一种兼具阻燃性与导热性的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种兼具阻燃性与导热性的复合材料及其制备方法，其中，该复合材料包括阻燃型石墨烯、导热填料、以及环氧树脂基材，是由阻燃型石墨烯与导热填料协同增强导热性能和阻燃性能的环氧树脂基复合材料；其中，阻燃型石墨烯占该复合材料的0.5～5wt％，导热填料占该复合材料的10～70wt％；阻燃型石墨烯为还原氧化石墨烯、有机阻燃剂改性的还原氧化石墨烯中的至少一种。本发明专利技术通过对聚合物基导热复合材料内关键的添加剂的结构、组成及添加量、添加工艺等进行改进，与现有技术相比能够有效解决添加有阻燃剂的聚合物基导热复合材料其力学性能、热性能及加工流动性差的问题。

Composite material with flame retardancy and thermal conductivity and preparation method thereof

The invention discloses a composite material with flame retardant and thermal conductivity and a preparation method thereof, wherein the composite material comprises a flame retardant type graphene thermal conductive filler, and the substrate is composed of epoxy resin, flame retardant and thermal conductivity of graphene fillers enhanced epoxy resin composite materials thermal conductivity and flame retardancy to them; flame retardant, graphene accounted for the composite conductive filler is 0.5 ~ 5wt%, the composite material accounted for 10 ~ 70wt%; flame retardant graphene for at least one reduced graphene oxide reduction of graphene oxide, organic flame retardant modified in. The invention can be improved by the structure of the thermally conductive polymer composites in key additive composition and addition quantity, technology, can effectively solve the addition of thermally conductive polymer composites of flame retardant and its mechanical properties, thermal properties and processing fluidity problems compared with the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
一种兼具阻燃性与导热性的复合材料及其制备方法
本专利技术属于聚合物基导热复合材料的制造
，更具体地，涉及一种兼具阻燃性与导热性的复合材料及其制备方法，该复合材料具体是兼具高阻燃和高导热特性的环氧树脂基复合材料。
技术介绍
电子元器件微型化和集成化导致高效快速的热量扩散成为当代电子工业中迫在眉睫的待解决问题之一。聚合物基导热复合材料(PTC)以其质轻、价廉、易加工等特点已成为一类极具应用广泛的电子封装材料。然而，由于聚合物材料自身易燃烧的本质，加之集成电路自身发热，用于电子封装的PTC材料经常面临火灾危险。因此，如何防范电子产品火灾危险、提高PTC材料的阻燃性能具有重要的理论和实际意义。工业上解决电子封装材料易燃烧问题的主要方法是添加一定量的阻燃剂来提高PTC材料的阻燃性能，例如Yu等引入金属氢氧化物添加到环氧树脂基导热复合材料内，在提高复合材料阻燃性能的同时提升了材料导热性能(GuanF,ZhangH,YuZ,etal.CompositesPartB,2016,98(1):134-140)。