一种高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)分别将聚酰亚胺微球与氮化硼分散到溶剂中，得到均匀的聚酰亚胺微球分散液和氮化硼分散液；(2)将氮化硼分散液加入到聚酰亚胺微球分散液中，经搅拌后离心收集聚酰亚胺/氮化硼复合微球；(3)将聚酰亚胺/氮化硼复合微球进行模压成型，得到所述的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料。还公开了一种由上述方法制备得到的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料，其质量百分比组成为：聚酰亚胺微球50～90％；氮化硼10～50％。本发明专利技术通过在聚酰亚胺/氮化硼复合材料内部构建三维有序的氮化硼导热网络来大幅提高复合材料的导热性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料及其制备方法。
技术介绍
在电子产品朝向轻量薄型及行动化的趋势下，电子产品的构装密度越来越集成化。再加上功能的需求也越来越高，所需驱动电力功率也一直往上增加，系统所产生的热量也随之直线上升，如何经由良好的散热以维持电子产品系统稳定运作将成为关键。聚酰亚胺(PI)是一类含有酰亚胺环的芳香族聚合物，具有耐高温、耐腐蚀、机械性能优异的特点，广泛应用于微电子器件，航空航天，汽车制造，气体分离，胶黏剂等领域。随着电子器件越来越小型化和大功率化，对材料的导热性能也要求越来越高。传统PI存在一些缺陷限制其应用，如导热性能较差，作为电子封装材料使用时不能及时散热，影响器件使用寿命。因此，在保证PI本身优异综合性能的情况下，改善PI的导热性能在学术和工程研究领域引起了广泛的兴趣。在日本专利JP 9137060(A)中，公开了以氮化硼或氮化铝提高聚酰亚胺膜的导热性。氮化硼或氮化铝的平均粒径约介于0.1微米至10微米之间，而薄膜成品的热导传导系数约介于0.2W/m.K至0.6W/m.K之间，其热传导性并不高。在美国专利US 2006/0127686(A1)中，公开了将导热粒子如氧化铝、氧化硅、氮化硼、氧化硼包覆的氮化铝、铝粉、二氧化硅、碳化硅、氮化铝、二氧化钛、磷化钙、或钛化钡添加至聚酰亚胺膜的结构中。该些导热粒子的添加量约占薄膜成品总重为40～85wt％，由实施例可看出所得的聚酰亚胺薄膜的热导传导系数皆小于1.0W/m.K以下。制备聚酰亚胺纳米复合材料时对纳米粒子进行化学改性是提高纳米粒子在聚酰亚胺基体中的分散程度，改善复合材料性能的重要途径。在中国专利CN 104892968A中，公开了一种高导热六方氮化硼/聚酰亚胺复合材料的制备方法，采用二元异氰酸酯改性氮化硼，提高了氮化硼的分散性以及与聚酰亚胺基体的相容性。数据显示，在氮化硼含量为30wt％时，复合导热系数仅仅从0.4W/mK增加到大约0.5W/mK。可见对氮化硼进行表面化学改性对复合材料的导热性能提升效果有限，这主要是由于氮化硼表面化学惰性较强，化学改性效果较差，氮化硼团聚严重，无法形成有效的导热网络所致。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料及其制备方法，通过在聚酰亚胺/氮化硼复合材料内部构建三维有序的氮化硼导热网络来大幅提高复合材料的导热性能。本专利技术提供了一种高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)分别将聚酰亚胺微球与氮化硼分散到溶剂中，得到均匀的聚酰亚胺微球分散液和氮化硼分散液；(2)将氮化硼分散液加入到聚酰亚胺微球分散液中，经搅拌后离心收集聚酰亚胺/氮化硼复合微球；(3)将聚酰亚胺/氮化硼复合微球进行模压成型，得到所述的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料。该制备方法避免对纳米粒子进行表面化学改性，有效地提高了聚酰亚胺/氮化硼复合材料的制备效率。利用聚酰亚胺与氮化硼之间存在的π-π相互作用与范德华力将氮化硼吸附到聚酰亚胺微球表面，将聚酰亚胺/氮化硼复合微球进行热压成型，可以有效地在聚酰亚胺基体中形成密集的氮化硼导热网络通路，有效提高复合材料的导热性能。所述聚酰亚胺微球以聚酰亚胺为原料，通过沉淀法制备，具体制备方法如下：(ⅰ)将聚酰亚胺加入到N,N-二甲基乙酰胺中搅拌溶解，再加入聚乙烯醇，搅拌溶解后得到聚酰亚胺/聚乙烯醇混合液；(ⅱ)配置聚乙烯醇水溶液，在搅拌下将聚乙烯醇水溶液缓慢加入到聚酰亚胺/聚乙烯醇混合液中，即得到聚酰亚胺微球悬浮液，经离心过滤、洗涤、干燥后得到聚酰亚胺微球。步骤(ⅰ)中，所述聚酰亚胺/聚乙烯醇混合液中，聚酰亚胺的浓度为5mg/mL，聚乙烯醇的浓度与所述聚酰亚胺的浓度相同。步骤(ⅱ)中，所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的浓度为5mg/mL。步骤(ⅱ)中，聚乙烯醇水溶液的用量为混合液用量的2倍。步骤(ⅱ)中，反应温度为85～95℃。所述聚酰亚胺微球的平均粒径为0.1～10μm。所述聚酰亚胺微球的表面未经过改性或修饰。所述氮化硼为六方氮化硼，其平均粒径5～500nm。