[發(fā)明專利]一種聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811029659.4
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109181134A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李延報(bào);劉寶成;楊丹;夏承波;費(fèi)婷;王智健;韓帥
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08L25/06
• 分類號: C08L25/06;C08L23/12;C08K7/00;C08K3/38;C09K5/14
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

本發(fā)明涉及一種聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法。以熱塑性聚合物為基體、導(dǎo)熱粒子和微球?yàn)樘盍希捎萌芤夯旌戏▽崴苄跃酆衔锖吞盍匣旌暇鶆颍脽釅撼尚偷玫骄酆衔?導(dǎo)熱粒子?微球三元導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。其優(yōu)勢在于微球緊密堆積于熱塑性聚合物基體中、使得聚合物基體中的導(dǎo)熱粒子形成三維有序的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，該結(jié)構(gòu)可降低導(dǎo)熱粒子的填充量且能有效增加復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。本發(fā)明得到的聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可達(dá)2.46W/(m·K)。該復(fù)合材料具有熱導(dǎo)率高、電絕緣、密度低、成型方便等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物基絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

電子器件、光電子器件和醫(yī)療器件等在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量(>5W/cm²)。不能及時(shí)散失的熱量會(huì)發(fā)生累積，會(huì)嚴(yán)重影響器件的運(yùn)行速度、效率和可靠性、甚至?xí)l(fā)生器件燒壞的情況。目前，使用風(fēng)扇或熱沉(heat sink)等手段解決上述散熱問題。但是隨著器件的進(jìn)一步小型化、高度集成、高性能化和集成電路3D組裝等的技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法有效解決散熱問題。必須將器件封裝在導(dǎo)熱聚合物基材料中或使用絕緣高導(dǎo)熱的熱管理材料。這類材料不僅要求具有高導(dǎo)熱性能，保證有效地完成器件的散熱，維持其穩(wěn)定、高效運(yùn)行；而且電絕緣，否則會(huì)發(fā)生漏電、甚至短路。

一般來說，電子封裝用絕緣聚合物材料的熱導(dǎo)率都不高[<0.5W/(m·K)]。提高絕緣聚合物材料的導(dǎo)熱性能的途徑有：1)提高樹脂基體的本征導(dǎo)熱性能；2)添加高含量的導(dǎo)熱填料；3)減小界面熱阻和4)構(gòu)建連通導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。通過高倍拉伸或增強(qiáng)樹脂的微觀有序結(jié)構(gòu)(結(jié)晶和晶粒大小)等途徑等可提高導(dǎo)熱性能，但其制備方法比較苛刻，無法在實(shí)際生產(chǎn)中大規(guī)模使用。通常需要添加大量導(dǎo)熱填料(填充量為50vol％-80vol％)來獲取熱導(dǎo)率較高的樹脂基復(fù)合材料。添加大量導(dǎo)熱填料會(huì)嚴(yán)重影響復(fù)合材料的密度、流動(dòng)性能、成型加工、力學(xué)性能和穩(wěn)定性等，甚至無法成型加工。從實(shí)際應(yīng)用來看，可通過構(gòu)建連通導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)等途徑來進(jìn)一步提高熱導(dǎo)率。

吳宏等人(一種高分子基絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料，吳宏，張曉朦，郭少云，張佳佳，徐昉等，CN107573564和一種兼具高效導(dǎo)熱性和優(yōu)異力學(xué)性能的高分子基絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料，吳宏，張曉朦，郭少云，CN105175842)相繼采用特殊的雙向拉伸取向技術(shù)制備出導(dǎo)熱粒子有序排列的聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料。因此，采用簡單工藝制備出具有特殊結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料仍然是該領(lǐng)域急需解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決的上述問題，提供一種聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料，本發(fā)明的另一目的是提供上述材料的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：以熱塑性聚合物為基體、導(dǎo)熱粒子和微球?yàn)樘盍希捎萌芤夯旌戏▽崴苄跃酆衔锖吞盍匣旌暇鶆颍脽釅撼尚偷玫骄酆衔?導(dǎo)熱粒子-微球三元導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。其優(yōu)勢在于微球緊密堆積于熱塑性聚合物基體中、使得聚合物基體中的導(dǎo)熱粒子形成三維有序的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可降低導(dǎo)熱粒子的填充量且能有效增加復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。本發(fā)明專利公開的聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的熱導(dǎo)率可達(dá)2.46W/(m·K)。該復(fù)合材料具有熱導(dǎo)率高、電絕緣、密度低、成型方便等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料，其特征在于所述的聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料由導(dǎo)熱粒子、微球和熱塑性聚合物三種組元構(gòu)成，并且導(dǎo)熱粒子有序分散于熱塑性聚合物基體中，導(dǎo)熱粒子/熱塑性聚合物混合物分布于緊密堆積的微球間隙處，構(gòu)建三維有序?qū)峋W(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)選所述聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料中微球的質(zhì)量含量為40％-60％，導(dǎo)熱粒子的質(zhì)量含量為20％-40wt％，熱塑性聚合物基體的質(zhì)量含量為10％-40％。

優(yōu)選所述的熱塑性聚合物為聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚氨酯中的一種或兩種。

優(yōu)選所述的導(dǎo)熱粒子為石墨、碳粉、石墨烯、碳納米管、氮化硼、碳化硅、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅或氮化鋁中的一種或多種，其中至少含有一種線狀或片狀粒子。