[發明專利]一種電場誘導提高片狀氧化鋁/聚合物復合片材導熱系數的方法

在審

• 申請號: 202110392723.0
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113278163A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 陳振興;卿培林;王璽;徐敬堯;劉建;韋修愷;黎成武;陳柳伊;盧東寧
• 申請（專利權）人: 百色學院
• 主分類號: C08J3/00
• 分類號: C08J3/00;C08L61/06;C08L61/14;C08L63/00;C08K7/00
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 劉楠

本發明公開了一種電場誘導聚合物復合材料中的片狀氧化鋁的方法，使片狀氧化鋁平行于誘導電場方向取向分散，也即片狀氧化鋁沿垂直片材表面方向取向分散，以提高片狀氧化鋁/聚合物復合片材垂直方向的導熱系數；片狀氧化鋁的片層厚度為納米尺度，片層表面則為微米尺度；片狀氧化鋁受到電場極化后形成電偶極矩，該偶極矩將對片狀氧化鋁造成扭力矩；本發明基于電場誘導使片狀氧化鋁在聚合物中取向分散的方法，所得復合片材在電學性能、光學性能、機械性能和熱性能方面具有各向異性，特別適合于提高垂直于片材表面方向的導熱系數，因此在覆銅層壓板領域應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及復合材料、絕緣散熱基板等領域，特別涉及一種絕緣型導熱復合片材的制備方法。

背景技術

基于導熱粒子與聚合物的復合片材由于在導熱性、撓曲性、絕緣性、結合力和加工溫度等方面具有獨特的優勢，是鋁基覆銅層壓板（簡稱鋁基板）絕緣層的理想選擇。添加α-氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等導熱粒子的聚合物復合片材，其導熱系數雖可提高到1-3W/(m?K)，但隨著電子封裝技術逐漸向小型化、高密度、多功能和高可靠性方向發展，功率密度隨之增加，散熱問題越來越嚴重，亟需大幅提升絕緣層（聚合物復合片材）的導熱系數。

考慮到α-氧化鋁的導熱系數達28W/(m?K)，價廉易得，片層厚度為納米尺度，片層表面則為微米尺度，其取向分散模式可顯著增加聲子接觸面積和提高導熱系數，因此制備片狀氧化鋁取向分散的復合片材具有重要意義。

擬利用熱塑性樹脂作為連結料，在一定溫度下與片狀氧化鋁通過均勻混煉和熱熔擠出，制備含有較多活性基團的半固化復合粒子。然后將復合粒子加入電場誘導型注塑機中。在交流電場作用下，熔融態復合材料中的片狀氧化鋁發生極化，其偶極矩對片狀氧化鋁形成扭力矩。同時片狀氧化鋁還受到熔體拉伸產生的拖曳力、粘滯阻力、熱運動力、膠體引力與斥力等作用力。如果誘導電場足夠大，片狀氧化鋁將在扭力矩作用下克服其它阻力矩而沿平行于電場方向轉動取向分散（圖1、圖2），使片狀氧化鋁沿垂直復合片材表面方向取向分散，從而提高復合片材的導熱系數。

發明內容

針對片狀氧化鋁/聚合物復合片材中片狀氧化鋁的隨機取向影響導熱性能的問題，提供一種電場誘導片狀氧化鋁取向分散，從而提高片狀氧化鋁/聚合物復合片材導熱系數的方法。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

（1）在混合機中按一定重量配比先后加入顆粒狀聚合物和片狀α-氧化鋁，混合均勻；

（2）將聚合物和片狀氧化鋁的均勻混合物加入雙螺桿混煉塑化造粒一體機中，在一定溫度下混煉塑化并造粒，得到半固化的片狀氧化鋁/聚合物復合粒子；

（3）將復合粒子加入電場誘導型注塑機中。在交流電場作用下，熔融態復合材料中的片狀氧化鋁發生極化，因帶負電荷而發生轉動取向，得到片狀氧化鋁沿垂直復合片材表面方向取向分散的新材料。

步驟（1）中，所述的顆粒狀聚合物為酚醛樹脂、有機硅改性酚醛樹脂、環氧樹脂、含磷環氧樹脂、聚酰亞胺、聚酯和聚醚醚酮等熱塑性聚合物。

步驟（1）中，所述片狀氧化鋁是指直徑遠大于厚度的片狀α-氧化鋁，片層厚度為納米尺度，片層表面則為微米尺度，徑厚比大于10，平均粒徑D₅₀在8~40微米。

步驟（1）中，所述片狀氧化鋁與聚合物的質量配比在80:20~93:7。

步驟（2）中，所述的溫度范圍在90~200℃。

步驟（3）中，所述的電場為交流電場，電場強度在2~20kV/mm范圍內變化。

步驟（3）中，所述的復合片材厚度在40~150微米范圍內變化。

本發明利用電場誘導片狀氧化鋁取向分散，以提高片狀氧化鋁/聚合物復合片材導熱系數的方法，具有如下優點和效果：

（1）本發明所制備的復合片材導熱系數明顯提高；