导热复合材料和制备该导热复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种导热复合材料和制备该导热复合材料的方法。所述方法包括在高温下对纤维原料进行前处理，使得所述纤维原料中的纤维在至少微观层面上分散；将经前处理的所述纤维浸入混合液中，所述混合液至少包括含有导热材料粉末的溶液和至少含有界面粘合剂的乳液，以在所述纤维的表面上形成涂层；固化已涂敷在所述纤维上的带有所述导热材料粉末的层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备具有导热涂层的纤维的方法、由该方法制备的导热复合材料、以及由该导热复合材料制成的塑料。
技术介绍
具有导热功能的塑料大量应用于电子设备或电器设备中。在导热塑料领域中，目前大多通过使用导热性物质作为填料来制备这种塑料。一些导热性物质虽具有较好的导热率但绝缘性能很差，使其在有绝缘要求的导热塑料领域的应用受阻，而另一些导热性物质虽有较好的导热率和绝缘性能，但价格偏贵，导致其无法大量使用以制备塑料，因此，开发新的导热填料是导热塑料发展的一个重要方向。导热填料的制备工艺是制约导热塑料发展的因素。通过化学的方法可以使两种甚至两种以上的不同性质的导热材料组成新的导热材料。例如使用化学气相沉积法，可以在一定的气氛下，在基底材料上形成导热涂层。这种通过化学气相合成制备导热涂层的方法对设备要求严格苛刻，制备工艺复杂，且很难进行大批量的生产。论文《石英纤维表面氮化硼涂层的制备及表征》（王树彬、邢建申、郑彧、张跃，《稀有金属材料与工程》，2007年A02期）公开了通过化学方法在石英纤维表面制备氮化硼涂层。这种涂层是通过化学的高温原位合成法将氮化硼沉积在纤维表面，这种高温合成法制得的涂层附着力不佳，且制备工艺复杂，设备耗能高。中国专利技术专利公告号CN1155530C公开了一种导热性无机颗粒涂覆的玻璃纤维束。该玻璃纤维束具有良好的强度和热稳定性，导热性无机颗粒涂覆在纤维束的外周面上，并且可以在纤维束的该外周表面上依次形成数个复合材料涂层。具有复合材料涂层的玻璃纤维束可编织成织物，并进而与基质材料共同构成用于电子电路板的新的补强聚合物材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种制备具有导热涂层的纤维的方法，该方法为物理涂敷。该方法包括在高温下对纤维原料进行前处理，使得所述纤维原料中的纤维在至少微观层面上分散；将经前处理的所述纤维浸入混合液中，所述混合液至少包括含有导热材料粉末的溶液和至少含有界面粘合剂的乳液；固化已涂敷在所述纤维上的带有所述导热材料粉末的乳液层在前处理中，纤维原料经过表面处理和分散处理，使得纤维表面除去原来的聚合物层并且在微观上纤维分离。表面处理采用热处理，而分散处理可通过在溶剂中借助于超声波、微波、机械搅拌、或受迫振动进行，以达到纤维均匀分散的效果，纤维不再是以纤维束的形式。在浸入所述混合液之前将该纤维与该溶剂进行分离。经前处理的纤维可以进行物理涂敷工序。纤维可以是玻璃纤维或其他商品化的天然或合成纤维，导热材料可以是导热系数大于20W/m.K的无机粉末材料，具体为已有的氮化硼、碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氢氧化镁、氮化镁、氧化锌、石墨、和石英粉末中的一种或任意组合。界面粘合剂选自热固树脂、或多种热固树脂的混合物。在将氮化硼涂敷至玻璃纤维的方法中，混合液至少由氮化硼水溶液和水溶环氧树脂乳液混合而成。其中混合液中水溶环氧树脂乳液与氮化硼水溶液的比例范围为1：19-1：1，优选地该比例范围为1：10-1：3。水溶环氧树脂乳液中包括从市场上可获得的环氧树脂与固化剂，它们之间的比例范围为1：2-10：1，优选的比例范围为1：1-5：1。在氮化硼水溶液中氮化硼浓度为5%-30%，优选地为10%-20%。玻璃纤维在混合液中浸渍持续一定时间，就可提取出。在本专利技术的方法中，导热材料粉末的中位粒径D50不大于纤维材料的直径，以在纤维材料表面形成较连续的导热路径。在本专利技术方法中，混合液中也可加入助剂如硅烷偶联剂、表面活性剂等提高粘结性和分散性。使用物理方法制备复合材料，可以简化步骤及最大化降低成本，无需苛刻的操作环境，并且能大规模进行生产。在通过上述方法制备的导热复合材料中，可根据导热性能需要以及加工工艺要求调整导热材料、纤维以及界面粘合剂的含量。本专利技术的另一个方面是涉及一种导热复合材料，该导热复合材料包括：至少一种纤维材料，所述纤维材料包括至少在微观层面上不定向地分散的纤维；以及导热材料，所述导热材料的至少一部分通过物理方法且借助至少一种界面粘合剂的支撑而被涂敷至所述纤维的表面上。与现有技术不同的是，根据本专利技术制成的复合材料，其纤维在微观上是以一种不定向的方式分布的，这样不仅有利于导热性物质的涂敷，且扩大了与导热性物质的接触面积，可以提高复合材料的导热能力。该导热复合材料可以作为填料来制备塑料，当该填料为氮化硼－玻璃纤维复合材料时，氮化硼占塑料总重量的5％至70％。已证实的是，具有本专利技术涉及的氮化硼－玻璃纤维导热复合材料的塑料，其导热性能比具有相同含量的氮化硼的塑料好。该塑料可以应用于多种电子设备，所述电子设备可以是电脑、手机、电器、或灯具等。具体讲，该塑料应用于电子设备的导热部件或零件，包括散热器、导热外壳体、显示板、平板、或印刷电路板等。通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其他方面和特征变得明显。该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术所保护范围的限定。附图仅仅示意性地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。