[發明專利]一種高導熱導電碳纖維聚合物基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010380312.5
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111534049B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 唐波;陳金;吳新峰
• 申請（專利權）人: 杭州幄肯新材料科技有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/00;C08K7/06;D06M11/83;D04H1/4242;D04H1/46;B29C70/48;B29B15/10;B29B15/08;D06M101/40
• 代理公司: 湖南天地人律師事務所 43221
• 代理人: 劉擎天

本發明提供了一種高導熱導電碳纖維聚合物基復合材料及其制備方法；所述復合材料是以直徑均勻的碳纖維為原料，利用氣流網絡成形技術以及針刺法制備平面內取向的碳纖維軟氈，然后采用溶劑還原法將銀納米顆粒沉積在碳纖維表面，制備新型的碳纖維?銀納米顆粒雜化纖維氈，利用真空抽濾法將高導熱填料均勻摻雜到碳纖維?銀納米顆粒雜化纖維氈中，最后通過真空輔助傳遞模塑料成型工藝(RTM)和退火過程制備得到。該復合材料在碳纖維基礎上引入納米銀顆粒和其他高導熱填料實現協同作用增加導熱通路，利用壓縮限域實現雜化碳纖維在聚合物中有序排列，通過低熔點納米銀熔融技術，將碳纖維之間以及與其他導熱填料進行相互連接，增加復合材料的導熱通路，降低填料間熱阻，有效增加復合材料的導熱、力學、電性能以及電磁屏蔽效能。

技術領域

本發明屬于導熱導電復合材料制備技術領域，具體涉及一種高導熱導電碳纖維聚合物基復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著電子信息產業的快速發展，電子元器件的應用逐漸向著高功率、高集成化、高密度的方向發展，散熱問題成為制約集成電路、大功率電子元器件、大功率照明器件、大功率電力機車、混合動力機車行業發展的瓶頸。電子元器件散熱問題而導致的故障達到總故障的55％，使得產品設備使用壽命降低，因此人們對導熱材料提出了更新、更高的要求，除高導熱性外，還要具有較低的膨脹系數以保障電子器件的封裝，另外還要具有質輕、力學性能優異、易工藝化、耐化學腐蝕等優良的綜合性能。特別是質輕在航空航天飛行器領域具有重要意義。電子信息產業的發展促進著導熱材料的開發。

高分子材料由于具有質輕、耐化學腐蝕、易加工成型、電絕緣性能優異、力學及抗疲勞性能優良等優異的特點，逐漸取代傳統的金屬和陶瓷導熱材料。特別是近年來發展的節能電致發光二極管(Light Emitting Diode,簡稱LED)行業,由于其節能、環保、高亮度等特點而得到政府和企業的大力發展，但是高功率和微小的體積使得散熱問題成為制約其發展的瓶頸。其中75％-80％的電能以熱量的方式散發，嚴重影響LED的使用壽命，熱量主要通過導熱材料和結構設計進行解決。

如何同時提高絕緣層的環氧復合材料的導熱和導熱性能，提高LED芯片的使用壽命，解決航空航天領域中蜂窩結構板的散熱問題以及電磁屏蔽效能一度成為重要的議題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有填充型導熱導電復合材料隨填料含量提高導熱性能增加效率低、填料間熱阻高、復合材料導電性能差和電磁屏蔽效能低的等問題。本發明以碳纖維為原料，利用氣流網絡成形技術以及針刺法制備平面內取向的碳纖維軟氈，然后將銀納米顆粒沉積在碳纖維表面，制備新型的碳纖維銀納米顆粒雜化纖維氈。采用真空抽濾法將高導熱填料摻雜到碳纖維銀納米顆粒雜化纖維氈中，最后采用真空輔助傳遞模塑料成型工藝制備高導熱高性能纖維復合材料。本研究在碳纖維基礎上引入納米銀和高導熱填料實現協同作用增加導熱通路，利用壓縮限域實現導熱填料在雜化碳纖維中有序排列，通過低熔點納米銀熔融技術，將碳纖維與導熱填料進行相互連接，實現全連接碳纖維-納米銀-導熱填料雜化纖維氈降低熱阻協同增加導熱導電性能，并且調控填料網絡，設計優化高密集低熱阻高導電網絡，達到提高聚合物復合材料導熱性能以及電磁屏蔽效能的目標。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高導熱導電碳纖維聚合物基復合材料，所述復合材料中導熱填料的填充體積為0.1-50％，納米銀的填充體積為0.01-10％，碳纖維的填充體積為0.1-50％；所述復合材料中納米銀雜化碳纖維垂直方向取向排列。

所述碳纖維尺寸直徑100nm-50μm；納米銀尺寸為粒徑為1-90nm。

導熱填料包括氮化硼納米片、氧化石墨烯納米片、石墨烯、金屬納米片、過渡金屬碳、氮化物(MXene)、氮化硼納米管、碳納米管、碳化硅納米線、金屬納米線或金屬顆粒的一種或多種混合。

聚合物選自環氧樹脂、聚酰亞胺、硅橡膠、聚丙烯酸、酚醛樹脂、脲醛樹脂或聚氨酯中的一種或多種。