[發明專利]一種苯并唑類聚合物納米纖維基絕緣導熱高分子復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010175534.3
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN113388249B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 楊雪薇;李睿;徐堅;趙寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08L79/04
• 分類號: C08L79/04;C08K3/38;C09K5/14
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;呂少楠

本發明公開了一種苯并唑類聚合物納米纖維基絕緣導熱高分子復合材料及其制備方法和應用。復合材料包括：苯并唑類聚合物納米纖維、以及通過π?π作用與苯并唑類聚合物納米纖維復合的導熱填料；導熱填料與聚苯并唑類聚合物納米纖維的質量比為50:100?100:1；絕緣導熱高分子復合材料層間具有單軸取向結構；絕緣導熱高分子復合材料的面內導熱系數為46W m^?1K^?1以上；絕緣導熱高分子復合材料同時具備的面間導熱系數為6W m^?1K^?1以上。本發明使用苯并唑類聚合物納米纖維作為復合材料的原料，能使導熱填料最大化重疊面積，從而提供更多的導熱連接點，使復合材料具有高熱導率。

技術領域

本發明屬于絕緣導熱高分子復合材料領域，特別涉及一種苯并唑類聚合物納米纖維基絕緣導熱高分子復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著信息科學與通信技術的快速發展，電子器件不斷向微型化、集成化發展，如何提高電子器件散熱效率成為研究的重點。金屬因具備高導熱、良好的加工性而在散熱元件中被廣泛使用，但較差的絕緣性以及較低的耐腐蝕性限制了其使用。與傳統的金屬導熱材料相比，高分子基導熱材料具備電絕緣、更易加工、密度低、耐腐蝕、價廉等優點，是新一代導熱材料開發的重點。但對于通用高分子來說，其往往存在使用溫度低、易蠕變、耐候性差，以及高填料在帶來導熱性能提升的同時也帶來了難加工、強度低等缺點。高分子基導熱材料不能滿足極端環境(如高溫)下的導熱需求。

聚苯并唑類高分子是一類高結晶度、機械強度高、熱穩定性優異和具備出色阻燃性的特種高分子。其使用溫度、抗蠕變性、耐候性等均在通用高分子之上，具有更廣闊的應用前景，尤其適用于極端環境下的應用。但含有聚苯并唑類高分子的導熱復合材料制備方法繁瑣，存在制備時間長、成本高等缺點。比如論文(Zhao,et al.Nanoscale,2016,8,19984)中公開以聚對苯撐苯并二噁唑(PBO)無定型樹脂為基底，以熱還原石墨烯(TRG)為填料成功制備出高導熱、高強度的復合材料。制備時不但占用大量時間合成PBO前驅體、還需共混、長時間加熱揮發溶劑、長時間的后處理等多個步驟，最終才得到目標產物。該方法得到的復合材料存在填料導熱通路相對較少，工藝復雜，后處理時間長，實驗環境要求苛刻等諸多不足。

發明內容

本發明提供一種絕緣導熱高分子復合材料，其包括：苯并唑類聚合物納米纖維、以及通過π-π作用與所述苯并唑類聚合物納米纖維復合的導熱填料；

所述導熱填料與所述聚苯并唑類聚合物納米纖維的質量比為50:100-100:1，例如為(70-99):1，示例性地，質量比為50:1、60:1、70:1、80:1、90:1、95:1或99:1；

所述絕緣導熱高分子復合材料層間具有單軸取向結構；優選地，所述絕緣導熱高分子復合材料的層間結構基本如圖1中右圖所示；

所述絕緣導熱高分子復合材料的面內導熱系數為46W m^-1K^-1以上，例如為49W m^-1K^-1以上，優選為49-60W m^-1K^-1，示例性為46、49、50、51或60W m^-1K^-1；

所述絕緣導熱高分子復合材料同時具備的面間導熱系數為6W m^-1K^-1以上，例如為6-10W m^-1K^-1，示例性為6、7或8W m^-1K^-1。

根據本發明，所述絕緣導熱高分子復合材料具備電絕緣性能。本發明中，由于材料的電絕緣性是通過聲子傳熱的，不同于現有技術中普遍公開的電子方式傳熱，應用范圍更廣。

根據本發明，所述絕緣導熱高分子復合材料在高溫(700℃)火焰下燃燒30min后仍保持結構完整性，UL-94垂直燃燒測試為不燃。