一种高体积分数导热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体积分数导热复合材料，其特征是：由不规则堆积形成导热网络、质量百分比为90～99％的导热填料，和分散于所述的导热网络空隙中、质量百分比为1～10％的聚合物粘结剂组成；所述的导热填料为高导热碳基微纳粉体。采用直接混合、并通过热压成型的方式制得成型制品，制备效率高；采用本发明专利技术制备导热复合材料，简单方便，且高导热碳基微纳米粉体填料的含量高，可以满足大批量生产的实际要求；制备的高体积分数导热复合材料具有优异的导热性能和力学性能，有一定的导电性，可用于3D打印材料、笔记本电脑、大功率LED照明、平板显示器、数码摄像机和移动通信产品以及相关的微型化与高速化的电子元器件领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高体积分数导热复合材料及其制备方法
本专利技术属于碳基导热复合材料，涉及一种高体积分数导热复合材料及其制备方法，特别涉及一种以高导热碳基微纳米粉体为填料的高体积分数导热复合材料及其制备方法。本专利技术高体积分数导热复合材料主要应用于3D打印材料、笔记本电脑、大功率LED照明、平板显示器、数码摄像机和移动通信产品以及相关的微型化与高速化的电子元器件领域。
技术介绍
近年来，随着微电子集成与组装技术迅速发展，集成电路的微型化程度越来越高，电子元器件和逻辑电路的体积成千万倍地缩小，使得集成电路模块单位面积上的电子组件的发热量剧增。为保证电子元器件长时间高可靠地正常工作，必须阻止工作温度的不断升高，因此，需要对集成电路模块进行有效的散热，迫切需要研制高导热性能的聚合物材料。碳基微纳米粉体具有极高的比表面积、力学性能、卓越的热性能，其中碳基填料，如石墨(209Wm-1K-1)、碳纳米管(3100～3500Wm-1K-1)、金刚石(2000Wm-1K-1)、石墨烯(4840～5300Wm-1K-1)等具有超高的热导率，利用其来提高聚合物基体的热导率备受学术界和工业界的青睐，并给予厚望。现有技术中，人们已经采用传统的导热复合材料制作方法，将碳纳米管(如：多壁碳纳米管、单壁碳纳米管)，碳纳米纤维，富勒烯等碳材料作为填料粉体，分散到高分子基体材料中，制得导热复合材料。然而，采用现有的制作方法制备导热复合材料主要存在以下问题：(1)由于填料粉体的比表面积大，随着填料含量的增加，填料之间的作用力增强，进而给填料的分散造成不良影响，使填料的填充量有限，直接影响聚合物基体中导热网络的形成，影响复合材料的导热性能。(2)传统的导热复合材料制备方法，步骤繁琐，耗能较大，导致制备复合材料成本较高，难以在工业生产中应用。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种高体积分数导热复合材料及其制备方法，本专利技术可以有效克服由于填料分散困难、填充量有限造成的导热网络不连续，使复合材料导热系数低、散热效果差的不足；克服制备过程中耗能大、成本高，难以应用于工业生产中的技术问题；提供一种简便、高效的导热复合材料的方法，本专利技术的方法能够直接制备高体积分数碳基微纳米填料的导热复合材料，显著提高聚合物材料的力学性能，同时赋予聚合物材料许多新的功能，特别表现在材料的高导热性方面，实现多功能高强复合材料，并且可以满足大批量生产的实际要求。本专利技术的内容是：一种高体积分数导热复合材料，其特征是：由不规则堆积形成导热网络、质量百分比为90～99％的导热填料，和分散于所述的导热网络空隙中、质量百分比为1～10％的聚合物粘结剂组成；所述的导热填料为高导热碳基微纳粉体。本专利技术的内容中：所述的高导热碳基微纳粉体填料可以是：单壁碳纳米管(可以为TimestubTM-高纯单壁碳纳米管，中国科学院成都有机化学有限公司生产，型号：TNS，外直径OD为1～2nm，纯度(Purity≥90wt％),长度为5～30μm，比表面积SSA≥380m2/g，灰分≤1.5wt％，导电率EC≥100s/cm，堆密度(TapDensity)为0.14g/cm3)、多壁碳纳米管(可以为TimestubTM-高纯单壁碳纳米管，中国科学院成都有机化学有限公司生产，型号：TNM1，外直径OD≥50nm，纯度(Purity≥90wt％),长度为10～30μm，比表面积SSA≥40m2/g，灰分≤5wt％，导电率EC≥100s/cm，堆密度(TapDensity)为0.27g/cm3)、石墨烯(可以为TimesGraphTM-石墨烯，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(Purity≥95wt％),比表面积SSA≥554.364m2/g，直径为0.5～3μm，层数为1～10层，厚度为0.55～3.74nm；或富勒烯C60，纯度(≥98wt％),熔点≥280℃，燃点≥94℃)、或碳纳米纤维(可以为C-25碳纳米纤维，鞍山塞诺达碳纤维有限公司生产，比表面积SSA≥1000m2/g)。