分散液執行固化處理，分別在低溫固化和高溫固化過程，制得兼具導熱和抗靜電特性的環氧樹脂復合材料。其中，低溫固化和高溫固化的過程為：首先使分散液在60℃～100℃的條件下低溫預固化0.5小時～3小時，接著使分散液在140℃～180℃的條件下高溫固化4小時～8小時，由此獲得所需的環氧樹脂復合材料，并且此環氧樹脂復合材料兼具導熱和抗靜電的特性。

其中，在步驟(a)中，用化學鍍的方法將金屬納米顆粒包裹在碳納米管的外表面。