專利名稱：填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料及其制備方法，屬于聚合物基復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著微電子高密度組裝和集成技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子設(shè)備的組裝密度得以迅速提高，這將導(dǎo)致單位面積產(chǎn)生的熱量急劇增加，從而導(dǎo)致電子元器件工作效率及使用壽命大幅降低。為了保證電子設(shè)備的正常運行，必須及時移除多余的熱量。因此，散熱問題已經(jīng)成為了大規(guī)模集成電路所面臨的瓶頸問題之一([l]Sato, K.;Horibe, H.; Shirai, T.;Hotta, Y.; Nakano, H.; Nagai, H.;Mitsuishi, K.;ffatari, K.J Mater Chem2010, 20, 2749, [2]Ting, J.M.; Chen, Y.M.Carbon2002, 40，359)。目前，多采用熱沉來解決散熱問題。但由于電子元器件與熱沉表面的粗糙度不匹配，導(dǎo)致二者間存在空隙，界面熱阻增大，這將大大降低熱沉的散熱能力。所以，亟需一種高效的熱界面材料，使器件與熱沉緊密連接。因此要求其兼具電絕緣性，良好的熱導(dǎo)率及可加工性。聚合物材料是較好的選擇之一([3] Sim, L.C.; Ramanan, S.R.; Ismail, H.; Seetharamu, K.N.;Goh, T.J.Thermochim Acta2005, 430, 155, [4]Huang, M.T.;Ishida, H.J Polym Sci Pol Physl999，37，2360)。而通常來說，聚合物材料的熱導(dǎo)率都很低，所以，如果能提高它的熱導(dǎo)率，將大大改善電子器件體系的散熱問題。在普通高分子中加入高導(dǎo)熱填料，是提高聚合物熱導(dǎo)率的有效途徑之一。目前大多數(shù)的研究集中在填料本身及其與聚合物的相互作用上，即填料自身的純度，粒徑，形貌等，及其與聚合物基體的相容性([5] Choi, J.T.; Kim, D.H.; Ryu, K.S.; Lee, H.1.; Jeong, H.Μ.; Shin, C.Μ.; Kim, J.Η.; Kim, B.K.Macromol Res2011, 19, 809, [6] Sato, K.;Horibe, H.; Shirai, T.; Hotta, Y.; Nakano, H.; Nagai, H.; Mitsuishi, K.;ffatari, K.J MaterChem2010, 20，2749) 。這些都可以在一定程度上改善聚合物材料的熱導(dǎo)性，然而，若填料本身在聚合物基體中形成定向排列，將大大提高復(fù)合材料在填料排列方向上的熱導(dǎo)率，并使材料在某些方向?qū)崿F(xiàn)性能最優(yōu)化。因此，亟需制備具有擇優(yōu)取向的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的方法，使其效率較高且適用范圍廣。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種填料在聚合物基體中定向排列從而顯著提高復(fù)合材料在填料排列方向上的熱導(dǎo)率的填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明人經(jīng)過銳意的研究，意識到可以通過制備過程中產(chǎn)生的定向力(剪切力、磁場力等)使各向異性(二維形貌)的填料定向排列，從而使復(fù)合材料在特定方向?qū)嵝詷O好，并能保持良好的可加工性。在此，一方面，本發(fā)明提供一種填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括:將具有各向異性二維幾何形貌的微納米無機(jī)填料粉體原料均勻分散于熱塑性樹脂聚合物原料的溶液中、或使所述無機(jī)填料粉體原料均勻分散于能夠通過原位聚合合成所述聚合物的預(yù)聚體/單體原料溶液中，并形成混合物漿料的混合工序；以及通過能夠提供定向作用力使所述填料織構(gòu)化的成型方法使所述混合物漿料成型的成型工序。本發(fā)明的成型方法可以是流延法或強(qiáng)磁場法。其中，采用流延法時，所述無機(jī)填料在原料總量(即所述無機(jī)填料與所述聚合物的總量，或所述無機(jī)填料與所述預(yù)聚體/單體的總量)中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0.05 75wt% ;采用強(qiáng)磁場法時，所述無機(jī)填料在原料總量中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選為0.05 50wt%。