所述氮化硼没有经过任何表面化学改性。步骤(1)中，所述溶剂为水或乙醇。步骤(1)中，所述分散时间为0.5～1.5h。所述聚酰亚胺微球分散液的浓度为1～1000mg/mL。作为优选，所述聚酰亚胺微球分散液的浓度为10～100mg/mL。聚酰亚胺微球分散液的浓度过低，则需要耗费大量的溶剂，造成资源浪费；浓度过高，则聚酰亚胺微球形成粘稠的浆液，分散不均匀，影响复合材料的质量。所述氮化硼分散液的浓度为1～1000mg/mL。作为优选，所述氮化硼分散液的浓度为10～100mg/mL。氮化硼分散液的浓度过低，需要耗费大量的溶剂外，还会导致在制备复合微球的过程中，聚酰亚胺与氮化硼之间的π-π相互作用与范德华力太弱，制备效率过低。步骤(2)中，氮化硼的含量为所述聚酰亚胺/氮化硼复合微球质量的10～50％。氮化硼在聚酰亚胺/氮化硼复合微球中的含量决定了其在聚酰亚胺/氮化硼复合材料中的含量，氮化硼能在复合材料内部构建三维有序的导热网络，在复合材料中，当氮化硼的含量过低时，复合材料的导热性能提高有限，当氮化硼的含量过高时，则复合材料的耐腐蚀性能及机械性能较差。步骤(2)中，所述搅拌的速度为100～1000rpm，所述搅拌的温度为10～90℃，搅拌的时间为0.5～5h。作为优选，所述搅拌的温度为10～30℃，搅拌的时间为0.5～2h。步骤(3)中，所述模压成型可采用冷压法或热压法。冷压法操作如下：将聚酰亚胺/氮化硼复合微球置于模具之中，在室温和100～2000MPa下将材料模压成型，然后将所得材料在220～300℃下处理30～120min，得到聚酰亚胺/氮化硼复合材料。热压法操作如下：将聚酰亚胺/氮化硼复合微球置于模具之中，加热到一定温度，在一定压力下保持一定时间，得到聚酰亚胺/氮化硼复合材料。所述热压法中，加热温度为200～400℃，压力为100～2500MPa，保持时间为20～200min。作为优选，加热温度为220～300℃，压力为100～2000MPa，保持时间为30～120min。加热温度过高时，容易造成溢料。作为优选，步骤(3)中，所述的模压成型采用热压法。将聚酰亚胺/氮化硼复合微球进行热压成型，可以有效地在聚酰亚胺基体中形成密集的氮化硼导热网络通路，有效提高复合材料的导热性能本专利技术还提供了一种由上述制备方法制备的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料，其质量百分比组成为：聚酰亚胺微球 50～90％；氮化硼 10～50％。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)无需对聚酰亚胺进行特殊改性与结构设计，也无需对氮化硼进行特殊表面化学改性，简化了工艺，同时避免了改性基团对聚酰亚胺基体热稳定性的影响；(2)复合材料的制备过程中所用的分散剂为水或乙醇，避免使用有毒溶剂，环保无污染；(3)采用热压成型的工艺制备复合材料，成型方法简单实用，适于工业化生产，得到的聚酰亚胺/氮化硼复合材料导热系数高。附图说明：图1为本专利技术高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料的复合原理示意图；图2为本专利技术对比例1制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别将聚酰亚胺微球与氮化硼分散到溶剂中，得到均匀的聚酰亚胺微球分散液和氮化硼分散液；(2)将氮化硼分散液加入到聚酰亚胺微球分散液中，经搅拌后离心收集聚酰亚胺/氮化硼复合微球；(3)将聚酰亚胺/氮化硼复合微球进行模压成型，得到所述的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别将聚酰亚胺微球与氮化硼分散到溶剂中，得到均匀的聚酰亚胺微球分散液和氮化硼分散液；(2)将氮化硼分散液加入到聚酰亚胺微球分散液中，经搅拌后离心收集聚酰亚胺/氮化硼复合微球；(3)将聚酰亚胺/氮化硼复合微球进行模压成型，得到所述的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料。2.根据权利要求1所述的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺微球以聚酰亚胺为原料，通过沉淀法制备，具体制备方法如下：(ⅰ)将聚酰亚胺加入到N,N-二甲基乙酰胺中搅拌溶解，再加入聚乙烯醇，搅拌溶解后得到聚酰亚胺/聚乙烯醇混合液；(ⅱ)配置聚乙烯醇水溶液，在搅拌下将聚乙烯醇水溶液缓慢加入到聚酰亚胺/聚乙烯醇混合液中，即得到聚酰亚胺微球悬浮液，经离心过滤、洗涤、干燥后得到聚酰亚胺微球。3.根据权利要求1所述的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺微球的平均粒径为0.1～10μm,所述氮化硼为六方氮化硼，其平均粒径5～500nm。4.根据权利要求1所述的高导热聚酰亚胺/氮化硼复合材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐禄波，王玮，陈国飞，方省众，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33