[發明專利]一種填料定向排布的復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510873298.1
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN106810876B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 任文才;馬超群;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C08L83/07
• 分類號: C08L83/07;C08K3/04;C08K3/38;C08K3/34;C08K7/00;C08K3/08;B29C70/58
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種填料定向排布的復合材料及其制備方法，屬于新材料及其制備技術領域。該方法首先將片層狀填料與有機高分子材料均勻混合，再通過擠壓方式實現填料在基體中的有序定向排布，進而制備出所述填料定向排布的復合材料。所制備的復合材料是由片層狀填料和有機高分子材料基體組成，片層狀填料有序定向排布于有機高分子材料基體中，從而充分發揮填料在特定方向上的性能的優勢，因此該復合材料具有優異的性能(如特定方向上的導熱性能)、良好的彈性和柔韌性，在導熱、導電或電磁屏蔽等諸多領域存在應用潛力。

技術領域

本發明涉及新材料及其制備技術領域，具體涉及一種填料定向排布的復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著科技的發展，有機高分子復合材料得到了越來越廣泛的應用。與傳統的金屬材料相比，有機高分子復合材料及具有高分子基體本身所特有的輕質、柔性、耐腐蝕等特點，同時又可以通過添加填料實現導熱、導電等功能。傳統的有機高分子復合材料一般是將填料顆粒直接混合在硅橡膠等有機高分子材料中制得的復合材料，通過大量填料的添加形成填料緊密堆積的結構來實現相應功能(如導熱性、導電性等)。然而，在這些復合材料中，由于填料顆粒一般是雜亂無章地分布在高分子基體中，而且被高分子基體包裹分離開(圖1(a))，因此嚴重制約了填料性能的發揮。大量導熱填料的加入不僅增加了成本和重量，而且會使材料的彈性下降、硬度增加，但性能卻很難得到明顯提升。

在有些應用場合，僅關注材料在某一特定方向的性能(比如導熱界面材料)。因此在有機高分子復合材料制備過程中如果能通過一定工藝步驟使一些各向異性的填料在高分子基體中定向分布，充分發揮填料在特定方向的性能優勢，可能是一種提升有機高分子復合材料性能的有效手段。

電子元器件的微型化及多功能化對器件的散熱性提出了更高的要求。器件的散熱問題已成為迅速發展的電信產業面臨的技術“瓶頸”。為了減小界面熱阻，人們開發了導熱界面材料。將界面導熱材料填充于接觸面之間，可以去除接觸界面孔隙內的空氣，在整個接觸界面上形成連續的導熱通道，提高電子元器件的散熱效率。

一般來說，片層狀的填料的導熱性能具有各向異性的特點。例如石墨烯，其平面內(徑向)熱導率(～5000W/mK)與垂直平面方向(軸向)熱導率(～10W/mK)相差懸殊。對于導熱界面材料，人們主要關注其垂直于平面方向(軸向)的導熱性能。如果能通過一定的工藝步驟實現此類片層狀填料在基體中的沿軸向排布(如圖1(b)所示)則可以使此類填料的高導熱特性得到更充分發揮。從而達到降低填料添加量，顯著提升復合材料導熱性能的目的。

發明內容

為了解決現有工藝難以實現填料在基體中定向排布的問題，本發明的目的在于提供一種填料定向排布的復合材料及其制備方法，通過簡單的擠壓工藝實現填料定向排布于復合材料基體中，其填料特定的排布方式使之具有高導熱性能，適用于電子器件散熱領域。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種填料定向排布的復合材料的制備方法，該方法首先將片層狀填料與有機高分子材料均勻混合，再通過擠壓方式實現填料在基體中的有序定向排布，從而充分發揮填料在特定方向上的導熱性能的優勢，進而制備出所述填料定向排布的復合材料；該方法具體包括如下步驟：

(1)將片層狀填料和固化劑加入有機高分子材料中，充分混合后使填料在基體中均勻分散，獲得混合物料；具體的加料順序為：先將固化劑加入有機高分子材料中，混合均勻后再加入片層狀填料；該步驟中，可利用高速攪拌機、剪切乳化機、捏合機或雙輥開煉機中的一種或幾種將所述填料、有機高分子基體及固化劑充分混合，保證填料在基體中均勻分散。

(2)利用雙輥開煉機對步驟(1)所得混合物料進行擠壓，將其擠壓為厚度小于0.5mm的薄片狀樣品，所得薄片狀樣品中的片層狀填料沿薄片狀樣品所在平面呈定向排布；