附图说明结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本专利技术，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：图1为根据本专利技术涉及的的导热复合材料的微观结构示意图；图2为通过本专利技术涉及的方法制备的导热复合材料的扫描电镜图；以及图3为图1的导热复合材料局部放大的扫描电镜图。具体实施方式为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本专利技术要求保护的主题，下面结合附图详细描述本专利技术的具体实施方式。本专利技术涉及的制备一种复合材料的方法大体上分为以下数个步骤，其中该复合材料中的纤维具有导热涂层。首先，将市售或商品化的纤维原料进行高温下的前处理。由于商品化的纤维原料的表面一般都有高分子聚合物，需进行表面热处理，以去除其表面的聚合物。在这里，表面热处理的温度可以在200℃至800℃的范围内。然后，在超声波的作用下使纤维原料在溶剂中至少在微观层面上均匀地分散开来。这里的“微观层面”指通过扫描电镜看到的纤维是一根根地分散的，而不是一束束地分散。除了超声波，还可以使用任何本领域技术人员想得到的方式分散纤维原料，例如微波、机械搅拌等振动方法，无论采取何种方式，都要达到纤维在微观层面上是分散的。纤维的表面处理和分散可在液体中进行。经前处理的纤维随后进行过滤，即将玻璃在一定温度下持续干燥一段时间。这样，就得到了去除原始浆料的纤维，该纤维可作为新涂层施加于其上的载体。作为载体材料，纤维可以是但不限于玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、碳纳米管、陶瓷纤维或它们的任意组合等。前处理步骤是实施本专利技术的制备方法所必须进行的。经前处理后的纤维不再是以纤维束的形式，而是以个体（例如单根）形式得以继续下个步骤。相较于纤维束，纤维个体可以具有更大的涂敷面积，且有利于施加涂料于纤维个体上。其次，将经前处理的纤维浸入含有导热材料的混合液中进行物理涂敷。该物理涂敷不受温度条件限制，在常温下即可进行。混合液至少包括含有导热材料粉末的溶液和至少含有界面本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是包括：在高温下对纤维原料进行前处理，使得所述纤维原料中的纤维在至少微观层面上分散；将经前处理的所述纤维浸入混合液中，所述混合液至少包括含有导热材料粉末的溶液和至少含有界面粘合剂的乳液，以在所述纤维的表面上形成涂层；固化已涂敷在所述纤维上的带有所述导热材料粉末的层。

【技术特征摘要】
1.制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是包括：
在高温下对纤维原料进行前处理，使得所述纤维原料中的纤维在至少微观层面上分散；
将经前处理的所述纤维浸入混合液中，所述混合液至少包括含有导热材料粉末的溶液和至少含有界面粘合剂的乳液，以在所述纤维的表面上形成涂层；
固化已涂敷在所述纤维上的带有所述导热材料粉末的层。
2.根据权利要求1所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述导热材料至少包括导热系数大于20W/m.K的无机粉末材料。
3.根据权利要求1或2所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述导热材料至少选自氮化硼、碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氢氧化镁、氮化镁、氧化锌、石墨、石英粉末或其组合。
4.根据权利要求1所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述纤维原料至少采用玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、碳纳米管、陶瓷纤维或其组合。
5.根据权利要求1所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述界面粘合剂选自热固树脂、或多种热固树脂的混合物。
6.根据权利要求5所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述界面粘合剂选自环氧树脂、酚醛树脂、尿素树脂、不饱和聚酯、聚氨脂、聚酰亚胺、呋喃树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、氨基树脂、醇酸树脂、烯丙基树脂、脲甲醛树脂、三聚氰胺树脂、硅树脂、或其组合中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述纤维通过超声波、微波、机械搅拌、或受迫振动在溶剂中在至少微观层面上均匀地分散，在浸入所述混合液之前将所述纤维与所述溶剂进行分离。
8.根据权利要求1所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述纤维为玻璃纤维，所述混合液至少由氮化硼水溶液和水溶环氧树脂乳液混合而成。
9.根据权利要求8所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述混合液中水溶环氧树脂乳液与氮化硼水溶液的比例范围为1：19-1：1，优选地该比例范围为1：10-1：3。
10.根据权利要求9所述的制备具有导热涂层的纤维的方法，其特征是：所述水溶环氧树脂乳液包括环氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪慰军，程小燕，申雁鸣，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US