[發明專利]一種具有高熱導率的環氧基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710761187.0
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107459778B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 王雄偉;武培怡
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L61/28;C08L79/02;C08K9/00;C08K3/38;C08K3/04;C09K5/14
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于導熱聚合物復合材料技術領域，具體為一種具有高熱導率的環氧基復合材料及其制備方法。本發明首先通過層層自組裝在商用的密胺海綿表面反復地沉積負電的氧化石墨烯納米片或者氮化硼納米片，形成具有三維填料網絡的復合海綿骨架；然后對復合海綿進行環氧樹脂的封裝，得到最終的導熱復合材料。本發明能使材料在極低的填料添加量條件下即能構建形成三維導熱網絡；在氮化硼含量為1.7 wt%和石墨烯含量為0.74 wt%時，材料的垂直面內導熱率分別達到0.62和0.73 W/mK。本發明方法操作簡單，生產成本較低，易于批量化、規模化生產，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于導熱聚合物復合材料技術領域，具體涉及一種環氧基復合材料及其制備方法。

背景技術

各類精密電子和工業設備在使用過程中往往會產生大量的熱量，這些產生的熱量如果不能及時有效的耗散就可能會引起設備工作效率的降低甚至故障。 因此對各類電子電力設備進行有效的熱管理是保證設備安全穩定運行的關鍵。聚合物材料由于其加工方便、輕質和低成本的特點作為承力構件或粘結劑被大量地應用在電力工業中。但是聚合物的熱導率通常是比較低的，基本都在0.1-0.3 W/mK之間。比如對于廣泛用作電子封裝材料的環氧樹脂來說，它的熱導率通常在0.1-0.2 W/mK。因此單純的聚合物很難滿足有效熱擴散的需求。提高聚合物材料熱導率的方法主要是摻入各類具有高導熱系數的填料，比如從早期的氧化鋁（Al₂O₃）、氮化硅（AlN）和碳化硅（SiC）等到后來的碳納米管（CNTs）、石墨烯（graphene）和氮化硼（BN）。其中石墨烯和氮化硼這兩種新型的二維材料由于他們具有極高的熱導率（石墨烯的理論熱導率為5300 W/mK; 氮化硼的理論熱導率為2000 W/mK）近來被廣泛地用來制備聚合物基的導熱復合材料。但是如果單純地將氮化硼或石墨烯納米片與聚合物進行混合，要獲得高的熱導率往往依然需要加入相當量的填料，這不僅大大增加了材料的生產成本而且也容易致使材料的加工性能和綜合機械性能變差。因此在研究或開發出可以在低的填料添加量下獲得具有高熱導率的石墨烯基或氮化硼基聚合物復合材料具有重要的意義。

為了實現這個目標，之前的研究者提出了一些重要的策略。主要可分為三方面：第一種方法是首先構建導熱納米片的三維預網絡然后再進行聚合物的填充制備導熱復合材料，這種三維網絡如石墨烯三維多孔網絡（Chem. Mater., 2016, 28, 6090; Composites:Part A, 2016, 88, 305）或氮化硼三維多孔網絡（Small, 2015, 46, 6205; ACS Appl.Mater. Interface, 2017, 9, 13544），這樣可以使所以納米片充分地參與到傳熱過程中；第二種方法是將石墨烯或氮化硼納米片分布在聚合物的相界面處（ACS Appl. Mater.Interface, 2017, 9, 19934；Composites Science and Technology, 2016, 129, 160），這樣也可以顯著降低納米片相互搭接形成導熱網絡所需的填料添加量；第三種方法是通過調控納米片在聚合物基體中的定向排列來實現在低的填料添加量使納米片的高導熱面充分參與到熱的傳遞當中（Small, 2015, 14, 1655; ACS Appl. Mater. Interface, 2015,7, 5701）。