作為本發(fā)明適用的無機(jī)粉體優(yōu)選為六方氮化硼、石墨、氧化石墨、石墨烯等。又，所述粉體的平均粒徑優(yōu)選取50nm至10微米。在流延法時，所述無機(jī)填料微納米粉體的粒徑優(yōu)選為0.05 10 μ m。在強(qiáng)磁場法時，所用無機(jī)填料微納米粉體的粒徑優(yōu)選為0.2 10 μ m。在本發(fā)明中，所述無機(jī)填料的添加量相對于原料總量的質(zhì)量百分量優(yōu)選為0.05 75%。又，原料混合時，混合物漿料中固體總含量優(yōu)選為I 60wt%，以使?jié){料有很好的流變性能。在本發(fā)明中，當(dāng)使用單體時，需要在所述混合物漿料中加入相應(yīng)引發(fā)劑(I 5wt%),以促進(jìn)所述單體聚合。又，當(dāng)使用預(yù)聚體時，需要在所述混合物漿料中加入相應(yīng)固化劑(I 5wt%)以促進(jìn)所述預(yù)聚體固化。較佳地，在所述混合工序中還包括將所述溶液在50°C 200°C的恒溫溫度下攪拌10 400min直至獲得所述填料均勻分散的所述混合物衆(zhòng)料的攪拌工序。在本發(fā)明中，所述成型方法可以是提供剪切力的流延法。在以所述流延法成型時，優(yōu)選地將所述混合物衆(zhòng)料以0.1 100m/min的流延速度、0.05 5mm的厚度進(jìn)行流延。又，在所述流延完畢后，可以通過自然干燥或放入40 120°C的烘箱中2 120h，通過溶劑揮發(fā)、交聯(lián)聚合等固化后取出脫模即可制得本發(fā)明具有高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料。在本發(fā)明中，所述成型方法也可以是提供磁場力的強(qiáng)磁場法。在以所述強(qiáng)磁場法進(jìn)行成型時，優(yōu)選地將所述混合物漿料倒入所需形狀尺寸的模具中，放入強(qiáng)度為I 20T、溫度為20 300°C的磁場中保持I 240min進(jìn)行固化成型。具體地，將混合物液體倒入所需形狀尺寸的模具中，放入強(qiáng)度為I 20T的磁場中通過溶劑揮發(fā)、交聯(lián)聚合等固化；磁場內(nèi)溫度為20 300°C，保持時間I 240min后取出，自然冷卻至室溫后脫模即可制得本發(fā)明具有高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料。另一方面，本發(fā)明還提供一種由本發(fā)明的方法制得的填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料。在所述復(fù)合材料中，形貌各向異性的填料顆粒沿著或垂直于所述定向作用力方向定向排列而形成織構(gòu)化，其中沿填料排列方向的熱導(dǎo)率高于IW/(m.k)，甚至高達(dá)
6.3 Iff/ (m.k)。本發(fā)明的方法簡單易行，克服了填料織構(gòu)化困難，成本高，操作復(fù)雜，適用范圍窄的缺點，制備過程綠色環(huán)保無污染；聚合物基體可選擇性大，大多數(shù)通用熱塑性塑料或可以通過原位聚合/交聯(lián)而成的聚合物均適用本發(fā)明；填料添加量基本不受限制，可在很大范圍內(nèi)選擇。又，本發(fā)明的方法適合制備各向異性的高導(dǎo)熱塑料，并用于微電子高密度組裝集成電路中的熱界面及其他需要良好散熱性 的場合，提高電子器件散熱效率，進(jìn)而增加其使用壽命。本發(fā)明的復(fù)合材料具有填料織構(gòu)化，特定方向熱導(dǎo)性極好，并具有良好的可加工性和柔韌性的特點。其沿剪切力方向的熱導(dǎo)率高于IW/(m *k)，甚至高達(dá)6.31ff/(m -k)(較純聚合物提高了 63倍)。


圖1是含30wt%h_BN的PVA復(fù)合材料流延產(chǎn)品；
圖2是流延法制備的h-BN/PVA復(fù)合材料沿流延方向的熱導(dǎo)率匯總；
圖3是強(qiáng)磁場法制備的h-BN/PI復(fù)合材料沿磁場控制方向的熱導(dǎo)率匯總。
