[發明專利]一種片狀填料粒子/高分子復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710086764.0
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106832782A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 孫蓉;潘桂然;曾小亮;么依民;孫佳佳
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L23/06;C08L39/06;C08K9/06;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/22;C08K3/08;C09K5/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯桂麗

技術領域

本發明屬于新型高分子功能材料的制備與應用技術領域，涉及一種片狀填料粒子/高分子復合材料及其制備方法，尤其涉及一種由片狀填料粒子和高分子樹脂有序組裝而形成的仿生結構貝殼狀的復合材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著電子集成技術高速發展，組裝密度迅速提高，電子元件，邏輯電路體積成千上萬倍地縮小，電子儀器及設備日益向輕、薄、短、小等方向發展，在高頻工作頻率下，半導體工作熱環境向高溫方向迅速移動；此時，電子元器件產生的熱量迅速積累和增加，要使元器件仍能正常地可靠地運行，及時地散熱成為制約使用壽命的關鍵技術。因此國內外公司及研究機構對電子封裝材料的導熱性能提出了更高要求。作為電子封裝材料的重要組成部分，聚合物材料由于其導熱系數比較低(一般低于0.5W/m·K)，已無法滿足發展的需求。開發具有良好導熱性能聚合物基復合材料對于促進微電子和電機電器等領域快速發展有著重要意義，且有關聚合物的導熱性能的研究已成為電子與材料等學科共同關注的熱點。現有的填料中，陶瓷填料Al₂O₃由于具有較高的導熱系數、優異的熱穩定性和抗化學腐蝕性、良好的電絕緣性，而且價格低廉和來源廣泛而得到廣泛應用。

現有技術公開了一種對Al₂O₃進行表面改性并制備環氧樹脂基復合材料的方法，其研究改性分為兩部分，第一部分是以硅烷為改性劑，無水二甲苯為溶劑，在110℃～120℃的油浴鍋中處理4h以上，之后濾出納米顆粒進行干燥。第二部分是將上一步硅烷改性后的納米粒子分散到甲基吡咯烷酮中，然后將定量的二氨基苯甲酸、吡啶和亞磷酸三苯酯加入到溶液中，在100℃氮氣氣氛下反應3h。然后將反應液冷卻至室溫，將冷卻后的反應液倒入含有甲醇溶劑質量比0.1％的氯化鋰的甲醇溶劑中進行沉析，過濾分離出納米Al₂O₃粒子，再分別用N,N-二甲基甲酰胺和甲醇沖洗3次，以除去多余的3,5-二氨基苯甲酸單體和未接枝的聚合物，然后把Al₂O₃添加到環氧樹脂基體中制備復合材料。相比于沒有改性處理的Al₂O₃的復合材料，在Al₂O₃含量為20％時，導熱系數由0.33W/mK，提高到0.42W/mK。此方案表明表面改性有助于提高復合材料的導熱系數，但是兩步改性操作繁瑣，而且最主要的是導熱系數提高的并不明顯，仍沒有解決填料與基體以及填料之間界面熱阻較高的問題。(出處：高導熱聚合物基復合材料的制備與性能的研究[D].博士,上海交通大學2012.)。

但是，現有技術中并沒有一種能夠簡單地大幅提高導熱系數的方法及復合材料，從而限制了電子封裝材料的廣泛應用。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種片狀填料粒子/高分子復合材料，尤其涉及一種由片狀填料粒子和高分子樹脂有序組裝而形成的仿生結構貝殼狀的復合材料。本發明的復合材料的性能優異，導熱系數可達7.0W/m·K～8.0W/m·K，體積電阻率可達1.0×10¹⁵Ω·cm以上，解決了填料與基體，填料與填料之間的界面熱阻較高問題。

為達上述目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種片狀填料粒子/高分子復合材料，所述復合材料由片狀填料粒子以及填充在所述片狀填料粒子之間的高分子樹脂構成。

作為本發明所述復合材料的優選技術方案，本發明的復合材料中的片狀填料粒子排列整齊，層層堆疊，具有很好的取向性。更優選地，片狀填料粒子以一致的取向排列而形成的復合材料的SEM形貌與貝殼的SEM形貌相似，這種復合材料的形貌可以認為是一種仿生的形貌。

優選地，所述高分子樹脂為環氧樹脂、聚乙烯或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一種或至少兩種的組合，優選為環氧樹脂，進一步優選為液晶環氧樹脂，特別優選為3,3’,5,5’-四甲基聯苯二縮水甘油醚、雙酚A二縮水甘油醚或4,4’-二羥基聯苯二縮水甘油醚中的任意一種或至少兩種的組合。

優選地，以復合材料的總質量為100％計，所述片狀填料粒子的質量百分含量為10％～50％，例如為10％、12％、15％、16.5％、18％、20％、22％、23％、23.5％、24.5％、26％、28％、30％、32％、34％、35％、37％、38.5％、40％、42％、43％、45％、47.5％或50％等，優選為50％。