本专利技术的内容中：所述的聚合物粘结剂可以为聚四氟乙烯(简称PTFE，生产企业有：上海三爱富，产品型号为：FR002A，浙江巨化，牌号JTC-305)、聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA，生产企业有：日本住友、牌号HT03Y，法国阿科玛公司、牌号V04l树脂)、氟橡胶(生产企业有：中吴晨光化工研究所等，牌号FPM2606树脂)、或尼龙(简称PA，生产企业有：神马工程塑料公司等，尼龙-66，尼龙-6)等树脂，均为通用市售商品化高分子合成树脂。所述聚合物粘结剂(例如PTFE，PMMA，PA等的)数均分子量可以为10万～20万。所述的聚合物粘结剂为聚合物粉体，该聚合物粉体的粒径较好的为40μm～100μm。所述的高导热碳基微纳粉体填料的粒径较好的为0.5μm～50μm。本专利技术的另一内容是：一种高体积分数导热复合材料的制备方法，其特征是步骤为：a、配备原料：按导热填料90～99％、聚合物粘结剂1～10％的质量百分比配比取导热填料和聚合物粘结剂；b、混合：将导热填料和聚合物粉经(直接高速)搅拌混合(混合时间可以为1～3min)，制得造型粉；c、成型：将制得的造型粉放入成型模具中，经成型、脱模后，即制得高体积分数导热复合材料。成型目的是使聚合物粘结剂在压制的过程中熔融流动，充分填充填料小颗粒之间的空隙，从而增强小颗粒之间的引力和粘附力，增强成型件的导热性、及相关的力学性能。本专利技术的另一内容中：步骤b中所述(高速)搅拌混合的搅拌速率较好的为25000转/分。本专利技术的另一内容中：步骤c中所述成型为热压成型，即：将装有造型粉的成型模具在温度200～400℃、压力20～200KN的条件下保温保压0.5～3h。本专利技术的另一内容中：所述取得的原料导热填料和聚合物粘结剂在混合前进行干燥处理，即：在鼓风烘箱中，在温度为100～120℃的条件下鼓风干燥10～20h。本专利技术的另一内容中：所述的高导热碳基微纳粉体填料可以是：单壁碳纳米管(可以为TimestubTM-高纯单壁碳纳米管，中国科学院成都有机化学有限公司生产，型号：TNS，外直径OD为1～2nm，纯度(Purity≥90wt％),长度为5～30μm，比表面积SSA≥380m2/g，灰分≤1.5wt％，导电率EC≥100s/cm，堆密度(TapDensity)为0.14g/cm3)、多壁碳纳米管(可以为TimestubTM-高纯单壁碳纳米管，中国科学院成都有机化学有限公司生产，型号：TNM1，外直径OD≥50nm，纯度(Purity≥90wt％),长度为10～30μm，比表面积SSA≥40m2/g，灰分≤5wt％，导电率EC≥100s/cm，堆密度(TapDensity)为0.27g/cm3)、石墨烯(可以为TimesGraphTM-石墨烯，中国科学院成都有机化学有限公司生产，纯度(Purity≥95wt％),比表面积SSA≥554.364m2/g，直径为0.5～3μm，层数为1～10层，厚度为0.55～3.74nm；或富勒烯C60，纯度(≥98wt％),熔点≥280℃，燃点≥94℃)、或碳纳米纤维(可以为C-25碳纳米纤维，鞍山塞诺达碳纤维有限公司生产，比表面积SSA≥1000m2/g)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高体积分数导热复合材料，其特征是：由不规则堆积形成导热网络、质量百分比为90～99％的导热填料，和分散于所述的导热网络空隙中、质量百分比为1～10％的聚合物粘结剂组成；所述的导热填料为高导热碳基微纳粉体。

【技术特征摘要】
1.一种高体积分数导热复合材料，其特征是：由不规则堆积形成导热网络、质量百分比为90～99%的导热填料，和分散于所述的导热网络空隙中、质量百分比为1～10%的聚合物粘结剂组成；所述的导热填料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯或碳纳米纤维，粒径为0.5μm～50μm；所述的聚合物粘结剂为聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氟橡胶或尼龙；所述聚合物粘结剂数均分子量为10万～20万；所述的聚合物粘结剂为聚合物粉体，该聚合物粉体的粒径为40μm～100μm。2.按权利要求1所述高体积分数导热复合材料的制备方法，其特征是步骤为：a、配备原料：按导热填料90～99%、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑，唐榕，刘子仪，彭汝芳，楚士晋，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51