然而添加过多的阻燃剂必然导致PTC材料的力学性能、热性能及加工流动性变差，其综合性能不能满足高端应用领域的要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种兼具阻燃性与导热性的复合材料及其制备方法，其中通过对聚合物基导热复合材料内关键的添加剂的结构、组成及添加量、添加工艺等进行改进，与现有技术相比能够有效解决添加有阻燃剂的聚合物基导热复合材料其力学性能、热性能及加工流动性差的问题，并且该复合材料兼具高的阻燃性与高的导热性，非常适用于电子封装材料的高端应用。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种兼具阻燃性与导热性的复合材料，其特征在于，包括阻燃型石墨烯、导热填料、以及环氧树脂基材，该复合材料是由所述阻燃型石墨烯与所述导热填料协同增强导热性和阻燃性能的环氧树脂基复合材料；其中，所述阻燃型石墨烯占该复合材料的0.5～5wt％，所述导热填料占该复合材料的10～70wt％；优选的，所述阻燃型石墨烯为还原氧化石墨烯、以及有机阻燃剂改性的还原氧化石墨烯中的至少一种；所述导热填料为微米级导热填料。作为本专利技术的进一步优选，所述阻燃型石墨烯的长径比不小于5000。作为本专利技术的进一步优选，所述微米级导热填料为α晶型氧化铝、以及六方氮化硼中的至少一种，所述α晶型氧化铝的颗粒粒径为1～50μm；所述六方氮化硼为片层结构，片层长度为1～25μm，厚度为50～500nm，长径比为10～100。作为本专利技术的进一步优选，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、以及双酚F型环氧树脂中的任意一种。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种兼具阻燃性与导热性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将阻燃型石墨烯添加到环氧树脂预聚物中，然后搅拌混合，得到均匀的环氧树脂预聚物/石墨烯分散体系；优选的，所述阻燃型石墨烯为还原氧化石墨烯、以及有机阻燃剂改性的还原氧化石墨烯中的至少一种；(b)向所述步骤(a)得到的所述环氧树脂预聚物/石墨烯分散体系中添加导热填料，然后搅拌混合均匀，得到环氧树脂预聚物/石墨烯/导热填料分散体系；优选的，所述导热填料为微米级导热填料；(c)将所述步骤(b)得到的所述环氧树脂预聚物/石墨烯/导热填料分散体系进行抽真空脱除气泡后加入固化剂，然后进行升温固化反应，从而得到兼具阻燃性与导热性的复合材料。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(a)中，所述阻燃型石墨烯的长径比不小于5000；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、以及双酚F型环氧树脂中的任意一种。作为本专利技术的进一步优选，所述还原氧化石墨烯为化学还原氧化石墨烯；所述有机阻燃剂改性的还原氧化石墨烯所采用的改性剂为含磷元素的有机阻燃剂，优选为同时含氮元素和磷元素的有机阻燃剂，优选为末端含有氨基的聚磷酰胺类阻燃剂。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(b)中，所述微米级导热填料为α晶型氧化铝、以及六方氮化硼中的至少一种，所述α晶型氧化铝的颗粒粒径为1～50μm；所述六方氮化硼为片层结构，片层长度为1～25μm，厚度为50～500nm，长径比为10～100。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(c)中，所述固化剂为咪唑类固化剂、酸酐类固化剂及氨基类固化剂中的至少一种；所述固化剂的添加量是所述步骤(a)中所述环氧树脂预聚物的2～50wt％。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(c)中，所述升温固化反应是先进行低温固化反应，再进行高温固化反应；所述低温固化反应的反应温度为60～100℃，所述高温固化反应的反应温度为140～180℃。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于是将少量的还原氧化石墨烯或阻燃改性的还原氧化石墨烯(例如，以含磷元素或含氮磷元素的有机阻燃剂作为改性剂得到的改性还原氧化石墨烯)作为阻燃型石墨烯，原位引入到聚合物基导热复合材料中，利用还原氧化石墨烯或有机阻燃剂改性还原氧化石墨烯与导热填料的协同作用来提高聚合物基导热复合材料的阻燃和导热性能，同时不损害复合材料的其它性能，使得该兼具高阻燃和高导热性能的聚合物基导热复合材料具有良好的力学性能、热性能及加工流动性。