[發明專利]一種高導熱聚四氟乙烯復合膜材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010526794.0
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN113845740B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 陳蓉;劉治宇;郭少云
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L27/18
• 分類號: C08L27/18;C08K13/06;C08K9/06;C08K7/00;C08K3/36;C08K7/08;C08K7/06;C08K3/34;C08K3/04;C08K3/08;C08J5/18;C09K5/14;B29C67/04;B29C55/02
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本發明提供了一種高導熱聚四氟乙烯復合膜材料的制備方法，由如下步驟實現：功能強化導熱填料制備、聚四氟乙烯和功能強化導熱填料混合及復合分散液的配制、薄膜涂覆、薄膜梯度燒結并拉伸使填料取向、切割和收卷。本發明提供的高導熱四氟乙烯復合膜，具有導熱性能好，力學性能優良，尺寸穩定性好，功能可調控的特點。

技術領域

本發明屬于高性能復合材料技術領域，尤其涉及一種高導熱四氟乙烯復合薄膜的制備方法，更具體的說涉及一種導熱填料填充量大，導熱性能好，力學性能優良，尺寸穩定性好的高導熱聚四氟乙烯復合膜的制備方法。

背景技術

聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）是由單體四氟乙烯聚合而成的聚合物。PTFE具有獨特的分子結構，因而具有優異的介電性能、化學穩定性、熱穩定性、摩擦學性能和低溫延展性，其不同結構和功能的制品在電子、建筑、國防、航天航空、過濾、紡織和機械工業得到了廣泛的應用。PTFE薄膜材料可廣泛應用于多層電路板、電容器、過濾裝置等。但PTFE的導熱率低、線性膨脹系數大、易冷流的特點使其無法滿足新一代高頻電路板和微電子芯片等發熱量較高的產品的散熱需求。因此，保持PTFE優良性能的同時，提高其導熱性能和尺寸穩定性的方法得到了學者和業界的廣泛關注。

劉虎等將硅烷偶聯劑改性的石墨烯與聚四氟乙烯樹脂在高速混合機中混合，使用模壓機冷壓成型，再經過燒結爐燒結制備了石墨烯改性PTFE復合板材，提高了聚四氟乙烯板材的導熱性和耐磨性，其體積電阻率小幅度下降。解挺等在PTFE中填加了5~60wt%的銅粉，制備了Cu/PTFE復合材料，壓制燒結成圓柱狀樣品。測試結果表明Cu/PTFE復合材料的導熱性能得到了顯著提高。朱磊寧等采用粉末冶金法制備了碳納米管/PTFE復合片材，復合片材相比純PTFE片材導熱性能提升，且導熱性能在溫度升高時存在激活放大作用。

以上研究雖然提高了聚四氟乙烯板材或片材等形狀制品的導熱性，但這些制品均采用傳統的“粉末冶金法”進行板材或片材的制備，并未涉及PTFE復合膜材料的制備，難以滿足高頻電路、5G通信、微型傳感器等方面對材料日益輕量化、小型化和薄型化的應用需求，且未進行不同種類和形態導熱填料的復配，對材料導熱性能的提升有限。

采用傳統純PTFE膜材料的制備方式（預壓成型-燒結-車削成膜）制備PTFE填充型高導熱復合膜材料的缺點在于，整個制備工藝歷經共混、預壓成型、長達24小時及以上的燒結過程、采用合金到進行胚料車削成膜、定型并收卷等過程，非常繁瑣，能耗高，并且在任一環節出現問題均對膜質量有顯著影響。例如，在坯料預壓成型和燒結過程中，極易發生應力和熱量在坯料中傳遞不均的情況，導致制成的薄膜均勻性差；在車削成膜的過程中，由于強切削力作用使得填料粒子容易與PTFE基體發生界面分離，導致制成的薄膜出現較多的缺陷，產生較大的內應力，使薄膜無法成型或使用性能差。如何開發一種新的PTFE填充型高導熱復合膜材料的制備方法，克服制備工藝繁瑣、薄膜均勻性差、填料填充量低、產品內應力大等固有缺點顯得尤為重要。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的旨在提出一種采用聚四氟乙烯濃縮分散液為主要原料，將不同種類、形態和功能的導熱填料進行復配混合，制得功能強化導熱填料，并將聚四氟乙烯濃縮分散液和功能強化導熱填料進行復配，制得一種高導熱聚四氟乙烯復合膜材料的制備方法。所制備高導熱聚四氟乙烯復合膜材料同時具有高導熱性、低熱膨脹系數、力學性能優良、功能可調控等功能。本發明技術基本原理為：將骨架導熱填料和增強導熱填料復配制備功能強化導熱填料，其中平均粒徑較大，長徑比較高的纖維狀、針狀或片狀的骨架導熱填料，在基體中相互搭接形成有效的三維導熱網絡；增強導熱填料采用平均粒徑相對較小的粒狀、球狀或類球狀的導熱填料，填充于骨架導熱填料與基體樹脂間隙中，形成更多搭接點，進一步完善三維導熱網絡，提高體系的導熱性能；同時PTFE膠粒可與骨架導熱填料相互搭接、纏繞，并與增強導熱填料保持良好的界面作用，進一步提高復合膜的力學性能，進而制備綜合性能優異的高導熱聚四氟乙烯復合膜材料。

本發明提供的技術方案如下：