具體實施例方式以下結(jié)合下述實施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。本發(fā)明提供填料織構(gòu)化的聚合物基復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的制備方法，包括:將具有二維幾何形貌微納米無機(jī)粉體均勻分散于熱塑性樹脂聚合物的溶液中、或使所述無機(jī)填料粉體均勻分散于能夠通過原位聚合合成所述聚合物的預(yù)聚體/單體中，并形成混合物漿料的混合工序；以及通過能夠提供定向作用力使所述填料織構(gòu)化的成型方法使所述混合物漿料成型的成型工序。本發(fā)明的材料以有機(jī)聚合物為基體，無機(jī)物為填料，具有高導(dǎo)熱，兼具良好的可加工性和柔韌性。其中，所用 聚合物為大多數(shù)通用熱塑性樹脂或可以在通過原位聚合合成的聚合物。無機(jī)填料為具有二維幾何形貌的六方氮化硼、石墨、氧化石墨、石墨烯等微納米(平均粒徑從50nm至10微米)無機(jī)粉體，與聚合物基體混合后，通過流延，強(qiáng)磁場等方法提供的定向力使其定向排列，形成織構(gòu)化，從而獲得填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料。所獲得的織構(gòu)化復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)特征是:二維無機(jī)微納米顆粒沿著流延過程中的剪切力方向，在磁場中沿磁場控制方向定向排列，具有較高的織構(gòu)化程度。成型后的樣品在填料排列方向具有很高的熱導(dǎo)率，大幅度地提高了有機(jī)聚合物的熱導(dǎo)性能，同時保持了很好的可加工性及柔韌性。在一個示例實施例中，本發(fā)明的成型方法采用流延法，具體可以包括以下步驟:
(1)首先，將無機(jī)粉體按0.05 75wt%加入聚合物或預(yù)聚體/單體溶液(即無機(jī)粉體的添加量為無機(jī)粉體與聚合物或預(yù)聚體/單體溶液的總量的0.05 75wt%)，根據(jù)不同聚合物或預(yù)聚體/單體溶液的流變性能，加入適量相應(yīng)溶劑，調(diào)整固含量為I 60wt%。使用預(yù)聚體時需加入相應(yīng)的固化劑；使用單體時需加入相應(yīng)的引發(fā)劑；
(2)將混合物充分?jǐn)嚢杈鶆颍⒃?0°C 200°C的恒溫溫度下進(jìn)行攪拌，攪拌時間為10 400min,至無機(jī)粉體均勻分散時停止；
(3)將粘稠的混合物漿料倒在流延板上進(jìn)行流延，流延速度為0.1 100m/min，厚度為0.05 5mm，流延完畢后待自然干燥或放入40 120°C的烘箱中2 120h，通過溶劑揮發(fā)、交聯(lián)聚合固化后取出脫模即可；
圖2是依據(jù)本發(fā)明的流延法制備的h-BN/PVA復(fù)合材料沿流延方向的熱導(dǎo)率匯總。在一個示例實施例中，在上述流延法成型時所述無機(jī)填料微納米粉體粒徑為0.05 10 μ m。又，在另一個示例實施例中，本發(fā)明的成型方法采用強(qiáng)磁場法，具體可以包括以下步驟:
(1)首先，將無機(jī)粉體按0.05 50wt%加入聚合物或預(yù)聚體/單體溶液(即無機(jī)粉體的添加量為無機(jī)粉體與聚合物或預(yù)聚體/單體溶液的總量的0.05 50wt%)，根據(jù)不同聚合物或預(yù)聚體/單體溶液的流變性能，加入適量相應(yīng)溶劑，調(diào)整固含量為I 60wt%。使用預(yù)聚體時需加入相應(yīng)的固化劑；使用單體時需加入相應(yīng)的引發(fā)劑；
(2)將混合物充分?jǐn)嚢杈鶆?，并?0°C 200°C的恒溫溫度下進(jìn)行攪拌，攪拌時間為10 400min,至無機(jī)粉體均勻分散時停止；
(3)將混合物液體倒入所需形狀尺寸的模具中，放入強(qiáng)度為I 20T的磁場中通過溶劑揮發(fā)、交聯(lián)聚合等固化；磁場內(nèi)溫度為20 300°C，保持時間I 240min后取出，自然冷卻至室溫后脫模即可；
圖3是依據(jù)本發(fā)明的強(qiáng)磁場法制備的h-BN/PI復(fù)合材料沿磁場控制方向的熱導(dǎo)率匯
O在另一個實施例中，在采用強(qiáng)磁場法將所述混合物漿料成型時所用無機(jī)填料微納米粉體的粒徑為0.2 10 μ m。本發(fā)明通過制備過程中產(chǎn)生的定向力(剪切力，磁場力等)，使得具有二維幾何形貌的微納米無機(jī)顆粒定向排列，從而獲得具有高導(dǎo)熱性的填料織構(gòu)化的聚合物基復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(1)填料織構(gòu)化效率高，方法簡單易行，克服了填料織構(gòu)化困難，成本高，操作復(fù)雜，適用范圍窄的缺點，制備過程綠色環(huán)保無污染；
(2)填料添加量不受限制(0.05 75wt%)，聚合物基體可選擇性大(熱塑性塑料)；
(3)獲得的復(fù)合材料具有填料織構(gòu)化程度高，特定方向熱導(dǎo)性極好，并具有良好的可加工性的特點。其沿剪切力方向的熱導(dǎo)率高于IW/(m.k)，甚至高達(dá)6.31ff/(m.k)(較純聚合物提高了 63倍)。下面進(jìn)一步例舉實施例以詳細(xì)說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的質(zhì)量、溫度、時間等工藝參數(shù)也僅是合適范圍中的一個示例，即、本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。實施例1