本专利技术中的兼具阻燃性与导热性的复合材料，兼具高导热和高阻燃特性，导热率为0.7～0.8W/mK，极限氧指数达到28～29vol％，阻燃等级为V-1，燃烧过程中的最大放热速率降低近60％，总放热量减低近40％，并能够起到有效的抑烟效果。阻燃型石墨烯与导热填料之间的协同作用主要体现在两个方面：1导热方面，石墨烯的加入削弱微米填料在环氧树脂固化过程中的沉降作用，同时增强导热填料与基体的界面作用，减小界面热阻，提高复合材料导热性能；2阻燃性能，阻燃型石墨烯在复合材料燃烧过程中起到促进炭化作用，并与形成的炭化层一起粘结导热填料形成牢固、密实的保护层，阻碍外部热量氧气与内部可燃性降解气体的交换，抑制进一步的燃烧，达到阻燃的功效。石墨烯在聚合物基体的分散性一直是困扰制备高性能聚合物基石墨烯复合材料的一个主要问题，本专利技术通过利用还原氧化石墨烯、以及有机阻燃剂改性还原氧化石墨烯等具有阻燃效能的还原氧化石墨烯作为阻燃型石墨烯，尤其是利用有机阻燃剂改性石墨烯，同时提高石墨烯与聚合物基体的相容性和石墨烯的阻燃效率。此外，具有极大比表面积石墨烯的加入导致环氧树脂粘度增大，本专利技术通过控制阻燃型石墨烯的添加量、以及导热填料的填充量，并对阻燃型石墨烯、以及导热填料的结构、组成进行进一步优选，通过各种组成材料之间的整体配合，降低环氧树脂/导热填料/石墨烯混合物的粘度，提升复合材料可加工性，使得制得的复合材料兼具阻燃性与导热性。本专利技术通过引入0.5～5wt％的阻燃剂改性的石墨烯到填充型聚合物基导热复合材料(PTC)内部，达到同时提高导热和阻燃性能的目的，此外，所述复合材料还包括10～70wt％导热填料(如微米级导热填料)。以添加的阻燃型石墨烯为经末端含有氨基的聚磷酰胺类阻燃剂改性得到的改性石墨烯为例，该复合材料的具体制备步骤可以为：先利用末端氨基的聚磷酰胺作为石墨烯改性剂，然后均匀混合改性石墨烯、微米级导热填料和环氧树脂，经固化阶段后得到同时导热和阻燃性能的复合材料。本专利技术中，阻燃改性石墨烯在PTC材料内不仅起到协同导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼具阻燃性与导热性的复合材料，其特征在于，包括阻燃型石墨烯、导热填料、以及环氧树脂基材，该复合材料是由所述阻燃型石墨烯与所述导热填料协同增强导热性和阻燃性能的环氧树脂基复合材料；其中，所述阻燃型石墨烯占该复合材料的0.5～5wt％，所述导热填料占该复合材料的10～70wt％；优选的，所述阻燃型石墨烯为还原氧化石墨烯、以及有机阻燃剂改性的还原氧化石墨烯中的至少一种；所述导热填料为微米级导热填料。

【技术特征摘要】
1.一种兼具阻燃性与导热性的复合材料，其特征在于，包括阻燃型石墨烯、导热填料、以及环氧树脂基材，该复合材料是由所述阻燃型石墨烯与所述导热填料协同增强导热性和阻燃性能的环氧树脂基复合材料；其中，所述阻燃型石墨烯占该复合材料的0.5～5wt％，所述导热填料占该复合材料的10～70wt％；优选的，所述阻燃型石墨烯为还原氧化石墨烯、以及有机阻燃剂改性的还原氧化石墨烯中的至少一种；所述导热填料为微米级导热填料。2.如权利要求1所述兼具阻燃性与导热性的复合材料，其特征在于，所述阻燃型石墨烯的长径比不小于5000。3.如权利要求1所述兼具阻燃性与导热性的复合材料，其特征在于，所述微米级导热填料为α晶型氧化铝、以及六方氮化硼中的至少一种，所述α晶型氧化铝的颗粒粒径为1～50μm；所述六方氮化硼为片层结构，片层长度为1～25μm，厚度为50～500nm，长径比为10～100。4.如权利要求1所述兼具阻燃性与导热性的复合材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、以及双酚F型环氧树脂中的任意一种。5.一种兼具阻燃性与导热性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将阻燃型石墨烯添加到环氧树脂预聚物中，然后搅拌混合，得到均匀的环氧树脂预聚物/石墨烯分散体系；优选的，所述阻燃型石墨烯为还原氧化石墨烯、以及有机阻燃剂改性的还原氧化石墨烯中的至少一种；(b)向所述步骤(a)得到的所述环氧树脂预聚物/石墨烯分散体系中添加导热填料，然后搅拌混合均匀，得到环氧树脂预聚物/石墨烯/导热填料分散体系；优选的，所述导热填料为微米级导热填料；(c)将所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：解孝林，冯跃战，周兴平，叶昀昇，陈超，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42