[發(fā)明專利]一種含微納雜化結(jié)構(gòu)填料的聚合物復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811515887.2
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN111303511A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐歡;徐瑋彤;劉芳芳;劉婷婷;劉耘成;李金來
• 申請（專利權(quán)）人: 新奧石墨烯技術(shù)有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/12;C08L23/20;C08L77/02;C08L55/02;C08L81/02;C08K3/04;C08K7/08;C09K5/14;C30B29/10;C30B29/16;C30B29/62;C30B7/14;C30B1/00
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 李維真

本發(fā)明公開了一種含微納雜化結(jié)構(gòu)填料的聚合物復(fù)合材料及其制備方法，所述復(fù)合材料由石墨烯納米片、鎂鹽晶須和聚合物基體組成。本發(fā)明采用多尺度、多維度的“石墨烯納米片+鎂鹽晶須”組成的有機(jī)?無機(jī)雜化體在聚合物基體中構(gòu)筑穩(wěn)定、完善、高效的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，在較低填料添加量下大幅提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，同時保證了良好的熔融加工性能。另一有益效果是，所述雜化結(jié)構(gòu)填料對復(fù)合材料還具有良好的增強(qiáng)增韌效應(yīng)，顯著改善了復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。該方法生產(chǎn)工藝簡便易實施，原料來源豐富，安全環(huán)保，且生產(chǎn)成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含微納雜化結(jié)構(gòu)填料的聚合物復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種兼具高熔體強(qiáng)度、高導(dǎo)熱系數(shù)、高力學(xué)性能的聚合物復(fù)合材料及其制備方法，屬于功能性聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著微電子封裝技術(shù)和集成技術(shù)的高速發(fā)展，電子元器件的輸出功率越來越大而體積越來越小，積熱產(chǎn)生的高熱環(huán)境會使器件的工作穩(wěn)定性差、壽命降低。因而，電子行業(yè)對熱量管理系統(tǒng)提出了更高要求，導(dǎo)熱件必須能迅速將熱量擴(kuò)散出去，避免設(shè)備的使用壽命受到損害。盡管聚合物導(dǎo)熱材料具有質(zhì)輕、耐沖擊、耐腐蝕、耐熱疲勞和易加工成型等良好的綜合性能，但大多數(shù)聚合物材料是熱的不良導(dǎo)體，本征導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.1～0.4W/m·K，難以滿足快速散熱的要求。因此，如何有效增強(qiáng)聚合物材料的熱導(dǎo)率已成為材料和工程領(lǐng)域研究人員的關(guān)注熱點。

固體的導(dǎo)熱載體一般可以分為電子、光子和聲子。金屬材料因含有大量的自由電子而體現(xiàn)高熱導(dǎo)率。含有晶體結(jié)構(gòu)的材料可以通過晶粒的熱振動來完成熱量傳導(dǎo)，即我們所描述的聲子概念；非晶材料的導(dǎo)熱主要依賴于無規(guī)排列的原子或分子圍繞某一固定位置進(jìn)行熱振動，也可用聲子的概念來解釋；而具有較好透射性的玻璃和單晶體，在一定溫度下光子對導(dǎo)熱有明顯的作用。聚合物材料的熱導(dǎo)率與分子量、交聯(lián)度、結(jié)晶度、取向度和環(huán)境溫度有一定的正相關(guān)性。

聚合物材料的聲子自由程很小，導(dǎo)致導(dǎo)熱率很低。添加碳納米填料(如，一維的碳納米管和二維的石墨烯納米片)是提高聚合物導(dǎo)熱性能較為有效的途徑。除基體的導(dǎo)熱系數(shù)外，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能取決于填料的本征導(dǎo)熱系數(shù)、分散狀態(tài)及其與基體之間的相互作用。復(fù)合材料的熱阻主要來自于熱導(dǎo)率較低的聚合物基體：在導(dǎo)熱填料含量較低時，雖能均勻分散卻彼此孤立，呈現(xiàn)“海-島”離散型結(jié)構(gòu)，填料的導(dǎo)熱系數(shù)再高也對提高復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的貢獻(xiàn)不大；只有增加填料用量至某一臨界值，填料之間能夠相互搭接形成類似網(wǎng)狀或鏈狀的結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，才能迅速提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。這在Yu等人的研究中獲得了證實(Advanced Materials 2008,20,4740)：選用單壁碳納米管和石墨片質(zhì)量比為3:1的混合填料(10wt％)，可以構(gòu)建相互搭接的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，降低界面熱阻，提高環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)至1.75W/m·K，均明顯高于只添加石墨納米片(1.49W/m·K)或單壁碳納米管(0.85W/m·K)的復(fù)合材料。但是，環(huán)氧樹脂復(fù)合物的導(dǎo)熱系數(shù)仍低于2W/m·K，在電子行業(yè)的應(yīng)用可能受到限制。