為制備3wt%h-BN/聚乙烯醇復(fù)合材料，將0.12g h-BN與4g聚乙烯醇顆?；旌虾?，加入36g水，將混合物在90°C恒溫溫度下攪拌，攪拌時間為300min。至聚乙烯醇完全溶解，并與h-BN混合均勻后,將粘稠的混合物倒在流延板上進(jìn)行流延,調(diào)節(jié)流延速度為0.8m/min,厚度為0.4mm。流延完 畢后自然干燥24h，脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)1.61ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了 16倍，且得到的樣品柔韌性極好。實施例2為制備10wt%h-BN/聚乙烯醇復(fù)合材料，將0.36g h-BN與3.2g聚乙烯醇顆?；旌虾?，加入36.8g水,將混合物在90°C恒溫溫度下攪拌,攪拌時間為300min。至聚乙烯醇完全溶解，并與h-BN混合均勻后，將粘稠的混合物倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為0.Sm/!^!!，厚度為^彳!!]!!!。流延完畢后自然干燥24h，脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)3.92ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了39倍，且得到的樣品柔韌性極好。實施例3
為制備30wt%h-BN/聚乙烯醇復(fù)合材料，將1.37g h-BN與3.2g聚乙烯醇顆粒混合后，加入36.8g水,將混合物在90°C恒溫溫度下攪拌,攪拌時間為300min。至聚乙烯醇完全溶解，并與h-BN混合均勻后，將粘稠的混合物倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為0.Sm/!^!!，厚度為^彳!!]!!!。流延完畢后自然干燥24h，脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)4.41ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了44倍，且得到的樣品柔韌性極好。實施例4
為制備75wt%h-BN/聚乙烯醇復(fù)合材料，將3.36g h-BN與1.12g聚乙烯醇顆?；旌虾?，加入37.3g水，將混合物在90°C恒溫溫度下攪拌，攪拌時間為300min。至聚乙烯醇完全溶解，并與h-BN混合均勻后，將粘稠的混合物倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為0.Sm/!^!!，厚度為^彳!!]!!!。流延完畢后自然干燥24h，脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)6.31ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了63倍，且得到的樣品柔韌性極好。實施例5
為制備10wt%石墨/聚乙烯醇復(fù)合材料，將0.36g石墨與3.2g聚乙烯醇顆?；旌虾螅尤?6.8g水,將混合物在90°C恒溫溫度下攪拌,攪拌時間為300min。至聚乙烯醇完全溶解，并與h-BN混合均勻后，將粘稠的混合物倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為0.Sm/!^!!，厚度為^彳!!]!!!。流延完畢后自然干燥24h，脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)2.97ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了30倍，且得到的樣品柔韌性極好。實施例6
為制備10wt%氧化石墨/聚乙烯醇復(fù)合材料，將0.36g氧化石墨與3.2g聚乙烯醇顆?；旌虾螅尤?6.Sg水，將混合物在90°C恒溫溫度下攪拌，攪拌時間為300min。至聚乙烯醇完全溶解，并與h-BN混合均勻后，將粘稠的混合物倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為0.8m/min，厚度為0.4_。流延完畢后自然干燥24h，脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)3.62ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了 36倍，且得到的樣品柔韌性極好。實施例7 為制備10wt%石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合材料，將0.36g石墨烯與3.2g聚乙烯醇顆?；旌虾螅尤?6.Sg水，將混合物在90°C恒溫溫度下攪拌，攪拌時間為300min。至聚乙烯醇完全溶解，并與h-BN混合均勻后，將粘稠的混合物倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為
0.8m/min,厚度為0.4mm。流延完畢后自然干燥24h,脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)4.38ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了 44倍，且得到的樣品柔韌性極好。實施例8
為制備lwt%h-BN/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合材料，將0.0364g h_BN與3.6g聚甲基丙烯酸甲酯顆粒混合后，加入36.4g四氫呋喃溶劑，將混合物在100°C恒溫溫度下攪拌，攪拌時間為240min。至聚甲基丙烯酸甲酯完全溶解，并與h_BN混合均勻后，將粘稠的混合物倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為1.2m/min，厚度為0.8mm。流延完畢后自然干燥30h，脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)1.13ff/(m*k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了 11倍，且得到的樣品具有極好的柔韌性和一定的透明度。實施例9
為制備lwt%BN/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合材料，將0.5gh_BN加入50g甲基丙烯酸甲酯中攪拌混合，加入0.056mg偶氮二異丁氰為引發(fā)劑，將混合物在90°C的恒溫溫度下進(jìn)行攪拌5min后,倒入Φ30mm的圓形模具中，放入強(qiáng)度為12T的強(qiáng)磁場內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度為90°C,靜置2h后取出，自然冷卻后脫模。所得復(fù)合材料在沿磁場控制方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)1.61W/(m-k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚甲基丙烯酸甲酯的熱導(dǎo)率提高了 16倍，且得到的樣品具有一定的透明度。實施例10· 為制備50wt%h-BN/聚酰亞胺復(fù)合材料，將3.2g h-BN加入3.2g聚酰胺酸預(yù)聚體中攪拌混合，將混合物在60°C的恒溫溫度下進(jìn)行攪拌，攪拌時間為150min，將混合物液體倒入Φ30 的圓形模具中，放入強(qiáng)度為12Τ的強(qiáng)磁場內(nèi)，調(diào)節(jié)溫度為50°C，靜置2h后取出，放入500C的烘箱中干燥24h后，升溫至300°C進(jìn)行亞胺化，保持2h，再自然冷卻至室溫后脫模。所得復(fù)合材料在沿磁場控制方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)4.24ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚酰亞胺的熱導(dǎo)率提高了 42倍。實施例11
為制備30wt%氧化石墨/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，將1.37g氧化石墨與3.2g環(huán)氧樹脂中攪拌混合，加入對應(yīng)的環(huán)氧樹脂固化劑，將混合物在90°C的恒溫溫度下進(jìn)行攪拌，攪拌時間為80min,加入固化劑，繼續(xù)攪拌使之溶解在聚合物中。將粘稠的混合物液體倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為lm/min,厚度為0.5mm0流延完畢后自然干燥24h,脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)4.31ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了 43倍，且得到的樣品具有良好的可加工性。實施例12
為制備30wt%石墨烯/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，將1.37g石墨烯與3.2g環(huán)氧樹脂中攪拌混合，加入對應(yīng)的環(huán)氧樹脂固化劑，將混合物在90°C的恒溫溫度下進(jìn)行攪拌，攪拌時間為80min,加入固化劑，繼續(xù)攪拌使之溶解在聚合物中。將粘稠的混合物液體倒在流延板上進(jìn)行流延，調(diào)節(jié)流延速度為lm/min,厚度為0.5mm0流延完畢后自然干燥24h,脫模。所得復(fù)合材料在平行于流延方向上的熱導(dǎo)率高達(dá)5.04ff/(m.k) (NETZSCH公司LFA447導(dǎo)熱儀)，較純聚乙烯醇的熱導(dǎo)率提高了 50倍，且得到的樣品具有良好的可加工性。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性:本發(fā)明的方法克服了填料織構(gòu)化困難，成本高，操作復(fù)雜，適用范圍窄的缺點，簡單易行，適合大規(guī)模制備各種各向異性的高導(dǎo)熱塑料，可應(yīng)用于需要良好散熱性的場合，如電子行業(yè) 等，以提高電子器件散熱效率，進(jìn)而增加其使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括:將具有各向異性二維幾何形貌的微納米無機(jī)填料粉體原料均勻分散于熱塑性樹脂聚合物原料的溶液中、或使所述無機(jī)填料粉體原料均勻分散于能夠通過原位聚合合成所述聚合物的預(yù)聚體/單體原料溶液中，并形成混合物漿料的混合工序；以及通過能夠提供定向作用力使所述填料織構(gòu)化的成型方法使所述混合物漿料成型的成型工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)填料占原料總量的0.05 75wt%.
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述混合物漿液中總固含量為I 60 wt%.
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的制備方法，其特征在于所述混合物漿料中包括固化劑或引發(fā)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的制備方法，其特征在于，在所述混合工序中還包括將所述漿料在50°C 200°C的恒溫溫度下攪拌10 400min直至獲得所述填料均勻分散的所述混合物漿料的攪拌工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的制備方法，其特征在于，所述成型方法為流延法或強(qiáng)磁場法；其中采用流延法時所述無機(jī)填料為原料總量的0.05 75wt%，采用強(qiáng)磁場法時所述無機(jī)填料為原料總量的0.05 50wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在流延法時，所述無機(jī)填料微納米粉體粒徑為0.05 10 μ m,并將所述混合物衆(zhòng)料以0.1 100m/min的流延速度、0.05 5mm的厚度進(jìn)行流延；固化后成型。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，流延完畢后通過自然干燥或放入40 120°C的烘箱中進(jìn)行固化成型。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在強(qiáng)磁場法時，所用無機(jī)填料微納米粉體，粒徑為0.2 101μm，并將所述混合物漿料倒入所需形狀尺寸的模具中，放入強(qiáng)度為1 20Τ、溫度為20 300°C的磁場中保持1 240min進(jìn)行固化成型。
10.一種采用權(quán)利要求1 9中任一項所述的制備方法制得的填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料，其特征在于，在所述復(fù)合材料中，形貌各向異性的填料顆粒沿著或垂直于所述定向作用力方向定向排列而形成織構(gòu)化，其中沿填料排列方向的熱導(dǎo)率高于1W/(m.K).
全文摘要
本發(fā)明涉及填料織構(gòu)化的高導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料及其制備方法。該制備方法包括將具有各向異性二維幾何形貌的微納米無機(jī)填料粉體原料均勻分散于熱塑性樹脂聚合物原料的溶液中、或使所述無機(jī)填料粉體原料均勻分散于能夠通過原位聚合合成所述聚合物的預(yù)聚體/單體原料溶液中，并形成混合物漿料的混合工序；以及通過能夠提供定向作用力使所述填料織構(gòu)化的成型方法使所述混合物漿料成型的成型工序。
文檔編號C08J3/28GK103224638SQ20131016121
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月3日
發(fā)明者黃曉, 謝濱歡, 張國軍 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所